发电厂电气部分优秀课程设计.docx

发电厂电气部分课程设计汇报110kV降压变电站电气主接线设计 姓名：谭翱翔 班级：0314405 学号：引 言 课程设计是在完成专业课学习后实现培养目标一个关键教学步骤，也是对我们所学知识综合利用一次测试。经过课程设计初步提升本身综合素质和工程实践能力,使所学知识得到深入巩固和升华。同时也对培养我们敬业品德、独立工作、独立思索、理论联络实际作风含有深远影响。 依据设计任务书要求，此次设计为110kV变电站电气主接线初步设计，并绘制电气主接线图。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV、35kV和10kV三个电压等级。110KV电压等级采取双母分段线接线，35KV电压等级采取双母接线，10KV电压等级采取单母线分段接线。此次设计中进行了电气主接线设计、短路电流计算、关键电气设备选择及校验（包含断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、熔断器等）、各电压等级配电装置设计。本设计以35110kV变电所设计规范、供配电系统设计规范、35110kV高压配电装置设计规范等规范规程为依据，设计内容符合国家相关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐新型产品，技术优异、运行可靠、经济合理。目 录1 电气主接线方案设计.1 1.1 电气主接线方案设计标准及要求.1 1.1.1 电气主接线方案设计标准.1 1.1.2 电气主接线基础要求.1 1.1.2.1 可靠性.1 1.1.2.2 灵活性.2 1.1.2.3 经济性.2 1.2 主接线方案设计.2 1.2.1 各电压等级主接线方案选择和论证.2 1.2.1.1主接线方案论证.2 1.2.1.2主接线方案选择.3 1.2.2 接线图示例和总接线图.4 1.2.2.1各电压等级接线图示例.4 1.2.2.2 电气总接线图.52 主变压器选择.6 2.1 主变压器选择.6 2.1.1 主变压器台数及容量确实定标准.6 2.2 主变压器台数及容量确实定.6 2.2.1 台数确实定.6 2.2.2 容量确实定.6 2.2.3 主变压器型号确实定.73 短路电流计算.8 3.1 短路计算意义、要求和步骤.8 3.1.1 短路计算意义.8 3.1.2 短路计算要求.8 3.1.3 短路计算步骤.8 3.2 短路点选择及计算.9 3.2.1 短路点选择.9 3.2.2 等值网络图.9 3.2.3 计算各元件电抗值.9 3.2.4 短路计算.114 电气设备选择.15 4.1 电气设备选择标准.15 4.2 断路器.15 4.2.1 断路器选择标准.15 4.2.2 断路器选择.16 4.3 隔离开关.16 4.3.1 隔离开关选择标准.16 4.3.2 隔离开关选择.16 4.4 母线选择.17 4.4.1 母线材料选择.17 4.4.2 母线截面积选择.17 4.4.2.1 按长久发烧许可电流选择.17总结体会.19参考文件.201 电气主接线方案设计1.1 电气主接线方案设计标准及要求1.1.1 电气主接线方案设计标准(1)考虑变电站在电力系统地位和作用变电站在电力系统中地位和作用是决定主接线关键原因。变电站是枢纽变电站、地域变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，因为它们在电力系统中地位和作用不一样，对主接线可靠性、灵活性、经济性要求也不一样。(2)考虑负荷关键性分级和出线回路多少对主接线影响对一、二级负荷，必需有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应确保全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷通常只需一个电源供电。(3) 考虑主变台数对主接线影响变电站主变容量和台数，对变电站主接线选择将产生直接影响。通常对大型变电站，因为其传输容量大，对供电可靠性高，所以，其对主接线可靠性、灵活性要求也高。而容量小变电站，其传输容量小，对主接线可靠性、灵活性要求低。(4)考虑备用量有没有和大小对主接线影响发、送、变备用容量是为了确保可靠供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下应急要求。电气主接线设计要依据备用容量有没有而有所不一样，比如，当断路器或母线检修时，是否许可线路、变压器停运；当线路故障时是否许可切除线路、变压器数量等，全部直接影响主接线形式。1.1.2 电气主接线基础要求变电站电气主接线应依据变电站在电力系统地位，变电站计划容量，负荷性质线路变压器连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节省和便于过分或扩建等要求。1.1.2.1 可靠性 评价主接线可靠性标志以下：(1)断路器检修时是否影响供电；(2)线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路回数和停运时间长短，和能否确保对关键用户供电；(3)变电站全部停电可能性。1.1.2.2 灵活性主接线灵活性有以下几方面要求：(1)调度灵活，操作方便。可灵活投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方法下调度要求。(2)检修安全。可方便停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户供电。(3)扩建方便。伴随电力事业发展，往往需要对已经投运变电站进行扩建，从变压器直至馈线数全部有扩建可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能轻易地从早期过分到终期接线，使在扩建时，不管一次和二次设备改造量最小。1.1.2.3 经济性 可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面要求，它和经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能造成投资增加。所以，二者必需综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。1.2 主接线方案设计1.2.1 各电压等级主接线方案选择及论证 1.2.1.1 主接线方案论证 1、110kV电压等级侧，确定方案选择双母接线和双母分段接线，其中双母接线供电可靠，经过两组母线隔离开关倒换操作，能够轮换检修一组母线而不致使供电中止，一组母线故障后，能快速恢复供电，其接线复杂，器件较多，投资相对较大。双母分段接线，其供电可靠性高，当一段母线发生故障后，备用母线能够继续供电，从而恢复供电，愈加好确保该变电站站用电、后续关键负荷和后续变电站供电可靠性，即使接线相对比较复杂，器件较多，使得投资有所增加，不过该种接线优点是显然，任何时候全部有备用母线，有较高可靠性和灵活性。对于该设计中，后续有一级负荷供电，且后续出线回路较多所以必需确保其供电可靠性，所以双母分段接线方法要优于双母接线，故在110kV侧选择双母分段接线方法。 2、35kV电压等级侧，确定方案选择单母分段带旁路接线和双母接线，其中单母分段带旁路接线极大提升了供电可靠性，不过这么接线增加了一台旁路断路器投资。操作灵活，接线简单，易于实施。双母接线中，供电可靠性相比之下要高很多，调度灵活，各个电源和各回路能够任意分配到某一组母线上，能灵活适应电力系统中多种运行方法调度和时尚改变需要，扩建方便，向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线电源和负荷自由组合分配。双母接线方法，两条母线互为备用，和其它接线方法相比较，即使接线稍显复杂，投资也有所增加，但其运行可靠性和灵活性大为提升。对于该设计中，35kV侧出线回路多，而且有一类负荷，所以必需确保供电可靠性高；同时依据发电厂电气部分第四版教材在35-60kV出线数超出8回，也采取双母接线方法，故在35kV侧选择双母接线。 3、10kV电压等级侧，确定方案选择单母接线和单母分段接线，其中单母接线突出优点是：接线简单，操作方便，设备少，经济性好，母线易于延伸，扩建方便，不过它缺点也是显然，其供电可靠性差，调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，且线路侧短路时，有较大短路电流。 单母分段接线中，其接线简单，操作方便，扩建方便，分段断路器正常工作时，可投入也可断开。断开时，两段母线供电互不影响。任一分段母线或母线隔离开关故障或检修时，连接在该段母线上回路全部将停电。同时依据发电厂电气部分第四版教材所述：变电站有两台主变压器时6-10kV配电网中，也适合采取单母分段接线。对于该设计中，两种方案比较之下，单母分段接线优越性更高，更适合本设计需要，从以上分析中，证实了该方案可行性。故在10kV侧选择单母分段接线。1.2.1.2 主接线方案选择 此次设计任务书： 1、 系统容量S42MVA，110kV电源距离为70km， Xd*=0.7， 35kV系统有10回出线，每回最大负荷3MW, 距离35km，其中1回线路接一类负荷，并设1回备用线路。 2、10kV出线8回，每回最大负荷1.5MW；设2回备用线路；输送距离25km； 3、负荷同时率0.85；功率因数0.8；站用电率忽略不计； 4、变电所位置海拔400m，年平均气温23度，最高温度40度 依据原始资料，此变电站有三个电压等级：110kV/35kV/10kV,故可初选三相三绕组变压器，依据变电站和系统连接系统图知，变电站有两条进线，为确保供电可靠性，可装设两台主变压器。 选择接线方案以下： 110kV电压等级侧选择双母分段接线，35kV电压等级侧选择双母接线，10kV电压等级侧选择单母分段接线。1.2.2 接线图示例和总接线图1.2.2.1各电压等级接线图示例 1、110kV侧：双母分段接线图 2、35kV侧：双母接线图 3、10kV侧：单母分段接线图1.2.2.2 电气总接线图2 主变压器选择2.1 主变压器选择在多种电压等级变电站中，变压器是关键电气设备之一，其担负着变换网络电压，进行电力传输关键任务。确定合理变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行确保。所以，在确保安全可靠供电基础上，确定变压器经济容量，提升网络经济运行素质将含有显著经济意义。2.1.1 主变压器台数及容量确实定标准 主变压器容量、台数直接影响主接线形式和配电装置结构。它确实定除依据传输容量基础原始资料外，还应依据电力系统5-发展计划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级和接入系统紧密程度等原因，进行综合分析和合理选择。为此，在选择发电厂主变压器时，应遵照以下标准：(1) 发电机额定容量扣除本机组厂用负荷后，留有10%裕度。(2) 发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上剩下有功和无功容量送入系统。(3) 发电机电压母线上接有2台或以上主变压器时，当其中容量最大一台因故退出运行时，其它主变压器应能输送母线剩下功率70%以上。(4) 联络变压器容量应能满足两种电压网络在多种不一样运行方法下有功功率和无功功率交换。2.2 主变压器台数及容量确实定2.2.1 台数确实定依据发电厂电气部分，为确保供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响对用户供电，变电所通常装设两台主变压器为宜。本变电站出线较多，所供负荷中有一类负荷，依据在电网中地位、容量及出线规模，在设计中装设2台同型号等容量主变压器以保障可靠供电。2.2.2 容量确实定 35kV侧负荷为30MW，10kV侧负荷为12MW，总负荷为42MW。依据发电厂电气部分主变压器容量应依据5-发展进行计划、输出功率大小、馈线回路数、电压等级和接入系统紧密程度等原因，进行综合分析和合理选择，并应考虑变压器正常运行和事故时过负荷能力。对装设2台变压器变电所，每台变压器额定容量通常按下式选择：Sn=0.7PM。PM为变电所最大负荷。这么，当一台变压器停用时，可确保对60%负荷供电，考虑变压器事故过负荷能力40%，则可确保对70%80%负荷供电。因为通常电网变电所大约有25%非关键负荷，所以采取Sn=0.7PM，对变电所确保关键负荷来说多数是可行。所以Sn=0.7 (30+12)29.4MW。考虑到在实际运行生产中经济、规范，便于维护、调试和安装检修，本变电站所选择相同型号2台主变压器，单台变压器容量为29.4MW。 2.2.3 主变压器型号确实定 110kV、35kV侧采取Y型接线，中性点直接接地；10kV侧采取型接线。综合以上分析，依据设计理论标准，本站采取变压器为无激励调压三相三绕组变压器，设计计算容量为29400kVA。查阅电气设备实用手册上册确定主变型号为：SFS7-31500/110。 SFS7-31500/110变压器参数以下表：型 号额定容量（kVA）额定电压（kV）空载损耗（kW）负载损耗（kW）高压中压低压高中高低中低SFS7-31500/11031500110351046175阻抗电压（）连接组别轨 距横向/纵向外形尺寸（长宽高，mm）高中高低中低17.510.56.5YN,yn0，d116700470059003 短路电流计算3.1 短路计算意义、要求和步骤3.1.1 短路计算意义在发电厂和变电站电气设计中，短路电流计算是其中一个关键步骤。其计算目标关键有以下几方面：(1)在选择电气主接线时，为了比较多种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流方法等，均需进行必需短路电流计算。(2)在选择电气设备时，为了确保设备在正常运行和故障情况下全部能安全、可靠地工作，同时又努力争取节省资金，这就需要进行全方面短路电流计算。比如：计算某一时刻短路电流有效值，用以校验开关设备开断能力和确定电抗器电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。(3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相相对地安全距离。3.1.2 短路计算要求(1)电力系统中全部电源均在额定负载下运行。 (2)全部同时电机全部含有自动调整励磁装置（包含强行励磁）。(3)短路发生在短路电流为最大值时瞬间。(4)全部电源电动势相位角相等。(5)应考虑对短路电流值有影响全部元件，但不考虑短路点电弧电阻。对异步电动机作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才给予考虑。3.1.3 短路计算步骤(1)选择计算短路点。(2)画等值网络图。首先去掉系统中全部分支、线路电容、各元件电阻。选择基准容量Sb和基准电压Ub（通常取各级平均电压）。将各元件电抗换算为同一基准值标幺值标幺电抗。绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。(3)化简等值网络：为计算不一样短路点短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心辐射形等值网络，并求出各电源和短路点之间电抗，即转移电抗Xnd。(4)求计算电抗Xjs。(5)由运算曲线查出各电源供给短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到Xjs=3.5）。计算无限大容量（或Xjs3）电源供给短路电流周期分量。计算短路电流周期分量有名值和短路容量。3.2 短路点选择及计算3.2.1 短路点选择通常需要选择电气设备地方全部需要选择短路点，需要进行对比地方也要选择短路点。此次设计对短路电流计算采取标么值计算，只计算三相短路电流，一累计算5个短路点，即d1,d2,d3,d4,d5。3.2.2 等值网络图 计算电路图 等值电路图3.2.3 计算各元件电抗值1、系统电抗标么值: Sj=100MVA Se=4kVA2、110KV进线标么值(双回进线)L=70km r=0.4/km， Uj=115kV,3、主变高压侧电抗标么值:查电气设备实用手册上册变压器技术数据，得：将、值及Se=31.5MVA，代入电气设计手册变压器电抗标么值计算公式，得：4、10kV侧线路阻抗标么值：L=25km r=0.4/km，Uj=10.5kV 得：5、35kV侧线路阻抗标么值：L=35km r=0.4/km，Uj=37kV 得：3.2.4 短路计算设Uj=Up 、Sj=100MVA 1、d1点短路：Up=115Kv d1点短路:因为：45.2343所以: 基准电流： Ij1=0.502 三相短路电流： I1= I*Ij1=7.63360.5023.83(kA)冲击电流： ich1=2.55 I1=2.553.839.77（kA）全电流最大有效值：Ich1=1.51 I1=1.513.835.78(kA)短路容量： S1=1103.83730（MVA）2、d2点短路：Up=10.5kV 因为：115.2483所以:基准电流： Ij2=5.5 三相短路电流： I2= I*Ij2=3.3595.518.475(kA)冲击电流： ich2=2.55 I2=2.5518.47547.11（kA）全电流最大有效值：Ich2=1.51 I2=1.5118.47527.897(kA) 短路容量： S2=1018.475320（MVA）3、 d3点短路：Up=37kV因为：161.913所以:基准电流： Ij3=1.56三相短路电流： I3= I*Ij3=2.4461.563.816(kA)冲击电流： ich3=2.55 I3=2.553.8169.73（kA）全电流最大有效值：Ich3=1.51 I3=1.513.8165.762(kA)短路容量： S3=353.816231（MVA）4、 d4点短路：Up=37kV因为：591.4023所以:基准电流： Ij4=1.56 三相短路电流： I4= I*4Ij4=0.6111.560.953(kA)冲击电流： ich4=2.55 I4=2.550.9532.43（kA）全电流最大有效值：Ich4=1.52 I4=1.510.9531.439(kA)短路容量： S4=350.95357.8（MVA）5、 d5点短路：Up=10.5kV因为：3924.7323所以:基准电流： Ij5=5.5 三相短路电流： I5= I*Ij5=0.2815.51.546(kA)冲击电流： ich5=2.55 I5=2.551.5463.942（kA）全电流最大有效值：Ich5=1.52 I5=1.511.5462.334(kA) 短路容量： S5=101.54626.8（MVA）4 电气设备选择4.1 电气设备选择标准 导体和电器选择是变电所设计关键内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达成安全、经济关键条件。同时应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下要求，并考虑远景发展需要。4.2 断路器4.2.1 断路器选择标准断路器型式选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。依据中国目前制造情况，电压6220kV电网通常选择少油断路器， 断路器选择具体技术条件以下：(1)电压：Ug(电网工作电压)Un （3-1）(2)电流：Ig.max(最大连续工作电流)In （3-2）(3)开断电流：IdtIkd （3-3）式中：Idt断路器实际开断时间t秒短路电流周期分量； Ikd 断路器额定开断电流。(4)动稳定：ichimax （3-4）式中：ich 断路器极限经过电流峰值； imax三相短路电流冲击值。(5)热稳定：I2tdzIt2t （3-5）式中：I稳态三相短路电流；其中：，由和短路电流计算时间t，可从发电厂电气部分课程设计参考资料第112页，查短路电流周期分量等值时间t,从而计算出。4.2.2 断路器选择依据以下条件选择断路器：电压：电流：，各回路见表3.2。 各断路器选择结果见下表：表3-3 断路器型号及参数 性能指标位置 型号额定电压（KV）额定电流（A）额定断开电流（KA）动稳定电 流（KA）热稳定电 流（KA）固有分闸时间（s）合闸时间（s）变压器110KV侧OFPI-110110125031.58031.5(3)116.05=Igmax所以选253矩形铝母线截面积为75mm2平放Ial=252A(2)35KV母线选择由表3.2可知35KV母线中Igmax= 495.996AKIal=0.943632=595.976A495.996=Igmax所以选503矩形铝母线截面积为250mm2平放Ial=632A(3)10KV母线选择由表3.2可知10KV母线中Igmax= 1818.65AKIal=0.9431360=1282.48A1818.65A=Igmax所以选8010矩形铝母线截面积为800mm2平放Ial=1360A总结体会 课程设计之前，我知识仅仅局限于书本上，而且对于书本知识点了解并不是很透彻，存在很多模糊和不了解地方。经过了为期几周课程设计，我加深了对书本知识了解，浅略掌握了进行一次设计所要经历步骤，像电气主接线结构及接线类型、变压器选择，短路电流计算等，使我对书本知识了解愈加深刻，同时，也让我明白了，书本知识要和实际工程相结合，才能愈加好了解它，才能愈加好明白书本知识点实际意义。 即使此次课程设计做比较简略，其中还有很多步骤没有做，比如电气设备选择和校方面、继电保护方面、无功赔偿方面等等，显得不够完整，不过对于我而言，也是一次极大提升。看书、查资料、计算等等很多自己亲手去实践，这让我收获颇多。我和其它同题目标同学一起进行分析、查资料，进行设计，整理到最终完成整个设计等。利用这次机会我学到了很多，不只是多认识了书本基础知识，最关键是知道了我们自己欠缺和不足，能在以后学习过程中查漏补缺，找准方向，不停求索！ 在这次课程设计中，我学会了怎样从书本上查找自己所需要东西，这对我们来说是很关键。因为一个人不可能在短短几年把工作中需要知识学完，只能经过不停积累，不停完善自己知识结构，才能应付以后工作。经过这次设计使我对变电站电气主接线方法和电气设备用途，和选择电气设备等方面有了更深入了解。并学会了为选择电气设备而进行短路电流计算方法，配电装置部署形式也有了深刻认识。在设计过程中，使我熟练地掌握了计算机公式编辑、绘图等方面技能，培养了吃苦耐劳，认真扎实工作作风，碰到不懂东西就向老师请教，就查阅资料。培养了自己独立思索问题，处理实际问题能力。参考文件1、短路电流实用计算 西安交通大学 中国水利电力出版社 1995年2、实用短路电流计算 天津科学技术出版社 李德矩 1955年3、电力系统分析 华中科技大学出版社 第三版 1996年何仰赞编4、发电厂电气部分 四川联合大学 范锡普编 5、电力工程设计手册 上海科技出版社 1973年6、电力工程电气设计手册 水利电气部西北电力设计院 1998年