河海大學(xué)電氣工程課程設(shè)計報告.docx

1、電氣工程基礎(chǔ)課程設(shè)計目錄一、設(shè)計容 4二、原始資料 5三、接入系統(tǒng)設(shè)計 63選擇水輪機型號 63.2 線路電壓等級選擇 73.3 導(dǎo)線類型選擇 73.4 按照經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面積73.5 輸電線路選擇及校驗 83.5.1 電暈校驗 8352發(fā)熱校驗 8353電壓損耗校驗 9四、地方用戶供電方案 104.1 回路數(shù)選擇 104.2 線路電壓等級選擇 104.2.1 用戶最大電能 10422考慮5年發(fā)展 114.3 導(dǎo)線類型選擇 114.4 按照經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面積114.5 輸電線路選擇及校驗 114.5.1 電暈校驗 11452發(fā)熱校驗 12453電壓損耗校驗 13五、發(fā)電廠主變壓

2、器選擇 145可行性方案一 145.2 可行性方案二 16六、主變方案的經(jīng)濟比較 176綜合投資計算 185.3 年運行費U的計算 195.3.1 設(shè)備折舊費Ui 195.3.2 維修費 U2 19623年電能損耗費計算205.4 方案的經(jīng)濟比較 23七、短路計算 257計算各設(shè)備參數(shù)，繪制系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)257.2 網(wǎng)絡(luò)化簡 277.3 計算各短路點的電流周期分量 281.1.1 路點 1 (220KV ) 281.1.2 短路點 2 (110KV ) 311.1.3 短路點 3 (13.8KV ) 34八、高壓電氣設(shè)備選擇 408斷路器與隔離開關(guān)的選擇 401.1.1 220KV 高壓側(cè) 4

3、08.1.2110KV 中壓側(cè) 411.1.2 13.8KV發(fā)電機出口處 428.2 電壓互感器的選擇 438.3 電流互感器的選擇 448.3.1 220kV 電流互感器的選擇 448.3.2 110kV 電流互感器的選擇 448.3.3 13.8kV 電流互感器的選擇45一、設(shè)計容1、據(jù)待建水電站在系統(tǒng)中的地位、作用、運行方式和輸送功率、距離，選擇技 術(shù)上滿足要求的水電站與系統(tǒng)連接輸電線路的回路數(shù)、電壓等級、導(dǎo)線規(guī)格。2、確定待建水電站技術(shù)上滿足要求的地方用戶供電方案：供電線路回路數(shù)、電 壓等級、導(dǎo)線規(guī)格。3、根據(jù)待建水電站電壓等級、機組臺數(shù)、功率輸送情況，擬訂滿足供電可靠性 和水電站各種

4、運行方式要求的主變壓器可選用方案（主變類型、臺數(shù)、容量、型 號）。4、根據(jù)所確定的主變方案和進出線回路數(shù)，通過分析、論證，確定待建水電站 各電壓等級的主接線型式。5、設(shè)計待建水電站自用電接線，選用自用電變壓器臺數(shù)、容量、型號。6、通過對選用方案經(jīng)濟比較，選定綜合經(jīng)濟指標最優(yōu)的水電站主變、主接線方案。7、根據(jù)選擇、校驗電氣設(shè)備的需要，計算三相短路電源。8、選擇水電站發(fā)電機電壓和高壓電氣設(shè)備：斷路器、隔離開關(guān)、母線、 TV、TA等。二、原始資料0.4% ,裝機3臺水輪機組3行2.5MW ,機組年利用小時數(shù) Tmax=4400h o廠用電率 地區(qū)最大負荷占電站裝機10% ,其中一二類負荷占總負荷70

5、% ,供電距離15KM ,地區(qū)負荷85中=。.8渡江水電站位于省中部，建成后向市供電。電力系統(tǒng)接線如圖 2-1所示。電 站建成后，接至相距30公里處的貴河變電所。當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁?28 ,年最 高溫度40,其他原始數(shù)據(jù)見接線圖及相關(guān)表格。表2-1變壓器短路電壓百分數(shù)發(fā)電站名稱臺數(shù)單臺容量短路電壓百分數(shù)(M VA )U %I 口U %I mU % n m遵口火電站2601710.56烏江變210.5176貴河變210.5176貴河火電站212012.5220kV15km2 100km2 250km渡江水電站貴河火電站遵口火電站l o 0 M w cos =0.85 X a =0.122 100

6、 M Wcos = 0.85X d = 0.125注：未知型號之輸電線路，按0 .4 /km計算電抗圖2-1渡江水電站接入系統(tǒng)圖入接入系統(tǒng)設(shè)計3.1 選擇水輪機型號根據(jù)水輪機組容量，查相關(guān)技術(shù)手冊選取型號為 TS854/156"。的水輪機。具體參數(shù)如下：型號機組容量M W額定電壓KVCOS（1）TS854/L56-4072.513.80.853.2 線路電壓等級選擇選擇2回線，根據(jù)回路數(shù)、輸送功率、年裝機利用小時數(shù)查表求電壓等級，選擇電壓等級220KV3.3 導(dǎo)線類型選擇選擇LG J導(dǎo)線3.4 按照經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面積，根據(jù)年裝機利用小時數(shù)查表得 j=1.19A/fn m 2根

7、據(jù)計算所得Sj,查表可得，選取導(dǎo)線標準截面 241.27mm 2的導(dǎo)線導(dǎo)線型單根根數(shù)及直徑截面面積外徑最大電rX號（鋁）流（70度）240/55303.20241.2722.406570.1310.432423.00296.8823.0173570/40122.7269.7313.603070.4500.441704063.8068.0511.402890.4500.4413.5輸電線路選擇及校驗3.5.1電暈校驗Ucr = 84mtmMr log3.92 + bS =273 +1Dp。= 1.261 6Oomm 73.5.2發(fā)熱校驗正常運行:kqly = 0.971 657 = 637.29

8、a一回線故障:3.5.3電壓損耗校驗正常運行:一回線故障:4.2.1用戶最大電能iU% =PR + QXU2* 100% I 15%lU% =P R + QrX100%= 4. 22% I 15%四、地方用戶供電方案4.1 回路數(shù)選擇根據(jù)需求選擇兩回線作為地方用戶供電選擇。4.2 線路電壓等級選擇4.2.2考慮5年發(fā)展P = P|&+ 5%= 27. 76MW選擇兩回線，選擇電壓等級為110KV4.3 導(dǎo)線類型選擇選擇LGJ導(dǎo)線4.4 按照經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面積根據(jù)計算所得Si查表可得，選取導(dǎo)線標準截面 68.05mm 2的導(dǎo)線4.5 輸電線路選擇及校驗4.5.1 電暈校驗Uer

9、= 84mlmmr log=1.261 6g4.5.2發(fā)熱校驗正常運行:kqlv = 0.97 I 289 = 280.33a一回線故障:4.5.3電壓損耗校驗正常運行：一回線故障：PR + Q'XlU% =.一 * 100% I 15%1f P'R + Q'X lU% * 100% ; Z. 28% I 15%五、發(fā)電廠主變壓器選擇5.1可行性方案一發(fā)電機輸出線采用雙母線分段接線，保證系統(tǒng)的可靠性。因為接入系統(tǒng)輸電線路，地方供電輸電線路均采用雙回線，所以變壓器聯(lián)結(jié)系統(tǒng)、地方均采用橋接線。發(fā)電機總視在功率：3枚2.5/0.85=255.88M VA由設(shè)計方案已知條件：由

10、于兩臺三相雙繞組變壓器造價、維護費用、占用場地少所以綜合考慮選擇兩臺三相三繞組變壓器，高壓側(cè) 220KV ,中壓側(cè)110KV ,低壓側(cè)13.8KV。為保證一臺變壓器故障時，可以滿足系統(tǒng)供電要求255.885% =191.91MVA ,更具經(jīng)濟性、可靠性綜合考慮變壓器容量選擇為180MVA oPl = P I 6 4%= 217. 51 0.0. 87MW視在功率0.87/0.率=1.02M VA廠用電變壓器直接連接發(fā)電機母線，采用兩臺1MVA的變壓器，出線橋連接的暗備用設(shè)計。根據(jù)以上各參數(shù)要求，查油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)及要求第 23頁, 選擇額定容量180MVA三相三繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器

11、，查油浸式電力變 壓器技術(shù)參數(shù)及要求第2頁，選擇額定容量30KVA三相雙繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器，具體參數(shù)如下表額定容量KVArWj壓 KV中壓 KV低壓KV聯(lián)結(jié)組標號空載 損耗KW負載 損耗KW空載 電流%短路阻抗%升壓降壓高一中高一中180000220 ±2 M5%11513.8YNynOdl11425850.422224 高一低12'14 中一低1214 高一低2224 中一低7、97"9額定容 量KVArWj壓KV低壓KV聯(lián)結(jié)組標 號空我 損耗 KW負載 損耗 KW空載 電流 %短路阻抗180000220 士2 屹.5%13.8YNdll1284590.46

12、121425000110 ±2*2.5%11YNdll26.01100.6210.51000110.4Dynll1.7010.301.04.5接線圖如下:it宙用電一回北方用電二屆)!IX廠用電一回 廠翻電二目G2 G35.2可行性方案二3臺發(fā)電機輸出線，其中一臺采用單元接線，其余兩臺采用擴大單元接線。這 樣接線簡單，造價低。因為接入系統(tǒng)輸電線路，地方供電輸電線路均采用雙回線, 所以變壓器聯(lián)結(jié)系統(tǒng)、地方均采用橋接線。發(fā)電機總視在功率：372.5/0.85=255.88M VA一臺72.5/0.85=85.29M VA ,選擇90MVA 的三相三繞組變壓器。兩臺2斜2.5/0.85=1

13、70.59M VA,選擇180M VA 的三相三繞組變壓器。Pl = P I 0. 4%= 217. 51 ?！?0. 87MW視在功率 0.87/0.85=1.02M VA廠用電變壓器直接連接發(fā)電機母線，采用兩臺1MVA的變壓器，出線橋連接的暗備用設(shè)計。根據(jù)以上各參數(shù)要求，查油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)及要求第 23頁，選擇額定容量180MVA 三相三繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器，查油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)及要求第23頁，選擇額定容量90MVA 三相三繞組無勵磁調(diào)壓電力 變壓器。具體參數(shù)如下表額定容 量KVAiWi壓KV中壓KV低壓KV聯(lián)結(jié)組標 號空載 損耗KW負載 損耗KW空載 電流%短路阻抗升壓

14、降壓180000220 ±2*2.5%11513.8YNynOdl11425850.42高一中 22-24 高一低12'14高一中 1214 高一低22 2490000220 ±11513.8YNvnOdl863510.492*2.5%1 中一氐 中一低7'97、9額定容 量KVArWj壓KV低壓KV聯(lián)結(jié)組標 號空載 損耗 KW負載 損耗 KW空載 電流%短路阻抗180000220 ±2*2.5%13.8YNdll1284590.46121425000110 ±2*2.5%11YNdll26.01100.6210.51000110.4Dy

15、nll1.7010.301.04.5接線圖如下:六、主變方案的經(jīng)濟比較經(jīng)濟比較容：e主意：只計算各方案中不同的部分）綜合投資；計算年運行費用；方案綜合比較6.1綜合投資計算即：主體綜合投資+各項附加費用（運輸、安裝等）附加費用由a系數(shù)描述，與變壓器容量和電壓有關(guān)變壓器綜合投資計算變壓器綜合投資%m 比 $ 屆 100電壓KV110220a值7090方案參與比較部分項總投資:（工十盜”飛方案一：180MVA ， 220KV變壓器綜合投資：方案二：180MVA , 220KV變壓器90M VA220KV變壓器=157.2 5(11)綜合投資：6.2 年運行費U的計算包括年設(shè)備折舊費、維修費和電能損

16、耗費三項。6.2.1 設(shè)備折舊費Ui對于變壓器：U1T = S,89tZT180M VA , 220KV 變壓器90M VA , 220KV 變壓器6.2.2 維修費U2對于變壓器：90M VA ， 220KV 變壓器6.2.3 年電能損耗費計算alAT某臺變壓器年電能損耗費：式中：值為當(dāng)?shù)仉娔軆r格（元/kw.h或度）；iat為該臺變壓器每年電能損耗。一臺三繞組變壓器全年電能損耗為：式中:變壓器年電能總損耗費：方案年運行費用為:方案一：180M VA , 220KV 變壓器：lPkl = 1碰=I B = 585KW查表得=巧=q=3000方案一年運行費用為：方案二：180M VA , 220

17、KV 變壓器:IFkl58 5KIV查表得 rl = t2 = t3 = 300° h90M VA , 220KV 變壓器:iPki = IE = IB = 351KW查表得口 =勺= = 3000 h方案二年運行費用為:6.3 方案的經(jīng)濟比較通常各方案比較時，選擇技術(shù)上滿足要求，投資和年運行費用都低的方案。如不能有這樣的結(jié)果，需對各方案進行綜合比較。比較方法：靜態(tài)比較、動態(tài)比較補償年限的靜態(tài)比較：若甲方案綜合投資多于乙方案，但年運行費少于乙方案，則抵償年限T<5 （ 5年就收回）選甲方案T>8選乙方案對于方案一、方案二進行補償年限的靜態(tài)比較補償年限因為甲方案可靠性更高，

18、且運行費用較低，補償年限在 8年以，所以綜合考慮，選擇甲方案作為水電站的主變方案。七、短路計算7.1計算各設(shè)備參數(shù)，繪制系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)NJ-WvC.01：1076>4 n D7tj乩5 3 L39Wv-S13 024G.C24KJXT" fi C50J 0 /31073：<T53n irwXG1(I?刊1 W6一 XT4J U C50K3 (136mL1OKV)XT320 28310,106G1G2|n33G4ionG5G6o in?G3Xlu15i0. 4i80i0. 4i0. 0607.2 網(wǎng)絡(luò)化簡求出各電源對短路點的轉(zhuǎn)移阻抗。短路點1 ：S1-0.272.：0,13

19、6 ,： 0.69S .； 0.117G1G2 G3 G4G5G6短路點2 ：S1L180,;0 504，: 2.576 . ; 0.19401 (12 G3 G4G5G6短路點3 ：SI1 0 475，:0.203 :; L037 ,； 0 078G1G2 G3 G4G5G67.3 計算各短路點的電流周期分量7.3.1 短路點 1 (220KV )等效轉(zhuǎn)移阻抗：X(i.2)f = 0.136Xf = 0. 698Xslf =0.2 72計算電抗:查水輪機、汽輪機運算曲線，可以得到 1f0s,0.1s,2s,4s時的短路電流周期分量標幺值對于無窮大系統(tǒng)短路電流周期分量不隨時間變化電流周期分量標

20、幺值tI”次暫態(tài)OSr暫態(tài)0.1SI穩(wěn)態(tài)2sI穩(wěn)態(tài)4sG 1、G 23.353.002.312.31G 31.271.191.371.40G 4、G 5 G 63.713.042.962.96Si （恒定）3.683.683.683.68電流周期分量有名值tr次暫態(tài)osr暫態(tài)o.isI穩(wěn)態(tài)2SI穩(wěn)態(tài)4SG i、G 21.981.771.371.37G 30.370.350.400.41G 4、G 5> G 62.381.951.901.90Si （恒定）0.920.920.920.92Tp- X5.665.004.594.60沖擊電流:IM = K I iK = 1. 51最大有效值電流

21、:tI”次暫態(tài)0Sr暫態(tài)o.isI穩(wěn)態(tài)2sI穩(wěn)態(tài)4S卜二E5.665.004.594.60沖擊電流立14.8113.0812.0212.04最大有效值電流R8.557.556.946.957.3.2 短路點 2 (110KV )等效轉(zhuǎn)移阻抗：X(12)f =。404Xf 31f = 2.576slf = 1.180計算電抗:查水輪機、汽輪機運算曲線，可以得到 1f0s,0.1s,2s,4s時的短路電流周期分量標幺值3" .對于無窮大系統(tǒng)短路電流周期分量不隨時間變化電流周期分量標幺值tI”次暫態(tài)OSr暫態(tài)0.1SI穩(wěn)態(tài)2SI穩(wěn)態(tài)4sG 1 > G 20.880.830.940.9

22、4G 30.340.330.330.33G 4、 G 5、 G 62.202.012.292.49Si （恒定）0.8470.8470.8470.847電流周期分量有名值tr次暫態(tài)osr暫態(tài)o.isI穩(wěn)態(tài)2SI穩(wěn)態(tài)4SG i、G 21.040.981.111.11G 30.200.200.200.20G 4、G 5> G 62.832.582.943.20Si （恒定）0.430.430.430.43Tp- X4.494.184.674.93沖擊電流:IM = K I iK = 1. 51最大有效值電流:tI”次暫態(tài)0Sr暫態(tài)0.1SI穩(wěn)態(tài)2sI穩(wěn)態(tài)4S卜二E4.494.184.674.

23、93沖擊電流立11.4410.6511.9012.55最大有效值電流R6.786.327.067.447.3.3 短路點 3 (13.8KV )等效轉(zhuǎn)移阻抗：= 0.203X(3)f = 1.037X$f = 0.475計算電抗：查水輪機、汽輪機運算曲線，可以得到 1f0s,0.1s,2s,4s時的短路電流周期分量標幺值對于無窮大系統(tǒng)短路電流周期分量不隨時間變化電流周期分量標幺值tI”次暫態(tài)0Sr暫態(tài)0.1SI穩(wěn)態(tài)2sI穩(wěn)態(tài)4sG 1、G 22.222.101.932.07G 30.850.800.890.89G 4> G 5、G 65.504.053.373.22S1 （恒定）2.10

24、52.1052.1052.105電流周期分量有名值tI”次暫態(tài)OSr暫態(tài)0.1SI穩(wěn)態(tài)2SI穩(wěn)態(tài)4SG 1、G 228.7227.1724.9726.78G 35.505.185.765.76G 4、G 5、G 677.3956.9847.4245.31Si （恒定）11.5811.5811.5811.58F 二 L123.18100.9089.7289.42沖擊電流:最大有效值電流:tI”次暫態(tài)0Sr暫態(tài)o.isI穩(wěn)態(tài)2sI穩(wěn)態(tài)4S123.18100.9089.7289.42沖擊電流立330.99271.13241.08240.27最大有效值電流卜199.55163.46145.34144.

25、86U&vf =工:電流太大，取電流周期分量有名值tr次暫態(tài)osr暫態(tài)o.isI穩(wěn)態(tài)2SI穩(wěn)態(tài)4SG 1、G 221.8520.6719.0020.38G 34.183.944.384.38G 4、G 5> G 658.8843.3636.0834.47Si （恒定）8.818.818.818.81Tp- X93.7376.7868.2768.04沖擊電流:最大有效值電流:tI”次暫態(tài)0Sr暫態(tài)0SI穩(wěn)態(tài)2SI穩(wěn)態(tài)4S93.7376.7868.2768.04沖擊電流立251.85206.31183.44182.83最大有效值電流卜151.84124.38110.60110.23八

26、、高壓電氣設(shè)備選擇8.1 斷路器與隔離開關(guān)的選擇8.1.1 220KV 高壓側(cè)線路為變壓器回路，因此所選斷路器應(yīng)滿足:據(jù)此，試選擇斷路器型號為 LW 220型，選擇隔離開關(guān)型號為GW 7220D型。校驗結(jié)果如下:項目計算數(shù)據(jù)斷路器LW 220隔離開關(guān)GW 7220D結(jié)論額定電壓UN = 22OKVUN = 22OKVUn = 22OKV合格額定電流Imax=O,326kA加=3.15 Ok A1kA合格開斷能力Ibr = 40kA合格動穩(wěn)定IM = 14.8IkAish = 10 O k AIbr = 83 KV合格熱穩(wěn)定40kA33kA合格熱穩(wěn)定校驗：Qk = 8% 64kA斷路器LW 220 ：隔離開關(guān)GW 7 220D ：符合要求。8.1.2 110KV 中壓側(cè)線路為變壓器回路，因此所選斷路器應(yīng)滿足:據(jù)此，試選擇斷路器型號為SW 4 110型，選擇隔離開關(guān)型號為GW 7110D型。校驗結(jié)果如下:項目計算數(shù)據(jù)斷路器SW 4110隔離開關(guān)GW 7110D結(jié)論額定電壓UN = 11OKV5=11OKVUN = 11OKV合格額定電流= O.O71kAIjj = IkA= O.6k A合格開斷能力Ibr = 18.4kA合格動穩(wěn)定IM = 11.44kALh = 55 k