4x15mv水力發(fā)電廠電力課程設(shè)計

1、<p><b>　　信息工程學院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　題目: 4X15MV水力發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　　班 級： &l

2、t;/p><p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　年 月 日 </p><p><b>　　綜合課程設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　1、題目</b&

3、gt;</p><p>　　水力發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　2、原始資料</b></p><p>　　1、發(fā)電廠的建設(shè)規(guī)模</p><p>　　1：待設(shè)計發(fā)電廠類型（水利發(fā)電廠）。</p><p>　　2：發(fā)電廠一次設(shè)計并建成，計劃安裝（415MW）的水力發(fā)電機組，最大利用

4、小時數(shù)（5000小時/年）。</p><p>　　2、發(fā)電廠與電力系統(tǒng)連接情況</p><p>　　1：待設(shè)計發(fā)電廠接入系統(tǒng)電壓等級為（110kv），出線回路為（3回），其中一回線供20MW的一類負荷，水電站附近負荷3MW。</p><p>　　2：電力系統(tǒng)的總裝機容量為（396MVA），全系統(tǒng)最大負荷340MW，最小負荷225MW。</p><

5、p><b>　　3、環(huán)境條件</b></p><p>　　最熱月地面下0.8m土壤平均溫度28.6C，多年最低氣溫-4C；室內(nèi)最熱月平均溫度34.1C，戶外最低氣溫40.1C。</p><p>　　4、水電站位置和發(fā)展</p><p>　　水電站位于某河流上游，附近有城鎮(zhèn)5座，各城鎮(zhèn)發(fā)展遠景如下：</p><p>

6、　　5、系統(tǒng)連接圖如下：</p><p><b>　　3、設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　1：電氣主接線設(shè)計</b></p><p><b>　　2：廠用電設(shè)計</b></p><p>　　3：短路電流計算和電氣設(shè)備選擇</p><p>&

7、lt;b>　　4：配電裝置設(shè)計</b></p><p><b>　　4、設(shè)計成果</b></p><p><b>　　1：設(shè)計說明書一份</b></p><p>　　2：圖紙3張（電氣主接線圖、屋內(nèi)配電裝置圖、屋外配電裝置圖）</p><p><b>　　摘要</b

8、></p><p>　　本文為4×15MW水力發(fā)電廠電氣一次部分設(shè)計。通過對原始資料的詳細分析，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，進行了電氣主接線方案的經(jīng)濟技術(shù)比較，廠用電設(shè)計，短路電流計算和電氣設(shè)備的選擇和校驗，配電裝置設(shè)計。編制了設(shè)計說明書，繪制了主接線圖，廠用電接線圖。</p><p>　　關(guān)鍵字：主接線、短路計算、設(shè)備選擇、配電裝置、設(shè)計說明書、主接線圖、廠用電</p&g

9、t;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article is 4 x 15 mw hydropower plant electrical part design at a time. Through detailed analysis of original data, according to the requirements of t

10、he design plan descriptions of the economic and technical comparison, the main electrical wiring scheme design of auxiliary power, short circuit current calculation and selection of electrical equipment and calibration,

11、power distribution equipment design. Compiled the design specification, draw the main wiring diagram, auxiliary power wiring </p><p>　　The keyword :The main connection, short circuit calculation, equipment s

12、election, power distribution equipment, design specifications, main wiring diagram, auxiliary power </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計1</p><p>　　1.1主接線的方案設(shè)計1<

13、;/p><p>　　1.2主接線方案的經(jīng)濟技術(shù)比較3</p><p>　　1.3確定最優(yōu)主接線設(shè)計方案5</p><p>　　1.4發(fā)電機，主變及廠用變?nèi)萘窟x擇6</p><p>　　1.5廠用電設(shè)計7</p><p>　　2 短路電流計算9</p><p>　　3 導體，電器設(shè)備選擇及校

14、驗13</p><p>　　3.1導體設(shè)備選擇概述13</p><p>　　3.2導體的選擇與校驗13</p><p>　　3.3導體和電氣設(shè)備的選擇成果表16</p><p>　　4 配電裝置設(shè)計18</p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p

15、><b>　　附錄20</b></p><p>　　1 發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計</p><p>　　1.1主接線的方案設(shè)計</p><p>　　簡述：電氣主接線代表了發(fā)電廠或變電站電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其直接影響發(fā)電廠或變電站運行的可靠性、靈活性并對電器選擇、配電裝置布置、繼電保護有決定性的關(guān)系。 </

16、p><p>　　對電氣主接線的基本要求包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三個方面。 </p><p>　　本次設(shè)計根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊》、《電力工程設(shè)計手冊》以及相關(guān)參考書目的規(guī)定，結(jié)合設(shè)計任務(wù)的要求擬訂2個可行的主接線方案，進行技術(shù)和經(jīng)濟比較，得出最佳接線方案。 </p><p>　?。?）：本次設(shè)計的重點是：水電廠高低兩級電壓電氣主接線的擬訂和水電廠機端10.5KV電壓

17、配電裝置、110KV高壓配電裝置、廠用電配電裝置等設(shè)備的選擇。難點是：對電廠整個電氣主接線的短路電流計算及各種電器的繼電保護配置。</p><p>　?。?）：發(fā)電機與主變壓器的接線形式的確定：本次設(shè)計發(fā)電機的形式根據(jù)水電廠實際情況采用合適型號，因其單機容量在15MW，無廠用電分支，其機端電壓等級采用10.5KV，</p><p>　　根據(jù)發(fā)電廠主變壓器確定原則：發(fā)電廠主變臺數(shù)定為2臺總

18、容量應(yīng)大于或等于電廠總裝機容量。采用10.5KV/110KV兩級電壓，三相兩繞組</p><p>　?。?）：主接線方案初步擬訂</p><p>　　在對設(shè)計原始資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合對電力系統(tǒng)電氣主接線的可靠性、經(jīng)</p><p>　　濟性及靈活性等基本要求綜合考慮，在滿足技術(shù)、經(jīng)濟政策的前提下，本次設(shè)計</p><p>　　力爭使其成為技

19、術(shù)先進、發(fā)電可靠、經(jīng)濟合理的主接線方案。 </p><p>　　可靠發(fā)電是本設(shè)計水電廠應(yīng)該考慮的首要問題，兼顧到經(jīng)濟性和水電廠升壓站場地狹窄等問題，設(shè)計主接線應(yīng)保證其豐期滿發(fā)，不積壓發(fā)電能力。主接線方案從以下幾個方面考慮：</p><p>　?。?）、線路、斷路器、主變或母線故障或檢修時，對機組的影響，對發(fā)電機出力的影響。 </p><p>　?。?）、本水電廠有無

20、全廠停電的可能性。 </p><p>　?。?）、主接線是否具有足夠的靈活性，能適應(yīng)各種運行方式的變化，且在檢修事故狀態(tài)下操作方便、調(diào)度靈活、檢修安全等。</p><p>　?。?）、在滿足技術(shù)要求的前提下。盡可能考慮投資省、占地面積小、電能損失小和年運行費用少。</p><p>　　（5）、是否適宜于實現(xiàn)自動化和實現(xiàn)無人值守。</p><p&g

21、t;　　通過對原始資料的分析，現(xiàn)將各電壓等級可能的較佳方案列出，進而優(yōu)化組合，形成最佳可比方案。</p><p>　　、10.5KV電壓級，本設(shè)計水電廠裝機共4臺，每臺單機容量為15MW。根據(jù)《電力工程設(shè)計手冊規(guī)定》，發(fā)電機電壓配電裝置宜采用單母分段或雙母分段接線，其原則是每段母線上發(fā)電機總?cè)萘炕蜇摵蔀?4MW及以上時，一般采用雙母線分段接線，考慮到本設(shè)計水電廠是小型水電廠，成本不宜過高，在技術(shù)允許的情況下可以考

22、慮單母線分段接線，以減少成本。</p><p>　　、110KV電壓級，由前水電廠出線回路數(shù)和導線選擇可知，本設(shè)計110KV</p><p>　　出線3回，考慮到選用主變數(shù)量為2臺，110KV饋線（進出線）最終為5回，考慮選用110KV母線接線形式為雙母線分段接線。根據(jù)以上分析組合，本設(shè)計提出兩種可能接線方案：</p><p>　　方案一：10.5kv基端母線-單母

23、接線，110kv母線-雙母分段。</p><p>　　方案二：10.5kv基端母線-雙母分段接線，110kv母線-雙母分段。</p><p><b>　　主接線方案分析比較</b></p><p>　　10.5kv基端單母線接線-110kv母線雙母線分段接線</p><p>　　從以上分析可以看出，初選兩種方案各有優(yōu)缺點

24、，但均能滿足本設(shè)計水電廠作為地方性小型水電廠的生產(chǎn)運行要求。將通過經(jīng)濟技術(shù)比較做進一步選擇。</p><p>　　1.2主接線方案的經(jīng)濟技術(shù)比較</p><p>　　一、主接線方案經(jīng)濟技術(shù)比較的方法 </p><p>　　經(jīng)濟計算是從國民經(jīng)濟整體利益出發(fā)，計算電氣主接線各個比較方案的費用和效益，為選擇經(jīng)濟上的最優(yōu)方案提供依據(jù)。 </p><p&g

25、t;　　本設(shè)計采用初步選擇設(shè)備及配電裝置型式進行比較，計算主要設(shè)備及配電裝置的綜合投資和年運行費用，運用主接線經(jīng)濟比較的方法：靜態(tài)比較法進行比較。</p><p>　　二、主接線方案的經(jīng)濟初步比較 </p><p>　　1、主接線方案的投資初步比較</p><p><b>　　方案投資比較表</b></p><p>　　

26、由綜合投資比較可知：Z1>Z2</p><p><b>　　年運行費用計算</b></p><p>　　主接線中電氣設(shè)備的運行費用主要包括主變壓器的電能損耗及設(shè)備的檢修、維護折舊等費用。計算公式是</p><p><b>　　(萬元)</b></p><p>　　其中為變壓器電能損失，為年運行

27、費用的計算的主要內(nèi)容其計算公式為</p><p>　?、?、方案一年運行費用</p><p><b>　?、僦髯冸娔軗p失</b></p><p>　　主變型號 SFP7-40000KVA 其技術(shù)參數(shù)如下表</p><p>　　取年運行費用中無功經(jīng)濟當量k=0.02 </p><p><b

28、>　　則計算得</b></p><p>　　②、年運行費用據(jù)公式(其中檢修維護費Z1=0.058×綜合投資，折舊費Z2=0.022×綜合投資)得：</p><p>　　U1=72.53（萬元）</p><p>　　U2=73.19（萬元）</p><p><b>　　U1<U2</b

29、></p><p>　　本次設(shè)計不必運用靜態(tài)比較法即可確定在技術(shù)經(jīng)濟上最優(yōu)方案為方案一即采用2臺主變，110KV采用雙母線分段接線，10KV采用單母線分段接線的主接線方案。</p><p>　　1.3確定最優(yōu)主接線設(shè)計方案</p><p>　　通過1.1節(jié)和1.2節(jié)對方案一、二的綜合比較見下表</p><p>　　10.5kv基端單母線

30、接線-110kv母線雙母線分段接線</p><p>　　經(jīng)過定性分析和可靠性及經(jīng)濟性分析計算，本設(shè)計水電廠電氣主接線方案最終確定為方案一。</p><p>　　1.4發(fā)電機，主變及廠用變?nèi)萘窟x擇</p><p>　　發(fā)電機的選擇及主要參數(shù)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計題目所給的參數(shù)，查相關(guān)設(shè)計手冊和參考資料，本設(shè)計確定發(fā)電機型式如下</

31、p><p>　　以上參數(shù)查《電力系統(tǒng)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計參考資料》附錄一,主要設(shè)備規(guī)</p><p>　　格及參數(shù)。P95頁 </p><p>　　變壓器的選擇及主要參數(shù)</p><p><b>　　、主變選擇</b></p><p>　　根據(jù)查《電力系統(tǒng)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計參考資料》P102頁選擇本設(shè)計

32、主變壓</p><p><b>　　器技術(shù)參數(shù)如下</b></p><p><b>　　、廠用變選擇</b></p><p>　　查《電力系統(tǒng)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計參考資料》選用廠用變壓器參數(shù)如下</p><p><b>　　1.5廠用電設(shè)計</b></p><

33、p>　　1、廠用電的作用和負荷要求</p><p>　　如前所述，本設(shè)計水電廠屬地方性小型水電廠，其最基本的廠用負荷僅考慮直流系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、水輪機調(diào)速系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)的油泵、壓縮空氣系統(tǒng)的空壓機、冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的水泵，全廠輔機系統(tǒng)的電動機、啟閉設(shè)備、照明等設(shè)施用電，因此本設(shè)計廠用電負荷采用380V/220V供電。</p><p><b>　　2、廠用電接線方案</

34、b></p><p>　　本設(shè)計廠用電分別接在1#主變和2#主變低壓側(cè)上2臺主變互為備用0.4KV系統(tǒng)按單母線分段考慮。另外若水電廠周圍有其他除本廠系統(tǒng)外的電源亦可考慮從其他系統(tǒng)接入備用電源作為廠用電。</p><p>　　帶廠用電單母線分段接線圖</p><p><b>　　完整電力系統(tǒng)接線圖</b></p><

35、p><b>　　2 短路電流計算</b></p><p>　　短路計算：（k1點為機端母線，k2點為110kv母線）</p><p><b>　　電網(wǎng)簡化圖：</b></p><p><b>　　2.復(fù)合網(wǎng)序圖</b></p><p><b>　　1）三相短路&

36、lt;/b></p><p>　　K1點：E=1.07，X=0.19；</p><p>　　K2點：E=1.07，X=0.24；</p><p><b>　　2）單相短路</b></p><p>　　K1點：E=1.07，X1=0.19，</p><p>　　X2=0.2，X0=0.1；&l

37、t;/p><p>　　K2點：E=1.07，X1=0.24,</p><p>　　X2=0.17,X0=0.19；</p><p>　　兩相短路（BC兩相）</p><p>　　K1點：E=1.07，X1=0.19，X2=0.2；</p><p>　　K2點：E=1.07，X1=0.24，X2=0.22</p>

38、<p><b>　　短路清單</b></p><p>　　3 導體，電器設(shè)備選擇及校驗</p><p>　　3.1導體設(shè)備選擇概述</p><p>　　1、導體、電器選擇在發(fā)電廠和發(fā)電廠電氣設(shè)計中的地位和作用</p><p>　　電氣裝置中的載流導體和電氣設(shè)備，在正常運行和短路狀態(tài)時都必須安全可靠的運行為

39、了保證電氣裝置的可靠性和經(jīng)濟性，必須正確地選擇電氣設(shè)備和載流導體。</p><p><b>　　導體、電器選擇原則</b></p><p>　　本次設(shè)計中選擇的導體、電器</p><p>　　根據(jù)第一章中主接線的設(shè)計方案，本次設(shè)計中要進行選擇的導體和電器主要</p><p><b>　　是：</b>

40、</p><p>　　1、線路、引線及匯流母線的選擇 </p><p>　　2、絕緣子、穿墻套管的選擇 </p><p>　　3、斷路器、隔離開關(guān)的選擇 </p><p>　　4、電流、電壓互感器及其熔斷器 </p><p>　　5、阻波器、耦合電容器的選擇 </p><p>　　6、其他電器的

41、選擇 </p><p>　　3.2導體的選擇與校驗</p><p><b>　　一、連接導體的選擇</b></p><p>　　1、發(fā)電機-變壓器導體選擇 </p><p>　　導體截面可按長期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟電流密度選擇，一般按長期發(fā)熱允許電流選擇，對年負荷利用小時數(shù)較大，傳輸容量較大，長度在20米以上的導體，其截面

42、一般按經(jīng)濟電流密度選擇。 </p><p>　　根據(jù)以上原則，本次設(shè)計因10KV側(cè)無匯流母線，僅對發(fā)電機出口開關(guān)柜至主變之間的導體進行選擇。 </p><p>　　按長期允許發(fā)熱電流選擇：</p><p>　　發(fā)電機F1~F4至變壓器之間導體選用單條矩形鋁導體，其中截面按公式確定；</p><p><b>　　其中：</b&g

43、t;</p><p><b>　　計算得</b></p><p>　　查表選擇得導體截面為：單條125×8（）豎放</p><p><b>　　①、熱穩(wěn)定校驗</b></p><p>　　運用簡化公式進行校驗。查《發(fā)電廠和變電站電氣部分畢業(yè)設(shè)計指導》P55頁</p><

44、p>　　公式中取短路電流持續(xù)時間</p><p>　　取70℃時熱穩(wěn)定系數(shù)C=87</p><p>　　為滿足熱穩(wěn)定的最小允許截面積，查短路計算結(jié)果：則：</p><p><b>　　滿足熱穩(wěn)定要求。</b></p><p><b>　?、?、動穩(wěn)定校驗</b></p><p

45、>　　根據(jù)動穩(wěn)定校驗條件：</p><p>　　—作用在母線上的最大計算應(yīng)力</p><p>　　—母線材料的允許應(yīng)力。取</p><p><b>　　對于單條矩形母線：</b></p><p>　　其中：支持絕緣子間的跨距</p><p><b>　　截面系數(shù)</b>

46、</p><p><b>　　沖擊電流</b></p><p><b>　　母線相間距離</b></p><p><b>　　振動系數(shù)</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　滿足動穩(wěn)定

47、校驗</b></p><p>　　2、廠用電導體（廠用分支）選擇</p><p>　　本設(shè)計廠用電變壓器容量為2000KVA，采用戶內(nèi)配電裝置，其高壓側(cè)，選用發(fā)電機F1~F4與變壓器連接母線相同的125×8（）單條矩形硬母線可以滿足動熱穩(wěn)定校驗。</p><p>　　廠用電低壓側(cè)：本設(shè)計中廠用變低壓側(cè),選用雙條125×10()<

48、/p><p><b>　　平放。</b></p><p>　　引上線導體（變壓器—母線連接線）選擇 </p><p>　　本設(shè)計變壓器-母線連接導體的選擇按長期允許發(fā)熱考慮，選擇時按2臺主</p><p>　　與母線連接的一回進行選擇，試選擇與5回出線同型號的LGJQ-240進行校驗。LGJQ-240導線其最大長期允許載流量

49、為查《畢業(yè)設(shè)計參考資料》。</p><p><b>　　熱穩(wěn)定校驗 </b></p><p>　　運用簡化公式進行校驗。查《發(fā)電廠和變電站電氣部分</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計指導》P55頁</p><p>　　公式中取短路電流持續(xù)時間</p><p>　　取70℃時熱穩(wěn)定系數(shù)</p>

50、<p>　　為滿足熱穩(wěn)定的最小允許截面積，查短路計算結(jié)果：則：</p><p>　　不能滿足熱穩(wěn)定要求，為此選用LGJQ-300導線能滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　母線的選擇</b></p><p>　　與變壓器-母線連接線引線選擇步驟相同，本設(shè)計110KV母線選擇型號為</p><p>　　

51、LGJQ-300的鋼芯鋁絞線，其熱穩(wěn)定、電暈的校驗均能滿足要求。 </p><p>　　3.3導體和電氣設(shè)備的選擇成果表</p><p><b>　　導體選擇成果表</b></p><p><b>　　電器設(shè)備選擇成果表</b></p><p>　　斷路器、隔離開關(guān)選擇成果表 </p>

52、<p>　　2、電流、電壓互感器選擇成果表 </p><p>　?。?）電流互感器選擇一覽表 </p><p>　　3、電壓互感器選擇一覽表 </p><p><b>　　熔斷器的選擇成果表</b></p><p>　　絕緣子、穿墻套管的選擇成果表</p><p>　　阻波器、耦合電容

53、器的選擇成果表 </p><p><b>　　4 配電裝置設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)電氣主接線和《高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》進行配電裝置設(shè)計確定</p><p>　　配電裝置的總體平面布置，斷面結(jié)構(gòu)，屋內(nèi)、屋外配電裝置。</p><p>　　屋外配電裝置圖（上—平面圖，下—斷面圖）</p>&

54、lt;p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 水利電力部西北電力設(shè)計院編，電力工程電氣設(shè)計手冊（電氣一次部分）[M]北京：水利電力出版社，1994.</p><p>　　[2] 熊信銀．發(fā)電廠電氣部分[M]．北京：中國電力出版社，2004：28-210．</p><p>　　[3] 邱關(guān)源．電路[M]．北京：高等

55、教育出版社，1999：198-210．</p><p>　　[4] 弋東方．電力工程電氣設(shè)計手冊[M]．北京：中國電力出版社，1996：1-975．</p><p>　　[5] 弋東方．電力工程電氣設(shè)備手冊[M]．北京：中國電力出版社，2000：146-752．</p><p>　　[6] 許建安.中小型水電站電氣設(shè)計手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2002.