水电站电气工程初步设计报告 精品.docx
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水电站电气工程初步设计报告精品
7电气工程
7.1接入系统设计
7.1.1XX县电网现状
XX县电网目前的主要电源点为XX电站（3×6300KW）和XX电站（4×1250KW），由这两个骨干电站以35kV电压等级构成XX县电网，其它还有若干农村微型电站和在“农网改造”及“送电到乡”工程中修建的电站以10kV电压等级并网。
在农网改造前，XX电网共有“XX变电站”、“XX变电站”、“XX变电站”三座35kV变电站，变电容量为35200kVA，通过农网改造，按照XX电网规划又在XX县的幅员范围内新建了“XX变电站”、“XX变电站、“XX变电站”三座35kV变电站，新增加变电容量15000kVA，由此，XX35kV电网基本辐射了全县。
但就目前而言XX县电网仍处于孤立运行状态。
XX虽然已经形成了辐射全县的35kV电网骨架但电源不足，对一些边远的村寨仍不能保证连续供电；同时也制约了对具有经济、科技含量的企业的引进，制约了XX地区的经济发展；影响了XX作为XX州府所在地的形象。
2005年通过刷马路口线路与牧区电网110kV系统连接。
随着西部大开发的进一步开展，XX水电开发迎来了新的高潮。
岷江流域、黑水河流域、杂谷脑河流域相继进入全面开发阶段。
XX地处岷江水系与大渡河水系分水岭，水力资源极为丰富。
随着全省水电资源的开发，XX地区水电大规模开发已经提上议事日程。
据《四川省XX水电站预可行性研究报告》阐明1999年以来四川省用电负荷用电量增长率均在10％以上。
近年来电力供应严重不足，据初步规划，随着西部大开发的推进，四川省的电力需求还将以较高的速度持续增长，预计到2020年，考虑现已立项建设的水量、火电源按期投产在不计川电外送的情况下，四川省仍有较大的装机容量缺口。
考虑国民经济可持续发展对电力的需求，将清洁的水能资源开发东送，则四川省的水电开发前景更加广阔。
在相当长的一段时期内，四川省将利用其得天独厚的水力资源优势，大力开发水电。
在实施西电东送的同时，发展四川省经济。
大渡河流域干支流径流丰沛、稳定、淹没损失小、技术经济指标优越，开发条件较好，按照国家西部大开发和能源发展战略，应加快大渡河流域水电开发步伐，满足高速增长的四川负荷和“西电东送”的需要。
开发XX电站对综合、高效开发大渡河有着重要作用，对改善四川电网的电源结构十分有利。
建设XX电站还可带动地方相关产业的发展，促进少数民族地区地方经济发展和社会进步，也是增加地方财政收入、提高人民生活水平的重要途径。
目前XX、XX等一大批大中型电站建设已经启动。
随着这一大批大中型电站的建设，XX、XX地区水电建设的大环境发生了翻天覆地的变化。
XX电网的经营将由原来的孤立电网，自发自供、自给自足、保证社会基本用电需求而逐步转为以水电开发为主，将XX地区丰富的水力资源优势迅速转化为电力优势；再迅速发展工农业用电负荷、走工业强州、工业强县之路；将电力优势转化为工业大力发展的优势，继而转化为资金的优势资本的优势、经济大力发展的优势。
可以认为XX水电建设迎来了又一个春天。
近期内XX网除了满足原有负荷的需要外，还要适应XX州府所在地的政治、经济、文化中心的新增负荷及引进的工业负荷的要求；同时还要对XX、XX等大中型电站施工供电。
中期内随着XX电站的修建，XXXX电站（3×6300KW）将被淹没，急需寻找新的电源点来满足XX电站报废后形成的发电容量的缺口。
远期内随着XX、XX电站的建成，500kV的电力输送通道通道开通，XX电网开发的容量均可经此黄金通道与国家大网连接，实现余缺调剂，送出XX地区丰富的水电资
7.1.2负荷预测
根据XX设计院2007年7月对XX电网2010年目标网架规划，XX电网负荷预测表如下：
XX电网负荷预测结果表
单位：
万kW亿kWh
项目
2005年
2010年
2015年
2020年
增长率
2005～2010
2010～2015
2015～2020
需电量
1.586
2.139
3.815
4.842
6.16％
12.27％
4.89％
最大负荷
3.407
5.041
8.737
10.852
8.15％
11.63％
4.43％
负荷小时
4655
4243
4366
4462
根据XX电力公司对XX电网负荷预测，XX电网2010年用电最大负荷约5.041万.kW；用电量约2.139万kW·h。
用电负荷小时数4243小时。
负荷预测分析：
1.从负荷预测分析可见2010年最大负荷已超过XX电网2007年XX电网最大XX、XX电站两电站的总容量22900kW，电网负荷已超过电网电源极限。
必须在2007年至2010年间再增加发电容量。
2.最大负荷年利用小时数仅4243小时，其值较低。
分析原因XX电网电源两个主力电站无调节能力，枯水期出力大大减小，影响电站年运行小时数。
另一方面导致冬季用户无电可用，使一般工业企业的发展受到电力工业用电季节和时段的抑制。
稍大一点的工业企业一般不愿意开开停停，生产不连续进行，产品质量也无法得到保证。
故XX电网的工业企业截至2007年基本无正规大型工业企业负荷，这样XX电网的负荷就只剩下当地的生活、电热、照明及一些极少的季节性负荷。
即XX电网的现状已严重制约了XX地区工业企业的发展。
3.上述负荷预测未考虑XX电站建成后正常蓄水位为海拔2500m高程，XX电站（（3×6300KW）这座目前XX地区电网最大的水电站将处于XX电站正常蓄水位以下而被淹没报废，到时XX电网发电容量更加不足。
尽管XX电网与XX牧区电网开通110kV输电线路连接以后情况可能有所好转，但随着XX工农业建设的发展可能突破规划的用电需求。
此外XX、XX等大中型电站开工新建，在这批电站建设过程中需大量施工用电，且必须优先保证对这批大中型项目高可靠性供电。
4.该负荷预测还未对XX、XX的电站建成后利用其500kV高压输电通道建XX地区水电能量送出问题。
5.XX电网应抓住目前水电建设发展的重大机遇，利用这批工程前期XX电网向其供施工用电契机；抓住因海拔2500m高程以下电站、线路、局部电网被淹没而“复建”的契机，短期内迅速建成XX电网110kV电压等级的骨架网，并利用这一输电通道，将XX及其周边地区丰富的水力资源转化成电力资源向外输送。
彻底改变XX电网目前这种无调节能力，夏天发电无处送、冬天用电无力供，发电用电都受到限制的被动局面。
借助水电产业的开发拉动地区经济的发展，形成XX新兴的工业和经济增长点。
7.1.3XX电网规划
根据XX设计院2007年7月对XX电网2010年目标网架规划，XX电网规划如下：
XX电源装机进度表
单位：
万kW
项目
2005年
2010年
2015年
2020年
电源装机合计
3.440
8.440
33.140
355.140
新增装机
3.440
5.000
24.700
322.000
XX电站
1.89
XX电站
0.500
其他小电站
1.050
XX流域梯级电站
18.700
XX流域梯级电站
6.000
XX电站
56.000
XX电站
36.000
XX电站
30.000
XX电站
200.000
其他
5.000
XX电网新增装机进度分析：
1.2005年至2010年计划新增装机5.0万千瓦。
截至2007年XX地区无大、中型水电站新建上网。
没有明确XX地区哪条河、哪个流域先开发。
2.XX流域有6.0万千瓦的装机容量，只是开发时间列到2015年，时间较晚。
3.XX原初步拟定的6.0万开发容量是在原电网发展的初期按照XX电网最初的自发自供，保证XX孤立电网基本发电用电电力电量平衡的前提下作出的。
已经不能适应目前XX地区水电建设发展的需要。
需根据XX目前的新情况重新调整XX水电开发的思维和理念，从而重新制定XX新的水电开发方略。
7.1.4XX水电开发的新格局
1XX的水力资源
XX（XX沟）为大渡河上段足木足左岸支流，又称XX河。
发源于XX县东邛崃山脉，上源称格波德曲，北流至大青坪，转西北，左纳四冈森沟，沙拉足沟，转西南过青坪、送足，以下有一河曲，西过XX乡，至XX宗，左纳解放沟，龙藏沟，右纳黑尔桠沟，至呷博，右纳龙尔甲沟，转南汇入足木足河。
流域水系较发育，支沟较多，较大的支沟有黑尔桠沟、龙尔甲沟。
河流源头高程为4200m，河流出口高程为2480m，总落差1720m，河长73km，平均比降为25.4‰，全流域面积为1255km2。
水能蕴藏量约11.7万kW。
2XX水电开发方案的调整
成都XX水电建设公司承担了XX的开发和XX电站的建设任务，是XX电站的业主。
成都XX水电建设公司已经与XX县人民政府签署了XX水电开发建设协议，与XX电力有限责任公司签署了XX电站并网协议。
根据协议，业主委托XX水电勘测设计院对XX进行了规划，并经XX计委、XX水利局组织审查，并以阿府[2005]6号文件《XX人民政府关于将XX流域水电开发权授予XX县人民政府的批复》和马尔府函[2004]29号文件《XX县人民政府关于同意授予成都XX水电建设有限公司投资兴办电矿结合型企业开发权的批复》批准了XX水电开发规划。
原规划在XX修建六级电站，总装机六万千瓦，年运行小时数个站均接近六千小时。
全流域电站在XX乡附近择地修建110kV升压站，以110kV电压等级并入XX电网。
随着XX地区水电建设高潮的到来，XX、XX等一批大中型水电站的修建，XX电网面临重大发展机遇。
XX河口最末一级XX电站离XX电站厂址仅5km,离XX电站工地也仅约50km。
为这两座大型水电站建设提供施工电源是得天独厚的有利条件。
通过先提供施工电源，后利用已经形成的电力通道送出XX水电能量是XX水电开发的重大发展机遇。
为此对原规划有必要进行调整和完善。
主要的调整有三点，一是将原规划XX电站、XX电站合并成一级开发，增大单站、单机装机容量，以构成XX电网目前最大容量的单站和单机以提高系统动态稳定性，适应大型电站施工工地需求提高抗冲击能力；提高XX系统整体稳定性和供电可靠性。
二是适应水电商业性开发的需要，参照州内其他流域开发经验适当降低原各站年利用小时数至4500h左右，也即适当加大各电站装机容量，使XX流域水电开发装机可达10～12万kW。
三是根据XX水电发展的新形势，结合XX电站2500m高程以下为淹没区，XX电站及部分35kV系统将因淹没而“复建”的特点，以及XX河口离XX及XX均较近的特点，确定以新的XX电站作为整个XX流域开发的枢纽站，XX流域各站容量均送入XX电站汇总后并入系统。
3XX电站在XX流域水电开发的作用
按照水文、水能、水力机械等章节的论证结论，XX电站设计装机2×4MW，以一回35kV线路与XX宗变电站35kV母线连接，汇入XX电网。
本电站只发不供，不承担系统调相、调频任务。
7.1.5接入电力系统设计
拟建的XX电站装机2×4MW，按照XX流域水电开发的规划，XX电站采用35kV电压等级送出电能，以一回线路与XX宗变电站相连，汇入XX电网。
具体接线见：
电力系统地理接线图：
“大电（初）－电－01”
电力系统单线接线图：
“大电（初）－电－02”
7.2电气主接线
7.2.1设计依据
根据本阶段水文、水能部分设计结果推荐的XX电站装机2×4MW，以及XX流域水电开发电网接线方案设计该电站的电气主接线。
7.2.2电气主接线方案比较
根据上述依据，初步拟定XX电站电气主接线方案两个。
详见：
电气主接线方案比较图：
“大电（初）—电—03”
方案Ⅰ
接线综述：
本方案6.3kV侧采用单母线接线，两台发电机所发电能经6.3kV母线汇总后由一台10000kVA双绕组变压器将电压升高至35kV，35kV采用变压器—线路组接线方式。
以一回35kV线路与XX宗变电站连接。
站用电分别从发电机6.3kV母线和35kV出线取得。
主要优点：
接线简单清晰，能满足运行方式变化的要求；
保护配置容易实现；35kV电气设备少，升压站占地面积小，设备及土建投资少。
主要缺点：
枯水期单台机运行时变压器损耗大；变压器故障时全厂电能不能送出，可靠性较差；
方案Ⅱ
接线综述:
本方案采用两个发电机－变压器单元接线，经主变升压至35kV；35kV采用单母线接线；以一回35kV线路与XX宗变电站连接。
主要优点：
运行灵活性、发供电可靠性较高；
保护配置容易实现。
主要缺点：
由于采用两台主变以及35kV配电设备增多，升压站占地面积大，设备及土建投资增加。
对两个方案的主要设备进行经济比较。
主接线方案经济比较见表7-1。
XX水电站主接线方案经济比较表
表7—1
项目
方案
电力变压器
35kV开关
6kV开关柜
总金额
万元
变比
容量
kVA
数量
台
单价
万元
金额
万元
数量
台
单价
万元
金额
万元
数量
台
单价
万元
金额
万元
Ⅰ
38.5/6.3
10000
1
100
100
1
14
14
5
5.0
25
139
Ⅱ
38.5/6.3
2×5000
2
70
140
3
14
42
0
0
0
182
注：
本经济比较表仅对各方案中不同部分进行比较，计算中亦只列入了各方案主要电气设备数量和价格。
推荐方案：
按照电气主接线的设计原则，并考虑变压器故障的机率很小，根据以上分析，方案I技术上可行，投资较省，故推荐采用方案I接线作为XX电站的电气主接线。
详见：
电气主接线图：
“大电（初）—电—04”
7.3站用电
7.3.1站用电源
厂区内设两台站用变压器；站用电分别从6.3kV母线和35kV出线取得；其中1#站用变压器容量为200kVA，电源取自6.3kV母线；2#站用变压器容量为160kVA，电源取自35kV出线。
两台站变采用暗备用接线方式；设备用电源自动投入装置（BZT）。
7.3.2站用电接线
1．站用电母线（0.4kV）采用单母线分段接线；
2．站用电系统采用三相四线制，动力、照明合并使用；
3．取水口供电
取水口距离厂区约12km，拟采用10kV电压供电。
从发电机6kV机端取得电源，采用一台50kVA10kV隔离变压器，经一回10kV输电线路对取水口供电；在取水口设置一台50kVA的10/0.4kV的降压变压器，经配电屏向各设备供电。
详见：
厂用电接线图：
“大电（初）—电—04”
7.4主要电气设备选择和布置
7.4.1短路电流计算
1．短路电流计算目的：
1）电站电气设备选择、校验；
2）电站继电保护整定、校验。
2．短路电流计算依据：
1）据前述推荐采用的XX电站电气主接线；
2）XX县电网接线图。
3．XX电站电站为一电源点，系统（XX宗变电站）为一电源点。
4．短路电流计算点：
发电机母线上为d1点,35kV变压器高压侧为d2,35kV出线末端为d3点。
详见“图7-1短路电流计算网络图”。
5．短路电流计算方法
采用个别变换法，取基准容量为100MVA。
采用平均额定电压。
计算过程（略）。
短路电流计算成果详见
“表7－2XX电站短路电流计算成果表”
图7-1短路电流计算网络图
XX电站最大运行方式三相短路电流计算成果
短路点
平均电压Up
电源计算数据
短路电流计算数据
电源名称
额定容量Se
直连电抗X
计算电抗Xjs（查表）
电源额定电流Ie
t=0s
t=0.2s
t=4s
冲击系数Kch
冲击短路电流ich
全电流有效值Ich
标幺值I*" （查表）
有名值I"
短路容量S"
标幺值I*0.2
有名值I0.2
短路容量S0.2
标幺值I*4
有名值I4
短路容量S4
kV
MW
KA
KA
MVA
KA
MVA
KA
MVA
KA
KA
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑾
⑿
⒀
⒁
⒂
⒃
⒄
⒅
⒆
d-1
6.3
37kV系统Sx
∝
2.161
9.164
0.463
4.241
46.3
4.241
46.3
4.241
46.3
1.90
11.40
6.86
本站
8.00
1.464
0.183
1.146
6.127
7.019
76.6
4.100
4.697
51.2
3.081
3.529
38.5
18.86
11.36
∑
9.26
122.9
8.939
97.5
7.77
84.8
30.26
18.22
d-2
37
37kV系统Sx
∝
1.037
1.560
0.964
1.505
96.4
1.505
96.4
1.505
96.4
1.85
3.94
2.35
本站
8.00
2.104
0.263
0.195
4.290
0.837
53.6
3.253
0.635
40.7
3.098
0.604
38.7
2.19
1.31
∑
2.342
150.0
2.14
137.1
2.109
135.7
6.13
3.66
XX电站最小运行方式三相短路电流计算成果
短路点
平均电压Up
电源计算数据
短路电流计算数据
电源名称
额定容量Se
直连电抗X
计算电抗Xjs（查表）
电源额定电流Ie
t=0s
t=0.2s
t=4s
冲击系数Kch
冲击短路电流ich
全电流有效值Ich
标幺值I*" （查表）
有名值I"
短路容量S"
标幺值I*0.2
有名值I0.2
短路容量S0.2
标幺值I*4
有名值I4
短路容量S4
kV
MW
KA
KA
MVA
KA
MVA
KA
MVA
KA
KA
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑾
⑿
⒀
⒁
⒂
⒃
⒄
⒅
⒆
d-1
6.3
37kV系统Sx
∝
1.864
9.164
0.536
4.915
53.6
4.915
53.6
4.915
53.6
1.90
13.21
7.96
本站
4.00
2.928
0.183
0.573
6.127
3.509
38.3
4.100
2.348
25.6
3.081
1.765
19.3
9.43
5.68
∑
8.424
91.9
7.263
79.2
6.78
72.9
22.64
13.64
d-2
37
37kV系统Sx
∝
1.037
1.560
0.964
1.505
96.4
1.505
96.4
1.505
96.4
1.85
3.94
2.35
本站
4.00
3.488
0.218
0.098
5.055
0.493
31.6
3.633
0.354
22.7
3.191
0.311
19.9
1.29
0.77
∑
1.998
128.0
1.859
119.1
1.816
116.3
5.23
3.12
7.4.2主要电气设备选择及校验
本电站海拔约2500m，所有电气设备均选用高原型。
1.35kV配电装置的选择：
本站35kV电气设备均为户外式。
35kV断路器采用SF6户外式断路器。
2.主变选择
主变选择SF9节能型变压器，型号为:
SF9－10000/35，38.5±2×5%/6.3kV,Y,d11（GY）。
3.6kV配电装置的选择：
本电站6kV配电装置采用KYN63A—12（GY）型手车式开关柜。
断路器选用ZN12真空断路器，配弹簧储能操作机构。
本型手车式开关柜可靠性高，设备使用寿命长，检修周期长、检修维护安全、方便。
4.主要电气设备的动、热稳定校验见:
“表7-3电气设备选择校验表”
表7-3电气设备选择校验表
表一：
高压断路器的选择
LW8—35/1600
技术数据
计算数据
安装地点
额定参数
保证值
计算参数
计算值
35kV线路
Ue（kV）
40.5
Ug（kV）
35
Ie（A）
1600
Igzd（A）
650
Ike（KA）
31.5
I〃（KA）
23
Ske（MVA）
6000
S〃（MVA）
248
Ide（KA）
80
Ich（KA）
36.7
Ire2tre（KA2S）
3969
Qt（KA2s）
1058
结论：
合格
表二：
高压隔离开关的选择
GW4—35D/630
技术数据
计算数据
安装地点
额定参数
保证值
计算参数
计算值
35kV线路
Ue（kV）
40.5
Ug（kV）
35
Ie（A）
1250
Igzd（A）
650
Ide（KA）
80
Ich（KA）
36.7
Ire2tre
（KA2S）
Qt
（KA2s）
结论：
合格
XX水电站主要电气设备表
序号
名称
型号及规格
单位
数量
备注
1
水轮发电机
SFW4000-8/17306.3kV,
台
2
2
励磁设备
套
2
由机组厂家配套供应
3
电力变压器
SF9-10000/35（GY），YN，d11
38.5±5%/10.kV,Ud%=7.5
台
1
主变
4
配电变压器
S9-160/35（GY），Y,yn0
38.5±5%/0.4kV,Ud%=4.0
台
1
厂变
5
配电变压器
S9-200/6（GY），Y,yn0
6.3±5%/0.4kV,Ud%=4.0
台
1
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