水电站电气主接线的设计

目录概述电气主接线设计主接线方案的拟定与选择主变压器选择短路电流的计算电气设备选择与校验参考文献一概述1.1课程设计的目的：1、复习巩固本课程及其他课程的有关内容，增强工程概念，培养电力工程规划设计的能力。2、复习《水电站电气设备》相关知识，进一步巩固电气主接线及短路计算，电气设备选择等内容。3、利用所给资料进行电厂接入系统设计，主接线和自用电方案选择，掌握短路电流计算，会进行电气设备的配置和选型设计。1.2课程设计内容：1发电厂主接线的设计2短路电流的计算3电气设备的选择1.3电气主接线的基本要求1．可靠性：电气接线必须保证用户供电的可靠性，应分别按各类负荷的重要性程度安排相应可靠程度的接线方式。保证电气接线可靠性可以用多种措施来实现。2．灵活性：电气系统接线应能适应各式各样可能运行方式的要求。并可以保证能将符合质量要求的电能送给用户。3．安全性：电力网接线必须保证在任何可能的运行方式下及检修方式下运行人员的安全性与设备的安全性。4．经济性：其中包括最少的投资与最低的年运行费。5．应具有发展与扩建的方便性：在设计接线方时要考虑到5～10年的发展远景，要求在设备容量、安装空间以及接线形式上，为5～10年的最终容量留有余地。二电气主接线设计2.1原始资料：1、待设计发电厂类型：水力发电厂；2、发电厂一次设计并建成，计划安装2×15MW的水力发电机组，利用小时数4000小时/年；3、待设计发电厂接入系统电压等级为110kV，距系统110kV发电厂45km；出线回路数为4回；4、电力系统的总装机容量为600MVA、归算后的电抗标幺值为0.3，基准容量Sj=100MVA；5、发电厂在电力系统中所处的地理位置、供电范围示意图如下所示。6、低压负荷：厂用负荷（厂用电率）1.1%；7、高压负荷：110kV电压级，出线4回，为I级负荷，最大输送容量60MW，cosφ=0.8；8、环境条件：海拔1000m；本地区污秽等级2级；地震裂度7级；最高气温36°C；最低温度−2.1°C；年平均温度28°C；最热月平均地下温度20°C；年平均雷电日T=56日/年；其他条件不限。2.2.对原始资料分析（1）工程情况：该电厂为一小型水电站。目前，按发电厂的容量划分：总容量在1000MW及以上，单机容量在200MW及以上的发电厂称为大型水电厂；总容量在200～1000MW，单机容量在50～200MW的发电厂称为中型水电厂；总容量在200MW及以下，单机容量在50MW及以下的发电厂称为小型水电厂。设计电厂为2×15MW小型电厂。又该电厂设备年利用小时数为4000h/a，在3000-5000范围之内，故该电厂主要承担腰荷。（2）负荷情况：发电机出口侧电压为10.5KV，无近区负荷，经升压变压器后以110KV电压等级4回路出线送至45km处电力系统。（3）其他条件：环境条件和设备供货情况等没有具体要求，可按照常规条件设计。三主接线方案的拟定与选择电器主接线的设计是发电厂或者变电所电气设计的主体。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或者变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理他们之间的关系，经过技术、经济比较，合理选择主接线方案。根据我国现行的规范和成熟的运行经验，满足可靠性、灵活性和经济性的前提下，发电机电压接线可采纳的接线方式有以下三种：1单母线接线优点：1接线简单，操作方便，设备少，经济性好。2母线便于向两端延伸，扩建方便。缺点：1可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就是造成全厂或全站长期停电。2调度不方便。电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。一般适用范围：一般只用在出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂。单母线接线如图一所示单母线接线图一2单元接线优点：1发电机与主变压器容量相同，接线最简明清晰，故障影响范围最小，运行可靠、灵活。2发电机电压设备最少，布置最简单方便，维护工作量也最小；继电保护简单。缺点：1主变压器与高压断路器数量多。2主变压器高压侧出线回路多，布置复杂增加布置场地与设备的投资。一般适用范围：单机容量一般在100MW及以上机组，且台数在6台及以下者；单机容量在45MW～80MW之间，经经济比较采用其它接线方式不合适时。单元接线如图二所示单元接线图二3扩大单元接线扩大单元接线图三优点：1接线简单清晰，运行维护方便。2与单元接线比较，减少主变压器台数及其相应的高压设备，节省投资。3与单元接线比较，任一机组停机，不影响厂用电源供电，本单元两台机组停机，仍可继续有系统主变压器倒送。4减少主变压器高压侧出线，可简化布置和高压侧接线。缺点：1主变压器故障或检修时，两台机组容量不能送出。2增加两台低压侧断路器，且增大发电机电压短路容量。一般适用范围：适应范围较广，能较好的适应水电站布置的特点，只要电力系统运行和水库调节性能允许，一般都可使用。应注意避免在主变压器回路故障或检修时造成大量电能损失。扩大单元接线如图三所示综上述分析，110Kv侧由于本电站是小水电，不承担主要负荷，没有重要机端负荷，从接线的可靠性、经济性和灵活性考虑，所以本电站，110Kv侧采用单元接线。（一）根据以上三种主接线方式，并结合本设计水电站的实际，现拟定以下两种电气主接线方案：(1)发电机与变压器单元接线单母线分段电气主接线方案一（2）扩大单元接线单母线电气主接线（二）主接线方案初步比较：由以上三种接线方案的优缺点分析和接线示意图，本着可靠性、灵活性和经济性的原则，结合电厂实际综合分析，可以得出：单母线和扩大单元接线相比较，其可靠性和灵活性都很相近，厂用电都是在发电机10.5KV侧取得，然而本电站只有两台发电机，比较特殊，所以单母线和扩大单元接线形式相近。单母线接线灵活性低。所以可以明显淘汰单母线接线方案。从而保留扩大单元接线和单元接线方案。从供电的可靠性看：对于方案一，厂用电从两台发电机上取得，即使检修其中一台变压器和两机组停机电厂也不会停电，然而两台变压器同时故障的可能性非常小。对于方案二，若检修变压器电厂就会停电，否则要另外接入厂用电源，这样投资就增加了。这样，方案一的可靠性相对高些。四变压器选择1主变压器的选择MWCOSKSSSCNNG34.20%1108.0%1.11515110由于该厂是小型水电厂，可以用来调相调压，所以主变压器的型号可以选择为SFZ7-25000/110,有关参数如表一所示。SFZ7-25000/110变压器有关参数型号额定容量（KV）额定电压(KV)连接组别损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压（%）高压低压空载短路SFZ7-25000/11025000110%25.110.5Ynd11351231.110.5表一2厂用变压器的选择选择原则：为满足厂内各种负荷的要求，装设两台厂用变压器，厂用电容量得确定，一般考虑厂用负荷为发电厂总负荷的1%~2%,此发电厂的厂用负荷为总负荷的1.1%。S＝1.1%×30000KVA＝330KVA根据选择原则，并通过查找《电力工程电气设备手册，电气一次部分》选出厂用的两台变型号都为S=400KVA。有关技术参数如表二所示。厂用变压器有关技术参数型号额定容量（KVA）额定电压（KV）空载电流（%）损耗（W）阻抗电压（%）连接组别空载短路高压低压SZ6-400/1040010.50.4387042004Y,yn0SZ7-400/1040010.50.43.292058004Y，yn0表二通过对比两台厂用变压器的型号定为SZ6—400/10双绕组有载调压电力变压器，两台厂用变分别接于主变低压侧，互为暗备用，平时半载运行，当一台故障时，另一台能够承但变电所的全部负荷。3相数的选择主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素。根据设计手册有关规定，当运输条件不受限制时，在330KV及以下的电厂及变电所均选用三相变压器。因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资，占地面积小，运行过程损耗小的优点，同时本电厂的运输地理条件不受限制，因而选用三相变压器。4绕组数量和连接方式的选择（1）绕组数量选择：根据《电力工程电气设计手册》规定：“最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电与或与系统相连接时，宜采用三绕组变压器。结合本电厂实际，因而采用双绕组变压器。（2）绕组连接方式选择：变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和。我国110KV及以上的电压，变压器绕组都采用0Y连接。35KV采用Y连接，其中性点多采用消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器绕组都采用连接。因而该电厂主变压器接线方式采用YN,d11。综上所述，在比较的两个方案中，需要两台同容量的110KV双绕组有载调压电力变压器。结合本电厂实际，从经济性的角度出发，选择型式为：双绕组有载调压电力变压器。五短路电流的计算1等值电路2计算各元件的标幺值取dS=100MVA从表三可得dX=0.21各类同步发电机*''kX的平均值序号类型*''kX1无阻尼绕组的水轮发电机0.292有阻尼绕组的水轮发电机0.213容量为50MW及以下的汽轮发电机0.145表三发电机电抗：121000.211.12150.8ddnSXXXS变压器电抗：34%10010.50.710010015kdNUSXXS电力线路每相的单位长度电抗平均值（单位：Ω/km）线路结构线路电压220/380V6-10KV≥35KV架空线路0.320.350.40电缆线路0.0660.080.12表四从上表可知道00.4/kmX线路电抗：22501000.4450.148110dcLSXXU线路总电抗：5s+0.148+0.3=0.448XXX总3短路电流的计算d1点短路时：电源总额定容量：KVASSSNSN5.637cos2计算电抗：67670.910.448637.51.910.910.448100NJSdSXXXSXX查发电厂电气部分课程设计水轮发电机运算曲线可得表五。水轮发电机运行曲线时间t（s）短路电流Ik（KA）周期分量有效值00.5810.5820.58表五所以94.111035.63758.01103''SIINkkKA短路冲击电流：KAIKikshM07.594.185.12''2冲击系数Ksh如表六所示。不同短路点间各冲击系数Ksh的取值短路点Ksh发电机端1.90发电厂高压侧母线及发电机出线电抗器后1.85远离发电厂的地点1.80表六短路电流的有效值计算：2212(1)1.9412(1.851)3.03MshIKAIK由表五可知，t=1、2时，短路冲击电流和有效值和t=0时刻相同。d2点短路电流计算：部分电抗：248324+0.448++=+0.7=1.06++0.448+1.12+0.7XXXXXXXX总总（）（1.120.7）总电抗：819811.061.12===0.54+1.06+1.12XXXXX计算电抗：9d637.5'=0.54=3.443js100=XXSNS按无限大容量电源计算，则短路电流：11637.5''10.19'3.44310.5310.5NkjsSIX冲击电流：''221.910.1927.38shMkKAiKI短路电流有效值：2212(1)10.1912(1.91)16.49MshIKAIK经上面d1、d2点短路电流计算，可以得到如表七所示数据。不同短路点短路电流值短路点短路电流1d短路2d短路Mi（KA）5.0727.38MI（KA）3.0316.49''kI（KA）1.9410.19表七六电气设备选择及校验选择与校验电气设备时，一般应满