发电厂电力系统毕业设计

1、四川大学网络教育学院乐山师范学院9)1.1工程概况1.2其他资料水力发电厂(3X1500KW )电气部分设计概述(10-12)2.1接入系统方式2.2电气主接线的基本要求接入系统方式及设计方案选择(13-37)设计步骤3.1发电机及变压器的选择3.2短路电流计算17)3.3主要电气设备的选择及校验(23)四、结论38)五、参考文献(39)六、设计体会(40)1.1概况、概 述该电站位于某山区的一条水河流上，汇流面积为831平方公里。整个水利枢纽布置如图所示。 充分利用当地的石料资源而建筑的堆 （砌） 石坝，坝高53米，水头38米，引用流量17秒立方：经2600米长的 明渠将水流引至压力前池，再

2、分配到每台水轮发电机组。经水能规划设选定装机为1500kW Ig.max其中Ig.max 导体回路持续工作电流（A）Ixu 相应于导体在某一运行温度、环境条件下长期允许工作电流（A）若导体所处环境条件与规定载流量计算条件不同时， 载流量应乘以相应的修正系 数。（2）、大电流回路（如主电源）或35KV以上高压电缆，宜选中经济电流密度按经 济电流密度选择电缆截面。Sj = Ig.max/j其中Sj 按经济电流密度计算得导体截面（mm2j 经济电流密度(A/ mm2Ig.max 正常工作时的最大持续工作电流(A)选择类型如下表:导线名称所选型号10.5KV母线LF 21Y 130/116型铝锰合金管

3、型母线110kV主变压器出线LGJ 400/50钢芯铝绞线发电机出口导线LGJ-150型导线九升高压站电气设备布置电气设备布置选择1屋外配电装置类型：根据电气设备和母线的布置高度，屋外配电装置可分为低型、中型、半高型和高 型等。 低型：所有电器均装在同一水平面上，母线与设备等高在低型和中型屋外配电装置中， 所有电气设备都装在地面设备支架上。低型的主 母线一般都由硬母线组成，而母线与隔离开关基本布置在同一水平面上。中型配电装置：中型配电装置是将所有电气设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要高度，以便工作人员能在地上安全活动；母线所在的水 平稍高于电气设备所在的水

4、平面，母线和电气设备均不能上、下重叠布置。中型配电 装置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维护方便，造价较省，并有多年的运 行经验；其缺点是占地面积过大。中型配电装置大多采用悬挂式软母线，母线所在水平面高于电气设备所在水平 面，但近年来硬母线采用日益增多。中型配电装置广泛用于110-500KV电压等级。在半高型和高型屋外配电装置中，电气设备分别装在几个水平面内，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的， 称为高型配电装置。高型配电装置：高型配电装置是将一组母线及隔离开关与另一组母线及而离开关上下重叠布置 的配电装置，可以节省占地面积 50%左右，但耗用钢材较多，造价较高，操作和维护

5、 条件较差。高型配电装置按其结构的不同，可分为单框架双列式、双框架单列式和三框架双 列式三种类型。高型布置中母线、隔离开关位于断路器之上，主母线又在母线隔离开关之上，整 个配电装置的电气设备形成了三层布置，而半高型的高度则处于中型和高型之间。我国目前采用最多的是中型配电前置，近年来高型配电装置的采用也有所增加， 而高型由于运行、维护、检修都不方便，只是在山区及丘陵地带，当布置受到地形条 件限制时才采用。高型配电装置适用于220KV电压等级。如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。 半高型配电装置：半高型配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离

6、开关上下重叠布置，其占地面积比普通中型减少 30%半高型配电装置介于高型和中 型之间，具有两者的优点，除母线隔离开关外，其余部分与中型布置基本相同，运行 维护仍较方便。半高型配电装置适用于110KV电压等级。由于设计的是中型水电站，配电装置占地面积不大，运行、施工条件必需要大大 改善，所用钢材也要少。那么没有必要投入过多的经济。还有它发电运行和维护要具 有很高的灵活性。而设计的出线为110KV故此，我们选择半高型配电装置。2断路器断路器的排列方式，必须根据主接线、场地地形条件、总体布置和出线方向等多 种因素合理选择。按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为单列（断路器集中布 置在主母线的一侧

7、）、双列（断路器布置在主母线两侧）和三列（断路器在进出线方向均 呈三列布置）布置.断路器有低式和高式两种布置。低式布置的断路器安装在0.51m的混凝土的基 础上，其优点是检修比较方便，抗震性能好，但低式布置必须设置围栏，因而影响通 道的畅通。高式布置断路器安装在高约2m的混凝土基础上，基础高度应满足：（1）电气支柱绝缘子最低裙边的对地距离为 2.5m；（2）电气间的连线对地距离应符合 C值的要求。3避雷器：避雷器也有高式和低式两种布置。110KV以上的阀形避雷器由于器身细长，多落 地安装在0.4m的基础上。110KV及以下的氧化锌避雷器形体矮小， 稳定度好，一般采 用高式布置。避雷器落地安装时

8、，围栅内作高100MM勺水泥平地，便于排水并避免长草。4隔离开关实践证明，采用预埋螺栓安装隔离开关能满足质量要求。110KV隔离开关一般操作不重，为了安全并避免操作杆碰支柱，宜在边相操作。隔离开关引线的C值校验，应考虑电缆沟凸出地面的尺寸。 对配电装置的基本要求配电装置应该满足下述基本要求：1保证运行可靠配电装置中引起事故的原因是，绝缘子因污秽而闪络，隔离开关因误操作而发生 相间短路，断路器因开断能力不足而发生爆炸等。因此，要按照系统和自然条件以及 有关规程要求合理选择电气设备，使选用电气设备具有正确的技术参数，保证具有足 够的安全净距；还应采取防火、防爆、蓄油和排油措施，考虑设备防水、防冻、

9、防风、 抗震、耐污等性能。2便于操作、巡视和检修以防带负荷拉合隔离开关、带接地线合闸、带电挂接配电装置的结构应使操作集中，尽可能避免运行人员在操作一个回路时需要走很 远。配电装置的结构和布置应力求整齐、清晰，便于操作巡视和检修；还应装置设防 误操作的闭锁装置及连锁装置， 地线、误拉合断路器。3保证工作人员的安全以防触及带电部分；设备外壳和底座都采用保护接地设置栅栏，留出安全净距， 等。4力求提高经济性电气设备的布置应紧凑，节省占地面积，节约钢材、在满足上述要求的前提下， 水泥和有色金属等原材料，并降低造价。 配电装置的最小安全净距为满足配电装置运行和检修的需要，各带电设备之间应相隔一定的距离。

10、配电装 置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修、维护和运输的安全电气距离等 因素而决定的。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电 部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，即所谓的A1和A2值。A、B、C、D E对于敞露在屋外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距分为差等五类。最小安全净距A类分为A1和A2, A1和A2值是根据过电压与绝缘配合计算， 并根据间隙放电试 验曲线来确定的，而B、C、D E等类安全净距是在A值的基础上 在考虑运行维护、设备移动、检修工具活动范围、施工误差等具体情况而确定的。它 们的含义分别叙述如下：1值：A值分为两项，

11、A1和A2.A1-带电部分至接地部分之间的最小电气净距； A2-不同相带电导体之间的最小电气净距。2值：B值分为两项，B1和B2。B1-带电部分至栅状遮栏间的距离和可移动设备在移动中至带电裸导体间的距离， 即B仁A1+750( mm750mn是考虑运行人员手臂误入栅栏时手臂的长度。B2-带电部分至网状遮栏间的电气净距，即B2=A1+30+70( mm30mn是指考虑在水平方向的施工误差；70mm指运行人员手指误入网状遮栏时，手指长度不大于此值。3值：C值为无遮栏裸导体至地面的垂直净距。保证人举手后，手与带电裸体间的距离不小 于A1值，即(mmC=A1+2300+2002300mm是指运行人员举

12、手后的总高度； 200mm是指屋外配电装置在垂直方向上的施工误差，在积雪严重地区，还应考虑积雪 的影响，此距离还应适当加大。4值：D值为不同时停电检修的平行无遮栏裸导体之间的水平净距，即D=A1+1800+200（mm1800mm是考虑检修人员和工具的允许活动范围； 200mm是考虑屋外条件较差而取的裕度。屋外配电装置的特点：1土建工作量和费用较小，建设周期短；2与屋内配电装置相比，扩建比较方便； 3相邻设备之间距离较大，便于带电作业； 4与屋内配电装置相比，占地面积大； 5受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘；6不良气候对设备维修和操作有影响。配电装置的设计原则及步骤 1配电装置的设

13、计原则配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循有关规程、规范及技术 规定，并根据电力系统、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制定布 置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置 设计不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠和维护方便。因地制宜, 通过技术经济比较予以确定。在确定配电 运行安全和操作巡视方便；便于检修和安发电厂的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件， 节约用地，并结合运行、检修和安装要求， 装置型式时必须满足下述要求：节约用地； 装；节约材料，降低造价。2配电装置的设计要求 满足安全净距的要求：不应有照明、通信

14、和信号线路架空或穿过。屋外配电装置带电部分的上面或下面， 屋外电气设备外绝缘最低部位距地小于 2.5m时，应装设固定遮栏。施工、运行和检修要求：施工要求：配电装置的结构在满足安全运行的前提下尽量予以简化，采用标准化 的构件，减少架构的类型，缩短建设工期，设计时，要考虑安装检修时设备搬运及起 吊的便利；还应考虑土建施工误差，保证电气安全净距要求，一般不宜选用规程规定 的最小值，而应留有适当的裕度（50mm左右）。运行要求：各级电压配电装置之间，以及它们和各种建筑物之间的距离和相比位 置，应按最终规模统筹规划，充分考虑运行的安全和便利。检修要求：电压为60KV及以上的配电装置，对断路器两侧的隔离开

15、关和线路隔 离开关的线路侧，宜配接地开关；每段母线上宜装设接地开关。电压为110KV及以上的屋外配电装置，应视其在系统中的地位、接线方式、配电装置型式以及该地区的检修经 等情况，考虑带电作业的要求。 噪声的允许标准及限制措施： 配电装置中的噪声源主要是变压器、电抗器及电晕放电。 限制噪声的措施有：优先选用低噪声或符合标准的电气设备；注意主控室、通信楼、办公室等与主变压器的距离和相对位置，尽量避免平行相对布 置。静电感应的场强水平和限制措施：关于静电感应的限制措施，设计时应注意：尽量不要在电气设备上部布置带电导体；对平行跨导线的相序排列要避免同相布置，尽量减少同相导线交叉及同相转角布置， 以免场

16、强直接叠加；当技术经济合理时，可适当提高电器及引线安装高度，这样既降低了电场强度，又满 足检修机械与带电设备的安全净距；控制箱和操作设备尽量布置在场强较低区，必要时可增设屏蔽线或设备屏蔽环 通道及围栏：1屋外配电装置的遮栏（指网状遮栏）高度不应低于1.7m,栅栏高度不应低于1.5m. 遮栏应有门锁，网孔不应大于20 X 20MM栅栏栏杆间距及最下栏杆对地距离不应超过 0.4m.2配电装置内应设有供运行操作、巡视和检修等用的通道，通道的宽度采取0.8 1.0m.3屋外配电装置应有围栏，围栏高度采取 1.5m.二、接入系统方式及设计方案选择2.1接入系统方式该电站在系统中属于非主力电站，该电站以两

17、回出线与系统相连, 其潮流为双向，即丰水期将多余的电量馈送给系统，枯水期缺电时,则由系统以I max=100A向该地区供电，另外，该电站以6回出线(距离 均大于3KM)向近区供电，其中两回线供 II类负荷各1000KW其余各 回供III类负荷各500KW2.2电气主接线的基本要求电气主接线的设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。(一)可靠性安全可靠是电力生产的首要任务,保证供电是电气主接线最基本的要求。在分析电气主接线的可靠性时,要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验 等诸多因素。主接线的设计主要从如下几个方面考虑:(1) 断路器检修时，

18、不影响对系统的供电。(3) 发电厂或变电站全部停电的可能性。(4) 大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等因素。(5) 瞬时故障、永久故障及检修停电的影响。(三)经济性主接线的经济性与可靠性、 灵活性要求往往是矛盾的。 在满足前提 可靠性、灵活性下做到经济合理。(1) 主接线应简单清晰，以节省开关器的数量、选用价廉的电器 或轻型电器，节省一次投资。(2) 主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽量使 占地面积减少，同时还注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用等。(3) 经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。2.3电气主接线设计原则及方案2

19、.31设计原则:根据电站在系统中的地位和作用，综合考虑电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、形和运输条件等因素，电气主接线设计以满足用户或电力系统的供电可靠性和电能质量要求，在 技术先进、经济合理的前提下，尽量使接线简单、清晰、操作维护方便、 灵活并应满足电站发电及最终规模的运行要求的原则。2.32设计方案:6KV电压等级鉴于出线回路多，且发电机的额定电压为6.3KV，宜采用屋内配 电，其负荷亦较小(为n和m类负荷)，因此，可能采用单母线不分段 或单母线分段接线形式。三台机组均接于单母线上或两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压35KV,与系统相连。由于机组均

20、接于6KV母线上，为 选择轻型电器，应在分段处加装母线电抗器，各条馈线上装设出线电 抗器。35KV电压等级只有两回出线与系统相连，丰水期将多余的电量馈送给系统，枯 水期缺电时，则由系统以|max=100A向该地区供电。丰水期和枯水期的 调度不同，从灵活性角度考虑，应采用单母线不分段式接线形式。二、设计步骤3.1发电机及变压器的选择3.11选择原则(1)电气设备选择符合“导体和电器选择设计技术规定”的要求。(2) 水轮发电机的参数除满足电站运行要求外，还应满足电站接入 系统的要求。发电机中性点接地方式应有利于提高机组安全运行水平。(3) 主变压器的容量与其连接的发电机容量相匹配，其有关参数除 满

21、足电站运行要求外，还应满足电站接入系统设计要求。为满足铁路和公 路运输的要求，主变选择单相变压器。(4) 发电机出口装设专用的发电机出口断路器和电气制动开关。3.12发电机根据任务书所给水轮发电机的结构型式为卧式，其主要技术参数如下：型号SFW118/64-6额定容量1500KW额定电压6.3kV额定电流171.8A额定功率因数 co环n=0.8频率50Hz额定转速1000r/mi n次暂态电抗0.123.13主变压器及厂用变压器该电站总装机容量为：3X 1500KV，因 35KV两回线路间有交换功 率，负荷绝大部分为三级负荷，而一、二级负荷较少，所以拟选主变 压器两台，其容量选择按发电机母线

22、上供电负荷为最小值并能将剩余电功率送入电网来确定，容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。他的确定除依据传递容量基本资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析合理选择。主变压器台数的选择小型水电站不应采取三台以上变压器为,运行经验证明某些电站的机组较多，但其总容量在系统中所占比重不大,米用一台主变压器也是可取的。主变压器相数的选择考虑原则：该水电站容量较小，小型水电站宜采用三相油浸式变压器, 并根据国家节约能源的规定采用低能耗变压器。 故本水电厂电气主接线的 主变压器应选三相变压器。主变压器选型35kv电压级

23、SL7系列三相油浸自冷式铜线电力变压器为无载调压, 调压范围为士 5% 变型器型号为：S7-3150/35 主要技术参数如下: 额定容量：3150 KVA 额定电压：高压35 (KV);低压6.3 ( KV阻抗电压（咧：7.0 连接组：Y,d 11 空载损耗：9400W 短路损耗：33500W 空载电流（： 4.53.14厂用变压器的选择:近似计厂用电负荷包括厂用电高压计算负荷和厂用电低压计算负荷, 算，以123KW乍为近似计算，只要厂用变压器容量大于123KW即可，同时考虑安全裕量。通过上述原则，可以知道厂用变压器的额定电压为6KV 可选用2台50%容量的双绕组变压器，分别供两段母线，查有关

24、设计书 得:厂用变的额定容量： Sn = 200 KVA3.2短路电流计算3.21短路电流计算的目的在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环 节。其计算的目的的主要有以下几个方面:1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能 安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面 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相间和相 对地安全距离。4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电 流为依据。

25、5）接地装置的设计，也需用短路电流。3.22短路电流计算条件1. 基本假定:1）正常工作时，三项系统对称运行2）所有电流的电功势相位角相同3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的 电阻都略去不计6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围8）输电线路的电容略去不计2、般规定1）验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，

26、应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。3.23基准值的选择 该站最大运行方式为：3台机组满发并网运行；最小运行方式为:1500KW机组1台发电，保证出力且并网运行。线路均按3KM计算，电 抗系数为0.4 Q /KMo短路计算基准值（Sj 100MV A ）额定电压基准电压基准电流基准电抗UN(kV)U j(kV)I j(kA)Xj()66.39.160.39735371.5613.73.24计算各元件参数的标幺

27、值如下:单台发电机：Xst Xd IB 012當6.4主变压器:Us：0Sb7Xt100Snt1003100*102.223150厂用变压器：Xt1Us00 呈二700 Snt1 100100*103 2020035KV 线路：Xl1Xl2X0 lSbUn120.43 1000.08773726KV线路:Xl3 Xl4 Xl5Xl6Xl7Xl8Xo冬0.4Un23 理 3.02346.32系统短路容量:Sdxt系统阻抗：Zxt3.25等值电抗计算对于Ki点最大运行方式:X max 1(1Xst)/XT1XtC 6.4) / 2032.22 4.15最小运行方式:X min 1Xst/XT1 X

28、t6.4/20 2.227.07对于K2点,最大运行方式:y八 max 2(3 Xst)/XT1(丄 6.4)/201.933最小运行方式:X min 2Xst/XT1 6.4/204.85对于K3点，对于6回路出线：X13.0234对于系统：X2 2.22发电机侧:最大运行方式下:X31.93，最小运行方式下：X 34.85通过Y-变换,在最大方式下，1X4 X1X2( X11XT3.02342.22 (13.023412.22丄)8.7211.931X6 X1X3(UX1十）3.02341.93 (一1一3.023412.22丄)7.5821.93所以，此时K3点短路电抗X max 3X4

29、/X68.721/7.5824.02最小运行方式,X4X1X2(丄X11XT十）3.02342.22 (13.023412.22丄)6.6274.851X6 X1X3( 丁X11xZ十）3.02344.85 (13.023412.22丄)14.4794.85所以，此时K3点短路电抗X min 3X4/X66.627/14.479 4.55最大、最小运行方式下的短路电流计算对于Ki最大运行方式:短路电流为：IP max11X max 11 B11 1.560.376 KA4.15最小运行方式:短路电流为：Ip min11X min 11 B117.071.560.221KA对于K2最大运行方式:

30、短路电流为：IP max 21X max 2I B211.939.164.746KA最小运行方式:短路电流为：Ip min 21X min 2I B214.859.161.889KA对于K3最大运行方式:短路电流为：IP max 31Xmax 3I B214.029.162.279KA最小运行方式:短路电流为：Ip min 31X min 3I B214.559.162.013KA上述短路电流和短路冲击电流都是在三相短路时计算出来的，由于两相短路电流是三相短路电流的0.866倍，故两相短路电流和短路冲击电流均是三相的0.866倍对于K1最大运行方式：两相短路电流为：I pmax10.8660.3760.326KA最小运行方式:两相短路电流为：I Pmin10.8660.2210.191KA对于K2点最大运行方式:两相短路电流为:P max 20.8664.7464.110KA最小运行方式:两相短路电流为:P min 20.8661.8891.636KA对于K3点最大运行方式:两相短路电流为:P max 30.8662.2791.974KA最小运行方式:两相短路电流为:P min 30.8662.0131.743KA最大、最小方式下二相、两相短路