风电场电气工程课程设计报告.docx
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风电场电气工程课程设计报告
--------------------------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:
2013·06·17~2013·06·21
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
0.1
2、设计报告及图纸质量
0.4
3、独立完成设计情况
0.1
4、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
1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
3.1.135KV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LW8—35A型
L:
六氟化硫断路器W:
户外式
LW8—35A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RN1—35/40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
RN1—35/40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
RN1—35/40
35
40
200
3.5
2
28.6
10
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=
UIcos
)
I
=1600/(
*35*cos
)=27A
6)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-YEYH1500V电缆在30
C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=412.4
9.)选型结论:
建议每相用3根FDZ-YEYH1*240的电缆
3.1.2690V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
=1.05S
/(
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KA
4s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KA
ZN-10
1600-31.5
10
11.5
1600
50
31.5
80
31.5
>0.1
>0.06
0.3
80
3.选型结论:
断路器选择型号ZN/1600-31.5
Z:
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:
1
10)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=
UIcos
)
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0.69KV~1.5KV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-YEYH1500V电缆在30
C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=412.4
9.)选型结论:
建议每相用3根FDZ-YEYH1*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=
UIcos
)
I
=1600/(
*35*cos
)=27A
2)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-YEYH1500V电缆在30
C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11~12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
3.366KV变电所电气主接线选择
3.3.166kv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=45000KW
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/kv
SFZ7-50000/66
50000
66
+8*1.25%
35
9
59.70
205.0
0.7
YNd11
3.3.2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/kv
S7-5000/66
50000
66
+2*2.5%
35
9
9.0
36.0
1.3
YNd11
3.3.366kv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/s
LW30-72.5/3150
72.5
3150
40
100
40
0.033
0.09
2)隔离开关
选择的隔离开关需要满足:
>=66KV
由上述计算查电力手册选GW4—110
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)
2S
4S
5S
GW4
-110w
110
1250
80
31.5
3)、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
3.3.435kv侧设备的选择
1)、隔离开关的选择
隔离开关选择GW4—35DW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)
2S
4S
5S
GW4-
35DW
35
1250
80
31.5
2)、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
1
2
熔断器
RN1-35/40
组
1
3
真空断路器
ZN/1600-31.5
组
1
4
电缆
FDZ-YEYH1*240
根
9
5
架空线路电缆
FDZ-YEYH1500-1*240
根
若干
6
主变压器
SFZ7-50000/66
台
2
7
所用变压器
S7-5000/66
台
2
8
断路器
LW30-72.5/3150
组
1
9
隔离开关
GW4-110W
组
1
10
隔离开关
GW4-35DW
组
1
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