工學(xué)電氣設(shè)備課程設(shè)計(jì)

1、廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程：電氣設(shè)備變電站一次電氣設(shè)備課程設(shè)計(jì)班別：10水電班學(xué)號(hào)：100215姓名：日期：目錄一、前言二、原始資料及設(shè)計(jì)任務(wù)三、主變的選擇及方案的比較、確定四、短路電流計(jì)算五、電器設(shè)備的選擇六、設(shè)備選擇匯總表七、參考文獻(xiàn)一、前言 發(fā)電廠和變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，主接線是發(fā)電廠、變電所及電力系統(tǒng)輸送電能的通路。發(fā)電廠的主接線圖是由發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、母線、電纜等電氣設(shè)備及連接線按照一定順序連接。電力系統(tǒng)在工業(yè)和人民生活中占重要的地位，各行各業(yè)都需要用電，隨著我們現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)的迅速發(fā)展，工業(yè)用電量越來越多，而電站卻是電能的產(chǎn)生產(chǎn)所，是電網(wǎng)電能的唯

2、一來源。通過一段時(shí)間的電氣設(shè)備學(xué)習(xí)，我對(duì)電氣主接線方案的擬定和電氣設(shè)備的選擇略知一二，下面我就來淺談下主接線方案的設(shè)計(jì)要求。主接線設(shè)計(jì)好壞直接影響到工業(yè)生產(chǎn)和人民生活。電氣主接線對(duì)發(fā)電廠和變電站以及電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行起著重要作用。因此，發(fā)電廠和變電站的電氣主接線，必須滿足以下基本要求：（1）根據(jù)發(fā)電廠、變電站在電力系統(tǒng)中的地位、作用和用戶性質(zhì)，保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量要求；（2）應(yīng)力求接線簡單、運(yùn)行靈活和操作簡便；（3）保證運(yùn)行、維護(hù)和檢修的安全和方便；（4）應(yīng)盡量降低投資，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；（5）滿足擴(kuò)建要求，實(shí)現(xiàn)分期過渡。 以上就是在學(xué)習(xí)過程中需要的主接線設(shè)計(jì)中的原則和一般

3、要求，要很好的完成和掌握變電站一次電氣備課程設(shè)計(jì)還需要進(jìn)行短路計(jì)算和變電站的各電氣設(shè)備型式選擇，變電站一次設(shè)備的選擇和校驗(yàn)，選擇導(dǎo)線等。二、原始材料及設(shè)計(jì)任務(wù)一、原始資料待建變電站資料：1、建設(shè)規(guī)模 （1）*水電站110kV變電站 （2）水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)：4×38MW，cos=0.90，Xd=0.21，發(fā)電機(jī)電壓10.5kV；（3）變電站電壓等級(jí)：110kV、35kV、10kV 系統(tǒng)接入方案：110kV出線2回；線路1長度60km，線路2長度45km，分別接入系統(tǒng)1、2兩變電站； 系統(tǒng)阻抗標(biāo)幺值X*：線路1為0.216；線路2為0.291。 35kV出線1回，線路3長度為15km，接

4、入系統(tǒng)3變電站，系統(tǒng)阻抗標(biāo)幺值X*：線路3為0.246。 （4）變電站為戶外型；10kV為戶內(nèi)配電裝置。2、環(huán)境條件 （1）當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?3，年最低氣溫2，年平均最高氣溫36，年平均最低氣溫6，月最高氣溫43； （2）變電站海拔高度32m。二、設(shè)計(jì)任務(wù)：本課程設(shè)計(jì)只作電氣系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)，只對(duì)電氣一次設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，不包含電氣二次設(shè)備的設(shè)計(jì)。戶內(nèi)電氣設(shè)備只進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，不進(jìn)行設(shè)備選擇。主要任務(wù)：1、主變壓器選擇；（包括變壓器臺(tái)數(shù)、容量、型號(hào)、參數(shù)）2、通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定電氣主接線；（擬定23個(gè)主接線方案）3、短路電流計(jì)算；（計(jì)算條件、過程及結(jié)果）4、斷路器、隔離開關(guān)（接地開關(guān)）選擇；（選擇、修

5、正、校驗(yàn)，確定設(shè)備的型號(hào)規(guī)格，列表比較設(shè)備的主要參數(shù)值和計(jì)算值）5、導(dǎo)線選擇，對(duì)主變低壓側(cè)只選擇母線；（選擇和校驗(yàn)）6、電流互感器、電壓互感器選擇；（選擇、修正、校驗(yàn)，確定設(shè)備的型號(hào)規(guī)格，列表比較設(shè)備的主要參數(shù)值和計(jì)算值）7、避雷器選擇（選擇、修正、校驗(yàn)，確定設(shè)備的型號(hào)規(guī)格）。三、設(shè)計(jì)成果1、設(shè)計(jì)說明書（含計(jì)算過程和結(jié)果）2、繪制電氣主接線圖（按制圖標(biāo)準(zhǔn)繪圖）三、主變的選擇及方案的比較、確定1、主變的選擇變壓器臺(tái)數(shù)和容量的確定：變壓器臺(tái)數(shù)確定：應(yīng)滿足發(fā)電機(jī)容量、用電負(fù)荷的可靠性要求；根據(jù)材料，該電站機(jī)組容量為4×38MW，選擇兩臺(tái)變壓器，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上比較合理，運(yùn)行可靠性高，靈活性好

6、，維修方便，能滿足該電站的要求。變壓器容量的確定：根據(jù)原始材料的需要，選擇兩臺(tái)主變，一臺(tái)是90000KVA的雙繞組變壓器，另一臺(tái)式90000KVA三繞組變壓器。其參數(shù)如下：雙繞組變壓器型號(hào)SFP7-90000/110容量(KVA)90000額定電壓(KV)110/10.5連接組YN,d11阻抗電壓（%）10.5空載電流（%）0.5重量（t)94三繞組變壓器型號(hào)SSZ10-90000/110容量(KVA)90000額定電壓(KV)110/35/10.5連接組Yn,y0,d11阻抗電壓（%）高-低18高-中10.5中-低6.5空載電流（%）0.3重量（t)1222、方案的比較及確定方案一：該方案采

7、用一臺(tái)90MW三繞組變壓器，不分段單母線連接方式，能滿足設(shè)計(jì)需要。接線簡單、清晰、設(shè)備少、操作方便、投資少、便于擴(kuò)建，但可靠性差和靈活性差，在檢修時(shí)必須停止工作和斷電，所以該方案淘汰！方案二：該方案采用兩臺(tái)變壓器，一臺(tái)90MW雙繞組變壓器，一臺(tái)是90MW三繞組變壓器，分段單母線連接方式，可以限制短路電流，110KV側(cè)出線采用外橋接線，可以限制穿越功率；可靠性高，靈活性好，但設(shè)備多、投資明顯增加，占用地面積大，根據(jù)電站材料，該方案不宜采用！方案三：該方案采用兩臺(tái)變壓器，一臺(tái)90MW雙繞組變壓器，一臺(tái)是90MW三繞組變壓器，分段單母線連接方式，可以限制短路電流，可靠性高，靈活性好，投資比方案二的要

8、少，設(shè)備被也比方案二的要少，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該方案較方案一和方案二有一定的優(yōu)越性，符合設(shè)計(jì)要求！所以選用該方案！四、短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算的步驟：、繪制相應(yīng)的電力系統(tǒng)、發(fā)電廠主接線。、確定與短路電流有關(guān)的運(yùn)行方式。、計(jì)算各元件的阻抗。、繪制相應(yīng)的短路電流計(jì)算阻抗圖。、根據(jù)需要取不同的短路點(diǎn)進(jìn)行短路電流計(jì)算。、列出短路電流計(jì)算結(jié)果表。短路計(jì)算電路圖：注：1段母線和2段母線上的母聯(lián)開關(guān)只在故障或維修時(shí)投入使用，機(jī)組及各電氣設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)斷開。解：取，各元件的電抗標(biāo)幺值為：X1=X2=X3=X4=三繞組變壓器電抗標(biāo)幺值：- -6.5）=0.11- -18）=-0.005- -10.5）=0.07X6

9、-=X*e0.11=0.122 X6-=X*e-0.005=-0.006X6-=X*e0.07=0.078系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值：采用分組電源法，將電源分為系統(tǒng)1、系統(tǒng)2、系統(tǒng)3、電站母線側(cè)1、電站母線側(cè)2，初始等值電路圖及其簡化。系統(tǒng)1當(dāng)d1點(diǎn)短路時(shí)，等值簡化圖如下：系統(tǒng)支路1：電站母線側(cè)1：查運(yùn)算曲線或運(yùn)算數(shù)字表得：則有名值：KA KA短路點(diǎn)得疊加數(shù)據(jù)為：當(dāng)d2點(diǎn)短路時(shí)，等值簡化圖如下：系統(tǒng)1系統(tǒng)支路1：電站母線側(cè)1：查運(yùn)算曲線或運(yùn)算數(shù)字表得：則有名值： KA KA短路點(diǎn)得疊加數(shù)據(jù)為： 當(dāng)d3點(diǎn)短路時(shí)，等值簡化圖如下：X6-0.006=0.243X18=X6-X19=X6-=0.122系統(tǒng)支路2：

10、系統(tǒng)支路3：電站母線側(cè)2：查運(yùn)算曲線或運(yùn)算數(shù)字表得：則有名值： 短路點(diǎn)得疊加數(shù)據(jù)為：當(dāng)d4點(diǎn)短路時(shí)，等值簡化圖如下：=0.249X24=X6-=-0.006X25=X6-X26=X6-系統(tǒng)支路2：系統(tǒng)支路3：電站母線側(cè)2：查運(yùn)算曲線或運(yùn)算數(shù)字表得：則有名值： 短路點(diǎn)得疊加數(shù)據(jù)為：短路點(diǎn)編號(hào)基值電壓(KV)額定電壓（KV）0s疊加短路電流I''（KA）4s疊加短路電流IZ4（KA）短路沖擊電流ich（KA)d-11151102.802.537.32d-210.51035.2625.6094.73d-31151102.972.817.769d-410.51042.1132.4511

11、3.13短路電流計(jì)算結(jié)果表：五、電器設(shè)備的選擇主保護(hù)時(shí)間為0s，后備保護(hù)時(shí)間為3s.110KV側(cè)，接系統(tǒng)的高壓側(cè)斷路器、隔離開關(guān)的選擇：短路點(diǎn)的選擇：當(dāng)K1短路時(shí)，流經(jīng)斷路器的電流為系統(tǒng)1的短路電流IT=1.27；當(dāng)K2短路時(shí)，流經(jīng)斷路器的電流為電站側(cè)的短路電流IG=1.53；由于IT<IG，所以選擇短路點(diǎn)K2。1、工作條件選擇（1）（2）通過以上數(shù)據(jù)初選斷路器LW-110，隔離開關(guān)GW4-110G參數(shù)如下列表：型號(hào)額定電壓（KV)最大工作電壓(KV)額定電流(A)額定短路電流(KA)4S熱短路電流(KA)額峰耐電(KA)固有分閘時(shí)間（s)合斷時(shí)間(s)LW-11011012620004

12、0401000.060.15SGW4-110G11011020001002、使用環(huán)境修正（1）海拔高度32m<1000m，所以不用修正。（2）運(yùn)行最高溫度= =修正設(shè)備的工作電流。3、熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 開斷計(jì)算時(shí)間：查運(yùn)算曲線得短路電流并換算有名值。因?yàn)殚_斷時(shí)間 所以：短路電流計(jì)算時(shí)間，因?yàn)椴橹芷诜至堪l(fā)熱等值時(shí)間曲線得：，由于 故周期分量發(fā)熱可忽略不計(jì)，周期發(fā)熱：。4、因?yàn)殡娬境鼍€為架空電路，所以不需要進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)則系統(tǒng)的110KV出線，斷路器及隔離開關(guān)的校驗(yàn)及選擇結(jié)果如下：計(jì)算數(shù)據(jù)LW口-110結(jié)果GW4-110G結(jié)果U110KA110KA110KA527A2000KA2000A1.53

13、KA40KA_4.00KA100KA_4.00KA100KA50KA校驗(yàn)所以選擇的斷路器，隔離開關(guān)符合要求。110KV側(cè)，接系統(tǒng)的高壓側(cè)斷路器、隔離開關(guān)的選擇：短路點(diǎn)的選擇：當(dāng)K3短路時(shí)，流經(jīng)斷路器的電流為系統(tǒng)2的短路電流IT2=1.18KA；當(dāng)K4短路時(shí)，流經(jīng)斷路器的電流為電站側(cè)的短路電流加上系統(tǒng)3的短路電流IG+IT3=1.39+0.40=1.79KA；由于IT<IG+IT3，所以選擇短路點(diǎn)K4。1、工作條件選擇（1）（2）通過以上數(shù)據(jù)初選斷路器LW-110，隔離開關(guān)GW4-110G參數(shù)如下列表：型號(hào)額定電壓（KV)最大工作電壓(KV)額定電流(A)額定短路電流(KA)4S熱短路電流

14、(KA)額峰耐電(KA)固有分閘時(shí)間（s)合斷時(shí)間(s)LW-110110126200040401000.060.15SGW4-110G11011020001002、使用環(huán)境修正（1）海拔高度32m<1000m，所以不用修正。（2）運(yùn)行最高溫度= =修正設(shè)備的工作電流。3、熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 開斷計(jì)算時(shí)間：查運(yùn)算曲線得短路電流并換算有名值。因?yàn)殚_斷時(shí)間 所以：短路電流計(jì)算時(shí)間，因?yàn)椴橹芷诜至堪l(fā)熱等值時(shí)間曲線得：，由于 故周期分量發(fā)熱可忽略不計(jì)，周期發(fā)熱：。4、因?yàn)殡娬境鼍€為架空電路，所以不需要進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)則系統(tǒng)的110KV出線，斷路器及隔離開關(guān)的校驗(yàn)及選擇結(jié)果如下：計(jì)算數(shù)據(jù)LW口-110結(jié)果

15、GW4-110G結(jié)果U110KA110KA110KA527A2000KA2000A1.79KA40KA_4.68KA100KA_4.68KA100KA50KA校驗(yàn)所以選擇的斷路器，隔離開關(guān)符合要求。根據(jù)以上斷路器和隔離開關(guān)的選擇、校驗(yàn)，110KV側(cè)接系統(tǒng)、接系統(tǒng)的斷路器和隔離開關(guān)選擇都一樣；如下表：型號(hào)額定電壓（KV)最大工作電壓(KV)額定電流(A)額定短路電流(KA)4S熱短路電流(KA)額峰耐電(KA)固有分閘時(shí)間（s)合斷時(shí)間(s)LW-110110126200040401000.060.15SGW4-110G1101102000100接系統(tǒng)的110KV出線的電流互感器和電壓互感器的選

16、擇因?yàn)殡娏骰ジ衅餮b設(shè)在110KV戶外變電站，所以按電流、電壓選擇設(shè)備。 1、一次回路電壓：因?yàn)閁e=110KV，Ug=110KV，所以Ug=Ue. 2、一次回路電流：Igmax=527A則選型為：型號(hào)額定電流比（A）級(jí)次組合額定輸出（VA）額定短時(shí)熱電流（倍數(shù)）動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)重量（Kg)LCWD-1100.55075125500 因?yàn)镮e=300600A，Igmax=527A(系統(tǒng)） 3、動(dòng)穩(wěn)定： 因?yàn)椋?4、熱穩(wěn)定：由斷路器校驗(yàn)時(shí)已算出所以接系統(tǒng)的110KV出線的電壓互感器選擇1、一次電壓U1：Ue1>U1>0.9Ue1，U1=110KV. Ue1=110KV.2、二次電壓Ue：Ue

17、2=3、準(zhǔn)確等級(jí)：一級(jí)。選擇Jcc-110型，如表：型號(hào)額定變比準(zhǔn)確等級(jí)下額定容量（VA） 連接組1級(jí) 3級(jí)Jcc-110500 1000YY-12-12接系統(tǒng)的110KV出線的電流互感器和電壓互感器的選擇因?yàn)殡娏骰ジ衅餮b設(shè)在110KV戶外變電站，所以按電流、電壓選擇設(shè)備。 1、一次回路電壓：因?yàn)閁e=110KV，Ug=110KV，所以Ug=Ue. 2、一次回路電流：Igmax=527A則選型為：型號(hào)額定電流比（A）級(jí)次組合額定輸出（VA）額定短時(shí)熱電流（倍數(shù)）動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)重量（Kg)LCWD-1100.55075125500 因?yàn)镮e=300600A，Igmax=527A(系統(tǒng)） 3、動(dòng)穩(wěn)定：

18、 因?yàn)椋?4、熱穩(wěn)定：由斷路器校驗(yàn)時(shí)已算出所以接系統(tǒng)的110KV出線的電壓互感器選擇1、一次電壓U1：Ue1>U1>0.9Ue1，U1=110KV. Ue1=110KV.2、二次電壓Ue：Ue2=3、準(zhǔn)確等級(jí)：一級(jí)。選擇Jcc-110型，如表：型號(hào)額定變比準(zhǔn)確等級(jí)下額定容量（VA） 連接組1級(jí) 3級(jí)Jcc-110500 1000YY-12-12根據(jù)以上電流互感器和電壓互感器選擇、校驗(yàn)，110KV側(cè)接系統(tǒng)、接系統(tǒng)的電流互感器和電壓互感器選擇都一樣；如下表：電流互感器型號(hào)額定電流比（A）級(jí)次組合額定輸出（VA）額定短時(shí)熱電流（倍數(shù)）動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)重量（Kg)LCWD-1100.550751

19、25500電壓互感器型號(hào)額定變比準(zhǔn)確等級(jí)下額定容量（VA） 連接組1級(jí) 3級(jí)Jcc-110500 1000YY-12-12接系統(tǒng)、，110KV側(cè)避雷器的選擇及校驗(yàn)由Ue=110KV，查書，選F2-110型避雷器，參數(shù)如下型號(hào)結(jié)合方式額定電壓(KV)滅弧電壓(KV)工頻放電電壓（KV) 不小于 不大于F2-1104F2-30J110100224 268檢驗(yàn):(1)滅弧電壓:因?yàn)?所以:(2)電電壓下限:因?yàn)?所以 校驗(yàn)通過,故選避雷器F2-110型符合要求。接系統(tǒng)、接系統(tǒng)110KV側(cè)的避雷器選擇都一樣,故選避雷器F2-110型。型號(hào)結(jié)合方式額定電壓(KV)滅弧電壓(KV)工頻放電電壓（KV) 不

20、小于 不大于F2-1104F2-30J110100224 26810KV側(cè)母線的選擇及校驗(yàn)段母線的母線選擇：平排平放。1、10KV的母線一般采用硬鋁導(dǎo)線。2、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面由因?yàn)镮gmax=4875A>4000A，因此選擇槽型母線。根據(jù)材料Tmax=5000h/a,查表得經(jīng)濟(jì)電流密度：J=1.15mm2則母線經(jīng)濟(jì)截面為： 查書水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次手冊(cè)257頁選擇雙槽型鉛導(dǎo)線截面4880mm2, h/b/c/r=175/80/8.0/12, 它在Q0=25時(shí),Iy=6600A,查書259頁，綜合修正系數(shù)K=1.00故kIy=6600A>Igmax=4239.13A.

21、 可滿足長期發(fā)熱條件。3、熱穩(wěn)定效驗(yàn): tdz為主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加斷路器固有分閘時(shí)間 即 tdz=0+0.06=0.06S查書電氣設(shè)備163頁-7-7表，得其中熱穩(wěn)定系數(shù)C=87；滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面為：可見，前面所選擇母線截面S=4880mm2 Smim=104.26mm2由此可見能滿足短路熱穩(wěn)定要求。4、動(dòng)穩(wěn)定效驗(yàn)： 其中 相間作用應(yīng)力：雙槽硬母線平放：W=0.333bh2=0.333902002 =0.011988 振動(dòng)系數(shù)的確定查書水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)一電氣一次257頁ri=2.75（槽型母線振動(dòng)頻率公式）所以 而（由于是硬鋁母線）所以，滿足動(dòng)穩(wěn)定。段母線的母線選擇：平排平放。1、10KV的母線一般采用硬鋁導(dǎo)線。2、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面由因?yàn)镮gmax=4875A>4000A，因此選擇槽型母線。根據(jù)材料Tmax=5000h/a,查表得經(jīng)濟(jì)電流密度：J=1.15mm2則母線經(jīng)濟(jì)截面為： 查書水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次手冊(cè)257頁選擇雙槽型鉛導(dǎo)線截面4880mm2, h/b/c/r=175/80/8.0/12, 它在Q0=25時(shí),Iy=6600A,查書259頁，綜合修正系數(shù)K=1.00故kIy=6600A