發(fā)電廠及電力系統(tǒng)課程設計

**水電站電氣一次部分

課程設計說明書

適用專業(yè)：發(fā)電廠及電力系統(tǒng)

指導老師：__________________

設計開始日期：2008年12月日

設計結束日期：2008年12月日

目錄

第一章設計原始資料

1.1概況.............................................(5)

1.2工程任務和規(guī)模..................................⑺

1.3機器及金屬機構...................................(8)

第二章變壓器的選擇

2.1主變壓器的選擇.................................(10)

2.2廠用變壓器的選擇...............................(11)

第三章電氣主接線設計

3.1電氣主接線的概況...............................(14)

3.2電氣主接線的方案擬定及比較....................(14)

3.2.1主接線方案的擬定...............................U4)

3.2.2主接線方案的比較..............................(14)

第四章短路電流計算

4.1短路電流計算的目的.............................(17)

4.2短路電流計算的內容.............................117)

4.3短路電流計算的方法.............................117)

4.4短路電流計算成果表.............................(18)

第五章設備的選擇、校驗

5.1電氣一次設備選擇的一般條件....................(19)

5.2電氣一次設備的選擇及成果......................(21)

前?言

水電是清潔能源，可再生、無污染、運行費月低，便于進行電力調峰，有利

于提高資源利用率和經(jīng)濟社會的綜合效益。在地球傳統(tǒng)能源日益緊張的情況下，

世界各國普遍優(yōu)先開發(fā)水電大力利用水能資源。

中國不論是水能資源蘊藏量，還是可能開發(fā)的水能資源，都居世界第一位。

截至2008年底，中國水電總裝機容量己達到1.75億千瓦，水電能源開發(fā)利用率

從改革開放前的不足10%提高到27%。水電事業(yè)的快速發(fā)展為國民經(jīng)濟和社會發(fā)

展作出了重要的貢獻，同時還帶動了中國電力裝備制造業(yè)的繁榮。三峽機組全部

國產(chǎn)化，邁出了自主研發(fā)和創(chuàng)新的可喜一步。小水電設計、施工、設備制造也已

經(jīng)達到國際領先水平，使中國成為小水電行業(yè)技術輸出國之一。

此外，中國水電產(chǎn)業(yè)各項經(jīng)濟指標增長較快2007年1T1月，中國水力發(fā)

電行業(yè)累計實現(xiàn)_L業(yè)總產(chǎn)值93,826,334千元,比上年同期增長了20.88%；累計

實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入89,240,772千元,比上年同期增長了20.17%；累計實現(xiàn)利潤

總額24,689,815千元，比上年同期增長了35.91%。2008年1-11月，中國水力

發(fā)電行業(yè)累計實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值111,348,950千元，比上年同期增長了23.50%；

累計實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入113,147,151千元，比上年同期增長了24.80乳累計實

現(xiàn)利潤總額26,863,763千元，比上年同期增長了9.75機

中國經(jīng)濟已進入新的發(fā)展時期，在國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長、工業(yè)現(xiàn)代化進程

加快的同時，資源和環(huán)境制約趨緊，能源供應出現(xiàn)緊張局面，生態(tài)環(huán)境壓力持續(xù)

增大。據(jù)此，加快西部水力資源開發(fā)、實現(xiàn)西電東送，對于解決國民經(jīng)濟發(fā)展中

的能源短缺問題、改善生態(tài)環(huán)境、促進區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)調和可持續(xù)發(fā)展，無疑具有

非常重要的意義。另外，大力發(fā)展水電事業(yè)將有利于縮小城鄉(xiāng)差距、改善農(nóng)村生

產(chǎn)生活條件，對于推進地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高農(nóng)民收入，加快脫貧步伐、促進民族

團結、維護社會穩(wěn)定，具有不可替代的作用。水電開發(fā)通過投資拉動、稅收增加

和相關服務'業(yè)的發(fā)展，將把地方資源優(yōu)勢轉變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，以此帶動

其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成支撐力強的產(chǎn)業(yè)集群，有力促進地方經(jīng)濟的全面發(fā)展。

本次設計從主接線、短路電流計算、主要電氣設備選擇等兒方面對水電站電氣設

計進行了闡述，并繪制了電氣主接線圖（推薦方案）、電氣主接線圖（比較方案）、

升壓站平面布置圖、廠房電氣設備布置圖、升壓站電氣布置斷面圖、6.3KV高壓

第一章設計原始資料

1.1概況

渠江鎮(zhèn)位于安化縣西南部，柘溪水庫庫區(qū)上游西岸，為安化、新化、淑浦三

縣交界之處，水路可經(jīng)柘溪庫區(qū)至安化縣城及沿河各地，陸路有S225省道穿過

該鎮(zhèn)東北部。晏家水電站位于渠江鎮(zhèn)南部的晏家村，晏家村與淑浦縣善溪鄉(xiāng)相鄰，

該村距渠江鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府駐地15km,距善溪鄉(xiāng)政府駐地3km,現(xiàn)有人口1100人，人

均收入不到1200元。

晏家水電站位于費水一級支流渠江下游，距資水入河口15km,壩址以上控

制集雨面積620knA占渠江總流域面積的72.9%。該電站上游原規(guī)劃開發(fā)水電站

八座，總裝機容量28120k也依次為：①渠江干流175?207nl為梧桐水電站，控

制集雨面積570km:規(guī)劃裝機8000kW；②朱溪江支流207?232nl為兩江水電站，

控制集雨面積330km2,規(guī)劃裝機3200kW；③朱溪江支流232?285m為朱溪江水

電站，控制集雨面積315km2,規(guī)劃裝機6400kW；④朱溪江支流285?3251Tl為大

興水電站，控制集雨面積290km2,規(guī)劃裝機5000kW；⑤崗東河支流207?242m

為木壕水電站，控制集雨面積182kmM規(guī)劃裝機2000k?、迧彇|河支流250?292nl

為羅林水電站，控制集雨面積76km2,規(guī)劃裝機1250kW；⑦崗東河支流292?342nl

為河邊水電站，控制集雨面積68km2,規(guī)劃裝機1250k出⑧崗東河支流342?390nl

為芭油水電站，控制集雨面積60knA規(guī)劃裝機1000kW。

擬建晏家水電站位于梧桐水電站下游3km處，為徑流式電站，裝機容量為2

X1600kW,設計引用流量38.8nr7s。

1.2工程任務和規(guī)模

晏家水電站位于資水一級支流渠江下游，壩址處在安化縣渠江鎮(zhèn)晏家村境

內，且緊臨淑浦縣善溪鄉(xiāng)，其庫區(qū)及集雨區(qū)域大部分屬淑浦縣境內。該工程上游

水位受梧桐水電站尾水控制，下游水位受柘溪水庫的調節(jié)影響。據(jù)渠江流域的水

電規(guī)劃，梧桐水電站利用水頭為175?207nl高程；根據(jù)柘溪水庫多年運行的情況,

其常水位一般在160?165m。由上可知，從梧桐水電站至柘溪水庫間有約10m水

頭的水資源可以開發(fā)利用。

根據(jù)保證出力，從年發(fā)電量、年利用小時數(shù)、工程總投資和工程年運行費用

等各項指標綜合分析后，本階段選擇裝機容量為3200kW。

根據(jù)電站的流量水頭特性，采用軸流式機組。綜合考慮電站的投資及以后的

運行情況，選擇采用2臺1600kW發(fā)電機組，轉輪直徑180cm，額定轉速300r/min,

額定流量19.4m7s,額定點效率90%0

1.3機器及金屬機構

(1)水輪機主要參數(shù)

型號:ZD680-LH-180臺數(shù)：2臺

額定水頭：10.0m

額定出力：1778kW額定流量：19.40nf/s

額定工況點效率：90%額定轉速:300r/min

(2)調速器：選用2個YWT-3000型自動調速器。

(3)發(fā)電機主要參數(shù)

型號SF1600-20/2600,額定功率1600kW,共2臺;

額定電壓6300V,額定轉速300r/min；

功率因數(shù)0.8。

(4)變壓器

主變型號：S9-4000/35臺數(shù)：1臺

站用變型號：SCI0-315/6.3臺數(shù)：1臺

本電站主要金屬結構為電站流道進、出口工作閘門和檢修閘門以及其啟閉設

備。

閘門均采用鋼閘門，共7扇；啟閉設備均采月手電兩用螺桿式啟閉機，分別

有1臺5t、2臺101、2臺15t0

第二章變壓器的選擇

2.1主變壓器的選擇

電力變壓器是水電站關鍵的一次設備，其功能是將電能電壓升高或降低，以

利于電能的合理輸送、分配和使用。

電力變壓器按相數(shù)分，有單相和三相兩大類，主要考慮變壓器制造條件、可

靠性要求和運輸條件等因素。對330ZV及其以下曉以大電壓系統(tǒng)中，當不受運

輸條件限制時，一般選用三相變壓器，因為單相變壓器相對而言投資大、占地多、

運行損耗也較大，同時配電裝置結構復雜，增加了維修工作量，因此本設計中主

變壓器采用三相電力變壓器。

電力變壓器按電壓調節(jié)方式分，可分為無勵磁調壓變壓器、有載調壓變壓器。

本設計中主變壓器采用無勵磁調壓變壓器。

電力變壓器按繞組導體材質分，有銅線變壓器、鋁線變壓器及半銅半鋁、超

導等變壓器，因為銅繞組變壓器損耗低，故本設計中主變壓器選擇銅繞組變壓器。

電力變壓器按繞組形式分，有雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變電器。

雙繞組變壓滯用于連接電力系統(tǒng)中的兩個電壓等級，三繞組變壓器一般用于電力

系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個電壓等級，自耦變電器用于連接不同電壓的電力系

統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用，因為晏家水電站高壓只有35Hz和

6.3KV兩個電壓等級，所以本設計中主變壓器采月雙繞組變壓器。

電力變壓器按冷卻方式分，可分為干式變壓器和油浸式變壓器。干式變壓器

依靠空氣對流進行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量變壓器。油浸式

變壓器依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環(huán)等。

近年來大型變壓器都采用強迫油循環(huán)這種冷卻方式，本設計中主變壓器采用強

迫油循環(huán)水冷式的電力變壓器。

表2.1S9系列變壓器技術參數(shù)

電壓組合空載負載空教阻抗

額定容聯(lián)結

型號高壓高壓分接低壓損耗損耗電流電壓

量(KVA)組別

(KV)范圍(%)(KV)(KW)(KW)(%)(%)

S9-630/356301.087.850.376.5

89-1000/3510001.5012.01.06.5

S9-1250/3512501.8014.00.96.5

35

S9-1600/3516002.1317.00.856.5

Y,dl

S9-2000/352000±510.52.6019.00.756.5

1

S9-2500/3525003.1021.00.756.5

S9-3150/3531503.8024.50.707

S9-4000/3540004.6029.00.707

S9-5000/3550005.5033.00.607

S9-6300/356300356.6037.00.607.5

S9-8000/35800038.58.5042.00.557.5

10.5Yndl

S9-10000/3510000±2X2.510.048.30.557.5

111

S972500/351250012.057.n0.50R.0

S9-16000/351600014.670.00.508.0

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蛤勺裕

度來確定。而晏家水電站的裝機容量為6.4MW,所以主變壓器的容量應選為

4000KVAo

綜上所述，根據(jù)表2.1,本設計選擇S9-4000/35型號的變壓器作為主變壓

器。

2.2廠用變壓器的選擇

2.2.1廠用變壓器容量選擇的基本要求和應考慮的因素

1廠用變壓器原力額定電壓必須與引線處電壓一致；副邊額定電壓則與廠

用電壓相配合。

2廠用變壓器可以選用雙繞組變壓器，但大型機組的廠用變壓器多選擇用

低壓繞組分裂變壓器。

3廠用變壓器的容量必須滿足廠用機械正常運轉和自起動的要求。

4廠用變壓器的阻抗電壓不能太小，否則短路電流大，廠用系統(tǒng)的高壓斷

路器無法選用價格低廉的輕型斷路器，阻抗電壓也不能太大，否則無法滿足電壓

波動和電動機自啟動要求。

表2.2SC10系列變壓器技術參數(shù)表

額定容電壓組合空載負載空載阻抗

型號量聯(lián)結組別損耗損耗電流電壓

低壓

高壓(KV)

(KVA)(KW)(W)(%)(%)

(KV)

SC10-30/6300.1800.7251.64

SC10-50/6500.2500.9851.24

SC10-80/6800.3551.1601.04

SC10-100/6100D,ynll0.3901.5000.84

0.4

SC10-125/6125Y,ynll0.4601.8000.84

SC10-160/61606±5%0.5302.1000.84

SC10-200/62006.3±2X2.5%0.6052.5000.84

SC10-250/6250100.7202.7400.74

SC10-315/63150.8753.4400.74

SC10-400/64000.9703.9600.74

SC10-500/65000.4Ydll1.1504.5150.74

SC10-630/66301.3205.8000.64

SC10-800/68001.5106.9200.66

2.2.2廠用變壓器容量的確定

1、電動機負荷

電動機的計算負荷PMC確定如下:

P火=兒

T/MCOS6

式中：PMN-電動機的額定容量，KW

3------電動機效率；

C°Sp，------電動磯功率因數(shù)。

表2.3

序設備型號臺容量功率效參加計算負荷容量

號名稱數(shù)(KW)因數(shù)率全部運行一臺機檢修

臺數(shù)容量臺數(shù)容量

1供水泵J62-26200.9188.3499.52249.76

2低壓空壓機J073-63200.8688.5252.40126.20

3壓油裝置油泵J71-22280.9189.0269.14134.75

4頂蓋排水泵J42-214.50.8885.016.0216.02

5浮充電機J051-414.50.8585.016.2316.23

6蓄電池室通風J41-6110.7276.711.8111.81

機

7主廠房通風機JO231-412.20.8481.512.7512.75

8橋式吊車1600.7088.5188.2

9照明20.1280%16.1080%16.10

總計253.97231.46

計入網(wǎng)絡損失5%266.67243.03

計入最大負荷同時213.34194.43

率0.6?0.8

2、廠用變的確定

經(jīng)表2.2表2.3及公式，本設計廠用變型號為SC10-315/6o

第三章電氣主接線設計

3.1電氣主接線的概況

電氣一次主接線設計是泵站供用電網(wǎng)絡的主體結構，是電氣設計的基本任

務。電氣主結線設計應充分考慮系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟。對泵站具備防洪

功能的特殊性，必須保證供電系統(tǒng)可靠、機組運行靈活。整體設計中，應滿足規(guī)

定的技術標準，結合泵站實際，進行綜合比較優(yōu)化，得到最佳結線方案。

3.2電氣主接線的方案擬定及比較

3.2.1主接線方案的擬定

(1)根據(jù)原始資料確定初步擬定：

方案主變數(shù)量35KV母線接線形式6.3KV母線接線型式

方案一1臺單母線單母線

發(fā)電機變壓器單元接

方案二2臺單母線

線

(2)根據(jù)《第二章變壓器的選擇》選擇以下型號的變壓器

方臺

型號接線方式參數(shù)

案數(shù)

方空載損耗：4.60KW

案S9-4000/35負載損耗：29.OKW

1Y,dll

阻抗百分比:Ud=7%

方空載損耗：2.60KW

案S9-2000/35Y,dll負載損耗：19.0KW

2

阻抗百分比：Ud=6.5%

3.2.2主:度線方案的比較

對一個水電站而言，電氣主接線在電廠設計時就根據(jù)機組容量、電廠規(guī)模及

電廠在電力系統(tǒng)中的地位等，從供電的可靠性、運行的靈活性和方便性、經(jīng)濟性、

發(fā)展和擴建的可能性等方面，經(jīng)綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事

故情況下的供送電情況。

根據(jù)原始資料和比較方案分析現(xiàn)列出兩種主接線方案。

方案一：35KV側單母線接線，6.3KV側單母線接線

一臺主變

v

方案二：35KV側單母線接線，發(fā)電機變壓器單元接線

OO

現(xiàn)對上述主接線方案進行比較:

、^案方案一：3.5KV側單母線接線，方案二：35KV側單母線接線，發(fā)電

6.3KV側單母線接線機變壓器單元接線

1.35KV接線簡單，設備本身故1.可靠性較高；

障率少2.有兩臺主變壓器工作，保證了在

可靠性

2.6.3KV故障時，停電時間較短變壓器檢修或故障時，不致使該側

不停電，提高了可靠性

6.3KV運行方式相對簡單，靈活

靈活性6.3KV母線檢修時倒閘操作復雜

性好

經(jīng)濟性設備相對少，投資小設備相對多，投資較大

通過對兩種主接線可靠性，靈活性和經(jīng)濟性的綜合考慮，辨證統(tǒng)一，現(xiàn)確

定第一方案為設計最終方案。

第四章短路電流計算

4.1短路電流計算的目的

（1）電氣主接線比選：

短路電流計算可為不同方案進行技術經(jīng)濟比較，并為確定是否采取限制短路

電流措施等提供依據(jù)。

（2）選擇導體和電器：

如選擇斷路器、隔離開關、熔斷器、互感器等。其中包括計算三相短路沖擊

電流、沖擊電流有效值以校驗電氣設備動力穩(wěn)定，計算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值

用以校驗電氣設備及載流導體的熱穩(wěn)定性，計算三相短路容量以校驗短路器的遮

斷能力等。

（3）選擇繼電保護裝置和整定計算

在考慮正確、合理地裝設保護裝置，在校驗保護裝置靈敏度時，不僅要計

算短路故障支路內的三相短路電流值，還需知道其他支路短路電流分布情況；不

僅要算出最大運行方式下電路可能出現(xiàn)的最大短路電流值，還應計算最小運行方

式下可能出現(xiàn)的最小短路電流值；不僅要計算三相短路電流而且也要計算兩相短

路電流或根據(jù)需要計算單相接地電流等。

4.2短路電流計算的內容

1）短路點的選?。焊骷夒妷耗妇€、電動機末端。

2）短路時間的確定：根據(jù)電氣設備選擇，確定計算短路電流的時間。

3）短路電流的計算：無窮大系統(tǒng)短路電流；有限大系統(tǒng)短路電流；各級電壓

中性點不接地系統(tǒng)的單相短路電流。計算的具體項目及其計算條件，取決于計算

短路電流的目的。

4.3短路電流計算的方法

供配電系統(tǒng)某處發(fā)生短路時，要算出短路電流必須首先計算出短路點到電源

的回路總阻抗值。電路元件電氣參數(shù)的計算有兩種方法：標幺值法和有名值法。

標幺制是一種相本單位制，標幺值是一個無單位的量，為任一參數(shù)對其基準

值的比值。標幺值法，就是將電路元件各參數(shù)均月標幺值表示。由于電力系統(tǒng)有

多個電壓等級的網(wǎng)絡組成，采用標幺值法，可以省去不同電壓等級間電氣參量的

折算。在電壓系統(tǒng)中宜采用標幺值法進行短路電流計算。

有名值法就是以實際有名單位給出電路元件參數(shù)。這種方法通常用于1KV

以下低壓供電系統(tǒng)短路電流的計算。

4.4短路電流計算成果表

短路點%⑶K?(⑶/⑴

平均電壓(KV)6.3356.36.3

計算電抗0.20.270.31310.2

■■5.54.153.590.05

t=0

I2.0161.5231.3181.37

t=0.1心4.053.32.950.05

4.1.4861.2111.0831.37

t=0.63.683.162.910.05

1.3511.161.0681.37

t=l3.553.12.920.05

I1.3031.1411.0721.37

t=23.573.082.960.05

1.3101.131.0861.37

t=43.233.062.990.05

A1.1851.1231.0971.37

沖擊電流(KA)16.57731.3487.9853.68

短路電流(KA)5.2610.0562.4880.05

第五章設備的選型、校驗

5.1電氣一次設備選擇的一般條件

電器選擇是發(fā)電廠和變電站電氣設計的主要內容之一。正確的選擇電器是使

電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應

根據(jù)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)省投資，選擇合適的電器。

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卻是一致的。在進行設備選擇時，必須執(zhí)行國家的

有關技術規(guī)定，根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，做到技術先進、

經(jīng)濟合理、運行方便等要求。電器要能符合上述要求，必須按正常工作條件進行

選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。

(1)按正常工作條件選擇電器

①額定電壓和最高工作電壓