水力发电厂电力一次系统设计

1、信息工程学院课程设计报告书题目: 水力发电厂电气一次系统设计专 业：电气工程及其自动化班 级： 17学 号：学生：指导教师：2015年7月12日综合课程设计任务1、题目水力发电厂电气一次系统设计2、原始资料1、发电厂的建立规模1:待设计发电厂类型水利发电厂。2:发电厂一次设计并建成，方案安装4 15MW的水力发电机组，最大 利用小时数5000小时/年。2、发电厂与电力系统连接情况1:待设计发电厂接入系统电压等级为110kv，出线回路为3回，其 中一回线供20MW的一类负荷，水电站附近负荷 3MW。2:电力系统的总装机容量为396MVA，全系统最大负荷 340MW，最小 负荷225MW。3、环境

2、条件最热月地面下0.8m 土壤平均温度28.6 C,多年最低气温-4 C;室最热月平均温度34.1 C,户外最低气温40.1 Co4、水电站位置和开展水电站位于某河流上游，附近有城镇 5座，各城镇开展远景如下:城镇名称工业发展远最负荷增长A农业用电.地方小型工业10MWB有色金鳳煤、钢铁企业120MWC化工、纺织、水泥55MWD钢铁.机械制适、化肥、农机厂115XIWE食iSH业r农业川电、轻工业29MW5、系统连接图如下:16；OT -收SctO = *SS 0- Vs<wP£O O饭MI O-卞10-卞8 0=f£Q 0 = Ui1910 =9U 0= 7MWlf

3、!>AI = %<1 '"JMl*少 sS 0 = %4/ 出吐9三A7Mirn,gAY)I IV a KOIKE2八乂沏-：1為0 =幼1 MWS=朋11 = W；V0=%7 /MU= W A1tf WVAW£9tvnosVAkNOILAX(ICIElliu來09汨5£VAl9P< ”I I尸皿soi=%fj 汎沪"J '诃ITI -叭7 拖卅打-%fQ= "OSOO Q00 凶 10=% h£1OVl A OfAIM：f ni-%i mW# 5机-內 呛吐=中怜S0l=% f 0 = %*/ 0

4、ML -旳 人VL G- '叭I畀审用 I朋吳舉訝(诲DlVAl91MFJUdl十4计昨11P7/<3、设计任务 1:电气主接线设计2:厂用电设计3 :短路电流计算和电气设备选择4:配电装置设计4、设计成果1:设计说明书一份2:图纸3电气主接线图、屋配电装置图、屋外配电装置图摘要本文为4X15MW水力发电厂电气一次局部设计。通过对原始资料的详细分 析，根据设计任务书的要求，进展了电气主接线方案的经济技术比拟，厂用电设计，短路电流计算和电气设备的选择和校验，配电装置设计。编制了设计说明书，绘制了主接线图，厂用电接线图。关键字：主接线、短路计算、设备选择、配电装置、设计说明书、主接线

5、图、厂 用电AbstractThis article is 4 x 15 mw hydropower plant electrical part design at a time. Through detailed analysis of original data, according to the requirements of the design plan descriptions of the economic and technical parison, the main electrical wiring scheme design of auxiliary power, sho

6、rt circuit current calculation and select ion of electrical equipme nt and calibrati on, power distributi on equipme nt design. piled the design specification, draw the main wiring diagram, auxiliary power wiri ng diagram.The keyword:The main connection, short circuit calculation, equipment selectio

7、n, power distribution equipment, design specifications, main wiring diagram, auxiliary power目录1 发电厂电气主接线设计 1.1.1主接线的方案设计 1.1.2主接线方案的经济技术比拟 31.3确定最优主接线设计方案 51.4发电机，主变及厂用变容量选择 61.5厂用电设计7.2短路电流计算93 导体，电器设备选择及校验 133.1 导体设备选择概述 133.2导体的选择与校验133.3导体和电气设备的选择成果表 1.64配电装置设计18参考文献1.9附录201发电厂电气主接线设计1.1主接线的方案设计

8、简述：电气主接线代表了发电厂或变电站电气局部主体构造，是电力系统网 络构造的重要组成局部，其直接影响发电厂或变电站运行的可靠性、 灵活性并对 电器选择、配电装置布置、继电保护有决定性的关系。对电气主接线的根本要求包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。本次设计根据？水电站机电设计手册？、？电力工程设计手册？以及相关参考书 目的规定，结合设计任务的要求拟订2个可行的主接线方案，进展技术和经济比 拟，得出最正确接线方案。1:本次设计的重点是：水电厂上下两级电压电气主接线的拟订和水电 厂机端10.5KV电压配电装置、110KV高压配电装置、厂用电配电装置等设备的 选择。难点是：对电厂整个电气主接线的短路

9、电流计算及各种电器的继电保护配 置。2：发电机与主变压器的接线形式确实定：本次设计发电机的形式根据 水电厂实际情况采用适宜型号，因其单机容量在15MW，无厂用电分支，其机端 电压等级采用10.5KV,根据发电厂主变压器确定原那么：发电厂主变台数定为2台 总容量应大于 或等于电厂总装机容量。采用10.5KV/110KV两级电压，三相两绕组3：主接线方案初步拟订在对设计原始资料分析的根底上，结合对电力系统电气主接线的可靠性、经 济性及灵活性等根本要求综合考虑， 在满足技术、经济政策的前提下，本次设计 力争使其成为技术先进、发电可靠、经济合理的主接线方案。可靠发电是本设计水电厂应该考虑的首要问题，

10、兼顾到经济性和水电厂升压 站场地狭窄等问题，设计主接线应保证其丰期满发，不积压发电能力。主接线方 案从以下几个方面考虑：1、线路、断路器、主变或母线故障或检修时，对机组的影响，对发电 机出力的影响2、本水电厂有无全厂停电的可能性。3、主接线是否具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在 检修事故状态下操作方便、调度灵活、检修平安等。4、在满足技术要求的前提下。尽可能考虑投资省、占地面积小、电能 损失小和年运行费用少。5、是否适宜于实现自动化和实现无人值守。通过对原始资料的分析，现将各电压等级可能的较佳方案列出，进而优化组 合，形成最正确可比方案。(1) 、10.5KV电压级，本设计水电厂

11、装机共4台，每台单机容量为15MW。根据？电力工程设计手册规定?，发电机电压配电装置宜采用单母分段或双母分段 接线，其原那么是每段母线上发电机总容量或负荷为24MW及以上时，一般采用双母线分段接线，考虑到本设计水电厂是小型水电厂，本钱不宜过高，在技术允许的情况下可以考虑单母线分段接线，以减少本钱。(2) 、110KV电压级，由前水电厂出线回路数和导线选择可知， 本设计110KV 出线3回，考虑到选用主变数量为2台，110KV馈线进出线最终为5回，考 虑选用110KV母线接线形式为双母线分段接线。根据以上分析组合，本设计提出两种可能接线方案：方案一：10.5kv基端母线-单母接线，110kv母线

12、-双母分段。方案二：10.5kv基端母线-双母分段接线，110kv母线-双母分段。主接线方案分析比拟序号可能的接线方案优点缺点1万案一 、发电机侧接线简单，运行方便； 、当任一段母线及其所接隔 离开关故障检修时，另一段母 线的机组可继续向电网供电，可靠性灵活性； 、易于实现自动化和无人值守。 、发电机电压 配电装置元件 多，增加检修工作量； 、运行方式简单。、可靠性较高，无论检修母 线或设备故障，全厂停电的概、设备较多；2万案二率很小。、主控制室面、运行方式灵活，调度灵活。积增大。、易于实现自动化。10.5kv基端单母线接线-110kv母线双母线分段接线从以上分析可以看出，初选两种方案各有优缺

13、点，但均能满足本设计水电厂 作为地方性小型水电厂的生产运行要求。将通过经济技术比拟做进一步选择。1.2主接线方案的经济技术比拟一、主接线方案经济技术比拟的方法经济计算是从国民经济整体利益出发， 计算电气主接线各个比拟方案的费用 和效益，为选择经济上的最优方案提供依据。本设计采用初步选择设备及配电装置型式进展比拟，计算主要设备及配电装置的综合投资和年运行费用，运用主接线经济比拟的方法：静态比拟法进展比拟。二、主接线方案的经济初步比拟1、主接线方案的投资初步比拟方案投资比拟表工程万案一万案二10kv接线1519.4110kv接线75.775.7主变108108本体投资198.7203.1综合投资3

14、77.53385.89由综合投资比拟可知：Z1>Z22、年运行费用计算主接线中电气设备的运行费用主要包括主变压器的电能损耗及设备的检修、 维护折旧等费用。计算公式是I（万元）其中亘为变压器电能损失，为年运行费用的计算的主要容其计算公式为、方案一年运行费用主变电能损失型号额定容量KVA额定电压KV咼压中压低压SFP7-40000/11040000110目 2X2.5%10.5阻抗电压连接组别功率因数空载电流损耗【:kw空载短路10.5YN,d11Cos© =0.80.846174主变型号SFP7-40000KVA其技术参数如下表取年运行费用中无功经济当量 k=0.02（其中检修维

15、护费Z1=0.058X综合投资,那么计算得I、年运行费用据公式折旧费Z2=0.022X综合投资）得:U1=72.53万元U2=73.19万元U1<U2本次设计不必运用静态比拟法即可确定在技术经济上最优方案为方案一即 采用2台主变，110KV采用双母线分段接线，10KV采用单母线分段接线的主接 线方案。1.3确定最优主接线设计方案通过1.1节和1.2节对方案一、二的综合比拟见下表序号可能的接线方案万案一万案二可靠性可靠性高，发电机侧 无电压母线，使得在发电 机和变压器低压侧短路 时短路电流较小。可靠性较高，无论检 修母线或设备故障，全厂 停电的概率很小。灵活性运行方式相对简单，调度灵活。运

16、行方式灵活，调度 灵活。易于实现自动化。经济性发电机侧接线简单， 主控至面积小，开关设备 少，操作简便。主控室要求面积大， 开关设备用量大。10.5kv基端单母线接线-110kv母线双母线分段接线经过定性分析和可靠性及经济性分析计算， 本设计水电厂电气主接线方案最 终确定为方案一1.4发电机，主变及厂用变容量选择 1、发电机的选择及主要参数根据设计题目所给的参数，查相关设计手册和参考资料，本设计确定发电机 型式如下发电机型号台数额定容量MW额定电压KV额定功率因数cos©电抗列（标幺值）TS550/79-2841510.50.80.204以上参数查？电力系统课程设计及毕业设计参考资料

17、？附录一，主要设备规 格及参数。P95页2、变压器的选择及主要参数、主变选择根据查？电力系统课程设计及毕业设计参考资料？P102页选择本设计主变压 器技术参数如下型号额定容量KVA额定电压KVJSFP7-40000/11040000咼压中压低压1102X2.5%10.5阻抗电压连接组别功率因数空载电流损耗【:kw空载短路10.5YN,d11Cos© =0.80.846174(2)、厂用变选择查？电力系统课程设计及毕业设计参考资料 ？选用厂用变压器参数如下型号额定容量KVA额定电压KVS9-20002000咼压中压低压10.5 勺 2.5%0.4阻抗电压连接组别功率因数空载电流损耗【:

18、kw4.5丫,丫詞Cos© =0.81.0空载短路2.45141.5厂用电设计1、厂用电的作用和负荷要求如前所述，本设计水电厂属地方性小型水电厂，其最根本的厂用负荷仅考虑 直流系统、励磁系统、水轮机调速系统、润滑系统的油泵、压缩空气系统的空压 机、冷却系统和润滑系统的水泵，全厂辅机系统的电动机、启闭设备、照明等设 施用电，因此本设计厂用电负荷采用 380V/220V供电。2、厂用电接线方案本设计厂用电分别接在 1#主变和2#主变低压侧上 2台主变互为备用 0.4KV系统按单母线分段考虑。另外假设水电厂周围有其他除本厂系统外的电源 亦可考虑从其他系统接入备用电源作为厂用电。10MWYN

19、,d1116MWVA25 MW110 kV10kVP015.7kWPs73kWI0%0.5Vs%10.520 MW JI0%Vs%k415MW? ©XdYN,d112 20MWVAP0PsI0%Vs%X2X0COS带厂用电单母线分段接线图120 MW 呻20,1140 (36,34,32)km25 MW10kV18.6kW89kW0.510.544kW121 kW0.3510.5P0Ps丨0%Vs%P0 Ps30 MWYN,d114 63MWVA -<s>- -<n>- -<s>-XoCOSXdX24 63MW0. 1340. 1610.06n 0

20、.8580 MWW15.7kW73kW0.510.512MWP0Ps10%Vs%11kW50kW0.5510.50.1360. 160.073n 0.8XdX2X0COS0.1360. 1610. 075n 0.8P0PsI 0%Vs(12 )Vs(2 3)Vs(1 3)'13.2kW63kW0.55%,%10.56.5 5MW17.5 魚15MW10 kVYN ,d112 10MWVA35 kV35 kV110 kV110kV YN,d112 16 MWVA 63 MWVAP044kW10kVPs121 kWI0%0.35Vs%10.570(75,65,60)km150MWXdX2X

21、cos完整电力系统接线图2短路电流计算短路计算：lk1点为机端母线，k2点为110kv母线35 MW0.1280.1540.054n 0.8510kV2 25MWXdX2X0COS0.1280.1570.0591n 0.8YN ,Y ,d112 10MVA1电网简化图:Er1080.25VVWJ1J 0.165KlJ 0.59 yvwK2E i恢2. 复合网序图1三相短路K1 点：E=1.07, X=0.19K1 点:E=1.07, X1= 0.19,X2=0.2, X0=0.1;K2 点:E=1.07, X仁0.24,X2=0.17,X0=0.193）两相短路BC两相K1 点：E=1.07,

22、 X1=0.19, X2=0.2;K2 点:E=1.07, X1=0.24, X2=0.22短路清单短路 类型短路点化简图复合网序图短路电流K2占八、E=1.07 X1=0.24,X2=0.17,X0=0.19零序0E=1.07 ,X1= 0.19 ,hHUTMHX2=0.2相短 路（B C相）ff正rLff负占心2ff正rLE=1.07 ,X1=0.24 ,X2=0.22()（负序E=1.07 X=0.19;K1点K2点E=1.07 X=0.24;3导体，电器设备选择及校验3.1导体设备选择概述1、导体、电器选择在发电厂和发电厂电气设计中的地位和作用电气装置中的载流导体和电气设备， 在正常运

23、行和短路状态时都必须平安可 靠的运行为了保证电气装置的可靠性和经济性，必须正确地选择电气设备和载 流导体。2、导体、电器选择原那么3、本次设计中选择的导体、电器根据第一章中主接线的设计方案， 本次设计中要进展选择的导体和电器主要 是：1、线路、引线及汇流母线的选择2、绝缘子、穿墙套管的选择3、断路器、隔离开关的选择4、电流、电压互感器及其熔断器5、阻波器、耦合电容器的选择6、其他电器的选择3.2导体的选择与校验一、连接导体的选择1发电机-变压器导体选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择， 一般按长期发热允许 电流选择，对年负荷利用小时数较大，传输容量较大，长度在20米以上的导体,

24、其截面一般按经济电流密度选择。根据以上原那么，本次设计因10K V侧无汇流母线，仅对发电机出口开关柜 至主变之间的导体进展选择。按长期允许发热电流选择：发电机F1F4至变压器之间导体选用单条矩形铝导体，其中截面按公式I ” |确定；其中:计算得上j查表选择得导体截面为：单条125 X 8 I竖放、热稳定校验运用简化公式计指导?P55页查公式中取短路电流持续时间?发电厂和变电站电气局部毕业设取70 C时热稳定系数C=87区 为满足热稳定的最小允许截面积，查短路计算结果： 那么:满足热稳定要求。、动稳定校验根据动稳定校验条件：作用在母线上的最大计算应力冋一母线材料的允许应力。取 I对于单条矩形母线

25、：其中：支持绝缘子间的跨距n那么一 xI满足动稳定校验2厂用电导体厂用分支选择本设计厂用电变压器容量为2000KVA采用户配电装置，其高压侧 I，选用发电机F1F4与变压器连接母线一样的125 X 8习丨单条矩形硬母线可以满足动热稳定校验。厂用电低压侧：本设计中厂用变低压侧L，选用双条125X 10（回）平放。3、引上线导体变压器一母线连接线选择本设计变压器-母线连接导体的选择按长期允许发热考虑，选择时按2台主1截面系数冲击电流 IT |母线相间距离振动系数习与母线连接的一回进展选择，试选择与 5回出线同型号的LGJQ-2404展校验。LGJQ-240导线其最大长期允许载流量为 I查?毕业设计

26、参考资料?。热稳定校验运用简化公式m 进展校验。查？发电厂和变电站电气局部毕业设计指导？P55页公式中取短路电流持续时间凹取70 °C时热稳定系数匚口凶 为满足热稳定的最小允许截面积，查短路计算结果：那么:不能满足热稳定要求，为此选用 LGJQ-300导线能满足设计要求。二、母线的选择与变压器-母线连接线引线选择步骤一样，本设计110KV母线选择型号为LGJQ-300勺钢芯铝绞线，其热稳定、电晕的校验均能满足要求。3.3导体和电气设备的选择成果表、导体选择成果表导体名称导体型号110kV母线LGJQ-300110kV出线LGJQ-240110KV变压器连接导体LGJQ-300发电机-

27、变压器导体125X 8 125 X 1010KV厂用变导体125 X 8二、电器设备选择成果表1、断路器、隔离开关选择成果表型号额定电压KV额定电流A额定开断电流KA额定关合电流KA热稳定 电流KA动稳定 电流KA分闸 时间安装地占八、LW6-11011031504012550 3S125GW4-110110100023.7 4S80ZN5-10/101250256325 2S63|1250ZN5-10/63010630125401252s40GN2-101020003610s852、电流、电压互感器选择成果表1电流互感器选择一览表安装地占八、型号额定电 流 A级次组合二次负荷热稳 定电流 A

28、动稳定电流A备注0.51D110KVLCWD-110300/5D1/D20.51.275130F1F4LMCD-102000/5主变中性点LCW-351000.5/P2465100厂变LA-10150/50.5/30.40.4751353、电压互感器选择一览表安装地占八、型号额定电压KV副绕组额定容量VA最大容量VA原绕组副绕组辅助绕 组0.513110KV母线JCC2-11000.150010002000发电机JDZ-10100.15080200主变低 压侧JDZJ-10二a3050120发电机JSJW-10100.131202004809604、熔断器的选择成果表安装地点型号额定电压KV额

29、定电流A开断容量MVA最大切断有 效电流 KA10KV电压互感器RN2-10100.5200505、绝缘子、穿墙套管的选择成果表安装地点型号数量额定电压KV片数备注高压室CMWD2-20620屋ZC-1010屋外ZPC-3535110KV母线XP-796、阻波器、耦合电容器的选择成果表安装地点型号额定电压KV额定电流/电容备注110KV出线ZXK-630-1.116-B4630A110KV出线OWF110/ 凶-0.01H110/ 凶0.01 亨4配电装置设计根据电气主接线和？高压配电装置设计技术规程 ？进展配电装置设计 确定 配电装置的总体平面布置，断面构造，屋、屋外配电装置。屋外配电装置图上一平面图，下一断面图O- -ranI-OI.-hOi E£S0 5 llOkv单母分段蒂旁路、半高型东置的断面图1-母线：2寺踣母线;氛4、MS寓开关;淌KS *&电流互感th乳阴淇器；9-播合电容寻+M:水参考文献1 水利电力部西北电力编，电力工程电气设计手册电气一次局部利电力，1994.2 熊信银发电厂电气局部M :中国电力，2004 : 28-210