水电站电气主系统初步设计及升压电站设备布置(共45页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘 要根据设计任务书的要求，该设计为谁电站电气主系统初步设计及主系统保护配置，并绘制有发电机侧接线方案比较图、升高压侧接线方案比较图、电气主接线图及主系统保护图各一份。该水电站发电机侧和升高压侧均采用单母线接线，其中发电机出口电压为10.5KV，升高压侧为220KV，设置了两台相同的变压器并列运行。本设计进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备的选择及校验，并进行了升压站电气设备的布置设计。设计是以发电厂电气部分、电力工程设计规范等为依据，结合自己所学知识，设计的内容符合国家有关经济技术政策。关键词：水电站，电气主接线，配电装置 ABSTRACT Accor

2、ding to the design requirements of the mission statement of the main electrical power system design for whom the preliminary design and protection of the main system configuration and connection schemes for the generator to draw a comparison chart or the high side compared Wiring diagram, wiring dia

3、gram and the main main electrical system protectionFigure each.The hydropower generator side and lift the high side are single-bus connection, in which the export voltage generator 10.5KV, rose high side for the 220KV, set up two identical parallel operation of transformer. The design of the electri

4、cal main wiring design, short-circuit current prices, selection and calibration of electrical equipment and electrical equipment for a booster station layout design.Design is based on Electric Power Plant parts, Power engineering design as the basis, combined with his own knowledge to design the con

5、tent conform to the relevant economic and technical policies.Keywords:Station, main electrical wiring, power distribution unit目录 专心-专注-专业绪 论发电厂是电力系统的重要组成部分，是电能的发源地，它是保证给用户可靠供电的前提。电气主接线是发电厂的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择，是水电站投资大小的决定因素。在设计过程中，遵照国家现行定力设计规程，方针，秉着电气主接线应具有可靠性、灵活性、经济性的原则，结合设计的实际

6、材料，应用自己所学的知识进行设计。变电站是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压，在中，变电站是输电和配电的集结点，变电站主要分为：升压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。变电站是系统中变换电压、接受和分配、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其将各级电压的联系起来。 由于我的知识水平有限，在设计过程中还存在很多问题，希望大家给于指出。INTRODUCTIONElectricity power plants are an important component of the system is the cradle of power, it is to ensure a

7、 reliable supply of electricity to the user premise. Main Electrical Connection is the primary task of power plants, but also constitute an important part of the power system. The formulation of the main electrical wiring factory with a direct bearing on the choice of electrical equipment is to stat

8、ion the size of the determinants of investment. During the design process, in accordance with the order in force in the country design, principles and faith should have the Main Electrical Connection reliability, flexibility, economic principles, combined with the design of the actual materials, the

9、 application of their knowledge to design.Substation is to assemble some of the equipment used to cut off or turn, change or adjust the voltage in the power system, transmission and distribution substations are the assembly points, substations are divided into: step-up substation, main grid substati

10、ons, secondary Substations, power distribution stations. Transformation substation in power system voltage, receiving and distributing power, control and adjust the flow of electricity voltage power facilities, through its power grid voltage transformer will be linked at all levelsSince my knowledge

11、 is limited, during the design process, there are still many problems in the hope that we pointed out.1原始资料分析1.1原始资料 发电机：型号3SF10028/7650; 3台发电机单机容量都为100MW；发电机出口电压UN=10.5KV; cos=0.875; 年利用小时数5000； 升高压侧: 出线两回U=220KV； 距地区变电所L=120KM；系统归算至电站220KV母线；短路电抗Xs=0.231.2对原始资料的分析 工程情况：通过对原始资料的分析可得:该水电站为中小型水电站，三台单

12、机容量为100MW的发电机，最大年利用小时数为5000h。 电力系统情况：该水电站在近期5-10年内不会扩建。 负荷情况：发电机出口侧电压等级为10.5kv,经过升压变压器变为220kv,无近区负荷,有两回出线。 环境条件：无具体要求，可按照理想条件设计。2电气主接线设计电气主接线是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活

13、。因此，发电厂、变电站主接线应合理。发电厂电气主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。发电厂的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。2.1 主接线的设计原则基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便、尽可能地节省投资，就近取材。力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济美

14、观的原则。2.2主接线设计的基本要求 运行的可靠；断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 具有一定的灵活性；主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。 操作应尽可能简单、方便；主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不

15、便或造成不必要的停电 经济上合理；主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益 应具有扩建的可能性；由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。发电厂电气主接线的选择，主要决定于发电厂在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。2.3主变台数的确定水电站一般地处偏僻山区，因而它的布置在一定程度上受地形条件的限制。考虑小型水电站的特点，它在电网中不占重要地位，一般情况下小型水电站主变一般设一到两台。结合该水电站的实际情况和主接线方式，所以设置两台变压器并列运行，两台

16、容量相同。2.3.1主变容量的确定 主变压器的总容量，应保证在正常情况下，能将水电站全部功率送至用户。对于一般的两台并运行的变压器，当一台故障时，另一台在应能输送附加故障台容量的70%。所选变压器的容量计算如下：式中： S所需变压器总容量， KVA 发电机总有功功率， KW 发电机电压母线侧最小负荷值， KW 发电机额定功率因数， 结合原始资料，忽略发电机侧母线上的最小负荷，则变压器的总容量为：由于采用两台容量相同的变压器，所以所选容量为：应选容量为300MVA的变压器。2.3.2主变压器相数的确定容量为330MW的发电厂及及以下容量变压器，和330MW及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器

17、，因为单相变压器组相对投资大、占地多、运行损耗大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修的工作量。在此设计中，选用三绕组变压器 2.3.3主变压器绕组与接线组别的确定 由于该水电站只有两个电压等级，且发电机侧和升高压侧均采用单母线接线，所遇选用双绕组变压器。变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压保持一致，否则不能并列运行。电力系统采用的接线方式只有星形“Y”和三角形两种。根据原始资料，该水电站10.5KV侧采用三角形接线，220KV侧采用星形“Y”接线。2.3.4调压方式和冷却方式的确定 为了保证电网各种运行方式下的电压水平，电力变压器在高压侧均设有可调分接头。对于小容量的水电站一般采用无激磁调压

18、变压器。对于中小型变压器，一般采用自然风或强迫风冷却，该水电站采用自然风冷却即可满足要求 。经过以上分析，所选变压器的参数如下：型号联结组电压组合空载损耗(kW)负载损耗（kW）短路阻抗（%）SFPS-YNd11高压：242 低压：10.52201000142.4发电机侧接线方案比较2.4.1 拟选接线方案由于原始资料显示有三台单机容量为100MW的发电机，根据电气主接线的设计要求，拟采用以下三种接线方式。方案一：单母线接线只有一条母线，且每一支路均有QF，主接线的基本构成：电源母线出线。接线方案图如图2-1：图2-1 单母线接线图优点：1） 接线简单清晰；2） 运行维护方便；3） 设备少投资

19、少；4） 断路器与隔离开关间易实现可靠的防误闭锁， 5） 操作安全、方便，母线故障的几率低； 6） 易扩建和采用成套式配电装置。缺点：1） 发电机电压配电装置元件多，增加检修工作量；2） 母线或与其所连得隔离开关故障检修时，需全厂停电，可靠性稍差。适用范围： 1） 小型骨干水电站台以下或非骨干水电站发电机电压母线的接线； 2） 110kV出线（含联络线）回路回。方案二：扩大单元接线多台发电机变压器出线，接线图如图2-2：优点：1） 接线简单清晰，运行维护方便；2） 减少主变压器高压侧出线，简化高压侧接线布置，整个电气设备投资较省。220KV图 2-2 扩大单元接线图缺点：1） 二台(或二台以上

20、)机组接一台主变压器,故障影响范围较大,2） 主变压器故障或检修时,两台发电机容量不能送出，可靠性差。适用范围：当电站在电网中占重要地位，机组台数在四台以上时，可以采用2个或2个以上的扩大单元。方案三：单母线分段接线QF分段单母线用QF将母线分为两组。接线图如图2-3 单母线分段接线图优点：1） 主变数量少，投资省；2） 缩小了母线故障和母线检修时的停电范围；3） 接线简单明了，运行方便。缺点：1） 任一回路断路器检修，该回路停电；2） 不易扩建。 适用范围：1） 在电网中占有重要地位的小型电站采用；2） 机组较多且有近区负荷的电站采用。2.3.2各方案经济比较1）技术比较从以上优缺点可以看出

21、，在可靠性方面，单母线分段接线较高，但对于所设计的小型水电站，三种接线均可满足所需的可靠性，三种接线方式的运行灵活性也都差不多，都能满足所需的灵活性。而单母线接线简单、清晰，便于配置继电保护，且有利于扩建，选择设备的可能性最大。所以在技术方面单母线接线最优。2）经济比较根据水电站的实际情况，结合各种接线方案的适用范围，再加上各方案的一次设备配置和二次保护所需的电气设备，综合比较，得出单母线接线最经济，单母分段接线次之。2.5升高压侧接线方案比较2.5.1升高压侧接线方案比较1、方案一：外桥型接线优点：（1) 接线简单，高压断路器数量少，为进出线数减一；（2) 一台主变压器回路故障或检修，不影响

22、线路和另一台主变压器运行；（3) 布置简单占地小，可发展为单母线分段接线。 缺点：（1) 线路投切操作复杂，故障检修影响其它回路； （2）变压器断路器故障检修该回路停电。图2-4 外桥型接线图 适用范围： （1）只有2台变压器和2条线路双线的水电站、变电所35220kV侧；（2）主变年负荷利用小时数低（经常切换），而线路较短（故障少）或有功率穿越的场合。2、 方案二：单母线接线图2-5 升高压侧单母线接线图优点：（1）主变压器数量少，投资省，电能损失小；接线简单明了，运行方便；（2）断路器与隔离开关间易实现可靠的防误闭锁；（3）便于扩建和采用成套配电装置；（4）进出线的正常操作由断路器承担。缺

23、点：（1）发电机电压配电装置元件多，增加检修工作量；（2）母线或与其所连得隔离开关故障检修时，需全厂停电，可靠性较差。适用范围：在多回进出线的电厂广泛采用。3、方案三：变压器线路组接线优点：（1）接线简单；（2）设备少，投资省。缺点：线路故障或检修时，主变停止运行，反之亦然。适用范围：单回出线的电站采用。图2-6 变压器线路组接线2.5.2各方案经济比较 经过以上的优缺点分析，外桥型接线和单母线接线在一台变压器检修时，均不影响线路和另一台变压器的正常运行，且外桥型接线所需断路器数量最少，但是，单母线的两台变压器可以互为备用，供电可靠性高。变压器线路接线虽然接线简单、设备少，但是在主变故障时，线

24、路停止供电，反之亦然。用在所设计的水电站中，可靠性得不到保障。所以升高压侧推荐采用单母线接线，外桥型接线备用。最终确定发电机侧和升高压侧均采用单母线接线，电器主接线图如图2-7：图2-7 电气主接线图3短路电流计算3.1短路电流计算的目的在发电厂和变电所电气设计中，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） 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。2） 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。3） 在设计

25、屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。4） 在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。5） 接地装置的设计，也需用短路电流。3.2短路电流计算条件 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，元件的电阻都略去不计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。一般规定1） 验算导体的电器动稳定、

26、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。3.3短路电流的计算3.3.1计算各元件阻抗表幺值取基准=100MVA，则：发电机电抗标幺值： 变压器电抗标幺值：220KVV系统等效电抗图如图4-1：图4-1 系统等效电抗图3.3.2短路电流计算1、 当短路发生在发电机

27、出口上d1点时：2、 简化等效电抗图如图4-2：图4-2 发电机出口短路简化等效电抗图 （1）当时，查水轮机运算曲线数字表得： (2)同理可得，当时： (3)对于系统侧，当时 所以d1点短路的短路电流为： =33.311+66.622+21.453 =121.386(KA) =20.894+41.789+21.453 =84.136(KA) =20.172+40.343+21.453 =81.968(KA)d1点冲击电流及全电流最大有效值的计算：取，则： =1.4141.9121.386 =326.116(KA)d1点短路时，5s热效应为： =6434.157、当变压器低压侧d2发生短路时：等

28、效简化电抗图如图4-3所示： 图4-3 在图4-2中、是三角形接线，经过星三角接线转换后，等效电抗图如图4-4图4-4图中：由上式可以看出，相当于开路，即可以忽略不计，所以上图就等效于图4-5所示：图4-5 变压器低压侧短路等效电抗图 （1）当时，查水轮机运算曲线数字表得： (2)对于系统侧，当时 所以d2点短路的短路电流为： =99.934+21.453 =121.387(KA) =62.683+21.453 = 84.136(KA) =60.515+21.453 =81.968(KA)d2点冲击电流及全电流最大有效值的计算：取，则： =1.4141.9121.387 =326.118(KA

29、)d 2点短路时，5s热效应为： =6434.2593、 变压器高压侧d3点短路时:简化等效电抗图如图4-6所示：即电流经三台发电机并联，两台变压器并联到短路点，系统电流经两条线路并连到短路点。化简结果如图下图4-7图4-7 d3短路等效简化电抗图 =0.29 （1） 当时，查水轮机运算曲线数字表得： (2)对于系统侧，当时 所以d3点短路的短路电流为： =1.155+1.091 =2.246(KA) =0.909+1.091 =2(KA) =0.915+1.091 =2.006(KA)d3点冲击电流及全电流最大有效值的计算：取，则： =1.4141.92.246 =6.034（KA)d3点短

30、路时，5s热效应为： 三相短路电流计算成果表短 路点分支回路计算电抗额定电流KAKAd1点1G0.2125.94833.3112G-3G0.2125.93866.622SC0.25416.26621.453合计121.386433.0756434.157d2点1G-3G0.2118.85299.934SC0.2545.44921.453合计121.387326.1186434.259d3点1G-3G0.290.31.155SC0.230.2511.091合计2.2466.03416.3564电气设备选择由于电气设备的用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备

31、在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。电气设备选择的一般原则为：（1）应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展;（2）应满足安装地点和当地环境条件校核;（3）应力求技术先进和经济合理;（4）同类设备应尽量减少品种;（5）与整个工程的建设标准协调一致;（6）选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格。4.1主要电气设备的选择4.1.1电气设备的选择条件 尽管各种电气设备都有自己的特点，有各自的校验标准，但是电气设备的选择都按正常工作条件进行选择。（1）额定电压规定一般电气设备允许的堆高工作电压电压为电气设备的1.11.15倍，而电气设备所

32、在电网的运行电压波动一般不超过电网额定电压的1.15倍，因此，在选择电气设备时，一般按照电气设备的额定电压不低于装置地点的额定电压的条件选择，即 (2) 额定电流 电气设备的额定电流是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即（3）环境条件 电气设备的选择与环境条件，如温度、风速、污秽等级、海拔高度等，都有关系，对于环境条件超过一般电气设备的使用条件时，应采取措施。 在本设计中无环境条件，故所有选择的电气设备均理解为按可承受环境条件进行选择。4.1.2各回路最大工作电流的计算（1）发电机出口最大工作电流: （2）变压器低压侧最大工作电流

33、:（3）变压器高压侧最大工作电流： （4）线路上最大工作电流:4.2主要电气设备的选择4.2.1断路器的选择 断路器是发电厂及变电所的重要电气设备。在正常情况下，高压断路器用于倒换运行方式，把电器设备导入电网或退出电网，起控制作用；或当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保障无故障部分正常运行，起保护作用。短路器的最大特点是能断开电器中负荷电流和短路电流。选择断路器时应满足以下基本要求：1） 在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的 热 稳定性和动稳定性。2） 在跳闸状态下应具有良好的绝缘性3） 应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。4） 应有

34、尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。 断路器的种类可分为油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器和真空断路器，鉴于各种断路器的特点及供货情况，在发电机出口拟采用户内少油断路器，在变压器低压侧和线路上均采用SF6断路器。 发电机出口断路器的选择 根据发电机回路、及断路器安装在屋内的要求，可选SN5-20G/8000型少油断路器。表5-1列出所需断路器的计算数据和所选断路器的有关参数：表5-1：计算数据SN5-20G/8000型断路器参数 10KV 20KV6598.289A 8000A 121.386KA 130KA 433.075KA 500KA 6434

35、.157 433.075KA 500KA1）开断电流的校验=130KA =121.386KA满足条件 ，即：满足开断电流条件。2） 关合电流的校验 =500KA， =433.075KA 满足条件 ，即：满足关合电流条件。3） 热稳定校验 =， =6434.259 满足条件 ，即：满足热稳定条件。4） 动稳定校验 =500KA ， =433.075KA 满足条件 ，即：满足动稳定条件。 变压器低压回路断路器的选择 根据变压器低压侧、及断路器安装在屋外的要求，可选SN-10III/16000型户内断路器。表5-2列出所需断路器的计算数据和所选断路器的有关参数：表5-2：计算数据SN-10III/1

36、6000型断路器参数 10KV 10KV15835.893A 16000A 121.387KA 130KA 326.118KA 400KA 6434.259 326.118KA 400A1）开断电流的校验=130KA ， =121.387KA满足条件 ，即：满足开断电流条件。2） 关合电流的校验=400KA， =326.118KA 满足条件 ，即：满足关合电流条件。3） 热稳定校验=， =6434.259 满足条件 ，即：满足热稳定条件。4） 动稳定校验400KA， =326.118KA 满足条件 ，即：满足动稳定条件。 变压器高压回路断路器的选择根据变压器升高压侧、及断路器安装在屋外的要求，

37、可选SW6-220/1200型表5-3列出所需断路器的计算数据和所选断路器的有关参数：表5-3：计算数据SW6-220/1200 220KV 220KV 755.804A 1200A 2.246KA 21KA 6.034KA 55KA 16.356 1764 6.034KA 55KA1)开断电流的校验=21KA， =2.246KA满足条件 ，即：满足开断电流条件。2） 关合电流的校验=55KA， =6.034KA 满足条件 ，即：满足关合电流条件。3） 热稳定校验=1764， =16.356 满足条件 ，即：满足热稳定条件。4） 动稳定校验=55KA， =6.034 满足条件 ，即：满足动稳定条件。 线路上断路器的选择根据变压器升高压侧、及断路器安装在屋外的要求，可选SW6-220/1200表5-4列出所需断路器的计算数据和所选断路器的有关参数：表5-4计算数据SW6-220/1200 110KV 110KV 944.755A 1250A 2.296KA 35KA 6.