毕业设计(论文)-1000MW火力发电厂电气部分及继电保护毕业设计

1000MW火力发电厂电气部分及继电保护说明书

函授学生毕业论文

1000MW火力发电厂

电气部分及继电保护说明书

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1000MW火力发电厂电气部分及继电保护说明书

摘要

我国电力工业自动化水平正在逐年提高。迄今为止，我国电力工业已经进入了大机组、大电厂、大电力系统、高电压和高自动化的新阶段。这就对发电厂的设计提出了更高的要求。

本文记述了1000MW火力发电厂电气部分及继电保护的设计过程。根据自然条件和技术经济条件，主要确定了主接线方案以及全厂的继电保护配置，并简要论述了厂用变、高备变的选择以及电气元件的选择，还对自动装置作了简要的概述。与本文相配合使用的有计算书，里面对短路电流计算和继电器的整定计算有较详细的论述。

本文通过对原始资料的分析，了解本厂的具体情况及其在系统申的地位，作用:依据可靠性、灵活性、经济性，对电气主接线进行分析，从而选择最适合本厂情况的主扫线方案，为选择最适合的电器设备及继电保护装置进行了短路电流保护的配置及整定，从面满足可靠、灵敏、快速且有选择的要求。

关键词:电气主接线电气设备继电保护

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目录

绪论 (1)

第一部分电气主接线设计 (3)

1．1原始资料分析 (3)

1．2主接线方案的确定 (4)

第二部分短路电流计算 (12)

2．1短路电流计算的一般规定 (12)

2．1．1计算的基本情况 (12)

2．1．2接线方式 (12)

2．1．3计算容量 (12)

2．1．4短路种类 (12)

2．1．5短路计算点 (12)

2．2短路电流计算的方法 (12)

2．3三相短路电流周期分量的计算 (13)

2．4阻抗图 (14)

第三部分电气设备的选择 (15)

3．1继路器 (15)

3．2隔离开关 (16)

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3．3电流互感器 (16)

3．4电压互感器 (16)

第四部分主设备继电保护 (18)

4．1主设备继电保护设计原则 (18)

4．2发电机变压器组保护 (18)

4．2．1大型发电机组对继电保护的要求 (18)

4．2．2大型发电机变压器组单元接线继电保护配置.18 4．2．3保护及其接线 (21)

4．3厂用电源保护 (32)

第五部分发电厂的自动装置和继电保护配置 (34)

总结 (36)

参考文献 (37)

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摘要

本文通过对原始资料的分析，了解本厂的具体情况及其在系统申的地位，作用:依据可靠性、灵活性、经济性，对电气主接线进行分析，从而选择最适合本厂情况的主扫线方案，为选择最适合的电器设备及继电保护装置进行了短路电流保护的配置及整定，从面满足可靠、灵敏、快速且有选择的要求。

关键词:电气主接线电气设备继电保护

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绪论

一．课题背景

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，本厂的电压等级为220KV，对220KV配电装置的接线方式应按发电厂在电力系统中的地位，负荷情况，出线回路数、设备特点、周围环境以及发电厂的规划容量等条件确定。接在母线上的避雷器和电压互感器，宜用1组隔离开关，接在发电机、变压器引线或中性点上的避雷器可装设隔离开关。

当配电装置变化大且出线回路较多时，宜采用双母线或双母线分段的接线，有条件时220KV配电装置也可采用一个半断路器接线。采用单母线或双母线的1l0KV-220KV配电装置，当断路器为少油型或少油型式压缩空气时型时，除断路器有条件停电检修时，应设置旁路装置，当220KV出线为4回及以上，宜采用专用旁路断路器的旁路母线。

随着电力系统的增大，大容量的发电机组不断增多，在电力设备上装设完善的继电保护装置，不仅对电力系统的可靠性运行有重大意义，而且对防止重要且昂贵的设备在各种短路和异常运行时可减少造成的损坏，在经济上也有显著的效果，因此在主设备的保护设计中，应要求保护在配置，原理接线和设备选型等方面，根据主设备的运行工况及结构特点，达到可靠，灵敏，快速和选择性的综合要求。

二．设计任务书

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— 7 — （一）设计题目：1000MW 火力发电厂电气部分及继电保护设计

（二）原始资料：

1．厂址概况：

厂址放在一大型矿区，所用燃料由煤矿直接由铁路运来，本厂附近除煤矿及其附属企业用电外无其它大型电力用户，电厂生产电力除厂用外，全部用220KV 升高压送入电力系统。

厂址地区的地形、地址条件较好。有国家铁路、公路干线在附近经过，厂内附近有河流经过，水量丰富，足够本厂用水。厂址地区地震烈度为6级，冻土深

1.7米，覆冰厚度为15mm ，最大风速为25m/s ，年平均气温+4℃，最高温度+35℃，最低温度-35℃，土壤电阻率>500Ω·m 。

2．机组参数

锅 炉： 2×HG －670T/H 2×HG －1000T/H

汽轮机： 2×N200－130 2×N300－165

发电机： 2×QFQS －200－2 2×QFQS －300－2

3. 电力系统结线图：

根据系统计算资料表明，在系统枢纽变电所出口装设SW 2－220型断路器。与

电力系统联结的线路数如图。

三．设计内容

1·电气主接线的设计

电气主接线是构成电力系统的主要环节，关系到系统的供电的可靠性、

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运行调度的灵活性和经济性。为了保证电力系统稳定运行，必须提高大机组超高压电气主接线的可靠性。

2.短路电流计算及设备的选择

短路电流计算是电器设计重的主要环节能，本设计中短路电流的计算方法采用标么值折算法，在网络的等值变换与化简利用分布系数法化简。

电气设备的选择是国家有关技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地的前提下的正常运行情况选择，按短路条件验算其动热稳定，并按环境条件校验电器的条件。

3·继电保护的设计与配置

电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全

运行，设计在选择保护方式时，希望能全面满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求:设计各种电器设备的保护时，对下列各项作了综合考虑:

(1)电力系统的结构特点和运行特性;

(2)故障出现了概率及可能造成的后果;

(3)电力系统的近期发展情况;

(4)经济上的合理性;

(5)国内外的成熟经验。

所选用的保护方式要满足电力系统结构和发电厂主接线的要求。并宜考虑电力系统和发电厂运行方式的灵活性。

第一部分.电气主接线设计

1．1原始资料分析

一．本厂概述：

本厂有2台200MW、2台300MW机组，总容量为1000MW。厂址位于一大型矿

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区，是一大型坑口电厂。

二．本厂与系统连接情况：

本系统中，本厂通过双回线和一个容量为5586MW的系统相联。本厂除厂用电和矿区及其附属企业用电外，全部以2回双回线、2回单回线（均为220KV线路送到系统）。本厂与系统联系紧密，如果本电厂发生严重事故，将影响地区电厂的安全运行，甚至引起系统崩溃。因此，对该厂的可靠性要求较高，继电保护要灵敏、可靠。

三、本厂的环境情况：

本厂建在一大型矿区，煤炭资料丰富，有利于以后的扩建。附近有河流经过，水源丰富，足够本厂用水。由于有国家铁路经过矿区，这就使得本厂不受运输条件限制而可以采用大型三相变压器。

本厂的地形、地质条件较好，地震烈度为六级。规程中规定：地震基本烈度为7度及以下地区的电厂，可不采取防震措施。最大风速为25m/s,一般高压电器可在风速不大于35m/s的环境下使用，因此可以不必增加出线间隔。在屋外配电装置的布置中不宜降低电气设备的高度，因此本厂可以不考虑，也不必加强基础固定。土壤电阻率>500Ω.m（ρ≥300Ω.m），可采用以水平接地体为主的带棒接地装置。

年平均气温+4℃最高温度+35℃，最低温度-35℃。根据规程规定，气温在-30℃～40℃之间彩普通高压电器。在高寒地区，应选择能适应环境最低温度为-40℃的高寒电器。一般隔离开关的厚度为10mm，而本厂覆冰厚度为15mm，因此所选隔离开关破冰厚度应大于15mm。

1．2主接线方案的确定

一、设计主接线的基本要求：

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在设计主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项的基本要求。

1、可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要条件，电气主接线必须满足这个要求，在研究主接线时，应全面考虑以下几个问题：

（1）可靠性的客观衡量标准是运行实践经验及其可靠性的定性分析。

（2）主接线的可靠性。包括一次部分和二次部分运行可靠性的约束。

（3）可靠性很大程度上取决于设备的可靠程度

衡量主接线可靠性的标志是：

（1）断路器检修时，能否影响供电。

（2）线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运回路的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

（3）避免发电厂、变电所全部停运的可能性。

（4）对于大机组超高压情况下的电气主接线，应满足可靠性的特殊要求。2、灵活性

主接线的灵活性要求：

（1）高度灵活，操作简便。

（2）检修安全。

（3）扩建方便。

3、经济性

在满足技术要求的前提下，做到经济合理：

（1）投资省。

（2）占地面积小。

（3）电能损耗少。

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二、主接线方案的选择

方案进行比较:

一·方案的可靠性

由于22OKV电压高，输电线路长，须对两种可行的接线方案进行可靠性比较，主要考虑以下几个方面：

1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；

2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运运，并要保证对一级负荷及全部重要负荷的供电；

3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性；

220KV线路5条且线路较长，输送功率大，停电影响大并且断路器检修停电时间长，因此，一般只考虑装设双母线以上接线方式：

3/2断路器接线在检修和故障重合的情况下，停运回路不超过两回，具有高度的可靠性。

双母四分段任何一进出断路器故障或一段母线故障，停运范围为整个母线的1/4，一段母线故障、分段或母联拒动的双重故障，停运两段母线，不过这种故障概率极低。

根据以上要求选用双母线、双母线带旁路和一台半断路器接线都能满足要求，重要是进行操作灵活性和经济性比较；

二．方案的经济性比较

1)最小费用法;

a，计算综合投资

b·计算年运行费用

2)静态比较法

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双母线带旁路主接线的优点:

优点:

1·可以轮流检修母线而不致供电申断;

2·检修任一回路的母线隔离开关时，只停该回路

3·母线故障后，能迅速恢复供电;

4．调度灵活，各个电源和回路的负荷可以任意分配到某一组母线上，因而可以灵活在适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要;

5·检修任一回路的母线隔离开关时，无需中断其余回路的供电;

6·扩建方便;

7·便于实验;

缺点:

1·母线故障而母联DL拒动时，导致母线回路供电;

2·旁路断路器的继电保护为适应各进线的要求，其整定较复杂。

具备下列条件时，可不装设旁路母线;

1·采用可靠性高，检修周期长的SF6断路器，或采用可以迅速替换的手车式断路器;

2·系统条件允许线路停电检修时，(如又母线或负荷点可由系统的其它电源供电，线路利用小时不高，允许安全断路器检修而不影响供电的)。 3·接线条件允许断路器停电进行检修时，(如每回线接有两台断路器的多角形接线时)。

双母线四分段的特点:

1)母线分为四分段，可以分段运行。系统构成方式的自由度大，两个元

件可完全分接到不同母线上，对大容量且需相互联系的系统中是十分有用的;

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2)由于这种技术是传统技术的延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面

不会发行问题;

3)可以较容量地实现分段扩建

4)当一段母线故障时或联接在母引上的进出线断路器故障时。-停电范围

不超过整个母线的四分之一，当一段母线故障合并分段或母联断路拒

动时，停电范围不超过整个母线的二分之一。

由于本发电厂在系统中的地位十分重要，因此共可靠性必须有严格的保证。母线电压等级为220KV，故需选择SF6断路器，且出线有两种双回线，另一条出线又可由系统的另外发电厂保证;故可以不考虑用双母线旁路。同时为了限制22OKV母线短路电流或系统解列运行的要求，必须用双母四分段，而且此接线方式在技术上也比较先进。由于一台半断路器虽然可靠性高，但造价也高，且保护的二次部分过于复杂，为解决继电保护校验问题，保护必须双重化，且一次设备的投资超过及母线四分段的投资，建设标准提高太多，所以，一般不宜在220KV配电装置中采用一台半断路器接线。

Ⅱ灵活性

3/2断路器接线：（1）成多环状供电，一个回路由两台断路器供电，高度灵活，可断开任何断路器而不影响供电。（2）隔离开关只作为检修电器，而不作为操作电器，不需要任何操作，消除事故迅速。（3）成对的双母线不能交叉布置。（4）不利于分段运行，自由度较小，且继电保护复杂。

双母四分段：（1）不能形成多环状供电，调度不如3/2断路器接线灵活，但系统要求分裂运行时灵活。（2）隔离开关作为操作电器，改变运行方式需要进行倒闸操作，处理事故时需要操作隔离开关，速度缓慢。（3）断路器检修时停电。（4）成对的双母线可能要交叉。（5）有利于分段运行，且继是民保护容易实现。并且有利于扩建。

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— 14 — 根据《电力工程电气设计手册》及《火力发电厂设计规程》与本次设计有关的规程，容量为200MW 及以上的发电机采用单元接线，该主变压器的容量可按下列条件上较大者选择：

（1）发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本机的厂用负荷。

1、主变的确定

（1）由于本厂不受运输条件限制，设计规程规定在330KV 及以下的发电厂采用三相变压器。所以采用三相变压器，

（2）规程规定，对于200MW 及以上的机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器，因此本厂采用双绕组变压器。

（3）我国110KV 及以上电压，变压器绕组都采用Y 0连接。因此，对于200MW

机组采用的主变为SFP 7——240000/220，而对于的机组采用SSPL ——360000/220。

2、厂用充的确定

（1）厂用电源引接

当发电机与主变压器成单元接线时，高压厂用工作电源一般由主变的低压侧引接，供给该机组的厂用负荷，因此本厂的四台机组采用的四台厂用变都从主变的低压侧引接。

（2）厂用变的类型及容量

规程规定，容量在200MW 及以上的发电机采用单元接线时，其厂用变压器用分裂绕组变压器。发电厂高压厂用变的容量应按高压电动机的计算负荷的110%与低压厂用负荷和选择，低压厂用变的容量留有10%左右的裕度。

综上所述，厂用变选择如下：

①200MW 机组采用25/12.5—12.5MVA

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②300MW机组采用40/20—20MVA

3、高备变的确定

（1）当无发电机电压母线时，由高压母线中电源可靠的最低一级电压母线或联络变压器的第三（低压）绕组引接，并扔得保证在全厂停电情况下，能从外部电力系统取得足够的电源（包括三绕组变压器的中压侧，从高压侧取得电源）。

（2）当有发电机电压母线是由该母线引接一个备用电源。

（3）当技术经济合理时，可由外部电网引接。全厂用两个或以上高压厂用备用或起动/备用电源时，应引用两个相对独立电源。

（4）200MW及以上容量的发电机超过3台时，每两台机组设立1个起动/备用电源。

根据规程有关规定及经验，本厂应用２台高备变，分别为：

①200MW机组采用25/12.5—12.5MVA

②300MW机组采用40/20—20MVA

备用变绕组为Y/△—△—11—11

综上所述，根据本厂的具体情况，可以首先拟定以下几个方案：

1000MW火力发电厂电气部分及继电保护说明书方案二：采用3/2断路器接线方式

方案三：采用双母上分段接线方式

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对三个方案进行比较：

方案一：双母线接线

优点：①供电可靠；②高度灵活；③扩建方便，投资省；④便于试验。

缺点：

①当母线发生故障时，推动两台单机，对于本系统而言，单机的容量较大，若系统失去两台单机，使系统波动过大，甚至造成系统崩溃、解列，可靠性较低，而本厂要求可靠性很高。

②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，为此，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

因本厂与系统联系紧密，要求可靠性非常高，因此这种接线不易采用。

现对方案二、方案三进行技术经济比较：

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Ⅰ可靠性

两种方案均符合可靠性的要求。

3/2断路器接线在检修和故障重合的情况下，停运回路不超过两回，具有高度的可靠性。

双母四分段任何一进出断路器故障或一段母线故障，停运范围为整个母线的1/4，一段母线故障、分段或母联拒动的双重故障，停运两段母线，不过这种故障概率极低。

Ⅱ灵活性

3/2断路器接线：（1）成多环状供电，一个回路由两台断路器供电，高度灵活，可断开任何断路器而不影响供电。（2）隔离开关只作为检修电器，而不作为操作电器，不需要任何操作，消除事故迅速。（3）成对的双母线不能交叉布置。（4）不利于分段运行，自由度较小，且继电保护复杂。

双母四分段：（1）不能形成多环状供电，调度不如3/2断路器接线灵活，但系统要求分裂运行时灵活。（2）隔离开关作为操作电器，改变运行方式需要进行倒闸操作，处理事故时需要操作隔离开关，速度缓慢。（3）断路器检修时停电。（4）成对的双母线可能要交叉。（5）有利于分段运行，且继是民保护容易实现。并且有利于扩建。

Ⅲ经济性

（1）主设备投资：8回线时，两种接线相关不多，9回线及以上时，双母四分段较经济。

（2）占在面积：3/2接线占地面积较少，但应用于发电厂时，受到发电机引出位置的影响而扩大了面积。

Ⅳ继电保护及二次回路的复杂性：

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— 19 — 3/2断路器接线：

（1）由于每个回路连接着两台断路器，一台中间断路器连接着两个回路，保护接于两组电流互感器的合电流，因而，其电流互感器的二次回路保护装置和跳闸出口回路等比较复杂。

（2）应用于发电厂时，发电机——变压器组与线睡共用的中间断路器，只能在单元控制室控制，并在网络控制室设相应的断路器信号，比较复杂。

双母四分段接线：

（1）分段的母联保护复杂，需要故障母线选择元件，而当将回路从一段母线切换到另一母线时，电流互感器二次回路需要切换，母线隔离开关的闭锁回路保护，二次回路较复杂。

（2）应用于发电厂时，发电机—变压器组利用双母四分段接线，只需在控制室内进行控制，与线路控制无关，比较简单。

综上所述，联系本人的具体情况特选定方案三为主接线方案，即双母线四分段接线，理由如下：

（1） 双母线在我国有和期的支行经验，在操作方面没问题。

（2）继电保护容易配置，且接线简单。

（3）拟采用SF 6断路器（大修期为10—20年），质量好，大大提高了供电可

靠性，对断路器可不予考虑。

（4）采用断路器可不设旁路母线，降低造价，缩小占地面积。

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（5）母线可分列运行，简化了操作，且运行灵活。

（6）进出线10回，投资较经济。

第二部分短路电流计算

1·短路计算的目的

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中一个重要环节，计算的目的主要如下:

1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线的方案，或确定某一接线是否需采用限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障清况下都能安全、可靠地运行，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

3)在设计屋外高压配电装置时需按短路条件校验软导线的相间和相对

地的安全距离。

4)在选择继电保护方式和进行整定计算时需以各种短路时的短路电流为依据。

1.2短路电流计算时一般规定

1)计算的基本情况:

1.电力系统申所有电源均在额定负荷下运行。

2.所有同步电机都具有自动调整励磁装置。

3.短路发生在短路电流为最大的瞬间。

4.所有电源的电动势相位角相同。

5.应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点电弧电阻对异频电动机的作用。仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

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— 21 — 2)接线方式

计算短路电流时所有的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式 (最大运行方式)。

3)计算容量应按本工程设计规划容量计算。

4)短路种类: 按三相短路计算

5)短路计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。称为短路计算点，对于带电抗器的6-10KV 出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线套管时，短路计算点该取在电抗器前，选择其余的导体和电器时，短路计算点应取在电抗器后。

2·计算步骤

1) 选择计算短路点

2) 画等值网络图

3) 化简等值网络图

4) 求计算电抗XjS ，

5) 由运行曲线进出各电源供给的短路电流同期分量标么值

6) 计算无限大的电源供给的短路电流同期分量

7) 有功功率电源的短路电流计算

8) 计算短路电流同期分量有名值和短路容量

9) 计算短路电流冲击值

10) 计算异步电动机供给的短路电流

11) 绘制短路电流计算结果表

2．3三相短路电流周期分量的计算

1、求X js

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