我國在風力發(fā)電技術的研究與應用風電場畢業(yè)論文

1、目 錄1 引言12 風力資源22.1 基本情況22.2 我國風電機組的發(fā)展趨勢52.3 風力發(fā)電機組選型52.4 風力發(fā)電機組布置73 主變壓器及電氣主接線的選擇83.1 主變壓器的選擇83.2 廠用電方案的確定83.3 電氣主接線設計的要求93.4 電氣主接線形式的選擇104 短路電流計算124.1 概 述124.2 電路元件參數(shù)計算124.3 各點短路電流計算124.4 不對稱短路計算155 電氣設備的配置175.1 隔離開關的配置175.2 電壓互感器的配置175.3 電流互感器的配置175.4 避雷器的配置185.5 自動裝置的配置185.6 繼電保護配置186 高壓電氣的選擇與校驗2

2、06.1 電器選擇的一般要求206.2 斷路器與隔離開關的選擇206.3 電流互感器的選擇236.4 電壓互感器的選擇：246.5 避雷器的選擇256.6 母線的選擇與校驗256.7 無功補償裝置的選擇317 發(fā)電機變壓器保護整定計算347.1 零序電流保護347.2 電流速斷保護整定計算347.3 縱聯(lián)差動保護整定計算357.4 過負荷保護367.5 廠用變壓器保護368 高壓配電裝置的設計378.1 配電裝置的安全凈距379 總結39參考文獻40致 謝41附錄421 引言能源是人類社會存在與發(fā)展的物質基礎。過去200多年，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大地推動了人類社

3、會的發(fā)展。然而，人們在物質生活和精神生活不斷提高的同時，也越來越感悟到大規(guī)模使用化石燃料所帶來的嚴重后果：資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化。因此，人類必須尋求一種新的、清潔、安全、可靠的可持續(xù)能源系統(tǒng)。受化石能源資源日趨枯竭、能源供應安全和保護環(huán)境等的驅動，世界主要發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家都重視風能的開發(fā)利用。特別是自20世紀90年代初以來，風力發(fā)電的發(fā)展十分迅速，世界風電機裝機容量的年平均增長率超過了30%，2005年，中國政府對2020年的風電發(fā)展目標進行了修改，將風電裝機容量由2000萬千瓦增至3000萬千瓦。與此同時，我國在風力發(fā)電技術的研究與應用上投入了相當大的人力及資金，充分綜合利用新材

4、料、新型電機、電力電子技術、計算機、自動控制及通信技術等方面的最新成果，開發(fā)建立了評估風力資源的測量及計算機模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變槳距控制及失速控制的風力機設計理論，采用了新型風力機葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機，開發(fā)了由微機控制的單臺及多臺風力發(fā)電機組成的機群的自動控制技術，從而大大提高了風力發(fā)電的效率及可靠性。本設計是根據(jù)長春工程學院電電信學院畢業(yè)生設計任務書所規(guī)定的設計內(nèi)容要求、方法、步驟以及電廠電氣部分設計的一般程序而編寫。畢業(yè)設計是在完成本專業(yè)（電氣工程及其自動化）本科段全部基礎課程及專業(yè)課基礎上進行的。通過本次畢業(yè)設計應達到以下目的：1、 鞏固

5、，提高已學過的專業(yè)知識，并通過本次設計能進一步學習新知識和技能，最終達到能通過獲得綜合運用理論知識解決實際問題的能力。2、 使自己懂得發(fā)電廠電氣部分工程設計的基本程序和思想方法，使自己獲得查閱文獻、收集資料、計算比較、綜合分析、設計圖紙，編寫說明書、計算書等方面的訓練和基本技能。3、 能在指導老師的幫助下，通過查閱有關技術文獻資料，獨立完成規(guī)定內(nèi)容。4、 力爭在設計以及未來學習工作中，有所創(chuàng)新，并掌握計算機繪圖的方法。5、 同時能培養(yǎng)遵守國家法律、法規(guī)、樹立貫徹執(zhí)行國家經(jīng)濟建設的方針、政策、觀念，特別是樹立貫徹執(zhí)行提高綜合經(jīng)濟效益和促進技術的進步觀念。2 風力資源2.1 基本情況項目場位于黑龍

6、江省齊齊哈爾市，屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候，多年平均氣溫為2，自氣象站建站以來，月平均最高溫度為23.，月平均最低氣溫為-18.6，累年平均氣壓為994.3hpa，年日照小時數(shù)2742.8小時。平均空氣密度1.253kg/m。2.1.1 多年年平均風速富裕氣象站已記錄有48年的氣象資料，按照相關規(guī)范，本次可行性研究階段選取近30年（1974年至2004年）的氣象資料進行分析計算，近30年年平均風速見下表1-1。表2-1：富裕氣象站近30年年平均風速(m/s)年 份年平均風速年 份年平均風速19742.919903.319753.719912.719763.919922.819774.019

7、933.019784.019943.219794.119953.719803.819963.819813.619973.819823.819983.819833.419993.919843.320003.719853.220013.919863.320023.819873.420033.219883.220043.219893.6近30年年平均風速3.6從上述圖表可以看出，氣象站近30年年平均風速為3.5m/s，近20年年平均風速為3.4m/s ,近10年年平均風速為3.6m/s，年平均風速相對比較穩(wěn)定，這主要是由于氣象站離城市較遠，基本不受城市發(fā)展及周邊建筑物的影響。2.1.2 月平均風速

8、富裕氣象站近30年(1974年至2004年)各月月平均風速見下表1-2表2-2:富裕氣象站近30年各月月平均風速(m/s)月份123456789101112風速5.03.02.9從以上表可以看出，該地區(qū)大風月集中在35月份，平均風速可達到4.7m/s，小風月集中在1和12月份，平均風速為2.9m/s.2.1.3 風向玫瑰圖 根據(jù)氣象站提供資料，該地區(qū)風向玫瑰圖表見表21-3和圖1-1.表2-3：富裕氣象站風向玫瑰數(shù)據(jù)表(%)方 位nnneneeneeesesesses百分比1065343457方 位sswswwswwwnwnwnnwc總和百

9、分比65477997100圖2-1：富裕氣象站風向玫瑰圖從以上圖表可以看出，該地區(qū)盛行風向為北風至西北風，合計占總量的28%。2.1.4 資源分析 對1#測風塔40m高度和2#測風塔10m測風數(shù)據(jù)進行資源分析，按照gb/t18710-2002風電場風能資源評估方法的要求，繪制各類風況圖。 1#風向玫瑰圖圖2-2：1#風能玫瑰圖經(jīng)過對現(xiàn)場測風數(shù)據(jù)的處理分析，考慮2#測風塔風向數(shù)據(jù)錯失過多，且距擬選廠址較遠，約20km，故缺測數(shù)據(jù)不作處理。1#測風塔40m高年平均風速為6.2m/s，平均風功率密度為290 w/m。按照風切變指數(shù)0.143推算，50m高年平均風速為6.64m/s，60m高年平均風速

10、為6.83m/s，70m高年平均風速為6.99m/s。該風電場盛行風向為西北風，主風能方向也為西北風。盛行風向和主風能方向明顯、一致，所占比例較大，有利于風力發(fā)電組的排布。2.2 我國風電機組的發(fā)展趨勢世界上近幾年1500kw風電機組發(fā)展迅速，相對成熟可靠，并已經(jīng)逐步商業(yè)化，其主要分布在歐洲和美國。在歐洲，離岸風電場主要是安裝2500kw和3000kw的風力風力發(fā)電機組。對于該等級風力發(fā)電機組的研法、制造也已經(jīng)趨于成熟，可以普及機組的國產(chǎn)化率；mw級風力發(fā)電機組的運輸、安裝、維護以及運行經(jīng)驗方面與世界水平有一定的差距，但已經(jīng)開始著眼發(fā)展mw級的風力發(fā)電機組。2.3 風力發(fā)電機組選型根據(jù)對齊齊哈

11、爾富裕風電場現(xiàn)場風力資源特點、場址的地質地形特征、交通運輸條件以及國內(nèi)外各種風力發(fā)電機組的實際運行情況等因素綜合分析，并結合目前國際上成熟的商品化風力發(fā)電機組技術規(guī)格，初步選擇單機容量為wtg1500a和wtg850兩種。機型特征參數(shù)如下：表2-4：機型特征參數(shù) 產(chǎn)品型號技術參數(shù)wtg850wtg1500a1 風輪轉子直徑（m） 52 70.5掃風面積 2124 3904轉速（r/min）14.031.411.122.2功率調(diào)節(jié)變漿距+雙饋感應變漿距+雙饋感應切入風速(m/s) 4 4額定風速(m/s)1613切出風速(m/s)25252 發(fā)電機型式雙饋異步電機雙饋異步電機容量(kw)8501

12、500電壓(v)690690頻率(hz)5050轉速(r/min)900/19441000/20003 槳葉長度(m)25.3344 齒輪箱變比1：621：905 剎車系統(tǒng)緊急剎車形式盤剎車機械盤制動其他形式葉片順漿葉片變槳6 塔架型式圓錐筒形圓錐筒形高度(m)5564.77 重量風輪(t)10 32.9（含三個葉片）機艙(t)2251塔架(t)771102.3.1 初步方案綜合考慮目前風力發(fā)電機組的價格、性能、成熟可靠性、售后服務和備品備件供應等條件，從上述可供選擇的不同功率等級的風力發(fā)電機組中選擇出兩種機型進行初步比較。機型一：單機容量為850kw，共布置58臺風機，總裝機容量為49.3m

13、w。機型二：單機容量為1500kw，共布置33臺風機，總裝機容量為49.5mw。2.3.2 輪鼓高度根據(jù)風力發(fā)電機組制造廠商提供的餓技術資料，上述兩種機型輪轂高度為：機型一：65 m； 機型二：80m；一般情況，隨著輪轂高度的增加，風速都有所加大，相應發(fā)電量也有所增加，而工程總投資的增加主要表現(xiàn)是塔架投資和土建工程部分，投資增加相對較小，經(jīng)濟效益將大幅度提高。2.3.3 單機容量確定根據(jù)選頂?shù)乃姆N機型輪轂高度及發(fā)電量測算結果，從發(fā)電效益、風力發(fā)電機組設備價格、配套設備、土建和其他費用等方面進行差額投資的經(jīng)濟技術比較.機型額定功率（萬kw）單機年理論發(fā)電量（萬kwh）單機理論年滿負荷運行小時數(shù)（

14、萬kwh）全場年理論發(fā)電量（萬kwh）wtg850850230270513340wtg1500a1500496330716368表2-5：額定功率和發(fā)電量通過以上對wtg1500a和wtg850兩種機型在機組基本參數(shù)、年上網(wǎng)發(fā)電量、等效滿負荷小時數(shù)、技術經(jīng)濟等方面的比較，wtg1500a機組在各方面均優(yōu)于wtg850機組，因此，本期工程選用安裝wtg1500a型機組，安裝高度為80m的風力發(fā)電機組進行設計和計算。2.4 風力發(fā)電機組布置風力發(fā)電機組的布置按充分利用風電場場區(qū)的風能資源，并結合場區(qū)地形地貌、植被及土地利用規(guī)劃進行布置。風機排布需考慮風向與風能情況。風電場主導風能方向在nnw區(qū)間，

15、綜合考慮風能利用和尾流影響，按照風電場在布置風電機組時，在盛行風向上機組間隔8倍風輪直徑，在垂直于盛行風向上機組間隔6倍風輪直徑的原則，wtg1500a機組行間距不小于560m，列間距不小于420m；wtg850機組行間距不小于400m，列間距不小于200m，以便風機達到最大發(fā)電量。3 主變壓器及電氣主接線的選擇3.1 主變壓器的選擇 3.1.1 變壓器型式容量和臺數(shù)的確定原則 單元接線的箱變選擇：單元接線時，主變壓器容量應按發(fā)電機的額定容量，留有10的裕度來確定。本次設計的電廠升壓主變壓器和發(fā)電機出口變壓器選擇如下：1到33風力發(fā)電機的出口變壓器采用雙繞組，變壓器的選擇按以下原則計算：表3-

16、1: 1和33發(fā)電機的主變壓器均采用slz7-2000/35型號額定容量（kva ）額定電壓（kv）阻抗電壓（%）損耗（w）空載電流（%）高壓低壓空載短路slz7-2000/35200035+32.5%6.3，10.56.53600208002.5廠內(nèi)變電所升壓變壓器采用雙繞組變壓器，變壓器的選擇按以下原則計算：表3-2: 廠內(nèi)變電所升壓變壓器采用sfpz7-31500/220型號額定容量（kva ）額定電壓（kv）阻抗電壓（%）損耗（kw）空載電流（%）高壓低壓空載負荷sfpz7-31500/22031500230+81.5%6.316291440.593.2 廠用電方案的確定 3.2.1

17、概述廠用電設計應根據(jù)運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，妥善解決分期建設引起的問題，積極慎重地采用經(jīng)過鑒定的新技術和新設備，使設計達到經(jīng)濟合理、技術先進,保證機組安全、積極和滿發(fā)地運行。3.2.2 廠用電源的引接方式廠用工作電源（變壓器），應盡量滿足風電場的所有負荷要求。考慮本廠實際情況，廠用工作電源在35kv母線上引接一臺廠用工作變壓器；3.2.3 廠用變壓器選擇：廠用工作變壓器的容量必須滿足廠用機械從電源獲得足夠的功率。因此，對廠用變壓器的容量應按廠用電計算負荷與低壓廠用電計算負荷之間進行選擇；廠用工作變壓器的型式選擇，查電力工程電氣設備手冊得：高壓廠用工作變壓器的容量為：表3-3:

18、 高壓廠用變壓器采用s7250/35型號額定容量（kva ）額定電壓（kv）阻抗電壓（%）損耗（w）空載電流（%）高壓低壓空載短路s7250/35250350.46.56404400 廠用電接線方案廠用備用電源用于工作電源因事故或檢修而失電時替代工作電源，起后備作用。備用電源應具有獨立性和足夠的供電容量，最好能與電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系，在全廠停電情況下仍能從系統(tǒng)取得廠用電源。接線圖如圖2-1，高壓廠用變壓器接在35kv母線上，作為廠用電源使用。3.3 電氣主接線設計的要求 電氣主接線是由電氣設備通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網(wǎng)絡，故又稱為一

19、次接線或電氣主系統(tǒng)。主接線代表了發(fā)電廠或變電站電氣部分的主體結構，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結構的重要組成部分，直接影響運行的可靠性、靈活性并對電器選擇、配電裝置、繼電保護、自動裝置和控制方式的擬定都有決定性的關系。因此，主接線的正確、合理設計，必須綜合處理各個方面的因素，經(jīng)過技術、經(jīng)濟論證比較后方可確定。對電氣主接線的基本要求，概括地說應包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面。3.4 電氣主接線形式的選擇從資料所給的電壓等級、出線回路數(shù)考慮，從電氣主接線的可靠性、經(jīng)濟性極靈活性考慮35kv應選擇單母線分段接線形式，220kv應選擇單母線接線形式。3.4.1 35kv單母線分段接線單母線分段接線（如圖2-2）的

20、優(yōu)點：(1) 用斷路器把母線分段后，對重要的用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電。(2) 當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。單母線分段接線的缺點：（1） 當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期內(nèi)停電。（2） 當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。（3） 擴建時需要向兩個方向均衡擴建。3.4.2 220kv采用單母線接線單母線接線的優(yōu)點：接線簡單，操作方便、設備少、經(jīng)濟性好,并且,母線便于向兩端延伸,擴建方便。單母線接線的缺點：可靠性差,調(diào)度不方便。4 短路電流計算 4.1 概 述 電力系統(tǒng)的事故

21、大部分是由短路引起的。短路的類型有單相短路、兩相短路和三相短路。發(fā)生短路時，電流可能達到正常運行電流的十幾倍。這樣大的電流所產(chǎn)生的熱效應和力效應會使電氣設備受到嚴重損壞。在進行設計時，應采取措施盡快切除短路故障，使載流部分保持熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。因此，在選擇電氣設備和載流導體前必須進行短路電流的計算。4.2 電路元件參數(shù)計算 在高壓系統(tǒng)中，電阻遠小于電抗，所以計算短路電流周期分量時，一般只考慮各元件的電抗。取基準容量s=100mva，基準電壓u用各級的平均電壓。4.3 各點短路電流計算 各元件電抗的標幺值如下： 4.3.1 d1點短路（220kv母線） 則計算電抗為：查發(fā)電機運算曲線表找出0s、2

22、s、4s短路電流周期分量標幺值。f1: =3.872=2.415=2.37 由發(fā)電機提供的短路電流 系統(tǒng)提供的短路電流則220kv母線短路電流： 沖擊電流：=1.9=2.691.906=5.12(ka)4.3.2 d2點（35kv母線）短路則計算電抗為：查發(fā)電機運算曲線表找出0s、2s、4s短路電流周期分量標幺值。f1: =7.718 =2.808 =2.52 由f1提供的短路電流 系統(tǒng)提供的短路電流則發(fā)電機出口短路電流： 沖擊電流：=1.9=2.6910.54=28.32(ka)4.3.3 d3點

23、短路電流（發(fā)電機出口側）計算：則計算電抗為：4.3.4 d4點短路電流（廠用變壓器出口側）短路計算：則計算電抗為：4.4 不對稱短路計算系統(tǒng)中不論升壓或降壓，普遍采用y,d11接線的變壓器，這種變壓器星形側或三角形側短路時，故障側與非故障側的電流、電壓在數(shù)值和相位上均有所不同。為了校核繼電保護動作性能，需要對這種短路故障進行分析計算。 經(jīng)y,d11變壓器短路計算變壓器b抽頭242kv6.3kv.，242kv電壓級基準電流i=2510(a) 變壓器電抗 線路電抗 零序標么阻抗圖由上圖計算d點短路綜合正負、零序阻抗及變壓器b支路正負、零序電流分支系數(shù)，得正、負、零序分支系數(shù)為計算故障點正、負、零序

24、總電流為零序電流為5 電氣設備的配置 本章主要對發(fā)電廠隔離開關電流互感器電壓互感器避雷器避雷針繼電保護及自動裝置進行配置，以便能對電氣設備進行合理正確的選擇。5.1 隔離開關的配置 5.1.1 隔離開關能起到如下作用：a：隔離電壓； b：倒閘操作； c：分合小電流作用；5.1.2 配置方案：1、 中小型發(fā)電機出口一般應裝設隔離開關。2、 在發(fā)電機、變壓器引出線或中性點上的避雷器可不裝設隔離開關。3、 接在母線上的避雷器和電壓互感器宜合用一組隔離開關。 4、 中性點直接接地的普通型變壓器均應通過隔離開關接地，自耦變壓器的中性點不必裝隔離開關。5.2 電壓互感器的配置 電壓互感器的數(shù)量和配置與主接

25、線方式有關，并應滿足測量、保護、同期、和自動裝置的要求，電壓互感器的配置應能保證在運行方式改變時，保護裝置不得失壓，同期點的兩側都能提取到電壓。1、 當需要監(jiān)視和檢測線路側有無電壓時，出線側的每一相上應裝設電壓互感器。2、 當需要在220kv及以下主變壓器回路中提取電壓時，可盡量利用變壓器電容式套管上的電壓抽取裝置。3、 發(fā)電機出口一般裝設兩組電壓互感器，供測量、保護和自動電壓調(diào)整裝置需要，當發(fā)電機配有雙套自動電壓調(diào)整裝置，先采用零序電壓匝間保護時，可再增設一組電壓互感器。5.3 電流互感器的配置 電流互感器保護用可分為穩(wěn)態(tài)保護用(p)和暫態(tài)保護用(tp )，穩(wěn)態(tài)保護用準確級有5p和10p （

26、b.c.d保護級），配置如下：1、 凡裝設斷路器的回路均應裝設電流互感器，其數(shù)量應滿足測量儀表，保護和自動裝置要求。2、 未裝設斷路器的下列地點也應裝設電流互感器：發(fā)電機和變壓器中性點，發(fā)電機和變壓器出口。5.4 避雷器的配置 配置如下；1、 配電裝置的每組母線上，應裝設避雷器，但進出線都裝設避雷器時除外。2、 單元接線的發(fā)電機出線宜裝設一組避雷器。3、 直接接地系統(tǒng)中，變壓器的中性點為分級絕緣且有隔離開關時應裝設避雷器；不接地系統(tǒng)中，多雷區(qū)的單進線變壓器的中性點上應裝設避雷器。4、 110kv220kv線路側一般不裝設避雷器。5.5 自動裝置的配置 根據(jù)繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程第3.1

27、.1條：電力系統(tǒng)中應裝設安全自動裝置，以防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞或事故擴大，造成大面積停電，或對重要負荷的供電時間中斷，安全自動裝置應滿足可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。 5.5.1 其主要作用有：1、 保證電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟運行； 2、 減輕運行人員的勞動強度；3、 保證電氣設備的安全運行。5.6 繼電保護配置 根據(jù)繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程第2.1.1條：電力系統(tǒng)中的電力設備和線路，應裝設在短路故障和異常運行的保護裝置。電力設備和線路的保護應有主保護和后備保護，必要時可增設輔助保護。繼電保護裝置必須滿足可靠性，靈活性，選擇性和速動性4個基本要求。5.6.1 電力變壓器保護 為了防止變壓器發(fā)生

28、各類故障和不正常運行造成的不應有的損失，保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)運行，根據(jù)有關技術規(guī)程的規(guī)定，發(fā)電機變壓器組的變壓器應針對下述故障和不正常運行狀態(tài)設置相應的保護。（1） 防御變壓器繞組和引出線相間短路，直接接地系統(tǒng)側繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路的（縱聯(lián)）差動保護。（2） 防御變壓器油箱內(nèi)部各種短路或斷線故障及油面降低的瓦斯保護。（3） 防御直接接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的接地中性點零序電流保護、零序電壓保護以及放電間隙的零序電流保護。（4） 防御變壓器過勵磁的過勵磁保護。（5） 反應變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障的相應的保護。6 高壓電氣的選擇與校驗6.1 電器選擇的一般要

29、求 正確的選擇電器是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技術，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。6.2 斷路器與隔離開關的選擇 由于斷路器在電器接線中裝設的部位不同，對其性能要求不同，在選擇斷路器時，應結合裝設的特點及產(chǎn)品的技術經(jīng)濟指標綜合考慮。6.2.1 斷路器的選擇要滿足以下的特殊要求：1 合閘時觸頭不應有明顯彈跳、熔焊；2 分閘時不應重擊穿，或重擊穿概率很低；3 應有承受合閘涌流的能力；4 經(jīng)常投切的斷路器應具有頻繁操作的能力；5 斷路器的額定電流，不應小于裝置長期允許的電流的1.35倍；6.

30、2.2 220kv母線短路由短路電流計算結果可知： 沖擊電流：最大持續(xù)工作電流： 周期分量熱效應（3s時）：根據(jù)220kv戶外配電裝置在本設計的具體要求，靠近母線的隔離開關宜選用垂伸縮?？拷妇€的斷路器與隔離開關的選擇：斷路器選擇六氟化硫斷路器。相關參數(shù)具體如下：表6-1 六氟化硫斷路器lw6220計算資料額定工作電壓220kv220kv額定工作電流3150a86.8a額定開段電流50kai1.906ka短路關合電流100ka5.12ka熱穩(wěn)定校驗7500ka8.79ka動穩(wěn)定校驗100ka5.12ka經(jīng)比較各項指標均滿足要求。表6-2 隔離開關選擇單柱式剪刀式結構隔離開關gw6220d 計

31、算 資 料額定工作電壓220kv220kv額定工作電流2500a86.8a熱穩(wěn)定校驗508.79ka動穩(wěn)定校驗125ka5.12ka經(jīng)比較各項指標均滿足要求。表6-3 母線接地開關gw3220計算資料額定工作電壓220kv220kv熱穩(wěn)定校驗3200 ka8.79ka動穩(wěn)定校驗100ka5.12ka經(jīng)比較各項指標均滿足要求。6.2.3 35kv母線短路由短路電流計算可知： 沖擊電流：最大持續(xù)工作電流：周期分量熱效應（3s）：根據(jù)設計的具體情況，35kv側采用高壓開關柜室內(nèi)布置方式。型號如下：表6-4 kyn61-40.5型手車式交流金屬封閉高壓開關柜gbc35計算資料額定工作電壓35kv35k

32、v額定工作電流1000a34.64a額定開段電流16.5kai10.54ka短路關合電流42ka28.32ka熱穩(wěn)定校驗1089ka128.67ka動穩(wěn)定校驗42ka28.32ka經(jīng)比較各項指標均滿足要求。表6-5 kyn61-40.5-08g型手車式交流金屬封閉高壓開關柜設備名稱主要電氣設備數(shù)量lw835型高壓六氟化硫斷路器1cd10（ct10）型操動機構1lcz35型電流互感器3jn35型接地開關（可變元件）1y10w142/126避雷器1表6-6 kyn61-40.5-27g型手車式交流金屬封閉高壓開關柜設備名稱主要電氣設備數(shù)量lw835型高壓六氟化硫斷路器1cd10（ct10）型操動機

33、構1lb110型電流互感器3y10w142/126避雷器1表6-7 kyn61-40.5-40g型手車式交流金屬封閉高壓開關柜設備名稱主要電氣設備數(shù)量jdjj235型電壓互感器1rn235型熔斷器3jn35型接地開關（可變元件）1y10w142/126避雷器16.3 電流互感器的選擇 6.3.1 形式選擇1、35kv以下屋內(nèi)配電裝置的電流互感器根據(jù)安裝使用條件采用瓷絕緣結構或樹脂澆注絕緣結構。2、 35kv及以上一般采用油浸式瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器。3、 一次額定電流選擇 當電流互感器用于測量時，其一次額定電流應盡量選擇的比正常工作電流大1/3左右，以保證測量儀表的最佳工作狀態(tài)，并在

34、過負荷時儀表有適當?shù)闹甘尽?變壓器中性點電流互感器的一次額定電流大于變壓器允許不平衡電選擇，一般可按in /3選擇。6.3.2 220kv母線電流互感器的選擇 表6-8 220kv電流互感器型號型號額定電流比二次組合準確級數(shù)10%倍數(shù)短時熱穩(wěn)定電流（ka）動穩(wěn)定電流（kv）二次負荷倍數(shù)lcwb-220(w)3939(w)2*600/5p2,0.5級中間抽頭 2*300/55p1/5p2/5p1/5p1/0.55p 0.550va 40va(抽頭)20(p1,p3,p4)15(k3-k2)30(k1-k3)21-42（5s ）50-110根據(jù)電流、電壓選lb-220型 額定電流比2600/5a

35、準確級0.5級=42（1s） kd =110 熱穩(wěn)定電流倍數(shù)，kd動穩(wěn)定倍數(shù) 熱穩(wěn)定校驗： 動穩(wěn)定校驗： ki=1100.693.34ka 滿足要求。6.4 電壓互感器的選擇：6.4.1 選擇一般項目1 35110kv配電裝置一般采用油侵絕緣結構電磁式電壓互感器。2 220kv及以上配電裝置，當容量和準確度等級滿足要求時，一般采用電容式電壓互感器。根據(jù)設計要求，220kv母線設備的選擇： 表6-9 220kv電壓互感器型號型號額定電壓(kv)二次負荷(va)分壓電容f0.10.2級0.5級1.0級3.0級0.0051503006.5 避雷器的選擇 表6-10 220kv母線：型號避雷器額定電壓

36、有效值（kv）系統(tǒng)額定電壓有效值（kv）持續(xù)運行電壓有效值（kv）直流1ma參考電壓不小于（kv）2ka操作波殘壓峰值不小于（kv）y10w1228/593228220146330504 u滅弧=220kv u工頻放電=146kv表6-11 主變中性點型號避雷器額定電壓有效值（kv）系統(tǒng)額定電壓有效值（kv）持續(xù)運行電壓有效值（kv）直流1ma參考電壓不小于（kv）2ka操作波殘壓峰值不小于（kv）y10w5216/562216220146314478u滅弧=216kv u工頻放電=146kv6.6 母線的選擇與校驗 6.6.1. 220側母線的選擇 由經(jīng)濟電流密度法 s=i/j =173.6

37、/1.22=142.3(mm)s經(jīng)濟截面(mm) i導體所在回路中最大持續(xù)工作電流（a）j經(jīng)濟電流密度（a/ mm）查手冊得： 表6-12 初選鋁錳合金管形母線100/90導體尺寸d/d（mm）2導體截面（mm）導體最高溫度為下值時的截流量（a）截面系數(shù)w(cm)慣性半徑r(cm) 慣性矩j(cm)100/901491+70 +8033.83.36169235020546.6.2. 母線的校驗 (1) 短路熱穩(wěn)定校驗 （短路持續(xù)時間為4s）周期分量的熱效應：由短路電流計算結果可知： 沖擊電流： 因為短路電流的作用時間t=1s 4s ，故不應計算非周期分量的電流熱效應： 正常運行時導體的溫度：

38、短路熱穩(wěn)定決定的最小截面為 smin , 當短路前溫度70，c=87所以，滿足要求(2) 短路動穩(wěn)定校驗(a) 計算條件1) 氣候條件: 最大風速24m/s，最高氣溫+40.7，最低氣溫-40.32) 三相短路電流峰值： ich = 5.12ka3) 結構尺寸：跨距 l= 12m,支持金屬長0.5m,計算跨距l(xiāng)=12m-0.5m=11.5m,相間距 a=3m.4) 導體型號及技術特性：導體選用lf-21y型100/90鋁錳合金管，導體材料的溫度線膨脹系數(shù)a=23.2 10(1/)，彈性模量 e=6.958104(n/mm2),慣性距j=69.2(cm),導體密度r=2.73(g/cm),導體截

39、面積s=954（mm）,自重q=2.6(kg/m) 導體截面積系數(shù)w=17.3(cm)(b) 最大彎矩和彎曲應力的計算正常狀態(tài)時母線所受的最大彎距由母線自重產(chǎn)生的垂直彎距,集中荷載產(chǎn)生的垂直彎距及最大風速產(chǎn)生的水平彎距組成。a) 母線自重產(chǎn)生的垂直彎距mcz為：從表8-19中查得均布荷載最大彎矩系數(shù)為0.125，則彎矩為：b) 集中荷載產(chǎn)生的垂直彎距mcj為:從表8-20中查得集中荷載的最大彎矩系數(shù)為0.188，則彎矩為：mcj=0.188pljs 9.8=0.1881511.59.8=317.8(nm)c) 最大風速產(chǎn)生的水平彎距msf,取風速不均勻系數(shù)為av=1,取動氣動力系數(shù)kv=1.2

40、最大風速為vmax=24m/s則風壓為：fv=a0 kv dt=11.20.1(24/16)=4.32(kg/m)msf=0.125fvljs9.8=0.1254.3211.59.8=699.87(nm)正常狀態(tài)時母線所承受的最大彎距及應力為：max=100=100(919.76/33.8)=2721.18(n/cm)此值小于材料允許的應力8820n/cm,所以滿足要求。2)短路狀態(tài)時母線所受的最大彎距md和應力d的計算短路狀態(tài)時母線所受的最大彎矩由導體自重、集中荷載、短路電動力及對應于內(nèi)過電壓情況下的風速所產(chǎn)生的最大彎矩組成。a) 短路電動力產(chǎn)生的水平彎矩m及短路電動力fmsd=0.125f

41、dljs9.8=0.1250.08911.59.8=14.42 (nm)b) 在內(nèi)過電壓情況下的風速產(chǎn)生的水平彎距msf及風壓f.f=dkd= 11.2 0.1 =1.69(kg/m)msf=0.125fvljs9.8=0.1251.6911.59.8=273.8(nm)短路狀態(tài)時母線所承受的最大彎距及應力此值小于材料允許的應力8820n/cm,所以滿足要求(c) 撓度的校驗1) 母線自垂產(chǎn)生的撓度由單跨梁力學計算公式得知，在x=0.4215時，ljs處有最大撓度。從表8-19中查得均布荷重撓度計算系數(shù)為0.521,2) 集中荷載產(chǎn)生的撓度由單跨梁力學計算公式得，在x=0.4472ljs處有最

42、大撓度。從表8-19查得集中荷重撓度計算系數(shù)為0.911, y2=0.911=0.911=1.76(cm)3) 合成撓度，由以上計算可知，跨中產(chǎn)生的撓度y1和y2的位置不同但相差不遠，故按同一位置的嚴重處考慮,y=y1+y2=3.15+1.76=4.91(cm)0.5d1=5cm 所以，滿足要求。6.6.3 35kv 母線的選擇 原始條件：1 35kv側變壓器型號和參數(shù) slz72000/35型 額定容量 2000mva 高壓側35+32.5% 低壓側6.3，10.52 短路時通過共箱母線上的沖擊電流ich=33.69ka3 母線安裝時為豎放，環(huán)境溫度按40度考慮。6.6.3.

43、2 按持續(xù)工作電流選擇母線：在40度環(huán)境溫度及母線豎放的條件下選lmy2（10010）型母線。 按短路動穩(wěn)定校驗：1 滿足機械強度要求時母線的最大允許跨距：最大的允許跨距大應超過： 片間襯墊的臨界跨距為： 在滿足不超過條件下的片間機械力為：將ich=28.32ka代入得取小于 的片間襯墊間距l(xiāng)1=50cm并代入算式：短路時多片矩形母線受到的機械應力為：當將 限制在鋁母線的允許應力 只能等于或小于： 設母線相間距離為=30cm，即可求的滿足母線機械強度條件下母線的最大允許跨距：2 滿足避免發(fā)生機械共振和滿足機械強度要求下的跨距l(xiāng)：根據(jù)已選的lmy2（10010）母線，在母線豎放安裝

44、條件下，由數(shù)據(jù)表可查得當要求母線裝置避免發(fā)生機械共振時所能允許的最大跨距l(xiāng)g=108cm，片間襯墊跨距l(xiāng)d=61cm。故取lm和lg中較小而接近lg的跨距l(xiāng)，即可視為即滿足避免機械共振又滿足機械強度要求的跨距。現(xiàn)試取l=90100cm。3 校驗母線裝置的自振頻率：由于三相母線布置在同一平面，自振頻率用式： 將l=100及r1 、各值代入算式：計算結果表明：所選母線可以避免發(fā)生機械共振。4 校驗以選共箱母線裝置在短路時所能承受的機械應力：1) 母線相間機械應力由公式查數(shù)據(jù)表813，w=14.4cm2 ：因本共箱母線裝置的自振頻率已排除在35155hz范圍以外，取=1。將各值代入算式：以上是選l=

45、100cm時的值。2) 已選共箱母線所受的機械應力。由前已知，當片間襯墊間距為50cm時，片間母線機械應力為x=1501n/cm2。據(jù)x和x-x值，可以選共箱母線短路時所受機械總應力為： 小 結已選出的共箱母線裝置既滿足正常情況下持續(xù)工作電流要求，也符合短路時各項動穩(wěn)定計算校驗要求。歸納已選共箱母線各項計算結果如下：1 母線選：lmy2（10010）；2 每相2片鋁母線間襯墊中心距離：l1=100mm；3 母線相間距離：=300mm；母線支持絕緣子間跨距：l=9001000mm；6.7 無功補償裝置的選擇 6.7.1 補償裝置與電力系統(tǒng)的連接補償裝置都是設置于發(fā)電廠、變電所、配電

46、所、換流站或開關站中，大部分連接在這些廠站的母線上，也有的補償裝置是并聯(lián)或串聯(lián)在線路上6.7.2 并聯(lián)電容器裝置 分組原則 并聯(lián)電容器裝置的分組主要由系統(tǒng)專業(yè)根據(jù)電壓波動、負荷變化、諧波含量等因素確定。 并聯(lián)電容器的選擇1 電容器裝置接入電網(wǎng)后引起的電網(wǎng)電壓生高；2 高次諧波引起的電網(wǎng)電壓升高；3 電容器的容差引起各電容器間承受電壓不相等；4 裝設串聯(lián)電抗器后引起的電容器組過電壓；5 系統(tǒng)電壓調(diào)整和波動引起的系統(tǒng)工頻過電壓；輕負荷引起的工作電壓升高； 熔斷器的選擇2 保護單臺電容器的熔斷器，宜優(yōu)先選擇噴逐式熔斷器。其額定電壓不得低于電容器的額定電壓

47、，最高工作電壓應為額定電壓的1.1倍。3 再可靠性要求不高的場合，可以考慮用限流熔斷器代替斷路器保護并聯(lián)電容器組，或保護多臺的電容器組成的并聯(lián)電容器集體合體。4 限流式熔斷器不宜使用在低于其額定電壓的電網(wǎng)中，其容體的額定電流應等于被保護的并聯(lián)電容器組或集合體的額定電流的1.52.0倍。由于本次設計以補償?shù)慕嵌葋磉x擇，以上四種均能滿足要求，但是從維護和性能的角度來考慮，選用并聯(lián)電容器補償裝置比較合適。 無功補償容量計算 本次設計的無功補償只考慮主變壓器、廠用變及箱變的無功損耗。補償?shù)淖畲鬅o功量計算兩臺主變壓器的無功容量廠用變壓器的無功容量箱變的無功容量總的無功補償表6-13 選擇并

48、聯(lián)電容器組型號額定電壓(kv)總標稱容量(kvar)單臺標稱容量(kvar)接線方式外形尺寸寬深高（lbh,mm）tbb35-3000/5035300050單丫1511130728657 發(fā)電機變壓器保護整定計算7.1 零序電流保護7.1.1 零序電流保護的i段的整定 按躲開變壓器空載投入的勵磁涌流整定，即 按躲開斷路器三相不同時合閘的最大零序電流整定。 按躲開變壓器另一側母線接地短路的最大零序電流整定，即7.2 電流速斷保護整定計算7.2.1 按躲開變壓器負荷側出口短路時的最大短路電流來整定，即7.2.2 躲過勵磁涌流，根據(jù)實際經(jīng)驗及實驗數(shù)據(jù)，一般取7.2.3 按上兩式條件計算，選擇其中較大

49、的值作為變壓器電流速斷保護的啟動電流7.2.4 靈敏度校驗滿足靈敏度要求7.3 縱聯(lián)差動保護整定計算 7.3.1 確定基本側。表7-1 基本側參考數(shù)據(jù)及差回路電流計算數(shù)值名稱額定電壓（kw）35242額定電流（a）519.682.67電流互感器接線y電流互感器計算變比ntajs519.6/51.73275.15/5電流互感器計算變比ntasj1000/5600/5流入差回路中的電流（a）4.490.6267.3.2 躲過變壓器的勵磁涌流：7.3.3 躲過外部短路時的最大不平衡電流 從以上計算可知，以躲外部短路最大不平衡電流為計算條件，差動保護的動作電流取為：7.3.4 計算差動線圈匝數(shù)及實際動作電流為：差動線圈的實際匝數(shù)應向小調(diào)整，取wcdzd=5（匝）繼電器的實際動作電流為：7.3.5 靈敏度校驗。7.4 過負荷保護7.4.1 躲過變壓器的額定電流來整定動作時限為10-15s,一般作用于信號7.5 廠用變壓器保護7.5.1 廠用變壓器采用熔斷器保護8 高壓配電裝置的設計在一般情況下：35kv及以下配電裝置宜采用屋內(nèi)式。8.1 配電裝置的安全凈距配電裝置的整體結構尺寸和設備安裝位置，是綜合考慮了設備外形尺寸、運行安全、檢修維護和搬運設備、絕緣距離等多種