电气部分课程设计鞠俊斐doc.docx
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电气部分课程设计鞠俊斐doc
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《电气部分》课程设计
某水电厂电气主接线设计
班级：
09年春电气工程及其自动化姓名：
鞠俊斐学校：
川大渝中奥鹏学习中心
课
学院：
科技学院课程名称系别学生姓名课题概述：
程
设
2009
计
年
任
春季
务
学期
书
某水电厂电气主接线设计专升本
鞠俊斐班级专业
电气及其自动化
川大09年春
设计一座小型水电厂的电气主接线。
主要完成电气主接线方案的确定，短路电流计算和主要电器设备选择与校验。
原始资料及主要参数：
1发电厂规模1.1安装立式水轮发电机2台，单机容量5MV.A。
年利用小时数3500小时。
1.2水轮发电机型号参数型号：
TS260/52-10，SN=5MV.A，UN=6.3kV，COSφN=0.8。
三相；50Hz；xd"%=19.65；x2%=12.49；x0%=7.72；励磁方式为可控硅自并励；2电力系统与本厂连接情况该水电厂以35kV输电线路一回输送至17km处的城关变电站。
城关变电站主变一台，型号：
SFS7-20000/110；容量：
20000kV.A；额定电压（kV）：
110±2×2.5%/35/11；短路电压：
U高-中%=17.5；U高-低%=10.5；U中-低%=6.5。
城关变电站110kV侧短路阻抗为0.05，11kV侧无电源。
3电力负荷水平3.1发电机电压负荷坝区最大为350kW，COSφ=0.86，Tmax=2300h，二级负荷，馈电回路数为2回。
生活区最大负荷为250kW，COSφ=0.85，Tmax=2500h，三级负荷。
3.2厂用电率按装机容量的4%计算。
3.3高压负荷35kV电压级1回，为二级负荷。
最大输送容量为3.2MV.A，COSφ=0.9，Tmax=3500h。
4环境条件（略，可按昆明市的环境条件考虑）。
某水电厂电气主接线设计
关键词：
水电厂；电气主接线；短路计算；设备选择关键词
前言1主接线方案的设计
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
（一）可靠性供电可靠性是电能生产和分配的首要要求，主接线首先应该满足这个要求，其具体要求如下：
（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并么保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。
（3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。
（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
（二）灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建的灵活性。
（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
（3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
（三）经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
1.投资省
（1）主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
（2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
（3）要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
（4）如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电站可采用简易电器。
2.占地面积小主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。
3.电能损失少经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）容量、、数量，要避免因两次变压而增大电能损失。
此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。
1.1
方案比较可靠性方案Ⅰ：
方案Ⅱ：
1.2
方案比较
1.3厂用电，1.4厂用电，生活区用电接线方案
厂用电接线的一般要求：
1）厂用电接线应尽量简单、清晰。
2）保证重要负荷供电可靠，供电的间断时间不超过允许值。
3）保证厂用电设备各级保护动作的选择性。
4）在厂用分段母线上，一般应使负荷均匀分布在两段母线上。
5）应尽量使得对负荷的供电线路最短，以节省电缆，减少损耗，便于运行管理。
6）操作维护方便，经济上合理。
考虑以上几点，选择厂用电接线为单母分段接线，每段分别使用一台厂用变压器，并且将厂用电母线与生活区用电母线相连，作为生活区用电的备用电源，以减
少投资。
最终确定的主接线方案如图所示。
2变压器的选择
2.1主变压器的选择
2.1.1主变压器台数的选择
考虑到，1台主变压器可靠性较低，一旦发生故障或检修退出运行，则整个电厂将不能向外送电；选择3台主变，接线复杂，投资较大；故选择2台主变压器，互为暗备用可靠性高，接线较简明，投资较为经济。
2.1.2主变压器容量的选择
考虑原则：
1）当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。
2）当发电机电压母线上最大一台发电机组停运时，能由系统供给给发电机电压的最大负荷。
在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变压器向系统取得电能时，可考虑变压器的允许过负荷和限制非重要负荷。
3）根据系统经济运行的要求（如充分利用丰水季节的水能），而限制本厂输出功率时，能供给给发电机电压的最大负荷。
4）按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。
特别应注意发电厂初期运行，当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统。
5）发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。
对主要向发电机电压供电的地方电厂，而系统电源仅作为备用，则允许只装设一台主变压器作为发电厂与系统的联络。
若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故推出运行时，其他主变压器在允许过负荷10％范围内，应能输送母线剩余功率的70％以上。
坝区由任务书的原始资料及主要参数知：
由原始资料及计算公式得：
生活区由任务书的原始资料及主要参数知：
由原始资料及计算公式得：
厂用电由任务书的原始资料及主要参数知：
厂用电率按装机容量的2％计算，则按上述之考虑原则有：
考虑到主变压器在能允许过负荷10％,且故障并不是经常发生，故选择主变额定容量为。
2.1.3主变压器相数的选择2.1.4主变压器绕组数量和连接方式的选择
表1变压器参数表
额定容型号量（kVA）BYQII-35KVA额定电压（kV）高压35中压21低压10空载电流（％）42空载损耗（kW）0.5阻抗电压（％）高-中100高-低100中-低20
注：
数据来源《电力工程电气设计手册电气一次部分》
2.2坝区用变压器的选择
2.2.1坝区用变压器台数的选择2.2.2坝区用变压器容量的选择2.2.3坝区用变压器绕组数量的选择
坝区用变压器采用双绕组变压器。
综合以上3点，查《电力工程电气设计手册为本水电厂的坝区用变压器。
具体参数见下表。
表
型号DFDFE=545额定容量（kVA）35KVA额定电压（kV）高35低10
电气一次部分》，选择型变压器作
型变压器参数表
阻抗电压（％）10连接组标号GR-HGJ损耗（W）空载10短路10空载电流（％）4
注：
数据来源《电力工程电气设计手册电气一次部分》
2.3生活区用变压器的选择
2.3.1生活区用变压器台数的选择
选择1台生活区用变压器。
2.3.2生活区用变压器容量的选择2.3.3生活区用变压器绕组数量的选择
综合以上3点，查《电力工程电气设计手册表
型号FSDF额定容量（kVA）10
电气一次部分》，选择
型变压
器作为本水电厂生活区用变压器。
具体参数见表。
型变压器参数表
额定电压（kV）高35低10阻抗电压（％）10连接组标号10损耗（W）空载01短路500空载电流（％）0.5
注：
数据来源《电力工程电气设计手册电气一次部分》
2.4厂用变压的选择
2.4.1厂用变压器台数的选择
选择2台厂用变压器，二者互为备用。
2.4.2厂用变压器容量的选择2.4.3厂用变压器绕组数量的选择
综合以上3点，查《电力工程电气设计手册器作为本水电厂厂用变压器。
具体参数见表。
电气一次部分》，选择型变压
表
型号TRT101额定容量（kVA）10
型变压器参数表
额定电压（kV）高35低10阻抗电压（％）232连接组标号44损耗（W）空载4短路200空载电流（％）2
注：
数据来源《电力工程电气设计手册电气一次部分》
3短路电流计算
3.1基本假定
在本设计短路电流计算中，采用以下假设条件和原则：
1）正常工作时，三相系统对称运行。
2）所有电源的电动势相位角相同。
3）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差120°电气角度。
4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。
5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50％负荷接在高压母线上，50％负荷接在系统侧。
6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。
7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。
9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。
10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。
11）输电线路的电容略去不计。
12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。
3.2原始数据的确定
该水电厂其它原始数据参考任务书。
电气一次回路部分》下册和《电力工程电气设计手册》主要参照《小型水电站
上的方法和公式进行计算。
采用标么制进行计算，基准容量取Sj=100MV?
A，基准电压Uj取用各级的平均电压，即表
额定电压
短路计算基准值
基准电压基准电流基准电抗
UN（kV）
6.335110
Uj（kV）
6.637115
Ij（kA）
8.751.560.502
Xj（?
）
0.43513.7132
注：
数据来源《电力工程电气设计手册电气一次部分》
3.3计算各元件的电抗标么值并绘制等值电抗图
3.3.1水轮发电机F1、F2的电抗标么值
由《小型水电站
''Xd'*=Xd'
电气一次回路部分》下册
SjSNf
P52查得公式（3-1）
（3-1）
式中
SNf——发电机得额定容量（MV?
A）
'Xd'——发电机纵轴次暂态电抗'Xd'*——发电机纵轴次暂态电抗标么值
由公式（3-1）及任务书所给的原始参数可计算出2台发电机得电抗标么值：
//X1=X2=Xd*=Xd//
SjSNf
=?
3.3.2主变压器的电抗标么值
由2.1和表1可知，型号型变压器的阻抗电压分为：
U1?
3%=10.5U2?
3%=6.5
U1?
2%=17.5
则
1XⅠ=（U1?
2%+U1?
3%?
U2?
3%）=2
1XⅡ=（U1?
2%+U2?
3%?
U1?
3%）=21XⅢ=（U1?
3%+U2?
3%?
U1?
2%）=2
由《小型水电站Xb*=式中
电气一次回路部分》下册查得公式（3-2）（3-2）
Ud%Sj×100SNb
Xb*——变压器电抗标么值SNb——变压器额定容量（MV?
A）
XⅠSj×=100SNbXⅡSj×=100SNb
由公式（3-2）得
X5=X7=
X6=X8=
3.3.33.3.3架空线路的电抗标么值
查《水电站机电设计手册电气二次》P518表7-17所列平均值选取，然后用所示。
电抗编号电抗值
每条线路的长度诚意每公里的标么值即得该线路得电抗标么值。
计算得架空线路得正序电抗标么值如表表电压等级（kV）线路长度（km）每公里电抗
线路电抗标么值
注：
数据来源《水电站机电设计手册电气一次》
3.3.4变电站主变的电抗标么值
3.4按短路点进行网络变换
点短路化简计算3.4.1按d1点短路化简计算
由《小型水电站由《小型水电站
电气一次回路部分》P70查得公式（3-5）（3-6）、电气一次回路部分》P65查得公式（3-7）（3-8）、
Xjs=X*Σ×
I''=I*''×IN
SNSj
（3-5）（3-6）（3-7）（3-8）
ich=2×Kch×I''
Ich=I''×1+2（Kch?
1）2
式中
Xjs——发电机的计算电抗I''——次暂态短路电流ich——短路冲击电流值Ich——最大短路全电流最大有效值Kch——冲击系数,取1.8
由公式（3-5）（3-6）（3-7）（3-8）得、、、t=0s时t=0.2s时t=1s时额定电流短路电流
冲击电流最大短路全电流最大有效值短路容量
3.4.2按d2点短路化简计算
发电机侧计算电抗查《电力工程电气设计手册表得电气一次部分》P137水轮发电机运算曲线数字
t=0s时t=0.2s时t=1s时额定电流短路电流冲击电流短路容量
3.4.3按d3点短路化简
4电气设备的选择和校验
高压电气设备选择的一般原则：
1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。
2）应按当地环境条件校核。
3）应力求技术先进和经济合理。
4）与整个工程的建设标准应协调一致。
5）同类设备应尽量减少品种。
6）选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正是鉴定合格。
在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。
高压断路器、4.1高压断路器、隔离开关的选择和校验
4.1.1发电机出口处
发电机出口处断路器、表8发电机出口处断路器、隔离开关选择结果表
计算数据?
型断路器?
型隔离开关
UN?
kVImax?
AI
''
UNININbr
It2ties
？
kV？
A？
kA
UNIN
kV?
A
?
kAkA
2
————
ichQk
ich?
INcl？
kA
？
16kA
kA?
skA
It2t?
ies
80kA
注：
数据来源《电力工程电气设计手册电气一次部分》和4.1.1中计算结果
4.1.2主变压器
低压侧
主变压器低压侧断路器、表9主变压器低压侧断路器、隔离开关选择结果表
计算数据SN5-20G/5000型断路器GN10-10T/5000型隔离开关
UN?
kVImaxI
''
UN
kV
UNIN
？
kV？
kA————
kA?
kA
IN?
kAINbr?
kAINcl
It2ties
kA?
？
kA
ich?
kAQk
ich
kA?
s
2
It2t
？
？
kA
ies？
kA
注：
数据来源《电力工程电气设计手册电气一次部分》和4.1.1中计算结果
4.1.3主变压器
高压侧
主变压器高压侧断路器、表10主变压器高压侧断路器、隔离开关选择结果表
计算数据？
型断路器？
型隔离开关
UNImaxI
''
？
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A？
kA？
kA？
kA?
s
2
UN？
kVIN？
AINbr？
kAINclIt2ties
？
kA？
？
kA
UN？
kVIN？
A
————
ichQkich
It2t
？
？
kA
ies？
kA
注：
数据来源《电力工程电气设计手册电气一次部分》和4.1.1中计算结果
4.2电流互感器的选择和校验
4.2.14.2.2变压器低压侧电流互感器的选择4.2.2变压器高压侧电流互感器的选择
。
4.2.3变压器中压侧电流互感器的选择
4.3电压互感器的选择和校验
4.3.1发电机出口处及母线上电压互感器的选择和校验4.3.235kV出线上电压互感器的选择和校验
4.4母线的选择和校验4.5导线的选择和校验
4.5.1主变压器低压侧导线的选择与校验4.5.2主变压器高压侧导线的选择与校验
4.64.6避雷器的选择和校验4.74.7绝缘子的选择和校验
1
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《电气部分》课程设计
某水电厂电气主接线设计
班级：
09年春电气工程及其自动化姓名：
鞠俊斐学校：
川大渝中奥鹏学习中心
课
学院：
科技学院课程名称系别学生姓名课题概述：
程
设
2009
计
年
任
春季
务
学期
书
某水电厂电气主接线设计专升本
鞠俊斐班级专业
电气及其自动化
川大09年春
设计一座小型水电厂的电气主接线。
主要完成电气主接线方案的确定，短路电流计算和主要电器设备选择与校验。
原始资料及主要参数：
1发电厂规模1.1安装立式水轮发电机2台，单机容量5MV.A。
年利用小时数3500小时。
1.2水轮发电机型号参数型号：
TS260/52-10，SN=5MV.A，UN=6.3kV，COSφN=0.8。
三相；50Hz；xd"%=19.65；x2%=12.49；x0%=7.72；励磁方式为可控硅自并励；2电力系统与本厂连接情况该水电厂以35kV输电线路一回输送至17km处的城关变电站。
城关变电站主变一台，型号：
SFS7-20000/110；容量：
20000kV.A；额定电压（kV）：
110±2×2.5%/35/11；短路电压：
U高-中%=17.5；U高-低%=10.5；U中-低%=6.5。
城关变电站110kV侧短路阻抗为0.05，11kV侧无电源。
3电力负荷水平3.1发电机电压负荷坝区最大为350kW，COSφ=0.86，Tmax=2300h，二级负荷，馈电回路数为2回。
生活区最大负荷为250kW，COSφ=0.85，Tmax=2500h，三级负荷。
3.2厂用电率按装机容量的4%计算。
3.3高压负荷35kV电压级1回，为二级负荷。
最大输送容量为3.2MV.A，COSφ=0.9，Tmax=3500h。
4环境条件（略，可按昆明市的环境条件考虑）。
某水电厂电气主接线设计
关键词：
水电厂；电气主接线；短路计算；设备选择关键词
前言1主接线方案的设计
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
（一）可靠性供电可靠性是电能生产和分配的首要要求，主接线首先应该满足这个要求，其具体要求如下：
（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并么保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。
（3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。
（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
（二）灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建的灵活性。
（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
（3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
（三）经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
1.投资省
（1）主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
（2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
（3）要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
（4）如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电站可采用简易电器。
2.占地面积小主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。
3.电能损失少经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）容量、、数量，要避免因两次变压而增大电能损失。
此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。
1.1
方案比较可靠性方案Ⅰ：
方案Ⅱ：
1.2
方案比较
1.3厂用电，1.4厂用电，生活区用电接线方案
厂用电接线的一般要求：
1）厂用电接线应尽量简单、清晰。
2）保证重要负荷供电可靠，供电的间断时间不超过允许值。
3）保证厂用电设备各级保护动作的选择性。
4）在厂用分段母线上，一般应使负荷均匀分布在两段母线上。
5）应尽量使得对负荷的供电线路最短，以节省电缆，减少损耗，便于运行管理。
6）操作维护方便，经济上合理。
考虑以上几点，选择厂用电接线为单母分段接线，每段分别使用一台厂用变压器，并且将厂用电母线与生活区用电母线相连，作为生活区用电的备用电源，以减
少投资。
最终确定的主接线方案如图所示。
2变压器的选择
2.1主变压器的选择
2.1.1主变压器台数的选择
考虑到，1台主变压器可靠性较低，一旦发生故障或检修退出运行，则整个电厂将不能向外送电；选择3台主变，接线复杂，投资较大；故选择2台主变压器，互为暗备用可靠性高，接线较简明，投资较为经济。
2.1.2主变压器容量的选择
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