電氣自動化畢業(yè)設(shè)計3592102

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書題目某水電站電氣一次及發(fā)電機繼電保護設(shè)計專業(yè)電氣自動化班級自動化 082學(xué)生劉云恒指導(dǎo)教師王秀麗遼寧石油化工大學(xué)02010年目 錄前 言 .1第一章 電氣主接線設(shè)計 .21.1設(shè)計原則 .21.2各方案比較 .3第二章廠用電設(shè)計 .82.1廠用電設(shè)計原則 .8第三章短路電流計算 .93.1對稱短路電流計算 .93.2非對稱短路電流計算 .19第四章電器主設(shè)備選擇 .304.1對方案 I 的各主設(shè)備選擇 .304.2對方案的各主設(shè)備選擇 .44第五章發(fā)電機繼電保護原理設(shè)計及保護原理 .465.1初步分析 .465.2對

2、 F1 的保護整定計算 .475.3對 F5 的保護整定計算： .50第六章計算機監(jiān)控系統(tǒng)方案論證選擇 .546.1系統(tǒng)功能 .546.2監(jiān)控對象 .566.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .56小結(jié) .58致謝 .59參考文獻 .60附 錄.62附 錄.630前 言隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對能源的需求量也越來越大，然而能源的不足與需求之間的矛盾在近幾年不斷惡化，國家急需電力事業(yè)的發(fā)展，為我國經(jīng)濟的發(fā)展提供保障。就我國目前的電力能源結(jié)構(gòu)來看，我國主要是以火電為主，但是火電由于運行過程中污染大，在煤炭價格高漲的今天，火電的運行成本也較高，受鍋爐和其他火電廠用電設(shè)備的影響，其資源利用率較低，一般熱效率只有 30%-5

3、0% 左右。與之相比水電就有很多明顯的優(yōu)勢。因此，關(guān)于電力系統(tǒng)水電站設(shè)計方面的論文研究就顯得格外重要。本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題來源于青海省直崗拉卡水電站。主要針對直崗拉卡水電站在電力系統(tǒng)的地位，擬定本電廠的電氣主接線方案，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，確定推薦方案，對其進行短路電流的計算，對電廠所用設(shè)備進行選擇，然后對各級電壓配電裝置及總體布置設(shè)計。并且對其發(fā)電機繼電保護進行設(shè)計。在這些設(shè)計過程中需要用到各種電力工程設(shè)計手冊，并且借用 AutoCAD輔助工具畫出其電氣主接線圖、室外配電裝置圖、發(fā)電機保護的原理接線圖、展開圖、保護屏的布置及端子排接線圖。故本論文屬于典型的針對某工程進行最優(yōu)設(shè)計的工程設(shè)計類論文

4、。通過本論文的研究，可以使直崗拉卡水電站安全可靠的在系統(tǒng)中運行，保證其持續(xù)可靠的供電。也能提高自己使用 AutoCAD,word 等軟件的能力，培養(yǎng)出自己工程設(shè)計的觀念，是對大學(xué)四年所學(xué)理論知識與實踐的融合。第一章電氣主接線設(shè)計1.1 設(shè)計原則電氣主接線是水電站由高壓電氣設(shè)備通過連線組成的接收和分配電能的電路。電氣主接線根據(jù)水電站在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點及負荷性質(zhì)等條件確定，并應(yīng)滿足運行可靠、簡單靈活、操作方便、易于維護檢修、利于遠方監(jiān)控和節(jié)約投資等要求。在電氣主接線設(shè)計時，綜合考慮以下方面： 保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠和電能質(zhì)量是對主

5、接線最基本的要求。在設(shè)計時，除對主接線形式予以定性評價外，對于比較重要的水電站需要進行定量分析和計算。直崗拉卡水電站雖然是一個中小型水電站，但是由于擔(dān)負了許多工業(yè)企業(yè)，及農(nóng)業(yè)抗旱排澇等供電任務(wù)，因而必須滿足必要的供電可靠性。 具有經(jīng)濟性在主接線設(shè)計時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。欲使主接線可靠、靈活，將導(dǎo)致投資增加。所以必須把技術(shù)與經(jīng)濟兩者綜合考慮，在滿足供電可靠、運行靈活方便的基礎(chǔ)上，盡量使設(shè)備投資費用和運行費用為最少。 具有一定的靈活性和方便性，并能適應(yīng)遠方監(jiān)控的要求。主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行方式的轉(zhuǎn)換。不僅正常運行時能安全可靠地供電，而且無論在系統(tǒng)正常運行還是

6、故障或設(shè)備檢修時都能適應(yīng)遠方監(jiān)控的要求，并能靈活、簡單、迅速地倒換運行方式，使停電時間最短，影響范圍最小。顯然，復(fù)雜地接線不會保證操作方便，反而使誤操作機率增加。但是過于簡單的接線，則不一定能滿足運行方式的要求，給運行造成不便，甚至增加不必要的停電次數(shù)和停電時間。 具有發(fā)展和擴建的可能性隨著經(jīng)濟的發(fā)展，已投產(chǎn)的水電站可能需要擴大機組容量，從主變壓器的容量、數(shù)量到饋電線路數(shù)均有擴建的可能，有的甚至需要升壓，所以在設(shè)計主接線時應(yīng)留有發(fā)展余地，不僅要考慮最終接線的實現(xiàn)，同時還要兼顧到分期過渡接線的可能和施工的方便。根據(jù)以上幾點，對直崗拉卡水電站的主接線擬定以下幾種方案。1.2各方案比較方案本方案采用

7、了兩個擴大單元接線和一個單元接線，110kv 側(cè)采用了雙母接線。雙母接線的供電可靠性較高，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷，檢修任一組母線上的隔離開關(guān)也不需要中斷供電，且調(diào)度靈活，各個電源和各回路負荷可以任意分配到一組母線上，能靈活適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要。擴建性也非常號，可以向母線左右方向任意擴建，且施工過程也不會停電，只是雙母接線多了一臺旁路斷路器，投資有所增加。圖 1-1 電氣主接線方案方案本方案采用了兩個擴大單元接線和一個單元接線與110kv側(cè)直接相連。110kv 側(cè)為單母分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線方式。其特點是：擴大單元接線接線方式簡單清晰，運行維護

8、方便，且減少了主變壓器高壓側(cè)出現(xiàn)，簡化了高壓側(cè)接線和布置，使整個電氣接線設(shè)備較省。單元接線的接線簡單、清晰、運行靈活、維護工作量少且繼電保護簡單，但由于主變壓器與高壓電氣設(shè)備增多，高壓設(shè)備布置場地增加，整個電氣接線投資也增大。其 110kv 側(cè)的單母分段帶專用旁路斷路器的母線接線方式中 ,由于增加了分段其全廠停電的可能性為 0，且任一臺斷路器檢修時都不會引起停電，其供電可靠性較高圖 1-2 電氣主接線方案方案本方案采用了兩個擴大單元接線，一個單元接線， 110kv 側(cè)采用了雙母帶旁母的接線方式。此種接線方式大大提高了供電的可靠性，但是由于有了專用的旁路母線，多裝了價高的斷路器和隔離開關(guān)，大大增

9、加了投資，此種接線方式對于供電可靠性有特殊需要的場合是十分必要的，但是對于供電可靠性要求不是很高的中小型水電站來說不是很適用。圖 1-3 電氣主接線方案方案本方案采用了兩個擴大單元接線和一個單元接線，110kv 側(cè)采用了單母接線的方式，此種接線雖然接線方式簡單，投資很少，但是其供電可靠性大大降低，其母線一旦出現(xiàn)故障就會造成全廠停電，嚴重影響了持續(xù)供電。圖 1-4 電氣主接線方案方案本方案采用了一個發(fā)電機單母接線和兩個單元接線，1110kv 側(cè)采用雙母接線的方式。發(fā)電機單母接線使主變壓器數(shù)量減少，投資節(jié)省，接線簡單明了，運行方便，但是發(fā)電機電壓配殿裝置元件多，增加檢修工作量，母線或與母線所相連的

10、隔離開關(guān)故障或檢修時，三臺發(fā)電機都要停電，可靠性及靈活性較差。圖 1-5 電氣主接線方案綜合分析上述五種方案， 再結(jié)合該水電站為中小型水電站的實際情況，擬定的主接線應(yīng)以經(jīng)濟性為主，但其可靠性也需要考慮，方案一和方案二最能滿足這兩項要求，故最終選定方案一和方案二為最終比較方案。方案的可靠性比方案一高，如果在投資相差不多的情況小應(yīng)該首選方案，如果在方案比方案投資低較多則從經(jīng)濟性的角度出發(fā)應(yīng)選擇方案。第二章廠用電設(shè)計2.1廠用電設(shè)計原則廠用電接線的設(shè)計應(yīng)按照運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，積極慎重地采用成熟地新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計達到經(jīng)濟合理，技術(shù)先進，保證機組安全經(jīng)濟地運行。其具體有如下

11、一些要求：接線方式和電源容量，應(yīng)充分考慮廠用設(shè)備在正常、事故、檢修、啟動、停運等方式下地供電要求，并盡可能地使切換操作簡便，使啟動（備用）電源能迅速投入。盡量縮小廠用電系統(tǒng)的故障影響范圍，避免引起全廠停電故障。各臺機組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)獨立，以保證在一臺機組故障停運或其輔助機發(fā)生電氣故障時，不影響其他機組的正常運行。充分考慮電廠分期建設(shè)和連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運行方式，特別主要對公用廠用負荷的影響。要方便過渡，盡少改變接線和更換設(shè)備。根據(jù)上述要求，結(jié)合本水電站為中小型水電站，以及廠用電分為6kV和 380kV 兩個電壓等級的實際情況，其廠用電設(shè)計祥見附錄：第三章短路電流計算3.1 對稱短路電流

12、計算發(fā)電機，變壓器及系統(tǒng)的主要參數(shù)如下：發(fā)電機參數(shù)： 45MW ，cos，額定電壓 10.5kV變壓器參數(shù)： 3 臺， 1T: 50MV A, 2T:, 100MV系統(tǒng)參數(shù)： 110kV 出線四回，正序阻抗（標么值） ：0.91716，零序阻抗（標么值） 1.1235，三相短路容量： 2543MVA，單相短路容量： 2529.9MVA。對方案的系統(tǒng)正序阻抗網(wǎng)絡(luò)等值圖為1：圖 3-1 正序阻抗網(wǎng)絡(luò)等值圖取基準值：，時， ,， 5.020kA,45MW 功率因素為 0.95 的機組容量為 ; 發(fā)電機 :=0.23變壓器U d %S j1410001 4:=.100Sn100100系統(tǒng)阻抗 ：2對點

13、進行短路計算：圖 3-2 網(wǎng)絡(luò)簡化圖X 11X1/ X24.85622.428X 12X 9X100.91716 0.3931.310X 13X 7X3 / X44.8563.8281.42X 14X 8X52.84.856 7.656繼續(xù)簡化上圖：圖 3-3 網(wǎng)絡(luò)簡化圖X 15X 133.828 7.656/ X142.5523.8287.656再化簡得：圖 3-4 網(wǎng)絡(luò)簡化圖X12X 63.429X16X12 X6X15X 15X 69.710X17 X15 X6X 12三相短路電流周期分量計算：系統(tǒng) A側(cè)：I ZAI j (10.5)54.98616.036kAX163.429Sd

14、9;'S j1000291.630MVAX 163.429Sn142.104B 側(cè)（）的計算電抗為X jsX 17 S j9.71010001.371由計算電抗查水輪機短路電流運算曲線得：10.5kV 側(cè)額定電流為：I n( F3 F5 )Sn ( F3 F5 )142.1043U j37.814kA10.5因此： I ''I ' 'In( F3F5)0.752kAZ* Z7.814 5.876I Z0.2I *Z0.2I N (F3 F5)0.731 7.8145.712kAI Z2I * Z 2 I n( F3 F5 )0.8347.8146.517

15、kAI Z 4I *Z4I n ( F3 F5 )0.837 7.8146.540kASd''I *''Z Sn ( F3F5)0.752142.104106.862M VAC 側(cè)（）的計算電抗為：X jsX11Sn2.428 94.7360.230Sj1000由計算電抗查短路電流運算曲線得：其 10.5kV 側(cè)的額定電流為：I n( F1 F2 )Sn ( F1 F2 )94.7363U j35.209kA10.5因此：I Z''5.0875.20926.498kAI Z 0.2 3.523 5.209 18.351kAI Z 23.2385.

16、209 16.867kAI Z 43.3285.209 17.336kASd''I *''Z Sn ( F F) 5.087 94.736 481.922MVA12所以，點的三相短路電流為：I Z''16.0365.876 26.49848.410kAI Z0.216.0365.712 18.35140.099kAI Z 216.0366.517 16.86739.420kAI Z 416.036 6.540 17.336 39.912kASd''291.630106.862481.922 880.414kA點三相短路沖擊電流及全

17、電流最大有效值計算:(1).系統(tǒng) A側(cè)和三電源 B 側(cè)的值采用遠離發(fā)電機地點發(fā)生短路時的數(shù)值，則 1.80， 0.97=1.80(16.036+5.876)=55.779KA(16.036+5.876)0.9722(1.800.97)233.366(2)C 側(cè)二電源的 ， 值采用發(fā)電機機端短路時的值，故 1.90， 0.93 71.200KA26.498 0.93 22(1.900.93) 235.608kA(3) 總的沖擊電流及全電流為：55.779 71.200 126.979KA=33.3666+35.608=68.974KA點短路電流熱效應(yīng)計算：其中 t 取 4S= 48.410 21

18、0 39.420 239.9122412=6491.953k點短路電流計算 .網(wǎng)絡(luò)簡化如下，并結(jié)合其正序阻抗圖得，圖 3-5 點正序阻抗網(wǎng)絡(luò)圖X13(X7X3 / X4) /(X8X5)2.552三相短路電流周期分量計算：系統(tǒng) A側(cè)：I j (110)5.020I ZA3.832kAX111.310''Sj1000Sd763.359MVAX 111.310B 側(cè)（）的計算電抗為：Sn94.736X jsX12 Sj3.82810000.363由計算電抗查水輪機短路電流運算曲線得：其 110kV 側(cè)得額定電流為：Sn( F1 F2 )94.736I n ( F1 F2 )0.47

19、6kA3U j3 115因此：I Z''3.035 0.4761.445kAIZ0.22.523 0.4761.201kAI Z 22.7340.4761.301kAI Z 42.804 0.4761.335kASd''I *''Z Sn(F1 F2 ) 3.03594.736 287.524MVAC 側(cè)（） 的計算電抗為：X jsX 13Sn2.552142.1040.363Sj1000由計算電抗查水輪機短路電流運算曲線得：其 110kV 側(cè)得額定電流為：I n (F3 F5 )Sn( F3 F5 )142.1043U j30.708kA115

20、因此：I Z''3.035 0.7082.149kAI Z0.22.5230.7081.786kAI Z 22.734 0.7081.936kAI Z 42.8040.7081.985kASd''I *''Z Sn( F3 F5 ) 3.035 142.104431.286MVA所以，點的三相短路電流為：I Z''3.832 1.4452.1497.426kAI Z0.23.8321.201 1.7866.811kAI Z 23.8321.3011.9367.069kAI Z 43.8321.3351.9857.152kASd&#

21、39;'763.359287.524 431.286 1482.169M V A點三相短路沖擊電流及全電流最大有效值計算：因為點在發(fā)電廠高壓側(cè)母線上，所以 1.80， 0.97= 2 1.80 7.426 18.904kA=7.4260.9722(1.800.97)232.636kA短路電流熱效應(yīng)計算：其中 t 取 4s= 7.426210 7.06927.152 2412=202.001 k對點短路電流計算：網(wǎng)絡(luò)簡化如下圖，并結(jié)合其正序阻抗圖，得：圖 3-6 正序阻抗網(wǎng)絡(luò)等值圖1 914X 12( X 6X1 / X2)/(X7 X3 / X4) .繼續(xù)簡化得：圖 3-7 網(wǎng)絡(luò)簡化圖

22、X 13X 8X11X 86.026X 11X 12X 14X 8X 12X 88.805X 12X 11三相短路電流周期分量計算：系統(tǒng)A側(cè)：I ZAI j (10.5 )54.986X 139.125kA6.026Sd''S j1000165.946MVAX136.026B 側(cè)（） 的計算電抗為：Sn189.472X jsX 14 Sj8.80510001.668由計算電抗查水輪機短路電流運算曲線得：10.5kV 側(cè)的額定電流為：I n( F1 F4 )Sn( F1 F4 )189.47210.418kA3U j310.5因此：I Z''0.61210.418

23、6.376kAIZ0.20.60210.4186.272kAI Z 20.65410.4186.813kAI Z 40.65410.4186.813kASd''I *''Z Sn ( F1 F4 )0.612 189.472 115.957MVAC 側(cè)的計算電抗為：Sn47.368X jsX 5Sj4.85610000.230由計算電抗查水輪機短路電流運算曲線得：10.5kV 側(cè)的額定電流為：Sn( F5 )47.3682.605kAI n( F5 )3U j310.5因此：I Z''4.812 2.60512.535kAIZ0.23.4672.

24、6059.032kAI Z 23.2502.6058.466kAI Z 43.1842.6058.294kASd''I *''Z Sn ( F5 )4.81247.36 8 22.79 3M5 VA所以，點的三相短路電流為：I Z''9.1256.37612.53528.036kAI Z 0. 2 9.1256.2729.03224.429kAI Z 29.125 6.8138.46624.404kAI Z 49.125 6.813 8.29424.232kASd''165.946115.957 227.935 509.838M

25、V A點三相短路沖擊電流及全電流最大有效值計算：A 側(cè)和 B 側(cè)采用遠離發(fā)電廠地點，故 1.80， 0.97 2 1.80(9.125 6.272) 39.194kAI chI Z''K Z22(K chK Z ) 2(9.1256.272)0.97 22(1.800.97) 223.445kAC 側(cè)采用發(fā)電機機端，故 1.90， 0.9321.90 12.53533.682kAI chI Z''K Z22(K chK Z )212.5350.9322(1.900.93) 220.774kA所以，總的和為：39.194 33.682 72.876kA=23.44

26、5+20.774=44.219Ka短路電流熱效應(yīng)計算：其中 t 取 4s= 28.036 210 24.404224.232 2412=2442.920 k三相短路電流計算成果匯總見附錄：3.2非對稱短路電流計算該系統(tǒng)的負序阻抗與正序阻抗圖相比只是發(fā)電機出口端的負序阻抗是正序阻抗的 1.45 倍，故負序阻抗如下 3：圖 3-8 負序阻抗網(wǎng)絡(luò)圖該系統(tǒng)的零序阻抗為 ， 由原始資料可知線路的零序阻抗為 1.1235，故其零序阻抗圖為：圖 3-9 零序阻抗網(wǎng)絡(luò)圖（一）正序網(wǎng)絡(luò)的變換 4短路點等效后的正序阻抗圖為：圖 3-10 點正序阻抗網(wǎng)絡(luò)圖X 111.24111X 11X16X 17短路點等效后的正

27、序阻抗圖為：圖 3-11 點正序簡化圖X 110.706111X 11X12X 13短路點等效后的正序阻抗圖為;圖 3-12 點正序簡化圖X 112.060111X 5X13X14(二).負序網(wǎng)絡(luò)的變換短路點等效后的負序阻抗圖為：圖 3-13 點負序阻抗等值圖X11 X1 / X27.04123.5072X13( X7再簡化得 ,X14X12X15X13X3 / X4) /(X5X8)5.274圖 3-14 點負序簡化圖X 6X 12X 63.270X 13X 6X13X 68.173X12X 211.402111X 11X14X 15短路點等效后的負序阻抗圖為：圖 3-15 點負序簡化圖X1

28、3 (X5X8 ) /( X7 X3 / X 4) 3.280X 210.787111X11X 12X 13短路點等效后的負序阻抗圖為：圖 3-16 點負序簡化圖X12(X6X1 / X2 )(X7X3 / X 4)2.460再化簡得：圖 3-17 點負序簡化圖X13X11X 8X11 X85.601X 14X 12X 8X 12X 810.518X12X11X 212.406111X 5X13X14（三）零序網(wǎng)絡(luò)的變換：短路點等效后的零序阻抗圖為：圖 3-18 點零序簡化圖再化簡為：圖 3-19 點零序簡化圖X8 X6 X1X6X15.196X9 X7X1X7X13.193X 7X 6短路點

29、等效后的零序阻抗圖為：圖 3-20 點零序簡化圖X 010.409111X 1X 6X 7短路點等效后的零序阻抗圖為：圖 3-21 點零序簡化圖再化簡得：圖 3-21 點零序簡化圖X 8X 6X 3X 6X 310.39X9 X3X 7X 3X 74.791X 7X 6不對稱短路電流計算（一）點短路正序綜合阻抗負序綜合阻抗零序綜合阻抗1.單相短路電流正序電流的標么值I''(1)10211* 1X1X2X0.正序電流的有名值I''(1)I '' (1)IjkA1*10.211 54.986 11.602單相短路電流I ''(1 )m

30、I'' (1)311 60234 806kA1.2.單相短路電流正序電流的標么值正序電流的有名值I''( 2)I''(2)IjkA1* 10.378 54.986 20.785兩相短路電流I ''( 2)320 78536 001kA.3. 兩相接地短路電流正序電流的標么值I''(1,1)104 81*1X 2.X 1X 0X 2X 0正序電流的有名值兩相接地短路電流(二)點短路正序綜合阻抗負序綜合阻抗零序綜合阻抗1. 單相短路電流正序電流的標么值正序電流的有名值單相短路電流2. 單相短路電流正序電流的標么值正序電

31、流的有名值兩相短路電流3. 兩相接地短路電流正序電流的標么值I''(1,1)I''(1,1)Ij0.481kA1* 154.986 26.448I''(1,1)31X 2X 0I''( 1,1)39.962kA( X 2X 01) 2I'' (1)10 526*1X 1X 2.X 0I'' (1)I ''(1 )IjkA1*10.526 5.020 2.641I ''(1)mI''(1)32 6417 923kA1.I 1''( 2)I

32、 *''1( 2 ) I j0.6705.0203.363kA''(1,1)11 026I *1X 2.X 1X 0X 2X 0正序電流的有名值I''(1,1)I''(1,1)IkA1* 1j 1.026 5.020 5.151兩相接地短路電流(三 )點短路正序綜合阻抗負序綜合阻抗零序綜合阻抗1. 單相短路電流正序電流的標么值I '' (1,1)3 1X 2X 0I1''(1,1)7.854kA( X 2X 0) 2''(1)10 129I * 1X 1X 2.X 0正序電流的有名值I''(1 )I'' (1) Ij0.129kA1*154.986 7.093單相短路電流I ''(1 )mI'' (1)37 09321