(完整版)发电厂电气部分常规设计毕业设计.doc

1、* 大学学生毕业论文论文题目：发电厂电气部分常规设计学院：*学院年级：*级专业：电气工程及其自动化专业姓名：*学号：*指导教师：*摘 要本篇毕业设计主要是对某水电站电气部分的设计，包括主接线方案的设计，主要设备选择，短路电流计算，电气一次设备的选择计算。通过对水电站的主接线设计，主接线方案论证， 短路电流计算， 电气设备动、热稳定校验， 主要电气设备型号及参数的确定，较为细致地完成电力系统中水电站设计。限于毕业设计的具体要求和设计时间的限制， 本毕业设计主要完成了对水电站电气主接线设计及论证， 短路电流计算， 电气一次设备的选择计算，电气设备动、 热稳定校验、 电气设备型号及参数的确定做了较为

2、详细的理论设计， 而对其他方面分析较少， 这有待于在今后的学习和工作中继续进行研究。关键词电气主接线；短路电流；电气一次设备目录摘 要.Abstract.错误！未定义书第 1 章前言.1.1设计题目 . .1.2水电站电气部分研究的背景 .1.3本课题的研究意义 .1.3.1电站电气主接线的论证意义 .1.3.2电气一次设备和二次设备选择及计算的意义 .1.3.3短路电流计算的意义 .1.3.4本课题研究的现实意义 .1.4本课题的来源 . .错误！未定义书1.5论文设计的主要内容 .第 2 章主接线方案确定 .2.1电气主接线释名 .2.2主接线方案的拟定 .2.2.1方案一 .错误！未定义

3、书2.2.2方案二 .错误！未定义书2.2.3方案三 .错误！未定义书2.2.4方案比较说明 .错误！未定义书2.3方案确定 . .错误！未定义书第 3 章主要设备的选择 .3.1导线的初步选择 .3.1.1与系统相连导线的选择 .3.1.2连接近区负荷导线的选择（按电压损耗选择） .3.1.3导线的确定 .错误！未定义书3.2变压器的选择 . .3.2.11T变压器高压侧为 38.5KV, 低压侧为 6.3KV .3.2.22T变压器选择 .3.2.33T变压器的选择 .3.2.44T为厂用变压器 .错误！未定义书3.2.55T为厂用变压器 .错误！未定义书3.2.6最终选定变压器 .3.3

4、发电机的选择 . .第 4 章短路电流计算 .4.1短路电流计算目的、规定和步骤 .4.1.1短路电流计算的主要目的 .4.1.2短路电流计算一般规定 .4.1.3计算步骤 .4.2短路电流的计算 .4.2.1等值网络的绘制和短路点选择 . .4.2.2网络参数的计算 .4.2.3短路电流的计算 .4.3短路电流计算成果表 .第 5 章电气一次设备的选择计算 .5.1母线的选择 . .5.1.16.3kV 母线的选择 .5.1.210kV母线的选择 .5.1.335kV 母线的选择 .5.1.4最终确定母线 .5.2电缆的选择 . .5.2.1发电机机端引出线电缆 .5.2.2主变低压侧电缆

5、.5.2.3主变高压侧电缆 .5.2.4电缆最终确定 .5.3断路器的选择 . .5.3.1断路器选型 .5.3.21号 ,2 号,3 号,4 号断路器的选择 . .5.3.35号 ,6 号断路器的选择 .5.3.47号断路器的选择 .5.3.58号 ,9 号,11 号断路器的选择 .5.3.610号,12 号 ,13 号,14 号,15 号断路器的选择 .5.3.716号,17 号断路器的选择 .5.3.8断路器参数表 .5.4互感器的选择 . .5.4.1主接线中互感器配置 .5.4.2电流互感器的选择 .5.4.3电压互感器的选择 .第 6 章结论.6.1水电站电气部分设计结论 .6.2

6、设计要点知识总结 .6.3心得与收获 . .参考文献.附录 .致谢 .第1章前言1.1 设计题目1、装机情况：本水力发电厂装机 4台容量 2.5Mw 水轮发电机组（额定电压 6.3KV, 功率因数 0.8，次暂电抗 0.2），有近区负荷 4 回，距电厂 6KM, 10KV, 每回 1MW, 功率因数 0.80。2、系统情况本水力力发电厂通过2 回架空线路与距12KM 地区中心变电站35KV 联络，最大运行方式下的短路容量80MVA。3、环境条件：本水力发电厂处环境条件无严重污染，地质条件良好但场地有限，交通方便，平均雷暴日50 天，海拔高度不超过1000m，年平均温度为 25C，最高气温为 4

7、0C，最低气温为 0C 。根据以上资料，设计出了一方面能使重要用户的供电可靠性得到保证，另一方面可以把多余的电能输入中心变压站，使其能够得到系统负荷的充分合理利用，从而充分利用水资源的电站。1.2 水电站电气部分研究的背景地方中小型水电站的电气主接线选择， 以及一次设备和二次设备的选择等等， 应本着具体问题具体分析的原则，根据变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性质、出线回路数、 设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况， 在满足供电可靠性、 功能性、具有一定灵活性、还拥有一定发展裕度的前提下， 尽量选择经济、 简便实用的电气主接线以及一次设备和二次设备。 如终端变电站， 我们可根据

8、其进线回路数较少的特点， 选择线路变压器组接线， 或者是桥型接线； 中间变电站，我们可根据其交换系统功率和降压分配功率的双重功能的特点，选择单母线接线、单母线分段、单母线带旁路接线等形式。 总之，电力网络的复杂性和多样性决定了我们不能教条地选择电站的电气主接线、一次设备、二次设备等等， 要具体问题具体分析， 选择具有自己特色的电气主接线和设备。发电厂电气主接线的论证， 电气一次设备及二次设备的选择， 厂房、配电装置布置，自动装置选择和控制方式对电厂设计的安全性及经济性起着重要作用。 同时对电力系统运行的可靠性， 灵活性和经济性起决定性作用。1.3 本课题的研究意义1.3.1电站电气主接线的论证

9、意义1.电气主接线图是电厂设计的重要部分。 同时也是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据， 了解电路中各种电气设备的用途， 性能及维护，检查项目和运行操作的步骤等都离不开对电气主接线的掌握。2.电气主接线表明了发电机，变压器，断路器和线路等电气设备的数量，规格，连接方式及可能的运行方式。电气主接线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。是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。3.由于电能生产的特点是：发电，变电，输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全，稳定，灵活和经济运行，也直接影响到生产和生活。电气主接线的拟订是一个综合

10、性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力求使其技术先进，经济合理，安全可靠。1.3.2电气一次设备和二次设备选择及计算的意义为了满足生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，发电厂和变电站中安装有各种电气一次设备和二次设备， 其主要任务是启动机组、调试负荷、切换设备和线路、 监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理等。1.3.3短路电流计算的意义导体通过短路电流产生的热量， 全部用于使温度升高。 导体发热对电气设备的影响很大， 会导致绝缘材料的绝缘性能降低， 使金属材料的机械强度下降， 使导体接触部分的接触电阻增加， 因此短路电流计算的意义很大。1.3.4本课题研究的现实意义

11、21 世纪初 20 年，是我国电力发展的关键时期，重点是在加强电厂建设，同时继续加强电网建设， 加快结构调整。 为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能，是电力工业的基本任务。厂网分开，竞价上网，实现高度自动化，西电东送，南北互送，走向联合电系统，是电力工业的发展方向。这是一项全局性的庞大系统工程。为实现这一目标，还有很多事要做且依赖于以各方面相关技术的全面进步。1.做好电力规划，加强电厂、电网建设；2.电力工业的现代化；3.联合电力系统；4.洁净煤发电技术；5.绿色能源的开发和利用。1.4 论文设计的主要内容这次毕业设计的主要内容是对水电站主接线方案的设计，主要设备的选择，

12、短路电流计算，一次设备的选择计算。第 2 章主接线方案确定2.1 电气主接线释名发电厂的主接线是由发电机、 变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆等电气设备按设计要求连接起来， 表示生产汇集和分配电能的电路，电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的电路图称为电气主接线图。 因此电气主接线的设计必须根据电力系统， 发电厂及变电站的具体情况， 全面分析通过技术， 经济的比较， 合理地选择主接线。电气主接线须满足以下要求：1、根据发电厂、变电站在电力系统中的地位、作用和用户性质，保证必要的供电可靠性和电能质量的要求。2、应力求接线简单、运行灵活和操作简便。3、保证运行、维护和检修的安

13、全和方便。4、应尽量降低投资，节省运行费用。5、满足扩建的要求，实现分期过渡。2.2 主接线方案的拟定由原始资料知此水电站属于小型电站，没必要运用复杂且昂贵的接线方案，在满足供电可靠性和电能质量的要求得前提下选择接线简单、运行灵活和操作简便的主接线，同时应尽量降低投资，节省运行费用，满足扩建的要求，实现分期过渡。于是确立图2-1 的主接线方案，该方案 1 号、 2 号、 3 号、 4 号发电机出口端接成单母线接线方式，1 号、 2号变压器将电压升至35kV 送至 12 公里外的中心变压站； 3 号变压器将电压升至 10kV 向近区负荷供电。35KV10KV1T2T3T6.3KVG1G2G3G4

14、 2.5MW图 2-1OJ图 2-4方案三第 3 章主要设备的选择3.1 导线的初步选择3.1.1与中心变压站相连导线的选择由公式得：Pmax42500I max3206.2A3U cos35 0.8根据额定载流量选择导线：由电力系统分析 P283 查得，标准导线截面积LGJ-70 的额定载流量 Ie=275A206.2A 。选取导线 LGJ-50 （r=0.45km，x=0.343km）。3.1.2连接近区负荷导线的选择（按电压损耗选择）因为进去负荷参数相同，所以只需计算其中一回就能得到其他各回路电线参数。1区：，取 ,SP1000cos1250KVA0.80QS2P 21250210002

15、750K varU xQXl750 0.40120.360KVU N10U r10%U eU x10%10 0.360 0.640KVsPlU r31.511259.06mm2U N100.640根据电力系统分析 P283 查得，取标准导线LGJ-35 （r=0.85km，x=0.366km）。3.2 变压器的选择3.2.1 1T变压器高压侧为38.5KV, 低压侧为 6.3KV根据发电厂及变电站电气设备P106，接于发电机汇流主母线上的主变，其输送容量应为该母线上发电机的总容量扣除接在该母线上的近区负荷的最小值，原则选择变压器，由于油浸式变压器有30% 的过载能力。所以有以下计算：S1T70

16、%(SGeS近 min )SGeS近 min4250012500KVA0.800S1T 70%( SGeS近 min ) 70% 125008750KVA表 3-1 1T变压器主要技术参数名称参数型号15000KVA额定容量38.5KV高压侧22.5%高压分接范围6.3KV低压侧Y,d11联接组标号16.5KW空载损耗93KW短路损耗1.0空载电流（ %）8.0短路电压（ %）3-1 表。3.2.2 2T变压器选择与 1T 变压器相同。3.2.3 3T变压器的选择向近区负荷供电，其高压侧为10.5KV ，低压侧为 6.3KV 。根据发电厂及变电站电气设备P106，“主变容量按所送最大的视在功率

17、确定”，原则选定：S3TS近 maxS近 max410005000KVA0.8S3T5000KVA要技术参数见 3-3 表：表 3-2 3 T 变压器主要技术参数名称参数型号10KV高压 3 2.5%高压分接范围6.3KV低压Y，d11联接组标号4800W空载损耗30700W负载损耗0.9空载电流（ %）7.0短路阻抗（ %）3.2.6最终选定变压器见表 3-4 所示。表 3-3变压器的选择 6变压器型号短路阻抗（ %）1T、2T8.03T7.03.3 发电机的选择根据题目提供的容量为P=2.5MW 机组，我们可以查电力系统分析 P137 表 6-3 得。根据需求来选择发电机的型号和容量。表

18、3-4 发电机参数表 11型式水轮机型号适应水头范围适应流量范围混流式HL110-WJ- 8474.2 1842.17 3.446功率 KW转速 rmin水轮发电机型号额定出力2500KW12505000150013385274通过查询书籍以及网上资料来搜集关于发电机的一些相关资料，在满足题目要求的情况下选择发电机。网上查得四川乐山亚联机械有限公司生产的发电机及其相关数据有附和我们需求的发电机型号其具体情况如表3-4 所示。第 4 章短路电流计算4.1 短路电流计算目的、规定和步骤4.1.1短路电流计算的主要目的1.电气主接线的比较与选择。2.选择断路器汇流母线等电气设备，并对这些设备提出技术

19、要求。3.为继电器保护的设计以及调试提供依据。4.评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。5.分析计算送电线路对通讯设施的影响。4.1.2短路电流计算一般规定1计算的基本情况1) 系统中所有电源均在额定负荷下运行；2) 所有同步电机都自动调整励磁装置；3) 短路的所有电源电动势相位相同。2接线方式计算短路电流所用的接线方式， 应是可能发生最大短路电流的正常接线式。3短路种类一般按三相短路计算。4短路计算点选取母线为短路计算点。4.1.3计算步骤1.选择短路点；2.绘出等值网络，并将各元件电抗统一编号；3.化简等值网络，求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗；4.计算电抗 Xjs；5.由运

20、算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值；6.计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标幺值；7.计算短路电流周期分量有名值；8.计算短路电流的周期分量；9.绘制短路电流计算结果表。4.2 短路电流的计算4.2.1等值网络的绘制和短路点选择具体情况见图 4-1 所示。10111213图 4-1 等值网络的绘制和短路点选择4.2.2网络参数的计算短路电流的计算采用标幺值进行近似计算，取统一基准容量SB=100MVA ，将各级电压的平均额定电压取为基准电压，即UB=UV。4.2.3短路电流的计算图 4-2 d 1 点短路等值电路图1 d1 点短路，其等值电路图见图4-2。SB100x1x

21、2x3x4xd Se0.22.56.40.8x5x6U d %SB71000.47100Se10015x8x9xlSB0.343121000.30U B2372x14x141.6x15( x8 x9 ) ( x5 x6 ) 0.23系统侧提供短路电流 47：Id1( 3)1SB11006.225KAx153U B0.8536.3发电机侧提供短路电流6：SN36x jsx141 .60. 80 .72SB100当时，查电力工程电气设计手册P132 曲线表得各时刻电流标幺值。各时刻短路电流的有名值为6：IISN36(3)I 01.640.81.64 4.12 6.76KA0 F3U B3 6.3S

22、N36(3)I*1.420.81.42 4.12 5.85KA0.2 F0.23U B3 6.3II(3 )*SN1.63360.81.634.126.72KA1FI13U B36.3SN36(3 )*1.960.81.964.128.08KA4 FI 43U B36.3d1 点短路时，各时刻的短路电流6 8 ：I 0(3)I 0F(3)I d(3 )6.766.22512.99KA1( 3)(3)I d1(3)I 0.2I 0.2F5.85 6.225 12.08KAI 1(3)I 1F (3)I d(3)6.726.22512.95KA1I 4(3)I 4F(3 )( 3)8.086.22

23、514.31KAI d1根据电力系统 P119表 6-1，发电机机端 Kim=1.90，对应。系统侧：i ch1K im I mK im2I d(3)2.68 6.225 16.73KA1I ch11.62I d1(3)1.62 6.22510.08KA发电机侧：ich2K im I mK im2I(3)1.90 26.76 18.16KA0FI ch21.62I 0F ( 3)1.626.7610.95KAd1 点短路时：i chi ch1ich 216.73 10.95 37.68KAI chI ch1I ch210.08 10.9521.03KA2. d2 点短路 .其等值电路图，见图

24、4-3。图 4-3 d 2 点短路等值电路图SB100x1x2x3x4xd Se0.22.56.4U d %SB0.8x5x67100100Se1000.4715x8x9xlSB0.343 12 1000.30U B237 2x16x8x90.15x17(x1x2x3 x4 )( x5 x6 )0.470.7 1.17系统侧短路电流为 47 ：I d(32)1SB110010.40KAX 163U B0.15337发电机侧短路电流为7：X jsx17SN1.1736 / 0.80.53SB100当时，查电力工程电气设计手册P132 曲线表得各时刻电流标幺值。各时刻短路电流的有名值为4：SN36

25、( 3)I 02.100.82.10 3.88 8.15KAI 0 F3U B337SN36(3)I 0.2*1.810.81.813.88 7.02KAI 0.2F3U B3 37(3)*SN2.07360.82.07 3.88 8.03KAI 1 FI 13U B337SN36( 3)I*2.430.82.43 3.88 9.43KAI 4 F43U B3372 点短路时，各时刻短路电流的有名值为7：dI 0(3 )I 0F (3)I d 2( 3)8.15 10.40 18.55KAI 0.2(3)I 0.2F( 3)I d 2( 3)7.0210.40 17.42KA(3 )(3)(3

26、)8.0310.4018.43KAI 1I1FI d 2I 4( 3)I 4F(3)I d 2(3)9.4310.4019.83KA根据电力系统 P119 表 6-1，发电厂高压侧Kim=1.85，对应系统侧：i ch1K im I mK im(3)2.62 10.40 27.25KA2I d 2I ch11.56I d 2(3)1.56 10.4016.22KA发电机侧：ich2Kim I mKim 2I(3)1.90 28.15 21.9KA0FI ch21.56I 0F(3)8.1512.71KA1.56d2 点：i chich1ich 227.25 21.9 49.15 KAI chI

27、 ch1I ch 216.22 12.71 28.93KA3. d3 点短路，其等值电路图，见图4-4。图 4-4 d 3 点短路等值电路图SB100x1x2 x3x4xd Se0.22.56.40.8x5x6U d %SB71000.47100Se10015x7U d %SB71001.4100Se1005x8x9xl SB0.343121000.30U B237 2x16x8x90.15x14x141.6x15( x8 x9 ) ( x5 x6 ) 0.85X 19X 15X 7 (111)0.851.4( 111 )3.0X15X14X 70.851.61.4X 18X 14X 7 (1

28、11)1.61115.64X15X141.4(1.6)X 70.851.4系统侧提供的短路电流为4 7 ：(3)1SB1100I d 3X183U B5.6430.96KA10.5发电机侧提供的短路电流为4：X jsX 19SN3.036/ 0.85SB1.27100当时，查电力工程电气设计手册P134 曲线表得各时刻电流标幺值：各时刻短路电流的有名值4：IISN36(3)I 00.80.922.332.14KA0 F0.92310.53U BSN36( 3)*0.8I 0.20.840.842.331.96KA0.2 F310.53U BII( 3)*SN360.80.892.332.07K

29、A1 FI 10.89310.53U BSN36(3)*0.80.912.332.12KA4 FI 40.91310.53U Bd3 点短路时各时刻短路电流的有名值为7：(3)I 0 F(3)(3)2.140.963.10KAI 0I d 3I 0.2(3)I 0.2F(3)I d 3(3)1.96 0.962.92KAI 1(3)I1F (3)I d3(3)2.070.963.03KA(3)I 4 F(3)(3)2.120.963.08KAI 4I d 3根据电力系统 P119 表 6-1 得 Kim，对应。=1.80系统侧：ich1K im I mK im( 3)2.550.962.44K

30、A2I d 3I ch11.52I d(3)1.520.961.46KA1发电机侧：ich2Kim I mKim2I0F(3)2.552.145.46KAI ch21.52I 0F(3)1.522.143.25KAd3 点：i chich1i ch22.445.467.90KAI chI ch1I ch 21.463.254.71KA4.3 短路电流计算成果表具体成果见附录。第 5 章电气一次设备的选择计算5.1 母线的选择选型：考虑到水电站一般处于较偏僻的地方，电站厂房位于河流边，且空间较狭窄。 为了节约空间， 同时满足机械强度的要求，站内所有母线选铝母线 -LMY 。5.1.1 6.3kV

31、母线的选择1. 母线最大持续工作电流为：I g 1.05P100001.051145.5A3U cos3 6.3 0.8按经济电流密度选择， 查电力工程电气设计手册 P336，由图 8-1查得，以上，。I g1145.51468.6mm2SJ0.78J查发电厂电气部分附表2，选用槽形铝导体，截面尺寸为：效应系数，。当周围环境温度为37时，温度修正系数。I y75500.916870.5AI g2. 热稳定校验t dzt bt kd0.50.20.7s正常时运行的最高温度：Q Q0(QeI g237 (70 37) (4075.53249 CQ0)( )I y6870.5查电气工程电气手册 P337，表 8-9 得 C=95，满足短路时发热的最小导体截面为：Smin I d tdz K f / C 29850 0.7 1.175 / 95 285.0mm26870mm2满足热稳定要求。3. 动稳定校验已知冲击电流的有效值。查发电厂电气部分 P344 附表 2 得 h=200mm；P203 导体水平放置时选取的跨距一般不超过1.5-2m，取 L=1.7m。双