发电厂电气部分常规设计论文.docx

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发电厂电气部分常规设计论文

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**大学学生毕业论文

论文题目：

发电厂电气部分常规设计

专业：

电气工程及其自动化专业

摘要

本篇毕业设计主要是对某水电站电气部分的设计，包括主接线方案的设计，主要设备选择，短路电流计算，电气一次设备的选择计算。

通过对水电站的主接线设计，主接线方案论证，短路电流计算，电气设备动、热稳定校验，主要电气设备型号及参数的确定，较为细致地完成电力系统中水电站设计。

限于毕业设计的具体要求和设计时间的限制，本毕业设计主要完成了对水电站电气主接线设计及论证，短路电流计算，电气一次设备的选择计算，电气设备动、热稳定校验、电气设备型号及参数的确定做了较为详细的理论设计，而对其他方面分析较少，这有待于在今后的学习和工作中继续进行研究。

关键词

电气主接线；短路电流；电气一次设备

第1章前言

1.1设计题目

1、装机情况：

本水力发电厂装机4台容量2.5Mw水轮发电机组（额定电压6.3KV,功率因数0.8，次暂电抗0.2），有近区负荷4回，距电厂6KM,10KV,每回1MW,功率因数0.80。

2、系统情况

本水力力发电厂通过2回架空线路与距12KM地区中心变电站35KV联络，最大运行方式下的短路容量80MVA。

本水力发电厂处环境条件无严重污染，地质条件良好但场地有限，交通方便，平均雷暴日50天，海拔高度不超过1000m，年平均温度为25°C，最高气温为40°C，最低气温为0°C。

根据以上资料，设计出了一方面能使重要用户的供电可靠性得到保证，另一方面可以把多余的电能输入中心变压站，使其能够得到系统负荷的充分合理利用，从而充分利用水资源的电站。

1.2水电站电气部分研究的背景

地方中小型水电站的电气主接线选择，以及一次设备和二次设备的选择等等，应本着具体问题具体分析的原则，根据变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性质、出线回路数、设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况，在满足供电可靠性、功能性、具有一定灵活性、还拥有一定发展裕度的前提下，尽量选择经济、简便实用的电气主接线以及一次设备和二次设备。

如终端变电站，我们可根据其进线回路数较少的特点，选择线路变压器组接线，或者是桥型接线；中间变电站，我们可根据其交换系统功率和降压分配功率的双重功能的特点，选择单母线接线、单母线分段、单母线带旁路接线等形式。

总之，电力网络的复杂性和多样性决定了我们不能教条地选择电站的电气主接线、一次设备、二次设备等等，要具体问题具体分析，选择具有自己特色的电气主接线和设备。

发电厂电气主接线的论证，电气一次设备及二次设备的选择，厂房、配电装置布置，自动装置选择和控制方式对电厂设计的安全性及经济性起着重要作用。

同时对电力系统运行的可靠性，灵活性和经济性起决定性作用。

1.3本课题的研究意义

1.3.1电站电气主接线的论证意义

1.电气主接线图是电厂设计的重要部分。

同时也是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，了解电路中各种电气设备的用途，性能及维护，检查项目和运行操作的步骤等都离不开对电气主接线的掌握。

2.电气主接线表明了发电机，变压器，断路器和线路等电气设备的数量，规格，连接方式及可能的运行方式。

电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择，配电装置的布置。

继电保护和自动装置的确定。

是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。

3.由于电能生产的特点是：

发电，变电，输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全，稳定，灵活和经济运行，也直接影响到生产和生活。

电气主接线的拟订是一个综合性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力求使其技术先进，经济合理，安全可靠。

1.3.2电气一次设备和二次设备选择及计算的意义

为了满足生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，发电厂和变电站中安装有各种电气一次设备和二次设备，其主要任务是启动机组、调试负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理等。

1.3.3短路电流计算的意义

导体通过短路电流产生的热量，全部用于使温度升高。

导体发热对电气设备的影响很大，会导致绝缘材料的绝缘性能降低，使金属材料的机械强度下降，使导体接触部分的接触电阻增加，因此短路电流计算的意义很大。

1.3.4本课题研究的现实意义

21世纪初20年，是我国电力发展的关键时期，重点是在加强电厂建设，同时继续加强电网建设，加快结构调整。

为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能，是电力工业的基本任务。

厂网分开，竞价上网，实现高度自动化，西电东送，南北互送，走向联合电系统，是电力工业的发展方向。

这是一项全局性的庞大系统工程。

为实现这一目标，还有很多事要做且依赖于以各方面相关技术的全面进步。

1.做好电力规划，加强电厂、电网建设；

2.电力工业的现代化；

3.联合电力系统；

4.洁净煤发电技术；

5.绿色能源的开发和利用。

1.4论文设计的主要内容

这次毕业设计的主要内容是对水电站主接线方案的设计，主要设备的选择，短路电流计算，一次设备的选择计算。

第2章主接线方案确定

2.1电气主接线释名

发电厂的主接线是由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆等电气设备按设计要求连接起来，表示生产汇集和分配电能的电路，电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的电路图称为电气主接线图。

因此电气主接线的设计必须根据电力系统，发电厂及变电站的具体情况，全面分析通过技术，经济的比较，合理地选择主接线。

电气主接线须满足以下要求：

1、根据发电厂、变电站在电力系统中的地位、作用和用户性质，保证必要的供电可靠性和电能质量的要求。

2、应力求接线简单、运行灵活和操作简便。

3、保证运行、维护和检修的安全和方便。

4、应尽量降低投资，节省运行费用。

5、满足扩建的要求，实现分期过渡。

2.2主接线方案的拟定

由原始资料知此水电站属于小型电站，没必要运用复杂且昂贵的接线方案，在满足供电可靠性和电能质量的要求得前提下选择接线简单、运行灵活和操作简便的主接线，同时应尽量降低投资，节省运行费用，满足扩建的要求，实现分期过渡。

于是确立图2-1的主接线方案，该方案1号、2号、3号、4号发电机出口端接成单母线接线方式，1号、2号变压器将电压升至35kV送至12公里外的中心变压站；3号变压器将电压升至10kV向近区负荷供电。

35KV10KV

1T2T3T

6.3KV

G1G2G3G

4×2.5MW

图2-1

OJ

图2-4方案三

第3章主要设备的选择

3.1导线的初步选择

3.1.1与中心变压站相连导线的选择

由公式得：

根据额定载流量选择导线：

由《电力系统分析》P283查得，标准导线截面积LGJ-70的额定载流量Ie=275A>206.2A。

∴选取导线LGJ-50（r=0.45Ωkm，x=0.343Ωkm）。

3.1.2连接近区负荷导线的选择（按电压损耗选择）

因为进去负荷参数相同，所以只需计算其中一回就能得到其他各回路电线参数。

1．Ⅰ区：

，取,

根据《电力系统分析》P283查得，取标准导线LGJ-35（r=0.85Ωkm，x=0.366Ωkm）。

3.2变压器的选择

3.2.11T变压器高压侧为38.5KV,低压侧为6.3KV

根据《发电厂及变电站电气设备》P106，接于发电机汇流主母线上的主变，其输送容量应为该母线上发电机的总容量扣除接在该母线上的近区负荷的最小值，原则选择变压器，由于油浸式变压器有30%的过载能力。

所以有以下计算：

表3-11T变压器主要技术参数

名称

参数

型号

额定容量

高压侧

高压分接范围

低压侧

联接组标号

空载损耗

短路损耗

空载电流（%）

短路电压（%）

-1500038.5

15000KVA

38.5KV

±2×2.5%

6.3KV

Y,d11

16.5KW

93KW

1.0

8.0

上网查得：

上海尼格自动化设备有限公司变压器：

-1500035，其主要技术参数见3-1表。

3.2.22T变压器选择

与1T变压器相同。

3.2.33T变压器的选择

向近区负荷供电，其高压侧为10.5KV，低压侧为6.3KV。

根据《发电厂及变电站电气设备》P106，“主变容量按所送最大的视在功率确定”，原则选定：

表3-23T变压器主要技术参数

名称

参数

型号

高压

高压分接范围

低压

联接组标号

空载损耗

负载损耗

空载电流（%）

短路阻抗（%）

-500010KV

10KV

±3×2.5%

6.3KV

Y，d11

4800W

30700W

0.9

7.0

3.2.6最终选定变压器

见表3-4所示。

表3-3变压器的选择[6]

变压器

型号

短路阻抗（%）

1T、2T

3T

-1500035

-500010KV

8.0

7.0

3.3发电机的选择

根据题目提供的容量为P=2.5MW机组，我们可以查《电力系统分析》P137表6-3得。

根据需求来选择发电机的型号和容量。

表3-4发电机参数表[11]

型式

水轮机型号

适应水头范围

适应流量范围

混流式

HL110-WJ-84

74.2～184

2.17～3.446

功率KW

转速rmin

水轮发电机型号

额定出力2500KW

1250～5000

1500

SFW2500-81730

1338～5274

通过查询书籍以及网上资料来搜集关于发电机的一些相关资料，在满足题目要求的情况下选择发电机。

网上查得四川乐山亚联机械有限公司生产的发电机及其相关数据有附和我们需求的发电机型号其具体情况如表3-4所示。

第4章短路电流计算

4.1短路电流计算目的、规定和步骤

4.1.1短路电流计算的主要目的

1.电气主接线的比较与选择。

2.选择断路器汇流母线等电气设备，并对这些设备提出技术要求。

3.为继电器保护的设计以及调试提供依据。

4.评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。

5.分析计算送电线路对通讯设施的影响。

4.1.2短路电流计算一般规定

1．计算的基本情况

1）系统中所有电源均在额定负荷下运行；

2）所有同步电机都自动调整励磁装置；

3）短路的所有电源电动势相位相同。

2．接线方式

计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线式。

3．短路种类

一般按三相短路计算。

4．短路计算点

选取母线为短路计算点。

4.1.3计算步骤

1.选择短路点；

2.绘出等值网络，并将各元件电抗统一编号；

3.化简等值网络，求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗；

4.计算电抗Xjs；

5.由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值；

6.计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标幺值；

7.计算短路电流周期分量有名值；

8.计算短路电流的周期分量；

9.绘制短路电流计算结果表。

4.2短路电流的计算

4.2.1等值网络的绘制和短路点选择

具体情况见图4-1所示。

10111213

图4-1等值网络的绘制和短路点选择

4.2.2网络参数的计算

短路电流的计算采用标幺值进行近似计算，取统一基准容量SB=100MVA，将各级电压的平均额定电压取为基准电压，即UB=UV。

4.2.3短路电流的计算

图4-2d1点短路等值电路图

1．d1点短路，其等值电路图见图4-2。

系统侧提供短路电流[4][7]：

发电机侧提供