1、發(fā)電廠電氣部分電氣設計報告題目：水力發(fā)電廠電氣一次部分設計班級： K0312417 姓名： 羅開元 學號： K031241723 老師： 高仕紅 2015年 07 月 06 日信息工程學院課程設計任務書學 號K031241711學生姓名崔明專業(yè)（班級）電氣工程及其自動化學 號K031241723學生姓名羅開元專業(yè)（班級）電氣工程及其自動化設計技術參數(shù)1、電氣主接線方案的擬定與方案確定；2、主要設備的選擇：主變壓器的選擇，變壓器的選型，變壓器容量的確定與計算，廠用電接線的設計；3、短路點短路電流的計算所需的部分參數(shù)都已經(jīng)標注在電路圖中，本組成員計算所需的線路長度數(shù)據(jù)為（40 140 80 70

2、30）（單位：KM）；發(fā)電機：電壓標幺值E=1.0,近似計算短路電流。4、 高壓電氣設備選擇，斷路器的選擇，隔離開關的選擇，電壓互感器的選擇，電流互感器的選擇，母線選擇；5、 屋內(nèi)屋外配電裝置的選擇。 工作量所有工作由2人集體完成。摘要本文為4×15MW水力發(fā)電廠電氣一次部分設計。通過對原始資料的詳細分析，根據(jù)設計任務書的要求，進行了電氣主接線方案的經(jīng)濟技術比較，廠用電設計，短路電流計算和電氣設備的選擇和校驗，配電裝置設計。編制了設計說明書，繪制了主接線圖，廠用電接線圖。關鍵字：主接線、短路計算、設備選擇、配電裝置、設計說明書、主接線圖、廠用電AbstractThis article

3、 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 technical comparison, the main electrical wiring scheme design of auxiliary power, short circuit current calc

4、ulation and selection of electrical equipment and calibration, power distribution equipment design. Compiled the design specification, draw the main wiring diagram, auxiliary power wiring diagram. The keyword :The main connection, short circuit calculation, equipment selection, power distribution eq

5、uipment, design specifications, main wiring diagram, auxiliary power 目錄1綜合課程設計任務.21.1題目.21.2原始資料.21.3設計任務.21.4設計成果.21.5備 注.22、發(fā)電廠電氣主接線設計.32.1主接線的方案設計32.2主接線方案的經(jīng)濟技術比較53、 短路電流計算.114、 導體，電器設備選擇及校驗.154.1導體設備選擇概述154.2導體的選擇與校驗154.3導體和電氣設備的選擇成果表.175、 配電裝置設計.20參考文獻.21附錄.221、綜合課程設計任務1.1題目水力發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)設計1.2原始資料

6、（1）水電站位于某河流上游，附近有城鎮(zhèn)5座，各城鎮(zhèn)發(fā)展遠景如下：城鎮(zhèn)名稱工業(yè)發(fā)展遠景負荷增長A農(nóng)業(yè)用電、地方小型工業(yè)10MWB有色金屬、煤、鋼鐵企業(yè)120MWC化工、紡織、水泥55MWD鋼鐵、機械制造、化肥、農(nóng)機廠115MWE食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)用電、輕工業(yè)29MW（2）最熱月地面下0.8m土壤平均溫度28.6，多年最低氣溫-4；室內(nèi)最熱月平均溫度34.1，戶外最低氣溫40.1；水電站裝機4x15MW，最大利用小時數(shù)5000小時，110kV出現(xiàn)3回，其中一回線供20MW的I類負荷，水電站附近負荷3MW（不包括自用電和樞紐用電），全系統(tǒng)最大負荷340MW，最小負荷225MW。（3）系統(tǒng)連接圖如下：1.

7、3設計任務（1）電氣主接線設計；（2）廠用電設計；（3）短路電流計算和電氣設備選擇；（4）配電裝置設計1.4設計成果（1）設計說明書1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）1.5備 注布置設計任務時不同組的學生要有不同的線路參數(shù)（由學習委員分配，一般最多2人一個小組）；短路電流計算包括理論計算和計算機仿真計算結(jié)果，兩個要形成對比。2、發(fā)電廠電氣主接線設計2.1主接線的方案設計簡述：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)電廠或變電站運行的可靠性、靈活性并對電器選擇、配電裝置布置、繼電保護有決定性的關系。 對電氣主

8、接線的基本要求包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三個方面。 本次設計根據(jù)水電站機電設計手冊、電力工程設計手冊以及相關參考書目的規(guī)定，結(jié)合設計任務的要求擬訂2個可行的主接線方案，進行技術和經(jīng)濟比較，得出最佳接線方案。 （1）：本次設計的重點是：水電廠高低兩級電壓電氣主接線的擬訂和水電廠機端10.5KV電壓配電裝置、110KV高壓配電裝置、廠用電配電裝置等設備的選擇。難點是：對電廠整個電氣主接線的短路電流計算及各種電器的繼電保護配置。（2）：發(fā)電機與主變壓器的接線形式的確定：本次設計發(fā)電機的形式根據(jù)水電廠實際情況采用合適型號，因其單機容量在15MW，無廠用電分支，其機端電壓等級采用10.5KV，根據(jù)發(fā)電廠

9、主變壓器確定原則：發(fā)電廠主變臺數(shù)定為2臺總?cè)萘繎笥诨虻扔陔姀S總裝機容量。采用10.5KV/110KV兩級電壓，三相兩繞組（3）：主接線方案初步擬訂在對設計原始資料分析的基礎上，結(jié)合對電力系統(tǒng)電氣主接線的可靠性、經(jīng)濟性及靈活性等基本要求綜合考慮，在滿足技術、經(jīng)濟政策的前提下，本次設計力爭使其成為技術先進、發(fā)電可靠、經(jīng)濟合理的主接線方案。 可靠發(fā)電是本設計水電廠應該考慮的首要問題，兼顧到經(jīng)濟性和水電廠升壓站場地狹窄等問題，設計主接線應保證其豐期滿發(fā)，不積壓發(fā)電能力。主接線方案從以下幾個方面考慮：（1）、線路、斷路器、主變或母線故障或檢修時，對機組的影響，對發(fā)電機出力的影響。 （2）、本水電廠有無

10、全廠停電的可能性。 （3）、主接線是否具有足夠的靈活性，能適應各種運行方式的變化，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、電能損失小和年運行費用少。（5）、是否適宜于實現(xiàn)自動化和實現(xiàn)無人值守。通過對原始資料的分析，現(xiàn)將各電壓等級可能的較佳方案列出，進而優(yōu)化組合，形成最佳可比方案。（1） 、10.5KV電壓級，本設計水電廠裝機共4臺，每臺單機容量為15MW。根據(jù)電力工程設計手冊規(guī)定，發(fā)電機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)電機總?cè)萘炕蜇摵蔀?4MW及以上時，一般采用雙母線分段接線，考慮到本設計水電

11、廠是小型水電廠，成本不宜過高，在技術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，由前水電廠出線回路數(shù)和導線選擇可知，本設計110KV出線3回，考慮到選用主變數(shù)量為2臺，110KV饋線（進出線）最終為5回，考慮選用110KV母線接線形式為雙母線分段接線。根據(jù)以上分析組合，本設計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可能的接線方案優(yōu)點缺點1方案一、發(fā)電機側(cè)接線簡單，運行方便；、當任一段母線及其所接隔離開關故障檢修時，另一段母線

12、的機組可繼續(xù)向電網(wǎng)供電，可靠性靈活性；、易于實現(xiàn)自動化和無人值守。 、發(fā)電機電壓配電裝置元件多，增加檢修工作量；、運行方式簡單。2方案二、可靠性較高，無論檢修母線或設備故障，全廠停電的概率很小。、運行方式靈活，調(diào)度靈活。、易于實現(xiàn)自動化。 、設備較多；、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，但均能滿足本設計水電廠作為地方性小型水電廠的生產(chǎn)運行要求。將通

13、過經(jīng)濟技術比較做進一步選擇。2.2主接線方案的經(jīng)濟技術比較一、主接線方案經(jīng)濟技術比較的方法 經(jīng)濟計算是從國民經(jīng)濟整體利益出發(fā)，計算電氣主接線各個比較方案的費用和效益，為選擇經(jīng)濟上的最優(yōu)方案提供依據(jù)。 本設計采用初步選擇設備及配電裝置型式進行比較，計算主要設備及配電裝置的綜合投資和年運行費用，運用主接線經(jīng)濟比較的方法：靜態(tài)比較法進行比較。二、主接線方案的經(jīng)濟初步比較 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

14、運行費用計算主接線中電氣設備的運行費用主要包括主變壓器的電能損耗及設備的檢修、維護折舊等費用。計算公式是(萬元)其中為變壓器電能損失，為年運行費用的計算的主要內(nèi)容其計算公式為、方案一年運行費用主變電能損失主變型號 SFP7-40000KVA 其技術參數(shù)如下表型號額定容量（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取年運行費用中無功經(jīng)濟當量k=0.02 則計算得、年運行費用據(jù)公式(其中檢修維護費Z1=0.058×

15、綜合投資，折舊費Z2=0.022×綜合投資)得：U1=72.53（萬元）U2=73.19（萬元）U1<U2本次設計不必運用靜態(tài)比較法即可確定在技術經(jīng)濟上最優(yōu)方案為方案一即采用2臺主變，110KV采用雙母線分段接線，10KV采用單母線分段接線的主接線方案。2.3確定最優(yōu)主接線設計方案通過1.1節(jié)和1.2節(jié)對方案一、二的綜合比較見下表序號可能的接線方案方案一方案二可靠性 可靠性高，發(fā)電機側(cè)無電壓母線，使得在發(fā)電機和變壓器低壓側(cè)短路時短路電流較小。 可靠性較高，無論檢修母線或設備故障，全廠停電的概率很小。 靈活性 運行方式相對簡單，調(diào)度靈活。 運行方式靈活，調(diào)度靈活。易于實現(xiàn)自動化。

16、經(jīng)濟性 發(fā)電機側(cè)接線簡單，主控室面積小，開關設備少，操作簡便。 主控室要求面積大，開關設備用量大。 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××××××G×G×G×G20MW110KV接線經(jīng)過定性分析和可靠性及經(jīng)濟性分析計算，本設計水電廠電氣主接線方案最終確定為方案一。2.4發(fā)電機，主變及廠用變?nèi)萘窟x擇1、 發(fā)電機的選擇及主要參數(shù)根據(jù)設計題目所給的參數(shù)，查相關設計手冊和參考資料，本設計確定發(fā)電機型式如下發(fā)電機型號臺數(shù)額定容量（MW）額定電壓（KV）額定功率因數(shù)c

17、os電抗(標幺值)TS550/79-2841510.50.80.204以上參數(shù)查電力系統(tǒng)課程設計及畢業(yè)設計參考資料附錄一,主要設備規(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)課程設計及畢業(yè)設計參考資料P102頁選擇本設計主變壓器技術參數(shù)如下型號額定容量（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)課程設計及畢業(yè)設計參考資料選用廠用變壓器參數(shù)如下型號額定容量

18、（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2.45142.5廠用電設計1、廠用電的作用和負荷要求如前所述，本設計水電廠屬地方性小型水電廠，其最基本的廠用負荷僅考慮直流系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、水輪機調(diào)速系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)的油泵、壓縮空氣系統(tǒng)的空壓機、冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的水泵，全廠輔機系統(tǒng)的電動機、啟閉設備、照明等設施用電，因此本設計廠用電負荷采用380V/220V供電。2、廠用電接線方案本設計廠用電分別接在1#主變和2#主變低壓側(cè)上2臺主變互為備用0.4KV系統(tǒng)按單母線分段考慮。

19、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×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3、 短路電流計算短路計算：（k1點為機端母線，k2點為110kv母線）1. 電網(wǎng)簡化圖：2.復合網(wǎng)序圖1）三相短路K1點：E=1.07，X=0.19；K2點：E=1.07，X=0.24；2）單相短路K1點：E=1.07，X1=0.19，X2=

20、0.2，X0=0.1；K2點：E=1.07，X1=0.24,X2=0.17,X0=0.19；3） 兩相短路（BC兩相）K1點：E=1.07，X1=0.19，X2=0.2；K2點：E=1.07，X1=0.24，X2=0.22短路清單短路類型短路點化簡圖復合網(wǎng)序圖短路電流單相短路K1點（正序）E=1.07，X1=0.19，X0X2X2=0.2，X0=0.1；（負序）（零序）K2點（正序）E=1.07，X1=0.24,X2=0.17,X0=0.19；（負序）（零序）兩相短路(BC相)K1點（正序）E=1.07，X1=0.19，X2=0.2；X2(負序）K2點（正序）E=1.07，X1=0.24，X2

21、=0.22；(負序）三相短路K1點E=1.07，X=0.19；K2點E=1.07，X=0.24；4、 導體，電器設備選擇及校驗4.1導體設備選擇概述1、導體、電器選擇在發(fā)電廠和發(fā)電廠電氣設計中的地位和作用電氣裝置中的載流導體和電氣設備，在正常運行和短路狀態(tài)時都必須安全可靠的運行為了保證電氣裝置的可靠性和經(jīng)濟性，必須正確地選擇電氣設備和載流導體。2、 導體、電器選擇原則3、 本次設計中選擇的導體、電器根據(jù)第一章中主接線的設計方案，本次設計中要進行選擇的導體和電器主要是：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、隔離開關的選擇 4、電流、電壓互感器及其熔斷器 5、阻波

22、器、耦合電容器的選擇 6、其他電器的選擇 4.2導體的選擇與校驗一、連接導體的選擇1、發(fā)電機-變壓器導體選擇 導體截面可按長期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟電流密度選擇，一般按長期發(fā)熱允許電流選擇，對年負荷利用小時數(shù)較大，傳輸容量較大，長度在20米以上的導體，其截面一般按經(jīng)濟電流密度選擇。 根據(jù)以上原則，本次設計因10KV側(cè)無匯流母線，僅對發(fā)電機出口開關柜至主變之間的導體進行選擇。 按長期允許發(fā)熱電流選擇：發(fā)電機F1F4至變壓器之間導體選用單條矩形鋁導體，其中截面按公式確定；其中：計算得查表選擇得導體截面為：單條125×8（）豎放、熱穩(wěn)定校驗運用簡化公式進行校驗。查發(fā)電廠和變電站電氣部分畢業(yè)設計

23、指導P55頁公式中取短路電流持續(xù)時間取70時熱穩(wěn)定系數(shù)C=87為滿足熱穩(wěn)定的最小允許截面積，查短路計算結(jié)果：則：滿足熱穩(wěn)定要求。、動穩(wěn)定校驗 根據(jù)動穩(wěn)定校驗條件：作用在母線上的最大計算應力母線材料的允許應力。取對于單條矩形母線：其中：支持絕緣子間的跨距截面系數(shù)沖擊電流母線相間距離振動系數(shù)則滿足動穩(wěn)定校驗2、廠用電導體（廠用分支）選擇本設計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熱穩(wěn)定校驗。廠用電低壓側(cè)：本設計中廠用變低壓側(cè),選用雙條125×10()平放。3、 引上線導體（變壓

24、器母線連接線）選擇 本設計變壓器-母線連接導體的選擇按長期允許發(fā)熱考慮，選擇時按2臺主與母線連接的一回進行選擇，試選擇與5回出線同型號的LGJQ-240進行校驗。LGJQ-240導線其最大長期允許載流量為查畢業(yè)設計參考資料。熱穩(wěn)定校驗 運用簡化公式進行校驗。查發(fā)電廠和變電站電氣部分畢業(yè)設計指導P55頁公式中取短路電流持續(xù)時間取70時熱穩(wěn)定系數(shù)為滿足熱穩(wěn)定的最小允許截面積，查短路計算結(jié)果：則： 不能滿足熱穩(wěn)定要求，為此選用LGJQ-300導線能滿足設計要求。2、 母線的選擇 與變壓器-母線連接線引線選擇步驟相同，本設計110KV母線選擇型號為LGJQ-300的鋼芯鋁絞線，其熱穩(wěn)定、電暈的校驗均能

25、滿足要求。 4.3導體和電氣設備的選擇成果表1、 導體選擇成果表導體名稱導體型號110kV母線LGJQ-300110kV出線LGJQ-240110KV變壓器連接導體LGJQ-300發(fā)電機-變壓器導體125×8（125×10）10KV廠用變導體125×82、 電器設備選擇成果表1、 斷路器、隔離開關選擇成果表 型號額定電壓KV額定電流A額定開斷電流KA額定關合電流KA熱穩(wěn)定電流KA動穩(wěn)定電流KA分閘時間安裝地點 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 安裝地點型號額定電流A級次組合二次負荷熱穩(wěn)