四川大学毕业设计--水力发电厂3x1500kw电气部分设计

1、水力发电厂(3X1500KW)电气部分设计目 录一、概述(9)1. 1工程概况(9)1.2其他资料(9)二、接入系统方式及设计方案选择(10-12)2. 1接入系统方式(10)2. 2电气主接线的基本要求(10)三、设计步骤(13-37)3.1发电机及变压器的选择(13)3. 2短路电流计算(17)3. 3主要电气设备的选择及校验(23)四、结论(38)五、参考文献(39)六、设计体会(40)一、概述1. 1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

2、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1500kWX3,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168X 105kWho厂用电负荷：123KW左 右。水轮发电机型号参数：型号：SFW118/64-6, P、=1500kW, U、=6. 3kV, COS 4）-0.8, In=171. 8Ao旋转方向为俯视逆时针；V= 0. 12；额定转速 nx=1000r/mino12其它资料年均最高气温：30C,年均最低气温：1C,多年平均雨量：1100mm, 雷暴时

3、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I込二100A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1OOOKW,其余各 回供III类负荷各500KWo2. 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

4、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

5、，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231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

6、 电，其负荷亦较小（为II和III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1心二100A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。设计步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

7、。(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岀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COS 4)0.8频率50Hz额定转速1000r/min次暂态电抗

8、0. 123. 13主变压器及厂用变压器该电站总装机容量为：3X 1500KW,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

9、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：厂用电负荷包扌舌厂用电高压计算负荷和厂用电低压计算负荷

10、，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：S、二200 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

11、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

12、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

13、数为0.4Q/KM。短路计算基准值（SJ = 100MU A）额定电压基准电压基准电流基准电抗Uj(kV)Ij(kA)xg66. 39. 160. 39735371.5613.73. 24计算各元件参数的标幺值如下:单台发电机:=Xjx4 = 0.12xt- = 6.4 %主变压器:Xt_4%严_7严讪100 S 应1003150= 2.22厂用变压器：將盏侖写I。35KV线路:sXfj = L2 =兀0 x / x U N= 0.4x3x122 = 0.08776灯线路:X厶3 = Xla = Xl.5 = X = X3 = XL8 = x0 x/x= 0.4x3x v = 3.0234UN

14、26.3一系统短路容量：S血=s系统阻抗：Zxt = 03. 25等值电抗计算对于&点最大运行方式：3=（卜心）与+心=（割4）20 + 2.22 = 45最小运行方式：Xmin=X.wX门 +X?. =6.4/20 + 2.22 = 7.07 对于K,点，最大运行方式：X“.2 =G屈4523 = 1215也计算数据SX10-10/1000-16 型断路器GN6-10/1000型隔离开关Un 6.3KHUN 0KV5 10KUbx 180.422AIn 1000AIN 1000AI 4.523K4扁 16曲ich 7.33/C4如40M243.73(/C4)2-5Z;r = 162x2 =

15、512(如 MI；t = 31.52x2 = 1984.5(/CA)2 si$h 12. 49 AX80 KAies 80 KA由上表可见，所选SN10-10/1000-16型断路器和GX6-10/1000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II类负荷最大持续工作电流为:max-21.05x1000l3 x 6.3x0.8=120.3 AIII类负荷最大持续工作电流为:max-31.05x500V3 x6.3x0.8= 6O1A根据6KV出线回路的 八/叭的要求，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 5

16、s,根据K、短路点处最大运行方式下短路电流标幺值/： = 0.245查短路 电流计算曲线，可知：/,.=Z4. =0.298,此时有名值为厂=2.244/3,z2 = /4 = 2.73/C4 ,所以,Qk =36.26(/C4)2 -5,= 6.Q3QKA计算数据ZN5-10/630GN6-6T/200UN 6KVUN 10KVUN 10KV/max 120. 3/60. 1Abx 630ALx200A/ 2.244KA扁 20KAicb 3. 64KAINcS 32. 4KAQk 36. 26(KA)2.A2O2x5 = 2OOO1O2x5 = 5OO(如 Al(KA)2-Aixh 6.

17、030KA0 50KAiex 25. 5KA由上表可见，所选ZX5-10/630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：/=|Av=|x171.8 = 85.9A,根据6KV母线回路的几、/唤的要求，可选 ZX3-10/600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4s,根据K?短路点处最大运行方式下短路电流标幺值= 0.49查短路电流计算曲线，可知：人=厶.=0.512,此时有名值为厂=4.523曲,

18、I=I2= 4.697C4 ,所以 Q =87.47(K4)2.$, g=12.15KA,计算数据ZN3-10/600GN6-10/600-52UN 6KV5 10KV5 10KV/max 85. 9A4ax 600A/max600AI 4.523KAI % 8. 7KAich 7. 33KAINel 14. 09KAQk 87.47(KA)28.72x4 = 302.76(/C4)2 M202x4 = 1600(KMisb 12. 15KAies 22KA5 52KA由上表可见，所选ZN3-10/600型断路器和GX6-10/600-52型隔离开关满足热、动稳要求35KV出线断路器和隔离开关

19、选择最大持续工作电流为：/ma.= L（-5（）（）- =92.M药 x 37x0.8根据35KV回路的%、/嘶的要求，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.=45,根据心短路点处最大运行方式下短路电流标幺值=0.236查短路电流计算曲线，可知：厶=4 = 0298 ,此时有名值为/ =0.367/G4,/, =/4 = 0.465ATA, 所以=0.84（/C4）2.5, ish = 0.9S6KA ,计算数据SW2-35/600GW5-35G/600-72UN 35KV5 35KVUN 35KV心 92. 1Ax 6

20、00A600AI 0.367KAlNbr 66KAich 0. 59KAINcl 9. 8KAQk 0. 84(/C4)2-A6.62x4 = 174.24 (KA)2 A162x4 = 1024 (KA)2 Aish 0. 986KAies 17KAies 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：/ma,=马字=1.05x3150“人=54.56A100()0=436 ,归算到基准值下面 lNUd200x6300的计算电抗=4.36x = 0.254，故“=3.45,所

21、以，查短路电流计算曲 L100咗线得/： = Z()54 = /p = 0.298 ,此时有名值为八人5 =人=2.73曲，则电压损失和残压分别为:A67% = O.O6x120.3200x0.6 = 2.!7% 70%热、动稳校验:ft = 7.453(/C4)2 s 12.62(7C4)2-5isll =6.368/C470%【N4UU热、动稳校验:q =19.74(KA)2.sQ02(KA)2.$B =11.67（KA）S25.5KA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

22、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/V3V）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%、仁的要求，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0.40,动 稳定倍数心=135,热稳定倍数心=75。热、动稳校验(KJ,尸=(75 xO.3)2(KA)2 s 4

23、3.73(KA) s凤 N Kes = X 0.3 X135 = 57.28/C4 12.49 曲所以，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%、/唤的要求，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 0.8O,动稳定倍数心=210,热稳定倍数&=120。热、动稳校验(K/nF =(120x0.2)2 =576(KA)2$n 36.26( KA)2.$冋尽=72x0.2x210 = 59.40/C4 6.030曲所以，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

24、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 0.8O,动稳定倍数心=130,热稳定倍数=75。热、动稳校验（K仏 ）2 =（75 X 0.4）2 = 900（曲）2 s 87.47（ s近I、nK“ =5/2x0.4x130 = 73.58/C4 2A5KA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回路的几、/唉的要求，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2O,动 稳定倍数心=100 ,热稳定倍数

25、= 65。热、动稳校验(K,IlN)2 = (65 x0.2)2 = 169(KA)2 s 0.84(KA)2 s凤半 “ =72x0.2x100 = 2&28 AX 0.986/C4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%、人法的要求，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2C,动稳定电流J=15KA,热稳定倍数人=10KA。热、动稳校验1()2(KA)2 s ni9.74(KA)2s15/C411.67/C4所以，LCWB-35型电流互感器满足热、动稳要求。电压互感器的

26、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5应在（0. 81. 2） 5范围内变动，即应满足下列 条件：O.8t/.vlVj 52 , S严J（工Scos0）2+（工Ssiw）2 , S。为各仪表的视在功率，cos。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:立置发电机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

27、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圉决定。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木参数置 电审、发电机6KV出线35KV出线YHY5WC-10Y5W

28、C-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，uN UNS2）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：INfl 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：I杯=&人心K为可靠系数，不计电动机自启动时K = l.l1.3,人疵为变压器

29、回路最大工作电流。3）熔断器开断电流校验：/彬土 INfx取 K = 1.2,6kV 侧：供II类负荷的岀线回路：1邓=/C/max = 1.2x126.3 = 151.56 A供III类负荷的岀线回路：INfi =1.2x63.15 =75.78 A35kV 侧：I耶=KLx = 1.2 x 97.43 = 116.9 A故选择熔断器如下表所示RN额定电 压kV1系列RN3系列额定电 流kA额定电 压kV额定电 流kA6kV侧J供II类负荷的出线6200供II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-1

30、0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12250No查电力工程设计手册电气一次部分，选择ZS-35/4G, ZS-110/3型绝缘子。本次课程设计的课题是小型水电厂电气主接线设计，由此得到的任务 是设计一个水电厂的电气主接线系统,并且根据提供的资料参数进行变压 器选择和短路电流计算，由短路电流计算的结果来进行设备的选择和校 验。在规定的时间内查阅相关资料，合理安排时间，完成了老师规定的任 务。小型水电厂电气主接线设计的研究，做好这个课题使我在水电方面有 了更深的理解和学习，帮助我向更深的方向探索。参考文献1 发电厂电气部分（第二版） 范锡普主编中国电力出版社2 电力工程电气设计手册（第一册