火电厂电气部分设计【文献综述】.doc

1、毕业设计文献综述 电气工程及其自动化 火电厂电气部分设计 1.前言 我国电力工业从 1882 年有电以来，已经走过了 120 多年的历程。解放前，我国电力工业和其他工业一样，处于极端落后的状态，并带有明显的半殖民地的特点。新中国成立后的50 多年中，电力工业以很高的速度发展，取得了世人瞩目的成就。我国电力工业已经进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化发展的时期。随着我国发电技术水平的提高和规模经济的发展，电力装备水平有了很大的提高，发电机组向大容量、高参数、环保型方向发展， 30、 60 万 kW 等级机组逐步 成为主力机型，使得我国 100 万 KW 以上装机容量的大型电厂逐步

2、增多，并在提供可靠电能、确保电力供应、提高运行效率和经济效益等方面发挥着越来越重要的作用 1。 然而，发电厂是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济。发电厂的作用是将其他形式的能量转化成电能。按能量转化形式大体分为火力发电厂 , 水力发电厂 , 核能发电厂 , 风力发电场。考虑发电厂中的地位和作用，电力系统中的发电厂有大型主力发电厂，中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。无论是那种形式的电厂它们的电气部分设计的主要内容及基本思想都是 相通的。 作为电力发展的主力军的火力发电，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再

3、生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，而且火力发电在所有电能生产中所占的比例始终是最大的。根据联合国能源统计资料显示， 1997 年世界总发电量为 139487亿 kW h，其中火电占 64.0%，水电占 18.4%，核电占 17.2%，地热及其他能源发电占 0.4%2。近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展 ，才能适应和谐社会的要求。 “十五”期间我国火电建设项目发展迅猛。 2001 年至 2005年 8 月，经国家环保总局审批的火电项目达 472 个，装机容量达 344382MW，其中 2004 年审批项目 135 个

4、，装机容量107590MW，比上年增长 207%； 2005 年 1至 8 月份，审批项目 213 个，装机容量 168546MW，同比增长 420%。如果这些火电项目全部投产，届时我国火电装机容量将达 5.82 亿千瓦，比2000 年增长 145%3。 2006 年 12 月，全国火电发电量继续保持快速增长，但增速有所回落。当月全国共完成火电发电 量 2266 亿千瓦时，同比增长 15.5%，增速同比回落 1 个百分点，环比回落 3.3 个百分点；随着冬季取暖用电的增长，火电发电量环比增长较快， 12 月份与上月相比火电发电量增加 223 亿千瓦时，环比增长 10.9%。 2006 年全年，

5、全国累计完成火电发电量 23186亿千瓦时，同比增长 15.8%，增速高于 2005 年同期 3.3个百分点 4。 对火电厂电气部分的研究不仅具有深刻的意义，还有重要的工程背景。电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节，主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的 可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择，配电装置配置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响。有关本课题的设计涉及电气工程专业的部分专业课程，同时可掌握使电力系统安全运行以及如何排除其不正常运行故障的知识，能运用电机，发电厂、变电所电气部分，高电压技术，电力系统自动化，电力系统继电保护等

6、专业知识来解决实际问题，对专业知识有了更进一步的提高。 2.对我国经典大型火电厂电气部分设计的研究 在我国乃至全世界范围，火电厂的装机容量占总装机容量的 70左右，发电量占总发电量的 80左右。截止目前为止，我国 火力发电厂单机容量以 30 万千瓦和 60 万千瓦机组为主，浙江省温州市玉环县的华能玉环电厂正在投建 4 台 100 万千瓦发电机组，首台机组预计今年投产发电。其 100 万千瓦超超临界火力发电机组主蒸汽压力为 25 兆帕，主蒸汽和再热蒸汽温度均为 600 度，这不仅在我国是最高参数，在世界上也处于最前沿水平。此前，上海电气与西门子合作制造的上海外高桥 2 台 90 万千瓦火力机组是

7、我国第一个超临界百万级项目，首台机组已于 2006 年开始发电 4。 2.1浙江华能玉环电厂电气部分设计研究分析 华能玉环电厂 4 1000MW 超超临界、凝汽式机组 在电力系统中主要承担基本负荷，还具有快速跟踪负荷变化和带部分负荷的能力，机组采用带补汽阀调节的定 滑运行方式。由于机组容量较 600 MW 机组大幅度增加，引起发电机系统的电压水平、电流水平、短路和动热稳定电流水平均大幅度提高，对有关设备的选型和布置等提出了更高的要求。 2.1.1 发电系统 发电机为上海汽轮发电机有限公司和西门子联合设计制造的水氢氢冷却、无刷励磁汽轮发电机。发电机主要技术参数： 铭牌功率 1000 MW、 额定

8、容量 1056MVA、额定电压 27kV、额定电流 23760A、额定功率因素 0.9(滞后 )、效率 99%、额定转速 3000r/m、励磁方式为无刷励磁，冷却方式为定子线圈水冷、定子铁芯、转子绕组氢冷。 主变压器采用单相双绕组低损耗油浸升压变压器，强迫油循环强迫风冷 (FOA)，无载调压，额定容量为 1 110 MVA(3370 MVA，绕组的平均温升 65 K)，主变在任一组冷却器退出运行时，均能保证输出额定容量。在额定电压、额定频率、额定容量和功率因数为 1 时的效率不低于 99 76。主变 (三相组 )额定变比为 525+_22 5 27 kV，接线组别为 YNdl1。主变 500

9、kV套管的泄漏距离大于 17 050mm。短路阻抗为 18。 发电机出口断路器采用 SF6 气体绝缘发电机断路器，选择瑞士 ABB 公司 HEC 一 8 型产品。发电机出 El 断路器为 1 套集成断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电容器、避雷器等的成套设备。断路器型式为户内型、金属封闭、自能式、水平布置利用 SF6 气体作为灭弧和内部绝缘介质带电部分对地通过空气绝缘。操作机构为液压弹簧机构。其基本技术参数为：额定工作电压 27 kV、额定电流 28 kA、额定短路开断电流有效值 160 kA、额定短路关合电流峰值 440 kA、额定开断时间 56 ITIS、雷电冲击耐受电压峰值 150

10、 k。 2.1.2 厂用电系统 对华能玉环电厂高压厂用电电压的研究分析表明。综合考虑供电的可靠性、运行维护灵活性，以及 1O kV、 6 kV和 3 kV辅机配套情况、效率和供货，变压器阻抗、启动电压和短路开断水平、工程建设进度等方面的因素，并将短路电流控制在 5O kA以内，高压厂用电电压采用 6 kV一级电压是可行的、合适的。中、低压厂用电系统采用单元制的接线方式。厂用电电压为 6 kV和 380V 2 个电压等级。每级电压母线段原则上均成对设置采用 A、 B制的接线方式。每台机组分别设置 1 组 (2 台 )高压厂用无载调压分裂变压器，容量为 68 34 34 MVA。每台高压厂用工作变

11、压器设有 2 个次级绕组 (分裂变压器 )，并设置相应的 4 段 6 kV工作母线段。变压器与开关柜之间采用小离相封闭母线相连。低压厂变和 380 V PC 成对配置、互为备用。通过低压干式变压器从对应的中压系统 2 段母线引接。 2.2北仑港电厂电气部分设计研究分析 北仑电厂属于火力发电厂，于 2000 年 12 月 16 日全部建成投产 ,是我国最大的火电厂。它位于浙江省宁波市的北仑港畔，北隔杭州湾与浙江省海盐县的秦山核电站相望。北仑电厂建设规模为 5 台 60 万千瓦火力发电机组，总装机容量为 300 万千瓦，年发电量达 165 亿千瓦时。三期工程建设两台 1000MW 超超临界燃煤发电

12、机组，建成投产后，总装机容量达 500万千瓦。 2.2.1 厂房电气主要设备 主变压器采用三相、 50Hz、强油风冷、额定容量为 755MVA 的芯式变压器，由日本东芝公司滨川崎工厂制造，其绕组允许温升为 65，变比 525 2.5%/20KV，无载调压， Y/接线，阻抗百分比为 13.5%（允许误差 7.5%）。 发电机冷却方式为水、氢、氢。其额定功率，在海水冷却水温 33时为 600MW，最大输出容量 为 732.6MVA,额定电压 20KV，额定电流 21149A，三相， 50HZ，额定功率因数 0.90，额定转速 3000r/min。发电机励磁方式，采用全静态励磁，装有 6000KVA

13、机端励磁变压器，作为励磁电源。发电机与主变压器，厂用变压器及励磁变压器之间，以离相封闭母线相联接。 升压站 500/220KV 出线，均采用 SF6 全封闭组合开关。 GIS 组合开关额定电压为550/245KV，额定电流为 4000/31550A，额定开断电流 40KA，关合电流 102KA。 500/220KV升压站中 , 均采用敝开式氧化锌避雷器。 2.2.2 厂用电系统 每台机组设 2 50%容量的工作厂用变压器 , 无载调压 , 其电源从发电机至主变压器的离相封闭母线支接 , 厂用变压器 10.5KV中性点经 0.1 电阻接地，厂用变压器 3.15KV中性点经 V230/33150,

14、30KVA压变高电阻接地。 400V中性点经 20 接地。照明变压器 380/220V的中性点，直接接地。 2.2.3 保护 发电机装有相间故障差动及大差动保护 , 相对地故障保护 , 失磁保护 , 负序保护 , 过激磁保护 , 逆功率保护 , 非同期保护 ,失步保护 , 磁场回路接地保护以及低频保护等。 主变压器装有差动保护 , 高压侧中性点接地过电流保护等。厂用变压器及启动 .备用变压器有差动保护 , 后备过电流保护和中性点接地过电流保护等。 500/220KV线路出线有方向保护 ,距离保护和断路器失灵保护等。母线有差动保护。 2.3上海外高桥第三发电厂电气设计特点分析 上海外高桥第三发电

15、厂 21 000 MW 机组工程采用国产超超临界凝汽式燃煤发电机组，并配套建设烟气脱硫设施。 2.3.1 这要设备和导体 选择 工程采用上海汽轮发电机有限公司引进德国西门子技术生产的单轴全速汽轮发电机组。发电机主要技术参数：型号 THDF 125/67，制造厂上海汽轮发电机有限公司，额定容量（铭牌） 1000MW,额定电压 27KV,额定电流 23.788kA，额定功率因数 0.9（滞后），效率 98.95%额定转速 3000/（ r min-1） ,频率 50Hz,短路比 0.48,冷却方式水 -氢 -氢 ,励磁方式为旋转无刷励磁。 主变压器采用重庆 ABB变压器有限公司制造的单相变压器组。

16、 型号 DFP-380 MVA/500 kV 额定容量 380 MVA（ 3 台 380 MVA） 顶层油温升 55主变额定电压 525kV 接线组别 YN， d11 发电机出口断路器采用瑞士 ABB 公司 HEC-8 型 SF6 气体绝缘发电机断路器。发电机出口断路器单元将断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电容器、避雷器等集成为一个成套设备。 2.3.2 保护 保护采用双重化配置，从电流、电压回路、直流电源、保护出口继电器以及电缆等完全独立，以形成 100%冗余。保护出口继电器采用进口 LOCKOUT 继电器（手动复归型），保护装置动作后闭锁相关断路器的合闸回路，必须手动复归确认后才能

17、进 行合闸操作。开关柜内采用微机型综合保护装置。对 2 000 kVA及以上的低压厂变、 2 000 kW 及以上的高压电动机装设差动保护；其他均装设速断 /过流 /接地保护。 所以，在上海外高桥第三发电厂工程的设计中，电气系统采用了多项技术创新和设计优化，这是对传统设计理念的突破，而且有些是对现行火电厂设计规范、设计标准的补充和完善，部分设计方案在国内 1 000 MW 机组工程建设中为首次采用。 3.总结 火电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的 影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在中国已有部分核电机组，但火电仍占

18、领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。 同时，超超临界机组的诞生也标志着我国已掌握了当今世界最先进的火力发电技术，填补了我国在超超临界机组设计和制造领域的空白。也有力地推动了电力工业结构调整和优化，促进了自主创新和产业升级。总的来说，超超临界机组与超临界机组相比，主要体现在有关设备容量和电气参数的增大等方面，如发电系统电流和短路水平的提高、厂用电系统辅机容量增 大导致厂用电负荷、开关和变压器容量、短路水平等的加大等。有关的主要系统和设备，包括发电系统 (发电机、主变压器、发电机出口断路器、离相封闭母线 )、厂用电系

19、统等，系统设计和设备选型均要考虑由于机组容量增大引起的特殊要求。 随着建设技术的日新月异，新材料、新工艺、新技术、新方法层出不穷。电力工业也在不断的迅速发展中，如何应对这种形式也成了火电厂发展下去的难题。 本报告在当前金融危机的局势下认识局势掌控方向，对火电行业所受到的影响和未来的发展 以及火电厂的现状进行了详细分析， 无论是对于中火电行业的长远发展，还是对火电行 业在具体工作中的突破都具有积极的指导作用。 火电厂的容量大小各异，具体形式也不尽相同，但就其生产过程来说却是相似的 。 参考文献 1姚春球编 .发电厂电气部分 M. 北京 :中国电力出版社 ,2007. 2刘天琪编 .现代电力系统分

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