水电站电气主接线及电气设备布置设计.docx
《水电站电气主接线及电气设备布置设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水电站电气主接线及电气设备布置设计.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
水电站电气主接线及电气设备布置设计
设计说明书
第一章电气主接线设计
1.1主接线设计基本要求与设计原则
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：
1保证必要的供电可靠性和电能质量
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。
在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。
本次设计水电站虽然是一个中型水电站，但是由于担负了许多工业企业，及农业抗旱排涝等供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。
2具有经济性
在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。
欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。
所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。
3具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。
主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。
不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。
显然，复杂地接线不会保证操作方便，反而使误操作机率增加。
但是过于简单的接线，则不一定能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和停电时间。
4具有发展和扩建的可能性
随着经济的发展，已投产的水电站可能需要扩大机组容量，从主变压器的容量、数量到馈电线路数均有扩建的可能，有的甚至需要升压，所以在设计主接线时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。
根据以上几点，对水电站的主接线拟定以下几种方案。
1.2各方案比较
方案Ⅰ
本方案采用了四个单元接线，220kv侧采用了双母线接线，而110kv侧采用了单母线接线。
同时自耦变压器作为两个高电压等级的联络变压器，并兼作厂用电变压器。
图1.1方案Ⅰ简图
优点：
（1）主变压器与发电机容量相同，故障影响范围小，可靠性高
（2）接线简单、清晰，运行灵活
（3）发电机电压设备最少，布置简单，维护工作量小
（4）继电保护简单
缺点：
主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个接线投资大
适用范围：
对可靠要求很高的大型电站采用，而小型电站只在一些特殊情况下采用，如分期建设的电站，二期又只有一台机组时。
方案Ⅱ
本方案采用了四个单元接线，220kv侧、110kv侧均采用双母线接线方式。
同时自耦变压器作为两个高电压等级的联络变压器，并兼作厂用电变压器。
图1.2方案Ⅱ简图
优点：
（1）双母线接线的供电可靠性较高，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，检修任一组母线上的隔离开关也不需要中断供电
（2）调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到一组母线上，能灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
（3）扩建性也非常好，可以向母线左右方向任意扩建，且施工过程也不会停电
缺点：
增加了电气设备的投入，且设备设计及布置较复杂。
适用范围：
在电网中占有重要地位的大中型电站采用
方案Ⅲ
本方案采用了四个单元接线，220kv侧采用单母线分段接线，110kv侧采用了单母线接线方式。
同时自耦变压器作为两个高电压等级的联络变压器，并兼作厂用电变压器。
图1.3方案Ⅲ简图
优点：
（1）接线简单明了，运行方便
（2）投资费用较低，经济性较好
缺点：
（1）发电机电压配电装置元件多，增加检修工作量
（2）母线或母线所连接的隔离开关故障或检修时，需全厂停电，可靠性及灵活性较差
适用范围：
一般小型电站采用
综合分析上述三种方案，再结合该水电站为中型水电站的实际情况，拟定的主接线应以经济性为主，但其可靠性也需要考虑，方案Ⅰ和方案Ⅱ最能满足这两项要求，故最终选定方案Ⅰ和方案Ⅱ为最终比较方案。
方案Ⅱ的可靠性比方案Ⅰ高，但经济性上方案Ⅰ要优于方案Ⅱ。
故在达到一定可靠性前提下，选择方案Ⅰ。
第二章变压器选择
2.1主变压器选择
主变压器的选择主要包括变压器的容量、变压器的台数、变压器的型式、绕组连接方式、变压器的调压方式和对变压器的阻抗选择。
2.1.1主变压器容量和台数确定
就中小型水电站来说，一般接在发电机电压侧的近区和厂用电负荷很小，有的电站甚至没有近区负荷，此时主变压器的容量可按照所连接的水轮发电机容量来选择。
如果发电机电压侧接有较大的近区负荷，则主变压器的容量可按照发电机电压侧最小负荷时，能将电站所有剩余的有功功率和无功功率送出去进行选择，考虑到电站的近区用电负荷有一个发展过程，一般难以准确确定，因此在选择主变压器容量时，要考虑适当留有余地。
对于有重要负荷的水电站，应考虑当一台主变故障或检修停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应能保证用户的一级和二级负荷。
因为单台发电机容量为150MW
由
算出：
S=187.5MVA
取容量略大于S的变压器
综合考虑容量应选容量为200MVA的四台主变压器
2.1.2主变压器型式选择
变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性及运输条件等因素，在不受运输条件限制时，330kV及以下的水电站均应选用三相变压器，最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，而机组容量为220MW以上的发电厂采用发电机-双绕组变压器单元接线接入系统，本水电站容量为4×150MW，故选用三相双绕组变压器。
2.1.3绕组连接方式选择
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，电力系统采用的绕组连接方式只有星形和三角形，如何组合要根据具体工程来确定，我国ll0kV及以上电压变压器绕组都采用Y0连接，35kV采用Y连接，35kV以下电压等级、变压器绕组都采用△连接，所以本水电站主变压器绕组连接方式为Y0／△。
2.1.4调压方式与阻抗选择
变压器通过调压方式分为两类：
无励磁调压和有载调压。
有载调压它的调整范围较大，一般在15%以上，而且，既可向系统传输功率，又可从系统倒送功率。
无励磁调压变压器调压范围较小，为±5%，但其经济性较好，故选用无励磁调压变压器。
对于三绕组变压器目前在制造上有两种基本的组合方式，即“升压结构”和“降压结构”。
“升压型”的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为中、低、高，所以变压器中压侧阻抗最大。
“降压型”的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为低、中、高，所以高、低压侧阻抗最大。
根据以上综合比较，所选主变压器的特性参数如表2.1。
表2.1主变压器特性参数
主变型号
额定电压（KV）
空载电流
空载损耗
负载损耗
阻抗电压
高压
低压
SSP3-200000/220
242±2×2.5%
10.5
0.9%
123.5kw
443kw
13.8
SFP7-200000/110
121±2×2.5%
10.5
0.5%
99.4kw
410kw
10.5
2.2自耦变压器的选择
水电站的厂用电是水电站的重要负荷，因此，在厂用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑水电站发展规划，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，使设计达到经济合理，技术先进，保证水电站安全，经济的运行。
选用自耦变压器作为两级升高电压之间的联络变压器，同时兼作厂用变压器，其低压绕组兼作厂用电的备用电源和启动电源。
所选主变容量为200MVA，故自耦变压器取容量为200MVA。
水电站的厂用电负荷按装机容量的0.5%考虑。
S=0.5%×750MVA=3.75MVA
选出水电站自耦变压器特性参数如下表2.2。
表2.2所用自耦变压器特性参数
型号
额定容量/KVA
额定电压/KV
空载电流
空载损耗
负载损耗
阻抗电压
OSFPS7-200000/220
200000/
200000/
100000
高压
242±2×2.5%
0.22%
62kw
320kw
8.7
中压
121
32
低压
10.5
20.5
第三章短路电流计算
3.1短路电流计算目的
在水电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。
在选择电气设备时，为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，需要进行全面的短路电流计算。
例如：
计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定值；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。
3.2短路电流计算一般规定
1、电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；
2、短路种类：
一般以三相短路计算；
3、接线方式应是可能发生最大短路电流的正常方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
4、短路电流计算点：
在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。
5、计算容量：
应按工程设计规划容量计算，并考虑系统发展规划。
3.3短路电流计算结果
确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式。
故确定以220KV主母线，110KV主母线，220KV侧发电机出口处，110KV侧发电机出口处为三相短路电流计算点。
水电站短路电流计算结果如表3.1。
表3.1短路电流计算结果表
短路
类型
短路点
短路点
位置
短路电流周期分量
短路冲击电流
各时刻短路电流（KA）
有效值I
（KA）
最大值i
（KA）
0s
0.1s
1s
2s
4s
三
相
短
路
d1
220KV
母线
7.024
6.870
7.001
7.124
7.268
10.957
18.403
d2
110kV
母线
3.45
3.239
3.293
3.344
3.40
5.382
9.039
d3
220KV侧发电机
2.627
2.399
2.354
2.344
2.335
4.098
6.883
d4
110KV侧发电机
3.694
3.208
3.22
3.241
3.227
5.763
9.678
第四章电气设备选择
4.1电气设备选择原则
电气设备的选择是水电站电气设计的主要内容之一。
正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。
在进行电气设备选择时必须符合国家有关经济技术政策。
技术要先进，经济要合理，安全要可靠，运行要灵活，而且要符合现场的自然条件要求。
所选设备正常时应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。
电气设备的选择应遵循以下两个原则：
一.按正常工作状态选择。
按正常工作状态选择的具体条件：
（1）额定电压：
电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。
一般220KV及以下的电气设备的最高允许工作电压为1.15Ue。
所以一般可以按照电气设备的额定电压Ue不低于装设地点的电网的额定电压Uew:
Ue≥Uew。
（2）额定电流：
所选电气设备的额定电流Ie不得低于装设回路最大持续工作电流Imax:
Ie≥Imax。
计算回路的Imax应该考虑回路中各种运行方式下的在持续工作电流：
变压器回路考虑在电压降低5％时出力保持不变，所以Imax＝1.05Iet;母联断路器回路一般可取变压器回路总的Imax；出线回路应该考虑出线最大负荷情况下的Imax。
升级会员 