晏家水电站电气一次课程设计方案说明书

1、安化晏家水电站电气一次部分课程设计说明书适用专业： 发电厂及电力系统指导老师：何荣锋设计开始日期：2008年12月 日设计结束日期：2008年12月 日目录第一章 设计原始资料1.1 简况 (51.2 工程任务和规模(71.3 机器及金属机构(8第二章 变压器的选择2.1 主变压器的选择 (102.2 厂用变压器的选择(11第三章 电气主接线设计3.1 电气主接线的简况 (143.2 电气主接线的方案拟定及比较 (143. 2. 1主接线方案的拟定(143.2.2主接线方案的比较 (14第四章 短路电流计算4.1 短路电流计算的目的 (174.2 短路电流计算的内容 (174.3 短路电流计算

2、的方法 (174.4 短路电流计算成果表 (18第五章 设备的选择、校验5.1 电气一次设备选择的一般条件 (195.2 电气一次设备的选择及成果 (21、八 、，前言水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，便于进行电力调峰，有 利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。在地球传统能源日益紧张的情况 下，世界各国普遍优先开发水电大力利用水能资源。中国不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，都居世界第一 位。截至 2008 年底，中国水电总装机容量已达到 1.75 亿千瓦，水电能源开发 利用率从改革开放前的不足 10%提高到 27%。水电事业的快速发展为国民经济和 社会发展作出了重要的贡

3、献，同时还带动了中国电力装备制造业的繁荣。三峡 机组全部国产化，迈出了自主研发和创新的可喜一步。小水电设计、施工、设 备制造也已经达到国际领先水平，使中国成为小水电行业技术输出国之一。此外，中国水电产业各项经济指标增长较快。 2007 年 1-11 月，中国水力 发电行业累计实现工业总产值 93,826,334 千元，比上年同期增长了 20.88%； 累计实现产品销售收入 89,240,772 千元，比上年同期增长了 20.17%；累计实 现利润总额 24,689,815 千元，比上年同期增长了 35.91%。2008 年 1-11 月，中 国水力发电行业累计实现工业总产值 111,348,9

4、50 千元，比上年同期增长了 23.50%； 累计实现产品销售收入 113,147,151 千元， 比上 年同期增长了 24.80%；累计实现利润总额 26,863,763 千元，比上年同期增长了 9.75%。中国经济已进入新的发展时期，在国民经济持续快速增长、工业现代化进 程加快的同时，资源和环境制约趋紧，能源供应出现紧张局面，生态环境压力 持续增大。据此，加快西部水力资源开发、实现西电东送，对于解决国民经济 发展中的能源短缺问题、改善生态环境、促进区域经济的协调和可持续发展， 无疑具有非常重要的意义。另外，大力发展水电事业将有利于缩小城乡差距、 改善农村生产生活条件，对于推进地方农业生产、

5、提高农民收入，加快脱贫步 伐、促进民族团结、维护社会稳定，具有不可替代的作用。水电开发通过投资 拉动、税收增加和相关服务业的发展，将把地方资源优势转变为经济优势、产 业优势，以此带动其他产业发展，形成支撑力强的产业集群，有力促进地方经 济的全面发展。 本次设计从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对水电站电气 设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图 推荐方案）、电气主接线图 比较方 案）、升压站平面布置图、厂房电气设备布置图、升压站电气布置断面图、6.3KV 高压开关柜接线方案图、低压配电屏接线方案图、变电器主保护回路图 和原理图、机组保护原理图等相关设计图纸。本文是在湖南水利水电学院

6、水利 建筑工程系何荣锋教授的精心指导下完成的。何荣锋老师治学严谨、知识广 博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕业设计期间何荣锋老师在设计的选 题何设计思路上给了我很多的指导和帮助。何荣锋老师循循善诱的教案方法、 热情待人的处事方法、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我 留下了很深的印象。在此，我对恩师表达最崇高的敬意和最诚挚的感谢！因为本人知识有限，设计中有很多错误和不妥之处，敬请各位老师批评指 正。第一章 设计原始资料1.1 简况渠江镇位于安化县西南部，柘溪水库库区上游西岸，为安化、新化、溆浦 三县交界之处，水路可经柘溪库区至安化县城及沿河各地，陆路有S225 省道穿过该镇东北

7、部。晏家水电站位于渠江镇南部的晏家村，晏家村与溆浦县善溪乡 相邻，该村距渠江镇镇政府驻地 15km距善溪乡政府驻地3km现有人口 1100 人，人均收入不到 1200 元。晏家水电站位于资水一级支流渠江下游，距资水入河口15km坝址以上控制集雨面积620km，占渠江总流域面积的 72.9%。该电站上游原规划开发水电 站八座，总装机容量 28120kW依次为：渠江干流175207m为梧桐水电站，控制集雨面积570km,规划装机8000kW朱溪江支流207232m为两江 水电站，控制集雨面积 330km,规划装机3200kW朱溪江支流232285m为 朱溪江水电站，控制集雨面积 315km,规划装

8、机6400kW朱溪江支流285 325m为大兴水电站，控制集雨面积290血，规划装机5000kW岗东河支流207242m为木壕水电站，控制集雨面积 182诟，规划装机2000kW岗东河 支流250292m为罗林水电站，控制集雨面积 76kni,规划装机1260kW岗 东河支流292342m为河边水电站，控制集雨面积 68血，规划装机1260kW 岗东河支流 342390m为芭油水电站，控制集雨面积60血，规划装机1000kW。拟建晏家水电站位于梧桐水电站下游 3km 处，为径流式电站，装机容量为32X 1600kVV设计引用流量 38.8m/s。1.2工程任务和规模晏家水电站位于资水一级支流渠

9、江下游，坝址处在安化县渠江镇晏家村境 内，且紧临溆浦县善溪乡，其库区及集雨区域大部分属溆浦县境内。该工程上 游水位受梧桐水电站尾水控制，下游水位受柘溪水库的调节影响。据渠江流域 的水电规划，梧桐水电站利用水头为175207m高程；根据柘溪水库多年运行 的情况，其常水位一般在 160165m由上可知，从梧桐水电站至柘溪水库间 有约10m水头的水资源可以开发利用。根据保证出力，从年发电量、年利用小时数、工程总投资和工程年运行费 用等各项指标综合分析后，本阶段选择装机容量为 3200kW。根据电站的流量水头特性，采用轴流式机组。综合考虑电站的投资及以后的运行情况，选择米用2台1600kW发电机组，转

10、轮直径 180cm额定转速3300r/min ，额定流量 19.4m3/s，额定点效率 90%。1.3 机器及金属机构1 ）水轮机主要参数型号： ZD680-LH-180台数： 2 台额定水头： 10.0m额定出力： 1778kW额定流量：19.40m3/s额定工况点效率： 90%额定转速：300r/min2 ）调速器：选用2个YWT-3000型自动调速器。3 ）发电机主要参数型号SF1600-20/2600，额定功率1600kW 共2台；额定电压6300V,额定转速300r/min ；功率因数 0.8 。电压组合联结组别空载损耗负载损耗空载电流%阻抗电压%高压KV)高压分接范围S9-630/

11、3563035 510.5Y,d111.087.850.376.5S9-1000/3510001.5012.01.06.5S9-125O/3512501.8014.00.96.5S9-1600/3516002.1317.00.856.5S9-2000/3520002.6019.00.756.5S9-2500/3525003.1021.00.756.5S9-3150/3531503538.53.8024.50.707S9-400O/3540004.6029.00.707S9-5000/3550005.5033.00.607S9-6300/35630010.511Yn d116.6037.00.6

12、07.5S9-8000/3580008.5042.00.557.5S9-10000/3510000 2X 2.510.048.30.557.5S9-12500/351250012.057.50.508.0S9-16000/351600014.670.00.508.0表2.1S9系列变压器技术参数变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%勺裕度来确定。而晏家水电站的装机容量为6.4MV，所以主变压器的容量应选为4000KVA综上所述，根据表2.1，本设计选择S9-4000/35型号的变压器作为主变压2.2 厂用变压器的选择2.2.1厂用变压器容量选择的基本要求和应考虑的因素

13、1厂用变压器原边额定电压必须与引线处电压一致；副边额定电压则与厂 用电压相配合。2厂用变压器可以选用双绕组变压器，但大型机组的厂用变压器多选择用 低压绕组分裂变压器。3厂用变压器的容量必须满足厂用机械正常运转和自起动的要求。4厂用变压器的阻抗电压不能太小，否则短路电流大，厂用系统的高压断 路器无法选用价格低廉的轻型断路器，阻抗电压也不能太大，否则无法满足电 压波动和电动机自启动要求。表2.2 SC10 系列变压器技术参数表型号额定容 量(KVA电压组合联结组别空载损耗负载损耗空载电流%阻抗电压低压(KVSC10-30/6306 5%0.4D,y n11Y,y n110.1800.7251.64

14、SC10-50/6500.2500.9851.24SC10-80/6800.3551.1601.04SC10-100/61000.3901.5000.84SC10-125/61250.4601.8000.84SC10-160/61600.5302.1000.84SC10-200/62006.3 2X 2.5%0.6052.5000.84SC10-250/6250100.7202.7400.74SC10-315/63150.4Yd110.8753.4400.74SC10-400/64000.9703.9600.74SC10-500/65001.1504.5150.74SC10-630/66301

15、.3205.8000.64SC10-800/68001.5106.9200.66222 厂用变压器容量的确定1、电动机负荷电动机的计算负荷PMC确定如下:式中：P MN-电动机的额定容量，KW电动机效率;LJ电动机功率因数表2.3序号设备名称型号台数容量KW功率因数效率参加计算负荷容量全部运行一台机检修台数容量台数容量1供水泵J62-26200.9188.3499.52249.762低压空压机JO73-63200.8688.5252.40126.203压油装置油泵J71-22280.9189.0269.14134.754顶盖排水泵J42-214.50.8885.016.0216.025浮充电机

16、JO51-414.50.8585.016.2316.236蓄电池室通风机J41-6110.7276.711.8111.817主厂房通风机JO231-412.20.8481.512.7512.758桥式吊车1600.7088.5188.29照明20.1280%16.1080%16.10总计253.97231.46计入网络损失5%266.67243.03计入最大负荷同时率0.60.8213.34194.432、厂用变的确定经表2.2表2.3及公式，本设计厂用变型号为 SC10-315/6。第三章电气主接线设计3.1 电气主接线的简况电气一次主接线设计是泵站供用电网络的主体结构，是电气设计的基本任

17、务。电气主结线设计应充分考虑系统安全、稳定、灵活、经济。对泵站具备防 洪功能的特殊性，必须保证供电系统可靠、机组运行灵活。整体设计中，应满 足规定的技术标准，结合泵站实际，进行综合比较优化，得到最佳结线方案。3.2 电气主接线的方案拟定及比较3.2.1主接线方案的拟定1）根据原始资料确定初步拟定：万案主变数量35K V母线接线形式6.3KV母线接线型式万案一1台单母线单母线万案二2台单母线发电机变压器单元接线2）根据第二章变压器的选择选择以下型号的变压器方案台数型号接线方式参数方案1S9-4000/35Y,d11空载损耗：4.60KW负载损耗：29.0KW阻抗百分比：Ud=7%方案2S9-20

18、00/35Y,d11空载损耗：2.60KW负载损耗：19.0KW阻抗百分比：Ud=6.5%3.2.2主接线方案的比较对一个水电站而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模 及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映 正常和事故情况下的供送电情况。根据原始资料和比较方案分析现列出两种主接线方案。方案一：35K V侧单母线接线，6.3K V侧单母线接线一台主变.I-方案二：35K V侧单母线接线，发电机变压器单元接线T11 (I - - - 现对上述主接线方案进行比较:万案工程方案一：35K V

19、侧单母线接线，6.3K V侧单母线接线方案二：35KV侧单母线接线，发电机变压器单元接线可靠性1.35KV接线简单，设备本身故障率少2.6.3KV故障时，停电时间较短1.可靠性较咼；2.有两台主变压器工作，保证了在 变压器检修或故障时，不致使该侧 不停电，提高了可靠性灵活性6.3KV运行方式相对简单，灵活性好6.3KV母线检修时倒闸操作复杂经济性设备相对少，投资小设备相对多，投资较大通过对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确 定第一方案为设计最终方案。第四章 短路电流计算4.1 短路电流计算的目的电气主接线比选 : 短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采

20、取限制短 路电流措施等提供依据。选择导体和电器 : 如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲 击电流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有 效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验短路 器的遮断能力等。 选择继电保护装置和整定计算 在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计 算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况； 不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运 行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要

21、计算单相接地电流等。4.2 短路电流计算的内容1短路点的选取：各级电压母线、电动机末端。2短路时间的确定：根据电气设备选择，确定计算短路电流的时间。3短路电流的计算：无穷大系统短路电流；有限大系统短路电流；各级电 压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体工程及其计算条件，取决于 计算短路电流的目的。4.3 短路电流计算的方法供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电 源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值 法。标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基 准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电

22、力系 统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气 参量的折算。在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1KV以下低压供电系统短路电流的计算。4.4 短路电流计算成果表短路点0Ea回平均电压KV6.3356.36.3计算电抗0.20.270.31310.2t=0a5.54.153.590.05s2.0161.5231.3181.37t=0.134.053.32.950.051.4861.2111.0831.37t=0.63.683.162.910.051.3511.161.0681.37t=103.553.

23、12.920.05Q1.3031.1411.0721.37t=2a3.573.082.960.05a1.3101.131.0861.37t=4a3.233.062.990.05a1.1851.1231.0971.37冲击电流KA16.57731.3487.9853.68短路电流VKA5.2610.0562.4880.05第五章设备的选型、校验5.1 电气一次设备选择的一般条件电器选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的选择电器是 使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择 时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新 技术，并注意节省投

24、资，选择合适的电器。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不 完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。在进行设备选择时，必须执行国 家的有关技术规定，根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，做到技 术先进、经济合理、运行方便等要求。电器要能符合上述要求，必须按正常工 作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。(1按正常工作条件选择电器额定电压和最高工作电压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额 定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电 压。因此，在电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压冈不低于装置地点电网额定电压的条件选择。即额定电