2×200MW发电机组电气部分设计

毕业设计

内容提要

我这次设计主要针对一次系统为主、二次设计为辅的原则，主要对2×200MW发电机组接线形式的选择、220KV主接线

形式的选择、高压断路器、隔离刀闸的选择、电压互感器和电流互感器的选择，以及进行了短路计算，并对发电机和变压器的主保护进行了简单的配�Z。在电力系统中，大、中型电厂起着举足轻重的作用，一旦故障轻则引起大面积停电，重则可能引起电网崩溃。本次设计的电厂220KV变电站是豫北电网和河南主网联系的纽带，一旦发生事故将引起河南主网的解裂，所以对220KV变电站接线形式进行了详细的分析比较，以期找到一种安全经济成熟的主接线形式。

引言

本次设计是在毕业设计任务书的基础上进行的，依靠大专三年所学的专业理论知识，结合自己参加工作几年来的经验，

旨在提高自己的技术理论水平，以达到理论联系实际，学以致用的目的。

本次设计参考《电力工程电气设计手册》、《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《大型火力发电厂厂用电系统》等技

术资料，对本设计进行经济技术上的选择，主要是对电气一次系统主接线及设备进行选择。

通过本次对发电厂发电机、变压器、主接线的选择及短路电流的计算、部分高压设备的选择，以达到理论联系实际的

目的。

这次设计能够顺利完成，与指导老师的大力帮助是分不开的，同时也吸取了同学们的宝贵经验，在此向他们表示衷心

的感谢。

由于本人水平有限，设计中难免存在不足之处，希望大家不惜多加指正。

2×200MW发电厂电气部分设计

一、 原始资料：

1．发电厂类型：

火力发电厂 1、 本厂设计规模：

根据系统规划本厂 计划安装200MW汽轮发电机组两台，设计工作一次完成。 2、 厂址地理条件：

本厂厂址地势平坦，平均海拔不超过50米，年最高温度40度，本厂位于县郊，距离负荷中心仅20余公里，供电半径70公里，周围有一些水泥厂，所以选择应选择抗污能力强的电气设备，并每年对220KV变电站进行带电水冲洗。 3、 系统参数：

当装机容量为2×200MW时，220KV母线系统正序阻抗为0.011；零序阻抗为0.03。 根据系统220KV母线最低电压为205KV，最高电压为252KV。

220KV引出线：根据用户需要，工程引出线为5回，发电机电压无引出线向外供电。

第一节：发电机、主变压器的选择

一、发电机的选择：

由《火力发电厂设计技术规程》可知：

1、 发电机的额定容量应与汽轮机的额定出力相匹配；发电机的最大连续输出容量应与汽轮机的最大进汽量工况下的出力相匹配，其功率因数和氢压均应与额定值相同。

2、 汽轮发电机的轴系自然扭振频率应躲开工频及两倍工频。 3、 汽轮发电机组应有

承受高压输电线出口单相重合闸能力。

4、 发电机应具有一定的吸收无功功率、调峰及失磁后短时异步运行的能力。 5、 励磁系统的参数、特性应满足电力系统各种运行方式的要求。

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6、 本厂设计规划为2×200MW汽轮机组。 经选择比较最终选择QFSN―200―2型汽轮发电机。 Xd=22.2％ 二、 主变的选择

容量：

1、 主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装�Z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以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

2、 单元接线时，变压器的容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10％的裕度来确定。 3、 对于200MW发电机组一般采用发电机――变压器组单元接线。

4、 我国国家标准GB1094《电力变压器》确定R10容量系列。容量有100、125、

160、200、250、315…KV.A等。 本机采用发电机――变压器组单元接线。235-235×7％＋（235-235×7％）×10％=240MV.A。 相数：

1、 变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素；

2、 在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来讲投资大，占地多，运行损耗也

较大，同时配电装�Z结构复杂，也增加维修工作； 因本厂靠近京广铁路，所以不必考虑运输条件限制。 台数：

1、 变压器是一种静止电器，运行实践证明他的工作是比较可靠的。一般寿命为20年，事故率较小。通常设计时，不

必考虑另设专用备用变压器。

2、 容量为200MW及以上的机组在技术经济合理时，可采用发电机、变压器、线路组的 单元接线。 3、 本厂是2×200MW机组，且只有一种电压等级，故本次设计为发电机、变压器单元接线。 绕组数和连接方式：

1、对于200MW以上机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器；对于最大机组为200MW以上的发电机，由于机组容量大，额定电流及短路电流都很大，发电机出口短路器制造困难，价格昂贵，且对供电可靠性要求较高。所以，一般在发电机回路及厂用

分支回路均采用分相封闭母线，而封闭母线回路中一般不装�Z断路器和隔离开关。

2、对于200MW以上机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器；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。我国110KV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接；35KV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接；在发电厂和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素，根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都选用Y，d11常规接线。 调压方式的确定：

1、 与发电机作单元连接的双绕组变压器，可以由发电机调压，一般不须有载调压。本厂发电机――变压器组采用单元接线，故由发电机调压。 型号选择：

SFP7――240000/220 额定电压 242000/15750 高压 242±2×2.5/100 高压分接范围：±2×2.5％ 低压 15.75KV 空载损耗：176KW 负载损耗：653KW 空载电流：0.36％ 阻抗电压：13％ 三、 高压厂变的选择：

1、 高压厂用工作变压器的容量应按在各种运行情况下满足厂用电的要求来考虑；

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其参数：Pe=200MW Ue=15.75KV COSφ=0.85 n=98.7％ 接法YY

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2、 为保证厂用电的可靠性，大中型的电厂高压厂用工作变压器多采用分裂变压器；

3、 机组通过升压变压器直接送入较高的电力电网，则从发电机的出口引线处直接引取高压电源； 4、 各机组的高压厂用电系统应该相对独立，这一条对200MW以上的机组尤为重要；

5、 高压负荷一般都比较重要，为使工作与备用设备不会因母线故障而全部停运，设计中又将母线分为两段，把互为备用的设备接于不同段上；

6、 为给发电机组正常启动时提供电源，必须提供一启动电源，为保证高压厂用电系统的运行安全，设�Z厂用备用电源也是非常必要的

7、 200～300MW机组高压厂用电源由发电机的出口引接，经一台分裂变压器降压后，分别向两段高压厂用母线供电，两段母线间无联络开关；

8、 高压厂用电线的启动/备用电源来向高压启动/备用变压器，与厂用变压器一样，高压启动/备用变压器也采用分裂变压器，两个低压绕组分别向两个厂用母线供给启动/备用电源。由于系统电压变动范围较大，一般高压启动/备用变压器多采用有载调压器，而发电机的出口电压稳定，高压厂用变压器多采用无载调压变压器。

因为我本次设计的为200MW机组，所以高压厂用电源直接由发电机的出口15.75KV处引接，经一台分裂变压器

降压为6.3KV后，分别向两段高压厂用母线供电。 高压厂用变压器容量的选择：

额定 容量 KW #1高压厂用变压器 ⅠA段 ⅠB段 台容量 台容量 数 KW 数 KW 5500 5500 1 1 2000 1000 2 1 430 430 1 1 7930 6930 1600 1600 1250 1250 1 1 1560 1560 2 2 880 880 2 2 310 1 5290 5600 12426.5 1250 800 800 1000 1000 200 5050 4292.5 17961.65 11690 1250 800 1000 800 1000 310 630 5790 4921.5 17780.5 重复 容量 KW 5500 430 5930 #2高压厂用变压器 ⅡA段 ⅡB段 台容量 台容量 数 KW 数 KW 1 5500 1 5500 2 2000 1 1000 1 430 1 430 7930 6930 1600 1600 1 1 1250 1250 1 1 1560 1560 2 2 880 880 2 2 310 1 5290 5600 1 1 1 12426.5 1250 1000 200 2450 2082.5 15751.65 11690 630 630 535.5 13394.5 重复 容量 KW 5500 430 5930 设备 给水泵 5500 循环水泵 1000 凝结水泵 430 ∑P1 引风机 1600 送风机 1250 磨煤机 780 排粉机 440 碎煤机 310 ∑P2 Sh=P1+0.85P2 (KVA) 除尘变 1250 1 化水变 800 1 公用变 1000 输煤变 800 1 灰渣变 1000 1 空压机 1000 1 碎煤机 310 水源变 630 照明变 200 1 ∑S SL=0.85∑S（KVA） 分裂绕组负荷1.1Sh+SL（KVA） 高压绕组负荷（KVA） 选择分裂绕组变压器（KVA） SFFL―31500/15

5930 1250 1000 2250 1912.5 8435.5 5930 1 1 1 1 1 1 1 1 6523 17961.65+17780.5-8435.5=27306.65

31500/20000―11500

15751.65+13394.5-

6523=22623.15 31500/20000―11500 高压厂用变压器的型号： 使用条件： 户外

容量KVA： 31500/20000―11500KVA 额定电压KV： 15750/6300―6300

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损耗KW： 空载 25KW 负载 158KW

阻抗电压： 半穿越阻抗电压 高压―低压1 15.8% 高压―低压2 16.6% 空载电流%： 0.4 接线组别： D,d0,d0 高压备用变压器的选择：

高压备用变压器因与高压厂用变压器的负荷相同，故容量形式基本相同： SFPFZL―31500/220

容量KVA： 31500/2×20000KVA 额定电压KV： 220±7×1.488% 220/6.3―6.3KV

损耗KW： 穿越运行时 负载 94.9KW 空载 54.4KW 阻抗电压%： 高压―低压1 17.7% 高压―低压2 17.7% 空载电流%： 0.78 接线组别： Yn,d11,d11

第三节

一、电气主接线的设计依据

1、地区电厂靠近城镇一般接入110～220KV系统；

2、发电厂的机组容量应根据系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素来考虑，

系统最大机组容量不超过系统容量的10/100；

3、对于一类负荷，当失去一个电源时应保证不停电；对于二类负荷，当失去一个电源时应保证不全部停电；对于三类负荷可以只有一个电源；

4、系统中应有一定的备用容量，运行备用容量不应少于10/100，以适应负荷突增、机组检修和事故停运三种情况。设计主接线时，还应考虑检修母线或断路器时是否允许线路故障、变压器或发电机停运、故障时允许切除的线路、变压器和机组的数量等；

5、对于35～220KV配电装�Z的接线方式，应根据发电厂在系统中的地位、负荷情况、出线回路数、设备特点、配电装�Z形式及发电厂的单机、单机容量及规划容量等条件来设计；

6、当配电装�Z在电力系统中居重要地位、负荷大、潮流变化大且出线回路数多时，宜采用双母线或双母线分段的接线方式；

7、采用单母线或双母线的110～220KV配电装�Z，当断路器为少油或压缩空气型时缩空气型时，除断路器有条件停电检修外，应设�Z旁路设施；当220KV出线在4回及以上、110KV出线在6回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。当断路器为SF6时，可根据系统的实际情况，有条件的可不设旁路设施；当需要设�Z旁路设施，且220KV出线在6回及以上，110KV出线在8回及以上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线；

二、电气主接线的基本要求

可靠性：

1、断路器检修时，应不影响供电；

2、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，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一类负荷及部分二类负荷的供电；

3、尽量避免发电厂或变电站全部停电的可能；

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电气主接线的设计

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灵活性：

1、主接线应满足调度、检修及扩建时的灵活性；

2、调度时应可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行 、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求：

⑴修时可以方便的停运断路器、母线及其他继电保护设备，进行安全检修而不影响电网的运行和对用户的供电； ⑵扩建时可以容易的从初期接线过度到最终接线，在不影响

连续供电或停电时间的情况下，投入新装机组变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分改建的工作量最少； 经济性：

1、 主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备； 2、 继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆； 3、 能够限制短路电流，以便选择廉价的电气设备或轻型设备； 4、 能满足系统安全和继电保护要求；

5、 发电厂投入系统的电压等级一般不超过两种； 火电机组高压接线可靠性的几点特殊要求：

1、 任何断路器检修时，不影响对系统的连续供电；

2、 对于单机容量为200MW的电厂，在保证系统稳定和发电厂不全停的条件下，允许切除两台以上机组。 主接线形式：

1、 单母线接线

只设一条母线，发电机和线路接在一条母线上。单母线接线具有简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便且有利于扩建等优点，但可靠性和灵活性差。当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，必须断开全部电源，造成全厂停电；此外，在检修断路器，也应停止该回路工作。这种接线只适用于6~220KV系统中只有一台发电机或一台主变压器，且出线回路数又不多的中、小型发电厂或变电所。故不采纳。

2、 单母线分段接线

单母线分段接线用分段断路器对单母线进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性。对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电。这种接线广泛用于中、小容量发电厂的6~10KV接线和6~220KV变电所中并且一段母线检修时会造成该母线上的发电机停运，这是不能允许的，故不采纳。

3、 单母线分段带旁母接线

在单母线分段接线的基础上加装一条旁路母线，可以在检修出险断路器时不致中断该回路供电，提高了供电的可靠性。但倒闸操作复杂，可靠性差，对于出线回路数较多，容量较大的发电厂不能达到可靠性和灵活性的要求，故不采纳。

4、 双母线接线

双母线接线具有两组母线，每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别和两组母线相连，母线之间通过母线联络断路器连接，有了两组母线后运行的可靠性和灵活性得到了大大的提高。检修任意母线时可以把全部电源和线路倒换到另一条线路上，不会停止对用户的供电。线路断路器停电检修时，可临时用母联断路器代替。但必须将该回路短时停电，用“跨条”将断路器遗留缺口接通，然后投入母联断路器向该回路供电，对可以短时停电的负荷比较合适。但操作比较复杂，须接“跨条”，安全可靠性差，同时并不能避免对线路的停电；双母线接线使用设备多，配电装�Z复杂，投资较多，在运行中隔离开关作为

操作电器，容易发生误操作。故不采纳。

5、 双母线带旁母接线

在双母线线接线方式的基础上增加 旁路母线的接线方式不仅具有双母线的所有优点，而且可以不免双母线检修断路器时必须进行短时停电的缺点，充分保证供电的可靠性。对于出线较多的变电站由于断路器检修故障较多，母联断路器长期被占，对变电站的安全不利。可以增加一条旁路断路器替代检修或故障的断路器，由于现在220KV线路保护都采用微机保护，跟改定植十分方便，使旁路断路器可以发挥很大的作用。可见双母线带旁母接线方式具有供电可靠，检修方便，调度灵活等优点。故在我省大中型发电厂和变电站中广泛应用，积累了长期运行经验。但该接线方式隔离开关较多，在运行中隔离开关作为操作电器，容易发生误操作，必须配备防误闭锁装�Z。当母线故障时必须切除较多电源和线路，对于特别重要的大型发电厂和枢纽变电站是不允许的。

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