水力发电厂课程设计

《水力发电厂课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水力发电厂课程设计（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、- 1 -第一章 电气主接线设计1.1对水力发电厂原始资料分析（1）待设计发电厂类型：水力发电厂；（2）发电厂一次设计并建成，计划安装 215MW的水力发电机组，利用小时数 4000小时年。（3）待设计发电厂接入系统电压等级为 110kV，距系统 110kV发电厂 45km；出线回路数为 4回；（4）电力系统的总装机容量为 600MVA、归算后的电抗标幺值为 0.3，基准容量Sj100MVA;（5）发电厂在电力系统中所处的地理位置、供电范围示意图如下所示。10kV系 统 变 电 站待 设 计发 电 厂 10kV系 统 .3（6）低压负荷：厂用负荷（厂用电率）1.1%；（7）高压负荷：110kV

2、 电压级，出线 4回，为级负荷，最大输送容量60MW，cos0.8；（8）环境条件：海拔1000m；本地区污秽等级 2级；地震裂度7 级；最高气温 36；最低温度2.1；年平均温度 18；最热月平均地下温度 20；年平均雷电日 T56日年；其他条件不限。1.2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

3、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- 2 -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。1.3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。（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。1.4技术经济比较1.4.1发电机

4、电压（主）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四种：（一）单母线接线G2G1发 电 机 电 压 侧 单 母 线 接 线T（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- 3 -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

5、重要负荷的发电厂。（二）单元接线 G2G1发 电 机 单 元 接 线T1T2（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；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 45MW80MW 之间，经经济比较采用其它接线方式不合适时。（三）单母线分段接线G1单 母 线 用 断 路 器 分 段G2T21

6、QSF2QST1 （1）优点：将母线分成几段，电源分别接到分段的母线上，出现也分别接到适当的母线上，提高了供电可靠性和灵活性。（2）缺点：当段母线及与之相联的母线隔离开关检修或发生故障时，断开分段断路器 1QF，电站有半数电源及引出线停电。 （3）一般适用范围：这种接线在机组台数为 4台及以上且重要性较高的电站中得到采用。 (四)扩大单元接线 G2G1 发 电 机 扩 大 单 元 接 线T- 4 -（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

7、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。1.4.2 主接线方案拟定110Kv侧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

8、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）根据以上四种主接线方式，并结合本设计水电站的实际，现拟定以下四种电气主接线方案(单相示意图)：(1)方案 1：单母线接线 QSFTVFUG2G1发 电 机 电 压 侧 单 母 线 接 线 方 案T（2）方案 2：单元接线- 6 -G1发 电 机 单 元 接 线 方 案T1 G2T2（3）方案 3：单母线分段接线G1单 母 线 用 断 路 器 分 段 接 线 方 案G2T2 段 段1QSF2QST1（4）方案 4：扩大单元接线G2G1 发 电 机 扩 大 单 元 接 线 方 案T- 7 -（

9、二）主接线方案初步比较：由以上四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：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分段接线和单母线接线方案。从而保留扩大单元接线（方案 4）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，

10、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，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 4，若检修变压器电厂就会停电，否则要另外接入厂用电源，这

11、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4小，对变压器和发电机的绝缘水平要求相对较低，安全性相对较高，其灵活性也比较好；从接线和继电保护看：方案 4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 4的维护相比方案 2较复杂，方案 4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。经过计算比较结果，选定方案 2（单元接线）为主接线方案。1.5水轮发电机的选择- 8 -在我国，水电站容量为 2080MVA 的发电机额定电压取 10.5k

12、V，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 1.1 .发电机 SF25-16/410参数表额定容量型号 （ MVAnS）nP（MW）功率因数cosn额定电压（V）U额定电流（A）nI次暂态电抗 dxSF25-16/410 31.25 15 0.8 10500 1720 0.261.6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。1

13、.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。1.6.2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

14、，变压器绕组都采用 连接，35KV 以0Y下电压，变压器绕组都采用 连接。结合很电厂实际，因而主变压器接线方式采用连接。0/Y1.6.3普通型与自偶型选择根据所学知识了解，在 220KV及以上的电压等级才宜优先考虑采用自偶变压器。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：SFP763000/110 和 SF7- 9 -

15、31500/110型。其技术参数见下表。表 1.2 电力变压器技术参数额定电压（KV）型号额定容量（KVA）高压 低压空载电流（%）空载损耗KW负载损耗KW阻抗电压（%）SFP763000/11063000110(121)22.5%10.5 0.6 52 254 10.5SF731500/11031500110(121)22.5%10.5 0.8 31 147 10.51.7各级电压中性点运行方式选择运行经验表明，中性点运行方式的正确与否关系到电压等级、绝缘水平、通信干扰、接地保护方式、运行的可靠性、系统接线等许多方面。目前，我国电力系统中普遍采用的中性点运行方式有中性点直接接地、中性点不接地

16、和中性点经消弧线圈接地等方式接地。随着电力网电压等级的升高，对绝缘的投资大大增加，为了降低设备造价，可以采用中性点直接接地系统。目前，我国对 110kV及以上电力系统一般都采用中性点直接接地系统，其优点是：单相接地时，其中性点电位不变，非故障相对地电压接近相电压（可能略有增大） ，因此降低了绝缘投资。310kV 电力网中，当单相接地电流小于 30A时，采用中性点不接地运行方式。发电机中性点均采用非直接接地方式，本设计方案采用的是单元接线，所以按规程应该采用经消弧线圈接地方式。综上所述，110kV 侧采用中性点直接接地方案，10.5KV 侧采用不接地方案，发电机中性点采用经消弧线圈接地方案。- 10 -第二章 短路电流的计算2.1短路电流计算的基本假设（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