4×50MW水电站电气部分设计

本本 科科 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 4 50MW 水电站电气部分设计 XXX 指 导 教师 XXXX 专业年级电气工程及其自动化 学号XXXXX 二二 一二年十二月一二年十二月 中国中国 昆明昆明 河海大学 河河海海大大学学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 XXX 第 1 页 共 71 页 摘摘 要要 本设计为4 50MW 的水力发电厂的电气部分 发电机 变压器 电气一次主接线及屋外升压 站配电装置等 进行初步设计 初步设计内容包含屋外升压站所电气设计 新建4 50MW的水电厂 分为三个电压等级 以一回220Kv电压等级的架空线路输入系统 两回110Kv电压等级的架空线路 供地方用电 10Kv系统为水电厂自用电 220Kv采用单母线接线 110Kv侧采用单母线分段接线 安装两台SFPS7 120000 220三绕组变压器 通过对原始资料的详细分析 并结合设计任务书的要 求 进行了电气主接线方案的技术经济比较 地区负荷的设计计算 短路电流计算 主要导体和 电器设备的选择和校验 配电装置 防雷设计 继电保护规划设计 最后编制了设计说明并绘制 了主接线 通过对此次设计的训练 进一步巩固加深了所学的专业基础知识和专业技能 培养了 使用规范化手册 规程等基本工作实践能力 关键词 关键词 水电站 电气主接线 短路电流 设备选型 防雷 继电保护 河河海海大大学学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 XXX 第 2 页 共 71 页 前前 言言 1 1 设计目的和意义 一 毕业设计的目的和意义 毕业设计是在完成全部专业课基础上进行的最后一个实现培养目标的一个重要教学环节 是 培养学生综合素质和工程实践能力的教育过程 对学生的思想品德 工作态度 工作作风和独立 工作能力具有深远的影响 通过前期对专业课的学习以及实习活动 使其对电能的生产 分配和 输送过程有了全面的了解 但对电厂接入系统的方式 短路电流的计算 电气设备以及载流导体 的选择以及配置情况只停留在理论水平 通过毕业设计应达到以下要求 1 所以通过毕业设计的训练 进一步巩固和加深所学的理论知识 基本技能 使之系统化和 综合化 2 培养我们独立工作 独立思考并运用所学的知识解决实际工程技术问题的能力 3 结合设计课题培养我们独立获取新知识的能力 进一步掌握扩大所学专业知识 4 通过毕业设计的训练 使我们树立起具有符合国情和生产实际的正确的设计思想和观点 树立起严谨 负责 实事求是 刻苦钻研 勇于探索并具有创新意识及与他人合作的工作作风 1 2 原始资料及设计任务要求 一 原始资料分析 1 原始资料 待设计发电厂装机容量为 4 50MW 功率因素 0 8 厂用电率 1 4 Tmax 小时为 4600 机 组台数 4 台 利用小时数 4600 小时 年 供电距离 120Km 地区负荷的最大负荷占电站装机 的 25 地区负荷功率因素 0 8 地区负荷供电距离 20Km 一 二类负荷占总负荷的 70 1 成果提交 1 设计说明书及计算书 1 份 2 电气主接线图 1 份 采用 1 号图纸手绘或者 CAD 图 A3 号图纸打印 二 设计任务 1 电气主接线设计 论证设计的主接线为最佳方案 河河海海大大学学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 XXX 第 3 页 共 71 页 2 电厂发电机参数计算及发电机选择 3 主变压器参数计算 比较 连接方式比较及主变压器选择 4 发电厂地区负荷计算 连接方式优化设计 5 发电厂厂用电接线设计 选择厂用变压器的台数及容量 6 短路电流计算 7 导体和电器设备选择 8 高压配电装置设计 9 发电厂继电保护及自动装置配置 10 变电站防雷保护设计 三 初拟定设计内容 1 设计参数 1 类负荷方案 表 1 类负荷方案参数 系统 220 kV 或 110kV 序 号 类 型 机组容 量 MW cos 厂用电 率 送电距 离 km Tmax 小时 S MVA X 01 水电 4 500 81 41204600 0 2 地区负荷方案 表 2 地区负荷方案参数 系统 35kV 或 110kV 序号类 型 cos 送电距离 km S MVA X 070 820 0 2 电力系统与本厂连接情况 1 发电厂在电力系统中的地位和作用 中小型 2 发电厂在联入系统中的电压等级 220kV 及出线回路 1 回 3 发电厂地区负荷电压等级 110kV 及出线回路 2 回 4 电力系统总装机容量 200MW 系统标幺电抗 X 0 3 电力负荷水平 1 厂用电率 1 4 高压负荷 220kV 电压级 1 个 出线回路 1 回 为 I 类负荷 最大输送功率 150MW 中压 河河海海大大学学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 XXX 第 4 页 共 71 页 负荷 110kV 电压级 1 个 出线回路 2 回 为地区负荷 最大输送功率 50MW Tmax 4600h 4 设计自然条件 海拔 1000m 本地区污秽等级 2 级 地震裂度 5 级 最高气温 32 C 最低气温 2 C 平均温度 15 C 最大风速 2m s 其他条件不限 5 设计任务 待设计水电站与系统连接分析 水电站电气主接线方案优化设计 绘制电气主接线图 水电 站地区负荷接线优化设计 站用电接线优化设计 短路电流计算 水电站导体和电气设备选择设 计 水电站高压配电装置设计 水电站过电压保护及防雷规划设计 水电站仪表与继电保护配置 规划设计 绘制保护配置图 编制设计说明书 含计算书 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 电专 07 WTS 第 2 页 共 71 页 目目 录录 摘摘 要要 前前 言言 1 1 设计目的和意义 1 2 原始资料及设计任务要求 第第 1 1 章章 发电厂电气接线优化设计发电厂电气接线优化设计 1 1 1 1 电气主接线设计概述 1 1 2 电气主接线的初步方案选择设计 3 1 3 电气主接线方案经济选择技术比较 10 1 4 最优电气主接线方案确定 10 1 5 发电机和主变压器选择 13 1 6 厂用电设计 16 1 7 最优电气主接线绘制 17 第第 2 2 章章 短路电流计算短路电流计算 1919 2 1 短路电流计算概述 19 2 2 短路电流计算过程 21 2 3 短路电流计算成果 30 第第 3 3 章章 导体和电器选择导体和电器选择 3232 3 1 导体和电器选择设计概述 32 3 2 导体的选择与校验 33 3 3 主要电器设备选择和校验 39 3 4 导体和电器选择成果表 55 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 电专 07 WTS 第 2 页 共 71 页 第第 4 4 章章 高压配电装置优化设计高压配电装置优化设计 5858 4 1 高压配电装置概述 58 4 2 高压配电装置优化设计 58 4 3 高压配电装置总平面布置要求 59 第第 5 5 章章 防雷保护和接地装置设计防雷保护和接地装置设计 5959 5 1 发电厂过电压及防护分析 59 5 2 避雷器的规划与选择 60 5 3 避雷针规划设计及保护 63 第第 6 6 章章 仪表与继电保护配置规划设计仪表与继电保护配置规划设计 6565 6 1 仪表与继电保护配置规划 65 6 2 继电保护配置规划设计 65 结结 论论 6767 参参 考考 文文 献献 7171 附附 录录 7272 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 1 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 第 1 章 发电厂电气接线优化设计 1 1 电气主接线设计概述 发电厂电气一次接线是电力系统网络结构的重要组成部分 它直接影响运行的可靠性 灵活 性并对电器选择 配电装置布置 继电保护 自动装置和控制方式的拟定都有决定性关系 在设计 时应同时考虑水电站主接线的可靠性 灵活性和经济性 制定出最佳方案 1 1 1 主接线的设计依据 在选择电气主接线时 就以下列各点作为设计依据 一 发电厂在电力系统中的地位和作用 1 电力系统中的发电厂有大型主力电厂 中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型 大型主 力发电厂靠近煤矿或沿海 沿江 并接入330 500kV高压系统 地区电厂靠近城镇 一般接入 110 220kV 也有接入330kV 企业自备厂则以对本企业供电供热为主 并与地区110 220kV系统 相连 中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电 2 发电厂电气主如此线电气主接线方案的选择 主要决定发电厂的类型 工作特性 发电厂 的容量 发电机和主变压器的台数和容量 发电厂由于在电力系统中地位和作用不同 其电气主接 线的可靠性和经济性的要求也不同 二 发电厂的分期和最终建设规模 1 发电厂的机组容量 就根据电力系统规划容量 负荷增长速度和电网结构等因素进行选择 最大装机容量以占系统总容量的8 10 为宜 一个厂房内的机组 其台数以不超过6台 容量等级 以不超过两种为宜 2 发电厂建设规模应根据电力系统5 10年发展规划进行设计 为了保证对用户供电的可靠 性 在一期工程的设计中 发电厂的主变压器不应少于两台 三 负荷大小和重要性 1 对于一级负荷必须有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能够保证对全部一级 负荷不间断供电 2 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能保证全部或大部 分二级负荷的供电 3 对于三级负荷一般只需一个电源供电 四 系统备用容量大小 1 系统中需要有一定的发电机装机备用容量 运行备用容量不宜少于8 10 以适应负荷 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 2 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 突增 机组检修和故障停运三种情况 2 装机有两台 组 及以上主变压器的发电厂 当其中一台事故断开时 其余主变压器的容 量应保证该发电厂的70 的全部负荷 在计及过负荷能力后的允许时间内 应保证用户的一 二级 负荷供电 系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化 例如 检修母线或断路器时 是否允许线路 变压器和发电机停运 故障时允许切除的线路 变压器各机组的数量等 设计主接线时 应充分考 虑这个因素 1 1 2 主接线设计和基本要求 我国电气设计的技术规程规定 主接线应根据发电厂电力系统中的地位 回路数 设备特 点及负荷性质等条件确定 并且应满足运行可靠 简单灵活 操作方便和节省投资等要求 以下 就可靠性 选择性 灵活性和经济性要求说明 一 可靠性 供电可靠是电力生产和分配的首要要求电气主接线必须满足这个要求 研究主接线可靠性应注意的问题 1 应重视国内外长期运行的实践经验及可靠性的定性分析 主接线可靠性的衡量标准是运行 实践 至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚不完善 计算结果不够准确 因而目前仅 作为参考 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可靠性的综合 3 主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度 采用可靠性高的电气可以简化接线 4 要考虑所设计发电厂在电力系统中的地位和作用 二 灵活性 主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 1 调度时 应可以领土后地投入和切除发电机 变压器和线路 调配电源和负荷 满足系统 在事故运行方式下的系统调度要求 2 检修时 可以方便地停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而不致影响电力 网的运行和对用户的供电 3 扩建时 可以容易地从初期接线过渡到最终接线 在不影响连续供电或停电时间最短的情 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的改建工作量最少 三 经济性 主接线在满足可靠性 灵活性要求的前提下做到经济合理 1 投资省 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 3 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 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 要能使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 要能限制短路电流 以便于选择价廉的电气设备或轻型电器 2 占地面积小 主接线设计要为配电装置布置创造条件 尽量使占地面积减少 3 电能损耗少 经济合理地选择主变压器的种类 双绕组 三绕组或自耦变压器 容量 数量 在避免因 两次变压增加电能损耗 此外 在系统规划设计中 要避免建立复杂的操作枢纽 为简化主接线 发电厂接入系统的 电压等级一般不超过两种 1 1 3 电气主接线设计的原则 电气主接线的设计是发电厂和变电站设计的主体 它与电力系统 电厂动能参数 基本原始 资料以及电厂运行可靠性 经济性的要求等密切相关 并对电气设备选择和布置 继电保护和控制 方式等有较大的影响 因此 主接线设计 必须结合电力系统和发电厂的具体情况 全面分析有关 影响因素 正确处理他们之间的关系 经过技术 经济比较 合理地选择主接线方案 电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据 以国家经济建设的方针 政策 技术规 定 标准为准绳 结合工程实际情况 在保证供电可靠 调度灵活 满足各项技术要求的前提下 兼顾运行 维护方便 尽可能地节省投资 就近取材 力争设备元件和设计的先进性与可靠性 坚 持可靠 先进 适用 经济 美观的原则 在工程设计过程中 经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的 它将根据国 家经济发展及电力负荷增长率的规划 给出所设计电厂的容量 机组台数 电压等级 出线回路数 主要负荷要求 电力系统参数和对电厂的具体要求 以及设计的内容和范围 这些原始资料的设计 的依据 必须进行详细的分析和研究 从而可以初步拟定一向主接线方案 国家方针政策 技术规 范和标准是根据国家实际状况 结合电力工业的技术特点而制定的准则 设计的主接线应满足供电 可靠 灵活 经济 留有扩建和发展的余地 设计时 在进行论证分析阶段 更应合理地统一供电 可靠性与经济性的关系 以便于使设计的主接线具有先进性和可行性 1 1 2 2 电气主接线的初步方案选择设计电气主接线的初步方案选择设计 1 2 1 原始资料 待设计发电厂装机容量为 4 50MW 功率因素 0 8 厂用电率 1 4 Tmax 小时为 4600 1 2 2 输出电压选择 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 4 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 根据题目所给 类负荷输送距离 120km 输送容量 150MW 查发电厂电气设计守则 P46 表 1 1 220Kv 线路电压等级选择 额定电压 kV 输送容量 MW 输送距离 km 11010 10050 150 220100 500100 300 根据上表 选择 类负荷出线电压等级为 220kV 根据题目所给地区负荷输送距离 20km 输送容量 50MW 查发发电厂电气部分 P7 表 1 2 110Kv 线路电压等级选择 额定电压 kV 输送容量 MW 输送距离 km 352 1020 50 11010 5050 150 根据上表 选择地区负荷出线电压等级为 110kV 1 2 3 确定出线回路数 由于电厂的总容量为 200MW 类负荷输送容量 150MW 地区负荷输送容量 50MW Tmax 等于 4600 小时 年 线路传输的功率不大 但同时考虑系统情况 参照已投运的相同容量 的电厂与系统连接情况并查资料 P 46 附录附表 1 6 1 7 1 8 P 52 附录 附表 1 33 根据以 上选择的电压等级 确定出线回路数 出线回路数 输送容量 经济容量取接近的整数值 类负荷 150 200 0 75 因此 取1回出线 地区负荷 50 30 1 7 因此 取2回出线 1 2 4 发电厂主接线的设计 一 220KV侧接线 方案 单母线接线 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 5 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 图 1 1 单母线接线 这种主接线最简单 1 优点 接线简单清晰 设备最少 投资低 操作方便 便于扩建 也便于采用成套配电 装置 隔离开关仅仅用于检修 不作为操作电器 不易发生误操作 2 缺点 但是可靠性不高 不够灵活 断路器检修时该回路停电 母线或母线隔离开关故障 或检修时则需全部停电 方案 单母线分段接线 这种接线广泛用于中 小容量发电厂的6 10KV接线和6 220KV变电站中 在正常运行时 双 电源进线 母线分段运行 当其中一条进线故障时 通过另一段母线供电 当其中一段母线故障时 不必整段母线停电 运行方式灵活 可靠 但是这种接线方式占地面积大 投资大 单母线分段接线的优点 1 用短路器把母线分段后 对重要用户可以从不同段引出 两个回路 有两个电源供电 2 用一段母线发生故障 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 图1 2 单母线分段接线 1 当一段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间内停电 2 当出线为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 3 扩建时需向两个均衡扩建 适用范围 1 6 10KV配电装置 出线回路数为6回及以上时 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 6 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 2 35 63KV配电装置 出线回路数为4 8回时 3 110 220KV配电装置 出线回路数为3 4回时 经济性 设备相对少 投资小 年费用小 占地面积相对小 方案III 桥型接线 这种接线方式 当只有两台变压器和两条输电线路时并 有大容量穿越功率通过 采用桥型接线 桥型接线具有工作 可靠 使用的电器少 装置简单清晰和建造费用低等优点 并且它特 图1 3 桥型接 线 别容易发展成为单母线分段或双母线接线 因此 为了节省投资 建造初期负荷小 出线条数不多 宜采用这种接线方式 比较之后 采用单母线接线的方式接线 二 方案比较 表1 3 方案1 方案2 方案3比较 比较方案1方案2 可靠性 两个电源供电 接线简单清晰 投 资低 操作方便 隔离开关仅用于检修 不作为操作电器 不易发生误操作 母线及母线隔离开关故障时只 停故障母线另一段母线可继续运行 当一段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间内 停电 当出线为双回路时 常使架 空线路出现交叉跨越 经济性所使用开关设备最少 及占地面积小 使用开关相对较多和占地面积 相对较大 灵活性接线简单 操作方便 运行方式唯一 特别容易发展成为双母线接线 但扩建时需向两个均衡扩建 比较方案3 可靠性 母线检修进行不停电操作 一组母线故障能迅速 恢复供电 经济性所使用设备最少 投资低 灵活性便于扩建 也便于采用成套配电装置 此电厂220Kv出线回路少 其装机容量小 可靠性和灵活性要求相对较低 采用单母线接线便 能满足要求 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 7 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 签于以上比较220kV系统宜采用单母线分段或单母线接线方式 但由于此电站四台机组 装机 容量不大 220kv侧出线回数为一回 机组台数不多 从可靠性 经济性和灵活性等各方面考虑 采用单母线分段接线能满足可靠性要求 但投资太大 使用设备较多 占地面积大 宜采用单母线 接线方式较能满足要求 比较之后 采用单母线接线的方式接线 三 110KV侧接线 方案 单母线分段接线 这种接线广泛用于中 小容量发电厂的6 10KV接线和6 220KV变电站中 在正常运行时 双 电源进线 母线分段运行 当其中一条进线故障时 通过另一段母线供电 当其中一段母线故障时 不必整段母线停电 运行方式灵活 可靠 但是这种接线方式占地面积大 投资大 单母线分段接线的优点 1 用短路器把母线分段后 对重要用户可以从不同段引出 两个回路 有两个电源供电 2 用一段母线发生故障 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 图1 4 单母线分段接线 1 当一段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间内停电 2 当出线为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 3 扩建时需向两个均衡扩建 适用范围 1 6 10KV配电装置 出线回路数为6回及以上时 2 35 63KV配电装置 出线回路数为4 8回时 3 110 220KV配电装置 出线回路数为3 4回时 经济性 图1 5 桥型接线 设备相对少 投资小 年费用小 占地面积相对小 方案II 桥型接线 这种接线方式 当只有两台变压器和两条输电线路时并有大容量穿越功率通过 采用桥型接线 桥型接线具有工作可靠 使用的电器少 装置简单清晰和建 造费用低等优点 并且它特 别容易发展成为单母线分段或双母线接线 因此 为了节省 投资 建造初期负荷小 出线条数不多 宜采用这种接线方 式 方案III 双母线接线 双母线的两组母线同时工作 并通过母线联络断路器并联 运行 电源与负荷 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 8 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 平均分配在两组母线上 接线复杂 操作时较麻烦 图1 6 双母线接线 母线隔离开关使用较多 投资大 占地面积较大 由于母线继电保护的要求 一般某一回路固定与 某一组母线连接 以固定连接的方式运行 其供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验的优点有 其独到的地方 比较之后 采用单母线分段接线的方式接线 四 方案比较 表1 4 方案1 方案2 方案3比较 比较方案1方案2 可靠性 两个电源供电 用一段母 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 母线及母线隔离开关故障时只停故障母 线另一段母线可继续运行 经济性所使用开关及占地面积小使用开关和占地面积相对较大 灵活性 接线简单 操作方便 运 行方式唯一 特别容易发展成为单母线分段或双母线 接线 比较方案3 可靠性母线检修进行不停电操作 一组母线故障能迅速恢复供电 经济性接线复杂 操作时较麻烦 母线隔离开关使用较多 投资大 灵活性 各个电源和回路负荷可以分配到某一组母线上 其供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验的优点有其独到的地方 此电厂110Kv出线回路较少 地区负荷容量较大 可靠性和灵活性要求相对较高 采用单母线 分段接线便能满足要求 签于以上比较110kV侧系统宜采用双母线或单母线分段接线方式 但由于此电站四台机组 地 区负荷较大 110kv侧出线回数为2回 从可靠性 经济性和灵活性等各方面考虑 采用双母线接线 能满足可靠性要求 但不能满足经济性要求 宜采用单母线分段接线方式较能满足要求 比较之后 采用单母线分段接线的方式接线 通过以上方案的比较 220kV系统侧采用单母线接线的方式接线 110kV系统侧采用单母线分段 接线的方式接线 综合后确定本电厂的电气主接线接线方案 1 2 5 确定电气主接线方案 方案I 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 9 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 图1 7 主接线方案1 方案II 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 10 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 图1 8 主接线方案2 1 1 3 3 电气主接线方案经济选择技术比较电气主接线方案经济选择技术比较 1 3 1 主接线方案的投资初步比较 主接线方案的投资初步比较 1 方案 P1 100 1 1 a I I 为主体设备的综合投资 包括变压器 开关设备 配电装置等设备的综合投资 a 为不明显的附加费用比较系数 110kV 取 220kV 的 110kV 取 270 所以 110kV 取 3 1 90 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 P31页 表 2 4 选取 2 台型号 20000 的变压 1 SFL 器 其综合投资为 14 35 2 28 7 万元 方案 综合投资为 27 90 100 30 1 44 69 100 1 1 万元 a IP 2 方案 100 1 22 a IP 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 P31页 表 2 4 选取 4 台型号 10000 的变压 1 SFL 器 其综合投资为 9 87 4 39 48 万元 方案 的综合投资为 216 99 100 30 1 32 76 100 1 22 万元 a Ip 表 1 5 电气主接线经济比较成果表 名 称 方 案 方 案 总计 万元 90 027 99 216 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 11 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 1 1 4 4 最优电气主接线方案确定最优电气主接线方案确定 1 4 1 电气主接线 方案 I 图1 9 主接线方案1 方案 II 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 12 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 图1 10 主接线方案2 1 4 2电气主接线技术方案比较 表 1 6 电气主接线技术经济比较 比 较方案 方案 可靠性 1 220Kv 侧隔离开关仅仅用 于检修 不作为操作电器 不易发 生误操作 2 110Kv 侧两个电源 供电 供电可靠 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 1 220Kv 侧 当一段母线隔 离开关故障或检修时 该段母线的 回路都要在检修期间内停电 2 110Kv 侧接线复杂 使用开关多 操作时比较复杂 容易发生误操作 双母线在运行中需要隔离开关作为 操作电源 如果不按操作顺序 则 会造成严重后果 灵活性1 220Kv 侧接线简单清晰 1 调度灵活 各个电源和各 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 13 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 操作方便 隔离开关仅用于检修 保护配置相对简单 2 110Kv 侧 各个电源和回路负荷可以分配到某 一组母线上 其供电可靠 调度灵 活 扩建方便 便于试验的优点有 其独到的地方 一组母线故障能迅 速恢复供电 接线简单 操作方便 运行方式唯一 回路负荷可以任意分配某一组母线 上 2 能灵活适应电力系统各种 运行方式调度和潮流变化的需要 3 接线复杂 配电装置较为复杂 操作时较麻烦 母线隔离开关使用 较多 由于母线继电保护的要求 一般某一回路固定与某一组母线连 接 以固定连接的方式运行 经济性 使用设备最少 投资低 占 地面积小 经济性较好 使用设备多 双母线使用的 母线隔离开关多 投资大 占地面 积较大 经济性不好 1 4 3 确定最优电气主接线 通过上表可以看出 对于本电厂来说 方案可靠性要比 方案中高 使用设备相对要少 占 地面积较小 投资较小 方案的灵活性相差不大 综上所述 决定用方案 作本电厂的的主 接线方式 1 1 5 5 发电机和主变压器选择发电机和主变压器选择 1 5 1 发电机选择及主要参数 1 发电机选择根据设计题目所给参数 表 1 7 设计参数 系统 220 kV 或 110kV机组容量 MW cos 厂用电率 送电距离 km Tmax 小时 S MVA X 4 500 81 41604600 无穷 0 2 查 电力工程电气设计手册 P178 页 选择 SF50 60 990 型作该电厂发电机 其参数如 下 表 1 8 发电机型号选择 型 号 容量 MW 额定 电压 kV cos d X 2 X X0 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 14 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 d X X 2 X 2 X X0 X0 SF50 60 9905013 80 821 91 7522 751 82170 66 发电机技术参数 表 1 9 发电机参数 发电机型号SF50 60 990 额定容量 MVA 50 功率因数0 8 额定电压 kV 13 8 确定发电机组额定容量50MW的发电机 台数4台 额定电压13 8kV 功率因素0 8 1 5 2 主变压器的选择及主要参数 一 变压器容量和台数选择原则 主变压器的容量 台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构 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 如果变压器容量选得过大 台数过多 不 仅增加投资 增大占地面积 而且也增加了运行电能损耗 设备未能充分发挥效益 若容量选得过 大 台数过多 不仅增加投资 增大占地面积 而且也增加了运行电能损耗 设备未能充分发挥效 益 若容量选得过小 将可能 封锁 发电机剩余功率的输出或者会满足不了变电站的负荷的需要 这在技术上是不合理的 因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资 1 主变台数选择 在此设计中由于出线回数较多可选2台或3台主变压器 但由于发电机采用扩大单元接线 主变 只需选取2台 2 变压器容量选择 根据 电力工程电气设计手册 上 P214页 扩大单元接线变压器容量按发电机的额定容量扣 除本机组的厂用负荷后 留有10 的裕度和按发电机输出最大连续输出容量扣除本厂机组的厂用电 负荷两者之和 Sj 1 1 4 10 0 8 P 1 1 4 0 8 P 50000 1 1 4 10 0 8 50000 1 1 4 0 8 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 15 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 131075 KVA 查 电气设备手册 P278 选择标准变压器 型号 SFPS7 120000 220 额定容量 120000KVA 额定电压 高压220 242 2 2 5 Kv 中 压121Kv 低压10 5Kv 空载损耗 133KW 短路损耗 480KW 阻抗电压 Ud 高低 22 24 高中 12 24 中低7 9 空载电流 I 0 8 连接组标号 YN d11 二 变压器型式及结构的选择 1 主变压器相数的选择 当不受运输条件限制时 在 330KV 以下的变电所均应选择三相变压器 而选择主变压器的相 数时 应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择 单相变压器组 相对来讲投资大 占地 多 运行损耗大 同时配电装置以及继电保护和二次接线的复杂化 也增加了维护及倒闸操作的工 作量 本次设计中的变压器用于发电厂升压变压器 而且容量小 其体积也相对较小宜选用三相变压 器 2 绕组数的选择 在具有三种电压等级的变电所 如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15 以上 或低压侧虽无负荷 但在变电所内需装设无功补偿设备 主变宜采用三绕组变压器 在此设 计中由于存在三种电压等级 并且变压器容量小 应优先选用三绕组变压器 但其电压等级为 110kV 35kV 10 5kV 无此型号的变压器 所以选用三绕组220Kv 121Kv 13 8Kv变压器 3 主变调压方式的选择 为了满足用户的用电质量和供电的可靠性 220KV 及以上网络电压应符合以下标准 1 枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定 可为电网额定电压的 1 1 3 倍 在日负荷最大 最小的情况下 其运行电压控制 在水平的波动 范围不超过 10 事故后不应低于电网额定电压的 95 2 电网任一点的运行电压 在任何情况下严禁超过电网最高电压 变电所一次侧母线的运 行电压正常情况下不应低于电网额定电压的 95 100 通常 发电厂主变压器中很少用有载调压变压器 因为其电压可以通过调节发电机励磁来实现 调节电压 在此设计中主变为发电厂升压变压器 而且容量较小宜采用无载调压 4 连接组别的选择 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致 否则不能并列运行 全星形接线虽然有利于 并网时相位一致的优点 而且全星形接法 零序电流没有通路 相当于和外电路断开 即零序阻抗 相当于无穷大 对限制单相及两相接地短路都有利 同时便于接消弧线圈限制短路电流 但是三次 谐波无通路 将引起正弦波的电压畸变 对通讯造成干扰 也影响保护整定的准确度和灵敏度 如 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 16 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 果影响较大 还必须综合考虑系统发展才能选用 5 主变压器冷却方式的选择 主变压器一般采用的冷却方式有 自然风冷却 强迫油循环风冷却 强迫油循环水冷却 自然风冷却 一般只适用于小容量变压器 强迫油循环水冷却 虽然散热效率高 节约材料减少变压器本体尺寸等优点 但是它要有一套 水冷却系统和相关附件 冷却器的密封性能要求高 维护工作量较大 在此次设计中变压器容量为120000KVA 不宜采用自然风冷 采用水冷虽然运行维护费用高 但此变压器容量相对大 要求散热效率高 节约材料减少变压器本体尺寸 所以选用强迫油循环水 冷 1 5 3 变压器选择成果 型号 SFPS7 120000 220 额定容量 120000KVA 空载损耗 133KW 短路损耗 480KW 阻 抗电压 Ud 高低 22 24 高中12 24 中低7 9 空载电流 I 0 8 冷却方式 强迫油循 环水冷 接线组别 YN d11 1 6 厂用电设计 1 6 1 厂用电设计要求 厂用电设计应按照运行 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 题并积极采用新技术和新设备 使设计达到经济合理 技术先进 保证机组安全 经济和保证机组 满发的运行 并且厂用电接线应满足以下要求 各机组厂用电应独立 一台机组故障时 不应影响另一台机组的正常运行 充分考虑机组起动 和停运过程中的供电要求 厂用电负荷由于未说明具体负荷表 此设计中按厂用电率进行计算 1 4 并留10 的裕度 计算 所以厂用变压器的容量为 ST 35000 0 8 1 4 100 10 539 根据 发电厂电气部分 第三版 P152页 当变压器温度修正系数取1时 低压厂用变的容量 应大于或等于低压厂用变计算容量 由于本厂2台厂用变供电 所以上式计算容量满足要求 查 电气设备手册 P362页 选择标准变压器型号为 SC10 630 13 8 额定容量 630KVA 空载损耗 1 18KW 负载损耗 4 26KW Ud 4 I 0 8 接线组别 Y yn0 1 6 2 励磁变压器要求 励磁变压器设计应按照运行 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 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 17 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 的问题并积极采用新技术和新设备 经济合理 技术先进 保证机组安全 经济和保证机组满发的 运行 并且励磁系统应满足以下要求 各机组励磁系统应独立 一台机组故障时 不应影响另一台机组的正常运行 充分考虑机组起动和停运过程中的励磁要求 励磁系统未说明具体负荷 设计中按励磁系统需求进行计算 0 7 并留10 的裕度计算 励磁变压器的容量为 ST 5OOOO 0 8 x 1 6 x110 583 2KVA 当变压器温度修正系数取1时 励磁变的容量应大于或等于励磁变计算容量 由于本厂2台厂用 变供电 所以上式计算容量满足要求 选择标准励磁变压器型号为 ZFCB9 630 13 8 额定容量 630KVA 空载损耗 0 85KW 短路损耗 4KW Ud 5 97 I 2 1 接线组别 Y d11 1 6 3 变压器选择成果 表 1 10 变压器选择成果表 1 7 最优电气主接线绘制 1 7 1 电气主接线绘制 电气主接线的绘制 用规定的设备图形和文字符号 按照各电气设备 实际的连接顺序绘制 并且要标注出各主要设备的型号 规格和数量 由于三相系统是对称的 所以主接线图用单线来代 额定电压 KV 损耗 W 变压器型号 容 量 k vA 高压低压空载短路 阻 抗电压 空载 电流 接 线组别 主变压器 SFP7 120000 220 12000 0 22013 815000860081 0Y d11 厂用变压器 SL1 250 10 525013 80 4540340042 4 ynoY 励磁变压器 ZFCB9 630 10 5 63013 80 4785045OO5 972 1Y d11 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 18 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 表三相 也称单线图 绘制主接线图必须考虑可靠性 灵活性和经济性的要求 供电可靠是能够长期 连续 正常地向用户供电 灵活性要求 1 满足调度时的灵活要求 2 满足检修时的灵活要求 3 满足扩建时的灵活要求 经济性要求 在满足必要的可靠性和灵活性的前提下 应尽量做到经济合理 1 努力节省投资 1 主接线过于复杂可能反而会降低可靠性 应力求简单 断路器 隔离开关 互感器 避 雷器 电抗器等的高压设备数量力求较少 不要有多余的设备 性能也要适用即可 2 有时应采取限制短路电流的措施 以便可以选用便宜的轻型电器 并减少出线电缆的截 面 3 要能使机电保护和二次回路不过分复杂 以节省二次设备和控制电缆 2 努力降低电能损耗 应避免迂回供电增大电能损耗 主变压器的型号 容量 台数的选择 要经济合理 3 尽量减少占地 土地是极为宝贵的资源 主接线设计应使配电装置占地较少 根据以上要求 来确定主接线的最优方案 并画出主接线 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 19 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 图 1 11 最优主接线 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 20 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 第第 2 2 章章 短路电流计算短路电流计算 2 1 短路电流计算概述 2 1 1 短路概述 在电力系的电气设备 在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态 最常 见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路 因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设 备的正常运行 短路是电力系统的严重故障 所谓短路 是指一切不正常的相与相之间或相与地 对于中性点 接地系统 发生通路的情况 在三相系统中 可能发生的短路有 三相短路 两相短路 两相接地 短路和单相接地短路 其中 三相短路是对称短路 系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态 其他类型的短路都是不对称短路 电力系统的运行经验表明 在各种类型的短路中 单相短路占大多数 两相短路较少 三相短 路的机会最少 但三相短路虽然很少发生 其情况较严重 应给以足够的重视 因此 我们都采用 三相短路来计算短路电流 并检验电气设备的稳定性 短路是指电力系统正常运行情况以外的相与 相之间或相与地 或中性线 之间的连接 短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害 在短路发生时 由于电源供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程 使短路回路中的短路电 流值大大增加 可能超过该回路的额定电流许多倍 短路电流通过电气设备中的导体时 其热效应 会引起导体或其绝缘的损坏 且短路会引起电网中的低压降低 可能使部分用户供电受到破坏 还 会引起系统功率分布的变化 使发电机失去同步 破坏系统的稳定 引起大片地区停电 2 1 2 短路电流计算的目的和意义 1 选择继电保护装置和进行整定计算 2 在选择电气主接线 为了比较各种接线方案 确定某接线方案是否需要采取限制短路电 流的措施等 均需进行必要的短路计算 3 在选择电气设备时 为了保证各种电气设备和载流导体在正常运行和故障情况下都能安 全 可靠的工作 同时又力求节约资金 就需要用短路电流进行计算 4 设计屋外配电装置时 需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离 5 选择继电保护方法和整定计算时 需以各种短路时的短路电流为依据 6 确定分裂导线间隔棒的间距 7 验算接地装置的接触电压和跨步电压 8 选择继电保护装置和进行整定计算 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 21 页 共 72 页 第 1 页 共 82 页 2 1 3 电力系统短路电流计算的条件 1 正常工作时 三相系统对称运行 2 所有电源的电动势相位角相同 3 系统中的同步和异步电机均为理想电机 不考虑电机磁饱和 磁滞 涡流及导体集肤效 应等影响 装子结构完全对称 定子三相绕组空间位置相差 1200电气角 4 系统中各元件的磁路不饱和 即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变化 5 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行 其中 50 负荷接在高压母线上 50 负荷接在系 统侧 6 同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 7 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 8 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 9 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外 元件的电阻都略去不计 10 元件的计算参数均取其额定值 不考虑参数的误差和调整范围 11 输电线路的的电容略取不计 12 用概率统计法制定短路电流运算曲线 2 1 4 短路计算一般规定 1 验算导体和电器动稳定 热稳定以及电器开断电流所用的短路电流 应按本工程的设计规划 内容计算 并考虑电力系统的远景规划 一般为本期工程建成后 5 10 年 确定短路电流时 应 按可能发生最大短路电流的正常接线方式 而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式 2 选择导体和电器用的短路电流 在电气连接的网络中 应考虑具有反馈作用的异步电动机的 影响和电容补偿装置放电电流的影响 3 选择导体和电器时 对不带电抗值回路的计算短路点 应选择在正常接线方式时短路电流为 最大的地点 对带电抗器的 6 10 kV 出线与厂用分支线回路 除其母线与母线隔离开关之间隔板 前的引线和套管的计算短路点应该选择在电抗器前外 其余导体和电器的计算短路点一般选择在电 抗器后 4 导体和电器的动稳定 热稳定以及电器的开断电流 一般按三相短路验算 若发电机出口的 两相短路 或中性点直接接地系统及自偶变压器等回路中的单相 两相接地短路较三相短路严重时 则应按严重情况计算 河海大学 水水电电站站工工程程电电气气部部分分设设计计 说说明明书书 电本 12 级 WTS 第 22 页 共 72 页 第 1 页