水电厂电气一次设计

1、水电厂电气一次设计 摘要 本次设计是水电厂电气一次设计。该水电站的总装机容量为2×2550 MW。高压侧为110Kv,一回出线与系统相连,一回出线与装机100MW的电站相连,其最大输送功率为50MW,该电厂的厂用电率为0.2%。根据所给出的原始资料拟定三种电气主接线方案,然后对这三种方案进行可靠性、经济性和灵活性比较后,保留两种较合理的方案,最后通过定量的技术经济比较确定最终的电气主接线方案。在对系统各种可能发生的短路故障分析计算的基础上,进行了电气设备和导体的选择校验设计。在对发电厂一次系统分析的基础上,对发电厂的配电装置布置、防雷保护、继电保护和自动装置、同期系统、监控系统均做了

2、初步简单的设计。毕业设计的过程是一次将理论与实际相结合的初步过程,起到学以致用,巩固和加深对电气工程及其自动化专业的理解,树立工程设计的观念,提高了电力系统设计的能力的作用。 关键字:电气主接线,短路电流计算,设备选型Abstrac The design is part of the hydropower plant electrical design. The total installed capacity of hydropower stations of 2 × 25 50 MW. High side is for 110 Kv, one is connected to th

3、e system,another is connected to an installed capacity of 100 MW power station. The station's largest power transmission for 50 MW, the power plant's electricity plant was 0.2 percent. According to the raw data presented by the development of three main electric cable programmes, and these t

4、hree options for reliability, economy and flexibility of comparison, the two retain a more reasonable proposal, the final through quantitative comparison of the technical and economic determine the final The main electric cable programme. In the system all the possible short-circuit fault analysis c

5、alculated on the basis of a conductor of electrical equipment and checking the choice of design. In the first systematic analysis of power plants on the basis of the distribution of power plant equipment layout, mine protection, protection and automatic devices, earlier system, monitoring system hav

6、e done a preliminary simple design. The graduation is a process designed to combine theory and practice of the initial process, played apply what they have learned to consolidate and deepen their understanding of electrical engineering and automation professional understanding of the concept of a pr

7、oject designed to enhance the power system's ability to design role. Key words:The main electrical wiring, short-circuit current basis, the selection of equipment目 录摘要IAbstracII1 绪 论11.1 本次设计的目的和要求12 电气主接线设计22.1 对水电厂原始资料分析22.2 电气主接线设计依据32.3 电气主接线设计的一般步骤32.4 技术经济比较32.5 水轮发电机的选择122.6 主变的选择123 短路电流

8、计算143.1 短路电流计算的目的143.2 短路电流计算的一般规定143.3 短路计算的基本假定143.4 短路电流计算的方法144 厂用电设计204.1 一般水电站的主要厂用负荷有以下两大类204.2 厂用电设计原则204.3 厂用电电压等级204.4 厂用电源及其引接204.5 厂用电负荷统计214.6 厂用变压器的选择214.7 厂用电接线方式215 电气设备选择及校验235.1 电气设备选择的一般规定235.2 断路器和隔离开关的选择和校验255.3 限流电抗器的选择和校验315.4 导体、电缆的选择和校验325.5 绝缘子和穿墙套管的选择和校验375.6 电流、电压互感器的选择和校

9、验385.7 避雷器的选择和校验446 发电厂配电装置布置466.1 配电装置的设计原则466.2 对配电装置的要求466.3 配电装置设计487 防雷保护与接地517.1 防雷保护517.2 接地装置528 继电保护与自动装置设计548.1 继电保护设计548.2 自动装置设计55结 论56致 谢57参考文献58附 录159附 录260附 录361英文资料及翻译611 绪 论1.1 本次设计的目的和要求 毕业设计是完成本专业教学计划的最后一个重要的教学环节,是对各门课程的综合运用和提高。通过毕业设计,巩固和加深学生所学专业理论知识,锻炼学生分析和解决实际工程问题能力。培养和提高学生综合使用技

10、术规范、技术资料,进行有关计算、设计、绘图和编写技术文件的初步技能,为今后参加水电站和变电所电气设计、安装、运行、检修、试验打下基础。通过本毕业设计,初步掌握一个小型水电站工程设计的思想、内容、方法和步骤。 随着我国经济的不断发展,对能源的需求量也越来越大,然而能源的不足与需求之间的矛盾在近几年不断恶化,国家急需电力事业的发展,为我国经济的发展提供保障。就我国目前的电力能源结构来看,我国主要是以火电为主,但是火电由于运行过程中污染大,在煤炭价格高涨的今天,火电的运行成本也较高,受锅炉和其他火电厂用电设备的影响,其资源利用率较低,一般热效率只有30%-50%左右。与之相比水电就有很多明显的优势1

11、。因此,关于电力系统水电站设计方面的论文研究就显得格外重要。 本毕业设计(论文)主要针对水电站在电力系统的地位,拟定本电厂的电气主接线方案,经过技术经济比较,确定推荐方案,对其进行短路电流的计算,对电厂所用设备进行选择,然后对各级电压配电装置及总体布置设计。并且对其发电机继电保护进行设计。在这些设计过程中需要用到各种电力工程设计手册,并且借用AutoCAD辅助工具画出其电气主接线图、室外配电装置图、发电机保护的原理接线图、展开图、保护屏的布置及端子排接线图。 2 电气主接线设计2.1 对水电厂原始资料分析2.1.1 原始资料1 该水电站的规模及性质: 该水电站近端没有、和类负荷,为不重要水电站

12、,拟定12台变压器。电压等级为发电机电压(待选)和110kV等级。与外界连接方式如下: 1 通过50KM的联络线(导线型号待选)与通过2×50MVA、的变压器升压到110kV的4×20MW、的电厂相联连。 2 通过30KM联络线(导线型号待选)与系统相连。如图2-1: 图2-1 原始连接图2 负荷: 1 110kV侧:夏季:负荷率: 100% 负荷天数:185天冬季:负荷率: 40% 负荷天数:180天 2 发电机侧:厂用电率为0.2%3 其他资料 当地海拔高度420米,当地年最高温度32,年最低温度-2,最热月平均最高温度28。地形、地震等级等其他资料没有给出,视为不受限

13、制。2.1.2 原始资料分析 跟据设计任务书所提供的资料可知:该水电站为典型的小水电,不担任重要负荷的供电,对设的计可靠性、安全性、灵活性等没有很严格的要求,拟定12台变压器。其地形条件限制不严格,但从节省用地考虑,尽可能使其布置紧凑,便于运行管理。另外,周围的环境和气候对设备的选择的制约也不大。综上,在设计中要充分分析所给的原始资料,同时结合实际的情况,做到设计的方案具有可靠性、安全性、经济性等。2.2 电气主接线设计依据 电气主接线设计是水电站电气设计的主体。它与电力系统、枢纽条件、电站动能参数以及电站运行的可靠性、经济性等密切相关,并对电气布置、设备选择、继电保护和控制方式等都有较大的影

14、响,必须紧密结合所在电力系统和电站的具体情况,全面地分析有关影响因素,正确处理它们之间的关系,通过技术经济比较,合理地选定接线方案。 电气主接线的主要要求为: 1 可靠性:衡量可靠性的指标,一般是根据主接线型式及主要设备操作的可能方式,按一定的规律计算出“不允许”事件的规律,停运的持续时间期望值等指标,对几种接线形式的择优。 2 灵活性:投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵活。 3 经济性:通过优化比选,工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗小。2.3 电气主接线设计的一般步骤 1 对设计依据和基础资料进行综合分析。 2 确定主变的容量和台数,拟定可能采用的主接线形式

15、。 3 论证是否需要限制短路电流,并采取合理的措施。 4 对选出来的方案进行技术和经济综合比较,确定最佳主接线方案。22.4 技术经济比较2.4.1 变压器接线方案 根据我国现行的规范和成熟的运行经验,联系本小水电站的工程实际,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: (一)单母线接线(图2-2)(1)优点:设备少,接线清晰,经济性好,操作简单方便,不易误操作,便于采用成套配电装置,并且母线便于向两端延伸,方便扩建。 (2)缺点:可靠性偏差,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,也就是要造成全厂长期停电。调度是很不方便,电源只能并列运行,不

16、能分裂运行,并且线路侧发生短路时,有较大的短路电流。 (3)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。图2-2 单母线接线示意图(二)单元接线(图2-3) 图2-3 单元接线示意图(1)优点: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;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。(2)缺点:主变压器与高压断路器数量多,增加布置场地与设备的投资;主变压器高压侧出线回路多,布置复杂,对简化高压侧接线不利;主变压器故障时影响机组送电。(3)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45

17、MW80MW之间,经经济比较采用其它接线方式不合适时。 (三)扩大单元接线(图2-4)图2-4扩大单元接线示意图 (1)优点:接线简单清晰,运行维护方便;与单元接线比较,减少主变压器台数及其相应的高压设备,缩小布置场地,节省投资;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;减少主变压器高压侧出线,可简化布置和高压侧接线。 (2)缺点:主变压器故障或检修时,两台机组容量不能送出;增加两台低压侧断路器,且增大发电机电压短路容量,对大型变压器低压侧可用分裂线圈以限制短路容量。 (3)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

18、力系统运行和水库调节性能允许,一般都可使用;当水电站只有一个扩大单元时,除满足系统允许条件外,应注意避免在主变压器回路故障或检修时造成大量弃水、损失电能和影响下游供水,同时还应考虑有可靠的外来厂用电源。3 四 关于单元接线中装设断路器问题单元接线的发电机电压回路中,具备下列情况之一者,可考虑装设断路器: (1)担任尖峰负荷的水电站,经常有可能全厂停机,而机组启动、排水、照明等需通过变压器向厂用变倒送电,此时,可在接有厂用变压器的单元中装设断路器。 (2)在单元回路分支线上接有近区负荷者。 (3)当单元之间要求设置联络母线时,应考虑加装发电机电压断路器。42.4.2 主接线方案拟定 110Kv侧

19、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,在我国运行的成熟经验一般采用单母线接线方式。所以本电站,110Kv侧采用单母线接线。(一)根据以上三种主接线方式,并结合本设计水电站的实际,现拟定以下三种电气主接线方案单相示意图:1单母线接线其接线示意图如图2-5: 图2-5 单母线接线方案(2)单元接线其接线示意图如图2-6: 图2-6 单元接线方案(3)扩大单元接线 其接线示意图如图2-7: 图2-7 扩大单元接线(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:

20、 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。从接线图中可以明显地看出单母线接线低压侧多用三个(三相)断路器和三个(三相)隔离开关,增加了一次投资,同时也增加了其继电保护的复杂程度。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(方案1)和单元接线方案(方案2)。(三)主接线方案的确定(1)技术比较方案的技术特性分析,一般从以下几个方面进行分析:1 供电的可靠性;2 运行上的安全和灵活性;3 接线和继电保护的简化;4 维护与检修的方便等。 需要说明的是:在比较接线方案是,

21、应估计到接线中发电机、变压器、线路、母线等的继电保护能否实现及其复杂程度。然而经验表明,对任何接线方案都能实现可靠的继电保护,由于一次设备投资远远大于二次设备的投资,所以即使某个别元件保护复杂化,也不能作为不采用较经济接线方案的理由。从供电的可靠性看:对于方案2,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。相比方案1,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2的可靠性相对高些。 从运行安全和灵活性看:方案2的变压器的短路容量比方案1小,对变压器和发电机的绝缘水平要求相对较低,安全性相对较

22、高,其灵活性也比较好。从接线和继电保护看:方案1的接线和继电保护都相对方案2较复杂。从维护与检修看:方案1的维护相比方案2较复杂,方案1的检修相比方案2较方便。(2)经济比较 经济比较中,一般有一次投资和年运行费用两大项。计算中,一般只计算各方案不同的一次性投资及年运行费。 1一次性投资 一次性投资包括主变压器、配电装置的综合投资。电气设备的综合投资是电气设备出厂价格、运输机安装费用的总和,又称电气设备的基建投资费。一次性综合投资式中:?主体设备基价,主要包括主变压器、开关设备; d?设用于运输基础加工,土石方附加费的比例系数,通常对110KV取值90,35KV取值100。1.1 主变压器的选

23、择 方案1和方案2所选用的变压器有关参数见表2.1。表2.1 主变压器参数表型号额定电压(KV)空载电流(%)空载损耗KW负载损耗KW阻抗电压(%)价格(万元)高压低压SF7?63000/110118>0121±2×2.5%10.50.65225410.5600SF7?31500/110110121±2×2.5%10.50.83114710.53001.2 断路器、隔离开关的选择 根据工程实际,均选用断路器。均用一相参与比较,方案1,110kV侧断路器一个,每台28万元,隔离开关一个,每台2.8万元;10kv侧断路器一个,每台4万元,隔离开关一个,

24、每台0.4万元。方案2,110kV侧断路器2个,每台28万元,隔离开关2个,每台2.8万元;10kv侧断路器2个,每台4万元,隔离开关4个,每台0.4万元。 1.3 一次性综合投资 本厂电压等级为110KV,取投资附加费用比例系数为d90,则一次性综合投资为:方案1:方案2: 2 年运行费用式中: ?小修维护费,一般为(0.0220.042)O;?折旧费,一般为(0.0050.058)O;?电能损失,主要指变压器的能量损耗(KW.h)d?电能电价,目前全国各地区均价为0.250.3元/KW.h。 ?随变压器型式不同而异,对双绕组变压器有式中n?相同变压器的台数; ?每台变压器的额定容量(KV.

25、A); S?n台变压器担负的总负荷(KV.A); t?对应负荷使用的小时数;、?每台变压器的空载有功损耗(KW)、无功损耗(Kvar); 、?每台变压器的短路有功损耗(KW)、无功损耗(Kvar); K?无功经济当量,即每多发或多供1kvar无功功率,在电力系统中所引起的有功损耗(KW)增加的值。发电厂取0.02。由公式进行年运行费用计算,下面分别计算各量: 2.1 检修费与折旧费方案1:方案2: 2.2 变压器的电能损耗 2.2.1 该电站的夏季负荷率100%,负荷天数185天,冬季负荷率40%,负荷天数180天。 夏季两个方案的变压器均同时运行,满足经济运行要求,而冬季负荷率只有40%,所

26、以方案1只有一台变压器,不满足经济运行条件,方案2可停运一组单元,这样负荷率为80%,满足经济运行要求。 2.2.2 相关变压器的技术参数如下:方案1:变压器型号SFP7?63000/110 (1)空载有关损耗 (2)空载无功损耗 (3)负载时有功损耗(4)负载时无功损耗 (5)夏季时,其损耗为(无功经济当量取K0.02) 1952501.5(KW.h) (6)冬季时,其损耗为(无功经济当量取K0.02)520088.3(KW.h) (7)年运行费用(取电价为d0.3元/KW.h)1940776.94元194.1(万元)方案2:变压器型号SF7?31500/110 (1)空载有功损耗 (2)空

27、载无功损耗 (3)负载时有功损耗(4)负载时无功损耗(5)夏季时,其损耗为(无功经济当量取K0.02) 785747(KW.h) (6)冬季时,其损耗为(无功经济当量取K0.02) 383885.6(KW.h) (7)年运行费用(取电价为d0.3元/KW.h) 1624889.78元162.5(万元)3 经济比较方法 在n个接线方案中,O和U均为最小的方案,显然为最佳方案,若方案的O大而U小,或反之,则应进一步进行经济比较,一般采用动态比较法和静态比较法。这里采用静态比较法: 基于设备、人工等经济价值固定不变味前提,认为经济价值与时间无关,采用抵偿年限法。 假若方案1的综合投资大,而年运行费用

28、小;方案2的综合投资小,而年运行费用大,则计算抵偿年限: 我国当前规定标准抵偿年限T为510年,一般T小于5年选用投资大的方案,T大于10年选用投资小的方案,T在510年之间,应视工程性质,资金财务平衡选定。5 在本次设计中方案1综合投资小,而年运行费用大,而方案2综合投资大,而年运行费用小,则需用抵偿年限法进一步比较: 所以本电厂确定选用方案2(单元接线方案)为主接线方案。2.5 水轮发电机的选择 在我国,水电站容量为2080MVA的发电机额定电压取10.5kV,容量为20170MVA的发电机功率因数取0.80.85。因此可以选发电机型号SF25-16/410,其参数如下表: 表2.2 发电

29、机SF25-16/410参数表型号额定容量功率因数额定电压(V)额定电流(A)次暂态电抗(MVA)(MW)SF25-16/41031.25250.81050017200.262.6 主变的选择 该水电站远离负荷中心,水电站的厂用电很少(0.2%),且没有地区负荷,因此,选择主变压器的容量应大致等于与其连接的发电机容量。水电厂多数担任峰荷,为了操作方便,其主变压器经常不从电网切开,因此要求变压器空载损耗尽量小。2.6.1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

30、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。62.6.2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:我国110KV及以上的电压,变压器绕组都采用连接,35KV一下电压,变压器绕组都采用连接。结合电厂实际,因而主变压器接线方式采用连接。2.6.3普通型与自耦型选择 根据电力工程电气设计手册规定:“在220KV及以上

31、的电压等级才宜优先考虑采用自耦变压器。自偶变压器一般作为联络变压器和连接两个直接接地系统。从经济性的角度出发,结合本电厂实际,选用普通型变压器。 综上所述,在比较的三个方案中,需要两种容量的变压器:62.5MVA(一台)和31.25MVA(两台)。结合本电厂实际,从经济性的角度出发,选择型式为:双绕组的无励磁调压电力变压器。查相关的手册符合条件并通过比较有为:SFP7?63000/110和SF7?31500/110型。其技术参数见表2.6。 表2.3 电力变压器技术参数型号额定容量(KVA)额定电压(KV)空载电流(%)空载损耗KW负载损耗KW阻抗电压(%)高压低压SFP7?63000/110

32、63000110121±2×2.5%10.50.65225410.5SF7?31500/11031500110121±2×2.5%10.50.83114710.5 3 短路电流计算3.1 短路电流计算的目的1 选择电气主接线时,为了比较各种接线方案,确定某接线是否需要采取限制短路电流的措施等,均需进行必要的短路电流计算。2 在选择电气设备时,为了保证各种电器设备和导体在正常运行和故障情况下都能保证安全、可靠地工作,同时又力求节约资金,这就需要用短路电流进行校验。3 在设计屋外高压配电装置时,需按短路条件校验软导线的相间和相对地安全距离。4 在选择继电保护

33、方式和进行整定计算时,需以各种短路时短路电流为依据。3.2 短路电流计算的一般规定1 验算导体和电器的动、热稳定及电器开断电流所用的短路电流、应按工程的设计手册规划的容量计算、并考虑电力系统5-10年的发展。2 接线方式应按可能发生最大短路电流和正常接线方式,而不能按切换中可能出现的运行方式。3 选择导体和电器中的短路电流,在电气连接的电网中,应考虑电容补偿装置的充放电电流的影响。4 选择导体和电器时,对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时,Id最大的点,对带电抗器的6-10kV出线应计算两点,电抗器前和电抗器后的Id。 短路时,导体和电器的动稳定、热稳定及电器开断电流一般按三相电

34、流验算,若有更严重的按更严重的条件计算。3.3 短路计算的基本假定1 短路过程中各发电机之间不发生摇摆,并认为所有发电机的电势都相同电位。2 负荷只作近似估计,或当作恒定电抗,或当作某种临时附加电源,视具体情况而定。3 不计磁路饱和。系统各元件的参数都是恒定的,可以用叠加原理。4 对称三相系统。出不对称短路故障处不对称之外,实际系统都是对称的。5 忽略了高压线的电阻电容,忽略变压器的电阻和励磁电流,这就是说,发电机、输电、变电和用电的元件均匀纯电抗表示。6 金属性短路,即不计过度电阻的影响,认为过渡电阻为零的短路情况。73.4 短路电流计算的方法3.4.1 阻抗元件标么值计算 一、计算网络图如

35、下 图3-1 图3-1 计算网络图二、把个参数归算到110KV侧,取平均电压,。计算标么值如下:A水电站: 发电机: 变压器: 线路: (联络线选LGJQ?400)无穷大系统侧: 线路: (联络线选LGJQ?400)本水电站侧: 变压器: 发电机: 三、根据上面的计算结果,对本网络各阻抗编号,得出如下计算阻抗图3-2,对于本网络,短路计算点只需选出、两点,在图中已标出。 图3-2 计算阻抗图对图的右半部分进行化简后得下图3-3: 图3-3 化简图其中:3.4.2 点三相短路电流计算(1) 计算转移阻抗及计算阻抗则 (2) 查水轮机计算曲线并用线性插值法求出各时刻电流标么值 表3.1各时刻电流标

36、幺值名称计算电抗A0.4662.3542.3892.565S10.98910.98910.9890.3123.5872.9252.9400.3123.5872.9252.940 (3) 计算短路电流有名值 (kA) (kA) (kA)(kA)(4) 各时刻短路点处三相短路电流计算如下3.4.3 点三相短路电流计算根据网络,点以上为四星网络,根据相应的化简方式化简为: 图3-4 化简图(1) 计算转移阻抗及计算阻抗转移阻抗为: 则计算电抗为: (2) 查水轮机计算曲线并用线性插值法求出各时刻电流标么值表3.2各时刻电流标幺值名称计算电抗A1.5660.6700.7140.714S0.3063.2

37、683.2683.2680.2604.2903.1333.0981.0491.0101.1531.153 (3) 计算短路电流有名值(kA)(kA)(kA) (kA) (4) 各时刻短路点处三相短路电流计算如下综上,两点三相短路电流计算结果见附录14 厂用电设计4.1 一般水电站的主要厂用负荷有以下两大类(1)机组自用电 主要包括有:压油装置油泵、机组轴承润滑系统用泵、水内冷水系统用泵、水轮机盖顶排水泵、漏油泵、主变压器冷却器、机组技术供水泵、蝶阀压油装置油泵和励磁系统可控硅冷却风扇等。(2)全厂公用电 主要包括有:充电装置、变电站用电、水泵装置、压气系统、油系统、起重机和闸门启闭设备、电热和

38、照明、机械修配厂、坝区及引水建筑物以及其它负荷(乘人电梯、载物电梯通信电源等)。4.2 厂用电设计原则 厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求,考虑全厂发展规划,积极慎重地采用成熟地新技术和新设备,使设计达到经济合理,技术先进,保证机组安全经济地运行。其具体有如下一些要求:(1) 接线方式和电源容量,应充分考虑厂用设备在正常、事故、检修、启动、停运等方式下地供电要求,并尽可能地使切换操作简便,使启动(备用)电源能迅速投入。(2) 尽量缩小厂用电系统的故障影响范围,避免引起全厂停电故障。各台机组的厂用电系统应独立,以保证在一台机组故障停运或其辅助机发生电气故障时,不影响其他机组的正常运行。

39、(3) 充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式,特别主要对公用厂用负荷的影响。要方便过渡,尽少改变接线和更换设备。4.3 厂用电电压等级 本电站是小型水电站,没有重型的电气设备。在我国,一般的小水电站的厂用电电压等级为380/220V三相四线制中性点直接接地系统。4.4 厂用电源及其引接 发电厂的厂用电源必须供电可靠,且能满足各种工作状态的要求,除应具有正常的工作电源外,还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。4.4.1 工作电源 通常,发电厂的工作电源应该至少两个。本电站主接线设计的是单元接线,厂用电接线位置已在主接线示意图中标出,从两台发电机机端取得,有两个工作电源,若

40、是两台机组停机任可以从系统倒送电回电厂。这种引接方式,供电可靠、操作简单、调度方便、投资和运行费用都比较省,常被广泛采用。 4.4.2 备用电源和启动电源 厂用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时代替工作电源,起后备作用。本电站设计采用的备用方式是暗备用,即若两台机组停机任可以通过主变压器从系统倒送电回电厂。本电站的备用电源兼作启动电源,无需再设置。我国目前对200MW以上的大型发电机组,为了确保机组安全和厂用电的可靠才设置厂用启动电源,且以启动电源兼作事故备用电源。4.4.3 事故保安电源 在一般的水电站中,不设置事故保安电源,只有在一些特别重要的大型水电站,300MW及以上的大容量机组

41、,当厂用工作电源和备用电源都消失时,为确保在严重事故状态下能安全停机,事故消除后能及时恢复供电,应设置事故保安电源,以确保事故保安负荷,如润滑油泵、密封油泵热工仪表及自动装置、盘车装置、顶轴油泵、事故照明负荷和计算机等设施的连续供电。84.5 厂用电负荷统计 根据查阅相关资料,网上查阅2×25MW水电站的常见负荷及其容量。4.6 厂用变压器的选择 全厂厂用电负荷统计见附表表2。参加最大负荷运行的容量出现在一台机组检修、其它机组运行时。同时率、负荷率及网损率取值如下: 自用电负荷同时率:;负荷率:; 共用电负荷同时率:;网损率:。 则厂用电计算负荷: 172kvA 选择两台容量为200

42、KVA左右的变压器即可满足。查相关厂用变手册选择型号:S7?200/10,满足要求。4.7 厂用电接线方式 发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线方式,并多以成套配电装置接受和分配电能。根据国内成熟的运行经验,本电站接线方式确定为:按机组分为两段。其接线方式示意图如图4-1为: 图4-1厂用电接线示意图 5 电气设备选择及校验5.1 电气设备选择的一般规定 选择与校验电气设备时,一般应满足正常工作条件及承受短路电流的能力,并注意因地制宜,力求经济,同类设备尽量减少品种,同时考虑海拔、湿热带、污秽地区等特殊环境条件。本设计不考虑温度和海拔两个环境因素。5.1.1 按正常工作条件选择 电器、

43、电缆允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压,即;电器、导体长期允许电流不得小于该回路的最大持续工作电流,即。在计算发电机变压器回路最大持续工作电流时,应按额定电流增加5%。这是考虑到在电压降低5%时,为确保功率输出额定,则电流允许超5%。表5.1输电线在不同环境下的温度参数类别安装起点环境温度()最高最低裸导体屋外最热月平均最高温度屋内该处通风设计温度。无资料时,可取最热月平均最高温度加5电缆屋外电缆沟最热月平均最高温度年最低气温屋内电缆沟屋内通风设计温度。无资料时,可取最热月平均最高温度电缆隧道屋内通风设计温度。无资料时,可取最热月平均最高温度电气屋外年最高温度年最低气温屋内电抗器该处

44、通风设计最高排风温度屋内其它电器该处通风设计温度。无资料时,可取最热月平均最高温度加5 在选择导体、电器时,应注意环境条件:(1) 选择导体、电器的环境温度一般采用表5.1所列的数值。 按交流高电压电器在长期工作时的发热规程规定:电器使用在环境温度高于+40(但不高于60)时,环境温度没增加1,建议较少额定电流1.8%;当环境温度低于+40,每低1,建议增加额定电流0.5%,但最大过负荷不得超过额定电流的20%。(2) 110KV及以下电器,用于海拔不超过2000米时,可选用一般产品。95.1.2 按短路条件校验 包括动稳定、热稳定以及电器的开断电流,一般按三相短路验算。(1)短路热稳定校验

45、式中:?电器设备允许通过的热稳定电流及相应时间 ?短路电流产生的热脉冲 计算用下式: 式中:、?分别为短路发生瞬间、1/2短路切除时间、短路切除时间的短路电流周期性分量(KA) ?短路切除(持续)时间,为继电保护时间与断路器的全开断时间之和(S) T?短路电流非周期分量等效时间,对于发电机出口可取0.150.2S, 发电厂升压母线取0.080.1S,一般变电所取0.05S。若切除时间大于1S,只需考虑周期分量。 (2)短路动稳定校验 动稳定校验一般采用短路冲击电流峰值,当回路的冲击系数与设备规定值不同,而且冲击电流值接近于设备极限通过电流峰值时,需要校验短路全电流有效值。校验条件: 或式中:?

46、短路冲击电流峰值(KA);?短路全电流有效值(KA);?电器允许极限通过电流峰值(KA);?电器允许的极限通过电流有效值(KA)。 (3)电器的开断电流校验时,电器的开断计算时间取主保护时间及断路器固有分闸时间之和。这里,我们按最坏的情况考虑,主保护失灵,机端断路器取后备保护时间2S,其余的取4S。 (4)导体和电器选择设计技术规定 “用熔断保护的导体和电器可不验算热稳定,除用有限流作用的熔断器保护者外,导体和电器的动稳定仍应验算。”5.2 断路器和隔离开关的选择和校验表5.2.断路器可按下表进行选择和校验项目额定电压额定电流开断电流短路关合电流热稳定动稳定断路器应满足要求应满足要求 表5.3

47、隔离开关可按下表进行选择和校验表项目额定电压额定电流热稳定动稳定隔离开关应满足要求应满足要求5.2.1 机端断路器和隔离开关(10.5KV)的选择和校验 发电机最大持续工作电流为: 根据发电机回路的、及断路器安装在屋内的要求,查得,可选SN10?10/2000型少油断路器和GN2?10/2000?85型隔离开关。 短路切除时间为,故应不计非周期分量。 当机端出口出现三相短路时,流过断路器的短路电流为系统侧提供,为: 当机端断路器的出口出现三相短路时(等效为处短路),流过断路器的短路电流发电机提供,为: 所以发电机出口短路器应按发电机出口短路情况校验。 根据计算电抗查计算曲线数字表,并换算成有名

48、值后,所得的短路电流为: 短路电流引起的热效应为: 2307.4(KA).S 冲击电流为: 表中列出断路器、隔离开关的有关参数,并与计算数据比较。表5.4断路器、隔离开关选择结果计算数据SN10?10/2000型断路器GN2?10/2000?85型隔离开关 10kV 10kV 10kV 1804A2000A 2000A23.39kA 43.3 kA2.9kA 130kA2307.4(KA).S 62.9kA130kA 85kA 由表中数据对比均满足校验条件,因此机端断路器可选SN10?10/2000型少油断路器、机端隔离开关可选GN2?10/2000?85型隔离开关。5.2.2 主变压器出口断

49、路器和隔离开关(110KV)的选择和校验 主变压器出口最大持续工作电流为: 根据变压器回路的、及断路器安装在屋外的要求,查得,可选SW4?110/1000型断路器和GW4?110D/1000?80型隔离开关。 短路切除时间为,故不计非周期分量。 变压器出口短路时,相当于点短路则流过变压器出口断路器的短路电流为: 变压器出口断路器出口短路时,则流过变压器的短路电流为发电机提供,为: 则变压器出口断路器应按变压器出口短路校验。 根据计算电抗查计算曲线数字表,并换算成有名值后,所得的短路电流为: 短路电流引起的热效应为: 209.89(KA).S 冲击电流为: 表中列出断路器、隔离开关的有关参数,并

50、与计算数据比较。 表5.5断路器、隔离开关选择结果计算数据SW4?110/1000型断路器GW4?110D/1000?80型隔离开关 110kV 110kV 110kV 347.2A1000A 1000A 7.262kA 18.4 kA19.03kA 55kA209.89(KA).S 19.03kA 55kA 80kA 由表中数据对比均满足校验条件,因此主变压器出口断路器可选SW4?110/1000型断路器、主变压器出口隔离开关可选GW4?110D/1000?80型隔离开关。5.2.3 110kV母线出线断路器和隔离开关的选择和校验 (1) 与A电站相连的出线断路器和隔离开关的选择和校验 此处的最大负荷电流出现在A电站所有发出的电能经110kV母线送向系统,所以最大负荷电流为: 根据出线的及断路器安装在屋外的要求,查得,可选SW4?110/1000型断路器和GW4?110D/1000?80型隔离开关。 短路切除时间为,故不计非周期分量。 断路器出口时,流过断路器的短路电流为: 母线短路时,流过断路器的短路电流为A电站提供的,为: 则需按断路器出口短路时进行校验。 根据计算电抗查计算曲线数字表,并换算成有名值后,所得的短路电流为: