某水电厂电气主接线设计

《发电厂电气主系统》课程设计

某水电厂电气主接线设计

班级、学号:(姓名)

********

三峡大学科技学院

2009年7月5日

三　峡　大　学

课　程　设　计　任　务　书

　　2009　  年　　春季　  学期

学院：科技学院

课程名称	某水电厂电气主接线设计						指导老师		姚明仁
系 别				专 业
学生姓名		班 级	200093/94			学 号
课题概述： 设计一座小型水电厂的电气主接线。主要完成电气主接线方案的确定，短路电流计算和主要电器设备选择与校验。
原始资料及主要参数： 1  发电厂规模 1.1  安装立式水轮发电机2台，单机容量5MV A。年利用小时数3500小时。 1.2  水轮发电机型号参数 型号：TS260/52-10，SN=5MV A，UN=6.3kV，COSφN=0.8。三相；50Hz； xd"%=19.65；x2%=12.49；x0%=7.72；励磁方式为可控硅自并励； 2  电力系统与本厂连接情况 该水电厂以35kV输电线路一回输送至17km处的城关变电站。城关变电站主变一台，型号：SFS7-20000/110；容量：20000kV A；额定电压（kV）：110±2×2.5%/35/11；短路电压：U高-中%=17.5；U高-低%=10.5；U中-低%=6.5。 城关变电站110kV侧短路阻抗为0.05，11kV侧无电源。 3  电力负荷水平 3.1  发电机电压负荷 坝区最大为350kW，COSφ=0.86，Tmax=2300h，二级负荷，馈电回路数为2回。 生活区最大负荷为250kW，COSφ=0.85，Tmax=2500h，三级负荷。 3.2  厂用电率按装机容量的4%计算。 3.3  高压负荷 35kV电压级1回，为二级负荷。最大输送容量为3.2MV A，COSφ=0.9，Tmax=3500h。 4  环境条件（略，可按昆明市的环境条件考虑）。

某水电厂电气主接线设计

学    生：

指导教师：***

（三峡大学 科技学院）

                                   

摘  要：

关键词：水电厂；电气主接线；短路计算；设备选择

前言

1 主接线方案的设计

主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。

（一）可靠性

供电可靠性是电能生产和分配的首要要求，主接线首先应该满足这个要求，其具体要求如下：

（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并么保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。

（3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。

（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。

（二）灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建的灵活性。

（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。

（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。

（三）经济性

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

1.投资省

（1）主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。

（2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。

（3）要能短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。

（4）如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电站可采用简易电器。

2.占地面积小

主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。

3.电能损失少

经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量，要避免因两次变压而增大电能损失。

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。

1.1 

方案比较

可靠性

方案Ⅰ：

方案Ⅱ：

1.2 

方案比较

1.3 

1.4 厂用电，生活区用电接线方案

厂用电接线的一般要求：

1）厂用电接线应尽量简单、清晰。

2）保证重要负荷供电可靠，供电的间断时间不超过允许值。

3）保证厂用电设备各级保护动作的选择性。

4）在厂用分段母线上，一般应使负荷均匀分布在两段母线上。

5）应尽量使得对负荷的供电线路最短，以节省电缆，减少损耗，便于运行管理。

6）操作维护方便，经济上合理。

考虑以上几点，选择厂用电接线为单母分段接线，每段分别使用一台厂用变压器，并且将厂用电母线与生活区用电母线相连，作为生活区用电的备用电源，以减少投资。

最终确定的主接线方案如图所示。

2 变压器的选择

2.1 主变压器的选择

2.1.1 主变压器台数的选择

考虑到，1台主变压器可靠性较低，一旦发生故障或检修退出运行，则整个电厂将不能向外送电；选择3台主变，接线复杂，投资较大；故选择2台主变压器，互为暗备用可靠性高，接线较简明，投资较为经济。

2.1.2 主变压器容量的选择

考虑原则：

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）当发电机电压母线上最大一台发电机组停运时，能由系统供给给发电机电压的最大负荷。在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变压器向系统取得电能时，可考虑变压器的允许过负荷和非重要负荷。

3）根据系统经济运行的要求（如充分利用丰水季节的水能），而本厂输出功率时，能供给给发电机电压的最大负荷。

4）按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别应注意发电厂初期运行，当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统。

5）发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对主要向发电机电压供电的地方电厂，而系统电源仅作为备用，则允许只装设一台主变压器作为发电厂与系统的联络。若发电机电压母线上接有2台及以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故推出运行时，其他主变压器在允许过负荷10％范围内，应能输送母线剩余功率的70％以上。

坝区

由任务书的原始资料及主要参数知：   

                      

由原始资料及计算公式得：

      

生活区

由任务书的原始资料及主要参数知：    

由原始资料及计算公式得：

            

厂用电

由任务书的原始资料及主要参数知：

厂用电率按装机容量的2％计算，则

按上述之考虑原则有：

     

考虑到主变压器在能允许过负荷10％,且故障并不是经常发生，故选择主变额定容量为。

2.1.3 主变压器相数的选择

2.1.4 主变压器绕组数量和连接方式的选择

  

表1  变压器参数表

型号	额定容量（kVA）	额定电压（kV）			空载电流（％）	空载损耗（kW）	阻抗电压（％）
		高压	中压	低压			高-中	高-低	中-低

注：数据来源《电力工程电气设计手册  电气一次部分》

2.2 坝区用变压器的选择

2.2.1 坝区用变压器台数的选择

2.2.2 坝区用变压器容量的选择

2.2.3 坝区用变压器绕组数量的选择

坝区用变压器采用双绕组变压器。

综合以上3点，查《电力工程电气设计手册  电气一次部分》，选择型变压器作为本水电厂的坝区用变压器。具体参数见下表。

    表                型变压器参数表

型号	额定容量（kVA）	额定电压（kV）		阻抗电压（％）	连接组标号	损耗（W）		空载电流（％）
		高	低			空载	短路

注：数据来源《电力工程电气设计手册  电气一次部分》

2.3 生活区用变压器的选择

2.3.1 生活区用变压器台数的选择

选择1台生活区用变压器。

2.3.2 生活区用变压器容量的选择

2.3.3 生活区用变压器绕组数量的选择

综合以上3点，查《电力工程电气设计手册  电气一次部分》，选择    型变压器作为本水电厂生活区用变压器。具体参数见表。

表        型变压器参数表

型号	额定容量（kVA）	额定电压（kV）		阻抗电压（％）	连接组标号	损耗（W）		空载电流（％）
		高	低			空载	短路

注：数据来源《电力工程电气设计手册  电气一次部分》

2.4 厂用变压的选择

2.4.1 厂用变压器台数的选择

选择2台厂用变压器，二者互为备用。

2.4.2 厂用变压器容量的选择

2.4.3 厂用变压器绕组数量的选择

综合以上3点，查《电力工程电气设计手册  电气一次部分》，选择   型变压器作为本水电厂厂用变压器。具体参数见表。

表          型变压器参数表

型号	额定容量（kVA）	额定电压（kV）		阻抗电压（％）	连接组标号	损耗（W）		空载电流（％）
		高	低			空载	短路

注：数据来源《电力工程电气设计手册  电气一次部分》

3 短路电流计算

3.1 基本假定

在本设计短路电流计算中，采用以下假设条件和原则：

1）正常工作时，三相系统对称运行。

2）所有电源的电动势相位角相同。

3）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差电气角度。

4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。

5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50％负荷接在高压母线上，50％负荷接在系统侧。

6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。

7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

9）除计算短路电流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。

10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。

11）输电线路的电容略去不计。

12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。

3.2 原始数据的确定

该水电厂           其它原始数据参考任务书。

主要参照《小型水电站  电气一次回路部分》下册和《电力工程电气设计手册》上的方法和公式进行计算。

采用标么制进行计算，基准容量取，基准电压取用各级的平均电压，即

           表          短路计算基准值    

额定电压	基准电压	基准电流	基准电抗
6.3	6.6	8.75	0.435
35	37	1.56	13.7
110	115	0.502	132

注：数据来源《电力工程电气设计手册  电气一次部分》

3.3 计算各元件的电抗标么值并绘制等值电抗图

3.3.1 水轮发电机的电抗标么值

由《小型水电站  电气一次回路部分》下册  P52 查得公式（3-1）

               （3-1）   

式中      ——发电机得额定容量（）

           ——发电机纵轴次暂态电抗

           ——发电机纵轴次暂态电抗标么值

由公式（3-1）及任务书所给的原始参数可计算出2台发电机得电抗标么值：

3.3.2 主变压器的电抗标么值

由2.1和表1可知，型号       型变压器的阻抗电压分为：

             

则    

由《小型水电站  电气一次回路部分》下册查得公式（3-2）

             （3-2） 

式中      ——变压器电抗标么值

          ——变压器额定容量（）

由公式（3-2）得  

                 

                 

3.3.3 架空线路的电抗标么值

查《水电站机电设计手册  电气二次》 P518 表7-17所列平均值选取，然后用每条线路的长度诚意每公里的标么值即得该线路得电抗标么值。

计算得架空线路得正序电抗标么值如表    所示。

表          线路电抗标么值

电压等级（kV）	线路长度（km）	每公里电抗	电抗编号	电抗值

注：数据来源《水电站机电设计手册  电气一次》

3.3.4 变电站主变的电抗标么值

3.4 按短路点进行网络变换

3.4.1 按点短路化简计算

由《小型水电站  电气一次回路部分》 P70 查得公式（3-5）、（3-6）

由《小型水电站  电气一次回路部分》 P65 查得公式（3-7）、（3-8）

                            （3-5）

                                   （3-6）

                              （3-7）

                        （3-8）

式中      ——发电机的计算电抗

          ——次暂态短路电流

          ——短路冲击电流值

          ——最大短路全电流最大有效值

          ——冲击系数,取1.8

    由公式（3-5）、（3-6）、（3-7）、（3-8）得

t=0s   时          

t=0.2s 时          

t=1s   时          

    额定电流  

短路电流  

              

              

冲击电流  

              

最大短路全电流最大有效值

短路容量

      

3.4.2 按点短路化简计算

发电机侧计算电抗  

查《电力工程电气设计手册  电气一次部分》  P137 水轮发电机运算曲线数字表得 

t=0s   时          

t=0.2s 时          

t=1s   时          

额定电流  

短路电流  

              

    冲击电流  

      

短路容量 

3.4.3 按点短路化简

4 电气设备的选择和校验

高压电气设备选择的一般原则：

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）应按当地环境条件校核。

3）应力求技术先进和经济合理。

4）与整个工程的建设标准应协调一致。

5）同类设备应尽量减少品种。

6）选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正是鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。

4.1 高压断路器、隔离开关的选择和校验

4.1.1 发电机出口处

   

表8  发电机出口处断路器、隔离开关选择结果表

计算数据	?   型断路器	?   型隔离开关
?  kV	？kV	?kV
?  A	？A	?A
?  kA	？kA	——
?  kA	？kA	——
?	？	?
?   kA	16kA	80kA

注：数据来源《电力工程电气设计手册  电气一次部分》和4.1.1中计算结果

4.1.2 主变压器   低压侧

    

表9  主变压器低压侧断路器、隔离开关选择结果表

计算数据	SN5-20G/5000型断路器	GN10-10T/5000型隔离开关
? kV	? kV	？ kV
? kA	? kA	？ kA
? kA	? kA	——
? kA	? kA	——
?	?	？
？ kA	？ kA	？ kA

注：数据来源《电力工程电气设计手册  电气一次部分》和4.1.1中计算结果

4.1.3主变压器   高压侧

表10  主变压器高压侧断路器、隔离开关选择结果表

计算数据	？型断路器	？型隔离开关
？kV	？kV	？kV
？A	？A	？A
？kA	？kA	——
？kA	？kA	——
？	？	？
？kA	？kA	？kA

注：数据来源《电力工程电气设计手册  电气一次部分》和4.1.1中计算结果

4.2 电流互感器的选择和校验

4.2.1 

4.2.2 变压器低压侧电流互感器的选择

4.2.2 变压器高压侧电流互感器的选择

。

4.2.3 变压器中压侧电流互感器的选择

4.3 电压互感器的选择和校验

4.3.1 发电机出口处及母线上电压互感器的选择和校验

4.3.2 35kV出线上电压互感器的选择和校验

4.4 母线的选择和校验

4.5 导线的选择和校验

4.5.1 主变压器低压侧导线的选择与校验

4.5.2 主变压器高压侧导线的选择与校验

4.6 避雷器的选择和校验

4.7 绝缘子的选择和校验

5 总结

致  谢

参考文献