水力发电厂电气一次部分设计罗开元

发电厂电气部分电气设计报告题目： 水力发电厂电气一次部分设计班级：K0312417:罗开元学号：K031241723老师： 高仕红2015年07月06日信息工程学院课程设计任务书学号K031241711学生明专业（班级）电气工程及其 自动化学号K031241723学生罗开元专业（班级）电气工程及其 自动化设计技术参数1、电气主接线方案的拟疋与方案确疋；2、主要设备的选择：主变压器的选择，变压器的选型，变压器容量的确定与 计算，厂用电接线的设计；3、 短路点短路电流的计算所需的部分参数都已经标注在电路图中，本组成员计算所需的线路长度数据为（40 140 80 70 30）（单位：KM ；发电机：电压标幺值 E=1.0,近似计算短路电流。4、 咼压电气设备选择，断路器的选择，隔离开关的选择，电压互感器的选择， 电流互感器的选择，母线选择；5、屋屋外配电装置的选择。工 作 量所有工作由2人集体完成。摘要本文为4X 15MV水力发电厂电气一次部分设计。通过对原始资料的详细分析， 根据设计任务书的要求，进行了电气主接线方案的经济技术比较，厂用电设计， 短路电流计算和电气设备的选择和校验， 配电装置设计。 编制了设计说明书， 绘 制了主接线图，厂用电接线图。关键字： 主接线、短路计算、设备选择、配电装置、设计说明书、主接线图、厂 用电AbstractThis article is 4 x 15 mw hydropower plant electrical part design ata time. Through detailed analysis of original data, according to therequirements of the design plan descriptions of the economic and technical comparison, the main electrical wiring schemedesign of auxiliary power, short circuit current calculation and selection of electrical equipmentand calibration,power distribution equipment design. Compiled the designspecification, diagram.draw the main wiring diagram, auxiliary power wiringThe keyword : The main connection, short circuit calculation, equipment selection, power distribution equipment, design specifications, mainwiringdiagram, auxiliary power目录1综合课程设计任务 .21.1 题 目 .21.2 原始资料.21.3 设计任务 21.4 设计成果 21.5 备 注 .22、发电厂电气主接线设计 .32.1 主接线的方案设计32.2 主接线方案的经济技术比较53、短路电流计算.114、导体，电器设备选择及校验 .154.1 导体设备选择概述154.2 导体的选择与校验154.3 导体和电气设备的选择成果表.175、配电装置设计.20参考文献.21附录.221、综合课程设计任务1.1题目水力发电厂电气一次系统设计1.2原始资料（1）水电站位于某河流上游，附近有城镇5座，各城镇发展远景如下:城镇名称工业发展远景负荷增长A农业用电、地方小型工业10MWB有色金属、煤、钢铁企业120MWC化工、纺织、水泥55MWD钢铁、机械制造、化肥、农机厂115MWE食品工业、农业用电、轻工业29MW（2） 最热月地面下 0.8m 土壤平均温度 28.6 C,多年最低气温-4 C；室最热月平均温 度34.1 C，户外最低气温 40.1 C；水电站装机 4x15MW最大利用小时数 5000小时，110kV 出现3回，其中一回线供 20MW的I类负荷，水电站附近负荷3MW（不包括自用电和枢纽用 电），全系统最大负荷 340MW最小负荷225MW（3）系统连接图如下：I XIMU -4I、il l IO3MVAZ22、年运行费用计算主接线中电气设备的运行费用主要包括主变压器的电能损耗及设备的检修、维护折旧等费用。计算公式是U a A Z1 Z2(万元)其中A为变压器电能损失，为年运行费用的计算的主要容其计算公式为21SAn( F0 k Qo) ( R k Qk)TnSn、方案一年运行费用主变电能损失主变型号SFP7-40000KVA其技术参数如下表型号额定容量(KVA额定电压(KV咼压中压低压SFP7-40000/11040000110 2X2.5 %10.5阻抗电压()连接组别功率因数空载电流()损耗(kw)空载短路10.5YN,d11Cos =0.80.846174S取年运行费用中无功经济当量 k=0.02 Q I0(%)kvar100Qk Ud (%) -Sl kvar100则计算得 A 1386700( kwh)、年运行费用据公式U a A Z1 Z2(其中检修维护费Z1=0.058X综合投资,折旧费Z2=0.022X综合投资)得：U1=72.53 （万元）U2=73.19 （万元）U1U2本次设计不必运用静态比较法即可确定在技术经济上最优方案为方案一即采用2台主变，110KV采用双母线分段接线，10KV采用单母线分段接线的主接线 万案2.3确定最优主接线设计方案通过1.1节和1.2节对方案一、二的综合比较见下表序号可能的接线方案万案一万案二可靠性可靠性高，发电机侧 无电压母线，使得在发电 机和变压器低压侧短路 时短路电流较小。可靠性较高，无论检 修母线或设备故障，全厂 停电的概率很小。灵活性运行方式相对简单， 调度灵活。运行方式灵活，调度灵活。易于实现自动化。经济性发电机侧接线简单， 主控至面积小，开关设备 少，操作简便。主控室要求面积大，开关设备用量大。10.5kv基端单母线接线-110kv母线双母线分段接线经过定性分析和可靠性及经济性分析计算， 本设计水电厂电气主接线方案最 终确定为方案一2.4发电机，主变及厂用变容量选择 1、发电机的选择及主要参数根据设计题目所给的参数，查相关设计手册和参考资料，本设计确定发电机 型式如下发电机型号台数额定容量(MVV额定电压(KV额定功率因数cos 电抗X*(标幺值)TS550/79-2841510.50.80.204以上参数查电力系统课程设计及毕业设计参考资料附录一，主要设备规格及参数。P95页2、变压器的选择及主要参数、主变选择根据查电力系统课程设计及毕业设计参考资料P102页选择本设计主变压器技术参数如下型号额定容量（KVA额定电压（KVSFP7-40000/110咼压中压低压400001102X2.5 %10.5阻抗电压（）连接组别功率因数空载电流（）损耗（kw）空载短路10.5YN,d11Cos =0.80.846174、厂用变选择查电力系统课程设计及毕业设计参考资料选用厂用变压器参数如下型号额定容量（KVA额定电压（KVS9-20002000咼压中压低压10.52.5 %0.4阻抗电压（）连接组别功率因数空载电流（）损耗（kw）4.5Y,YN。Cos =0.81.0空载短路2.45142.5厂用电设计1、厂用电的作用和负荷要求如前所述，本设计水电厂属地方性小型水电厂，其最基本的厂用负荷仅考虑 直流系统、励磁系统、水轮机调速系统、润滑系统的油泵、压缩空气系统的空压 机、冷却系统和润滑系统的水泵，全厂辅机系统的电动机、启闭设备、照明等设 施用电，因此本设计厂用电负荷采用 380V/220V供电。2、厂用电接线方案本设计厂用电分别接在 1#主变和2#主变低压侧上 2台主变互为备用 0.4KV系统按单母线分段考虑。另外若水电厂周围有其他除本厂系统外的电源亦 可考虑从其他系统接入备用电源作为厂用电。10MW10kVYN,d11 16MWVA .40 (36,34,32)km25 MW牛110 kVYN ,d112 20MWVA15.7kW73 kW10.50。)嘤a114口,20 MW J-7 I0%Vs%J415 MW10kVXdP0 PsP0Ps10%Vs%18.6kW89 kW0.510.5带厂用电单母线分段接线图120 MW 呻25 MW30 MW15.7kW73 kW0.510.5YN,d114 63MWVA- - -w-463 MWxd0.134X20.161xo0.06cos n 0.85X2X0COS0.1360. 160.073n 0.8P044 kWPs121 kW0 %0.35)Vs%10.570(75,65,60)km110 kV110kV80 MWYN , d112 16MWVA10 kVP0Ps丨0%Vs%63 MWVA44 kW121 kW0.3510.5Xd12MWX2X0cos0.1360. 1610. 075n 0.8完整电力系统接线图50 MWXdX2Xcos0.1280.1540.054n 0.85P011 kWPs50 kW-10%0.55 1Vs%10.5P013.2kW63 kW0.55 % ,% %PsI 0%Vs(1 2 )Vs(2 3)Vs(1 3)2 25 MWXdX2X0cos10.56.5 5MW17.5 魚15 MW10 kV35 kVYN ,d112 10MWVAYN ,Y ,d112 10MVA10kV0.1280.1570.0591n 0.835 kV3、短路电流计算短路计算：（k1点为机端母线，k2点为110kv母线）1.电网简化图:0.25 J 0.165 J 0.59 zw/z-Kl K22. 复合网序图1）三相短路K1 点：E=1.07,X=0.19;EIk1 X1075.630.19EA/WK2 点：E=1.07,X=0.24;EIK2 X匹 4.450.242）单相短路K1 点：E=1.07,X1=0.19,X2=0.2,X0=0.1；1 K1 X1 X2 X01.070.19 0.2 0.12.18K2 点：E=1.07, X1=0.24,X2=0.17,X0=0.19 ；1 K2 X1 X2 X0 0.171.070.19 0.241.783）两相短路（BC两相）K1 点：E=1.07,X1=0.19,X2=0.2；EIk11.070.19 0.22.74A/WX2K2 点：E=1.07, X仁0.24, X2=0.22EX1 X21.070.24 0.232.32jvw-%JVW) Q jig)V*(E02畀E0.1650.59短路清单0.1650.25=1.0QEi=1.06*0.1 65p0弓1_0也-vA/Wc)rw*10.134J0.53短路类型短路点化简图复合网序图短路电流E=1.07, X仁0.19,X2=0.2 , X0=0.1 ;K1占八、（正序）（负序）姓 0.L65- 伽 ”K1X1 X2 X01.070.19 0.2 0.12.18rOIJ* 们低 05%（零序）0. 0（正序）E=1.07, X仁0.24,X2=0.17,X0=0.19 ;K2占八、1 K2 X1 X2 X01.07（负序）0.17 0.19 0.241.78OK 0.165.（零序）E=1.07 , X1= 0.19 ,()()()X2=0.2;相短 路（B C相）K1占八、K1（正序）（负序）WAWX1 X21.070.19 0.22.744、导体，电器设备选择及校验4.1导体设备选择概述1、导体、电器选择在发电厂和发电厂电气设计中的地位和作用电气装置中的载流导体和电气设备， 在正常运行和短路状态时都必须安全可 靠的运行为了保证电气装置的可靠性和经济性，必须正确地选择电气设备和载 流导体。2、导体、电器选择原则3、本次设计中选择的导体、电器根据第一章中主接线的设计方案， 本次设计中要进行选择的导体和电器主要 是：1、线路、引线及汇流母线的选择2、绝缘子、穿墙套管的选择3、断路器、隔离开关的选择4、电流、电压互感器及其熔断器5、阻波器、耦合电容器的选择6、其他电器的选择4.2导体的选择与校验一、连接导体的选择1、发电机-变压器导体选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择， 一般按长期发热允许 电流选择，对年负荷利用小时数较大，传输容量较大，长度在20米以上的导体, 其截面一般按经济电流密度选择。根据以上原则，本次设计因10K V侧无汇流母线，仅对发电机出口开关柜至 主变之间的导体进行选择。按长期允许发热电流选择:发电机F1F4至变压器之间导体选用单条矩形铝导体，其中截面按公式Imax也确定；其中：咒5刃盼alal70 201.050. 70 25计算得I ai 2062查表选择得导体截面为：单条125X 8 ( mm2)竖放、热稳定校验运用简化公式 久山 jtdZ进行校验。查发电厂和变电站电气部分毕业设c、计指导P55页公式中取短路电流持续时间tdz0.25s取70 C时热稳定系数C=87Smin为满足热稳定的最小允许截面积，查短路计算结果：I25.26则:QC Oft Smin.0.25 145.17mm2 1000mm287满足热稳定要求。、动稳定校验根据动稳定校验条件:maxymax作用在母线上的最大计算应力y 母线材料的允许应力。取y 70 1069&)对于单条矩形母线：其中：支持绝缘子间的跨距L 1.2截面系数w bh2/61.67 10冲击电流ich 70.3KA母线相间距离 0.75m振动系数1I2贝U max 1.73 i2ch10 8 9.8 105wmaxy满足动稳定校验2、厂用电导体(厂用分支)选择本设计厂用电变压器容量为2000KVA采用户配电装置，其高压侧Imax 110A，选用发电机F1F4与变压器连接母线相同的125X 8 ( mm2)单条 矩形硬母线可以满足动热稳定校验。厂用电低压侧：本设计中厂用变低压侧I max 2887 A,选用双条125X10( mm2)平放。3、引上线导体(变压器一母线连接线)选择本设计变压器-母线连接导体的选择按长期允许发热考虑，选择时按 2台主 与母线连接的一回进行选择，试选择与 5回出线同型号的LGJQ-240进行校验。 LGJQ-240导线其最大长期允许载流量为I at 605A(70 C)查毕业设计参考资料。热稳定校验运用简化公式弘C tdz进行校验。查发电厂和变电站电气部分毕业设计指导P55页公式中取短路电流持续时间tdz 3s取70 T时热稳定系数C 87Smin为满足热稳定的最小允许截面积，查短路计算结果：I 13.28KA则:13 28Smin0.25 264mm2 240mm287不能满足热稳定要求，为此选用 LGJQ-300导线能满足设计要求二、母线的选择与变压器-母线连接线引线选择步骤相同，本设计 110KV母线选择型号为LGJQ-300的钢芯铝绞线，其热稳定、电晕的校验均能满足要求。4.3导体和电气设备的选择成果表、导体选择成果表导体名称导体型号110kV母线LGJQ-300110kV出线LGJQ-240110KV变压器连接导体LGJQ-300发电机-变压器导体125X 8 (125X 10)10KV厂用变导体125 X 8、电器设备选择成果表1断路器、隔离开关选择成果表型号额定电压KV额定电流A额定开断电流KA额定关合电流KA热稳定 电流KA动稳定 电流KA分闸 时间安装地占八、LW6-11011031504012550 (3S)125GW4-110110100023.7 (4S)80ZN5-10/1250101250256325 (2S)63ZN5-10/6301063012540125(2s)40GN2-1010200036(10s)852、电流、电压互感器选择成果表(1 )电流互感器选择一览表安装地占八、型号额定电 流 A级次组合二次负荷热稳 定电流 A动稳定电流A备注0.51D110KVLCWD-110300/5D1/D20.51.275130F1F4LMCD-102000/5主变中性点LCW-351000.5/P2465100厂变LA-10150/50.5/30.40.4751353、电压互感器选择一览表安装地占八、型号额定电压KV副绕组额定容量VA最大容量VA原绕组副绕组辅助绕0.513组110KV母线JCC2-110100尹0.1 尹0.150010002000发电机JDZ-10100.15080200主变低 压侧JDZJ-10100T30.1尹0.13050120发电机JSJW-10100.10.171202004809604、熔断器的选择成果表安装地点型号额定电压KV额定电流A开断容量MVA最大切断有 效电流 KA10KV电压互感器RN2-10100.5200505、绝缘子、穿墙套管的选择成果表安装地点型号数量额定电压KV片数备注高压室CMWD2-20620屋ZC-1010屋外ZPC-3535110KV母线XP-796、阻波器、耦合电容器的选择成果表安装地点型号额定电压KV额定电流/电容备注110KV出线ZXK-630-1.1/16-B4630A110KV出线OWF110A/3-0.01H110/ 柘0.01 亨5、配电装置设计根据电气主接线和高压配电装置设计技术规程进行配电装置设计确定配电装置的总体平面布置，断面结构，屋、屋外配电装置。屋外配电装置图（上一平面图，下一断面图）75三哥n-ia riiHU kblibs at= = .1 k niiiiirT-niiH-imiiirn-nimii!-Jfl- i費 匕入匕 O /Oo=T.3F器9辐合电窈雲参考文献M ： 水1 水利电力部西北电力编，电力工程电气设计手册（电气一次部分） 利电力， 1994.2 熊信银发电厂电气部分 M ：中国电力， 2004：28-210 3 邱关源电路 M ：高等教育， 1999：198-210 4 弋电力工程电气设计手册 M ：中国电力， 1996： 1-975 5 弋电力工程电气设备手册 M ：中国电力， 2000： 146-752 6 许建安 . 中小型水电站电气设计手册 M. ：中国水利水电， 2002.li，IN15.7k WVf =w/ % = 0.5厂 10.5n,jnIbMVAgiQMW 眾1 UtkV -)-l_ I I待没计的II感电姑IJ5MW-BE澄皂一-r-r:x7 -V 卅俺=】2lkW人 035气 = 1CMK1JMWI)X=l?-7tW | 蛆=换如A)訥iA,%-U.S Mr -n ： III 5*10KV k；=Dl 舱r,=LU6ljc = O.(J75co詔i =0.皆63MAv. 柯棉Vr, _ I J I 0讣= 10510kvIVrfU2x|nMVA产kv13：时-V-V. WkW；L；10MWYNd114 63MWVA40(36)34,32)km25MWnkvAZ6 07 UT7O844kWPo120MWPs 12kWIo% 0.35VS% 1Q5110cVYN|d112 20MWVA20MW186kW8SkW05 30MW105a10kV110kVG G -G GP0 157kWps 73kW10% 0.5 - gVs% 105 -4 15MWXd 0.136X2 0.16X) 0.073cos n 0.84 63MWxd 0.134X20.161xo 0.06cos n 0.857q756560)km110cVYN|d112 16MWVA63MWVA44kW121kW10cVP0PsI。2%035105G：1 50MW3 12MWXd 0.136X2 0.161X)0.075Xd0.128cos n 0.8YN|d112 10MWVA13永W 6*W 055V(1 2) %80MV V(2 3)%V(1 3)%P0PsI。10kV2 25MWYN|Y,d112 10MVA35M1Xd0128X?0.157X00.0591cos n 0.8X2 0.154X0 0.054 cos n 0.8510kV1056517.5nkvAU2 52 b02cns