水力发电厂电力图设计.doc

1 绪论11 原始资料1.1.1 水力发电厂（1） 水轮发电机组4台：4*125MW；出口电压：15.75KV；（2） 机组年利用小时数：Tmax=4200小时。（3） 厂用电率：15%。（4） 发电机出口主保护动作时间取0.2秒。（5） 环境温度：最高温度35度，年平均气温15度。1.1.2 电力负荷向110KV系统输送功率240MW，年利用小时数：4000小时；剩余功率全部送入系统，年利用小时数：4200小时。功率因数均取0.85。1.1.3 发电厂出线110KV 架空出线6回，220KV 架空出线4回。1.1.4 电力系统情况110KV 系统容量为无穷大，选基准容量100MVA，归算到发电厂110KV母线，系统供给的短路容量为3400MVA；发电厂与相距150KM的220KV变电站两回连接，220KV系统容量为2500MVA。1.2 设计的任务与要求1.2.1 设计的任务（1）发电机和变压器的选择表1-1水轮发电机的型号参数发电机型号额定容量(KVA)额定电压(KV)额定功率因数(KW)电抗(标幺值)时间常数Ts1280/180-60150150750.85520001.0360.3140.2187.277.13注：发电机参数如上表，要求选择发电机的主变，联络110KV和220KV的联络变压器的型号。（2） 电气主接线选择注：水电发电厂的发电机-变压器接线方式通常采用单元接线的方式，注意主变压器容量应当与发电机容量向匹配。110KV和220KV电压级用自耦变压器联接，相互交换功率，接线方式220KV采用双母线接线，110KV采用双母线接线。（3） 短路电流的计算在满足工程要求的前提下，为了简化计算，对短路电流进行近似计算法。结合电气设备选择，选择短路电流计算点，求出各电源提供的起始次暂态电流，冲击电流，计算短路电流热效应所需不同时刻的电流（4）电气设备的选择要求选择：220KV侧出线断路器、隔离开关、电流互感器，母线截面和电压互感器。注：电气设备的选择包括选择和校验，而校验则需要结合（3）的短路电流计算的结果。（5）绘制发电厂电气主接线图要求：每人手工绘制电气主接线图（A2）一张。1.2.2 设计的要求（1）短路计算及电气设备选择计算方法应当正确。（2）主接线图形符号、线条及标题栏符合规范，接线正确，图面布局合理，参数标注正确，图形清晰美观。（3）论文格式符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，纹理通顺，无错别字，要求手写，20页左右，统一使用A4纸张。2 主接线方案的选择2.1 主接线方案的选择 对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面，下面简要分析一下。 可靠性 可靠安全是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本要求。它可以从以下几方面考虑： 发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用；发电厂和变电所接入电力系统的方式； 发电厂和变电所的运行方式及负荷性质； 设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性； 长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。 灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 调度时，应操作方便的基本要求，既能灵活的投入或切除某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求； 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； 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。 经济性 主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般从以下几方面考虑。 投资省； 占地面积少； 电能损耗少。 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。发电、供电可靠性是发电厂生产的首要问题，主接线的设计首先应保证其满发、满供、不积压发电能力，同时尽可能减少传输能量过程中的损失，以保证供电连续性。为此，对大、中型发电厂主接线的可靠性，应从以下几方面考虑： 断路器检修时，是否影响连续供电； 线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间的长短，能否满足重要的 ，类负荷对供电的要求； 本发电厂有无全厂停电的可能性； 大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。 所以对大、中型发电厂电气主接线，除一般定性分析其可靠性外，尚需进行 可靠性的定量计算。 主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事 故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。 主接线的可靠性与经济性综合考虑、辨证统一，在满足技术要求的前提下，尽可能投资省、占地面积少、电压损耗少、年费用（投资与运行）为最小。 根据对原始资料的分析，选择双母线接线。双母线具有较高的可靠性，广泛用于以下情况：进出线回数较多、容量较大、出线带电抗器的610KV配电装置；3560KV出线数超过8回，或者连接电源较大、负荷较大时；110KV出线数为6回以上时，220KV出线数为4回时。本设计中110KV出线数为6回，220KV出线数为4回，因此使用双母线接线方案具有适用性和合理性。2.2 双母线接线特点双母线有两组母线，并且可以互为备用。每一电源和出线回路都设有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器（简称母连断路器）QFC来实现。双母接线与单母接线相比，投资有所增加，但是使运行的可靠性和灵活性大为提高。有以下特点：（1）供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关连接的该组母线，其他电路均可通过另外一组母线继续运行，但其操作步骤必须正确。（2）调度灵活。各个电源和各回路负载可以任意分配到某一组母线上，能灵活的适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式。（3）扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工过程中也不会造成原有回路停电3 短路计算3.1 主变压器的选择3.1.1 主变压器的选择方法（1） 主变压器的电压确定 变压器对于负荷侧的电压，可根据给定的负荷送电电压来确定，若未规定具体电压，则可根据负荷量与送电距离即负荷距离来确定负荷的允许送电电压，继而确定变压器高压侧电压。 变压器与系统联系侧的电压可根据本厂接入电网的电压来确定，若未明确规定时，可按本厂发电机的功率和功率因数来确定。 110KV和220KV之间需要交换功率时需联络变，选取联络变压器。（2）主变容量的确定 主变容量应能满足本厂供给最大负荷的要求，扣除厂变1.5%，又留有10%的余量，及系统要求的交换功率同时还应考虑5-10年的发展情况及网络的功率损失。 （3） 主变的台数的确定 由于本厂采用发电机变压器单元接线，故有二台，联络变一台。 （4） 变压器结构型式的选择 当具有三个电压等级时，如果通过主变各侧的功率达到变压器额定容量的15%以上，一般应选择三绕组结构，变压器各侧的容量比可根据各侧负荷情况来选定。本设计中只有两个电压等级，因此只需选择双绕组变压器 （5） 变压器的型式 根据变压器的容量，使用条件，冷却方式及系统要求情况，选择国家生产的标准产品。由原始资料提供的发电机参数知：水轮机发电额定容量4*150MVA ；发出功率4*125MW；额定电压15.75KV ；额定功率因数0.85 ；电抗（标幺值）=0.218 。厂备用率为：1.5%水力发电厂的发电机-变压器接线方式通常采用单元接线的方式。3.1.2 110KV侧主变压器选择由于电压变比为15.75KV/110KV，考虑单元接线中的主变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后留有10%的裕度选择 1.1则容量为 发电机容量，MW发电机功率因数厂备用率所以可以得到容量S=162.5KVA ，考虑变比15.75KV/110KV 选择变压器如表3-1：表3-1 110kV侧主变型号变压器型号高压(KV)低压(KV)空载损耗Po(KW)短路损耗Pk(KW)阻抗电压Uk(%)连接组标号SF11-180000/11011010.591.8514.914Ynd113.1.3 220KV侧主变压器选择由于电压变比为15.75KV/220KV，考虑单元接线中的主变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后留有10%的裕度选择 1.1容量为 发电机容量，MW发电机功率因数厂备用率所以可以得到容量S=162.5KVA ，考虑变比15.75KV/110KV 选择变压器如表3-2：表3-2 220kV侧主变型号变压器型号高压(KV)低压(KV)空载损耗Po(KW)短路损耗Pk(KW)阻抗电压Uk(%)连接组标号SF11-180000/2202422*2.5%10.512849513Ynd113.2 联络变压器的选择3.2.1 连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定原则 （1） 联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络间的有功功率和无功功率的交换。 （2） 联络变压器容量一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修，通过联络变压器来满足本侧负荷的要求，同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一系统。3.2.2 联络变压器的型式 联络变压器为了布置和引线方便，通常只选一台，其第三绕组，即低压绕组兼作厂用备用电源或引接无功补偿装置 该发电厂的联络变压器高中压绕组分别接于220KV和110KV母线，其低压绕组作为厂用备用电源，由于穿越本厂功率为162MVA，所选联络变容量大于162MVA既可满足。本设计中联络变压器选用自耦变压器 联络变压器的型号及参数如表3-3表3-3 联络变型号及参数变压器型号高压(KV)中压(KV)低压(KV)容量（KVA）阻抗电压Uk(%)高低高中中低OSFP37-180000/22022012110.5180/180/1801012163.3 电路等值电路图如图3-1所示图3-1 等值电路图3.4 电路参数计算选取基准容量为100MVA，基准电压为Uav.v(1) 水轮发电机参数计算：（2）220KV侧主变压器参数计算：（3）110KV侧主变压器参数计算：(4) 联络变压器参数计算：（5）线路阻抗参数计算：（6）无穷大系统阻抗参数计算：3.5 电路等值化简:将发电机支路G1与G2合并，G3与G4合并，与合并，可以得到简化电路图如图3-2所示图3-2 等值电路图的化简图a因为短路点选择在1处，因此，我们需要将，进行变换：可以得到下面的等值电路图3-3图3-3 等值电路图的化简图b3.6 短路电流相关计算：（1）发电机支路短路电流分量计算：先将发电机支路转移阻抗转换为计算阻抗：经查表可以得到发电机支路在，时的短路电流标幺值如表3-4所示：表3-4 短路电流标幺值将标幺值转化为有名值：电流基准为：转化方程：所以发电机支路电流有名值如表3-5：表3-4 短路电流有名值（2）无穷大系统支路短路电流分量计算：无穷大系统短路电流标幺值计算：电流基准为：转化方程：所以无穷大系统支路电流有名值为：，因此，流过短路点的总电流有名值为：所以，(1)冲击电流为：（2）最大持续工作电流（3）因为短路热稳定短路时间，不计非周期热效应。短路电流的热效应等于周期分量热效应所以：4电气设备选型高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统发生短路故障时迅速的自动断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。灭弧能力是断路器的核心性能。 断路器的选择内容包括：选择型式；选择额定电压选择额定电流；校验开断能力；校验动稳定；校验热稳定。 （1）选择型式因为220KV侧有4回出线，所以接入220KV侧的高压断路器应选择SW断路器。（2）选择额定电压所选断路器的额定电压应不小于安装处电网的额定电压。 220KV侧UN=UNs=220KV（3）选择额定电流所选设备的额定电流，应大于或等于所在回路的最大长期工作电流： 长期工作电流为：断路器额定电流（4）校核额定开断能力为使断路器安全可靠地切断短路电流，应满足下列条件： 断路器断开电流 （5）校核动稳定如果电气设备不够坚固，巨大的短路电流产生的巨大电动力可能要损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路电动力的能力,动稳定条件为： 断路器极限通过电流峰值（6）校核热稳定通常制造厂直接给出设备的热稳定电流(有效值)及允许持续时间，热稳定条件为：表4-1 断路器选择结果表计算数据SW6-220/1200型断路器Uns 220 kvUn 220 KvImax 192 AIn 3450 AI 1.988 kAInbr 21 kAish 20.33 kAInc1 125 kAQk 116【（kA）2.s】It2*t 21*21*4=1764【（kA）2.s】ish 20.33 kAies 21 kA4.2 隔离开关的选择 隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备，主要用来断开无负荷电流的电路，隔离高压电流，在分闸状态时有明显的断开点，以保证其他电气设备的安全检修。在合闸状态时能可靠地通过正常负荷电流及短路故障电流。因它未有专门的灭弧装置，不能切断负荷电流及短路电流。因此，隔离开关只能在电路已被断路器断开的情况下才能进行操作，严禁带负荷操作，以免造成严重的设备和人身事故隔离开关的选择内容包括：选择型式；选择额定电压选择额定电流；校验动稳定；校验热稳定。（1）选择型式因为220KV侧有4回出线，所以接入220KV侧的隔离开关应选择GW隔离开关。（2）选择额定电压所选隔离开关的额定电压应不小于安装处电网的额定电压。 220KV侧UN=UNs=220KV（3）选择额定电流所选设备的额定电流，应大于或等于所在回路的最大长期工作电流： 长期工作电流为：隔离开关额定电流（4）校核动稳定如果电气设备不够坚固，巨大的短路电流产生的巨大电动力可能要损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路电动力的能力,动稳定条件为： 隔离开关极限通过电流峰值（5）校核热稳定通常制造厂直接给出设备的热稳定电流(有效值)及允许持续时间，热稳定条件为：表4-2 隔离开关选择结果表计算数据GW6-220D/1000隔离开关Uns 220 kvUn 220 KvImax 192 AIn 1000 AI 1.988 kA ish 20.33 kA Qk 116【（kA）2.s】It2*t 21*21*4=1764【（kA）2.s】ish 20.33 kAies 50 kA4.3 电压互感器的选择电压互感器TV（又称PT）是将高电压变成低电压的设备，分为电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器两种。 电压互感器的选择内容包括：根据安装地点和用途，确定电压互感器的结构类型、接线方式和准确级；确定额定电压比；计算电压互感器的二次负荷，使其不超过相应准确度的额定容量。 （1）选择额定电压 电压互感器一次绕组的额定电压应与安装处电网额定电压相同。220KV侧UN=UNs=220KV表4-3电压互感器选择结果表计算数据JCC2-220Uns 220 kvUn 220 Kv4.4 电流互感器的选择 电流互感器是一种电流变换装置，可将高压电流和低压大电流变换成电压较低的小电流，供给仪表和继电器保护装置，并将仪表和保护装置与高压隔离电路隔开。电流互感器的二次电流均为5A，使测量仪表和继电保护装置使用安全、方便。因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛应用。 选择标准如下： （1）电流互感器的额定电压与电网的额定电压应相符。220KV侧UN=UNs=220KV （2）电流互感器一次额定电流的选择，应使运行电流为20%100% ， 根据被测电流的大小选择电流互感器的变比，要使一次线圈额定电流大于被测电流。（3）电流互感器选择之后，应根据装设地点的系统短路电流校验其动稳定。动稳定条件为： 为电流互感器动稳定电流倍数为电流互感器动稳定电流（4）电流互感器选择之后，应根据装设地点的系统短路电流校验其热稳定。热稳定条件为：为电流互感器热稳定电流倍数为电流互感器热稳定电流表4-4 电流互感器型号选择表计算数据LCW-220性电流互感器Uns 220 kvUn 220 KvImax 192 AIn 300 AI 1.988 kA ish 20.33 kAI*Ke 0.3*60=18(kA)Qk 116【（kA）2.s】(It*Kt)2