沙滩水电站工程电气工程设计方案.doc

沙滩水电站工程电气工程设计方案1.1 电站与电力系统的连接沙滩水电站发电厂房位于梧州市苍梧县沙头镇东安江枫木冲支流沙滩村附近，总装机容量2×6300kw， 沙滩电站多年平均发电量4153万kWh，电站保证出力1358 kw（P=80%），年利用小时为3296h，建成后的电力主要输送至广东开封。沙滩电站装机容量2×6300kw，按装机容量选择16000kVA主变压器1台。 从技术方面考虑各级电压线路的一般输送容量与送电距离，按照本电站的规模，电站以35kV电压等级与系统连接，电站设35kV等级出线一回，送电线路总长12 km，接至新建电站，从而把电力送入系统。1.2 电气主结线1.2.1 电气主结线方案比较沙滩电站装机2台，容量为2×6300kW，发电机额定电压为6.3kV，送电电压为35kV，35kV出线一回，设计提出了两个主接线方案进行技术经济比较。方案一：一机一变单元接线方式，其优缺点如下： （1）可靠性较好，运行灵活，方便简单，当一台主变检修时或故障时，仍可有一台机组向系统送电。（2）35kV设备元件较多，主变两台，断路器三台，升压站占地面积较大，发电机电压设备元件较少，布置简单，七面6.3kV开关柜，建筑面积较小。（3）继电保护较简单。（4）建设投资及年运行费都较大。 方案二：两机一变扩大单元接线，其优缺点如下：（1）可靠性较差，当主变检修或故障的时，全部机组必须停机。（2）35kV设备元件较少，主变一台，断路器三台，升压站占地面积较小，发电机电压设备元件较多，九面6.3kV开关柜，建筑面积稍大。（3）继电保护较复杂。（4）建设投资及年运行费用都较小。 综合上述技术经济比较分析，方案二比方案一具有较好的经济性，而在技术上，由于变压器故障率较低，方案一比方案二除具有较好的运行灵活性外并无较大优势，所以本电站推荐方案二为电站主接线方案。1.2.2 厂用电源连接方式本电站厂用电源采用两台厂用变压器互为明备用供电并设置电源自动投切装置向厂区供电，其电源分别取自两台发电机的电压母线。一台拟从6.3kV发电机母线接出，型号选用SC9型，容量为315kVA，变比为6.3±5%/0.4kV；另一台接于35kV母线上，型号为S9型，容量为315kVA，变比为38.5±5%/0.4kV。两厂用变不同时投入，一台工作（以6.3kV电压级的站用变为主），一台备用。厂用母线电压采用380V三相四线制系统，中性点直接接地。详细参阅“厂用电接线图”。1.3 主要电气设备1.3.1 短路电流计算成果根据电力系统资料，假设35kV高压侧为无限大电源系统。电站按最大运行方式考虑，选择电气主接线图的35kV母线和6.3kV母线两处作短路点。经计算结果见表7-1。表7-1 三相短路电流计算成果表名称短路点次暂态电流冲击短路电流冲击电流有效值短路功率I (kA)ich(kA)Ich(kA)Sd(MVA)6.3kV母线2.6986.8804.10129.45335 kV母线0.7801.9891.18641.250短路电流计算主要为电气设备选择提供依据。1.3.2 主要电气设备 本电站主要电气设备按正常工作条件（额定值）选择，按上述短路电流效验，均满足要求。水轮发电机的选择根据水轮机的基本运行参数选取配套的水轮发电机，发电机型号为SF6300-10/2600型，其技术参数见表7-2。表7-2 水轮发电机参数表型 号额定容量(kVA)额定电压(kV)额定转速(rad/s)功率因数数量（台）SF6300-10/260063006.3kV6000.82（2）主变压器的选择根据装机容量及接线方式，主变压器按所接发电机容量确定，变压器选用节能好的SF9-16000/35型双绕组变压器，其技术参数见表7-3。表7-3 主变压器技术参数表型 号额定容量（kVA）额定变比(kV)阻抗 (%)运输重量(t)总重（t）数量（台）SF9-16000/351600038.5±2×2.5%/6.38%21.223.571（3）厂用变压器的选择 厂用变压器装置两台，厂用变压器的容量由全厂最大计算负荷决定，经计算，厂用变的容量选择315kVA，选用SC9型和S9型变压器，技术参数见表7-4。表7-4 厂用变压器技术参数表型 号额定容量（kVA）额定变比 (kV)阻抗电压(%)总重（t）数量（台）SC9-315/63156.3±5%/0.44%1.251S9-315/3531538.5±5%/0.46.5%1.721（4）断路器a） 35kV真空断路器设计选用性能较好的真空断路器，型号为ZW21-40.5/1250-31.5 。b） 6.3kV真空断路器6.3kV设备采用室内布置，选用XGN4-10QZ型成套真空高压开关柜，断路器型号为ZN28-10/1250型。表7-5 断路器技术参数表型 号额定电压（kV）额定电流 (A)额定开断电 流 (KA)额定关合电流（KA）额定热稳定时间（S）数量（台）ZW21-40.5/1250-31.540.51250256341ZN28-10Q/1250121250205042以上主要电气设备均根据技术先进、经济合理、运行维护方便和安全可靠的原则进行选择。1.4 防雷接地1.4.1 防雷保护方案沙滩电站处在多雷区。年平均雷暴日在90日以上。为了避免直击雷对电站电气设备袭击造成损坏，装设两支30m高的避雷针，作为升压站防直击雷的保护措施。避雷针要求装设独立接地装置，不与开关站主接地网连接。为了防止35kV线路雷电侵入波破坏电气设备，35kV开关站的进线段，架设12km长的避雷线，避雷线的保护角不宜大于20°，最大不应超过30°。在开关站35kV的母线上，装设氧化锌避雷器，型号为：Y5WZ-51/134；在6.3kV的母线上，装设氧化锌避雷器，型号为：HY5WZ1-12.7；两台发电机中性点均装一只Y1W-4.6避雷器，所有避雷器应以最短的接地线与电站或开关站主接地网连接，同时应在其引下线点装设集中接地装置。主副厂房的防雷保护，按民用建筑要求，装设避雷针和避雷带，并设两点以上接地引下线与主接地网连接。1.4.2 全厂接地装置 为了保护人身和设备的安全，电力设备必须有效地接地或接零，所有的电气设备金属外壳均需接地，因此开关站和电站厂房均装设接地网。开关站设接地均压带，间距为5m；开关站接地网以水平接地体为主，垂直接地体为辅。接地材料采用角钢和扁钢（圆钢），垂直接地体为垂直打入地中的角钢，型号63×6×2500。水平接地体用12圆钢焊成钢筋网水平埋入地下。钢筋间距5m，埋深0.8m，水平接地体于垂直接地体应牢固焊接。接地电阻不宜大于4。电站厂房及升压站地下均埋有独立主接地网，其接地电阻不大于4.当实测大于4时，须加装接地体，直至达到要求为止。接地网外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧半径为2.5m。接地网内的人行巡视道应铺设砾石、沥青路面。为了降低主接地网的接地电阻，其接地装置应尽可能与线路的避雷线相连，但应有便于分开的连接点，以便测量接地电阻。厂内接地网大致形成与开关站接地网相同，铺设于厂房建基面上，同时与厂房结构的全部钢筋电焊连成一体，每条主钢筋焊接点不应少于两点。1.5 综合自动化1.5.1 电站与电网调度管理关系及调度内容和范围本电站的自动控制的设计按国家部颁发有关设计技术规程为原则，做到安全可靠、技术先进和经济合理。按“无人值守、少人值守”原则设计。电站建成以后，接入县电网，由县电力调度室统一调度。由于近年来电力网与电力系统运行自动化程度不断提高。对电站运行的可靠性、灵活性及电能质量的要求不断提高，这就要求电站的自动化程度不断提高。为适应电力系统的要求，采用一套“微机综合自动化系统”设备。以便提高本电站的自动化程度。实现电站运行自动化。降低运行人员的劳动强度。微机综合自动化系统投入后，可在中控室发出1个指令即可完成开机、并网、正常带负荷及停机的全过程。微机综合自动化系统具有监控功能。如对闸门等附属设备的监控，自动巡检电站主机，辅机，各种电气设备的运行参数。给定机组优化运行方案。微机综合自动化系统与常规监控设备比较，其采用分层分布式结构，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，此外还应具有高度可靠、功能完善、技术先进、实时性好、抗干扰能力强、人机接口功能强、操作方便灵活，并能够保存历史记录。中控室是电站监控中心，设主微机1台。计算机可以对全站所有带微机接口的机电设备进行监控 ，周期性的采集电站主要电气量和非电气量及有关过程参数。完成监控、测量、保护等功能。计算机还可通过调制解调器与调度、主管部门有关人员通信联系 。传送电站实时运行情况。并可进行远程操作。微机综合自动化系统结构功能分为主控层和现地控制层。电站主控层和现地控制单元层之间通过10/100M网络交换机联接成以太网，主站到各现地控制单元之间的网络介质为双绞线。综合自动化系统的总体结构如下图所示。由图可见，整个系统为全开放的分层分布式微机系统。现地LCU即机组自动屏，每机1块，放在发电机层机组旁。1.5.2 机组励磁方式采用微机型静止可控硅励磁装置。励磁装置为：每机一套，每套2块屏，放在机组旁边。励磁装置含励磁变压器。放在高压配电室内。1.5.3 机组并网方式机组采用准同期并网方式。微机监控系统的公用LCU屏（放在中控室），内装有手动准同期装置和自动准同期装置。1.6 继电保护本电站继电保护按继电保护和安全自动装置技术规程要求设计。所选微机综合自动化系统装置可以实现这一要求。保护项目如下：（1）发电机保护有：纵联差动保护、失磁保护、过电压保护、过负荷保护、定子接地保护、转子点接地保护、温升保护。（2）主变压器保护有：纵联差动保护、复合电压过电流保护、轻、重瓦斯保护、过负荷保护、温升保护。（3）35kV线路保护有：三段式距离保护、三段式零序电流方向保护。（4）厂用电系统装设备用电源自动投入装置，以提高厂用供电的可靠性。（5）装设事故照明切换装置，以保证全厂交流电源消失时自动切到厂内直流照明电源维持事故照明。1.7 二次接线1.1.1 电气测量、信号按电气测量仪表装置设计技术规程要求设计。所选择微机综合自动化能满足这一要求。a）电气测量 发电机定子电压、电流、转子电压、电流，有功、无功电度、频率、功率因数、有功、无功功率、励磁回路的直流电流、电压。 35kV母线：电压，频率 6.3kV母线：电压，频率 主变压器：电流，有功，无功功率，有功，无功电度。 35kV线路：电压，电流，功率因数，有功，无功功率（双向），有功，无功电度（双向）。b) 信号采集开关量：短路器位置、刀闸位置、碟阀位置、保护动作等。模拟量：主变温度，电机温度、轴承温度、绝缘状态、高位水池、集水井水位，直流系统电流、电压、绝缘状态等。告警：微机监控系统具有事故和故障的语言报警、音响报警、画面闪光报警以及汉字提示，并打印记录。1.1.2 同期系统的设计同期方式采用自动准同期与手动准同期相结合的方式，两台发电机出口的断路器、35kV线路断路器均设同期点。其中两台发电机出口断路器各配置一套以自动准同期为主、手动准同为辅的同期装置；其余同期点共同设置一套多对象的微机自动准同期及其切换装置，并安装于公用LCU屏。1.1.3 互感器的配置（1） 电流互感器的配置：每台发电机尾端装电流互感器3只，每只两组二次线圈，型号为LMZB-10，800/5A。发电机出口装电流互感器5只，每只两组二次线圈，型号为LZZJ-10Q，800/5A。主变低压侧电流互感器3只，型号LZZJ-10Q，1500/5A，每只两组二次线圈。35kV线路断路器配装电流互感器6只，型号为LZZBJ5-35W2，300/5A。（2） 电压互感器的配置：每台发电机出口装5台单相电压互感器，型号为：JDZJ-6Q。6.3kV母线装3台电压互感器，型号为，JDZJ-6Q。35kV母线装3台电压互感器，型号为，JDX6-35。35kV线路装2台电压互感器，型号为，JD6-35。1.1.4 控制电源控制电源采用直流镉镍电池，选用GZDW-1-200/220Q型微机控制免维护蓄电池直流柜，电压为DC220V。容量为200Ah。1.8 电工试验室根据本电站的规模，试验设备的配置按照小型水电站电气试验室仪表设备配置标准选配。初拟电工实验室配置下列设备，见表7-6。表7-6 主 要 设 备序号名称型号规格单位数量1示波仪SB-15台12单相调压器TDGC-1kVA-220V/0-250V台23单相调压器TDGC-3kVA-220V/0-250V台14三相调压器TSGC-15kVA-380V/0-450V台15三相调压器TDGC-25kVA-38220V/0-450V台16感应移相器TXSGA-1/0.5-2kVA台17试验变压器TAM-30kVA-380V/100kV台18泄漏器KGF-100kV台19交流电桥QS3台110变比电桥套111静电电压表Q3-L/1.3-30kV套112单臂电桥QJ-23只113双臂电桥QJ26-1只114滑线电阻RXH-B12-1-10A套115兆欧表ZC8-3/1-100M只116兆欧表ZC25-3/0-500M只117兆欧表ZC25-3/0-1500M只118接地电阻测量表只119标准电度表DS1只120晶体管测度仪CDK-301只12135kV高压棒根222万能表块123相位表块124相序表块125钳表块126电秒表块127手持转速表块128交流稳压器台11.9 通信本电站通信方式包括厂内通信、系统通信和对外行政通信。（1）厂内通信。厂内通信包括厂内生产调度，厂内各生产值班点的通信。为解决上述厂内通信，设置程控电话交换机，通过交换机形成厂区内生产调度及管理的综合通信网。（2）系统通信。系统通信采用电力载波通过35kV线路传输，在35kV线路设置一条电力线载波通道，载波机型号为ZDD-50A型，载波通道的结合相序与系统侧一致，它可供电站与电力系统各有关电站、变电站以及县电力调度室通信联系。（3）对外行政通信。对外行政通信采用程控电话作为电站生产通信联系方式，同时为了便于随时联络，对有关管理人员配置移动电话或对讲机。电站主要通信设备详见表7-7。表7-7 主要通信设备表序号设备名称型号规格单位数量1数字电力线载波机ZDD-50B台12高频阻波器XZK-400台13耦合电容器OWF35/3-0.0035台14结合滤波器JL2台15接地刀闸GN-1/200台16数字用户程控自动电话交换机40门台17通信电源ZDY系列台11.10 电气设备布置主厂房内布置两台水轮发电机组，发电机层地板高程为125.90 m，机旁屏布置于发电机层上游侧，发电机中性点设备装于发电机上游侧，发电机出线电缆从发电机引出后沿主厂房电缆沟抵达6.3kV高压室。主厂房长为31.0m，宽为12.5m。副厂房布置在主厂房上游侧，地面高程为125.90m，自右向左布置有6.3kV高压室、中控室、电工试验室。中控室布置有控制、保护、计量、通信屏等。两台励磁变及一台厂用变、高压开关柜布置在6.3kV高压配电室内。开关站布置在厂房上游侧，地面高程为130.0m，升压站平面尺寸长×宽26.5m×16.5m，占地面积431.25m2。主变高压侧采用架空出线，设备采用中型布置型式。电气设备布置详见“升压站平面布置图”。