大型水電廠電氣設(shè)計

1、大型水電廠電氣設(shè)計1 前言電力已成為人類歷史發(fā)展的主要動力資源，要科學(xué)合理駕馭電力，必須從電力工程的設(shè)計原則和方法上來理解和掌握其精髓，提高電力系統(tǒng)的安全可靠性和運行效率，從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益的目的。我國水力資源十分豐富，但由于水電廠建設(shè)投資大、周期長，至今只有10%15%被用以發(fā)電。而且，在全國總裝機容量和年發(fā)電量中，水電比重近年來還出現(xiàn)逐漸下降的趨勢。這種不能很好利用既廉價有潔凈水能的狀況必須改變。為此，應(yīng)加速水利資源的勘察和水電廠建設(shè)。發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行。在發(fā)電廠中，電氣一次系統(tǒng)是主干系統(tǒng)，處于關(guān)鍵的地位。此次課程設(shè)計的內(nèi)

2、容主要即為大型水力發(fā)電廠的電氣一次部分。本設(shè)計主要內(nèi)容為大型水力發(fā)電廠電氣一次部分設(shè)計，主要內(nèi)容有：電氣主接線方案的確定、短路電流計算、導(dǎo)體和主要電氣設(shè)備選擇。最后還給出了電氣主接線圖。1 設(shè)計任務(wù)內(nèi)容：大型水電廠電氣設(shè)計2 1發(fā)電廠情況：（1）大型水電廠電氣設(shè)計（2）機組容量與臺數(shù)：5×300MW（3）電廠所在地區(qū)最高溫度35海拔1000m，地震烈度5級，土壤電阻率600.m；，；（4）機組年利用小時數(shù)3246小時；2.負(fù)荷與系統(tǒng)情況： （1）接入系統(tǒng)：以4回330kV，90240 km架空線路接入樞紐變電所，系統(tǒng)容量按無窮大考慮，系統(tǒng)歸算至水電廠母線最小電抗標(biāo)么值0.1285（1

3、000MVA，已計入十年發(fā)展）。； （2）發(fā)電機額定電壓15.75kV， 75， 0.2 （3）主變壓器，電抗標(biāo)么值0.14； （4）繼電保護：主保護0.1s，后備保護2s （5）廠用電：無高壓廠用電設(shè)備3.設(shè)計目的發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計是在學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程后的一次綜合性訓(xùn)練，通過課程設(shè)計的實踐達(dá)到： （1）鞏固“發(fā)電廠電氣部分”、“電力系統(tǒng)分析”等課程的理論知識。 （2）熟悉國家能源開發(fā)策略和有關(guān)的技術(shù)規(guī)范、規(guī)定、導(dǎo)則等。 （3）掌握發(fā)電廠電氣部分設(shè)計的基本方法和內(nèi)容。 （4）學(xué)習(xí)工程設(shè)計說明書的撰寫。 （5）培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的工作能力和實際工程設(shè)計的基本技能。4、任務(wù)要求

4、（1）分析原始資料（2）設(shè)計主接線（3）計算短路電流（4）電氣設(shè)備選擇5、設(shè)計原則、依據(jù)原則：電氣主接線的設(shè)計是發(fā)電廠或變電站設(shè)計的主體。電氣主接線設(shè)計的基本原則是以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實際情況，以保證供電可靠、調(diào)度靈活，在滿足各項技術(shù)要求的前提下，兼顧運行方便、盡可能節(jié)省投資、就地取材，力爭設(shè)備原件和設(shè)計的先進性與可靠性，堅持可靠、適用、先進、經(jīng)濟、美觀的原則。依據(jù)：(1) 發(fā)電廠、變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用(2) 發(fā)電廠、變電所的分期和最終建設(shè)規(guī)模(3) 負(fù)荷大小和重要性(4) 系統(tǒng)備用容量大小(5) 設(shè)計題目的原始資料6、設(shè)計基

5、本要求設(shè)計要滿足可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求二、原始資料分析1.工程情況：設(shè)計電廠為大型水電廠，其容量為5×300MW,利用小時數(shù)為3000h 3246h5000h，為承擔(dān)腰荷的發(fā)電廠，又因其多承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰，調(diào)相任務(wù)，其主接線應(yīng)以供電調(diào)度靈活為主選擇接線方式;。2.電力系統(tǒng)情況：1000MVA，已計入十年發(fā)展，系統(tǒng)容量按無窮大考慮,為簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及發(fā)電廠主接線，減少電壓等級宜接入220kV系統(tǒng)，且出線數(shù)目應(yīng)盡量減少，以利于簡化配電裝置的規(guī)模及維護； 3.負(fù)荷情況發(fā)電機額定電壓15.75kV， 75， 0.24.環(huán)境條件：電廠所在地區(qū)最高溫度35，海拔1000m，地震烈度5級，土壤電阻

6、率600.m；水力發(fā)電廠不會由于海拔高度而影響發(fā)電效果，故可不予考慮，土壤電阻率也很小，也可不予考慮。5.繼電保護：主保護0.1s，后備保護2s6.無高壓廠用電設(shè)備三、主接線方案確定水力發(fā)電廠的特點是，一般距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，基本上沒有發(fā)電機電壓負(fù)荷，幾乎全部電能用生高電壓送入系統(tǒng)；水力發(fā)電廠的裝機臺數(shù)和容量，是根據(jù)水能利用條件一次性確定的，不必考慮發(fā)展和擴建；水力發(fā)電廠附近地形復(fù)雜，電氣主接線應(yīng)盡量簡單，使配電裝置緊湊。1、主接線方案擬定根據(jù)對原始資料的分析，現(xiàn)將各電壓級可能采用的較佳方案列出，進而，以優(yōu)化組合方式，組成最佳可比方案。1）10KV電壓級.鑒于10KV出線回路多,并且發(fā)電機單機容

7、量為300MW,遠(yuǎn)大于有關(guān)設(shè)計規(guī)程對選用單母線分段接線不得超過24MW的規(guī)定,應(yīng)確定為雙母線分段接線形式,4臺300MW機組分別接在兩段母線上,剩余功率通過主變壓器送往一級電壓110KV.由于10KV電壓最大負(fù)荷20MW,遠(yuǎn)小于2*50MW發(fā)電機組裝容量,即使在發(fā)電機檢修的情況下,也可保證該電壓等級負(fù)荷要求.由于2臺50MW機組均接于10KV母線上,有較大短路電流,為選擇合適的電氣設(shè)備,應(yīng)在分段處加裝母線電抗器,各條電纜線上裝設(shè)線路電抗器.2.110KV電壓級.出線回路大于4回,為使其出線斷路器檢修時不停電,應(yīng)采用單母線分段帶旁路接線或雙母線帶旁路接線,以保證其供電的可靠性和靈活性.3.220

8、KV電壓級.200KV負(fù)荷容量大,其主接線是本廠向系統(tǒng)輸送功率的主要接線方式,為保證可靠性,可能有多種接線形式.方案一：圖一。為大型水力發(fā)電廠的主接線，5臺300MW的發(fā)電機組（Un=15.75kV）以發(fā)電廠變壓器單元接線直接把電能送到至330kV的電力系統(tǒng),但由于發(fā)電機內(nèi)阻很小，所以直接廠用電變壓器與發(fā)電機用封閉線直接連接，即廠用分支封閉母線（在發(fā)電廠中，發(fā)電機至變壓器的連接母線如采用敞露式母線，會導(dǎo)致絕緣子表面易被灰塵污染，尤其是母線布置在屋外時，受氣候變化和污染更為嚴(yán)重，很容易造成絕緣子閃絡(luò)及由于外物所致造成母線短路故障。隨著機組容量的增大，對出口母線的可靠性要求越來越高，而采用封閉母線

9、是一種較好的解決方法。）。330kV側(cè)為三串臺短路器接線和一串1臺斷路器接線。實現(xiàn)5條電源進線和4條出線配對成串，增加了可靠性。在各發(fā)電機出口均裝有出口短路器，給運行帶來了極大的靈活性。方案二：圖二。同樣為大型水力發(fā)電廠的主接線，5臺300MW的發(fā)電機組（Un=15.75kV），發(fā)電機組經(jīng)雙母線分段接線連接，經(jīng)變壓器把電能送到330kV電力系統(tǒng)。330kV側(cè)為三角形接線方式。其接線方式可以減少一臺斷路器的使用又可以擁有雙母接線的穩(wěn)定性，操作方便。但是，檢修斷路器是，多角形就要開環(huán)運行，如果此時出現(xiàn)故障，又有斷路器斷開，將使供電造成紊亂；而且其靈活 性又差了一些。 圖一 方案一圖圖二 方案二圖主

10、接線方案的評定方案一：單母線接線方案二：雙母線接線經(jīng)濟性接線簡單，投資省，擴建方便，電能損耗少，經(jīng)濟性好變壓器臺數(shù)合理，接線也不復(fù)雜，投資合理可靠性母線或母線隔離開關(guān)檢修時所有回路都要停止工作，會造成全場或全站長期停電供電可靠，通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作可以輪流檢修一組母線不致供電中斷靈活性調(diào)度不方便，電源只能并列運行，不能分裂運行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時，有較大的短路電流。1.調(diào)度靈活，能靈活的適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要，并且通過倒換操作可以組成各種運行方式。2.擴建方便，擴建時不會造成原有回路的停電綜合考慮各種因素，方案I在可靠性和經(jīng)濟性方面均優(yōu)于方案II，且該水電站

11、在保證可靠性的情況下，要看其靈活性，故選擇方案I為最終的設(shè)計方案。四、廠用電設(shè)計1. 水電廠的主要廠用電負(fù)荷機組自用電部分：壓油裝置油泵、機組調(diào)速和軸承潤滑系統(tǒng)用油泵、水內(nèi)冷水系統(tǒng)水泵、水輪機頂蓋排水泵、漏油泵、主變壓器冷卻設(shè)備等。全廠公用電部分：廠房吊車、快速閘門啟閉設(shè)備、閘門室吊車、尾水閘門吊車、蓄電池組和浮充電裝置、空氣壓縮機、中央修配廠、漏油機、全場照明等。2. 廠用電源選擇廠用電供電電壓確定：對于水電廠，由于水輪發(fā)電機組輔助設(shè)備使用的電動機功率不大，采用動力和照明三相四制系統(tǒng)供電。但是壩區(qū)和水利樞紐距廠區(qū)較遠(yuǎn)，故可選用廠用電電壓等級為6kV。廠用電系統(tǒng)接地方式： 廠用變采用不接地方式

12、，高壓低壓都為三角電壓。廠用工作電源引線方式: 因為發(fā)電機與主變壓器采用單元接線，高壓常用工作電源由該單元主變壓器低壓側(cè)引借廠用備用電源 采用一臺備用變壓器，以1臺斷路器接線方式連于主接線中。3. 廠用主變壓器的選擇廠用電主變壓器選擇的原則： 1.變壓器、副邊額定電壓應(yīng)分別與引接線和廠用電系統(tǒng)的額定電壓相適應(yīng)。2.連接組別的選擇，宜使用同一電壓級的廠用工作、備用變壓器輸出電壓的相位一致。3.阻抗電壓及調(diào)壓形式的選擇，宜使在引接點電壓及廠用點負(fù)荷正常波動范圍內(nèi)，廠用點各級母線的電壓偏移不超過額定電壓的5%。4.變壓器的容量必須保證廠用機械及設(shè)備能從電源獲得足夠的功率。確定廠用電主變壓器容量：按常

13、用電率確廠用電主變壓器的容量SN=27.43MVA選擇型號為：SJL130型號及容量（kVA）低壓側(cè)額定容量（kV）連接組損耗（kW）阻抗電壓（%）空載電流（%）空載短路SJL1300.4Y/Y00.120.5948五、主變壓器的確定1.變壓器的臺數(shù)：依據(jù)方案I，該變電所裝設(shè)2臺三繞組變壓器，以充分保證供電可靠性。2.容量：單元接線中的主變壓器SN應(yīng)按發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用容量負(fù)荷后，留有10%的裕度。/cosPNG發(fā)電機容量；為300MW。SN通過主變壓器的容量。Kp廠用電；Kp=8%。cos發(fā)電機的額定功率；cosG=0.875.發(fā)電機的額定容量為300MW，扣除廠用電后經(jīng)過變壓

14、器的容量為：SN=346.97MVA3.由于設(shè)計理念中變壓器直接與發(fā)電機相連，把電能送至330kV電力系統(tǒng)中。故應(yīng)選330kV雙繞組變壓器。 綜上，選擇5臺330kV雙繞組變壓器，型號為SSP-360000/330雙繞組主變壓器SSP-360000/330額定容量（kVA）額定電壓（kV）損耗（%）阻抗電壓（%）連接組高壓低壓空載短路36000036318171196715.6Y0/-12六、短路電流計算1.短路電流計算的目的 在選擇電氣主接線是，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需要進行必要的短路電流計算。 在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障

15、情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。 在設(shè)計屋外高壓配電裝置時。需按短路條件校驗軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。 在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。2. 計算短路電流 過程見附錄3. 計算短路電流的方法 由于當(dāng)變壓器發(fā)生短路時，其余4臺發(fā)電機也同時斷開，故在計算短路電流時只單獨計算單條輸電線路的短路電流。等值阻抗圖為4. 短路電流計算表短路點d0s時刻短路電流（kA）5.27短路沖擊電流（kA）13.41七、電氣設(shè)備選擇電氣設(shè)備選擇的原則：1、應(yīng)滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展；2、應(yīng)按當(dāng)?shù)?/p>

16、環(huán)境條件校核；3、應(yīng)力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理；根據(jù)各電壓等級和相應(yīng)的短路電流計算結(jié)果，選擇相應(yīng)的電氣設(shè)備。列表如下（具體選擇及校驗過程列入附錄C中）：名稱型號名稱型號發(fā)電機TS1264/160-48斷路器KW4-330隔離開關(guān)GW7-330、330電壓互感器YDR-330電流互感器LDZ1-10母線矩形鋁導(dǎo)體雙條平放截面各個電氣設(shè)備的參數(shù)發(fā)電機TS1264/160-48型號額定容量（MW）額定電壓（kV）Xd”TS1264/160-48300180.87521斷路器KW4-330型號電壓（kV）額定電流（kA）額定開端容量極限通過電流（kA）熱穩(wěn)定電流（kA）合閘時間（s）固有分閘時間（s）自動

17、重合閘無電流間隔時間（s）額定電流（kA）峰值5sKW433031503590350.150.040.25隔離開關(guān)GW7-330、330型號額定電壓（kV）額定電流（kA）動穩(wěn)定電流（kA）熱穩(wěn)定電流（kA）（s）GW7-330、33033015006733.6（5）電壓互感器YDR-330形式額定變比在下列準(zhǔn)確等級下額定容量（VA）最大容量（VA）備注0.513電容式Y(jié)DR-33015050010002000電流互感器LDZ1-10型號額定電流比級別組合準(zhǔn)確級熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)LDZ1-106001000/50.5/335090八、設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計主要是對330kV水電站電氣部分的一次

18、設(shè)備進行設(shè)計。主要包括電氣主接線的設(shè)計、廠用電設(shè)計、主變壓器的選擇、短路電流計算和電氣設(shè)備的選擇。在這次課程設(shè)計的過程中，我和同組的幾個同學(xué)一起查閱了相關(guān)資料，對課程設(shè)計的題目、要求和具體內(nèi)容等做了討論，并協(xié)力完成了此次設(shè)計。通過本次設(shè)計，我能夠鞏固所學(xué)的基本理論、專業(yè)知識，并綜合運用所學(xué)知識來解決實際的工程問題，學(xué)習(xí)工程設(shè)計的基本技能和基本方法。采用的電氣主接線具有供電可靠、調(diào)度靈活、運行檢修方便且具有經(jīng)濟性等特點。選擇的電氣設(shè)備能夠提高運行的可靠性，節(jié)約運行成本。但由于設(shè)計時間較短，且經(jīng)驗不足，許多方面考慮不太全面，有待進一步改進?？傊?，此次課程設(shè)計，使我能把在課堂上學(xué)習(xí)的理論知識應(yīng)用到實

19、踐中，更好的發(fā)現(xiàn)了自己在學(xué)習(xí)中的不足之處。在設(shè)計中，通過查閱資料，咨詢老師，解決了在設(shè)計中所遇到的一些問題。通過此次課程設(shè)計，我受益匪淺，學(xué)到了很多東西。九、參考文獻1、西北電力設(shè)計院.電力工程設(shè)計手冊.中國電力出版社2、熊信銀.發(fā)電廠電氣部分. 中國電力出版社3、黃純?nèi)A.發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計參考資料. 中國電力出版社4、李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第三版）.中國電力出版社附錄A 完整主接線主接線另附圖。附錄B 短路電流計算一. 電抗計算選取基容量為Sj=100MVA, Uj=Uav=1.05UeSj基準(zhǔn)容量（MVA）Uj所在線路的平均額定電壓）注：均采用標(biāo)幺值算法，省去“*”。330KV系統(tǒng)

20、15 11 12 13 14 6 7 8 9 101 2 3 4 5 G1 G2 G3 G4 G5圖3 電抗圖1對于TS1264/160-48發(fā)電機電抗 X1 = X2 = X3 = X4 = X5 = Xd2.對于SSP-360000/330 雙繞組變壓器的電抗： X6 = X7 = X8 = X9 = X10 = 0.14×3.對于架空線的電抗 由于接入系統(tǒng)以90 240km 架空線路接入樞紐變電站，故選擇100km，電抗為0.4/kmX11 = X12 = X13 = X14 = X15 =100×0.4×4對于系統(tǒng)的電抗： X15 =0.1285二當(dāng)主變壓

21、器高壓330kV 側(cè)發(fā)生短路時的計算 由于當(dāng)變壓器發(fā)生短路時，其余4臺發(fā)電機與變壓器也同時斷開，故在計算短路電流時只單獨計算單條輸電線路的短路電流。將系統(tǒng)電抗圖化簡并計算1716G3選擇G3發(fā)電機的那條線路計算，有X17 = X15+X13 = 0.1285+0.336=0.4645X16 = X3+X8 = 0.431+0.583=1.014短路點短路電流的計算:系統(tǒng)是在為無窮大容量系統(tǒng)：因此對于無限大容量系統(tǒng)： 所以0秒短路周期分量標(biāo)幺值0秒時的短路電流周期分量有效值，由于 t=2.06s。所以不需要考慮短路電流非周期分量。短路電流：I: =5.27kA短路沖擊電流： =2×1.8×5.27=13.41kA附錄C校驗過程一、 高壓斷路器的校驗1、 高壓斷路器的校驗a、 安裝斷路器地點的工作電壓為330kV，斷路器的額定電壓為330kV。即：UNet=UN，