发电厂优秀课程设计.docx

1原始材料分析1.1系统总体和负荷资料分析变电站作用能够简明概括为一下五点变换电压等级、聚集电流、分配电能、控制电能流向、调整电压。为确保电能质量和设备安全，在变电站中还需进行电压调整、时尚，电力系统中各节点和支路中电压、电流和功率流向及分布，控制和输配电线路和关键电工设备保护。（一）建设性质和规模本所在城市边缘，供给城,市和近郊工业、农业及生活用电，其性质为区域变电站。电压等级：110/35/10KV线路回数：110KV近期2回，远景发展2回；35KV近期4回，远景发展2回；10KV近期9回，远景发展2回。（二）电力系统接线图图1.1 系统接线图 （三） 负荷资料（负荷同时率取0.8，线损取5%，平均功率因数取0.8）表1.1 负荷资料电压等级负荷名称最大负荷(MW)穿越功率(MW)负荷组成(%)功率因数Tmax(h)线长(km)近期远景近期远景一类二类三类110KV市1线253012乙线253025备用120备用22035KV煤矿12.5340300.920煤矿22.5340300.920乡133.520300.910乡233.50.920备用130.915备用23.50.91210KV工业13.5440200.7855002工业23.5440200.7855002工业33.5420300.7540003工业433.520300.7345002工业52.5330300.7545002工业63.5430300.7550002工业73.5430300.7850002工业82.5320300.845003.5郊区2.53.520400.830001.5备用140.78备用240.78四、设计任务1、总体分析和负荷分析；2、主变台数、容量、型式选择；3、各电压等级电气主接线方案设计（两个方案选其一）；、4、短路电流计算（110KV、35KV、10KV）；5、电气设备选择（母线、断路器、隔离开关、互感器配置、各电压等级配电装置、避雷器）。五、汇报内容1、课程设计汇报（格式及内容根据要求）；2、电气主接线图（AutoCAD绘制）。2 主变台数、容量、型式选择2.1 主变压器台数确定由原始材料知主变压器有S1和S2两台（1）绕组接线组别确实定绕组连接方法标准，主变压器接线组别通常全部采取YN，d11常规接线。2.2主变容量计算 （2.1） （2.2） 查电气工程电气设备手册选定主变型号为三绕组SFS29-63000/110,其关键参数以下：额定容量：63000kvA额定电压：高压1108*1.25% 中压38.52*2.5% 低压6.3,6.6,10.5,11空载损耗：43.3kw短路损耗：225.0kw空载电流：0.34%连接组：YN y0 d111.变电所1.电气主接线设计标准电气主接线基础标准是以设计任务书为依据，以国家经济建设方针、政策、技术要求、标准为准绳，结合工程实际情况，在确保供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，努力争取设备元件和设计优异性和可靠性，坚持可靠、优异、适用、经济、美观标准。2.主接线方法单母线分段接线优点：（1）供电可靠性和灵活性相对于单母线接线高，操作简单，接线方便， 便于检修，投资较小，对关键用户能够从不一样段引出两回馈电线路，由两个电源供电。 （2）当一段母线发生故障分段断路器自动将故障段切除，确保正常断母线不间断供电和不致使关键用户停电。 缺点： （1）当任一段母线发生故障时，将造成两段母线同时停电，在判定故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复供电，这期间将造成完好段短时停电。 (2)扩建时有两个方向均衡扩建双母线分段接线优点： (1)供电可靠、检修方便。 (2)当一组母线故障时，只要将故障母线上回路倒换到另一组母线，就可快速恢复供电。 (3)调度灵活或便于扩建。缺点 ： (1)所用设备多（尤其是隔离开关）。 (2)配电装置复杂，经济性差。 (3)在运行中隔离开关作为操作电器，轻易发生误操作，且对实现自动化不便；尤其当母线系统故障时，须短时切除较多电源和线路，这对关键大型电厂和变电站是不许可。单母线接线带旁母接线优点: (1)单母分段带旁路接线方法采取母线分断路器和旁路母线断路器，供电可靠性比单母分段接线更高，运行愈加灵活，通常见在35-110kv变电所母线。(2)旁路母线是为检修断路器而设，通常采取可靠性高，检修周期长SF6断路器，或气体绝缘金属封闭开关设备时，可取消旁路母线。缺点 ：(1)单母分段带旁路接线倒闸操作比较复杂，占地面积比较大，花费比较高 设f计主接线基础要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基础要求。3.可靠性、灵活性、经济性基础要求：(1)可靠性：供电可靠是电力生产和分配首要要求，电气主接线也必需满足这个要求。在研究主接线时，应全方面地看待以下多个问题：可靠性客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线可靠性时，应充足考虑长久积累运行经验。中国现行设计技术规程中各项要求，就是对运行实践经验总结。设计时应予遵照。主接线可靠性，是由其各组成元件（包含一次设备和二次设备）可靠性综合。所以主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备故障率及其对供电影响。可靠性并不是绝正确，一样主接线对某所是可靠，而对另部分所则可能还不够可靠。所以，评价可靠性时，不能脱离变电所在系统中地位和作用。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：断路器检修时，能否不影响供电。线路、断路器或母线故障时，和母线检修时，停运出线回路数多少和停电时间长短，和能否确保对关键用户供电。变电所全部停运可能性。(2)灵活性：主接线灵活性要求有以下几方面。调度灵活，操作简便：应能灵活投入（或切除）一些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方法下调度要求。检修安全：应能方便停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网正常运行及对用户供电。扩建方便：应能轻易从早期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短情况下，投入新装变压器或线路而不相互干扰，且一次和二次设备等所需改造最少。(3)经济性：在满足技术要求前提下，做到经济合理。投资省：主接线应简单清楚，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方法不过于复杂，以利于运行并节省二次设备和电缆投资；要合适限制短路电流，以选择价格合理电器设备；在终端或分支变电所中，应推广采取直降式（110/610kV）变压器，以质量可靠简易电器替换高压断路器。占地面积小：电气主接线设计要为配电装置部署发明条件，方便节省用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可地方，全部应采取三相变压器。电能损耗少：在变电所中，正常运行时，电能损耗关键来自变压器。应经济合理选择主变压器型式、容量和台数，尽可能避免两次变压而增加电能损耗。3电气主接线方案确实定3.1 主接线方案选择一、110KV电压等级：110kV 电压侧接线变电所设计技术规程要求：110kV变电所中110kV、66kV配电装置（或35kV配电装置），当出现回路数载6回以下时（或为47回时）宜采取单母线或单母线分段或单母线分段带旁母接线，6回及以上时（或8回及以上时），宜采取双母线接线。本设计110KV变电站出线为4回架空线路，有一级和二级负荷，最大输送180MW，为实现不停电检修出线断路器，可采取单母线分段带旁路或单母线分段接线形式。二、35KV电压等级：35kV 电压侧接线变电所设计技术规程要求：110kV变电所中35kV-66kV配电装置（或35kV配电装置），当出现回路数载8回以下时宜采取单母线分段接线，8回及以上宜采取双母线接线。本设计110KV变电站35KV出线为6回架空线路，为减小检修时停电范围和母线故障影响范围，和减小各分段穿越功率，故采取单母线分段接线。三、10KV电压等级：10kV 电压侧接线变电所设计技术规程要求：110kV变电所中含有两台主变变电所6-10KV配电装置宜采取单母线分段，为了限制系统中短路电流，宜采取叉接电抗器双母线分段接线。综上情况可确定两种主接线方案：方案一： 110KV电压等级采取单母分段接线形式，分段断路器兼作旁路断路器；35KV电压等级采取单母线分段接线，10KV电压等级采取单母线分段。方案一电气接线图3.1所表示。图3.1 主接线方案一方案二110KV电压等级采取单母线分段带旁路接线形式。35KV电压等级采取单母线分段。10KV电压等级采取双母线分段带限流电抗器。方案二主接线形式图3.2所表示。方案二主接线图：图3.2 主接线方案二本设计110KV变电站35KV出线为6回架空线路，为减小检修时停电范围和母线故障影响范围，和减小各分段穿越功率，故采取单母线分段接线。总而言之，主接线方案确定为方案一。4 短路电流计算1、短路电流计算目标在发电厂和变电所电气设计中，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多个方面：（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，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、可靠工作。同时又努力争取节省资金，这就需要按短路情况进行全方面校验。（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对地安全距离。（4）在选择继电保护方法和进行整定计算，需以多种短路时短路电流为依据。（5）接地装置设计，也需用短路电流。2、短路电流计算条件基础假定：（1）正常工作时，三项系统对称运行。（2）全部电流电功势相位角相同。（3）电力系统中全部电源均在额定负荷下运行。（4）短路发生在短路电流为最大值瞬间。（5）不考虑短路点衰减时间常数和低压网络短路电流外，元件电阻全部略去不计。（6）不考虑短路点电流阻抗和变压器励磁电流（7）元件技术参数均取额定值，不考虑参数误差和调整范围。（8）输电线路电容略去不计。通常要求（1）导体和电器动稳定、热稳定和电器开断电流所用短路电流，应按本工程设计计划容量计算，并考虑电力系统远景发展计划确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流正常接线方法，而不应按仅在切换过程中可能并列运行接线方法。 （2）导体和电器用短路电流，在电气连接网络中，应考虑含有反馈作用异步电动机影响和电容赔偿装置放电电流影响。（3）导体和电器时，对不带电抗器回路计算短路点，应选择在正常接线方法时短路电流为最大地点。对带电抗器6 10KV出线和厂用分支回路，除其母线和母线隔离开关之间隔板前引线和套管计算短路点应选择在电抗器前外， 其它导体和电器计算短路点通常选择在电抗器后。（4）和电器动稳定、热稳定和电器开断电流，通常按三相短路验算。若发电机出口两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。4.1 短路计算因为三相短路故障最为严重 ，故只计算三相短路情况。1、电力接线图等值网络图基准值： 标幺值： （4.1） （4.2） （4.3）图4.1电力接线图等值网络图4.2标幺值计算 标幺值计算:(变压器、发电机、线路)有名值转换标幺值： 1）110KV侧电抗等值网络图：图4.2 110KV侧电抗等值网络图 Y等值网络图:图4.3 Y等值网络图Y形电阻Y相邻两电阻乘积Y形电阻之和 （4.4） Y等值网络图: 图4.4 Y等值网络图 (4.5)1=0.35033=0.2278设110kv侧短路点时间，短路电流以下： (4.6) (4.7) 转化为有名值： (4.8)2) 35KV侧电抗等值网络图：图4.5 35KV侧电抗等值网络图 Y等值网络图:图4.6 Y等值网络图 依据公式（4.5）计算以下：设35kv侧短路点时间，短路电流以下：依据公式（4.6）和（4.7）计算以下： 转化为有名值，依据公式（4.8）计算以下：3) 10KV侧电抗等值网络图：图4.7 10KV侧电抗等值网络图 Y等值网络图:图4.8Y等值网络图依据公式（4.5）计算以下：设10kv侧短路点时间，短路电流以下：依据公式（4.6）和（4.7）计算以下：转化为有名值，依据公式（4.8）计算以下：5电气设备选择5.1 110kv电气设备选择：在电力系统中，即使多种电气设备功效不一样，工作条件各异，具体选择方法和校验项目也不尽相同，但对它们基础要求却是一致。电气设备要可靠地工作，必需按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验动、热稳定性。本设计中，电气设备选择包含：导线选择，高压断路器和隔离开关选择，电流、电压互感器选择，避雷器选择。裸导体应依据具体情况，按导体截面，电晕（对110kV及以上电压母线），动稳定性和机械强度，热稳定性来选择和校验，同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。通常来说，母线系统包含截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体组成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根、双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂绝缘子，所以无须校验其机械强度。1、110kv侧断路器：通常选少油和六氟化硫断路器。=3.77KV; =9.614; =40MW （5.1） （5.2） （5.3）变压器高压侧110kv断路器选SW7-110型户外少油断路器。额定电压：110kv 额定电流：1600A 额定开断电流：15.8kA 额定关合电流：55kA 动稳定电流：55kA 热稳定电流：21kA固有分闸时间：0.04s 合闸时间：0.2s 操动机构：CY2、110kv侧隔离开关，和断路器SW7-110型对应隔离开关是GW4-110D/630(D表示有接地刀闸)。3、110kv母线选择，设备实际情况环境温度为40，最大温度是70，最小温度是25。母线选择计算以下： （5.4） 依据矩形导体长久许可载流量图表可知，选择单条平放钢芯铝绞线（LGJ），导线截面 ,进行热稳定校验： （5.5），忽略不计得：，所以选择该母线满足热稳定。5.2 35kv侧设备选择：1、35kv侧断路器=8.501KA; =21.678KA; =33.79MW由公式（5.2）计算得：由公式（5.3）计算得：中压测35kv断路器可选择SW2=35型户外少油断路器。额定电压：35kv 额定电流：600、1000、1500、A 额定开断电流：6.6、24.8kA 动稳定电流：17、63.4kA 热稳定电流：6.6/24.8kA 固有分闸时间：0.06s 合闸时间：0.4s 操动机构：CT2-XG或CD3-XG2、35kv侧隔离开关由SW2-35型户外少油断路器配合使用，隔离开关为GW5-35/630。3、35kv母线选择，实际工作温度为40，最大温度是70，最小温度是25。母线选择计算以下：由公式（5.4）计算得：查得钢芯铝绞线载流量图可知，选单条平放钢芯铝绞线导线截面。进行热稳定校验：，忽略不计。由公式（4.5）计算以下：，所以选择该母线满足热稳定。5.3 10kv侧设备选择：1、110kv断路器=26.8KA; =68.365KA; =89.7MW由公式（5.2）计算得：由公式（5.3）计算得：10kv侧选择SN4-10G/5000型户内少油断路器。额定电压：10kv 额定电流：4000A 额定开断电流：105kA 动稳定电流：300kA 热稳定电流：120kA 固有分闸时间：0.15s 合闸时间：0.65s 2、10kv隔离开关:和SN4-10G/5000型户内少油断路器配套使用隔离开关为GN10-107/5000。3、 10kv母线选择：实际工作温度为40，最大温度是70，最小温度是25。母线选择计算以下：由公式（4.4）计算得：查得钢芯铝绞线载流量图可知，选单条平放钢芯铝绞线导线截面。进行热稳定校验：，忽略不计。由公式（4.5）计算以下：，所以选择该母线满足热稳定。6 配电装置6.1 配电装置依据及类型介绍配电装置整个结构尺寸、检修和运输安全距离等原因而决定。屋内、外配电装置中各相关部分之间最小安全净距，详见设计手册。设计配电装置中带电导体之间和导体之间对接地构架距离时还要考虑：软绞线在短路电动力、风摆、温度等作用下使相间及对地距离减小，隔离开关开断许可电流是不致发生相间和接地故障，降低大电流导体周围铁磁物质发烧，减小110KV及以上带电导体电晕损失和带电检修等原因。工程上采取距离，详见设计手册所列数值。配电装置类型以下:（1）配电装置屋内配电装置类型按其部署型式分为单层式、两层式和三层式。单层式屋内配电装置将全部电气设备全部部署在一层房屋内，建筑结构简单、投资低、运行维护和检修工作方便，但占地面积大。多层式屋内配电装置是将各回路电气设备轻重，自上而下分层部署在多层楼房内，占地面积小，但建筑结构复杂、投资高、运行维护和检修工作不方便，和三层式相比，两层式占地面积略有增加，但运行维护和检修均较方便，造价也显著下降。（2）屋外配电装置依据母线和电气设备部署高度，屋外配电装置可分为中型、高型、半高型和GIS型，中型配电装置又分为一般中型和分相中型两类。1、中型配电装置（1）屋外一般中型配电装置屋外一般中型配电装置特点是将全部电气设备均安装在同一水平面上，并安装在一定高度基础上，而母线通常采取软导线安装在构架上，稍高于电气设备所在平面。中型配电装置应设备安装位置较低，便于施工、安装、检修和维护操作，构架高度低，抗震性能好；部署清楚，不易发生误操作，运行可靠；所用钢材比较少，造价低。关键缺点是占地面积大。一般中型配电装置是中国有丰富设计和运行经验配电装置，广泛应用于220kV及以下屋外配电装置中。（2）分相中型配电装置隔离开关分相部署在母线正下方中型配电装置，称为分相中型配电装置。分相中型配电装置除含有中型配电装置优点外，还含有接线简单清楚，因为采取铝合金硬圆管母线，能够缩小母线相间距离，较低架构高度，采取伸缩式隔离开关能够深入减小占地面积，较一般中型部署节省占地面积1/3左右。其缺点是施工复杂，使用支柱绝缘子防污还抗震能力差。2、高型配电装置屋外高型配电装置特点是母线及电气设备分别部署在多个不一样高度上，两组母线及母线隔离开关上下重合部署。和一般中型配电装置相比，可节省占地面积50%左右。高型配电装置关键缺点是对上层设备操作和维护工作条件较差；耗用钢材比一般中型高15%60%；抗震性能差。高型配电装置关键用于土地及其匮乏地域，或场地狭窄或需要大量开挖、回填土石方地方等。3、半高型配电装置半高型配电装置吸收了中、高型配电装置优点，并克服二者缺点。它特点是两组母线高度不一样，将旁路母线或主母线置于高一层水平面上，并和断路器、电流互感器等设备重合部署，从而缩小了纵向尺寸。高型配电装置优点是：占地面积比一般中型部署降低30%；除旁路母线和旁路隔离开关部署在上层外，其它部分有中型部署基础相同，运行维护较方便，易被运行人员所接收。这种部署缺点是检修上层母线和隔离开关不方便。半高型部署适适用于110220kV配电装置，但在110kV配电装置中应用比较广泛。本设计地理环境很好，没有地震，雷暴日也极少，且没有显著环境污染，所以综合全部条件和技术，选择中型配电装置。 6.2 配电装置选择（1)110kv配电装置选择由电气设备110kv结果能够查出110kv侧配电装置以下表所表示：表6.1 110kv配电装置型号正确级额定输出电压额定动稳定流额定电压额定电流避雷器配置Y1CW5-108/260电流互感器LB7-110W25P/10P0.2S、0.5S50V.A80-115KA15A电压互感器TYD3-1100.2s/0.5s/3p100/150/100103/0/13/0.13 （2）10kv配电柜型号为KYN28A-12-027，参数表以下：表6.2 10kv配电柜 额定电压（kv）额定电流（A）正确级输出电压（kv）系统标称电压（kv）型号避雷器17HPB3-F7/45电流互感器3000/55P/20/0.2SLZ23J9-10电压互感器103/0/13/0.130.2/6P0.5/6P60/100JDZX16-10（3）35kv侧配电柜型号为CSG-35B-WZ-G02,参数以下：型号额定电压（KV）雷电冲击（8/20us）正确级额定电流类型额定输出功率（V.A）避雷针CSG-35B-WZ-G02134电流互感器LZZBJ9-355P20/5P20/0.3s/0.25s300-600/5A干式浇注JDZJ9-35353/0.10.2/0.5/3P干式浇注30/30/100表6.3 35KV侧配电柜上所述本变电站配电装置设计以下：本变电站有三个电压等级，110kV侧单母分段母线接线，采取屋外中型部署,架空进出线；35kv侧配电柜型号为CSG-35B-WZ-G02，10kV侧配电柜型号为KYN28A-12-027部署架空线出线。总 结在朱婷婷老师指导下,经过一周努力110kV变电站一次部分设计最终完成了，在此我对老师给帮助表示衷心感谢,是我对理论一次升华。不管从哪方面来看，我全部有了显著提升。这将为我工作打下基础。另外，在设计过程中，用到了编辑和绘图等软件，这大大提升了自己计算机水平。从基础高等数学到复杂短路计算。这些数据处理，加强了我对本专业计算类知识掌握。经过这次毕业设计，让我对变电站一次设备有了深入了解，要继续加深这种了解，还需要在工作中锻炼学习。 过程中，朱婷婷老师在百忙之中对我设计给了细致指导和提议,对我教导耐心认真，使我这次设计能顺利完成。经过这次设计使我对以前学习知识得到了更深了解,并使知识得到了深入巩固. 致 谢本课题在选题及研究过程中是在何颖亲切关心和悉心指导下完成。她严厉科学态度，严谨治学精神，精益求精工作作风，深深地感染和激励着我。从课题选择到项目标最终完成，何颖老师全部一直给我细心指导和不懈支持。何颖老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至关心，在此谨向何颖老师致以真挚谢意和高尚敬意。经过一周来忙碌和工作，此次毕业设计已经靠近尾声，作为一个本科课题设计，因为知识和经验匮乏，难免有很多考虑不周全地方，假如没有导师督促指导，和一起工作同学们支持，想要完成这个设计是不可能。在这里要感谢我指导老师朱婷婷老师。本设计在朱婷婷老师精心指导下，从开题汇报到资料查阅、论文撰写，无一不有朱婷婷老师悉心教导和无私帮助。朱婷婷老师在理论分析和工作经验方面给了我很多指导性提议，她有着丰富知识和严谨治学态度。此我向朱婷婷老师表示我最真挚感谢！朱婷婷老师平日里工作繁多，但在我做设计每个阶段。其次要感谢我同学对我无私帮助，正因为如此我才能顺利完成设计，另外，我还要感谢那些曾给我授过课每一位老师，是你们教会我专业知识。 参考文件1 查丛梅，许强.电力系统继电保护原理M.北京：中国电力出版社，.2 许珉，孙丰奇.发电厂电气主系统M.北京：机械工业出版社，.3 孟祥萍，高嬿.电力系统分析M.北京：高等教育出版社，.4 何仰赞.电力系统分析M.华中科技大学出版社，.5 焦留成.实用供配电技术手册J.北京：中国电力出版社，19986 唐岳柏.浅议110kV变电站电气主接线选择科技创新导报M.北京：高等教育出版社，.7 宋继成.220500kV变电所二次接线M.中国电力出版社，1996.8 李隆淳.浅析变电站防雷保护设计J.金卡工程（经济和法），9 廖世海.相关变电站系统设计研究J.中国新技术新产品，.10 李小龙.中国变电站设计研究现实状况和发展趋势J.黑龙江科技信息，.11 孟祥东.浅谈无人值班变电站设计标准及应用J.科技信息，.12 刘兆辉.变电站综合自动化系统J.黑龙江科技信息，.13 杨毅涵.电力系统基础M.北京：中国电力出版社，.14 傅知兰.电力系统电气设备选择和实用计算M. 北京：中国电力出版社，15 刘介才.供配电技术M.北京：机械工业出版社，16 王士政.电力工程类专题课程设计和毕业设计指导M.北京：中国水利水电出版社，17 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