水电站电气一次设计.docx
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水电站电气一次设计
附图
宝鸡市渭河坪头水电站电气一次设计
摘要：
坪头水电站位于宝鸡市陈仓区坪头镇周川村的渭河干流上，是一座利用渭河水力资源发电的低坝无调节引水式电站。
该电站规划水头14.75m,设计引水流量84.75,装机容量10000KW,多年平均发电量3675万KW﹒h,输出电能并入西北电网。
本次设计的主要内容是进行并网电压的选择，升压变电站及输电线路布置，电气主接线及厂用电的方案比较；根据主接线型式选择相应的导线截面、变配电设备，并对其进行优化布置，进而确定各配电室和户外变电站面积及建筑设计要求；主要电器设备的选择与校验，户内外电器设备的布置，厂用电设计及水电站防雷与接地。
关键词：
电气一次；电气设备；短路电流计算；防雷接地
PingtouHydroelectricPowerStation
Preliminarydesign
Abstract:
PingtouhydropowerstationislocatedintreasurechickenChencangbreaksoutZhouChuanvillageheadofthepingofweiheriver,isauseofweihehydraulicresourcestogenerateelectricitywithoutadjustinglowdamwatertypepowerstation.Theplant14.75m,designplanninghead84.75diversiondischage,installedcapacity,theaverageyears10000KWpower-demand3675millionKWcardinh,outputpowerintothenorthwestpowergrid.
Thisdesignisthemaincontentofchoice,boostinterconnectionofvoltagesubstationsandtransmissionlinelayout,themainelectricalwiringandapcschemecomparison;AccordingtoLordwiringtypechoosecorrespondingwiresection,transfering&transformingequipment,andcarriesontheoptimumarrangement,andthendeterminesvariousoperationsandoutdoorsubstationareaandarchitecturaldesignrequirements;Mainelectricalequipmentselectionandcalibrationofinternalandexternalelectricalequipment,householddecorate,apclightningprotectionandgroundingdesignandhydropowerstation.
Keywords:
onetimeelectricity；electricalequipment；electriccurrentofshortcircuitcalculation；thunderproofingandgroundconnection
第一章工程概况
1.1工程基本概况
坪头一级水电站工程位于宝鸡市陈仓区坪头镇周川村的渭河干流上，距宝鸡市区35KM。
宝鸡峡林家村引水枢纽工程以上陕西境内渭河干流长70KM，平均比降3.5‰，地处深山峡谷，河道蜿蜒曲折，蕴藏着丰富的谁能资源。
坪头水电站坝址布置于坪头公路隧道洞以西出口上游200米处的渭河干流上，厂房布置在坪头公路隧道出口以东的桥北侧。
为低坝引水式径流水电站，装机10000KW，引水坝址在坪头镇下游1.7KM处的坪头镇鹪鹩庄村，场址在鹪鹩沟下游2.1KM处的庙沟村。
1.2工程建设条件
1.2.1工程施工条件
电站工程南靠310国道，北邻陇海铁路，对外交通便捷。
110KV输电线路和10KV供电线路均通过电站区域，电站并网和施工用电方便。
河道中工程建设所用石子、砂料储量丰富，可就近采用，邻近山体均为花岗岩可就地开采使用，因此地材价格低，可降低工程造价。
有线电话可到达工程所在地附近。
1.2.2工程水文情况
渭河是黄河最大的一级支流，源于甘肃省渭源县的乌鼠山，横跨甘肃、宁夏、陕西三省（区），途径甘肃的陇西、甘谷、自凤阁岭进入陕西境内，是关中地区最大的地表水资源河流。
宝鸡峡林家村引水枢纽工程以上陕西境内渭河干流长70KM，平均比降3.5‰，地处深山峡谷，河道蜿蜒曲折，蕴藏着丰富的谁能资源。
1.2.3工程设计数据
电站装置两台容量为4000KW的机组和一台2000KW的机组。
总装机功率为10000KW（4000×2+2000KW）。
多年平均发电量5786万KW·h，年利用小时数5786h。
第二章接入系统方案设计
2.1输电线路设计
2.1.1输电线路的设计原则
（1）在设计水平年水电站机组满发时，输电电压必须满足输送最大有功功率的需要，校队输电电压在各种运行方式下的适应情况，并为系统的发展留有余地，以保证安全、经济地送电，保证电能质量。
（2）在小水电站所属系统已采用的各级电压的基础上，根据本电站的外送容量及输电距离等具体情况，对几个方案进行比较。
在经济指标差异不大的情况下，尽可能的采用高一级的电压方案。
（3）同一级电站采用的升压等级一般不多于二级。
在采用二级升压向外送电时，其级差不宜太小。
2.1.2并网电压的选择
本电站的发电机出口电压为6.3KV，根据上述中的同一电站采用的电压等级一般不应多于二级，所以电站并网电压可以选择10KV和35KV两种电压等级。
本电站附近无用电负荷且距离坪头变电站距离仅1.5KM，因此选择10KV和35KV线路电压和电能损失不大，考虑到以后的发展，应尽可能选择高一级的电压等级，故选择35KV电压等级输电。
2.1.3输电线路的截面积选择
按照经济电流密度选择：
Sj=（2-1）
式中P为回路送电线路平水年正常运行方式下最大送电容量（KW）；Ue为额定线电压（KV）；
J为经济电流密度（A/mm2）查表得，为0.90A/mm2；COS（）为电功率因数，为0.8。
Sj=
=10000／（×1.5×1.15×0.8）
=179.06mm2
选择LGJ-185系列钢芯铝绞线。
根据查阅有关其他送电负荷相近很距离相差不太大的电站导线的选择，以上所选的导线完全符合其热稳定和机械强度。
2.2电气主接线方案
电气主接线是水电站电气部分的主体，它与电力系统、电气设备的选择和布置、继电保护等都有密切的关系，直接影响电站的运行、维护、和投资。
电气主接线由发电机、变压器、断路器等电器以及他们之间的连接导体组成，它反映电站电能从生产、输送到分配的过程。
主接线方案选择是电站设计的首要环节，必须加以重视。
电气主接线的设计方案原则必须根据有关经济建设的方针和政策，通过全面的技术经济比较，最后选定方案。
选择电气主接线的基本方案如下：
（1）根据电力系统和用户的要求，应保证供电的可靠性和电能质量。
（2）接线应简单、清晰，运行灵活，操作方便。
（3）维护级检修方便。
（4）经济上合理，运行费用低。
（5）便于电站机组分期过渡。
最后根据所给的资料及本电站的特点初步可以确定两个方案：
单母线接线；扩大单元加单元接线。
方案一：
使用一台主变压器，1、2、3号发电机采用单母线接于主变压器。
方案二：
使用两台变压器，1、2号发电机采用单母线接于1号主变压器，3号机组采用单元接线接于2号主变压器。
如图2—1所示：
图2—1两种方案的电气主接线图
2.1.1技术比较
方案一和方案二的技术比较如表2—1所示：
表2—1两种方案电气主接线技术比较
方案
项目
方案一
方案二
接
线
图
可靠性
接线简单，清晰，满足要求，设备最少，可靠性相应较高，倒闸操作方便，便于维修。
接线简单清晰，不设发电机电压母线，发电机或主变压器低压侧故障时短路电流减小。
灵活性
检修变压器及变压器开关时，全厂停电，变压器事故率很低，变压器检修期一般为五年一次，运行灵活性好。
对于发电机—变压器单元接线，当一组单元中某个元件故障或检修时整个单元将停止运行。
方便性
维修量少，取用厂用电方便，发电机及变压器继电保护整定计算简单。
发电机或主变压器低压侧故障时短路电流减小，电气设备减少，投资减少，操作简便，继电保护简化。
其他
投资少，占地少，运行损耗费低。
户外变电站布置方便清晰，便于巡视检查
投资较大。
运行费用较高，户外变电站布置较复杂。
2.1.2经济比较
在经济比较中一般有基建投资（包括主要设备及配电装置的投资）和年运行费用两大项。
计算是可只计算个方案不同部分的基建投资和年运行费用。
2.1.2.1投资比较
方案一和方案二的投资比较如表2—2所示：
表2—2两种方案电气主接线投资比较
分类
项目
型号
单价
（万元）
方案一
单母线单元
方案二
扩大单元加单元接线
数量
合价
数量
合价
主变压器
SF9-12500/35
58
1
58
SF9-5000/35
38
1
38
SF9-8000/35
44
1
44
配
电
装
置
断路器
SW2-35
23
1
23
2
46
隔离开关
GN19－10
1.5
1
1.5
GW5-35D/630
1.7
2
3.4
3
5.1
开关柜
GG－1A（F）
2.4
5
12
4
9.6
投资小计（万元）
38.4
62.2
总投资（万元）
96.4
144.2
2.1.2.2年运行费用比较
年运行费用包括一年内的电能损耗及电气设备每年折旧费和维护检修费。
方案一
（1）变压器折旧费
CB=5.8％×KB=5.8％×580000=33640元
（2）配电装置折旧费
CY=8％×KY=8％×384000=30720元
（3）维护费
CP=10％×（CB+CY）=10％×（33640+30720）=6436元
（4）电能损耗费
设电能价格为，主变压器每年电能损耗为，则全年电能损耗为。
（2—2）
式中——变压器的空载有功损耗，kw；
——变压器的短路有功损耗，kw；
——变压器的额定容量，KVA；
——变压器通过的最大负荷，KVA；
T—变压器一年中运行的小时数，h；
—变压器的最大负荷损耗时间，h。
查《工程电气设备手册》，S9-12500/35型变压器空载有功损耗=0.21KW,变压器的短路有功损耗=56.7KW,变压器的额定容量=12500KVA,=11250KVA，T=5000h,=3600h。
实际电价取0.3元。
=13.77×5000+56.73600=234187.2
=0.3×234187.2=70256.16
总计：
C1=CB+CY+C=134616.16元
方案二
（1）变压器折旧费
CB=5.8％×KB=5.8％×820000=47560元
（2）配电装置折旧费
CY=8％×KY=8％
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