小型水电站电气一次设计

1摘要本毕业设计为水电站电气一次设计，对水电站一次部分设计中遇到的若干问题如水电站一次部分主接线方案，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，变压器的继电保护等进行了陈述。该水电站拟装机组2*8MW，以一回110kV线路接入相邻电站110kV母线，线路长度24.5km，年利用小时数约为5000小时。先对水电站的一次主接线方案进行确定，再根据已确定的主接线方案进行必要的短路电流计算，根据具体的计算结果依次选择相应的设备（如变压器、开关等）以及对后面的的部分设备进行继电保护。本设计主要是针对水电站的一次部分，故对二次部分涉及较少。只讨论了变压器的继电保护。关键词一次主接线，短路电流计算，设备选择，继电保护2目录摘要...........................................................11绪论.........................................................41.1水力发电特点..............................................41.2设计在工程建设中的作用.....................................51.3水电站的电气一次设计......................................61．4水电站设计综合说明........................................72电气主接线....................................................82.1概述......................................................82.2对电气主接线的基本要求.....................................82.3电气主接线的基本形式......................................92.3.1有汇流母线.............................................92.3.2无汇流母线............................................122.4主变压器的容量和台数的选择................................152.5电气主接线的技术经济比较方法..............................162.6方案的确定...............................................172.6.1水电站的特点..........................................172.6.2主接线方案的确定......................................183短路电流的计算................................................203.1短路计算的规定及假设.....................................203.1.1短路计算的一般规定....................................203.1.2短路计算的假设........................................203.2短路电流计算的步骤.......................................203.3短路电流具体计算.........................................214电气设备的选择................................................264.1电气设备选择的一般条件....................................264.1.1正常的工作条件选择....................................264.1.2按短路条件校验........................................264.2断路器的选择.............................................274.3隔离开关的选择...........................................284.4电流互感器的选择.........................................285水电站厂用电接线..............................................305.1水电站厂用电特点.........................................305.1.1水电站厂用电的特点....................................305.1.2厂用电的组成..........................................305.2厂用变压器选择...........................................305.2.1厂用变压器型式选择....................................305.2.2厂用变压器容量及台数的选择............................315.2.3厂用变压器的阻抗选择..................................315.2.4自起动容量校验........................................3135.3厂用电接线...............................................315.3.1厂用电接线的一般要求及原则............................325.3.2厂用电电源............................................325.3.3厂用电压选择..........................................335.3.4厂用电主接线图........................................336主变压器的继电保护............................................346.1电力变压器的故障类型及保护方式............................346.2主变压器的主保护.........................................356.2.1气体保护..............................................356.2.2纵差动保护............................................366.3主变压器的后备保护.......................................406.3.1定时限过电流保护......................................406.3.2过负荷保护............................................416.3.3零序保护..............................................42参考文献........................................................43附录A：设备的选择...............................................44附录B：电气主接线...............................................4541绪论在河川水流中，潮汐和海浪里，蕴藏着巨大的能量，通常称为水能或水力资源。水能是可供人们利用的一种廉价和可再生能源，如不加以利用，是一种很大的损失。其利用具有时间价值，利用得越早，其价值就越大。我国幅员辽阔，河川纵横，湖泊星罗棋布，是世界上水力资源最丰富的国家。如何最有效和最经济合理地开发利用水资源，兴建各种水电站，将自然界的水能转变为机械能和电能，为发展我国生产和改善人民的物质文化生活服务，是水电建设者的光荣任务。电气一次设计是水电站设计的重要组成部分，是工程建设的关键环节，对水电站的投资、建设和运行安全可靠和生产的综合经济效益起着决定性的作用。1.1水力发电特点水电站是将水能转交为电能的企业。水力发电具有以下特点：①水能是再生能源地球上江河湖海在太阳辐射的作用下，蒸发到空中，并随气流运行。在一定条件下，水汽凝结下降为雨或雪(地形引力作用)，再回到江河湖海。这就是自然界在大气中的循环，所以水能是一种再生能源，而火电站所用的煤或石油，核电站所用的稀有金属原料，都是要消耗掉而不能再生的。因此，水能的再生性这个特点从能源意义上看就显得更为重要。②水资源可综合利用水是一种资源，具有多方面的使用价值，可以综合利用。一个水利工程常可同时取得发电、防洪、灌溉、航运、供水、养殖以及改良环境和旅游等多方面的效益。河流的水资源还可以梯级开发利用，上级水电站发电后的水流，仍可为下游各级水电站再利用发电。③水能可储蓄和调节电能是不能大量储蓄的，生产与消费必须同时完成；而水电站可以借助于水库，储蓄水能，代替储蓄电能，有利于电力系统电力电量的供求平衡，提高供电的灵活性的经济性。同时，利用水库调节水能，还可以提高水能资源的利用程度。④水力发电具有可逆性火电站只能并Ⅱ用燃料生产电能，而不能利用电能再生产燃料。水力发电则可逆：位于高处的水可以通过水轮发电机组，使水能转变为电能；位于低处的水也可以通过电动抽水机提送到高处，使电能转变成水能。利用这种可逆性，可以在电力系统内建造抽水蓄能电站，达到储蓄和调节电能的目的，改善电力系统电力生产的供求关系，提高电能质量和经济效益。⑤水电站运行的灵活性5水轮发电机组具有设备简单，运行操作灵活，易于实现自动化等优点。机组可以在几分钟内启动，投入运行，增减负荷十分方便。因此，水电站最适于承担电力系统的调峰、调频任务和用做负荷、事故备用容量。火电站虽然也可以承担这些任务，但其设备复杂，启动不太灵活，要经常处于热备用状态，浪费一定燃料。⑥水电站的生产成本低、效率高水电站不耗用燃料，运行人员常为火电站的1／10～1／20，又由于水电站的机组设备简单，年维护费用较低，所以通常水电站的电能成本只有火电站的1／5～1／10。水电站的能源利用率也比较高，火电站燃煤的热效率一般只有40％左右，而水电站的能量效率可达85％以上。⑦水电站不产生污染水电站在生产过程中既无烟气，又无废渣，废水也较少，因此不会污染环境。相反，由于建成水库后，还可以改善环境。周围常常是建设疗养区和开展旅游的良好场所。⑧水电站电能生产的不均衡性由于河川径流的多变性与不重复性，因而水电站的电能生产具有不均衡性。加上水文预报尚不够准确，也影响水电站的计划生产。这些因素都给水电站和电力系统运行带来一定困难。⑨水电站的建设要受到自然条件的限制水电站必须建设在具有一定条件的河段上，受地质、地形、交通等条件限制，有时要造成一定的淹没损失。所以水电站建筑物往往比较复杂，施工也较困难。水电与火电相比，具有工程量大，工期长，投资大的特点。但是实际上，建设水电站是同时完成一次能源与二次能源的开发，放应将水电站的投资同建设火电站与相应的开发煤矿、修建铁路等投资、工期计算在内。这样，水电站投资大，工期长的结论便不存在了。1.2设计在工程建设中的作用设计工作是工程建设的关键环节。121做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着