水力发电厂电气一次部分设计计划书.doc

水力发电厂电气一次部分设计计划书一、概 述11概况该电站位于某山区的一条水河流上，汇流面积为831平方公里。整个水利枢纽布置如图所示。充分利用当地的石料资源而建筑的堆(砌)石坝，坝高53米，水头38米，引用流量17秒立方：经2600米长的明渠将水流引至压力前池，再分配到每台水轮发电机组。经水能规划设选定装机为1500kW3，共3台卧式水轮发电机组。该电站水库为不完全周调节，单级开发，以发电为主。年利用小时数4000小时。保证出力1500kW，多年平均发电量168105kW.h。厂用电负荷：123KW左右。水轮发电机型号参数：型号：SFW118/64-6，PN=1500kW，UN=6.3kV，COSN=0.8，IN=171.8A。旋转方向为俯视逆时针；Xd= 0.12；额定转速nN=1000r/min。1.2其它资料年均最高气温：30，年均最低气温：1，多年平均雨量：1100mm，雷暴时数：40日/年，交通较方便，公路可直抵电站厂房，当地山势较缓，海拔高度约在800m左右，出线走廊易于确定。二、接入系统方式及设计方案选择2.1接入系统方式该电站在系统中属于非主力电站，该电站以两回出线与系统相连，其潮流为双向，即丰水期将多余的电量馈送给系统，枯水期缺电时，则由系统以Imax=100A向该地区供电，另外，该电站以6回出线(距离均大于3KM)向近区供电，其中两回线供II类负荷各1000KW，其余各回供III类负荷各500KW。2.2电气主接线的基本要求电气主接线的设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。（一）可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电是电气主接线最基本的要求。在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。主接线的设计主要从如下几个方面考虑：（1）断路器检修时，不影响对系统的供电。（3）发电厂或变电站全部停电的可能性。（4）大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等因素。（5）瞬时故障、永久故障及检修停电的影响。（三）经济性主接线的经济性与可靠性、灵活性要求往往是矛盾的。在满足前提可靠性、灵活性下做到经济合理。（1）主接线应简单清晰，以节省开关器的数量、选用价廉的电器或轻型电器，节省一次投资。（2）主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽量使占地面积减少，同时还注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用等。（3）经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。2.3 电气主接线设计原则及方案2.31设计原则：根据电站在系统中的地位和作用, 综合考虑电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、形和运输条件等因素, 电气主接线设计以满足用户或电力系统的供电可靠性和电能质量要求, 在技术先进、经济合理的前提下, 尽量使接线简单、清晰、操作维护方便、灵活并应满足电站发电及最终规模的运行要求的原则。2.32设计方案：6KV电压等级 鉴于出线回路多，且发电机的额定电压为6.3KV，宜采用屋内配电，其负荷亦较小（为和类负荷），因此，可能采用单母线不分段或单母线分段接线形式。三台机组均接于单母线上或两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压35KV，与系统相连。由于机组均接于6KV母线上，为选择轻型电器，应在分段处加装母线电抗器，各条馈线上装设出线电抗器。35KV电压等级 只有两回出线与系统相连，丰水期将多余的电量馈送给系统，枯水期缺电时，则由系统以Imax=100A向该地区供电。丰水期和枯水期的调度不同，从灵活性角度考虑，应采用单母线不分段式接线形式。三、设计步骤3.1发电机及变压器的选择3.11 选择原则(1) 电气设备选择符合“导体和电器选择设计技术规定”的要求。(2) 水轮发电机的参数除满足电站运行要求外, 还应满足电站接入系统的要求。发电机中性点接地方式应有利于提高机组安全运行水平。(3) 主变压器的容量与其连接的发电机容量相匹配, 其有关参数除满足电站运行要求外, 还应满足电站接入系统设计要求。为满足铁路和公路运输的要求, 主变选择单相变压器。(4) 发电机出口装设专用的发电机出口断路器和电气制动开关。3.12 发电机根据任务书所给水轮发电机的结构型式为卧式,其主要技术参数如下:型号 SFW118/64-6额定容量 1500KW额定电压 6.3kV额定电流 171.8A额定功率因数 COSN=0.8频率 50Hz额定转速 1000r/min次暂态电抗 0.123.13 主变压器及厂用变压器该电站总装机容量为：31500KW，因35KV两回线路间有交换功率，负荷绝大部分为三级负荷，而一、二级负荷较少，所以拟选主变压器两台，其容量选择按发电机母线上供电负荷为最小值并能将剩余电功率送入电网来确定，容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。他的确定除依据传递容量基本资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析合理选择。主变压器台数的选择小型水电站不应采取三台以上变压器为，运行经验证明某些电站的机组较多，但其总容量在系统中所占比重不大，采用一台主变压器也是可取的。主变压器相数的选择考虑原则:该水电站容量较小，小型水电站宜采用三相油浸式变压器，并根据国家节约能源的规定采用低能耗变压器。故本水电厂电气主接线的主变压器应选三相变压器。主变压器选型35kv电压级SL7系列三相油浸自冷式铜线电力变压器为无载调压，调压范围为5%变型器型号为：S7-3150/35主要技术参数如下：额定容量：3150 KVA额定电压：高压35（KV）；低压6.3（KV）阻抗电压（%）：7.0连接组：Y,d 11空载损耗：9400w短路损耗：33500w空载电流（%）：4.53.14厂用变压器的选择：厂用电负荷包括厂用电高压计算负荷和厂用电低压计算负荷，近似计算，以123KW作为近似计算，只要厂用变压器容量大于123KW即可，同时考虑安全裕量。通过上述原则，可以知道厂用变压器的额定电压为6KV，可选用2台50容量的双绕组变压器，分别供两段母线，查有关设计书得：厂用变的额定容量：SN = 200 KVA3.2短路电流计算3.21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。3.22 短路电流计算条件1.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2、一般规定1）验算导体的电器动稳定、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。3.23基准值的选择该站最大运行方式为：3台机组满发并网运行；最小运行方式为：1500KW机组1台发电，保证出力且并网运行。线路均按3KM计算，电抗系数为0.4/KM。短路计算基准值（）额定电压基准电压基准电流基准电抗66.39.160.39735371.5613.73.24计算各元件参数的标幺值如下：单台发电机:主变压器：厂用变压器：线路：线路：系统短路容量：系统阻抗：3.25等值电抗计算对于点最大运行方式：最小运行方式：对于点，最大运行方式：最小运行方式：对于点，对于6回路出线：对于系统：发电机侧：最大运行方式下：，最小运行方式下：通过Y-变换， 在最大方式下，所以，此时点短路电抗最小运行方式， 所以，此时点短路电抗最大、最小运行方式下的短路电流计算对于 最大运行方式：短路电流为：最小运行方式：短路电流为： 对于 最大运行方式：短路电流为： 最小运行方式：短路电流为：对于 最大运行方式：短路电流为：最小运行方式：短路电流为：上述短路电流和短路冲击电流都是在三相短路时计算出来的，由于两相短路电流是三相短路电流的0.866倍，故两相短路电流和短路冲击电流均是三相的0.866倍对于 最大运行方式:两相短路电流为：最小运行方式：两相短路电流为：对于点最大运行方式：两相短路电流为：最小运行方式：两相短路电流为：对于点最大运行方式：两相短路电流为：最小运行方式：两相短路电流为：最大、最小方式下三相、两相短路电流的值如下表所示：最大运行方式最小运行方式三相短路电流（）两相短路电流（）三相短路电流（）两相短路电流（）0.3760.3260.2210.1914.7464.110 1.8891.6362.2791.9742.0131.7433.3主要电气设备的选择及校验3.32断路器与隔离开关高压断路器和高压隔离开关的选择高压断路器主要功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起着保护作用。额定电压和电流选择：式中，开断电流选择：或式中，短路关合电流的选择：式中，短路热稳定和动稳定校验：发电机断路器和隔离开关选择发电机最大持续工作电流为:根据发电机回路的、的要求，可选SN10-10/1000-16型少油断路器和GN6-10/1000型隔离开关。由断路器和隔离开关的参数得，根据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，所以，计算数据SN10-10/1000-16型断路器GN6-10/1000型隔离开关 12.49 80 80由上表可见，所选SN10-10/1000-16型断路器和GN6-10/1000型隔离开关满足热、动稳要求。6KV出线断路器和隔离开关选择类负荷最大持续工作电流为：类负荷最大持续工作电流为：根据6KV出线回路的、的要求，可选ZN5-10/630型户内真空式断路器和GN6-6T/200型隔离开关。由断路器和隔离开关的参数得，根据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，,所以，计算数据ZN5-10/630GN6-6T/200 6KV 10KV 10KV 120.3/60.1A 630A200A 2.244KA 20KA 3.64KA 32.4KA 36.26 6.030KA 50KA 25.5KA由上表可见，所选ZN5-10/630型断路器和GN6-6T/200型隔离开关满足热、动稳要求。6KV母线断路器和隔离开关选择由于母线侧首发电机的影响，以及为后面设备选择提供方便，所以取最大持续工作电流为发电机额定电流的50,即：，根据6KV母线回路的、的要求，可选ZN3-10/600型真空断路器和GN6-10/600-52型隔离开关。由断路器和隔离开关的参数得，根据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，所以，计算数据ZN3-10/600GN6-10/600-52 6KV 10KV 10KV 85.9A 600A600A 4.523KA 8.7KA 7.33KA 14.09KA 87.47 12.15KA 22KA 52KA由上表可见，所选ZN3-10/600型断路器和GN6-10/600-52型隔离开关满足热、动稳要求35KV出线断路器和隔离开关选择最大持续工作电流为：根据35KV回路的、的要求，可选SW2-35/600型户外少油式断路器和GW5-35G/600-72型隔离开关。由断路器和隔离开关的参数得，根据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，所以，计算数据SW2-35/600GW5-35G/600-72 35KV 35KV 35KV 92.1A 600A 600A 0.367KA 6.6KA 0.59KA 9.8KA 0.84 0.986KA 17KA 72KA由上表可见，所选SW2-35/600型断路器和GW5-35G/600-72型隔离开关满足热、动稳要求。主变压器断路器和隔离开关选择高压侧最大持续工作电流为： 低压侧最大持续工作电流为：由于主变压器高压侧与35KV母线相连，可以用35KV母线的断路器和隔离开关，即SW2-35/600型户外少油式断路器和GW5-35G/600-72型隔离开关，通过热、动稳校验满足要求。由于主变压器低压侧与6KV母线相连，可以用6KV母线的断路器和隔离开关，即ZN5-10/630型户内真空式断路器和GN6-6T/200型隔离开关，通过热、动稳校正满足要求。3.33电抗器依据安装地点和作用，普通电抗器可分为母线电抗器和线路电抗器两种。线路电抗器电路电抗器主要用来限制电缆馈线回路短路电流。由于电缆的电抗值较小且有分布电容，即使在电缆馈线末端发生短路，短路电流也和母线短路差不多。馈线上装线路电抗器，从发电厂和用户整体来看比较合理，一般电抗百分值取36。（类负荷；类负荷）所以，根据、和上述要求可选NKL-10-200型电抗器，初步将电抗值定为。在时，满足热、动稳校正满足要求，此时计算电抗标幺值，归算到基准值下面的计算电抗，故，所以，查短路电流计算曲线得，此时有名值为，则电压损失和残压分别为：热、动稳校验：可见，电压损失、残压、热动稳均满足要求，所以电抗器NKL-10-200-6型。母线电抗器母线电抗器装设在母线分段处，其目的是让发电机出口断路器、变压器低压侧断路器、母联断路器和分段断路器等都按各回路额定电流来选择，不因短路电流过大而使容量升级。母线电抗器用于限制并列运行发电机所提供的短路电流，其额定电流通常按母线上事故切除最大一台发电机时可能通过电抗器的电流进行选择，一般取发电机额定电流的5080，电抗百分值取为812。（）。根据、和上述要求可选XKGKL-10-400型电抗器，初步将电抗值定为。在时，满足热、动稳校正满足要求，此时计算电抗标幺值，归算到基准值下面的计算电抗，故所以，查短路电流计算曲线得，此时有名值为，则电压损失和残压分别为：热、动稳校验：可见，电压损失、残压、热动稳均满足要求，所以电抗器XKGKL-10-400-8型。3.34互感器的选择互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高压、大电流按比例变成低电压（100、100/V）和小电流（5、1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表和继电保护等。为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器的安全，互感器的每一个二次绕组必须有一可靠的接地，以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。互感器包括电流互感器和电压互感器。发电机电流互感器选择根据发电机回路的、的要求，可选LA-10型穿墙式电流互感器，其额定电流比300/5,准确级0.5级，二次负荷额定阻抗为0.4,动稳定倍数，热稳定倍数。热、动稳校验所以，LA-10型电流互感器满足热、动稳要求。6KV出线电流互感器选择根据6KV回路的、的要求，可选LFZJ1-3型复匝式绝缘浇注电流互感器，其额定电流比200/5,准确级0.5级，二次负荷额定阻抗为0.8，动稳定倍数，热稳定倍数。热、动稳校验所以，LFZJ1-3型电流互感器满足热、动稳要求。6KV母线电流互感器选择根据6KV回路的、的要求，可LFZJ1-10选型复匝式绝缘浇注电流互感器，其额定电流比400/5,准确级1级，二次负荷额定阻抗为0.8，动稳定倍数，热稳定倍数。热、动稳校验所以，LFZJ1-10型电流互感器满足热、动稳要求。35KV出线电流互感器选择根据35KV回路的、的要求, 可选LCW-35型瓷绝缘户外型电流互感器，其额定电流比200/5,准确级0.5级，二次负荷额定阻抗为2，动稳定倍数，热稳定倍数。热、动稳校验所以，LCW-35型电流互感器满足热、动稳要求。主变压器电流互感器选择根据主变压器回路的、的要求, 可选LCWB-35型瓷绝缘户外型保护电流互感器，其额定电流比400/5,准确级0.5级，二次负荷额定阻抗为2，动稳定电流，热稳定倍数。热、动稳校验所以，LCWB-35型电流互感器满足热、动稳要求。电压互感器的基本要求：1. 一次回路电压的选择为了确保电压互感器安全和在规定的准确等级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（0.81.2）范围内变动，即应满足下列条件：2. 二次线路电压的选择电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求。3. 容量和准确级选择首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择电压互感器的准确级和额定容量。电压互感器的额定二次容量应不小于电压互感器的二次负荷，即：，为各仪表的视在功率，为各仪表的功率因数。4. 由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需进行短路的力稳定和热稳定校验。电压互感器选择如下：位置 电器发电机6KV出线6KV母线35KV出线YHJDJ-6J5JW-6DJ-6JDJJ-353.35避雷器的选择阀型避雷器的选择按额定电压选择：要求避雷器额定电压与系统额定电压一致。校验避雷器的最大容许电压（灭弧电压）校验工频放电电压，一般应大于最大运行相电压的3.5倍。国产避雷器与电气绝缘完全可配合，一般均不必作冲击放电电压及残压的校验。管型避雷器的选择管型避雷器的选择根据安装点的额定电压及可能产生的短路电流的范围决定。遮断续流的上限应大于雷雨季节系统最大运行方式时的计算短路电流，并包括非周期分量第一个半周波短路电流的有效值，一般乘以1.3。管型避雷器在使用过程中，随着动作次数的增加，管经逐渐增大，下限电流将升高，故选择下限电流要留有一定裕度。管型避雷器的伏安特性决定于内外火花间隙的大小。通过查表得出避雷器的基本参数位置 电器发电机6KV出线35KV出线YHY5WC-10Y5WC-10FZ-353.36高压熔断器的选择熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电器设备免受过载和短路电流的损害，保护电压互感器的高压熔断器只须与开断能力两项进行选择。1）额定电压选择，2）额定电流选择：熔断器的额定电流选择，包括熔管和熔体的额定电流的选择。为了保证熔断器器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流应大于、等于熔体的额定电流，即：为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路用电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35KV及经下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择：为可靠系数，不计电动机自启动时,为变压器回路最大工作电流。3）熔断器开断电流校验：取,6kV侧：供类负荷的出线回路：A供类负荷的出线回路：A35kV侧：A故选择熔断器如下表所示RN1系列RN3系列额定电压kV额定电流kA额定电压kV额定电流kA6kV侧供类负荷的出线6200供类负荷的出线610035kV侧35kV侧351503.37绝缘子的选择和校验依据以上原则，查水电厂电气主系统附表4，选择ZC-10型支柱式绝缘子，其额定电压为10kV，绝缘子高度为225mm，机械破坏负荷为12250N。查电力工程