1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目: 水力發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)： 17 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2015年 7月 12 日 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)1、題目水力發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)2、原始資料1、發(fā)電廠的建設(shè)規(guī)模1：待設(shè)計(jì)發(fā)電廠類型（水利發(fā)電廠）。2：發(fā)電廠一次設(shè)計(jì)并建成，計(jì)劃安裝（415MW）的水力發(fā)電機(jī)組，最大利用小時(shí)數(shù)（5000小時(shí)/年）。2、發(fā)電廠與電力系統(tǒng)連接情況1：待設(shè)計(jì)發(fā)電廠接入系統(tǒng)電壓等級(jí)為（110kv），出線回路為（3回），其中一回線供20MW的一類負(fù)荷，水電站附近負(fù)荷3MW。2：電力系統(tǒng)的總裝機(jī)容量為（396MVA），全

2、系統(tǒng)最大負(fù)荷340MW，最小負(fù)荷225MW。3、環(huán)境條件最熱月地面下0.8m土壤平均溫度28.6C，多年最低氣溫-4C；室內(nèi)最熱月平均溫度34.1C，戶外最低氣溫40.1C。4、水電站位置和發(fā)展水電站位于某河流上游，附近有城鎮(zhèn)5座，各城鎮(zhèn)發(fā)展遠(yuǎn)景如下：5、系統(tǒng)連接圖如下：3、設(shè)計(jì)任務(wù)1：電氣主接線設(shè)計(jì)2：廠用電設(shè)計(jì)3：短路電流計(jì)算和電氣設(shè)備選擇4：配電裝置設(shè)計(jì)4、設(shè)計(jì)成果1：設(shè)計(jì)說明書一份2：圖紙3張（電氣主接線圖、屋內(nèi)配電裝置圖、屋外配電裝置圖）摘要本文為4×15MW水力發(fā)電廠電氣一次部分設(shè)計(jì)。通過對(duì)原始資料的詳細(xì)分析，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，進(jìn)行了電氣主接線方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，廠用

3、電設(shè)計(jì)，短路電流計(jì)算和電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)，配電裝置設(shè)計(jì)。編制了設(shè)計(jì)說明書，繪制了主接線圖，廠用電接線圖。關(guān)鍵字：主接線、短路計(jì)算、設(shè)備選擇、配電裝置、設(shè)計(jì)說明書、主接線圖、廠用電AbstractThis article is 4 x 15 mw hydropower plant electrical part design at a time. Through detailed analysis of original data, according to the requirements of the design plan descriptions of the economic and

4、 technical comparison, the main electrical wiring scheme design of auxiliary power, short circuit current calculation and selection of electrical equipment and calibration, power distribution equipment design. Compiled the design specification, draw the main wiring diagram, auxiliary power wiring di

5、agram. The keyword :The main connection, short circuit calculation, equipment selection, power distribution equipment, design specifications, main wiring diagram, auxiliary power 目錄1 發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì)11.1主接線的方案設(shè)計(jì)11.2主接線方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較31.3確定最優(yōu)主接線設(shè)計(jì)方案51.4發(fā)電機(jī)，主變及廠用變?nèi)萘窟x擇61.5廠用電設(shè)計(jì)72 短路電流計(jì)算93 導(dǎo)體，電器設(shè)備選擇及校驗(yàn)133.1導(dǎo)體設(shè)備選擇概述

6、133.2導(dǎo)體的選擇與校驗(yàn)133.3導(dǎo)體和電氣設(shè)備的選擇成果表164 配電裝置設(shè)計(jì)18參考文獻(xiàn)19附錄201 發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì)1.1主接線的方案設(shè)計(jì)簡述：電氣主接線代表了發(fā)電廠或變電站電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其直接影響發(fā)電廠或變電站運(yùn)行的可靠性、靈活性并對(duì)電器選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)有決定性的關(guān)系。 對(duì)電氣主接線的基本要求包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面。 本次設(shè)計(jì)根據(jù)水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)、電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)以及相關(guān)參考書目的規(guī)定，結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求擬訂2個(gè)可行的主接線方案，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，得出最佳接線方案。 （1）：本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是：水電廠高低兩級(jí)電壓電

7、氣主接線的擬訂和水電廠機(jī)端10.5KV電壓配電裝置、110KV高壓配電裝置、廠用電配電裝置等設(shè)備的選擇。難點(diǎn)是：對(duì)電廠整個(gè)電氣主接線的短路電流計(jì)算及各種電器的繼電保護(hù)配置。（2）：發(fā)電機(jī)與主變壓器的接線形式的確定：本次設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)的形式根據(jù)水電廠實(shí)際情況采用合適型號(hào)，因其單機(jī)容量在15MW，無廠用電分支，其機(jī)端電壓等級(jí)采用10.5KV，根據(jù)發(fā)電廠主變壓器確定原則：發(fā)電廠主變臺(tái)數(shù)定為2臺(tái)總?cè)萘繎?yīng)大于或等于電廠總裝機(jī)容量。采用10.5KV/110KV兩級(jí)電壓，三相兩繞組（3）：主接線方案初步擬訂在對(duì)設(shè)計(jì)原始資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)電力系統(tǒng)電氣主接線的可靠性、經(jīng)濟(jì)性及靈活性等基本要求綜合考慮，在滿足技

8、術(shù)、經(jīng)濟(jì)政策的前提下，本次設(shè)計(jì)力爭使其成為技術(shù)先進(jìn)、發(fā)電可靠、經(jīng)濟(jì)合理的主接線方案。 可靠發(fā)電是本設(shè)計(jì)水電廠應(yīng)該考慮的首要問題，兼顧到經(jīng)濟(jì)性和水電廠升壓站場地狹窄等問題，設(shè)計(jì)主接線應(yīng)保證其豐期滿發(fā)，不積壓發(fā)電能力。主接線方案從以下幾個(gè)方面考慮：（1）、線路、斷路器、主變或母線故障或檢修時(shí)，對(duì)機(jī)組的影響，對(duì)發(fā)電機(jī)出力的影響。 （2）、本水電廠有無全廠停電的可能性。 （3）、主接線是否具有足夠的靈活性，能適應(yīng)各種運(yùn)行方式的變化，且在檢修事故狀態(tài)下操作方便、調(diào)度靈活、檢修安全等。（4）、在滿足技術(shù)要求的前提下。盡可能考慮投資省、占地面積小、電能損失小和年運(yùn)行費(fèi)用少。（5）、是否適宜于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和實(shí)現(xiàn)

9、無人值守。通過對(duì)原始資料的分析，現(xiàn)將各電壓等級(jí)可能的較佳方案列出，進(jìn)而優(yōu)化組合，形成最佳可比方案。（1） 、10.5KV電壓級(jí)，本設(shè)計(jì)水電廠裝機(jī)共4臺(tái)，每臺(tái)單機(jī)容量為15MW。根據(jù)電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定，發(fā)電機(jī)電壓配電裝置宜采用單母分段或雙母分段接線，其原則是每段母線上發(fā)電機(jī)總?cè)萘炕蜇?fù)荷為24MW及以上時(shí)，一般采用雙母線分段接線，考慮到本設(shè)計(jì)水電廠是小型水電廠，成本不宜過高，在技術(shù)允許的情況下可以考慮單母線分段接線，以減少成本。（2） 、110KV電壓級(jí)，由前水電廠出線回路數(shù)和導(dǎo)線選擇可知，本設(shè)計(jì)110KV出線3回，考慮到選用主變數(shù)量為2臺(tái)，110KV饋線（進(jìn)出線）最終為5回，考慮選用110KV

10、母線接線形式為雙母線分段接線。根據(jù)以上分析組合，本設(shè)計(jì)提出兩種可能接線方案：方案一：10.5kv基端母線-單母接線，110kv母線-雙母分段。方案二：10.5kv基端母線-雙母分段接線，110kv母線-雙母分段。主接線方案分析比較序號(hào)可能的接線方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1方案一、發(fā)電機(jī)側(cè)接線簡單，運(yùn)行方便；、當(dāng)任一段母線及其所接隔離開關(guān)故障檢修時(shí)，另一段母線的機(jī)組可繼續(xù)向電網(wǎng)供電，可靠性靈活性；、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和無人值守。 、發(fā)電機(jī)電壓配電裝置元件多，增加檢修工作量；、運(yùn)行方式簡單。2方案二、可靠性較高，無論檢修母線或設(shè)備故障，全廠停電的概率很小。、運(yùn)行方式靈活，調(diào)度靈活。、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 、設(shè)備較多；、

11、主控制室面積增大。旁路母線3MW母線110KV母線××××××G×G×G×G20MW110KV10.5kv基端單母線接線-110kv母線雙母線分段接線從以上分析可以看出，初選兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均能滿足本設(shè)計(jì)水電廠作為地方性小型水電廠的生產(chǎn)運(yùn)行要求。將通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較做進(jìn)一步選擇。1.2主接線方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較一、主接線方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較的方法 經(jīng)濟(jì)計(jì)算是從國民經(jīng)濟(jì)整體利益出發(fā)，計(jì)算電氣主接線各個(gè)比較方案的費(fèi)用和效益，為選擇經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案提供依據(jù)。 本設(shè)計(jì)采用初步選擇設(shè)備及配電裝置型式進(jìn)行比較，計(jì)算主要

12、設(shè)備及配電裝置的綜合投資和年運(yùn)行費(fèi)用，運(yùn)用主接線經(jīng)濟(jì)比較的方法：靜態(tài)比較法進(jìn)行比較。二、主接線方案的經(jīng)濟(jì)初步比較 1、主接線方案的投資初步比較方案投資比較表項(xiàng)目方案一方案二10kv接線1519.4110kv接線75.775.7主變108108本體投資198.7203.1綜合投資377.53385.89由綜合投資比較可知：Z1>Z22、 年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算主接線中電氣設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用主要包括主變壓器的電能損耗及設(shè)備的檢修、維護(hù)折舊等費(fèi)用。計(jì)算公式是(萬元)其中為變壓器電能損失，為年運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算的主要內(nèi)容其計(jì)算公式為、方案一年運(yùn)行費(fèi)用主變電能損失主變型號(hào) SFP7-40000KVA 其技術(shù)參數(shù)如

13、下表型號(hào)額定容量（KVA）額定電壓（KV）高壓中壓低壓SFP7-40000/110400001102×2.510.5阻抗電壓（）連接組別功率因數(shù)空載電流（）損耗（kw）空載短路10.5YN,d11Cos=0.80.846174取年運(yùn)行費(fèi)用中無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量k=0.02 則計(jì)算得、年運(yùn)行費(fèi)用據(jù)公式(其中檢修維護(hù)費(fèi)Z1=0.058×綜合投資，折舊費(fèi)Z2=0.022×綜合投資)得：U1=72.53（萬元）U2=73.19（萬元）U1<U2本次設(shè)計(jì)不必運(yùn)用靜態(tài)比較法即可確定在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)方案為方案一即采用2臺(tái)主變，110KV采用雙母線分段接線，10KV采用單母線分段接

14、線的主接線方案。1.3確定最優(yōu)主接線設(shè)計(jì)方案通過1.1節(jié)和1.2節(jié)對(duì)方案一、二的綜合比較見下表序號(hào)可能的接線方案方案一方案二可靠性 可靠性高，發(fā)電機(jī)側(cè)無電壓母線，使得在發(fā)電機(jī)和變壓器低壓側(cè)短路時(shí)短路電流較小。 可靠性較高，無論檢修母線或設(shè)備故障，全廠停電的概率很小。 靈活性 運(yùn)行方式相對(duì)簡單，調(diào)度靈活。 運(yùn)行方式靈活，調(diào)度靈活。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。經(jīng)濟(jì)性 發(fā)電機(jī)側(cè)接線簡單，主控室面積小，開關(guān)設(shè)備少，操作簡便。 主控室要求面積大，開關(guān)設(shè)備用量大。 10.5kv基端單母線接線-110kv母線雙母線分段旁路母線3MW母線110KV母線××××××

15、;G×G×G×G20MW110KV接線經(jīng)過定性分析和可靠性及經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算，本設(shè)計(jì)水電廠電氣主接線方案最終確定為方案一。1.4發(fā)電機(jī)，主變及廠用變?nèi)萘窟x擇1、 發(fā)電機(jī)的選擇及主要參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)題目所給的參數(shù)，查相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)和參考資料，本設(shè)計(jì)確定發(fā)電機(jī)型式如下發(fā)電機(jī)型號(hào)臺(tái)數(shù)額定容量（MW）額定電壓（KV）額定功率因數(shù)cos電抗(標(biāo)幺值)TS550/79-2841510.50.80.204以上參數(shù)查電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)參考資料附錄一,主要設(shè)備規(guī)格及參數(shù)。P95頁 2、 變壓器的選擇及主要參數(shù)(1) 、主變選擇根據(jù)查電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)參考資料P102頁選擇本

16、設(shè)計(jì)主變壓器技術(shù)參數(shù)如下型號(hào)額定容量（KVA）額定電壓（KV）SFP7-40000/11040000高壓中壓低壓1102×2.510.5阻抗電壓（）連接組別功率因數(shù)空載電流（）損耗（kw）空載短路10.5YN,d11Cos=0.80.846174(2) 、廠用變選擇查電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)參考資料選用廠用變壓器參數(shù)如下型號(hào)額定容量（KVA）額定電壓（KV）S9-20002000高壓中壓低壓10.52.50.4阻抗電壓（）連接組別功率因數(shù)空載電流（）損耗（kw）4.5Y,YCos=0.81.0空載短路2.45141.5廠用電設(shè)計(jì)1、廠用電的作用和負(fù)荷要求如前所述，本設(shè)計(jì)水電廠屬地方

17、性小型水電廠，其最基本的廠用負(fù)荷僅考慮直流系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)的油泵、壓縮空氣系統(tǒng)的空壓機(jī)、冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的水泵，全廠輔機(jī)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)、啟閉設(shè)備、照明等設(shè)施用電，因此本設(shè)計(jì)廠用電負(fù)荷采用380V/220V供電。2、廠用電接線方案本設(shè)計(jì)廠用電分別接在1#主變和2#主變低壓側(cè)上2臺(tái)主變互為備用0.4KV系統(tǒng)按單母線分段考慮。另外若水電廠周圍有其他除本廠系統(tǒng)外的電源亦可考慮從其他系統(tǒng)接入備用電源作為廠用電。3MW母線110KV××380/220V×旁路母線母線110KV×××××G×G&

18、#215;G×G×10KV廠用電20MW帶廠用電單母線分段接線圖完整電力系統(tǒng)接線圖2 短路電流計(jì)算短路計(jì)算：（k1點(diǎn)為機(jī)端母線，k2點(diǎn)為110kv母線）1. 電網(wǎng)簡化圖：2.復(fù)合網(wǎng)序圖1）三相短路K1點(diǎn)：E=1.07，X=0.19；K2點(diǎn)：E=1.07，X=0.24；2）單相短路K1點(diǎn)：E=1.07，X1=0.19，X2=0.2，X0=0.1；K2點(diǎn)：E=1.07，X1=0.24,X2=0.17,X0=0.19；3） 兩相短路（BC兩相）K1點(diǎn)：E=1.07，X1=0.19，X2=0.2；K2點(diǎn)：E=1.07，X1=0.24，X2=0.22短路清單短路類型短路點(diǎn)化簡圖復(fù)合網(wǎng)

19、序圖短路電流單相短路K1點(diǎn)（正序）E=1.07，X1=0.19，X0X2X2=0.2，X0=0.1；（負(fù)序）（零序）K2點(diǎn)（正序）E=1.07，X1=0.24,X2=0.17,X0=0.19；（負(fù)序）（零序）兩相短路(BC相)K1點(diǎn)（正序）E=1.07，X1=0.19，X2=0.2；X2(負(fù)序）K2點(diǎn)（正序）E=1.07，X1=0.24，X2=0.22；(負(fù)序）三相短路K1點(diǎn)E=1.07，X=0.19；K2點(diǎn)E=1.07，X=0.24；3 導(dǎo)體，電器設(shè)備選擇及校驗(yàn)3.1導(dǎo)體設(shè)備選擇概述1、導(dǎo)體、電器選擇在發(fā)電廠和發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)中的地位和作用電氣裝置中的載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備，在正常運(yùn)行和短路狀態(tài)時(shí)

20、都必須安全可靠的運(yùn)行為了保證電氣裝置的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，必須正確地選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體。2、 導(dǎo)體、電器選擇原則3、 本次設(shè)計(jì)中選擇的導(dǎo)體、電器根據(jù)第一章中主接線的設(shè)計(jì)方案，本次設(shè)計(jì)中要進(jìn)行選擇的導(dǎo)體和電器主要是：1、線路、引線及匯流母線的選擇 2、絕緣子、穿墻套管的選擇 3、斷路器、隔離開關(guān)的選擇 4、電流、電壓互感器及其熔斷器 5、阻波器、耦合電容器的選擇 6、其他電器的選擇 3.2導(dǎo)體的選擇與校驗(yàn)一、連接導(dǎo)體的選擇1、發(fā)電機(jī)-變壓器導(dǎo)體選擇 導(dǎo)體截面可按長期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，一般按長期發(fā)熱允許電流選擇，對(duì)年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)較大，傳輸容量較大，長度在20米以上的導(dǎo)體，其截面一般

21、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。 根據(jù)以上原則，本次設(shè)計(jì)因10KV側(cè)無匯流母線，僅對(duì)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)柜至主變之間的導(dǎo)體進(jìn)行選擇。 按長期允許發(fā)熱電流選擇：發(fā)電機(jī)F1F4至變壓器之間導(dǎo)體選用單條矩形鋁導(dǎo)體，其中截面按公式確定；其中：計(jì)算得查表選擇得導(dǎo)體截面為：單條125×8（）豎放、熱穩(wěn)定校驗(yàn)運(yùn)用簡化公式進(jìn)行校驗(yàn)。查發(fā)電廠和變電站電氣部分畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)P55頁公式中取短路電流持續(xù)時(shí)間取70時(shí)熱穩(wěn)定系數(shù)C=87為滿足熱穩(wěn)定的最小允許截面積，查短路計(jì)算結(jié)果：則：滿足熱穩(wěn)定要求。、動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 根據(jù)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件：作用在母線上的最大計(jì)算應(yīng)力母線材料的允許應(yīng)力。取對(duì)于單條矩形母線：其中：支持絕緣子間的跨距截面系

22、數(shù)沖擊電流母線相間距離振動(dòng)系數(shù)則滿足動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)2、廠用電導(dǎo)體（廠用分支）選擇本設(shè)計(jì)廠用電變壓器容量為2000KVA，采用戶內(nèi)配電裝置，其高壓側(cè)，選用發(fā)電機(jī)F1F4與變壓器連接母線相同的125×8（）單條矩形硬母線可以滿足動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)。廠用電低壓側(cè)：本設(shè)計(jì)中廠用變低壓側(cè),選用雙條125×10()平放。3、 引上線導(dǎo)體（變壓器母線連接線）選擇 本設(shè)計(jì)變壓器-母線連接導(dǎo)體的選擇按長期允許發(fā)熱考慮，選擇時(shí)按2臺(tái)主與母線連接的一回進(jìn)行選擇，試選擇與5回出線同型號(hào)的LGJQ-240進(jìn)行校驗(yàn)。LGJQ-240導(dǎo)線其最大長期允許載流量為查畢業(yè)設(shè)計(jì)參考資料。熱穩(wěn)定校驗(yàn) 運(yùn)用簡化公式進(jìn)行校驗(yàn)。

23、查發(fā)電廠和變電站電氣部分畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)P55頁公式中取短路電流持續(xù)時(shí)間取70時(shí)熱穩(wěn)定系數(shù)為滿足熱穩(wěn)定的最小允許截面積，查短路計(jì)算結(jié)果：則： 不能滿足熱穩(wěn)定要求，為此選用LGJQ-300導(dǎo)線能滿足設(shè)計(jì)要求。2、 母線的選擇 與變壓器-母線連接線引線選擇步驟相同，本設(shè)計(jì)110KV母線選擇型號(hào)為LGJQ-300的鋼芯鋁絞線，其熱穩(wěn)定、電暈的校驗(yàn)均能滿足要求。 3.3導(dǎo)體和電氣設(shè)備的選擇成果表1、 導(dǎo)體選擇成果表導(dǎo)體名稱導(dǎo)體型號(hào)110kV母線LGJQ-300110kV出線LGJQ-240110KV變壓器連接導(dǎo)體LGJQ-300發(fā)電機(jī)-變壓器導(dǎo)體125×8（125×10）10KV廠用變

24、導(dǎo)體125×82、 電器設(shè)備選擇成果表1、 斷路器、隔離開關(guān)選擇成果表 型號(hào)額定電壓KV額定電流A額定開斷電流KA額定關(guān)合電流KA熱穩(wěn)定電流KA動(dòng)穩(wěn)定電流KA分閘時(shí)間安裝地點(diǎn) LW6-11011031504012550（3S）125GW4-110110100023.7（4S）80ZN5-10/1250101250256325（2S）63ZN5-10/6301063012540125（2s）40GN2-1010200036（10s）852、電流、電壓互感器選擇成果表 （1）電流互感器選擇一覽表 安裝地點(diǎn)型號(hào)額定電流A級(jí)次組合二次負(fù)荷熱穩(wěn)定電流A動(dòng)穩(wěn)定電流A備注0.51D110KVLCWD-110300/5D1/D20.