风电场电气工程课程设计报告.doc

-专业风电场电气系统课程设计报告题目名称： 45MW（35/66KV 升压站）风电场 电气一次系统初步设计 指导教师： 学生姓名： 班 级： 设计日期： 2013·06·172013·06·21 能源动力工程学院课程设计成绩考核表学生姓名班级成绩评定项 目权重成绩1、平时工作态度及出勤情况0.12、设计报告及图纸质量0.43、独立完成设计情况0.14、答辩情况0.4合计总 成 绩指导教师评语： 指导教师签字： 年 月 日目录1 课程设计介绍21.1课程设计题目21.2课程设计任务与要求22 设计过程32.1 方案论证32.2 设计原理33 设计内容33.1 风机与箱式变电站接线方案及相关设备选择33.2 风电场集电线路接线方案，选择35KV侧的架空线路103.3 66KV变电所电气主接线选择124 课程设计总结17参考文献17附录一：风电机组与升压变压器电气主接线图18附录二：风电机组集电回路示意图19附录三：升压变电站电气主接线图20附录四：设备材料清单211 课程设计介绍1.1 课程设计题目45MW（35/66KV 升压站）风电场电气一次系统初步设计本期工程装机规模45MW，计划安装30台1500kW 风力发电机组，并建设一座66kV 升压变电所。1.2 课程设计任务与要求1、设计风机与箱式变电站接线方案，选择下列设备：（1）35KV侧，断路器（或负荷开关）、熔断器、电缆、架空线路；（2）690V侧，断路器、电缆要求：（1）完成风机与箱式变电站电气接线图，图面包含主要电气设备表；（2）完成设备选择说明或计算。2、设计风电场集电线路接线方案，选择35KV架空线路说明：风力发电机出口电压为690V，经箱式变升压至35KV，通过35KV 集电线路（架空线路），接入风电场66KV变电所35KV开关柜上，再经主变二次升压至66KV接入电力系统。要求：（1）画出风电场35KV 集电线路示意图；（2）完成35KV 集电线路（架空线路）选择。3、设计66KV变电所电气主接线（含二期工程部分及所用电部分）选择：（1）66KV主变压器；（2）所用变压器；（3）66KV断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器；（4）35KV断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器；要求：（1）完成电气主接线设计，图面包含主要电气设备表；（2）完成设备选择说明或计算。2 设计过程2.1 方案论证本次设计的方案，主要是根据设计任务的内容，依次展开。借助图书馆和互联网的相关电力设备手册及相关资料，并且和同学相互探讨，请教老师的方式而逐渐深入该设计。2.2 设计原理根据电力设备手册等相关资料上的选择方法，进行计算选择，并通过查找相关类型表，选择合适的电力设备，原则上还需要校核检验。3 设计内容正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程的实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而准确的采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。应满足正常运行、维修。短路和过电压情况下的要求，并考虑长期的发展。按当地环境条件检验核对。应力求技术先进和经济合理，与整个工程的建设标准应协调一致；同类设备应尽量减少品种。选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格，在特殊情况下，用未经正式鉴定的心产品时，应经上级批准。选择的高电压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运行。3.1 风机与箱式变电站接线方案及相关设备选择3.1.1 35KV侧断路器的选择 流过断路器的最大持续工作电流 = 额定电压选择 35kV额定电流选择 经查表比较选择LW835A型L:六氟化硫断路器 W：户外式LW835A参数名称数据名称数据额定电压（KV） 35额定关合电流 （KA） 63最高工作电压（KV） 40.5额定动稳定电流 （KA）63额定电流 （A）1600额定热稳定电流 （KA） 25额定短路开断电流 （ KA ） 25熔断器的选择 额定电压选择 35kV最大持续工作电流 =额定电流选择 当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。选择RN135/40型跌开式熔断器，额定电压35kV，满足要求，断流容量200MVA，最大开断电流3.5kA。R：熔断器 N：户内型 RN135/40的相关参数型号额定电 压额定电流开断容量不小于（MVA）最大开断电流（KA）熔管数质量/kg熔断器熔管RN135/4035402003.5228.610电缆的选择。1） 缆芯材料选择：电力电缆一般选用铝芯。2） 绝缘及内护层选择：V:聚氯乙烯 L：铝导线. 3） 铠装及外被层选择：直埋电缆，用聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆。4） 电压及芯数选择：电缆的额定电压应等于或大于所在网络的额定电压，电缆的最高工作电压不得超过其额定电压的15%，35KV铝芯电缆选择 VLV22.5） 电缆选型计算先计算每相最大工作电流I（机组的功率因数：cos=1, P=UI cos）I=1600/（*35* cos）=27A6） 选型设计初步选择导体截面为240mm。 额定允许载流量：240mm为784A是FDZ-YEYH 1500V电缆在30C的环境温度、间隙大于一根电缆直径时空气中的额定载流量。见附表：8.）因为风力发电机组到箱变的电缆是埋在地下的所以还要考虑温度系数的影响，温度修正系数和排列系数按照标准选取，如下表：根据上述所述该电缆的最大载流量应该为：I=784*0.526=412.49.） 选型结论：建议每相用3根FDZ-YEYH 1*240的电缆3.1.2 690V侧相关设备的选择断路器的选择1.断路器允许额定电压： U=690V 2.最大持续工作电流： I=1.05 S/（U）=1406A经查表比较选择得下表参数，690v侧的真空断路器(电气工程设备手册一次部分p650)型号额定电压kv最高工作电压kv额定电流A额定频率Hz额定开端电流峰值KA动稳定电流峰值KA4s热稳定电流峰值KA额定电容器组开断关合电流A合闸时间小于S固有分闸时间小于S燃弧时间S额定关合电流KAZN-101600-31.51011.516005031.58031.5>0.1>0.060.3803. 选型结论:断路器选择型号ZN/1600-31.5Z: 真空断路器 N: 户内型电缆的选择1） 缆芯材料选择：电力电缆一般选用铝芯。2） 绝缘及内护层选择：低压电力电缆一般选用聚氯乙烯或绝缘聚氯乙烯护套电缆（VLV）V:聚氯乙烯 L：铝导线.7） 铠装及外被层选择：直埋电缆，用聚乙烯或聚氯乙烯护套的内铠装电缆。8） 电压及芯数选择：电缆的额定电压应等于或大于所在网络的额定电压，电缆的最高工作电压不得超过其额定电压的15%，1KV铝芯电缆选择 VLV22.9） 已知参数：发电机计算参数发电机额定功率：1.5MW 发电机额定电压：690V（带电容器）发电机绕组接线方式：星接发电机额定功率因数：110） 电缆选型计算先计算每相最大工作电流I（机组的功率因数：cos=1, P=UI cos）I=1500/（*0.69* cos=1300A）11） 选型设计导体截面选择：电压等级选择1.5KV,因为基于IGBT脉冲整流的AC-AC变流器方案存在电流影响，其范围是0.69KV1.5KV之间，而本选型方案需要适合我们这次的设计。 根据设计要求所给的数据，FDZ-YEYH1500-1X240电缆在空气中的载流量是784A。所以初步选择导体截面为240mm。 额定允许载流量：240mm为784A是FDZ-YEYH 1500V电缆在30C的环境温度、间隙大于一根电缆直径时空气中的额定载流量。见附表：8.）因为风力发电机组到箱变的电缆是埋在地下的所以还要考虑温度系数的影响，温度修正系数和排列系数按照标准选取，如下表：根据上述所述该电缆的最大载流量应该为：I=784*0.526=412.49.） 选型结论：建议每相用3根FDZ-YEYH 1*240的电缆3.1.3 风机与箱式变电站电气接线图 见附录一3.2 风电场集电线路接线方案，选择35KV侧的架空线路 3.2.1 集电线路接线方案说明：风力发电机出口电压为690V，经箱式变压器升至35KV，通过35KV集点线路（架空线路），接入风电场66KV变电所35KV开关柜上，再经主变二次升压至66KV接入电力系统。1） 架空线路选型计算：箱变的额定容量：1600KVA箱变高压侧的电压：35KV先计算每相最大工作电流I（机组的功率因数：cos=1, P=UI cos）I=1600/（*35* cos）=27A2） 架空线维护要求如下:(1) 架导线的设计安全系数不得小于2.5.避雷线的安全系数应大于导线的安全系数。(2) 线路上钢芯铝绞线的平均运行应力上限达到破坏应力的22%时，在线夹处应加装护线条；当达到破坏应力的25%时，应再加装防震锤。(3) 架线时最好采用张力放线，并采取措施防止导线磨伤和擦伤。(4) 同一档距内的导线弧垂应力求相同。接线后应立即进行附件安装，以免损伤导线。3） 选型设计根据设计要求所给的数据，FDZ-YEYH1500-1X240电缆在空气中的载流量是784A。所以初步选择导体截面为240mm。 额定允许载流量：240mm为784A是FDZ-YEYH 1500V电缆在30C的环境温度、间隙大于一根电缆直径时空气中的额定载流量。见附表：4）.因为风力发电机组箱变到变电所电缆是架空的所以不必考虑温度系数的影响。5）.选型结论：因为我们这次设计的输电回路为6回，且每回有1112台风电机组，所以我们把每回的架空线路分为两部分，第一部分以6台机组为一线路，则其额定电流I1=6*27=162A,所以第一部分选用一根FDZ-YEYH1500-1X240，第二部分为总的一回路，其有最多12台机组，所以其最大额定电流为I2=27*12=324A，也选用一根FDZ-YEYH1500-1X240。6.）额定电压为35KV及以下铜芯、铝芯交联聚乙烯绝缘电力电缆：本产品适用于固定敷设在交流50Hz额定电压35KV及以下的电力输配电线路上作输送电能用，系电网建设和改造用国产线路器材推荐项目。3.2.2 风电场35KV集电线路示意图见附录二3.3 66KV变电所电气主接线选择3.3.1 66kv主变压器的选择高压侧电压66KV 低压侧电压35KV风电场全场总装机容量为：Pn=30*1500=45000 KW主变压器台数的选择：考虑变压器检修，风电场中应装设两台主变压器。主变压器容量的选择：由于风电的不连续特性、风电场的利用小时数低及主变压器具有一定的过荷运行特性，因此，要求当一台主变压器停运的时候，另一台主变压器可以依据其自身过负荷能力，将风电场产生的全部电能送入电网，计算如下：Sn=Pn/1.0=45000/1.0=45000KVA风电机组发电时潮流从风电场送到电网；风电机组不发电时，潮流从系统倒送站用电，电压波动较大，选用有载调压变压器。由上所用选用SFZ7-50000/66型号变压器，其主要参数如下66KV双绕组有载调压电力变压器型号额定容量KVA电压组合短路阻抗%空载损耗kw负载损耗kw空载电流%连接组别高压/kv高压分接范围低压/kvSFZ7-50000/665000066+8*1.25%35959.70205.00.7YNd113.3.2 所用变压器所用变压器的电源有的接在主变的同一母线上，有的接到另外的外来电源上，这样当主变压器检修时就可保证所里继续有电源用。容量 Pn= Pn*10%=4500KW 高压侧电压66KV 低压侧电压35KV查表选用S7-5000/66型变压器，其参数如下表：型号额定容量KVA电压组合短路阻抗%空载损耗kw负载损耗kw空载电流%连接组别高压/kv高压分接范围低压/kvS7-5000/665000066+2*2.5%3599.036.01.3YNd113.3.3 66kv侧设备的选择1）断路器流过断路器的最大持续工作电流 = 额定电压选择 35kV 额定电流选择 经查手册，选择LW30-72.5/3150户外型六氟化硫断路器L：六氟化硫断路器 W：户外型其相关参数如下表：型号额定电压/KV额定电流/A额定开断电流/KA极限通过电流峰值/KA热稳定电流4s固有分闸时间/s合闸时间/sLW30-72.5/315072.5315040100400.0330.092）隔离开关 选择的隔离开关需要满足： >=66 KV 由上述计算查电力手册选GW4110户外型隔离开关选用的断路器额定电流600A。选用的隔离开关额定电压为110kV，系统电压66kV满足要求。 G：隔离开关 W：户外型型号额定电压（kv）额定电流（A）动稳定峰值（KV）热稳定电流（KA）2S4S5SGW4-110w11012508031.53）、电流互感器的选择4）、电压互感器的选择5）避雷器的选择防直击雷最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高并具有良好的接地装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备、建筑免受雷击。型号形式应用范围FZ电站用普通阀型3-22vk发电厂，变电所的配电装置3.3.4 35kv侧设备的选择 1）、隔离开关的选择隔离开关选择GW435DW型号隔离开关选用的隔离开关额定电压为35kV，系统电压35kV满足要求。选用的断路器额定电流1250A。型号额定电压（kv）额定电流（A）动稳定峰值（KV）热稳定电流（KA）2S4S5SGW4-35DW3512508031.52）、电流互感器的选择3）、电压互感器的选择3.3.5 电气主接线设计见附录三4 课程设计总结通过这次课程设计，我感觉自己这一学期来，所学的相关专业知识还非常欠缺。在设计之初，一切都感觉无从下手，在硬着头皮做了一些任务，但在查设备手册的时候，并没有找到我需要的。我也感觉到了我们所学的这一专业技术的不成熟。风电的发展任重而道远，而我还需要接触大量的专业知识，才能适应该行业的发展。在设计之中，遇到了很多问题，但是通过与同学相互讨论，请教老师，最近还是迈过了这些障碍。本次设计有很多力不从心的问题，只能通过查相关的手册，网上资料来尽可能合适的选择器件。参考文献输配电设备手册 . 机械工业出版社 风电场电气系统朱永强 张旭主编 机械工业出版社电力工程电气设计手册 电气一次部分 . 水利电力部西北电力设计院 编 水利电力出版社输配电设备手册 . 中国电工协会编 . 机械工业出版社电力变压器手册 . 保定天威保变电气股份有限公司组 编 机械工业出版社附录一：风电机组与升压变压器电气主接线图附录二：风电机组集电回路示意图附录三：升压变电站电气主接线图附录四：设备材料清单序号名称型号及规格单位数量1断路器LW8-35A组12熔断器RN1-35/40组13真空断路器ZN/1600-31.5组14电缆FDZ-YEYH1*240根95架空线路电缆FDZ-YEYH1500-1*240根若干6主变压器SFZ7-50000/66台27所用变压器S7-5000/66台28断路器LW30-72.5/3150组19隔离开关GW4-110W组110隔离开关GW4-35DW组1