1电气设备课程设计题题 目目 电气设备课程设计 办学学院 校外学习中心 专 业 电气工程及其自动化 年 级 指导教师 学生姓名 学 号 20122012 年年 0303 月月 0303 日日题目：电气设备课程设计2学生：* 指导教师：曾仲凡摘要发电厂是电力系统的重要组成部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。在发电厂中，一次接线和二次接线都是其电气部分的重要组成部分。在本设计中，主要针对了一次接线的设计。从主接线方案的确定到厂用电的设计，从短路电流的计算到电气设备的选择都作了详尽的阐述。二次接线则以发电机的继电保护的设计为专题，对继电保护的整定计算做了深入细致的介绍。设计中，综合考虑了经济性、可靠性等多方面因素，在确保可靠性的前提下，力争经济性。设计说明书中所采用的属于、符号也都完全遵循了现行电力工业标准中所规定的术语和符号。3课程设计任务书一、原始资料：1、发电厂类型：*水电站 2、发电机组（变压器）台数与容量： 365MW 3、设计年利用小时数 4492 小时 4、电力负荷：（1） 、低压负荷：厂用电率 0.45% ，待建电站邻近 7km 处有一已建电站，可做备用厂用电源。（2） 、高压负荷： 220 kV 电压级，出线 1 回，为 I 级负荷，最大输送容 195 MW， cos = 0.85 ；4、设计电厂（变电所）接入电力系统情况：（1）、待设计发电厂接入系统电压等级为 220 kV， 距系统 220 kV 发电厂 7 km；出线回路数为 1 回； 5、环境条件：海拔 =195MVA）。采用 13.8 kV/ 220kV 两级电压，三相双绕组变压器。三、主接线方案初步拟订：在对设计原始资料分析的基础上，结合对电力系统电气主接线的可靠性、经济性及灵活性等基本要求综合考虑，在满足技术、经济政策的前提下，本次设计力争使其成为技术先进，发电可靠、经济合理的主接线方案。可靠发电是本设计水电厂应该考虑的首要问题，兼顾到经济性和水电厂升压站场地狭窄等问题，设计主接线应保证其丰期满发，不积压发电能9力。主接线方案从以下几个方面考虑：1、线路、断路器、主变或母线故障或检修时，对机组的影响，对发电机出力的影响。2、本水电厂有无全厂停电的可能性。3、主接线是否具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修事故状态下操作方便，调度灵活，检修安全等。4、在满足技术要求的前提下，尽可能考虑投资省、占地面积小，电能损失小和年运行费用少。5、是否适宜于实现自动化和实现无人值守。通过对原始资料的分析，现将各电压等级可能的较佳方案列出，进而优化组合，形成最佳可比方案。 1-2 初步拟定供选择的主接线方案根据电站的装机台数和出线回路数及上述资料，拟定两个电气主接线方案进行比较：1、接线方案：方案：发电机变压器采用扩大单元接线，通过一台容量为 1800MVA的主变压器升压至 220kV， 220kV 侧采用单母线接线。方案：发电机变压器采用单元接线，分别接容量为 90MVA 的主变压器各一台， 220kV 侧母线采用单母线接线。 电气主接线方案比较见图：主接线方案比较图。10 1-3 主接线的方案的技术经济比较电气主接线方案的技术、经济比较如下：一、 技术比较（一） 、方案：发电机、变压器采用扩大单元接线，220kV 侧采用单母线接线，其优缺点如下：1、优点： 接线简单清晰，运行方便，只有两台主变压器； 升压站占地面积相对较小，布置方便； 220kV 设备相对少、投资较少，维护费用低； 继电保护比较简单，维护工作量小。2、缺点：11 主变压器或断路器检修或故障时，必须两台机组停机，对本站出力影响较大。 运行灵活性、供电可靠性较方案略差。 2B 主变单位占地较大，不利于洞内安装，散热困难。（二） 、方案：发电机、变压器采用发变组单元接线，220kV 侧母线采用单母线接线；其优缺点如下：1、优点： 接线简单清晰、供电可靠性高；一台主变故障或检修只影响一台发电机运行，仍有部分电能送出；厂用电源分别从主变低压侧取得，提高了厂用电的可靠性。后期扩建容易2、缺点： 需设三台主变，占地面积较大； 投资和年运行维护费相对较高。二、经济比较各方案经济比较见表 1-1方案经济比较表方案经济比较表表 1-1序号项目方案方案1主变压器(台)23 213.8KV 断路器柜(台)55 313.8KV 互感器柜(台)89 4220kV 断路器设备（组）34 5主要设备投资（万元）231296 6主要设备投资差（万元）065 7年运行维护费（万元）33.0240.74 8年运行维护费差（万元）0+7.72129主变年电能损失（万 kWh）48.4856.53 10主变年电能损失费（万元）12.1214.13 11主变年电能损失费差（万元）0+2.01经过技术和经济比较：方案 I 投资较低，方案投资较高；方案的接线简单清晰、运行方便，供电的可靠性、灵活性比方案 I 略高；方案的供电可靠性、灵活性较高，但是占地面积大。方案 I 单体主变占地较大、主变散热困难，扩建困难。根据该电站高压侧出线回路数少，高压侧接线应简单、清晰、操作方便等特点，推荐采用方案为主接线方案，即：发电机变压器单元接线， 220kV 侧采用单母线接线。推荐发电机、变压器组合接线方案见“电气主接线图” 。 1-4 发电机、主变及厂变的选择一、发电机的选择及主要参数：根据设计题目所给参数，查阅相关资料，本设计确定发电机形式如下：发电机型号台数额定容量额定电压额定功率因数电抗标么值SF65-10/4250365MW13.8KV0.850.204二、主变压器的选择及主要参数：主变压器型号：SSP9-90000/220；额定容量：90000KVA；额定电压比： 242/13.8kV 13调压形式： 无载调压 调压范围： (24222.5%)/13.8kV 接线组别： Yn,d11 冷却方式： 强迫有循环水冷三、厂变选择：根据题目要求，厂用电率为 0.45%，即为 P=1950.0045=0.8775MW，本厂无高压电机之类负荷，厂用电电压等级按 0.4/0.22KV 考虑。查阅相关资料，选取厂变型号及参数如下：型号：SCB9-1000/13.8；额定容量：1000KVA；额定电压比： 13.8/0.4kV 调压形式： 无载调压 调压范围： (13.822.5%)/0.4kV 接线组别： Yn,d11 1-5 厂用电源接线方式为提高厂用电的可靠性，在厂房内设置三回厂用电源，一回通过一台厂用变压器接于 13.8KV I 段母线上，第二回通过一台厂用变压器接于13.8KV II 段母线上，另一回电源取自 7KM 处已建成电站作为备用厂用电源。前两回电源作为全厂低压设备的主电源，后一回电源作为备用电源。14在母线廊道 I 段、II 段设置 UR4 高压开关柜分别向 11B、12B 供电，洞外35KV 开关站设置 35KV 高压开关向 31B 供电；低压侧设置 400V HY3000 型低压开关。本电站闸首距厂址 25km，首部枢纽可靠性要求高，通过厂用 13.8KV母线，通过一台 35kV 升压变及 35kV 线路供电，设上有九架棚电站为第一回备用电源，一台柴油发电机为第二回备用电源。第二章 短路电流计算 2-1 短路电流计算概述一、短路电流计算的目的和意义电力系统短路的危害：在发生短路时，由于电源供电回路的阻抗减小及突然短路时的暂态过程，使短路电流值大大增加，短路点的电弧有可能烧坏电器设备。另外，导线也会受到很大的电动力的冲击，致使导体变形，甚至损坏。短路还会引起电网中电压降低，使用户的供电受到破坏。短路还会引起系统功率分布的变化，影响发电机输出功率的变化。电力系统短路的种类有：三相短路；两相短路；单相短路接地；两相短路接地。计算短路电流的目的主要是为了选择断路器的电气设备或对这些设备提出技术要求；评价并确定网络方案；研究限制短路电流措施，为继电保护设计与调试提供依据，分析计算送电线路对通讯设施的影响等。二、短路电流计算的基本假定和计算方法15、本次设计短路电流计算只考虑三相短路为最严重的情况，只对三相短路进行计算。、各台发电机均用次暂态电抗d 作为其等值电抗。、正常工作时，三相系统对称运行。、所有电源的电动势相位角相同、电力系统中所有电源都在额定负荷下运行。、电力系统中各元件的磁路不饱和，带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。、同步电机都具有自动调整励磁装置。短路发生在短路电流为最大值瞬间，而不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。、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，元件的电阻都忽略不计。、元件的确计算参数均取其定额值，不考虑参数的误差和调整范围。、输电线路的电容忽略不计。本设计短路电流计算采用运算曲线法。三、短路点的选择因本设计水电厂电压等级不多，接线简单，220KV 接线为单母线接线，13.8KV 为 单元接线，故在 220KV（主变高压侧）及 13,8KV（主变低压侧）母线各选取一点作为短路计算点。 2-2 短路电流计算16在本设计中，短路电流计算只计算三相短路电流，短路电流计算时间为：0s；0.2s；和 4s（）。一、短路电流计算的方法：本次设计短路电流计算运用运算曲线法，采用电路元件的标幺值进行。二、短路电流计算电路图：计算电路图如上图所示，根据上图，计算给出短路电流计算网络图，如下：图中主要元件参数如下表：电气元件参数备注发电机 F1F3365MW Xd”=0.204 主变压器 1B3B390MVA Ud%=13.8 线路7km 0.4/km 系统47058MVA X*=0.31）、本设计取基准功率 SB=100MVA，取电压基准为 Uj=Up（各段平均额定电压），则系统各计算元件电抗如下表所示：17编号元件名称标么值备注X1X3发电机 F130.20410065=0.3139X6主变压器 1B0.10510090=0.1534X11线路70.41001152=0.0212X12系统0.310040000=0.0007发电机 F13 视在功率 S=P/cos=76.47MVA2）、短路电流计算电抗图：三、短路电流计算过程： 1、计算 d1 点短路电流，网络简化变换和计算过程如下：18X4=X1X2X3=0.1047X5=X11+X12=0.0219X6=X10+X4=0.1559（1）、计算电抗：Xjs5=X5=0.0219Xjs6=X6*Se1-3/Sj=0.15593(650.8) 100=0.38（2）、各电源供给的短路电流标么值查水轮机运算曲线得：发电机 F13：I*”=3.2 I*0.2=2.64 I*=2.8519系统：I*”=I*0.2=I*=1/X5=45.6221由此，总的 I*”=3.2+45.6621=48.8621；I*0.2=2.64+45.6621=48.3021；I*=