發電廠電氣部分時間畢業論文(已修改)

　

【正文】 河南理工大學畢業設計（論文）發電廠電氣部分時間畢業論文前 言國民經濟要增長，社會要發展離不開機器、動力和能源，而電是一種最重要的能源。電力已成為工農業生產中不可或缺的一種動力，并廣泛應用到一切生產部門和日常生活的各個方面。電是一種二次能源，各種天然能源如煤炭、水能、核能、石油等一次能源要轉換成電能必須在發電廠中來完成。按輸入能源形式及轉換過程的不同，可將發電廠分為下列四類：（1）火力發電廠火力發電廠又可分為凝氣式火電廠和熱電廠，二者的主要差別在于后者除發電外，更兼供熱。（2）水力發電站；（3）核能電站；（4）其它形式電站。目前，雖然我國各種形式電廠都有較大發展，且出于環境保護和經濟社會可持續發展的考慮，更加大了后三種電廠建設的力度，但是火力發電在我國電力工業中仍是主力。那么，火電廠究竟如何進行生產的呢？（工作流程見圖1）原煤從產地運進電廠后，先儲入原煤倉，然后經輸煤皮帶送入原煤斗并落入磨煤機中，煤被磨成煤粉后，由排粉機抽出，隨同熱空氣經噴燃器送入鍋爐的燃燒室內燃燒。燃燒時放出的熱量一部分被燃燒室四周的水冷壁所吸收，一部分加熱燃燒室頂部和煙道入口處的過熱器中的蒸汽，其余的熱量則被煙氣攜帶穿過省煤器、空氣預熱器，繼續把熱量傳給蒸汽、水和空氣。煙氣經除塵器凈化處理后，由引風機從煙囪排入大氣，燃燒時生成的灰渣和由除塵器收集下來的細灰，用水沖進沖灰溝，排出廠外。圖1 凝汽式電站的生產過程1—鍋爐；2—蒸汽過熱器；3—汽輪機高壓段；4—中間蒸汽過熱器；5—汽輪機低壓段；6—凝汽器；7—凝汽水泵；8—給水泵；9—發電機；10—主變壓器；11—斷路器；12—主母線；13—站用變壓器；14—廠用電高壓母線燃燒用的助燃空氣，由送風機送入空氣預熱器加熱，加熱后的熱空氣一部分進入磨煤機，用于干燥和輸送煤粉，大部分熱空氣則進入燃燒室助燃。水和蒸汽是將熱能轉換成機械能的主要工質。經凈化后的給水，先送入省煤器內預熱，然后進入鍋爐頂部的汽包內再降入水冷壁管中，待吸收了燃燒室的熱能后蒸發成蒸汽，此蒸汽流經過熱器時，進一步吸收煙氣的熱量而變為高溫高壓的過熱蒸汽，然后經過主蒸汽管道進入汽輪機，進入汽輪機的蒸汽在噴管里膨脹而高速沖動汽輪機的轉子轉動，將熱能轉換成機械能。汽輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉換成電能。汽輪機內做功后的蒸汽在冷凝氣中被冷卻凝結成水。凝結水經除氧器除氧，再經加熱器加熱后，用給水泵重新送入省煤器預熱。上述過程循環往復，周而復始，發電廠便連續不斷地生產著電能。火力發電廠的主要系統包括鍋爐的熔燒系統，汽輪機的汽水系統，發電機及其電氣系統。從能量轉換的觀點來看，在鍋爐內燃料的化學能轉變成了蒸汽的熱能；在汽輪機內蒸汽的熱能轉變為軸的旋轉運動的機械能；在發電機內機械能轉變成了電能。發電廠的電氣系統包括電氣一次回路部分與電氣二次回路部分。發電廠電氣一次接線指的是對用戶供電的電路部分。其中，對外供電（或由外部受電）的部分稱為電氣主接線。為了保證發電廠、變電站的生產和工作人員的生活，對內供電的部分稱為廠用電接線。為了保證一次接線安全、可靠、優質、經濟地運行，對一次接線中的設備實施測量、信號、控制、調節的電路部分稱為二次接線。 二次系統中，測量功能包括顯示、打印、記錄電壓、電流、功率及電度等運行量。信號功能指的是用文字、聲音和燈光等顯示接線及設備的狀態：正常、異常或事故。控制指的是對斷路器實施跳閘和合閘操作，可以由運行人員手動也可以自動。檢查一次接線是否發生事故，當其發生事故時，自動實施切除事故相關部分的控制系統稱為繼電保護系統。自動重合閘、備用電源自動投入、發電機自動同期并列裝置屬于自動合閘的控制裝置。電力系統的調節主要包括發電機組的有功——功率調節、無功——電壓調節、有載調壓變壓器分接頭的自動調節以及無功補償、諧波補償等補償設備的自動調節。 在一次接線中，將通過同一電流的電路部分稱為一條支路，每條支路以其主要元件命名，例如：發電機支路、變壓器支路、出線支路等。 電力系統的額定電壓分為下列等級：；3kV；6kV；10kV；35kV；110kV；220kV；330kV；500kV；750kV；1150kV。發電廠、變電站的主接線電壓一般有三個電壓等級，相對地稱為高、中、低壓。廠用電電壓一般為兩級，低壓為380/220V，高壓為3kV、6kV或10kV。 發電廠電氣部分設計的主要任務是完成發電、變電、配電系統的設計，保證電能安全可靠地送入電力系統，并力爭節約投資，降低能耗。本文主要針對較為普遍的中小型火力發電廠的電氣部分設計作了闡述，重點是對其一次接線部分的設計。1 電氣主接線設計 概述 發電廠電氣主接線是電力系統接線的主要組成部分，由各種電氣元件如發電機、變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、母線、電纜、線路等按照一定的要求和順序連接起來，并用國家統一規定的圖形和文字符號表示的發、變、供電的電路圖。因為三相交流電氣設備的每相結構一般是相同的，所以電氣主接線圖以單線圖形式表示。 電氣主接線表明了發電機、變壓器、線路和斷路器等電氣設備的數量和連接方式以及可能的運行方式，對供電可靠性、運行靈活、檢修方便以及經濟合理等起著決定性的作用，從而完成發電、變電、輸配電的任務。它的設計直接關系著全廠電氣設備的選擇，配電裝置的布置，繼電保護和自動裝置的確定，關系著電力系統的安全、穩定、靈活和經濟運行。 對電氣主接線的基本要求 根據系統和用戶的基本要求，保證必要的供電可靠性和電能質量供電可靠性是電力生產和分配的首要要求，主接線首先應滿足這個要求。停電不僅是發電廠的損失，對國民經濟各部門帶來的損失將更嚴重，甚至于導致人身傷亡、設備損壞、產品報廢、城市生活混亂等經濟損失，也會造成不良的政治影響。在考慮主接線可靠性時，應全面地看待以下幾個問題：（1）主接線可靠性的客觀衡量標準是運行實踐，應重視國內外長期運行的實踐積累經驗及其可靠性的定性分析。（2）主接線的可靠性要包括一次部分和相應組成的二次部分在運行中的可靠性的綜合。（3）可靠性并不是絕對的，同樣的主接線對某些系統和用戶來說是可靠的，而對另外一些系統和用戶來說可能就不夠可靠，因此，分析和估價主接線時，不能脫離系統和用戶的具體條件，要根據系統和用戶的具體要求，進行具體分析，以滿足必要的供電可靠性。（4）主接線的可靠性是發展的。隨著電力事業的不斷發展，新型設備的投運，自動裝置和先進技術的使用，主接線的可靠性會發生改變，過去被認為不可靠的主接線，現在不一定就不可靠。（5）衡量主接線運行可靠性的評判標準是：a. 母線故障時或母線檢修時，停電范圍的大小和停電時間的長短，能否保證供電。b. 斷路器檢修時，停運出線回路數的多少和停電時間的長短，能否保證供電。c. 發電廠、變電所全部停運的可能性。 具有運行、維護的靈活性和方便性電氣主接線的靈活性要求有以下幾個方面：（1）調度靈活、操作簡便，應能靈活地投入（或切除）某些機組、變壓器或線路，調配電源和負荷，能滿足系統在事故、檢修及特殊運行方式下的調度要求。（2）檢修安全：應能方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不影響電力網的正常運行及對用戶的供電。（3）擴建方便：應能容易地從初期過渡到最終接線，使在擴建過渡時，一次和二次設備等所需改造最少。 經濟性電氣主接線應在滿足供電可靠性、靈活性等技術要求的前提下，做到經濟合理。（1）投資省：主接線應簡單清晰，以節約斷路器、隔離開關等一次設備的投資，要使控制、保護不過于復雜，以節省二次設備和控制電纜。要能限制短路電流，以便于選擇價廉電氣設備或輕型電器，做到投資省。（2）電能損失小：合理地選擇主變壓器的種類、容量、臺數，避免兩次變壓而增加電能的損失。（3）占地面積小：電氣主接線選擇時要為配電裝置的布置創造條件，盡量使占地面積減少。在可能和允許的條件下，應采取一次設計分期投資、投產，盡快發揮經濟效益。 電氣主接線具有發展和擴建的可能性 隨著我國建設事業的發展，已投產的發電廠和變電所，經過一段時間之后，往往需要擴建。實踐經驗表明，火電廠的裝機容量和出線回數都有發展可能。所以在設計主接線時應適當留有發展余地，為將來的發展創造條件。 電氣主接線的設計原則主接線除滿足上述基本要求外，還應考慮下列情況： 發電機容量和臺數發電廠裝機容量標志著電廠的規模和在電力系統中的地位和作用。發電廠容量的確定是與國民經濟發展計劃、電力負荷增長速度、系統規模和電網結構以及備用容量大小等因素有關。 為使生產管理以及運行檢修方便，一個發電廠內機組容量等級以不超過兩種為宜，臺數最好不要超過六臺，同容量機組盡量選用同一型式。 電壓等級及接入系統方式大中型發電廠的電壓等級不宜多于三級，一般設置升高電壓一級到兩級，發電機電壓一級。如果與系統的連接只是輸送本廠剩余功率，容量不大，可采用單線弱聯系，在可靠性要求較高，且輸送容量又大時，則采用雙回路或環網等強聯系方式，分別接于兩段母線上。 主變壓器選擇（1）對于200MW及以上發電機組，一般與雙繞組變壓器組成單元接線，主變壓器的容量和臺數與發電機容量配套選用。當有兩種升高電壓時，宜在兩種升高電壓之間裝聯絡變壓器，其容量按兩種電壓網絡的交換功率選擇。（2）對于中、小型發電廠應按下列原則選擇：a. 為節約投資及簡化布置，主變壓器應選用三相式。b. 為保證發電機電壓，出線供電可靠，接在發電機電壓母線上的主變壓器，一般不少于兩臺。在計算通過主變壓器總容量時，至少應考慮五年內負荷的發展需要，并要求：在發電機電壓母線上的負荷為最小時，影響剩余功率送入電力系統；發電機電壓母線上的最大一臺發電機停運時，能滿足發電機電壓的最大負荷用電需要；因系統經濟運行而須限制本廠出力時，也應滿足發電機電壓的最大負荷用電。c. 在發電廠有兩種升高電壓的情況下，當機組容量為125MW及以下時，從經濟上考慮，一般采用三繞組變壓器，但每個繞組的通過功率應達到該變壓器容量的15%以上。三繞組變壓器一般不超過兩臺。d. 在高、中壓系統均為中性點直接接地系統的情況下，可考慮采用自耦變壓器。e. 對潮流方向不固定的變壓器經計算采用普遍變壓器不能滿足調壓要求時，可采用有載調壓變壓器。 斷路器的設置根據電氣接線方式，每回線路均應設有相應數量的斷路器，用以完成切合電路的任務。但在有些情況下，斷路器的設置也應適當簡化，如：對于大容量發電機的出口斷路器，由于制造困難，造價高，一般可不裝設；在出線上裝有電抗器的6 ~ 10kV配電裝置中，向不同用戶供電的兩回線可共用一臺斷路器和一組電抗器，但每回線上應各裝一組隔離開關；在滿足安全運行和繼電保護要求的情況下，110kV及以下的終端變電所和分支變電所的高壓側，可采用熔斷器或接地開關。 電氣主接線形式的分類發電廠的電氣主接線形式指的是發電廠采用的電壓等級，各級電壓的進、出線情況及其橫向聯絡關系。在進、出線確定之后，按其橫向聯絡的形式分為兩大類：有橫向聯絡形式和無橫向聯絡形式。 有橫向聯絡的接線形式按聯絡形式的不同，此種接線分為有母線接線和無母線的簡易接線形式兩種。（1）有母線形式此種接線設有一組或兩組匯流母線，其作用是實現進、出線支路的并聯，分別稱為單母線接線和雙母線接線。發電廠和變電所的主接線的基本環節是電源（發電機或變壓器）和引出線。母線（又稱匯流母線）是中間環節，它起著匯總和分配電能的作用。由于多數情況下引出線數目要比電源數目多好幾倍，故在二者之間采用母線連接既有利于電能交換，還可使接線簡單明了和運行方便，也便于擴建。有母線的接線形式布置清晰，是電力系統特別是大型發電廠、變電站，高、中電壓等級普遍采用的接線方式。a. 單母線接線只有一組母線的接線稱為單母線接線，這種接線的特點是電源和供電線路都連在同一母線上。為了便于投入和切除任何一條進出引線，在每條引線上都裝有可以切除負荷電流和故障電流的斷路器。當需要檢修斷路器而又要保證其它線路正常供電時，則應使被檢修的斷路器和電源隔離。為此，又在每個斷路器的兩側裝有隔離開關，它的作用只是保證檢修斷路器時，使其和電源隔離，而不能用來斷開電路。單母線接線的主要優點是：接線簡單清晰，采用設備少，投資省，操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置。單母線接線一般只適用于一臺發電機或一臺變壓器的以下三種情況：① 6 ~ 10kV配電裝置的出線回路數不超過5回；② 35 ~ 63kV配電裝置的出線回路數不超過3回；③ 110 ~ 220kV配電裝置的出線回路數不超過2回。其主要缺點是：不夠靈活可靠，當母線和母線隔離開關發生故障和檢修時，均需斷開電源，造成整個發電廠、變電站停電。b. 單母線分段接線單母線接線的缺點可以通過將母線分段的方法來克服。由于單母線分段接線既保留了單母線接線本身的簡單、經濟、方便等基本優點，又在一定程度上克服了它的缺點。故這種接線目前仍被廣泛應用。單母線分段接線適用范圍：① 6 ~ 10kV配電裝置的出線回路數為6回及以上時；② 35 ~ 63kV配電裝置的出線回路數為4 ~ 8回時；③ 110 ~ 220kV配電裝置的出線回路數為3 ~ 4回時；但是單母線分段接線也有較顯著的缺點，這就是當一段母線或母線隔離開關發生故障或檢修時，各段母線上所連接的全部引線都要在檢修期間停電，顯然對于大容量發電廠和樞紐變電所來說，這都是不能容許的。c. 雙母線接線雙母線接線是針對單母線接線分段接線的缺點而提出來的。這種接線有兩組母線，兩組母線之間用母線聯絡斷路器連接起來，每一個回路都通過一只斷路器和兩只隔離開關接到兩組母線上，當母聯斷路器斷開時，一組母線帶電，另一組母線不帶電。帶電的稱為工作母線，不帶電的稱為備用母線，正常運行時，接至母線上的隔離開關接通，接到備用母線上的隔離開關斷開。采用雙母線接線具有以下特點：① 正常計劃檢修時，不會中斷對用戶的供電。② 當修理任一回路的母線隔離開關時，只需斷開該回路。③ 工作母線故障時，可將全部回路轉移到備用母線上，從而使用戶迅速恢復供電。④ 可用母聯斷路器代替任意回路需要檢修的斷路器，在這種情況下，