石人洞一级初步设计 电气工程.docx

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石人洞一级初步设计电气工程

7电气工程

7.1水电站与电力系统的连接

7.1.1水电站与电力系统的连接方式

石人洞一级水电站位于贺州市八步区桂岭镇桂开村境内，在桂岭河一级支流桂西河支流香南冲上游的大冲、石人洞冲。

根据水文水能计算和机组型谱比较分析，拟定石人洞一级水电站装机容量为3×630=1890kW，选用3台XJA-W-50B/1×11型水轮机，配3台SFW630-6/990型发电机。

电站拟架设一回长5.78kmLGJ-95导线的35kV输电线路，电站生产的电能通过该线路输送至石门桥电站的35KV系统，升压后经石门桥水电站－柳扬水电站－吉田变电站的110KV输电线路送往广东连山县电网，然后与广东清远电网并网运行。

石人洞一级水电站接入电力系统地理位置见“石人洞一级-电-01”图所示。

7.1.2电力系统对电站运行方式的要求

石人洞一级水电站是一座径流引水式电站，根据电站的装机容量和水文水能情况，为了合理地利用水力资源，充分发挥电站发供电设备的能力，石人洞一级水电站在电力系统中担任基本负荷。

7.2电气一次主结线

7.2.1电气一次主结线及方案的选择

根据石人洞一级水电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统方式、枢纽总体布置、地形和运输条件等因素综合考虑，为满足电力系统对电站稳定性的要求，力求做到供电安全可靠、运行操作灵活、检修维护方便、接线简单清晰、经济合理，初步拟定二个电气一次主接线方案进行比较和技术、经济分析及论证，从而确定石人洞一级水电站电气一次主接线方案。

一、方案Ⅰ

方案Ⅰ电气一次主接线如“石人洞一级-电-02”图所示。

1#发电机组经电力电缆接入PCF-3（T）/0.5kV开关柜，柜顶0.4kV母线经100×8铝排接入S9-800-38.5±5%/0.4kV型1#主变压器0.4kV低压侧，1#发电机电功率经1#主变压器传输并升高电压至38.5kV，1#主变压器38.5kV高压侧经GW5-35G/630隔离开关接入35kV母线，组成一机一变单元接线方案。

2#、3#发电机组分别经电力电缆和PCF-3（T）/0.5kV开关柜接入0.4KV母线上，0.4kV母线经100×8铝排接入S9-1600-38.5±5%/0.4kV型2#主变压器0.4kV低压侧，2#、3#发电机电功率经2#主变压器传输并升高电压至38.5kV，2#主变压器38.5kV高压侧经GW5-35GD/630A隔离开关接入35kV母线，组成二机一变扩大单元接线方案；35kV母线为单母线接线方案。

35kV输电线路一回，经RW-35/100A熔断器和LW8-40.5/630A六氟化硫断路器及JLW-35计量箱接入35kV母线。

二、方案Ⅱ

方案Ⅱ电气一次主接线如“石人洞一级-电-03”图所示。

每台发电机分别经电力电缆和PCF-3（T）/0.5kV开关柜接入0.4kV母线上，0.4kV母线经100×10铜排接入主变压器0.4kV侧，三台发电机电功率经一台S9-2500-38.5±5%/0.4kV型主变压器传输并升高电压至38.5kV，组成三机一变扩大单元接线，主变压器38.5kV高压侧经LW8-40.5/630A六氟化硫断路器及GW5-35GD/630A隔离开关直接接入35kV输电线路上。

三、方案Ⅰ、Ⅱ的技术经济比较

1、方案Ⅰ

（1）接线简单清晰，维护及操作方便。

（2）可根椐来水量投切任一单元机组，当某一单元机组故障时不影响另一单元机组运行，运行安全灵活可靠性较方案Ⅱ好。

（3）当单台机组运行或水电站停机不发电时，利用1#主变压器运行，主变电能损耗较方案Ⅱ少。

（4）升压站占地面积和土石方开挖量较方案Ⅱ多，升压站的电气设备和土建投资较方案Ⅱ大。

2、方案Ⅱ

（1）接线简单清晰，维护及操作方便。

（2）可根椐来水量投切任何一台机组，当某一台机组故障时不影响另一台机组运行，但当主变或与其连接的设备故障或检修时，全站停机发电，运行安全灵活可靠性较方案Ⅰ差。

（3）当一台机运行或水电站停机不发电时，主变电能损耗较方案Ⅰ大。

（4）升压站占地面积和土石方开挖量较方案Ⅰ少，升压站的电气设备和土建投资较方案Ⅰ省。

四、方案确定

根椐石人洞一级水电站的水文气象、装机规模、与电力系统的连接方案及运行方式的要求，依椐供电安全可靠、运行操作灵活、损耗少的经济原则，经技术经济分折比较，选择方案Ⅰ为石人洞一级水电站的电气一次主接线方案。

7.2.2厂用电源连接方式及厂用电设施的供电方式

石人洞一级水电站厂用电负荷主要有：

阀门控制用电，厂房内照明用电，升压站用电，检修用电，前池用电，生活区用电等。

为确保厂用电的安全、可靠、经济，厂用电源采用二路380/220V供电，一路从1#发电机控制屏上自动空气开关和隔离开关间用电力电缆引出，另一路从2#发电机控制屏上自动空气开关和隔离开关间用电力电缆引出，两路电源分别接至厂用低压屏。

在正常发电时，投入低压屏上从1#（或2#）发电机控制屏引来电源的对应一路电源开关（另一路电源开关均拉开），将电源供给各类厂用电负荷；当全站停机未发电时，投入1#主变压器，拉开1#机组控制屏上自动空气开关合上隔离开关，电能由系统经1#主变压器降压后，投入低压屏上从1#发电机控制屏引来电源的对应一路电源开关（另一路电源开关均拉开），将电源供给各类厂用电负荷；当系统因故停电时，拉开拟要发电的1#（或2#）机组的控制屏上隔离开关，启动机组发电后，合上1#（或2#）发电机组控制屏上的自动空气开关，投入低压屏上拟发电的1#（或2#）机组控制屏引来电源的对应一路电源开关（另一路电源开关均拉开），将电源供给各类厂用电负荷。

厂用电源连接方式及厂用电设施的供电方式如“石人洞一级-电-04”图所示。

7.3主要电气设备

7.3.1短路电流计算成果

根椐石人洞一级水电站选定的主接线方案和与电力系统的连接方式，假设电力系统为无穷大，石人洞一级水电站在35kV母线（D1点）和0.4KV母线（D2、D3点）短路时，计得的短路电流有名值如下表所列。

石人洞一级水电站短路电流计算成果

短路点

短路电流种类

次暂态短路电流有效值I〃Σ

短路电流冲击值ichΣ

35kV侧（D1点）

9.18kA

23.37kA

0.4kV侧（D2点）

15.11kA

38.46kA

0.4kV侧（D3点）

27.92kA

71.07kA

7.3.2水电站主要电气设备选择

根据石人洞一级水电站与电力系统的连接方式，选定的电气一次主接线方案和最大的工作电流、回路电压及短路电流计算成果，石人洞一级水电站主要电气设备的选择如下表所列。

石人洞一级水电站主要电气设备选择表

序

号

设备名称

型号和规格

单位

数

量

备注

1

发电机组

SFW630-6/990

台

3

机端电压0.4KV

2

主变压器

S9-800-38.5±5%/0.4KV

台

1

连接组别Y,yno

3

主变压器

S9-1600-38.5±5%/0.4KV

台

1

连接组别Y,yno

4

35KV高压六

氟化硫断路器

LW8-40.5/630A

台

1

额定短路开断电流16.5KA

5

35KV隔离开关

GW5-35GD/630A

组

2

热稳定电流20KA

6

35KV熔断器

RW10-35/100A

只

3

额定开断电流5KA

7

35KV计量箱

JLW-35，35/0.1，50/5

台

1

8

35KV氧化

锌避雷器

HY5WZ-42/134

台

3

35KV防雷保护用

9

0.5KV氧化

锌避雷器

HY1.5W-0.5

只

6

主变低压侧防雷用

10

矩形铝母排

LMY-100×8

米

300

机组控制屏屏顶至

主变低压侧连接用

11

电力电缆

YJV-1KV-1×630

米

100

无铠装

12

电力电缆

VV22-1KV-3×70＋1×35

米

50

厂用电用

13

电力电缆

VV22-1KV-3×50＋1×25

米

300

厂用电用

14

电力电缆

VV22-1KV，2×25

米

100

厂用电用

15

控制电缆

KVV22-1KV，4×2.5

米

100

保护、计量、测量用

16

发电机控制屏

PCF-3（T）630/0.5KV

面

3

内装设备型号规格数量详见“石人洞一级-电-05”图

17

发电机励磁屏

KLYY

面

3

厂家提供

18

低压开关柜

PGL-3（改）

面

1

内装设备型号规格数量详见“石人洞一级-电-04”图

19

硅整流屏

GKA-220V

面

1

内装设备型号规格数量详见“石人洞一级-电-08”图

20

线路控制保护屏

PK-1

面

1

7.4防雷接地

7.4.1直击雷保护

（1）升压站直击雷保护：

采用一支高22m独立避雷针。

避雷针与升压站带电部分在空中水平距离不小于5m。

升压站避雷针设置位置和保护范围如“石人洞一级-电-07”图和“石人洞一级-电-09”图所示。

（2）发电厂房直击雷保护：

发电厂房为钢筋混凝土结构，采用在厂房屋顶装设避雷防护带和将厂房屋顶的钢筋焊接成屏蔽网的方式。

防护带和屏蔽网与厂房排架柱的主钢筋相焊接，在距地面适当地点，用40×4扁钢分别与不少于两条钢筋砼柱焊接后，与升压站主接地网焊接，并在连接处加装集中接地装置，集中接地装置接地电阻应不大于10欧姆。

7.4.2雷电侵入波及系统过电压的保护

（1）为了把进入35kV变电站的雷电波陡度减缓，根据规程规定，35kV输电线路出线端架设1～2km避雷线。

（2）为防止雷电侵入波及系统过电压对设备的损坏，在35kV母线上装置一组HY5WZ-42/134型氧化锌避雷器，在主变压器0.4kV侧各装一组HY1.5W-0.5型氧化锌避雷器。

7.4.3接地装置

（1）避雷针接地

避雷针设置独立接地装置，由垂直接地体和水平接地体组成。

垂直接地体用长2.5m的＜50×50的镀锌角钢，水平接地体用40×4的镀锌扁钢，接地体焊接成方形，接地电阻要求不大于10欧姆。

接地装置与主接地网在地中水平距离不小于3m。

（2）主接地网

主接地网由垂直接地体和水平接地体组成，垂直接地体用长2.5m＜50×50镀锌角钢，水平接地体用40×4镀锌扁钢，接地体焊接成方形，接地电阻要求不大于4欧姆。

如实测接地电阻大于4欧姆，则增加接地体或采取其它措施直至达到要求为止。

7.5综合自动化

7.5.1调度运行

石人洞一级水电站是一座引水式水电站，生产的电能经35kV线路输至石门桥水电站的35kV系统。

为了合理利用水力资源，充分发挥水电站发供电设备的能力，使电站安全、可靠、经济运行，石人洞一级水电站的运行方式，开机、停机，有功功率和无功功率的调整等，接受石门桥水电站的调度命令。

根据石人洞一级水电站的装机台数、容量及水文水能情况，石人洞一级水电站的运行方式有三种，第一种：

机组投入3台（3×630KW=1890KW），主变投入2台（1×800KVA+1×1600KVA=2400KVA）；第二种：

机组投入2台（2×630KW=1260KW），主变投入1台（1×1600KVA）；第三种：

机组投入1台（1×630KW=630KW），主变投入1台（1×800KVA）。

7.5.2监测（控）方式

根椐石人洞一级水电站的装机规模和运行方式及与电网的连接方案，电站采用常规的监测（控）方式。

在发电机层设有发电机监测（控）开关屏（三面），励磁屏（三面），35KV主变、线路控制保护屏（一面），硅整流屏（一面），低压配电屏（一面）等屏柜，对发电机组进行开机、停机，有功功率，无功功率，电压的测控、调整，厂用电负荷和35KV输电线路的投入、切除等。

7.5.3机组的励磁方式

石人一级水电站机组励磁装置为可控硅励磁装置，型号为KLYY。

在发电机励磁屏进行励磁调节。

7.6继电保护装置

根据水电站与电网的连接方式和选定的一次主接线方案、装机容量及《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，电气设备配置下列继电保护装置。

7.6.1发电机继电保护方式

反时限过电流保护：

在发电机监测（控）开关屏上装设交流三相三继电器式反时限过电流保护装置，保护用于反映发电机过电流故障，动作于发电机自动空气断路器跳闸。

发电机的保护方案如“石人洞一级-电-05”，“石人洞一级-电-06”图所示。

7.6.2输电线路保护方式

1、电流速断保护

保护用于反映35KV输电线路短路引起的过电流故障，为主保护。

保护动作于35KV输电线路断路器跳闸。

2、时限过电流保护

保护用于反映35KV输电线路短路引起的过电流和35KV输电线路主保护后备的相间后备保护。

保护延时动作于35KV输电线路断路器跳闸。

3、时限过负荷保护

保护用于反映35KV输电线路过负荷引起的过电流。

保护延时动作于报警。

35KV输电线路的保护方案设置如“石人洞一级-电-06”图所示。

7.6.3主变压器保护方式

1、轻、重瓦斯保护

保护用于反映主变压器内部故障或油面降低。

轻瓦斯保护反映主变压器内部故障产生轻微瓦斯或油面降低，保护瞬时动作于信号；重瓦斯保护反映主变压器内部故障产生大量瓦斯，保护瞬时动作于跳开35KV输电线路侧断路器和发电机侧空气断路器。

2、油温升高信号

装设扇形温度信号计监视主变压器运行时的油温情况，为了防止变压器油过速劣化，温度可整定为850C左右。

主变压器保护方案设置如“石人洞一级-电-06”图所示。

7.7二次接线

7.7.1电气测量、计量和信号及同期系统

1、电气测量和计量

（1）发电机组

三相电流，电压，功率因数，频率，励磁电压，励磁电流，三相有功功率，三相无功功率，三相有功电度，三相无功电度。

发电机电气测量和计量方案如“石人洞一级-电-05”，“石人洞一级-电-06”图所示。

（2）35kV输电线路侧

电流，电压，功率因数，三相有功率，三相无功率（表计装于主变、输电线路控制保护屏面上），三相有功电度，三相无功电度（表计装于主变、输电线路控制保护屏后）。

输电线路电气测量和计量方案如“石人洞一级-电-06”图所示。

2、信号系统

石人洞一级水电站的信号装置采用信号继电器、指示灯、信号灯、电铃等设备，当系统发生故障或事故时，信号装置发出灯光、音响信号，反映设备运行状况，警示运行人员。

3．同期系统

水电站的同期方式采用自动准同期与灯光熄灭法的手动准同期，自动及手动准同期装置设置在每台发电机控制屏上。

同期点设在各发电机0.4kV电压母线上，在发电机电压母线上并网。

同期方案如“石人洞一级-电-05”、“石人洞一级-电-06”图所示。

7.7.2电站电流、电压互感器的配置及主要技术参数

根据石人洞一级水电站的一次主接线方案和电站装机规模，电站的电流互感器和电压互感器的配置及主要技术参数如下表所列。

电流互感器和电压互感器的配置及主要技术参数表

序号

设备名称

型号及规格

单位

数量

备注

1

35KV电流互感器

LRD-35，50/5A，0.2/10P

只

3

六氟化硫断路

器内置互感器

2

0.5KV电压互感器

JDG-0.5，0.4/0.1KV，02级

只

6

发电机组控制

屏内置互感器

3

0.5KV电流互感器

LQG-0.5，1500/5A，0.2级

只

18

发电机组控制

屏内置互感器

7.7.3直流电源系统

电站35KV输电线路的控制、保护、合闸、信号电源采直流220V。

需要最大直流容量的设备为LW8-40.5/630A断路器的操作机构。

考虑在事故状态全站失压后有足够的直流电源供给信号、保护、操作和断路器合闸，迅速恢复供电，设计选用一套硅整流直流系统，型号为GKA-100/-220V。

直流系统方案祥见“石人洞一级-电-08”图所示。

7.8电工试验仪表仪器

根椐石人洞一级水电站的装机规模和与电力系统连网方案，其电气设备的交接和预防性试验，电工测量仪器的校验及修理，电气二次设备的调整试验和维护检修等，委托与其连网的石门桥水电站负责。

石门桥水电站具有先进的电工试验仪表仪器和熟炼的电修电试人员。

因此，石人洞一级水电站不设专门的电工试验室，只配置一般常用的电工仪表仪器。

石人洞一级水电站常用仪表仪器详见下表所列。

石人洞一级水电站常用仪表仪器

序号

名称

型号及规格

单位

数量

1

标准相序表

TG3—0～75～500V,40～60Hz

只

1

2

接地摇表

ZC8-3,1～100Ω

只

1

3

兆欧表

ZC25-3，500V；ZC25-3，1000V；ZC25-3，2500V

只

各1

4

万用表

MF-10型，MF-12型，MF-14型（型号仅供参考）

块

各1

5

标准频率表

D3Hz-1，45～55Hz，0.2级，0～110V

只

1

6

标准转速表

0～1000rpm±1%

只

1

7

高压验电笔

根

1

8

35KV绝缘棒

根

1

9

钳形交直流

电流电压表

0-30-600V，50Hz，2.5级，0-10-50-250-1000A

块

1

7.9通信

为确保石人洞一级水电站安全、可靠、经济发供电，保证电站内、外通信联络畅通，石人洞一级水电站与石门桥水电站及站内之间，采用程控电话和移动电话通讯联络。

7.10电气设备布置

根据石人洞一级水电站厂区总体布置情况和厂房内及升压站主要电气设备的型号规格及数量，输电线路电压等级和回路数，主要电气设备布置方式如下：

7.10.1厂房内电气设备的布置方式

发电机组监测控制屏（三面），机组励磁屏（三面），35KV主变、线路控制保护屏（一面），硅整流屏（一面），低压配电屏（一面）等屏柜一行并列布置在厂房的发电机层的下游侧。

各屏金属外壳和电气设备的保护接地及工作接地等均须与厂房接地网相连。

厂房内主要电气设备的布置如“石人洞一级-厂房-01”图所示。

7.10.2升压站电气设备的布置方式

升压站布置在进厂房大门的右侧平台上。

根据升压站的电压等级、电气设备型号规格、数量及35kV输电线路进出线回路数，升压站电气设备的布置如“石人洞一级-电-09”、“石人洞一级-电-10”、“石人洞一级-电-11”、“石人洞一级-电-12”、“石人洞一级-13”图所示。

升压站电气设备外壳和保护接地及工作接地等均须与升压站的主接地网相连。

石人洞一级水电站主要设备材料表

序号

设备名称

型号及规格

单

位

数

量

备注

1

发电机组

SFW630-6/990

台

3

机端电压0.4kV

2

主变压器

S9-800/35，38.5±5%/0.4kV

台

1

连接组别Y,yno

3

主变压器

S9-1600/35，38.5±5%/0.4kV

台

1

连接组别Y,yno

4

35kV六氟

化硫断路器

LW8-40.5/630A

台

1

额定短路开断电流16.5KA

5

35kV高压熔断器

RW10-35/100A

只

3

额定开断电流5KA

6

35kV隔离开关

GW5-35GD/630A

组

2

热稳定电流20KA

7

35kV计量箱

JLW-35，35/0.1，50/5

台

1

8

35KV氧化锌避雷器

HY5WZ-42/134

只

3

35KV防雷保护用

9

0.5KV氧化锌避雷器

HY1.5W-0.5

只

6

主变低压侧防雷用

10

矩形铝母排

LMY-100×8

米

300

机组控制屏屏顶至

主变低压侧连接用

11

电力电缆

YJV-1kV-1×630

米

100

1#、2#、3#发电机组用

12

电力电缆

VV22-1kV-3×70＋1×35

米

50

厂用配电用

13

电力电缆

VV22-1kV-3×50＋1×25

米

300

厂用配电用

14

电力电缆

VV22-1kV-2×25

米

100

厂用配电用

15

控制电缆

KVVP2-450/750V-4×2.5

米

100

表计和保护

16

发电机监控屏

PCF-3（T）630/0.5kV

面

3

17

线路控制保护屏

PK-1

面

1

18

硅整流屏

GKA-100/-20V

面

1

20

低压配电屏

PGL-3（改）

面

1

21

送变电金具及

LMY铝母线等

T型线夹、耐张线夹、设

备线夹、悬式绝缘子、

LMY铝母线等

批

1

升压站用

22

钢芯铝导线

LGJ-95

kg

200

升压站用

23

等径砼杆

φ300×9000

根

6

升压站用

24

等径砼杆

φ300×4500

根

5

升压站用

25

钢材（加工成品）

各类规格

吨

3

含接地钢村

26

常用电工仪表仪器

常用电工仪表仪器

批

1