1、西藏农牧学院发电厂电气部分课程设计某小型水电站电气初步设计姓 名： 潘 涛 班 级： 2014 级电自一班 学 号： 2014601106 院 系： 电气工程学院 指导教师： 李 萍 老 师 摘要本篇课程设计主要是对某水电站电气部分的设计，包括主接线方案的设计，发电机出口断路器选择，短路电流计算，母线型号、规格的确定。通过对水电站的主接线设计，主接线方案论证，短路电流计算，电气设备选择校验，母线型号及参数的确定，较为细致地完成电力系统中水电站设计。限于本次课程设计的具体要求和时间限制，对其他方面的分析较少，这有待于在今后的学习和工作中继续进行研究。通过本次课程设计，我们小组也做出了自己的总结，
2、以便于更好的完成接下来的学业任务。关键字：电气主接线，短路电流计算，电气设备选择校验。某小型水电站电气初步设计1目录第一章 设计任务书 -2一、设计题目 -2二、设计原始材料 -2三、设计内容： -3四、设计要求： -3第二章 主接线方案确定 -3一、电气主接线 -3二、拟定主接线方案 -4三、 确定主接线方案 -7第三章 短路电流计算 -10一、 短路计算目的 -10二、 短路计算概述 -10三、 短路计算的一般规定 -11四、 短路计算 -12第四章 发电机出口端断路器选择 -16一、 断路器的选择 -16第五章 母线型号、规格的确定 -20一、6.3KV 母线的选择 -20二、10KV
3、母线的选择 -22三、 母线选择结果 -23第六章 结束语 -25某小型水电站电气初步设计2一、水电站电气部分设计结论 -25二、设计要点及总结 -25三、心得与收获 -26第一章 设计任务书一、设计题目某小型水电站电气初步设计二、设计原始材料某地区根据国家农村电源、电网建设要求，现需在某地设计新建一座小型水电站，近期采取二回 10KV 出线向周边乡镇供电。1）小水电站装机为 2800KW，Y 结线、6.3KV、91.6A、cos=0.8、Xd=Xd=0.131； 某小型水电站电气初步设计32）主变容量 21000KVA、Y/结线、10.5/6.3KV、55/91.6A、UK%=5.5；3）送
4、电线路型号 LGJ95，参数 R0=0.33/KM、X0=0.353/KM,该电站距巴岭镇 8KM，距尼山乡 8KM。三、设计内容：1）主接线方案确定；2）短路电流计算；3)发电机出口断路器选择;4）6.3、10KV 母线型号、规格确定；四、设计要求：1）电网运行安全稳定，方式灵活，维护方便；2）主接线满足 N1 原则； 3）经技术、经济比较为最佳方案。第二章 主接线方案确定一、电气主接线某小型水电站电气初步设计4发电厂的主接线是由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆等电气设备按要求连接起来，表示生产汇集和分配电能的电路，电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的电路图
5、称为电气主接线图。因此电气主接线的设计必须根据电力系统，发电厂及变电站的具体情况，全面分析通过技术，经济的比较，合理的选择主接线。电气主接线必须满足一下要求：根据发电厂、变电站在电力系统中的地位、作用和用户性质，保证必要的供电可靠性和电能质量的要求。1、应力求接线简单、运行灵活和操作简便。2、保证运行、维护和检修的安全和方便。3、应尽量降低投资，节省运行费用。4、满足扩建的要求，实现分期过渡。发电厂的主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和引出线。母线（又称汇流母线）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好多倍，故在二者之间采用母线连接既有利于电某小型
6、水电站电气初步设计5能交换，还可以使接线简单明了和运行方便。二、拟定主接线方案结合原始资料，根据其要求初步拟定以下两种方案。方案一：电气主接线采用单元接线、角形接线。如下图所示。优点：发电机与主变压器容量相同，接线简明清晰，故障影响范围小，运行可靠、灵活；发电机电压设备少，布置简单方便，维护工作量小；继电保护简单。缺点：断路器数量多，增加布置场地与设备的投资；对简化高压侧接线不利；设备选择困难；继电保护复杂。一般适用范围：单机容量一般在 100MW 及以上机组，且台数在 6 台及一下者；单机容量在 45-80MW 之间，经济性比较采用其他接线方式不合适时。某小型水电站电气初步设计6方案二：电气
7、主接线采用单母不分段接线。如下图所示。优点：设备少，接线简单清晰，投资小，运行操作方便，有利于扩建和采用成套配电装置。缺点：可靠性、灵活性差。任一回路的断路器检修，某小型水电站电气初步设计7该回路停电；母线或任一母线隔离开关检修，全部停电；母线故障，全部停电。一般适用范围：只用在出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂。3、确定主接线方案1、技术比较某小型水电站电气初步设计8方案的技术特性分析，一般从一下几个方面进行分析：供电可靠性安全、灵活性接线和继电保护的简化维护 检修 综合方案一 低 低 麻烦 麻烦 简单 差方案二 中 高 较简单 较简单 麻烦 较优2、经济性比较经济比较中，一般有综合投资和
8、年运行费用两大项，计算中一般只计算各方案不同的综合投资及年运行费用：综合投资：a.水轮发电机的选择：根据原始资料，发电机所给参数宜选发电机型号： SFW1250-6/1180，其参数如下表：发电机 型号 额定电压(KV)额定功率（KW）额定电流（A）功率因素次暂态电抗某小型水电站电气初步设计9G-1G-2SFW1250-6/11806.3 800 91.6 0.8 0.131b.主变压器的选择:根据原始资料，查阅教材附表 1-2，可选择型号为 S7-1000/10 变压器（报价约 300 万元）。c.断路器，隔离开关的选择：根据工程实际，均选用 SF6 断路器，均用一相参与比较，各方案选择，各
9、元件数目如下表：断路器 隔离开关6.3KV个数单价 10KV个数单价 6.3KV个数单价 10KV个数单价总价方案一2 4 4 20 2 0.4 12 2.8 122.4方案二4 4 2 20 6 0.4 4 2.8 69.6本电厂电压等级为 10KV，取投资附加费用比例系数a=90,则一次性综合投资为：某小型水电站电气初步设计10（ 万 元 ）（ 万 元 ） 702.490/1)(6.)(30a/1)一O 8.56/)(12.4)(/)( a/10)(O 02 010 年运行费用：由公式 进行年运行费用计2140UAU算，下面分别计算各量： ) 一( 70.241A ) 0.58 .42(O
10、10AUU一) ( 80.2561 ) 0.58 .42(10A4 414 141 经比较，方案二投资小，占地面积小，年运行维护费用较小，所以本电站主接线最终采用方案二。某小型水电站电气初步设计11第三章 短路电流计算1、短路计算目的在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其中目的是：1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等。2、在选择载流导体及电气元件时，为了保证设备在正常运行和短路情况下都能安全，可靠的工作，同时力求节约资金，这就需要对有关短路电流值进行动稳定、热稳定和开断能力的检验。3、为选择继电保护方式和进行整
11、定计算提供依据。4、接地装置的设计，也需用短路电流。2、短路计算概述电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在供电系统的设计和运行中，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行的情况。对供电系统某小型水电站电气初步设计12危害最大的是短路故障。短路电流将引起点动力效应发热效应以及电压的降低等。因此，短路电流计算是电气主接线的方案比较、主要的电气设备及载流导体的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。如电力系统中，相与相之间、中性点直接接地系统中的相与地之间的短接都是短路。为了保证电力系统的安全、可靠运行，在电力系统设计和运行分
12、析中，一定要考虑系统等不正常工作状态。3、短路计算的一般规定按照高压配电装置设计技术规程 SDJ5-85、供配电设计手册和导体和电气选择技术规定 SDGJ14-86的有关条文，对于验算导体和电气是所用短路电流，一般有一下规定：计算的基本情况：a.电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；b.所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；c.短路发生在短路电流为最大值的瞬间；某小型水电站电气初步设计13d.所有电源的电势相位角相同；e.应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。接线方式：计算短路电流时
13、所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。计算容量：应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建后 5-10 年）。4、短路计算方案二主接线的等值网络图如下：某小型水电站电气初步设计141）选 SB=10KVA，V B=Vav=6.3KV。计算其参数。 36.0.6135.082121 0%31.013.9.03.626521 1432121 2 avBNTBSTGNBdB SxlxLVTxxKAVI：，线 路 ：，变 压 器发 电 机 ：2）等值网络图化简。某小型水电站电气初步设计15
14、将 G-1 与 G-2 合并： 65.031.50./1217 XX将 T-1 与 T-2 合并： 275.0.5.0/438 X将 L-1 与 L-2 合并： 18.036.5.0/659 X等值网络图如下：某小型水电站电气初步设计163) 求各电源对短路点的转移电抗：XGf=X7=0.665计算电抗为: 91.01245.02.8.7. 3.10265.02987 BSfjsfSf BGjsGfXxSX合查水轮发电机计算曲线数字表，将结果计入下表：某小型水电站电气初步设计17G-1G-2S不同时刻电流标幺值 有名值 KA 标幺值 有名值 KA短路点 KAI0 0.8 0.72 1.162
15、1.0458 1.1658I1 0.867 0.7803 1.321 1.1889 1.9692I2 0.851 0.7659 1.383 1.2447 2.01064) 计算短路电流的有名值： KAIIVS AINTNG182.09.013630911121 5)短路冲击电流： KAIKI BM 417.09.182.08.12 某小型水电站电气初步设计18第四章 发电机出口端断路器选择1、断路器的选择断路器是在电力系统系统正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正工作电流及开断故障电流的设备。开关电气在合闸状态下，靠触头接通电路。当断开电路时，在开关的触头之间可以看到强烈刺眼的亮光。这是
16、由于在触头之间产生了放电，这种放电称为电弧。此时触头虽然已经分开，但是电流通过触头间的电弧仍继续流通。也就是说，电路并未真正断开，要使电路真正断开，必须将电弧熄灭，高压断路器具有能熄灭电弧的装置，反正用来断开和闭合电路中的正常工作电流，也用来断开电路中的过负荷或短路电流。所以它是电力系统中最重要的电器。对它的基本要求是：具有足够的开断能力，尽可能短的动作某小型水电站电气初步设计19时间和高的工作可靠性；结构简单，便于操作和检修，具有防火和防暴性能，尺寸小，重量轻，价格低等。Sf6 断路器和真空断路器目前应用广泛，少油断路器其成本低，结构简单，依然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的高压电网中
17、压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。SF6 断路器的特点是：火弧能力强，介质强度高，开断电流大、时间短；开断电容电流或电感电流时，无晕燃，过电压低；电气寿命长，检修周期长，适用于频繁操作；操作功小，机械特性稳定，操作噪音小。1、断路器的选型高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种型式的操动机构可供选择。一般电磁式操动机构需专配直流合闸电源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整要求较高；液压操动机构加工精度要求较高。操动机构的型式，可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。本次设计中发电机出口端型号及参数如下列表。某小型水电站电气初步设
18、计20型号 额定电压 额定电流 额定开断电流 极限通过电流 峰值 4s 热稳(KV) (KA) (KA) (KA） 定电流(KA)ZN-10/1 10 91.6 31.5 80 31.5600-31.52、断路器的校验额定电压的校验：发电机出口端：U NU NS=6.3KV，即 6.3KV 侧设备的额定电压应大于 6.3KV。额定电流的校验：6.3KV 侧：INI max=SN/ UN=1.0515/ =1.3747KA33.6综合以上计算及所参考的资料，选择 6.3KV 母线断路器的型号为：户内型 ZN-10/1600-31.5。额定开断电流校验：在额定电压下，断路器能保证正常开断的最大短路
19、电某小型水电站电气初步设计21流称为额定开断电流。高压断路器的额定开断电流 INbr，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量 Ist，即：INbrI st发电机出口端，所选断路器额定电流为 31.5KA 大于其外部短路电流最大周期分量 30.09KA，满足要求。短路关合电流的校验：在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，动、静触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。且断路器在关合电流时，不可避免地在接通后又自动跳闸，此时还要求能够切断短路电流，因此，额定关合电流是断路器的重要参数之为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的
20、额定关合电流 INci 不应小于短路电流最大冲击值 Ish,即：I NciI sh发电机出口端断路器的额定关合电流 63KA 大于短路电流最大冲击电流 60.04KA。动稳定校验：所谓动稳定效验是指在冲击电流作用，断路器的载流部分所产生的电动力是否能导致断路器的损坏。动稳定应满足的条件是短路冲击电流 Ish 应小于或等于断路器的电某小型水电站电气初步设计22动稳定电流（峰值）。一般在产品目录中给出的是极限通过电流（峰值）I es，它与动稳定电流的关系应满足：IesI sh发电机出口端，极限通过电流（峰值）为 80KA 大于母线侧短路冲击电流 60.04KA，满足所选型号要求。热稳定校验：应满足
21、的条件是短路热效应 QK 应不大于断路器在 t 秒时间内的允许热效应，即：I t2tQ K发电机出口端断路器在 4s 时间内的允许热效应31.524 大于短路热效应 1389.94KA2S,满足要求。某小型水电站电气初步设计23第 5 章 母线型号、规格的确定一、6.3KV 母线的选择母线最大持续工作电流为： AUPI 5.1928.036105.1cos305.1max 按经济电流密度选择，查电力工程电气设计手册得 Tmax=5000 以上，J=0.78。 2max73.24678.0519mJISI 查发电厂电气部分附表 2，选用槽形铝导体，截面尺寸为 h=75,b=35,c=4,r=14
22、,即：LMY-75-35-4-14，S=1040mm 2槽形母线，效应系数 KS=1.02，I N=2280A,当周围环境为 45时，温度修正系数：5.19215967.028,7.025 max IIalall热稳定校验：某小型水电站电气初步设计24s7.02.5.0t abprkt正常时运行的最高温度： 22max 805.19)470(45)()( lalwI=45.18查电力工程电气设计手册得 C=95，满足短路时发热的最小导体截面为：95/02.1729850/min CtISsksf=265.5mm2 1040mm2满足热稳定要求。动稳定校验：已知冲击电流的有效值：i sh=48.
23、35KA。查发电厂电气部分P.344 附表 2 得：h=75mm,P 203导体水平放置时选取的跨距一般不超过 1.5-2m,取L=1.7m。双槽形导体间作用为：某小型水电站电气初步设计25mNhifsk/109.2 1075.35.48.10.022 72372查发电厂电气部分P.474 附表 2 得：W r=4.010-5m3，则条间应力为： PaWLfyrkxj 6652221071032. .47.1019.满足动稳定要求。（ 导体相间允许应力，其值查y发电厂电气部分可得）二、10KV 母线的选择流过母线最大持续工作电流为：AUPI 0.2678.013205.1cos305.1max
24、 按经济电流密度选择，查电力工程电气设计手册得，Tmax=5000 以上，J=0.78某小型水电站电气初步设计262max 34.78.026mJISJ 查发电厂电气部分P.474 附表 1，选用 LMY-636.3矩形母线 S=396.9mm2，其集肤效应系数 KS=1.02，I N=872A,周围环境温度为 45时温度修正系数 K=0.7。AIAIal 0.2674.6107.82max热稳定校验： sttabprk 7.02.5.0正常运行时导体最高温度：CIalalw508.494.6102772mx查发电厂电气部分P.243 表 6-3 得 C=99满足短路时发热的最小导体截面： 2
25、2min9.3641. /07.860mctISsksf某小型水电站电气初步设计27满足热稳定要求。动稳定校验：已知 ish=6.61KA查发电厂变电站电气设备P.136 表 7-1 得a=400mm.查 P.194 得 l=1.7m.母线相间应力为： mNaifshx/90.18104.16.730. 72372母线截面系数： 3523 10.63.5.0. mbhWPaPalfyxxf 6 55221077.41.798满足动稳定要求。3、母线选择结果某小型水电站电气初步设计28由一、二步骤计算结果，可得如下表的母线选择情况：母线 型号6.3KV 母线 LMY-75-35-410KV 母线 LMY-636.3
