風江水電站2×65MW設計_畢業(yè)論文設計

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)本科畢業(yè)設計（論文）風江水電站 2× 65MW設計姓名：韓勤德指 導教 師馬宏忠專 業(yè)年 級2009 級電氣工程及其自動化學號3120091226二一三年七月中國昆明摘要本畢業(yè)設計主要是對風江水電站電氣部分進行設計，該水電站的總裝機容量為 2× 65=130MW 。主接線方式采用單母線分段接線。 主要內容包括主接線方案設計、主要設備選擇、短路電流計算、電氣一次設備的選擇、計算。通過對水電站的一次主接線設計、短路電流的計算及主要電氣設備的選行型及參數確定，較為細致地完成了風江水電站的設計。畢業(yè)設計的過程是將理論與實際相結

2、合的實踐過程，起到學以致用，鞏固和提升了對電氣工程及自動化專業(yè)所學知識的運用和理解，樹立工程設計的觀念，提高了電力系統設計的能力。通過畢業(yè)設計，讓我們理論聯系實際，系統、全面地掌握所學知識，培養(yǎng)我們分析問題、工程計算和獨立工作的能力，讓我們樹立工程觀點，初步掌握發(fā)電廠電氣部分的設計方法。并在計算、分析和解決工程實際問題等方面得到訓練，為今后從事電力行業(yè)有關設計、運行、科研等方面的工作奠定堅實的理論基礎。這次畢業(yè)設計的課題來源于風江水電站，主要針對風江水電站在電力系統的地位，擬定本電廠的電氣主接線方案，通過經濟技術經濟比較，確定推薦的最佳方案，并對其進行短路電流計算，對發(fā)電廠用電設備進行選擇，然

3、后對各級電壓配電裝置進行設計。在這些設計過程中需要用到各種電力工程設計手冊，并借用 CAD 輔助繪圖工具繪制電氣主接線圖。通過本論文的研究，可以使風江水電站安全、可靠、經濟地在系統中運行，保證其持續(xù)可靠、 穩(wěn)定地供電，同時也能提高自己使用CAD 、word 等軟件的能力，培養(yǎng)了自己工程設計的概念，是對大學5 年所學理論知識與實踐的融會貫通的結晶。關鍵詞 :發(fā)電廠變壓器主接線短路電流計算設備選型繼電保護目錄風江水電站基本資料 .5第一章電氣主接線設計 .71.1發(fā)電站電氣主接線的意義 .71.2主接線設計的基本要求 .71.3主接線設計 .7第二章廠用電和地區(qū)供電系統設計 .102.1廠用電接線

4、的設計 .102.1.1廠用電接線的設計原則 .102.1.2廠用電接線形式 .112.1.3廠用高壓變壓器的選擇 .112.1.4廠用電接線 .112.1.5廠用變壓器的型號選擇 .112.2地區(qū)供電的設計 .12第三章短路電流計算 .123.1短路電流計算的主要目的 .123.2短路電流計算一般規(guī)定 .133.2.1計算的假定條件 .133.2.2短路電流計算一般規(guī)定 .133.3短路電流計算步驟 .143.4計算公式 .143.4.1元件參數計算 .143.4.2網絡變換 .153.4.3計算電抗 .173.4.4短路點短路電流周期分量有效值的計算.173.4.5短路的沖擊電流 .173

5、.4.6電流分布系數及轉移電抗 .183.5短路電流計算 .19第四章電氣一次設備的選擇 .214.1 電氣設備選擇的一般條件 .214.1.1按正常工作條件選擇 .214.1.2按短路狀態(tài)校驗 .224.2220kV 、 110kV 高壓設備的選擇 .234.2.1高壓斷路器的選擇 .234.2.2隔離開關的選擇 .244.2.3電流互感器的選擇 .254.2.4電壓互感器的選擇 .254.3高壓開關柜的選擇 .264.3.1種類和型式的選擇 .264.3.2主開關的選擇 .264.3.3 防護等級的選擇 .274.3.4開斷和關合短路電流的選擇 .274.4 裸導體的選擇 .284.4.1

6、220kV 、 110kV 母線的選擇 .284.4.2封閉母線的選擇 .29第五章變壓器的選擇計算 .29第六章防雷保護規(guī)劃設計 .306.1發(fā)電廠過電壓及防護分析 .306.2避雷器的配置規(guī)劃 .316.3發(fā)電廠避雷針配置規(guī)劃及保護范圍計算.326.4發(fā)電廠接地設計 .錯誤！未定義書簽。7.1儀表與繼電保護的配置規(guī)劃概述 .337.2繼電保護配置規(guī)劃設計 .34一、繼電保護的配置 .34總結與體會 .36致謝 .37參考文獻.38附圖： .39風江水電站基本資料風江水電站位于湖南省西部，電站建成后將向株州市等地供電。電力系統接線如圖 B-2 所示。電站將在相距 70 公里處的株州變電所接入

7、系統，電站自用電率 0.4%，當地最高氣溫 41 ，最熱月平均氣 溫 28.5 ，電 站 裝 機容 量為 2× 65MW,年 裝機 利用 小時 數為 5100h ，地 區(qū)最 大負 荷 占電 站裝 機容 量的 20%，供電 距離 為 20km，其中 地 區(qū)負荷功率因數為 0.8，一類、二類負荷占總負荷的 70%，其他原始數據見接線圖及相關表格。表 1 變壓器短路電壓百分數發(fā)電站名單臺容量短路電壓百分數臺 數稱（ MVA）UI-%UI- %U-%長 沙336014火 電 站長 沙 變218010.5176湘 潭318012.5火 電 站湘 潭 變218010.5176株 洲 變21801

8、0.5176衡 陽 變218010.5176第一章電氣主接線設計1.1 發(fā)電站電氣主接線的意義1、電氣主接線圖是電廠設計的重要部分，同時也是運行人員進行各種操作和事故處理的重要依據。了解電路中各種電氣設備的用途，性能及維護，檢查項目和運行操作的步驟等都離不開對電氣主接線的掌握。2、電氣主接線表明了發(fā)電機、變壓器、路器和線路等電氣設備的數量、規(guī)格、連接方式及可能的運行方式。電氣主接線直接關系著發(fā)電廠電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，是發(fā)電廠電氣部分投資大小的決定性因素。3、由于電能生產的特點是：發(fā)電、輸電、變電、用電是在同一時刻完成的，所以主接線的好壞，直接關系著電力系統

9、的安全、穩(wěn)定、靈活和經濟運行。1.2 主接線設計的基本要求1、可靠性要求：保證供電的可靠性，是電氣主接線最基本要求。這里所說主接線的可靠性，主要是指當主回路發(fā)生故障或電氣設備檢修時，主接線在結構上能夠將故障或檢修所帶來的不利影響限制在最小范圍內，以提高連續(xù)供電的能力。2、靈活性要求：a、滿足調度時的靈活性要求；b、滿足檢修時的靈活性要求；c、滿足擴建時的靈活性要求。d、經濟性要求與先進性要求：在確定主接線時，應盡量采用先進的技術和新型的設備，同時在保證安全可靠、運行靈活、操作方便的基礎上，還應使投資和年運行費用降低到最小、占地面積最少，應可能的做到經濟合理。1.3 主接線設計風 江水電站裝機容

10、量為2× 65MW ，根據電站容量與系統概況，本電站設置 220kV 和 110kV 兩個電壓等級的出線， 220kV 出線一回，接入省網 220kV 株州變電所； 110kV 出線兩回，專供地區(qū)用電負荷。 為使電站運行靈活， 供電可靠，電氣主接線擬定了下述三個方案進行比較，詳見電氣主接線方案比較圖 （見附圖： A）。附圖 A方案一： 2 臺發(fā)電機分別與 2 臺主變組成單元接線，發(fā)電機出口裝設發(fā)電機專用型真空斷路器， 220kV 采用單母線接線， 110kV 采用單母線接線：兩臺發(fā)電機組均采用“發(fā)電機變壓器”單元接線。此方案發(fā)電機與變壓器容量匹配，布置簡單、接線清晰，故障影響范圍小，

11、運行可靠、靈活，繼電保護易于實現。方案二：發(fā)電機與變壓器采用單元接線，發(fā)電機出口采用發(fā)電機專用型真空斷路器， 220kV 側采用三角形接線， 110kV 采用單母線接線。此方案接線簡單清晰，運行方式靈活，發(fā)變組與方案一是一致的。220kV采用角形接線，所連設備檢修及故障不影響供電，與單母線接線相比可靠性更高。出線可以與任一組母線搭配運行靈活，主變故障不影響線路和另一臺主變運行；單個回路故障也可通過倒閘操作將全部功率送出；但開關數量增加，增大了布置面積及投資；線路擴展性差，不存在擴展間隔的余地，在接入系統設計確認前不利于主接線的調整。方案三：發(fā)電機與變壓器采用兩機一變的接線方式，發(fā)電機出口采用發(fā)

12、電機專用型真空斷路器， 220kV 及 110kV 側均采用線路變壓器組接線：此方案接線最簡單，最清晰，發(fā)電機運行靈活。電氣設備投資少，繼電保護簡單，操作維護簡單；但主變壓器容量大，全站僅一臺，當該回路任意一臺設備檢修或故障時，造成全站電能無法送出?？菟诘拓摵蛇\行空載損耗大，運行成本高， 10kV 母線短路電流大， 不利于設備選擇。 且 110kV 只有一回出線，供電可靠性較低，不符合一、二類符合的供電要求。綜合上述方案比較，方案一接線、布置簡單清晰，運行靈活可靠；方案二可靠性在3 個方案中最高，但繼電保護及倒閘操作復雜，且投資較高；方案三投資和占地面積小，接線最簡單，但方案三運行可靠性比其

13、他方案低，主變運輸重量大， 10kV 母線額定電流和短路電流較大，不利于設備選擇，不能滿足地區(qū)負荷的供電可靠性要求。綜合以上因素，推薦方案為方案一。電氣主接線詳見圖電氣主接線（見附圖： B）。第二章廠用電和地區(qū)供電系統設計2.1 廠用電接線的設計廠用電接線的設計原則廠用電系統的可靠性，對發(fā)電廠乃至整個電力系統的可靠運行都有直接的影響。在任何情況下，廠用電都是重要的負荷，必須能夠滿足發(fā)電廠的正常運行、事故處理和設備實驗等的要求。盡量縮小廠用電系統發(fā)生故障時的影響范圍，避免因此造成全廠停電事故。廠用電接線的設計原則主要有: 廠用電接線應保證對廠用負荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機安全運轉；接線應能靈

14、活地適應正常、事故、檢修等各種運行方式的要求；廠用電源的對應供電性，本機組的廠用負荷由本機組供電，這樣，當廠用電系統發(fā)生故障時，只影響一臺發(fā)電機組的運行，縮小故障范圍，接線也簡單；設計時還應適當注意其經濟性和發(fā)展的可能性并積極慎重地采用新技術、新設備，使廠用電接線具有可行性和先進性；在設計廠用電接線時，還應對廠用電的電壓等級、廠用電源及其引接和廠用電接線形式等問題進行分析。廠用電接線形式本設計電氣主接線推薦采用發(fā)電機變壓器單元接線，且在機組回路設置了發(fā)電機斷路器。因此宜采用從發(fā)電機出口引接廠用分支，這樣在機組發(fā)電時可由機組提供廠用電源，而機組停機時又可以很方便地由系統倒送廠用電。廠用高壓變壓器

15、的選擇已知：廠用電率 =0.4%COS =0.8P=2× 65 =130MW廠用電 =2× 65×0.004=5.2MW本電站設計 2 臺 630kVA變壓器來供發(fā)電廠廠用電負荷，其電源分別取1 號和 2 號發(fā)電機端 10.5kV 電壓母線。一臺廠用變的容量能滿足（承擔）全部廠用負荷的要求，另一臺廠用變作為備用，因此廠用電系統具有足夠的可靠性。廠用電接線廠用電接線也采用兩個單母線接線的方式，其電源分別取1#和 2#發(fā)電機端10.5kV 電壓母線。一臺廠用變的容量能滿足（承擔）全部廠用負荷的要求，另一臺廠用變作為備用，因此廠用電系統具有足夠的可靠性。廠用變壓器的型號

16、選擇為滿足場地布置及防火的要求，廠用變壓器應選用環(huán)氧樹脂澆注的干式變壓器，因其容量為 630kVA，查電力工程電氣設備手冊 得。型號 SCB10-63010 滿足要求，其電壓等級為，具體參數如下表 2-1：表 2-1環(huán)氧樹脂澆注三相干式電力型號SCB10-63010結構形式變壓器規(guī)格容量630kVA電壓等級100.4kV冷卻方式ANF防護等級戶內： IP20戶外： IP23連接組標號Dyn11短路阻抗6%調壓方式無勵磁調壓絕緣等級H 級選用環(huán)氧樹脂澆注的干式變壓器具有阻燃能力強，防潮性能好，局部放電量小，損耗低，體積小，安裝維護方便等優(yōu)點，相比老式的油浸式變壓器減少了許多運行維護的麻煩，且減輕

17、了火災的隱患，滿足了防火的要求，使運行環(huán)境干凈整潔。2.2 地區(qū)供電的設計已知：地區(qū)最大負荷占電站裝機容量的 25%，供電負荷為 130× 0.2=26MW ，供 電 距離 為 20km ，率 因數 為 0.8 ，一 類 、二 類 負荷 占 總負荷 的 70%。地區(qū)供電負荷中由于一類、二類負荷占總負荷的 70%，要求供電可 靠性 較高 ，供 電電 壓等 級 采用 110kV ，所 以電 站主 變采 用三 繞 組變壓 器，地 區(qū) 供電 電源 由兩 臺 主變 中壓 側取 得 。 110kV 側為 單母 線 接線方 式，設 110kV 出線 兩回 ，互 為 備用 ，按 全 備 用考 慮 。

18、詳 見 電 氣出接線圖第三章短路電流計算3.1 短路電流計算的主要目的電力系統短路電流計算的主要目的:(1) 電氣主接線方案的比較和選擇；(2) 電氣設備和載流導體的選擇；(3) 選擇繼電保護裝置和整定計算；(4) 驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓；(5) 系統運行和故障情況的分析。3.2 短路電流計算一般規(guī)定計算的假定條件短路電流實用計算中，作如下假設：（ 1）系統在正常工作是三相是對稱的。（ 2）電力系統各元件的磁路不飽和，即各元件的電抗值與電流大小無關，所以在計算中可以應用疊加原理。（ 3）電力系統各元件電阻，一般在高壓電路中都略去不計，但在短路電流的衰減時間常數時應計及電阻的作用。（

19、4）輸電線路的電容忽略不計。（ 5）變壓器的勵磁電流忽略不計，相當于勵磁阻抗回路開路，這樣可以簡化變壓器的等值電路。（ 6）電力系統中所有發(fā)電機電動勢的相位在短路過程中都相同，頻率與正常工作是相等。短路電流計算一般規(guī)定1、計算的基本情況1) 系統中所有電源均在額定負荷下運行；2) 所有同步電機都自動調整勵磁裝置；3) 短路的所有電源電動勢相位相同。2、接線方式計算短路電流所用的接線方式，應是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線式。3、短路種類一般按三相短路計算。4、短路計算點選取母線為短路計算點。3.3 短路電流計算步驟1、選擇短路點；2、繪出等值網絡，并將各元件電抗統一編號；3、化簡等值網絡，求出

20、各電源與短路點之間的電抗，即轉移電抗；4、計算電抗 Xjs；5、由運算曲線查出各電源供給的短路電流周期分量的標幺值；6、計算無限大容量的電源供給的短路電流周期分量的標幺值；7、計算短路電流周期分量有名值；8、計算短路電流的周期分量；9、繪制短路電流計算結果表。3.4 計算公式元件參數計算1 、發(fā)電機SBXGX d " SGN式中X G 發(fā)電機電抗標么值；X d " 發(fā)電機次暫態(tài)電抗；SB 基準容量 ( 一般取 100 或 1000) ， MVA ；SNG 發(fā)電機的額定容量，MVA 。2. 雙繞組變壓器U k % SBX T100SN式中X T 變壓器電抗標么值；U k %

21、變壓器短路電壓百分數或阻抗電壓百分數，%；SN 變壓器額定容量， MV·A。3. 分裂繞組變壓器X T 12U12 % SB100 SN式中X T 1 2 分裂變壓器高壓繞組與一個低壓繞組間的電抗標么值；U 1 2% 分裂變壓器半穿越電抗百分數， %；SN 分裂分壓器的額定容量。網絡變換1 、兩支路有源網絡等值變換E1X2E2 X1EX 2X 1X1X 2XX 2X 1式中 E 合并后的等值電源X合并后的等值電抗(a)變換前的網絡(b)變換后的網絡圖 3.1網絡變換圖2 、 Y 等值變換Y 網絡變換如圖所示：(a) Y形網絡YY變換X2X3X23X2X3X 1X3X1(b)形網絡圖

22、3.2 網絡變換圖X1X2X12X1X2X 3X31X3 X1Y 變換X 2X1X12 X31X12X23 X31X 2X12 X23X 12X 23X 31X 3X 23 X31X12X 23X 31計算電抗XXjs1X 1k (SN 1 / SB )js 2X 2k ( SN 2 / SB ),式中X 1k 、 X 2k , 等值電源1、2, 短路點的轉移電抗X N 1 、 X N 2 , 等值電源1、2, 的額定容量，MVA 。短路點短路電流周期分量有效值的計算I t其中I N2,I B式中I t1I N 1I t 2 I N 2I sI BIN1SN1/( 3)U av kSN2 /(

23、3U av k ),SB /(3U av k )U av k 短路點 k 所在電壓級的平均額定電壓，kV；I N 1 、 I N 2 歸算至短路點電壓級各等值電源的額定電流，kA。短路的沖擊電流i shk imp I ' '式中I '' 起始次暫態(tài)電流；k imp 沖擊系數，一般取1.8 。電流分布系數及轉移電抗用單位電流法可以比較方便地求得開式網絡各支路的電流分布系數和轉移抗。如圖3.3(a) 的網絡 , 令 E1E 2E 3 0 , 在短路點 k 3 加電動勢 E k , 使之將圖 3.3(a)網絡等效變?yōu)閳D 3.3(b)等值網絡。在此網絡中可使 I 11為

24、單位電流，則有I 2I1X1/ X2 X1 /X2， I4I 1I 2I 3I 1 X 1 I 4 X 4 / X 3 ， I kI 4I 3根據電流分布系數的定義，各支路的電流分布系數為C1I1 / I k 1/ I kC2I 2 / I kC3I 3 / I k(a)網絡圖(b)等值網絡圖 3.3 用單位電流法求電流分布系數從而得各支路的轉移電抗為X 1kX k/C1X 2 kX k/C2X 3 kX k/ C3式中X kX1 / X 2 X 4 / X3 X 5 為短路回路總等值電抗。3.5 短路電流計算視系統為無限大容量電源，即S，已經 220kV 母線與系統聯系的線路2長度為 70k

25、m，線徑按 300mm的雙分裂導線考慮，發(fā)電機超瞬態(tài)電抗按Xd =21%計算。取 SB100MVA ， U BU av n 。取 E1，并將各元件電抗編號，做出等值網絡如圖3.4 所示。這是純電抗等值網絡，圖中電抗值前的j 均已略去，并將電抗下標“* ”也略去，相應的運算以實數運算。圖 3.4短路電流計算等值網絡短路電流計算結果匯總表3-1短路電流沖擊電流全電流短路點I（ kA）ich(kA)I (kA)ch00.2 2400d-1 點220kV7.2077.0317.1097.10318.34710.883側d-2 點110kV4.7064.2264.3064.311.987.106母線d-

26、3 點10.5kV60.1752.3351.8551.35153.16890.855母線第四章電氣一次設備的選擇4.1 電氣設備選擇的一般條件電氣設備選擇是發(fā)電廠和變電所設計的主要內容之一，在選擇時應根據實際工作特點，按照有關設計規(guī)范的規(guī)定，在保證供配電安全可靠的前提下，力爭做到技術先進、經濟、合理。為了保障高壓電氣設備的可靠運行，高壓電氣設備選擇與校驗的一般條件，按正常工作條件選擇，包括：電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇；按短路條件選擇包括動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗；按工作環(huán)境條件選擇，包括溫度、濕度、海拔等的選擇。按正常工作條件選擇1、額定電壓高壓電氣設備所在電網的運行電壓因調壓或負荷的變化，常高

27、于電網的額定電壓，故所選電氣設備允許最高工作電壓Ualm 不得低于所接電網的最高運行電壓。一般電氣設備允許的最高工作電壓可達1.11.15UN，而實際電網的最高運行電壓 Usm 一般不超過 1.1UNs 因此在選擇電氣設備時，一般可按照電氣設備的額定電壓的額定電壓UN 不低于裝置地點電網額定電壓UNs 的條件選擇，即UN UNs2、額定電流電氣設備的額定電流I N 是指在額定環(huán)境溫度下，電氣設備的長期允許通過電流。 I N 應不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流I w.max，即I N I max3、環(huán)境條件對設備選擇的影響(1) 海拔高度的影響當地區(qū)海拔超過制造廠家的規(guī)定值時，

28、由于大氣壓力、空氣密度和溫度相應減少，使空氣間隙和外絕緣的放電特性下降。一般非高原型的電氣設備使用環(huán)境的海拔高度不超過1000m，當海拔在 1000 3500m范圍內，若海拔比制造廠家規(guī)定值每升高100m，則電氣設備允許最高工作電壓要下降1%。(2) 溫度的影響電氣設備的額定電流是指在基準環(huán)境溫度下，允許長期通過的是最大工作電流。我國生產的電氣設備一般使用的額定環(huán)境溫度040C ，如周圍環(huán)境溫度高于 40 C （但 60 C ）時，其允許電流一般可按每增高1C，額定電流可增加 0.5%，但其最大電流不得超過額定電流的20%。4.1.2 按短路狀態(tài)校驗1、短路熱穩(wěn)定校驗短路電流通過電器時，電氣設

29、備各部件溫度（或發(fā)熱效應）應不超過允許值，即滿足熱穩(wěn)定的條件I t2t Qk式中Qk 短路電流產生的熱效應，kA 2 s ；I t 、 t 電氣設備允許通過的熱穩(wěn)電流和時間，kA、s。其中QkI "210I tk2/ 2 I tk2/ 2 tk12t kt prt brt brtint a式中t k 短路的計算時間，st pr 繼電保護動作時間，一般取后備保護動作時間3.9s ；tbr 斷路器的全開斷時間，s；t in 斷路器固有分閘時間，SF6 斷路器一般為 0.03s ；t a 斷路器開斷時電弧持續(xù)時間，約為0.02 0.04s ；可見，短路的計算時間t k 最大為 3.97s

30、，所以進行短路的熱穩(wěn)定校驗時，一般取 t k4s 均會滿足要求。2、電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機械效應的能力，亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為i es i sh 或 I es I sh下列三種情況可不校驗設備的熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定：a、 用熔斷器保護的電氣設備，其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證，固可不驗算熱穩(wěn)定。b、 采用有限流電阻的熔斷器保護的設備，可不校驗動穩(wěn)定。C、 裝設在電壓互感器回路中的裸導體和電氣設備可不校驗動、熱穩(wěn)定。4.2 220kV 、110kV 高壓設備的選擇考慮到水電站場地布置的實際條件普遍受限制，且本站有220kV、 110kV 兩個出線電壓等級，采用普通戶外布置的話占地面積較大，所以本設計考慮采用GIS 高壓 SF6 全封閉組合電器，占地面積小，布置簡單。 GIS 設備自上世紀 60 年代實