發(fā)電廠課程設計規(guī)范要求 （本科）

1、課 程 設 計 課程名稱 學生姓名 學號 專業(yè) 班級 指導教師 完成日期 2011年1月17日目 錄摘要 5前言 61 6 1.1 8 1.2 10 1.3 11 1.4 132 14 2.1 14 2.2 17 2.3 17 2.4 183 19 3.1 19 3.2 19 3.3 20 3.4 224 30 4.1 30 4.2 36 4.3 41 4.4 44 4.5 46 4.6 51 4.7524.852紅石巖水電廠電氣主接線設計學生姓名：黎志政班級學號：200810902指導教師：姚明仁（三峽大學電氣與新能源學院） 摘要：次課程設計是紅石巖水電廠電氣部分設計。該水電站的總裝機容量為

2、410mw=40mw，發(fā)電機電壓為10.5kv，出線電壓采用110kv。110kv出線2回，其中一回出線至鴨塘變電站與系統(tǒng)相連，另一回備用。根據(jù)對所給出的原始資料進行分析后，擬定兩種電氣主接線方案，然后對這兩種方案進行可靠性、靈活性、經(jīng)濟性比較分析，選擇出其中一個最佳方案。然后根據(jù)電氣主接線，選擇主變壓器、廠用變壓器、壩區(qū)變壓器和生活區(qū)變壓器。在對系統(tǒng)各種可能發(fā)生的短路故障分析計算的基礎上，進行了各種電氣設備特別是電壓電流互感器的選擇校驗設計。課程設計的內容包括電氣主接線設計、變壓器選擇、短路電流計算、電氣設備的選擇和校驗、繪制電氣主接線圖。關鍵詞：水電廠；電氣主接線；短路計算；電氣設備選擇校

3、驗前言:發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行。作為電力系統(tǒng)中生產(chǎn)電能的部分，發(fā)電廠的可靠性直接影響電力系統(tǒng)的可靠性，而發(fā)電廠的可靠性又主要取決于發(fā)電廠的電氣主接線。因此，電氣主接線設計是發(fā)電廠的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬定直接關系著全廠電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定。而水電廠是電力系統(tǒng)中最靈活的機動能源，啟、停方便，多承擔系統(tǒng)調峰、調相任務。根據(jù)水能利用及庫容的狀態(tài)可酌情擔負基荷、腰荷、和峰荷。因此，其電氣主接線應盡可能以供電調度靈活為主選擇接線形式。本次紅水巖水電廠電氣主接線設計的目的是根據(jù)所學知識及課程設計任務，學會提出問題、解決問

4、題，最終將知識轉化為能力，加深對所學知識內在聯(lián)系的理解，并能靈活地加以綜合運用。通過課程設計，熟悉工程設計的全過程，掌握工程設計思想、方法、手段，樹立必要地工程概念，培養(yǎng)一絲不茍的求實態(tài)度；掌握資料收集、工程計算、工程技術圖紙的繪制標準及繪制方法、設計報告的撰寫；起到學以致用，鞏固和加深對電氣工程及其自動化專業(yè)的理解的作用等。1 設計依據(jù)和基礎資料1.1 設計依據(jù)設計依據(jù)是課程設計任務書。1.2 基礎資料1.2.1 發(fā)電廠規(guī)模 水輪發(fā)電機4臺，單機容量10mw。年利用小時數(shù)4000小時。1.2.2 電力系統(tǒng)與本廠連接情況 紅石巖水電站采用110kv電壓接入系統(tǒng)，110kv出線2回，其中1回至鴨

5、塘變電站（距離約45km，鴨塘變電站短路容量約為3000mv.a），另1回備用。1.2.3 電力負荷水平（1）發(fā)電機電壓負荷：無。壩區(qū)最大為400kw，cos=0.85，tmax=1350h，二級負荷。生活區(qū)最大負荷為280kw，cos=0.85，tmax=2000h，三級負荷。（2）廠用電率按裝機容量的1.5%計算。1.2.4 環(huán)境條件 紅石巖水電站位于云南省宜良縣與澄江縣交界的南盤江干流下游河段上，為一庫八級開發(fā)方式的第二個梯級電站，電站距昆明市直線距離85km。宜良縣距昆明市55km，屬昆明市近郊縣，交通便利。1.3 對基礎資料進行分析紅水巖水電站總裝機容量只有40mw，是個小水電站，不

6、是電力系統(tǒng)中比較重要的電廠，對電力系統(tǒng)5到10年內發(fā)展規(guī)劃的影響不是很大，但與省會昆明市直線距離為85km，地理位置較好，可以采用2回110kv出線連接入系統(tǒng)。2 主接線方案的設計主接線應滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三項基本要求。（一）可靠性，主接線可靠性的衡量標準時運行實踐，要充分地做好調研工作，力求避免決策失誤。不不僅包括開關、母線等一次設備，而且包括對應的繼電保護、自動裝置等二次設備在運行中的可靠性。（二）靈活性,包括以下幾個方面：1）操作的方便性2）調度的方便性3）擴建的方便性（三）經(jīng)濟性主要從以下幾個方面考慮：1）投資省，主接線要力求簡單，以節(jié)省一次設備的使用數(shù)量，選用價廉的新型設備，

7、節(jié)省開支。2）占地面積小，主接線的選型和布置方式，直接影響到整個配電裝置的占地面積。3）電能損耗小，經(jīng)濟合理的選擇變壓器的類型。4）發(fā)展性，主接線可以容易地從初期接線方式過渡到最終接線，在不影響連續(xù)供電或停電時間短的情況下，完成過渡期的改擴建2.1 主接線方案的比較根據(jù)任務書的要求，在分析原始資料的基礎上，參照水電站設計技術規(guī)程，以及水電站在電力系統(tǒng)中的地位、負荷情況、出現(xiàn)回路數(shù)等條件，擬定出下面兩種方案。方案：發(fā)電機與變壓器采用擴大單元接線，10.5kv采用單母線接線，110kv采用單母線接線。 方案：10.5kv采用單母線接線，110kv采用單母線分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線。兩種方

8、案的具體優(yōu)劣比較如下：（一）10.5kv接線方式的選擇兩種方案在10.5kv采用相同的單母線接線方式。優(yōu)點：接線簡單，操作方便，設備少、經(jīng)濟性好，并且母線便于向兩端延伸，擴建方便。缺點：（1）可靠性差。母線或母線隔離開關檢修或故障時，連接在母線上的兩臺發(fā)電機都要停止運行。（2）調度不方便，兩臺發(fā)電機只能并列運行，不能分列運行，并且線路側發(fā)生短路時，有較大的短路電流。（二）110kv接線方式的選擇1、單母線接線方式優(yōu)點：接線簡單，操作方便，設備少、經(jīng)濟性好，并且母線便于向兩端延伸，擴建方便。缺點：（1）可靠性差。母線或母線隔離開關檢修或故障時，四臺發(fā)電機都要停止運行，造成全水電站停電。（2）調度

9、不方便，兩組發(fā)電機組只能并列運行，不能分列運行，并且線路側發(fā)生短路時，有較大的短路電流。2、單母線單母線分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線方式優(yōu)點：接線也比較簡單清晰，當母線及母線隔離開關故障及檢修時，可縮小事故范圍，四臺發(fā)電機不需要全部停止運行，能保證對重要負荷的供電，具有相當高的供電可靠性和靈活性。缺點：操作比單母線接線復雜，所用設備多，增加了多臺斷路器和隔離開關的投資。2.2主接線方案的選擇通過以上兩種方案的比較，可得出結論: 方案操作簡單，經(jīng)濟性好，但可靠性和靈活性差；方案操作相對復雜，經(jīng)濟型稍差，但可靠性和靈活性大為提高。綜合各種因素，個人認為方案增加的投資是值得的，并且方案的可操作

10、性也比較強，因此決定采用方案的接線方案2.4 廠用電，生活區(qū)用電接線方案廠用電接線的一般要求：（1）供電可靠，運行靈活。（2）各機組的廠用電系統(tǒng)影視獨立的，特別是200mw以上機組應做到這一點。（3）全廠性公用負荷應分散接入不同機組的廠用母線或公用負荷母線。（4）充分考慮發(fā)電廠正常、事故、檢修、啟停等運行方式下的供電要求，一般均應配備可靠地啟動/備用電源，盡可能地使切換操作簡便，啟動/備用電源能在短時間內投入。（5）供電電源應盡量與電力系統(tǒng)保持緊密的聯(lián)系。（6）充分考慮電廠分期建設和連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運行方式，特別要注意對公用負荷供電的影響，要便于過渡，盡量減少改變接線和更換設置。最終

11、確定的主接線方案如圖所示。3 變壓器的選擇3.1 主變壓器的選擇3.1.1 主變壓器臺數(shù)的選擇 根據(jù)方案的接線方式，選取兩臺主變壓器，分別負責兩個發(fā)電機組母線的升壓出線。3.1.2 主變壓器容量的選擇考慮原則：1）當發(fā)電機電壓母線上負荷最小時，能將發(fā)電機電壓母線上的剩余有功和無功容量送入系統(tǒng)。2）當發(fā)電機電壓母線上最大一臺發(fā)電機組停運時，能由系統(tǒng)供給給發(fā)電機電壓的最大負荷。在電廠分期建設過程中，在事故斷開最大一臺發(fā)電機組的情況下，通過變壓器向系統(tǒng)取得電能時，可考慮變壓器的允許過負荷和限制非重要負荷。3）根據(jù)系統(tǒng)經(jīng)濟運行的要求（如充分利用豐水季節(jié)的水能），而限制本廠輸出功率時，能供給給發(fā)電機電壓

12、的最大負荷。4）按上述條件計算時，應考慮負荷曲線的變化和逐年負荷的發(fā)展。特別應注意發(fā)電廠初期運行，當發(fā)電機電壓母線負荷不大時，能將發(fā)電機電壓母線上的剩余容量送入系統(tǒng)。5）發(fā)電機電壓母線與系統(tǒng)連接的變壓器一般為兩臺。對主要向發(fā)電機電壓供電的地方電廠，而系統(tǒng)電源僅作為備用，則允許只裝設一臺主變壓器作為發(fā)電廠與系統(tǒng)的聯(lián)絡。若發(fā)電機電壓母線上接有2臺及以上的主變壓器時，當其中容量最大的一臺因故推出運行時，其他主變壓器在允許過負荷10范圍內，應能輸送母線剩余功率的70以上。壩區(qū)由任務書的原始資料及主要參數(shù)知：由原始資料及計算公式得：生活區(qū)由任務書的原始資料及主要參數(shù)知： 由原始資料及計算公式得： 廠用電

13、由任務書的原始資料及主要參數(shù)知：廠用電率按裝機容量的1.5計算，則 按上述之考慮原則有： 3.1.3 主變壓器相數(shù)的選擇容量為300mw及以下機組單元連接的主變壓器和330kv及以下電力系統(tǒng)中，一般都應選用三相變壓器。因為單相變壓器組相對投資大、占地多、運行損耗也大，同時配電裝置結構復雜，也增加了維修工作量。但是，由于變壓器的制造條件和運輸條件的限制，特別是大型變壓器要考察其運輸可能性。若受到限制時，則可選用單相變壓器。結合本水電站具體情況：（1）屬于小型水電站，不需要大型變壓器（2）變壓器的運輸不受地理條件限制。所以綜合考慮，選用三相變壓器器。3.1.4 主變壓器繞組數(shù)量和連接方式的選擇 繞

14、組數(shù)量：本水電站的電氣主接線方式?jīng)Q定了主變壓器應該選擇兩臺相同的雙繞組變壓器，采用發(fā)電機雙繞組變壓器方式接入電力系統(tǒng)，選用三繞組或多繞組變壓器反而不利于電氣主接線的設計。 繞組連接方式：在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列要求以及限制3次諧波對電源的影響等因素，主變壓器聯(lián)結組號一般都選用ynd11常規(guī)接線 表？ sf8-25000/110 變壓器參數(shù)表型號額定容量（kva）額定電壓（kv）空載電流（）空載損耗（kw）阻抗電壓（）高壓中壓低壓高-中高-低中-低sf8-25000/1102500011010.50.6025.010.5注：數(shù)據(jù)來源 3.2 壩區(qū)用變壓器的選擇3.2.1

15、壩區(qū)用變壓器臺數(shù)的選擇 壩區(qū)最大負荷為400kw，選擇一臺變壓器即可，高壓側接發(fā)電機組母線。3.2.2 壩區(qū)用變壓器容量的選擇 壩區(qū)最大負荷視在功率為470.59kva，所以一臺容量為500kva的變壓器3.2.3 壩區(qū)用變壓器繞組數(shù)量的選擇 選擇雙繞組變壓器具體參數(shù)見下表。表 ？s11-500/10 型變壓器參數(shù)表型號額定容量（kva）額定電壓（kv）阻抗電壓（）連接組標號損耗（w）空載電流（）高低空載短路s11-500/10500100.44.0d,yn116750.7注：數(shù)據(jù)來源 3.3 生活區(qū)用變壓器的選擇3.3.1 生活區(qū)用變壓器臺數(shù)的選擇 生活區(qū)最大負荷有功功率為280kw，選擇一

16、臺變壓器即可3.3.2 生活區(qū)用變壓器容量的選擇 生活區(qū)最大負荷視在功率為329.41kva，所以選擇一臺容量為400kva的變壓器3.3.3 生活區(qū)用變壓器繞組數(shù)量的選擇 選擇雙繞組變壓器具體參數(shù)見表。表 ？s11-400/10 型變壓器參數(shù)表型號額定容量（kva）額定電壓（kv）阻抗電壓（）連接組標號損耗（w）空載電流（）高低空載短路 注：數(shù)據(jù)來源 3.4 廠用變壓的選擇3.4.1 廠用變壓器臺數(shù)的選擇 由電氣主接線，選擇兩臺廠用變壓器3.4.2 廠用變壓器容量的選擇 兩臺發(fā)電機的總容量的1.5%為375kva，所以一臺廠用變壓器的容量應為400kva3.4.3 廠用變壓器繞組數(shù)量的選擇

17、選擇雙繞組變壓器具體參數(shù)見表。表？ s11-400/10 型變壓器參數(shù)表型號額定容量（kva）額定電壓（kv）阻抗電壓（）連接組標號損耗（w）空載電流（）高低空載短路s11-400/10400100.44.0d,yn115650.7注：數(shù)據(jù)來源 電力設備選型手冊4 短路電流計算4.1 基本假定在本設計短路電流計算中，采用以下假設條件和原則：1）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行。2）所有電源的電動勢相位角相同。3）系統(tǒng)中的同步和異步電機均為理想電機，不考慮電機磁飽和、磁滯、渦流及導體集膚效應等影響；轉子結構完全對稱；定子三相繞組空間位置相差電氣角度。4）電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設

18、備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化。5）電力系統(tǒng)中所有電源都在額定負荷下運行，其中50負荷接在高壓母線上，50負荷接在系統(tǒng)側。6）同步電機都具有自動調整勵磁裝置（包括強行勵磁）。7）短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。8）不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。9）除計算短路電流的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡的短路電流外，元件的電阻都略去不計。10）元件的計算參數(shù)均取其額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調整范圍。11）輸電線路的電容略去不計。12）用概率統(tǒng)計法制定短路電流運算曲線。4.2 原始數(shù)據(jù)的確定該水電廠，其它原始數(shù)據(jù)參考任務書。主要參照小型水電站 電氣一次回路部分下冊和電力工程電氣設計手冊上的方法和公式進

19、行計算。采用標么制進行計算，基準容量取，基準電壓取用各級的平均電壓，即 表 ？ 短路計算基準值額定電壓基準電壓基準電流基準電抗6.36.68.750.43535371.5613.71101150.502132注：數(shù)據(jù)來源4.3 計算各元件的電抗標么值并繪制等值電抗圖4.3.1 水輪發(fā)電機的電抗標么值由小型水電站 電氣一次回路部分下冊 p52 查得公式（4-1） （4-1） 式中 發(fā)電機的額定容量（） 發(fā)電機縱軸次暫態(tài)電抗 發(fā)電機縱軸次暫態(tài)電抗標么值由公式（4-1）及任務書所給的原始參數(shù)可計算出 ？臺發(fā)電機的電抗標么值：4.3.2 主變壓器的電抗標么值4.3.3 架空線路的電抗標么值4.3.4

20、系統(tǒng)（或變電站主變的）電抗標么值4.4 按短路點進行網(wǎng)絡變換4.4.1 按點短路化簡計算由小型水電站 電氣一次回路部分 p70 查得公式（4-5）、（4-6）由小型水電站 電氣一次回路部分 p65 查得公式（4-7）、（4-8） （4-5） （4-6） （4-7） （4-8）式中 發(fā)電機的計算電抗 次暫態(tài)短路電流 短路沖擊電流值 最大短路全電流最大有效值 沖擊系數(shù),取1.8 由公式（4-5）、（4-6）、（4-7）、（4-8）得t=0s 時 t=0.2s 時 t=1s 時 額定電流 短路電流 沖擊電流 短路全電流最大有效值短路容量 4.4.2 按點短路化簡計算5 電氣設備的選擇和校驗高壓電氣設

21、備選擇的一般原則：1）應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展。2）應按當?shù)丨h(huán)境條件校核。3）應力求技術先進和經(jīng)濟合理。4）與整個工程的建設標準應協(xié)調一致。5）同類設備應盡量減少品種。6）選用的新產(chǎn)品均應具有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正是鑒定合格。在特殊情況下，選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品時，應經(jīng)上級批準。5.1 高壓斷路器、隔離開關的選擇和校驗5.1.1 發(fā)電機出口處 表？ 發(fā)電機出口處斷路器、隔離開關選擇結果表計算數(shù)據(jù)sn10-10/100 型斷路器gn6-10/1000-80型隔離開關 10 kv 10kv 10kv 0.685k a 1ka 1ka 8.40 ka 31.5

22、ka 21.38 ka 80ka 141.42 31.5*31.5*2=1984.5 31.5*31.5*2=1984.5 21.38 ka 80ka 80ka注：數(shù)據(jù)來源發(fā)電廠電氣部分，第四版，中國電力出版社，附表5，附表75.1.2 主變壓器 低壓側 表 ？ 主變壓器低壓側斷路器、隔離開關選擇結果表計算數(shù)據(jù)sn10-10/2000型斷路器gn2-10/2000-85型隔離開關 10 kv 10kv 10 kv 1.37ka 2 ka 2 ka 9.46 ka 43.3 ka 24.08 ka 130 ka 357.97 43.3*43.3*4=7499.56 51*51*5=13005 2

23、4.08 ka 130 ka 85 ka注：數(shù)據(jù)來源發(fā)電廠電氣部分，第四版，中國電力出版社，附表5，附表75.1.3主變壓器 高壓側表 ？ 主變壓器高壓側斷路器、隔離開關選擇結果表計算數(shù)據(jù)sw4-110/1200型斷路器gw4-110d/1000-80型隔離開關 110kv 110kv 110kv 0.137ka 1ka 1ka 0.8ka 18.4ka 2.04ka 55ka 3.20 21*21*5=2205 21.5*21.5*5=2311.25 2.04ka 55ka 80ka注：數(shù)據(jù)來源發(fā)電廠電氣部分，第四版，中國電力出版社，附表6，附表75.2 電流互感器的選擇和校驗5.2.1 變

24、壓器低壓側電流互感器的選擇 5.2.2 變壓器高壓側電流互感器的選擇 =0.137ka=137a，選擇電流互感器型號lfzj1-3，額定電流比為20200/5(a) 5.3 電壓互感器的選擇和校驗5.3.1 發(fā)電機出口處及母線上電壓互感器的選擇和校驗 （1）型式：采用單相澆注絕緣式電壓互感器，作電壓、電能測量及單向接地保護用及繼電保護用。 （2）電壓：額定一次電壓u1n=10.5kv，額定二次電壓u2n=0.1kv。 （3）準確等級：用于保護、測量、計量用，其準確等級為0.5級。 （4）型號：jdz-10，一次繞組10kv，二次繞組0.1kv,最大容量400va5.3.2 （升高電壓）出線上電壓互感器的選擇和校驗 升壓母線電壓等級為110kv，根據(jù)設計手冊，在接110kv及以上線路側的電壓互感器，當線路上裝有載波通訊時，應盡量與耦合電容器結合，統(tǒng)一選用電容式電壓互感器。 （1）型式：采用電容式電壓互感器，作電壓、電能測量及繼電保護作用，并兼作電力線載波耦合電容