水电站电气主接线的设计.doc

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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流水电站电气主接线的设计【精品文档】第 14 页目录 概述 电气主接线设计 主接线方案的拟定与选择 主变压器选择 短路电流的计算 电气设备选择与校验 参考文献一 概述1.1 课程设计的目的：1、复习巩固本课程及其他课程的有关内容，增强工程概念，培养电力工程规划设计的能力。 2、复习水电站电气设备相关知识，进一步巩固电气主接线及短路计算，电气设备选择等内容。 3、利用所给资料进行电厂接入系统设计，主接线和自用电方案选择，掌握短路电流计算，会进行电气设备的配置和选型设计。1.2 课程设计内容：1发电厂主接线的设计2 短路电流的计算3 电气设备的选择1.3 电气

2、主接线的基本要求1可靠性：电气接线必须保证用户供电的可靠性，应分别按各类负荷的重要性程度安排相应可靠程度的接线方式。保证电气接线可靠性可以用多种措施来实现。2灵活性：电气系统接线应能适应各式各样可能运行方式的要求。并可以保证能将符合质量要求的电能送给用户。3安全性：电力网接线必须保证在任何可能的运行方式下及检修方式下运行人员的安全性与设备的安全性。4经济性：其中包括最少的投资与最低的年运行费。5应具有发展与扩建的方便性：在设计接线方时要考虑到510年的发展远景，要求在设备容量、安装空间以及接线形式上，为510年的最终容量留有余地。二 电气主接线设计2.1原始资料：1、待设计发电厂类型： 水力发

3、电厂 ；2、发电厂一次设计并建成，计划安装215 MW 的水力发电机组，利用小时数 4000 小时/年；3、待设计发电厂接入系统电压等级为110kV， 距系统110kV发电厂45km；出线回路数为4回；4、电力系统的总装机容量为 600 MVA、归算后的电抗标幺值为 0.3，基准容量Sj=100MVA；5、发电厂在电力系统中所处的地理位置、供电范围示意图如下所示。6、低压负荷：厂用负荷（厂用电率） 1.1 %；7、高压负荷： 110 kV 电压级，出线 4 回，为 I 级负荷，最大输送容量60 MW， cos = 0.8 ；8、环境条件：海拔 1000m；本地区污秽等级2 级；地震裂度 7 级

4、；最高气温 36C；最低温度2.1C；年平均温度28C；最热月平均地下温度20C；年平均雷电日T=56 日/年；其他条件不限。2.2.对原始资料分析（1）工程情况：该电厂为一小型水电站。目前，按发电厂的容量划分：总容量在1000MW及以上，单机容量在200MW及以上的发电厂称为大型水电厂；总容量在2001000MW，单机容量在50200MW的发电厂称为中型水电厂；总容量在200MW及以下，单机容量在50MW及以下的发电厂称为小型水电厂。设计电厂为215MW小型电厂。又该电厂设备年利用小时数为4000h/a，在3000-5000范围之内，故该电厂主要承担腰荷。（2）负荷情况：发电机出口侧电压为1

5、0.5KV，无近区负荷，经升压变压器后以110KV电压等级4回路出线送至45km处电力系统。（3）其他条件：环境条件和设备供货情况等没有具体要求，可按照常规条件设计。三 主接线方案的拟定与选择电器主接线的设计是发电厂或者变电所电气设计的主体。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或者变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理他们之间的关系，经过技术、经济比较，合理选择主接线方案。根据我国现行的规范和成熟的运行经验，满足可靠性、灵活性和经济性的

6、前提下，发电机电压接线可采纳的接线方式有以下三种：1 单母线接线优点：1 接线简单，操作方便，设备少，经济性好。 2 母线便于向两端延伸，扩建方便。缺点：1可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就是造成全厂或全站长期停电。 2 调度不方便。电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。 一般适用范围：一般只用在出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂。单母线接线如图一所示单母线接线 图一2 单元接线优点：1 发电机与主变压器容量相同，接线最简明清晰，故障影响范围最小，运行可靠、灵活。2 发电机电压设备最少，布置最简单方便，维护工作量也最小；继电

7、保护简单。缺点：1 主变压器与高压断路器数量多。2 主变压器高压侧出线回路多，布置复杂增加布置场地与设备的投资。一般适用范围：单机容量一般在100MW及以上机组，且台数在6台及以下者；单机容量在45MW80MW之间，经经济比较采用其它接线方式不合适时。单元接线如图二所示单元接线 图二3 扩大单元接线扩大单元接线 图三优点：1 接线简单清晰，运行维护方便。2 与单元接线比较，减少主变压器台数及其相应的高压设备，节省投资。3 与单元接线比较，任一机组停机，不影响厂用电源供电，本单元两台机组停机，仍可继续有系统主变压器倒送。4 减少主变压器高压侧出线，可简化布置和高压侧接线。缺点：1 主变压器故障或

8、检修时，两台机组容量不能送出。2 增加两台低压侧断路器，且增大发电机电压短路容量。一般适用范围：适应范围较广，能较好的适应水电站布置的特点，只要电力系统运行和水库调节性能允许，一般都可使用。应注意避免在主变压器回路故障或检修时造成大量电能损失。扩大单元接线如图三所示综上述分析，110Kv侧由于本电站是小水电，不承担主要负荷，没有重要机端负荷，从接线的可靠性、经济性和灵活性考虑，所以本电站，110Kv侧采用单元接线。（一）根据以上三种主接线方式，并结合本设计水电站的实际，现拟定以下两种电气主接线方案：(1)发电机与变压器单元接线单母线分段电气主接线方案一 （2）扩大单元接线单母线电气主接线（二）

9、主接线方案初步比较：由以上三种接线方案的优缺点分析和接线示意图，本着可靠性、灵活性和经济性的原则，结合电厂实际综合分析，可以得出：单母线和扩大单元接线相比较，其可靠性和灵活性都很相近，厂用电都是在发电机10.5KV侧取得，然而本电站只有两台发电机，比较特殊，所以单母线和扩大单元接线形式相近。单母线接线灵活性低。所以可以明显淘汰单母线接线方案。从而保留扩大单元接线和单元接线方案。从供电的可靠性看：对于方案一，厂用电从两台发电机上取得，即使检修其中一台变压器和两机组停机电厂也不会停电，然而两台变压器同时故障的可能性非常小。对于方案二，若检修变压器电厂就会停电，否则要另外接入厂用电源，这样投资就增加

10、了。这样，方案一的可靠性相对高些。 四 变压器选择1 主变压器的选择由于该厂是小型水电厂，可以用来调相调压，所以主变压器的型号可以选择为SFZ7-25000/110,有关参数如表一所示。SFZ7-25000/110变压器有关参数型号额定容量（KV）额定电压(KV)连接组别损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压（%）高压低压空载短路SFZ7-25000/1102500011010.5Ynd11351231.110.5表一2 厂用变压器的选择选择原则：为满足厂内各种负荷的要求，装设两台厂用变压器，厂用电容量得确定，一般考虑厂用负荷为发电厂总负荷的1%2%,此发电厂的厂用负荷为总负荷的1.1%。S1.1

11、%30000KVA330KVA根据选择原则，并通过查找电力工程电气设备手册，电气一次部分选出厂用的两台变型号都为S=400KVA。有关技术参数如表二所示。厂用变压器有关技术参数型号额定容量（KVA）额定电压（KV）空载电流（%）损耗（W）阻抗电压（%）连接组别空载短路高压低压SZ6-400/1040010.50.4387042004Y,yn0SZ7-400/1040010.50.43.292058004Y，yn0表二通过对比两台厂用变压器的型号定为SZ6400/10双绕组有载调压电力变压器，两台厂用变分别接于主变低压侧，互为暗备用，平时半载运行，当一台故障时，另一台能够承但变电所的全部负荷。3

12、 相数的选择主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素。根据设计手册有关规定，当运输条件不受限制时，在330KV及以下的电厂及变电所均选用三相变压器。因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资，占地面积小，运行过程损耗小的优点，同时本电厂的运输地理条件不受限制，因而选用三相变压器。4 绕组数量和连接方式的选择（1）绕组数量选择：根据电力工程电气设计手册规定：“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与或与系统相连接时，宜采用三绕组变压器。结合本电厂实际，因而采用双绕组变压器。（2）绕组连接方式选择：变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，

13、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。我国110KV及以上的电压，变压器绕组都采用连接。35KV采用Y连接，其中性点多采用消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器绕组都采用连接。因而该电厂主变压器接线方式采用YN,d11。综上所述，在比较的两个方案中，需要两台同容量的110KV双绕组有载调压电力变压器。结合本电厂实际，从经济性的角度出发，选择型式为：双绕组有载调压电力变压器。五 短路电流的计算1 等值电路2 计算各元件的标幺值取 =100MVA从表三可得=0.21各类同步发电机的平均值序号类型1无阻尼绕组的水轮发电机0.292有阻尼绕组的水轮发电机0.213容量为50MW及以下的

14、汽轮发电机0.145表三发电机电抗： 变压器电抗：电力线路每相的单位长度电抗平均值 （单位： /km）线路结构线路电压220/380V6-10KV35KV架空线路0.320.350.40电缆线路0.0660.080.12表四从上表可知道线路电抗：线路总电抗 ： 3 短路电流的计算d1点短路时：电源总额定容量：计算电抗：查发电厂电气部分课程设计水轮发电机运算曲线可得表五。水轮发电机运行曲线时间t（s）短路电流（KA）周期分量有效值00.5810.5820.58表五所以KA短路冲击电流： 冲击系数如表六所示。不同短路点间各冲击系数的取值短路点发电机端1.90发电厂高压侧母线及发电机出线电抗器后1.

15、85远离发电厂的地点1.80表六短路电流的有效值计算：由表五可知，t=1、2时，短路冲击电流和有效值和t=0时刻相同。d2点短路电流计算：部分电抗：总电抗：计算电抗：按无限大容量电源计算，则短路电流：冲击电流：短路电流有效值：经上面d1、d2点短路电流计算，可以得到如表七所示数据。不同短路点短路电流值短路点短路电流短路短路（KA）5.0727.38（KA）3.0316.49（KA）1.9410.19表七六 电气设备选择及校验选择与校验电气设备时，一般应满足正常工作条件及承受短路电流的能力，并注意因地制宜，力求经济，同类设备尽量减少品种，同时考虑海拔、湿热带、污秽地区等特殊环境条件。本设计主要考

16、虑温度环境因素。1架空线路导线的选择1） 最大持续工作电流：根据额定载流量选择导线：由电力工程电气设计手册P411查得，标准导线截面积LGJ-50/8的额定载流量Ie=234A。2）温度校正系数：206.67A所以选取导线LGJ-50/8（r=0.65/km，x=0.4/km）。2 短路电流热效应计算3 断路器选择1) 选择高压断路器的类型 根据环境条件、适用技术条件及各种断路器的不同特点进行选择。由于真空断路器、断路器在技术性能和运行维修方面有明显优势，目前在系统中应用十分广泛，10KV及以下一般选用真空断路器，35KV及以上多选用断路器。同时需要安装地点选在屋外时或户外式。2） 断路器选择

17、条件a) 额定电压和电流选择：，b) 开断电流选择：断路器的额定开断电流不小于断路器出头分离瞬间实际开端的短路电流周期分量有效值来选择，即应满足。当断路器的较系统短路电流大很多时，简化计算可用进行选择。c) 短路关合电流的选择：为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流。d) 短路热稳定和动稳定校验：，4 隔离开关的选择1）参数选择项目参数技术参数正常工作条件电压、电流、频率、机械负荷短路稳定性动稳定电流、热稳定电流和持续时间承受过电压能力对地和断口间的绝缘水平、泄漏比距操作性能分和小电流、旁路电流和母线环流，单柱式隔离开关的接触区，操作结构环境参数环境环境温度、海拔高度、相对

18、湿度、污秽环境保护电磁干扰2）型式选择 隔离开关的型式，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合技术经济比较后确定。5 断路器、隔离开关断路器、隔离开关选择结果表计算数据SW4-110/1000GW4-110(D)110KV110KV110KV206.67A1000A630A10.19KA18.14KA27.38KA55KA27.38KA55KA556 母线导体的选择a. 流过母线最大持续工作电流为：按经济电流密度选择，查发电厂电气部分，可得当h时，。查发电厂电气部分附表2，选用矩形形铝导体，截面尺寸为：，集肤效应系数，横放允许电流884A。当周围环境温度为28时，温度修正系数。b

19、热稳定校验正常时运行的最高温度：查发电厂电气部分，得C=91，满足短路时发热的最小导体截面为：满足热稳定要求。c. 动稳定校验所以不计共振的影响，则冲击电流为：母线相应间应力计算：母线同相间作用力计算：已由导体形状系数曲线查得，则临界跨距：条间衬垫最大跨距：满足动稳定要求。7电流互感器、避雷器的选择和校验电流互感器：根据相关规定，在机端和110kV及以上等级的互感器的接线均采用三相星型接线，设互感器离测量仪表的距离均为100m，设互感器离测量仪表的距离为40m。选择步骤大致如下：a) 根据相关原始资料选择种类和型式。b) 一次回路额定电压和额定电流的选择。c) 准确级和额定容量的选择。d) 热

20、稳定和动稳定的校验。选择结果如下：、10kV机端电流互感器选择LMZ110屋内型，变比2000/5。、110kV母线及进出线电流互感器选择LCWD110屋外型，变比1000/5。动热稳定均满足校验条件。避雷器：由于该水电厂温度不高于+36，最低温度不低于-3，海拔高度在1000m一下，且地震裂度7度及一下地区。所以查电力工程电气设计手册，可选择避雷器型号为FCZ-110。选择结果满足条件。8 电缆的选择按经济电流密度选择截面积由及查发电厂电气部分可知：经济电流密。则选用两根10KV ZLQ2型三芯油浸纸绝缘铝芯铅包钢带铠装防腐电缆，每根电缆S=120，正常允许最高温度为60，。按长期发热允许电流校验：考虑一回路故障时负荷的转移，由于该水电厂年平均地温度为+20，所以电缆载流量的校正系数。当电缆间距取200mm时，查发电厂电气部分可得两根并排校正系数。查发电厂电气部分可得直埋电缆因土壤热阻不同的修正系数。则两根直埋电缆允许载流量为：热稳定校验：热稳定所需要最小截面积满足条件。电压降校验=3.85满足条件。七 参考文献发电厂电气部分课程设计 郭林 主编 中国电力出版社电力系统分析复习指导与习题精解 杨淑英 邹永海编 电力出版社电力工程电气设计手册（电气一次部分） 水利电力部西部电力设计院编 电力出版社工厂供电 刘介才 主编 机械工业出版社