五彩湾2×350mw发电厂电气部分大学本科毕业论文

山西大学（大东关校区） 毕业设计

山西大学

毕业设计（论文）

题 目准东五彩湾2×350MW发电厂电气部分 系 别 电 力 工 程 系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电本1147班 姓 名 林雪敏 指导教师 岑志刚

下达日期 2015 年 3月 9日

设计时间自 2015 年3月9日至2015年5月20日

- 1 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

神华新疆准东五彩湾2×350MW发电工程

一．原始资料

神华神东新疆准东五彩湾发电厂工程位于新疆维吾尔族自治区昌吉回族自治州吉木萨尔县境内。厂址地处准东五彩湾煤电煤化工基地规划区内。

本工程规划装机2×350MW+4×660MW+4×1000MW，分三期建设。本期工程建设规模为2×350MW国产超临界空冷纯凝燃煤发电机组，同步建设石灰石-石膏湿法脱硫及SCR烟气脱硝设施。

本工程厂区总平面按2×350MW+4×660MW机组统一规划布置。净水站、化学补给水、制氢、脱硝液氨区、灰库区、脱硫磨制系统、皮带脱水系统等原则上按2X350MW+4X660MW一次规划设计，宜尽量集中布置，本期建设按满足2X350MW容量考虑。

本工程所需燃煤由神华新疆能源有限公司五彩湾露天煤矿供应，全部采用皮带运输进厂。根据煤矿与电厂建设最大限度体现一体化的要求，能公用的系统和设施合并建设。

本期工程2×350MW机组以220kV一级电压等级接入系统，规划220kV出线4回，建设2回220kV出线接入五彩湾220kV变电所，预留2回。（接入系统方案为暂定，最终以审定的接入系统设计报告进行调整）。

二．设计要求

本设计内容包括，电气主系统设计、励磁系统、短路电流计算，配电装置、防雷接地、，厂用电设计， 事故保安，不间断电源、直流系统、照明、主变保护，6KV厂用电备自投设计等内容，完成包括下列图纸在内的设计

第一周~第四周，电气主系统设计、励磁系统、短路电流计算，电气设备选择 第五周~第八周，配电装置，防雷接地设计 第九周~第十周，发电机保护配置设计 第十一周~第十三周，各种图纸绘制 十四周，论文图纸整理 十五周，答辩

- 2 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

前言

本设计为2×350MW发电厂电气部分初步设计。在设计过程，设计内容和深度，主要依据《DLT 5427—2009 火力发电厂初步设计文件内容深度规定》中的相关内容实施，并编写了初步设计说明文件。

设计过程中，为了尽量提高设计的精确性，严格按照相关技术标准以及规范执行。技术标准保证执行最新版本。各标准之间有矛盾时，按照较为严格的标准执行，包括但不限于下列标准。

《火力发电厂设计技术规程》（DLT 5000-2000) 《火力发电厂厂用电设计技术规定》(DLT 5153) 《导体和电器选择设计技术规定》(SDGJ 14-86) 《高压配电装置设计技术规程》(DLT5352)

《电力工程直流系统设计技术规程》(DLT 5044) 《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB-T 14285)

《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DLT 620-1997) 《 交流电气装置的接地》(DLT 621-1997)

《电力装置的继电保护及安全自动装置设计规范》（GB50062）

本设计内容包括，电气主系统设计、励磁系统、短路电流计算，配电装置、防雷接地、厂用电设计、事故保安、不间断电源、直流系统、照明、主变保护、6KV厂用电备自投设计等内容，完成包括下列图纸在内的设计

在设计过程中，对相关内容与本组同学以及其他组同学进行了讨论，并得到了指导老师的大力支持，在此，表示衷心的感谢。由于水平有限，设计中存在一些错误，希望广大同学老师指出。

林雪敏 2015年5月

- 3 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

神华新疆准东五彩湾2×350MW发电工程电气部分设计

摘要

电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便的、高效的转换成其它形式的能源。当今火力发电在我国乃至全世界都占有举足轻重的地位。火力发电机组的装机容量在总装机容量中所占比重很大。火力发电在电力系统中具有不可替代的地位。正是由于火力发电的重要性，所以，做好火电厂的设计就很重要。本设计依据初始资料、设计手册以及国家和行业规程规定，对五彩湾2×350MW发电厂的电气部分进行了初步设计。主要完成了电气主接线设计，厂用电设计，变压器的选择，短路计算，导体与设备选择，配电装置设计，直流系统，继电保护和自动装置，防雷接地等内容。最后采用软件绘制了相关图纸，并给出了相关设备清单。

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

- 4 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

Shenhua Zhundong Wucaiwan 2 × 350MW generating electrical engineering part of the design

Abstract

Electricity is the most important energy economic development, transformation can

be convenient, efficient into other forms of energy. The power has play a decisive role position in China and even the whole world. Thermal power generating units installed capacity of the total installed capacity in the proportion of large. Thermal power plays an irreplaceable role in the power system.Because of the importance of thermal power generation, so the design of thermal power plant, it is important to do. The design on the basis of initial data, design manual and rules of the state and industry regulations, electrical parts of Wucaiwan 2 ×350MW generating electrical engineering part of the design. Mainly completed thedesign of the main electrical wiring, power plant design, the selection of the transformer, short circuit calculation, the conductor and the selection of equipment, power distribution equipment design, DC system, relay protection and automatic device, lightning protection and grounding etc.. Finally, using thesoftware to draw the relevant drawings, and give the related equipment list.

Keywords: main wiring design; short-circuit currents; switchgear; electrical equipment selection; relay protection

- 5 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

目录

绪论 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 第1章 发电机及励磁系统说明 .......................................... 错误！未定义书签。 1.1 发电机型号 ..................................................................... 错误！未定义书签。 1.2发电机基本参数 .............................................................. 错误！未定义书签。 第2章 电气主接线的选择 .................................................. 错误！未定义书签。 2.1 电气主接线设计基本要求 ............................................. 错误！未定义书签。 2.2原始资料要求与分析 ...................................................... 错误！未定义书签。 2.3 主接线方案介绍 ............................................................. 错误！未定义书签。 2.4 主接线选择 ..................................................................... 错误！未定义书签。 2.5最终方案确定 .................................................................. 错误！未定义书签。 第3章 主变压器选择 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.1 概述 .............................................................................................................. - 14 - 3.2 变压器的选择 ............................................................................................. - 14 - 3.3 变压器调压方式的选择 ............................................................................. - 14 - 3.4 变压器冷却方式的选择 ............................................................................. - 15 - 第4章 厂用电接线及设计 .................................................. 错误！未定义书签。 4.1 厂用电率.......................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 厂用电接线的设计原则和接线形式 ......................................................... - 18 - 4.3 厂用电电压等级 ......................................................................................... - 19 - 4.4 厂用电接线形式 ......................................................................................... - 19 - 4.5 厂用变压器的选择 ............................................................................. 、、- 19 - 第5章 短路电流的计算 ...................................................... 错误！未定义书签。 5.1 短路电流计算的意义 ..................................................... 错误！未定义书签。 5.2 造成短路的原因 ............................................................. 错误！未定义书签。 5.3 短路后果.......................................................................... 错误！未定义书签。 5.4 计算短路电流的目的 ..................................................... 错误！未定义书签。 5.5 短路计算的一般规定 ................................................................................. - 22 - 5.6 短路电流计算的一般假设 ......................................................................... - 27 - 5.7 短路电流计算的一般步骤 ......................................................................... - 27 - 5.8 短路电流的计算 ......................................................................................... - 27 - 第6章 电气设备选择 .......................................................... 错误！未定义书签。 6.1 概述 .................................................................................. 错误！未定义书签。 6.2 最大工作电流的计算 ..................................................... 错误！未定义书签。 6.3 断路器的选择 ............................................................................................. - 30 - 6.4 母线的选择 ..................................................................... 错误！未定义书签。

- 6 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

6.5 隔离开关的选择 ......................................................................................... - 37 - 6.6 电流互感器的选择 ......................................................... 错误！未定义书签。 6.7 电压互感器的选择 ......................................................... 错误！未定义书签。 第7章 配电装置的设计 ...................................................... 错误！未定义书签。 7.1 配电装置的设计步骤 ................................................................................. - 41 - 7.2 配电装置的型式选择 ................................................................................. - 41 - 7.3 屋外配电装置最小安全净距 ..................................................................... - 42 - 7.4 通道和围栏 ................................................................................................. - 43 - 7.5 平面布置...................................................................................................... - 43 - 第8章 防雷接地的设计 ...................................................... 错误！未定义书签。 8.1 避雷器 .............................................................................. 错误！未定义书签。 8.2 避雷器的选择 ................................................................. 错误！未定义书签。 8.3 接地网的初步设计 ......................................................... 错误！未定义书签。 第9章 继电保护 .............................................................................................. - 46 - 9.1 概述 .............................................................................................................. - 46 - 9.2 发电机保护 ..................................................................... 错误！未定义书签。 9.3 母线保护.......................................................................... 错误！未定义书签。 设计总结 ................................................................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................................................. 错误！未定义书签。 附录一：英文文献原文 .................................................. 错误！未定义书签。 附录二：英文文献翻译 .................................................. 错误！未定义书签。 附图 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 指导教师评语表 .................................................................... 错误！未定义书签。

- 7 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

绪论：

一：概述

发电厂是电力系统的重要组成部分，做好发电厂的规划、设计对于电力系统的安全、可靠、稳定、经济运行有着重要意义。

经过近三个月的努力，在设计过程中，综合运用所学知识，参考各种相关教材及手册，严格执行相关设计技术规范，完成了任务书规定的2×350MW发电厂的电气初步设计任务，编写了本初步设计说明文件。

二：总的说明

1、本电厂情况

神华神东电力有限责任公司在新疆维吾尔族自治区昌吉回族自治州吉木萨尔县境内的准东五彩湾煤电煤化工基地规划区内，建设神华新疆准东五彩湾发电厂2×350MW国产超临界空冷纯凝燃煤发电机组，并考虑4×660MW机组扩建条件。发电机出口电压20KV，经升压至220KV送入系统；厂用电率8%；220KV出线四回分别是两回接入五彩湾220kV变电所，预留两回；本工程规划装机2×350MW+4×660MW+4×1000MW,分三期建设。发电机参数350MW、20KV、10190A、cosφ=0.85、xd=22.7%

- 8 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

第一章 发电机及励磁系统

发电机是发电厂的主要设备之一，发电机的型号和参数对于发电厂的电气设计有着重要影响，下面对于本工程使用的发电机型号进行一定的说明。

1.1发电机型号

本工程发电机机组为2×350MW水氢氢冷却的汽轮发电机，发电机型号为QFSN—300—2。

1.2发电机基本参数：

额定电压 20kV 额定转速 3000r/min 周波 50Hz 相数 3 极数 2 定子线圈接法 YY

额定氢压 0.4MPa(g)

漏氢（保证值） ≤8NM3/24h (在额定氢压下，折算为标准气压下) 效率（保证值） ≥98.95％ 短路比（保证值） ≮0.5 瞬变电抗 x?d ≯0.30

?? ≮0.15 超瞬变电抗 Xd

承担负序能力

稳态I2（标幺值） ≥10％ 暂态 I 22 ≥10s 励磁性能:

顶值电压 ≥2倍额定励磁电压 电压响应比 ≥3.58倍额定励磁电压/s 允许强励持续时间 20s

噪音（距外壳水平1m，高度1.5m处） ≤85dB(A) 绝缘等级 F级（按B级温升考核）

- 9 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

第二章 电气主接线的选择

电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。

电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系

2.1电气主接线设计基本要求

电气主接线设计的基本要求，概括地说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面。

2.1.1可靠性

主接线可靠性的基本要求通常包括以下几个方面：断路器检修时，不宜影响对系统供电；线路、断路器或母线故障时，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回路数和停电时间，并能保证对全部1类及全部或大部分2类用户的供电；尽量避免发电厂或变电站全部停电的可能性；大型机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。 2.1.2灵活性

电气主接线应能满足在调度、检修以及扩建时的灵活性，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面。

（1）操作的方便性。电气主接线应该在服从可靠性的基本要求条件下，接线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出错。

（2）调度的方便性。电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方便地改变运行方式。并且在发生事故时，要能尽快地切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多的影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。

（3）扩建的方便性。对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩建的方便性。尤其是火电厂和变电站，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。 2.1.3经济性

经济性主要从以下几个方面考虑。

（1）节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电气数量、选用价廉的电气或轻型电器，以便降低投资。

（2）占地面积少。主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少；同时应注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。

（3）电能损耗少。在发电厂或变电站中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。

2.2原始资料要求与分析

根据原始资料可得，本电厂属于地区电厂，在系统中处于较为重要的地位，接线可靠性处于主要考虑因素。

- 10 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

本工程规划装机2×350MW+4×660MW+4×1000MW，分三期建设。所以考虑扩建问题。

2.3各种主接线方案介绍

我厂的高压配电装置的开关采用六氟化硫断路器。根据《DL5000-2000火力发电厂设计技术规程》，“当断路器为六氟化硫型时，不宜设旁路设施”，故高压配电装置不再考虑带有旁路的接线方案。

根据原始资料分析：本厂的高压配电装置为220kV配电装置；根据《电力工程电气设计手册电气一次部分》：6—220千伏高压配电装置有母线的主接线形式有：单母线、单母线分段、双母线、双母线分段。 2.3.1单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。 缺点：不够可靠灵活，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时间停电，再用隔离开关将故障母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

适用范围：

6—10千伏配电装置出线回路数不超过5回。 35—63千伏配电装置出线回路数不超过3回。 110—220千伏配电装置出现回路数不超过两回。 2.3.2单母线分段接线

优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。

当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：当一段母线或者母线隔离开关故障或者是检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。

当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。 扩建时需要像两个方向均衡扩建。 适用范围：

6—10千伏配电装置出线回路数为6回及以上。 35—63千伏配电装置出线回路数为4—8回时。 110—220千伏配电装置出现回路数为3—4回。 2.3.3双母线接线

双母线的两组工作母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。由于母线继电保护的要求，一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定连接方式运行。

优点：供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不使供电中断；一组母线故障后，迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关只停该回路。

调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一母线上，能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路停电。当有双架空线路，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会出现单母分段那样导致的出现交叉跨越。

- 11 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

便于试验。当个别回路需要单独进行试验，可将该回路分开，单独接在一组母线上。

缺点：增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关。 当母线故障或检修时隔离开关作为倒闸操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间爱你装设连锁装置。

适用范围：

6—10千伏配电装置，当短路电流较大、出现需带电抗器时

35—63千伏配电装置出线回路数超过八回；或连接的电源较多、负荷较大时。

110—220千伏配电装置出线回路数为5回及以上时；或当110—220千伏配电装置，在系统中居于重要地位，出线回路数为4回及以上时。 2.3.4双母线分段接线

当220千伏进出线回路数甚多时，双母线需要分段，分段原则是： 当进出线回路数为10—14回时，在一组母线上用断路器分段； 当进出线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段。 在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器。 为了限制220千伏母线短路电流或系统解列运行要求，可根据需要将母线分段。

2.4主接线选择

根据原始资料分析和各个接线形式的有缺点和适用范围叙述，可以确定只有单母分段和双母线接线可以作为可选方案。

对两个可选方案进行分析，以确定最终的主接线方案。 可靠性分析两种接线方案 由于六氟化硫断路器的使用，使得断路器的可靠性不再是影响可靠性的主要因素。

根据系统要求，单母线接线在一条母线故障或检修时，无法满足系统对可靠性的要求。

灵活性分析两种接线方案。 有两种接线方案的特点，可以明显的知道，双母线接线的灵活性是优于单母线分段接线方案的。

经济性分析两种接线方案

单母线接线在断路器的数量方面，与双母线接线方案是一样的，所以在一次投资方面差别不大。

综上所述：单母线分段接线方案在可靠性上无法满足系统的可靠性要求，所以单母线接线方案不能选。故本电厂高压配电装置接线设计最终选择双母线接线方案。

根据《电力工程电气设计手册电气一次部分》第二章第四节：“200MW以及上大机组一般都采用与双绕组变压器组成单元接线而不是与三绕组变压器组成单元接线”的表述，结合本电厂的实际情况，本电厂采用发电机—变压器单元接线。

- 12 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

2.5最终方案确定

根据《火力发电厂设计技术规程》（DL5000－2000)的相关规定，结合本电厂的原始资料，最终确定我厂的主接线为：两台350MW发电机与主变压器成发电机—变压器单元接线，中间不设置断路器，只留有可拆连接点；将发变组接本电厂的220千伏高压电装置，本电厂的高压配电装置采用双母线接线。

- 13 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

第3章 主变压器选择

3.1概述

在发电厂中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。主

变压器的容量，台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划，输送功率大小，馈线回路数，电压等级等因素，进行综合分析和合理选择。查询《发电厂电气部分》可知:单元接线的主变压器容量应按下列条件中的较大者选择。

(1)电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10％的裕度。

(2)按发电机的最大连续输出容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组平均温升在标准环境温度或冷却水温度不超过65℃的条件选择。

根据原始资料可知：该电厂的单机为350MW，发电机与变压器系用单元接线。设该电厂厂用电率为8％。则：

S=350×（1-8％）×（1+10％）／0.85=416.7MVA

3.2主变的选择

3.2.1变压器相数的选择

容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单项变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。但是，由于变压器的制造条件和运输条件的限制，特别是大型变压器，需要考虑其运输可能性。若受到限制时，则可选用单相变压器组，所以本设计采用三相变压器。 3.2.2变压器绕组数与结构的选择

电力变压器按其每相的绕组数分为双绕组.三绕组或更多绕组等形式；按电磁结构分为普通双绕组.三绕组.自藕式及低压绕组分裂式等型式。此外，机组容量为200MW以上的发电厂采用发电机一双绕组变压器单元接入系统，而两种升高电压级之间加装联络变压器更为合理。故本设计采用双绕组变压器。 3.2.3变压器绕组联结组号的选择

变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。

在发电厂中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，根据以上变压器绕组连接方式的原则，本设计中主变压器组别一般都选用YN,d11常规接线。

3.3变压器调压方式选择

为了保证发电厂的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。其结构较复杂，价格较贵，只在以下情况下予以选用：

1 接于出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变

- 14 -

山西大学（大东关校区） 毕业设计

压器二次电压维持在一定水平时;

2 接于时而为送端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。

而本设计发电厂为地区性电厂，负荷变化不大，潮流方向固定，一直处于送端，固采用较便宜的无激磁调压。

3.4变压器冷却方式的选择

电力变压器的冷却随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。

通常依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动机风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却，适用于中、小型变压器；大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。

本设计变压器额度容量为420000KVA，容量较大，固采用强迫油循环风冷却，依据以上分析结果，查《电力工程电气设备手册》，选用型号为SFPT-420000/220的变压器，其技术参数如表

电压 容量 连接方式 I0％ Us％ 调压方式 最高 最低 420000K220±2×20KV YNd11 0.85 12.14 无载调压 VA 2.5％ - 15 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jyr.html