风江水电站2×65MW设计_毕业论文设计

1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)本科毕业设计（论文）风江水电站 2× 65MW设计姓名：韩勤德指 导教 师马宏忠专 业年 级2009 级电气工程及其自动化学号3120091226二一三年七月中国昆明摘要本毕业设计主要是对风江水电站电气部分进行设计，该水电站的总装机容量为 2× 65=130MW 。主接线方式采用单母线分段接线。 主要内容包括主接线方案设计、主要设备选择、短路电流计算、电气一次设备的选择、计算。通过对水电站的一次主接线设计、短路电流的计算及主要电气设备的选行型及参数确定，较为细致地完成了风江水电站的设计。毕业设计的过程是将理论与实际相结

2、合的实践过程，起到学以致用，巩固和提升了对电气工程及自动化专业所学知识的运用和理解，树立工程设计的观念，提高了电力系统设计的能力。通过毕业设计，让我们理论联系实际，系统、全面地掌握所学知识，培养我们分析问题、工程计算和独立工作的能力，让我们树立工程观点，初步掌握发电厂电气部分的设计方法。并在计算、分析和解决工程实际问题等方面得到训练，为今后从事电力行业有关设计、运行、科研等方面的工作奠定坚实的理论基础。这次毕业设计的课题来源于风江水电站，主要针对风江水电站在电力系统的地位，拟定本电厂的电气主接线方案，通过经济技术经济比较，确定推荐的最佳方案，并对其进行短路电流计算，对发电厂用电设备进行选择，然

3、后对各级电压配电装置进行设计。在这些设计过程中需要用到各种电力工程设计手册，并借用 CAD 辅助绘图工具绘制电气主接线图。通过本论文的研究，可以使风江水电站安全、可靠、经济地在系统中运行，保证其持续可靠、 稳定地供电，同时也能提高自己使用CAD 、word 等软件的能力，培养了自己工程设计的概念，是对大学5 年所学理论知识与实践的融会贯通的结晶。关键词 :发电厂变压器主接线短路电流计算设备选型继电保护目录风江水电站基本资料 .5第一章电气主接线设计 .71.1发电站电气主接线的意义 .71.2主接线设计的基本要求 .71.3主接线设计 .7第二章厂用电和地区供电系统设计 .102.1厂用电接线

4、的设计 .102.1.1厂用电接线的设计原则 .102.1.2厂用电接线形式 .112.1.3厂用高压变压器的选择 .112.1.4厂用电接线 .112.1.5厂用变压器的型号选择 .112.2地区供电的设计 .12第三章短路电流计算 .123.1短路电流计算的主要目的 .123.2短路电流计算一般规定 .133.2.1计算的假定条件 .133.2.2短路电流计算一般规定 .133.3短路电流计算步骤 .143.4计算公式 .143.4.1元件参数计算 .143.4.2网络变换 .153.4.3计算电抗 .173.4.4短路点短路电流周期分量有效值的计算.173.4.5短路的冲击电流 .173

5、.4.6电流分布系数及转移电抗 .183.5短路电流计算 .19第四章电气一次设备的选择 .214.1 电气设备选择的一般条件 .214.1.1按正常工作条件选择 .214.1.2按短路状态校验 .224.2220kV 、 110kV 高压设备的选择 .234.2.1高压断路器的选择 .234.2.2隔离开关的选择 .244.2.3电流互感器的选择 .254.2.4电压互感器的选择 .254.3高压开关柜的选择 .264.3.1种类和型式的选择 .264.3.2主开关的选择 .264.3.3 防护等级的选择 .274.3.4开断和关合短路电流的选择 .274.4 裸导体的选择 .284.4.1

6、220kV 、 110kV 母线的选择 .284.4.2封闭母线的选择 .29第五章变压器的选择计算 .29第六章防雷保护规划设计 .306.1发电厂过电压及防护分析 .306.2避雷器的配置规划 .316.3发电厂避雷针配置规划及保护范围计算.326.4发电厂接地设计 .错误！未定义书签。7.1仪表与继电保护的配置规划概述 .337.2继电保护配置规划设计 .34一、继电保护的配置 .34总结与体会 .36致谢 .37参考文献.38附图： .39风江水电站基本资料风江水电站位于湖南省西部，电站建成后将向株州市等地供电。电力系统接线如图 B-2 所示。电站将在相距 70 公里处的株州变电所接入

7、系统，电站自用电率 0.4%，当地最高气温 41 ，最热月平均气 温 28.5 ，电 站 装 机容 量为 2× 65MW,年 装机 利用 小时 数为 5100h ，地 区最 大负 荷 占电 站装 机容 量的 20%，供电 距离 为 20km，其中 地 区负荷功率因数为 0.8，一类、二类负荷占总负荷的 70%，其他原始数据见接线图及相关表格。表 1 变压器短路电压百分数发电站名单台容量短路电压百分数台 数称（ MVA）UI-%UI- %U-%长 沙336014火 电 站长 沙 变218010.5176湘 潭318012.5火 电 站湘 潭 变218010.5176株 洲 变21801

8、0.5176衡 阳 变218010.5176第一章电气主接线设计1.1 发电站电气主接线的意义1、电气主接线图是电厂设计的重要部分，同时也是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。了解电路中各种电气设备的用途，性能及维护，检查项目和运行操作的步骤等都离不开对电气主接线的掌握。2、电气主接线表明了发电机、变压器、路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着发电厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。3、由于电能生产的特点是：发电、输电、变电、用电是在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统

9、的安全、稳定、灵活和经济运行。1.2 主接线设计的基本要求1、可靠性要求：保证供电的可靠性，是电气主接线最基本要求。这里所说主接线的可靠性，主要是指当主回路发生故障或电气设备检修时，主接线在结构上能够将故障或检修所带来的不利影响限制在最小范围内，以提高连续供电的能力。2、灵活性要求：a、满足调度时的灵活性要求；b、满足检修时的灵活性要求；c、满足扩建时的灵活性要求。d、经济性要求与先进性要求：在确定主接线时，应尽量采用先进的技术和新型的设备，同时在保证安全可靠、运行灵活、操作方便的基础上，还应使投资和年运行费用降低到最小、占地面积最少，应可能的做到经济合理。1.3 主接线设计风 江水电站装机容

10、量为2× 65MW ，根据电站容量与系统概况，本电站设置 220kV 和 110kV 两个电压等级的出线， 220kV 出线一回，接入省网 220kV 株州变电所； 110kV 出线两回，专供地区用电负荷。 为使电站运行灵活， 供电可靠，电气主接线拟定了下述三个方案进行比较，详见电气主接线方案比较图 （见附图： A）。附图 A方案一： 2 台发电机分别与 2 台主变组成单元接线，发电机出口装设发电机专用型真空断路器， 220kV 采用单母线接线， 110kV 采用单母线接线：两台发电机组均采用“发电机变压器”单元接线。此方案发电机与变压器容量匹配，布置简单、接线清晰，故障影响范围小，

11、运行可靠、灵活，继电保护易于实现。方案二：发电机与变压器采用单元接线，发电机出口采用发电机专用型真空断路器， 220kV 侧采用三角形接线， 110kV 采用单母线接线。此方案接线简单清晰，运行方式灵活，发变组与方案一是一致的。220kV采用角形接线，所连设备检修及故障不影响供电，与单母线接线相比可靠性更高。出线可以与任一组母线搭配运行灵活，主变故障不影响线路和另一台主变运行；单个回路故障也可通过倒闸操作将全部功率送出；但开关数量增加，增大了布置面积及投资；线路扩展性差，不存在扩展间隔的余地，在接入系统设计确认前不利于主接线的调整。方案三：发电机与变压器采用两机一变的接线方式，发电机出口采用发

12、电机专用型真空断路器， 220kV 及 110kV 侧均采用线路变压器组接线：此方案接线最简单，最清晰，发电机运行灵活。电气设备投资少，继电保护简单，操作维护简单；但主变压器容量大，全站仅一台，当该回路任意一台设备检修或故障时，造成全站电能无法送出。枯水期低负荷运行空载损耗大，运行成本高， 10kV 母线短路电流大， 不利于设备选择。 且 110kV 只有一回出线，供电可靠性较低，不符合一、二类符合的供电要求。综合上述方案比较，方案一接线、布置简单清晰，运行灵活可靠；方案二可靠性在3 个方案中最高，但继电保护及倒闸操作复杂，且投资较高；方案三投资和占地面积小，接线最简单，但方案三运行可靠性比其

13、他方案低，主变运输重量大， 10kV 母线额定电流和短路电流较大，不利于设备选择，不能满足地区负荷的供电可靠性要求。综合以上因素，推荐方案为方案一。电气主接线详见图电气主接线（见附图： B）。第二章厂用电和地区供电系统设计2.1 厂用电接线的设计厂用电接线的设计原则厂用电系统的可靠性，对发电厂乃至整个电力系统的可靠运行都有直接的影响。在任何情况下，厂用电都是重要的负荷，必须能够满足发电厂的正常运行、事故处理和设备实验等的要求。尽量缩小厂用电系统发生故障时的影响范围，避免因此造成全厂停电事故。厂用电接线的设计原则主要有: 厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；接线应能灵

14、活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；厂用电源的对应供电性，本机组的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析。厂用电接线形式本设计电气主接线推荐采用发电机变压器单元接线，且在机组回路设置了发电机断路器。因此宜采用从发电机出口引接厂用分支，这样在机组发电时可由机组提供厂用电源，而机组停机时又可以很方便地由系统倒送厂用电。厂用高压变压器

15、的选择已知：厂用电率 =0.4%COS =0.8P=2× 65 =130MW厂用电 =2× 65×0.004=5.2MW本电站设计 2 台 630kVA变压器来供发电厂厂用电负荷，其电源分别取1 号和 2 号发电机端 10.5kV 电压母线。一台厂用变的容量能满足（承担）全部厂用负荷的要求，另一台厂用变作为备用，因此厂用电系统具有足够的可靠性。厂用电接线厂用电接线也采用两个单母线接线的方式，其电源分别取1#和 2#发电机端10.5kV 电压母线。一台厂用变的容量能满足（承担）全部厂用负荷的要求，另一台厂用变作为备用，因此厂用电系统具有足够的可靠性。厂用变压器的型号

16、选择为满足场地布置及防火的要求，厂用变压器应选用环氧树脂浇注的干式变压器，因其容量为 630kVA，查电力工程电气设备手册 得。型号 SCB10-63010 满足要求，其电压等级为，具体参数如下表 2-1：表 2-1环氧树脂浇注三相干式电力型号SCB10-63010结构形式变压器规格容量630kVA电压等级100.4kV冷却方式ANF防护等级户内： IP20户外： IP23连接组标号Dyn11短路阻抗6%调压方式无励磁调压绝缘等级H 级选用环氧树脂浇注的干式变压器具有阻燃能力强，防潮性能好，局部放电量小，损耗低，体积小，安装维护方便等优点，相比老式的油浸式变压器减少了许多运行维护的麻烦，且减轻

17、了火灾的隐患，满足了防火的要求，使运行环境干净整洁。2.2 地区供电的设计已知：地区最大负荷占电站装机容量的 25%，供电负荷为 130× 0.2=26MW ，供 电 距离 为 20km ，率 因数 为 0.8 ，一 类 、二 类 负荷 占 总负荷 的 70%。地区供电负荷中由于一类、二类负荷占总负荷的 70%，要求供电可 靠性 较高 ，供 电电 压等 级 采用 110kV ，所 以电 站主 变采 用三 绕 组变压 器，地 区 供电 电源 由两 台 主变 中压 侧取 得 。 110kV 侧为 单母 线 接线方 式，设 110kV 出线 两回 ，互 为 备用 ，按 全 备 用考 虑 。

18、详 见 电 气出接线图第三章短路电流计算3.1 短路电流计算的主要目的电力系统短路电流计算的主要目的:(1) 电气主接线方案的比较和选择；(2) 电气设备和载流导体的选择；(3) 选择继电保护装置和整定计算；(4) 验算接地装置的接触电压和跨步电压；(5) 系统运行和故障情况的分析。3.2 短路电流计算一般规定计算的假定条件短路电流实用计算中，作如下假设：（ 1）系统在正常工作是三相是对称的。（ 2）电力系统各元件的磁路不饱和，即各元件的电抗值与电流大小无关，所以在计算中可以应用叠加原理。（ 3）电力系统各元件电阻，一般在高压电路中都略去不计，但在短路电流的衰减时间常数时应计及电阻的作用。（

19、4）输电线路的电容忽略不计。（ 5）变压器的励磁电流忽略不计，相当于励磁阻抗回路开路，这样可以简化变压器的等值电路。（ 6）电力系统中所有发电机电动势的相位在短路过程中都相同，频率与正常工作是相等。短路电流计算一般规定1、计算的基本情况1) 系统中所有电源均在额定负荷下运行；2) 所有同步电机都自动调整励磁装置；3) 短路的所有电源电动势相位相同。2、接线方式计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线式。3、短路种类一般按三相短路计算。4、短路计算点选取母线为短路计算点。3.3 短路电流计算步骤1、选择短路点；2、绘出等值网络，并将各元件电抗统一编号；3、化简等值网络，求出

20、各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗；4、计算电抗 Xjs；5、由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值；6、计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标幺值；7、计算短路电流周期分量有名值；8、计算短路电流的周期分量；9、绘制短路电流计算结果表。3.4 计算公式元件参数计算1 、发电机SBXGX d " SGN式中X G 发电机电抗标么值；X d " 发电机次暂态电抗；SB 基准容量 ( 一般取 100 或 1000) ， MVA ；SNG 发电机的额定容量，MVA 。2. 双绕组变压器U k % SBX T100SN式中X T 变压器电抗标么值；U k %

21、变压器短路电压百分数或阻抗电压百分数，%；SN 变压器额定容量， MV·A。3. 分裂绕组变压器X T 12U12 % SB100 SN式中X T 1 2 分裂变压器高压绕组与一个低压绕组间的电抗标么值；U 1 2% 分裂变压器半穿越电抗百分数， %；SN 分裂分压器的额定容量。网络变换1 、两支路有源网络等值变换E1X2E2 X1EX 2X 1X1X 2XX 2X 1式中 E 合并后的等值电源X合并后的等值电抗(a)变换前的网络(b)变换后的网络图 3.1网络变换图2 、 Y 等值变换Y 网络变换如图所示：(a) Y形网络YY变换X2X3X23X2X3X 1X3X1(b)形网络图

22、3.2 网络变换图X1X2X12X1X2X 3X31X3 X1Y 变换X 2X1X12 X31X12X23 X31X 2X12 X23X 12X 23X 31X 3X 23 X31X12X 23X 31计算电抗XXjs1X 1k (SN 1 / SB )js 2X 2k ( SN 2 / SB ),式中X 1k 、 X 2k , 等值电源1、2, 短路点的转移电抗X N 1 、 X N 2 , 等值电源1、2, 的额定容量，MVA 。短路点短路电流周期分量有效值的计算I t其中I N2,I B式中I t1I N 1I t 2 I N 2I sI BIN1SN1/( 3)U av kSN2 /(

23、3U av k ),SB /(3U av k )U av k 短路点 k 所在电压级的平均额定电压，kV；I N 1 、 I N 2 归算至短路点电压级各等值电源的额定电流，kA。短路的冲击电流i shk imp I ' '式中I '' 起始次暂态电流；k imp 冲击系数，一般取1.8 。电流分布系数及转移电抗用单位电流法可以比较方便地求得开式网络各支路的电流分布系数和转移抗。如图3.3(a) 的网络 , 令 E1E 2E 3 0 , 在短路点 k 3 加电动势 E k , 使之将图 3.3(a)网络等效变为图 3.3(b)等值网络。在此网络中可使 I 11为

24、单位电流，则有I 2I1X1/ X2 X1 /X2， I4I 1I 2I 3I 1 X 1 I 4 X 4 / X 3 ， I kI 4I 3根据电流分布系数的定义，各支路的电流分布系数为C1I1 / I k 1/ I kC2I 2 / I kC3I 3 / I k(a)网络图(b)等值网络图 3.3 用单位电流法求电流分布系数从而得各支路的转移电抗为X 1kX k/C1X 2 kX k/C2X 3 kX k/ C3式中X kX1 / X 2 X 4 / X3 X 5 为短路回路总等值电抗。3.5 短路电流计算视系统为无限大容量电源，即S，已经 220kV 母线与系统联系的线路2长度为 70k

25、m，线径按 300mm的双分裂导线考虑，发电机超瞬态电抗按Xd =21%计算。取 SB100MVA ， U BU av n 。取 E1，并将各元件电抗编号，做出等值网络如图3.4 所示。这是纯电抗等值网络，图中电抗值前的j 均已略去，并将电抗下标“* ”也略去，相应的运算以实数运算。图 3.4短路电流计算等值网络短路电流计算结果汇总表3-1短路电流冲击电流全电流短路点I（ kA）ich(kA)I (kA)ch00.2 2400d-1 点220kV7.2077.0317.1097.10318.34710.883侧d-2 点110kV4.7064.2264.3064.311.987.106母线d-

26、3 点10.5kV60.1752.3351.8551.35153.16890.855母线第四章电气一次设备的选择4.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进、经济、合理。为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件，按正常工作条件选择，包括：电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件选择包括动稳定、热稳定校验；按工作环境条件选择，包括温度、湿度、海拔等的选择。按正常工作条件选择1、额定电压高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高

27、于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm 不得低于所接电网的最高运行电压。一般电气设备允许的最高工作电压可达1.11.15UN，而实际电网的最高运行电压 Usm 一般不超过 1.1UNs 因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压的额定电压UN 不低于装置地点电网额定电压UNs 的条件选择，即UN UNs2、额定电流电气设备的额定电流I N 是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。 I N 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流I w.max，即I N I max3、环境条件对设备选择的影响(1) 海拔高度的影响当地区海拔超过制造厂家的规定值时，

28、由于大气压力、空气密度和温度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降。一般非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000m，当海拔在 1000 3500m范围内，若海拔比制造厂家规定值每升高100m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。(2) 温度的影响电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，允许长期通过的是最大工作电流。我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度040C ，如周围环境温度高于 40 C （但 60 C ）时，其允许电流一般可按每增高1C，额定电流可增加 0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。4.1.2 按短路状态校验1、短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设

29、备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值，即满足热稳定的条件I t2t Qk式中Qk 短路电流产生的热效应，kA 2 s ；I t 、 t 电气设备允许通过的热稳电流和时间，kA、s。其中QkI "210I tk2/ 2 I tk2/ 2 tk12t kt prt brt brtint a式中t k 短路的计算时间，st pr 继电保护动作时间，一般取后备保护动作时间3.9s ；tbr 断路器的全开断时间，s；t in 断路器固有分闸时间，SF6 断路器一般为 0.03s ；t a 断路器开断时电弧持续时间，约为0.02 0.04s ；可见，短路的计算时间t k 最大为 3.97s

30、，所以进行短路的热稳定校验时，一般取 t k4s 均会满足要求。2、电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为i es i sh 或 I es I sh下列三种情况可不校验设备的热稳定或动稳定：a、 用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，固可不验算热稳定。b、 采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。C、 装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。4.2 220kV 、110kV 高压设备的选择考虑到水电站场地布置的实际条件普遍受限制，且本站有220kV、 110kV 两个出线电压等级，采用普通户外布置的话占地面积较大，所以本设计考虑采用GIS 高压 SF6 全封闭组合电器，占地面积小，布置简单。 GIS 设备自上世纪 60 年代实