工學電氣設備課程設計

1、廣東水利電力職業(yè)技術學院課程：電氣設備變電站一次電氣設備課程設計班別：10水電班學號：100215姓名：日期：目錄一、前言二、原始資料及設計任務三、主變的選擇及方案的比較、確定四、短路電流計算五、電器設備的選擇六、設備選擇匯總表七、參考文獻一、前言 發(fā)電廠和變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，主接線是發(fā)電廠、變電所及電力系統(tǒng)輸送電能的通路。發(fā)電廠的主接線圖是由發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、母線、電纜等電氣設備及連接線按照一定順序連接。電力系統(tǒng)在工業(yè)和人民生活中占重要的地位，各行各業(yè)都需要用電，隨著我們現(xiàn)代化工業(yè)建設的迅速發(fā)展，工業(yè)用電量越來越多，而電站卻是電能的產生產所，是電網(wǎng)電能的唯

2、一來源。通過一段時間的電氣設備學習，我對電氣主接線方案的擬定和電氣設備的選擇略知一二，下面我就來淺談下主接線方案的設計要求。主接線設計好壞直接影響到工業(yè)生產和人民生活。電氣主接線對發(fā)電廠和變電站以及電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟的運行起著重要作用。因此，發(fā)電廠和變電站的電氣主接線，必須滿足以下基本要求：（1）根據(jù)發(fā)電廠、變電站在電力系統(tǒng)中的地位、作用和用戶性質，保證必要的供電可靠性和電能質量要求；（2）應力求接線簡單、運行靈活和操作簡便；（3）保證運行、維護和檢修的安全和方便；（4）應盡量降低投資，節(jié)省運行費用；（5）滿足擴建要求，實現(xiàn)分期過渡。 以上就是在學習過程中需要的主接線設計中的原則和一般

3、要求，要很好的完成和掌握變電站一次電氣備課程設計還需要進行短路計算和變電站的各電氣設備型式選擇，變電站一次設備的選擇和校驗，選擇導線等。二、原始材料及設計任務一、原始資料待建變電站資料：1、建設規(guī)模 （1）*水電站110kV變電站 （2）水輪發(fā)電機組參數(shù)：4×38MW，cos=0.90，Xd=0.21，發(fā)電機電壓10.5kV；（3）變電站電壓等級：110kV、35kV、10kV 系統(tǒng)接入方案：110kV出線2回；線路1長度60km，線路2長度45km，分別接入系統(tǒng)1、2兩變電站； 系統(tǒng)阻抗標幺值X*：線路1為0.216；線路2為0.291。 35kV出線1回，線路3長度為15km，接

4、入系統(tǒng)3變電站，系統(tǒng)阻抗標幺值X*：線路3為0.246。 （4）變電站為戶外型；10kV為戶內配電裝置。2、環(huán)境條件 （1）當?shù)啬昶骄鶜鉁?3，年最低氣溫2，年平均最高氣溫36，年平均最低氣溫6，月最高氣溫43； （2）變電站海拔高度32m。二、設計任務：本課程設計只作電氣系統(tǒng)初步設計，只對電氣一次設備進行設計，不包含電氣二次設備的設計。戶內電氣設備只進行方案設計，不進行設備選擇。主要任務：1、主變壓器選擇；（包括變壓器臺數(shù)、容量、型號、參數(shù)）2、通過技術經(jīng)濟比較，確定電氣主接線；（擬定23個主接線方案）3、短路電流計算；（計算條件、過程及結果）4、斷路器、隔離開關（接地開關）選擇；（選擇、修

5、正、校驗，確定設備的型號規(guī)格，列表比較設備的主要參數(shù)值和計算值）5、導線選擇，對主變低壓側只選擇母線；（選擇和校驗）6、電流互感器、電壓互感器選擇；（選擇、修正、校驗，確定設備的型號規(guī)格，列表比較設備的主要參數(shù)值和計算值）7、避雷器選擇（選擇、修正、校驗，確定設備的型號規(guī)格）。三、設計成果1、設計說明書（含計算過程和結果）2、繪制電氣主接線圖（按制圖標準繪圖）三、主變的選擇及方案的比較、確定1、主變的選擇變壓器臺數(shù)和容量的確定：變壓器臺數(shù)確定：應滿足發(fā)電機容量、用電負荷的可靠性要求；根據(jù)材料，該電站機組容量為4×38MW，選擇兩臺變壓器，在技術、經(jīng)濟上比較合理，運行可靠性高，靈活性好

6、，維修方便，能滿足該電站的要求。變壓器容量的確定：根據(jù)原始材料的需要，選擇兩臺主變，一臺是90000KVA的雙繞組變壓器，另一臺式90000KVA三繞組變壓器。其參數(shù)如下：雙繞組變壓器型號SFP7-90000/110容量(KVA)90000額定電壓(KV)110/10.5連接組YN,d11阻抗電壓（%）10.5空載電流（%）0.5重量（t)94三繞組變壓器型號SSZ10-90000/110容量(KVA)90000額定電壓(KV)110/35/10.5連接組Yn,y0,d11阻抗電壓（%）高-低18高-中10.5中-低6.5空載電流（%）0.3重量（t)1222、方案的比較及確定方案一：該方案采

7、用一臺90MW三繞組變壓器，不分段單母線連接方式，能滿足設計需要。接線簡單、清晰、設備少、操作方便、投資少、便于擴建，但可靠性差和靈活性差，在檢修時必須停止工作和斷電，所以該方案淘汰！方案二：該方案采用兩臺變壓器，一臺90MW雙繞組變壓器，一臺是90MW三繞組變壓器，分段單母線連接方式，可以限制短路電流，110KV側出線采用外橋接線，可以限制穿越功率；可靠性高，靈活性好，但設備多、投資明顯增加，占用地面積大，根據(jù)電站材料，該方案不宜采用！方案三：該方案采用兩臺變壓器，一臺90MW雙繞組變壓器，一臺是90MW三繞組變壓器，分段單母線連接方式，可以限制短路電流，可靠性高，靈活性好，投資比方案二的要

8、少，設備被也比方案二的要少，根據(jù)設計要求，該方案較方案一和方案二有一定的優(yōu)越性，符合設計要求！所以選用該方案！四、短路電流計算短路電流計算的步驟：、繪制相應的電力系統(tǒng)、發(fā)電廠主接線。、確定與短路電流有關的運行方式。、計算各元件的阻抗。、繪制相應的短路電流計算阻抗圖。、根據(jù)需要取不同的短路點進行短路電流計算。、列出短路電流計算結果表。短路計算電路圖：注：1段母線和2段母線上的母聯(lián)開關只在故障或維修時投入使用，機組及各電氣設備正常運行時斷開。解：取，各元件的電抗標幺值為：X1=X2=X3=X4=三繞組變壓器電抗標幺值：- -6.5）=0.11- -18）=-0.005- -10.5）=0.07X6

9、-=X*e0.11=0.122 X6-=X*e-0.005=-0.006X6-=X*e0.07=0.078系統(tǒng)電抗標幺值：采用分組電源法，將電源分為系統(tǒng)1、系統(tǒng)2、系統(tǒng)3、電站母線側1、電站母線側2，初始等值電路圖及其簡化。系統(tǒng)1當d1點短路時，等值簡化圖如下：系統(tǒng)支路1：電站母線側1：查運算曲線或運算數(shù)字表得：則有名值：KA KA短路點得疊加數(shù)據(jù)為：當d2點短路時，等值簡化圖如下：系統(tǒng)1系統(tǒng)支路1：電站母線側1：查運算曲線或運算數(shù)字表得：則有名值： KA KA短路點得疊加數(shù)據(jù)為： 當d3點短路時，等值簡化圖如下：X6-0.006=0.243X18=X6-X19=X6-=0.122系統(tǒng)支路2：

10、系統(tǒng)支路3：電站母線側2：查運算曲線或運算數(shù)字表得：則有名值： 短路點得疊加數(shù)據(jù)為：當d4點短路時，等值簡化圖如下：=0.249X24=X6-=-0.006X25=X6-X26=X6-系統(tǒng)支路2：系統(tǒng)支路3：電站母線側2：查運算曲線或運算數(shù)字表得：則有名值： 短路點得疊加數(shù)據(jù)為：短路點編號基值電壓(KV)額定電壓（KV）0s疊加短路電流I''（KA）4s疊加短路電流IZ4（KA）短路沖擊電流ich（KA)d-11151102.802.537.32d-210.51035.2625.6094.73d-31151102.972.817.769d-410.51042.1132.4511

11、3.13短路電流計算結果表：五、電器設備的選擇主保護時間為0s，后備保護時間為3s.110KV側，接系統(tǒng)的高壓側斷路器、隔離開關的選擇：短路點的選擇：當K1短路時，流經(jīng)斷路器的電流為系統(tǒng)1的短路電流IT=1.27；當K2短路時，流經(jīng)斷路器的電流為電站側的短路電流IG=1.53；由于IT<IG，所以選擇短路點K2。1、工作條件選擇（1）（2）通過以上數(shù)據(jù)初選斷路器LW-110，隔離開關GW4-110G參數(shù)如下列表：型號額定電壓（KV)最大工作電壓(KV)額定電流(A)額定短路電流(KA)4S熱短路電流(KA)額峰耐電(KA)固有分閘時間（s)合斷時間(s)LW-11011012620004

12、0401000.060.15SGW4-110G11011020001002、使用環(huán)境修正（1）海拔高度32m<1000m，所以不用修正。（2）運行最高溫度= =修正設備的工作電流。3、熱穩(wěn)定校驗： 開斷計算時間：查運算曲線得短路電流并換算有名值。因為開斷時間 所以：短路電流計算時間，因為查周期分量發(fā)熱等值時間曲線得：，由于 故周期分量發(fā)熱可忽略不計，周期發(fā)熱：。4、因為電站出線為架空電路，所以不需要進行動穩(wěn)定校驗則系統(tǒng)的110KV出線，斷路器及隔離開關的校驗及選擇結果如下：計算數(shù)據(jù)LW口-110結果GW4-110G結果U110KA110KA110KA527A2000KA2000A1.53

13、KA40KA_4.00KA100KA_4.00KA100KA50KA校驗所以選擇的斷路器，隔離開關符合要求。110KV側，接系統(tǒng)的高壓側斷路器、隔離開關的選擇：短路點的選擇：當K3短路時，流經(jīng)斷路器的電流為系統(tǒng)2的短路電流IT2=1.18KA；當K4短路時，流經(jīng)斷路器的電流為電站側的短路電流加上系統(tǒng)3的短路電流IG+IT3=1.39+0.40=1.79KA；由于IT<IG+IT3，所以選擇短路點K4。1、工作條件選擇（1）（2）通過以上數(shù)據(jù)初選斷路器LW-110，隔離開關GW4-110G參數(shù)如下列表：型號額定電壓（KV)最大工作電壓(KV)額定電流(A)額定短路電流(KA)4S熱短路電流

14、(KA)額峰耐電(KA)固有分閘時間（s)合斷時間(s)LW-110110126200040401000.060.15SGW4-110G11011020001002、使用環(huán)境修正（1）海拔高度32m<1000m，所以不用修正。（2）運行最高溫度= =修正設備的工作電流。3、熱穩(wěn)定校驗： 開斷計算時間：查運算曲線得短路電流并換算有名值。因為開斷時間 所以：短路電流計算時間，因為查周期分量發(fā)熱等值時間曲線得：，由于 故周期分量發(fā)熱可忽略不計，周期發(fā)熱：。4、因為電站出線為架空電路，所以不需要進行動穩(wěn)定校驗則系統(tǒng)的110KV出線，斷路器及隔離開關的校驗及選擇結果如下：計算數(shù)據(jù)LW口-110結果

15、GW4-110G結果U110KA110KA110KA527A2000KA2000A1.79KA40KA_4.68KA100KA_4.68KA100KA50KA校驗所以選擇的斷路器，隔離開關符合要求。根據(jù)以上斷路器和隔離開關的選擇、校驗，110KV側接系統(tǒng)、接系統(tǒng)的斷路器和隔離開關選擇都一樣；如下表：型號額定電壓（KV)最大工作電壓(KV)額定電流(A)額定短路電流(KA)4S熱短路電流(KA)額峰耐電(KA)固有分閘時間（s)合斷時間(s)LW-110110126200040401000.060.15SGW4-110G1101102000100接系統(tǒng)的110KV出線的電流互感器和電壓互感器的選

16、擇因為電流互感器裝設在110KV戶外變電站，所以按電流、電壓選擇設備。 1、一次回路電壓：因為Ue=110KV，Ug=110KV，所以Ug=Ue. 2、一次回路電流：Igmax=527A則選型為：型號額定電流比（A）級次組合額定輸出（VA）額定短時熱電流（倍數(shù)）動穩(wěn)定倍數(shù)重量（Kg)LCWD-1100.55075125500 因為Ie=300600A，Igmax=527A(系統(tǒng)） 3、動穩(wěn)定： 因為： 4、熱穩(wěn)定：由斷路器校驗時已算出所以接系統(tǒng)的110KV出線的電壓互感器選擇1、一次電壓U1：Ue1>U1>0.9Ue1，U1=110KV. Ue1=110KV.2、二次電壓Ue：Ue

17、2=3、準確等級：一級。選擇Jcc-110型，如表：型號額定變比準確等級下額定容量（VA） 連接組1級 3級Jcc-110500 1000YY-12-12接系統(tǒng)的110KV出線的電流互感器和電壓互感器的選擇因為電流互感器裝設在110KV戶外變電站，所以按電流、電壓選擇設備。 1、一次回路電壓：因為Ue=110KV，Ug=110KV，所以Ug=Ue. 2、一次回路電流：Igmax=527A則選型為：型號額定電流比（A）級次組合額定輸出（VA）額定短時熱電流（倍數(shù)）動穩(wěn)定倍數(shù)重量（Kg)LCWD-1100.55075125500 因為Ie=300600A，Igmax=527A(系統(tǒng)） 3、動穩(wěn)定：

18、 因為， 4、熱穩(wěn)定：由斷路器校驗時已算出所以接系統(tǒng)的110KV出線的電壓互感器選擇1、一次電壓U1：Ue1>U1>0.9Ue1，U1=110KV. Ue1=110KV.2、二次電壓Ue：Ue2=3、準確等級：一級。選擇Jcc-110型，如表：型號額定變比準確等級下額定容量（VA） 連接組1級 3級Jcc-110500 1000YY-12-12根據(jù)以上電流互感器和電壓互感器選擇、校驗，110KV側接系統(tǒng)、接系統(tǒng)的電流互感器和電壓互感器選擇都一樣；如下表：電流互感器型號額定電流比（A）級次組合額定輸出（VA）額定短時熱電流（倍數(shù)）動穩(wěn)定倍數(shù)重量（Kg)LCWD-1100.550751

19、25500電壓互感器型號額定變比準確等級下額定容量（VA） 連接組1級 3級Jcc-110500 1000YY-12-12接系統(tǒng)、，110KV側避雷器的選擇及校驗由Ue=110KV，查書，選F2-110型避雷器，參數(shù)如下型號結合方式額定電壓(KV)滅弧電壓(KV)工頻放電電壓（KV) 不小于 不大于F2-1104F2-30J110100224 268檢驗:(1)滅弧電壓:因為 所以:(2)電電壓下限:因為 所以 校驗通過,故選避雷器F2-110型符合要求。接系統(tǒng)、接系統(tǒng)110KV側的避雷器選擇都一樣,故選避雷器F2-110型。型號結合方式額定電壓(KV)滅弧電壓(KV)工頻放電電壓（KV) 不

20、小于 不大于F2-1104F2-30J110100224 26810KV側母線的選擇及校驗段母線的母線選擇：平排平放。1、10KV的母線一般采用硬鋁導線。2、按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面由因為Igmax=4875A>4000A，因此選擇槽型母線。根據(jù)材料Tmax=5000h/a,查表得經(jīng)濟電流密度：J=1.15mm2則母線經(jīng)濟截面為： 查書水電站機電設計手冊電氣一次手冊257頁選擇雙槽型鉛導線截面4880mm2, h/b/c/r=175/80/8.0/12, 它在Q0=25時,Iy=6600A,查書259頁，綜合修正系數(shù)K=1.00故kIy=6600A>Igmax=4239.13A.

21、 可滿足長期發(fā)熱條件。3、熱穩(wěn)定效驗: tdz為主保護動作時間加斷路器固有分閘時間 即 tdz=0+0.06=0.06S查書電氣設備163頁-7-7表，得其中熱穩(wěn)定系數(shù)C=87；滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面為：可見，前面所選擇母線截面S=4880mm2 Smim=104.26mm2由此可見能滿足短路熱穩(wěn)定要求。4、動穩(wěn)定效驗： 其中 相間作用應力：雙槽硬母線平放：W=0.333bh2=0.333902002 =0.011988 振動系數(shù)的確定查書水電站機電設計手冊一電氣一次257頁ri=2.75（槽型母線振動頻率公式）所以 而（由于是硬鋁母線）所以，滿足動穩(wěn)定。段母線的母線選擇：平排平放。1、10KV的母線一般采用硬鋁導線。2、按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面由因為Igmax=4875A>4000A，因此選擇槽型母線。根據(jù)材料Tmax=5000h/a,查表得經(jīng)濟電流密度：J=1.15mm2則母線經(jīng)濟截面為： 查書水電站機電設計手冊電氣一次手冊257頁選擇雙槽型鉛導線截面4880mm2, h/b/c/r=175/80/8.0/12, 它在Q0=25時,Iy=6600A,查書259頁，綜合修正系數(shù)K=1.00故kIy=6600A