1、课程设计1目录一 选题背景 31.1 原始资料 31.2 设计任务 3二 电气主接线设计 32.1 对原始资料的分析计算 32.2 电气主接线设计依据 42.3 主接线设计的一般步骤 .42.4 技术经济比较 .42.4.1 发电机电侧电压（主）接线方案 42.4.2 主接线方案拟定 4三 变压器的选择 73. 1 主变压器的选择 .73.1.1 相数的选择 .73.1.2 绕组数量和连接方式的选择 .73.2 厂用变压器的选择 .8四短路电流的计算 94.1 电路简化图 8： .94.2 计算各元件的标么值 104.3 短路电流计算 114.3.1 d1 点短路电流计算 114.3.2 d2
2、 点短路 13五 电气设备选择及校验 155.1 电气设备选择的一般规定 155.1.1 按正常工作条件选择 155.1.2 按短路条件校验 165.2 导体、电缆的选择和校验 .165.3 断路器和隔离开关的选择和校验 .175.4 限流电抗器的选择和校验 .17课程设计25.5 电流、电压互感器的选择和校验 .185.6 避雷器的选择和校验 .185.6.1 避雷器的选择 185.6.2 本水电站接地网的布置 19六.设计体会 .19附录 20参考文献 22课程设计3一 选题背景1.1 原始资料 （1） 、待设计发电厂为水力发电厂；发电厂一次设计并建成，计划安装 215MW 的水力发电机组
3、，利用小时数 4000 小时年； （2） 、待设计发电厂接入系统电压等级为 110kV，距系统 110kV 发电厂 45km；出线回路数为 4 回； （3） 、电力系统的总装机容量为 600MVA、归算后的电抗标幺值为 0.3，基准容量Sj 100MVA; （4） 、低压负荷：厂用负荷（厂用电率）1.1%； （5） 、高压负荷：110kV 电压级，出线 4 回, 级负荷，最大输送容量60MW，cos 0.8； （6） 、环境条件：海拔1000m；本地区污秽等级 2 级；地震裂度7 级；最高气温36；最低温度2.1；年平均温度 18；最热月平均地下温度 20；年平均雷电日T56 日年；其他条件不
4、限。 1.2 设计任务 （1） 、根据对原始资料的分析和本变电所的性质及其在电力系统中的地位，拟定本水电站的电气主接线方案。经过技术经济比较，确定推荐方案。 （2） 、选择变压器台数、容量及型式。 （3） 、进行短路电流计算。 （4） 、导体和电气主设备（各电压等级断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器、电抗器（如有必要则选） 、避雷器）的选择和校验。 （5） 、厂用电接线设计。 （6） 、绘制电气主接线图。 二 电气主接线设计2.1 对原始资料的分析计算为使发电厂的变压器主接线的选择准确，我们原始资料对分析计算如下；根据原始资料中的最大有功及功率因数，算出最大无功，可得出以下数据课程
5、设计4电压等级 线路名称 最大有功（MW ） 最大无功（MVAr） COS 负荷级别 Tmax回路 1回路 2回路 3110KV回路 415 11.2 0.8 1 40002.2 电气主接线设计依据电气主接线的主要要求为:1、可靠性：衡量可靠性的指标，一般是根据主接线型式及主要设备操作的可能方式，按一定的规律计算出“不允许”事件的规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种接线形式的择优。2、灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵活。3、经济性：通过优化比选，工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗小。2.3 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。
6、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。2.4 技术经济比较2.4.1 发电机电侧电压（主）接线方案110Kv 侧由于本电站是小水电，不承担主要负荷，没有重要机端负荷，从接线的可靠性、经济性和灵活性考虑，在我国运行的成熟经验一般采用单母线接线方式。所以本电站，110Kv 侧采用单母线接线。2.4.2 主接线方案拟定（一）根据我国现行的规范和成熟的运行经验，结合本设计水电站的实际，现拟定以下三种电气主接线方案(单相示意图)： (1)单母线接线其接线示意图如图 4：课程设计5图
7、 4 单母线接线方案（2）单元接线其接线示意图如图 5图 5 单元接线方案（3）扩大单元接线其接线示意图如图 6厂 用 电厂 用 电 厂 用 电课程设计6图 6 扩大单元接线（二）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。单母线接线灵活性低。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和单元接线方案。（三）主接线方案的确定（1）技术比较方
8、案的技术特性分析，一般从以下几个方面进行分析：从供电的可靠性：对于方案 2，厂用电从两台发电机上取得，即使检修其中一台变压器和两机组停机电厂也不会停电，然而两台变压器同时故障的可能性非常小。相比方案 3，若检修变压器电厂就会停电，否则要另外接入厂用电源，这样投资就增加了。这样，方案 2 的可靠性相对高些。 从运行安全和灵活性：方案 2 的变压器的短路容量比方案 3 小，对变压器和发电机的绝缘水平要求相对较低，安全性相对较高，其灵活性也比较好。从接线和继电保护：方案 3 的接线和继电保护都相对方案 2 较复杂。从维护与检修：方案 3 的维护相比方案 2 较复杂，方案 3 的检修相比方案 2 较方
9、便。说明：在比较接线方案时，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。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，也不能作为不采用较经济接线方案的理由。（2）经济比较经济比较中，一般只计算各方案不同的一次性投资及年运行费。1、一次性投资一次性投资包括主变压器、配电装置的综合投资。电气设备的综合投资是电气设备出厂价格、运输机安装费用的总和，又称电气设备的基建投资费。一次性综合投资 0(1)()dO元式中： 主体设备基价，主要包括主变压器、开关设备；0Od设用于运输基础加工，土石方附加费的比例系数，通常
10、对 110KV 取值90，35KV 取值 100。课程设计7、年运行费用年运行费用，包括个电气设备的每年折旧费及维护检修费。电气设备年折旧费、维修费可以通过查表得到。经过计算比较结果，选定方案 2（单元接线）为主接线方案。三 变压器的选择3. 1 主变压器的选择该水电站远离负荷中心，水电站的厂用电很少（1.1%） ，且没有地区负荷，因此，选择主变压器的容量应大致等于与其连接的发电机容量。水电厂多数担任峰荷，为了操作方便，其主变压器经常不从电网切开，因此要求变压器空载损耗尽量小。3.1.1 相数的选择主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素。根据设计手册有关规定，当运输条件
11、不受限制时，在 330KV 及以下的电厂及变电所均选用三相变压器。因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资，占地面积小，运行过程损耗小的优点，同时本电厂的运输地理条件不受限制，因而选用三相变压器。3.1.2 绕组数量和连接方式的选择（1）绕组数量选择：根据电力工程电气设计手册规定：“最大机组容量为125MW 及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电与或与系统相连接时，宜采用三绕组变压器。结合本电厂实际，因而采用双绕组变压器。（2）绕组连接方式选择：我国 110KV 及以上的电压，变压器绕组都采用 连接，0Y35KV 一下电压，变压器绕组都采用 连接。结合很电厂实际，因而主变压器接线方
12、式采用 YN,d11。3.1.3 主变压器的台数、容量及型式在比较的三个方案中，需要两台同容量的 110KV 双绕组有载调压电力变压器：20MVA（两台） 。结合本电厂实际，从经济性的角度出发，选择型式为：双绕组有载调压电力变压器。通过查阅电力工程电气设备手册，电气一次部分可知其主变压器的参数如下表电力变压器技术参数额定电压（KV）型号 额定容量（KVA） 高压 低压空载电流（%）空载损耗 KW负载损耗 KW阻抗电压（%）SFZL720000/1102000011081.25%10.5 1.2 30 104 10.5课程设计83.2 厂用变压器的选择选择原则：为满足厂内各种负荷的要求，装设两台
13、厂用变压器，厂用电容量得确定，一般考虑厂用负荷为发电厂总负荷的 1%2%,此发电厂的厂用负荷为总负荷的 1.1%。S1.1%30000KVA330KVA。根据选择原则，并通过查找电力工程电气设备手册，电气一次部分选出厂用的两台变型号都为 S=440KV.A：额定电压（KV） 损耗 W 阻抗电压（%） 连接组标 号型号额定容量（KVA）高压 低压空载电流（%）空载 短路SZ6400/10 400 10.5 0.4 3 870 4200 4SZ7400/10 400 10.5 0.4 3.2 920 5800 4Y，yn0通过对比两台厂用变压器的型号定为 SZ6400/10 双绕组有载调压电力变压
14、器，两台厂用变分别接于主变低压侧，互为暗备用，平时半载运行，当一台故障时，另一台能够承但变电所的全部负荷。由于厂用变压器是两台，互为暗备用，平时半载运行，当一台故障时，另一台能够承但变电所的全部负荷。所以其母线可采用单母线分段接线；接线图如下图 7：课程设计9SFZL7-20/10SZ7-40/1系 统图 7 接线图四短路电流的计算4.1 电路简化图 8：图 8 电路简化课程设计104.2 计算各元件的标么值取查得发电机 变压器 线路电抗 等值短路阻抗图 9：图 9 等值短路阻抗MVASj1026.dX387.105.1 njS56.03.1%243njSU148.025.10jlUSLX48
15、.376 cX课程设计114.3 短路电流计算4.3.1 d1 点短路电流计算将 X1 和 X2 串联得 X7;因系统及电站 1、2 发电机电源通过公共阻抗 X3 供电；故须进行简化，并按分布系数法求出短路点到各电源间的转移阻抗想 X10、 X11。X6 与 X7 并联为；计算阻抗发电机系统 求短路电流发电机 12 为 查得运算曲线得；947.17X364.097.148.086C782X09245.34.0810 X1.91C.7.0226.2jsX14c.02.1js9.4*zI 37.1.0*zI课程设计12系统 d1 点短路电流周 期分量为；d1 点冲击电流及全电流最大有效值；查得 9
16、.1chK查得 93.0zK2530*zI 13.2*zI984 KAUSIjnn 329.051632.12.1IInzz 42.3.0294*.1zz 170. 9502. KAzz 1.2.1*8.4 MVSInd 72649. MVASInzd 52.19623.*.12.02.0 KUIjj 0.3.0Ijctz 387ISjczd 7.807.*2.1 K6354 Az 41.0Iz92.z 38.6537.4MVSd2176 0.2.0AIizchch18.765.2KAIchzch21.765).(93.0. 22jsctzcX课程设计13d1 点短路时，4s 热效应为，周期分
17、量热效应为；非同期分量热效应为；查得 Ta=0.2则 4.3.2 d2 点短路 计算电抗同期分量 短路电流发电机 12 查得运算曲线为则 系统：fztztdtQSKAIIQzt222250.1644137.68.7.0SKAITQzafzt215.9765.02 SKAfttdt 2.139.47.247X9350.1829.017.2.182.1jnjsSX4jc 29.0.1jsX845.3*zI 15.3.0*zI02. 824*z KAUSIjnn 7.13.12.1z 60585.I4801.2 KAz 73.I654 MVSnzd 35.108.2.1*课程设计14d2 点短路电流
18、同期分量值为；d2 点短路冲击电流及全电流最大值；查得 d2 点短路，4s 热效应为Ta 应按发拉立支路的 值来计算；RX查得 变压器发电机 则支路的阻抗得；MVASInzd 5.92308.2.1.0*2. KUIjj .337 AIzctzc 60.875.2MVSdt1.07tcz KAIz 25.6.5. 087148701.z 42.Iz 664MVASd 85207351 .192.085.chK96.0zKKAIizch 15.3285122)(96.0.1chISKAtIIQztzzt2222281.44076.185.0.zafztIT 02.153601546.5.0243
19、. )2.03(4jjXR课程设计15五 电气设备选择及校验5.1 电气设备选择的一般规定选择与校验电气设备时，一般应满足正常工作条件及承受短路电流的能力，并注意因地制宜，力求经济，同类设备尽量减少品种，同时考虑海拔、湿热带、污秽地区等特殊环境条件。5.1.1 按正常工作条件选择电器、电缆允许最高工作电压 不得低于该回路的最高运行电压 ，即 ；maxUgUmaxg电器、导体长期允许电流 不得小于该回路的最大持续工作电流 ，即 。eI maxIaI在计算发电机变压器回路最大持续工作电流时，应按额定电流增加 5%。这是考虑到在电压降低 5%时，为确保功率输出额定，则电流允许超 5%。在选择导体、电
20、器时，应注意环境条件：、按交流高电压电器在长期工作时的发热规程规定：电器使用在环境温度高于+40 （但不高于 60 ）时，环境温度没增加 1 ，建议较少额定电流 1.8%；当环0C0C0C境温度低于+40 ，每低 1 ,建议增加额定电流 0.5%，但最大过负荷不得超过额定电流0的 20%。、110KV 及以下电器，用于海拔不超过 2000 米时，可选用一般产品。5.1.2 按短路条件校验包括动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。、短路热稳定校验 dtzQI2式中： 电器设备允许通过的热稳定电流及相应时间.tI短路电流产生的热脉冲dQ计算用 下式：t 222)10(ITIttkd
21、 式中： 、 、 分别为短路发生瞬间、 短路切除时间、短路切除时间的短路“I/2ktktI2304.56RXSKAtQfz 2160.1dt 97.8课程设计16电流周期性分量（KA）短路切除（持续）时间，为继电保护时间与断路器的全开断时间之和（S）ktT短路电流非周期分量等效时间，对于发电机出口可取 0.150.2S，发电厂升压母线取 0.080.1S ，一般变电所取 0.05S。若切除时间大于 1S,只需考虑周期分量。、短路动稳定校验动稳定校验一般采用短路冲击电流峰值，当回路的冲击系数与设备规定值不同，而且冲击电流值接近于设备极限通过电流峰值时，需要校验短路全电流有效值。校验条件：或chd
22、fichdfI式中： 短路冲击电流峰值（KA） ；shi短路全电流有效值（KA） ；cI电器允许极限通过电流峰值（KA） ；dfi电器允许的极限通过电流有效值（KA） 。、电器的开断电流校验时，电器的开断计算时间取主保护时间及断路器固有分闸时间之和。这里，我们按最坏的情况考虑，主保护失灵，机端断路器取后备保护时间2S，其余的取 4S。、 导体和电器选择设计技术规定“用熔断保护的导体和电器可不验算热稳定，除用有限流作用的熔断器保护者外，导体和电器的动稳定仍应验算。 ”5.2 导体、电缆的选择和校验导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数，传输容量大，长度在 20m 以上
23、的导体如发电机、变压器的连接导体，其截max50Th面一般按经济电流密度选择。在本水电站具体的情况下，10kv 机端母线及导体按经济电流密度选择，而 110kv 母线及导体按长期发热允许电流选择。选择结果：、110Kv 母线选择 LGJ800/55 型钢芯铝绞线。、与系统相连的出线导线选择 LGJ800/55 型钢芯铝绞线。5.3 断路器和隔离开关的选择和校验断路器可按下表进行选择和校验项目 额定电压 额定电流 开断电流 短路关合电流 热稳定 动稳定断路器 NsUmaxNI“NbrINclshi应满足要求应满足要求选择结果如下：课程设计17机端断路器选择 SN1010/2000-43.3 型断
24、路器。主变出口断路器选择 SW4110/1000 型断路器。与系统相连的出线断路器选择 SW4110/1000 型断路器。厂用变进线选择断路器 SN1010/630-16 型断路器。动热稳定校验均满足，只有厂用变进线断路器加限流电抗器后才满足。隔离开关可按下表进行选择和校验项目 额定电压 额定电流 热稳定 动稳定隔离开关 NsUmaxNI应满足要求 应满足要求选择结果如下： 、机端隔离开关选择 GN110/200085 型隔离开关。、主变出口隔离开关选择 GW4110D/100080 型隔离开关。、与系统相连的出线隔离开关选择 GW4110D/100080 型隔离开关。、厂用变进线隔离开关选择
25、 GN610/60052 型隔离开关。动热稳定校验均满足，只有厂用变进线隔离开关加限流电抗器后才满足。5.4 限流电抗器的选择和校验本电厂只在厂用变进线处需加限流电抗器限流，此处只需要普通的电抗器即可满足要求。一、额定电压和电流的选择条件为： ， NsUmaxNI二、按将短路电流限制到一定数值的要求来选择。设电源至电抗器前的系统电抗标么值是 ，则所需电抗器的电抗标么值*X。以额定参数下的百分电抗表示，则应选择电抗器的百分电抗为：*Lx*“(%)10%dNdLIIxxU三、正常运行时电压损耗 按下式校验。Umax()sin5LNI四、母线残压按下式校验。“(%)(607%)reLNsNIUxU选
26、择结果：NKSL102004 型电抗器，满足限流条件和动热稳定校验条件。、发电机、变压器连接导体（10kv）的选择 3 条 100mm10mm 竖放矩形铝导体。动热稳定均满足校验条件。课程设计185.5 电流、电压互感器的选择和校验根据相关规定，在机端和 110kV 及以上等级的互感器的接线均采用三相星型接线，设互感器离测量仪表的距离均为 100m， ，设互感器离测量仪表的距离为 40m。选择步骤大致如下：一、根据相关原始资料选择种类和型式。二、一次回路额定电压和额定电流的选择。三、准确级和额定容量的选择。四、热稳定和动稳定的校验。选择结果如下：、10kV 机端电流互感器选择 LMZ110 屋
27、内型，变比 2000/5。、110kV 母线及进出线电流互感器选择 LCWD110 屋外型，变比 1000/5。、厂用变压器进线电流互感器选择 LFZJ110 屋内型，变比 100/5。、10kV 机端电压互感器选择 JSJW10 型。、110kV 母线及进出线电压互感器选择 JCC2110 型。、厂用变压器进线电压互感器选择 JSJW10 型。动热稳定均满足校验条件。5.6 避雷器的选择和校验5.6.1 避雷器的选择避雷器选择时，应考虑保护电器的绝缘水平，使用特点。根据避雷器选择原则，该发电厂避雷器选择结果如下表所示：避雷器的选择结果安 装 地 点 型 号 额定电压有效值（kV）发电机出口
28、Y2.5W512.7/31 10.5发电机中性点 Y1W57.6/19 7.6110kV 母线出线处 Y5B100/234 100110kV 母线、双绕组变压器出线断路器之间 Y5B100/234 100110kV 双绕组变压器中性点 Y1W573/200 73课程设计195.6.2 本水电站接地网的布置根据以上接地装置的有关规定，由于待设计的水电站的土壤电阻率未知，按高电阻率考虑。所以采用 6m 等间距的环形布置，用 L50505L=5.0m 的角钢作垂直接地体，并埋深 0.8m，并使整个接地电阻值要求在每个季节里都不大于 0.5 ，对电站内房屋结构中的钢筋应焊接成网状，在每个柱角与接地网焊
29、牢，并对接地网进行有效的防腐处理。六.设计体会课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.对我们学工科的同学来说尤为重要！ 回顾起此次发电厂课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从拿到题目到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的
30、实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说变压器不懂怎么去选，不懂怎么去选互感器，对电气主接线图的选择掌握得不好通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！课程设计20附录附 1、主接线图课程设计21参考文献1 苗世洪等主编 .发电厂电气部分.北京. 中国电力出版社，20152 电力工程电气设计手册.电气一次部分.北京.中国电力出版社，19983 小型水电站机电设计手册.电气一次部分.北京. 中国电力出版社，19964 水电站电气设备 .郑州.黄河水利出版社，2009.15 水电站. 郑州.黄河水利出版社，2002 6 李光琦主编 .电力系统暂态分析.北京：中国电力出版社.2007. 课程设计22
