安化晏家水电站电气设计说明书007.doc

湖南水利水电职业技术学院 安化晏家水电站电气设计目 录前言.2第1章 设计原始资料1.1 概况.41.2 水文资料.41.3 地质资料.51.4 工程任务和规模.51.5机器及金属机构.61.6设计概算及国民经济评价.6第2章 变压器的选择2.1 主变压器的选择.82.2 厂用变压器的选择.9第3章 电气主接线设计3.1 电气主接线的概述.113.2 电气主接线的方案拟定及比较.11第4章 短路电流计算4.1 短路电流计算的目的.144.2 短路电流计算的内容.144.3 短路电流计算的方法.144.4 短路电流计算成果表.15第5章 设备的选择、校验 5.1 电气设备选择的一般条件.16 5.2 按正常工作条件选择电气设备和载流导体. 16 5.3 按短路条件校验电气设备热稳定和动稳定.18 5.4 电气一次设备的选择及成果.18第6章 电气设备的总体布置6.1电气部分总体布置方案.19 6.2 各主要电气装置位置的分析和选择.19总结.20致谢.21参考文献.22 前 言电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再通过由变压器、电力线路的等变换、输送、分配电能设备所组成的电力网络将电能供应到各负荷中心，供给用户使用。电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。电气一次部分主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身投资的大小、运行的灵活性、经济以及供电的可靠性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式拟定有较大的影响。随着社会的进步和经济的发展，电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域。本文是对装设有2台1600KW发电机组的小型水电站电气一次部分的初步设计。主要完成了电气主接线的设计，其中包括电气主接线的形式的比较、选择及确定；主变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与效验。 第一章 设计原始资料1.1 概况渠江镇位于安化县境西南部，东邻柘溪林场，南抵平口镇和溆浦县善溪乡，西与溆浦县两江乡、水田庄乡相连，北与烟溪镇接壤。晏家水电站位于渠江镇南部的晏家村，晏家村与溆浦县善溪乡相邻，该村距渠江镇政府驻地15km，现有人口1100人。晏家水电站位于资水一级支流渠江下游，距资水入河口15km，坝址以上控制集雨面积620km,其库雨区域大部分属溆浦县内，占渠江总流域面积的72.9%。大坝为砼石坝。电站厂房为引水式厂房，水库属于无调节水库，有效库容为102.3万方，水轮机发电机型号为SF1600-20/2600,P为1600KW，U为6.3KV，cos为.0.8，Xd为0.2。利用可控硅静止励磁装置励磁，定子绕线为Y接线。发电机绕组出线在-x与+y象限内，离Y轴30度，发电机中心点引出线在+x与+y象限内，离Y轴30度。水轮机型号为ZD680-LH-180，设计水头10米，本机引用流量19.4立方米/秒。1.2 水文资料1.2.1 气象该流域地处亚热带季风湿润气候区，夏季温暖湿润、冬季寒冷干燥。五月至九月平均气温一般都在22摄氏度以上，五六月份为梅雨季节，湿度很大。七八月份在西太平洋副热带高压控制下，各地出现极端高温。进入冬季后，由于受西伯利亚寒流影响，气候干燥，少雨，多出现西北风。根据安化气象站资料统计：多年平均降雨量在1692.0mm，多年平均蒸发量1117.6mm；多年平均气温16.2摄氏度，极端气温最高为41.8摄氏度(1961年七月23日)，极端最低气温为-11.3摄氏度（1977年1月30日），多年平均相对湿度为81%，多年平均有霜期为81天，多年平均风速1.2m/s，多年汛期最大风速平均值为10.7m/s，最大风速15.7m/s(1979年4月12日)。1.2.2 水文渠江总流域面积851km，干流全长99km，干流平均坡降3.64%。渠江发源于新化县内，有两大支流；其中左支岗东河干流长度33.5km，控制集雨面积185km；右支朱溪江干流长度58.5Km,控制集雨面积332km两大支流于两江汇入渠江，渠江经安化县的连里乡注入资水。晏家水电站位于渠江下游，距离资水入河口15Km，坝址在以上控制集雨面积620km，流域内属于中低山区，山峦重叠，森林密布。 晏家水电站有实测的降雨、水位、流量等资料。水文成果如下：晏家水电站坝址处多年平均流量为19.57，多年平均径流量为6.17亿/m。坝址处各频率下的洪峰流量：2171（P=1%）,1885(P-2%),1668(P=3.33%)，1497(P=5%)，1209（P=10%），922(P=20%)，551(P=50%). 施工期洪水考虑枯水期洪水，计算得各频率下枯水期洪峰流量为764(P=5%)，472（P=10%），388(P=20%)，178(P=50%)。1.3 地质资料 建区河流流向由东北往西南流，坝址附近河床海拔为168.62169.56m，河床平均坡降约为0.34%。建坝址河床左岸水深2.4米，河底裸露基石最低标高为167.35m；河床右岸砂砺石层厚度为04.2米，河谷宽为131米，两岸山顶标高约为800米，工程区地震基本烈度为23.5级。1.4 工程任务和规模晏家水电站位于资水一级支流渠江下游，坝址处在安化县渠江镇晏家村境内，其库区及集雨区域大部分属于溆浦县境内。该工程上游水位受梧桐水电站尾水控制，下游水位受柘溪水库运行的情况。有以上可知，从梧桐水电站至柘溪水库之间有约10米水头的水资源可以开发利用。根据年保证出力，从年发电量、年利用小时数、工程总投资和工程年运行费用等各项指标综合分析后，本阶段选择装机容量为3200KW。根据电站的流量水头特性，采用轴流式机组，综合考虑电站的投资及以后的运行情况，选择采用两台1600kw发电机组，转轮直径180cm，额定转速为300r/min，额定流量为19.4。额定电效率90%。1.5 机器及金属机构（1） 水轮机主要参数型号：ZD680-LH-180 台数：2台额定水头：10.0m 额定出力：1778KM 额定流量：19.40额定工况点效率：90% 额定转速：300r/min（2） 调速器：选用2个YWT-3000型自动调速器。（3） 发电机主要参数型号SF16000-20/2600,额定功率1600KW,共两台；额定电压6300V, 额定转速300r/min; 功率因数0.8（4）变压器主变压器型号：S9-4000/35 台数：一台厂用变压器型号：SC10-315/6.3 台数：一台此电站主要金属结构为出口工作闸门和检修闸门以及其启闭设备。闸门均采用钢闸门，共七扇；启闭设备均采用手、电两用螺杆式启闭机，分别有一台五吨、二台十吨、二台十五吨。1.6 设计概算及国民经济评价以建设项目经济评价方法与参数和水电建设项目财务评价暂行规定为依据，并结合国家现行财税制度和当地实际情况对晏家水电站工程进行国民经济评价和财务评价。根据投资估算成果，本工程静态投资1897.68万元，扣除投资中国民经济转移部分，调整后的国民经济评价总投资1776.64万元。该项目经济内部收益率为13.3%大于社会折现率12%，经济净现值142.76万元大于零，费用经济效益比1.084大于1。该项目国民经济评价合理。根据上网电价0.28元/度，还贷资金来源与折旧费和未分配利益；该项目仅在建设期负债率高点，随着机组投产，资产负债率很快逐年下降，经过计算，贷款偿还年限为11.6年，投资回收期为12.2年。此工程所得税前财务内部收益率为9.3%，所得税后财务内部收益率为8.7%财务评价可行。综上所述，兴建该工程社会经济效益和财务效益较好，收益可观，更重要的是能缓解当地附近用电紧张的局面，能促进地区国民经济可持续发展，具有良好的社会效益和经济效益。第2章 变压器的选择2.1 主变压器的选择变压器是比较可靠的元件，发生事故的几率很小，但它在电能生产和输送过程中一旦发生事故，其严重性和影响面都是很大的，必须予以足够的重视。（1） 主变容量的选择由于发电机电压侧有较大的近区负荷，则主变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。（2） 主变台数的选择主变台数的选择因数较多，主要取决于该电站在电力系统中的重要性和电站装机台数。由于该电站属于小型水电站，为了考虑经济性，所以选择一台主变最合适。（3）主变型式的选择中小型水电站的主变宜采用三相普通油浸式电力升压变压器，具有常规的接线组别Y,d11或者YN,d11。其冷却方式、使用材料、电压调节的项目一般按照厂家标准，但用户可以提出阻抗值、低损耗甚至有载调压等方面的特殊要求。查电气设计手册得下表2.1：型号额定容量（KVA）电压组合连接组别空载损耗（KW)负载损耗（KW)空载电流（%）空载电压（%）高压（KV）高压分接范围（%）低压（KV）S9-630/3563035510.5Y,d111.087.850.376.5S9-1000/3510001.0512.01.06.5S9-1250/3512501.8014.00.96.5S9-1600/3516002.1317.00.856.5S9-2000/3520002.6019.00.756.5S9-2500/3525003.1021.00.756.5S9-3150/3531503538.53.8024.50.707S9-4000/3540004.6029.00.707S9-5000/3550005.5033.00.607S9-6300/356300 22.5 10.511 Ynd116.6037.00.607.5S9-8000/3580008.5042.00.557.5S9-10000/351000010.038.30.557.5S9-12500/351250012.057.50.508.0S9-16000/35 16000 14.6 70.0 0.50 8.0 依据原始资料可得晏家水电站的总装机容量为3.2MW，主变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷之后，应该还留有10%的裕度来确定，所以主变压器的容量应选4MVA。 根据上述表可得主变压器型号为S9-4000/38.5为主变压器。2.2厂用变压器的选择厂用电设计步骤：（1） 了解初步设计时确定的有关原则，详细了解电气主接线，电站运行方式与在系统中的作用等，最终确定厂变的台数。（2） 收集各种厂用负荷的容量大小，用途性质，重要程度等资料。逐一对厂用负荷进行分类统计。（3） 对厂用负荷进行分析统计，确定厂用负荷的计算负荷，选定厂用变的型式与容量。（1） 厂用变型式选择目前可供选择的厂用变压器型式有油浸式、普通干式、浇注式。油浸式的优点是过载过压能力强、订货容易、维修简便、价格便宜。屋内屋外都适合布置。缺点是带有一定油量，屋内布置时要有防火防爆小间及通风散热及事故排油等设施。干式变压器是无油设备，防火性能好，但绝缘水平要比相同电压等级的油浸式变压器低，过载能力也低，因此不允许直接与架空线路连接，否则要经过不短于500m的电缆或者采用灭弧电压较低的避雷器作为进线保护。干式变压期只能作为屋内布置，而且要求有防潮防尘和通风良好的环境。环氧树脂浇注干式变压器具有一定的防潮和难燃的特点，比一般干式变压器为优。（2） 厂用变压器容量及台数选择 厂用变压器容量的选择，应保证在正常情况下满足全厂厂用电负荷的供电，不应由于过负荷过热而影响其使用寿命，在一般事故或检修条件下，应具有足够的备用容量，以保证发电机正常运行。厂用变压器容量与厂用变压器台数及备用容量方式有关。一般小型水电站采用机组自用电与全厂公用电混合供电方式，厂用变压器的台数为12台。电动机的计算负荷 为： 式中指电动机的额定容量， 指电动机效率；指电动机功率因数。查电气手册得下表2.2：序号设备名称型号台数容量（KW）功率因数效率参加计算负荷容量全部运行一台机检修台数容量台数容量1送水泵J62-26200.9188.3499.52249.762低压空压机J073-63200.8688.5252.40126.203压油装置油泵J71-22280.9189.0269.14134.754顶盖排水泵J42-214.50.8885.016.0216.025浮充电机J051-414.50.8585.016.2316.236蓄电池室通风机J41-6110.7276.711.8111.817主厂房通风机JO231-412.20.8481.512.7512.758桥式吊车1600.7088.5188.29照明20.1280%16.1080%16.10总计253.97231.46计入网络损失5%266.67243.03计入最大负荷同时率0.60.8213.34194.43根据上述资料可选择厂用变压器型号为SC10-315/6第三章 电气主接线设计3.1电气主接线的概述在水电站中，把发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆等一次设备，按一定顺序有机的连接起来，用以构成电站生产、汇集、和分配电能的一个电力系统，称为水电站电气主接线，它是电站电气主接线的主体。 电气主接线设计应充分考虑系统安全、可靠、经济、灵活。3.2 电气主接线的方案拟定及比较3.2.1主接线方案的拟定（1） 根据原始资料确定初步拟定：方案主变台数35KV母线接线形式6.3KV母线接线形式方案一1台单母线单母线方案二2台单母线单母分段(2)分别选择一下型号的变压器：方案主变台数型号接线方式参数方案一1S9-4000/35Y,d11空载损耗：4.60KW；负载损耗：29.0KW阻抗百分比：Ud=7%方案二2S9-2000/35Y,d11空载损耗：2.60KW；负载损耗：19.0KW阻抗百分比：Ud=6.5%3.2.2主接线方案的比较为了正确的选择电气主接线，一般需要根据动能计算提供的水电站参数和系统提供的有关资料，初步拟定几个接线方案。这些方案在满足基本要求的情况下，允许各方案的技术条件有所差异，然后对参加比较的各个电气主接线进行详细的技术经济比较，最后选定技术上先进，经济上合理，分期过度方便、便于运行管理维护的最优方案，上报审批，作为水电站电气部分设计的依据。根据原始资料和比较方案分析列出两种主接线方案。方案一：35KV侧单母线接线，6.3KV侧单母线接线，一台主变：方案二：6.3KV单母分段，35KV侧单母线接线，二台主变：对两种主接线进行比较：（1） 方案一：35KV，6.3KV侧单母线接线的优点是接线简单、清晰、操作维护方便；所用电气设备少、配电装置间隔少、造价低、经济性好。缺点是可靠性和灵活性较差，当母线或任何一个母线侧断路器、隔离开关故障或者检修时，必须切断全部电源，无法继续供电。（2） 方案二：6.3KV单母分段，35KV侧单母线接线中，有两台主变压器工作，保证了任意一台变压器检修或故障，也不至于停电，从而提高了可靠性，但经济性低，而且6.3KV侧母线检修时倒闸操作复杂，设备相对于单母线接线一台主变的来说，设备多、投资也大、经济性不好。 通过对两种主接线的可靠性，灵活性和经济性的比较，因为该电站主要满足的是经济性，所以最终确定为方案一为设计方案。第四章 短路电流计算4.1 短路电流计算的目的（1） 选择和校验电气设备（2） 进行继电保护装置的选型和整定计算（3） 分析系统的故障与稳定性能，选择限制短路的措施（4） 确定电力线路对通信线路的影响（5） 确定分列导线间隔棒的间距选择和校验电气设备时，只要近似计算出通过所选电气设备可能出现最大三相短路电流值。设计继电保护和系统故障分析，要对各种短路情况下各支路的短路电流和各母线电压进行计算。4.2 短路电流计算的内容（1） 短路点的选取：各级电压母线（2） 短路时间的确定：根据电气设备选择，确定计算短路电流的时间（3） 短路电流的计算：无穷大系统短路电流；有限大系统短路电流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目和计算条件，取决于计算短路电流的目的。4.3短路电流计算的方法 供配电系统某处发生短路时，要计算出短路电流必须计算出短路点到电源回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种：标幺值和有名值。 标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任意参数对其基准值的比较。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算，在电力系统中宜采用标幺值法去进行短路电流计算。有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1KV一下低压供电系统短路电流的计算。4.4 短路电流计算成果表短路时平均电压6.335计算电抗0.20.27t=05.54.152.0161.521t=0.14.053.21.4851.206t=0.43.743.151.3711.155t=0.63.713.141.3601.151t=1.03.543.131.2981.141t=2.03.383.11.2391.136t=4.03.233.081.1841.129冲击电流（KA）16.57731.474短路电流（KA）5.2610.053第5章 设备的选型、校验5.1 电气设备选择的一般条件在水电站电气部分设计中，设备选择是一项重要内容，尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但他们的基本要求却是相同的。一般电气设备选择应满足一下原则：（4） 按正常的工作条件选择（5） 选择电器和导体时应尽量减少品种（6） 应与工程建设标准协调一致，扩建工程在保证技术先进性的前提下，尽量使新老型号一致（7） 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（8） 力求技术先进和经济合理（9） 选用的新产品均具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格 上述原则的基本点有两条：一是按正常运行条件选择；二是按短路条件校验。这就是选择电气设备的一般条件。5.2 按正常工作条件选择电气设备和载流导体（1） 按使用环境选型 按户内、户外等安装环境选型 安装在户内、户外的设备，其绝缘要求、制造工艺等方面都是不同的，户外设备技术要求要比户内要求高得多。因此，户内设备只能用在户内，户外设备虽然也可以使用在户内，但其体积和价格都比户内的大，出特殊情况外，也因尽量避免户外设备使用在户内。（2） 按额定电压和最高工作电压选择 导体和电气设备所在电网的运行因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，所以所选电气设备和载流导体允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压 即：（3） 额定电流的选择导体和电气设备的额定电流或载流导体的长期发热允许电流应不小于该回路最大持续工作电流，即应满足的条件：1. 由额定电流修正为允许电流对于载流导体，当实际使用环境温度不等于其额定环境温度(我目前生产的电气设备的额定环境温度为40摄氏度，裸导体的额定环境温度为25摄氏度)时，其长期允许电流可修正为2. 最大持续工作电流的计算设备最大持续工作电流取其所在回路的主要电力设备在夏季的长期允许工作电流。在正常允许条件下，可按一下原则考虑： 发电机在电压降低5%时，出力保持不变，不其相应回路的为=三相电力变压器=出线回路= 此外，还有母线分段、母联、桥断路器等回路，按各种运行方式下可能出现的最大功率计算；汇流主母线的最大工作电流在母线上主设备而定，并与接线单元的排列顺序有关，电动机回路按电动机的额定电流计算。5.3 按短路条件校验电气设备热稳定和动稳定（1） 电气设备的热效应校验热稳定校验指在直接或间接的判断电气设备在短路终止时的温度是否超过其短时发热的允许温度 短路电流通过时，导体和电气设备各部件温度、发热效应应不超过允许值，即应满足热稳定的条件为 短路电流热效应由短路电流周期分量而效应和短路电流非周期分量热效应两部分组成，即（2） 电气设备的动稳定校验动稳定校验指在判明初选设备是否能经受的住所在回路的最大短路冲击电流的电动力作用。被选择的电气设备和导体，通过可能最大的短路电流时，不应因短路电流的电动力而造成变形或损坏，即动稳定应满足的条件是 或5.4 电气一次设备的选择及成果名称35KV6.3KV断路器LW7-35/1600ZN5-10/1000隔离开关GW4-35T/630GN19-10/630-20熔断器RW5-35RN1-10电流互感器LZZB6-35W/20LDZB6-10电压互感器JDX6-35JDZX6-10避雷器（避雷针）Y5W4-41/108Y3W-12.7/31母线LGJ-70LMY-6010架空线LGJ-75电力电缆VLV-3120/6第6章 电气设备的总体布置6.1 电气部分总体布置方案水电站的总电气布置一般受内部因数和外部因数的影响与制约，所谓的内部因数主要有电气主接线的结构、各装置的型式和装置间的连接方式。外部条件是指电站的地形和水文条件/枢纽建筑物的组成、主厂房的型式和及进站公路的走线等。这些内外条件尤其是外部条件千差万别，是水电站的电气总布置变化多样，难以实现定型设计，而需因地制宜、灵活巧妙地根据具体情况，拟定各主要装置的位置，组成不同的电气总布置方案，在比较择优。这是确定水电站总电气布置的一般原则。6.2 各主要电气装置位置的分析和选择 从发电机至主变，中间经过配电装置，电压较低而电流较大，常采用硬母线或动力电缆连接。三者宜靠近布置以缩短连接导体的长度，同时也减少大电流回路的电能损耗。这便是常见的发电机、配电装置和变压器相结合的布置，即发-配-变布置链。显然，在这种布置链中，主变位置决定配电装置的位置和发电机出线的大致方向。为了运行的方便和缩短二次电缆的长度，中控室等电气副厂房与发电机电压配电装置及主变一起置于主厂房的同一侧，主变与升压配电装置联接。可见，在一般正常情况洗，主变室处于电气总布置的中心和纽带地位，它的位置大体上确定了发电机出行方向和电气副厂房的位置。因此，不同的主变位置常常是构成不同的电气总布置方案的基础。总 结时光荏苒，两年半的大学生活一晃而过，随之而来的是最后的毕业设计，时至今日，我的设计基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个设计过程难以用语言来表达。历经了一个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落