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 ,要科學合理駕馭電力 ,必須從電力 工程的設(shè)計原則與方法上來理解與掌握其精髓,提高電力系統(tǒng)的安全可靠性與運 行效率 ,從而達到降低生產(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 ,在全國總裝機容量與年發(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與水電廠建設(shè)。 發(fā)電廠就是電力系統(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)就

2、是主干系統(tǒng) ,處于關(guān)鍵的地位。此次課程設(shè) 計的內(nèi)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、 導體與主要電氣設(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 X 300MW (3) 電廠所在地區(qū)最高溫度35C海拔1000m地震烈度5級,土壤電阻率600Q、 m;,; (4) 機組年利用小時數(shù) Tmax 3246小時; 2、負荷與系統(tǒng)情況 : (1) 接入系統(tǒng)：以4回330kV,902

3、40 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么值X = 0、1285( Sj = 1000MVA已計入十年發(fā)展)。； (2) 發(fā)電機額定電壓 15、 75kV, cos 0.875, Xd 0、 2 (3) 主變壓器, 電抗標么值 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)計就是在學習電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程后的一次綜合性訓練 ,通 過課程設(shè)計的實踐達到 ： (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

4、略與有關(guān)的技術(shù)規(guī)范、規(guī)定、導則等。 (3) 掌握發(fā)電廠電氣部分設(shè)計的基本方法與內(nèi)容。 (4) 學習工程設(shè)計說明書的撰寫。 (5) 培養(yǎng)學生獨立分析問題、 解決問題的工作能力與實際工程設(shè)計的基本技能。 4、任務(wù)要求 (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)計就是發(fā)電廠或變電站設(shè)計的主體。 電氣主接線設(shè)計的基本 原則就是以設(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)定與標 準為準繩,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 ,

5、力爭設(shè)備原件與設(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)中的地位與作用 (2) 發(fā)電廠、變電所的分期與最終建設(shè)規(guī)模 (3) 負荷大小與重要性 (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5X 300MW利用小時數(shù)為3000h v3246hv5000h,為承擔腰荷的發(fā)電廠,又因其多承擔系統(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：Sj = 1000MVA已計入十

6、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、 負荷情況發(fā)電機額定電壓 15、 75kV, cos0.875, Xd 0、 2 4、環(huán)境條件：電廠所在地區(qū)最高溫度35C ,海拔1000m地震烈度5級,土壤電 阻率600Q、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 2s 6、無高壓廠用電設(shè)備 三、主接線方案確定 水力發(fā)電廠的特點就是 ,一般距離負荷中心較遠 ,基本上沒有發(fā)電

7、機電壓負荷 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)與容量 ,就是根據(jù)水能 利用條件一次性確定的，不必考慮發(fā)展與擴建；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)電機單機容量為300MW遠大 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勺規(guī)定,應(yīng)確定為雙母線 分段接線形式,4臺300MV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電壓最大負荷20M

8、W遠小于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荷要求、由于2臺50MV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與靈活 性、 3、220KV電壓級、200KV負荷容量大，其主接線就是本廠向系統(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、 75k

9、V）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，會導致絕緣 子表面易被灰塵污染，尤其就是母線布置在屋外時，受氣候變化與污染更為嚴重， 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，而采用封閉母線就是一種較好的解決方法。）。 330kV側(cè)為三串3臺短路器接線與一串1-臺斷路器接線。實現(xiàn)5條電源進線與 23 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

10、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。但就是，檢修斷路器就是，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 圖一方案一圖 圖二方案二圖 主接線方案的評疋 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

11、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)度與潮流變化的 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在可靠性與經(jīng)濟性方面均優(yōu)于方案II,且該水電 站在保證可靠性的情況下，要瞧其靈活性，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

12、用電負荷 機組自用電部分：壓油裝置油泵、機組調(diào)速與軸承潤滑系統(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、蓄電池組與浮充電裝置、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 與照明三相四制系統(tǒng)供電。但就是壩區(qū)與水利樞紐距廠區(qū)較遠 ，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，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

13、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 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)分別與引接線與廠用電系統(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： 按常用電率確廠用電主變壓器的容量 Sn = 3

14、00 8% 0.875 =27、43MVA 型號及容量 低壓側(cè)額定 容量(kV) 連接組 損耗 (kW) 阻抗電壓 空載電流 (kVA) 空載 短路 (%) (%) SJL130 0、4 Y/Y0 0、12 0、59 4 8 選擇型號為：SJL1 30 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 容量負荷后，留有10%的裕度。 Sn 1.1Png(1 Kp)/C0S g Png 發(fā)電機容量；為300MW。 Sn 通過主變壓器的容量。 Kp廠用電；Kp=8%。 c

15、os G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)過變壓器的容量為： c 1.1 300(1 0.08) Sn=346、97MVA 0.875 3、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 額定容量 (kVA) 額定電壓 (kV) 損耗 (%) 阻抗電壓 (%) 連接組 咼壓 低壓 空載 短路 36 1 1967 15、6 Y0/ -12 雙繞組主變壓器SSP-360000/330 六、短路電流計算 1、短路電流計算

16、的目的 在選擇電氣主接線就是，為了比較各種接線方案，或確定某一接線就是否 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)備在正常運行與故障情況下都能安全、 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線的相間與相對地 的安全距離。 在選擇繼電保護方式與進行整定計算時，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

17、電流計算表 短路點 d Os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、短路與過電壓情況的要求，并考慮遠景發(fā)展； 2、應(yīng)按當?shù)丨h(huán)境條件校核； 3、 應(yīng)力求技術(shù)先進與經(jīng)濟合理； 根據(jù)各電壓等級與相應(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 矩形鋁導體雙條 平放截面 2 125 10mm

18、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) cos Xd” TS1264/ 、875 21 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) 自動重 合閘無 電流間 隔時間 (s) 額定 電流 (kA) 峰值 5s KW4 33 0、15 0、04 0、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、33 3、6(5)

19、電壓互感器YDR-330 形式 額定變比 在下列準確等 級下額定容量 (VA) 最大容量 (VA) 備注 0、5 1 3 電容 式 YDR-330 330000/100 /100 v33 150 500 1000 2000 電流互感器LDZ1-10 型號 額定電流比 級別組合 準確級 熱穩(wěn)定倍數(shù) 動穩(wěn)定倍數(shù) LDZ1-10 6001000/5 0、5/3 3 50 90 八、設(shè)計總結(jié) 本次課程設(shè)計主要就是對330kV水電站電氣部分的一次設(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、短路電流計算與電氣設(shè) 備的選擇。 在這次課程設(shè)計的過程中，我與同組的幾個同學一起查閱了相

20、關(guān)資料 ，對課 程設(shè)計的題目、要求與具體內(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,我能夠鞏固所學的基本理論、專業(yè)知識，并綜合運用所學知識來解決實際的 工程問題，學習工程設(shè)計的基本技能與基本方法。 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。 總之，此次課程設(shè)計，使我能把在課堂上學習的理論知識應(yīng)用到實踐中 ，更好的發(fā)現(xiàn)了自己在學習中的不足之處。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

21、受益匪淺，學到了很多東西。 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、05Ue Sj基準容量（MVA） Uj所在線路的平均額定電壓） 注:均采用標幺值算法，省去“ *”。 330KV系統(tǒng) 11 9- 4 P 3 電抗圖 1.對于 TS1264/16 X1 = X2 = X3 = 機電

22、 X4 = X5 = Xd S/C 7SN X 0.583 2、對于 SSP-36 0000/330雙繞組變壓器的電抗： X6 = X7 = X8 = X9 = X10 = 0、 360 2 1000 363 c r 20.431 345 3、對于架空線的 由于接入系統(tǒng)以 電抗為0、4Q /km 電抗 丄90 240km架空線路接入樞紐變電站，故選擇100km, X11 = X12 = X13 = X14 = X15 =100 X 0、4X 4.對于系統(tǒng)的電抗： 1000 3452 0.336 X15 =0、1285 二當主變壓器高壓330kV側(cè)發(fā)生短路時的計算 由于當變壓器發(fā)生短路時，其余4

23、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 選擇G3發(fā)電機的那條線路計算，有 Xi7 = X15+X13 = 0、1285+0、336=0、4645 Xi6 = X3+X8 = 0、431+0、583=1、014 短路點短路電流的計算： 系統(tǒng)就是在為無窮大容量系統(tǒng)：因此對于無限大容量系統(tǒng) Ij 1 所以0秒短路周期分量標幺值 I I； I 2 II I 2.16 0.4645 1 1.014 0.986 3.146 0秒時的短路電流周期分量有效值， ”Sj“1000丄十 IZ I j I I 3.146 1.674 3.146 5

24、.27KA 由于 t=2、06s。 V3U jV3 346 所以不需要考慮短路電流非周期分量。 短路電流:I: Iz =5、27kA 短路沖擊電流:ish2Ksh I =2X1、8X5、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,滿足電壓選擇條件。 b、由于變壓器型號為 SSP_360000/330型號。則 Sn =360000kVA,U n =363kV 1 NT Sn =573A 、3Un I g max 1.051 nt =601A 所以，斷路器的最大持續(xù)工作電流Igmax=601A,斷路器的額定電流 I Net =3150A 即:I NetI g max , 滿足