水电厂电气部分设计..pdf
《水电厂电气部分设计..pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水电厂电气部分设计..pdf(25页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、目 录 工程概况 . 1 1 主接线方案设计 1 1.1 设计原则 . 1 1.2 各方案比较 . 1 2 厂用电的设计. 2 2.1厂用电的设计原则. 2 2.2 厂用变压器的选择. 3 2.3厂用电源选择. 3 3 发电机及变压器的选择 3 3.1 选择原则 . 3 3.2 发电机 . 3 3.3 主变压器 . 3 4 短路电流计算 4 4.1 短路电流计算的目的. 4 4.2 短路电流计算条件. 5 4.3 基准值的选择. 5 4.4 计算 . 5 5 电气设备的选择 8 5.1 电气设备选择概述 8 5.2 电气设备选择的一般原则. 8 5.3 断路器的选择. 8 5.4 隔离开关的选
2、择. 10 5.5电流互感器的选择. 11 5.6电压互感器的选择. 13 5.7 母线地选择 . 14 5.8 电抗器 . 15 5.9 高压熔断器的选择. 16 6 配电装置 16 6.1 屋内配电装置. 17 7 防雷部分设计 17 7.1概述 . 17 7.2 雷电过电压的形成与危害. 17 7.3电气设备的防雷保护. 17 7.4避雷针的选择. 18 7.5避雷器的选择和配置. 19 结束语 . 20 致 谢. 22 参考文献 . 23 附录 . 24 1 工程概况 该电站位于某山区的一条河流上,汇流面积为 900 平方公里。经水能规划设选定装机为 4500kW 5,共 5 台卧式水
3、轮发电机组。该电站水库为不完全周调节,单级开发,以发电为主。年 利用小时数5500 小时。保证出力4500kW ,多年平均发电量 468 10 5kW.h。厂用电率按装机容量 的 4% 计算。水轮发电机型号参数:SFW118/64-6 PN=4500kW , UN=10.5kV, COS N=0.95, IN=471.2A , Xd“= 0.23 。 其它资料年均最高气温:30,年均最低气温:, 多年平均雨量:1100mm ,雷暴时数: 40 日 / 年,交通较方便,公路可直抵电站厂房,当地山势较缓,海拔高度约在800m 左右,出线走廊易 于确定。 接入系统方式该电站在系统中属于非主力电站,该
4、电站以两回35kv 出线与系统相连,其潮流 为双向,另外,该电站以6 回、 10kV出线 ( 距离均大于 3kM)向近区供电,其中三回线供类负荷 各 4.6MVA,COS =0.9, Tmax=3500h其余三回线供类负荷各2.1MVA。 1 主接线方案设计 1.1 设计原则 电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。电气主接线根据 水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定,并应满足运行可靠、简单 灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。 在电气主接线设计时,综合考虑以下方面: (1) 保证必要的供电可靠性和电能质量 安全可靠
5、是电力生产的首要任务,保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。在设计 时,除对主接线形式予以定性评价外,对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算,必须满足 必要的供电可靠性。 (2) 具有经济性 在主接线设计时,主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活,将导致 投资增加。所以必须把技术与经济两者综合考虑,在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上,尽量 使设备投资费用和运行费用为最少。 (3) 具有一定的灵活性和方便性,并能适应远方监控的要求。 主接线应能适应各种运行状态,并能灵活地进行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供 电,而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时
6、都能适应远方监控的要求,并能灵活、简单、 迅速地倒换运行方式,使停电时间最短,影响范围最小。显然,复杂地接线不会保证操作方便,反 而使误操作机率增加。但是过于简单的接线,则不一定能满足运行方式的要求,给运行造成不便, 甚至增加不必要的停电次数和停电时间。 (4) 具有发展和扩建的可能性 随着经济的发展,已投产的水电站可能需要扩大机组容量,从主变压器的容量、数量到馈电线 路数均有扩建的可能,有的甚至需要升压,所以在设计主接线时应留有发展余地,不仅要考虑最终 接线的实现,同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。 根据以上几点及发电厂的总容量4500kW 5, 对二类负荷三回路供电各4.6MV
7、 A总共 9.2MVA 及对三类负荷三回路供电各2.1MVA总共 8.4MVA,还剩 4.9MVA以两回出线接入系统,对于中 小型水电站应考虑灵活性为主,因此对该水电站的主接线拟定以下两种方案。 1.2 各方案比较 方案单母线接线,这种接线每回进出线都只经过一台断路器固定接于母线的某一段上。 优点:不分段单母线接线的优点是简单清晰,设备少,投资少,运行操作方便,有利于扩建和 采用成套配电装置。 缺点:不分段单母线接线的缺点是可靠性、灵活性差。 任一回路的断路器检修,该回路停电。 母线或任一母线隔离开关检修全部停电。 方案分段单母线接线 分段单母线即用分段断路器将单母线分成几段。 优点: 两母线
8、段可并联运行也快分裂运行。 重要用户可以用双回路接于不同母线段,保证不间断供电。 2 任一段母线或母线隔离开关检修,只停该段,其他段可继续供电,减小了停电范围。 缺点:分段的单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积;某段母线故障或检修仍有停电问 题;某回路的断路器检修,该回了停电;扩建时,需想两端均衡扩建。 综合分析上述两种种方案,再结合该水电站为中小型水电站的实际情况,拟定的主接线应以 经济性为主,但其可靠性也需要考虑,水电厂有可能承担基荷(如丰水期) 、腰荷和峰荷,年最大 负荷利用小时数在3000-5500h ,其主接线应以保证供电调度的灵活性为主进行选择,所以考虑以 上因素,选择方案二为
9、主接线方案。 图 1-1 主接线方案 图 1-2 主接线方案 2 厂用电的设计 2.1厂用电的设计原则 3 保证厂用电的可靠性和经济性,在很大程度上取决于正确选择供电电压、供电电源和接线方式、 厂用机械的托运方式、电动机的类型和容量以及运行中的正确和管理等措施。 厂用电接线应保证厂用电的连续供应,使发电厂能安全满发,除满足正常运行安全、可靠、灵 活、经济、先进等一般要求外,尚应满足如下要求。 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、停运等方式下的供 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。 尽量缩小厂用电系统的故障影响范围,避免引起全厂停电事故。
10、各台机组的厂用电系统应独 立,尤其是 200MW 及以上大型机组,应做到这点, 以保证在一台机组故障停运或其辅机发生电气故 障时,不影响其他机组的正常运行。 对 200MW 及以上大型机组, 应设置足够容量的交流事故保安电源及电能质量指标合格的交流 不间断供电装置。 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,特别注意对公用厂用负荷 的影响。要方便过渡,尽小改变接线和更换设备。 2.2 厂用变压器的选择 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,近似计算, 以 900kW作为近似计 算,只要厂用变压器容量大于900kW即可,同时考虑安全裕量。通过上述原则,可以知道厂用
11、变压 器的额定电压为10kV,可选用2 台 50容量的双绕组变压器,分别接于发电机电压母线,查有关 设计书得: 厂用变的额定容量:SN=1000kVA 厂用变压器选型 10kv 电压级 S9 系列双绕组电力变压器为无载调压,调压范围为5% 主要技术参数如下: 表 2-1 厂用变压器参数 型号额定容量额定电压连接组号空载损耗短路损耗阻抗电压空载电流 S9-1000/10 1000KVA 10kV Y,d 11 1720W 10000W 4.5% 1.1 2.3厂用电源选择 厂用电系统接地方式 厂用变采用不接地方式,高压和低压都为三角电压,当容量较小的电动机采用380V 时,采用 二次厂用变,将6
12、kV 变为 380V,中性点直接接地;启备变采用中性点直接接地,高压侧为星型直 接接地,低压侧为三角电压。 厂用工作电源引接方式 因为发电机与10kV 母线采用单元接线,高压厂用工作电源由10kV 母线两端侧引接。 确定厂用电系统 厂用电系统采用如附录厂用电图 3 发电机及变压器的选择 3.1 选择原则 电气设备选择符合“导体和电器选择设计技术规定”的要求。 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。 主变压器的容量与其连接的发电机容量相匹配, 其有关参数除满足电站运行要求外, 还应 满足电站接入系统设计要求。主变选
13、择单相变压器。 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。 3.2 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: 表 3-1 发电机参数 型号额定容量额定电压额定电 流 额定功率因 数 频率额定转速次暂态 电抗 SFW118/64-6 4500kW 10.5kV 471.2A COS N=0.95 50Hz 1000r/min 0.23 3.3 主变压器 该电站总装机容量为:5 4500kW,因 35kV 两回线路间有交换功率,负荷绝大部分为三 4 级负荷,而一、二级负荷较少,所以拟选主变压器一台,其容量选择按发电机母线上供电负 荷为最小值并能将剩余电功率
14、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。 主变压器容量、 台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。他的选择除依据基础资料,主 要取决于输送功率的大小、与系统的紧密程度、运行方式及负荷的增长速度等因素,并至少要考虑 5 年内负荷的发展需要。如果容量选得过大、台数过多,则会增加投资、占地面积和损耗,不能充 分发挥设备的效益,并增加运行和检修的工作量;如果容量选得过小、台数过少,则可能封锁发电 厂剩余功率的输送,或
15、限制变电所负荷的需要,影响系统不同电压等级之间的功率交换及运行的可 靠性。因此,应合理选择其容量和台数。 主变压器容量的选择 单元接线中得主变压器容量SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂负荷后,留有 %10 的裕度 选择 GPNGN KPScos)1 (1 .1 MVA NG P为发电机容量,在扩大单元接线中为两台发电机发电机容量之和,MV ; Gcos为发电机额定功率因数; p K为厂用电率。 计算主变压器的容量1.1(1)cos1.1 4.5(1 0.04) 0.9510.8 NNGPG SPKMVA根 据发电厂电气部分附表1-4 应该选择容量为12500kVA。 主变压器相数的确定 在
16、330kV 及以下的发电厂和变电所中,一般都选用三相式变压器。因为一台三相式较同容量的 三台单相式投资小、占地小、损耗小,同时配电装置结构简单,运行维护较方便。如果受到制造、 运输等条件限制时,可选用两台容量较小的三相变压器,在技术经济合理时,也可以选用单相变压 器组。 在 500kV 及以上的发电厂和变电所中应按其容量、可靠性、制造水平、运输条件、负荷和系统 情况等,经技术经济比较厚确定。 绕组数的确定 只有一种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂,以及只有两种电压的变电所,采用双绕 组变压器 . 有两种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂,以及有三种电压的变电所,可以采用双绕 组变压器
17、或三绕组变压器。 绕组接线组别的确定 变压器的绕组连接方式必须使得其线电压与系统线电压相位一致,否则不能并列运行,电力系 统变压器采用的绕组连接方式有星形和三角形两种。我国电力变压器三绕组所采用的连接方式为: 110kV 及以上电压侧均为“YN ” ,既有中性点引出并直接接地;35kV 作为高、中压侧时都可能采用 “Y” ,其中性点不接地或经消弧线圈接地,作为低压侧时可能用“Y”或“ D” ;35kV 以下电压侧一 般为“ D” ,也有“ Y”方式。 所以主变压器、厂变压器都选择“YD ”组别 . 综上考虑原则: 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
18、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 SF7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5% 主要技术参数如下: 表 3-2 主变压器参数 型 号额定容量额定电压连接组号空载损耗短路损耗阻抗电压空载电流 SF7-12500/3512500kVA35kV Y,d 11 16000W 63000W 7.5% 0.7 4 短路电流计算 4.1 短路电流计算的目的 在发电厂和变电所设计中,短路电流计算是其中的一个重要的环节。其目的主要有以下几个方面: 5 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
19、的措施,均需进行必要的短路电流计算。 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。 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。 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。 接地装置的设计,也需用短路电流。 4.2 短路电流计算条件 基本假定: 正常工作时,三项系统对称运行 所有电流的电功势相位角相同 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 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 不考虑短路点的电流
20、阻抗和变压器的励磁电流 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 输电线路的电容略去不计 一般规定 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。 选择导体和电器用的短路电流,在电器连接的网络中,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。 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 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。 4.3 基准值的选择 该站最大运行方式为:5 台机组满发并网运行;最小运行方式为:1 台机组
21、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 /kM。 表 4-1 短路计算基准值(Sj=100MVA A) 额定电压基准电压基准电流基准电抗 UN(kV)Uj(kV) Ij(kA) Xj( ) 10 10.5 5.499 1.1 35 37 1.56 13.7 4.4 计算 单台发电机 :8. 4 95.05.4 100 23.0 “ N B dst S S XX 主变压器:64.0 12500 10100 100 8 100 3 0 0 NT Bs T S SU X 厂用变压器:5.4 1000 10100 100 5.4 100 3 1 0 0 1 NT Bs T
22、S SU X 35kV线路:088. 0 37 100 34.0 22 1 021 N B LL U S lxXX 10kV线路: 088.1 5.10 100 34. 0 22 2 0876543 N B LLLLLL U S lxXXXXXX 系统短路容量: dxt S 系统阻抗:0 xt Z 6 图 4-1 等值电路 4.5 等值电抗计算 图 4-2 等值阻抗 对于 K1点 最大运行方式:431.164.05.4/)8 .4 5 1 (/) 5 1 ( 11maxTTst XXXX 最小运行方式: 962.264. 05. 4/8. 4/ 11maxTTst XXXX 对于 K2点 最大
23、运行方式:791.05.4/)8 .4 5 1 (/) 5 1 ( 11maxTst XXX 最小运行方式:322. 25. 4/8 .4/ 11maxTst XXX 对于 K3点 对于 6 回路出线: X1=1.088 对于系统: X2=0.64 35kV母线侧: 最大运行方式下:X3=0.791 ,最小运行方式下:X3=2.322 通过 Y- 变换, 在最大方式下, 7 6 .2) 791.0 1 64.0 1 088.1 1 (64.0088.1) 111 ( 321 214 XXX XXX 221.3) 791.0 1 64.0 1 088.1 1 (791.0088.1) 111 (
24、 321 316 XXX XXX 所以,此时K3点短路电抗438.1221. 3/6.2/ 643max XXX 最小运行方式, 025.2) 322.2 1 64.0 1 088.1 1 (64.0088.1) 111 ( 321 214 XXX XXX 349.7) 322.2 1 64.0 1 088.1 1 (322.2088.1) 111 ( 321 316 XXX XXX 所以,此时K3点短路电抗587. 1349.7/025.2/ 643min XXX 最大、最小运行方式下的短路电流计算 对于 K1 最大运行方式:短路电流为:kAI X I Bp 366.0524.0 431.1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水电厂 电气 部分 设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-5165027.html