发电厂及电力系统课程设计

**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：__________________

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概况.............................................(5)

1.2工程任务和规模..................................⑺

1.3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.................................(10)

2.2厂用变压器的选择...............................(11)

第三章电气主接线设计

3.1电气主接线的概况...............................(14)

3.2电气主接线的方案拟定及比较....................(14)

3.2.1主接线方案的拟定...............................U4)

3.2.2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.............................(17)

4.2短路电流计算的内容.............................117)

4.3短路电流计算的方法.............................117)

4.4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....................(19)

5.2电气一次设备的选择及成果......................(21)

前•言

水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费月低，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己达到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1T1月，中国水力发

电行业累计实现_L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111,348,950千元，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乳累计实

现利润总额26,863,763千元，比上年同期增长了9.75机

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、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儿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

第一章设计原始资料

1.1概况

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、淑浦三

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

该镇东北部。晏家水电站位于渠江镇南部的晏家村，晏家村与淑浦县善溪乡相邻，

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。

晏家水电站位于费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620knA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28120k也依次为：①渠江干流175〜207nl为梧桐水电站，控

制集雨面积570km:规划装机8000kW；②朱溪江支流207〜232nl为两江水电站，

控制集雨面积330km2,规划装机3200kW；③朱溪江支流232〜285m为朱溪江水

电站，控制集雨面积315km2,规划装机6400kW；④朱溪江支流285〜3251Tl为大

兴水电站，控制集雨面积290km2,规划装机5000kW；⑤岗东河支流207〜242m

为木壕水电站，控制集雨面积182kmM规划装机2000k肌⑥岗东河支流250〜292nl

为罗林水电站，控制集雨面积76km2,规划装机1250kW；⑦岗东河支流292〜342nl

为河边水电站，控制集雨面积68km2,规划装机1250k出⑧岗东河支流342〜390nl

为芭油水电站，控制集雨面积60knA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2

X1600kW,设计引用流量38.8nr7s。

1.2工程任务和规模

晏家水电站位于资水一级支流渠江下游，坝址处在安化县渠江镇晏家村境

内，且紧临淑浦县善溪乡，其库区及集雨区域大部分属淑浦县境内。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175〜207nl高程；根据柘溪水库多年运行的情况,

其常水位一般在160〜165m。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，选择采用2台1600kW发电机组，转轮直径180cm，额定转速300r/min,

额定流量19.4m7s,额定点效率90%0

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：19.40nf/s

额定工况点效率：90%额定转速:300r/min

(2)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。

(4)变压器

主变型号：S9-4000/35台数：1台

站用变型号：SCI0-315/6.3台数：1台

本电站主要金属结构为电站流道进、出口工作闸门和检修闸门以及其启闭设

备。

闸门均采用钢闸门，共7扇；启闭设备均采月手电两用螺杆式启闭机，分别

有1台5t、2台101、2台15t0

第二章变压器的选择

2.1主变压器的选择

电力变压器是水电站关键的一次设备，其功能是将电能电压升高或降低，以

利于电能的合理输送、分配和使用。

电力变压器按相数分，有单相和三相两大类，主要考虑变压器制造条件、可

靠性要求和运输条件等因素。对330ZV及其以下晓以大电压系统中，当不受运

输条件限制时，一般选用三相变压器，因为单相变压器相对而言投资大、占地多、

运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，增加了维修工作量，因此本设计中主

变压器采用三相电力变压器。

电力变压器按电压调节方式分，可分为无励磁调压变压器、有载调压变压器。

本设计中主变压器采用无励磁调压变压器。

电力变压器按绕组导体材质分，有铜线变压器、铝线变压器及半铜半铝、超

导等变压器，因为铜绕组变压器损耗低，故本设计中主变压器选择铜绕组变压器。

电力变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变电器。

双绕组变压滞用于连接电力系统中的两个电压等级，三绕组变压器一般用于电力

系统区域变电站中，连接三个电压等级，自耦变电器用于连接不同电压的电力系

统。也可做为普通的升压或降后变压器用，因为晏家水电站高压只有35Hz和

6.3KV两个电压等级，所以本设计中主变压器采月双绕组变压器。

电力变压器按冷却方式分，可分为干式变压器和油浸式变压器。干式变压器

依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。油浸式

变压器依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

近年来大型变压器都采用强迫油循环这种冷却方式，本设计中主变压器采用强

迫油循环水冷式的电力变压器。

表2.1S9系列变压器技术参数

电压组合空载负载空教阻抗

额定容联结

型号高压高压分接低压损耗损耗电流电压

量(KVA)组别

(KV)范围(%)(KV)(KW)(KW)(%)(%)

S9-630/356301.087.850.376.5

89-1000/3510001.5012.01.06.5

S9-1250/3512501.8014.00.96.5

35

S9-1600/3516002.1317.00.856.5

Y,dl

S9-2000/352000±510.52.6019.00.756.5

1

S9-2500/3525003.1021.00.756.5

S9-3150/3531503.8024.50.707

S9-4000/3540004.6029.00.707

S9-5000/3550005.5033.00.607

S9-6300/356300356.6037.00.607.5

S9-8000/35800038.58.5042.00.557.5

10.5Yndl

S9-10000/3510000±2X2.510.048.30.557.5

111

S972500/351250012.057.n0.50R.0

S9-16000/351600014.670.00.508.0

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蛤勺裕

度来确定。而晏家水电站的装机容量为6.4MW,所以主变压器的容量应选为

4000KVAo

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

器。

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

1厂用变压器原力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2.2SC10系列变压器技术参数表

额定容电压组合空载负载空载阻抗

型号量联结组别损耗损耗电流电压

低压

高压(KV)

(KVA)(KW)(W)(%)(%)

(KV)

SC10-30/6300.1800.7251.64

SC10-50/6500.2500.9851.24

SC10-80/6800.3551.1601.04

SC10-100/6100D,ynll0.3901.5000.84

0.4

SC10-125/6125Y,ynll0.4601.8000.84

SC10-160/61606±5%0.5302.1000.84

SC10-200/62006.3±2X2.5%0.6052.5000.84

SC10-250/6250100.7202.7400.74

SC10-315/63150.8753.4400.74

SC10-400/64000.9703.9600.74

SC10-500/65000.4Ydll1.1504.5150.74

SC10-630/66301.3205.8000.64

SC10-800/68001.5106.9200.66

2.2.2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:

P火=儿

T/MCOS6

式中：PMN-电动机的额定容量，KW

3------电动机效率；

C°Sp，------电动矶功率因数。

表2.3

序设备型号台容量功率效参加计算负荷容量

号名称数(KW)因数率全部运行一台机检修

台数容量台数容量

1供水泵J62-26200.9188.3499.52249.76

2低压空压机J073-63200.8688.5252.40126.20

3压油装置油泵J71-22280.9189.0269.14134.75

4顶盖排水泵J42-214.50.8885.016.0216.02

5浮充电机J051-414.50.8585.016.2316.23

6蓄电池室通风J41-6110.7276.711.8111.81

机

7主厂房通风机JO231-412.20.8481.512.7512.75

8桥式吊车1600.7088.5188.2

9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213.34194.43

率0.6〜0.8

2、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SC10-315/6o

第三章电气主接线设计

3.1电气主接线的概况

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

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：

方案主变数量35KV母线接线形式6.3KV母线接线型式

方案一1台单母线单母线

发电机变压器单元接

方案二2台单母线

线

(2)根据《第二章变压器的选择》选择以下型号的变压器

方台

型号接线方式参数

案数

方空载损耗：4.60KW

案S9-4000/35负载损耗：29.OKW

1Y,dll

阻抗百分比:Ud=7%

方空载损耗：2.60KW

案S9-2000/35Y,dll负载损耗：19.0KW

2

阻抗百分比：Ud=6.5%

3.2.2主:度线方案的比较

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。

方案一：35KV侧单母线接线，6.3KV侧单母线接线

一台主变

v

方案二：35KV侧单母线接线，发电机变压器单元接线

OO

现对上述主接线方案进行比较:

、^案方案一：3.5KV侧单母线接线，方案二：35KV侧单母线接线，发电

6.3KV侧单母线接线机变压器单元接线

1.35KV接线简单，设备本身故1.可靠性较高；

障率少2.有两台主变压器工作，保证了在

可靠性

2.6.3KV故障时，停电时间较短变压器检修或故障时，不致使该侧

不停电，提高了可靠性

6.3KV运行方式相对简单，灵活

灵活性6.3KV母线检修时倒闸操作复杂

性好

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

（1）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，并为确定是否采取限制短路

电流措施等提供依据。

（2）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。

（3）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。计算的具体项目及其计算条件，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。

标幺制是一种相本单位制，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月标幺值表示。由于电力系统有

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%⑶K?(⑶/⑴

平均电压(KV)6.3356.36.3

计算电抗0.20.270.31310.2

■■5.54.153.590.05

t=0

I2.0161.5231.3181.37

t=0.1心4.053.32.950.05

4.1.4861.2111.0831.37

t=0.63.683.162.910.05

1.3511.161.0681.37

t=l3.553.12.920.05

I1.3031.1411.0721.37

t=23.573.082.960.05

1.3101.131.0861.37

t=43.233.062.990.05

A1.1851.1231.0971.37

冲击电流(KA)16.57731.3487.9853.68

短路电流(KA)5.2610.0562.4880.05

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

①额定电压和最高工作电压