电气工程及其自动化毕业设计：某地区电网规划及火电厂电气部分设计.doc

1、 本科 毕业设计 某地区电网规划及火电厂电气部分设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 III 摘 要 本次设计的主要内容分为：确定火电厂和水电厂的发电机型号、参数，通过技术经济比较确定地区电网的接线方案，确定火电厂的电气主接线，确定 发电厂的主变压器，短路电流计算，主要设备的选择与校验，继电保护配置等内容。其中着重部分为地区电网接线方案的确定和火电厂短路电流计算。 设计中首先对火电厂变压器容量的选择进行了计算。根据计算结果选择合适的变压器。然后根据地区的电源情况和负荷情况，拟出两个地区电网的接线方案。通过地区电网的功率平衡计算，导线截面

2、积计算及校验，地区电网的潮流计算以及接线方案的总投资和运行年费的计算，比较两个方案的可行性和经济型，以及考虑 所设计的 发电厂与 变电所在电力系统中的地位和作用 ， 确定最终的电网接线方案。第二阶段为优选方案短路电 流的计算。短路计算包括各元件电抗标幺值的计算，母线短路电流计算，火电厂电源供给的短路电流计算。这部分对电气主接线、电器设备、继电保护设备的选择都有着至关重要的作用，其准确性影响整个地区电网的安全性和经济型。 为了保证设备在正常运行时和故障情况下都能安全，可靠的工作，同时又力求节约资金，也得进行短路计算。电器和导线的选择 也 是变电所设计的重要环节，它是对 发电厂与 变电所现阶段建设

3、投资的依据，应该 在 安全可靠，经济合理的前提下选择最先进的设备。 本次设计是本着经济性，可靠性和安全性的原则完成的。 关键词 ：电力网络；主 接线；短路计算；潮流计算 IV Abstract The design of the main contents includes: determining the generators type and parameters of fire power-station and hydropower station, determining the wiring scheme of local grid by technical and economi

4、c comparison, determining the main electrical wiring thermal power plant, determining the main transformers of power-station, figure out the short-circuit current, the main equipment selection and calibration, relay protection configuration, etc. The emphatically parts is determination of local grid

5、 connection scheme and the calculation of short-circuit current. First, in the design, work out the transformer capacity of fire power-station. According to the calculation result choose appropriate transformer. Then according to the regional power situation and load conditions, draw up two local gr

6、id of wiring schemes. Through the calculation of local grids power balance, calculation and calibration of wire cross-sectional area, local grid flow calculation and wiring schemes in total investment and operation cost. Compare the feasibility and economical of this tow schemes, and consider the ro

7、le of power plant and substation in power system, determine the final power wiring scheme. The second step is the short-circuit current calculation of optimization. Short circuit calculation include each elements value and calculations of busbar short-circuit current, short-circuit current calculati

8、on of power supply. This part is very important to the main electrical wiring, electrical equipment, relay protection equipment. Its accuracy influences the safety and the economy of local grid. In order to ensure that equipment operating safety and reliable working in any cases, and strive to save

9、money, also get to short circuit calculation. Appliances and conductor choice is an important link of substation design, it is to the power plant and substation present construction are based on it, should be select the most advanced equipment to make sure safety and reliable, economic and reasonabl

10、e This design is finished in line with economic, reliability and safety principles. Key word: Power network; Wires of electric; Load flow; Short circuit calculation V 目录 第 1 章 绪论 . 1 第 2 章 地区电网接线方案的确定 . 3 2.1 发电厂主变变压器容量的选择 . 3 2.1.1 火电厂主变压器的选择 . 3 2.1.2 水电厂主变压器容量的选择 . 4 2.2 通过技术经济指标比较确定地区电网接线方案 . 4

11、2.3 地区电网接线方案的的计算 . 4 2.3.1 地区电网接线方案 1 的功率平衡计算 . 4 2.3.2 地区电网接线方案 1 的架空线路导线型号初选 . 7 2.3.3 地区电网接线方案 1 的导线截面积校验 . 8 2.3.4 地区电网接线方案 1 的潮流计算 . 9 2.3.5 地区电网接线方案 1 的总投资和年运行费 . 10 第 3 章 优选方案短路电流计算 . 14 3.1 各元件电杭标么值的计算 . 14 3.2 K1 点 (110KV 母线 )短路电流计算 . 15 3.2.1 火电厂电源 12,SS供给的短路电流 . 17 3.2.2 火电厂电源 3S供给的短路电流 .

12、 17 3.2.3 水电厂电源 4,5S供给的短路电流 . 18 3.2.4 大系统 S 供给的短路电流 . 18 3.2.5 各电源供给的短路电流汇总表 . 19 3.3 K2 点短路电流计算 (35KV 母线 ) . 19 3.3.1 火电厂 12,SS电源供给的短路电流 . 20 3.3.2 火电厂电源 3S供给的短路电流 . 21 3.3.3 水电厂电源 4,5S供给的短路电流 . 21 VI 3.3.4 大系统 S 供给的短路电流 . 22 3.3.5 各电源供给的短路电流汇总表 . 22 3.4 K3 点 (L0KV 母线 )短路电流计算 . 22 第 4 章 火电厂电气设备选择及

13、继电保护配置 . 24 4.1 断路器与隔离开关的选择 . 24 4.1.1 110KV 断路器及隔离开关的选择 . 24 4.1.2 35KV 断路器及隔离开关的选择 . 24 4.1.3 10KV 断路器及隔离开关的选择 . 24 4.2 电压互感器的选择 . 25 4.3 电流互感器的选择 . 25 4.3.1 110KV 电流互感器 . 25 4.3.2 35KV 电流互感器 . 25 4.3.3 10KV 电流互感器 . 26 4.4 10KV 出线电抗器的选择 . 26 4.4.1 4K 点短路时的短路电流计算 . 26 4.4.2 校验断路器开断能力 . 28 4.4.3 校验动

14、稳定性能 . 28 4.4.4 校验热稳定性能 . 28 4.5 继电保护配置 . 28 4.5.1 发电机保护 (型号 :NSP-711) . 29 4.5.2 变压器组保护 (型号 :PST-1260 系列 ) . 29 4.5.3110KV 线路保护 (型号 :ISA-311 系列 ) . 29 4.6 确定发电厂的电气主接线 . 29 总结 . 31 致谢 . 32 参考文献 . 错误 !未定义书签。 1 第 1 章 绪论 电力工业是国民经济发展的基础工业。随着经济建设的发展，发电设备的容量也在向应增大。为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，电力系统运行越来越依靠自动控制的

15、提高。 电力系统中同步发电机保有在同步运行状态下，其送出的电磁功 率为定值，同时在电力系统中各节点的电压及支路功率潮流也都是定值，这就是电力系统的稳定运行状态。反之，如果电力系统中各发电机间不能保持同步，则发电机送出的电磁功率和全系统各节点的电压及支路的功率将发生很大幅度的波动。如果不能使电力系统中各发电机间恢复同步运行，电力系统将持续处于失步运行状态，即电力系统失去稳定状态。保证电力系统稳定是电力系统正常运行的必要条件。只有保持电力系统稳定的条件下，电力系统才能不间断的向各类用户提供人合乎质量要求的电能。电力系统在某一运 行方 式下，受到外界大干扰后，经过一个机电暂态过程，能够恢复到原始稳定

16、运行方式，则认为电力系统在这一运行方式下是暂态稳定的。电力系统暂态稳定性与干扰的型式有关。在电力系统受到大的干扰的，其机电暂态过程是一组非线性状态方程式，不能进行线性化，所以一般采用数值积分法的时域分析法，将计算结果绘出运行参数对时间的曲线，用以判别电力系统的暂态稳定性。 电力工业是国民经济的重要行业之一，它即为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力，电力系统规划设计及运行的任务是，在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发，利用动力资 源，用较少的投资和运行成本，来满国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠，允足，质量合格的电能。 火力发电厂是一座发、变电设施。它通过磨煤机、

17、锅炉、汽轮机等设备将化学能转变为机械能，再通过发电机将机械能转变为电能，并由升压变压器将发电机出口电压升高后，经输电线路将电能输送到用户或电网中。 火力发电厂的电气设备可分为电气一次设备和电气二次设备。通常把生产和输送、分配电能的设备称为一次设备。包括 : (l)生产和转换电能的设备 :如发电机将机械能转变成电能，电动机将电能转变成机械能变压器使电压升高或降低，以 满足输配电需要。这些都是发电厂中最主要的设备 ; (2)接通或断开电路的开关电器 :如 :断路器、隔离开关、熔断器、接触器之类。它们用于正常或事故时，将电路闭合或断开。 (3)限制故障电流和防御过电压的电器 :如避雷器 ; (4)接

18、地装置 :无论是电力系统中性点的工作接地还是保护人身安全的保护接地，均采用金属接地体埋入地中 (或连成接地网 )。 (5)载流导体 :如母线、电缆等，它们按设计的要求，将有关电气设备连接起来。 还有一些电气设备，是对上述设备进行测量、控制、监视和保护用的，称为二次设备，包括 : (l)仪用互感器 :如 电压互感器和电流互感器，可将电路中的电压或电流降至较低的值，供给仪表和保护装置使用 ; (2)测量表计 :如电压表、电流表、功率因数表等，用于测量电路中的参量值 ; (3)继电保护及自动装置 :这些装置能迅速反映不正常情况并进行调节或作用于断路器跳闸，使故障切除 ; (4)直流设备 :包括直流发

19、电机组、蓄电池等，供给保护和事故照明的直流用电。表示一2 次设备电气连接关系的高压电气回路称为一次回路。在火力发电厂电气部分设计中，一次回路的设计是主体，它是保证供电可靠性、经济性和电能质量的关键，并直接影响着电气部分的投资。同时， 它与继电保护、自动装置和二次接线的设计有密切关系。当火力发电厂接入电网时，它对于电力系统运行的安全性、稳定性和经济性也将发生直接影响。 一次回路设计需根据该地区的社会经济、动力资源、电网现状、电网远期规划、近区负荷和邻近电源情况进行 ;在设计中，必须严格遵守国家有关法律法规、方针政策，按照现行规程规范的要求进行 ;应积极慎重地推广国内外先进技术，因地制宜地采用新设

20、备、新材料和新布置 ,必须从实际出发，按照需要与可能，近期与远期相结合的原则，合理布局。 电气一次部分设计，通常包括以下几方面的内容 : (1)发电厂与电 网的连接 :根据地方的电力系统规划设计及发电厂接入系统设计，确定本发电厂的送电地区、输电电压等级、出线回路数目、输电容量，以及电网对本发电厂的运行方式、稳定措施等方面的要求 ; (2)电气主接线 :论证、选定电气主接线 ; (3)厂用电系统 :确定厂用电源的取得方式与厂用电电压等级，统计厂用电高低压负荷，选择高压、低压厂用变压器容量、台数，确定厂用电接线 ; (4)电气设备选择 :计算短路电流，按照短路电流计算结果选择变压器、断路器、隔离开

21、关和互感器等电气设备的型式、规格及有关技术参数 ; (5)设备布置 :包括主厂房内、外 的电气设备平面布置和升压站布置 ; (6)过电压保护和接地 :选定主厂房及电气设备的过电压保护方式、保护设备型式、规格及其布置位置 ;计算接地电阻及敷设接地装置等。 通过此次设计对三年来所学的知识进一步巩固和加强，并得到了实际工作经验。设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，总结了三年来所学的电力工业的相关知识，为日后的工作打下了坚实的基础。 3 第 2 章 地区电网接线方案的确定 1.电源情况 某市拟建一座火电厂，容量为 2 50 125MW ， MAXT 取

22、 6500 小时，该厂部分容量的30%供给本市负荷： 10KV 负荷 16MV ； 35KV 负荷 26MV ，其余容量都汇入地区电网，供给地区负荷。同时又与大系统相连。 地区原有水电厂一座，容量为 2 60MW ， MAXT 取 4000 小时，全部供出汇入地区电网。 2.负荷情况 地区电网有两个大型变电所： 变电所 1 负荷为 50 30j MVA ， MAXT 取 5000 小时。 变电所 2 负荷为 60 40j MVA ， MAXT 取 5800 小时。 2.1 发电厂主变变压器容量的选择 拟建火电厂容量为汽轮发电 机 50MW 两台型号为 QF-50-2， 125MW 1 台型号为

23、QFS-125-2;水电厂容量为水轮发电机 60MW 型号为 SF60-90/9000 2 台。 发电机型号，参数见下表 表 2.1 汽轮发电机型号，参数 型号 额定容量MW 额定电压KV 额定电流 A 功率因数cos 次暂态电抗 dX 台数 QF-50-2 50 10.5 3440 0.85 0.124 2 QFS-125-2 125 13.8 6150 0.8 0.18 1 表 2.2 水轮发点机型号，参数 型号 额定容量MW 额定电压KV 额定电流A 功率因数cos 次暂态电抗 dX 台数 SF60-96/9000 60 13.8 2950 0.85 0.27 2 2.1.1 火电厂主变

24、压器的选择 A 125MW 发电机采用双绕组变压器直接升压至 110KV 。按发电机容量选择配套的升压变压器： 125= = = 1 4 7c o s 0 .8 5B PS （ MVA ） （ 2-1） 因此 125MW 发电机输出采用容量为 150000KVA 的双绕组变压器，变比为 13.8/121,型号为 SSPL-150000/110 B 10KV 母线上有 16MW 供本市负荷，同时厂用电取 5% ，则两台升压变压器的总功率为 5 0 2 (1 5 % ) 1 6 7 9 ( )ZP M W （ 2-2） 两台 50MW 的发电机剩余容量采用两台绕组变压器输出，两台变压器互为备用，当

25、一台故障或检修时，另一台可承担 70% 的负荷，故每台容量计算如下： 4 6 5 ( )c o sZB PS M VA（ 2-3） 选用两台容量相近的 63000KVA 三绕组变压器，变比为 10.5/38.5/121,型号为SFPSL7-63000/110。 2.1.2 水电厂主变压器容量的选择 水电厂发电机组为 60MW ，用电很少，仅占总容量的 1% ，则 6 0 (1 1 % ) 5 9 . 4 ( )ZP M V A （ 2-4） 6 9 .9 ( )c o sZB PS M V A（ 2-5） 选用两台容量为 90000KVA 的双绕组变压器输出，变比为 13.8/121，型号为S

26、FP7-90000/110 表 2.3 变压器型号，参数见下表 名称 型号 额定容量 额定电压 阻抗电压 台数 高 中 低 高 -中 高 -低 中 -低 三绕组变压器 SFPSL7-63000/110 63000 121 38.5 10.5 17 10.5 6.5 2 双绕组变压器 SSPL-150000/110 150000 121 13.8 12.68 1 2.2 通过技术经济指标比较确定地区电网接线方案 根据地理位置，可以你出多个地区电网接线方案。根据就进送电，安全可靠，电源不要我点等原则，初步选出两个比较合理的方案，进行技术经济比较。 方案 1，火电厂一双回回线反别送电 给变电所 1

27、和大系统；水电厂以双回线送电给变电所 2，以单回线送电给大系统，所有线路均选用 110KV 。 方案 2，火电厂以双回线分别送电给变电所 1 和大系统，水电厂则以单回线分别送电给变电所 2 和大系统，同时在以单回线连接大系统和变电所 2，形成三点单环网，所有线路均选用 110KV 。 2.3 地区电网接线方案的计算 2.3.1 地区电网接线方案 1的功率平衡计算 1.变电所 1 变电所 1 的负荷功率为： 60 j40( )S MVA （ 2-6） 则功率因数 32Pc o s 0 .8 3PQ （ 2-7） 5 按要求应当采用电容器将功率因数补偿到 0.9 以上： 22b600.9 60 Q

28、 （ 2-8） 解得 b 29( var)QM 即经电容 cQ 补偿后，变电所 1 所需功率变为 : 6 0 j2 9 ( )S MVA （ 2-9） 变电所 1 补偿电容容量至少为 : c 4 0 2 9 1 1( v a r)QM （ 2-10） 火电厂拟采用双回线供电给变电所 1， 线路末端每一回线的功率为 : 1 (6 0 2 9 ) 3 0 1 4 . 5 ( )2S j j M V A （ 2-11） 火电厂供变电所 1 线路首端，每一回线的功率初步估算为 : 3 2 1 6 ( )S j MVA （ 2-12） 2.变电所 2 变电所 2 负荷功率为 : 5 0 3 0 ( )S

29、 j M VA （ 2-13） 则功率因数 cos 0.86 按要求应当采用电容器将功率因数补偿到 0. 9 以上。 设用电容将功率因数补偿到 0. 93 b 20( var)QM 经电容补偿后，变电所 2 实际负荷为 : 5 0 2 0 ( )S j M VA （ 2-14） 变电所 2 补偿电容容量为 : c =10( var)QM 水电厂拟以双回线供电给变电所 2，每回线路末端的功率为 : 22 2 5 1 0 ( v a r )S Q S P j M （ 2-15） 线路首端每一回线的功率初步估算为 : 2 6 .5 2 0 ( )S j M VA （ 2-16） 3.水 电厂 水电厂输出有功功率 : 2 6 0 ( 2 1 % ) 1 1 8 . 8 ( )P M W （ 2-17） 水电厂一般无附近电荷，因此可设其运行功率因数为较高值，以避免远距离输送无功。