水电站初步技术设计

1、 毕 业 设 计 设计题目：八盘溪 水电站初步技术设计 （发电机和电气部分） 设计任务指导书设计任务指导书 第一部分 设计原始资料 一、电站地理位置：位于华南地区北江流域。 二、枢纽任务：以防洪为主，兼顾减淤、防凌，供水与发电。 三、水电站设计保证率：90%。 四、水能开发方式：坝式开发，电站为岸边引水式地下厂房。 五、地质概况：建坝位置河道开阔覆盖层 30-40 米。山体为砂岩断层相对较少 六、水能规划主要参数 1、水库调节性能及参数：水库调节性能：不完全年调节 总 库容：136.4 亿立方米 正常蓄水位：255.0 米 有效 防洪库容：40.5 亿立方米 设计洪水位：267.3 米 调水

2、调沙库容：10.0 亿立方米 校核洪水位：268.0 米 死水位：235.0 米 2、 总装机容量：p 总=1200mw 保证出力：400mw 3、 水轮机工作水头 最大水头 hmax=120m平均水头 hav=95m 设计水头 hr=90m最小水头 hmin=80.0 4、 水库运行水位 7-9 月按死水位运行， 10-6 月按正常高水位运行。 5、 引水系统水头损失 h=2.97*10-5q 2 ， q 为单机流量 6、 坝下游牲征水位 洪水尾水位： 139.36m洪水尾水位：139.49正 常尾水位： 134.72最低尾水位：133.64 7、 泥沙条件 时段（年）第 13 年第 410

3、 年第 1114 年 过机泥沙 kg/m3 7.421.535.3 七、交通：交通便利，坝址下游有铁路干线经过。 八、本电站采用 8 台 hl180 水轮机，发电机型号：sf150-20/1136；额定转速 n=150r/min. 1、本电站承担蜂荷任务备用，汛期担负基荷。 2、本电站有 500kv 和 220kv 两极电压接入系统。其中 500kv 电压一回，220kv 电 压八回。 3、短路电流计算参数基 淮容量：100mva 系统等值电抗母线运行电压 500kv正序电抗：0.0063 零序电抗：0.0183 正序 525kv 最高 550kv 220kv正序阻抗：0.0078 零序阻抗：

4、0.0146 正序 217kv 最高 242kv 发电机 x”d=0.22(饱和值)额定功率因数 0.9（滞后） 4、厂用电有 6kv 和 0.4kv 两种电压等级，厂用变压器按装机容量的 0.5%选定 第二部分任务与要求 一、发电机部分 1、根据水电站装机形式，单机出力和转速，确定发电机类型及结构形式， 以及单机容量，电压等级，功率因数等。 2、确定发电机的冷却方式及励磁方式。 3、对发电机结构的特殊要求。 4、估算发电机的外形尺寸。并绘制外形件图，标号尺寸。 二、电气部分 1、通过技术经济的比较论证，确定电站电气的主接线。 2、计算短路电流和选择主要电器设备。 3、确定厂用变压器台数，容量

5、及连接地点。 4、配置电压，电流互感器，并确定其型号，变比和接线方式等。 5、初步规划二次回路的基本方案。 6、结合厂房布置，确定主要电器设备的布置。 7、绘制电气主接线图一张（包括互感器配置） 。 三、计算书和说明书 1、分别编写设计计算书和设计说明书各一份。 2、计算忆要求计算准确，层次清晰，公式和系数选择要求正确合理并标明 依据。 3、说明书要论证充分正确，结论清楚.书定字迹归整。 4、图纸要符合标准，电气主接线，选择一张采用 1#图计算机绘制。 5、说明书附英文标题与摘要。 摘摘 要要 八盘溪水电站位于华南地区北江流域，主要任务是：以防洪为主，兼顾减淤、防 凌，供水与发电。电站形式为一

6、岸边引水式地下厂房的电站。 本设计依据丰富的原始 资料和严格的设计程序, 通过详细地计算充分论证了电站在经济上的合理性和技术上 的安全、 可靠性及实际操作的可行性。 在设计过程中, 参考大量的文献资料, 广泛 征求各位指导老师的意见, 力求对电站主要设备的选型和布置得出合理的结论。 本设计遵循严格的设计程序, 资料较全, 图文并茂。 其主要内容包括:发电机的 选型设计, 电气主接线及电气主要设备的确定,及电气主接线短路计算等内容。 关键词: 发电机、 变压器、电气、接线。 abstractabstract ba pan xi hydroelectric basin in southern ch

7、ina beijiang, the main tasks are : to flood prevention-oriented, taking into account shortages, ice, water and electricity. form a shore station for the diversion of underground power station plant. the original design for the rich design information and strict procedures fully proved through a deta

8、iled calculation of the power station in the economic rationality and technical safety, reliability and operational feasibility. in the design process, a lot of reference documentation to solicit your guidance teachers advice to the models of power stations and major equipment layout to their logica

9、l conclusion. the design follow strict design process information more whole, the book. its main contents include : generator models designed main electrical wiring and electrical equipment to determine the main, and electrical wiring short circuit calculation, the main content. keywords : generator

10、s 、 transformers 、 electrical 、 wiring. 绪绪 论论 八盘溪水电站采用坝式开发，为岸边引水式地下厂房，其枢纽任务主要以防洪为 主，兼顾减淤、防凌、供水与发电。本书主要是针对电站发电方面的设备选择与参数 计算。水电站在运行过程中既要考虑设备的稳定、安全性，又要考虑其可靠性。本书 共分两章： 1.发电机部分，主要是确定发电机的类型以及结构形式，单机容量等性能 参数，并估算发电机的外形尺寸；2.电气部分：通过技术、经济比较确定电站的电气 主接线，并由此计算短路电流，选择主要电气设备，初步规划二次回路的基本方案. 目目 录录 第一部分第一部分 设计说明书设计说明书

11、 1 1 第一章第一章水轮发电机水轮发电机 1 1 1.1 水轮发电机及各参数的确定9 1.2 发电机外形尺寸的估算 10 第二章第二章电气部分电气部分 1111 3.1 电力系统及负荷概况11 3.2 电气主接线方案的初步拟定12 3.3 最优主接线方案的确定13 3.4 主变的选择16 3.5 短路电流计算17 3.6 主要电气设备的选择18 3.7 厂用电系统的选择23 3.8 二次规划23 第二部分第二部分 设计计算书设计计算书3939 第二章第二章 水轮发电机水轮发电机 8181 2.1 发电机类型及各参数的确定81 2.2 发电机外形尺寸估算83 第三章第三章 电气部分电气部分 8

12、686 3.1 主变的选择86 3.2 短路电流计算86 3.2.1 等值阻抗图的绘制86 3.2.2 短路点的计算89 3.3 断路器的选择92 3.4 隔离开关的选择94 3.5 母线的选择 95 3.5.1 220kv 高压母线的选择 95 3.5.2 发电机出口母线的选择 97 3.6 支柱式绝缘子的选择100 3.7 发电机中性点消弧线圈的选择101 3.8 避雷器的选择102 3.9 厂用电系统的选择103 3.10 二次规划 103 第一部分第一部分 设计说明书设计说明书 第一章第一章 水轮发电机水轮发电机 1.11.1 水轮发电机及各参数的确定水轮发电机及各参数的确定 1、发电

13、机类型： 根据水轮机类型，水轮发电机采用立式布置，由于机组的转速，同150 /minnr 时兼顾厂房布置的要求选择伞式水轮发电机。 2、水轮发电机的型号： 15060/1280sf 3、发电机冷却方式及励磁方式： 根据发电机额定转速和额定容量，查得发电机冷却方式为空冷，静止可控硅自并 励磁方式。 4、发电机的重量： 1003( ) f gt 5、 发电机飞轮力矩： 232 25.27 10 ()gdt m 1.21.2 发电机外形尺寸的估算发电机外形尺寸的估算 发电机外形平面和轴向尺寸计算结果见下表： 发电机外形尺寸 表 2-12-1 定子机座外径 d1 12057 风罩外径 d2 14457

14、 转子外径 d3 9338 平 面 尺 寸下机架最大外径 d4 8200 定子机座高度 h1 3619 上机架高度 h2 933.8 下机架高度 h3 1867.6 定子支承面至下机架支承面之间距离 h4 2334.5 下机架支承面至主轴发兰底面的距离 h5 1000 转子磁轭轴向高度 h6 2753 发电机主轴高度 h7 8709.8 定子铁心中心线至主轴法兰面距离 h8 4999.2 轴 向 尺 寸 定子机座支承面到发电机顶部高度 h9 7552.8 第二章电气部分第二章电气部分 2.12.1 电力系统及负荷概况电力系统及负荷概况 一. 原始资料 1. 电站工作情况 电站并入系统运行，在枯

15、水期承担峰荷及负荷备用，在丰水期承担基荷。 电站近区无负荷。 电气主要接线要求 500kv 出线一回，接入系统。 220kv 出线八回，均送往系统。 厂用电情况 厂用电有 6kv 与 0.4kv 两种电压等级。厂用变压器按总装机的 0.5%选定。 电站总装机 1500mw，电站设计保证率为 90%，有相应的升压及开关站。 二.原始资料分析 由原始资料可知电站近区无负荷，电厂生产的电能（除自用外）全部升压 220kv 或 500kv 送入系统。本电站承担峰荷及负荷备用，汛期担负基荷，所以主接 线设计要求具有较高的运行灵活性和供电可靠性， （同时考虑到本电站机组单机容 量大，故发电机与变压器之间考

16、虑采用单元接线） 。与此同时也要注意到建站的经 济可行性，尽量节省投资。 本电站的运行条件和在系统中所处的地位，要求电站主接线设计 易于实现自控，即：在事故切换或运行方式改变时，全部操作由断路 器完成，做到基本不用或完全不用隔离开关进行倒闸操作，隔离开关 只作为检修时隔离电流之用，以减少误操作。 母线设备故障时，可对某一输电线路短时停电，但一般情况下不 允许使电网解列运行，输电线路如发生瞬时故障时要设置同期装置以 迅速回复送电，同时满足机组调相运行要求。 因地理条件所限，故开关站的布置应在技术和经济允许的条件下尽可能减小 占地面积。 断路器或隔离开关等设备检修时，不应影响电站的正常运行。 本电

17、站有 500kv 和 220kv 两个电压等级，为了提高供电可靠性，应在两级电 压间使用自耦变压器。自耦变压器一般只设一台，最多不超过两台，以免造成布 置和引接线的困难。 2.22.2 电气主接线方案的初步拟定电气主接线方案的初步拟定 一、主接线的选择 八盘溪水电站概述及对本电站的设计要求： 八盘溪水电站位于华南地区北江流域， ，以防洪为主，兼顾减淤，防凌，供水与发电，属于坝 式开发，岸边引水式地下厂房，不完全年调节水电站。依水能规划拟订，总装机容量为 120 万千瓦， 保证出力 40 万千万，计算确定本站共八台机组，单机容量 15 万千瓦，要求本站承担峰荷及负荷备 用，汛期担负基荷，有 50

18、0kv 及 220kv 两级电压接入系统，其中 500kv 电压一回，220kv 电压八回 出线。 初步方案拟定原则 1本电站承担峰荷及负荷备用，要求主接线设计具有运行的灵活性及供电和保持系统功率流通的 可靠性，同时应注意到建站有运行的经济可行性。 2由本电站的条件和所处的地位决定，要求电站主接线设计易于实现自控，即在事故切换或运行 方式改变时，全部操作由断路器完成，做到基本不用或完全不用隔离开关进行倒闸操作，隔离开关 只作为检修时隔离电源之用，以减少误操作。 3因地理条件所限，开关站布置在技术和经济条件允许的情况下应尽可能减少占地面积。 4水电站装机及施工难度较大，故主接线力求简单可靠。 初

19、步主接线方案拟定 根据二、 “初步方案的拟定原则”及水电站机电设计手册 电气一次 “主接线设计”中述及 主接线方式，考虑本电站接线可为以下几种方式： 500kv 侧： 可采用一台半断路器接线和角形接线，双母线带旁路接线属超高压等级，其供电可靠性要求较 高，故： 1 双母线母联断路器兼旁路断路器： 该接线方式不仅只有双母线运行可靠灵活的优点，更可保证检修出线断路器时线路不停电，但 其接线较复杂，设备较多，增大占地面积和投资。 2 一台半断路器接线： 该接线方式比双母线带旁路母线接线方式简单，清晰，且供电可靠性高，任一母线及设备故障 或检修均不影响任何回路正常供电，每一回路与母线相连接的断路器故障

20、只影响本回路短时供电， 两回路间联络断路故障也只影响这两个回路短时供电，停电范围小，当母线检修时（单母线运行） 线路故障或双母线运行两母线同时故障均不会造成全厂停电，而且任一组母线或断路器或断路器检 修不需切换，运行检修均较为方便，有利于实现自控。正常工作时母线和断路器都投入运行，成多 环状接线方式供电，运行调度灵活，但这种接线方式任一回路故障或停机并网时，断路器要同时开 断两台，此外，500kv 侧只有一回出线，采用此种接线亦存在设备较多，投资较大的问题。 3 角形接线方式： 该接线成闭合环，不设母线，充分利用每一回路双断路器的特点，任何一台断路器检修不影响 回路的连续供电，可靠性与双母线接

21、线相比较多，闭环运行时同一台半断路器可靠性相当，操作灵 活方便，同时设备少，投资省，占地面积小，一般的为双母线带旁路接线中型布置面积的 40%。角 形接线正常操作由断路器进行，隔离开关不作为操作电器，因此便于实现自动化和运动化。 综上所述，500kv 高压侧可暂定用角形接线方式。 200kv 侧： 属于较高电压等级，供电可靠性要求亦较多，故不考虑单母线及单母线分段，单母线带旁路母 线等接线方式，可采用双母线单断路器，双母线分段，双母线带旁路母线接线形式。 双母线单断路器： 可以有两种运行方式，一种是固定联接分段运行方式，即一些电源与出线固定连接在一组母线 上，另一些电源与出线固定连接在另一组母

22、线上，母线断路器合上，相当于单母线分段运行。另一 种方式，即一组母线工作，另一组备用（或检修） ，全部电源和出线接于工作母线上，母连断路器 断开，相当与单母线运行方式。显然第一种运行方式可靠性较高，克服了工作母线故障使整个装置 停止工作的缺点，而不需要增加任何设备，只是母线保护较复杂。所以一般双母线按单母线分段方 式运行，其主要优点是：可以轮流检修母线，而不中断对用户的供电，当一组母线故障时，虽造成 接于该组母线上的支路停电，但可以迅速切换至另一组母线上恢复工作，从而减少停电时间。检修 出口断路器时可用跨条联接，用母联断路器代替送电，但其隔离开关数量多，操作切换较复杂，易 造成误操作。此种情况

23、在实际工作中采取一些措施可防止和消除。 双母线分段接线： 该接线方式较双母线单断路器接线由于分段的增加进一步缩小了母线停运的影响，但考虑到进 出线回路数并不是很多，故可不采用分段方式。 双母线带旁路母线接线： 增设旁路母线的主要目的是为了检修出线断路器时避免该回路短路时停电，但由于 220kv 侧断 路器考虑采用 sf6 形式，其检修周期较长，一般可达 10-20 年，故此种接线方式亦不适合于本电 站作为主接线方案。 综上所述，220kv 侧可选择双母线单断路器和双母线带旁路接线方式。 发电机-变压器组接线： 单元接线 该按线方式发电机与主变压器容量相同，接线最简明清晰，故障范围小，运行可靠灵

24、活，可以 满足机组开停机频繁的运行要求。发电机变压设备元件最少，布置最简单方便，继电保护简单，但 主变与高压断路器数量多，增加布置场地与设备投资。 扩大单元接线 与单元接线比较，减少主变台数及相应变压设备，缩小布置场地，节省投资。但在主变故障或 检修时，两台机组容量不能送出，且增加两台低压侧断路器，增大了发电机电压短路容量。 综上,考虑到本电站四台机工作，汛期八台机工作的实际情况，选择单元接线更能满足要求。 精选方案的确定及技术经济比较 1由三中分析本电站主接线方案可确定以下精选方案： 方案： 发电机-变压器接线：采用单元接线 220kv 侧：采用双母线单断路器接线 （附图 1） 500kv

25、侧：采用三角形接线 方案： 发电机-变压器接线：采用单元接线 220kv 侧：采用双母线带旁路母线接线 （附图 2） 500kv 侧：采用三角形接线 2精选方案技术可行性的比较论证 方案：220kv 侧，采用双母线单断路器，接线简单清晰，设备投入小，可轮流检修母线，面 不中断对用户供电，当一组母线故障时，可切换至另一组母线工作，减少了停电时间，但母线保护 复杂，操作切换复杂，易造成误操作。 方案：220kv 侧采用双母带旁母接线方式，具有双母线的特点，以克服了母联断路器兼旁路 的特点，又克服了母联断路器兼旁路的缺点，因此这一接线的可靠性和灵活性都高于双母线其缺点 是增加了设备投资增大了布置面积

26、，但由于可靠性和灵活性高，因此宜彩此种接线。 由于上述两方案在发电机变压器侧和 500kv 侧采用相同的接线方式，上节已具体分析，均 可满足一定的技术要求，故此处不再论证。 3精选方案的经济比较： 设备明细表 表 3-13-1 名称名称 数目数目 变压器变压器 15.75/220kv15.75/220kv 自偶自偶 变压器变压器断路器断路器隔离开关隔离开关厂用变压器厂用变压器 方案方案 1 1 6219524 方案方案 2 2 6221694 由表中数据可知方案在设备投资方面基本一致。但方案中开关数量多且多了一条母线， 但从可靠性角度考虑，应采用方案作为本电站的接线方案。 二、短路电流计算及主

27、要参数 变压器的选择及主要技术参数表 表 3-23-2 额定电压 阻抗电压(%) x()型号额定容量 高中低高中低高中低 odfpsz- 250000/500 25000/25000/1800 00 525/ 3 230/ 3 15.7 5 15. 4 - 2.4 20. 2 56. 6 -1.697.066 8 sfp7-240000/22024000022015.7 5 14 - 31.722 短路电流计算 三相对称短路计算结果说见计算书。 三、 主要电气设备的选择 开关设备的选择 1断路器 本站有 220kv 和 500kv 两级高压，由电压等级及供电可靠性要求，宜选用 sf6 断路器。

28、其主要 优点在于： 结构简单，体积小，质量轻，额定电流及开断电流大，开断性能好，适于各种工况开断；sf6 全体灭弧，绝缘性能好；噪声低，维护工作量小；运行稳定，安全可靠，寿命长。 具体选择型号见下表： 表 3-33-3 型号额定 电压 （kv） 额定 电流 （a） 额定短路 开断能力 （ka） 额定开关 能力（峰 值） （kv） 3s 热稳定 电流 （ka） 合闸时间 （ms） 固定分闸 时间 （ms） fa4-550/315050031504012550 5a 须设置中性点消弧线圈。 表 3-73-7 2避雷器的选择 zno 避雷器是当前最先进的过电压保护设备，较传统的避雷器，其具有动作迅速

29、，残压低，通 流容量大，实际上无续流，结构简单，可靠性高，维护简便等优点，故本电站采用 zno 避雷器。 避雷器的配置原则： （1）配电装置的每组母线均应装设避雷器。 （2）330kv 及以上变压器须装置避雷器。 （3）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。 （4）不接地和经消弧线圈接地系统的中性点一般不必装设，但多雷区且单进线变压器中性点需 装设。 本站选择的避雷器，型号及具体参数： 表 3-83-8 （查电气设备实用手册 ） 注：500kv 侧变压器中性点安设的避雷器可选择与 220kv 母线上安设的型号一致，以方便更换 检修。 厂用电的确定 本电站共有六台机运行，平时四

30、台机投入，汛期全部投入，发电机与变压器采用单元接线。于 是，选择厂用工作电源从发电机出口引接，设置厂用变压器四台，每台容量为 1323.5kva，厂型号 为 sg-1800/15。厂用设备电源从联络变压器的第三绕组引接。另外，考虑到在严重事故情况下可 能造成全厂停电，选择 10kv 施工电源，保证全厂用电。 厂用变压器型号及参数： 表 3-93-9 （查电力工业常用设备手册 ） 四、二次回路的初步规划 电压互感器的配置 根据测量，周期，保护等需要，分别装设相应互感器。110kv 及以上线路，为节约投资和占地， 载设通信和电压测量可共用耦合电容，故一般选择电容分压式电压互感器。 依额定电压及户外

31、布置要求选择： 表 3-103-10 电流互感器的配置 在所有支路应按测量及继电保护要求，装设相应电流互感器，依额定电压及工作电流选择结果： 表 3-113-11 （查电力工业常用设备手册 ， 电气设备实用手册 ） 注：500kv 线路电流互感器因资料不全未选出合适型号。 厂 用 电 厂 用 电 厂 用 电 厂 用 电 图 1 双母线单断路器接线 厂 用 电 厂 用 电 厂 用 电 厂 用 电 图 2 双母线带旁路母线接线 第二部分第二部分 设计计算书设计计算书 第一章第一章 水轮发电机部分水轮发电机部分 1 1水轮发电机部分计算水轮发电机部分计算 1.11.1 水轮发电机的工作参数及类型的确

32、定水轮发电机的工作参数及类型的确定 1.1.11.1.1 发电机工作参数发电机工作参数 1额定有功功率：pn=150mw（水轮机部分计算已知） 2额定电压：un= 15.75kv （备注：查水电设计手册电气一次p156 表 4-5） 3额定功率因数：cos=0.85 n (备注：查水电设计手册电气一次p157 表 4-6) 4额定视在功率：sn=pn/ cos=176.5mva n 550 n fhz 6发电机磁极对数: : p=20 对 (备注: :查水轮机p326 表 9-9) 7额定转速: (水轮机部分计算已知)150 /min er nnr 8飞逸转速: ， （飞逸系数） 则 270

33、/min ffe nk nr f k/1.8 ffe knn (备注: 水轮机p63 式 3-20) 1.1.21.1.2 发电机类型的确定发电机类型的确定 1发电机定子铁芯的内径 di及长度 lt 的计算: 极距 和飞逸线速度vf确定: 4 1 () 2 n kscm p k1系数取 k1=9；sn视在功率 176500kva；p磁极对数 20 4 917650073.349 220 cm (备注:水电设计手册电气一次p178 式 4-42) () 1.873.349132.028/ ff f vkcm vm s kf飞逸系数 1.9 (备注:水电设计手册电气一次p178 式 4-43) 定

34、子铁芯内径 di的确定: 2 () 2 20 73.349 933.787 3.14 p dcm i dcm i (备注:水电设计手册电气一次p178 式 4-44) 电几常数 c1或电机利用系数 c 及定子铁芯长度 lt的确定: c=6.4510-6；c1=15.5104 (备注: 参数取自水电设计手册电气一次p179 表 4-10) 则： () n s lcm t cd ne i 62 176500 6.45 10933.787150 195.33 cm (备注:水电设计手册电气一次p178式 4-46) 2发电机类型的确定: 由发电机型式的选择条件: ， ne额定转速 150r/min。

35、 933.787 0.0310.025 150 195.333 di n l et (备注:水电设计手册电气一次p151式 4-1) 因此本电站采用伞式机组。 1.21.2 水轮发电机冷却方式及励磁方式的确定水轮发电机冷却方式及励磁方式的确定 1.2.11.2.1 水轮发电机的冷却方式水轮发电机的冷却方式 考虑空冷方式是目前国内大中型机组普遍采用的冷却方式，且空冷发电机结构简单经济、维护 方便，适用于各级容量机组，因此本点站决定采用空冷式水轮发电机。 1.2.21.2.2 发电机励磁方式发电机励磁方式 考虑目前可控硅励磁系统技术的优越性及可靠性，且造价便宜，对厂房高度要求低，故本电站 采用静止

36、可控硅自并励的励磁方式。 1.31.3 水轮发电机主要外形尺寸的计算水轮发电机主要外形尺寸的计算 （以下各式均选自水电站设计手册水力机械p160p163） 1.3.11.3.1 平面尺寸计算平面尺寸计算 1定子铁芯外径 da（机座号）： 当mm150166.7 /min,1.2933.7871.273.34910218 eai nrdd时 2定子机座外径 d1： 当 1 136.4166.7 /min,1.181.18 1021812057 ea nrddmm时 3风罩内径 d2： 当 1 1765002000 2.412057240014457 n skvakvadmmm 2 时, d 4转

37、子外径 d3： d3=di2，单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。 所以 d3di= 9338（mm） 5下机架最大跨度 d4： 当 sn100000kva 时，d4= d5+1.2m d5水轮机机坑直径查表由于 hl200-lj-470 为非标准直径转轮，利用线性内差法求得 d5= 7000mm，则：d4=7000+1200= 8200（mm） （备注：水电站设计手册水力机械p162 表 3-6） 1.3.21.3.2 轴向尺寸计算轴向尺寸计算 1定子机座高度 h1：（已知 ne= 150r/min） 当 214ne125r/min 时 h1= lt+2+200mm lt定子铁芯长度 195

38、3mm 则：h1=1953+2733+200= 3619mm 极距 733mm 2上机架高度 h2： 伞式非承载机架：h2=0.10di=0.109338= 933.8mm 3下机架高度 h3： 伞式承载机架：h3=0.209338= 1867.6mm 4顶子支座支承面至下机架支承面之间距离 h4： 伞式承载机架：h4=0.25di=93380.25= 2334.5mm 5下机架支承面至主轴法兰面之间的距离 h5：取 h5= 1000mm 6转子磁轭轴向高度 h6： 由于发电机采用空冷方式有冷却风扇， 所以 h6=lt+800mm=1953+800= 2753mm。 7发电机主轴高度 h7：

39、h7=（0.70.9）h ， （h发电机总高） 取 h7=0.8h= 8709.8mm。 8定子铁芯水平中心线至主轴法兰底面距离 h8： h8=0.46h1+ h4+ h5 =0.463619+2334.5+1000= 4999.2mm 9定子机座支承面到发电机顶部高度 h9： h9= h1+ h2+h1111+h1010=3619+933.8+2100+900= 7552.8mm 10发电机总高度 h： h= h4+ h5+ h9=2334.5+1000+7552.8= 10887.3mm 1.41.4 水轮发电机重量估算水轮发电机重量估算 1.4.11.4.1 发电机总重发电机总重 g g

40、f f 按式 估算。 23 1 n f e s gk n 式中：发电机总重（t） ；sn发电机额定容量 176500kva； f g ne发电机额定转速 150r/min；k1系数伞式机组取 k1=9。 23 176500 91003( ) 150 f gt （备注：水电站设计手册水力机械p164 式 3-6） 1.4.21.4.2 水轮发电机转子重量水轮发电机转子重量 g gz z 按发电机总重量的 1/2 估算：所以，gz= 0.5gf =501.5（t） 1.4.31.4.3 发电机飞轮力矩发电机飞轮力矩 gdgd2 2 按式 gd2=k2di3.5lt（） 2 mt k2经验系数取 k

41、2= 5.2；di9.338m；lt-1.953m 所以：gd2=5.29.3383.51.953=25.27103（） 2 mt （备注：水电站设计手册水力机械p164 式 3-7） 水轮发电机型号：sf15060/1280 d2 d1 d3 d4 d5 h1 h2 h3 h4h5 h6 h7 h8 sf150-60/1280 水轮发电机外形尺寸示意图 第二章第二章 电气部分电气部分 2.12.1 变压器选择变压器选择 2.1.12.1.1 主变及联络变的选择主变及联络变的选择 1220kv 侧：已知发电机单机容量为：176470.6 kva。因主接线采用单元接线故所需变压器容 量为 176

42、470.6 kva。查电力系统设计手册可选择变压器型号： sfp7-240000220。 2 500kv 侧：采用三角形接线，选用两台自耦变压器，额定容量为 176470.6kva，查电力系 统设计手册可选择变压器型号：odfpsz-250000/500 2.1.22.1.2 厂用变压器的选择厂用变压器的选择 根据设计任务书要求厂用变按装机容量的 0.5%选定，可确定厂用变容量为： sj =（kva） ， 4 120 10 0.5%7058 0.85 kw 共设置厂变 4 台，每台容量为： =1765（kva） ， 1 7058 4 s 查电力工业常用设备手册选择厂用变型号为：sg-18001

43、5 。 2.22.2 短路电流计算短路电流计算 2.2.12.2.1 绘制等值电路图绘制等值电路图 取 =100mva ， =upj ， 电源电势标幺制： d s d u0 . 1 75.15 75.15 * g e 100 0.220.125 1500.85 d gg nn s xx pcos 1 1 %20.2100 0.081 100100250 dk t n su x s 1 2 %2.4100 0.00960 100100250 dk t n su x s 1 3* %15.4100 0.062 100100250 kd t n us x s 3 %14100 0.058 10010

44、0 240 kd t n us x s 将各电抗按顺序编号（省去*号） 等值电路图如下： 2 d d3 1 d x 0.062 18 x 0.062 17 x 0.081 16 x 0.081 15 14 13 12 11 10 9x 0.058 x 0.058 x 0.058 x 0.058 x 0.0580.058 x 0.125 x8 0.125 x7 0.125 x6 0.125 x5 0.125 x4 0.125 x3 0.125 x1 0.125 x2 s8s7s6s5 s4s3s2 s1 500kv 220kv 图图 3-13-1 2.2.22.2.2 计算三相短路时的短路电流计

45、算三相短路时的短路电流 短路点的选择如图所示： 1 当 d1 点发生三相短路时 （1）化简等值电路为： 1939 0.0580.1250.183xxx 2019 10.058 0.031 66 xx 21115 0.1250.0810.206xxx 93 66 150/0.851058ssmva 等值电路图如下： d1 x 0.031 20 x 0.026 22x 0.026 21 图图 3-23-2 21 23 0.206/20.103 2 x x 1012 150 2 353 0.85 sssmva 则网络可化简为： s9s10 d1 图图 3-33-3 （2）将转移电抗化为个电源到短路点

46、的计算电流： 9 920 10 1023 1058 0.0310.33 100 353 0.1030.36 100 ca d ca d s xsx s s xsx s （） （） （3）电流 s9供给在短路点处产生的短路电流 电流基准值 （ka） 9 9000.85 2.66 3230 d i 查发电厂电气部分附录十二水轮发电机运算曲线： t = 0s ， 时，0.33 ca x （ka）3.4i 3.4 2.669.04i t = 0.2s ， 时， 0.33 ca x （ka） 0.2 2.76i （）0.2 2.76 2.667.34i （） t = 4s ， 时，0.33 ca x （

47、ka）2.92i2.92 2.667.77i （4）电源 s10供给在短路点处产生的短路电流 电流基准值 （kv） 10 353 0.89 3230 d i 查附录十二水轮发电机运算曲线： t = 0s ， 时，0.36 ca x （kv）3.1i 3.1 0.892.76i t = 0.2s ， 时，0.36 ca x （kv） 0.2 2.56i （）0.2 2.56 0.892.28i （） t = 4s ， 时，0.36 ca x （kv）2.84i2.84 0.892.53i （5）求短路点总的三相短路电流 （ka） 1 9.042.7611.8 d i （ka） 10.2 7.34

48、2.289.62 d i （） （ka） 1 7.772.5310.3 d i （6）求短路点的短路容量 （mva） 1 3 11.8 2204496 d s （7）求三相短路冲击电流 取 ksh=1.8 ish=（ka）2 1.8 11.829.95 2当 d2点发生三相短路时， （1）化简等值电路为： 39 20 0.0580.125 0.031 66 xx x 21216 0.1250.0810.206xxx 9 1058s 网络可化简为： d2 x 0.125 1 x 0.081 15 x 0.031 20x 0.206 21 s1 s9 s2 图图 3-43-4 将 s2、s9 合并

49、 1029 1234sssmva 2120 22 2120 0.206 0.031 0.207 0.2060.031 x x x xx 232215 0.0270.0810.108xxx x 0.125 1x 0.108 23 s1 s10 d2 图图 3-53-5 （2）将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗： 1 11 176.47 0.1250.22 100 ca d s xsx s （） 10 1023 1234 0.1081.33 100 ca d s xsx s （） （3）电流 s1 供给在短路点处产生的短路电流，先求以电源 s1 容量为基准容量，以短路点平 均电压为基准电压的电

50、流基准值。 1 150/0.85 6.45() 3 15.75 d ika 查发电厂电气部分附录十二水轮发电机运算曲线： t = 0s ， 时，0.22 ca x （ka）5.04i 5.04 6.4532.51i t = 0.2s ， 时， 0.22 js x （ka） 0.2 3.64i （）0.2 3.64 6.4523.48i （） t = 4s ， 时，0.22 js x （ka）3.2i3.2 6.4520.64i （4）电源 s10供给在短路点处产生的短路电流 查曲线，对应。1.33 ca x t = 0s 时， （ka）0.8i 1234 0.81.08 45.2936.23

51、3 15.75 i t = 0.2s 时， （ka） 0.2 0.8i （）0.2 0.8 45.2936.23i （） t = 4s 时， （ka）0.88i0.88 45.2939.86i （5）求短路点总的三相短路电流 （ka） 2 35.51 36.2368.74 d i （ka） 20.2 23.4836.2359.71 d i （） （ka） 2 20.6439.8660.5 d i （6）求短路点的短路容量 （mva） 2 368.74 15.751873 d s （7）求三相短路冲击电流 取 ksh=1.9 ish=（ka）2 1.9 68.74184.15 3当 d3点发生三

52、相短路时 (1)化简等值电路为： 1939 20 21115 21 23 93 1012 0.183 0.031 0.206 0.103 2 61058() 353() xxx x xxx x x ssmva sssmva 等值电路图如下： 3 0.062 18 0.062 17 10 9 0.103 23 0.031 20 图图 3-63-6 17 24 2320 25 2320 11109 0.062 0.031 22 0.031 0.103 0.024 0.031 0.103 353 10581411() x x x x x xx sssmva 则网络可化简为： x 0.024 25 d

53、3s11 图图 3-73-7 （2）将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗： 11 25 1411 0.0240.34 100 ca d s xx s （3）电流 s11 供给在短路点处产生的短路电流 查曲线，对应。0.34 ca x t = 0s 时， （ka）3.29i 1411 3.293.29 1.555.1 3 525 i t = 0.2s 时， （ka） 0.2 2.79i （）0.2 2.79 1.554.32i （） t = 4s 时， （ka）2.88i2.88 1.554.64i （4）求短路点总的三相短路电流 （ka） 3 5.1 d i （ka） 30.2 4.32 d

54、 i （） （ka） 3 4.46 d i （5）求短路点的短路容量 （mva） 3 3 5.1 5254632 d s （7） 求三相短路冲击电流 ish=（ka）2 1.8 5.112.94 2.2.32.2.3 计算单相短路时的短路电流计算单相短路时的短路电流 1 当点发生单相短路时的短路电流计算 1 d （1）负序网络及化简 1 1939 20 21115 100 0.2230.126 150/0.85 0.1260.0580.284 0.284 0.048 6 0.1260.0810.207 x xxx x xxx 网络可化简为：图图 3-83-8 0.048 20 0.207 22

55、 0.207 21 d1 图图 3-83-8 21 23 0.207 0.104 22 x x 网络可化简为图图 3-93-9 0.048 20 0.104 23 d1 图图 3-93-9 2320 2 2320 0.104 0.048 0.033 0.1040.048 x x x xx (2)零序网络及化简 1517 19 1517 219 21 27 0.081 0.062 0.035 0.081 0.062 0.058 0.009 6 x x x xx xx x x 28 0.035 0.018 2 x 网络可化简为： x 0.009 27x 0.018 28 d1 图图 3-103-1

56、0 0 0.009 0.018 0.006 0.0090.018 x (3)(3) 点发生单相短路时的短路电流,单相短路时的附加电抗 1 d (1) 20 0.0330.0060.039xxx 作出正序增广网络并化成各电源到新的短路点的转移电抗，再求出计算电抗： x 0.039 x 0.103 23x 0.031 20 s10 s9 d1 d1 图图 3-113-11 (1) 20 (1) 23 0.031 0.039 0.031 0.0390.082 0.103 0.103 0.039 0.1030.0390.27 0.031 x x 网络可化简为： x 0.27 23 x 0.082 20

57、 s10 s9 d1 图图 3-123-12 9 10 1058 ()0.0820.87 100 353 ()0.270.95 100 ca ca xs xs 查附录十二水轮发电机运算曲线： t = 0s ， 时，0.87 ca x （ka）1.24i 1058 1.243.3 3230 i 查附录十二水轮发电机运算曲线： t = 0s ， 时，0.95 ca x （ka）1.15i 353 1.151.02 3230 i (1)(1) 1 3 (3.3 1.02)12.96() d imika 2 计算当 d2 点发生单相短路时的短路电流 （1）负序网络及化简 1 19 20 21 0.12

58、6 0.284 0.284 0.048 6 0.1260.0810.207 x x x x 网络可化简为： x 0.048 20 x 0.207 21 x 0.062 15 x 0.126 1 d2 图图 3-133-13 由 y转换 2115 222115 20 2015 232015 21 0.207 0.062 0.2070.0620.536 0.048 0.048 0.062 0.0480.0620.124 0.207 x x xxx x xx xxx x 进一步化简 2122 24 2122 0.126 0.536 0.102 0.1260.536 x x x xx 则 2423 2

59、 2423 0.102 0.124 0.056 0.1020.124 xx x xx (2)零序网络及化简 1 100 0.1020.058 150/0.85 x x 0.058 1 d2 图图 3-143-14 0 0.058x (3)当 d2 发生单相短路时的附加电抗 (1) 20 0.0560.0580.114xxx 作出正序增广网络并化成各电源到新的短路点的转移电抗，再求出计算电抗： x 0.32 23x 0.37 1 x 0.114 x x 0.108 23x 0.125 1 d2 d2 s2s1 s2 s1 图图 3-153-15 (1) 1 (1) 23 0.125 0.114

60、0.1250.1140.37 0.108 0.108 0.114 0.1080.1140.32 0.125 x x 1 10 176 ( )0.370.65 100 1234 ()0.323.95 100 ca xs xca s 太大，由 s10 供给短路点处的短路电流可忽略 10 () ca xs 查附录十二水轮发电机运算曲线： t = 0s ， 时，0.65 ca x （ka）1.68i 176 1.6810.85 3 15.75 i (1)(1) 2 3 10.8532.55() d imika 3 当点发生单项短路的短路计算 3 d （1） 负序网络及化简 1 1939 20 2111