电气课程设计--发电厂电气部分设计

课程设计(论文)任务书

课程设计(论文)题目：4×200MW区域发电厂电气部分设计

目 录

1 绪 论......................................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1 设计背景 .......................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1.1社会背景 ................................................................................ 错误！未定义书签。 1.1.2专业学习背景 ........................................................................ 错误！未定义书签。 1.2 设计的目的和意义 .......................................................................... 错误！未定义书签。 1.3 设计的主要工作 .............................................................................. 错误！未定义书签。

1.3.1设计内容 ................................................................................ 错误！未定义书签。 1.3.2拟解决的关键问题 .................................................................................................. 1 1.4 原始资料分析 .................................................................................................................... 1

1.4.1厂址概况 .................................................................................................................. 1 1.4.2机组参数 ................................................................................ 错误！未定义书签。 1.4.3电力系统接线图 .................................................................... 错误！未定义书签。 1.4.4对原始资料的分析 .................................................................................................. 2

2变压器的选择 .............................................................................................. 错误！未定义书签。

2.1发电厂主变压器容量、台数的确定 ............................................... 错误！未定义书签。

2.1.1具有发电机电压母线接线的主变压器容量、台数的确定 错误！未定义书签。 2.1.2单元接线的主变压器容量的确定 .......................................................................... 3 2.2相数的选择 ......................................................................................................................... 3

2.2.1发电厂 变压器相数的选择 .................................................................................... 3 2.3绕组数量和连接方式的选择 ............................................................................................. 3

2.3.1发电厂主变压器绕组的数量 .................................................................................. 3 2.3.2绕组连接方式 .......................................................................................................... 4 2.4根据原始资料比较选择 ..................................................................................................... 4 2.5厂用变压器选择 ................................................................................................................. 4

2.5.1厂用变压器选择原则 .............................................................................................. 5 2.5.2厂用备用变压器的选择 .......................................................................................... 5

3 电气主接线的设计 ....................................................................................................................... 6

3.1 主接线方案的设计原则 .................................................................................................... 6

3.1.1可靠性 ...................................................................................................................... 6 3.1.2灵活性 ...................................................................................................................... 6 3.1.3经济性 ...................................................................................................................... 6 3.2 主接线方案的拟定 ............................................................................................................ 7

3.2.1可选方案 .................................................................................................................. 7 3.2.2接线方案图 .............................................................................................................. 7 3.3 比较主接线方案 ................................................................................................................ 7 4 短路电流计算 ............................................................................................................................... 8

4.1短路电流计算的目的 ......................................................................................................... 8 4.2短路电流的计算条件 ......................................................................................................... 8

4.2.1基本假定 .................................................................................................................. 8 4.2.2一般规定 .................................................................................................................. 8 4.3 短路电流分析 .................................................................................................................... 8

4.3.1 选取短路点 ............................................................................................................. 8

4.3.1短路电流计算结果 .................................................................................................. 9

5 电气设备选择 ............................................................................................. 错误！未定义书签。

5.1电气设备选择原则 ........................................................................... 错误！未定义书签。 5.2电气设备选择的一般条件 ............................................................... 错误！未定义书签。

5.2.1按额定电压选择 .................................................................... 错误！未定义书签。 5.2.2按额定电流选择 .................................................................... 错误！未定义书签。 5.2.3选择设备的种类和型式 ........................................................ 错误！未定义书签。 5.3设备的选择 ....................................................................................... 错误！未定义书签。

5.3.1断路器的选择 ........................................................................ 错误！未定义书签。 5.3.2隔离开关的选择 .................................................................... 错误！未定义书签。 5.3.3母线及引线的选择 ................................................................ 错误！未定义书签。 5.3.4电流、电压互感器的选择 .................................................... 错误！未定义书签。

6 配电装置的选择 ......................................................................................... 错误！未定义书签。

6.1配电装置选择原则 ........................................................................... 错误！未定义书签。

6.1.1选择原则 ................................................................................ 错误！未定义书签。 6.1.2设计要求 ................................................................................ 错误！未定义书签。 6.2配电装置选择 ................................................................................... 错误！未定义书签。 7 厂用电的设计 ............................................................................................. 错误！未定义书签。

7.1厂用电选择原则 ............................................................................... 错误！未定义书签。

7.1.1厂用电选择原则 .................................................................... 错误！未定义书签。 7.1.2 厂用电电压等级的确定 ....................................................... 错误！未定义书签。 7.1.3 厂用电系统接地方式 ........................................................... 错误！未定义书签。 7.1.4 厂用工作电源引接方式 ....................................................... 错误！未定义书签。 7.1.5 厂用备用电源和启动电源引接方式 ................................... 错误！未定义书签。 7.2确定厂用电系统 ............................................................................................................... 26 后记 ................................................................................................................................................ 27 参考文献......................................................................................................................................... 28

前 言

电力系统是将各种发电、变电、输电、供电的电气设备连接在一起而组成的整体。电力系统的发展程度和技术水准已经成为各国经济发展水平的标志之一。《发电厂电气部分》作为电力专业的一门主要课程, 主要包括课堂讲学、课程设计、生产实习三个主要部分。课堂讲学着重叙述发电、变电和输电的电气主系统的构成、设计和运行的基本理论和计算方法，相应地介绍主要电气设备的原理和性能。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论的理解，进行了本次课程设计。设计工作是电力系统工程建设的关键环节，做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。设计是工程建设的灵魂。本次设计是针对43200MW区域性发电厂的设计要求来进行配置的，它主要包括主变压器的选择、电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择、厂用电系统接线六大部分。其中详细描述了主变压器的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析，在理论上证实了本设计方案的实际可行性，达到了设计的要求。

在本次设计过程中得到了老师的许多宝贵意见和指导以及同学们的帮助，在此对他们表示衷心的感谢！

1 绪 论

1.1 设计背景 1.1.1社会背景

电能是经济发展最重要的一种能源，可以方便、高效地转换成其他能源形式。提供电能的形式有水利发电，火力发电，风力发电，随着人类社会跨进高科技时代又出现了太阳能发电，磁流体发电等。但对于大多数发展中国家来说，火力发电仍是今后很长一段时期内的必行之路。

在我国乃至全世界范围，火电厂的装机容量占总装机容量的70％左右，发电量占总发电量的80％左右。截止目前为止，我国火力发电厂单机容量均也以30万千瓦和60万千瓦机组为主。

1.1.2专业学习背景

本课题设计者在大学期间认真地修完了电气工程专业的所有课程，掌握了使电力系统安全运行以及如何排除其不正常运行故障的知识，能运用电机，发电厂电气部分等专业知识解决实际问题，为本次毕业设计做了充分的知识原料准备。

1.2 设计的目的和意义 通过本次设计，可加深设计者对所学专业知识的理解，掌握理论联系实际的思路与方法，学会多种参考文献资料的查阅和使用。为以后从事集控运行岗位工作奠定扎实的基础。

1.3 设计的主要工作 1.3.1设计内容 （1）选择主变压器:通过对变压器选择原则的掌握，对多种变压方式进行比较分析，得出最优的变压方式。

（2）拟订主接线的方案：分析原始资料、确定主接线、主变形式、设计经济比较并确定最佳方案、合理的选择各侧的接线方式、确定所用电接线方式。

（3）计算短路电流：选择计算短路点、计算各点的短路电流、并列出计算结果表。

（4）合理地选择主要的电气设备：选择220KV、500KV电气的主接线、主变双侧的断路器和刀闸、限流电抗器、避雷针、避雷器、避雷线和各个电压等级主母线上的电压互感器。

（5）配置主要的电气设备：配置各级电压互感器、配置避雷器和各个支路的电流互感器和屋内屋外配电装置。

1.3.2拟解决的关键问题

变压器的选择问题；电气主接线的设计问题；短路电流的计算问题；其他电气设备的选择问题；配电装置的选择问题。

1.4 原始资料分析 1.4.1厂址概况

本厂在一大型，为坑口电厂，所有燃料由煤矿直接供给。电厂生产的电能除用于厂用外，全部7回220kV线路送入系统。厂区地势较平坦，地质条件好，

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有新的公路、铁路通向矿区，交通方便。厂址附近有大河通过，水量丰富，属于5级地震区，厂址附近无严重空气污染；年平均温度+10℃，最高气温+38℃，最低温度-35℃。

1.4.2机组参数 锅炉： 4×HG-670/140-1 汽机：2×N200-130/535/535 发电机:4×QFSN-200-2 电力系统接线图，如图1-1

图1-1 电力系统接线图

1.4.3对原始资料的分析 根据原始资料，分析如下：

（1） 环境条件：本电厂处于5级地震区,在选择屋外配电装置以及电气设

备时应予以考虑；年平均温度+10℃，最高气温+38℃，最低温度-35℃，在选择导体与电器设备时应考虑温度修正系数。

（2） 本电厂容量为43200MW=800MW，因此该厂为大型火力发电厂；本电

厂所在的电力系统容量为43200+23300+23300+23100MW=2200MW，本厂占比36.4%，所以本电厂在电力系统中占有重要的地位，主要承担基本负荷，且本电厂通过7回220KV的线路与系统连接。

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2变压器的选择

2.1发电厂主变压器容量、台数、型号和参数的确定 主变压器容量、台数直接影响主接线的的形式和配电装置的结构。它的确定应综合各种因素进行分析，做出合理的选择。

2.1.1具有发电机电压母线接线的主变压器容量、台数、型号和参数的确定 （1）当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。

（2）当接在发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，主变压器应能从系统中倒送功率，以保证发电机电压母线上最大负荷的需要。

（3）根据系统经济运行的要求而限制本厂输出功率时，能供给发电机电压的最大负荷。

（4）发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台或以上主变压器的发电厂，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。

2.1.2单元接线的主变压器容量的确定

单元接线时变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。采用扩大单元时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应等于按上述（1）或（2）算出的两台发电机容量之和。

2.2相数的选择

2.2.1发电厂 变压器相数的选择 变压器选择三相或单相，主要考虑变压器的制作条件、可靠性要求及运输条件等因素。特别是大型变压器，尤其需要考察其运输可能性，保证运输尺寸不超过隧道、涵洞、桥东的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶、等运输工具的允许承载能力。

变压器选择的原则

（1）但运输条件限制时，在330kv及以下的发电厂，均选用三相变压器。 （2）当发电厂与系统连接的电压为500kv时，宜经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单项变压器组。对于单容量为300MW,并直接升到500kv的，宜选用三相变压器。

2.3绕组数量和连接方式的选择 2.3.1发电厂主变压器绕组的数量

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（1）最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电或与系统连接时，宜采用三相绕组变压器，每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%及以上。两种升高电压的三绕组变压器一般不超过两台。因为三绕组变压器比同容量上绕组变压器的价格高出40%~50%，运行检修比较困难，台数过多时会造成中压侧短路容量过大，且屋外配电装置布置复杂，故对其使用要给予限制。

（2）对于200MW及以上机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。因为在发电机回路，及厂用分支回路均采用分相封闭母线，供电可靠性很高，而大电流的隔离开关发热问题比较突出，特别是设置在封闭母线中的隔离开关问题更多；同时发电机回路断路器的价格极为昂贵，故在封闭母线回路里一般不设置断路器和隔离开关，以提高供电的可靠性和经济性。此外，三绕组变压器的中压侧，由于制造上的原因一般不希望出现分接头，往往只制造死接头，从而对高中压侧调压及负荷分配不利。这样采用三绕组变压器就不如用双绕组变压器加联络变压器灵活方便。

2.3.2绕组连接方式

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y连接；35KV亦采用Y连接，其中性点经消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器都采用△连接。由于35KV采用Y型连接，与220KV、110KV系统的相电压角移为0°（相位12点），这样当电压比为220/110/35KV,高中压为自偶连接时，变压器的第三绕组连接方式就不能用三角型连接，否则就不能与现有35KV系统并网。因而就出现三个或两个绕组全星形接线的变压器，全国投运这类变压器约为40~50台。

2.4根据原始资料比较选择

(1)根据主变压器相数选择原则：当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器。本次设计中，厂区地势较不平坦，地质条件好，有新的公路、铁路通向矿区，交通方便。故应选用三相变压器。

(2)根据主变压器绕组数确定原则：只有一种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，采用双绕组变压器。本次设计中，电厂生产的电能除用于厂用外，全部以7回220KV线路送入系统，故采用双绕组变压器。

(3) 根据原始资料，该厂除了本厂的厂用电外，其余向系统输送功率，所以不设发电机母系，发电机与变压器采用单元接线，保证了发电机电压出线的供电可靠，本厂主变压器选用三相式变压器4台。

（4）单元接线中的主变压器容量SN 应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，预留10％的裕度选择：

SN≈1.1PNG(1-KP)/ cosφ ＝1.13200(1-0.08)/0.85

＝238.12MVA

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参照220KV双绕组变压器技术数据，选择主变压器如下： 型号 额定高压 低压 空载短路 空载 阻抗总重 台数

容量(KV) 损耗电流电压（t） (kVA） （KW) （%） （%） 240000 242+1-34*2.5% 15.75 200 630 0.7 14.0 251 4 SFP7-240000/220

2.5厂用变压器选择

2.5.1厂用变压器选择原则 1、变压器、副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应。 2、连接组别的选择，宜使同一电压级的厂用工作、备用变压器输出电压的相位一致。

3、阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及厂用电负荷正常波动范围内，厂用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的±5％。

4、变压器的容量必须保证常用机械及设备能从电源获得足够的功率。 2.5.2厂用备用变压器的选择 1、厂用变压器的选择

按厂用电率确定厂用电主变的容量，厂用电率确定为Kp=8%， SNG=PNG3KP/cosφG=20038%/0.85≈20MVA；

选型号为：SFF7-31500/15.75，额定容量为：31500/2320000， 电压比为：15.75±232.5%/6.3-6.3，连接组别：D，d0-d0 台数：4台。

2、备用变压器的选择

启备变的容量为厂用变的总和，4320MVA= 80MVA，因此选用两台40MVA的变压器。

选型号为：SFFZ7-40000/220，额定容量为：40000 KVA， 电压比为：220±831.25%/6.3，连接组别：YN，d11-d11

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选型号为：SFFZ-32000/220，额定容量为：32000/2×16000 KVA， 电压比为：220±831.25%/6.9，连接组别：YN，d11-d11

3 电气主接线的设计

3.1 主接线方案的设计原则 对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面，下面简要分析一下。 3.1.1可靠性

可靠安全是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本要求。它可以从以下几方面考虑：

1、发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用； 2、发电厂和变电所接入电力系统的方式； 3、发电厂和变电所的运行方式及负荷性质；

4、设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性； 5、长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。 3.1.2灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

1、调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求；

2、检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；

3、扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。

3.1.3经济性 主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般从以方面考虑。

1、投资省；

2、占地面积少； 3、电能损耗少。

此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。

发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计首先应保证其满

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发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性。为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，应从以下几方面考虑：

1、断路器检修时，是否影响连续供电；

2、线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间的长短，能否满足重要的Ⅰ ，Ⅱ类负荷对供电的要求；

3、本发电厂有无全厂停电的可能性；

4、大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。 3.2 主接线方案的拟定

根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。

3.2.1可选方案 220KV电压级：回路出线为7回路，可供选择方案有单母线分段带旁路或一般双母线。

方案拟定如下表： 电压等级 方案1 方案2 220KV 一般双母线 双母线带旁路 3.2．2接线方案图

所选主接线方案如附图：

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附图一：一般双母线接线图

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附图二：双母线带旁路接线图

3.3 比较主接线方案

1、技术分析比较：方案1供电可靠，任一母线故障或检修任一母线时，可通过两组母线隔离开关的倒换操作将全部回路倒换到另一母线，不至使供电中断；操作方便，调度灵活，两组母线可以并列运行也可以分裂运行，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度变化的需要；扩建方便，可向母线的任一端扩建均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。方案2比方案1供电更好。

2、经济分析比较：

从技术和经济的角度论证了两个方案，虽然方案二比方案一供电可靠，但是由于目前断路器采用的是六氟化硫断路器，它的检修周期长，不需要经常检修，所以采用旁路也就没有多大意义了，这样一来不仅仅节省了投资，也节约了用地，所以比较后确定采用了方案一。

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4 短路电流计算

4.1短路电流计算的目的

短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地系统）发生通路的情况。

在发电厂电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：

1、电气主接线的比选。 2、选择导体和电器。 3、确定中性点接地方式。 4、计算软导线的短路摇摆。

5、确定分裂导线间隔棒的间距。

6、验算接地装置的接触电压和跨步电压。 7、选择继电保护装置和进行整定计算。 4.2短路电流的计算条件 4.2.1基本假定

1、正常工作时，三项系统对称运行。 2、所有电流的电功势相位角相同。

3、电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。 4、短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

5、不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻略去不计。

6、不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。

7、元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 8、输电线路的电容略去不计。 4.2.2一般规定

1、验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。

2、选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。

3、选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点。

4、导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

4.3 短路电流分析 4.3.1 选取短路点

由原始资料，选择43200接线图的短路点d1、d2、d3、d4、d5，如下图所示

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图1-1 短路点的选择

4.3.1短路电流计算结果 d1点发生短路时：

Ipt1=Ipt1*×SNi/√3Uav=3.872×200×4/0.85/230/√3=9,0148KA Ipt2=Ipt2*×Sni/√3Uav=1.913×50×3/0.85/230/√3=0.864KA Ips=Ips*×SB/√3Uav=28.28×100/230/√3=7.099KA Ipt=Ipt1+Ipt2+Ips=9.148+0.864+7.099=12.111KA d2点发生短路时：

Ipt1=Ipt1*×SNi/√3Uav=0.05×50×3/6.3/√3=0.8KA

Ipt2=Ipt2*×SNi/√3Uav=0.02×200×3/0.85/6.3/√3=1.29KA Ipt3=Ipt3*×SNi/√3Uav=0.27×200/0.85/6.3/√3=5.82KA Ips=Ips*×SB/√3Uav=0.9×100/6.3/√3=8.2KA

Ipt=Ipt1+Ipt2+Ipt3+Ips=0.8+1.29+5.82+8.2=16.11KA d3点发生短路时：

Ipt=Ipt*×SNi/√3Uav=3.872×200/0.85/230/√3=2.287KA d4发生短路时（发生在母联断路器上） Ipt=17.11KA：

d5发生短路时（发生在高备变上）

Ipt=Ipt1+Ipt2+Ips=0.943+4.74+4.49=10.173KA

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5 电气设备选择

5.1电气设备选择原则

正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有：按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

由于电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，所以具体选择方法也不完全相同，但它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

5.2电气设备选择的一般条件 5.2.1按额定电压选择

电气设备的额定电压UN就是其铭牌上标出的线电压，另外还规定有允许最高工作电压Ualm。由于电力系统负荷的变化、调压及接线方式的改变而引起功率分布和网络阻抗变化等原因，往往使得电网某些部分的实际运行电压高于电网额定电压UNs，因此，所选电气设备的允许最高工作电压Ualm不得低于所在电网的最高运行电压Usm，即

Ualm≥Usm

对于电缆和一般电器，Ualm较UN高10%~15%,即

Ualm=（1.1~1.15）UN

而对于电网，由于电力系统采取各种调压措施，电网最高运行电压Usm通常不超过电网额定电压UNs的10%，即

Usm≤1.1UNs

可见，只要UN不低于UNs，就能满足电气设备可靠运行，所以一般选

UN≥UNs

5.2.2按额定电流选择

电器的额定电流IN是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔、安装条件等）下，电气设备的长期允许电流。

我国规定电气设备一般额定环境条件为：额定环境温度（又称计算温度或基准温度）θN,裸导体和电缆的θN为25℃，断路器、隔离开关、穿墙套管、电流互感器、电抗器等电器的θN为40℃；无日照；海拔高度不超过1200m。

当实际环境条件不同于额定环境条件时，电气设备的长期允许电流Ial应做修正。一般情况下，各类电气设备的Ial均需按实际环境温度修正。另外，计及日照的屋外管型导体、软导线的Ial上需按海拔修正；电力电缆的Ial尚需按有关敷设条件修正。

Ial不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

Ial ≥Imax

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由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%~80%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

5.2.3选择设备的种类和型式

（1）应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。

（2）除上述海拔、当地实际环境温度的影响外，尚需考虑日照、风速、覆冰厚度、湿度地震烈度等环境条件影响。当超过一般电气设备的使用条件时，应向制造部门提出特殊订货要求，并采取相应措施。

本次设计需要选择的设备主要有断路器、隔离开关、母线及引线、电流、电压互感器、绝缘子和穿墙套管、熔断器等

5.3设备的选择 5.3.1断路器的选择

发电厂中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。

高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35～220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。

1、220KV侧断路器

1)额定电压选择: UN≥UNS=220kv 2）额定电流选择：Ial≥Imax

考虑到变压器在电压降低1%时其出力保持不变，所以相应回路的Imax=1.01IN 即：

Imax =1.013SN/1.732UN=636.15A IN= Imax/1.01=629.85A

根据《发电厂电气部分》附表2-18查得:

根据以上数据可以初步选择SW4-220型断路器,其参数如下:

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额定工额定电额定开作 流（A） 断电流 电压 （kA） （KV） 220 1000 额定动5s 热稳稳定电定电流流峰值 （KA） （KA） 21 固有分闸 时间（S） 0.06 合闸时间 （S） 0.25 重合闸无电流时间 （S） 0.3 18.4kA 55

3)校验热稳定，取后备保护为3S，固有分闸时间0.06s，燃弧时间取0.05s tk=3+0.06+0.05=3.11

由于tk>1s,不计非周期效应。短路电流的热效应Qk等于周期分量热效应Qp，即:

QK=I”23tk=17.11317.1133.11=910.46(KA)2S

Qr=21235= 2205(KA)2S 即Qr > QK 满足要求

校验动稳定：Ish=1.9√2317.11=45.97KA

由以上数据比较可知SW14-220/1000型断路器够满足要求。 2、6KV侧断路器

1）额定电压：UN≥UNS=10kv

2）额定电流：Ial=KIN≥Imax K:是温度修正系数

Imax =1.013SN/1.7323UN= 1.013240/(1.73236)= 23.33KA 实际上最多用到的只有：Imax=1.01320/(630.8531.732)=2.29KA

根据以上数据可以初步选择SN10-10Ⅲ断路器，其参数为： 额定工额定电额定关动稳定4s 热额定开合闸时固有分燃弧时作 流（A） 合电流 电流 稳定电断电流 间 闸 间（S） 电压 （kA） （KA） 流（KA） （S） 时间（KV） （KA） （S） 10

3）检验热稳定取后备保护为3S Tk=3+0.06+0.05=3.11S

Qk=I”2*tk=17.11317.1133.11=910.46(KA)2S Qr=40234 =6400(KA)2S 即Qr > Qk 满足要求 检验动稳定：

Ish= 1.9√2317.11=45.97KA

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3000 125 130 40 40 ≤0.20 ≤0.06 0.05

5.3.2隔离开关的选择

隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。

隔离开关的配置： 1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；

2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；

3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。60KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；

4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；

5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。

1、 220KV侧隔离开关选择： 1）根据UN≥UNS，则UN≥220KV 2）根据Ial=KIN≥Imax，

式中K为温度修正系数，由前面计算结果K=1.01，按《发电厂电气部分》中表6-1可求出Imax=1.05倍的变压器额定电流，Imax=605.86A

根据以上数据，可以初步选择户外GW4-220（D）型隔离开关，其参数如下： 额定电压：220KV 额定电流：630A 动稳定电流：50KA 4s热稳定电流：20KA

3）热稳定校检和动稳定校验都满足要求，由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路电流的校验。

由上述计算表明，选择GW4-220（D）型隔离开关能满足要求，列出下表：

设备 项目 UN≥UNS Ial≥Imax GW4-220（D） 产品数据 220KV 630A 计算数据 220KV 605.86A 2、 15.75KV隔离开关选择

1）根据UN≥UNS，则UN≥15.75KV；

2）根据Ial=KIN≥Imax，Imax=1.01PN／1.732UNcosφ

=1.013200000／1.732315.7530.85 =8711.7A

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3）根据以上数据，可以初步选择户内GN10-20型隔离开关，其参数如下： 额定工作 额定电流（A） 动稳定电流 4s 热稳定电流电压 （A） （KA） （KV） 20 9100 224 74 其热稳定和动稳定都满足要求。

由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路电流的校验。 由上述计算表明，选择GN10-20型隔离开关能满足要求，列出下表：

设备 项目 UN≥UNS Ial≥Imax GN10－20 产品数据 20KV 9100A 计算数据 15.75KV 8711.7A 3、 6KV隔离开关选择

1）根据UN≥UNS，则UN≥6KV；

2）根据Ial=KIN≥Imax，Imax=1.01SN／1.732UNcosφ =1.01320000/1.7323630.85 =2286.83A

3） 根据以上数据，初步选定GN22-10（D）型隔离开关，参数为： 额定工作 额定电流（A） 动稳定电流 2s 热稳定电流电压 （A） （KA） （KV） 10 3150 125 50 其热稳定和动稳定都满足要求。

由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路电流的校验。

由上述计算表明，选择GN22-10（D）型隔离开关能满足要求，列出下表：

设备 项目 UN≥UNS Ial≥Imax

GN22－10（D） 产品数据 10KV 3150A 计算数据 6KV 2286.83A

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5.3.3母线及引线的选择

母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。

敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。

1、裸导体应根据具体使用情况按下列条件选择和校验

（1）型式：载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机，变压器出线端部，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。

回路正常工作电流在400A及以下时，一般选用矩形导体。在400～8000A时，一般选用槽形导体。

（2）配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的截面和导体的结构型式。

（3）当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对220KV及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。

2、母线及电缆截面的选择

除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。

选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容：

选择母线的材料，结构和排列方式：一般采用铝母线，110KV及以上持续工作电流在8000A以上的屋内、外配电装置采用管型母线，管型母线一般采用三相水平布置。

5.3.4电流、电压互感器的选择 一、互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：

1）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流。 仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。

2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

电流互感器的特点：

1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；

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2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。

电压互感器的特点： 1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数； 2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。

互感器的配置：

1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；

2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点；

3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；

4）6－220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器； 5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 二、电流互感器的选择

1、一次回路额定电压和电流的选择 Un≥UNs

Ial=KIN1≥Imax 带入数据得 IN1=577A

2、额定二次电流的选择

额定二次电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系用5A。本次设计采用5A的二次电流.

3、种类和型式的选择

选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、装入式等）来选择。

本次设计采用的为屋外支持式的LCWB2-220W 额定电级次组准确级二次负1s 热稳动稳定准确级二次负流比 合 次 荷（VA） 定电流电流 次 荷 （KA） （KA） 0.2/0.5 （23200~23P/p 600）/5

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0.2 50 31.5 80 0.5 2Ω

4、额定容量

为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SN2。

即：SN2 ≥S2 = 50VA Z21≤ZN2

由于仪表和继电器的电流线圈及连接导线的电抗很小，可以忽略，只需计及电阻，即

Z21=rar+r1+rc

rar — 二次负荷最大相的仪表和继电器电流线圈的电阻Ω，可由其功率 rar=Pmax／I2N2，Ω

r1 — 继电器电阻和连接导线电阻，Ω rc — 接触电阻一般取0.1Ω 仪表名称型号 电流表（46L1-A） 有功功率表（46DC1-W） 有功电能表（DS3） 总计 代入数据的

rar=Pmax／IN2=1.45/25=0.058

2

二次负荷 U相 0.35 0.6 0.5 1.45 W相 0.6 0.5 1.1 r1≤ZN2-( rar+ rc) Ω=2-(0.1+0.058)=1.842 Ω r1=ρLC／S

故S≥ρLC/(ZN2- ra-rc)

采用铜线，ρ=1.75310-2Ω2㎜2/m 导线长度30m S≥1.75310-23√3330/1.842 代入数据得 S=0.0086㎜2

当求出的铜导线截面积小于1.5㎜2时，应选1.5㎜2。

5、按一次回路额定电压和电流选择 电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：Un≤UNw IN1≥Igmax，为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流

UNw— 电流互感器所在电网的额定电压

Un IN1 — 电流互感器的一次额定电压和电流

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Igmax — 电流互感器一次回路最大工作电流

6、热稳定检验

电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流IN1

的倍数Kt来表示，即：（Kt IN1）2 ≥ QK

带入数据得：

31.52=992.25＞ 910.46[（kA）2.s ]

7、动稳定校验 (1)内部动稳定校验：

电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（2IN1）的倍数KES—动稳定电流倍数，表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验：

ies≥ish或2 IN1Kes≥ish (kA)

即：2 IN1Kes =2380=113.14 ≥45.97(kA) (2)外部动稳定校验：

短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其邻相之间电流的相互作用使绝缘帽上受到外力的作用。因此需要外部动稳定校验，即：

Fal≥1.73310-7(Lc/a) i2sh Lc=(L1+L2)/2

Lc—电流互感器的计算跨距，m

L1—电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距，m L2—电流互感器两端瓷帽的距离

有的产品目录未标明Fal，而只给出Kes。Kes一般在相间距离a=0.4，计算跨距Lc=0.5的条件下取得。所以，

2IN1Kes√(0.5a/0.4Lc)≥ish (kA)

由于LCWB2-220W互感器为支持式绝缘只进行内部动稳定校验 代入数据得

Ies=113.14 ≥45.97(kA)

同理在本次设计中我们还选中了LFZ1-10屋内型作为6kV侧的电流互感器 额定电流变比 准确级次 额定阻抗 热稳定倍率 动稳定倍率 400/5 0.5 0.4 80 140 20

还有变压器低压侧15.75kV的电流互感器选择我们选择的是LBJ-10 额定电流变比 准确级次为 准确级次为 热稳定倍率 动稳定倍率 0.5时二次侧1时二次侧负负荷 荷 2000-6000/5 2.4 2.0 50 90

二、电压互感器的选择

1、电压互感器的准确级和容量

电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。

由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。

2、按一次回路电压选择

为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.1~0.9）UN1范围内变动，即应满足：

1.1UN1>U1>0.9 UN1 即 198kV＜U1＜242kV

3、电压互感器及型式的选择

电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在6～35KV屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110～220KV配电装置中一般采用串级式电磁式电压互感器。220KV及以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

所以6，15.75kV,选择油浸绝缘，220kV选择电容式电压互感器。 6kV侧为JDJ-10初绕组为10，次绕组为0.1，最大容量为640（VA） 15.75kV侧为JDJ2-35，初绕组为35，次绕组为0.1, 最大容量为1000（VA） 220侧为TYD220/3 -0.0075，初绕组为220/3 ，次绕组为0.1/3 , 最大容量为:2000（VA）

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6 配电装置的选择

6.1配电装置选择原则

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级发的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断假冒新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。 6.1.1选择原则

（1）节约用地：我国人口众多，但耕地不多，因此用地是我国现代化建设的一项带战略性的方针；

（2）运行安全和操作巡逻方便：配电装置要整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求。使配电装置 一旦发生事故时，也能将事故限制在最小范围和最低程度，并使运行人员在正常的操作和处理事故中不致发生意外，以及再次维护中不致损害设备；

（3）便于检修和安装：对各种形式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装的条件；

（4）节约三材，降低造价：配电装置的设计还应采取有效措施，减少三材消耗，努力降低造价。

6.1.2设计要求

1、满足安全净距离的要求 2、满足施工、运行和检修的要求 3、噪声的允许标准及限制措施要求

4、静电感应的场强水平和限制措施要求 5、电晕无线电干扰的特性和控制 6.2配电装置选择

配电装置的型式的选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行及检修要求通过技术经济比较确定。

本设计的最大风速为20m/s，属于六级地震区，设计时应考虑这两方面因素。综合两方面因素，本次设计选择：

1、220kV侧采用屋外普通中型配电装置

可靠性：布置较清晰，不易误操作，运行可靠，构架高度低，抗震性能好，检修、施工、运行方便，并且已有丰富的经验。

经济性:可以节约用地，简化构架，施工工作量最小，工期最短，布置清晰，运行方便和节省三材。

2、6.3kV侧采用屋内成套开关柜布置，开关柜采用KYN型式。 户内金属封闭移开式开关柜，结构紧凑，能防尘和防止小动物进入造成短路，具有“五防”功能，运行可靠，操作方便，维护工作量小，在电力系统中广泛应用。

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7 厂用电的设计

7.1厂用电选择原则 7.1.1厂用电选择原则 （1）系统应安全可靠：厂用电源系统的接线方式和电源容量应能适应正常工况、事故异常和检修状况等各种工况的供电要求，同时还应考虑到机组启停过程中的供电，并方便电源的切换操作。一般各机组的厂用电系统应尽可能相互独立，当某一台机组的厂用电电源系统故障或其相关设备故障时，只会影响到该机组的运行，而不致影响到其他机组的正常运行，同时能在短时间内将机组恢复运行。对公用负荷的供电方式要合理布置，使发生事故时影响范围最小。

（2）系统接线简明、运行灵活：厂用电源系统分期建设和现场施工中厂用电系统的扩建方便和可靠切换运行，应结合远景规划，统一安排，便于过渡，尽可能减少改变接线和变换设备，同时要与电气主接线的方式相结合来考虑，尤其是在备用电源引线时。 （3）符合经济要求：在满足可靠性的同时，还应注意厂用电源系统的经济性，压缩投资，降低运行费用。

7.1.2 厂用电电压等级的确定

厂用电供电电压等级是根据发电机的容量和额定电压、厂用电动机的额定电压及厂用网络的可靠、经济运行等诸方面因素，经技术、经济比较后确定。因为发电机的额定容量为200MW，比较后确定厂用电电压等级采用6.3kV的等级。 7.1.3 厂用电系统接地方式

厂用变压器采用不接地方式，高压和低压都为三角电压，当容量较小的电动机采用380V时，采用二次厂用变压器，将6kV变为380V，中性点直接接地；启备变压器采用中性点直接接地，高压侧为星形直接接地，低压侧为三角形连接。 7.1.4 厂用工作电源引接方式

因为发电机与主变压器采用单元接线，高压厂用工作电源由该单元主变压器低压侧引接。

7.1.5 厂用备用电源和启动电源引接方式

采用两台启备变，从220kV母线引至启备变，启备变采用低压侧双绕组分裂变压器。

7.2确定厂用电系统

厂用电系统采用如附图一和附图二，厂用电在两个方案中都一样。

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后记

两周的电器设备课程设计已经结束了,在这两星期里，我们学到了更多的理论知识，也更深刻的体会到了实践所带给我们的快乐。“纸上得来终觉浅”，将扎实的理论基础和实践完美结合起来，不但让我们对原有的知识有了更进一步的了解，更让我们体会到了合作的快乐，让我们学会了相互信任。

在学习过程中，我们应注意理论知识与实际应用之间的相互联系。在今后的学习中，我要吸取在这次课设中得到的经验教训，要以学习理论知识为基础，尽量多接触实际应用知识。设计一个完整的设备选择，不仅要以过硬的知识功底为前提，还要具有灵学活用，举一反三的能力。一个课程的设计，要有完整的设计思路，要满足课题的各项要求，还要通过报告把原理及流程表达的清清楚楚。从设计的第一天起，我就遇到了很多麻烦。所以在着手之前我便仔细阅读并研究了教材中所有有关课设部分的章节，之后，又利用图书馆的资源和网上资源，对课设电路做了具体的了解和分析。有关计算部分我也参考了很多的资料，但有的设备参数还是不明白为何设成这样，只好参考经典值。通过老师和同学们的帮助，我渐渐的有了眉目。发电厂一次设备的选择原理与步骤是一种综合应用，通过本次设计，了解了一次设备选择的基本原理，同时也很好的掌握了高压断路器，厂主变压器，互感器，隔离开关的分类，用途及选择原则和步骤。使我对知识有了更系统，更深层理解。并且在设计的过程中，融入了自己的创新想法，增加了设计的兴趣。

很庆幸能有这样一次课设的机会，让我学尝试了理论与实际的结合，让我学到了很多知识，让我认识到了自己的不足，让我明确了努力的方向。在以后的学习生涯中我会不断的完善自己，用更多知识来丰富和充实自己，为自己以后的人生道路打下坚实的基础！

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参考文献

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[13] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册.北京：水利电力出版

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/snd3.html