我国在风力发电技术的研究与应用 风电场毕业论文.doc

目 录1 引言12 风力资源22.1 基本情况22.2 我国风电机组的发展趋势52.3 风力发电机组选型52.4 风力发电机组布置73 主变压器及电气主接线的选择83.1 主变压器的选择83.2 厂用电方案的确定83.3 电气主接线设计的要求93.4 电气主接线形式的选择104 短路电流计算124.1 概 述124.2 电路元件参数计算124.3 各点短路电流计算124.4 不对称短路计算155 电气设备的配置175.1 隔离开关的配置175.2 电压互感器的配置175.3 电流互感器的配置175.4 避雷器的配置185.5 自动装置的配置185.6 继电保护配置186 高压电气的选择与校验206.1 电器选择的一般要求206.2 断路器与隔离开关的选择206.3 电流互感器的选择236.4 电压互感器的选择：246.5 避雷器的选择256.6 母线的选择与校验256.7 无功补偿装置的选择317 发电机变压器保护整定计算347.1 零序电流保护347.2 电流速断保护整定计算347.3 纵联差动保护整定计算357.4 过负荷保护367.5 厂用变压器保护368 高压配电装置的设计378.1 配电装置的安全净距379 总结39参考文献40致 谢41附录42421 引言能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。然而，人们在物质生活和精神生活不断提高的同时，也越来越感悟到大规模使用化石燃料所带来的严重后果：资源日益枯竭，环境不断恶化。因此，人类必须寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统。受化石能源资源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，世界主要发达国家和一些发展中国家都重视风能的开发利用。特别是自20世纪90年代初以来，风力发电的发展十分迅速，世界风电机装机容量的年平均增长率超过了30%，2005年，中国政府对2020年的风电发展目标进行了修改，将风电装机容量由2000万千瓦增至3000万千瓦。与此同时，我国在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力及资金，充分综合利用新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成果，开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用了新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。本设计是根据长春工程学院电电信学院毕业生设计任务书所规定的设计内容要求、方法、步骤以及电厂电气部分设计的一般程序而编写。毕业设计是在完成本专业（电气工程及其自动化）本科段全部基础课程及专业课基础上进行的。通过本次毕业设计应达到以下目的：1、 巩固，提高已学过的专业知识，并通过本次设计能进一步学习新知识和技能，最终达到能通过获得综合运用理论知识解决实际问题的能力。2、 使自己懂得发电厂电气部分工程设计的基本程序和思想方法，使自己获得查阅文献、收集资料、计算比较、综合分析、设计图纸，编写说明书、计算书等方面的训练和基本技能。3、 能在指导老师的帮助下，通过查阅有关技术文献资料，独立完成规定内容。4、 力争在设计以及未来学习工作中，有所创新，并掌握计算机绘图的方法。5、 同时能培养遵守国家法律、法规、树立贯彻执行国家经济建设的方针、政策、观念，特别是树立贯彻执行提高综合经济效益和促进技术的进步观念。2 风力资源2.1 基本情况项目场位于黑龙江省齐齐哈尔市，属于中温带半干旱大陆性季风气候，多年平均气温为2，自气象站建站以来，月平均最高温度为23.，月平均最低气温为-18.6，累年平均气压为994.3hpa，年日照小时数2742.8小时。平均空气密度1.253kg/m。2.1.1 多年年平均风速富裕气象站已记录有48年的气象资料，按照相关规范，本次可行性研究阶段选取近30年（1974年至2004年）的气象资料进行分析计算，近30年年平均风速见下表1-1。表2-1：富裕气象站近30年年平均风速(m/s)年 份年平均风速年 份年平均风速19742.919903.319753.719912.719763.919922.819774.019933.019784.019943.219794.119953.719803.819963.819813.619973.819823.819983.819833.419993.919843.320003.719853.220013.919863.320023.819873.420033.219883.220043.219893.6近30年年平均风速3.6从上述图表可以看出，气象站近30年年平均风速为3.5m/s，近20年年平均风速为3.4m/s ,近10年年平均风速为3.6m/s，年平均风速相对比较稳定，这主要是由于气象站离城市较远，基本不受城市发展及周边建筑物的影响。2.1.2 月平均风速 富裕气象站近30年(1974年至2004年)各月月平均风速见下表1-2表2-2:富裕气象站近30年各月月平均风速(m/s)月份123456789101112风速5.03.02.9从以上表可以看出，该地区大风月集中在35月份，平均风速可达到4.7m/s，小风月集中在1和12月份，平均风速为2.9m/s.2.1.3 风向玫瑰图 根据气象站提供资料，该地区风向玫瑰图表见表21-3和图1-1.表2-3：富裕气象站风向玫瑰数据表(%)方 位nnneneeneeesesesses百分比1065343457方 位sswswwswwwnwnwnnwc总和百分比65477997100图2-1：富裕气象站风向玫瑰图从以上图表可以看出，该地区盛行风向为北风至西北风，合计占总量的28%。2.1.4 资源分析 对1#测风塔40m高度和2#测风塔10m测风数据进行资源分析，按照gb/t18710-2002风电场风能资源评估方法的要求，绘制各类风况图。 1#风向玫瑰图图2-2：1#风能玫瑰图经过对现场测风数据的处理分析，考虑2#测风塔风向数据错失过多，且距拟选厂址较远，约20km，故缺测数据不作处理。1#测风塔40m高年平均风速为6.2m/s，平均风功率密度为290 w/m。按照风切变指数0.143推算，50m高年平均风速为6.64m/s，60m高年平均风速为6.83m/s，70m高年平均风速为6.99m/s。该风电场盛行风向为西北风，主风能方向也为西北风。盛行风向和主风能方向明显、一致，所占比例较大，有利于风力发电组的排布。2.2 我国风电机组的发展趋势世界上近几年1500kw风电机组发展迅速，相对成熟可靠，并已经逐步商业化，其主要分布在欧洲和美国。在欧洲，离岸风电场主要是安装2500kw和3000kw的风力风力发电机组。对于该等级风力发电机组的研法、制造也已经趋于成熟，可以普及机组的国产化率；mw级风力发电机组的运输、安装、维护以及运行经验方面与世界水平有一定的差距，但已经开始着眼发展mw级的风力发电机组。2.3 风力发电机组选型根据对齐齐哈尔富裕风电场现场风力资源特点、场址的地质地形特征、交通运输条件以及国内外各种风力发电机组的实际运行情况等因素综合分析，并结合目前国际上成熟的商品化风力发电机组技术规格，初步选择单机容量为wtg1500a和wtg850两种。机型特征参数如下：表2-4：机型特征参数 产品型号技术参数wtg850wtg1500a1 风轮转子直径（m） 52 70.5扫风面积 2124 3904转速（r/min）14.031.411.122.2功率调节变浆距+双馈感应变浆距+双馈感应切入风速(m/s) 4 4额定风速(m/s)1613切出风速(m/s)25252 发电机型式双馈异步电机双馈异步电机容量(kw)8501500电压(v)690690频率(hz)5050转速(r/min)900/19441000/20003 桨叶长度(m)25.3344 齿轮箱变比1：621：905 刹车系统紧急刹车形式盘刹车机械盘制动其他形式叶片顺浆叶片变桨6 塔架型式圆锥筒形圆锥筒形高度(m)5564.77 重量风轮(t)10 32.9（含三个叶片）机舱(t)2251塔架(t)771102.3.1 初步方案综合考虑目前风力发电机组的价格、性能、成熟可靠性、售后服务和备品备件供应等条件，从上述可供选择的不同功率等级的风力发电机组中选择出两种机型进行初步比较。机型一：单机容量为850kw，共布置58台风机，总装机容量为49.3mw。机型二：单机容量为1500kw，共布置33台风机，总装机容量为49.5mw。2.3.2 轮鼓高度根据风力发电机组制造厂商提供的饿技术资料，上述两种机型轮毂高度为：机型一：65 m； 机型二：80m；一般情况，随着轮毂高度的增加，风速都有所加大，相应发电量也有所增加，而工程总投资的增加主要表现是塔架投资和土建工程部分，投资增加相对较小，经济效益将大幅度提高。2.3.3 单机容量确定根据选顶的四种机型轮毂高度及发电量测算结果，从发电效益、风力发电机组设备价格、配套设备、土建和其他费用等方面进行差额投资的经济技术比较.机型额定功率（万kw）单机年理论发电量（万kwh）单机理论年满负荷运行小时数（万kwh）全场年理论发电量（万kwh）wtg850850230270513340wtg1500a1500496330716368表2-5：额定功率和发电量通过以上对wtg1500a和wtg850两种机型在机组基本参数、年上网发电量、等效满负荷小时数、技术经济等方面的比较，wtg1500a机组在各方面均优于wtg850机组，因此，本期工程选用安装wtg1500a型机组，安装高度为80m的风力发电机组进行设计和计算。2.4 风力发电机组布置风力发电机组的布置按充分利用风电场场区的风能资源，并结合场区地形地貌、植被及土地利用规划进行布置。风机排布需考虑风向与风能情况。风电场主导风能方向在nnw区间，综合考虑风能利用和尾流影响，按照风电场在布置风电机组时，在盛行风向上机组间隔8倍风轮直径，在垂直于盛行风向上机组间隔6倍风轮直径的原则，wtg1500a机组行间距不小于560m，列间距不小于420m；wtg850机组行间距不小于400m，列间距不小于200m，以便风机达到最大发电量。3 主变压器及电气主接线的选择3.1 主变压器的选择 3.1.1 变压器型式容量和台数的确定原则 单元接线的箱变选择：单元接线时，主变压器容量应按发电机的额定容量，留有10的裕度来确定。本次设计的电厂升压主变压器和发电机出口变压器选择如下：1到33风力发电机的出口变压器采用双绕组，变压器的选择按以下原则计算：表3-1: 1和33发电机的主变压器均采用slz7-2000/35型号额定容量（kva ）额定电压（kv）阻抗电压（%）损耗（w）空载电流（%）高压低压空载短路slz7-2000/35200035+32.5%6.3，10.56.53600208002.5厂内变电所升压变压器采用双绕组变压器，变压器的选择按以下原则计算：表3-2: 厂内变电所升压变压器采用sfpz7-31500/220型号额定容量（kva ）额定电压（kv）阻抗电压（%）损耗（kw）空载电流（%）高压低压空载负荷sfpz7-31500/22031500230+81.5%6.316291440.593.2 厂用电方案的确定 3.2.1 概述厂用电设计应根据运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进,保证机组安全、积极和满发地运行。3.2.2 厂用电源的引接方式厂用工作电源（变压器），应尽量满足风电场的所有负荷要求。考虑本厂实际情况，厂用工作电源在35kv母线上引接一台厂用工作变压器；3.2.3 厂用变压器选择：厂用工作变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。因此，对厂用变压器的容量应按厂用电计算负荷与低压厂用电计算负荷之间进行选择；厂用工作变压器的型式选择，查电力工程电气设备手册得：高压厂用工作变压器的容量为：表3-3: 高压厂用变压器采用s7250/35型号额定容量（kva ）额定电压（kv）阻抗电压（%）损耗（w）空载电流（%）高压低压空载短路s7250/35250350.46.56404400 厂用电接线方案厂用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，起后备作用。备用电源应具有独立性和足够的供电容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统取得厂用电源。接线图如图2-1，高压厂用变压器接在35kv母线上，作为厂用电源使用。3.3 电气主接线设计的要求 电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。3.4 电气主接线形式的选择从资料所给的电压等级、出线回路数考虑，从电气主接线的可靠性、经济性极灵活性考虑35kv应选择单母线分段接线形式，220kv应选择单母线接线形式。3.4.1 35kv单母线分段接线单母线分段接线（如图2-2）的优点：(1) 用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。(2) 当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。单母线分段接线的缺点：（1） 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期内停电。（2） 当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。（3） 扩建时需要向两个方向均衡扩建。3.4.2 220kv采用单母线接线单母线接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好,并且,母线便于向两端延伸,扩建方便。单母线接线的缺点：可靠性差,调度不方便。4 短路电流计算 4.1 概 述 电力系统的事故大部分是由短路引起的。短路的类型有单相短路、两相短路和三相短路。发生短路时，电流可能达到正常运行电流的十几倍。这样大的电流所产生的热效应和力效应会使电气设备受到严重损坏。在进行设计时，应采取措施尽快切除短路故障，使载流部分保持热稳定和动稳定。因此，在选择电气设备和载流导体前必须进行短路电流的计算。4.2 电路元件参数计算 在高压系统中，电阻远小于电抗，所以计算短路电流周期分量时，一般只考虑各元件的电抗。取基准容量s=100mva，基准电压u用各级的平均电压。4.3 各点短路电流计算 各元件电抗的标幺值如下： 4.3.1 d1点短路（220kv母线） 则计算电抗为：查发电机运算曲线表找出0s、2s、4s短路电流周期分量标幺值。f1: =3.872=2.415=2.37 由发电机提供的短路电流 系统提供的短路电流则220kv母线短路电流： 冲击电流：=1.9=2.691.906=5.12(ka)4.3.2 d2点（35kv母线）短路则计算电抗为：查发电机运算曲线表找出0s、2s、4s短路电流周期分量标幺值。f1: =7.718 =2.808 =2.52 由f1提供的短路电流 系统提供的短路电流则发电机出口短路电流： 冲击电流：=1.9=2.6910.54=28.32(ka)4.3.3 d3点短路电流（发电机出口侧）计算：则计算电抗为：4.3.4 d4点短路电流（厂用变压器出口侧）短路计算：则计算电抗为：4.4 不对称短路计算系统中不论升压或降压，普遍采用y,d11接线的变压器，这种变压器星形侧或三角形侧短路时，故障侧与非故障侧的电流、电压在数值和相位上均有所不同。为了校核继电保护动作性能，需要对这种短路故障进行分析计算。 经y,d11变压器短路计算变压器b抽头242kv6.3kv.，242kv电压级基准电流i=2510(a) 变压器电抗 线路电抗 零序标么阻抗图由上图计算d点短路综合正负、零序阻抗及变压器b支路正负、零序电流分支系数，得正、负、零序分支系数为计算故障点正、负、零序总电流为零序电流为5 电气设备的配置 本章主要对发电厂隔离开关电流互感器电压互感器避雷器避雷针继电保护及自动装置进行配置，以便能对电气设备进行合理正确的选择。5.1 隔离开关的配置 5.1.1 隔离开关能起到如下作用：a：隔离电压； b：倒闸操作； c：分合小电流作用；5.1.2 配置方案：1、 中小型发电机出口一般应装设隔离开关。2、 在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。3、 接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。 4、 中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地，自耦变压器的中性点不必装隔离开关。5.2 电压互感器的配置 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期、和自动装置的要求，电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。1、 当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的每一相上应装设电压互感器。2、 当需要在220kv及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。3、 发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要，当发电机配有双套自动电压调整装置，先采用零序电压匝间保护时，可再增设一组电压互感器。5.3 电流互感器的配置 电流互感器保护用可分为稳态保护用(p)和暂态保护用(tp )，稳态保护用准确级有5p和10p （b.c.d保护级），配置如下：1、 凡装设断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表，保护和自动装置要求。2、 未装设断路器的下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器中性点，发电机和变压器出口。5.4 避雷器的配置 配置如下；1、 配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。2、 单元接线的发电机出线宜装设一组避雷器。3、 直接接地系统中，变压器的中性点为分级绝缘且有隔离开关时应装设避雷器；不接地系统中，多雷区的单进线变压器的中性点上应装设避雷器。4、 110kv220kv线路侧一般不装设避雷器。5.5 自动装置的配置 根据继电保护和安全自动装置技术规程第3.1.1条：电力系统中应装设安全自动装置，以防止系统稳定破坏或事故扩大，造成大面积停电，或对重要负荷的供电时间中断，安全自动装置应满足可靠性、选择性、速动性和灵敏性。 5.5.1 其主要作用有：1、 保证电力系统的可靠、经济运行； 2、 减轻运行人员的劳动强度；3、 保证电气设备的安全运行。5.6 继电保护配置 根据继电保护和安全自动装置技术规程第2.1.1条：电力系统中的电力设备和线路，应装设在短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。继电保护装置必须满足可靠性，灵活性，选择性和速动性4个基本要求。5.6.1 电力变压器保护 为了防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失，保证电力系统安全连续运行，根据有关技术规程的规定，发电机变压器组的变压器应针对下述故障和不正常运行状态设置相应的保护。（1） 防御变压器绕组和引出线相间短路，直接接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的（纵联）差动保护。（2） 防御变压器油箱内部各种短路或断线故障及油面降低的瓦斯保护。（3） 防御直接接地系统中变压器外部接地短路的接地中性点零序电流保护、零序电压保护以及放电间隙的零序电流保护。（4） 防御变压器过励磁的过励磁保护。（5） 反应变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障的相应的保护。6 高压电气的选择与校验6.1 电器选择的一般要求 正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。6.2 断路器与隔离开关的选择 由于断路器在电器接线中装设的部位不同，对其性能要求不同，在选择断路器时，应结合装设的特点及产品的技术经济指标综合考虑。6.2.1 断路器的选择要满足以下的特殊要求：1 合闸时触头不应有明显弹跳、熔焊；2 分闸时不应重击穿，或重击穿概率很低；3 应有承受合闸涌流的能力；4 经常投切的断路器应具有频繁操作的能力；5 断路器的额定电流，不应小于装置长期允许的电流的1.35倍；6.2.2 220kv母线短路由短路电流计算结果可知： 冲击电流：最大持续工作电流： 周期分量热效应（3s时）：根据220kv户外配电装置在本设计的具体要求，靠近母线的隔离开关宜选用垂伸缩。靠近母线的断路器与隔离开关的选择：断路器选择六氟化硫断路器。相关参数具体如下：表6-1 六氟化硫断路器lw6220计算资料额定工作电压220kv220kv额定工作电流3150a86.8a额定开段电流50kai1.906ka短路关合电流100ka5.12ka热稳定校验7500ka8.79ka动稳定校验100ka5.12ka经比较各项指标均满足要求。表6-2 隔离开关选择单柱式剪刀式结构隔离开关gw6220d 计 算 资 料额定工作电压220kv220kv额定工作电流2500a86.8a热稳定校验508.79ka动稳定校验125ka5.12ka经比较各项指标均满足要求。表6-3 母线接地开关gw3220计算资料额定工作电压220kv220kv热稳定校验3200 ka8.79ka动稳定校验100ka5.12ka经比较各项指标均满足要求。6.2.3 35kv母线短路由短路电流计算可知： 冲击电流：最大持续工作电流：周期分量热效应（3s）：根据设计的具体情况，35kv侧采用高压开关柜室内布置方式。型号如下：表6-4 kyn61-40.5型手车式交流金属封闭高压开关柜gbc35计算资料额定工作电压35kv35kv额定工作电流1000a34.64a额定开段电流16.5kai10.54ka短路关合电流42ka28.32ka热稳定校验1089ka128.67ka动稳定校验42ka28.32ka经比较各项指标均满足要求。表6-5 kyn61-40.5-08g型手车式交流金属封闭高压开关柜设备名称主要电气设备数量lw835型高压六氟化硫断路器1cd10（ct10）型操动机构1lcz35型电流互感器3jn35型接地开关（可变元件）1y10w142/126避雷器1表6-6 kyn61-40.5-27g型手车式交流金属封闭高压开关柜设备名称主要电气设备数量lw835型高压六氟化硫断路器1cd10（ct10）型操动机构1lb110型电流互感器3y10w142/126避雷器1表6-7 kyn61-40.5-40g型手车式交流金属封闭高压开关柜设备名称主要电气设备数量jdjj235型电压互感器1rn235型熔断器3jn35型接地开关（可变元件）1y10w142/126避雷器16.3 电流互感器的选择 6.3.1 形式选择1、35kv以下屋内配电装置的电流互感器根据安装使用条件采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。2、 35kv及以上一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。3、 一次额定电流选择 当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表的最佳工作状态，并在过负荷时仪表有适当的指示。 变压器中性点电流互感器的一次额定电流大于变压器允许不平衡电选择，一般可按in /3选择。6.3.2 220kv母线电流互感器的选择 表6-8 220kv电流互感器型号型号额定电流比二次组合准确级数10%倍数短时热稳定电流（ka）动稳定电流（kv）二次负荷倍数lcwb-220(w)3939(w)2*600/5p2,0.5级中间抽头 2*300/55p1/5p2/5p1/5p1/0.55p 0.550va 40va(抽头)20(p1,p3,p4)15(k3-k2)30(k1-k3)21-42（5s ）50-110根据电流、电压选lb-220型 额定电流比2600/5a 准确级0.5级=42（1s） kd =110 热稳定电流倍数，kd动稳定倍数 热稳定校验： 动稳定校验： ki=1100.693.34ka 满足要求。6.4 电压互感器的选择：6.4.1 选择一般项目1 35110kv配电装置一般采用油侵绝缘结构电磁式电压互感器。2 220kv及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。根据设计要求，220kv母线设备的选择： 表6-9 220kv电压互感器型号型号额定电压(kv)二次负荷(va)分压电容f0.10.2级0.5级1.0级3.0级0.0051503006.5 避雷器的选择 表6-10 220kv母线：型号避雷器额定电压有效值（kv）系统额定电压有效值（kv）持续运行电压有效值（kv）直流1ma参考电压不小于（kv）2ka操作波残压峰值不小于（kv）y10w1228/593228220146330504 u灭弧=220kv u工频放电=146kv表6-11 主变中性点型号避雷器额定电压有效值（kv）系统额定电压有效值（kv）持续运行电压有效值（kv）直流1ma参考电压不小于（kv）2ka操作波残压峰值不小于（kv）y10w5216/562216220146314478u灭弧=216kv u工频放电=146kv6.6 母线的选择与校验 6.6.1. 220侧母线的选择 由经济电流密度法 s=i/j =173.6/1.22=142.3(mm)s经济截面(mm) i导体所在回路中最大持续工作电流（a）j经济电流密度（a/ mm）查手册得： 表6-12 初选铝锰合金管形母线100/90导体尺寸d/d（mm）2导体截面（mm）导体最高温度为下值时的截流量（a）截面系数w(cm)惯性半径r(cm) 惯性矩j(cm)100/901491+70 +8033.83.36169235020546.6.2. 母线的校验 (1) 短路热稳定校验 （短路持续时间为4s）周期分量的热效应：由短路电流计算结果可知： 冲击电流： 因为短路电流的作用时间t=1s 4s ，故不应计算非周期分量的电流热效应： 正常运行时导体的温度： 短路热稳定决定的最小截面为 smin , 当短路前温度70，c=87所以，满足要求(2) 短路动稳定校验(a) 计算条件1) 气候条件: 最大风速24m/s，最高气温+40.7，最低气温-40.32) 三相短路电流峰值： ich = 5.12ka3) 结构尺寸：跨距 l= 12m,支持金属长0.5m,计算跨距l=12m-0.5m=11.5m,相间距 a=3m.4) 导体型号及技术特性：导体选用lf-21y型100/90铝锰合金管，导体材料的温度线膨胀系数a=23.2 10(1/)，弹性模量 e=6.958104(n/mm2),惯性距j=69.2(cm),导体密度r=2.73(g/cm),导体截面积s=954（mm）,自重q=2.6(kg/m) 导体截面积系数w=17.3(cm)(b) 最大弯矩和弯曲应力的计算正常状态时母线所受的最大弯距由母线自重产生的垂直弯距,集中荷载产生的垂直弯距及最大风速产生的水平弯距组成。a) 母线自重产生的垂直弯距mcz为：从表8-19中查得均布荷载最大弯矩系数为0.125，则弯矩为：b) 集中荷载产生的垂直弯距mcj为:从表8-20中查得集中荷载的最大弯矩系数为0.188，则弯矩为：mcj=0.188pljs 9.8=0.1881511.59.8=317.8(nm)c) 最大风速产生的水平弯距msf,取风速不均匀系数为av=1,取动气动力系数kv=1.2最大风速为vmax=24m/s则风压为：fv=a0 kv dt=11.20.1(24/16)=4.32(kg/m)msf=0.125fvljs9.8=0.1254.3211.59.8=699.87(nm)正常状态时母线所承受的最大弯距及应力为：max=100=100(919.76/33.8)=2721.18(n/cm)此值小于材料允许的应力8820n/cm,所以满足要求。2)短路状态时母线所受的最大弯距md和应力d的计算短路状态时母线所受的最大弯矩由导体自重、集中荷载、短路电动力及对应于内过电压情况下的风速所产生的最大弯矩组成。a) 短路电动力产生的水平弯矩m及短路电动力fmsd=0.125fdljs9.8=0.1250.08911.59.8=14.42 (nm)b) 在内过电压情况下的风速产生的水平弯距msf及风压f.f=dkd= 11.2 0.1 =1.69(kg/m)msf=0.125fvljs9.8=0.1251.6911.59.8=273.8(nm)短路状态时母线所承受的最大弯距及应力此值小于材料允许的应力8820n/cm,所以满足要求(c) 挠度的校验1) 母线自垂产生的挠度由单跨梁力学计算公式得知，在x=0.4215时，ljs处有最大挠度。从表8-19中查得均布荷重挠度计算系数为0.521,2) 集中荷载产生的挠度由单跨梁力学计算公式得，在x=0.4472ljs处有最大挠度。从表8-19查得集中荷重挠度计算系数为0.911, y2=0.911=0.911=1.76(cm)3) 合成挠度，由以上计算可知，跨中产生的挠度y1和y2的位置不同但相差不远，故按同一位置的严重处考虑,y=y1+y2=3.15+1.76=4.91(cm)0.5d1=5cm 所以，满足要求。6.6.3 35kv 母线的选择 原始条件：1 35kv侧变压器型号和参数 slz72000/35型 额定容量 2000mva 高压侧35+32.5% 低压侧6.3，10.52 短路时通过共箱母线上的冲击电流ich=33.69ka3 母线安装时为竖放，环境温度按40度考虑。 按持续工作电流选择母线：在40度环境温度及母线竖放的条件下选lmy2（10010）型母线。 按短路动稳定校验：1 满足机械强度要求时母线的最大允许跨距：最大的允许跨距大应超过： 片间衬垫的临界跨距为： 在满足不超过条件下的片间机械力为：将ich=28.32ka代入得取小于 的片间衬垫间距l1=50cm并代入算式：短路时多片矩形母线受到的机械应力为：当将 限制在铝母线的允许应力 只能等于或小于： 设母线相间距离为=30cm，即可求的满足母线机械强度条件下母线的最大允许跨距：2 满足避免发生机械共振和满足机械强度要求下的跨距l：根据已选的lmy2（10010）母线，在母线竖放安装条件下，由数据表可查得当要求母线装置避免发生机械共振时所能允许的最大跨距lg=108cm，片间衬垫跨距ld=61cm。故取lm和lg中较小而接近lg的跨距l，即可视为即满足避免机械共振又满足机械强度要求的跨距。现试取l=90100cm。3 校验母线装置的自振频率：由于三相母线布置在同一平面，自振频率用式： 将l=100及r1 、各值代入算式：计算结果表明：所选母线可以避免发生机械共振。4 校验以选共箱母线装置在短路时所能承受的机械应力：1) 母线相间机械应力由公式查数据表813，w=14.4cm2 ：因本共箱母线装置的自振频率已排除在35155hz范围以外，取=1。将各值代入算式：以上是选l=100cm时的值。2) 已选共箱母线所受的机械应力。由前已知，当片间衬垫间距为50cm时，片间母线机械应力为x=1501n/cm2。据x和x-x值，可以选共箱母线短路时所受机械总应力为： 小 结已选出的共箱母线装置既满足正常情况下持续工作电流要求，也符合短路时各项动稳定计算校验要求。归纳已选共箱母线各项计算结果如下：1 母线选：lmy2（10010）；2 每相2片铝母线间衬垫中心距离：l1=100mm；3 母线相间距离：=300mm；母线支持绝缘子间跨距：l=9001000mm；6.7 无功补偿装置的选择 6.7.1 补偿装置与电力系统的连接补偿装置都是设置于发电厂、变电所、配电所、换流站或开关站中，大部分连接在这些厂站的母线上，也有的补偿装置是并联或串联在线路上6.7.2 并联电容器装置 分组原则 并联电容器装置的分组主要由系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定。 并联电容器的选择1 电容器装置接入电网后引起的电网电压生高；2 高次谐波引起的电网电压升高；3 电容器的容差引起各电容器间承受电压不相等；4 装设串联电抗器后引起的电容器组过电压；5 系统电压调整和波动引起的系统工频过电压；轻负荷引起的工作电压升高； 熔断器的选择2 保护单台电容器的熔断器，宜优先选择喷逐式熔断器。其额定电压不得低于电容器的额定电压，最高工作电压应为额定电压的1.1倍。3 再可靠性要求不高的场合，可以考虑用限流熔断器代替断路器保护并联电容器组，或保护多台的电容器组成的并联电容器集体合体。4 限流式熔断器不宜使用在低于其额定电压的电网中，其容体的额定电流应等于被保护的并联电容器组或集合体的额定电流的1.52.0倍。由于本次设计以补偿的角度来选择，以上四种均能满足要求，但是从维护和性能的角度来考虑，选用并联电容器补偿装置比较合适。 无功补偿容量计算 本次设计的无功补偿只考虑主变压器、厂用变及箱变的无功损耗。补偿的最大无功量计算两台主变压器的无功容量厂用变压器的无功容量箱变的无功容量总的无功补偿表6-13 选择并联电容器组型号额定电压(kv)总标称容量(kvar)单台标称容量(kvar)接线方式外形尺寸宽深高（lbh,mm）tbb35-3000/5035300050单丫1511130728657 发电机变压器保护整定计算7.1 零序电流保护7.1.1 零序电流保护的i段的整定 按躲开变压器空载投入的励磁涌流整定，即 按躲开断路器三相不同时合闸的最大零序电流整定。 按躲开变压器另一侧母线接地短路的最大零序电流整定，即7.2 电流速断保护整定计算7.2.1 按躲开变压器负荷侧出口短路时的最大短路电流来整定，即7.2.2 躲过励磁涌流，根据实际经验及实验数据，一般取7.2.3 按上两式条件计算，选择其中较大的值作为变压器电流速断保护的启动电流7.2.4 灵敏度校验满足灵敏度要求7.3 纵联差动保护整定计算 7.3.1 确定基本侧。表7-1 基本侧参考数据及差回路电流计算数值名称额定电压（kw）35242额定电流（a）519.682.67电流互感器接线y电流互感器计算变比ntajs519.6/51.73275.15/5电流互感器计算变比ntasj1000/5600/5流入差回路中的电流（a）4.490.6267.3.2 躲过变压器的励磁涌流：7.3.3 躲过外部短路时的最大不平衡电流 从以上计算可知，以躲外部短路最大不平衡电流为计算条件，差动保护的动作电流取为：7.3.4 计算差动线圈匝数及实际动作电流为：差动线圈的实际匝数应向小调整，取wcdzd=5（匝）继电器的实际动作电流为：7.3.5 灵敏度校验。7.4 过负荷保护7.4.1 躲过变压器的额定电流来整定动作时限为10-15s,一般作用于信号7.5 厂用变压器保护7.5.1 厂用变压器采用熔断器保护8 高压配电装置的设计在一般情况下：35kv及以下配电装置宜采用屋内式。8.1 配电装置的安全净距配电装置的整体结构尺寸和设备安装位置，是综合考虑了设备外形尺寸、运行安全、检修维护和搬运设备