水电站电气主接线及电气设备布置设计

水电站电气主接线及电气设备布置设计 目 录 设计说明书 1 第一章 电气主接线设计 1 1 1 主接线设计基本要求与设计原则 1 1 2 各方案比较 2 第二章 变压器选择 5 2 1 主变压器选择 5 2 1 1 主变压器容量和台数确定 5 2 1 2 主变压器型式选择 5 2 1 3 绕组连接方式选择 5 2 1 4 调压方式与阻抗选择 6 2 2 自耦变压器的选择 6 第三章 短路电流计算 8 3 1 短路电流计算目的 8 3 2 短路电流计算一般规定 8 3 3 短路电流计算结果 8 第四章 电气设备选择 10 4 1 电气设备选择原则 10 4 2 电气设备选择说明 11 4 2 1 断路器与隔离开关选择 11 4 2 2 母线的选择说明 12 4 2 3 绝缘子选择 12 4 2 4 电流互感器与电压互感器选择 13 第五章 配电装置及总平面布置设计 14 5 1 配电装置设计原则 14 5 2 总平面设计 16 计算书 18 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第一章 短路电流计算 18 第二章 电气设备选择计算 31 2 1 断路器与隔离开关选择计算 31 2 2 母线选择计算 33 2 3 绝缘子选择计算 34 2 4 电流互感器与电压互感器选择计算 35 参考文献 38 致谢 39 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 1 页 共 39 页 设计说明书 第一章 电气主接线设计 1 1 主接线设计基本要求与设计原则 电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电 路 电气主接线根据水电站在电力系统中的地位 回路数 设备特点及负荷性 质等条件确定 并应满足运行可靠 简单灵活 操作方便 易于维护检修 利 于远方监控和节约投资等要求 在电气主接线设计时 综合考虑以下方面 保证必要的供电可靠性和电能质量 安全可靠是电力生产的首要任务 保证供电可靠和电能质量是对主接线最 基本的要求 在设计时 除对主接线形式予以定性评价外 对于比较重要的水 电站需要进行定量分析和计算 本次设计水电站虽然是一个中型水电站 但是 由于担负了许多工业企业 及农业抗旱排涝等供电任务 因而必须满足必要的 供电可靠性 具有经济性 在主接线设计时 主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间 欲使主接线 可靠 灵活 将导致投资增加 所以必须把技术与经济两者综合考虑 在满足 供电可靠 运行灵活方便的基础上 尽量使设备投资费用和运行费用为最少 具有一定的灵活性和方便性 并能适应远方监控的要求 主接线应能适应各种运行状态 并能灵活地进行方式的转换 不仅正常运 行时能安全可靠地供电 而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能 适应远方监控的要求 并能灵活 简单 迅速地倒换运行方式 使停电时间最 短 影响范围最小 显然 复杂地接线不会保证操作方便 反而使误操作机率 增加 但是过于简单的接线 则不一定能满足运行方式的要求 给运行造成不 便 甚至增加不必要的停电次数和停电时间 具有发展和扩建的可能性 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 2 页 共 39 页 随着经济的发展 已投产的水电站可能需要扩大机组容量 从主变压器的 容量 数量到馈电线路数均有扩建的可能 有的甚至需要升压 所以在设计主 接线时应留有发展余地 不仅要考虑最终接线的实现 同时还要兼顾到分期过 渡接线的可能和施工的方便 根据以上几点 对水电站的主接线拟定以下几种方案 1 2 各方案比较 方案 本方案采用了四个单元接线 220kv 侧采用了双母线接线 而 110kv 侧采 用了单母线接线 同时自耦变压器作为两个高电压等级的联络变压器 并兼作 厂用电变压器 图图 1 1 方案方案 简图简图 优点 1 主变压器与发电机容量相同 故障影响范围小 可靠性高 2 接线简单 清晰 运行灵活 3 发电机电压设备最少 布置简单 维护工作量小 4 继电保护简单 缺点 主变压器与高压电气设备增多 高压设备布置场地增加 整个接线 投资大 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 3 页 共 39 页 适用范围 对可靠要求很高的大型电站采用 而小型电站只在一些特殊情 况下采用 如分期建设的电站 二期又只有一台机组时 方案 本方案采用了四个单元接线 220kv 侧 110kv 侧均采用双母线接线方式 同时自耦变压器作为两个高电压等级的联络变压器 并兼作厂用电变压器 图图 1 2 方案方案 简图简图 优点 1 双母线接线的供电可靠性较高 可以轮流检修一组母线而不致使供电中 断 检修任一组母线上的隔离开关也不需要中断供电 2 调度灵活 各个电源和各回路负荷可以任意分配到一组母线上 能灵活 适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要 3 扩建性也非常好 可以向母线左右方向任意扩建 且施工过程也不会停 电 缺点 增加了电气设备的投入 且设备设计及布置较复杂 适用范围 在电网中占有重要地位的大中型电站采用 方案 本方案采用了四个单元接线 220kv 侧采用单母线分段接线 110kv 侧采用 了单母线接线方式 同时自耦变压器作为两个高电压等级的联络变压器 并兼 作厂用电变压器 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 4 页 共 39 页 图图 1 3 方案方案 简图简图 优点 1 接线简单明了 运行方便 2 投资费用较低 经济性较好 缺点 1 发电机电压配电装置元件多 增加检修工作量 2 母线或母线所连接的隔离开关故障或检修时 需全厂停电 可靠性及 灵活性较差 适用范围 一般小型电站采用 综合分析上述三种方案 再结合该水电站为中型水电站的实际情况 拟定 的主接线应以经济性为主 但其可靠性也需要考虑 方案 和方案 最能满足 这两项要求 故最终选定方案 和方案 为最终比较方案 方案 的可靠性比 方案 高 但经济性上方案 要优于方案 故在达到一定可靠性前提下 选 择方案 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 5 页 共 39 页 第二章 变压器选择 2 1 主变压器选择 主变压器的选择主要包括变压器的容量 变压器的台数 变压器的型式 绕组连接方式 变压器的调压方式和对变压器的阻抗选择 2 1 1 主变压器容量和台数确定主变压器容量和台数确定 就中小型水电站来说 一般接在发电机电压侧的近区和厂用电负荷很小 有的电站甚至没有近区负荷 此时主变压器的容量可按照所连接的水轮发电机 容量来选择 如果发电机电压侧接有较大的近区负荷 则主变压器的容量可按 照发电机电压侧最小负荷时 能将电站所有剩余的有功功率和无功功率送出去 进行选择 考虑到电站的近区用电负荷有一个发展过程 一般难以准确确定 因此在选择主变压器容量时 要考虑适当留有余地 对于有重要负荷的水电站 应考虑当一台主变故障或检修停运时 其余主变容量在计及过负荷能力后的允 许时间内 应能保证用户的一级和二级负荷 因为单台发电机容量为 150MW 由 cos P S 算出 S 187 5 MVA 取容量略大于 S 的变压器 综合考虑容量应选容量为 200MVA 的四台主变压器 2 1 2 主变压器型式选择主变压器型式选择 变压器采用三相或单相 主要考虑变压器的制造条件 可靠性及运输条件 等因素 在不受运输条件限制时 330kV 及以下的水电站均应选用三相变压器 最大机组容量为 125MW 及以下的发电厂多采用三绕组变压器 而机组容量为 220MW 以上的发电厂采用发电机 双绕组变压器单元接线接入系统 本水电站 容量为 4 150MW 故选用三相双绕组变压器 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 6 页 共 39 页 2 1 3 绕组连接方式选择绕组连接方式选择 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致 否则 不能并列运行 电力系统采用的绕组连接方式只有星形和三角形 如何组合要根据具体工程来 确定 我国 ll0kV 及以上电压变压器绕组都采用 Y0 连接 35kV 采用 Y 连接 35kV 以下电压等级 变压器绕组都采用 连接 所以本水电站主变压器绕组连 接方式为 Y0 2 1 4 调压方式与阻抗选择 变压器通过调压方式分为两类 无励磁调压和有载调压 有载调压它的调 整范围较大 一般在 15 以上 而且 既可向系统传输功率 又可从系统倒送 功率 无励磁调压变压器调压范围较小 为 5 但其经济性较好 故选用无 励磁调压变压器 对于三绕组变压器目前在制造上有两种基本的组合方式 即 升压结构 和 降压结构 升压型 的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为中 低 高 所以变压器中压侧阻抗最大 降压型 的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为 低 中 高 所以高 低压侧阻抗最大 根据以上综合比较 所选主变压器的特性参数如表 2 1 表表 2 12 1 主变压器特性参数主变压器特性参数 额定电压 KV 主变型号 高压低压 空载电流空载损耗负载损耗阻抗电压 SSP3 220 242 2 2 5 10 50 9 123 5kw443kw13 8 SFP7 110 121 2 2 5 10 50 5 99 4kw410kw10 5 2 2 自耦变压器的选择 水电站的厂用电是水电站的重要负荷 因此 在厂用电设计时应按照运行 可靠 检修和维护方便的要求 考虑水电站发展规划 妥善解决分期建设引起 的问题 积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备 使设计达到经济合理 技术先进 保证水电站安全 经济的运行 选用自耦变压器作为两级升高电压之间的联络变压器 同时兼作厂用变压 器 其低压绕组兼作厂用电的备用电源和启动电源 所选主变容量为 200MVA 故自耦变压器取容量为 200MVA 水电站的厂用电负荷按装机容量 的 0 5 考虑 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 7 页 共 39 页 S 0 5 750MVA 3 75MVA 选出水电站自耦变压器特性参数如下表2 2 表表 2 2 所用自耦变压器特性参数所用自耦变压器特性参数 型号 额定容量 KVA 额定电压 KV 空载电 流 空载损 耗 负载损 耗 阻抗 电压 高 压 242 2 2 5 8 7 中 压 12132OSFPS7 220 低 压 10 5 0 22 62kw320kw 20 5 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 8 页 共 39 页 第三章 短路电流计算 3 1 短路电流计算目的 在水电站的电气设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 在选择电 气设备时 为保证在正常运行和故障情况下都能安全 可靠地工作 需要进行 全面的短路电流计算 例如 计算某一时刻的短路电流有效值 用以校验开关 设备的开断能力和确定电抗器的电抗值 计算短路后较长时间短路电流有效值 用以校验设备的热稳定值 计算短路电流冲击值 用以校验设备动稳定 3 2 短路电流计算一般规定 1 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行 2 短路种类 一般以三相短路计算 3 接线方式应是可能发生最大短路电流的正常方式 即最大运行方式 而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 4 短路电流计算点 在正常接线方式时 通过电气设备的短路电流为最大 的地点 5 计算容量 应按工程设计规划容量计算 并考虑系统发展规划 3 3 短路电流计算结果 确定短路电流计算时 应按可能发生最大短路电流的正常接线方式 故确 定以220KV主母线 110KV主母线 220KV侧发电机出口处 110KV侧发电机 出口处为三相短路电流计算点 水电站短路电流计算结果如表3 1 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 9 页 共 39 页 表表 3 1 短路电流计算结果表短路电流计算结果表 短路电流周期分量短路冲击电流 各时刻短路电流 KA 短路 类型 短路点短路点 位置 0s0 1s1s2s4s 有效值 I ch KA 最大值 i ch KA d1 220KV 母线 7 0246 8707 0017 1247 26810 95718 403 d2 110kV 母线 3 453 2393 2933 3443 405 3829 039 d3 220KV 侧 发电机 2 6272 3992 3542 3442 3354 0986 883 三 相 短 路 d4 110KV 侧 发电机 3 6943 2083 223 2413 2275 7639 678 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 10 页 共 39 页 第四章 电气设备选择 4 1 电气设备选择原则 电气设备的选择是水电站电气设计的主要内容之一 正确的选择电气设备 是使电气主接线和配电装置达到安全 经济运行的重要条件 在进行电气设备 选择时必须符合国家有关经济技术政策 技术要先进 经济要合理 安全要可 靠 运行要灵活 而且要符合现场的自然条件要求 所选设备正常时应能可靠 工作 短路时应能承受多种短路效应 电气设备的选择应遵循以下两个原则 一 按正常工作状态选择 按正常工作状态选择的具体条件 1 额定电压 电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运 行电压 一般 220KV 及以下的电气设备的最高允许工作电压为 1 15Ue 所以一 般可以按照电气设备的额定电压 Ue 不低于装设地点的电网的额定电压 Uew Ue Uew 2 额定电流 所选电气设备的额定电流 Ie 不得低于装设回路最大持续 工作电流 Imax Ie Imax 计算回路的 Imax 应该考虑回路中各种运行方式下 的在持续工作电流 变压器回路考虑在电压降低 5 时出力保持不变 所以 Imax 1 05 Iet 母联断路器回路一般可取变压器回路总的 Imax 出线回路应 该考虑出线最大负荷情况下的 Imax 二 按短路状态校验 按短路状态校验的具体条件 1 热稳定校验 当短路电流通过所选的电气设备时 其热效应不应该 超过允许值 Qy Qd 2 动稳定校验 所选电气设备通过最大短路电流值时 不应因短路电 流的电动力效应而造成变形或损坏 ich idw 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 11 页 共 39 页 4 2 电气设备选择说明 4 2 1 断路器与隔离开关选择 一 断路器选择 高压断路器是主系统的重要设备之一 它的主要功能是 正常运行时 用 它来倒换运行方式 把设备和线路接入电路或退出运行 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 能起 保护作用 断路器选择和校验的原则是 按正常工作状态选择 按短路状态校 验 选择断路器时应满足以下基本要求 在合闸运行时应为良导体 不但能长期通过负荷电流 即使通过短路电 流 也应该具有足够的热稳定性和动稳定性 在跳闸状态下应具有良好的绝缘性 应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间 应有尽可能长的机械寿命和电气寿命 并要求结构简单 体积小 重量 轻 安装维护方便 考虑到可靠性和经济性 方便运行维护和实现水电站设备的无由化目标 且由于 SF6 断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器 故在 220KV 侧 110KV 侧和 10KV 侧皆采用六氟化硫断路器 其灭弧能力强 绝缘性能 强 不燃烧 体积小 使用寿命和检修周期长而且使用可靠 不存在不安全问 题 二 隔离开关选择 隔离开关是高压开关设备的一种 它主要是用来隔离电源 进行倒闸操作 的 还可以拉 合小电流电路 选择隔离开关时应满足以下基本要求 隔离开关分开后应具有明显的断开点 易于鉴别设备是否与电网隔开 隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离 以保证过电压及相间闪络的 情况下 不致引起击穿而危及工作人员的安全 隔离开关应具有足够的热稳定性 动稳定性 机械强度和绝缘强度 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 12 页 共 39 页 隔离开关在跳 合闸时的同期性要好 要有最佳的跳 合闸速度 以尽 可能降低操作时的过电压 隔离开关的结构简单 动作要可靠 带有接地刀闸的隔离开关 必须装设连锁机构 以保证隔离开关的正确 操作 4 2 2 母线的选择说明 一 母线型号的选择 矩形铝母线 220KV 及以下的配电装置中 35KV 及以下的配电装置一般 都是选用矩形的铝母线 铝母线的允许载流量较铜母线小 但价格较便宜 安 装 检修简单 连接方便 故在 35KV 及以下的配电装置中 首先应选用矩形铝 母线 矩形铜母线 在化工厂附近的屋外配电装置中 或持续工作电流较大时 可选用铜母线 但铜母线的价格较贵 管形母线 在 110KV 220KV 的配电装置中 可选用铝锰合金的管形母 线 由于母线跨距和短路容量较大 管形母线截面除应满足载流量和机械强度 要求外 其形状应有利于提高电晕起始电压和避免微风震动 户外配电装置使 用管形母线 具有占地面积小 架构简明 布置清晰等优点 二 母线截面的选择 一般要求 裸导体应根据具体情况 按下列技术条件分别进行选择或校 验 工作电流 经济电流密度 电晕 动稳定或机械强度 热稳定 裸导体尚应按下列使用环境条件校验 环境温度 日照 风速 海拔高度 按回路持续工作电流选择 式中代表导体回路持续工作电 gXU II g I 流 代表相应于导体在某一运行温度 环境条件及安装方式下长期允许的 XU I 载流量 4 2 3 绝缘子选择 在发电厂的各级电压配电装置中 高压电器的连接 固定和绝缘 是由导 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 13 页 共 39 页 电体 绝缘子和金具来实现的 所以 绝缘子必须有足够的绝缘强度和机械强 度 耐热 耐潮湿 选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离 并能在雨天阻断水流 以保证 绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作 穿墙套管用于母线在屋内穿过墙壁和 天花板以及从屋内向屋外穿墙时使用 6 35KV 为瓷绝缘 60 220KV 为油浸纸 绝缘电容式 4 2 4 电流互感器与电压互感器选择 1 电流互感器选择 种类和型式的选择 选择电流互感器时 应根据安装地点的安装方式 选择其型式 一次回路额定电压和电流的选择 一次回路额定电压和电流应 N U N I1 满足 MAXNNSN IIUU 1 热稳定校验 KNtKt QIKQtI 2 1 2 或 动稳定性校验 或 shes ii shesN iKI 1 2 2 电压互感器选择 电压互感器配置原则 除旁路母线外 一般工作及备用母线都装有一组电压互感器 用于同步 测量仪表和保护装置 35KV 及以上输电线路 为了监视线路有无电压 进行同步和设置重合 闸 装设一台单相电压互感器 变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求 设有一组电压互感 器 电压互感器选择说明 种类和型式选择 在 6 35KV 屋内配电装置中 一般采用油浸式或浇注 式电压互感器 110 220KV 配电装置特别是母线上装设的电压互感器 通常采 用串级式电磁式电压互感器 当容量和准确级满足要求时 多在出线上采用电 容式电压互感器 一次额定电压和二次额定电压的选择 3 35KV 电压互感器一般经隔离 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 14 页 共 39 页 开关和熔断器接入高压电网 110KV 及以上的互感器可靠性较高 电压互感器 只经过隔离开关与电网连接 第五章 配电装置及总平面布置设计 5 1 配电装置设计原则 根据 高压配电装置设计技术规程 SDJ5 85 第 1 0 1 条高压配电装置的 设计必须认真贯彻国家的技术经济政策 并应根据电力系统条件 自然环境特 点和运行 检修等要求 合理地制订布置方案和选用设备 并积极慎重地采用 新布置 新设备和新材料 使设计做到技术先进 经济合理 运行可靠 维护 方便 1 设计原则和要求 节约用地 行安全和操作巡视方便 便于检修和安 装 节约 三材 2 安全净距 相间相对地 依据 高压配电装置设计技术规范 SDJ5 85 第 4 1 1 条 屋外配电装置电气设备外绝缘体最低部位距地小于 2 5m 时 应装设固定遮拦 第 4 1 2 条 屋外配电装置使用软导体时 带电部分至接地部分之间的电气 距离应按规程选择 校验 第 4 1 3 条 电气设备外绝缘最低部位 距地小于 2 3m 时 应装设固定遮 拦 第 4 1 4 条 配电装置的相邻带电部分的额定电压 第 4 1 5 条 屋外配电装置的上面或下面 不应有照明 通信和信号线路架 空跨越穿过屋内配电装置 带电部分的上面不应敷设照明和动力线路 3 型式选择 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 15 页 共 39 页 配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分 它是根据主接线的连接方式 由开关电器 保护和测量电器 母线和必要的辅助设备组建而成 用来接受和 分配电能的装置 按电器装设地点不同 可分为屋内和屋外 按组装方式 又可分为装配式 和成套式 屋内式特点 占地面积小 室内进行 不受气候影响 污秽空气影响小 房屋建筑投资较大 屋外式特点 土建工作量和费用小 建设周期短 扩建方便 相邻设备之间距离大 便于带电作业 占地面积大 受外界环境影响 须加强绝缘 不良气候对设备维修和操作有影响 成套配电装置特点 电器布置在封闭或半封闭的金属外壳中 相间和对地距离可以缩小 结 构紧凑 电器元件已在工厂组装成一体 大大减少现成安装工作量 有利于缩短 建设周期 也便于扩建和搬迁 运行可靠性高 维护方便 耗用钢材较多 造价较高 配电装置的型式选择 应考虑所在地区的地理情况及环境条件 因地制宜 节约用地 逼供结合运行及检修要求 通过技术经济比较确定 一般情况下 在大 中型发电厂和变电所中 35kV 及以下的配电装置宜采用屋内式 110kV 及以上多为屋外式 当在污秽地区或市区建 110kV 屋内和屋外配电装置的造价 相近时 宜采用屋内型 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 16 页 共 39 页 4 配电装置设计基本步骤 根据配电装置的电压等级 电器的型式 出线多少和方式 有无电抗器 地形 环境条件等因素选择配电装置的型式 拟定配电装置的配置图 按照所选设备的外形尺寸 运输方法 检修及巡视的安全和方便等要求 遵照规程参考典型设计绘制图 选择配电装置的型式 应考虑所在地区的地理情况及环境条件 因地制宜 节约用地 并结合运行及检修要求 通过技术经济比较确定 5 各种配电装置特点 屋外配电装置的型式除与主接线有关 还与场地位置 面积 地质 地形 条件及总体布置有关 并受材料供应 施工 运行和检修要求等因素的影响和 限制 普通中型配电装置国内采用较多 施工 检修和运行都比较方便 抗震能 力较好 造价比较低 缺点是占地面积较大 高型配电装置的最大优点是占地面积少 一般比普通中型节约用地 50 左 右 但耗用钢材多 检修运行不及中型方便 一般在下列情况下宜采用高型 在高产农田或地少人多的地区 地形条件限制 原有装置需改 扩建而场地受限制 6 各电压级配电装置的确定 220kV 配电装置采用屋外半高型配电装置 采用双列布置 110kV 配电装置采用屋外半高型配电装置 采用双列布置 10 kV 配电装置采用屋内小车式配电装置 5 2 总平面设计 发电站的总平面布置必须全面贯彻现行的各项技术经济的政策精心设计 努力创新 因地制宜 合理布置 充分利用荒地 坡地 劣地 不占或少占良 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 17 页 共 39 页 田 认真做好技术经济论证 选择最佳设计方案 提高经济效益 为安全运行 创造条件 主变压器的布置 厂房上游侧进水高压管道的上面空地较大时 主变压器 可布置在这里 主变平台下面可设置发电机电压开关室 这样距离发电机最近 又不增加开挖量 但这样布置发电机出线要从上游侧引出 而上游侧往往是水 力机械 辅助设备的管道集中的地方 因此要解决好机电交叉和干扰问题 对 于河谷狭窄 大坝较高的水电站 采用这种布置方式时 还应解决好变压器的 通风散热问题 如果厂房靠近坝体 厂坝之间没有空地时 则可适当加宽尾水平台 将主 变压器布置在尾水平台上 平台下面设置开关室 发电机出线从下游侧引出 这样可避免机电交叉 但增加了尾水平台水下部分的混凝土工程量 比在上游 侧加长钢管段长度的投资大 中央控制室及副厂房的布置 当厂坝之间布置变压器还有余地时 可布置 中央控制室 副厂房则布置在靠进厂公路的主厂房的一端 当中央控制室在厂 坝之间布置不下时 则布置在主厂房的一端 并尽量靠近发电机层 前者中央 控制室离发电机近 可以缩短控制电缆 并便于巡视 但不易做到自然采光 后者通风采光条件好 但至各机组距离稍远 当主变压器位于尾水平台上时 中央控制室及副厂房可布置在主厂房上游侧坝坡间 开关站的布置 开关站位置应尽量靠近主变压器 且交通运输和进出线方 便 坝后式电站的开关站一般布置在厂房侧的岸上 避免放在溢流坝段一侧的 岸上 进出线应避免跨越溢流区段上空 以防泄洪时泥雾影响线路的正常工作 如果大坝两岸地形陡峻 或开关站占地面积不大时 可在非溢流段的坝坡上作 阶梯式布置 也可以部分或全部布置在主厂房顶上 母线和电缆的布置 发电机至开关室以及开关室至主变压器的连接母线 其布置与主变压器 开关室的位置以及开关室的布置方式有关 当开关室至主 变压器低压侧有一段水平距离时 常用母线廊道布置其间的连接线 在廊道内 三相母线可垂直或水平布置 水电站中的电力电缆和控制电缆 应根据电站的总体布置 妥善地选择电 缆敷设的路径 尽量使路程短和避免与其他管路交叉 敷设方式采用电缆隧道 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 18 页 共 39 页 电缆沟和电缆竖井 电缆竖井内应设置楼梯和维修平台 母线廊道 母线竖井 电缆隧道 电缆竖井和电缆层中 应注意通风 防潮 防渗水等 计算书 第一章 短路电流计算 1 所选主接线为方案一 简化图如下图所示 图 1 1 主接线简化图 等值电路如图 1 2 所示 取 S 100MVA 求得各元件电抗标幺值为 B 发电机 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 19 页 共 39 页 X 0 25 0 167 1 x d N B S S 150 100 220kv 侧变压器 x xS U 0 115 21TB 2 B 100 K U N B S S 100 8 13 200 100 110kv 侧变压器 xS U 0 088 3 x 1TB 2 B 100 K U N B S S 100 5 10 200 100 自耦变压器 x 8 7 64 41 0 132 4 2 1 20000 100 x 8 7 41 64 0 060 5 2 1 20000 100 线路 x x 0 4 100 0 076 6l 2 B B U S 2 230 100 系统 x x 0 4 0 008 7 S B S S 5000 100 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 20 页 共 39 页 图 1 2 电气主接线等值电抗图 2 短路电流计算 对 d 点进行短路点计算 简化如图 1 3 1 图 1 3 d 点短路电抗简化图 1 x 0 141 8 2 21 xx x x x 0 20 9 2 31 xx 45 x 0 046 107 6 2 x x 故短路时经系统流出电流为 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 21 页 共 39 页 I 5 46 KA S 10 1 x B B U S 3046 0 1 2303 100 且有 x x 0 141 0 423 1js8 B G S S 100 300 x x 0 20 0 60 2js9 B G S S 100 300 查水轮机运算曲线 t 0s t 0 1s t 1s t 2s t 4s I 2 63 2 30 2 40 2 53 2 68 1 I 1 8 1 66 1 87 2 05 2 26 2 220kv 侧 I I 2 63 0 660 KA 01 B B U S 32303 100 I I 2 30 0 577 KA 1 01 B B U S 32303 100 I I 2 40 0 602 KA 11 B B U S 32303 100 I I 2 53 0 635 KA 21 B B U S 32303 100 I I 2 68 0 673 KA 41 B B U S 32303 100 110kv 侧 I I 1 8 0 904 KA 02 B B U S 31153 100 I I 1 66 0 833 KA 1 02 B B U S 31153 100 I I 1 87 0 939 KA 12 B B U S 31153 100 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 22 页 共 39 页 I I 2 05 1 029 KA 22 B B U S 31153 100 I I 2 26 1 135 KA 42 B B U S 31153 100 由 I I I I 得 1d S t 0s t 0 1s t 1s t 2s t 4s I 7 024 6 87 7 001 7 124 7 268 1d i 2 62 7 024 18 403 KA ch1 2 dchI K I I 1 56 7 024 10 957 KA ch1d 2 1 21 ch K 对 d 点进行短路点计算 简化图如图 1 5 所示 2 图 1 5 d 点短路电抗简化图 2 x x 0 141 118 x 0 128 12 2 31 xx x x x 0 072 1345 x x 0 046 1410 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 23 页 共 39 页 对 x x x进行 Y 变换 111314 x x x 0 141 0 072 0 434 151113 14 1311 x xx 046 0 072 0 141 0 x x x 0 046 0 072 0 141 161413 11 1314 x xx 141 0 072 0 046 0 故短路时经系统流出电流为 I 1 78 KA s 16 1 x B B U S 3141 0 1 2303 100 且有 x x 0 434 1 302 3js15 B G S S 100 300 x x 0 128 0 384 4js12 B G S S 100 300 查水轮机运算曲线 t 0s t 0 1s t 1s t 2s t 4s I 0 81 0 798 0 888 0 888 0 888 3 I 2 922 2 508 2 569 2 671 2 782 4 220kv 侧 I I 0 81 0 203 KA 03 B B U S 32303 100 I I 0 798 0 20 KA 1 03 B B U S 32303 100 I I 0 888 0 223 KA 13 B B U S 32303 100 I I 0 888 0 223 KA 23 B B U S 32303 100 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 24 页 共 39 页 I I 0 888 0 223 KA 43 B B U S 32303 100 110kv 侧 I I 2 922 1 467 KA 04 B B U S 31153 100 I I 2 508 1 259 KA 1 04 B B U S 31153 100 I I 2 569 1 290 KA 14 B B U S 31153 100 I I 2 671 1 341 KA 24 B B U S 31153 100 I I 2 782 1 397 KA 44 B B U S 31153 100 由 I I I I 得 2d S t 0s t 0 1s t 1s t 2s t 4s I 3 45 3 239 3 293 3 344 3 40 2d i 2 62 3 45 9 039 KA ch2 2 dchI K I I 1 56 3 45 5 382 KA ch2d 2 1 21 ch K 对 d 点进行短路点计算 简化图如图 1 6 所示 3 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 25 页 共 39 页 图 1 5 d 点短路电抗简化图 3 x 0 167 171 x x x 0 282 181 x 2 x x 0 20 199 x x 0 115 202 x x 0 046 2110 对 x x x x进行网络变换 18192021 Y 3 546 5 8 696 21 739 38 981 21201918 1111 xxxx x xx Y 0 282 0 115 38 981 1 264 221820 x xx Y 0 20 0 115 38 981 0 897 231920 x xx Y 0 046 0 115 38 981 0 206 242120 故短路时经系统流出电流为 I 1 219 KA s 24 1 x B B U S 3206 0 1 2303 100 且有 x x 0 167 0 25 5js17 B G S S 100 150 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 26 页 共 39 页 x x 1 264 1 896 6js22 B G S S 100 150 x x 0 897 2 691 5js23 B G S S 100 300 查水轮机运算曲线 t 0s t 0 1s t 1s t 2s t 4s I 4 290 3 375 3 174 3 133 3 098 5 I 0 550 0 552 0 572 0 572 0 572 6 I 0 385 0 387 0 388 0 388 0 388 7 220kv 侧 I I I 4 840 1 215 KA 05 6 B B U S 32303 100 I I I 3 927 0 986 KA 1 05 6 B B U S 32303 100 I I I 3 746 0 940 KA 15 6 B B U S 32303 100 I I I 3 705 0 930 KA 25 6 B B U S 32303 100 I I I 3 670 0 921 KA 45 6 B B U S 32303 100 110kv 侧 I I 0 385 0 193 KA 07 B B U S 31153 100 I I 0 387 0 194 KA 1 07 B B U S 31153 100 I I 0 388 0 195 KA 17 B B U S 31153 100 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 27 页 共 39 页 I I 0 388 0 195 KA 27 B B U S 31153 100 I I 0 388 0 195 KA 47 B B U S 31153 100 由 I I I I 得 3d S t 0s t 0 1s t 1s t 2s t 4s I 2 627 2 399 2 354 2 344 2 335 3d i 2 62 2 627 6 883 KA ch3 2 dchI K I I 1 56 2 627 4 098 KA ch3d 2 1 21 ch K 对 d 点进行短路点计算 简化如图 1 7 所示 4 图 1 7 d 点短路电抗简化图 4 x x 0 141 258 x 0 072 2613 x x x x 0 255 2713 x x 0 088 283 x x 0 167 291 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 28 页 共 39 页 x x 0 046 3010 对 x x x进行 Y 变换 252630 x x x 0 141 0 072 0 434 312526 30 2625 x xx 046 0 072 0 141 0 x x x 0 046 0 072 0 141 323026 25 2630 x xx 141 0 072 0 046 0 对 x x x x进行网络变换 二次简化图如图 1 8 27283132 图 1 8 d 点短路电抗二次简化图 4 Y 3 922 11 364 2 304 7 092 24 682 32312827 1111 xxxx x xx Y 0 434 0 088 24 682 0 943 333128 x xx Y 0 255 0 088 24 682 0 554 342728 x xx Y 0 141 0 088 24 682 0 306 353228 故短路时经系统流出电流为 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 29 页 共 39 页 I 0 820 KA s 35 1 x B B U S 3306 0 1 2303 100 且有 x x 0 943 2 829 8js33 B G S S 100 300 x x 0 167 0 251 9js29 B G S S 100 150 x x 0 554 0 831 10js34 B G S S 100 150 查水轮机运算曲线 t 0s t 0 1s t 1s t 2s t 4s I 0 364 0 365 0 366 0 366 0 366 8 I 4 290 3 375 3 174 3 133 3 098 9 I 1 254 1 199 1 423 1 507 1 513 10 220kv 侧 I I 0 364 0 091 KA 08 B B U S 32303 100 I I 0 365 0 092 KA 1 08 B B U S 32303 100 I I 0 366 0 092 KA 18 B B U S 32303 100 I I 0 366 0 092 KA 28 B B U S 32303 100 I I 0 366 0 092 KA 48 B B U S 32303 100 110kv 侧 I I I 5 544 2 783 KA 09 10 B B U S 31153 100 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 30 页 共 39 页 I I I 4 574 2 296 KA 1 09 10 B B U S 31153 100 I I I 4 597 2 308 KA 19 10 B B U S 31153 100 I I I 4 64 2 329 KA 29 10 B B U S 31153 100 I I I 4 611 2 315 KA 49 10 B B U S 31153 100 由 I I I I 得 4d S t 0s t 0 1s t 1s t 2s t 4s I 3 694 3 208 3 22 3 241 3 227 4d i 2 62 3 694 9 678 KA ch4 2 dchI K I I 1 56 3 694 5 763 KA ch4d 2 1 21 ch K 短路电流计算结果如表 1 1 表表 1 1 短路电流计算结果表短路电流计算结果表 短路电流周期分量短路冲击电流 各时刻短路电流 KA 短路 类型 短路点短路点 位置 0s0 1s1s2s4s 有效值 I ch KA 最大值 i ch KA 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 31 页 共 39 页 d1 220KV 母线 7 0246 8707 0017 1247 26810 95718 403 d2 110kV 母线 3 453 2393 2933 3443 405 3829 039 d3 220KV 侧 发电机 2 6272 3992 3542 3442 3354 0986 883 三 相 短 路 d4 110KV 侧 发电机 3 6943 2083 223 2413 2275 7639 678 第二章 电气设备选择计算 2 1 断路器与隔离开关选择计算 一 断路器选择计算 根据额定电压 额定电流 开断电流 短路关合电流初步选择 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 32 页 共 39 页 表表 2 1 断路器的特性参数断路器的特性参数 型号 额定 电压 额定 电流 额定开 断电流 热稳定 电流 动稳定 电流峰 值 短路关合 电流峰值 全开 断时 间 s LW6 220220KV3150A31 5KA50 3s125KA125KA0 06 LW6 110110KV3150A31 5KA50 3s125KA125KA0 06 HB1212KV2500A40KA40 4s100KA100KA0 075 220KV 侧断路器的选择 LW6 220 型 SF6 型断路器 热稳定性校验 取继保装置后备保护动作时间 tpr 0 6s 短路计算时间 tk tpr tbr 0 66s 又查短路电流周期分量等值时间曲线有 tp 0 45s 因1 1 II f 故应考虑非周期分量热效应非周期分量的等值 tnp 0 05 0 05s 1 K t 2 热效应为 0 45 0 05 24 668 2 024 7 nppK ttIQSKA 2 因为所以所选断路器热稳定性满足要求 Kt QSKAtI 222 7500350 动稳定性校验 因为 所以其动稳定性也满足要求 kAikAi ches 403 18125 所以该型号断路器满足要求 110KV 侧断路器选择 根据额定电压 额定电流 开断电流 短路关合电流初步选择 LW6 110 型 SF6 断路器 热稳定性校验 取继保装置后备保护动作时间 tpr 0 6s 短路计算时间 tk tpr tbr 0 66s 又查短路电流周期分量等值时间曲线有 tp 0 45s 因1 1 II f 故应考虑非周期分量热效应非周期分量的等值 tnp 0 05 0 05s 1 K t 2 热效应为 0 45 0 05 5 951 2 450 3 nppK ttIQSKA 2 因为所以所选断路器热稳定性满足要求 Kt QSKAtI 222 7500350 动稳定性校验 水电站电气主接线及电气设备布置设计 第 33 页 共 39 页 因为 所以其动稳定性也满足要求 kAikAi ches 079 9 125 所以该型号断路器满足要求 发电机侧断路器选择 根据额定电压 额定电流 开断电流 短路关合电流初步选择 HB12 型 SF6 断路器 热稳定性校验 取继保装置后备保护动作时间 tpr 0 6s 短路计算时间 tk tpr tbr 0 66s 又查短路电流周期分量等值时间曲线有 tp 0 45s 因1 1 II f 故应考虑非周期分量热效应非周期分量的等值 tnp 0 05 0 05s 1 K t 2 热效应为 0 45 0 05 6 822 2 694 3 nppK ttIQSKA 2 因为所以所选断路器热稳定性满足要求 Kt QSKAtI 222 6400440 动稳定性校验 因为 所以其动稳定性也满足要求 kAikAi ches 678 9 12 所以该型号断路器满足要求 二 隔离开关选择计算 隔离开关的选择条件基本上同断路器的选择条件 初步选择的隔离开关型号与参数如下 表表 2 2 隔离开关特性参数隔离开关特性参数 型号额定电压额定电流短时耐受电流峰值耐受电流 GW4 220D 600220KV600A50 4s50KA GW4 110D 630110KV630A50 4s50KA GN2 20 400 1020KV400A10 10s50KA 220KV 侧隔离开关 初步选择 GW4 220D 600 型隔离开关 热稳定性校验 因为 满足 24 668 10000450 222 Kt QSKAtISKA 2 动稳定性校验 满足 403 1850 ches ikAikA 110KV 侧隔离开关 初步选择 GW4 110D 630 型隔离开关 水电站电气主接线及