发电厂电气部分课程设计.docx

发电厂电气部分课程设计1原始材料的分析1.1系统总体与负荷资料分析变电站的作用可以简要的概括为一下五点变换电压等级、汇集电流、分配电能、控制电能的流向、调整电压。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电站中还需进行电压调整、潮流，电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布，控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。（一）建设性质和规模本所位于城市边缘，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、总体分析与负荷分析；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、报告内容1、课程设计报告（格式及内容按照要求）；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）绕组接线组别的确定绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。2.2主变的容量计算 （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,其主要参数如下：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.电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。2.主接线方式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，对重要用户可以从不同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，保证正常断母线不间断供电和不致使重要用户停电。 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，在判断故障后，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的短时停电。 (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，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电。 (3)调度灵活或便于扩建。缺点 ： (1)所用设备多（特别是隔离开关）。 (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，容易发生误操作，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，这对重要的大型电厂和变电站是不允许的。单母线接线带旁母接线优点: (1)单母分段带旁路接线方式采用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，运行更加灵活，一般用在35-110kv的变电所的母线。(2)旁路母线是为检修断路器而设的，通常采用可靠性高，检修周期长的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计主接线的基本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本要求。3.可靠性、灵活性、经济性基本要求：(1)可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电所在系统中的地位和作用。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，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。变电所全部停运的可能性。(2)灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。(3)经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电所中，应推广采用直降式（110/610kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。电能损耗少：在变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。3电气主接线方案的确定3.1 主接线方案的选择一、110KV电压等级：110kV 电压侧接线变电所设计技术规程规定：110kV变电所中的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）宜采用单母线或单母线分段或单母线分段带旁母的接线，6回及以上时（或8回及以上时），宜采用双母线接线。本设计的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，可采用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规定：110kV变电所中的35kV-66kV配电装置（或35kV配电装置），当出现回路数载8回以下时宜采用单母线分段的接线，8回及以上宜采用双母线接线。本设计的110KV变电站35KV出线为6回架空线路，为减小检修时的停电范围和母线故障影响范围，以及减小各分段的穿越功率，故采用单母线分段的接线。三、10KV电压等级：10kV 电压侧接线变电所设计技术规程规定：110kV变电所中具有两台主变的变电所6-10KV配电装置宜采用单母线分段，为了限制系统中的短路电流，宜采用叉接电抗器的双母线分段接线。综上情况可拟定两种主接线方案：方案一： 110KV电压等级采用单母分段接线形式，分段断路器兼作旁路断路器；35KV电压等级采用单母线分段接线，10KV电压等级采用单母线分段。方案一的电气接线如图3.1所示。方案二110KV电压等级采用单母线分段带旁路接线形式。35KV电压等级采用单母线分段。10KV电压等级采用双母线分段带限流电抗器。方案二的主接线形式如图3.2所示。主接线方案确定为方案一。图3.1 主接线方案一方案二的主接线图：图3.2 主接线方案二4 短路电流计算1、短路电流计算的目的在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：（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用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。（2） 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。（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）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。（5）接地装置的设计，也需用短路电流。2、短路电流计算的条件基本假定：（1）正常工作时，三项系统对称运行。（2）所有电流的电功势相位角相同。（3）电力系统中所有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的瞬间。（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。（6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流（7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。（8）输电线路的电容略去不计。一般规定（1）导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 （2）导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3）导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。对带电抗器的6 10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外， 其它导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。（4）和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三短路严重时，则应按严重情况计算。4.1 短路计算由于三相短路故障最为严重 ，故只计算三相短路情况。1、电力接线图的等值网络图基准值： 标幺值： （4.1） （4.2） （4.3）图4.1电力接线图的等值网络图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侧短路点的时间，短路电流如下： (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 根据公式（4.5）计算如下：设35kv侧短路点的时间，短路电流如下：根据公式（4.6）和（4.7）计算如下： 转化为有名值，根据公式（4.8）计算如下：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等值网络图根据公式（4.5）计算如下：设10kv侧短路点的时间，短路电流如下：根据公式（4.6）和（4.7）计算如下：转化为有名值，根据公式（4.8）计算如下：5电气设备的选择5.1 110kv电气设备选择：在电力系统中，虽然各种电气设备的功能不同，工作条件各异，具体选择方法和校验项目也不尽相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要可靠地工作，必须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，电气设备的选择包括：导线的选择，高压断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择，避雷器的选择。裸导体应根据具体情况，按导体截面，电晕（对110kV及以上电压的母线），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。一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，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的绝缘子，所以不必校验其机械强度。1、110kv侧断路器：一般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的断路器选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，与断路器SW7-110型对应的隔离开关是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。母线选择计算如下： （5.4） 根据矩形导体长期允许载流量的图表可知，选择单条平放的钢芯铝绞线（LGJ），导线截面 ,进行热稳定校验： （5.5），忽略不计得：，所以选择的该母线满足热稳定。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、2000A 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型户外少油断路器的配合使用，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。母线选择计算如下：由公式（5.4）计算得：查得钢芯铝绞线载流量图可知，选单条平放的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）计算如下：，所以选择的该母线满足热稳定。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:与SN4-10G/5000型户内少油断路器配套使用的隔离开关为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。母线选择计算如下：由公式（4.4）计算得：查得钢芯铝绞线载流量图可知，选单条平放的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）计算如下：，所以选择的该母线满足热稳定。6 配电装置6.1 配电装置依据及类型介绍配电装置的整个结构尺寸、检修和运输的安全距离等因素而决定的。屋内、外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距，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的距离时还要考虑：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的减小，隔离开关开断允许电流是不致发生相间和接地故障，降低大电流导体附近铁磁物质的发热，减小110KV及以上带电导体的电晕损失和带电检修等因素。工程上采用的距离，详见设计手册所列的数值。配电装置类型如下:（1）配电装置屋内配电装置的类型按其布置型式分为单层式、两层式和三层式。单层式屋内配电装置将所有电气设备都布置在一层房屋内，建筑结构简单、投资低、运行维护与检修工作方便，但占地面积大。多层式屋内配电装置是将各回路电气设备的轻重，自上而下的分层布置在多层楼房内，占地面积小，但建筑结构复杂、投资高、运行维护与检修工作不方便，与三层式相比，两层式占地面积略有增加，但运行维护与检修均较方便，造价也明显下降。（2）屋外配电装置根据母线和电气设备布置的高度，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普通中型和分相中型两类。1、中型配电装置（1）屋外普通中型配电装置屋外普通中型配电装置的特点是将所有电气设备均安装在同一水平面上，并安装在一定高度的基础上，而母线一般采用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、检修与维护操作，构架高度低，抗震性能好；布置清晰，不易发生误操作，运行可靠；所用的钢材比较少，造价低。主要缺点是占地面积大。普通中型配电装置是我国有丰富设计和运行经验的配电装置，广泛应用于220kV及以下的屋外配电装置中。（2）分相中型配电装置隔离开关分相布置在母线正下方的中型配电装置，称为分相中型配电装置。分相中型配电装置除具有中型配电装置的优点外，还具有接线简单清晰，由于采用铝合金硬圆管母线，可以缩小母线相间距离，较低架构高度，采用伸缩式隔离开关可以进一步减小占地面积，较普通中型布置节省占地面积1/3左右。其缺点是施工复杂，使用的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的特点是母线及电气设备分别布置在几个不同的高度上，两组母线及母线隔离开关上下重叠布置。与普通中型配电装置相比，可节省占地面积50%左右。高型配电装置的主要缺点是对上层设备的操作与维护工作条件较差；耗用钢材比普通中型高15%60%；抗震性能差。高型配电装置主要用于土地及其匮乏的地区，或场地狭窄或需要大量开挖、回填土石方的地方等。3、半高型配电装置半高型配电装置吸收了中、高型配电装置的优点，并克服两者的缺点。它的特点是两组母线的高度不同，将旁路母线或主母线置于高一层的水平面上，并与断路器、电流互感器等设备重叠布置，从而缩小了纵向尺寸。高型配电装置的优点是：占地面积比普通中型布置减少30%；除旁路母线和旁路隔离开关布置在上层外，其余部分有中型布置基本相同，运行维护较方便，易被运行人员所接受。这种布置的缺点是检修上层母线和隔离开关不方便。半高型布置适用于110220kV配电装置，但在110kV配电装置中应用的比较广泛。本设计的地理环境较好，没有地震，雷暴日也很少，且没有明显的环境污染，所以综合所有条件和技术，选用中型配电装置。 6.2 配电装置选择（1)110kv配电装置选择由电气设备110kv的结果可以查出110kv侧的配电装置如下表所示：表6.1 110kv配电装置型号准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的配置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-12-027，参数表如下：表6.2 10kv配电柜 额定电压（kv）额定电流（A）准确级输出电压（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-G02,参数如下：型号额定电压（KV）雷电冲击（8/20us）准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如下：本变电站有三个电压等级，110kV侧单母分段母线接线，采用屋外中型布置,架空进出线；35kv侧的配电柜型号为CSG-35B-WZ-G02，10kV侧的配电柜型号为KYN28A-12-027布置架空线出线。参考文献 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，2009. 2 许珉，孙丰奇.发电厂电气主系统M.北京：机械工业出版社，2011. 3 孟祥萍，高嬿.电力系统分析M.北京：高等教育出版社，2004. 4 何仰赞.电力系统分析M.华中科技大学出版社，2002. 5 焦留成.实用供配电技术手册J.北京：中国电力出版社，1998 6 唐岳柏.浅议110kV变电站电气主接线的选择科技创新导报M.北京：高等教育出版社，2004. 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.浅析变电站的防雷保护设计J.金卡工程（经济与法），2010 9 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