[工学]电气设备课程设计.doc

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1、广东水利电力职业技术学院课程：电气设备变电站一次电气设备课程设计班别：10水电班学号：100215姓名：日期：2011.12.18目录一、前言二、原始资料及设计任务 三、主变的选择及方案的比较、确定四、短路电流计算五、电器设备的选择六、设备选择汇总表七、参考文献一、前言 发电厂和变电所是电力系统的重要组成部分，主接线是发电厂、变电所及电力系统输送电能的通路。发电厂的主接线图是由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆等电气设备及连接线按照一定顺序连接。电力系统在工业和人民生活中占重要的地位，各行各业都需要用电，随着我们现代化工业建设的迅速发展，工业用电量越来越多，而电站却是电能的产

2、生产所，是电网电能的唯一来源。通过一段时间的电气设备学习，我对电气主接线方案的拟定和电气设备的选择略知一二，下面我就来浅谈下主接线方案的设计要求。主接线设计好坏直接影响到工业生产和人民生活。电气主接线对发电厂和变电站以及电力系统的安全、可靠和经济的运行起着重要作用。因此，发电厂和变电站的电气主接线，必须满足以下基本要求：（1）根据发电厂、变电站在电力系统中的地位、作用和用户性质，保证必要的供电可靠性和电能质量要求；（2）应力求接线简单、运行灵活和操作简便；（3）保证运行、维护和检修的安全和方便；（4）应尽量降低投资，节省运行费用；（5）满足扩建要求，实现分期过渡。 以上就是在学习过程中需要的主

3、接线设计中的原则和一般要求，要很好的完成和掌握变电站一次电气备课程设计还需要进行短路计算和变电站的各电气设备型式选择，变电站一次设备的选择和校验，选择导线等。二、原始材料及设计任务一、原始资料待建变电站资料：1、建设规模 （1）*水电站110kV变电站 （2）水轮发电机组参数：438MW，cos=0.90，Xd=0.21，发电机电压10.5kV；（3）变电站电压等级：110kV、35kV、10kV 系统接入方案：110kV出线2回；线路1长度60km，线路2长度45km，分别接入系统1、2两变电站； 系统阻抗标幺值X*：线路1为0.216；线路2为0.291。 35kV出线1回，线路3长度为1

4、5km，接入系统3变电站，系统阻抗标幺值X*：线路3为0.246。 （4）变电站为户外型；10kV为户内配电装置。2、环境条件 （1）当地年平均气温23，年最低气温2，年平均最高气温36，年平均最低气温6，月最高气温43； （2）变电站海拔高度32m。二、设计任务：本课程设计只作电气系统初步设计，只对电气一次设备进行设计，不包含电气二次设备的设计。户内电气设备只进行方案设计，不进行设备选择。主要任务：1、主变压器选择；（包括变压器台数、容量、型号、参数）2、通过技术经济比较，确定电气主接线；（拟定23个主接线方案）3、短路电流计算；（计算条件、过程及结果）4、断路器、隔离开关（接地开关）选择；

5、（选择、修正、校验，确定设备的型号规格，列表比较设备的主要参数值和计算值）5、导线选择，对主变低压侧只选择母线；（选择和校验）6、电流互感器、电压互感器选择；（选择、修正、校验，确定设备的型号规格，列表比较设备的主要参数值和计算值）7、避雷器选择（选择、修正、校验，确定设备的型号规格）。三、设计成果1、设计说明书（含计算过程和结果）2、绘制电气主接线图（按制图标准绘图）三、主变的选择及方案的比较、确定1、主变的选择变压器台数和容量的确定：变压器台数确定：应满足发电机容量、用电负荷的可靠性要求；根据材料，该电站机组容量为438MW，选择两台变压器，在技术、经济上比较合理，运行可靠性高，灵活性好，

6、维修方便，能满足该电站的要求。变压器容量的确定：根据原始材料的需要，选择两台主变，一台是90000KVA的双绕组变压器，另一台式90000KVA三绕组变压器。其参数如下：双绕组变压器型号SFP7-90000/110容量(KVA)90000额定电压(KV)110/10.5连接组YN,d11阻抗电压（%）10.5空载电流（%）0.5重量（t)94三绕组变压器型号SSZ10-90000/110容量(KVA)90000额定电压(KV)110/35/10.5连接组Yn,y0,d11阻抗电压（%）高-低18高-中10.5中-低6.5空载电流（%）0.3重量（t)1222、方案的比较及确定方案一：该方案采用

7、一台90MW三绕组变压器，不分段单母线连接方式，能满足设计需要。接线简单、清晰、设备少、操作方便、投资少、便于扩建，但可靠性差和灵活性差，在检修时必须停止工作和断电，所以该方案淘汰！方案二：该方案采用两台变压器，一台90MW双绕组变压器，一台是90MW三绕组变压器，分段单母线连接方式，可以限制短路电流，110KV侧出线采用外桥接线，可以限制穿越功率；可靠性高，灵活性好，但设备多、投资明显增加，占用地面积大，根据电站材料，该方案不宜采用！方案三：该方案采用两台变压器，一台90MW双绕组变压器，一台是90MW三绕组变压器，分段单母线连接方式，可以限制短路电流，可靠性高，灵活性好，投资比方案二的要少

8、，设备被也比方案二的要少，根据设计要求，该方案较方案一和方案二有一定的优越性，符合设计要求！所以选用该方案！四、短路电流计算短路电流计算的步骤：、绘制相应的电力系统、发电厂主接线。、确定与短路电流有关的运行方式。、计算各元件的阻抗。、绘制相应的短路电流计算阻抗图。、根据需要取不同的短路点进行短路电流计算。、列出短路电流计算结果表。短路计算电路图：注：1段母线和2段母线上的母联开关只在故障或维修时投入使用，机组及各电气设备正常运行时断开。解：取，各元件的电抗标幺值为：X1=X2=X3=X4=三绕组变压器电抗标幺值：- -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系统电抗标幺值：采用分组电源法，将电源分为系统1、系统2、系统3、电站母线侧1、电站母线侧2，初始等值电路图及其简化。系统1当d1点短路时，等值简化图如下：系统支路1：电站母线侧1：查运算曲线或运算数字表得： 则有名值：KA KA短路点得叠加数据为： 当d2点短路时，等值简化图如下：系统1系统支路1：电站母线侧1：查运算曲线或运算数字表得： 则有名值： KA KA短路点得叠加数据为： 当d3点短路时，等值简化图如下：X6-0.006=0.243X18=X6-X19=X6-=0.122系统支路

10、2：系统支路3：电站母线侧2：查运算曲线或运算数字表得： 则有名值： 短路点得叠加数据为： 当d4点短路时，等值简化图如下：=0.249X24=X6-=-0.006X25=X6-X26=X6-系统支路2：系统支路3：电站母线侧2：查运算曲线或运算数字表得： 则有名值： 短路点得叠加数据为： 短路点编号基值电压(KV)额定电压（KV）0s叠加短路电流I（KA）4s叠加短路电流IZ4（KA）短路冲击电流ich（KA)d-11151102.802.537.32d-210.51035.2625.6094.73d-31151102.972.817.769d-410.51042.1132.45113.13

11、短路电流计算结果表：五、电器设备的选择主保护时间为0s，后备保护时间为3s.110KV侧，接系统的高压侧断路器、隔离开关的选择：短路点的选择：当K1短路时，流经断路器的电流为系统1的短路电流IT=1.27；当K2短路时，流经断路器的电流为电站侧的短路电流IG=1.53；由于ITIG，所以选择短路点K2。1、工作条件选择（1）（2）通过以上数据初选断路器LW-110，隔离开关GW4-110G参数如下列表：型号额定电压（KV)最大工作电压(KV)额定电流(A)额定短路电流(KA)4S热短路电流(KA)额峰耐电(KA)固有分闸时间（s)合断时间(s)LW-110110126200040401000.

12、060.15SGW4-110G11011020001002、使用环境修正（1）海拔高度32m1000m，所以不用修正。（2）运行最高温度= =修正设备的工作电流。3、热稳定校验： 开断计算时间：查运算曲线得短路电流并换算有名值。因为开断时间 所以：短路电流计算时间，因为查周期分量发热等值时间曲线得：，由于 故周期分量发热可忽略不计，周期发热：。4、因为电站出线为架空电路，所以不需要进行动稳定校验则系统的110KV出线，断路器及隔离开关的校验及选择结果如下：计算数据LW口-110结果GW4-110G结果U110KA110KA110KA527A2000KA2000A1.53KA40KA_4.00K

13、A100KA_4.00KA100KA50KA校验所以选择的断路器，隔离开关符合要求。110KV侧，接系统的高压侧断路器、隔离开关的选择：短路点的选择：当K3短路时，流经断路器的电流为系统2的短路电流IT2=1.18KA；当K4短路时，流经断路器的电流为电站侧的短路电流加上系统3的短路电流IG+IT3=1.39+0.40=1.79KA；由于ITIG+IT3，所以选择短路点K4。1、工作条件选择（1）（2）通过以上数据初选断路器LW-110，隔离开关GW4-110G参数如下列表：型号额定电压（KV)最大工作电压(KV)额定电流(A)额定短路电流(KA)4S热短路电流(KA)额峰耐电(KA)固有分闸

14、时间（s)合断时间(s)LW-110110126200040401000.060.15SGW4-110G11011020001002、使用环境修正（1）海拔高度32mU10.9Ue1，U1=110KV. Ue1=110KV.2、二次电压Ue：Ue2=3、准确等级：一级。选择Jcc-110型，如表：型号额定变比准确等级下额定容量（VA） 连接组1级 3级Jcc-110500 1000YY-12-12接系统的110KV出线的电流互感器和电压互感器的选择因为电流互感器装设在110KV户外变电站，所以按电流、电压选择设备。 1、一次回路电压：因为Ue=110KV，Ug=110KV，所以Ug=Ue. 2

15、、一次回路电流：Igmax=527A则选型为：型号额定电流比（A）级次组合额定输出（VA）额定短时热电流（倍数）动稳定倍数重量（Kg)LCWD-1100.55075125500 因为Ie=300600A，Igmax=527A(系统） 3、动稳定： 因为， 4、热稳定：由断路器校验时已算出所以接系统的110KV出线的电压互感器选择1、一次电压U1：Ue1U10.9Ue1，U1=110KV. Ue1=110KV.2、二次电压Ue：Ue2=3、准确等级：一级。选择Jcc-110型，如表：型号额定变比准确等级下额定容量（VA） 连接组1级 3级Jcc-110500 1000YY-12-12根据以上电流

16、互感器和电压互感器选择、校验，110KV侧接系统、接系统的电流互感器和电压互感器选择都一样；如下表：电流互感器型号额定电流比（A）级次组合额定输出（VA）额定短时热电流（倍数）动稳定倍数重量（Kg)LCWD-1100.55075125500电压互感器型号额定变比准确等级下额定容量（VA） 连接组1级 3级Jcc-110500 1000YY-12-12接系统、，110KV侧避雷器的选择及校验由Ue=110KV，查书，选F2-110型避雷器，参数如下型号结合方式额定电压(KV)灭弧电压(KV)工频放电电压（KV) 不小于 不大于F2-1104F2-30J110100224 268检验:(1)灭弧电

17、压:因为 所以:(2)电电压下限:因为 所以 校验通过,故选避雷器F2-110型符合要求。接系统、接系统110KV侧的避雷器选择都一样,故选避雷器F2-110型。型号结合方式额定电压(KV)灭弧电压(KV)工频放电电压（KV) 不小于 不大于F2-1104F2-30J110100224 26810KV侧母线的选择及校验段母线的母线选择：平排平放。1、10KV的母线一般采用硬铝导线。2、按经济电流密度选择母线截面由因为Igmax=4875A4000A，因此选择槽型母线。根据材料Tmax=5000h/a,查表得经济电流密度：J=1.15mm2则母线经济截面为： 查书水电站机电设计手册电气一次手册2

18、57页选择双槽型铅导线截面4880mm2, h/b/c/r=175/80/8.0/12, 它在Q0=25时,Iy=6600A,查书259页，综合修正系数K=1.00故kIy=6600AIgmax=4239.13A. 可满足长期发热条件。3、热稳定效验: tdz为主保护动作时间加断路器固有分闸时间 即 tdz=0+0.06=0.06S查书电气设备163页-7-7表，得其中热稳定系数C=87；满足热稳定要求的最小截面为： 可见，前面所选择母线截面S=4880mm2 Smim=104.26mm2由此可见能满足短路热稳定要求。4、动稳定效验： 其中 相间作用应力：双槽硬母线平放：W=0.333bh2=

19、0.333902002 =0.011988 振动系数的确定查书水电站机电设计手册一电气一次257页ri=2.75（槽型母线振动频率公式）所以 而（由于是硬铝母线）所以，满足动稳定。段母线的母线选择：平排平放。1、10KV的母线一般采用硬铝导线。2、按经济电流密度选择母线截面由因为Igmax=4875A4000A，因此选择槽型母线。根据材料Tmax=5000h/a,查表得经济电流密度：J=1.15mm2则母线经济截面为： 查书水电站机电设计手册电气一次手册257页选择双槽型铅导线截面4880mm2, h/b/c/r=175/80/8.0/12, 它在Q0=25时,Iy=6600A,查书259页，

20、综合修正系数K=1.00故kIy=6600AIgmax=4239.13A. 可满足长期发热条件。3、热稳定效验: tdz为主保护动作时间加断路器固有分闸时间即 tdz=0+0.06=0.06S查书电气设备163页-7-7表，得其中热稳定系数C=87；满足热稳定要求的最小截面为：可见，前面所选择母线截面S=4880mm2 Smim=124.51mm2由此可见能满足短路热稳定要求。4、动稳定效验： 其中 相间作用应力：双槽硬母线平放：W=0.333bh2=0.333902002 =0.011988 振动系数的确定查书水电站机电设计手册一电气一次257页ri=2.75（槽型母线振动频率公式）所以 而

21、（由于是硬铝母线）所以，满足动稳定。因此，10.5KV侧的、母线选择截面为4880mm2双槽型铝导线！六、设备选择汇总表设备名称安装处型号断路器110KV侧（接系统1）LW-110110KV侧（接系统2）LW-110隔离开关110KV侧（接系统1）GW4-110G110KV侧（接系统2）GW4-110G电流互感器110KV侧（接系统1）LCWD-110110KV侧（接系统2）LCWD-110电压互感器110KV侧（接系统1）Jcc-110110KV侧（接系统2）Jcc-110避雷器110KV侧（接系统1）F2-110110KV侧（接系统2）F2-110母线10KV段母线4880mm2双槽型铝导线10KV段母线4880mm2双槽型铝导线一次主接线图参考文献：（1）电气设备手册上册，中国水利水电出版社2007（2）电气设备手册中册，中国水利水电出版社2007（3）电气设备手册下册，中国水利水电出版社2007（4）水电站机电设计手册电气一次，水利水电出版社1982（5）参考网络