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1、河南理工大学毕业设计（论文）前 言国民经济要增长，社会要发展离不开机器、动力和能源，而电是一种最重要的能源。电力已成为工农业生产中不可或缺的一种动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活的各个方面。电是一种二次能源，各种天然能源如煤炭、水能、核能、石油等一次能源要转换成电能必须在发电厂中来完成。按输入能源形式及转换过程的不同，可将发电厂分为下列四类：（1）火力发电厂火力发电厂又可分为凝气式火电厂和热电厂，二者的主要差别在于后者除发电外，更兼供热。（2）水力发电站；（3）核能电站；（4）其它形式电站。目前，虽然我国各种形式电厂都有较大发展，且出于环境保护和经济社会可持续发展的考虑，更加大了后三种电
2、厂建设的力度，但是火力发电在我国电力工业中仍是主力。那么，火电厂究竟如何进行生产的呢？（工作流程见图1）原煤从产地运进电厂后，先储入原煤仓，然后经输煤皮带送入原煤斗并落入磨煤机中，煤被磨成煤粉后，由排粉机抽出，随同热空气经喷燃器送入锅炉的燃烧室内燃烧。燃烧时放出的热量一部分被燃烧室四周的水冷壁所吸收，一部分加热燃烧室顶部和烟道入口处的过热器中的蒸汽，其余的热量则被烟气携带穿过省煤器、空气预热器，继续把热量传给蒸汽、水和空气。烟气经除尘器净化处理后，由引风机从烟囱排入大气，燃烧时生成的灰渣和由除尘器收集下来的细灰，用水冲进冲灰沟，排出厂外。图1 凝汽式电站的生产过程1锅炉；2蒸汽过热器；3汽轮机
3、高压段；4中间蒸汽过热器；5汽轮机低压段；6凝汽器；7凝汽水泵；8给水泵；9发电机；10主变压器；11断路器；12主母线；13站用变压器；14厂用电高压母线燃烧用的助燃空气，由送风机送入空气预热器加热，加热后的热空气一部分进入磨煤机，用于干燥和输送煤粉，大部分热空气则进入燃烧室助燃。水和蒸汽是将热能转换成机械能的主要工质。经净化后的给水，先送入省煤器内预热，然后进入锅炉顶部的汽包内再降入水冷壁管中，待吸收了燃烧室的热能后蒸发成蒸汽，此蒸汽流经过热器时，进一步吸收烟气的热量而变为高温高压的过热蒸汽，然后经过主蒸汽管道进入汽轮机，进入汽轮机的蒸汽在喷管里膨胀而高速冲动汽轮机的转子转动，将热能转换成
4、机械能。汽轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。汽轮机内做功后的蒸汽在冷凝气中被冷却凝结成水。凝结水经除氧器除氧，再经加热器加热后，用给水泵重新送入省煤器预热。上述过程循环往复，周而复始，发电厂便连续不断地生产着电能。火力发电厂的主要系统包括锅炉的熔烧系统，汽轮机的汽水系统，发电机及其电气系统。从能量转换的观点来看，在锅炉内燃料的化学能转变成了蒸汽的热能；在汽轮机内蒸汽的热能转变为轴的旋转运动的机械能；在发电机内机械能转变成了电能。发电厂的电气系统包括电气一次回路部分与电气二次回路部分。发电厂电气一次接线指的是对用户供电的电路部分。其中，对外供电（或由外部受电）的部分称为电气主接线。为了保证
5、发电厂、变电站的生产和工作人员的生活，对内供电的部分称为厂用电接线。为了保证一次接线安全、可靠、优质、经济地运行，对一次接线中的设备实施测量、信号、控制、调节的电路部分称为二次接线。 二次系统中，测量功能包括显示、打印、记录电压、电流、功率及电度等运行量。信号功能指的是用文字、声音和灯光等显示接线及设备的状态：正常、异常或事故。控制指的是对断路器实施跳闸和合闸操作，可以由运行人员手动也可以自动。检查一次接线是否发生事故，当其发生事故时，自动实施切除事故相关部分的控制系统称为继电保护系统。自动重合闸、备用电源自动投入、发电机自动同期并列装置属于自动合闸的控制装置。电力系统的调节主要包括发电机组的
6、有功功率调节、无功电压调节、有载调压变压器分接头的自动调节以及无功补偿、谐波补偿等补偿设备的自动调节。 在一次接线中，将通过同一电流的电路部分称为一条支路，每条支路以其主要元件命名，例如：发电机支路、变压器支路、出线支路等。 电力系统的额定电压分为下列等级：0.38kV；3kV；6kV；10kV；35kV；110kV；220kV；330kV；500kV；750kV；1150kV。发电厂、变电站的主接线电压一般有三个电压等级，相对地称为高、中、低压。厂用电电压一般为两级，低压为380/220V，高压为3kV、6kV或10kV。 发电厂电气部分设计的主要任务是完成发电、变电、配电系统的设计，保证电
7、能安全可靠地送入电力系统，并力争节约投资，降低能耗。本文主要针对较为普遍的中小型火力发电厂的电气部分设计作了阐述，重点是对其一次接线部分的设计。1 电气主接线设计1.1 概述 发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分，由各种电气元件如发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆、线路等按照一定的要求和顺序连接起来，并用国家统一规定的图形和文字符号表示的发、变、供电的电路图。因为三相交流电气设备的每相结构一般是相同的，所以电气主接线图以单线图形式表示。 电气主接线表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式以及可能的运行方式，对供电可靠性、运行灵活、检修方便以及经济合
8、理等起着决定性的作用，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计直接关系着全厂电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。1.2 对电气主接线的基本要求1.2.1 根据系统和用户的基本要求，保证必要的供电可靠性和电能质量供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。停电不仅是发电厂的损失，对国民经济各部门带来的损失将更严重，甚至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失，也会造成不良的政治影响。在考虑主接线可靠性时，应全面地看待以下几个问题：（1）主接线可靠性的客观衡量标准是运行实践，应重视国内外长期运
9、行的实践积累经验及其可靠性的定性分析。（2）主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中的可靠性的综合。（3）可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某些系统和用户来说是可靠的，而对另外一些系统和用户来说可能就不够可靠，因此，分析和估价主接线时，不能脱离系统和用户的具体条件，要根据系统和用户的具体要求，进行具体分析，以满足必要的供电可靠性。（4）主接线的可靠性是发展的。随着电力事业的不断发展，新型设备的投运，自动装置和先进技术的使用，主接线的可靠性会发生改变，过去被认为不可靠的主接线，现在不一定就不可靠。（5）衡量主接线运行可靠性的评判标准是：a. 母线故障时或母线检修时，停电范围的大小
10、和停电时间的长短，能否保证供电。b. 断路器检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，能否保证供电。c. 发电厂、变电所全部停运的可能性。1.2.2 具有运行、维护的灵活性和方便性电气主接线的灵活性要求有以下几个方面：（1）调度灵活、操作简便，应能灵活地投入（或切除）某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。（2）检修安全：应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。（3）扩建方便：应能容易地从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，一次和二次设备等所需改造最少。1.2.3 经济性电气主接线应在
11、满足供电可靠性、灵活性等技术要求的前提下，做到经济合理。（1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备的投资，要使控制、保护不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。要能限制短路电流，以便于选择价廉电气设备或轻型电器，做到投资省。（2）电能损失小：合理地选择主变压器的种类、容量、台数，避免两次变压而增加电能的损失。（3）占地面积小：电气主接线选择时要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减少。在可能和允许的条件下，应采取一次设计分期投资、投产，尽快发挥经济效益。1.2.4 电气主接线具有发展和扩建的可能性 随着我国建设事业的发展，已投产的发电厂和变电所，经过一段时间之后，往往需
12、要扩建。实践经验表明，火电厂的装机容量和出线回数都有发展可能。所以在设计主接线时应适当留有发展余地，为将来的发展创造条件。1.3 电气主接线的设计原则主接线除满足上述基本要求外，还应考虑下列情况：1.3.1 发电机容量和台数发电厂装机容量标志着电厂的规模和在电力系统中的地位和作用。发电厂容量的确定是与国民经济发展计划、电力负荷增长速度、系统规模和电网结构以及备用容量大小等因素有关。 为使生产管理以及运行检修方便，一个发电厂内机组容量等级以不超过两种为宜，台数最好不要超过六台，同容量机组尽量选用同一型式。1.3.2 电压等级及接入系统方式大中型发电厂的电压等级不宜多于三级，一般设置升高电压一级到
13、两级，发电机电压一级。如果与系统的连接只是输送本厂剩余功率，容量不大，可采用单线弱联系，在可靠性要求较高，且输送容量又大时，则采用双回路或环网等强联系方式，分别接于两段母线上。1.3.3 主变压器选择（1）对于200MW及以上发电机组，一般与双绕组变压器组成单元接线，主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用。当有两种升高电压时，宜在两种升高电压之间装联络变压器，其容量按两种电压网络的交换功率选择。（2）对于中、小型发电厂应按下列原则选择：a. 为节约投资及简化布置，主变压器应选用三相式。b. 为保证发电机电压，出线供电可靠，接在发电机电压母线上的主变压器，一般不少于两台。在计算通过主变压器总容
14、量时，至少应考虑五年内负荷的发展需要，并要求：在发电机电压母线上的负荷为最小时，影响剩余功率送入电力系统；发电机电压母线上的最大一台发电机停运时，能满足发电机电压的最大负荷用电需要；因系统经济运行而须限制本厂出力时，也应满足发电机电压的最大负荷用电。c. 在发电厂有两种升高电压的情况下，当机组容量为125MW及以下时，从经济上考虑，一般采用三绕组变压器，但每个绕组的通过功率应达到该变压器容量的15%以上。三绕组变压器一般不超过两台。d. 在高、中压系统均为中性点直接接地系统的情况下，可考虑采用自耦变压器。e. 对潮流方向不固定的变压器经计算采用普遍变压器不能满足调压要求时，可采用有载调压变压器
15、。1.3.4 断路器的设置根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切合电路的任务。但在有些情况下，断路器的设置也应适当简化，如：对于大容量发电机的出口断路器，由于制造困难，造价高，一般可不装设；在出线上装有电抗器的6 10kV配电装置中，向不同用户供电的两回线可共用一台断路器和一组电抗器，但每回线上应各装一组隔离开关；在满足安全运行和继电保护要求的情况下，110kV及以下的终端变电所和分支变电所的高压侧，可采用熔断器或接地开关。1.4 电气主接线形式的分类发电厂的电气主接线形式指的是发电厂采用的电压等级，各级电压的进、出线情况及其横向联络关系。在进、出线确定之后，按其横向联络的形式分为两大类：有横向联络形式和无横向联络形式。1.4.1 有横向联络的接线形式按联络形式的不同，此种接线分为有母线接线和无母线的简易接线形式两种。（1）有母线形式此种接线设有一组或两组汇流母线，其作用是实现进、出线支路的并联，分别称为单母线接线和双母线接线。发电厂和变电所的主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和引出线。母线（又称汇流母线）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍，故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换，还可使接线简单明了和运行方便，也便于扩建。有母线的接线形式布置清晰，是电力系统特别是大型发电厂、变电站，高、中电压等级
