《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
KunLunCollegeofQingHaiUniversity
《发电厂电气部分》
课程设计
题目：
小型水电站电气主系统部分初步设计姓名：
学号：
指导教师：
年级：
级电气
（2）班专业：
电气工程及其自动化
学院系别：
学院
完成日期：
2011年12月6日
目录
任务书......................................................................................................1
绪论..........................................................................................................2
第一章原始资料及分析........................................................................3
第一节原始资料............................................................
第二节原始资料分析.............................................
发电机侧主接线方案设计4
HYPERLINK\l"_Toc279256570"第一节单母线分段接线1
第二节双母线接线......................................
第三节单元接线............................................
HYPERLINK\l"_Toc279256571"第三章升高压侧主接线方案设计5
HYPERLINK\l"_Toc279256572"第一节单母线分段带旁路接线5
HYPERLINK\l"_Toc279256573"第二节角形接线7
第三节桥形接线...................................................................
HYPERLINK\l"_Toc279256574"第四章最优主接线方案设计8
第一节主接线基本要求...........................................
第二节HYPERLINK\l"_Toc279256575"最优升高压侧主接线方案设计8
HYPERLINK\l"_Toc279256577"第五章升高电压测电气设备的选择11
第一节主变压器的选择.........................................................
第二节断路器的选择...........................................
第三节隔离开关的选择...........................................
第四节电流互感器的选...........................................
第五节电压互感器的选择...........................................
HYPERLINK\l"_Toc279256582"第六章小结20
参考文献............................................................................................
附录........................................................................................................
青海大学昆仑学院课程设计任务书
学生姓名
王富
专业、班级
电气工程及自动化2008级
（2）班
指导教师
严晋青
学号
0853305080
课程（设计）题目：
小型水电站电气主接线初步设计
课程（设计）主要内容：
本次课程设计将小型水电站电气主系统部分初步设计与所学专业理论知识紧密结合起来，使学生所学知识系统化。
培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神。
按照现行的水利水电工程设计规范、规程并结合工程实际具体情况，完成规程规范所要求的电气主系统初步设计内容和深度。
要求完成的主要任务：
1、对提供原始水电站资料进行分析，查找有关规程规范和参考资料。
2、对发电机侧、升高电压侧接线方案分别进行比较。
3、确定最优的电气主接线方案。
4、主要电气设备的选择。
5、汇总设计成果，完成设计论文。
指导教师签名：
学生签名：
2010年11月24日
学院教研室意见：
教研室主任签名 ：
2010年月日
绪论
本次课程设计将小型水电站电气主系统部分初步设计与所学专业理论知识紧密结合起来，使学生所学知识系统化。
培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神。
按照现行的水利水电工程设计规范、规程并结合工程实际具体情况，完成规程规范所要求的电气主系统初步设计内容和深度。
电力发电是可再生、无污染的生产过程，其运行费用低，便于进行电力调峰，产生的电能是清洁和环保的，大力发展水电有利于提高资源利用率和社会的经济综合效益。
电气主接线是发电电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。
主接线代表了发电厂电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性，灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定有决定性的关系。
本论文主要介绍了3台100MW的水力发电厂电气系统的设计，内容包括电气主接线，设备的选择，并依据电力设计手册确定了最后方案。
我在设计过程中，力求理论与实际相结合，加入一些比较新的技术，以适应水电技术发展需要，使设计更加具有实用性和先进性。
随着我国电力工业的快速发展，电力体制改革不断深化，水电已成为我国电力技术发展的主要方向。
而对于水电来说，至关重要的一个环节就是电气主系统的设计（电气主接线的设计）。
电气主接线又称电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，暗点能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单向接线图。
主接线代表了发电厂或变电站高压、大电流分电器部分主体结构，市电力系统网络结构的重要组成部分。
他直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、配电装置布置继电保护、自动装置和控制方面等诸多方面都有决定性的关系。
因此，主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较，综合考虑各个方面的影响因素，最终得到实际工程确认的最佳方案。
水电站变压器，一般应尽可能靠近主厂房，以缩短发电机电压母线，减少能源损失，并注意防火、防盗、防雷、放水雾、防雪和满足通风冷却以及便于设备运输和主变压器的安装、检修。
电力与人们的日常生活及工业生产密切相关，作为我国重要科学之一，电气工程科学近年来发展非常迅速，现在也比较成熟，已经成为高技术产业的重要组成部分，广泛应用于工业、农业、国防等领域，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。
第一章原始资料及分析
第一节原始资料
该水电站电气，装机三台：
发电机（100MW）SF100-28/7650，UN=10.5KV,
，送至相距150KM外的330KV变电所，两回输电线路，无近区负荷，设备年利用小时数5000h/a。
第2节原始资料分析
1、工程概况
该水电站装有三台单机容量为100MW的机组，型号为SF100-28/7650属于小型发电厂。
根据原始资料，该水电厂主要承担调峰调频发电。
供电应经济可靠。
又该电厂设备年利用小时数为5000h/a，在3000-5000范围之内，故该电厂主要承担腰荷。
2、负荷情况
该水电站，发电机的出口电压是10.5KV，输电电压是330KV，有两回出线输送至局发电站150Km处的地区变电站。
原始资料对发电站的电力系统情况、环境情况及备用供货情况没有做具体说明，但我们还需按可靠性、灵活性、经济性原则选取最优发电厂电气系统主接线。
第2章发电机侧主接线方案设计
三台发电机为SF100-28/7650型号，容量为100MW，出口电压为10.5kv。
发电机侧接线，指的是发电机到主变压器低压侧之间的接线方式，其中还有断路器、隔离开关等二次设备用于保护和测量一次设备。
器接线方式应根据发电机的容量及水电站的作用进行设计。
根据原始资料我设计了三种接线方式，分别是：
单母线分段接线、双母线接线和单元接线。
第1节单母线分段接线
可保证电源并列工作，又能让任意一条通往变压器的线路都可以从任一个电源或的电能，尽可能是符合均衡的分布在各个线路上，以减少过多功率的传输。
1、优点
线简单（设备少）清晰明了；布置安装简单配电装置建造费用低；易扩建和采用成套式配电装置；用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。
2、缺点
不够可靠灵活，当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。
第2节双母线接线
双母线接线有两组母线，互为备用。
每一电源电源和出线的回路都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别于两组母线连接。
1、优点
供电的可靠性高，调度灵活，扩建方便，便于检修和试验。
2、缺点
使用设备器件多，特别是隔离开关，接线也较复杂，配电装置复杂，投资较多，经济性较差，且操作复杂，运行人员在操作中容易发生误操作。
第3节单元接线
发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机—变压器组，称为单元接线。
1、优点
接线简单，开关设备少。
2、缺点
出口装设断路器，增加投资。
第3章升高压侧主接线方案设计
升高压侧接线方式指的是从主变压器出来到出现回路之间的接线方式，其接线方式对系统的运行方式、主要电气设备的选择及二次设备的配置有重大影响。
根据原始资料我设计了三种接线方式，分别是：
单母线分段带旁路接线图、角形接线图和桥形接线。
第1节单母线分段带旁路接线
1、优点
断路器故障检修时，可不停电进行检修，供电可靠，运行灵活。
2、缺点
这样的接线增加了一台旁路断路器的投资。
第2节角形接线
1、优点
短路器数量少投资小；供电可靠性提高；操作方便。
2、缺点
不便于扩建。
第三节桥形接线
1、优点
高压断路器数量少，四回路只需三台断路器；线路投入和切除比较方便。
具有较高的经济性。
2、缺点
变压器的投入和切除操作较复杂，需动作两台断路器，切换主变时一回线路需要暂时停运；出线断路器检修维护时，线路需要长时间停运；连接桥断路器检修时，两个回路需要解列运行。
第四章最优主接线方案设计
第一节主接线基本要求
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
1、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。
2、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。
3、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。
第2节最优升高压侧主接线方案设计
根据直接线基本要求及设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案，以不遗漏最优方案为原则。
按照主接线的基本要求，从技术上对拟出的方案进行分析比较，淘汰明显不合理的方案，最终保留3个技术上相当，又能满足任务书要求的方案，再进行优、缺点比较。
由前面的分析知道：
升高压侧的最优接线方案也是单母线分段带旁路接线。
第5章升高电压测电气设备的选择
第一节主变压器的选择
由于升高压侧只有一个电压等级330KV,因此应选择双绕组变压器。
由原始资料求得：
变压器的容量为：
S=P/cos
=100/0.875KVA但考虑到发生事故时，在本设计中，一台变压器可能要要传送四台发电机的功率，故选择时应留有一定的裕度，因此：
变压器的额定容量为：
=K*S=1.3*37500=48750KVA查《变压器和互感器的电路计算与相量变换》附表4-3得，
第二节断路器的选择
高压断路器是电气主系统中重要的开关电器。
高压断路器主要功能是：
正常运行倒换运行方式，把设备或者线路接入电网或者退出运行，起着控制作用；当设备或者线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分的正常运行。
110.5Kv侧断路器选择：
100MW发电机最大持续工作电流为
=
=
=2165A错，带100
根据发电机回路的
、
及断路器安装在屋内的要求，查《发电厂电气部分》附表5，可选SN10-10Ⅲ/3000型少油型断路器，固有分闸时间
和燃弧时间
均为0.06s。
②110Kv侧断路器选择：
流过断路器的最大持续工作电流：
Imax=
=
=826.7A错了‘330带
1、额定电压选择：
UN≥UNs=330KV
2、额定电流选择：
IN＞Imax根据以上两项，查附表6，选择SW4—110/1000。
③分段断路器QFd选择：
分段断路器流过断路器的最大持续工作电流：
第三节隔离开关的选择
①10.5kv侧隔离开关的选择：
1、额定电压选择：
UN≥UNs=10.5KV
2、额定电流选择：
IN＞Imax=2165A根据以上两项，查附表7,选择GN10—10T/3000—160，其技术参数如下表：
②330KV侧隔离开关的选择：
1、额定电压选择：
UN≥UNs=330KV
2、额定电流选择：
IN＞Imax根据以上两项以及说明，查附表7，选择GW4—110D/1000—80。
第四节电流互感器的选
互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。
互感器将高电压、大电流按比例变成（100、
V）和小电流（5、1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。
它包括电流互感器和电压互感器两大类。
电流互感器的选择要点如下：
电流互感器的选择要点如下：
⑴根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择其型式。
⑵一次回路额定电流和电压的选择。
一次回路额定电压Un和电流I1N应满足UN≥UNsI1N≥Imax
⑶电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。
①10.5KV侧TA的选择：
1、额定电压：
UN≥UNs=10.5KV
2、额定电流：
I1N≥Imax1根据以上两项及其说明，查附表8，选LMC—10型电流互感器。
②330KV侧TA的选择
1、额定电压选择：
UN≥UNs=330KV
2、额定电流选择：
IN≥Imax根据以上两项，查附表8，选LCW—35型电流互感器。
第五节电压互感器的选择
⑴种类和型式选择
在6～35KV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式电压互感器；110～220KV配电装置特别是母线上装设的电压互感器，通常采用串级式电磁式电压互感器；当容量和准确级满足要求时，通常多在出线上采用电容式电压互感器。
⑵接线方式
a.一台单相电压互感器，主要装设在线路上，测量相对地电压
b.三台单相三绕组电压互感器，可以用于母线、发电机出口、线路，测量相间电压和相对地电压
c.两台单相互感器，装设在线路上，测量相间电压
⑶容量和准确级选择
互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），应不小于电压互感器的二次负荷
110.5KV侧TV的选择
额定电压：
UN=（0.8～1.2）*10.5=（8.4～12.6）KV
种类型式：
油浸式或浇注式
接线方式：
单相根据以上三项，查附表9，所选的型号为：
JDZ-10
2330KV侧TV的选择
额定电压：
UN=（0.8～1.2）*110/1.732=（51～76）KV错，带330
种类型式：
串级式
接线方式：
单相根据以上三项，查附表9，所选的型号为：
JCC2-110
第6章小结
该小型水电站的设计共分为五个部分：
发电机侧接线方案设计、升高压侧接线方案设计、电气主接线设计、电气设备的选择和厂用工作及备用电源接线方式，同时还附有三张图加以说明。
在设计该水电站主接线时，因地制宜，根据水电站的特点并综合分析该电站的容量、装机台数、负荷性质以及在电力系统中的地位等条件对原始资料进行详尽的分析，根据设计任务书的要求，在对原始资料分析的基础上，最终保留三个技术上相当，又能满足任务书要求的方案，再进行优、缺点比较。
在进行比较时，始终围绕着可靠性与经济性之间的协调，使主接线最终方案保证供电可靠的同时尽可能经济。
电气设备的选择是电气设计的另一个重要内容，在对电气设备进行选择时，要按正常工作条件进行选择，按此原则对断路器、隔离开关、电压互感器和电流互感器进行了选择。
通过这次的水电站主系统设计，使我对所学的专业知识特别是发电厂电气部分有了更深刻和更系统化的了解，并学会了运用专业知识解决实际问题的能力。
参考文献
[1]《发电厂电气部分》，熊信银主编。
北京：
中国电力出版社，2005年2月。
[2]《工厂常用电气设备手册》，工厂常用电气设备手册编写组编。
北京：
水利电力出版社，1984年11月。
[3]《水电站机电设计手册》，水电站机电设计手册编写组编。
北京：
水利电力出版社，1982年11月。
附录：
发电机侧主接线方案设计图
（a）（b）（c）
（单母线分段接线图）（双母线接线图）（单元接线图）
升高压侧主接线方案设计图
（a）（b）（c）
（单母线分段带旁路接线图）（角形接线图）（桥形接线）
主接线方案图
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