小型水電站設(shè)計(jì)2×15MW的水力發(fā)電機(jī)組

課程設(shè)計(jì)目錄一選題背景 31.1原始資料 31.2設(shè)計(jì)任務(wù) 3二電氣主接線設(shè)計(jì) 32.1對(duì)原始資料的分析計(jì)算 32.2電氣主接線設(shè)計(jì)依據(jù) 42.3主接線設(shè)計(jì)的一般步驟 42.4技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 42.4.1發(fā)電機(jī)電側(cè)電壓（主）接線方案 42.4.2主接線方案擬定 4三變壓器的選擇 73.1主變壓器的選擇 73.1.1相數(shù)的選擇 73.1.2繞組數(shù)量和連接方式的選擇 73.2廠用變壓器的選擇 7四．短路電流的計(jì)算 94.1電路簡(jiǎn)化圖8： 94.2計(jì)算各元件的標(biāo)么值 94.3短路電流計(jì)算 104.3.1d1點(diǎn)短路電流計(jì)算 104.3.2d2點(diǎn)短路 13五電氣設(shè)備選擇及校驗(yàn) 155.1電氣設(shè)備選擇的一般規(guī)定 155.1.1按正常工作條件選擇 155.1.2按短路條件校驗(yàn) 155.2導(dǎo)體、電纜的選擇和校驗(yàn) 165.3斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇和校驗(yàn) 165.4限流電抗器的選擇和校驗(yàn) 175.5電流、電壓互感器的選擇和校驗(yàn) 175.6避雷器的選擇和校驗(yàn) 185.6.1避雷器的選擇 185.6.2本水電站接地網(wǎng)的布置 18六.設(shè)計(jì)體會(huì) 19附錄 20參考文獻(xiàn) 21

圖4單母線接線方案（2）單元接線其接線示意圖如圖5圖5單元接線方案（3）擴(kuò)大單元接線其接線示意圖如圖6圖6擴(kuò)大單元接線（二）主接線方案初步比較：由以上三種接線方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析和接線示意圖，本著可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的原則，結(jié)合電廠實(shí)際綜合分析，可以得出：?jiǎn)文妇€和擴(kuò)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(jī)10.5KV側(cè)取得，然而本電站只有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，比較特殊，所以單母線和擴(kuò)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(kuò)大單元接線和單元接線方案。（三）主接線方案的確定（1）技術(shù)比較方案的技術(shù)特性分析，一般從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：①?gòu)墓╇姷目煽啃裕簩?duì)于方案2，廠用電從兩臺(tái)發(fā)電機(jī)上取得，即使檢修其中一臺(tái)變壓器和兩機(jī)組停機(jī)電廠也不會(huì)停電，然而兩臺(tái)變壓器同時(shí)故障的可能性非常小。相比方案3，若檢修變壓器電廠就會(huì)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2的可靠性相對(duì)高些。②從運(yùn)行安全和靈活性：方案2的變壓器的短路容量比方案3小，對(duì)變壓器和發(fā)電機(jī)的絕緣水平要求相對(duì)較低，安全性相對(duì)較高，其靈活性也比較好。③從接線和繼電保護(hù)：方案3的接線和繼電保護(hù)都相對(duì)方案2較復(fù)雜。④從維護(hù)與檢修：方案3的維護(hù)相比方案2較復(fù)雜，方案3的檢修相比方案2較方便。說(shuō)明：在比較接線方案時(shí)，應(yīng)估計(jì)到接線中發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、母線等的繼電保護(hù)能否實(shí)現(xiàn)及其復(fù)雜程度。對(duì)任何接線方案都能實(shí)現(xiàn)可靠的繼電保護(hù)，由于一次設(shè)備投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二次設(shè)備的投資，所以即使某個(gè)別元件保護(hù)復(fù)雜化，也不能作為不采用較經(jīng)濟(jì)接線方案的理由。（2）經(jīng)濟(jì)比較經(jīng)濟(jì)比較中，一般只計(jì)算各方案不同的一次性投資及年運(yùn)行費(fèi)。1、一次性投資一次性投資包括主變壓器、配電裝置的綜合投資。電氣設(shè)備的綜合投資是電氣設(shè)備出廠價(jià)格、運(yùn)輸機(jī)安裝費(fèi)用的總和，又稱電氣設(shè)備的基建投資費(fèi)。一次性綜合投資式中：—主體設(shè)備基價(jià)，主要包括主變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備；d—設(shè)用于運(yùn)輸基礎(chǔ)加工，土石方附加費(fèi)的比例系數(shù)，通常對(duì)110KV取值90，35KV取值100。②、年運(yùn)行費(fèi)用年運(yùn)行費(fèi)用，包括個(gè)電氣設(shè)備的每年折舊費(fèi)及維護(hù)檢修費(fèi)。電氣設(shè)備年折舊費(fèi)、維修費(fèi)可以通過(guò)查表得到。經(jīng)過(guò)計(jì)算比較結(jié)果，選定方案2（單元接線）為主接線方案。三變壓器的選擇3.1主變壓器的選擇該水電站遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，水電站的廠用電很少（1.1%），且沒(méi)有地區(qū)負(fù)荷，因此，選擇主變壓器的容量應(yīng)大致等于與其連接的發(fā)電機(jī)容量。水電廠多數(shù)擔(dān)任峰荷，為了操作方便，其主變壓器經(jīng)常不從電網(wǎng)切開(kāi)，因此要求變壓器空載損耗盡量小。3.1.1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求及運(yùn)輸條件等因素。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)有關(guān)規(guī)定，當(dāng)運(yùn)輸條件不受限制時(shí)，在330KV及以下的電廠及變電所均選用三相變壓器。因?yàn)槿嘧儔浩鞅认嗤萘康膯蜗嘧儔浩骶哂泄?jié)省投資，占地面積小，運(yùn)行過(guò)程損耗小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)本電廠的運(yùn)輸?shù)乩項(xiàng)l件不受限制，因而選用三相變壓器。3.1.2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(jì)手冊(cè)》規(guī)定：“最大機(jī)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(shí)，宜采用三繞組變壓器。結(jié)合本電廠實(shí)際，因而采用雙繞組變壓器。（2）繞組連接方式選擇：我國(guó)110KV及以上的電壓，變壓器繞組都采用連接，35KV一下電壓，變壓器繞組都采用連接。結(jié)合很電廠實(shí)際，因而主變壓器接線方式采用YN,d11。3.1.3主變壓器的臺(tái)數(shù)、容量及型式在比較的三個(gè)方案中，需要兩臺(tái)同容量的110KV雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器：20MVA（兩臺(tái)）。結(jié)合本電廠實(shí)際，從經(jīng)濟(jì)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。通過(guò)查閱《電力工程電氣設(shè)備手冊(cè)，電氣一次部分》可知其主變壓器的參數(shù)如下表電力變壓器技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定容量（KVA）額定電壓（KV）空載電流（%）空載損耗KW負(fù)載損耗KW阻抗電壓（%）高壓低壓SFZL7—20000/11020000110±8×1.25%10.51.23010410.53.2廠用變壓器的選擇選擇原則：為滿足廠內(nèi)各種負(fù)荷的要求，裝設(shè)兩臺(tái)廠用變壓器，廠用電容量得確定，一般考慮廠用負(fù)荷為發(fā)電廠總負(fù)荷的1%~2%,此發(fā)電廠的廠用負(fù)荷為總負(fù)荷的1.1%。S＝1.1%×30000KVA＝330KVA。根據(jù)選擇原則，并通過(guò)查找《電力工程電氣設(shè)備手冊(cè)，電氣一次部分》選出廠用的兩臺(tái)變型號(hào)都為S=440KV.A：型號(hào)額定容量（KVA）額定電壓（KV）空載電流（%）損耗W阻抗電壓（%）連接組標(biāo)號(hào)高壓低壓空載短路SZ6—400/1040010.50.4387042004Y，yn0SZ7—400/1040010.50.43.292058004通過(guò)對(duì)比兩臺(tái)廠用變壓器的型號(hào)定為SZ6—400/10雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器，兩臺(tái)廠用變分別接于主變低壓側(cè)，互為暗備用，平時(shí)半載運(yùn)行，當(dāng)一臺(tái)故障時(shí)，另一臺(tái)能夠承但變電所的全部負(fù)荷。由于廠用變壓器是兩臺(tái)，互為暗備用，平時(shí)半載運(yùn)行，當(dāng)一臺(tái)故障時(shí)，另一臺(tái)能夠承但變電所的全部負(fù)荷。所以其母線可采用單母線分段接線；接線圖如下圖7：圖7接線圖四．短路電流的計(jì)算4.1電路簡(jiǎn)化圖8：圖8電路簡(jiǎn)化4.2計(jì)算各元件的標(biāo)么值取查得發(fā)電機(jī)變壓器線路電抗等值短路阻抗圖9：圖9等值短路阻抗4.3短路電流計(jì)算4.3.1d1點(diǎn)短路電流計(jì)算①將X1和X2串聯(lián)得X7;因系統(tǒng)及電站1、2發(fā)電機(jī)電源通過(guò)公共阻抗X3供電；故須進(jìn)行簡(jiǎn)化，并按分布系數(shù)法求出短路點(diǎn)到各電源間的轉(zhuǎn)移阻抗想X10、X11。X6與X7并聯(lián)為；②計(jì)算阻抗發(fā)電機(jī)系統(tǒng)③求短路電流發(fā)電機(jī)1～2為查得運(yùn)算曲線得；系統(tǒng)d1點(diǎn)短路電流周期分量為；d1點(diǎn)沖擊電流及全電流最大有效值；查得查得d1點(diǎn)短路時(shí)，4s熱效應(yīng)為，周期分量熱效應(yīng)為；非同期分量熱效應(yīng)為；查得Ta=0.2則4.3.2d2點(diǎn)短路計(jì)算電抗②同期分量短路電流發(fā)電機(jī)1～2查得運(yùn)算曲線為則系統(tǒng)：③d2點(diǎn)短路電流同期分量值為；④d2點(diǎn)短路沖擊電流及全電流最大值；查得d2點(diǎn)短路，4s熱效應(yīng)為Ta應(yīng)按發(fā)拉立支路的值來(lái)計(jì)算；查得變壓器發(fā)電機(jī)則支路的阻抗得；五電氣設(shè)備選擇及校驗(yàn)5.1電氣設(shè)備選擇的一般規(guī)定選擇與校驗(yàn)電氣設(shè)備時(shí)，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(jì)，同類設(shè)備盡量減少品種，同時(shí)考慮海拔、濕熱帶、污穢地區(qū)等特殊環(huán)境條件。5.1.1按正常工作條件選擇電器、電纜允許最高工作電壓不得低于該回路的最高運(yùn)行電壓，即；電器、導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流不得小于該回路的最大持續(xù)工作電流，即。在計(jì)算發(fā)電機(jī)變壓器回路最大持續(xù)工作電流時(shí)，應(yīng)按額定電流增加5%。這是考慮到在電壓降低5%時(shí)，為確保功率輸出額定，則電流允許超5%。在選擇導(dǎo)體、電器時(shí)，應(yīng)注意環(huán)境條件：①、按《交流高電壓電器在長(zhǎng)期工作時(shí)的發(fā)熱規(guī)程》規(guī)定：電器使用在環(huán)境溫度高于+40（但不高于60）時(shí)，環(huán)境溫度沒(méi)增加1，建議較少額定電流1.8%；當(dāng)環(huán)境溫度低于+40，每低1,建議增加額定電流0.5%，但最大過(guò)負(fù)荷不得超過(guò)額定電流的20%。②、110KV及以下電器，用于海拔不超過(guò)2000米5.1.2按短路條件校驗(yàn)包括動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開(kāi)斷電流，一般按三相短路驗(yàn)算。①、短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)式中：—電器設(shè)備允許通過(guò)的熱穩(wěn)定電流及相應(yīng)時(shí)間—短路電流產(chǎn)生的熱脈沖計(jì)算用下式：式中：、、—分別為短路發(fā)生瞬間、短路切除時(shí)間、短路切除時(shí)間的短路電流周期性分量（KA）—短路切除（持續(xù)）時(shí)間，為繼電保護(hù)時(shí)間與斷路器的全開(kāi)斷時(shí)間之和（S）T—短路電流非周期分量等效時(shí)間，對(duì)于發(fā)電機(jī)出口可取0.15～0.2S，發(fā)電廠升壓母線取0.08～0.1S，一般變電所取0.05S。若切除時(shí)間大于1S,只需考慮周期分量。②、短路動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)一般采用短路沖擊電流峰值，當(dāng)回路的沖擊系數(shù)與設(shè)備規(guī)定值不同，而且沖擊電流值接近于設(shè)備極限通過(guò)電流峰值時(shí)，需要校驗(yàn)短路全電流有效值。校驗(yàn)條件：或式中：—短路沖擊電流峰值（KA）；—短路全電流有效值（KA）；—電器允許極限通過(guò)電流峰值（KA）；—電器允許的極限通過(guò)電流有效值（KA）。③、電器的開(kāi)斷電流校驗(yàn)時(shí)，電器的開(kāi)斷計(jì)算時(shí)間取主保護(hù)時(shí)間及斷路器固有分閘時(shí)間之和。這里，我們按最壞的情況考慮，主保護(hù)失靈，機(jī)端斷路器取后備保護(hù)時(shí)間2S，其余的取4S。④、《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》“用熔斷保護(hù)的導(dǎo)體和電器可不驗(yàn)算熱穩(wěn)定，除用有限流作用的熔斷器保護(hù)者外，導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定仍應(yīng)驗(yàn)算?！?.2導(dǎo)體、電纜的選擇和校驗(yàn)導(dǎo)體截面可按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。對(duì)年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，傳輸容量大，長(zhǎng)度在20m以上的導(dǎo)體如發(fā)電機(jī)、變壓器的連接導(dǎo)體，其截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。在本水電站具體的情況下，10kv機(jī)端母線及導(dǎo)體按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，而110kv母線及導(dǎo)體按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇。選擇結(jié)果：①、110Kv母線選擇LGJ—800/55型鋼芯鋁絞線。②、與系統(tǒng)相連的出線導(dǎo)線選擇LGJ—800/55型鋼芯鋁絞線。5.3斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇和校驗(yàn)斷路器可按下表進(jìn)行選擇和校驗(yàn)項(xiàng)目額定電壓額定電流開(kāi)斷電流短路關(guān)合電流熱穩(wěn)定動(dòng)穩(wěn)定斷路器應(yīng)滿足要求應(yīng)滿足要求選擇結(jié)果如下：①機(jī)端斷路器選擇SN10—10Ⅲ/2000-43.3型斷路器。②主變出口斷路器選擇SW4—110/1000型斷路器。③與系統(tǒng)相連的出線斷路器選擇SW4—110/1000型斷路器。④廠用變進(jìn)線選擇斷路器SN10—10Ⅰ/630-16型斷路器。動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)均滿足，只有廠用變進(jìn)線斷路器加限流電抗器后才滿足。隔離開(kāi)關(guān)可按下表進(jìn)行選擇和校驗(yàn)項(xiàng)目額定電壓額定電流熱穩(wěn)定動(dòng)穩(wěn)定隔離開(kāi)關(guān)應(yīng)滿足要求應(yīng)滿足要求選擇結(jié)果如下：①、機(jī)端隔離開(kāi)關(guān)選擇GN1—10/2000—85型隔離開(kāi)關(guān)。②、主變出口隔離開(kāi)關(guān)選擇GW4—110D/1000—80型隔離開(kāi)關(guān)。③、與系統(tǒng)相連的出線隔離開(kāi)關(guān)選擇GW4—110D/1000—80型隔離開(kāi)關(guān)。④、廠用變進(jìn)線隔離開(kāi)關(guān)選擇GN6—10/600—52型隔離開(kāi)關(guān)。動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)均滿足，只有廠用變進(jìn)線隔離開(kāi)關(guān)加限流電抗器后才滿足。5.4限流電抗器的選擇和校驗(yàn)本電廠只在廠用變進(jìn)線處需加限流電抗器限流，此處只需要普通的電抗器即可滿足要求。一、額定電壓和電流的選擇條件為：，二、按將短路電流限制到一定數(shù)值的要求來(lái)選擇。設(shè)電源至電抗器前的系統(tǒng)電抗標(biāo)么值是，則所需電抗器的電抗標(biāo)么值。以額定參數(shù)下的百分電抗表示，則應(yīng)選擇電抗器的百分電抗為：三、正常運(yùn)行時(shí)電壓損耗按下式校驗(yàn)。四、母線殘壓按下式校驗(yàn)。選擇結(jié)果：NKSL—10—200—4型電抗器，滿足限流條件和動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件。③、發(fā)電機(jī)、變壓器連接導(dǎo)體（10kv）的選擇3條100mm×10mm豎放矩形鋁導(dǎo)體。動(dòng)熱穩(wěn)定均滿足校驗(yàn)條件。5.5電流、電壓互感器的選擇和校驗(yàn)根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在機(jī)端和110kV及以上等級(jí)的互感器的接線均采用三相星型接線，設(shè)互感器離測(cè)量?jī)x表的距離均為100m，，設(shè)互感器離測(cè)量?jī)x表的距離為40m。選擇步驟大致如下：一、根據(jù)相關(guān)原始資料選擇種類和型式。二、一次回路額定電壓和額定電流的選擇。三、準(zhǔn)確級(jí)和額定容量的選擇。四、熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定的校驗(yàn)。選擇結(jié)果如下：①、10kV機(jī)端電流互感器選擇LMZ1—10屋內(nèi)型，變比2000/5。②、110kV母線及進(jìn)出線電流互感器選擇LCWD—110屋外型，變比1000/5。③、廠用變壓器進(jìn)線電流互感器選擇LFZJ1—10屋內(nèi)型，變比100/5。④、10kV機(jī)端電壓互感器選擇JSJW—10型。⑤、110kV母線及進(jìn)出線電壓互感器選擇JCC2—110型。⑥、廠用變壓器進(jìn)線電壓互感器選擇JSJW—10型。動(dòng)熱穩(wěn)定均滿足校驗(yàn)條件。5.6避雷器的選擇和校驗(yàn)5.6.1避雷器的選擇避雷器選擇時(shí)，應(yīng)考慮保護(hù)電器的絕緣水平，使用特點(diǎn)。根據(jù)避雷器選擇原則，該發(fā)電廠避雷器選擇結(jié)果如下表所示：避雷器的選擇結(jié)果安裝地點(diǎn)型號(hào)額定電壓有效值（kV）發(fā)電機(jī)出口Y2.5W5—12.7/3110.5發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)Y1W5—7.6/197.6110kV母線出線處Y5B—100/234100110kV母線、雙繞組變壓器出線斷路器之間Y5B—100/234100110kV雙繞組變壓器中性點(diǎn)Y1W5—73/200735.6.2本水電站接地網(wǎng)的布置根據(jù)以上接地裝置的有關(guān)規(guī)定，由于待設(shè)計(jì)的水電站的土壤電阻率未知，按高電阻率考慮。所以采用6m等間距的環(huán)形布置，用L50×50×5L=5.0m的角鋼作垂直接地體，，并埋深0.8m，并使整個(gè)接地電阻值要求在每個(gè)季節(jié)里都不大于0.5，對(duì)電站內(nèi)房屋結(jié)構(gòu)中的鋼筋應(yīng)焊接成網(wǎng)狀，在每個(gè)柱角與接地網(wǎng)焊牢，并對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行有效的防腐處理。六.設(shè)計(jì)體會(huì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.對(duì)我們學(xué)工科的同學(xué)來(lái)說(shuō)尤為重要！

回顧起此次發(fā)電廠課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從拿到題目到定稿，從理論到實(shí)