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本 科 毕 业 设 计（论 文） ______电站电气部分设计 姓 名 专业年级 学 号 方 案 装机方案___ 负荷方案____ 中国 杭州 2013-__-___ 摘 要 摘 要 关键词：水电站，主接线，短路计算，设备选型 I 目 录 目 录 摘 要 I 设计说明书 1 第一章 接入系统设计1 1.1 接入系统设计1 1.1.1 接入点1 1.1.2 回路数1 1.1.3 线 电压等级2 1.2.3 导体选择2 1.2.4 导体校验2 1.2.5 电压损耗校验2 第二章 主变选择与经济比较3 2.1 发电厂主变压器的选择3 2.2 主变压器的选择3 2.2.1 三相还是单相？3 2.2.2 双绕组还是三绕组？4 2.3 厂用变压器的选择4 2.4 主接线 方案经济比较5 第三章 短路电流实用计算6 3.1 标么值计算6 I 目 录 3.2 网络简化6 3.3 短路电流计算7 3.3.1 高压侧短路7 3.3.2 中压侧短路7 3.3.3 低压侧短路7 3.4 高压电气设备选择7 3.4.1 高压断路器和隔离开关的选择和校验8 3.4.2 中压断路器和隔离开关的选择和校验8 3.4.3 发电机出口断路器和隔离开关的选择和校验8 设计计算书9 第一章 接入系统相关计算9 1.1 接入系统设计9 1.2 地方用户供电方案9 第二章 主变选择与经济比较10 2.1 发电厂主变压器的选择10 2.2 厂用变压器容量计算10 2.3 方案经济比较11 第三章 短路实用计算12 3.1 标么值计算12 3.2 网络简化12 3.3 短路计算12 3.3.1 220kV 侧短路12 3.3.2 110kV 侧短路 13 3.3.3 低压侧短路13 3.4 电气设备选择14 II 毕业论文-设计说明书 设计说明书 第一章 接入系统设计 1.1 接入系统设计 1.1.1 接入点 风江水电站位于湖南省南部，建成后将向株洲市等地供电，电站将在相距 70 公里的株 洲变电所接入系统。 1.1.2 回路数 1.1.3 线 输电线.2 地方用户供电方案 1.2.1 回路数 1 毕业论文-设计说明书 1.2.2 电压等级 1.2.3 导体选择 1.2.4 导体校验 1.电晕校验 2.发热校验 1.2.5 电压损耗校验 2 毕业论文-设计说明书 第二章 主变选择与经济比较 2.1 发电厂主变压器的选择 主变压器的台数和容量选择 1. 水力发电厂电气主接线）离负荷中心很远。水力发电厂建在水能资源处，一般离负荷中心很远。当地负荷 很小甚至没有，电能绝大部分要以较高电压输送到远方。因此，主接线中可不设发电机电压 母线，多采用发电机-变压器单元接线或扩大单元接线。单元接线能减少配电装置占地面积， 也便于水电厂自动化调节。 （2 ）为减少占地，电气主接线力求简单。水力发电厂的电气主接线应力求简单。主变 压器台数和高压断路器数量应尽可能减少，高压配电装置应配置紧凑。占地少，以减少在狭 窄山谷中的土石方开挖量和回填量。 （3 ）不考虑扩建。水力发电厂的装机台数和容量大都一次确定，高压配电装置也一次 建成，不考虑扩建问题。这样，除采用单母分段、双母线 断路器接 线外，桥形和多角形接线 ）主接线应具有较好的灵敏性。水力发电机组启动快，起停时额外能耗少，常在系 统中担任调频、调峰及调相任务。因此，机组开停频繁，运行方式变化较大。主接线应有较 好的灵敏性。 2. 原则：主变压器容量应与发电机容量相匹配。 根据以上特点及原则设计两种方案。 方案：本设计中有三台发电机，考虑采用一台扩大单元接线的主变压器和一台单元接线 的变压器。 根据《油浸式电力变压器技术参数和要求》，本设计中发电机容量为_____MW ，且所选 水轮机cosϕ 0.85 ，计算的两台容量 S =____MVA ，单台容量 S =_____MVA 。 F 1 2 故，T1 的计算容量为____MVA ； T2 的计算容量为______MVA 。 2.2主变压器的选择 2.2.1 三相还是单相？ 凡是能够采用三相变压器时都应首先采用三相变压器。三相变压器便宜，占地和运行损 耗小。特殊条件如运输条件受限等也可采用单相变压器。此设计中交通方便，选用三相变压 3 毕业论文-设计说明书 器。 2.2.2 双绕组还是三绕组？ 2.3 厂用变压器的选择 厂用电系统构成：由厂用变压器（或电抗器），厂用供电电缆，厂用成套配电装置及各 类负荷所构成的系统。 原则：厂用电系统要求有较高的可靠性（独立性），故厂用变压器及备用容量需要考虑 足够的容量。 备用方式：有明备用和暗备用两种。 综上所述， 2.4 主接线 低压侧 水力发电厂离负荷中心较远，电能绝大部分要以较高电压输送到远方，主接线可不设发 电机电压母线，多采用发电机-变压器单元接线或扩大单元接线，单元接线的优点是接线中 间没有横向联络母线的接线，大大减少了电器的数量，简化了配电装置的结构，降低了工程 投资，同时也减少了故障的可能性，降低了短路电流值。但是，当某一单元故障或检修时， 该单元全部停电。 2.4.2 中压侧 供给地方用户要保证 70% 的一、二类用户供电，可用桥形接线或单母分段接线，考虑 到单母分段接线的可靠性较高，单母分段接线的优点是，用断路器把母线分段后，对重要用 户可从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障时，分段断路器能自动 将故障切除，保证正常段不间断供电和不致使重要用户停电。 2.4.3 高压侧 向无穷大系统输送电能，本设计的发电厂的年装机利用小时数为 4500h ，容量为 3 × 100MW，在系统中占据比较重要的地位，供电不能中断，因此需要选用可靠性高的双母线 接线。与单母分段接线相比较，停电的机会减少了，必须停电时间缩短了，运行的可靠性和 灵活性有了显著的提高，另外，双母线在扩建时比较方便，施工时可不必停电。 4 毕业论文-设计说明书 综上所述 2.5 方案经济比较 方案经济比较内容包括综合投资、计算年运行费用和综合比较三大部分。 1. 综合投资计算，包括变压器综合投资、年运行费用和年电能损耗费用。 按公式 α α Z T Z 0 =+Z 0 Z 0 (1 =+ ) 100 100 即主体投资加各项附加费用。算的方案一中 （220V 时 取为 70 ）为2550 万元， 为 Z T 1 α Z T 2 1275 万元，故综合投资为Z I Z T 1 =+ Z T 2 3 8 2 5 万元。 同理算得方案二的综合投资Z I I Z T 1 =+ Z T 2 + Z T 3 + Z T 4 4 6 6 2 . 9 万元。 2. 年运行费用包括设备折旧费、维修费和年电能损耗费。 对方案一； 对方案二； 3. 综上，列表比较如下： 综合比较：Z I Z I I ，且U I U I I 。 所以选择方案一作为设计方案。 5 毕业论文-设计说明书 第三章 短路电流实用计算 3.1 标么值计算 新建水电站接入前系统的等值电路图如下： E1 X ′′ d 1 X T 1 X L 1 X L 3 X L 2 X L 4 X L 5 X T 2 X ′′ d 2 E2 3.2 网络简化 对水电站接入后的系统网络进行简单的简化得： 6 毕业论文-设计说明书 3.3 短路电流计算 3.3.1 高压侧短路 高压侧短路，即 220kV 母线外短路，计算短路点与各电源间的等值电抗标么值如下： 3.3.2 中压侧短路 中压侧短路，即220kV 母线外短路，计算短路点与个电源间的等值电抗标么值为： 3.3.3 低压侧短路 3.3.3.1 扩大单元接线处发电机出口短路 最简等值电路为： 3.3.3.2 单元接线处发电机出口短路 最简等值电路为： 3.4 高压电气设备选择 电气设备选择的基本原则：按正常工作条件进行选择，按短路条件校验。 电气设备运行的两种工作状态； 第一，正常工作状态 按运行参数都不超过额定值，电气设备能够长期而经济地工作的状态； 第二，短路时的状态 按电力系统中发生短路故障时，电气设备要流过很大的短路电路。 电气设备的选择与校验条件：为了保障高压设备的可靠运行，高压电气设备选择总原则： 1. 按正常工作条件包括电流、电压、频率、开断电流等选择。 U N ≥ U N S I N ≥ I m a x I N b ≥ I ′′ 2. 按环境工作条件如温度、湿度、海拔等条件选择。 3. 按短路条件包括动稳定和热稳定校验。 动稳定校验：I e s ≥ I M 热稳定校验：I t 2t ≥QK 7 毕业论文-设计说明书 其中，Q Q =+Q K p np 1 ′′2 2 2 Q t I =+ I + I p k ( 10 tk 2 t k ) 12 Qnp I ′′2T ，当t k 1s 时，忽略。 3.4.1 高压断路器和隔离开关的选择和校验 3.4.2 中压断路器和隔离开关的选择和校验 经计算得： 选择结果： 计算结果 LW-110I/250 型断路器 GW3-110 型隔离开关 U (kV) 110 U (kV) 110 U (kV) 110 NS N N Imax(A) 195 IN(A) 250 IN(A) 630 I ′′(kA) 12.109 I N b r (kA) 31.5 - - 2 2 2 2 Q ( 2 ) 2 Q ( (kA) ⋅s ) 317.118 I t ( (kA) ⋅s ) 50 ×3 K (kA) ⋅s 16 ×4 K t is h (kA) 30.624 ies (kA) 125 ies (kA) 55 动稳定校验：i e s i s h ，满足动稳定要求； 热稳定校验：I t 2 t Qk ，满足热稳定要求。 3.4.3 发电机出口断路器和隔离开关的选择和校验 8 毕业论文-设计计算书 设计计算书 第一章 接入系统相关计算 1.1 接入系统设计 1. 水电站容量比重计算： 2. 线. 导线. 线. 导线 毕业论文-设计计算书 第二章 主变选择与经济比较 2.1 发电厂主变压器的选择 1. 方案一变压器容量相关计算： 2. 方案二变压器容量相关计算： 2.2 厂用变压器容量计算 10 毕业论文-设计计算书 2.3 方案经济比较 方案一： 1. 综合投资 2. 年运行费用： 方案二： 1. 综合投资 2. 年运行费用： 11 毕业论文-设计计算书 第三章 短路实用计算 3.1 标么值计算 取 S =1000MVA ，U = U B B av 根据 X X ′′SB G∗ d S SB X T ∗ U S % STN SB X l ∗ X L U2 B 则有： 3.2 网络简化 Δ−Y 变换： X 1 X 2 X 3 接入前系统化简： 3.3 短路计算 3.3.1 220kV 侧短路 化简： 对三绕组变压器部分进行化简： 12 毕业论文-设计计算书 求计算电抗： 计算短路周期分量有效值： 短路后 0s 时： 短路后 0.1s 时： 短路后 2s 时： 短路后 4s 时： 计算冲击电流： 取 K=1.85，则 3.3.2 110kV 侧短路 化简： 则： 求计算电抗： 计算短路周期分量有效值： 短路后 0s 时： 短路后 0.1s 时： 短路后 2s 时： 短路后 4s 时： 计算冲击电流： 取 K=1.8，则 3.3.3 低压侧短路 3.3.3.1 扩大单元接线低压侧短路 化简： 求计算电抗： 计算短路周期分量有效值： 短路后 0s 时： 短路后 0.1s 时： 短路后 2s 时： 13 毕业论文-设计计算书 短路后 4s 时： 计算冲击电流： 取 K=1.9，则 3.3.3.2 单元接线低压侧短路 化简： 求计算电抗： 计算短路周期分量有效值： 短路后 0s 时： 短路后 0.1s 时： 短路后 2s 时： 短路后 4s 时： 计算冲击电流： 取 K=1.9，则 3.4 电气设备选择 1. 求长期最大允许电流 发电机出口： 变压器高压侧： 变压器中压侧： 2. 热稳定校验相关计算： 14
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