8500kW风电场电气系统一次设计

1、摘要风能作为一种情结能源而受到世界各国的重视，并加以开发和利用。通过技术开发，可以将风能转变为电能、热能、化学能等。其中，风能转化为电能是通过风力发电机将风能转化为电能，即风机桨叶在风力的带动下旋转，在大型风机中一般转速很低，正常情况下额定转速为20-30r/min，所以需要通过增速系统增速至1500r/min左右，再通过发电系统发出电能。在我国，风力发电总量逐渐增加，无论是在沿海地区还是内陆地区，在风能充足的地方，到处可见风力发电场，可见风电已经占据我国发电系统重要位置。本论文阐述对象为风力发电场，设计10台单容量为850KW的风力发电机，风机发出690v的电经过箱式变压器升压到35kv后送

2、入110kv升压站，再由升压站引出一回线路将电送入电网。本论文通过对风力发电场的电气一次设计过程的阐述，详细说明了风电场电力一次系统的设计过程。包括风机选择，35kV升压变压器选择，110kV升压变压器选择，断路器、隔离开关选择以及110kV侧SF6高压封闭式组合电器（GIS）选择。在本设计过程中，参考了在本设计末所列出来的参考文献。限于本人水平能力，本设计难免有不足之处，所以真诚希望老师指正。Abstract As a kind of clean energy, wind energy has been paid more and more attention by all countrie

3、s in the world. With the development of technology, wind energy can be converted into electric energy, heat energy and chemical energy, etc. Among them, the conversion of wind energy into electricity is to convert wind energy into electrical energy by means of wind turbines, that is, the blade of th

4、e wind turbine is driven by the wind. in general, large fan speed is very low, under normal circumstances rated speed of 20-30r/min, so we need to speed up the growth rate of the system to about 1500r/min, and then Power generation by generating system. In China, the total wind power gradually incre

5、ased, whether in coastal areas or inland areas, in places where wind power is abundant, wind farms can be seen everywhere, and it is obvious that wind power has occupied an important position in Chinas power generation system.This paper describes object is wind farms, Design the number of 10 unites

6、wind turbines with a single capacity of 850kW. After the fan sends out the 690V electric power through the box type transformer to boost to 35kV , into the 110kV booster station, Then the power is put into a power network by one return circuit which is led out by booster station. In this paper, thro

7、ugh about the wind power plant electrical once system design process exposition, including the selection of fans, 35kV step-up transformer selection, 110kV step-up transformer selection, circuit breaker, isolating switch selection and 110kV side SF6 high voltage closed combination electric appliance

8、 (GIS) selection.During the design process, Refer to the reference literature listed at the end of this design. Limited to my level of ability, the design will inevitably have shortcomings, so I sincerely hope that the teacher comment.目录第一章 绪论11.1 绪论11.2 世界风力发展现状和趋势21.3 中国风力发展现状21.4本风电场项目前期基础数据准备情况2

9、1.4.1 设计的目的和意义11.4.2 设计的要求11.4.3原始资料1第二章 电气一次系统设计42.1 风机选型52.1.1定桨定速型风力发电机、变桨变速型风力发电机情况介绍及比较62.1.2风机选择62.1.3 VESTAS V52-850风机技术参数及特点62.2 35kv集电线路设计52.2.1架空接线和电缆铺设方式的比较62.2.2线路主要技术参数62.3 主接线设计52.3.1 风电场电气系统一次主接线62.3.1.1 风机及配套35kv箱变线路主接线62.3.1.2 35kv线路主接线62.3.1.3 110kv线路主接线62.4 主变压器的选择52.4.1 相数的选择62.4

10、.2 容量及台数选择62.4.3 绕组数及联结组号的选择62.5 厂用电接线设计52.5.1 厂用电接线的要求及准则22.5.2 厂用工作电源及其引线22.5.3 厂用电电压等级确定22.5.4 厂用电变压器选择22.5.5 厂用电接线设计2第三章 风电场一次系统短路电流、无功功率计算43.1 系统参数计算机等值网络图53.1.1 电抗标幺值计算63.1.2 等值网络图63.2 风电场一次系统短路点选择及计算53.2.1 短路点于K163.2.2 短路点于K263.2.3 短路点于K363.2.4 短路点于K463.2.5 短路点于K563.3 无功功率计算53.3.1 电力系统等值电路图63

11、.3.2 无功功率计算6第四章 电气设备选择14.1 断路器以及隔离开关选择24.1.1 风机侧断路器及隔离开关选择34.1.2 35kV线路侧断路器及隔离开关选择34.1.3 厂用电低压侧断路器及隔离开关选择34.1.4 110kv母线断路器及隔离开关选择34.2 互感器器选择及校验24.4.1 3风机侧互感器选择34.4.1 35kV线路侧互感器选择34.4.2 厂用电低压侧互感器选择34.4.3 110kv母线互感器选择3第五章 防雷保护15.1 避雷针保护范围计算25.2 避雷线保护范围计算25.3 避雷器选择2总结1参考文献1附录附表A 断路器型号2附表B 隔离开关型号2附表C 电流

12、互感器型号2附表D 电压互感器型号2风电场一次设计总图2第一章 绪论1.1 绪论众所周知，可再生能源有六种形式，如水、风能、太阳能、生物质能、潮汐能和地热能。其中，风能是在太阳辐射下使地球表面受热不均匀，造成大气压力分布不均，使空气在水平方向上运动的动能。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。利用风能来发电，即可对风能发挥利用价值，又可减轻火电带来的环境污染程度。在我国，甚至是全世界，风力发电是一种被极为重视的清洁能源。风力发电是一种能力转换过程，即通过风力机将风的动能转化成机械能，机械能又转化为电能输出供入电网，也就是风吹动风力机叶片旋转, 转速通常较低, 需要齿轮箱增速,

13、 将高速转轴连接到发电机转子并带动发电机发电, 发电机输出端接一个升压变压器后连接到电网中，再由电网分配到各用户。1.2 世界风力发展现状和趋势2005-2015年全球风电累计装机容量、新增容量对比： 2015年新增装机容量前十位国家及2014年风电累计装机总量根据数据统计，截止2015年为止，全球风电装机容量在逐步上升，其中，中国风电发展排列第一，装机容量约145.8GW，目前世界的风电趋于向好的。1.3 中国风电发展现状1.4 本风电场项目前期基础数据准备情况1.4.1 设计的目的和意义以所学专业知识为基础，结合工程的实际情况，风力环境情况，设计出10*850KW风电电气系统主接线原理图以

14、及厂用电接线原理图，电厂发出的电送入110kv电网。坚持可靠、适用、经济的原则，培养自己的综合运用，解决实际问题，创造性，思维性和分析性的能力。1.4.2 设计的要求风电系统电气主接线设计，厂用电接线设计，短路电流计算，电气设备选择与校验，防雷保护。1.4.3原始资料该风电厂装机10台，容量10850KW，总容量8.5MW，发电机额定电压690v，功率因数cos0.98（感性）0.95（容性），机组年利用小时6000h，厂用电率约4.2%。 气候条件：地理位置高，且宜建设风机，年平均吹风日300天，风力级数5级以上，年最高温度36，平均温度26。 输出电接入系统电压110KV，出线1回。该风力

15、发电厂引出线只有一种电压等级输出，即110KV输出，并且产出的电能除了用于厂用以外全部送入电力系统，没有发电机出口电压负荷。本设计功率因数取0.98计算。第二章 电气一次系统设计2.1 风机选型按照风机的结构特点，一般由塔架、桨叶、主轴、轮毅、变速箱、发电机、偏航系统、液压系统、变频器和电气及控制系统组成。国际上目前投入运行的成熟机型基本可以分为定浆定速型和变桨变速型两大类型。下面分别对定浆定速型风力发电机、变桨变速型风力发电机进行比较和阐述。2.1.1定桨定速型风力发电机、变桨变速型风力发电机情况介绍及比较1、恒速恒流型风机的主要特点是：桨叶与轮毅是固定的，也就是叶片与车轮采用固定方式连接，

16、当风速发生变化时，叶片迎风角不随风速变化，风速与旋转平面的夹角即为迎风角。当环境风速高于风机额定风速时，桨叶能自动限制风轮所发出的功率接近额定值，这一特性称为自动失速性能，故这类风机又称失速型风机。恒速风力发电机在运行中，如果风力发电机组突然与电网断开连接，桨叶就必须具备自动停机能力，使机组在风力环境中制动安全停机。次风机结构上主要由塔架、轮毅、桨叶、主轴、变速箱、液压系统、发电机组、偏航系统及电气系统等组成。定桨定速型风力发电机的优点是：结构简单，成本相对较低，使用时间相对较长，坚固。缺点是：工作效率低，而且多为小型风力机，当风速提高到一定程度是必须制动停机。52、变桨变速型风力发电机的主要

17、特点是：叶片与轮毅之间通过轴承相连，可变距调节，通过改变桨叶迎风面与旋转轴的夹角来控制桨叶的受力和阻力大小，从而保持机组的额定功率输出。桨叶通过设计可以沿轴向接近0-90度的范围变化，当风速在额定风速之下时，控制器将桨叶攻角控制在0度附近，近似于定桨定速型风力发电机的桨距调节。当风速在额定风速之上时，变桨距控制结构自动调节叶片攻角于0-90度之间变化，保证输出功率接近额定功率，防止风力放电机过负荷。此外风机能够在与电网断开连接的情况下通过空气动力制动配合高速轴制动器对风机叶轮进行紧急刹车，防止风机故障。变桨变速型风力发电机的优点是：受到的冲击相对小得多，在风速较低时，控制器可将桨叶保持良好的攻

18、角，相对于定桨定速型风机来说有更好的电能输出。当风速达到一定值时，变桨变速型型风力机可以调节叶片攻角于0-90度之间变化，相当于桨叶无负载展开模式，进而增加风力机发电量。缺点是：此类风机额定转速要求较高，有齿轮增速环节，增加复杂和维护。阵风反应要求灵敏。变距调节型风力机由于风的振动引起的功率脉动相对于定距型风机比较大。2.1.2风机选择通过载荷量、优化特性和部件结构分析，选择即能够在特性条件下发电效率高，又能够保证在恶劣环境和台风条件下风力发电机组的可靠性和安全性的风力发电机组。通过经济技术及环境比较分析，以及实际风机的可靠性分析，重点考虑750kW和850kW两种适合风电场的风力发电机。本项

19、目风电场选择单机容量为850kW级的风电机组中，结构为水平轴、上风向、叶片三片、变桨距调节。850kW级机组技术比750kW级较先进，风电场利用小时数相对于750kW级机组高，风能资源利用程度高。本设计项目选择VESTAS V52-850机组作为风电场风机机型。选定的850kW风电机组为变桨变速型风机，变桨距调节，轮毅高度65m，转轮直径52m，切入风速4m/s，切出风速25m/s，额定风速19m/s，极限风速70m/s 。2.1.3 VESTAS V52-850风机技术参数及特点风机包括主机架、主轴、轮毅、叶片、叶片轴承、齿轮箱、齿轮箱扭力臂、盘式制动器、发电机、万向联轴器、液压单元、偏航马

20、达、偏航减速调整器、扭缆传感器、机顶控制器。VESTAS V52-850的主要发电机的电气参数如下发电机类型：装有VCS变频器系统的转子绕组异步发电机。额定功率：850kW额定电压：690V额定电流：711A发电机级数：4级频率:：50/60HZ功率因素范围：0.98感性一0.95容性额定转速:：1615/ 1945转/分可用无功功率：+170/-276Kvar本类型的风机采用了叶片顺桨刹车的方式。叶片浆距的变化由液压系统来调节。本发电机组对电网的要求如下：电网频率的范围+1/-3Hz（50Hz时)或+2/-3 (60Hz时)的变化。工作电压的变化必须在其额定值士10%的范围内变化。风机接地连

21、接电阻的最高值小于等于10。2.2 35kv集电线路设计2.2.1架空接线和电缆铺设方式的比较从全国风电场建设来看，风电场的35kV集电线路主要采用架空接线方案和电缆铺设方案两种方式。其中，采用架空方案比全站电缆铺设有如下优点：(1）、线路维护方便快捷。对比架空线和地埋电缆方案，架空线路运行维护方便，即使线路出现故障，可快速进行线路检修降低风机运行的风险；而直埋敷设电缆特别不便于电缆的日常维护和故障检修。特别是在海岛山地地貌的环境中。即使发现了电缆的故障具体的地点，将电缆重新挖出，并有效可靠的驳接都会极其困难。而且在野外施工，资源和工况受限，线路恢复时间无法及时保障。所以线路恢复供电时间长，而

22、线路长时间断电又会危及风机安全。(2)、成本低，建设周期短，经济可行。对比架空线和地埋电缆方案，同样载流量的销装电缆比钢芯铝绞线贵10倍以上。电缆方案要下挖1米深的电缆沟，而海岛多为沙石地表挖掘困难，挖掘电缆沟工程量巨大，工期长，投资巨大。同时海岛植被恢复困难，通过开挖形式铺设电缆极易造成植被的破坏造成项目巨大的环保压力。(3)、防盗性能好。由于地埋电缆方案使用的是铜芯导体，又是下埋在地上，容易遭盗窃。而架空线方案使用的是铝质导体，又高架在空中，防盗能力好。但架空线路容易遭受台风和雷电灾害影响，台风和雷电是采用架空线路的最不利因素。再者在风电场简单、电机台数较少且距离短的条件下，宜采用电缆铺设

23、。通过上述经济技术和未来维护的方便考虑，本风电场采用电缆铺设的方式进行，按照本风电场风机布局分散的特点，为了减少集电线路成本，方便未来佳管理，将本项目线路按照风机集中的原则分配到1个主要的区域。即：35kV #1线:1号一10号10台风机组成一个联合单元。每台风机采用电缆引入35kV母线后进入110kV升压站。2.2.2线路主要技术参数表2.1 35kV集电线路主要技术参9项目名称电压等级35kV回路数单回路中性点接地方式非直接接地系统线路长度电缆：单回 0.5km地线型号OPGW电缆型号YJV22-3*70 26/35kV杆塔型式角钢自立铁塔基础型式现浇配筋板式基础根据风电场场内通讯需要，电

24、缆铺设间距为0.30m，地下铺设，地线选用OPGW做为地线防雷及通讯用。OPGW采用的防振锤由光缆厂家配套提供。多个防振锤采用等距离安装法以保持美观和受力平衡。本工程绝缘子强度安全系数如下:35kV线路带电部分与杆塔构件、拉线、脚钉的最小间隙见下表。表2.2 最小安全间隙工作电压0.10m内过电压0.25m外过电压0.45m带电检修0.60m2.3 主接线设计2.3.1 风电场电气系统一次主接线本风电场共装设10台单机容量为850kW的风力发电机组，总容量为8.5MW。根据实际生产需要，本项目建设一座110kV升压站，风电场所发电能经1台110kV主变将35kV升压到110kV后通过1回接入南

25、方电网系统网。电力系统的接线方式根据风电场实际和设典例进行设计，设备选择按照正常负荷电流工作方式进行选择，按照短路方式进行校验。2.3.1.1 风机及配套35kv箱变线路主接线本风电场装机容量8.5MW，单机容量850 kW。风电机出口电压690V经箱式变压器升高至35kV。风机箱变组合一般可以选用一机一变单元接线或二机一变扩大单元接线。其中单元接线具有投资较低、电能损耗少、接线简单、操作方便、任一台箱式变或风电机故障不会影响其它风电机正常运行等诸多优点。而二机一变扩大单元接线，低压电缆线路太长，损耗大，不适合本工程选用。因此本工程风电机-箱式变组合采用一机一变联接方式。风电机-箱式变单元接线

26、在箱变高压35kV侧由临近区域风电配套箱变35kV出线独立联入35kV母线集电线路上。根据本风电场风机布置情况，设1根母线，经35kV电缆接入110kV升压变电站。11箱式变压器参数型号额定容量（kVA）空载损耗（kw）负载损耗（kw）S9-1000/35/0.6910001.4912.15联结组标号空载电流（%）短路阻抗（%）阻抗电压%Dyn0166.5 2.3.1.2 35kv线路主接线升压站35kV配电装置由1回进线，1回出线间隔，采用单母线接线方式，另配有隔离开关、断路器等电器设备。接线图如下：2.3.1.3 110kv线路主接线升压站110kV配电装置回进线间隔，1回出线间隔，1个设

27、备间隔。采用单母线接线，设备采用户内SF6全封闭组合电器设备。主变装置1台变压器，根据风场雷击多和云雾严重的气候工况，采用户内安装，半敞开配置。接线图如下：35kv2.4 主变压器的选择主变压器的台数、容量直接影响主接线形式。它的确定依据基本原始资料，输送功率大小，接入系统的紧密程度进行综合分析和合理的选择。2.4.1 相数的选择当制造条件和运输条件不受限制时，容量为8.5MW的主变压器和110KV电力系统中，选用三相变压器。由于单相变压器组相对占地面积多、投资大、运行损耗大，因此本设计选用三相变压器。142.4.2 容量及台数选择由于该风电站一次仅需1台主变压器。其容量按照公式：SN=1.1

28、PNG1-KPcos (MVA)式中： PNG：发电机容量MW；KP：厂用电率；cos：发电机额定功率因数；所以，SN=9.16 (MVA) 2.4.3 绕组数及联结组号的选择容量为125MW及以下多采用三绕组变压器。容量为200MW及以上采用发电机-双绕组变压器单元接入系统。结合本电厂实际，采用1台分裂绕组变压器。在电力系统中采用的绕组联结方式只有两种星形“Y”和三角形“d”。我国110KV及以上变压器绕组联结都采用 Y。35KV及以下变压器绕组联结都采用 d。综上所述，这台主变压器型号为：SF11-10000/110，基本参数如表2.3所示。表2.3型号额定容量（kvA）额定电压（kv）联

29、结组标号高压低压SF11-10000/110100001212*2.5%10.5YNd11损耗（kW）空载电流（%）短路阻抗（%）空载负责0.7210.510.650.4注1：-5%分接位置为最大电流分接。注2：对于升压变压器，宜采用无分接结构。如运行有要求，可设置分接头。厂用电接线设计2.5.1厂用电接线的要求及准则一、要求1、供电可靠，运行灵活。2、各机组的厂用电系统独立。 3、供电电源与电力系统尽量保持紧密联系。4、考虑在建设和施工过程中厂用电系统的运行方式。二、准则1、厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电。2、接线能灵活适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求。3、厂用电源的对应供

30、电性。4、从经济性和可能性方面采用新技术，从而达到厂用电接线的可行性和先进性。5、在设计厂用电系统接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。162.5.2 厂用工作电源及其引线厂用电源引接方式主要根据发电机电压侧接线，系统运行方式而定。结合本设计，厂用工作电源引接方式如图2.5.2所示。图2.5.22.5.3 厂用电电压等级确定厂用电压一般根据容量，额定电压和供电系统来选择。本设计采用的是380/220V一种电压等级，即低压厂用电电压等级为380/220v，。2.5.4 厂用电变压器选择厂用变压器的容量必须满足厂用电机械从电源获得足够

31、的功率。所以厂用1台双绕组变压器，其容量为：ST=1.1SH+SL式中，SH为高压厂用计算负荷之和；SL为低压厂用计算负荷之和。这里SH=250kVA，SL=100(kVA),故ST=1.1250+100=375(kVA)选用的变压器型号为：S9-400/35，基本参数如表2.5.4所示。表2.5.4型号S9-400/35联结组标号Yyn0额定容量（kVA）400电压组合高压（kV）35低压（kV）0.4空载损耗（kW）0.735负载损耗（kW）5.75空载电流1.9%短路阻抗6.5%电压阻抗4%2.5.5 厂用电接线设计厂用电进线由风机经升压后的35kV母线引入，但风机停运时，厂用电可由11

32、0/35kV变压器由电网经变压器低压侧引入，另外配备厂用备电源，即柴油发电机。接线图见下图2.5.5。图2.5.5 第三章 风电场一次系统短路电流、无功损耗计算短路引起了电力系统中的大部分事故。发生短路时，电流达到正常运行时的很多倍，严重损坏了电气设备。3.1 系统参数计算机等值网络图3.1.1 电抗标幺值计算1、发电机电抗标么值：XG*=XdSBSNcsc式中：SN：发电机的额定容量MW； SB：系统基准容量；Xd：发电机次暂态电抗百分值；cos：发电机的功率因数；2、变压器电抗标么值：XT*=Ud%100SBPN式中：PN：变压器额定容量MVA； SB：系统计算容量MVA；Ud%：变压器短

33、路电压百分值；3、电缆电抗标幺值：X1=0.1445lgDmr+0.0157r式中：X1：单导线单位长度的电抗，/km；r：导线的半径，mm或cm;r：导线材料的相对导磁系数，对于铝和铜r=1；Dm：三相导线互几何均距，当三相相间距离为Dab、Dbc、Dca时，Dm=3DabDbcDca，其单位与导线的半径相同，mm或cm；4、系统短路电流电抗标么值：I=ISB3Ud式中：线路平均电压；5、发电机短路电流电抗标么值： I=ISN/csc3Ud6、冲击电流：Ish=K2I式中：Ish：冲击电流； K：冲击电流系数； I：短路电流标么值。基准容量SN=10MVA, 基准电压UB=UAV经上式计算得

34、各元件的电抗标么值为：发电机：XG1*=XG2*=XG10*=0.1845 箱变：XT箱*=0.6主变压器：XT*=0.105厂用变压器：XT厂*=4.0000 电缆单位长度电抗：X1*=0.2763系统侧：XS*=0.1466213.1.2 等值网络图D43.2 风电场一次系统短路点计算及无功计算当各点发生三相短路时，计算出次暂态电流和冲击电流。3.2.1 短路点于K1(D1)母线上将系统简化如下：0.92270.92270.1973图b图a 如图b，有X2=0.9227/0.9227/9227(10个）+0.105=0.1973E3=E1X3+E10X121X3+1X12=1.050.92

35、27+1.050.922710.9227+10.9227=1.05次暂态电流：I2=E3X2IB=1.050.1973103110=0.2793(kA)I1=UX1IB=10.1466103110=0.3580(kA)IK1=I1+I2=0.6373(kA)23I1U=I1IK1=0.35800.6373=56.17%冲击电流：IK1=I2U+I1U=1.652I2+1.72I1=1.5124(kA)I1U所占比例：I1UIK1U=1.720.3581.5124=56.91%3.2.2 短路点于K2(D2)母线上将系统简化如下： 图c如图c,有X5=0.1466+0.105=0.2516X6=

36、X15=0.7845+0.1382=0.9227次暂态电流：I5=UX5IB=10.251610335=0.6556kA）I6=E4X6IB=1.050.922710335=0.1877(kA)I6=I15=0.1877(kA)IK2=IK5+IK6+I15=2.5326(kA)冲击电流：IK2=I5+I610=1.72I5+1.652I610=5.9561(kA)I5U所占比例：I5UIK2=1.72I55.9561=26.46% 3.2.3 短路点于K3（D3）箱变侧将网络图简化如下：25图d3网络简化如图f，有X5=X1/X4+X2=0.211U”=E2”X4+U1X11X4+1X1=1

37、.035次暂态电流：I3”=E1”X3IB=1.050.784510335=0.2208(kA)I5”=U”X5IB=1.0350.21110335=0.8092(kA)IK3”=I3”+I5”=1.03(kA)I5”IK3”=0.80921.03=78.56%冲击电流：IK3=I3+I5=1.652I3”+1.72I5”=2.4607(kA)I5U”所占比例：I5IK3=1.720.80922.4607=79.06%3.2.4 短路点于K4（D4）风机侧网络图简化为：274如图h，次暂态电流：I4”=E1”X4IB=1.050.18451030.69=47.619(kA)I5”=U”X5IB

38、=1.0350.8111030.69=10.833(kA)IK4”=I4”+I5”=58.452(kA)I4”IK4”=47.61958.452=81.47%冲击电流：IK4=I4+I5=1.652I4”+1.72I5”=137.161(kA)I5U”所占比例：I5IK3=1.7210.833137.161=18.988%3.2.5 短路点于K5（厂用变低压侧）网络简化图如下;图j图i 由图j得IK5=SN3U2N=1030.4=14.434(kA)总电抗标幺值X4*=X1*/X2*+X3*=1.06829三相短路电流周期分量有效值IK5(3)=IK5X4*=14.4341.068=13.51

39、5(kA)次暂态电流I4=IK5(3)=13.515(kA)冲击电流Ish=1.72I4=1.7213.515=32.492(kA)3.3 无功功率计算3.3.1 电力系统等值电路图系统等值电路图可简化如下：T3213.3.2 无功功率计算根据图4.3.1（b），系统等值电路图各参数归算到110kV电压等级进行计算，则：风机发出的无功功率为QGN=PGNtan=850tancos-10.98=172.6(Kvar)则：电机所送出的功率为SG=PGN+jQGN=8.5+j1.726(MVA) 变压器T1阻抗为ZT1=RT1+jXT1=PKUN2SN2103110+jUK%100UN2SN1031

40、10=14.702+j78.65()变压器T2阻抗为ZT2=RT2+jXT2=PKUN2SN2103+jUK%100UN2SN103=6.098+j127.05()31输电线路阻抗为ZL=RL+jXL=0.531.570110+j(0.1445log10Dmr+0.0157r)110=0.023+j0.028()输电线路电纳为12BL=12bl10-6100.5=0.57.58log10Dmr510-6=1.50110-5(S)变压器T1的功率损耗（由于导纳支路功率损耗很小，所以可以忽略）：阻抗支路损耗ST1=10(PT1+jQT1)=PT12+QT12U2RT+jXT10=12.152+1.

41、492110214.702+j78.6510=1.821+j9.72(kVA)励磁支路损耗S01=10P01+jQ01=10P01+jI0%100SN=101.49+j1010=14.9+j100(kVA)节点1处功率为S1=SG-ST1-S01=8500+j1726-(1.821+j9.72)-(14.9+j100)=8483.279+j1616.28(kVA)节点1处充电功率QB1=-12BLUN2=-1.50110-51102103=-181.621(kvar)线路阻抗中的功率损耗SL=P12+Q12U2R+jX=8483.2572+1616.139211020.023+j0.028=1

42、41.759+j172.576(kVA)则S1=S1-SL-jQB1=8483.279+j1616.28-141.759+j172.576+j181.621=8341.52+j1625.325(kVA)节点2处的充电功率QB2=-12BLUN2=-181.621(kvar)节点2处的功率为S2=S1-QB2=8341.52+j1625.325+j181.621=8341.52+j1806.946(kVA)变压器T2的功率损耗33ST2=PT2+jQT2=PT22+QT22UN2RT2+jXT2=50.42+10.6211026.098+j127.05=1.337+j27.852(kVA)励磁支

43、路损耗S02=P02+jQ02=10.6+jI0%100SN=10.6+j0.7510010000=10.6+j75(kVA)送入电网的功率为S2=S2-ST2-S02=8341.52+j1806.946-1.337+j27.852-10.6+j75=8329.583+j1704.094(kVA)第四章 电气设备选择电气设备选择的一般原则是：1、按正常工作条件选择（1）额定电压UN：不低于装置地点电网额定电压USN，即UNUSN（2）额定电流IN：不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即INImax2、按短路状态校验（1）热稳定校验满足热稳定的条件为QKIt2t式中，QK

44、为短路电流发生的热效应；It、t分别为电气设备允许通过的热稳定电流和时间。（2）电动力稳定校验满足动稳定的条件为：iesish或IesIsh式中，ish、Ish分别为短路电流冲击幅值及有效值；ies、Ies分别为电气设备允许通过的动稳定电流幅值及有效值。4.1 断路器以及隔离开关选择断路器在电力系统中的作用是：在正常情况下控制各输电线路和设备的开断及关合，在电力系统发生故障时，自动开断短路电流，以保证电力系统正常运行。断路器依据其使用的灭弧介质，可分为油断路器、真空断路器、空气断路器、六氟化硫（SF6）断路器等。隔离开关是高压开关设备的一种，在结构上隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不能用来拉合

45、负荷电流和短路电流。正常分开位置时，隔离开关两端之间有负荷安全要求的可见绝缘距离。在电网中其主要用途有：（1）设备检修时，隔离开关用来隔离有电和无电部分，形成明显的开断点，以保证工作人员和设备的安全；（2）隔离开关和断路器相配合，进行倒闸操作，以改变系统接线的运行方式。4.1.1 风机侧断路器及隔离开关选择最大持续工作电流为Imax=1.05PN3UNcos=1.0585030.690.98=762.031(A)1、 断路器选择风机侧断路器选择HA2-3200型断路器，其参数如下：表4.1.1 HA2-3200断路器参数36型号HA2-3200额定电流IN（A）2000额定电压UN（V）690

46、热稳定电流（kA）50(1s)额定峰值电流Ies（kA）125根据短路点K4点计算结果分析校验：断路器动稳定校验Ish=1.652I4=1.65247.619=111.117kAIes=125(kA)断路器热稳定校验QK=I42t=47.61921=2.268(MA)2sItk2t=5021=2.5(MA)2s2、隔离开关选择隔离开关型号选择GN10T-10T/3000-160型隔离开关，其参数如下：表4.2.1GN10-10T/3000-160隔离开关技术参数表型号额定电压额定工作电流热稳定电流(5s)极限通过电流峰值IesGN10-10T/3000-16010kV3000A75kA160k

47、A隔离开关动稳定校验38Ish=1.652I4=1.65247.619=111.117kAIes=160(kA)隔离开关热稳定校验QK=I42t=47.61925=11.338(MA)2sItk2t=7525=28.125(MA)2s比较分析可见所选型号符合要求。4.1.2 35kv线路侧断路器及隔离开关选择35kv最大持续工作电流Imax=1.05PN3UNcos=1.058503350.98=15.023(A)1、断路器选择因此35kv线路侧断路器选择ZN12-40.5（真空断路器），其参数如下表：表4.1.2 ZN12-40.5断路器参数型号ZN12-40.5额定电压UN（kV）40.5

48、额定频率（Hz）50额定电流IN（A）1250额定峰值耐受电流Ies（kA）63额定短路关合电流（kA）63额定短路开断电流（kA）254s热稳定电流（kA）25根据短路点K3点计算结果分析校验：断路器动稳定校验Ish=1.72I5=1.720.8092=1.945kAIes=63(kA)断路器热稳定校验QK=I42t=0.809224=2.619(kA)2sItk2t=2524=2500(kA)2s2、隔离开关选择35kV线路侧隔离开关选择GN27-40.5/630-20户内型，其主要技术参数如下：GN27-40.5/630-20隔离开关技术参数表型号额定电压（kV）额定电流（A）极限通过电

49、流峰值（kA）4s额定耐受电流有效值（kA）GN27-40.5/630-2040.56305020隔离开关动稳定校验Ish=1.72I4=1.720.8092=1.945kAIes=50(kA)隔离开关热稳定校验QK=I42t=0.809224=2.619(kA)2sItk2t=2024=1600(kA)2s比较可见所选型号满足要求。394.1.3 厂用变低压侧断路器选择厂用变低压侧最大持续工作电流Imax=1.05PN3UNcos=1.0535030.4cos0.98=530.518(A)1、断路器选择所以断路器选择RMM1系列塑料外壳式断路器，其参数如下：表4.1.3 RMM1-800H参

50、数表型号RMM1-630S 壳架等级额定电流（A）630额定电流IN（A）630额定电压UN（v）400额定冲击耐受电压（v）6000额定峰值耐受电流Ies（kA）50断路器动稳定校验Ish=1.72I4=1.7213.515=32.492kAIes=50(kA)2、隔离开关选择厂用电侧电压隔离开关选择QP-630/3（熔断器组隔离开关），其参数如下：表4.2.1.1 QP-630/3隔离开关技术参数表型号1s短时耐受电流峰值（kA）额定电压（v）额定电流（A）额定限制短路电流（kA）QP-630/33238063060隔离开关动稳定校验Ish=1.72I4=1.7213.515=32.492

51、kAIes=60(kA)经分析比较型号选择符合。4.1.4 110kv母线断路器选择110kv母线最大持续工作电流为Imax=1.05PN3UNcos=1.0585003110cos0.98=46.851（A）110kV高压侧选择SF6封闭式组合电器(GIS)1、断路器参数表4.1.4.2GIS断路器基本技术参数表型式三相机械联动，单断口断路器灭弧介质SF6额定电压（kV）110额定电流（A）12504s额定热稳定电流（kA）40额定动稳定电流（kA）100额定开断电流（kA）40额定关合电流（kA）100根据短路点K1点计算结果分析校验：41断路器动稳定校验Ish=1.72I5=1.720.

52、3580=0.8607(kA)100(kA)断路器热稳定校验QK=I42t=0.358024=0.513(kA)2sItk2t=4024=6400(kA)2s2、隔离开关参数表4.1.4.3GIS隔离开关技术参数表型式三相机械联动，SF6绝缘额定电压（kV）110最高运行电压（kV）126额定电流（A）12504s额定热稳定电流（kA）40额定动稳定电流（kA）100隔离开关动稳定校验Ish=1.72I5=1.720.3580=0.8607(kA)100(kA)隔离开关热稳定校验QK=I42t=0.358024=0.513(kA)2sItk2t=4024=6400(kA)2s可见此封闭式组合电器符合要求。434.2 互感器选择互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器包括电流互感器和电压互感器，结构上主要是电磁式互感器。4.2.1 发电机出口互感器选择1、电流互感器根据电流互感器安装处的电压、最大工作电流和安装地点的要求，以及一次侧额定电压和额定电流应满足的要求即：UNUSN，I1NImax则风机侧所选电流互感器型号为LMZ1-0.66型，其参数如