发电厂电气部分课程设计.docx

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发电厂电气部分课程设计

银川能源学院

课程设计

课程名称：

发电厂电气部分

设计题目：

35/6.3kV变电所电气部分设计

学院：

电力学院

专业：

电气工程及其自动化

班级：

1203班

姓名：

邢志强

学号：

1210240078

成绩：

______________________________

指导教师：

李静李莉

日期：

2015年6月22日—2015年7月3日

1.前言

“发电厂电气部分”课程的目的和任务是：

通过课堂讲授、多媒体教学、课外作业、课外自学、课程设计及认识实习等教学环节，掌握发电厂和变电所一次设备的原理、电气主系统的设计方法及二次回路的构成和动作原理，树立工程观点。

变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。

出于这几方面的考虑，本设计了一个35kV降压变电站,此变电站有两个电压等级，一个是35kV，一个是6.3kV。

同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。

本设计选择选择两台主变压器，其他设备如断路器，按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。

使其更加贴合实际，更具现实意义。

1.1变电站设计原则

35kV变电所设计原则如下:

变电所全部按无人值班变电所设计，设备选型原则是高可靠性、高技术含量、少维护或免维护、无油化、小型化。

根据电网现状及规划，变电所主接线求简单、可靠。

1.主接线及设备选型应满足遥控实现运行方式改变和电能质量调整的需要，减少运行人员的现场操作。

2.在主接线、设备选型及平面布置上，应考虑电网现状及规划，城市中心区、城区及城郊等不同地域的负荷密度和性质，变电所在电网中的重要性及投资效益等因素，通过经济技术分析，选取优化方案。

3.变电所主变压器一般为2或3台，在负荷密度较大且重要的地区，宜采用3台，并应满足一台停运（故障）时，其余主变容量应不小于60%的全部负荷。

4.短路电流的确定，按可能发生最大短路电流的正常接线方式确定，不考虑切换过程中并列运行方式。

5.变电所宜采用电气闭锁或机械闭锁，时限完善的五防闭锁功能。

条件允许时也可采用微机五防闭锁。

6.变电所应设置防火、防盗设施。

7.变电所应合理控制工程造价，尽量减少占地面积，弱化室内装饰，外装饰应与当地环境相协调。

1.2对电气主接线的基本要求

变电站的电气主接线应满足供电可靠、调度灵活、运行，检修方便且具有经济性和扩建的可能性等基本要求。

（1）供电可靠性：

如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。

防止系统因为某设备出现故障而导致系统解裂，这是第一个基本要求。

（2）灵活性：

其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。

（3）操作方便、安全：

主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。

（4）经济性：

即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。

根据以上的基本要求对主接线进行选择。

1.3主接线的设计依据

电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。

它与电力系统，电厂动能参数、本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。

因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。

电气主接线设计的基本原则是以设计书为依据，以国家经济建设的方针，政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

1）考虑变电站所在电力系统中的地位和作用

变电所所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。

变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

2）考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据5至10年电力系统的发展规划进行。

应根据负荷的大小和分布、负荷的增长速度、以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。

3）考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响

对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电；对三级负荷，一般只需一个电源供电。

4）考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。

通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性要求也高。

二容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运等情况下的应急要求。

电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

1.4设计题目：

35/6.3kV变电所电气初设计

1.5设计内容

1.建设规模

小型终端变电所

容量35/6.3kV变压器2台，年利用小时数

6000小时

2.系统连接情况

变电所联入系统的电压等级35kV，电源进线为双回路，距离地区变电所8km，阻抗值0.4Ω/km

电力系统在地区变电所35kV母线上的短路容量

1000kVA

3.负荷情况

变压器低压侧负荷：

最大5.8MW

，

5000小时，一、二级负荷占70%，6kV馈电线路8回，要求6KV母线上功率因数补偿到0.9,所用电负荷50KW

4.环境条件

1）.当地年最高温度38℃，最热月平均温度28℃

2）.海拔不超过1000m

2.原始资料分析

设计此课程，由于主变为35/6.3kV，且为小型终端变电所，其主要起到变换和分配电能的作用，且Ⅰ、Ⅱ类负荷占70%，年利用小时数达到6000小时，因此必须采用供电较为可靠的接线形式，且保证有两路电源供电。

以避免万一其中一组电源故障而引起负荷停电。

由于只有35kV、6.3kV两个电压等级，35kV接电源双回路，6.3kV有8回馈线同时接所用电变压器，为保证检修出线断路器时不致该回路停电，为使其具有较高的可靠性，出线端应采取双母分段接线；35kv端得进线为保证可靠，同时降低资金投入，应采取单母分段。

当地年最高温度38℃，最热月平均温度28℃，海拔不超过1000m。

环境条件正常，因此可采用屋外配电装置。

由于本期建设的变电所为小型终端变电所，因此不具有前景规划价值。

3.主接线方案的拟定

变换和分配电能的可靠性是本变电所的首要问题，主接线的设计，应考虑以下几方面问题：

1、断路器检修时，是否影响连续供电；

2、线路、断路器或母线故障，以及在母线检修的时候，造成馈线停电的回路多少和停电时间长短，能否满足重要的Ⅰ、Ⅱ类负荷对供电的要求；

主接线应具有灵活性，能适用多种运行方式的变化，且在检修、故障等特殊状态下操作方便，调度灵活。

35kV通过变压器向6.3kV母线供电，为保证其供电可靠性，采用单母分段带旁路、双目带旁路等方式，而6.3kV由于提供地方供电，且一、二级负荷占70%，因此必须采用双母分段接线。

根据以上分析，筛选，组合，可保留两种可能的接线方案。

方案一：

35kV侧采用单母接线，6.3kV侧采用双母分段接线。

方案二：

35kV侧采用单母接线，6.3kV侧采用单母分段接线。

3.1单母接线

优点：

接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备。

缺点：

不够灵活可靠、任一单元（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需要使整个配电装置停电。

单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障母线分开后才能恢复非故障段的供电。

3.2方案一双母分段接线

优点：

1）供电可靠。

①检修任一母线时，可以利用母联把运行于该母线上的全部回路倒换到另一组母线上，不会中断供电，俗称“热倒”②检修任一回路的母线侧隔离开关时，仅造成该回路停电。

③任一组母线故障失电时（这时运行于该母线的各回路的断路器均自动断开），可将所有接于该母线上的进出回路倒换到另一组正常母线上，使各完好回路迅速恢复运行，俗称“冷倒”。

2）扩建方便，可向母线的任一端扩建。

3）可以完成一些特殊功能。

缺点：

1）在母线检修或故障时，隔离开关作为倒换操作电器，操作复杂，容易发生误操作。

2）当一组母线故障时仍短时停电，影响范围较大。

3）检修任一回路的断路器，该回路仍停电。

4）双母线存在全停的可能，如母联断路器故障（短路）或一组母线检修而另一组母线故障（或出线故障而其断路器拒动）。

5）所用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂。

图1方案一：

双母分段接线

3.3方案二单母分段接线

优点：

1）用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。

2）当一段母线故障时，分段断路器自动将故障隔离，保证了正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：

1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段的回路都要在检修期间内停电。

2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

3）扩建时，需要向两个方向均衡扩建。

图2方案二单母分段接线

方案比较

本变电所35kV侧2回路进线，1回路接上级电源，另一回路转供给另外一个35kV变电所，即35kV有穿越功率。

该变电所属于区域变电所，由于进出线少不考虑双母，所以35kV侧采用可靠性较高的单母线接线。

6.3kV侧双母分段母线比单分段母线，具有更高可靠性和灵活性，可以防止母线故障扩大化，分段可以使两台变压器分列运行，降低短路电流。

故6.3kV主接线采用双母分段接线。

4.变压器的选择

主变压器是发电厂和变电所中最重要的设备之一，它在电气设备的投资中所占比例较大，同时与之相配的电气装置的投资也与之密切相关。

因此，对变压器的台数，容量和型式的选择是至关重要的，它对发电厂变电所的技术经济影响很大，它也是主接线方案确定的基础。

1、主变台数的确定

本期工程总容量较大，为提高供电可靠性，设主变两台，互为备用。

2、主变压器容量的选择

1）主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。

2）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。

原始资料中已知：

变压器低压侧最大的负荷为5.8MW，功率因素为

。

由已知条件可求得每台主变压器容量

，即：

考虑到两台变压器容量都必须大于

、再分析经济问题，查表得所选择变压器容量

=4000kVA。

4.1主变压器接线形式的选择

1、变压器绕组的连接方式

变压器采用绕组连接方式有D和Y，我国35kV采用Y连接，35kV以下电压的变压器有国标Y/d11、Y/Y0等变电所选用主变的连接组别为Y/d11连接方式。

故本次设计的变电所选用主变的连接组别为YN/d11型。

2、冷却方式的选择

主变压器一般采用的冷却方式有自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。

本次设计选择的是小容量变压器，故采用自然风冷却。

3、结论

综合以上分析，结合技术分析对比及经济可靠性分析对比，本所宜采用SLJ—4000/35型三相双绕组有载调压变压器，其容量以及技术参数如下：

主变容量

NS=4000kVA

型号

三相双绕组有载调压降压变压器

阻抗电压

7.0%

联接组别

Y/△-11

空载电流

0.9%

台数

两台

5.短路电流的计算

5.1短路计算的基本知识

所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。

供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。

电力系统正常运行方式的破坏，多数是由短路故障引起的，系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安培。

变电所设计中不能不全面地考虑短路故障的各种影响。

短路电流的大小也是比较主接线方案，分析运行方式时必须考虑的因素。

系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。

为限制故障范围，保护设备安全，继电保护装置整定必须在主回路通过短路电流时准确动作。

由于上述原因，短路电流计算成为变电所电气部分设计的基础。

选择电气设备时，通常用三相短路电流；校验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或单相接地电流。

本设计主要计算三相短路电流。

计算短路电流的目的

短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分严重，因此在系统的设计，设备的选择以及系统运行中，都应该防止短路故障的发生，以及在短路故障发生后要尽量限制所影响的范围。

短路的问题一直是电力技术的基本问题之一，无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说，都必须了解短路电流的产生和变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。

短路电流计算具体目的是：

选择电气设备。

电气设备，如开关电气、母线、绝缘子、电缆等，必须具有充分的电动力稳定性和热稳定性，而电气设备的电动力稳定性和热稳定性的校验是以短路电流计算结果为依据的。

5.2计算过程

等值电抗计算

在已知35kV母线上的短路容量时：

选基准容量

等值电路图如下图所示：

系统电抗标幺值：

进线电抗标幺值：

变压器电抗标幺值：

对于35kV系统电源（无穷大容量）

总结

通过这次设计我巩固和加深了对本专业各门课程理论知识的理解并学到了供配电设计的一些方法，也锻炼了我分析和解决实际问题的能力，提高了实用技术资料，进行计算和绘图以及编写技术文件的技能

本次设计基本是按照变电所设计基本步骤做下来的，因此也能达到一般变电所的性能要求。

其中还对新设备进行了选择，适应于目前的趋势。

但是随着电力系统的不断发展，越来越多的电力产品进入电力市场，因此只有掌握更深、更全面的知识，才能更好的应用于工作与实践当中，才能更好的发挥自己所能，不断的对设备进行改进与更新。

由于本人水平有限，本设计只是理论上的设计，与实际工程的设计还相差甚远，且本设计只是变电站的一次部分设计，没有涉及二次部分，因此本设计仍存在不足和疏漏，我将在以后的工作与学习中扬长避短，多参与实践，以补充学习上的不足

附录35/6.3变电所电气部分设计主接线图

参考文献

[1]姚春球.发电厂电气部分.中国电力出版社，2015.1

[2]范锡普.发电厂电气部分.中国电力出版社，1995

[3]黄纯发.发电厂电气部分课程设计参考资料.中国电力出版社

[4]熊信银.发电厂电气部分.中国电力出版社

[5]周问俊.电气设备使用手册[M].中国水利水电出版社，1999

[6]何仰赞.电力系统分析[M].华中科技大学出版社，2002