《電氣工程基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《電氣工程基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　據(jù)待建水電站在系統(tǒng)中的地位、作用、運(yùn)行方式和輸送功率、距離，選擇技術(shù)上滿足要求的水電站與系統(tǒng)連接輸電線路的回路數(shù)、電壓等級(jí)、導(dǎo)線規(guī)格。</p><p>　　確定待建水電站技術(shù)上滿足要求的地方用戶供電方案：供電線路回路數(shù)、電壓等級(jí)

2、、導(dǎo)線規(guī)格。</p><p>　　根據(jù)待建水電站電壓等級(jí)、機(jī)組臺(tái)數(shù)、功率輸送情況，擬訂滿足供電可靠性和水電站各種運(yùn)行方式要求的主變壓器可選用方案（主變類型、臺(tái)數(shù)、容量、型號(hào)）。</p><p>　　根據(jù)所確定的主變方案和進(jìn)出線回路數(shù)，通過分析、論證，確定待建水電站各電壓等級(jí)的主接線型式。</p><p>　　設(shè)計(jì)待建水電站自用電接線，選用自用電變壓器臺(tái)數(shù)、容量、型號(hào)

3、。</p><p>　　通過對(duì)選用方案經(jīng)濟(jì)比較，選定綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)的水電站主變、主接線方案。</p><p>　　根據(jù)選擇、校驗(yàn)電氣設(shè)備的需要，計(jì)算三相短路電源。</p><p>　　選擇水電站發(fā)電機(jī)電壓和高壓電氣設(shè)備：斷路器、隔離開關(guān)、母線、TV、TA等。</p><p><b>　　二、原始資料 </b><

4、/p><p>　　裝機(jī)3臺(tái)水輪機(jī)組3*72.5MW，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)Tmax=4400h。廠用電率0.4%，地區(qū)最大負(fù)荷占電站裝機(jī)10%，其中一二類負(fù)荷占總負(fù)荷70%，供電距離15KM，地區(qū)負(fù)荷。</p><p>　　渡江水電站位于貴州省中部，建成后向沈陽市供電。電力系統(tǒng)接線如圖2—1所示。電站建成后，接至相距30公里處的貴河變電所。當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁?8℃，年最高溫度40℃，其他原始數(shù)據(jù)見接

5、線圖及相關(guān)表格。</p><p>　　表2-1 變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)</p><p>　　圖2－1 渡江水電站接入系統(tǒng)圖</p><p><b>　　三、接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1選擇水輪機(jī)型號(hào)</p><p>　　根據(jù)水輪機(jī)組容量，查相關(guān)技術(shù)手冊(cè)選取型號(hào)為TS854/1

6、56-40的水輪機(jī)。具體參數(shù)如下：</p><p>　　3.2線路電壓等級(jí)選擇</p><p><b>　　選擇2回線，</b></p><p>　　根據(jù)回路數(shù)、輸送功率、年裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)查表求電壓等級(jí)，選擇電壓等級(jí)220KV</p><p><b>　　3.3導(dǎo)線類型選擇</b></p>

7、;<p><b>　　選擇LGJ導(dǎo)線</b></p><p>　　3.4按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面積</p><p>　　，根據(jù)年裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)查表得j=1.19A/mm2</p><p>　　根據(jù)計(jì)算所得Sj，查表可得，選取導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)截面241.27mm2的導(dǎo)線</p><p>　　3.5輸電線路選擇及校

8、驗(yàn)</p><p><b>　　3.5.1電暈校驗(yàn)</b></p><p><b>　　3.5.2發(fā)熱校驗(yàn)</b></p><p><b>　　正常運(yùn)行：</b></p><p><b>　　一回線故障：</b></p><p>　

9、　3.5.3電壓損耗校驗(yàn)</p><p><b>　　正常運(yùn)行：</b></p><p><b>　　一回線故障：</b></p><p>　　四、地方用戶供電方案</p><p><b>　　4.1回路數(shù)選擇</b></p><p>　　根據(jù)需求選擇兩

10、回線作為地方用戶供電選擇。</p><p>　　4.2線路電壓等級(jí)選擇</p><p>　　4.2.1用戶最大電能</p><p>　　4.2.2考慮5年發(fā)展</p><p><b>　　選擇兩回線，</b></p><p>　　選擇電壓等級(jí)為110KV</p><p>&

11、lt;b>　　4.3導(dǎo)線類型選擇</b></p><p><b>　　選擇LGJ導(dǎo)線</b></p><p>　　4.4按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面積 </p><p>　　根據(jù)計(jì)算所得Sj，查表可得，選取導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)截面68.05mm2的導(dǎo)線</p><p>　　4.5輸電線路選擇及校驗(yàn)</p&g

12、t;<p><b>　　4.5.1電暈校驗(yàn)</b></p><p><b>　　4.5.2發(fā)熱校驗(yàn)</b></p><p><b>　　正常運(yùn)行：</b></p><p><b>　　一回線故障：</b></p><p>　　4.5.3電壓損

13、耗校驗(yàn)</p><p><b>　　正常運(yùn)行：</b></p><p><b>　　一回線故障：</b></p><p>　　五、發(fā)電廠主變壓器選擇</p><p><b>　　5.1可行性方案一</b></p><p>　　發(fā)電機(jī)輸出線采用雙母線分段接

14、線，保證系統(tǒng)的可靠性。因?yàn)榻尤胂到y(tǒng)輸電線路，地方供電輸電線路均采用雙回線，所以變壓器聯(lián)結(jié)系統(tǒng)、地方均采用內(nèi)橋接線。</p><p>　　發(fā)電機(jī)總視在功率：3*72.5/0.85=255.88MVA</p><p>　　由設(shè)計(jì)方案已知條件：</p><p>　　由于兩臺(tái)三相雙繞組變壓器造價(jià)、維護(hù)費(fèi)用、占用場(chǎng)地少所以綜合考慮選擇兩臺(tái)三相三繞組變壓器，高壓側(cè)220KV，中

15、壓側(cè)110KV，低壓側(cè)13.8KV。</p><p>　　為保證一臺(tái)變壓器故障時(shí)，可以滿足系統(tǒng)供電要求255.88*75%=191.91MVA，更具經(jīng)濟(jì)性、可靠性綜合考慮變壓器容量選擇為180MVA。</p><p><b>　　，</b></p><p>　　視在功率0.87/0.85=1.02MVA</p><p>

16、　　廠用電變壓器直接連接發(fā)電機(jī)母線，采用兩臺(tái)1MVA的變壓器，出線內(nèi)橋連接的暗備用設(shè)計(jì)。</p><p>　　根據(jù)以上各參數(shù)要求，查《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)及要求》第23頁，選擇額定容量180MVA三相三繞組無勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器，查《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)及要求》第2頁，選擇額定容量30KVA三相雙繞組無勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器，具體參數(shù)如下表</p><p><b>　　接線圖如

17、下：</b></p><p><b>　　5.2可行性方案二</b></p><p>　　3臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出線，其中一臺(tái)采用單元接線，其余兩臺(tái)采用擴(kuò)大單元接線。這樣接線簡(jiǎn)單，造價(jià)低。因?yàn)榻尤胂到y(tǒng)輸電線路，地方供電輸電線路均采用雙回線，所以變壓器聯(lián)結(jié)系統(tǒng)、地方均采用內(nèi)橋接線。</p><p>　　發(fā)電機(jī)總視在功率：3*72.5/0.85=

18、255.88MVA</p><p>　　一臺(tái)72.5/0.85=85.29MVA，選擇90MVA的三相三繞組變壓器。</p><p>　　兩臺(tái)2*72.5/0.85=170.59MVA，選擇180MVA的三相三繞組變壓器。</p><p><b>　　，</b></p><p>　　視在功率0.87/0.85=1.02M

19、VA</p><p>　　廠用電變壓器直接連接發(fā)電機(jī)母線，采用兩臺(tái)1MVA的變壓器，出線內(nèi)橋連接的暗備用設(shè)計(jì)。</p><p>　　根據(jù)以上各參數(shù)要求，查《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)及要求》第23頁，選擇額定容量180MVA三相三繞組無勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器，查《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)及要求》第23頁，選擇額定容量90MVA三相三繞組無勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器。具體參數(shù)如下表</p>

20、<p><b>　　接線圖如下：</b></p><p>　　六、主變方案的經(jīng)濟(jì)比較</p><p>　　經(jīng)濟(jì)比較內(nèi)容：(注意：只計(jì)算各方案中不同的部分)</p><p>　?、倬C合投資；②計(jì)算年運(yùn)行費(fèi)用；③方案綜合比較</p><p><b>　　6.1綜合投資計(jì)算</b></p&

21、gt;<p>　　即：主體綜合投資＋各項(xiàng)附加費(fèi)用（運(yùn)輸、安裝等）</p><p>　　附加費(fèi)用由a系數(shù)描述，與變壓器容量和電壓有關(guān).</p><p><b>　　變壓器綜合投資計(jì)算</b></p><p><b>　　變壓器綜合投資</b></p><p>　　方案參與比較部分項(xiàng)總投資

22、：</p><p>　　方案一：180MVA，220KV變壓器</p><p><b>　　綜合投資：</b></p><p>　　方案二：180MVA，220KV變壓器</p><p>　　90MVA，220KV變壓器</p><p><b>　　綜合投資：</b><

23、/p><p>　　6.2年運(yùn)行費(fèi)U的計(jì)算</p><p>　　包括年設(shè)備折舊費(fèi)、維修費(fèi)和電能損耗費(fèi)三項(xiàng)。</p><p>　　6.2.1設(shè)備折舊費(fèi)U1</p><p><b>　　對(duì)于變壓器：</b></p><p>　　180MVA，220KV變壓器</p><p>　　90

24、MVA，220KV變壓器</p><p>　　6.2.2維修費(fèi)U2</p><p><b>　　對(duì)于變壓器：</b></p><p>　　180MVA，220KV變壓器</p><p>　　90MVA，220KV變壓器</p><p>　　6.2.3年電能損耗費(fèi)計(jì)算</p><

25、p>　　某臺(tái)變壓器年電能損耗費(fèi)： </p><p>　　式中：為當(dāng)?shù)仉娔軆r(jià)格（元/kw.h或度）；</p><p>　　為該臺(tái)變壓器每年電能損耗。</p><p>　　一臺(tái)三繞組變壓器全年電能損耗為：</p><p><b>　　式中：；</b></p><p>　　變壓器年電能總損耗費(fèi):

26、</p><p>　　方案年運(yùn)行費(fèi)用為： </p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　180MVA，220KV變壓器:</p><p><b>　　查表得h</b></p><p>　　方案一年運(yùn)行費(fèi)用為：</p><p>&l

27、t;b>　　方案二：</b></p><p>　　180MVA，220KV變壓器:</p><p><b>　　查表得h</b></p><p>　　90MVA，220KV變壓器:</p><p><b>　　查表得h</b></p><p>　　方案二年運(yùn)

28、行費(fèi)用為：</p><p>　　6.3方案的經(jīng)濟(jì)比較　</p><p>　　通常各方案比較時(shí)，選擇技術(shù)上滿足要求，投資和年運(yùn)行費(fèi)用都低的方案。如不能有這樣的結(jié)果，需對(duì)各方案進(jìn)行綜合比較。</p><p>　　比較方法：靜態(tài)比較、動(dòng)態(tài)比較</p><p>　　補(bǔ)償年限的靜態(tài)比較：</p><p>　　若甲方案綜合投資多于

29、乙方案，但年運(yùn)行費(fèi)少于乙方案，則</p><p><b>　　抵償年限</b></p><p>　　T<5（5年就收回） 選甲方案</p><p>　　T>8 選乙方案</p><p>　　對(duì)于方案一、方案二進(jìn)行補(bǔ)償年限的靜態(tài)比較</p>

30、<p><b>　　補(bǔ)償年限</b></p><p>　　因?yàn)榧追桨缚煽啃愿?，且運(yùn)行費(fèi)用較低，補(bǔ)償年限在8年以內(nèi)，所以綜合考慮，選擇甲方案作為水電站的主變方案。</p><p><b>　　七、短路計(jì)算</b></p><p>　　7.1計(jì)算各設(shè)備參數(shù)，繪制系統(tǒng)的等值網(wǎng)絡(luò)</p><p>

31、;<b>　　7.2網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)</b></p><p>　　求出各電源對(duì)短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗。</p><p><b>　　短路點(diǎn)1：</b></p><p><b>　　短路點(diǎn)2：</b></p><p><b>　　短路點(diǎn)3：</b></p>

32、<p>　　7.3計(jì)算各短路點(diǎn)的電流周期分量</p><p>　　7.3.1短路點(diǎn)1（220KV）</p><p><b>　　等效轉(zhuǎn)移阻抗：</b></p><p><b>　　計(jì)算電抗：</b></p><p>　　查水輪機(jī)、汽輪機(jī)運(yùn)算曲線，可以得到t=0s,0.1s,2s,4s時(shí)的短

33、路電流周期分量標(biāo)幺值</p><p>　　對(duì)于無窮大系統(tǒng)短路電流周期分量不隨時(shí)間變化 </p><p><b>　　電流周期分量標(biāo)幺值</b></p><p><b>　　電流周期分量有名值</b></p><p><b>　　沖擊電流： </b></p><

34、;p><b>　　最大有效值電流： </b></p><p>　　7.3.2短路點(diǎn)2（110KV）</p><p><b>　　等效轉(zhuǎn)移阻抗：</b></p><p><b>　　計(jì)算電抗：</b></p><p>　　查水輪機(jī)、汽輪機(jī)運(yùn)算曲線，可以得到t=0s,0.1s

35、,2s,4s時(shí)的短路電流周期分量標(biāo)幺值</p><p>　　對(duì)于無窮大系統(tǒng)短路電流周期分量不隨時(shí)間變化 </p><p><b>　　電流周期分量標(biāo)幺值</b></p><p><b>　　電流周期分量有名值</b></p><p><b>　　沖擊電流： </b></p

36、><p><b>　　最大有效值電流： </b></p><p>　　7.3.3短路點(diǎn)3（13.8KV）</p><p><b>　　等效轉(zhuǎn)移阻抗：</b></p><p><b>　　計(jì)算電抗：</b></p><p>　　查水輪機(jī)、汽輪機(jī)運(yùn)算曲線，可以得

37、到t=0s,0.1s,2s,4s時(shí)的短路電流周期分量標(biāo)幺值</p><p>　　對(duì)于無窮大系統(tǒng)短路電流周期分量不隨時(shí)間變化 </p><p><b>　　電流周期分量標(biāo)幺值</b></p><p><b>　　電流周期分量有名值</b></p><p><b>　　沖擊電流： </b

38、></p><p><b>　　最大有效值電流： </b></p><p><b>　　電流太大，取</b></p><p><b>　　電流周期分量有名值</b></p><p><b>　　沖擊電流： </b></p><p&

39、gt;<b>　　最大有效值電流： </b></p><p>　　八、高壓電氣設(shè)備選擇</p><p>　　8.1斷路器與隔離開關(guān)的選擇</p><p>　　8.1.1 220KV高壓側(cè)</p><p>　　線路為變壓器回路，因此所選斷路器應(yīng)滿足：</p><p>　　據(jù)此，試選擇斷路器型號(hào)為L(zhǎng)W

40、 220型，選擇隔離開關(guān)型號(hào)為GW7220D型。校驗(yàn)結(jié)果如下：</p><p><b>　　熱穩(wěn)定校驗(yàn):</b></p><p>　　斷路器LW 220：</p><p>　　隔離開關(guān)GW7220D： </p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　8.

41、1.2 110KV中壓側(cè)</p><p>　　線路為變壓器回路，因此所選斷路器應(yīng)滿足：</p><p>　　據(jù)此，試選擇斷路器型號(hào)為SW4110型，選擇隔離開關(guān)型號(hào)為GW7110D型。校驗(yàn)結(jié)果如下：</p><p><b>　　熱穩(wěn)定校驗(yàn):</b></p><p>　　斷路器LW 220：</p><

42、p>　　隔離開關(guān)GW7220D：</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　8.1.3 13.8KV發(fā)電機(jī)出口處</p><p>　　線路為發(fā)電機(jī)和變壓器回路，因此所選斷路器應(yīng)滿足：</p><p>　　據(jù)此，試選擇斷路器型號(hào)為SN520G型，選擇隔離開關(guān)型號(hào)為GN1020T型。校驗(yàn)結(jié)果如

43、下:</p><p><b>　　熱穩(wěn)定校驗(yàn):</b></p><p>　　斷路器LW 220：</p><p>　　隔離開關(guān)GW7220D：</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　8.2電壓互感器的選擇</p><p>

44、　　220kV電壓互感器選用三只，接線方式為型，高壓側(cè)的電壓互感器用于測(cè)量，因此測(cè)量準(zhǔn)確級(jí)選用1級(jí)。</p><p>　　110kV電壓互感器選用三只，接線方式為型，中壓側(cè)的電壓互感器用于測(cè)量，因此準(zhǔn)確級(jí)選用1級(jí)。</p><p>　　13.8kV電壓互感器選用三只，構(gòu)成一組，接線方式為型。發(fā)電機(jī)出口處的電壓互感器裝于發(fā)電機(jī)出口，供勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置用，因此準(zhǔn)確級(jí)選用0.5級(jí)；另外一組為三繞組構(gòu)

45、成的接線，供測(cè)量、同期、繼電保護(hù)用，因此準(zhǔn)確級(jí)選用1級(jí)。</p><p>　　8.3電流互感器的選擇</p><p>　　8.3.1 220kV電流互感器的選擇</p><p>　　以主變壓器高壓側(cè)的電流互感器為例，回路工作電流為，試選用LCWD3 220型的電流互感器，電流變比為600/1。</p><p><b>　　查表可知：

46、， </b></p><p><b>　　動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：</b></p><p><b>　　熱穩(wěn)定校驗(yàn)：</b></p><p>　　經(jīng)校驗(yàn)，可以選用電流互感器LCWD3 220型。</p><p>　　8.3.2 110kV電流互感器的選擇</p><p>　　

47、以主變壓器中壓側(cè)的電流互感器為例，回路工作電流為，試選用LCWD-110型的電流互感器，電流變比為300/5。</p><p><b>　　查表可知：， </b></p><p><b>　　動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：</b></p><p><b>　　熱穩(wěn)定校驗(yàn)：</b></p><p>

48、;　　經(jīng)校驗(yàn)，可以選用電流互感器LCWD-110型。</p><p>　　8.3.3 13.8kV電流互感器的選擇</p><p>　　以發(fā)電機(jī)出口側(cè)電流互感器為例，回路工作電流為，試選用LMC-15型的電流互感器，電流變比為5000/5。</p><p><b>　　查表可知：， </b></p><p><b&