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1、 电气设备及运行 课程设计题目： 燃气-蒸汽联合循环发电厂电气部分设计任务书 学生姓名： 学 号： 院 （系）： 专 业： 2011年3月 1日一、 课题背景：1.1 电力工业的发展概况：火力发电是现在电力发展的主力军，在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响，虽然现在在我国已有部分核电机组，但火电仍占领电力的大部分市场，近年电力发展滞后经济发展，全国上了许多火电厂，但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。2000年以业我国经济和电力工业进入了一个新的平稳快速发展期，“十五”期间我国火电建设项目发展迅猛。200
2、1年至2005年8月，经国家环保总局审批的火电项目达472个，装机容量达344382MW，其中2004年审批项目135个，装机容量107590MW，比上年增长207%；2005年1至8月份，审批项目213个，装机容量168546MW，同比增长420%。我国2010年发电量3400 TW/h，相应需要发电装机容量754GW，2020年发电量5280 TW/h，相应需要发电装机容量1.16TW。随着中国电力供应的逐步宽松以及国家对节能降耗的重视，中国开始加大力度调整火力发电行业的结构。（1）水电 今后20年是我国水电建设的黄金时期，大部分水电资源将被开发利用。（2）燃煤火电 2006-2020年新
3、增燃煤火电机组395.7GW。2010年燃煤火电装机达535GW（占71%），发电量2661.1 TW/h（占78.3%），2020年燃煤火电装机将达770GW（占66.4%）,发电量3871.7 TW/h(占73.3%)。发电供热用煤：2005年约10.75亿t；2010年约14.1亿t，比2005年3.35亿t；2020年约19.05亿t。据煤炭专家研究，我国煤炭产量2010年可达24.2亿-25.0亿t。2020年达到29亿-30亿t，可以基本满足发电用煤需求。 （3）核电 加快核电发展是解决我国能源不足的一项重要战略措施。今后将加大核电发展力度，形成国产GW级核电机组成套批量生产能力，
4、在采用第2代改进型核电机组同时，并积极引进和研发第3代核电机组制造技术。利用国内外2种资源，以加快核燃料工业发展和降低成本。（4）天然气发电 随着西部天然气及沿海气田的开发，国内天然气产量有较大的增加。为改善能源结构，广东、福建、华东、山东计划从国外进口液化天然气，并规划从俄罗斯及中亚地区进口管道天然气。专家预测，天然气供应能力2020年将达2000亿m3。在优先满足民用、化工原料及工业用气后，将有30%左右用于发电。规划预测， 2020年60.63GW，用气约500亿m3。 （5）新能源 可再生能源近期主要发展风电，我国风能资源丰富，可开发蕴藏量约1TW，其中陆上250GW，海上750GW。
5、发展国产风电可节约一次能源，又可促进制造业发展，今后将有较快发展。预测2020年达到20GW。电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。本设计的主要内容包括：通过原始资料分析和方案比较，确定发电厂的电气主接线和选择；主变压器的设计和选择；厂用电的设计；启动、备用电源以及交流事故保安电源和直流电源的设计；断路器和隔离开关的设计与选择；电压、电流互感器的设计；避雷器的设计；发
6、电机继电保护设计；封闭母线设计等，并根据计算结果来选择和效验主要电气设备。1.2 本次课设的原始资料 本公司#1#4 机组为F级燃气-蒸汽联合循环发电机组，属于GE STAG 109FA SS(S109FA)系列。机岛设备采用GE 公司的PG9351FA 型燃气轮机、D10 型蒸汽轮机和390H 型发电机，单轴室内布置。余热锅炉采用杭州锅炉厂的NG-901FA-R 型自然循环卧式锅炉，室外布置。燃气轮机、蒸汽轮机及发电机由GE 成套提供的MK VI 系统控制，余热锅炉及BOP 设备由美国西屋公司的分散控制系统(DCS)控制。 DCS 与MK-通过通信接口实现对整套机组的监控。1.2.1燃气轮机
7、概况燃气轮机由美国GE公司生产，型号为PG9351FA，即为箱装式发电机组MS9001 系列FA 型，采用冷端输出，简单循环单轴机组出力为255.6MW。1.2.2压气机概况压气机采用轴流式，共有18 级，压比为15.4。设有可调进口导叶（IGV），用于调节透平排气温度和防止压气机喘振。压气机由气缸和转子组成，气缸由进气缸，中缸和排气缸组成，采用水平中分面式结构。压气机转子采用18 根外围拉杆螺栓连接的盘鼓式结构，具有较好的刚性。压气机的第9 级和第13 级动叶后开有抽气口，用于防喘和冷却透平静叶。压气机进气带有过滤及反吹系统，并设置进口抽气加热（IBH）系统。每两台燃气轮机公用一套水洗系统，
8、用于去除堆积在压气机叶片上的污垢沉淀物，以恢复机组性能，清洗方式包括在线和离线两种。1.2.3燃烧室概况燃烧室型号为干式低氮DLN 2.0+。燃烧室为分管逆流式结构。共有18 个燃烧室，呈圆周布置，顺气流方向看为逆时针排列，顶部12 点（时钟）位置为18 号燃烧器。每个燃烧室主要包括5 个燃料喷嘴、联焰管、火焰筒、过渡段等。18 个燃烧室中只有#2、#3 燃烧器设有高压电极火花塞，其余燃烧室通过联焰管联焰。火焰探测器为紫外线探测器，共4 个，分别布置在#15、#16、#17、#18 燃烧器。1.2.4 透平概况透平为3 级轴流式透平，由气缸和转子组成。气缸为水平中分面式结构。透平的静叶、动叶由
9、压气机抽气来冷却。转子采用分段式的外围拉杆式的盘鼓结构。第1 级静叶的冷却空气在压气机出口的腔室处抽出，第2 级、第3 级静叶的冷却气源分别来自压气机的第13 级、第9级抽气。第1 级、第2 级动叶与各级叶轮的冷却空气取至压气机16 级后转子中心孔抽气，第3级动叶不进行冷却。1.2.5 余热锅炉概况余热锅炉型号为NG-109FA-R, 由杭州锅炉集团有限公司生产的三压，一次中间再热、卧式、无补燃、自然循环余热锅炉。燃气轮机排出的高温烟气通过进口烟道进入锅炉本体，依次水平流过各受热面模块，最后低温烟气经出口烟道由烟囱排出。高、中、低三个汽包前都有省煤器模块，汽包下都有蒸发器模块，汽包出口都有过热
10、器模块。高压过热蒸汽至汽机高压缸做功，汽机高压缸排气和中压过热蒸汽混合经再热器加热后到中压缸做功，低压过热蒸汽至低压缸做功。高压过热蒸汽通过一级减温水减温来保证主蒸汽温度不超限，再热蒸汽有一级减温水控制再热蒸汽温度在规定范围内。高、中压汽包和中、低压汽包之间有联络门（反送蒸汽门），在启动时可以由上一级汽包给下一级汽包补充蒸汽，加快启动速度。为保证锅炉正常运行时获得良好的蒸汽品质，锅筒内部装置在锅筒内设置了二级汽水分离装置。一级分离为圆弧挡板惯性分离器（BAFFLE），二级分离为带钢丝网的波形板分离器（CHEVRON）。1.2.6 蒸汽轮机概况汽轮机型号为158#（D10 优化型），三压，一次中
11、间再热，单轴，双缸双排汽、冲动式无抽汽纯凝式机组。汽轮机高中压合缸，通流部分反向布置。低压缸为双流程向下排汽型式。汽机缸体及轴承箱采用水平中分面型，以便于维护。转子为锻造结构。汽机采用全周进汽，不设调节级。高压缸有12 级，中压缸有9 级，低压缸双流6 级，向下排汽型，末级叶片高度900mm。燃气轮机启动时，汽轮机也跟随之一起转动，随着转速的提高，汽轮机鼓风热量增加，汽轮机需要引入辅助蒸汽，用于冷却低压通流部分。机组设置有100容量的高压、中压、低压三级并联旁路系统。1.2.7 发电机概况发电机采用GE 公司技术哈电集团制造的390H 全氢冷发电机。励磁系统采用GE 公司EX2100全静态整流
12、励磁装置，励磁变为干式变压器，由6kV 工作段供电。同时GE 提供型号为LS2100的负荷变频器（LCI）作为燃机的启动装置。发电机端电压为19kV，出口母线经由全封闭SF6 断路器（GCB）与主变压器相连接，接入220kV 系统。1.2.8 轴系概况燃气轮机、蒸汽轮机、发电机在同一轴系运行，轴系总长40.8m，采用八个轴承支撑，#1#5 轴承采用可倾瓦，#6#8 轴承采用椭圆瓦。整个机组的静止部分有两个死点（一个在#3 轴承座处、另一个在低压缸进气口下的中心部位）；转子死点在#1 轴承（压气机进气口）处；在#3、#4 轴承箱内各有一个差胀测点；#6 轴承箱内有转子膨胀测点。在中压缸排汽口处设
13、置有缸胀测点，在#4 瓦轴承盖处安装有偏心探头用于测量大轴的晃动。盘车装置设在低压缸转子与发电机联接轴处。起动阶段机组将发电机转为同步电机模式，通过LCI 供电驱动发电机带动整个轴系转动。1.2.9 热控设备概况DCS 控制系统采用上海爱默生公司的OVATION 系统。每台机组配置一套分散控制系统（机组DCS）,另有一套公共DCS 用于四台机组公共系统的控制（公用DCS）。除机岛外的所有辅助设备,余热锅炉、汽机旁路、发电机变压器组和厂用电等电气系统的控制及联锁保护均在DCS 实现。机岛设备（燃机汽机发电机）的控制采用GE 公司配套的MARK VI 控制系统，每台机组配置一套MARK VI 控制
14、系统。DCS 控制系统可与MARK VI 控制系统进行通讯，并可向MARK VI控制系统发出控制指令，实现机组的整体协调控制。二套静态变频启动装置（LCI）的控制系统（LS2100）通过其自身的公共网络分别与四台机组的MARK VI 通讯，以便在燃机的操作员站上对其进行控制。不设常规电气控制屏，发电机的控制由GE 公司的MARK VI 实现。励磁系统的控制系统（EX2100）与MARK VI 通讯，发电机采用自动准同期方式，发电机出口断路器同期均由MARK VI实现。主变压器和厂用电系统的控制包括在机组DCS 内，在DCS 系统的操作员站实现监控。实现整个机组从启动、升压、并网及正常停机的顺序
15、控制和电气系统的状态监视。1.2.10 220KV 系统概况220KV 系统采用双母双分段，共有17 个间隔，进线五回，出线四回，并预留了扩建的空间。系统设备采用西安西开高压电气服务有限公司生产的252kV 气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）。GIS 的控制由NCS 操作站与“五防”工作站共同完成。12.11变压器参数全厂共装31 台变压器。其中主变4 台，高备变1 台；高厂变4 台，为充油变压器；励磁变4 台，LCI 隔离变2 台，低厂变8 台,厂前变2 台, 综合水变2 台，集控楼公用变2 台，循环水变2 台，采用干式变压器。1.2.11.1 主变压器1.2.11.2 #01 高备变/ 高厂变#01 高备变高厂变1.11.2.3 低压厂用变-=35.7%167MVA35.7%1000/500=71.4%-=21.5%167MVA21.5%1000/500=43%二、方案论证：2.1 电气主接线系统2.1.1 本厂220kV 为GIS 双母线双分段接线方式,共有17 个间隔，即：四条出线，四台主变，四台母线PT，二台母分开关，二台母联开关，一台高备变。2.1.2 220kV 母线、线路及其开关以及#1、#2、#3、#4 发变组均由省调调度，启动
