水电厂电气主接线和配电装置设计电气主接线.docx
《水电厂电气主接线和配电装置设计电气主接线.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水电厂电气主接线和配电装置设计电气主接线.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
水电厂电气主接线和配电装置设计电气主接线
水电厂电气主接线和配电装置设计电气主接线
1概述及原始资料分析
在发电厂和变电所中，发电机、变压器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能生产、汇集和分配的电气主回路。
这个电气主回路被称为电气一次系统，又叫电气主接线。
发电厂、变电所的电气主接线有多种形式。
选择何种电气主接线，是发电厂、变电所电气部分设计中的最重要问题，对各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟订都有决定性的影响，并将长期地影响电力系统的可靠性、灵活性和经济性。
原始资料分析
（1）水轮发电机组3台：
3×125MW；
（2）机组年利用小时数：
T>5000小时。
（3）厂用电率：
5.1％。
（4）送电距离：
25KM；
（5）环境温度：
最高温度32OC，最低气温-2OC；年平均温度18OC；
（6）系统容量：
S=4000MVA；阻抗标幺值：
XS=1.3
2对电气主接线的基本要求
水电站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：
2.1可靠性要求
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
而主接线的可靠性不是绝对的，同样形式的主接线对某些发电厂或变电站是可靠性的，但对另一些发电厂或变电站就不一定满足可靠性的要求，故在分析主接线的可靠性时不能脱离发电厂或变电所在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平和运行经验等因素。
对于总装机容量375MW，最大负荷利用小时数在5000h以上以承担基荷为主的水电厂，其可靠性应保证：
（1）任何一进出线断路器故障或拒动以及母线故障，不应切除一台以上机组和相应的线路。
（2）任何一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动相组合、以及当母线联络断路器故障或拒动时，不应切除两台以上机组和相应的线路。
2.2灵活性要求
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
（1）调度时，应能灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继点保护设备，进行安全检修而不致影响电力网络的运行和对用户的供电。
（3）扩建时，可以容易的从初期接线过度到最终接线。
在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
（4）事故处理时，能迅速地隔离故障部分，尽快恢复供电，保障电网的安全稳定。
2.3经济性要求
主接线在满足可靠性和灵活性要求的前提下，做到经济合理。
（1）投资省，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
（2）占地面积小，主接线应为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。
（3）年运行费用小，年运行费用包括电能损耗费、折旧费及大、小维修费等，应合理选择设备型式和额定参数，结合工程情况恰到好处，避免以大代小、以高代低。
3出线回路数及输电电压等级选择
根据任务书所给输送距离25KM，输送容量为375MW，根据上表可以确定输电电压选220KV。
表1-1采用架空线路时与各额定电压相适应的输送功率和输送距离
额定电压
（kV）
3
6
10
35
60
110
220
输送功率
（kW）
100～1000
100～1200
200～2000
2000～10000
3500～30000
10000～50000
100000～500000
输送距离
（kM）
1～3
4～15
6～20
20～50
30～100
50～150
100～300
由于电厂的总容量为（428MVA），Tmin=5000小时/年，线路传输的功率不大，但同时考虑系统情况，参照已投运的相同容量的电厂与系统连接情况并查资料
【5】P46附录附表1-6、1-7、1-8P.52附录附表1-33作出如下方案：
回路数=输送容量/经济输送容量取接近的整数值
可靠系数=经济容量×回路数/输送容量
输送容量=375×﹙1-5.1%﹚/0.875=407MVA
表1-2导线经济对照表
方案
导线型号
经济输送容量（MVA）
回路数
K
方案一
LGJ-300
103
5
1.27
方案二
LGJ-400
137
4
1.35
方案三
LGJ-500
171
3
1.26
方案比较：
以上三个方案中K值均大于1.2，可靠性都满足，但方案三出线回路数最少，其投资也最少，从经济性角度考虑选择方案三。
所以出线回路数及输电电压等级选择结果如下：
表1-3线回路数及输电电压等级选择结果表
输电电压等级（KV）
导线型号
每回经济输送容量（MVA）
回路数
220
LGJ-500
171
3
4主接线方案的拟订和选择
4.1主接线方案的拟订
（1）本水电厂总装机容量375MW，最大负荷利用小时数在5000h以上以承担基荷为主，其可靠性要求较高；
（2）水电站开机程序比较简单，机组起动迅速，并容易实现自动化。
（3）电站规模确定后，一般不考虑扩建，但对规划设计中明确分期建设的电站，则在主接线中应予以考虑。
（4）水电厂厂用电源通常考虑由单元接线的发电机出口供给，厂备用电源可引自地区配电网或保留施工变电所来解决。
（5）水电站地形复杂，电气设备布置及进出线走廊均受到一定限制，应尽可能简化接线，避免在水电站设置复杂的变电枢纽。
（6）125MW发电机组出口的短路电流一般超过80KA，因此接于发电机出口的主变及厂用变高压侧断路器开断容量必须在80KA以上，这种断路器制造困难，价格昂贵，且对供电可靠性要求较高，所以，一般发电机组与主变压器及厂用变压器连接采用离相封闭母线【14】。
综上考虑，初步拟定如下几种方案：
方案一
方案二
方案三
方案四
4.2方案比较及选择
表1-4方案比较
方案
接线方式
优点
缺点
适用范围
方案一
单母接线
接线方式简单清晰，投资很少、操作方便、扩建容易；
供电可靠性和灵活性低，其母线一旦出现故障就会造成全厂停电，严重影响了持续供电。
出线回路少且没有重要负荷的发电厂和变电站。
方案二
单母分段接线
接线方式简单清晰，投资省、操作方便、扩建容易，其供电可靠性和灵活性相对较高；
分段断路器故障时，整个配电装置会全停；母线或母线隔离开关检修时，母线所有回路都要在检修期间停电；
小容量发电厂的发电机电压配电装置；3~63kV配电装置出线4~8回；110kV~220kV配电装置出线3~4回；
方案三
双母接线
相对单母线接线有较高的可靠性和灵活性，检修任意母线不影响供电，任意母线故障时能迅速恢复供电，便于扩建；
配电装置复杂，投资和占地面积增大；倒换操作时容易误操作；检修期间处于单母不分段状态，可靠性降低；
进出线回数较多、容量较大的6~10kV配电装置35~63kV配电装置出线超过8回；110kV配电装置出线6回及以上；220kV配电装置出线4回及以上。
方案四
双母接线带专用旁母
检修任意与它相连的断路器都不停电，提高了供电的可靠性；
较双母接线，配电装置更复杂，投资和占地面积增大；
110kV配电装置出线6回及以上；220kV配电装置出线4回及以上；
从经济性来说，方案一、方案二占优。
但对于总装机容量375MW，最大负荷利用小时数在5000h以上以承担基荷为主的水电厂要求可靠和灵活性较高，故这两个方案均舍弃，方案四可靠性灵活性较方案三高，但本电厂属于中型水电厂，一般在枯水季节允许停电检修，故可以不设专用旁母。
所以经过综合分析，满足可靠性灵活性同时兼顾经济性，选方案三为最终设计方案。
5发电厂厂用电接线的方案
厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问题。
积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济、技术先进、保证机组安全、经济和满发的运行。
5.1厂用电接线应满足的要求
（1）满足各种运行方式下的厂用电负荷需要，并保证供电。
（2）各机组的厂用电系统应是独立的。
一台机组的故障停运或其辅机的电气故障，不应影响到另一台的正常运行。
并能在短时间内恢复本机组的运行。
（3）充分考虑机组起动和停运过程中的供电要求。
一般均应配置可靠的起动（备用）电源，在机组起动、停运和事故时的切换操作要少，并能与工作电源短时并列。
5.2厂用电源取得方式
厂用电源通常考虑由单元接线的发电机出口供给。
5.3备用电源取得方式
备用电源一般可通过主变压器倒送厂用电或由与系统联系紧密的最低一级电压母线上接高压备用变压器以取得备用电源，或者通过保留施工电源。
5.4厂用电压等级的选择
一般水电站厂用电率在0.5%~1%，无大容量的厂用电动机，通常只需380/220V电压供电。
但本水电厂的厂用电率是5.1%，说明厂用电负荷较多，大型用电设备较多，因此，厂用电有高压系统，高压母线电压选择6.3kv。
厂用电主接线
6.发电机及主变、厂用变选择
6.1发电机选择
发电机根据任务书所给容量选择，查资料【17】得到发电机型号及主要参数：
型号：
SF125-96/15600；出口电压：
13.8kv;额定功率：
PN=125MW;容量：
；功率因数：
；电抗：
Xd=0.89；
Xdˊ=0.348；Xd″=0.24；
6.2变压器的选择
6.2.1主变压器选择规则：
（1）相数选择
当不受运输条件限制时，容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器一般选择三相变压器。
而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。
因为单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。
（2）绕组数选择
由于本发电厂只先一个系统送电，发电厂只有一个升压电压，因此，选双绕组变压器。
（3）主变调压方式的选择
因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，因此发电厂主变压器一般都采用无载调压。
（4）连接组别的选择
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，而且全星形接法，零序电流没有通路，相当于和外电路断开，即零序阻抗相当于无穷大，对限制单相及两相接地短路都有利，同时便于接消弧线圈限制短路电流。
但是三次谐波无通路，将引起正弦波的电压畸变，对通讯造成干扰，也影响保护整定的准确度和灵敏度。
如果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。
我国规定110KV以上的电压等级的变压器绕组常选用中性点直接地系统，而且要考虑到三次谐波的影响，会使电流、电压畸变。
采用△接法可以消除三次谐波的影响。
故本次设计的发电厂，选用主变压器的接线组别为：
YN，d11接线。
（5）容量选择
主变压器容量选择按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定；
主变：
6.2.2厂用变压器选择规则：
（1）额定电压
厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压一致。
升级会员 