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:学生姓名：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、发电厂的建设规模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，计划安装（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勺一类负荷，水电站附近负荷 3MW2:电力系统的总装机容量为（396MVA，全系统最大负荷340MWV最小负荷 225

2、MW。3、环境条件最热月地面下0.8m 土壤平均温度28.6 C,多年最低气温-4 C;室内最热月平均温度34.1 C,户外最低气温40.1 Co 4、水电站位置和发展水电站位于某河流上游，附近有城镇 5座，各城镇发展远景如下:5、系统连接图如下：».«> Jg 吶S S5"汐s.= 讪to 答.= «-x寸晌- OH-址 口占HuMhfnwt址 OHU0-5 A0 QH<_ Eon* 卷工uhm ® ® ©二 2, 51 迁 二 S1H范总亠 空：淇* 歹上膜N X M 盏 E - M .>-IM一AA亠

3、0二Vi戈呈云叭as 讶一 胃T Ui Ms 护 Ezc ©- ©三出. 冷？点*7 占工恳- .3 衣亠n-u亠芽 WA看1 SUHS -举总"3 A記虫一 穿-决莊黃-呂士超能-A兰二吃 ArJU-NC 二工去A兰_三西亠20,1 S芟二M $bsfnH $085-952Mhl 屮-叫n-u込亠 冷口或*7 MAmH -牙M彳 H0t/vA0V A二Ms 身XQV sxsx 二 Pam.7叭=«営 玉SH3 占託哲=导V壬頁1 >#zMs旨 sc-二PSS2生逞(二/.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

4、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 张（电气主接线图、屋内配电装置图、屋外配电装置图）摘要本文为4X 15MV水力发电厂电气一次部分设计。通过对原始资料的详细分析,根据设计任务书的要求，进行了电气主接线方案的经济技术比较，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、主接线图、厂 用电AbstractThis article is 4 x 15 mw hydropower plant electrical part desig

5、n at a time. Through detailed analysis of original data, according to the requirements of the design plan descriptions of the economic and technical comparison, the main electrical wiring schemedesign of auxiliary power, short circuit current calculation and selection of electrical equipment and cal

6、ibration, power distribution equipment design. Compiled the design specification, draw the main wiring diagram, auxiliary power wiring diagram.The keyword : The main connection, short circuit calculation, equipment selection, power distribution equipment, design specifications, mainwiringdiagram,aux

7、iliarypower发电厂电气主接线设计1.1 主接线的方案设计目录1.2 主接线方案的经济技术比较1.3 确定最优主接线设计方案1.4 发电机，主变及厂用变容量选择1.5 厂用电设计短路电流计算导体，电器设备选择及校验3.1 导体设备选择概述3.2 导体的选择与校验3.3 导体和电气设备的选择成果表配电装置设计参考文献附录131313161819201发电厂电气主接线设计1.1主接线的方案设计简述：电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分主体结构，是电力系统网 络结构的重要组成部分，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

8、的基本要求包括可靠性、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，进行技术和经 济比较，得出最佳接线方案。(1) :本次设计的重点是：水电厂高低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的确定：本次设计发电机的形式根据水电厂实际情况采用合适型号，因其单机容量在15MWV无厂用电分支，其机端电压等级采用10.5KV，根据发

9、电厂主变压器确定原则： 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基础上，结合对电力系统电气主接线的可靠性、经济性及灵活性等基本要求综合考虑， 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， 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。

10、(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、检修安全等。(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，形成最佳可比方案。(1)、10.5KV电压级，本设计水电厂装机共 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，其原则是每段母线上发电机总容量或负荷为24MV及以上时，一般采用双母线分

11、段接线，考虑到本设计水电厂是小型水电厂， 成本不宜过高，在技术允 许的情况下可以考虑单母线分段接线，以减少成本。(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-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。主接线方案分析比较序号可能的接线方案方案一优点、发电机侧接线简单，运行方便;、当任一段母线及其所接

12、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。缺点、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，无论检修方案二母线或设备故障，全厂停电的概率很小。、运行方式灵活，调度灵活。、设备较多;、主控制室面积增大。、易于实现自动化。20MW110KV110KV3MW iwi i S' i10.5kv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。将通过经济技术比较做进一步选择。1.2主接线方案的经济技术比较、主接线方案经

13、济技术比较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较方案的费用 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行比较，计算主要设备及配电装 置的综合投资和年运行费用，运用主接线经济比较的方法：静态比较法进行比较。、主接线方案的经济初步比较1、主接线方案的投资初步比较方案投资比较表项目方案一方案二10k V接线1519.4110k V接线75.775.7主变108108本体投资198.7203.1综合投资377.53385.89由综合投资比较可知：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

14、修、 维护折旧等费用。计算公式是U a A Z1 Z2(万元)其计算公式2SQk)- K其中A为变压器电能损失，为年运行费用的计算的主要内容1A n( P0 k Q。)-( Pk n、方案一年运行费用 主变电能损失主变型号SFP7-40000KVA其技术参数如下表型号额定容量（KVA）额定电压（KV高压中压低压SFP7-40000/11040000110 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© =0.80.846174S取年运行费用中无功经济当量 k=0.02 Q l0（%）kvar100Qk Ud(%)1S0k

15、var则计算得 A 1386700( kwh)、年运行费用据公式U a A Z1 Z2（其中检修维护费Z1=0.058X综合投资,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较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、二的综合比较见下表序号可能的接线方案方案一方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

16、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 控室面积小，开关设备 少，操作简便。主控室要求面积大，开关设备用量大。110KV20MW.77、110KV3M W7 . , 7 r10.5kv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

17、额定功率因数cos ©电抗X*(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附录,主要设备规格及参数。P95页2、变压器的选择及主要参数 (1)、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（KVSFP7-40000/110高压中压低压40000110 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、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

18、变压器参数如下型号额定容量（KVA）额定电压（KVS9-20002000高压中压低压10.52.5 %0.4阻抗电压（%）连接组别功率因数空载电流（%）损耗（kw）4.5Y,YN0Cos© =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，其最基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#

19、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。另外若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。10MW20MW110KV母线3MW380/220Vi110KV10KV带厂用电单母线分段接线图120 MW <10kVkm40 (36 ,34,32) km25 MW25 MW110 kV30 MW-10kV15.7kW73 kW0.510.518.6kW89 kW0.510.5YN ,d 1116MWVAYN ,d112 20MWVAmP0PsI0% Vs%14肿刃20 l1八WJ1Vs%P0PsI0%P0PsI0%Vs%15.7kW73 k

20、W0.510.54 15MWX2X0cos0.1360. 160.073N 0.8YN ,d114 63 MWVA-<2>- -W- -<2>- -<2>-P044 kW121 kW0.3510.5463 MWXdX2X0cos0. 1340. 1610.06N 0.85P0Ps10%Vs%11 kW50 kW0.5510.5Ps丨0%Vs%70(75,65,60 )km110 kV110 kV80 MWP0Ps10%Vs(12)Vs(2 3)Vs(1 3)'QYN,d112 16 MWVAXd12MWX2X0cos0.1360. 1610. 075

21、N 0.810 kVP0PsI0%Vs%63 MWVA44 kW121 kW0.3510.550 MWXdX2Xcos完整电力系统接线图10kV35 MW0.1280.1540.054N 0.852 25 MWXdX2Xocos13.2kW63 kW0.55.%.%0.1280.1570.0591N 0.810.56.5 5MW17.5 15 MW10 kV35 kVYN ,d112 10MWVA,Y,d1110MVA35 kV/.2短路电流计算短路计算：（k1点为机端母线，k2点为110kv母线）1.电网简化图:e耳=1M血一2.复合网序图1）三相短路K1 点：E=1.07,X=0.19;I

22、k1 I匹 5.630.19K2 点：E=1.07,X=0.24；2）K1EIK2 X单相短路点：E=1.07,Ik1匹 4.450.24X1=0.19,X2=0.2，X0=0.1 ；X1 X2 X0K2 点：E=1.07, X1=0.24,X2=0.17,X0=0.19 ；1 K2 X1 X2 X0 0.171.070.19 0.241.78亠72.180.19 0.2 0.13）两相短路（BC两相）K1 点：E=1.07,X1=0.19,X2=0.2 ；EIk11.070.19 0.22.74QjwvEA/WX2/.K2 点：E=1.07,X1=0.24, X2=0.22I K2EX1 X

23、21.072.320.24 0.230.25 屮0.165w0.59A/WOWV0EL0也0EM.OQEELQ 也=1.06短路清单0J65P0 扣0V就0.13P0J65.'CL5 力A/WV沪短路类型短路点化简图复合网序图短路电流单相短路K1点彳皿 I订（正序）（负序）£.】O.J.0J-TE=1.07, X1=0.19,X2=0.2 , X0=0.1 ;IEK1X1 X2 X01.070.19 0.2 0.12.18K2K11r0.13- 们代 055.（零序）但 D廖 0址v/WrrML/Vijr® id3总I 3E=】（正序）(MiQ 心(j)J（负序）（

24、零序）Vr（正序）心一AMr-（负序）E=1.07, X1=0.24,X2=0.17,X0=0.19;1 K2 X1 X2 X01.070.17 0.19 0.241.78E=1.07 , X1=0.19 ,X2=0.2;K1EX1 X21.070.19 0.22.74K2点K1点Vr（正序）（负序）H0戈01乐皿-W'lrrMZA)sAVjii屆 .HaeE=1.07 , X1=0.24 ,X2=0.22;E1 K2 X1 X21.070.24 0.232.32E=1.07, X=0.19;K2点I K1E 1.07X 0.195.63E=1.07,X=0.24;VrE|k2 -4.

25、451.070.243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， 在正常运行和短路状态时都必须安全可 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、电器选择原则 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， 本次设计中要进行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、连接导体的选择1

26、、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, 其截面一般按经济电流密度选择。根据以上原则，本次设计因10KV侧无汇流母线，仅对发电机出口开关柜至 主变之间的导体进行选择。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 max kl al 确疋;其中-I/、 I max375002165AJ3 10.5謂迺1.05al 0 V 70 25al计算得I al 2062查表选择得导体截面为：单条125X 8 (mm2)竖放、热稳定校验运用

27、简化公式編n C伍进行校验。查发电厂和变电站电气部分毕业设计指导P55页公式中取短路电流持续时间tdz0.25s取70 r时热稳定系数C=87Smin为满足热稳定的最小允许截面积，查短路计算结果：I25.26则:Smin等亦5 145.17mm2 1000mm2满足热稳定要求。、动稳定校验根据动稳定校验条件:maxymax作用在母线上的最大计算应力y母线材料的允许应力。取 y 70 106( pa)对于单条矩形母线:其中：支持绝缘子间的跨距L 1.2截面系数w bh2/61.6710 4冲击电流ich 70.3KA母线相间距离 0.75m振动系数19.8 105L2则 max 1.73 i2c

28、h 一10 8wmaxy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，采用户内配电装置，其高压侧I max 110A，选用发电机F1F4与变压器连接母线相同的125X 8 (mm2)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Imax 2887 A,选用双条125X 10( mm2) 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台主与母线连接的一回进行选择，试选择与 5回出线同型号的LGJQ-240进行校验。LGJQ-240导线其最大长期允许载流量为I at 605A(

29、70 C)查毕业设计参考资 料。热稳定校验运用简化公式Smin 才忙 进行校验。查发电厂和变电站电气部分 毕业设计指导P55页公式中取短路电流持续时间tdz 3s取70 r时热稳定系数C 87Smin为满足热稳定的最小允许截面积，查短路计算结果：I 13.28KA则:13 28smin 亠丁0.25264mm2240mm287不能满足热稳定要求，为此选用 LGJQ-300导线能满足设计要求。、母线的选择与变压器-母线连接线引线选择步骤相同，本设计 110KV母线选择型号为LGJQ-300的钢芯铝绞线，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一、导体选择成果表导体名称导

30、体型号110kV母线LGJQ-300110kV出线LGJQ-240110KV变压器连接导体LGJQ-300发电机-变压器导体125X8 (125X10)10KV厂用变导体125 X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 点LW6-11011031504012550 (3S)125GW4-110110100023.7 (4S)80ZN5-10/1250101250256325 (2S)63ZN5-10/6301063012 54012 5(2s)40GN2-1010200036

31、 (10s)852、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 点型号额定电流A级次组合二次负荷热稳 定电流A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额定电压KV副绕组额定容量VA取大容量VA点型号原绕组副绕组辅助绕 组0.513110KV母线JCC2-1101000.1于0.150010002000发电机JDZ-10100.15080200主变低 压侧

32、JDZJ-101000.10.1733050120发电机JSJW-10100.10.1731202004809604、熔断器的选择成果表安装地点型号额定电压KV额定电流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片数备注咼压室CMWD2-20620屋内ZC-1010屋外ZP C-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-630-1.1/16-B4630A110KV出线OWF110/J3 -0.01H1

33、10/730.01 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行配电装置设计 配电装置的总体平面布置，断面结构，屋内、屋外配电装置。确定屋外配电装置图（上一平面图，下一断面图）jgsgggjijjggggjgggL-廿n1 月=17mrCT. <s-o“p=pt aP'".'"' iQg| .Som Vm舟ji Illi KBBIBBUBIJBULIJ U L I _ _- -.丰# -! .V _“r , ,. . . Jf L4/O ”“/列*-ki6* 5'313+ 5. 6.7.Ijfr图5单母分廉带旁路、半高型东置的断面a祕1 一母线,2昜賂母纽趴氣7-隔离开关；5新路器八（5-电流互感器* 3咽渥器9-辐合电容参考文献1水利电力部西北电力设计院编， 电力工程电气设计手册 （电气一次部分） M 北京：水利电力出版社， 1994.2熊信银发电厂电气部分 M 北京：中国电力出版社， 2004：28-210 3邱关源电路 M 北京：高等教育出版社， 1999：198-210