水電站電氣主接線的設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目錄 概述 電氣主接線設(shè)計主接線方案的擬定與選擇 主變壓器選擇短路電流的計算電氣設(shè)備選擇與校驗參考文獻一 概述1.1 課程設(shè)計的目的：1、復(fù)習(xí)鞏固本課程及其他課程的有關(guān)內(nèi)容，增強工程概念，培養(yǎng)電力工程規(guī)劃設(shè)計的能力。 2、復(fù)習(xí)水電站電氣設(shè)備相關(guān)知識，進一步鞏固電氣主接線及短路計算，電氣設(shè)備選擇等內(nèi)容。 3、利用所給資料進行電廠接入系統(tǒng)設(shè)計，主接線和自用電方案選擇，掌握短路電流計算，會進行電氣設(shè)備的配置和選型設(shè)計。1.2 課程設(shè)計內(nèi)容：1發(fā)電廠主接線的設(shè)計2 短路電流的計

2、算3 電氣設(shè)備的選擇1.3 電氣主接線的基本要求1可靠性：電氣接線必須保證用戶供電的可靠性，應(yīng)分別按各類負荷的重要性程度安排相應(yīng)可靠程度的接線方式。保證電氣接線可靠性可以用多種措施來實現(xiàn)。2靈活性：電氣系統(tǒng)接線應(yīng)能適應(yīng)各式各樣可能運行方式的要求。并可以保證能將符合質(zhì)量要求的電能送給用戶。3安全性：電力網(wǎng)接線必須保證在任何可能的運行方式下及檢修方式下運行人員的安全性與設(shè)備的安全性。4經(jīng)濟性：其中包括最少的投資與最低的年運行費。5應(yīng)具有發(fā)展與擴建的方便性：在設(shè)計接線方時要考慮到510年的發(fā)展遠景，要求在設(shè)備容量、安裝空間以及接線形式上，為510年的最終容量留有余地。二 電氣主接線設(shè)計2.1原始資料

3、：1、待設(shè)計發(fā)電廠類型： 水力發(fā)電廠 ；2、發(fā)電廠一次設(shè)計并建成，計劃安裝215 MW 的水力發(fā)電機組，利用小時數(shù) 4000 小時/年；3、待設(shè)計發(fā)電廠接入系統(tǒng)電壓等級為110kV， 距系統(tǒng)110kV發(fā)電廠45km；出線回路數(shù)為4回；4、電力系統(tǒng)的總裝機容量為 600 MVA、歸算后的電抗標(biāo)幺值為 0.3，基準(zhǔn)容量Sj=100MVA；5、發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中所處的地理位置、供電范圍示意圖如下所示。 6、低壓負荷：廠用負荷（廠用電率） 1.1 %；7、高壓負荷： 110 kV 電壓級，出線 4 回，為 I 級負荷，最大輸送容量60 MW， cos = 0.8 ；8、環(huán)境條件：海拔 1000m；本地

4、區(qū)污穢等級2 級；地震裂度 7 級；最高氣溫 36C；最低溫度2.1C；年平均溫度2.2.對原始資料分析（1）工程情況：該電廠為一小型水電站。目前，按發(fā)電廠的容量劃分：總?cè)萘吭?000MW及以上，單機容量在200MW及以上的發(fā)電廠稱為大型水電廠；總?cè)萘吭?001000MW，單機容量在50200MW的發(fā)電廠稱為中型水電廠；總?cè)萘吭?00MW及以下，單機容量在50MW及以下的發(fā)電廠稱為小型水電廠。設(shè)計電廠為215MW小型電廠。又該電廠設(shè)備年利用小時數(shù)為4000h/a，在3000-5000范圍之內(nèi)，故該電廠主要承擔(dān)腰荷。（2）負荷情況：發(fā)電機出口側(cè)電壓為10.5KV，無近區(qū)負荷，經(jīng)升壓變壓器后以11

5、0KV電壓等級4回路出線送至45km（3）其他條件：環(huán)境條件和設(shè)備供貨情況等沒有具體要求，可按照常規(guī)條件設(shè)計。三 主接線方案的擬定與選擇電器主接線的設(shè)計是發(fā)電廠或者變電所電氣設(shè)計的主體。它與電力系統(tǒng)、電廠動能參數(shù)、基本原始資料以及電廠運行可靠性、經(jīng)濟性的要求等密切相關(guān)，并對電氣設(shè)備選擇和布置、繼電保護和控制方式等都有較大的影響。因此，主接線設(shè)計，必須結(jié)合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠或者變電站的具體情況，全面分析有關(guān)影響因素，正確處理他們之間的關(guān)系，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟比較，合理選擇主接線方案。根據(jù)我國現(xiàn)行的規(guī)范和成熟的運行經(jīng)驗，滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的前提下，發(fā)電機電壓接線可采納的接線方式有以下三種：1 單

6、母線接線優(yōu)點：1 接線簡單，操作方便，設(shè)備少，經(jīng)濟性好。 2 母線便于向兩端延伸，擴建方便。缺點：1可靠性差。母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時，所有回路都要停止工作，也就是造成全廠或全站長期停電。 2 調(diào)度不方便。電源只能并列運行，不能分列運行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時，有較大的短路電流。 一般適用范圍：一般只用在出現(xiàn)回路少，并且沒有重要負荷的發(fā)電廠。單母線接線如圖一所示單母線接線 圖一2 單元接線優(yōu)點：1 發(fā)電機與主變壓器容量相同，接線最簡明清晰，故障影響范圍最小，運行可靠、靈活。2 發(fā)電機電壓設(shè)備最少，布置最簡單方便，維護工作量也最??；繼電保護簡單。缺點：1 主變壓器與高壓斷路器數(shù)量多。2 主變

7、壓器高壓側(cè)出線回路多，布置復(fù)雜增加布置場地與設(shè)備的投資。一般適用范圍：單機容量一般在100MW及以上機組，且臺數(shù)在6臺及以下者；單機容量在45MW80MW之間，經(jīng)經(jīng)濟比較采用其它接線方式不合適時。單元接線如圖二所示單元接線 圖二3 擴大單元接線擴大單元接線 圖三優(yōu)點：1 接線簡單清晰，運行維護方便。2 與單元接線比較，減少主變壓器臺數(shù)及其相應(yīng)的高壓設(shè)備，節(jié)省投資。3 與單元接線比較，任一機組停機，不影響廠用電源供電，本單元兩臺機組停機，仍可繼續(xù)有系統(tǒng)主變壓器倒送。4 減少主變壓器高壓側(cè)出線，可簡化布置和高壓側(cè)接線。缺點：1 主變壓器故障或檢修時，兩臺機組容量不能送出。2 增加兩臺低壓側(cè)斷路器，

8、且增大發(fā)電機電壓短路容量。一般適用范圍：適應(yīng)范圍較廣，能較好的適應(yīng)水電站布置的特點，只要電力系統(tǒng)運行和水庫調(diào)節(jié)性能允許，一般都可使用。應(yīng)注意避免在主變壓器回路故障或檢修時造成大量電能損失。擴大單元接線如圖三所示綜上述分析，110Kv側(cè)由于本電站是小水電，不承擔(dān)主要負荷，沒有重要機端負荷，從接線的可靠性、經(jīng)濟性和靈活性考慮，所以本電站，110Kv側(cè)采用單元接線。（一）根據(jù)以上三種主接線方式，并結(jié)合本設(shè)計水電站的實際，現(xiàn)擬定以下兩種電氣主接線方案：(1)發(fā)電機與變壓器單元接線單母線分段電氣主接線方案一 （2）擴大單元接線單母線電氣主接線（二）主接線方案初步比較：由以上三種接線方案的優(yōu)缺點分析和接線

9、示意圖，本著可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的原則，結(jié)合電廠實際綜合分析，可以得出：單母線和擴大單元接線相比較，其可靠性和靈活性都很相近，廠用電都是在發(fā)電機10.5KV側(cè)取得，然而本電站只有兩臺發(fā)電機，比較特殊，所以單母線和擴大單元接線形式相近。單母線接線靈活性低。所以可以明顯淘汰單母線接線方案。從而保留擴大單元接線和單元接線方案。從供電的可靠性看：對于方案一，廠用電從兩臺發(fā)電機上取得，即使檢修其中一臺變壓器和兩機組停機電廠也不會停電，然而兩臺變壓器同時故障的可能性非常小。對于方案二，若檢修變壓器電廠就會停電，否則要另外接入廠用電源，這樣投資就增加了。這樣，方案一的可靠性相對高些。 四 變壓器選擇1 主

10、變壓器的選擇由于該廠是小型水電廠，可以用來調(diào)相調(diào)壓，所以主變壓器的型號可以選擇為SFZ7-25000/110,有關(guān)參數(shù)如表一所示。SFZ7-25000/110變壓器有關(guān)參數(shù)型號額定容量（KV）額定電壓(KV)連接組別損耗（KW）空載電流（%）阻抗電壓（%）高壓低壓空載短路SFZ7-25000/1102500011010.5Ynd11351231.110.5表一2 廠用變壓器的選擇選擇原則：為滿足廠內(nèi)各種負荷的要求，裝設(shè)兩臺廠用變壓器，廠用電容量得確定，一般考慮廠用負荷為發(fā)電廠總負荷的1%2%,此發(fā)電廠的廠用負荷為總負荷的1.1%。S1.1%30000KVA330KVA根據(jù)選擇原則，并通過查找電

11、力工程電氣設(shè)備手冊，電氣一次部分選出廠用的兩臺變型號都為S=400KVA。有關(guān)技術(shù)參數(shù)如表二所示。廠用變壓器有關(guān)技術(shù)參數(shù)型號額定容量（KVA）額定電壓（KV）空載電流（%）損耗（W）阻抗電壓（%）連接組別空載短路高壓低壓SZ6-400/1040010.50.4387042004Y,yn0SZ7-400/1040010.50.43.292058004Y，yn0表二通過對比兩臺廠用變壓器的型號定為SZ6400/10雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器，兩臺廠用變分別接于主變低壓側(cè)，互為暗備用，平時半載運行，當(dāng)一臺故障時，另一臺能夠承但變電所的全部負荷。3 相數(shù)的選擇主變采用三相或單相，主要考慮變壓器的可靠性要

12、求及運輸條件等因素。根據(jù)設(shè)計手冊有關(guān)規(guī)定，當(dāng)運輸條件不受限制時，在330KV及以下的電廠及變電所均選用三相變壓器。因為三相變壓器比相同容量的單相變壓器具有節(jié)省投資，占地面積小，運行過程損耗小的優(yōu)點，同時本電廠的運輸?shù)乩項l件不受限制，因而選用三相變壓器。4 繞組數(shù)量和連接方式的選擇（1）繞組數(shù)量選擇：根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊規(guī)定：“最大機組容量為125MW及以下的發(fā)電廠，當(dāng)有兩種升高電壓向用戶供電與或與系統(tǒng)相連接時，宜采用三繞組變壓器。結(jié)合本電廠實際，因而采用雙繞組變壓器。（2）繞組連接方式選擇：變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有Y和。我

13、國110KV及以上的電壓，變壓器繞組都采用連接。35KV采用Y連接，其中性點多采用消弧線圈接地。35KV以下電壓，變壓器繞組都采用連接。因而該電廠主變壓器接線方式采用YN,d11。綜上所述，在比較的兩個方案中，需要兩臺同容量的110KV雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器。結(jié)合本電廠實際，從經(jīng)濟性的角度出發(fā)，選擇型式為：雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器。五 短路電流的計算1 等值電路2 計算各元件的標(biāo)幺值取 =100MVA從表三可得=0.21各類同步發(fā)電機的平均值序號類型1無阻尼繞組的水輪發(fā)電機0.292有阻尼繞組的水輪發(fā)電機0.213容量為50MW及以下的汽輪發(fā)電機0.145表三發(fā)電機電抗： 變壓器電抗：電力線

14、路每相的單位長度電抗平均值 （單位： /km）線路結(jié)構(gòu)線路電壓220/380V6-10KV35KV架空線路0.320.350.40電纜線路0.0660.080.12表四從上表可知道線路電抗：線路總電抗 ： 3 短路電流的計算d1點短路時：電源總額定容量：計算電抗：查發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計水輪發(fā)電機運算曲線可得表五。水輪發(fā)電機運行曲線時間t（s）短路電流（KA）周期分量有效值00.5810.5820.58表五所以KA短路沖擊電流： 沖擊系數(shù)如表六所示。不同短路點間各沖擊系數(shù)的取值短路點發(fā)電機端1.90發(fā)電廠高壓側(cè)母線及發(fā)電機出線電抗器后1.85遠離發(fā)電廠的地點1.80表六短路電流的有效值計算：由

15、表五可知，t=1、2時，短路沖擊電流和有效值和t=0時刻相同。d2點短路電流計算：部分電抗：總電抗：計算電抗：按無限大容量電源計算，則短路電流：沖擊電流：短路電流有效值：經(jīng)上面d1、d2點短路電流計算，可以得到如表七所示數(shù)據(jù)。不同短路點短路電流值短路點短路電流短路短路（KA）5.0727.38（KA）3.0316.49（KA）1.9410.19表七六 電氣設(shè)備選擇及校驗選擇與校驗電氣設(shè)備時，一般應(yīng)滿足正常工作條件及承受短路電流的能力，并注意因地制宜，力求經(jīng)濟，同類設(shè)備盡量減少品種，同時考慮海拔、濕熱帶、污穢地區(qū)等特殊環(huán)境條件。本設(shè)計主要考慮溫度環(huán)境因素。1架空線路導(dǎo)線的選擇最大持續(xù)工作電流：根

16、據(jù)額定載流量選擇導(dǎo)線：由電力工程電氣設(shè)計手冊P411查得，標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線截面積LGJ-50/8的額定載流量Ie=234A。2）溫度校正系數(shù)：206.67A所以選取導(dǎo)線LGJ-50/8（r=0.65/km，x=0.4/km）。2 短路電流熱效應(yīng)計算3 斷路器選擇選擇高壓斷路器的類型 根據(jù)環(huán)境條件、適用技術(shù)條件及各種斷路器的不同特點進行選擇。由于真空斷路器、斷路器在技術(shù)性能和運行維修方面有明顯優(yōu)勢，目前在系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，10KV及以下一般選用真空斷路器，35KV及以上多選用斷路器。同時需要安裝地點選在屋外時或戶外式。斷路器選擇條件額定電壓和電流選擇：，開斷電流選擇：斷路器的額定開斷電流不小于斷路器出

17、頭分離瞬間實際開端的短路電流周期分量有效值來選擇，即應(yīng)滿足。當(dāng)斷路器的較系統(tǒng)短路電流大很多時，簡化計算可用進行選擇。短路關(guān)合電流的選擇：為了保證斷路器在關(guān)合短路電流時的安全，斷路器的額定關(guān)合電流。短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗：，4 隔離開關(guān)的選擇1）參數(shù)選擇項目參數(shù)技術(shù)參數(shù)正常工作條件電壓、電流、頻率、機械負荷短路穩(wěn)定性動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流和持續(xù)時間承受過電壓能力對地和斷口間的絕緣水平、泄漏比距操作性能分和小電流、旁路電流和母線環(huán)流，單柱式隔離開關(guān)的接觸區(qū)，操作結(jié)構(gòu)環(huán)境參數(shù)環(huán)境環(huán)境溫度、海拔高度、相對濕度、污穢環(huán)境保護電磁干擾2）型式選擇 隔離開關(guān)的型式，應(yīng)根據(jù)配電裝置的布置特點和使用要求等因素，

18、進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。5 斷路器、隔離開關(guān)斷路器、隔離開關(guān)選擇結(jié)果表計算數(shù)據(jù)SW4-110/1000GW4-110(D)110KV110KV110KV206.67A1000A630A10.19KA18.14KA27.38KA55KA27.38KA55KA556 母線導(dǎo)體的選擇a. 流過母線最大持續(xù)工作電流為：按經(jīng)濟電流密度選擇，查發(fā)電廠電氣部分，可得當(dāng)h時，。查發(fā)電廠電氣部分附表2，選用矩形形鋁導(dǎo)體，截面尺寸為：，集膚效應(yīng)系數(shù)，橫放允許電流884A。當(dāng)周圍環(huán)境溫度為28時，溫度修正系數(shù)。b 熱穩(wěn)定校驗正常時運行的最高溫度：查發(fā)電廠電氣部分，得C=91，滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為：滿足熱穩(wěn)定要求。c. 動穩(wěn)定校驗所以不計共振的影響，則沖擊電流為：母線相應(yīng)間應(yīng)力計算：母線同相間作用力計算：已由導(dǎo)體形狀系數(shù)曲線查得，則臨界跨距：條間襯墊最大跨距：滿足動穩(wěn)定要求。7電流互感器、避雷器的選擇和校驗電流互感器：根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在機端和110kV及以上等級的互感器的接線均采用三相星型接線，設(shè)互感器離測量儀表的距離均為100m，設(shè)互感器離測量儀表的距離為40m。選擇步驟大致如下：根