前言前言 1 课程设计的目的 发电厂电气主系统课程设计是在学习电电气工程专业基础课程后的一次综合性训练 通过课程设计的实践达到 1 巩固 发电厂电气主系统 电力系统分析 等课程的理论知识 2 熟悉国家能源开发策略和有关的技术规 规定 导则等 3 掌握发电厂 或变电所 电气部分设计的基本方法和容 4 学习工程设计说明书的撰写 5 培养学生独立分析问题 解决问题的工作能力和实际工程设计的基本技 2 课程设计的任务要求 1 分析原始资料 2 设计主接线 3 计算短路电流 4 电气设备选择 3 设计成果 1 完整的主接线图一 2 设计说明书一份 目录目录 前言 1 第一部分 设计说明书 4 第一章 对原始资料的分析 4 1 1 主接线设计的基本要求 6 第二章 电气主接线设计 6 2 1 原始资料的分析 6 2 2 电气主接线设计依据 6 2 3 主接线设计的一般步骤 6 2 4 发电机电压 主 接线方案 10KV 侧 6 2 5 主接线方案的拟定 9 2 6 水轮发电机的选择 11 2 7 变压器的容量 12 2 8 主变的选择 13 2 9 相数的选择 13 2 10 绕组的数量和方式的选择 13 2 11 普通型与自耦型的选择 13 2 12 各级电压中性点运行方式选择 14 第三章 短路电流计算 15 3 1 短路电流计算的基本假设 15 3 2 电路元件的参数计算 15 3 3 网络变换与简化方法 15 3 4 短路电流实用计算方法 15 第四章 电气设备选择及校验 16 4 1 电气设备选择的一般规定 16 4 1 1 按正常工作条件选择 16 4 1 2 按短路条件校验 17 4 2 断路器和隔离开关的选择和校验 18 第二部分 设计计算书 18 第五章 短路电流计算过程 20 5 1 阻抗元件标么值计算 20 第六章 电气设备选择及校验部分计算 20 6 1 断路器和隔离开关的选择和校验 20 6 1 1 机端断路器和隔离开关 10 5KV 的选择和校验 20 6 1 2 主变压器出口断路器和隔离开关 220KV 的选择和校验 21 6 1 3 220kV 出线断路器和隔离开关的选择和校验 22 6 2 导体 电缆的选择和校验 22 6 2 1 220kv 母线的选择校验 22 个人总结 23 参考文献 23 第一部分第一部分 设计说明书设计说明书 原始资料原始资料 6 6 3 34MW3 34MW 水利水力发电厂电气初设计水利水力发电厂电气初设计 水电厂装机容量 3 34MW 机组4500 小时 当地年平均最高气 max T 温 30 海拔 600m 地震烈度 6 级 土壤电阻率 400 m 无其他特殊环境条件 1 主变压器采用 SFPL7 40000 型 采用 Y0 11 接线方式 低压侧电压 10 5KV 高压侧 242 2 2 5 2 发电机额定电压 10 5kV 5 次暂态电抗 标么值 8 0cos 18 0 d x 3 继电保护 主保护动作时间 0 08s 后备保护动作时间 3s 断路器采用 SW6 220 型 动作时间 0 6s 固有分闸时间 0 06s 4 厂用电 无高压厂用电气设备 5 接入系统 一回 220kV 14km 架空线路接入枢纽变电所 系统容量按无限 大考虑 地区变电所母线最大短路电流 27KA 周期分量 并计入十年发展 线路 阻抗 0 4 km 第一章第一章 对原始资料的分析对原始资料的分析 根据原始资料 本电厂是中小型发电厂 基本不承担负荷 主要与 220KV 系统相 连 由资料我们可知 10kV 侧可以直接承担厂用供电 还可以供附近工厂用电 这 里有两电压等级 分别是 10kV 220kV 由 10kV 升高为 220kV 通过一回架空线 与 220kV 系统相连 1主接线设计的基本要求主接线设计的基本要求 主接线设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性 灵活性及对电器的选择 配电装置 继电保护 自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系 根据 电 力工程电气设计手册 电气一次部分 中有关规定 变电所的电气主接线应根据该 变电所在电力系统中的地位 变电所的规划容量 负荷性质 线路 变压器连接元件 总数 设备特点等条件确定 并综合考虑供电可靠 运行灵活 操作检修方便 投资 节约和便于过渡或扩建等要求 主接线设计的基本要求如下 1可靠性 所谓可靠性是指主接线能可靠的运行工作 以保证对用户不间断供电 衡量可 靠性的客观标准是运行实践 经过长期运行实践的考验 对以往所采用的主接线 优 先采用 主接线的可靠性是它的各组成元件 包括一 二次设备部分在运行中可靠性 的综合 同时 可靠性不是绝对的而是相对的 可能一种主接线对某些变电所是可靠 的 而对另一些变电所可能就不是可靠的 评价主接线方式可靠的标志是 1 线路 母线 包括母线侧隔离刀闸 等故障或检修时 停电围的大小和停 电时间的长短 能否保证对一类 二类负荷的供电 2 线路 断路器 母线故障和检修时 停运线路的回数和停运时间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 3 变电所全部停电的可能性 4 大型机组突然停电 对电力系统稳定运行的影响与后果 2灵活性 电气主接线应能适应各种运行状态 并能灵活地进行运行方式的转换 灵活性主 要包括以下几个方面 1 操作的方便性 电气主接线应该在满足可靠性的条件下 接线简单 操作 方便 尽可能地使操作步骤少 以便于运行人员掌握 不致在操作过程中出差错 2 调度的方便性 电气主接线在正常运行时 要能根据调度要求 方便地改变 运行方式 并且在发生事故时 要能尽快地切除故障 使停电时间最短 影响围最小 不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行 3 扩建的方便性 对将来要扩建的发电厂 其接线必须具有扩建的方便性 尤 其是火电厂 在设计主接线时应留有发展扩建的余地 设计时不仅要考虑最终接线的 实现 还要考虑到从初期接线到最终接线的可能和分段施工的可行方案 使其尽可能 地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下 将来能顺利完成过渡方案的实施 使 改造工作量最少 3 3 经济性经济性 主接线的经济性和可靠性之间经常存在矛盾 所以应在满足可靠性和灵活性的前 提下做到经济合理 经济性主要从以下几个方面考虑 1 节省一次投资 主接线应简单清晰 并要适当采取限制短路电流的措施 以节省开关电器数量 选用价廉的电器或轻型电器 以便降低投资 2 占地面积少 主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件 尽可能使 占地面积少 同时应注意节约搬迁费用 安装费用和外汇费用 对大容量发电厂或变 电站 在可能和允许条件下 应采取一次设计 分期投资 投建 尽快发挥经济效益 3 电能损耗少 在发电厂或变电站中 电能损耗主要来自变压器 应经济合 理地选择变压器的形式 容量和台数 尽量避免两次变压而增加电能损耗 第二章第二章 电气主接线设计电气主接线设计 2 12 1 原始资料分析原始资料分析 根据设计任务书所提供的资料可知 该水电站为典型的小水电 不担任重要负荷 的供电 对设计的可靠性 安全性 灵活性等没有很严格的要求 拟定 1 2 台变压器 周围的环境和气候对设备的选择的制约也不大 综上 在设计中要充分分析所给的 原始资料 同时结合实际的情况 做到设计的方案具有可靠性 安全性 经济性等 2 22 2 电气主接线设计依据电气主接线设计依据 电气主接线设计是水电站电气设计的主体 它与电力系统 枢纽条件 电站动能 参数以及电站运行的可靠性 经济性等密切相关 并对电气布置 设备选择 继电保 护和控制方式等都有较大的影响 必须紧密结合所在电力系统和电站的具体情况 全 面地分析有关影响因素 正确处理它们之间的关系 通过技术经济比较 合理地选定 接线方案 2 32 3 主接线设计的一般步骤主接线设计的一般步骤 1 对设计依据和基础资料进行综合分析 2 确定主变的容量和台数 拟定可能采用的主接线形式 3 论证是否需要限制短路电流 并采取合理的措施 4 对选出来的方案进行技术和经济综合比较 确定最佳主接线方案 2 42 4 发电机电压 主 接线方案发电机电压 主 接线方案 10KV10KV 侧侧 根据我国现行的规和成熟的运行经验 联系本小水电站的工程实际 满足可靠性 灵活性和经济性的前提下 发电机电压接线可采纳的接线方式有以下三种 一 单母线接线 图 2 1 图 2 1 1 优点 设备少 接线清晰 经济性好 操作简单方便 不易误操作 便于采 用成套配电装置 并且母线便于向两端延伸 方便扩建 2 缺点 可靠性偏差 母线或母线隔离开关检修或故障时 所有回路都要停止 工作 也就是要造成全厂长期停电 调度是很不方便 电源只能并列运行 不能分裂 运行 并且线路侧发生短路时 有较大的短路电流 3 一般适用围 一般只用在出现回路少 并且没有重要负荷的发电厂 二 单元接线 图 2 2 图 2 2 单元接线示 意图 1 优点 发电机与主变压器容 量相同 接线最简明清晰 故障影响 围最小 运行可靠 灵活 发 电机电压设备最少 布置最简单方便 维护工作量也最 小 继电保护简单 2 缺点 主变压器与高压断路器数量多 增加布置场地与设备的投资 主变压器高压侧出线回路 多 布置复杂 对简化高压侧接线不利 主变压器故障 时影响机组送电 3 一般适用围 单机容量一般在 100MW 及以上机组 且台数在 6 台及以下 者 单机容量在 45MW 80MW 之间 经经济比较采用其它接线方式不合适时 三 扩大单元接线 图 2 3 图 2 3 扩大单元接线示意图 1 优点 接线简单清晰 运行维护方便 与单元接线比较 减少主变压器台数 及其相应的高压设备 缩小布置场地 节省投资 与单元接线比较 任一机组停机 不影响厂用电源供电 本单元两台机组停机 仍可继续有系统主变压器倒送 减少主 变压器高压侧出线 可简化布置和高压侧接线 2 缺点 主变压器故障或检修时 两台机组容量不能送出 增加两台低压侧断 路器 且增大发电机电压短路容量 对大型变压器低压侧可用分裂线圈以限制短路容 量 3 一般适用围 适应围较广 能较好的适应水电站布置的特点 只要电力系统 运行和水库调节性能允许 一般都可使用 当水电站只有一个扩大单元时 除满足系 统允许条件外 应注意避免在主变压器回路故障或检修时造成大量弃水 损失电能和 影响下游供水 同时还应考虑有可靠的外来厂用电源 四 关于单元接线中装设断路器问题 单元接线的发电机电压回路中 具备下列情况之一者 可考虑装设断路器 1 担任尖峰负荷的水电站 经常有可能全厂停机 而机组启动 排水 照明等 需通过变压器向厂用变倒送电 此时 可在接有厂用变压器的单元中装设断路器 2 在单元回路分支线上接有近区负荷者 3 当单元之间要求设置联络母线时 应考虑加装发电机电压断路器 综合考虑该单元接线不需要装设断路器 2 52 5 主接线方案拟定主接线方案拟定 一 主接线方案初步比较 由以上三种接线方案的优缺点分析和接线示意图 本着可靠性 灵活性和经济性 的原则 结合电厂实际综合分析 可以得出 单母线和扩大单元接线相比较 其可靠性和灵活性都很相近 厂用电都是在发电 机 10 5KV 侧取得 然而本电站只有两台发电机 比较特殊 所以单母线和扩大单元 接线形式相近 从接线图中可以明显地看出单母线接线低压侧多用三个 三相 断路 器和三个 三相 隔离开关 增加了一次投资 同时也增加了其继电保护的复杂程度 所以可以明显淘汰单母线接线方案 从而保留扩大单元接线 方案 1 和单元接线方案 方案 2 二 主接线方案的确定 技术比较 方案的技术特性分析 一般从以下几个方面进行分析 1 供电的可靠性 2 运行上的安全和灵活性 3 接线和继电保护的简化 4 维护与检修的方便等 需要说明的是 在比较接线方案是 应估计到接线中发电机 变压器 线路 母 线等的继电保护能否实现及其复杂程度 然而经验表明 对任何接线方案都能实现可 靠的继电保护 由于一次设备投资远远大于二次设备的投资 所以即使某个别元件保 护复杂化 也不能作为不采