1、摘 要 发电厂是电力系统的重要组成部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。在发电厂中，一次接线和二次接线都是其电气部分的重要组成部分。 在本次设计中，主要针对了一次接线的设计。从主接线方案的确定到厂用电的设计，从短路电流的计算到电气设备的选择以及配电装置的布置，都做了较为详尽的阐述。二次接线则以发电机的继电保护的设计为专题，对继电保护的整定计算做了深入细致的介绍。 设计过程中，综合考虑了经济性、可靠性和可发展性等多方面因素，在确保可靠性的前提下，力争经济性。设计说明书中所采用的术语、符号也都完全 遵循了现行电力工业标准中所规定的术语和符号。 毕业设计任务书 1 毕业设计题目 胜利火力发电厂电
2、气部分设计 专题：发电机继电保护设计 2 毕业设计要求及原始资料 1、 凝气式发电机的规模 （ 1）装机容量 装机 4台 容量 2 25MW+2 50MW， UN=10.5KV （ 2）机组年利用小时 TMAX=6500h/a （ 3）厂用电率 按 8%考虑 （ 4）气象条件 发电厂所在地最高温度 38，年平均温度25。气象条件一般无特殊要求（台风、地震、海拔等） 2、 电力负荷及电力系统连接情况 （ 1） 10.5KV电压级 电缆出线六回，输送距离最远 8km，每回平均输送电量 4.2MW， 10KV最大负荷 25MW，最小负荷 16.8MW， COS = 0.8， Tmax = 5200h
3、/a。 （ 2） 35KV电压级 架空线六回，输送距离最远 20km,每回平均输送容量为 5.6MW。 35KV电压级最大负荷 33.6MW，最小负荷为22.4MW。 COS=0.8， Tmax =5200h/a。 （ 3） 110KV电压级 架空线 4回与电力系统连接，接受该厂的剩余功率，电力系统容量为 3500MW，当取基准容量为 100MVA时，系统归算到 110KV母线上的电抗 X*S = 0.083。 （ 4）发电机出口处主保护动作时间 tpr1 = 0.1S，后备保护动作时间 tpr2 = 4S。 3 毕业设计主要任务： 3、 发电厂电气主接线设计 4、 厂用电的设计 5、 短路电
4、流计算 6、 导体、电缆、架空线的选择 7、 高压电器设备 8、 的选择 9、 电气设备 10、 的布置设计 11、 发电厂的控制与信号设计 12、 （专题）发电机的继电保护设计 目 录 第一章 电厂电气主接线设计 1-1 原始资料分析 7 1-2 主接线方案的拟定 8 1-3 主接线方案的评定 10 1-4 发电机及变压器的选择 11 第二章 厂用电设计 2-1 负荷的分类与统计 13 2-2 厂用电接线的设计 16 2-3 厂用变压器的选择 18 第三章 短路电流计算 3-1 概 述 19 3-2 系统电气设备标幺电抗计算 20 3-3 短路电流计算 23 第四章 导体、电缆、架空导体的选
5、择 4-1 导体的选择 4-2 电缆的选择 4-3 架空导线的选择 第五章 高压电器设备的选择 5-1 断路器与电抗器的选择 5-2 隔离开关的选择 5-3 互感器的配置 第六章 电气设备的布置设计 6-1 概述 6-2 屋内配电装置 6-3 屋外配电装置 6-4 发电机与配电装置的连接 第七章 发电厂的控制与信号设计 7-1 发电厂的控制方式 7-2 断路器的控制与信号 7-3 中央信号装置 7-4 发电厂的弱电控制 第八章 发电机的继电保护设计（专题） 8-1 概述 8-2 纵联差动保护 8-3 横联差动保护 8-4 低电压起动的过电流保护 8-5 过负荷保护 8-6 定子绕组单相接地保护
6、 8-7 发电机保护总接线图说明 结束语 参考文献 第一章 发电厂电气主接线设计 第二章 1-1 原始资料分析 设计电厂总容量 2 25+2 50=150MW，在 200MW以下，单机容量在 50MW以下，为小型凝汽式火电厂。当本厂投产后，将占系 统总容量为 150/（ 3500+150） 100%=4.1% 15%，未超过电力系统的检修备用容量和事故备用容量，说明该电厂在未来供电系统中的地位和作用不是很重要，但 Tmax=6500h/a5000h/a，又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该电厂主接线的设计务必着重考虑其可靠性。从负荷特点及电压等级可知，它具有 10.5KV， 35KV
7、，110KV三级电压负荷。 10.5KV容量不大，为地方负荷。 110KV与系统有 4回馈线，呈强联系形式，并接受本厂剩余功率。最大可能接受本厂送出电力为 150-16.8-22.4-150 8%=98.8MW，最小可能接受本厂送出电力为 150-25-33.6-150 8%=79.4MW，可见，该厂 110KV接线对可靠性要求很高。 35KV架空线出线 6回，为提高其供电的可靠性，采用单母线分段带旁路母线的接线形式。 10.5KV电压级共有 6回电缆出线其电压恰与发电机端电压相符，采用直馈线为宜。 2-2 主接线方案的拟订 在对原始资料分析的基础上，结合对电气接线的可靠性、灵活性及经济性等基
8、本要求，综合考虑。在满足技术，积极政策的前提下，力争使其技术先进，供电安全可靠、经济合理 的主接线方案。 发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计，首先应保证其满发，满供，不积压发电能力。同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电的连续性，因而根据对原始资料的分析，现将主接线方案拟订如下： （ 1） 10KV电压级 鉴于出线回路多，且为直馈线，电压较低，宜采用屋内配电。其负荷亦较小，因此采用单母线分段的接线形式。两台 25MW机组分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压 35KV。由于 25MW机组均接于 10KV母线上，可选择轻型设备，在分段处加装母线电抗器，各
9、条电缆馈出线 上装出线电抗器。 （ 2） 35KV电压级 出线 6回，采用单母线分段带旁路接线形式。进线从 10KV侧送来剩余容量 2 25-（ 150 8%） +25=13MW，不能满足 35KV最大及最小负荷的要求。为此以一台 50MW机组按发电机一变压器单元接线形式接至 35KV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与 110KV接线相连，相互交换功率。 （ 3） 110KV电压级 出线 4回，为使出线断路器检修期间不停电，采用双母线带旁路母线接线，并装有专门的旁路断路器，其旁路母线只与各出线相连，以便不停电检修。其进线一 路通过联络变压器与 35KV连接，另一路为一台 50
10、MW机组与变压器组成单元接线，直接接入 110KV，将功率送往电力系统。据以上分析，接线形式如下： 3主接线方案的评定 该电气主接线的设计始终遵循了可靠性、灵活性、经济性的要求。在确保可靠性、灵活性的同时，兼顾了经济性。在可靠性方面该主接线简单清晰，设备少，无论检修母线或设备故障检修，均不致造成全厂停电，每一种电压级中均有两台变压器联系，保证 在变压器检修或故障时，不致使各级电压解列。机组的配置也比较合理，使传递能量在变压器中损耗最小。但是 10KV及 35KV母线 检修将导致一半设备停运。在灵活性方面，运行方式较简单，调度灵活性差，但各种电压级接线都便于扩建和发展。在经济性方面，投资小，占地
11、面积少，采用了单元接线及封闭母线，从而避免了选择大容量出口断路器，节省了投资，有很大的经济性。 通过以上分析，该主接线方案对所设计的这一小型火电厂而言，是比较合理的，可以采纳。 1-4发电机及变压器的选择 1、发电机的选择 查电力工程设计手册（第三册），两台25MW发电机选用 QF2-25-2型汽轮发电机，两台 50MW的发电机选用QFS-50-2型汽轮发电机。 2、变压器的选 择 35KV电压母线所接的主变压器容量 S = 50/0.8 = 62.5MW，查电力工程设计手册（第三册），变压器选用 SSPL60000/35型，其短路电压百分数 UK%=8.5； 110KV电压母线所接的主变器容
12、量 S = 50/0.8 = 62.5MW，查电力工程设计手册（第三册），变压器选用 SFPL163000/110型，其短路电压百分数为UK%=10.5；用于联络三级电压的联络变压器，通过它向 110KV传输的最大容量为 50-22.4+（ 25 2） -16.8-150 8%=48.8MW，当 35KV母线所连机组和 10.5KV母线所连机组各有一台检修时，通过联络变压器的最大容量为 14.2+12=26.2MW。综合考虑，联络变压器应选48.8 0.8=61MW，故选 SFSL60000/110型，其中 UK(1-2)%=17.5，UK(2-3)%=6.5， UK(3-1)%=10 .5，
13、。现将发电机和变压器的选择结果列表如下，以供查询： 表 1-1 发电机 G1,G2 QF2-25-2 发电机 G3,G4 QFS-50-2 变压器 T1 SSPL60000/35, UK%=8.5 变压器 T2 SFPL163000/110 ,UK%=10.5 变压器 T3 SFSL60000/110， UK(1-2)%=17.5，UK(2-3)%=6.5， UK(3-1)%=10 第二章 厂用电设计 1-1 负荷的分类与统计 发电厂在电力生产过程中，有大量的电动机械，用以保证主要设备和辅助设备的正常运行。这些电动机及全厂的运行操作、试验、修配、照明等用电设备的总耗电量，统称为厂用电或自用电。
14、 厂用负荷，按其用电设备在生产中的作用和突然中断供电时造成危害程度可分为四类： （ 1）类厂用负荷 凡短时停电会造成设备 损坏，危及人身安全，主机停运及大量影响出力的厂用负荷，都属于类负荷。如火电厂的给水泵，凝结水泵，循环水泵，引风机，送风机，给粉机等以及水泵的调速器，压油泵，润滑油泵等。通常他们都设有两套设备互为备用，分别接到两个独立电源的母线上。 （ 2）类厂用负荷 允许短时停电，恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷，均属于类负荷。如火电厂的工业水泵，疏水泵，灰浆泵，输煤设备和化学水处理设备等，一般它们应由两段母线供电，并采用手动切换。 （ 3）类厂用负荷 较长时间停电，不会影响生产，仅
15、造成生产上的不方便者，都属 于类厂用负荷。如试验室，中央修配厂，油处理室等负荷，通常由一个电源供电。 （ 4）事故保安负荷 指在停机过程中及停机后一段时间内仍应保证供电的负荷，否则将引起主要设备损坏，重要的自动控制装置失灵或推迟恢复供电，甚至可能危及人身安全的负荷称为事故保安负荷。它分为直流保安负荷，如发电机组的直流润滑油泵等，其直流电源由蓄电池组供电；交流保安负荷，如盘车电动机，实时控制用的电子计算机等都属于交流保安负荷。现将火电厂的主要负荷统计如下（见表 2-1） 表 2-1 分类 名称 负荷类别 运行方式 备注 锅炉 部分 引风 机 鼓风机 磨粉机 给粉机 或 经常，连续 无煤粉仓时为
16、汽机 部分 凝结水泵 循环水泵 给水泵 给水油泵 生水泵 工业水泵 经常，连续 给水泵不带主油泵时 电气及 公用部分 充电机 变压器 变压器冷却风机 通讯电源 硅整流装置 不经常，断续 经常，短时 经常，连续 经常，连续 经常，连续 出灰 负荷 灰浆泵 碎渣机 电气除尘器 冲灰水泵 经常，连续 辅助 车间 油处理设备 中央修理车间 起重机 电气实验室 经 常，连续 经常，连续 不经常，断续 不经常，断续 2-2 厂用电接线的设计 厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。首先，应保证对厂用电负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；其次，接线应能灵活地适应正常，事故，检修等各种运行方式
17、的要求；还应适当注意经济性和发展的可能性并积极慎重的采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。此外，在设计厂用电系统接线时还要对供电电压等级，厂用供电电源及其引接进行分析和论证。 火电厂的辅助机械多、容量大，供电网络复杂，其主要负荷分布在锅炉、气机、 电气、输煤、出灰、化学水处理以及辅助车间和公用电气部分，因此，厂用电电压必须由 10KV和 0.4KV两级电压，以单母线分段接线形式合理地分配厂用各级负荷。 现将该火电厂的厂用电接线的系统图设计示于图 2-1。 一、 厂用供电电压等级的确定 发电厂厂用电系统电压等级是根据发电机额定电压，厂用电动机的电压和厂用电网络的可靠运行等诸方面因素，由上一
18、节负荷分析可知，取两级厂用电压，高压级取 6KV，由两组厂用主变压器从 25MW机组的电压母线上取，低压级取 380V，采用母线分段式。 1、 6KV电压等级供电分析 对同样的厂用系统， 6KV网络不仅节省有色金属及费用，且短路电流也较小，同时 6KV电压等级电动机功率可制造得较大，满足大量负荷要求。拟采用两段 6KV的厂母线，另外再设置两段 6KV备用母线，以提高供电可靠性。 2、 380V电压级低压供电分析 380V厂用电一般采用动力和照明共用的三相四线制接地系统，在技术经济合理时，采用动力和照明分开供电及其引接。 二、 厂用电工作电源及其引接 图 2-1所设计电厂厂用电接线图，厂内装在二
19、机三炉，发电机电压为 10.5KV， 6KV厂用高压母线分单母线，按锅炉台分为三段，通过 T11、 T12、 T13厂用高压变压器 分别接于主母线上两个分段上， 380/220V低压厂用母线，由于机组容量不大，设启动电源和事故保安电源，低压厂用母线分为两段，备用电源采用明备用形式，即专设一台 T10备用厂用高压变压器，平时断开，当任一段厂用工作母线的电源回路发生故障时 QF3断开， QF1和QF2在备用电源自动投入装置作用下合闸。于是 ， T10厂用高压变压器代替 T11厂用高压变压器工作。为了在主母线上发生故障时，仍有可靠的备用电源，运行中可将 T10备用厂用高压变压器和主变压器 T2都接到
20、备用母线上，并将主母线第段的母联断路器 QF4合上，使备用母线和 工作母线均带电运行。这样，当主母线发生事故时， QF4断开， T10变压器还可通过 T2供电。 2-3 厂用变压器的选择 厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素为： （ 1）变压器原、副边电压必须与引接电源电压和厂用网络电压一致。 （ 2）变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。 （ 3）厂用高压备用变压器或起动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器容量相同；低压厂用设备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。 据此，厂用变压器 T4， T5， T6， T7，选择如下： S=（ 25 2+50 2） 8% / 0.8 3=5000KVA，查设计手册，应选 SJL1-6300 / 10型双绕组铝线电力变压器。 第三章 短路电流计算 1-1 概 述 电力系统中，常见的短路故障有三相对称短路、两相短路和单相接地短路。其中三相短路电流的计算是为了选择和校验 QF、 QS、母线等电气设备，两相短路电流用于整定继电保护装置。 短路发生后，短路电流的值是变化的，变化的情况决定于系统电源容量的大小、短路点离电源的远近以及系统内发电机是否带有电压自动调整装置等因素。按短路电流的变化情况，通常把电力系统分为无限容量系统 和有限容量系统。
