河海大学电气工程课程设计报告.docx

1、电气工程基础课程设计目录一、设计容 4二、原始资料 5三、接入系统设计 63选择水轮机型号 63.2 线路电压等级选择 73.3 导线类型选择 73.4 按照经济电流密度选择导线截面积73.5 输电线路选择及校验 83.5.1 电晕校验 8352发热校验 8353电压损耗校验 9四、地方用户供电方案 104.1 回路数选择 104.2 线路电压等级选择 104.2.1 用户最大电能 10422考虑5年发展 114.3 导线类型选择 114.4 按照经济电流密度选择导线截面积114.5 输电线路选择及校验 114.5.1 电晕校验 11452发热校验 12453电压损耗校验 13五、发电厂主变压

2、器选择 145可行性方案一 145.2 可行性方案二 16六、主变方案的经济比较 176综合投资计算 185.3 年运行费U的计算 195.3.1 设备折旧费Ui 195.3.2 维修费 U2 19623年电能损耗费计算205.4 方案的经济比较 23七、短路计算 257计算各设备参数，绘制系统的等值网络257.2 网络化简 277.3 计算各短路点的电流周期分量 281.1.1 路点 1 (220KV ) 281.1.2 短路点 2 (110KV ) 311.1.3 短路点 3 (13.8KV ) 34八、高压电气设备选择 408断路器与隔离开关的选择 401.1.1 220KV 高压侧 4

3、08.1.2110KV 中压侧 411.1.2 13.8KV发电机出口处 428.2 电压互感器的选择 438.3 电流互感器的选择 448.3.1 220kV 电流互感器的选择 448.3.2 110kV 电流互感器的选择 448.3.3 13.8kV 电流互感器的选择45一、设计容1、据待建水电站在系统中的地位、作用、运行方式和输送功率、距离，选择技 术上满足要求的水电站与系统连接输电线路的回路数、电压等级、导线规格。2、确定待建水电站技术上满足要求的地方用户供电方案：供电线路回路数、电 压等级、导线规格。3、根据待建水电站电压等级、机组台数、功率输送情况，拟订满足供电可靠性 和水电站各种

4、运行方式要求的主变压器可选用方案（主变类型、台数、容量、型 号）。4、根据所确定的主变方案和进出线回路数，通过分析、论证，确定待建水电站 各电压等级的主接线型式。5、设计待建水电站自用电接线，选用自用电变压器台数、容量、型号。6、通过对选用方案经济比较，选定综合经济指标最优的水电站主变、主接线方案。7、根据选择、校验电气设备的需要，计算三相短路电源。8、选择水电站发电机电压和高压电气设备：断路器、隔离开关、母线、 TV、TA等。二、原始资料0.4% ,装机3台水轮机组3行2.5MW ,机组年利用小时数 Tmax=4400h o厂用电率 地区最大负荷占电站装机10% ,其中一二类负荷占总负荷70

5、% ,供电距离15KM ,地区负荷85中=。.8渡江水电站位于省中部，建成后向市供电。电力系统接线如图 2-1所示。电 站建成后，接至相距30公里处的贵河变电所。当地最热月平均气温 28 ,年最 高温度40,其他原始数据见接线图及相关表格。表2-1变压器短路电压百分数发电站名称台数单台容量短路电压百分数(M VA )U %I 口U %I mU % n m遵口火电站2601710.56乌江变210.5176贵河变210.5176贵河火电站212012.5220kV15km2 100km2 250km渡江水电站贵河火电站遵口火电站l o 0 M w cos =0.85 X a =0.122 100

6、 M Wcos = 0.85X d = 0.125注：未知型号之输电线路，按0 .4 /km计算电抗图2-1渡江水电站接入系统图入接入系统设计3.1 选择水轮机型号根据水轮机组容量，查相关技术手册选取型号为 TS854/156"。的水轮机。具体参数如下：型号机组容量M W额定电压KVCOS（1）TS854/L56-4072.513.80.853.2 线路电压等级选择选择2回线，根据回路数、输送功率、年装机利用小时数查表求电压等级，选择电压等级220KV3.3 导线类型选择选择LG J导线3.4 按照经济电流密度选择导线截面积，根据年装机利用小时数查表得 j=1.19A/fn m 2根

7、据计算所得Sj,查表可得，选取导线标准截面 241.27mm 2的导线导线型单根根数及直径截面面积外径最大电rX号（铝）流（70度）240/55303.20241.2722.406570.1310.432423.00296.8823.0173570/40122.7269.7313.603070.4500.441704063.8068.0511.402890.4500.4413.5输电线路选择及校验3.5.1电晕校验Ucr = 84mtmMr log3.92 + bS =273 +1Dp。= 1.261 6Oomm 73.5.2发热校验正常运行:kqly = 0.971 657 = 637.29

8、a一回线故障:3.5.3电压损耗校验正常运行:一回线故障:4.2.1用户最大电能iU% =PR + QXU2* 100% I 15%lU% =P R + QrX100%= 4. 22% I 15%四、地方用户供电方案4.1 回路数选择根据需求选择两回线作为地方用户供电选择。4.2 线路电压等级选择4.2.2考虑5年发展P = P|&+ 5%= 27. 76MW选择两回线，选择电压等级为110KV4.3 导线类型选择选择LGJ导线4.4 按照经济电流密度选择导线截面积根据计算所得Si查表可得，选取导线标准截面 68.05mm 2的导线4.5 输电线路选择及校验4.5.1 电晕校验Uer

9、= 84mlmmr log=1.261 6g4.5.2发热校验正常运行:kqlv = 0.97 I 289 = 280.33a一回线故障:4.5.3电压损耗校验正常运行：一回线故障：PR + Q'XlU% =.一 * 100% I 15%1f P'R + Q'X lU% * 100% ; Z. 28% I 15%五、发电厂主变压器选择5.1可行性方案一发电机输出线采用双母线分段接线，保证系统的可靠性。因为接入系统输电线路，地方供电输电线路均采用双回线，所以变压器联结系统、地方均采用桥接线。发电机总视在功率：3枚2.5/0.85=255.88M VA由设计方案已知条件：由

10、于两台三相双绕组变压器造价、维护费用、占用场地少所以综合考虑选择两台三相三绕组变压器，高压侧 220KV ,中压侧110KV ,低压侧13.8KV。为保证一台变压器故障时，可以满足系统供电要求255.885% =191.91MVA ,更具经济性、可靠性综合考虑变压器容量选择为180MVA oPl = P I 6 4%= 217. 51 0.0. 87MW视在功率0.87/0.率=1.02M VA厂用电变压器直接连接发电机母线，采用两台1MVA的变压器，出线桥连接的暗备用设计。根据以上各参数要求，查油浸式电力变压器技术参数及要求第 23页, 选择额定容量180MVA三相三绕组无励磁调压电力变压器

11、，查油浸式电力变 压器技术参数及要求第2页，选择额定容量30KVA三相双绕组无励磁调压电力变压器，具体参数如下表额定容量KVArWj压 KV中压 KV低压KV联结组标号空载 损耗KW负载 损耗KW空载 电流%短路阻抗%升压降压高一中高一中180000220 ±2 M5%11513.8YNynOdl11425850.422224 高一低12'14 中一低1214 高一低2224 中一低7、97"9额定容 量KVArWj压KV低压KV联结组标 号空我 损耗 KW负载 损耗 KW空载 电流 %短路阻抗180000220 士2 屹.5%13.8YNdll1284590.46

12、121425000110 ±2*2.5%11YNdll26.01100.6210.51000110.4Dynll1.7010.301.04.5接线图如下:it宙用电一回北方用电二届)!IX厂用电一回 厂翻电二目G2 G35.2可行性方案二3台发电机输出线，其中一台采用单元接线，其余两台采用扩大单元接线。这 样接线简单，造价低。因为接入系统输电线路，地方供电输电线路均采用双回线, 所以变压器联结系统、地方均采用桥接线。发电机总视在功率：372.5/0.85=255.88M VA一台72.5/0.85=85.29M VA ,选择90MVA 的三相三绕组变压器。两台2斜2.5/0.85=1

13、70.59M VA,选择180M VA 的三相三绕组变压器。Pl = P I 0. 4%= 217. 51 。” 0. 87MW视在功率 0.87/0.85=1.02M VA厂用电变压器直接连接发电机母线，采用两台1MVA的变压器，出线桥连接的暗备用设计。根据以上各参数要求，查油浸式电力变压器技术参数及要求第 23页，选择额定容量180MVA 三相三绕组无励磁调压电力变压器，查油浸式电力变压器技术参数及要求第23页，选择额定容量90MVA 三相三绕组无励磁调压电力 变压器。具体参数如下表额定容 量KVAiWi压KV中压KV低压KV联结组标 号空载 损耗KW负载 损耗KW空载 电流%短路阻抗升压

14、降压180000220 ±2*2.5%11513.8YNynOdl11425850.42高一中 22-24 高一低12'14高一中 1214 高一低22 2490000220 ±11513.8YNvnOdl863510.492*2.5%1 中一氐 中一低7'97、9额定容 量KVArWj压KV低压KV联结组标 号空载 损耗 KW负载 损耗 KW空载 电流%短路阻抗180000220 ±2*2.5%13.8YNdll1284590.46121425000110 ±2*2.5%11YNdll26.01100.6210.51000110.4Dy

15、nll1.7010.301.04.5接线图如下:六、主变方案的经济比较经济比较容：e主意：只计算各方案中不同的部分）综合投资；计算年运行费用；方案综合比较6.1综合投资计算即：主体综合投资+各项附加费用（运输、安装等）附加费用由a系数描述，与变压器容量和电压有关变压器综合投资计算变压器综合投资%m 比 $ 届 100电压KV110220a值7090方案参与比较部分项总投资:（工十盗”飞方案一：180MVA ， 220KV变压器综合投资：方案二：180MVA , 220KV变压器90M VA220KV变压器=157.2 5(11)综合投资：6.2 年运行费U的计算包括年设备折旧费、维修费和电能损

16、耗费三项。6.2.1 设备折旧费Ui对于变压器：U1T = S,89tZT180M VA , 220KV 变压器90M VA , 220KV 变压器6.2.2 维修费U2对于变压器：90M VA ， 220KV 变压器6.2.3 年电能损耗费计算alAT某台变压器年电能损耗费：式中：值为当地电能价格（元/kw.h或度）；iat为该台变压器每年电能损耗。一台三绕组变压器全年电能损耗为：式中:变压器年电能总损耗费：方案年运行费用为:方案一：180M VA , 220KV 变压器：lPkl = 1碰=I B = 585KW查表得=巧=q=3000方案一年运行费用为：方案二：180M VA , 220

17、KV 变压器:IFkl58 5KIV查表得 rl = t2 = t3 = 300° h90M VA , 220KV 变压器:iPki = IE = IB = 351KW查表得口 =勺= = 3000 h方案二年运行费用为:6.3 方案的经济比较通常各方案比较时，选择技术上满足要求，投资和年运行费用都低的方案。如不能有这样的结果，需对各方案进行综合比较。比较方法：静态比较、动态比较补偿年限的静态比较：若甲方案综合投资多于乙方案，但年运行费少于乙方案，则抵偿年限T<5 （ 5年就收回）选甲方案T>8选乙方案对于方案一、方案二进行补偿年限的静态比较补偿年限因为甲方案可靠性更高，

18、且运行费用较低，补偿年限在 8年以，所以综合考虑，选择甲方案作为水电站的主变方案。七、短路计算7.1计算各设备参数，绘制系统的等值网络NJ-WvC.01：1076>4 n D7tj乩5 3 L39Wv-S13 024G.C24KJXT" fi C50J 0 /31073：<T53n irwXG1(I?刊1 W6一 XT4J U C50K3 (136mL1OKV)XT320 28310,106G1G2|n33G4ionG5G6o in?G3Xlu15i0. 4i80i0. 4i0. 0607.2 网络化简求出各电源对短路点的转移阻抗。短路点1 ：S1-0.272.：0,13

19、6 ,： 0.69S .； 0.117G1G2 G3 G4G5G6短路点2 ：S1L180,;0 504，: 2.576 . ; 0.19401 (12 G3 G4G5G6短路点3 ：SI1 0 475，:0.203 :; L037 ,； 0 078G1G2 G3 G4G5G67.3 计算各短路点的电流周期分量7.3.1 短路点 1 (220KV )等效转移阻抗：X(i.2)f = 0.136Xf = 0. 698Xslf =0.2 72计算电抗:查水轮机、汽轮机运算曲线，可以得到 1f0s,0.1s,2s,4s时的短路电流周期分量标幺值对于无穷大系统短路电流周期分量不随时间变化电流周期分量标

20、幺值tI”次暂态OSr暂态0.1SI稳态2sI稳态4sG 1、G 23.353.002.312.31G 31.271.191.371.40G 4、G 5 G 63.713.042.962.96Si （恒定）3.683.683.683.68电流周期分量有名值tr次暂态osr暂态o.isI稳态2SI稳态4SG i、G 21.981.771.371.37G 30.370.350.400.41G 4、G 5> G 62.381.951.901.90Si （恒定）0.920.920.920.92Tp- X5.665.004.594.60冲击电流:IM = K I iK = 1. 51最大有效值电流

21、:tI”次暂态0Sr暂态o.isI稳态2sI稳态4S卜二E5.665.004.594.60冲击电流立14.8113.0812.0212.04最大有效值电流R8.557.556.946.957.3.2 短路点 2 (110KV )等效转移阻抗：X(12)f =。404Xf 31f = 2.576slf = 1.180计算电抗:查水轮机、汽轮机运算曲线，可以得到 1f0s,0.1s,2s,4s时的短路电流周期分量标幺值3" .对于无穷大系统短路电流周期分量不随时间变化电流周期分量标幺值tI”次暂态OSr暂态0.1SI稳态2SI稳态4sG 1 > G 20.880.830.940.9

22、4G 30.340.330.330.33G 4、 G 5、 G 62.202.012.292.49Si （恒定）0.8470.8470.8470.847电流周期分量有名值tr次暂态osr暂态o.isI稳态2SI稳态4SG i、G 21.040.981.111.11G 30.200.200.200.20G 4、G 5> G 62.832.582.943.20Si （恒定）0.430.430.430.43Tp- X4.494.184.674.93冲击电流:IM = K I iK = 1. 51最大有效值电流:tI”次暂态0Sr暂态0.1SI稳态2sI稳态4S卜二E4.494.184.674.

23、93冲击电流立11.4410.6511.9012.55最大有效值电流R6.786.327.067.447.3.3 短路点 3 (13.8KV )等效转移阻抗：= 0.203X(3)f = 1.037X$f = 0.475计算电抗：查水轮机、汽轮机运算曲线，可以得到 1f0s,0.1s,2s,4s时的短路电流周期分量标幺值对于无穷大系统短路电流周期分量不随时间变化电流周期分量标幺值tI”次暂态0Sr暂态0.1SI稳态2sI稳态4sG 1、G 22.222.101.932.07G 30.850.800.890.89G 4> G 5、G 65.504.053.373.22S1 （恒定）2.10

24、52.1052.1052.105电流周期分量有名值tI”次暂态OSr暂态0.1SI稳态2SI稳态4SG 1、G 228.7227.1724.9726.78G 35.505.185.765.76G 4、G 5、G 677.3956.9847.4245.31Si （恒定）11.5811.5811.5811.58F 二 L123.18100.9089.7289.42冲击电流:最大有效值电流:tI”次暂态0Sr暂态o.isI稳态2sI稳态4S123.18100.9089.7289.42冲击电流立330.99271.13241.08240.27最大有效值电流卜199.55163.46145.34144.

25、86U&vf =工:电流太大，取电流周期分量有名值tr次暂态osr暂态o.isI稳态2SI稳态4SG 1、G 221.8520.6719.0020.38G 34.183.944.384.38G 4、G 5> G 658.8843.3636.0834.47Si （恒定）8.818.818.818.81Tp- X93.7376.7868.2768.04冲击电流:最大有效值电流:tI”次暂态0Sr暂态0SI稳态2SI稳态4S93.7376.7868.2768.04冲击电流立251.85206.31183.44182.83最大有效值电流卜151.84124.38110.60110.23八

26、、高压电气设备选择8.1 断路器与隔离开关的选择8.1.1 220KV 高压侧线路为变压器回路，因此所选断路器应满足:据此，试选择断路器型号为 LW 220型，选择隔离开关型号为GW 7220D型。校验结果如下:项目计算数据断路器LW 220隔离开关GW 7220D结论额定电压UN = 22OKVUN = 22OKVUn = 22OKV合格额定电流Imax=O,326kA加=3.15 Ok A1kA合格开断能力Ibr = 40kA合格动稳定IM = 14.8IkAish = 10 O k AIbr = 83 KV合格热稳定40kA33kA合格热稳定校验：Qk = 8% 64kA断路器LW 220 ：隔离开关GW 7 220D ：符合要求。8.1.2 110KV 中压侧线路为变压器回路，因此所选断路器应满足:据此，试选择断路器型号为SW 4 110型，选择隔离开关型号为GW 7110D型。校验结果如下:项目计算数据断路器SW 4110隔离开关GW 7110D结论额定电压UN = 11OKV5=11OKVUN = 11OKV合格额定电流= O.O71kAIjj = IkA= O.6k A合格开断能力Ibr = 18.4kA合格动稳定IM = 11.44kALh = 55 k