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1、本毕业设计是对发电厂厂用电进行设计，主要运用发电厂电气部分、高电压技术、电力系统分析、电力系统自动化、电力系统继电保护等专业知识完成“发电厂厂用电的设计”，具体设计内容包括厂用电接线设计、负荷分析计算、变压器选择、电动机自启动校验，继电保护设计、配电装置设计、防雷设计、绘制厂用电接线图、继电保护二次回路接线图、绘制配电装置图。本设计严格遵循发电厂电气部分的设计原则，并结合实际情况确定了厂用电母线电压等级确定为6KV,利用换算系数法进行负荷分析计算，变压器选择低压分裂三绕组变压器，确定了合适的短路点进行短路电流计算。根据防雷保护要求确定避雷器；最后绘制了相关的图纸。关键词：发电厂；变压器；继电保
2、护；避雷器ABSTRACTThetextisdesignedtowardstheelectricitypowerplant,usingelectricalpowerplants,high-voltagetechnology,powersystemanalysis,powersystemautomation,powersystemprotection,andotherexpertisetocomplete,“PowerPlantpowerofdesign“mainly.Specificdesignelementsincludingelectricitycableplantdesign,loada
3、nalysis,thechoiceoftransformers,motorsstartchecking,protectiondesign,distributiondesign,minedesign,drawingelectricityplantwiringdiagram,thesecondcircuitprotectionwiringdiagram,mappingdistributionsetup.ThedesignfollowsStricklytothedesignprinciplesoftheelectricalpowerplants,combinedwiththeactualsituat
4、ionidentifyingthebusvoltageelectricityplantas6KV,usingconversionfactormethodtocalculatetheload,transformerchoosesthelow-voltagewinding.Fixtheappropriateshort-circuitpointtocalculatetheshort-circuitcurrent.Keyword:powerplant;transformer;relayprotection;arresterO前言11厂用电电压等级确定及接线设计21.1 厂用电的电压等级确定21.2 厂
5、用电接线设计22厂用电负荷计算及变压器选择42.1 厂用电负荷的计算原则42.2 厂用负荷的计算方法62.2.1 换算系数法62.2.2 电动机计算功率确定62.3 厂用变压器的选择102.3.1 额定电压102.3.2 厂用变压器的容量103电动机的自启动校验143.1 电动机自启动校验定义143.2 电动机自启动分类143.3 电动机自启动校验163.3.1 电压校验163.3.2 电动机自启动母线电压校验184短路计算及电气设备选择234.1 短路计算的目的及意义234.2 短路计算244.3 电气设备选择的要求和原则254.4 校验的原则及热稳定条件264.5 环境条件274.6 电气
6、设备的选择284.6.1 断路器参数的选择284.6.2 隔离开关参数的选择284.6.3 形式选择284.6.4 电流互感器的选择304.6.5 电压互感器的选择314.7 母线的选择314.7.1 母线材料、形式、和布置方式的选择314.7.2 母线选择计算325继电保护总体方案345.1 主变压器保护规划345.2 变压器保护355.3 母线保护355.4 厂用母线保护应满足的要求365.5 厂用母线保护的选择366配电装置377防雷保护设计397.1 雷电过电压的形式及危害性397.2 直击雷和感应雷保护397.3 雷电波入侵保护407.4 避雷器的选择408接地设计428.1 降阻设
7、计428.2 材料防腐分析428.3 地网接地电阻的推算448.4 阴极保护设计458.4.1 阴极保护的概念458.4.2 阴极保护方法的选择458.5 牺牲阳极法与外加电流法的技术特点比较458.6 牺牲阳极材料的选择468.6.1 选定阳极材料468.7 .2锌基、率基、镁基牺牲阳极的性能比较469结论49致谢50参考文献51附录A52附录B53附录C54O前言中国电力工业一直以高速发展，1949年全国电力装机容量为1850MW,发电量为43.1KWh.l998年低,全国电力装机容量为2.77万KW,发电量11576.97亿KW/h。我国电力装机容量和发电量仅次于美国跃居世界第二位，持续
8、多年的电力供需矛盾得以缓解。我国当前的电源构成情况大致是火力发电占75%左右，其余主要为水力发电，核能发电才刚刚开始发展，火力发电中烧煤超过90%,烧油约为6.78%,其余用其他原料。近20年来水电装机容量增长了3.45倍，改革开放的20年间，在开发利用的风能、地热能、潮汐能、太阳能等新能源发面有了较大的发展。随着WTO的加入，及政府的正确指导，我国经济高速增长，与此相伴，我国的电力消费始终保持强劲增长态势。2004年，全社会用电量达到21735亿KWh,比2003年增长15%,预计，2007年，全社会用电量约为24414-24935亿KWh,增长速度在12.325%-14.725%之间，虽然
9、近两年已加快了电力投资,但总装机容量不足很问题仍严重。随着“振兴东北老工业基地”号角的吹响，东北的经济将以更快的速度增长，因此迫切需求更多的电力能源作为经济发展的坚强后盾，作为振兴的先锋辽宁省电力供不应求局面将进一步加剧，2005全年电量缺口约40-50亿KWh,电力缺口约100-200万KWo随着大型发电厂的建设，机组容量不断的增大，这对承担整个发电厂动力保证的发电厂厂用电系统来说，其运行稳定和供电可靠性提出了更高的要求。目前国内大型火力发电厂大容量的发电机组一般都采用发电机变压器组单元制布置，每台机组机组常用系统设有2台启动备用变压器油，对2台机组厂用电系统交叉备用方式。1厂用电电压等级确
10、定及接线设计1.1 厂用电的电压等级确定厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络的等因素，相互配合，经过技术经济综合比较决定的。为了简化厂用电接线，且使运行维护方便，厂用电压等级不宜过多。在发电厂和变电站中，低压厂用电常采用400V,高压厂用电电压有3、6、IOKV等。为了正确选择高压厂用电的电压等级，需进行急速经济论证。火力发电厂常采用3、6、IOKV作为厂用电电压，发电厂中拖动各种厂用机械设备的电动机，容量相差悬殊，从数千瓦到数千千瓦，而且和电动机的电压和容量有关。在满足技术要求的前提下优先采用电压较低的电动机，以获得较高的经济效益；而高压电动机，制造容量大
11、、绝缘等级高、磁路较长、尺寸较大、价格高、空载和负载损耗均较大，效率较低。但是，结合厂用电供电网络综合考虑，电压等级较高时，可选择截面较小的电缆或导线，不仅节省有色金属，还能降低供电网络的投资。本设计2x300MW发电厂厂用电设计采用6KV作为厂用电电压。6KV电动机的功率可制造的较大，以满足大容量负荷的要求；6KV和3KV厂用电系统相比，不仅节省有色金属和费用，而且短路电路亦较小；发电机电压若为6KV时;可以省去高压厂用变压器，直接由发电机电压母线经电抗器供厂用电，以防止厂用电系统故障直接威胁主系统并限制其短路电流。1.2 厂用电接线设计300MW汽轮发电机组高压厂用电系统有两种接线方案，如
12、图2.1所示。（a）所示方案I,不设6KV公用负荷母线，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上；如图b所示方案II,单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷母线段正常由启动备用变压器供电。方案11的优点是公用负荷集中，无过度问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。其缺点是由于公用负荷集中，并因启动备用变压器要用工作变压器做备用，故工作变压器也要考虑在启动备用变压器检修或故障时带公用负荷母线段运行。因此，启动备用变压器和工作变压器均较方案I变压器分支的容量大，配电装置也增多，投资较大。方案I的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上,供电可靠性高、投资省，但也由于公
13、用负荷分接于各机组公用母线上，机组工作母线清扫时.，将影响公用负荷的备用。另外，由于公用负荷分接于2台机组的公用母线上，因此，在机组GI发电时，必须也安装好机组G2的6KV厂用配电装置，并启动备用变压器供电。这两种方案各有优缺点，经过技术经济比较后选定方案IO6K1A6K1B(Q )(b)(b)方案n设置公用负荷母线(Q)方案1一一不设公用负荷母线图IT高压厂用供电系统2厂用电负荷计算及变压器选择为了合理正确选择厂用变压器的容量，需对每段母线上引接的电动机台数和容量进行统计和计算。2.1 厂用电负荷的计算原则1 .经常连续运行的负荷应全部计入。如引风机、送风机、排粉机、循环水泵等用的电动机。2
14、 .连续而不经常运行的负荷亦应计入。如充电机、备用励磁机、事故备用油泵等用的电动机。3 .经常而连续的负荷亦应计入。如疏水泵、空气压缩机等用的电动机。4 .短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算。如行车、电焊等。但在选择变压器时，变压器容量应留有适当的裕度。5 .由同一台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数。6 .对于分裂变压器，其高低压绕组负荷应分别计算。表2T火电厂主要厂用电负荷及其类别分类名称负荷类别运行方式备注引风机I送风机排粉机II或用于送粉时为I锅炉负荷经常、连接无煤粉仓时为I无煤粉仓时为I磨粉机I或给煤机I或给粉机I汽轮机负荷射水泵凝结水泵II经常、连续经常、连续用
15、汽动给水泵就无循环水泵I经常、连续给水泵项分类名称负荷类别运行方式备注汽轮机负荷给水泵备用给水泵I经常、连续不经常、连续用汽动给水泵就无I给水泵项充电机II不经常、连续电气及公共负荷浮充电装置II经常、连续空压机II经常、短时电气及公共负荷空压气冷却风机II经常、连续经常、连续通信电源I盘车电动机保安不经常、连续顶轴油泵保安不经常、短时事故保安负荷交流润滑油泵保安不经常、连续浮充电装置保安经常、连续机炉自控电源保安经常、连续输煤皮带II经常、连续输煤负荷碎煤机II经常、连续电气除尘器II经常、连续灰浆泵II经常、连续出灰负荷碎渣机II经常、连续电气除尘器II经常、连续中央循环水泵I经常、连续与
16、工业水泵合用时场外水工负荷消防水泵I不经常、短时生活水泵负荷类别生活水泵II或In经常、短时为H场外水工负荷冷却塔通风机II经常、连续化学水处理器I或II经常、连续大于300MW机组时,中央修配间IH经常、连续辅助车间负荷化学水处理室负荷电气实验室IIl经常、短时类别为I起重机械III经常、断续注I表示I类厂用电负荷，Il表示Il类厂用电负荷，Ill表示Ill类厂用电负荷，保安表示保安厂用电负荷。2.2厂用负荷的计算方法2.2.1换算系数法S=（KP）KMKLcos式中S一厂用母线上的计算负荷，KV-AP-电动机的计算功率，KWK-换算系数，可取表5-2所列的数值KM一同时系数KL符合系数一效
17、率COSQ功率因数表2-2换算系数机组容量（MW）1252给水泵及循环水泵电动机LO1.0凝结水泵电动机081.0其他高压电动机及厂用电低压变压器（KV-A）0.80.85其他低压电动机0.80.72.2.2电动机计算功率确定对经常、连续运行的设备和连续而不经常运行的设备，即连续运行的电动机均应全部计入。按下式计算P=PN对经常短时及经常断续运行的电动机应按下式计算P=0.5对不经常短时及不经常断续运行的设备，一般可不与计算P=O对中央修配厂的用电负荷，通常按下式计算P=0.14&+0.44式中生一全部电动机额定功率总和，KWPs一其中最大5台电动机的额定功率总和，KW煤场机械负荷中，对大型机
18、械应根据机械具体情况具体分析确定。对中小型机械，应按下式计算P=0.35P+0.6&翻斗机P=0.220+0.5仁轮斗机P=0.13%+0.3GS式中P3其中最大3台电动机的额定功率之和，KW对照明负荷计算式为P=KdPi式中Kd需要系数，一般0.81.0Pi一安装容量，KW根据表3.1、3.2和3.3负荷运行方式及特点计算如下由公式S=E(KP)IA段负荷=5500+1250+315=7065KW=2240+1000+300+1360+2000+630+260+300+300=8390TCWSh=Zq+0.85ZG=7065+0.85*8390=14196.5KWZS=I600+1250+1
19、000+1000=48503VSl=0.85S=0.85*4850=4122.5KWIB段负荷Pi=2500+315=2815TCWZg=2240+1000+300+1360+2000+630+320=7850TOVSh=Zq+0.85ZG=2815+0.85*7850=9487.5/3V5=16+1250+l0+l0+10+10+315+800+1000+315=9280CSl=0.85S=0.85*9280=7888KW同理HA段6=5550+1250+315=7065KW/=2240+1000+300+1360+2000+630=7530/CWSh=q+O.85=7065+0.85*73
20、50=13465.5/CWZS=I600+1250+10Oo=38507CWSl=0.85S=0.85*3850=3272.5KW同理HB段Pi=2500+315=2815TGV=2240+1000+300+1360+2000+630+320+260+300+300=8710AWSh=+O.85=2815+0.85*8710=10218.5KW5=116+1250+1000+l0+l0+315+10+315=7840WSl=0.855=0.85*7840=6385KW表2-36KV厂用负荷及高压变压器容量设备名称额定容量(KW)I号厂用高压变压器II号厂用高压变压器IA段IB段重复容量(KW)
21、HA段HB段重复容量(KW)台数容量(KW)台数容量(KW)台数容量(KW)台数容量(KW)电动给水泵55001550015500循环水泵125011250225001125022500凝结水泵315315131531513151315315引风机224012240122401224012240送风机100011000110001100011000一次风机3001300130013002300排粉机68021360213602136021360磨粉机100022000220002200012000凝结水升压泵630163016306301630630630主汽机调速水泵35011碎煤机3201
22、1320喷射水泵260126026012601号皮带机300130030013004号皮带机30013003001300机炉变压器(KV)1600116001160016001160011600除尘变压器(KVA)1250112501125012501125011250机炉变压器(KVA)1600116001160016001160011600化水变压器(KVA)10001100011000公共变压器(KVA)1000110001100011000输煤变压器(KVA)1000110001100011000灰浆泵变压器(KVA)100011000负压风机房变压器(KV-A)100011000污水
23、变压器(KV-A)31513151315修配变压器(KV-A)8001800水源地电源(KV-A)10001100011000照明变压器(KV)315131513152.3厂用变压器的选择2.3.1额定电压厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接出电压确定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致.各种变压器的台数和型式工作变压器的台数和型式主要与厂用高压母线的段数有关,而母线的段数又与厂用高压母线等级有关.当只有6kV一种电压等级时，一般分两段；当IOkV与3kV电压等级同时存在时，则分四段（IOkV和3kV两段）。当只有6kV一种电压等级时，厂用高压工作
24、变压器可选用1台全容量的分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供两段母线；或者选用2台50%容量的双绕组变压器，分别供两段母线。如出现IOkV和3kV两种电压等级时,厂用高压工作变压器可选用2台50%容量的三绕组变压器，分别供四段母线。2.3.2厂用变压器的容量厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率。因此，对厂用高压工作变压器的容量应按厂用电高压计算负荷的110%与厂用电低压计算负荷之和进行选择；而厂用低压工作变压器的容量应留有10%左右的裕度。1）厂用高压工作变压器容量。当为双绕组变压器时按下式选择容量Sr1.IS”+S/式中SH一厂用电高压计算负荷之和一厂用电低压计算负荷之和当选
25、用分裂绕组变压器时，其各绕组容量应满足高压绕组S,vSc-Sr分裂绕组品.25c式中除I一厂用变压器高压绕组容量，KV-A除2一厂用变压器分裂绕组容量，KV-ASC一厂用变压器分裂绕组计算负荷，KVA,SC=LIS人+SlS,一分裂绕组两支重复计算负荷，KV-A2）厂用高压备用变压器容量。厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器的容量应于最大一台厂用低压工作变压器容量相同。3）厂用低压工作变压器容量。可按下式选择变压器容量KeSSL式中S一厂用低压工作变压器容量，KV-AK。一变压器温度修正系数。一般对装于屋外或由屋外进风小间内的变压器，可去K
26、o=I,但宜将小间进出风温差控制在10。C以内；对由住厂进风小间内的变压器，当温度变化较大时，随地区而异，应当考虑温度进行修正。厂用变压器容量的选择，除了考虑所接负荷的因素外，还应考虑：电动机自启动时的电压降；变压器低压侧短路容量；留有一定的备用裕度。4）厂用变压器的阻抗变压器的阻抗是厂用工作变压器的一项重要指标。厂用工作变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻抗大，这是因为要限制变压器低压侧的短路容量，否则将影响到开关设备的选择，一般要求阻抗应大雨10%；但是，阻抗过大又将影响厂用电动机的自启动。厂用工作变压器如果选用分裂绕组变压器，则能在一定程度上环节上诉矛盾，因为分裂绕组变压器在正常工作时具
27、有较小阻抗，而分裂绕组出口短路时则具有较大的阻抗。5）变压器选择计算IA段SH=ZS?N5 X13363 6200= 4.4820000厂用高压变压器电抗标幺值为100 SN100 x 40000j%)x=Llx1920000=Qjm5高压常用母线标幺值由3-9得U*。1.1p K r111 os.l + x“S*1 + 0.1045 4.48= 0.75 (0.65-0.70)满足要求厂用低压母线电压校验:厂用低压母线得合成负荷标幺值由式3-12= 3.125K2P2/(COSW)_5500/0.821000厂用低压变压器电抗标幺值为x,2 =Llx()100= 1.1-= 0.11100低
28、压母线电抗标幺值由2-111 + xr2*L0.8-l + 0.113.125=0.595 55%满足要求。厂用高压母线电压校验和常用低压母线电压校验，均满足电动机自启动要求得厂用电母线电压最低值，可见本厂用高压备用变压器可以顺利的实现自投高、低压母线串接自启动。4短路计算及电气设备选择4.1 短路计算的目的及意义1 .短路计算的目的系统的设计和运行都必须考虑到可能发生的故障和不正常运行的情况。而这些故障多数是由于短路引起的，所以要靠短路电流来选择校验设备。2 .短路计算的规定1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；2）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；3）所有电源的电动势相位角相同；4）所有接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式；5）计算
