发电厂电气部分课程设计说明书南京工程学院.docx
《发电厂电气部分课程设计说明书南京工程学院.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电厂电气部分课程设计说明书南京工程学院.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
发电厂电气部分课程设计说明书南京工程学院
南京工程学院
课程设计任务书
课程名称电气部分
院（系、部、中心）康尼学院
专业电气工程及其自动化（电力系统方向）
班级K电力092
起止日期 2012.5.14～5.25
指导教师王健
1．课程设计应达到的目的
通过本次课程设计，对所学课程的知识进行强化，提高学生分析问题和解决问题的能力，拉近课堂与工程设计的距离，使学生完全掌握变电所一次部分的设计过程、主接线和配电装置的初步设计、变电所主设备的选择方法等。
2．课程设计题目及要求
3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕
课程设计为期二周，工作量充足。
成品提交的设计文件和图纸要求：
1．设计说明书1份
2．设计计算书1份
3．图纸1张：
变电所主接线图
4．主要参考文献
1.姚春球.发电厂电气部分.北京：
中国电力出版社，2007
2.范锡普.发电厂电气部分.北京：
中国电力出版社,2007
3.陈跃.电气工程专业毕业设计指南.电力系统分册.北京：
中国水利水电出版社，2007
4.35～110kV变电所设计规范（GB50059-1992）.北京：
中国计划出版社，1993
5.导体和电器选择设计技术规定（DL／T5222－2005）.北京：
中国电力出版社，2005
6.高压配电装置设计技术规程（DL／T5352-2006）.北京：
中国电力出版社，2007
5．课程设计进度安排
起止日期
工作内容
5.14
5.15
5.16
5.17
5.18
5.21
5.22
5.23
5.24
5.25
发放设计任务书，介绍设计步骤。
分析变电站地位、选择主变、确定主接线和配电装置
分析确定所用电、进行互感器配置
进行选择设备和导体所必须的短路电流计算
选择断路器、隔离开关
选择硬母线
整理计算书
整理说明书
绘制主接线图
答辩考核、小结
6．成绩考核办法
平时工作表现30％，设计成品40％，答辩测评30％。
教研室审查意见：
教研室主任签字：
年月日
院（系、部、中心）意见：
主管领导签字：
年月日
附录一：
原始资料
1.变电所有关资料（110/10kV）
变电所
编号
最大负荷
（MW）
功率因数
（COSφ）
负荷曲线
重要负荷
（％）
A
P1
0.9
AorB
65
B
P2
0.9
AorB
70
C
P3
0.9
AorB
55
L1km，L2km，L3km，L4km。
注：
A、B、C变电所分别由1/3的学生设计；P1～P3，L1～L4,每位学生一组数据，互不相同。
2.环境温度
年最高温度40℃，最热月最高平均气温32℃
3.变电所10kV侧过电流保护动作时间为1秒
4.110kV输电线路电抗按0.4Ω/km计
5.发电厂变电所地理位置图（附图一）
6.典型日负荷曲线（附图二）
附图一发电厂变电所地理位置图
G：
汽轮机QFQ－50－2，50MWCOSφ=0.8，X〃d=0.124
T：
变压器SF7－40000/121±2×2.5%
Po=46kWPK=174kWIo%=0.8UK%=10.5
附图二典型日负荷曲线
设计说明书
一、对待设计变电所在电力系统中的地位，作用及电力用户的分析：
1.1、变电所在电力系统中的地位与作用：
变电所是联系发电厂和电力用户的中间环节，起着电压变换和分配电能的作用。
根据变电所在电力系统中的地位和作用不同，变电所可分为枢纽变电所、中间变电所、区域变电所和终端变电所。
①枢纽变电所
变电所位于电力系统的枢纽点，汇集有多个电源（发电厂或其他电力网），连接电力系统的高压和中压，电压等级在330kV以上，负责向区域变电所和中间变电所供电。
当其停电时，将引起电力系统解列甚至瘫痪。
②中间变电所
中间变电所位于枢纽变电所和区域变电所之间，使长距离输电线路分段，其高压侧以交换潮流为主，起功率交换作用。
它一般汇集2~3路电源，电压等级在220~330kV之间。
除了通过功率外，它还降压向当地用户供电，当其停电时将使区域电网解列。
③地区变电所
地区变电所负责向某一地区城市供电，高压侧电压等级一般为110kV或220kV，低压侧电压等级一般为110kV或35kV。
当该变电所停电时将使该地区的供电中断。
④终端变电所
终端变电所在输电线路的终端，直接向电力用户供电，高压侧电压一般为110kV。
当全所停电时，只影响该变电所的供电用户。
由发电厂变电所地理位置图可以得出，变电所B在整个供电网络中的作用为枢纽变电所。
（Ⅰ、Ⅱ级负荷，保证不间断供电：
Ⅰ：
两个独立电源供电；Ⅱ：
双回路供电）
1.2、对电力用户的分析：
由任务书中，原始资料图表可得：
B变电所的重要负荷占总负荷70%，按其供电可靠性的要求，负荷被分为三个等级，其中等级一，等级二为重要负荷，要保证不间断供电，通常，第一级负荷需要采用两个独立的电源供电，当其中的任一电源发生故障而停电时，不会影响另一个电源持续供电，保证供电连续性。
第二等级要求双回路供电，按照此规则，B变电所70%的负荷采用双回路供电，30%负荷单回路供电。
由Pmax=P2=28MW，每回10KV馈线功率为1.5~2MW，则28*0.7=19.6MW。
重要负荷回路数：
（19.6/2）*2≈20（回）
非重要负荷回路数：
（28-19.6）/2≈5（回）
回路数目：
20+5=25（回）
二、选择待设计变压器的台数，容量，型式及所用电的确定：
2.1、台数的选择：
考虑到发展，主变压器的容量应根据电力系统的规划负荷来选择，当一台主变检修和故障时，另一台主变应保证60%~70%的全部负荷，或重要的主要生产负荷，故B变电所的主变压器台数确定为2台。
2.2、选择主变压器的容量：
变电所主变压器的容量一般按变电所建成后5~10年的规划负荷考虑，并应按照其中一台变压器停运时，其余变压器的满足变电所最大负荷Smax的60%~70%，即：
S=60%Smax=（0.6*Pmax）/cosψ=0.7*28/0.9=18.67MW=S′max,故选择SN=16000KVA（偏小选择，过负荷检验）SN/S′max,=16000/18670=0.857
过负荷系数：
K1=0.877
欠负荷系数：
K2=1.091
查图可知，对应于K2允许的K2比实际算出的K1=0.877大，所以SN=16000KVA满足正常过负荷。
（选择SFZ-16000/110）
2.3、选择主变压器的形式：
由于变电所所址选择在郊区，不存在占地面积、周围环境等影响，故主变选择户外型。
①在330KV以下变电所中，一般选用三相式变压器。
B变电所位110/10KV变电所，有两个电压等级，故采用双绕组变压器。
自耦变压器虽然电压变化率小，电压稳定，但是一二次侧有直接联系，要求内部绝缘性好，加强短路保护，调压困难，相比之下，双卷变压器结构更简单，运行方便，费用低，所以B选用双卷变压器。
②绕组接线组别的确定
变压器的绕组接地方式必须使其线电压与系统线电压相位一致。
110KV电压侧均为“YN”，35KV以下电压侧一般为“0”，所以主变绕组的接线方式为“YN,d11”，综上选择2台SFZ-16000/110。
变压器参数如下：
型号：
SFZ-16000/110,总容量16000KVA*2=32000KVA
变压器高压侧电压为U1=110KV，其调压范围为-3*2.5%~+3*2.5%
变压器低压侧电压为U2=10.5KV，△Pk=104KW，△P0=86KW，I0%=1.2，Uk%=10.5，SFZ-16000/110型电力变压器连接标号为YN,d11
三、分析确定高、低压侧主接线以及配电装置型式：
3.1、对电气主接线的基本要求：
①根据系统和用户的基本要求，保证必要的供电可靠性和电能质量
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。
停电不仅是发电厂的损失，对国民经济各部门带来的损失将更严重，甚至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失，也会造成不良的政治影响。
在考虑主接线可靠性时，应全面地看待以下几个问题：
（1）主接线可靠性的客观衡量标准是运行实践，应重视国内外长期运行的实践积累经验及其可靠性的定性分析。
（2）主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中的可靠性的综合。
（3）可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某些系统和用户来说是可靠的，而对另外一些系统和用户来说可能就不够可靠，因此，分析和估价主接线时，不能脱离系统和用户的具体条件，要根据系统和用户的具体要求，进行具体分析，以满足必要的供电可靠性。
（4）主接线的可靠性是发展的。
随着电力事业的不断发展，新型设备的投运，自动装置和先进技术的使用，主接线的可靠性会发生改变，过去被认为不可靠的主接线，现在不一定就不可靠。
（5）衡量主接线运行可靠性的评判标准是：
a.母线故障时或母线检修时，停电范围的大小和停电时间的长短，能否保证供电。
b.断路器检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，能否保证供电。
c.发电厂、变电所全部停运的可能性。
②具有运行、维护的灵活性和方便性
电气主接线的灵活性要求有以下几个方面：
（1）调度灵活、操作简便，应能灵活地投入（或切除）某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。
（2）检修安全：
应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。
（3）扩建方便：
应能容易地从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，一次和二次设备等所需改造最少。
③经济性
电气主接线应在满足供电可靠性、灵活性等技术要求的前提下，做到经济合理。
（1）投资省：
主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备的投资，要使控制、保护不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
要能限制短路电流，以便于选择价廉电气设备或轻型电器，做到投资省。
（2）电能损失小：
合理地选择主变压器的种类、容量、台数，避免两次变压而增加电能的损失。
（3）占地面积小：
电气主接线选择时要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减少。
在可能和允许的条件下，应采取一次设计分期投资、投产，尽快发挥经济效益。
④电气主接线具有发展和扩建的可能性
随着我国建设事业的发展，已投产的发电厂和变电所，经过一段时间之后，往往需要扩建。
实践经验表明，火电厂的装机容量和出线回数都有发展可能。
所以在设计主接线时应适当留有发展余地，为将来的发展创造条件。
3.2、高、低压侧主接线的确定：
电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用，连接方式与回路间的相互关系。
所以，它的设计直接关系到全所电气设备的选择，配电装置的位置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定性作用。
本变电所110KV高压侧有5个回路进出线，采用单母线分段接线，10KV低压侧的接线根据负荷的重要性分为两类：
重要负荷：
n=[（0.7*28）/0.9]/（1.5~2.0）=10.89~14.52
非重要负荷：
n=[（0.3*28）/0.9]/（1.5~2.0）=4.677~6.222
3.3、单母分段及桥形接线的优缺点、适用范围：
①单母分段
单母线接线的缺点可以通过将母线分段的方法来克服。
由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点。
故这种接线目前仍被广泛应用。
单母线分段接线适用范围：
a）6~10kV配电装置的出线回路数为6回及以上时；
b）35~63kV配电装置的出线回路数为4~8回时；
c）110~220kV配电装置的出线回路数为3~4回时；
但是单母线分段接线也有较显著的缺点，这就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，各段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电，显然对于大容量发电厂和枢纽变电所来说，这都是不能容许的。
②桥形接线
两个变压器—线路单元接线相连，便构成桥形接线。
桥形接线分为内桥接线和外桥接线两种。
桥形接线的优点是高压断路器数量少，四个回路只需要三台断路器。
桥形接线的可靠性不是很高，有时也需要用隔离开关作为操作电器，但由于使用电器少，布置简单，造价低，目前在35~220kV的发电厂和变电所中也被广泛应用。
此外，只要在配电装置的布置上采用适当措施，这种接线有可能发展成单母线或双母线，因此，可利用作电力装置初期的一种过渡接线。
3.4、本所接线方式的选择：
多数情形中，分段数与电源数相同，故对B变电所中10KV低压侧的接线方式按规程要求，采用单母线双分段接线方式，对重要负荷回路，均以双回路方式供电，保证供电可靠性，考虑到减小配电装置的占地面积和占用面积，消除爆炸的隐患，以及环境保护的要求，主接线不采用带旁路接线。
3.5、配电装置型式的确定：
配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备的外形尺寸，运行维护，巡视，操作，检修，运输的安全距离及运行中可能发生的过电压等因素而决定的。
设计原则：
①形式选择应考虑所在地理情况和环境条件下优先选择占地面积；
②要考虑有利于降低噪声的选择与布置；
③城市和农村的110KV配电采用中性布置，10KV采用室内配电。
基本要求：
①节约用地；
②保证运行可靠；
③保证人身安全和防火要求；
④安装，运输，维护，巡视，操作和检修方便；
⑤保证安全前提下，布置紧凑，力求节省材料和降低造价；
⑥便于分期建设和扩建。
四、分析确定所用电接线方式：
按GB50059-1992《35~110KV，容量为110KV的变电所的总负荷为150~200KVA，35~110KV变电所，有两台及以上主变压器时，宜装设两台容量相同，可互为备用所用工作变压器。
“电源引接点相互独立”：
当所内有较低压母线时，一般均由较低压母线上引接1~2台所用变压器。
所以若B变电所为110/10（KV）时，应当从10KV侧引线，这种引接方式具有经济性，可靠性较高的特点。
选择的原则及考虑的因素：
①变压器原、副边分别与引接点和所用电系统的额定电压相适应；
②联结组别宜使用同一电压级别的所用工作，备用变压器输出电压的相位一致；
③阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点、电压及所用电负荷正常波动范围内，所用各级母线的电压偏移不超过额定电压的-5%~+5%；
④变压器的容量必须保证所用机械及设备能以电源获得足够的功率，所以不能过载容量必须大于150KV。
五、进行互感器配置：
5.1、电压互感器的配置：
①母线：
一般各段工作母线及备用母线上各装一组电压互感器，必要时旁路母线也装一组电压互感器；
②主变压器回路：
主变压器回路中，一般低压侧装一组电压互感器，使发电厂与系统的低压侧同步用，并供电给主变压器的测量和保护，当发电厂与系统在高压侧同步，或利用6-10KV备用母线同步时，这组互感器可不装设。
③线路：
当对端有电源时，在出线侧上装设一组电压互感器，供监视线路无电压，进行同步和设置重合闸，其中，35~220KV线路在一相上装设；300~500KV线路在三相上装设。
5.2、电流互感器：
电流互感器的配置原则：
每条支路的电源都应装设足够数量的电流互感器，供支路测量、保护使用。
特点：
①一次绕组串联在电路中，并且匝数少，故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。
②电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以在正常情况下电流互感器在近于短路状态下运行，B变电所电流互感器的具体配置：
a）110KV进线，外桥及主变高压、低压侧均装设三相电流互感器。
所选电流互感器：
作用：
监测，保护相应支路；
b）10KV分段及出线，配置两相流变，所选电流互感器确定：
作用：
监测各种电流，保护相应支路。
六、进行选择设备和导体所必须的短路电流计算：
6.1、短路计算的一般规定：
①计算的基本情况：
Ⅰ电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；
Ⅱ所有同步发电机都具有自动调整励磁装置；
Ⅲ短路发生在短路电流为最大值瞬间；
Ⅳ所有电源的电动势相位角相同
Ⅴ应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。
②计算容量：
应按工程设计的最经规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般工程建成后5~10年。
③接线方式：
计算短路电流作用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不能用仅在切换过程中可能的运行方式。
④短路种类：
按三相短路计算。
⑤短路计算点：
在正常接线方式时，通路设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。
⑥短路电流的计算：
1，主接线后备保护动作时间tpr
10KV出线：
1s10KV分段：
1.5s主变低压侧：
2s
主变高压侧：
2.5s110KV分段：
3s110V进线：
3.5s
2，短路电流计算条件：
（1）忽略电阻，仅计电抗，110KV馈线，电抗x=0.4/km计；
（2）选择通过导体或电器的Ik为最大短路点及运行方式；
（3）每个短路点计算均为需校验导体或电器所需的三个短路电流；
（4）短路计算电路图：
3,短路点计算：
短路点
持续时间
用途
K1
主变:
2.0+0.1=2.1
B所主变高压侧电器
K2
出线:
1.0+0.1=1.1
B所10KV出线外
4,短路计算结果：
短路点
K1
2.1
4.91
4.76
4.87
12.50
48.02
K2
1.1
10.79
10.45
10.66
27.47
121.19
七、选择变电所高、低压侧及10KV馈线的断路器、隔离开关：
7.1、断路器的选择：
短断路器时最完善的高压开关，在开关电器中，它结构最复杂，地位最重要，它的制造水平往往反映电力系统的发展水平。
①选择的基本要求：
Ⅰ在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也足够稳定；
Ⅱ在跳闸状态下应具有良好的绝缘；
Ⅲ应有足够的短路能力和尽可能短的分段时间；
Ⅳ应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单，体积小，重量轻，安装维护方便。
a）选择的基本条件：
（1）型式：
高压侧（110KV）：
户外SF6断路器
低压侧（10KV）：
户内真空断路器
（2）额定电压：
UN≥UNs（工作电压）
（3）额定电流：
IN≥Imax（最大持续工作电流）
（4）额定开断电流：
INbr≥It
（5）额定关合电流：
INcl≥ish
（6）动稳定校验：
ies≥ish
（7）热稳定校验：
It*It*t≥Qk
b）断路器选择的结果：
断路器
设备型号
技术参数
高压侧
SW4-110
110
1000
18.4
55
21
7.2、隔离开关的选择：
隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器，是一种最简单的开关，它的主要用途是保证高压装置检修工作的安全，用隔离开关构成明显的断开点，将需要检修的高压设备与带电部分可靠的断开隔离。
①选择的基本要求：
Ⅰ隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开；
Ⅱ隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间网络的情况下，不到引起击穿而危及工作人员的安全；
Ⅲ隔离开关应具有足够的热稳定性，动稳定性，机械硬度，绝缘强度；
Ⅳ隔离开关在跳闸合闸时的周期性要好，要有最佳的跳合闸速度，以尽可能的降低过电压；
Ⅴ隔离开关的结构简单，动作要可靠；
Ⅵ带有接地刀闸的隔离开关，必须安装连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。
②选择的基本条件：
Ⅰ型式：
高压侧（110KV）：
低压侧（10KV）：
开关柜式
Ⅱ额定电压：
UN≥UNs（工作电压）
Ⅲ额定电流：
IN≥Imax（最大持续工作电流）
Ⅳ动稳定校验：
ies≥ish
Ⅴ热稳定校验：
It*It*t≥Qk
③隔离开关选择的结果：
隔离开关
型号
高压侧
GW4-10
110
630
50
20
八、10kv硬母线的选择：
8.1、选取母线参数：
母线型号
Lmy-63mm*10mm
1227
1.04
8.2、母线的材料、形状和布置方式：
一般情况下采用铝或者铝合金母线。
在35kv及以下维持工作电流在4000A及以下的屋内配电装置中，一般采用矩形母线。
矩形母线也常采用与10kv以下的屋外母线桥。
本课程设计母线的排列方式为三相水平布置（竖放）。
其优点为：
相间距离可取得较大，无需增加间隔深度；便于观察；对矩形母线，兼有水平布置的两种方式的优点。
8.3、对10KV母线进行校验：
载流量的校验
——综合修正系数，最热月平均最高温度取32°C。
——长期允许电流
——最大持续工作电流
热稳定的校验
=
/C（
）
——母线最小截面
——集肤效应系数
C——热稳定系数
当所选
时，满足热稳定；当所选
<
，则不满足热稳定。
动稳定的校验
=
——单位长度导体上所受到的相间电动力
L——支持绝缘子间的跨距
——导体相间和条间抗弯截面系数
当
，满足动稳定。
参考文献：
1.姚春球.发电厂电气部分.北京：
中国电力出版社，2007
2.陈跃.电气工程专业毕业设计指南.电力系统分册.北京：
中国水利水电出版社，2007
3.35～110kV变电所设计规范（GB50059-1992）.北京：
中国计划出版社，1993
4.高压配电装置设计技术规程（DL／T5352-2006）.北京：
中国电力出版社，2007
升级会员 