水力發(fā)電廠電力圖設(shè)計

1、 .wd. .wd. .wd.1 緒論11 原始資料1.1.1 水力發(fā)電廠1 水輪發(fā)電機組4臺：4*125MW；出口電壓：15.75KV；2 機組年利用小時數(shù)：Tmax=4200小時。3 廠用電率：15%。4 發(fā)電機出口主保護動作時間取0.2秒。5 環(huán)境溫度：最高溫度35度，年平均氣溫15度。1.1.2 電力負荷向110KV系統(tǒng)輸送功率240MW，年利用小時數(shù)：4000小時；剩余功率全部送入系統(tǒng)，年利用小時數(shù)：4200小時。功率因數(shù)均取0.85。1.1.3 發(fā)電廠出線110KV 架空出線6回，220KV 架空出線4回。1.1.4 電力系統(tǒng)情況110KV 系統(tǒng)容量為無窮大，選基準容量100MVA

2、，歸算到發(fā)電廠110KV母線，系統(tǒng)供給的短路容量為3400MVA；發(fā)電廠與相距150KM的220KV變電站兩回連接，220KV系統(tǒng)容量為2500MVA。1.2 設(shè)計的任務(wù)與要求1.2.1 設(shè)計的任務(wù)1發(fā)電機和變壓器的選擇表1-1水輪發(fā)電機的型號參數(shù)發(fā)電機型號額定容量(KVA)額定電壓(KV)額定功率因數(shù)(KW)電抗(標幺值)時間常數(shù)Ts1280/180-60150150750.85520001.0360.3140.2187.277.13注：發(fā)電機參數(shù)如上表，要求選擇發(fā)電機的主變，聯(lián)絡(luò)110KV和220KV的聯(lián)絡(luò)變壓器的型號。2 電氣主接線選擇注：水電發(fā)電廠的發(fā)電機-變壓器接線方式通常采用單元接

3、線的方式，注意主變壓器容量應(yīng)當與發(fā)電機容量向匹配。110KV和220KV電壓級用自耦變壓器聯(lián)接，相互交換功率，接線方式220KV采用雙母線接線，110KV采用雙母線接線。3 短路電流的計算在滿足工程要求的前提下，為了簡化計算，對短路電流進展近似計算法。結(jié)合電氣設(shè)備選擇，選擇短路電流計算點，求出各電源提供的起始次暫態(tài)電流，沖擊電流，計算短路電流熱效應(yīng)所需不同時刻的電流4電氣設(shè)備的選擇要求選擇：220KV側(cè)出線斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器，母線截面和電壓互感器。注：電氣設(shè)備的選擇包括選擇和校驗，而校驗?zāi)敲葱枰Y(jié)合3的短路電流計算的結(jié)果。5繪制發(fā)電廠電氣主接線圖要求：每人手工繪制電氣主接線圖A2一張

4、。1.2.2 設(shè)計的要求1短路計算及電氣設(shè)備選擇計算方法應(yīng)當正確。2主接線圖形符號、線條及標題欄符合標準，接線正確，圖面布局合理，參數(shù)標注正確，圖形清晰美觀。3論文格式符合要求，構(gòu)造嚴謹，邏輯性強，層次清楚，紋理通順，無錯別字，要求手寫，20頁左右，統(tǒng)一使用A4紙張。2 主接線方案的選擇2.1 主接線方案的選擇 對電氣主接線的 基本要求，概括的說應(yīng)該包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面，下面簡要分析一下。 可靠性 可靠安全是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電氣主接線最 基本要求。它可以從以下幾方面考慮： 發(fā)電廠或者變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用；發(fā)電廠和變電所接入電力系統(tǒng)的方式； 發(fā)電廠和變電所

5、的運行方式及負荷性質(zhì)； 設(shè)備的可靠性程度直接影響著主接線的可靠性； 長期實踐運行經(jīng)歷的積累是提高可靠性的重要條件。 靈活性 主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。 調(diào)度時，應(yīng)操作方便的 基本要求，既能靈活的投入或切除某些機組、變壓器或線路，調(diào)配電源和負荷，又能滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式及特殊運行方式下的調(diào)度要求； 檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進展安全檢修而不致影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電； 擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下，投入新裝機組、變壓器或線路而不互相干擾，并且對一次和二次局部的改建工作量最少。 經(jīng)

6、濟性 主接線應(yīng)在滿足可靠性和靈活性的前提下作到經(jīng)濟合理。一般從以下幾方面考慮。 投資?。?占地面積少； 電能損耗少。 此外，在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計中，要防止建設(shè)復(fù)雜的操作樞紐，為簡化主接線，發(fā)電廠、變電所接入系統(tǒng)的電壓等級一般不超過兩種。發(fā)電、供電可靠性是發(fā)電廠生產(chǎn)的首要問題，主接線的設(shè)計首先應(yīng)保證其滿發(fā)、滿供、不積壓發(fā)電能力，同時盡可能減少傳輸能量過程中的損失，以保證供電連續(xù)性。為此，對大、中型發(fā)電廠主接線的可靠性，應(yīng)從以下幾方面考慮： 斷路器檢修時，是否影響連續(xù)供電； 線路、斷路器或母線故障，以及在母線檢修時，造成饋線停運的回路數(shù)多少和停電時間的長短，能否滿足重要的 ，類負荷對供電的要求； 本發(fā)電

7、廠有無全廠停電的可能性； 大型機組突然停電對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響與產(chǎn)生的后果等因素。 所以對大、中型發(fā)電廠電氣主接線，除一般定性分析其可靠性外，尚需進展 可靠性的定量計算。 主接線還應(yīng)具有足夠的靈活性，能適應(yīng)多種運行方式的變化，且在檢修、事 故等特殊狀態(tài)下操作方便、調(diào)度靈活、檢修安全、擴建開展方便。 主接線的可靠性與經(jīng)濟性綜合考慮、辨證統(tǒng)一，在滿足技術(shù)要求的前提下，盡可能投資省、占地面積少、電壓損耗少、年費用投資與運行為最小。 根據(jù)對原始資料的分析，選擇雙母線接線。雙母線具有較高的可靠性，廣泛用于以下情況：進出線回數(shù)較多、容量較大、出線帶電抗器的610KV配電裝置；3560KV出線數(shù)超過8回

8、，或者連接電源較大、負荷較大時；110KV出線數(shù)為6回以上時，220KV出線數(shù)為4回時。本設(shè)計中110KV出線數(shù)為6回，220KV出線數(shù)為4回，因此使用雙母線接線方案具有適用性和合理性。2.2 雙母線接線特點雙母線有兩組母線，并且可以互為備用。每一電源和出線回路都設(shè)有一臺斷路器，有兩組母線隔離開關(guān)，可分別與兩組母線連接。兩組母線之間的聯(lián)絡(luò)，通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器簡稱母連斷路器QFC來實現(xiàn)。雙母接線與單母接線相比，投資有所增加，但是使運行的可靠性和靈活性大為提高。有以下特點：1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而不至使供電中斷；一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電；檢修任一回路

9、的母線隔離開關(guān)時，只需斷開此隔離開關(guān)所屬的一條電路和與此隔離開關(guān)連接的該組母線，其他電路均可通過另外一組母線繼續(xù)運行，但其操作步驟必須正確。2調(diào)度靈活。各個電源和各回路負載可以任意分配到某一組母線上，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；通過倒換操作可以組成各種運行方式。3擴建方便。向雙母線左右任何方向擴建，均不會影響兩組母線的電源和負荷自由組合分配，在施工過程中也不會造成原有回路停電3 短路計算3.1 主變壓器的選擇3.1.1 主變壓器的選擇方法1 主變壓器的電壓確定 變壓器對于負荷側(cè)的電壓，可根據(jù)給定的負荷送電電壓來確定，假設(shè)未規(guī)定具體電壓，那么可根據(jù)負荷量與送電距離即負

10、荷距離來確定負荷的允許送電電壓，繼而確定變壓器高壓側(cè)電壓。 變壓器與系統(tǒng)聯(lián)系側(cè)的電壓可根據(jù)本廠接入電網(wǎng)的電壓來確定，假設(shè)未明確規(guī)定時，可按本廠發(fā)電機的功率和功率因數(shù)來確定。 110KV和220KV之間需要交換功率時需聯(lián)絡(luò)變，選取聯(lián)絡(luò)變壓器。2主變?nèi)萘看_實定 主變?nèi)萘繎?yīng)能滿足本廠供給最大負荷的要求，扣除廠變1.5%，又留有10%的余量，及系統(tǒng)要求的交換功率同時還應(yīng)考慮5-10年的開展情況及網(wǎng)絡(luò)的功率損失。 3 主變的臺數(shù)確實定 由于本廠采用發(fā)電機變壓器單元接線，故有二臺，聯(lián)絡(luò)變一臺。 4 變壓器構(gòu)造型式的選擇 當具有三個電壓等級時，如果通過主變各側(cè)的功率到達變壓器額定容量的15%以上，一般應(yīng)選擇

11、三繞組構(gòu)造，變壓器各側(cè)的容量比可根據(jù)各側(cè)負荷情況來選定。本設(shè)計中只有兩個電壓等級，因此只需選擇雙繞組變壓器 5 變壓器的型式 根據(jù)變壓器的容量，使用條件，冷卻方式及系統(tǒng)要求情況，選擇國家生產(chǎn)的標準產(chǎn)品。由原始資料提供的發(fā)電機參數(shù)知：水輪機發(fā)電額定容量4*150MVA ；發(fā)出功率4*125MW；額定電壓15.75KV ；額定功率因數(shù)0.85 ；電抗標幺值=0.218 。廠備用率為：1.5%水力發(fā)電廠的發(fā)電機-變壓器接線方式通常采用單元接線的方式。110KV側(cè)主變壓器選擇由于電壓變比為15.75KV/110KV，考慮單元接線中的主變壓器容量應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后留有10%的裕度選

12、擇 1.1那么容量為 發(fā)電機容量，MW發(fā)電機功率因數(shù)廠備用率所以可以得到容量S=162.5KVA ，考慮變比15.75KV/110KV 選擇變壓器如表3-1：表3-1 110kV側(cè)主變型號變壓器型號高壓(KV)低壓(KV)空載損耗Po(KW)短路損耗Pk(KW)阻抗電壓Uk(%)連接組標號SF11-180000/11011010.591.8514.914Ynd11220KV側(cè)主變壓器選擇由于電壓變比為15.75KV/220KV，考慮單元接線中的主變壓器容量應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后留有10%的裕度選擇 1.1容量為 發(fā)電機容量，MW發(fā)電機功率因數(shù)廠備用率所以可以得到容量S=162

13、.5KVA ，考慮變比15.75KV/110KV 選擇變壓器如表3-2：表3-2220kV側(cè)主變型號變壓器型號高壓(KV)低壓(KV)空載損耗Po(KW)短路損耗Pk(KW)阻抗電壓Uk(%)連接組標號SF11-180000/2202422*2.5%10.512849513Ynd113.2 聯(lián)絡(luò)變壓器的選擇3.2.1連接兩種升高電壓母線的聯(lián)絡(luò)變壓器容量確實定原那么1 聯(lián)絡(luò)變壓器容量應(yīng)能滿足兩種電壓網(wǎng)絡(luò)在各種不同運行方式下，網(wǎng)絡(luò)間的有功功率和無功功率的交換。2 聯(lián)絡(luò)變壓器容量一般不應(yīng)小于接在兩種電壓母線上最大一臺機組的容量，以保證最大一臺機組故障或檢修，通過聯(lián)絡(luò)變壓器來滿足本側(cè)負荷的要求，同時，

14、也可在線路檢修或故障時，通過聯(lián)絡(luò)變壓器將剩余容量送入另一系統(tǒng)。3.2.2 聯(lián)絡(luò)變壓器的型式聯(lián)絡(luò)變壓器為了布置和引線方便，通常只選一臺，其第三繞組，即低壓繞組兼作廠用備用電源或引接無功補償裝置該發(fā)電廠的聯(lián)絡(luò)變壓器高中壓繞組分別接于220KV和110KV母線，其低壓繞組作為廠用備用電源，由于穿越本廠功率為162MVA，所選聯(lián)絡(luò)變?nèi)萘看笥?62MVA既可滿足。本設(shè)計中聯(lián)絡(luò)變壓器選用自耦變壓器聯(lián)絡(luò)變壓器的型號及參數(shù)如表3-3表3-3聯(lián)絡(luò)變型號及參數(shù)變壓器型號高壓(KV)中壓(KV)低壓(KV)容量KVA阻抗電壓Uk(%)上下高中中低OSFP37-180000/22022012110.5180/180/

15、1801012163.3 電路等值電路圖如圖3-1所示圖3-1 等值電路圖3.4 電路參數(shù)計算選取基準容量為100MVA，基準電壓為Uav.v水輪發(fā)電機參數(shù)計算：2220KV側(cè)主變壓器參數(shù)計算：3110KV側(cè)主變壓器參數(shù)計算：(4) 聯(lián)絡(luò)變壓器參數(shù)計算：5線路阻抗參數(shù)計算：6無窮大系統(tǒng)阻抗參數(shù)計算：3.5 電路等值化簡:將發(fā)電機支路G1與G2合并，G3與G4合并，與合并，可以得到簡化電路圖如圖3-2所示圖3-2 等值電路圖的化簡圖a因為短路點選擇在1處，因此，我們需要將，進展變換：可以得到下面的等值電路圖3-3圖3-3 等值電路圖的化簡圖b3.6 短路電流相關(guān)計算：1發(fā)電機支路短路電流分量計算

16、：先將發(fā)電機支路轉(zhuǎn)移阻抗轉(zhuǎn)換為計算阻抗：經(jīng)查表可以得到發(fā)電機支路在，時的短路電流標幺值如表3-4所示：表3-4 短路電流標幺值將標幺值轉(zhuǎn)化為有名值：電流基準為：轉(zhuǎn)化方程：所以發(fā)電機支路電流有名值如表3-5：表3-4 短路電流有名值2無窮大系統(tǒng)支路短路電流分量計算：無窮大系統(tǒng)短路電流標幺值計算：電流基準為：轉(zhuǎn)化方程：所以無窮大系統(tǒng)支路電流有名值為：，因此，流過短路點的總電流有名值為：所以，(1)沖擊電流為：2最大持續(xù)工作電流3因為短路熱穩(wěn)定短路時間，不計非周期熱效應(yīng)。短路電流的熱效應(yīng)等于周期分量熱效應(yīng)所以：4電氣設(shè)備選型高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開關(guān)設(shè)備，它既可以在正常情況下接通或斷開電路，

17、又可以在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時迅速的自動斷開電路。斷開電路時會在斷口處產(chǎn)生電弧，為此斷路器設(shè)有專門的滅弧裝置。滅弧能力是斷路器的核心性能。 斷路器的選擇內(nèi)容包括：選擇型式；選擇額定電壓選擇額定電流；校驗開斷能力；校驗動穩(wěn)定；校驗熱穩(wěn)定。 1選擇型式因為220KV側(cè)有4回出線，所以接入220KV側(cè)的高壓斷路器應(yīng)選擇SW斷路器。2選擇額定電壓所選斷路器的額定電壓應(yīng)不小于安裝處電網(wǎng)的額定電壓。220KV側(cè)UN=UNs=220KV3選擇額定電流所選設(shè)備的額定電流，應(yīng)大于或等于所在回路的最大長期工作電流： 長期工作電流為：斷路器額定電流4校核額定開斷能力為使斷路器安全可靠地切斷短路電流，應(yīng)滿足以下條件：斷路

18、器斷開電流 5校核動穩(wěn)定如果電氣設(shè)備不夠穩(wěn)固，巨大的短路電流產(chǎn)生的巨大電動力可能要損壞許多昂貴的電氣設(shè)備。因此，必須校驗所選電氣設(shè)備承受短路電動力的能力,動穩(wěn)定條件為： 斷路器極限通過電流峰值6校核熱穩(wěn)定通常制造廠直接給出設(shè)備的熱穩(wěn)定電流(有效值)及允許持續(xù)時間，熱穩(wěn)定條件為：表4-1 斷路器選擇結(jié)果表計算數(shù)據(jù)SW6-220/1200型斷路器Uns 220 kvUn 220 KvImax 192 AIn 3450 AI 1.988 kAInbr 21 kAish 20.33 kAInc1 125 kAQk 116【kA2.s】It2*t 21*21*4=1764【kA2.s】ish 20.33

19、 kAies 21 kA4.2 隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)是一種沒有專門滅弧裝置的開關(guān)設(shè)備，主要用來斷開無負荷電流的電路，隔離高壓電流，在分閘狀態(tài)時有明顯的斷開點，以保證其他電氣設(shè)備的安全檢修。在合閘狀態(tài)時能可靠地通過正常負荷電流及短路故障電流。因它未有專門的滅弧裝置，不能切斷負荷電流及短路電流。因此，隔離開關(guān)只能在電路已被斷路器斷開的情況下才能進展操作，嚴禁帶負荷操作，以免造成嚴重的設(shè)備和人身事故隔離開關(guān)的選擇內(nèi)容包括：選擇型式；選擇額定電壓選擇額定電流；校驗動穩(wěn)定；校驗熱穩(wěn)定。1選擇型式因為220KV側(cè)有4回出線，所以接入220KV側(cè)的隔離開關(guān)應(yīng)選擇GW隔離開關(guān)。2選擇額定電壓所選隔離開關(guān)的額

20、定電壓應(yīng)不小于安裝處電網(wǎng)的額定電壓。220KV側(cè)UN=UNs=220KV3選擇額定電流所選設(shè)備的額定電流，應(yīng)大于或等于所在回路的最大長期工作電流： 長期工作電流為：隔離開關(guān)額定電流4校核動穩(wěn)定如果電氣設(shè)備不夠穩(wěn)固，巨大的短路電流產(chǎn)生的巨大電動力可能要損壞許多昂貴的電氣設(shè)備。因此，必須校驗所選電氣設(shè)備承受短路電動力的能力,動穩(wěn)定條件為：隔離開關(guān)極限通過電流峰值5校核熱穩(wěn)定通常制造廠直接給出設(shè)備的熱穩(wěn)定電流(有效值)及允許持續(xù)時間，熱穩(wěn)定條件為：表4-2 隔離開關(guān)選擇結(jié)果表計算數(shù)據(jù)GW6-220D/1000隔離開關(guān)Uns 220 kvUn 220 KvImax 192 AIn 1000 AI 1.

21、988 kA ish 20.33 kA Qk 116【kA2.s】It2*t 21*21*4=1764【kA2.s】ish 20.33 kAies 50 kA4.3 電壓互感器的選擇電壓互感器TV又稱PT是將高電壓變成低電壓的設(shè)備，分為電磁式電壓互感器和電容分壓式電壓互感器兩種。電壓互感器的選擇內(nèi)容包括：根據(jù)安裝地點和用途，確定電壓互感器的構(gòu)造類型、接線方式和準確級；確定額定電壓比；計算電壓互感器的二次負荷，使其不超過相應(yīng)準確度的額定容量。 1選擇額定電壓 電壓互感器一次繞組的額定電壓應(yīng)與安裝處電網(wǎng)額定電壓一樣。220KV側(cè)UN=UNs=220KV表4-3電壓互感器選擇結(jié)果表計算數(shù)據(jù)JCC2-

22、220Uns 220 kvUn 220 Kv4.4 電流互感器的選擇電流互感器是一種電流變換裝置，可將高壓電流和低壓大電流變換成電壓較低的小電流，供給儀表和繼電器保護裝置，并將儀表和保護裝置與高壓隔離電路隔開。電流互感器的二次電流均為5A，使測量儀表和繼電保護裝置使用安全、方便。因此，電流互感器在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。 選擇標準如下：1電流互感器的額定電壓與電網(wǎng)的額定電壓應(yīng)相符。220KV側(cè)UN=UNs=220KV2電流互感器一次額定電流的選擇，應(yīng)使運行電流為20%100% ， 根據(jù)被測電流的大小選擇電流互感器的變比，要使一次線圈額定電流大于被測電流。3電流互感器選擇之后，應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點的系統(tǒng)短路電流校驗其動穩(wěn)定。動穩(wěn)定條件為：為電流互感器動穩(wěn)定電流倍數(shù)為電流互感器動穩(wěn)定電流4電流互感器選擇之后，應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點的系統(tǒng)短路電流校驗其熱穩(wěn)定。熱穩(wěn)定條件為：為電流互感器熱穩(wěn)定電流倍數(shù)為電流互感器熱穩(wěn)定電流表4-4電流互感器型號選擇表計算數(shù)據(jù)LCW-220性電流互感器Uns 220 kvUn 220 KvImax 192 AIn 300 AI 1.988 kA ish 20.33 kAI*Ke 0.3*60=18(kA)Qk 116【kA2.s】(It*Kt)2 (0.3*60)2=