课程设计小型水电站

1、目 录一、概述1.1工程概况1.2其他资料二、接入系统方式及设计方案选择2.1接入系统方式2.2电气主接线的确定 三、设计步骤3.1变压器的选择3.2短路电流计算3.3主要电气设备的选择及校验四、参考文献五、设计体会一、 概述 1.1 工程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1500KW×3，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

2、主。年利用小时数4000小时。保证出力1500kW，多年平均发电量168×105kW.h。厂用电负荷：123KW左右型号：SFW118/64-6， PN=1500kW，UN=6.3kV，cosN=0.8，IN=171.8A。旋转方向为俯视逆时针；Xd"= 0.12；额定转速nN=1000r/min。1.2 其它资料 年均最高气温：30，年均最低气温：1，多年平均雨量：1100mm，雷暴时数：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，

3、该电站以两回出线与35kV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Imax=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1000KW，其余各回供III类负荷各500KW。2.2电气主接线的确定2.2.1 电气主接线的基本原则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。电气主接线设计的一般步骤1) 根据电力系统的实际情况和水电站可能的最大输出功率，经过分析比较后确定联络变压器（或主变压器）与发电机组的组合方式，并确定变压器容量和台数。 2) 拟定3个可行的接线方案，并同时列出各方案中主要

4、电气设备（如变压器，电抗器等）。进行经济比较，并从供电的可靠性，供电质量，运行和维护的方便性以及建设速度等方面，进行充分的技术比较，最后确定一个最合理的方案。 3) 对确定的接线方案，一般考虑并网运行，按正常运行和短路故障条件和校验主要设备，并可能考虑继电保护及自动化装置等方面的要求。 电气主接线的选择 电气主接线是发电厂变电所电气设计的重要部分，对安全可靠供电至关重要。主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较，综合考虑各方面的影响因素，最终得到实际工程确认的最佳方案。因此，设计主接线必须满足如下要求：1) 满足供电必要的可靠性和电能质量的要求接线简单，清晰，操作简单2) 必要的运行灵活性和

5、检修方便3) 投资少，运行费用低，占地面积小，电能损耗小4) 具有扩建的可能性，调度的方便性发电厂的主接线的基本环节是电源（发电机和变压器）和引出线。母线（又称汇流母线）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下，引出线数目比电源数目多，因此，在二者之间采用母线连接既有利于电能交换，还可以使接线简单明了和运行方便。主接线的设计及方案比较 1）对原始资料的分析 设计电站为小型水电站，其容量为,最大单机容为,为典型的小水电站，在电力系统中将主要承担腰荷。需要在经济性，可靠性，灵活性之间着重考虑比较，选择最合理的方案。 2）主接线方案的拟定比较6KV电压等级鉴于出线回路多，发电机的额定电

6、压为6.3KV,其负荷较小（为和类负荷），可以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，为选择清型电器，应在分段处接母线电抗器，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，则有系统以Imax=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，应采取单母线不分段接线方式，但为了提高可靠性也可使用双母不分段接线形式。 根据以上分析，可以选出三种方案。方案一：6KV和35KV电压级分别采用单母不分段接

7、线方式（见图一）。 图一方案二：6KV电压级采用单母分段接线和35KV电压等级采用单母不分段接线（见图二）。 图二方案三：6KV电压级采用单母不分段接线，35KV电压级采用双母不分段接线（见图三）。 图三 表一 方案一 方案二 方案三 优点接线简单，操作方便，投资比方案二、三省。6KV侧用单母分段接线，其可靠性比方案一、三要高，投资比方案三要省。其35KV侧用双母不分段接线，其可靠性和灵活性比方案一、二要大大提高。缺点可靠性比方案二、三差，调度不方便。投资比方案一大，35KV侧的可靠性比方案三差。投资比方案一、二大。6KV侧可靠性比方案二差。经过综合上述方案比较并结合原始资料分析，最终选择方案

8、二。 三、设计步骤3.1变压器的选择 相关分析该电站总装机容量为：4500KW，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。它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 小型水电站不应该采取三台以上变压器，因为运行经验证明某些电站的机组较多，但其容量在系统中所占比重不大，采用一台主变压器也是可

9、以的。 主变压器相数的选择 因为水电站容量较小，小型水电站宜采取三相油浸式变压器，并根据国家节约能源的规定采用低能耗变压器，因此，本水电站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，调压范围为变压器型号:S7-3150/35主要技术参数如下：额定容量：3150KVA额定电压：高压35KV，低压6.3KV阻抗电压（%）：7.0连接组：空载损耗：9400W短路损耗：33500W空载电流（%）：4.5厂用变压器的选择： 厂用电负荷包括厂用电高压计算负荷和厂用电低压计算负荷，以123KW作为近似计算，只要厂用变压器容量大于123KW即

10、可。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，查相关设计书知：厂用变压器的额定容量为3.2短路电流计算目的：短路是电力系统中较常发生的故障。短路电流直接影响电气设备的安全，危害主接线的运行，特别在大容量发电厂中，在发电机电压母线或发电机出口处，短路电流可达几万安至几十万安。为使电气设备能承受短路电流的冲击，往往需选用加大容量的电气设备。这不仅增加投资，甚至会因开断电流不能满足而选不到符合要求的高压电气设备。因此，在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其目的是：1） 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，

11、或者确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等。2） 在选择载流导体及电器元件时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全，可靠地工作，同时又能节约资金，这就需要对有关电流值进行动稳定、热稳定和开断能力的检验。3） 为选择继电保护方式和进行整定计算提供依据。短路电流计算条件基本假定：1） 正常工作时，三相系统对称运行2） 所有电流的电动势相位角相同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） 不考虑短路的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件电阻都忽略不计6） 不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流7） 元件的参数均取额定值，不考虑参数的误差和调

12、整范围8） 输电线路的电容忽略不计一般规定：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的点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。基准值的选择 该水电站最大运行方式为：3台机组满发并网运行，最小运行方式为：1500KW机组1台发电，保证出力和并网运行。线路均按3KM计算，电抗系数

13、为： 短路计算基准值（）额定电压基准电压基准电流基准电抗66.39.160.39735371.5613.7计算各元件参数的标幺值如下：单台发电机: 主变压器：厂用变压器：35KV线路：6KV线路：系统短路容量：系统阻抗： 短路示意图等值电抗计算: 对于点，等值图如下 对于点，等值图如下 对于点，示意图如下 对于6回路出线：，对于系统：，发电机侧： 通过Y-变换，等值图如下 所以，此时点短路电抗 对于点，等值图如下 短路电流计算 对于，短路电流为： 对于，短路电流为： 对于，短路电流为： 对于，短路电流为： 上述短路电流和短路冲击电流都是在三相短路时计算出来的，由于两相短路电流是三相短路电流的0

14、.866倍，故两相短路电流和短路冲击电流均是三相的0.866倍。 对于点，两相短路电流为： 对于点，两相短路电流为： 对于点，两相短路电流为： 对于点，两相短路电流为： 三相、两相短路电流的值如下表所示：三相短路电流（）两相短路电流（） 0.376 0.326 4.746 4.110 2.279 1.974 1.431 1.239 3.3电气设备的选择和校验电器和导体的选择设计同样必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和留有适当的发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。 一般原则：1. 应力求技术先进、安全使用、经济合理2. 应满足正常运行，检修、短

15、路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展3. 应按当地环境条件校核4. 应与整个工程的建设标准协调一致5. 选用新产品应慎重6. 选用的电器允许最高工作电压不得小于网络额定电压7. 选用的电器的允许电流不得小于回路的最大持续工作电流8. 验算相应的热稳定和动稳定 高压断路器和隔离开关的选择 高压断路器主要功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起着保护作用。 额定电压和电流选择： 开断电流选择：， 短路关合电流的选择： 短路热稳定和动稳定校验： 隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关气设备，一般

16、配有电动及手动操作机构，单相和三相操作，它需要与断路器成套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负负荷电流和短路电流。 隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下、合线路。其主要功能如下：1） 隔离电压2） 倒闸操作3） 分、合小电流隔离开关的形式较多，按安装地点不同可分为屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目又可分为单柱式和双柱式。它对配电装置的布置和占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济要求来确定。发电机断路器和隔离开关的选择发电机最大持续工作电流： 根据发电机回路的电网额定功率和的要求，可选SN10-10/1000-16型少油断路器和GN6-10/1000

17、型隔离开关。有相关参数得，根据短路点处短路电流标玄值查短路电流计算曲线，可得：,此时有名值为,因此，计算数据SN10-10/1000-16型断路器GN6-10/1000型隔离开关 12.49 80 80 由上表可见，SN10-10/1000-16型断路器和GN6-10/1000型隔离开关满足热稳定和动稳定要求。6KV出线的隔离开关和断路器选择类负荷最大持续工作电流为： 类负荷最大持续工作电流为： 根据6KV出线回路的、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。由隔离开关的参数得，根据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有

18、名值为，因此， 计算数据ZN5-10/630GN6-6T/200 6KV 10KV 10KV 120.3/60.1A 630A200A 2.244KA 20KA 3.64KA 32.4KA 36.26 6.030KA 50KA 25.5KA 由上表可知，所选的ZN5-10/630型断路器和GN6-6T/200型隔离开关满足热稳定和动稳定的要求。 6KV母线断路器和隔离开关的选择 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：，根据6KV母线回路的 、的要求，可选ZN3-10/600型真空断路器和GN6-10/600-52型隔离开关。由

19、相关的参数得，根据短路点处短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，因此，计算数据ZN3-10/600GN6-10/600-52 6KV 10KV 10KV 85.9A 600A600A 4.523KA 8.7KA 7.33KA 14.09KA 87.4712.15KA 22KA 52KA 由上表可见，所选的ZN3-10/600型断路器和GN6-10/600-52型隔离开关满足热稳定、动稳定要求。35KV出线隔离开关和断路器的选择最大持续工作电流：根据35KV回路的、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。由隔离开关的参数得，根

20、据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，因此， 计算数据SW2-35/600GW5-35G/600-72 35KV 35KV 35KV 92.1A 600A 600A 0.367KA 6.6KA 0.59KA 9.8KA 0.84 0.986KA 17KA 72KA 由上表可见，所选的SW2-35/600型断路器和GW5-35G/600-72型隔离开关满足热稳定和动稳定要求。主变压器隔离开关选择高压侧最大持续工作电流： 低压侧最大持续工作电流： 由于主变压器高压侧与35KV母线相连，可以用35KV的隔离开关，即GW5-35G/600-72型隔离开关，通过

21、热、动稳定校验满足要求。 由于主变压器低压侧与6KV母线相连，可用6KV母线隔离开关，即GN6-6T/200型隔离开关，通过热、动稳校验满足要求。 电抗器的选择 依据安装地点和作用，普通电抗器可分为母线电抗器和线路电抗器两种。 线路电抗器 电路电抗器主要用来限制电缆馈线回路短路电流。由于电缆的电抗值较小且有分布电容，即使在电缆馈线末端发生短路，短路电流也和母线短路差不多。馈线上装线路电抗器，从发电厂和用户整体来看比较合理，一般电抗百分值取3%-6%。（类负荷，类负荷）因此，根据、和上述要求可选NKL-10-200型电抗器，初步将电抗值定为。 在时，满足热、动稳校正满足要求，此时 计算电抗标玄值

22、，归算到基准值的计算电抗，因此，查短路电流计算曲线得，此时有名值为，则电压损失和残压分别为： 热稳定和动稳定检验： 可见，电压损失、残压，热、动稳定均满足要求，因此，电抗器NKL-10-200-6型。 母线电抗器 母线电抗器装设在母线分段处，其目的是让发电机出口断路器、变压器低压侧断路器、母联断路器和分段断路器等都按各回路额定电流来选择，不因短路电流过大而使容量升级。母线电抗器用于限制并列运行发电机所提供的短路电流，其额定电流通常按母线上事故切除最大一台发电机时可能通过电抗器的电流进行选择，一般取发电机额定电流的50%-80%，电抗百分值取8%-12%。（）。 根据、和上述要求可选XKGKL-

23、10-400型电抗器，初步将电抗值定为8%，在时，满足热、动稳校正满足要求，此时 计算电抗标玄值，归算到基准值的计算电抗，因此，查短路电流计算曲线得，此时有名值为，则电压损失和残压分别为： 热稳定和动稳定检验： 可见，电压损失，残压，热、动稳定均满足要求，所以电抗器XKGXL-10-400-8型。 3.3.3 高压熔断器的选择 熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。1. 型式选择按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器。2. 额定电压选择对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。但对于填充石英砂有限流作用的熔断器，则不宜使用在低于熔断器额定电压

24、的电网中。3. 额定电流的选择熔断器的额定电流的选择包括熔断器熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。为了保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流应大于或等于熔体的额定电流。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及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35KV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体额定电流应根据电力变压器回路最大工作电流，按下式选择 式中：为可靠系数，不计电动机自启动时，考虑自启动时4. 开断电流和选择性检验 取， 6KV侧： 供类负荷的出线回路：A供类负荷的出线回路: A35KV侧：A因此，熔断器选择如下表所示： RN1系列 RN3系列额定电压KV额定电流KA额定电压 KV额定电流 KA 6KV侧供类负荷的出线 6 200供类负荷的