2×300MW火力发电厂设计 毕业设计(论文).doc
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1、摘 要 随着我国经济发展,对电的需求也越来越大。电作为我国经济发展最重要的一种 能源,主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。电力工业作为一种先进的生产 力,是国民经济发展中最重要的基础能源产业。而火力发电是电力工业发展中的主力 军,截止 2006 年底,火电发电量达到 48405 万千瓦,越占总容量 77.82%。由此可见, 火力电能在我国这个发展中国家的国民经济中的重要性。 该设计主要从理论上在电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择、配电 装置的布局、防雷设计、发电机、变压器和母线的继电保护等方面做详尽的论述,并 与火力发电厂现行运行情况比较,同时,在保证设计可靠性的前提下,还要兼
2、顾经济 性和灵活性,通过计算论证火电厂实际设计的合理性与经济性。采用软件绘制了大量 电气图和查阅相关书籍,进一步完善了设计。 关键词:主接线设计,短路电流,配电装置,电气设备选择,继电保护 Abstract With the developing of economy in our country, we need more and more Electricity energy. The Electricity is the most important energy of economic development which can be conveniently and efficien
3、tly converted into other forms of energy. The Electricity industry as a advanced produced energy. It is the most important basic energy industry. And the thermoelectricity is the main energy in the Electricity industry .Until the end of 2006,power Electricity produce is 48405 kilowatt, occupied 77.8
4、2 percent in the entire capacity. So thermoelectricity energy plays an important role in our country which is a developing country. In this design, I will mainly discuss main electric connection design, short circuit account, electric equipment choice, electric equipment layout, lightning strike def
5、ending design, electrical machine, transformer and generatrix protective relaying detailedly in theory and comparing with the power plant, while ensuring the reliability of the design, under the premise we should also take into account economic and flexibility demonstrated by calculating the effecti
6、ve thermal power plant design and reasonable economy. During my counting and demonstrating, in order to consummate my design, I will protract a great lot of electric engineering-pictures following the new criterion of electric engineering-enchiridion. Key words:main electric connection design,short
7、current,electric equipment choice electric equipment layout,protective relaying 目录 1 绪论 1 1.1 课题背景 .1 1.2 课题研究的目的与意义 .2 1.3 原 始资料 .2 1.3.1 原始数据 .2 1.3.2 环境条件 .3 2 电气主接线设计 .4 2.1 电气主接线的基本要求 .4 2.2 电气主接线分析 .4 2.3 对原始资料的分析 .6 2.4 电气主接线方案比较及确定 .6 3 厂用电的设计 .9 3.1 厂用负荷分类 .9 3.2 厂用电的电压等级 .9 3.3 厂用电源及其引接方 式
8、 .10 4 变压器的 选择 .13 4.1 主变压器的选择原则 .13 4.2 厂用变压器的选 择原则 .13 4.3 确定变压器台数及容量 .13 5 短路电流计算 .16 5.1 短路电流计算目的及规则 .16 5.2 短路等值电抗电路及其参数计算 .16 6 电气设备的选择 .21 6.1 电气设备选择的一般条件 .21 6.2 电气设 备的整定计算 .23 6.2.1 高压断路器的选择 .23 6.2.2 隔离开关的选择 .25 6.2.3 电压互感器的选择 .27 6.2.4 电流互感器的选择 .29 6.2.5 避雷器的选择 .32 7 发电机-变压器组继电保护配置 .34 7.
9、1 发电机的继电保护配置 .34 7.2 变压器的继电保护配置 .35 8 配电装置 .37 8.1 屋内配电装置 .38 8.2 屋外配电装置 .38 9 锅炉概况 .40 参考文献 .44 1 1 绪论 1.1 课题背景 电力工业是国民经济的重要部门之一,是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、 风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业,其发展水平是反映国家经济发达程 度的重要标志,和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行,电 力工业的发展必须优先于其他的工业部门,整个国民经济才能不断前进。 近几年随着我国工业的高速发展,我国电力工业超常规发展,每年装机容量超过 30 万千
10、瓦、60 万千瓦亚临界火电机组成为我国电网的主力机组,百万千瓦的超超临界 火电机组已经在建。目前,我国 30 万千瓦、60 万千瓦的火力发电机组,70 万千瓦的 水力发电机组,在国际招标中中标成功率大于 90%以上。这几年电力工业之所以能飞 速发展,其重要原因是,为中国电力市场提供的火力发电设备主要立足于国内生产。 这一观点得到国内各发电公司以及电厂老总们的认同。今天电气制造企业的国内用户 率已达到 75%以上。 火力发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, 虽然现在在我国已有部分核电机组,
11、但火电仍占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。 目前,我国的电力工业已经进入“大电网” 、 “大机组” 、 “超高压,交直流输电” 、 “电网调度自动化” 、 “状态检修”等新技术发展新阶段,一些世界水平的先进技术, 已在我国电力系统得到了广泛的应用。 随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长,电力工业的发 展仍不能瞒足整个社会发展的需要。另外,由于我国人口众多,因此在按人口平均用 电方面,仍只处于中等水平,尚不能及全世界平均人口用电量的一半。2008 年人均用 电量 2596kWh,人均占用
12、发电装机容量仅为 0.6kW;我国第二产业用电比重为 76.49%, 第三产业为 9.78%,生活用电比重为 11%。由此可见,我国人均用电水平远低于发达 国家,与完成其工业化进程国家的电力指标相比,我国经济发展正处于工业化进程的 中后期,我国用电远低于国际水平。 2 因此我国电力工业必须持续,稳步地大力发展,一方面要加强电源建设,搞好 “西电东送” ,确保电力先行,另一方面要深化电力体制改革,实施厂网分家。 1.2 课题研究的目的与意义 本设计要求能运用电机、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专业知识解决实际问题。 我国是发展中国家,我国的电力工业长期以
13、来依靠多家办电的政策,吸引了投资, 促进了我国电力工业的发展;并通过引进、消化、吸收和技术创新,极大地提高了电 力的技术水平和装备水平;通过坚持不懈的达标、创一流工作,大大提高了电力企业 的管理水平,很多电力企业,尤其是一些发电厂的管理水平可以与发达国家的电厂的 管理一比高低。 因此,研究火电厂设计有着重大意义,像我国某些二期发电工程,发电能够满足 广大寒冷地区冬季的采暖供热,采用水塔排烟(烟塔合一)新工艺是自主设计、自主施 工、具有自主知识产权的先进工艺技术。二期工程建设引进国内外先进的环保技术和 设施,实现一期已建成机组与二期工程同步进行 100烟气脱硫;在采用低氮燃烧技术 的基础上,二期
14、锅炉采用 100烟气脱硝系统和采用高效除尘器,排放指标较低。引进 污水处理厂提供的中水,作为发电冷却用补充水,每年可节约优质水资源,促进循环 经济和社会的可持续发展。锅炉采用干除灰、干排渣技术。灰、渣及脱硫石膏 100综 合利用和深加工,变废为宝,实现零排放。 1.3 原始资料 1.3.1 原始数据 1、发电厂建设规模 类型:凝气式火电厂 最终容量、机组的型式和参数: 3 表 1.1 300MW 汽轮发电机的主要技术参数 型号 额定功率 (MW) 额定电压 (KV) 额定电流 (A) 功率因数 ( )cos瞬变电抗(X d%) 同步电抗(X d%) 超瞬变电抗(X”d %) QFSN-300-
15、2 300 18 11320 0.85 31.93 236.35 17.1 年利用小时数:6000h/年 2、电力系统与本厂的连接情况 (1)电厂在电力系统中的作用于地位:地区电厂 (2)发电机连入系统的电压等级:220kV (3)电力系统总装机容量:8000MW,短路容量:12000MVA 3、电力负荷水平 (1)220kV 电压等级:架空线 6 回,输送距离 80 ,级负荷,最大输送 400MW,Tmax=5000h/a (2)110kV 电压等级:架空线 4 回,级负荷,最大输送 161MW,Tmax=4300h/a (3)厂用电率:6.5% 1.3.2 环境条件 1、厂址特点及自然环境
16、 某电厂位于某市区以西约 20km 的昭平湖水渠西岸的四山村,靠近铁路,能够运用 铁路运输,地势有农田、丘陵和群山。自然地面标高 75m115m,由 II 级阶地及 IV 级阶地组成,呈阶地丘陵地貌景观。原始地形为阶地丘陵,最高 115m,由于长期的侵 蚀,河谷较发育,地面标高一般在 75m 以上,整个厂区相对高差 40m 左右。 2、厂区工程地质条件 该地区构造比较简单,属相对稳定地块,区域内无孕地震构造,根据 1990 年我国 地震烈度区划图的划分,地震基本烈度为小于 6 度地震区,主厂房地段可利用强风化 粉砂岩作为地基的主要持力层,烟窗地段利用中等风化泥质粉砂岩作为桩基的主要持 力层,干
17、煤棚地段利用卵石层作为地基的主要持力层,升压站、净化站、风水处理站 区利用下部冲积粉质粘土作为地基主要持力层。 3、水文气象条件 4 厂址:P=1%,洪水位:84.11m,取水口:P=97%,设计枯水位: 73.1m,气温:最 高 40.0、最低 -7.7、平均 18.0,湿度:年平均相对湿度 81,降雨量:全年平 均 1646.5mm,气压:全年平均 1005.5HPa,风速:最大 18.0m/s、平均 2.1m/s。 5 2 电气主接线设计 发电厂的电气主接线,是由高压电器设备通过连接线组成接受和分配电能的电路, 也称为一次接线。它反映各设备的作用,连接方式和各回路间相互关系,从而构成发
18、电厂或变电所电气部分的主体。电气主接线是连续供电和电能质量的关键环节,它直 接影响着配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择,它必须满 足工作可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和发展的可能性等基本要求。 2.1 电气主接线的基本要求 1、保证必要的供电可靠性和电能质量 安全可靠是电力生产的首要任务,停电不仅使发电厂造成损失,而且对国民经济 各部门带来的损失将更严重,往往比少发电能的损失大几十倍,至于导致人身伤亡、 设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响,更是难以估量。因此, 主接线的接线形式必须保证供电可靠。 2、具有一定的灵活性和方便性 主接线不仅正常运行
19、时能安全可靠地供电,而且在系统故障或设备检修及故障时, 也能适应调度的要求,并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式,使停电时间最短,影 响范围最小,具有发展和扩建的可能性。 3、具有经济性 在主接线设计时,在满足供电可靠的基础上,尽量使设备投资费和运行费为最少, 注意节约占地面积和搬迁费用,在可能和允许条件下应采取一次设计,分期投资、投 产,尽快发挥经济效益。 2.2 电气主接线分析 1、单元接线 其是无汇流母线接线中最简单的形式,也是所有主接线基本形式中最简单的一种, 接线简单、开关设备、操作简便。 本设计中机组容量为 300MW,所以发电机出口采用封闭母线,为了减少断开点, 可不装断路器。这种
20、单元接线,避免了由于额定电流或短路电流过大,使得选择断路 6 器时,受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。 2、单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线 优点:在正常工作时,旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关,都是断开 的,旁路母线不带电,通常两侧的开关处于合闸状态,检修时两两互为热备用;检修 QF 时,可不停电;可靠性高,运行操作方便。 缺点:增加了一台旁路断路器的投资。 3、单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线 优点:可以减少设备,节省投资;同样可靠性高,运行操作方便。 4、双母线接线 优点:供电可靠,优点是供电可靠,通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮 流检修一组母线而不致
21、使供电中断。一组母线故障后能迅速恢复供电,检修任一回路 母线的隔离开关时,只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组 母线,其他线路均可通过另一组母线继续运行;调度灵活,各个电源和各个回路负荷 可以任意分配到某一组母线上,能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变 化地需要,通过倒换操作可以组成各种运行方式;扩建方便。 缺点:由于 220KV 电压等级容量大,停电影响范围广,双母线接线方式有一定局 限性,而且操作较复杂,对运行人员要求高。增加一组母线和多个隔离开关,一定程 度上增加一次投资。当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作, 需装设连锁装置。双母线接线
22、适合于出线回路为 5 回及以上且在系统内居重要地位时。 5、双母线带旁路母线的接线 优点:增加供电可靠性,运行操作方便,避免检修断路器时造成停电,不影响双 母线的正常运行。 缺点:多装了一台断路器,增加投资和占地面积,容易造成误操作。 6、内桥接线 在线路故障或切除、投入时,不影响其余回路工作,并且操作简单。而在变压器 故障或切除、投入时,要使相应线路短时停电,并且操作复杂。因而该接线一般适用 于线路较长(相对来说线路的故障机率较大)和变压器不需要经常切换(如火电厂) 的情况。内桥接线的适用范围为两回进线,两台主变,正常运行方式下,桥开关处于 7 闭合状态, 优点:具有一定供电可靠性,使用高压
23、断路器少,一次投资少。 缺点:没有扩建可能性,高压进线只有两回,没有出线可能,内桥接线不适合有 穿越功率通过。 2.3 对原始资料的分析 从原始资料可以知道,本电厂属于地区性火力发电厂,有两台 300MW 的发电机 组成,建成后装机总容量为 8000MW,该电厂的发电容量除了本厂厂用电后剩余的电 力向系统供电。因此,本电厂在系统中有重要作用。电厂是否安全、可靠运行直接影 响该地区的经济效益,可见该电厂的重要性。 2.4 电气主接线方案比较及确定 第一种方案是:300MW 发电机 G-1,G-2 采用单元接线通过双绕组的变压器与 220KV 母线相连,220KV 电压级出线为 6 回,因此其供电
24、要充分考虑其可靠性,所以 我们采用双母线接线。这样一来就避免了断路器检修时,不影响对系统的供电。断路 器或母线故障以及母线检修时,减少停运的回路数和停运时间,保证了可靠的供电。 有原始资料可知发电机不与 110KV 的母线相连,故在 220KV、110KV 及厂用电 6KV 的三个等级上采用的联络变压器为三相三绕组变压器相连,110KV 母线采用双母接线。 如图 2.1 所示: 8 G 1 G 2 2 2 0 K V 侧 1 1 0 K V 侧 6 K V 厂 用 电 侧 6 K V 厂 用 电 侧 图 2.1 方案一 第二种方案是:由方案一,我们很容易想到 220KV 母线采用双母带旁路连接
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