2×30M水力发电厂电气一次部分设计.doc
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郑州航空工业管理学院
发电厂电气部分课程设计
2012届电气工程及其自动化专业1106972班级
题目2×30M水力发电厂电气一次部分设计
姓名***学号110697**
指导教师黄文力职称副教授
二О一三年12月2日内容摘要
本次设计是水电厂电气部分设计。
该水电站的总装机容量为2×30=60MW。
高压侧为110Kv，一回出线与系统相连，一回出线与装机100MW的电站相连，其最大输送功率为60MW，该电厂的厂用电率为0.2%。
根据所给出的原始资料拟定三种电气主接线方案，然后对这三种方案进行可靠性、经济性和灵活性比较后，保留两种较合理的方案，最后通过定量的技术经济比较确定最终的电气主接线方案。
在对系统各种可能发生的短路故障分析计算的基础上，进行了电气设备和导体的选择校验设计。
在对发电厂一次系统分析的基础上，对发电厂的配电装置布置、防雷保护、继电保护和自动装置、同期系统、监控系统均做了初步简单的设计。
毕业设计的过程是一次将理论与实际相结合的初步过程，起到学以致用，巩固和加深对电气工程及其自动化专业的理解，树立工程设计的观念，提高了电力系统设计的能力的作用。
关键字：
电气主接线，短路电流计算，设备选型，配电装置布置，防雷保护，继电保护和自动装置，同期系统，监控系统。
目录
目录 2
第一章绪论 3
1.1本毕业设计的目的和要求 3
1.2本毕业设计的内容 3
1.2.1本次设计主要内容 3
第二章电气主接线设计 4
2.1对水电厂原始资料分析 4
2.1.1原始资料 4
2.2电气主接线方案的确定 5
2.3水轮发电机的选择 6
2.4主变的选择 6
2.4.1相数的选择 6
2.4.2绕组数量和连接方式的选择 7
2.4.3普通型与自偶型选择 7
第三章短路电流计算 8
3.1短路电流计算的基本假设 8
3.2电路元件的参数计算 8
3.3短路电流实用计算方法 8
第四章厂用电设计 10
4.1厂用变压器选择 10
4.2厂用电电压等级 10
4.3厂用电源及其引接 10
4.3.1工作电源 10
4.4厂用电接线方式 11
参考文献 12
第一章绪论
1.1本毕业设计的目的和要求
通过毕业设计，让我们理论联系实际，系统、全面地掌握所学知识，培养我们分析问题、工程计算和独立工作的能力，让我们树立工程观点、社会主义市场经济观点，初步掌握发电厂电气部分的设计方法，并在计算、分析和解决工程实际问题等方面得到训练，为今后从事电力系统及发电厂有关设计、运行、科研等方面的工作奠定坚实的理论基础。
1.2本毕业设计的内容
1.2.1本次设计主要内容
（1）、电厂分析及发电机、主变选择。
（2）、电气主接线设计。
（3）、厂用电设计。
（4）、短路电流计算
第二章电气主接线设计
2.1对水电厂原始资料分析
2.1.1原始资料
1、该水电站的规模、及性质：
该水电站为不重要水电站，拟定1～2台变压器。
电压等级为发电机电压（待选）和110KV等级。
与外界连接方式如下：
-
图2.1原始连接图
2、负荷：
（1）110KV侧：
夏季：
负荷率：
100%负荷天数：
185天
冬季：
负荷率：
40%负荷天数：
180天
（2）发电机侧：
厂用电率为0.2%
2.2电气主接线方案的确定
电气主接线设计是水电站电气设计的主体。
它与电力系统、枢纽条件、电站动能参数以及电站运行的可靠性、经济性等密切相关，并对电气布置、设备选择、继电保护和控制方式等都有较大的影响，必须紧密结合所在电力系统和电站的具体情况，全面地分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，通过技术经济比较，合理地选定接线方案。
电气主接线的主要要求为:
1、可靠性：
衡量可靠性的指标，一般是根据主接线型式及主要设备操作的可能方式，按一定的规律计算出“不允许”事件的规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种接线形式的择优。
2、灵活性：
投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵活。
3、经济性：
通过优化比选，工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗小。
110Kv侧由于本电站是小水电，不承担主要负荷，没有重要机端负荷，从接线的可靠性、经济性和灵活性考虑，在我国运行的成熟经验一般采用单母线接线方式。
所以本电站，110Kv侧采用单母线接线。
技术比较：
方案的技术特性分析，一般从以下几个方面进行分析：
1、供电的可靠性；
2、运行上的安全和灵活性；
3、接线和继电保护的简化；
4、维护与检修的方便等。
经济比较：
经济比较中，一般有一次投资和年运行费用两大项。
计算中，一般只计算各方案不同的一次性投资及年运行费。
经过综合考虑：
采用单元接线，其接线示意图如下图所示：
图2.2单元接线方案
2.3水轮发电机的选择
在我国，水电站容量为20～80MVA的发电机额定电压取10.5kV，容量为20～170MVA的发电机功率因数取0.8～0.85。
因此可以选发电机型号SF25-16/410，其参数如下表：
表2.1.发电机SF25-16/410参数表
型号
额定容量
功率因数
额定电压（V）
额定电流（A）
次暂态电抗
（MVA）
（MW）
SF25-16/410
31.25
25
0.8
10500
1720
0.26
2.4主变的选择
该水电站远离负荷中心，水电站的厂用电很少（0.2%），且没有地区负荷，因此，选择主变压器的容量应大致等于与其连接的发电机容量。
水电厂多数担任峰荷，为了操作方便，其主变压器经常不从电网切开，因此要求变压器空载损耗尽量小。
2.4.1相数的选择
主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素。
根据设计手册有关规定，当运输条件不受限制时，在330KV及以下的电厂及变电所均选用三相变压器。
因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资，占地面积小，运行过程损耗小的优点，同时本电厂的运输地理条件不受限制，因而选用三相变压器。
2.4.2绕组数量和连接方式的选择
（1）绕组数量选择：
根据《电力工程电气设计手册》规定：
“最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电与或与系统相连接时，宜采用三绕组变压器。
结合本电厂实际，因而采用双绕组变压器。
（2）绕组连接方式选择：
我国110KV及以上的电压，变压器绕组都采用Y0连接，35KV一下电压，变压器绕组都采用△连接。
结合电厂实际，因而主变压器接线方式采用Y0/△连接。
2.4.3普通型与自偶型选择
根据《电力工程电气设计手册》规定：
“在220KV及以上的电压等级才宜优先考虑采用自偶变压器。
自偶变压器一般作为联络变压器和连接两个直接接地系统。
从经济性的角度出发，结合本电厂实际，选用普通型变压器。
综上所述，需要两种容量的变压器：
62.5MVA（一台）和31.25MVA（两台）。
结合本电厂实际，从经济性的角度出发，选择型式为：
双绕组的无励磁调压电力变压器。
查相关的手册符合条件并通过比较有为：
SFP7—63000/110和SF7—31500/110型。
其技术参数见表2。
表2.2电力变压器技术参数
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
空载电流（%）
空载损耗KW
负载损耗KW
阻抗电压
（%）
高压
低压
SFP7—63000/110
63000
110（121）±2×2.5%
10.5
0.6
52
254
10.5
SF7—31500/110
31500
110（121）±2×2.5%
10.5
0.8
31
147
10.5
第三章短路电流计算
3.1短路电流计算的基本假设
（1）短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并认为所有发电机的电势都相同电位。
（2）负荷只作近似估计，或当作恒定电抗，或当作某种临时附加电源，视具体情况而定。
（3）不计磁路饱和。
系统各元件的参数都是恒定的，可以用叠加原理。
（4）对称三相系统。
出不对称短路故障处不对称之外，实际系统都是对称的。
（5）忽略了高压线的电阻电容，忽略变压器的电阻和励磁电流，这就是说，发电机、输电、变电和用电的元件均匀纯电抗表示。
（6）金属性短路，即不计过度电阻的影响，认为过渡电阻为零的短路情况。
3.2电路元件的参数计算
选取基准容量为100MVA，归算到110KV侧进行标么值计算。
3.3短路电流实用计算方法
在工程计算中短路电流的计算常采用实用曲线法，其计算步骤如下：
（1）选择计算短路点；
（2）画等值网络图；
A、选取基准容量和基准电压。
B、首先去掉系统中的所有负荷分支。
线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗。
C、将各元件电抗换算为同一基准的标么值电抗。
D、汇出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。
E、化简等值网络：
为计算不同短路点的短路电流值，需要将等值网络分别化简为短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电流与短路点之间的电抗，即转移电抗以及无限大电源对短路点的转移电抗。
（3）求出计算电抗，
式中为第i台等值发电机的额定容量。
（4）由运算曲线查出个电源供给的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到）。
（5）计算无限大功率的电源供给的短路电流周期分量。
（6）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。
（7）计算冲击电流。
第四章厂用电设计
4.1厂用变压器选择
参加最大负荷运行的容量出现在一台机组检修、其它机组运行时。
同时率、负荷率及网损率取值如下：
自用电负荷同时率：
；负荷率：
；
共用电负荷同时率：
；网损率：
。
则厂用电计算负荷：
=
=172kvA
选择两台容量为200KVA左右的变压器即可满足。
查相关厂用变手册选择型号：
S7—200/10，满足要求。
4.2厂用电电压等级
本电站是小型水电站，没有重型的电气设备。
在我国，一般的小水电站的厂用电电压等级为380/220V三相四线制中性点直接接地系统。
4.3厂用电源及其引接
发电厂的厂用电源必须供电可靠，且能满足各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。
4.3.1工作电源
通常，发电厂的工作电源应该至少两个。
本电站主接线设计的是单元接线，厂用电接线位置已在主接线示意图中标出，从两台发电机机端取得，有两个工作电源，若是两台机组停机任可以从系统倒送电回电厂。
这种引接方式，供电可靠、操作简单、调度方便、投资和运行费用都比较省，常被广泛采用。
4.4厂用电接线方式
发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线方式，并多以成套配电装置接受和分配电能。
根据国内成熟的运行经验，本电站接线方式确定为：
按机组分为两段。
其接线方式示意图如图4.1为：
图4.1厂用电接线示意图
参考文献
[1]水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册
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