550MW水電站的設計

1、1.緒論1.1課題的背景和發(fā)展情況背景電力工業(yè)是能源工業(yè)、基礎工業(yè)，在國家建設和國民經濟發(fā)展中占據十分重要的地位，正常運行，發(fā)出來的電能順利輸送到電網的非常重要的環(huán)節(jié)。因此，電廠設備和元器件選擇和保護設計方案的確定，對于電廠的安全穩(wěn)定運行有重要的意義。對發(fā)電廠電氣部分及元件保護設計進行科學的設計很有必要2。1.1.2發(fā)電廠在國內外的發(fā)展情況當前國際上全球范圍的電力體制逐步打破壟斷、非管制化，引入競爭機制，形成有限電力市場己成為必然趨勢。最大限度的在電力系統(tǒng)中引入競爭，己被大多數(shù)國家所接受。在這種情勢下，電力系統(tǒng)優(yōu)化設計以及火電廠電氣部分設計己成為許多國家的一項主要研究課題。整個電力工業(yè)可以劃分

2、為發(fā)電、輸電、配電和供電四大領域。發(fā)電部分屬于理論兼實踐研究領域。對整個電力系統(tǒng)起著至關重要的作用，火電廠電氣部分設計是關系到整個電力系統(tǒng)運行可靠性的最關鍵一步。對于火電機組運行優(yōu)化，從國外的發(fā)展趨勢看，其優(yōu)化計算機模塊程序的應用起到了真正指導運行，降低能耗的目的。美國、德國等先進國家在機組運行優(yōu)化管理方面的工作己有近十年的經驗。例如，德國斯蒂亞克電力公司的機組運行優(yōu)化管理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)優(yōu)化及控制，可對各個薄弱環(huán)節(jié)及整個過程經濟性的影響做出評價。目前我國電力市場的改革趨向是“廠網分開，競價上網”，即將電網經營企業(yè)擁有的發(fā)電廠與電網分開，建立規(guī)范的、具有獨立法人地位的發(fā)電實體，市場也只對發(fā)電側開

3、放。發(fā)電的電力市場的主體是各獨立發(fā)電企業(yè)與電網經營企業(yè)，電網經營企業(yè)負責組織各發(fā)電公司的競爭，政府負責對電力市場進行監(jiān)督管理。與英國、澳大利亞等目的電力市場不同，中國電力市場繼續(xù)保持著輸、配一體的模式，保留供電營業(yè)區(qū)，每個供電營業(yè)區(qū)只有一個指定的供電機構向終端用戶供電。同時，根據“省為實體”的方針，我國的電力市場以省級電力市場為主，各省電力公司是其省內電力市場競爭的組織者。電力工業(yè)經過長期的改革和發(fā)展，目前從技術、人員、觀念等方面對于火力發(fā)電廠電氣設計創(chuàng)造了有利的條件。但是，技術方面并為達到差強人意的要求3。1.2設計任務1.2.1設計目的（1）培養(yǎng)學生綜合運用所學理論和技能解決實際問題的能力

4、；（2）學習專業(yè)工程設計的方法，進行設計技能、設計方法的初步訓練，進行科學研究方法的初步訓練，發(fā)揮學生的創(chuàng)造性，培養(yǎng)學生的思維能力和分析能力。1.2.2技術指標某南方山區(qū)建設一座裝機容量為5×50 MW的水電站，附近30 km處某國防廠及鄰近小鎮(zhèn)用電負荷為25 MW，其余功率經200 km的220 kV線路送入系統(tǒng)。站內空氣清潔，最高日平均氣溫32，最低0，海拔1700m，非地震區(qū)，6、7、8月有雷雨，由于山勢陡峭，建設場地十分狹窄。廠區(qū)最大負荷同時系數(shù)0.85，最小負荷系數(shù)0.7，60%類負荷，20%類負荷,T max=4500h。工作要求（1）電站電氣一次接線的設計。主接線部分包

5、括互感器的配置，保護通訊設備配置和防雷設備的配置；廠用電接線設計至380/220V母線；繪制電氣主接線圖。（2）電氣設備的選擇與配電裝置的設計。電氣設備選擇：正常工作電流與短路電流計算；發(fā)電機、變壓器、開關電器、互感器、限流電器、導體的定型定量計算選擇、防雷設備的配置選擇；列出電氣設備選擇總表。配電裝置：全站配電裝置形式、戶內（或戶外）配電裝置的布置；繪制總平面布置圖與典型間隔斷面圖（含道路與電纜溝道）。（3）編寫說明書宇計算書。（4）書面翻譯與外文資料電力系統(tǒng)接線圖圖1.1電力系統(tǒng)接線圖2主接線的設計主接線代表了變電站電氣部分主體結構，是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分，變電站電氣設計的首要部分。

6、它表明了變壓器、線路和斷路器等電氣設備的數(shù)量和連接方式及可能的運行方式，從而完成變電、輸配電的任務。它的設計，直接關系著全所電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經濟運行。由于電能生產的特點是發(fā)電、變電、輸電和用電是在同一時刻完成的，所以主接線設計的好壞，也影響到工農業(yè)生產和人民生活。因此，主接線的設計是一個綜合性的問題。必須在滿足國家有關技術經濟政策前提下，正確處理好各方面的關系，全面分析有關影響因素，力爭使其技術先進、經濟合理、安全可靠。電氣主接線是發(fā)電廠電氣設計的首要部分，也是構成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的設計方案與電力系統(tǒng)整體及發(fā)

7、電廠本身運行的可靠性、靈活性和經濟性密切相關，并且對電氣設備的選擇，配電裝置布置，繼電保護和控制方式的擬定有較大的影響。因此必須正確處理好各方面的關系，全面分析有關影響因素，通過技術經濟比較，合理確定主接線方案。2.1主接線設計依據電氣主接線設計的基本原則是結合工程實際情況，在保證供電可靠、調度靈活、滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便、盡可能的接省投資，堅持可靠、先進、適用、經濟、美觀的原則。水電廠是電力系統(tǒng)中最靈活的機動能源，啟、停方便，多承擔系統(tǒng)調峰、調相任務，根據水能利用及庫容的狀態(tài)，可以酌情的擔負基荷、腰荷和峰荷。因此其主接線應該以供電調度靈活為主選擇接線形式。2.2主接線設

8、計特點（1）主接線設水電站一般距離負荷中心較遠，在發(fā)電機電壓側很少接有大功率的用戶，所以采用較高電壓送電，故主變壓器容量多按機組容量確定。（2）除徑流電站外，其余電站大都擔負系統(tǒng)調峰，調頻和事故備用，利用小時數(shù)一般較低，因此開停機比較頻繁。（3）水電站開機程序比較簡單，機組啟動迅速，并容易實現(xiàn)自動化。（4）電站規(guī)模確定后，一般不考慮擴建，但對規(guī)劃設計中明確分期建設的電站則在主接線設計中應予考慮。（5）水電站廠用負荷較小，一般不從高壓側引接，備用廠用電源可引自地區(qū)配電網或保留施工變電所來解決。（6）水電站多處山區(qū)，地形復雜，電氣設備布置及進出線走廊均受到一定限制，應盡可能簡化接線，避免在水電站設

9、備復雜的變電樞紐（梯級電站除外）并盡量減少電壓等級和進出線回路數(shù)。（7）在同一河流上的梯級水電站或地理位置相近的幾個水電站，它們之間既有電的聯(lián)系又有水的聯(lián)系，設計主接線時應充分考慮這一特點。主接線設計時，應妥善解決近區(qū)負荷的供電問題。2.3主接線設計的基本要求可靠性供電可靠性是電力生產和分配的首要要求，主接線首先要滿足這個要求。具體要求如下:（1）斷路器檢修時，不應影響對系統(tǒng)供電。（2）斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數(shù)和停運時間，并要保證對一級負荷及全部或大部分二級負荷供電。（3）盡量避免發(fā)電廠全部停運的可能性。（4）大機組超高壓電氣主接線應滿足可靠性的特殊要求。靈活性主接

10、線應滿足在調度，檢修及擴建時的靈活性。（1）電氣主接線應該在滿足可靠的條件下，接線簡單，操作方便，盡可能地減少操作步驟，以降低事故率。（2）調度時，應可以靈活地投入和切除發(fā)電機，變壓器和線路，調配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式，檢修運行方式以及特殊運行方式下地系統(tǒng)調度要求。（3）檢修時，可以方便地停運斷路器，母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不致影響電力網地運行和對用戶的供電（4）擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線，并且盡可能地不影響連續(xù)供電或在停電時間最短的情況下，可順利完成過渡方案的實施經濟性主接線在滿足可靠性，靈活性要求的前提下要做到經濟合理。（1）投資省。主接線應力求簡單

11、，以節(jié)省斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器和避雷器等一次設備。要能使繼電保護和二次回路不過于復雜，以節(jié)省二次設備和控纜。要能限制短路電流，以便于選擇廉價的電氣設備和輕型電器。如能滿足系統(tǒng)安全運行及繼電保護要求，110kV及以下終端或分支變電所可采用簡易電器。（2）占地面積小。主接線的選型和布置方式直接影響到整個配電裝置的占地面積，主接線設計要為配電的布置創(chuàng)造條件，應盡量減少占地面積。（3）電能損失少。經濟合理地選擇主變壓器的類型、容量、臺數(shù)和電壓等級。2.4主接線方案的確定單母線接線（1）優(yōu)點：接線簡單清晰、設備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置。（2）缺點：不夠靈活可靠，任一元件

12、（母線及隔離開關等）故障或檢修，均需使整個配電裝置停電。單母線可用隔離開關分段。但當一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關將故障的母線段分開后，方能恢復非故障段的供電。（3）實用范圍：6-10 kV 配電裝置出線回路數(shù)不超過5回;35-63 kV 配電裝置出線回路數(shù)不超過3回；110-220 kV 配電裝置的出現(xiàn)回路數(shù)不超過兩回。單母線分段接線 （1）優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不使重要用戶停電。（2）缺點：當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路

13、都要在檢修期間停電；當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴建時需要兩個方向均衡擴建。（3）實用范圍：6-10 kV 配電裝置出線回路數(shù)為6回及以上時；35-63 kV 配電裝置出線回路數(shù)為4-8 回時；110-220 kV 配電裝置的出線回路數(shù)為3-4回時。雙母線接線（1）優(yōu)點：供電可靠。通過兩組母線隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障后，能迅速恢復供電，檢修任一回路的母線隔離開關，只停該回路。調度靈活。各個電源和各回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應系統(tǒng)中各種運行方式調度和潮流變化的需要。擴建方便。向左右任意方向擴建，均不影響兩組母線的電

14、源和負荷均勻分配，不會引起原有回路的停電。便于實驗。當個別回路需要單獨進行實驗時，可將該回路分開，單獨接至一組母線上。（2）缺點：增加一組母線和使每回路就需要增加一組母線隔離開關。當母線故障或檢修時，隔離開關作為倒換操作電器，容易誤操作。為了避免隔離開關誤操作，須在隔離開關和斷路器之間裝設連鎖裝置。適用范圍：當出線回路數(shù)或母線上電源較多，輸出和穿越功率較大，母線故障后要求迅速恢復供電，母線和母線設備檢修時不允許影響對用戶的供電，系統(tǒng)運行調度對接線的靈活性有一定要求時采用。6-10 kV 配電裝置，當短路電流過大，出線需要帶電抗器時；35-63 kV配電裝置，當出線回路數(shù)超過8回時，或連接的電源

15、較多時；110-220 kV 配電裝置，出線回路數(shù)為5回及其以上時。雙母線分段接線 當220 kV 出線回路數(shù)甚多時，雙母線需要分段。（1）分段原則：當進出線回路數(shù)為10-14回時，在一組母線上用斷路器分段；當進出線回路數(shù)為15回及以上時，兩組母線均用斷路器分段；在雙母線分段接線中，均裝設兩臺母聯(lián)兼旁路斷路器；為了限制220 kV母線短路電流或系統(tǒng)解裂運行的需要，可根據需要將母線分段；變壓器-線路單元接線（2）優(yōu)點： 接線最簡單，設備最少，不需要高壓配電裝置（3）缺點： 線路故障或檢修時，便于變壓器停運；變壓器故障或檢修時線路停運（4）適用范圍：只有一臺變壓器和一回線路時，當發(fā)電廠內不設高壓配

16、電裝置，直接將電能輸送至樞紐變電所。主接線方案比較總體思路布局：本次設計課題的要求是建設一座裝機容量為5×50MW的水電站，出了附近30km處某國防廠及鄰近小鎮(zhèn)用電負荷為25MW，其余功率經200km的220kV線路送人系統(tǒng)。由于一臺機組的容量就夠國防廠和鄰近小鎮(zhèn)的用電量，理論上用一臺機組就能供應周邊的負荷，但考慮到國防廠在國家安全上的重要性和居民用電的可靠性，因此至少應有兩臺機組來向周邊輸送電能。由于周邊的用電負荷是25MW，而35kV電壓等級的線路輸送容量最大只有15MW，110kV電壓等級的線路輸送的容量在1050MW，因此通過技術要求和經濟性的比較，此次設計可采用110kV向

17、國防廠和鄰近小鎮(zhèn)供電。方案一 電氣主接線圖如2.1所示 圖2.1方案一接線圖（1）220 kV電壓等級的方案選擇 采用雙母線接線，其有兩組母線，每一電源和出線的回路，都裝有一臺斷路器，有兩組母線隔離開關，可分別與兩組母線連接。其特點是：供電可靠，調度靈活，擴建方便。采用這種接線方式的優(yōu)點是：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間，供電和不致使重要用戶停電。并且采用旁路母線之后，在出線斷路器和隔離開關檢修的時候，對重要負荷的供電不會停，保證了供電的可靠性。（2）110 kV電壓等級的方案選擇 采

18、用單母線分段，可以提高供電可靠性和靈活性，對重要用戶可以從不同引出兩回線路，由兩個電源供電。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障隔離。 （3）10.5 kV電壓等級的方案選擇 本方案中的可選擇的接線形式是單母線分段接線。用斷路器把母線分段后，對重要的用戶可以從不同的段引出兩條回路，有兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器會自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。 方案二 電氣主接線圖如圖2.2所示 圖2.2方案二接線圖（1）220 kV電壓等級的方案選擇帶有專用旁路母聯(lián)斷路器的接線，多裝了價高的斷路器和隔離開關，增加了投資，然而這對于會先較多，負荷對供電可靠高

19、的特殊場合，是十分必要的，由于220KV負荷有類負荷，所以采用雙母線帶專用旁路母聯(lián)斷路器的接線方式。 （2）110 kV電壓等級的方案選擇 在本方案中的可選擇的接線形式是雙母線接線形式。由于雙母線接線的可靠性和靈活性高，它可以輪流檢修母線，而不中斷對用戶的供電；當檢修任意回路的母線隔離開關時，只需斷開該回路；工作母線故障時，可將全部回路轉移到備用母線上，從而使用戶迅速恢復供電；可用母聯(lián)斷路器代替任意回路需要檢修的斷路器，在種情況下，只需短時停電；在個別回路需要單獨進行試驗時，可將該回路分離出來，并單獨接至備用母線上。雙母線接線形式正好克服了單母線分段接線形式的缺點，所以在大、中型發(fā)電廠中這種接

20、線形式被廣泛應用。（3）105 kV電壓等級的方案選擇方案二中的10 kV電壓等級的接線形式選擇雙母線分段接線形式。因為在進行主接線的設計中，必須時時刻刻考慮到可靠性、靈活性和經濟性等要求，并且考慮擴建的可能性。綜合上述原因，采用雙母線分段接線。 方案三 主接線圖如圖2.3 圖2.3方案三接線圖（1）220 kV電壓等級的方案選擇 接線方式與方案一相同，均采用的是雙母線接線，但電源的接入方式不盡相同。此方案中進線有5回，每一回都連有獨立的電源。 （2）110 kV電壓等級的方案選擇 由于110 kV電壓等級的線路只有兩條出線，并且要輸送電能的距離不遠，因此，在此方案中采用了外橋接線。內橋接線在

21、線路故障或切除、投入時，不影響其余回路工作，并且操作簡單。2.4.6方案的選擇設計發(fā)電廠的電氣主接線時，首先應按技術要求確定可能選用的方案。當有多個方案在技術上相當時，則需進行經濟比較。在上述三種方案中，他們在技術上都是有顯著差異。單母線分段在投資上是比雙母線接線的投入要小的，而雙母線接線的可靠性又比單母線分段接線的可靠性高。根據設計任務書中的要求，送入系統(tǒng)220 kV的線路與外界系統(tǒng)有三條出線，考慮到系統(tǒng)的可靠性，以及中小型水電站電氣設計手冊的要求，本次220 kV線路采用雙母線接線的方式。 方案二雖然比其它兩種方案的可靠性都高，但其接線太過復雜，不易靈活性要求，并且還增加了很多不必要的投資

22、。在方案一和方案三的比較中，不同的地方是采用不同型號和不同數(shù)量的變壓器，以及在110 kV上的接線也有差異。方案一在10 kV母線上有采用四臺變壓器，其中兩臺與110 kV母線相連，另兩臺與220 kV母線相連；而方案一采用兩臺三繞組變壓器和兩臺機組在10 kV母線端設計成單母線分段，兩臺三繞組變壓器其兩端分別接入110 kV和220 kV系統(tǒng)，把110 kV多余的電能送入系統(tǒng)；另外三臺普通變壓器和三臺機組構成單元接線，這樣開關設備少，操作簡便，以及因不設發(fā)電機電壓母線，而在發(fā)電機和變壓器之間采用封閉母線，使得在發(fā)電機和變壓器低壓側短路幾率和短路電流相對于具有發(fā)電機電壓母線時，有所減少。 通過

23、對三種方案的比較，并且連同電氣主接線的設計原則即可靠性、經濟性和靈活性以及水電站擴建的可能性的綜合考慮，選擇出的最優(yōu)方案是方案三3主變壓器的選擇 在發(fā)電廠中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器；用于兩種電壓等級之間交換功率的變壓器，稱為聯(lián)絡變壓器；只供本廠用電的變壓器，稱為廠用變壓器或自用變壓器4。3.1變壓器的選型 電力變壓器（文字符號為T或TM），根據國際電工委員會的界定，凡是三相變壓器的額定容量在5KVA及以上，單相的在1KVA及以上的輸變電用變壓器，均成為電力變壓器。電力變壓器是發(fā)電廠和變電所中重要的一次設備之一，隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高和規(guī)模的擴大，電壓升壓和降壓的

24、層次增多，系統(tǒng)中變壓器的總容量已達發(fā)電機容量的7-10倍?？梢?，電力變壓器的運行是電力生產中非常重要的環(huán)節(jié)。 主變壓器在電氣設備投資中所占比例較大，同時與之相適應的配電裝置，特別是大容量、高電壓的配電裝置的投資也很大。因此，主變壓器的選擇對發(fā)電廠、變電所的技術性影響很大。例如，大型大電廠高、中壓聯(lián)絡變壓器臺數(shù)不足（一臺）或者容量不足將導致電站、電網的運行可靠性下降，來年絡變壓器經常過載或被迫限制兩級電網的功率交換。反之。臺數(shù)過多、容量過大將增加投資并使配電裝置復雜化。3.2單元接線的主變壓器 單元接線時主變壓器容量應按發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度來確定。采用擴大單元

25、接線時，應盡可能采用分裂繞組變壓器，其容量亦應按單元接線的計算原則計算出的兩臺機容量之和來確定。3.3具有發(fā)電機電壓母線接線的主變壓器 接在發(fā)電機電壓母線與系統(tǒng)之間的主變壓器的容量，應考慮一下因素：（1）當發(fā)電機全部投入運行時，在滿足發(fā)電機電壓供電的日最小負荷，并扣除廠用負荷后，主變壓器應能將發(fā)電機電壓母線上的剩余有功和無功容量送人系統(tǒng)。（2）當接在發(fā)電機電壓母線上的最大一臺機組檢修或者因供熱機組熱負荷變動而需限制本廠出力時，其他主變壓器應能從電力系統(tǒng)倒送功率，保證發(fā)電機電壓母線上最大負荷的需要。 （3）若發(fā)電機電壓母線上接有2臺及以上的主變壓器時，當其中容量最大的一臺因故退出運行時，其他主變

26、壓器應能輸送母線剩余功率的70%以上。 （4）在電力市場環(huán)境下，中、小火電機組的高成本電量面臨“競價上網”的約束，特別是在夏季豐水季節(jié)處于不利地位，加之“以熱定電”的中、小熱電廠在夏季熱力負荷減少的情況下，可能停用火電廠的部分或全部機組，主變壓器應具有從系統(tǒng)倒送功率的能力，以滿足發(fā)電機電壓母線上最大負荷的要求。具有發(fā)電機電壓母線的發(fā)電廠，在發(fā)電機電壓母線上通常接入60MW及以下的中、小型熱電機組，按照“以熱定電”的方式運行，堅持自發(fā)自用原則，嚴格限制上網電量。為確保對發(fā)電機電壓上的負荷供電可靠性，接于發(fā)電機電壓母線上的主變壓器不應少于2臺，其總容量除滿足上述幾點要求外，還應考慮到滿足不少于5年

27、負荷的逐年發(fā)展。3.4主變壓器的選型變壓器型式和結構的選擇 擇主變壓器型式時，應考慮一下問題：1.相數(shù)的確定變壓器的相數(shù)有單相和三相，主變壓器是采用三相還是單相，主要考慮變壓器的制造條件、可靠性要求及運輸條件等因素。規(guī)程上規(guī)定，當不受運輸條件限制時，在容量為300MW及以下機組單元連接的主變壓器和330kV及以下電力系統(tǒng)中，均選用三相變壓器。同時，因為單相變壓器組相對來講投資大、占地多、運行損耗也較大，而不作考慮。本發(fā)電廠應選用三相變壓器。2.繞組數(shù)的確定繞組的形式主要有雙繞組和三繞組。規(guī)程上規(guī)定在選擇繞組形式時，一般應優(yōu)先考慮三繞組變壓器。因為一臺三繞組變壓器的價格及所用的控制電器和輔助設備

28、，比兩臺雙繞組變壓器都較少。但三繞組變壓器的每個繞組的通過容量應達到該變壓器額定容量的15%及以上，否則繞組未能充分利用發(fā)不如選用兩臺雙繞組變壓器在經濟上更加合理。同時三繞組變壓器比同容量的雙變壓器價格要貴40%50%，對深入引進負荷中心，具有直接從高壓變?yōu)榈蛪汗╇姉l件的變電站，為簡化電壓等級或減少重復降壓容量，可采用雙繞組變壓器。最大機組容量為125MW及以下的發(fā)電廠，當有兩種升高電壓向用戶供電或與系統(tǒng)連接時，宜采用三繞組變壓器，但每個繞組的通過容量應達到該變壓器額定容量的15%及以上。否則繞組未能充分利用，反而不如選擇兩臺雙繞組變壓器顯得經濟合理。 因此，在本次設計中，發(fā)電機-變壓器單元接

29、線的三臺變壓器選擇雙繞組，有電壓母線的兩臺變壓器選擇三繞組。3.結構的選擇按結構可把變壓器分為兩大類，即普通型和自耦型。在大型電力系統(tǒng)和降壓變電站中，普通的三繞組變壓器應用范圍有限、當主網電壓為110220 kV而中伏網為35 kV時使用，這主要是由于它們的中性點具有不接地方式的緣故，當中壓側為110 kV及以上電壓時，降壓變壓器和聯(lián)絡變壓器多采用自耦，應自耦變壓器的高、中壓繞組構成直接的電氣聯(lián)系，而有巨大的經濟優(yōu)勢。自耦變壓器較電壓比和容量相同的普通三繞組變壓器便宜，價格只有后者的65%75%左右。所以此次設計中的三繞組變壓器采用自耦型變壓器，發(fā)電機-單元接線的采用普通型雙繞組變壓器。4繞組

30、接線組變壓器三繞組的接線組別必須與系統(tǒng)秒年電壓相位一直，否則，不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的組別接線方式只有星行“Y”和三角形“d”兩種。因此，變壓器三繞組的連接方式應根據具體工程來決定。在發(fā)電廠和和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列要求以及限制三次諧波對電源的影響等因素，根據以上變壓器繞組連接方式的原則，主變壓器接線組別一般選用YNdd11常規(guī)接線。因此選用連接組別為YN，d0，d11的三繞組自耦變壓器。4 調壓方式 為了保證發(fā)電廠或變電站的供電質量，電壓必須維持在允許范圍內，通過變壓器的分接開關切換，改變變壓器高壓繞組匝數(shù)，從而改變其變比，實現(xiàn)電壓調整。切換方式有兩種：一種是不帶電切換，

31、稱為五激磁調壓，調壓范圍通常在±2×2.5%以內，應視具體工程情況決定。另一種是帶負荷切換，稱為有載調壓，調整范圍可達30%。但由于有載調壓變壓器結構復雜，價格昂貴，只有在以下范圍選用：（1） 接于出力大的發(fā)電廠的主變壓器，特別是潮流方向不固定，且要求變壓 器二次電壓維持在一定水平時。（2）接于時而為送端，時而為受端，具有可逆工作特點的聯(lián)絡變壓器，為保證供電質量，要求母線電壓恒定時。通常，發(fā)電廠主變壓器很少有采用有載調壓，因為可以通過調節(jié)發(fā)電機勵磁來實現(xiàn)調節(jié)電壓，因此本發(fā)電廠采用無激勵磁調壓。3.4.2變壓器容量的確定與計算1單元接線的主變壓器的選擇 發(fā)電機額定有功功率PN

32、=50MW,cos=0.8，年平均廠用電率1%廠用電計算負荷S由e= （2-1）e廠用電率%；S廠用電計算負荷；電動機在運行功率時的平均功率因數(shù)，一般取0.8；PN發(fā)電機的額定功率，kW。已知，50MW發(fā)電機，廠用電率1%得，廠用電計算負荷S為0.625MVA，根據1%的廠用電率，（-×1%）×1.1=68.0625MVA，所以應選75MVA變壓器2具有發(fā)電機母線連接的變壓器此次設計中有兩臺機組經過匯流母線與變壓器相連，裝設兩臺變壓器的發(fā)電廠，當其中一臺主變推出運行時，另一臺變壓器應承擔70%的容量。 具體計算的過程如下：S =（SG-SG×1%）×1.

33、1/0.8= (2×50-2×50×1%) ×1.1/0.8= 352×1.1/0.85 =136.125MVA根據上面的計算可知道低壓側的容量為最大，所以，以此為基準可以選擇兩個三繞組的變壓器.兩臺變壓器應該滿足當其中一臺主變推出運行時，另一臺變壓器應承擔70%的容量，因才采用95 MVA的兩臺變壓器。表3-1變壓器類型基本代號12345678結構特點耦合相數(shù)圈外絕緣冷卻油循環(huán)繞組數(shù)調壓中性點普通自耦單相三相油空氣成型固體自冷風冷水冷自然強導強迫雙三分裂無激磁有載普通全絕緣代表符合ODSGCFWDPSFZQ3變壓器類型根據以上變壓器選擇原則，

34、查電力工程電氣設備手冊，可選用的變壓器參數(shù)如下：雙繞組變壓器SSP3-75000/220 連接組別：YN，d11 其主要參數(shù)如下表所示型號額定容量kVA額定電壓kV阻抗電壓%空載電流%高低SSP3-75000/2207500022010.513.851.3表3-2主變壓器參數(shù)表三繞組變壓器型號：SSPS7-120000/220 接線組別：YN，d0，d11 阻抗電壓：U12=12.6%，U13=11.6%，U23=17.4%。4廠用電接線的設計4.1水電站廠用電的特點（1）水電站的廠用負荷較小，廠用變壓器的容量一般只占電站總裝機容量的0.41.5%。（2）一般無大容量的廠用電動機，通常只需38

35、0/220V電壓供電。（3）水電站樞紐布置范圍一般都比較大，需要供電的范圍也較大。（4）水電站約有5070%的廠用設備是不經常運行的，只有少數(shù)設備經常處于運行狀態(tài)，且其中大部分設備所需要負荷是間歇性的。（5）水電站在電力系統(tǒng)中大多擔負調峰或調頻任務，機組起停頻繁，特別是在枯水期，夜間還可能經常全廠停機，在洪水期又都擔任基荷，運行方式多變。（6）水電站運行的自動化水平較高，廠用設備運行的自動化水平也較高。（7）水電站大多位于山區(qū)農村，地區(qū)供電網絡不夠發(fā)達，為支援農業(yè)，必須考慮對附近用戶的供電，其供電方式宜與高壓廠用電一并考慮。（8）水電站建設周期較長，廠用電既能滿足電站連續(xù)施工或分期建設的要求，

36、又便于過渡。4.2廠用電接線的要求廠用電接線設計應按照運行、檢修和施工的要求下考慮全廠發(fā)展妥善解決分期建設引起的問題，積極慎重地采用經過鑒定的新技術和新設備，使設計達到經濟合理、技術先進，保證機組安全經濟和滿發(fā)地運行。(1)各機組的廠用系統(tǒng)應是獨立的，特別是200MW及以上機組，應做到這一點。一臺機組的故障停運或輔機的電氣設備，不應影響到另一臺機組的正常運行，并能在短時間內恢復本機組的運行。(2)充分考慮機組啟動和停運過程中的供電要求，一般均應配備可靠的啟動（備用）電源，在機組啟動、停運和事故時的切換操作要少，并能與工作電源短時并列。(3)充分考慮電廠分期建設和連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運行方

37、式。(4)200MW及以上機組應設置足夠容量的交流事故保安電源。4.3廠用電的設計原則（1）廠用電接線應保證對廠用負荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機安全運轉。（2）接線應能靈活地適應正常，事故，檢修等各種運行方式地要求。（3）廠用電源的對應供電性，本機的廠用負荷由本機供電。4.4水電站的廠用接線對于水電廠來說，廠用電負荷屬于最重要的負荷之一。水電廠廠用電接線采用單母線分段接線形式。對大容量水電廠，廠用母線則按機組臺數(shù)分段，每段由單獨廠用變壓器供電，并設置專用備用變壓器。為了供給廠外設施用電，可設專用壩區(qū)變壓器，按其距主廠房遠近、負荷大小以及發(fā)電機電壓等條件，可采用6 kV或10 kV電壓供電，其

38、余廠用電負荷均以380/220供電。4.5廠用電的選擇廠用電的電壓等級廠用電的電壓等級是根據發(fā)電機額定電壓，廠用電動機的電壓和廠用電供電網絡等因素，經過綜合比較后確定的。（1）水電站廠用負荷較小，一般無大容量的廠用電動機，通常只需380/220V電壓供電。低壓廠用電壓采用380/220V三相四線制系統(tǒng)，中性點直接接地。高壓廠用電壓一般采用610 kV三相系統(tǒng)。（2）在一些大型水電站中，如有較大容量的電動機，可采用380V或36 kV時，一般還是爭取采用低壓380V供電為宜。廠用工作電源的引接(1)高壓廠用工作電源（變壓器或電抗器）應從發(fā)電機電壓回路引出，并盡量滿足機、電的對應性要求。每個高壓廠

39、用電源，最多連接兩個獨立母線段。(2)發(fā)電機與主變壓器成單元連接時，高壓廠用工作電源一般從主變壓器的低壓側引接，供本機組的廠用電；當發(fā)電機所連接在發(fā)電機電壓主母線上時，高壓廠用工作電源一般由該發(fā)電機所連接的主母線段上引接。(3)6000 kW機組接在6 kV饋線上不帶電抗器的主母線上時，由200 kW及以上的電動機很小，高壓廠用電動機和低壓廠用變壓器均接在主母線上，不再設置單獨的高壓廠用母線段。(4)高壓廠用電源利用電抗器供電時，一般電抗器裝設于斷路器之后，但為避免電抗器前或電抗器內部短路引起斷路器的損壞，在布置上可能時，也可把電抗器裝設于斷路器之前。根據本工程的特點，本廠采用發(fā)電機出口接高壓

40、廠用變壓器的方案，廠用高壓為6 kV。廠用備用電源的取得(1)發(fā)電廠一般均設置備用電源的引接應盡量保證其獨立性，引接地點應具有足夠的供電容量。(2)廠用備用電源（變壓器或電抗器）主要作為事故備用，但也應考慮作為檢修機組起、停時的電源。高壓備用電源的容量按最大工作電源選擇，并以下列條件校驗：當帶了最大一段廠用工作電源的公用負荷后，尚能作為任一廠用工作電源的事故備用，事故投入后應能長期運行。當帶了某一廠用工作電源的負荷后，尚能滿足任一廠用工作電源事故投入時重要電動機自動啟動最低電壓的要求。當不能滿足以上要求時，備用廠用變壓器的容量最多可增大一級。(3)廠用備用電源的數(shù)量廠用高壓或低壓工作電源在6個

41、及以下時，只裝設一個備用電源，并與第一個工作電源同時設置；工作電源在7個及以上時，應裝設第二個備用電源，并與第7個工作電源同時設置。在下列任一情況下，第二個備用電源可提前與第6個工作電源同時裝設：a.有較多的廠用工作電源均帶有兩段母線時。b.在連續(xù)擴建的條件下，為便于過渡時。c.工作和備用電源均在發(fā)電機電壓主接線上，而備用電源不可避免要與供給幾臺較大容量鍋爐的工作電源接于同一主母線時，第二備用電源可提前與第五或第四個工作電源同時裝設，實行交叉?zhèn)溆谩?4)發(fā)電機與主變壓器成單元連接時，高壓廠用備用電源的引接方式如下：廠內有35kV母線，且與35kV廠外系統(tǒng)電源連接，則高壓廠用備用變壓器均由35k

42、V母線引接。廠內35kV及以上的母線均無廠外系統(tǒng)電源，但在35kV母線上接有兩個或以上本廠電源時，如發(fā)電機電壓為10.5kV，高壓備用變壓器由35kV母線上引接，如發(fā)電機電壓為6.3kV，則可用電抗器由初期兩個單元的主變壓器低壓側引接。廠內無35kV母線而有110kV母線與廠外系統(tǒng)電源連接時，則高壓備用變壓器可由110kV母線上引接。(5)發(fā)電機直接接在發(fā)電機電壓主母線上時，高壓廠用備用電源的引接線方式：主母線電壓為6.3kV時，一般用電抗器從主母線引接，當電廠有與廠外系統(tǒng)電源連接的35kV母線時，根據裝機容量及其在系統(tǒng)的作用（如連于6.3kV母線上的發(fā)電機容量超過系統(tǒng)的20%），為了在全廠停

43、電時能較迅速得取得備用電源，也可考慮從35kV母線引接。主母線電壓為10.5kV，并且有兩個及以上電源（包括本廠電源）的35kV母線時，可從10.5kV或35kV母線引接，究以何者為宜，通過技術經濟比較后決定。如無35kV母線上僅有一個電源時則應從10.5kV主母線引接。(6)全廠只有一個高壓或低壓備用電源時，與各廠用線段的連接：為了節(jié)省電纜和縮小電纜試驗、檢修時失去備用的范圍，推薦采用部分放射和部分串聯(lián)的方式，每分支上的母線段數(shù)一般為2-4段。(7)全廠設有兩個高壓或低壓廠用備用電源時，與各廠用母線連接的原則如下：正常時，兩個備用電源應為兩個獨立的備用系統(tǒng)，互不連接。當其中一個電源檢修時，可

44、由另一個作為全廠備用。對高壓備用電流尚應考慮當任一備用電源已經帶了一段母線后，盡可能減少對其他母線供電的影響，使其他分支線有可能切換到另一組備用電源。4.5廠用變壓器的選擇廠用變壓器的選擇主要考慮高壓工作變壓器和起動備用變壓器的選擇，其選擇內容包括變壓器的臺數(shù)、型式、額定電壓、容量和阻抗。廠用變壓器容量的選擇，應當保證在正常情況下，滿足全廠廠用負荷的供電，并且不會由于短路時過負荷而縮短使用期限。且在一般事故或檢修條件下，應有足夠多的備用容量。此次設計廠用電主接線采用的是明備用的方式，故所選廠用變壓器容量如下： 查電氣設備手冊選取廠用高壓變壓器的型號為：S72500/10，組別為YN，d11 5

45、電氣設備的選擇電氣設備裝置中的載流導體和電氣設備，在正常運行和短路狀態(tài)時，都必須安全可靠的運行。為了保證電氣裝置的可靠性和經濟性，必須正確選擇電氣設備和載流導體。各種電氣設備選擇的一般程序是：先按正常工作條件選擇出設備，然后按照短路條件校驗其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。電氣設備和載流導體的選擇設計，必須執(zhí)行國家的有關技術經濟政策，并應作到技術先進，經濟合理，安全可靠，運行方便和為今后的發(fā)展擴建留有一定的余地6。5.1電氣設備選擇的一般原則 正確選擇電氣設備是電氣主接線和配電裝置達到安全、經濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應根據工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術，并注意節(jié)省投

46、資，選擇合適的電氣設備。盡管電力系統(tǒng)中各種電器的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求確是一致的。電氣設備要可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗動、熱穩(wěn)定性75.2電氣設備選擇的要求(1)應滿足各種運行，檢修，短路和過電壓情況的運行要求。(2)應按當?shù)丨h(huán)境條件（如海拔，大氣污染程度和環(huán)境溫度等）校核。(3)應力求技術先進和經濟合理。(4)與整個工程的建設標準應協(xié)調一致。(5)同類設備應盡量減少品種，以減少備品備件，方便運行管理。(6)選用的新產品均應有可靠的試驗數(shù)據，并經正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經正式鑒定的新產品時，應經上級批準。(

47、7)應與整個工程的建設標準協(xié)調一致。(8)應適當考慮發(fā)展，留有一定的裕量。(9)電氣設備要能安全可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路條件來校驗其熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。5.3電氣設備選擇的技術條件 選擇的高壓電器，應能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。同時，所選擇導線和電氣設備應按短路條件下進行動、熱穩(wěn)定校驗。近海地區(qū)的鹽霧污穢主要是受到海風作用造成的。當空氣潮濕時, 海風帶著鹽霧吹來, 極易在電氣設備的絕緣體上沉淀積蓄, 使電氣設施受到污染。由于鹽污容易吸收水分, 鹽污受潮, 其表面將形成多處導電小橋, 從而引起閃絡事故。此外,當臺風來臨時, 被卷起的海水將形

48、成海水雨滴并積蓄在電器絕緣體上, 從而造成瓷瓶閃絡,這也是發(fā)生事故的原因之一。根據高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級及外絕緣選擇標準(GB/T 164341996)的規(guī)定8, 離海岸1km以內, 當鹽密大于時, 為I級污穢等級,應該為3.10 cm /kV。DT電廠的500 kV配電裝置距海邊約700800m , 屬I類污穢區(qū),選用配電裝置時應考慮海洋對電氣設施的鹽霧污染。5.4高壓斷路器和隔離開關的選擇斷路器的種類和型式按照斷路器采用的滅弧介質可分為油斷路器（多油、少油）、壓縮空氣斷路器、SF6斷路器、真空斷路器等，其特點如下：表5-1斷路器種類和型式類別結構特點技術性能特點運行維護特

49、點油斷路器多油斷路器的油作為滅弧和絕緣介質；少油斷路器的油僅作滅弧介質；可配用電磁、液壓、彈簧操動機構自能式滅弧，開斷性能差；少油斷路器110kV及以上產品為積木式結構，全開斷時間短運行經驗豐富，易于維護；噪聲低；油易劣化，需要一套油處理裝置，需防火、防爆壓縮空氣斷路器結構較復雜；以壓縮空氣作為滅弧介質和弧隙絕緣介質；操作機構與斷路器合為一體額定電流和開斷能力都可以作得較大，適于開斷大容量電路；動作快，開斷時間短噪聲較大，維修周期長，無水災危險，需要一套壓縮空氣裝置作為氣源SF6斷路器SF氣體滅弧，對材料、工藝密封要求嚴格；有屋外敞開式屋內落地罐式之別，更多用于GIS額定電流和開斷電流可作得很

50、大；開斷性能好，適于各種工況開斷；斷口電壓可作得較高；斷口開距小噪聲低；不檢修間隔期長；運行穩(wěn)定，安全可靠，壽命長真空斷路器體積小，重量輕；滅弧室工藝材料要求高，以真空作為絕緣和滅弧介質可連續(xù)多次操作，開斷性能好滅弧速度；目前我國只生產35kV及以下等級運行維護簡單，滅弧室不需要檢修，無水災及爆炸危險；噪聲低根據本工程特點，主變上口斷路器選用SF6斷路器隔離開關的配置隔離開關也是發(fā)電廠和變電站中常用的開關電器。它需與斷路器配套使用。但隔離開關無滅弧裝置，不能用來接通和切斷負荷電流和短路電流。隔離開關的工作特點是在有電壓、無負荷電流情況下，分、合電路。其主要功用為：(1)隔離電壓。在檢修電氣設備

51、時，用隔離開關將被檢修的設備與電源電壓隔離，以確保檢修的安全。(2)倒閘操作。投入備用母線或旁路母線以及改變運行方式時，常用隔離開關配合斷路器，協(xié)同操作完成。(3)分、合小電流。因隔離開關具有一定的分、合小電感電流和電容電流的能力，故一般可用來進行以下操作：分、合避雷器、電壓互感器和空載母線；分、合勵磁電流不超過2A的空載變壓器；關合電容電流不超過5A的空載線路8。5.5電流互感器的選擇電流互感器的參數(shù) 電流互感器的型號很多，其特征由型號表示，常用型號中字母的含義如下：第一個字母:L電流互感器。第二個字母:D貫穿式單匝，F(xiàn)貫穿式復匝，M貫穿式母線型，R裝入式，Q線圈式，C瓷箱式，Z支柱式，Y低

52、壓型。第三個字母:L電容式絕緣，Z澆注絕緣，C瓷絕緣，W戶外裝置。第四個字母:D差動保護，B過流保護，J接地保護或加大容量，S速飽和，G改進型，Q加強型。電流互感器的二次額定電流有5A和1A兩種，一般弱電系統(tǒng)用1A，強電系統(tǒng)用5A，當配電裝置距離控制實較遠時亦考慮用1A，保護用電流互感器按用途可分為穩(wěn)態(tài)保護用（P）和暫態(tài)保護用（TP）兩類。電流互感器的額定的二次負荷標準值，按GB120875的規(guī)定，為下列數(shù)值之一：5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100VA。當額定電流為5A時，相應的額定負荷阻抗值為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、2.4

53、、3.2、4.0歐，當一個二次繞組的容量不能滿足要求時，可將兩個二次繞組串聯(lián)使用。二次級的數(shù)量決定于測量儀表、保護裝置和自動裝置的要求。一般情況下，測量儀表與保護裝置宜分別接于不同的二次繞組，否則應采取措施，避免相互影響。5.5.2 一次額定電流的選擇（1）當電流互感器用于測量時，其一次額定電流應盡量選擇比回路中正常工作電流大1/3左右，以保證測量儀表的最佳工作，并在過負荷時使儀表有適當?shù)闹甘?。?）電力變壓器中心點電流互感器的一次額定電流應按大于變壓器允許的不平衡電流選擇，一般情況下，可按變壓器額定電流的1/3進行選擇。（3）中性點非直接接地系統(tǒng)中的零序電流互感器，在發(fā)生單相接地故障時，通過

54、零序電流較中心點直接接地系統(tǒng)小得多。為保證保護裝置可靠動作，應按二次電流及保護靈敏度來校驗零序電流互感器的變比，電纜式零序電流互感器的窗口應能通過一次回路的所有電纜；母線式零序電流互感器的母線截面應按一次回路的電流選擇，其窗口應考慮有一根繼電保護用的二次電纜要從窗口穿過。5.6 電壓互感器的選擇電壓互感器型式的選擇電壓互感器的型號含義如表5.2所示表5.2 電壓互感器的型號含義相數(shù)絕緣型式結構型式JDSJGZBWJ電壓互感器單相三相油浸式干式澆注式補償線圈五心三線圈接地220 kV及以上的配電裝置，當容量和準確度等級滿足要求時，一般采用電容式電壓互感器，接在110 kV及以上線路側的電壓互感器

55、，當線路上裝有載波通訊時，應盡量與耦合電容器結合，統(tǒng)一選用電容式電壓互感器。5.6.2 電壓互感器接線方式在滿足二次電壓和負荷要求的條件下，電壓互感器應盡量采用簡單的接線方式。其接線方式有二個單相電壓互感器接成V-V形；三個單相電壓互感器接成星形星形，高壓側中心點接地；一個三相三柱式電壓互感器；一個三相五柱式電壓互感器；三個單相三線圈電壓互感器5.6.3 額定電壓的選擇由于超高壓線路要求雙套主保護，并考慮到后備保護、自動裝置和測量儀表的要求，電壓互感器一般應具有三個二次繞組，即兩個主二次繞組、一個輔助二次繞組。其中一個主二次繞組的準確度應不低于0.5級，電壓互感器的額定電壓按表5.3選擇。220 kV側選JCC-220額定變比220/ 0.1 0.1 剩余電壓繞組 最大輸出容量2000 VA 110 kV側選JDCF-110 額定變比110/ 0.1 0.1 剩余電壓繞組額定輸出容量300VA準確級3P6.3 kV 10.5 kV側選