×15MW水电厂电气设计.docx

课 程 设 计课程名称： 发电厂电气部分 设计题目： 215MW水电厂电气设计 院 （部）： 电力学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 1304班 学生姓名： 穆鹏飞 学 号： 1310240107 成 绩： 指导教师： 李 静 李莉 完成日期： 2016年6月17号 银川能源学院课程设计评定意见设计题目： 215MW水电厂电气设计 院 （部）：电力学院 专业班级：电气工程及其自动化1304 学生姓名： 穆鹏飞 学生学号： 1310240107 评定意见：评价项目每项满分值评分值学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求20学生的勤勉态度，答疑次数20设计说明书学生对理论知识的掌握程度50综合应用能力5创造性5 评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日摘要本次课程设计是水电厂电气部分设计。该水电站的总装机容量2 15MW = 30MW，高压侧为110kV，最大输送容量60 MW，厂用负荷（厂用电率）1.1 %。根据所给出的原始资料拟定三种电气主接线方案，然后对这三种方案进行可靠性、经济性和灵活性比较后，保留两种较合理的方案，最后通过定量的技术经济比较确定最终的电气主接线方案。经过选择，最终确定该水电厂主接线采用扩大单元接线。目 录1 绪论11.1水电站的发展现状与趋势11.2水电站的研究背景21.3本次设计的主要工作22 电气主接线设计32.1原始资料32.2对原始资料的分析32.3主接线设计的一般步骤42.4主接线方案的拟定42.5主接线方案的比较分析7结论10参考文献11发电厂电气部分课程设计 215MW水电厂电气部分1 绪论1.1水电站的发展现状与趋势水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。在地球传统能源日益紧张的情况下，世界各国普遍优先开发水电大力利用水能资源。中国不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，都居世界第一位。截至2007年，中国水电总装机容量已达到1.45亿千瓦，水电能源开发利用率从改革开放前的不足10%提高到25%。水电事业的快速发展为国民经济和社会发展作出了重要的贡献，同时还带动了中国电力装备制造业的繁荣。三峡机组全部国产化，迈出了自主研发和创新的可喜一步。小水电设计、施工、设备制造也已经达到国际领先水平，使中国成为小水电行业技术输出国之一。此外，中国水电产业各项经济指标增长较快。2007年111月，中国水力发电行业累计实现工业总产值93826334千元，比上年同期增长了20.88%；累计实现产品销售收入89240772千元，比上年同期增长了20.17%；累计实现利润总额24,689,815千元，比上年同期增长了35.91%。2008年1-8月，中国水力发电行业累计实现工业总产值77284104千元，比上年同期增长了25.14%；累计实现产品销售收入78176606千元，比上年同期增长了26.59%；累计实现利润总额18007801千元，比上年同期增长了14.03%。中国经济已进入新的发展时期，在国民经济持续快速增长、工业现代化进程加快的同时，资源和环境制约趋紧，能源供应出现紧张局面，生态环境压力持续增大。据此，加快西部水力资源开发、实现西电东送，对于解决国民经济发展中的能源短缺问题、改善生态环境、促进区域经济的协调和可持续发展，无疑具有非常重要的意义。另外，大力发展水电事业将有利于缩小城乡差距、改善农村生产生活条件，对于推进地方农业生产、提高农民收入，加快脱贫步伐、促进民族团结、维护社会稳定，具有不可替代的作用。水电开发通过投资拉动、税收增加和相关服务业的发展，将把地方资源优势转变为经济优势、产业优势，以此带动其他产业发展，形成支撑力强的产业集群，有力促进地方经济的全面发展。1.2水电站的研究背景1878年法国建成世界第一座水电站。20世纪30年代后，水电站的数量和装机容量均有很大发展。80年代末，世界上一些工业发达国家，如瑞士和法国的水能资源已几近全部开发。20世纪世界装机容量最大的水电站是巴西和巴拉圭合建的伊泰普水电站，装机1260万千瓦。世界第一座抽水蓄能电站是瑞士于1879年建成的勒顿抽水蓄能电站。世界装机容量最大的抽水蓄能电站是1985年投产的美国巴斯康蒂抽水蓄能电站。世界第一座潮汐电站于1913年建于德国北海之滨。最大的潮汐电站是法国建于圣玛珞湾的朗斯潮汐电站，装机24万千瓦。日本在1978年建成的海明号波浪发电试验船则是世界上第一座大型波能发电站。中国大陆最早建成的水电站是云南省昆明市郊的石龙坝水电站(1912) ，电站一厂于1910年7月开工，1912年4月发电，最初装机容量为480 kW。中国1988年竣工的湖北葛洲坝水利枢纽，装机271.5万千瓦。中国1986年在浙江省建成试验性的江厦潮汐电站，装机3200千瓦。中国的广州抽水蓄能电站，一期工程装机120万千瓦，计划在90年代完工。1994年已开工兴建的三峡水利枢纽建成后，装机容量为2250万千瓦（32台70万KW+10万KW地下电源电站），到目前为止已经成为世界上最大的水电站。1.3本次设计的主要工作本次水电站设计2台15MW的机组，110KV电压等级，通过四回线与系统相连。对主接线的基本要求包括可靠性，灵活性及其经济性。电气主接线设计是水电站电气设计的主体，它与电力系统，电站动能参数以及电站运行的可靠性，经济性等密切相关。并对电气布置，设备选择，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的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。2 电气主接线设计2.1原始资料1、待设计发电厂类型： 水力发电厂 ；2、发电厂一次设计并建成，计划安装215MW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110 kV，发电厂距110 kV系统45 km；出线回路数为4回；4、电力系统的总装机容量为600MVA、归算后的电抗标幺值为0.3，基准容量Si=100MVA；5、发电厂低压负荷：厂用负荷（厂用电率）1.1 %；6、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 ；7、环境条件：海拔1000m；本地区污秽等级2 级；地震裂度7 级；最高气温 36；最低温度21；年平均温度18；最热月平均地下温度20；年平均雷电日T=56。2.2对原始资料的分析任务书所提供的原始资料分析：该水电站为小型水电站，其计划安装215MW 的水利发电机组，利用小时数4000小时/年。当方案建成之后，给装机容量为600MVA的系统供电，其所占容量为系统容量的5%。低于电力系统的检修备用容量8%15%和低谷备用容量10%的限额。说明该电厂在主系统中并不十分重要，因此优先考虑其经济性和灵活性。年利用小时数为4000小时，根据承担基荷为主的发电厂，设备利用率高，一般年利用小时数在5000h以上；承担腰荷的发电厂，设备利用小时数应在30005000h；承担峰荷的发电厂，设备利用小时数在3000h以下的规律，可以知道该水电厂主要承担腰荷的供电。该水电站不担任主要负荷，没有重要的极端负荷，更注重设计的经济性和灵活性。周围的环境因素制约不大。综上，在设计中要充分分析所给的原始资料，同时还要结合实际情况，做到设计方案尽可能满足可靠性、安全性、经济性等。2.3主接线设计的一般步骤 对设计依据和基础资料进行综合分析。 确定主变得容量和台数，拟定可能采用的主接线形式。 论证是否需要限制短路电流，并采取合理的措施。 对选出来的方案进行技术和经济的综合比较，确定最佳主接线方案。2.4主接线方案的拟定本次是2台15MW机组并列运行，在对设计原始资料分析的基础上，结合对电力系统电气主接线的可靠性、经济性及灵活性等基本要求综合考虑，在满足技术、经济政策的前提下，本次设计力争使其成为技术先进，发电可靠、经济合理的主接线方案。可靠发电是本设计水电厂应该考虑的首要问题，兼顾到经济性和水电厂升压站场地狭窄等问题，设计主接线应保证其丰期满发，不积压发电能力。主接线方案从以下几个方面考虑：线路、断路器、主变或母线故障或检修时，对机组的影响，对发电机出力的影响。本水电厂有无全厂停电的可能性。在满足技术要求的前提下，尽可能考虑投资省、占地面积小，电能损失小和年运行费用少。经过资料查询，决定采用发电机型号如表1所示：表1 发电机型号发电机型号台数额定容量额定电压额定功率因数电抗标么值TS550/79-2821510.50.850.204因此初步拟定单元接线、扩大单元接线、单母线接线三种接线方式进行讨论。方案1：单元接线：采用两台20MW主变压器经过10.5 kV升压到110 kV分别走单独的线路给系统供电，直接从变压器端引出线接厂用电变压器，接线方式如图1所示。图1 单元接线单元接线的优点：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；发电机电压设备最少，布置最简单方便，维护工作量也最小；继电保护简单。缺点：主变压器与高压断路器数量多，增加布置场地与设备的投资；主变压器高压侧出线回路多，布置复杂，对简化高压侧接线不利；主变压器故障时影响机组送电。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。方案2：扩大单元接线：两台发电机并列运行，通过一台40MW的主变压器经过10.5 kV升压到110 kV给系统供电，直接从变压器端引出线接厂用电变压器，接线方式如图2所示。图2 扩大单元接线扩大单元接线优点：接线简单清晰，运行维护方便；与单元接线比较，减少主变压器台数及其相应的高压设备，缩小布置场地，节省投资；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；减少主变压器高压侧出线，可简化布置和高压侧接线 。缺点：主变压器故障或检修时，两台机组容量不能送出；增加两台低压侧断路器，且增大发电机电压短路容量，对大型变压器低压侧可用分裂线圈以限制短路容量。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；当水电站只有一个扩大单元时，除满足系统允许条件外，应注意避免在主变压器回路故障或检修时造成大量弃水、损失电能和影响下游供水，同时还应考虑有可靠的外来厂用电源。方案3：单母线接线：两台发电机出口侧引接母线，从母线上引接厂用变压器，接线方式如图3所示。图3 单母线接线单母线接线优点：设备少，接线清晰，经济性好，操作简单方便，不易误操作，便于采用成套配电装置，并且母线便于向两端延伸，方便扩建。缺点：可靠性偏差，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，也就是要造成全厂长期停电。调度是很不方便，电源只能并列运行，不能分裂运行，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。2.5主接线方案的比较分析 由以上四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：方案3利用单母线，直接从母线上引接厂用变压器，多出了一条母线，相应成本提高，而且该方法一般用在需要给地方负荷供电的情况下，但是此次设计是水电厂，没有地方负荷，采用这种方法会造成大大的浪费，因此不采用方案3。对方案1和方案2，进行主变选择后进行经济性比较来判断方案的优劣。方案1的主变压器容量选择为：；选择20 MW主变压器，通过查询资料得到变压器特性选择如表2所示：表2 方案1主变压器变压器型号台数空载损耗kW负载损耗kW空载电流%阻抗电压%价格万元附加费用aSF7-20000/110227.51040.910.515090综合投资：年运行费用：年损耗：每度电为0.5元，则每年总运行费用为：方案2主变压器容量选择为：;选择40MVA主变，通过查询资料得到变压器特性选择如表3所示:表3 方案2主变压器变压器型号台数空载损耗kW负载损耗kW空载电流%阻抗电压%价格万元附加费用aSF7-4000/1101461740.910.522090综合投资：年运行费用：年损耗： 每度电为0.5元，则每年总运行费用为： 可知 ，因此采用方案2经济性更好。综上：选择方案2经济合理，具有较高的稳定性。结论此次发电厂电气部分课程设计是在完成了发电厂理论课程的基础上对所学知识 一次综合性的总结，是工科学生完成基础课程之后，将理论与实践有机联系起来的一个重要环节，是为以后走向工作岗位能更好的服务社会打下基础是重要环节。通过本次课程设计，我树立了工程观点，能初步联系实际，基本掌握了110kV 变电站电气主接线设计的基本步骤和方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练，进一步巩固了电力生产的专业知识，最重要的是我初步掌握了工程绘图、CAD 绘图方面的知识、方法和技巧，补足了我在绘图方面的空白。了解和掌握了科技论文写作的一般知识及科技文献资料的查找技巧，为以后的毕业设计奠定必需的知识基础。110kV 变电站电气一次部分初步设计的过程，是