發(fā)電廠及電力系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p>　　**水電站電氣一次部分</p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　適用專業(yè)： 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) </p><p>　　指導老師： </p><p>　　設(shè)計開始日期：2008年12月 日</p><p>　

2、　設(shè)計結(jié)束日期：2008年12月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計原始資料</p><p>　　1.1 概況……………………………………………………………………(5) </p><p>　　1.2 工程任務(wù)和規(guī)模……………………………………………………(7)

3、 </p><p>　　1.3 機器及金屬機構(gòu)……………………………………………………(8) </p><p>　　第二章 變壓器的選擇</p><p>　　2.1 主變壓器的選擇…………………………………………………(10)</p><p>　　2.2 廠用變壓器的選擇………………………………………………(11)</p&

4、gt;<p>　　第三章 電氣主接線設(shè)計</p><p>　　3.1 電氣主接線的概況………………………………………………(14) </p><p>　　3.2 電氣主接線的方案擬定及比較………………………………(14) </p><p>　　3.2.1 主接線方案的擬定………………………………………(14) </

5、p><p>　　3.2.2 主接線方案的比較………………………………………(14)</p><p>　　第四章 短路電流計算</p><p>　　4.1 短路電流計算的目的…………………………………………(17) </p><p>　　4.2 短路電流計算的內(nèi)容…………………………………………(17)</p><p

6、>　　4.3 短路電流計算的方法…………………………………………(17)</p><p>　　4.4 短路電流計算成果表…………………………………………(18)</p><p>　　第五章 設(shè)備的選擇、校驗</p><p>　　5.1 電氣一次設(shè)備選擇的一般條件………………………………(19)</p><p>　　5.2 電氣

7、一次設(shè)備的選擇及成果…………………………………(21)</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　水電是清潔能源，可再生、無污染、運行費用低，便于進行電力調(diào)峰，有利于提高資源利用率和經(jīng)濟社會的綜合效益。在地球傳統(tǒng)能源日益緊張的情況下，世界各國普遍優(yōu)先開發(fā)水電大力利用水能資源。</p><p>　　中國不論是水能資源蘊藏量

8、，還是可能開發(fā)的水能資源，都居世界第一位。截至2008年底，中國水電總裝機容量已達到1.75億千瓦，水電能源開發(fā)利用率從改革開放前的不足10%提高到27%。水電事業(yè)的快速發(fā)展為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展作出了重要的貢獻，同時還帶動了中國電力裝備制造業(yè)的繁榮。三峽機組全部國產(chǎn)化，邁出了自主研發(fā)和創(chuàng)新的可喜一步。小水電設(shè)計、施工、設(shè)備制造也已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平，使中國成為小水電行業(yè)技術(shù)輸出國之一。</p><p>　　此外，

9、中國水電產(chǎn)業(yè)各項經(jīng)濟指標增長較快。2007年1-11月，中國水力發(fā)電行業(yè)累計實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值93,826,334千元，比上年同期增長了20.88%；累計實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入89,240,772千元，比上年同期增長了20.17%；累計實現(xiàn)利潤總額24,689,815千元，比上年同期增長了35.91%。2008年1-11月，中國水力發(fā)電行業(yè)累計實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值111,348,950千元，比上年同期增長了23.50%；累計實現(xiàn)產(chǎn)品銷售收入113,14

10、7,151千元，比上年同期增長了24.80%；累計實現(xiàn)利潤總額26,863,763千元，比上年同期增長了9.75%。</p><p>　　中國經(jīng)濟已進入新的發(fā)展時期，在國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長、工業(yè)現(xiàn)代化進程加快的同時，資源和環(huán)境制約趨緊，能源供應(yīng)出現(xiàn)緊張局面，生態(tài)環(huán)境壓力持續(xù)增大。據(jù)此，加快西部水力資源開發(fā)、實現(xiàn)西電東送，對于解決國民經(jīng)濟發(fā)展中的能源短缺問題、改善生態(tài)環(huán)境、促進區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展，無疑具有非

11、常重要的意義。另外，大力發(fā)展水電事業(yè)將有利于縮小城鄉(xiāng)差距、改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件，對于推進地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高農(nóng)民收入，加快脫貧步伐、促進民族團結(jié)、維護社會穩(wěn)定，具有不可替代的作用。水電開發(fā)通過投資拉動、稅收增加和相關(guān)服務(wù)業(yè)的發(fā)展，將把地方資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，以此帶動其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成支撐力強的產(chǎn)業(yè)集群，有力促進地方經(jīng)濟的全面發(fā)展。</p><p>　　本次設(shè)計從主接線、短路電流計算、主要電氣設(shè)備選擇等

12、幾方面對水電站電氣設(shè)計進行了闡述，并繪制了電氣主接線圖（推薦方案）、電氣主接線圖（比較方案）、升壓站平面布置圖、廠房電氣設(shè)備布置圖、升壓站電氣布置斷面圖、6.3KV高壓開關(guān)柜接線方案圖、低壓配電屏接線方案圖、變電器主保護回路圖和原理圖、機組保護原理圖等相關(guān)設(shè)計圖紙。本文是在湖南水利水電學院水利建筑工程系何榮鋒教授的精心指導下完成的。何榮鋒老師治學嚴謹、知識廣博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在畢業(yè)設(shè)計期間何榮鋒老師在設(shè)計的選題何設(shè)計思路

13、上給了我很多的指導和幫助。何榮鋒老師循循善誘的教學方法、熱情待人的處事方法、一絲不茍的治學態(tài)度、對學生嚴格要求的敬業(yè)精神給我留下了很深的印象。在此，我對恩師表達最崇高的敬意和最誠摯的感謝！</p><p>　　因為本人知識有限，設(shè)計中有很多錯誤和不妥之處，敬請各位老師批評指正。</p><p>　　第一章 設(shè)計原始資料</p><p><b>　　1.1

14、 概況</b></p><p>　　渠江鎮(zhèn)位于安化縣西南部，柘溪水庫庫區(qū)上游西岸，為安化、新化、溆浦三縣交界之處，水路可經(jīng)柘溪庫區(qū)至安化縣城及沿河各地，陸路有S225省道穿過該鎮(zhèn)東北部。晏家水電站位于渠江鎮(zhèn)南部的晏家村，晏家村與溆浦縣善溪鄉(xiāng)相鄰，該村距渠江鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府駐地15km，距善溪鄉(xiāng)政府駐地3km，現(xiàn)有人口1100人，人均收入不到1200元。</p><p>　　晏家水電站位

15、于資水一級支流渠江下游，距資水入河口15km，壩址以上控制集雨面積620km2，占渠江總流域面積的72.9%。該電站上游原規(guī)劃開發(fā)水電站八座，總裝機容量28120kW，依次為：①渠江干流175～207m為梧桐水電站，控制集雨面積570km2，規(guī)劃裝機8000kW；②朱溪江支流207～232m為兩江水電站，控制集雨面積330km2，規(guī)劃裝機3200kW；③朱溪江支流232～285m為朱溪江水電站，控制集雨面積315km2，規(guī)劃裝機6400

16、kW；④朱溪江支流285～325m為大興水電站，控制集雨面積290km2，規(guī)劃裝機5000kW；⑤崗東河支流207～242m為木壕水電站，控制集雨面積182km2，規(guī)劃裝機2000kW；⑥崗東河支流250～292m為羅林水電站，控制集雨面積76km2，規(guī)劃裝機1260kW；⑦崗東河支流292～342m為河邊水電站，控制集雨面積68km2，規(guī)劃裝機1260kW；⑧崗東河支流342～390m為芭油水電站，控制集雨面積60km2，規(guī)劃裝機10

17、00kW。</p><p>　　擬建晏家水電站位于梧桐水電站下游3km處，為徑流式電站，裝機容量為2×1600kW，設(shè)計引用流量38.8m3/s。</p><p>　　1.2 工程任務(wù)和規(guī)模</p><p>　　晏家水電站位于資水一級支流渠江下游，壩址處在安化縣渠江鎮(zhèn)晏家村境內(nèi)，且緊臨溆浦縣善溪鄉(xiāng)，其庫區(qū)及集雨區(qū)域大部分屬溆浦縣境內(nèi)。該工程上游水位受梧桐

18、水電站尾水控制，下游水位受柘溪水庫的調(diào)節(jié)影響。據(jù)渠江流域的水電規(guī)劃，梧桐水電站利用水頭為175～207m高程；根據(jù)柘溪水庫多年運行的情況，其常水位一般在160～165m。由上可知，從梧桐水電站至柘溪水庫間有約10m水頭的水資源可以開發(fā)利用。</p><p>　　根據(jù)保證出力，從年發(fā)電量、年利用小時數(shù)、工程總投資和工程年運行費用等各項指標綜合分析后，本階段選擇裝機容量為3200kW。</p><

19、p>　　根據(jù)電站的流量水頭特性，采用軸流式機組。綜合考慮電站的投資及以后的運行情況，選擇采用2臺1600kW發(fā)電機組，轉(zhuǎn)輪直徑180cm，額定轉(zhuǎn)速300r/min，額定流量19.4m3/s，額定點效率90%。</p><p>　　1.3 機器及金屬機構(gòu) </p><p>　　（1）水輪機主要參數(shù)</p><p>　　型號：ZD680-LH-180

20、 臺數(shù)：2臺</p><p>　　額定水頭：10.0m </p><p>　　額定出力：1778kW 額定流量：19.40m3/s</p><p>　　額定工況點效率：90% 額定轉(zhuǎn)速：300r/min</p><p>　?。?）調(diào)速器：選用2個YWT-3000型自動調(diào)

21、速器。</p><p>　?。?）發(fā)電機主要參數(shù)</p><p>　　型號SF1600-20/2600，額定功率1600kW，共2臺；</p><p>　　額定電壓6300V，額定轉(zhuǎn)速300r/min；</p><p><b>　　功率因數(shù)0.8。</b></p><p><b>　?。?/p>

22、4）變壓器</b></p><p>　　主變型號：S9-4000/35 臺數(shù)：1臺</p><p>　　站用變型號：SC10-315/6.3 臺數(shù)：1臺</p><p>　　本電站主要金屬結(jié)構(gòu)為電站流道進、出口工作閘門和檢修閘門以及其啟閉設(shè)備。</p><p&g

23、t;　　閘門均采用鋼閘門，共7扇；啟閉設(shè)備均采用手電兩用螺桿式啟閉機，分別有1臺5t、2臺10t、2臺15t。</p><p>　　第二章 變壓器的選擇</p><p>　　2.1 主變壓器的選擇</p><p>　　電力變壓器是水電站關(guān)鍵的一次設(shè)備，其功能是將電能電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。</p><p>　　電

24、力變壓器按相數(shù)分，有單相和三相兩大類，主要考慮變壓器制造條件、可靠性要求和運輸條件等因素。對330及其以下曉以大電壓系統(tǒng)中，當不受運輸條件限制時，一般選用三相變壓器，因為單相變壓器相對而言投資大、占地多、運行損耗也較大，同時配電裝置結(jié)構(gòu)復雜，增加了維修工作量，因此本設(shè)計中主變壓器采用三相電力變壓器。</p><p>　　電力變壓器按電壓調(diào)節(jié)方式分，可分為無勵磁調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器。本設(shè)計中主變壓器采用無勵磁

25、調(diào)壓變壓器。</p><p>　　電力變壓器按繞組導體材質(zhì)分，有銅線變壓器、鋁線變壓器及半銅半鋁、超導等變壓器，因為銅繞組變壓器損耗低，故本設(shè)計中主變壓器選擇銅繞組變壓器。</p><p>　　電力變壓器按繞組形式分，有雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變電器。雙繞組變壓器用于連接電力系統(tǒng)中的兩個電壓等級，三繞組變壓器一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個電壓等級，自耦變電器用于連接不同電壓

26、的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用，因為晏家水電站高壓只有35和6.3KV兩個電壓等級，所以本設(shè)計中主變壓器采用雙繞組變壓器。</p><p>　　電力變壓器按冷卻方式分，可分為干式變壓器和油浸式變壓器。干式變壓器依靠空氣對流進行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量變壓器。油浸式變壓器依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環(huán)等。近年來大型變壓器都采用強迫油循環(huán)這種冷卻方式 ，本設(shè)

27、計中主變壓器采用強迫油循環(huán)水冷式的電力變壓器。</p><p>　　表2.1 S9系列變壓器技術(shù)參數(shù)</p><p>　　變壓器容量應(yīng)按發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度來確定。而晏家水電站的裝機容量為6.4MW，所以主變壓器的容量應(yīng)選為4000KVA。</p><p>　　綜上所述，根據(jù)表2.1，本設(shè)計選擇S

28、9-4000/35型號的變壓器作為主變壓器。</p><p>　　2.2 廠用變壓器的選擇</p><p>　　2.2.1 廠用變壓器容量選擇的基本要求和應(yīng)考慮的因素</p><p>　　1 廠用變壓器原邊額定電壓必須與引線處電壓一致；副邊額定電壓則與廠用電壓相配合。</p><p>　　2 廠用變壓器可以選用雙繞組變壓器，但大型機組

29、的廠用變壓器多選擇用低壓繞組分裂變壓器。</p><p>　　3 廠用變壓器的容量必須滿足廠用機械正常運轉(zhuǎn)和自起動的要求。</p><p>　　4 廠用變壓器的阻抗電壓不能太小，否則短路電流大，廠用系統(tǒng)的高壓斷路器無法選用價格低廉的輕型斷路器，阻抗電壓也不能太大，否則無法滿足電壓波動和電動機自啟動要求。</p><p>　　表2.2 SC10系列變壓器技

30、術(shù)參數(shù)表</p><p>　　2.2.2 廠用變壓器容量的確定</p><p><b>　　電動機負荷</b></p><p>　　電動機的計算負荷PMC確定如下：</p><p>　　式中：P MN--電動機的額定容量，KW</p><p>　　------電動機效率；</p>

31、<p>　　------電動機功率因數(shù)。</p><p><b>　　表2.3</b></p><p><b>　　廠用變的確定</b></p><p>　　經(jīng)表2.2表2.3及公式，本設(shè)計廠用變型號為SC10-315/6。</p><p>　　第三章 電氣主接線設(shè)計</p>

32、<p>　　3.1 電氣主接線的概況</p><p>　　電氣一次主接線設(shè)計是泵站供用電網(wǎng)絡(luò)的主體結(jié)構(gòu)，是電氣設(shè)計的基本任務(wù)。電氣主結(jié)線設(shè)計應(yīng)充分考慮系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟。對泵站具備防洪功能的特殊性，必須保證供電系統(tǒng)可靠、機組運行靈活。整體設(shè)計中，應(yīng)滿足規(guī)定的技術(shù)標準，結(jié)合泵站實際，進行綜合比較優(yōu)化，得到最佳結(jié)線方案。</p><p>　　3.2 電氣主接線的方案擬定

33、及比較</p><p>　　3.2.1 主接線方案的擬定</p><p>　?。?）根據(jù)原始資料確定初步擬定：</p><p>　　（2）根據(jù)《第二章變壓器的選擇》選擇以下型號的變壓器</p><p>　　3.2.2 主接線方案的比較</p><p>　　對一個水電站而言，電氣主接線在電廠設(shè)計時就根據(jù)機組容量、電廠

34、規(guī)模及電廠在電力系統(tǒng)中的地位等，從供電的可靠性、運行的靈活性和方便性、經(jīng)濟性、發(fā)展和擴建的可能性等方面，經(jīng)綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事故情況下的供送電情況。</p><p>　　根據(jù)原始資料和比較方案分析現(xiàn)列出兩種主接線方案。</p><p>　　方案一：35KV側(cè)單母線接線，6.3KV側(cè)單母線接線</p><p><b>　　一臺主變<

35、;/b></p><p>　　方案二：35KV側(cè)單母線接線，發(fā)電機變壓器單元接線</p><p>　　現(xiàn)對上述主接線方案進行比較：</p><p>　　通過對兩種主接線可靠性，靈活性和經(jīng)濟性的綜合考慮，辨證統(tǒng)一，現(xiàn)確定第一方案為設(shè)計最終方案。</p><p>　　第四章 短路電流計算</p><p>　　4.1

36、 短路電流計算的目的 </p><p>　?。?)電氣主接線比選:</p><p>　　短路電流計算可為不同方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較，并為確定是否采取限制短路電流措施等提供依據(jù)。</p><p>　?。?)選擇導體和電器:</p><p>　　如選擇斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、互感器等。其中包括計算三相短路沖擊電流、沖擊電流有效值以校驗電氣設(shè)

37、備動力穩(wěn)定，計算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用以校驗電氣設(shè)備及載流導體的熱穩(wěn)定性，計算三相短路容量以校驗短路器的遮斷能力等。</p><p>　?。?) 選擇繼電保護裝置和整定計算</p><p>　　在考慮正確、合理地裝設(shè)保護裝置，在校驗保護裝置靈敏度時，不僅要計算短路故障支路內(nèi)的三相短路電流值，還需知道其他支路短路電流分布情況；不僅要算出最大運行方式下電路可能出現(xiàn)的最大短路電流值，還應(yīng)計算最

38、小運行方式下可能出現(xiàn)的最小短路電流值；不僅要計算三相短路電流而且也要計算兩相短路電流或根據(jù)需要計算單相接地電流等。</p><p>　　4.2 短路電流計算的內(nèi)容</p><p>　　1)短路點的選取：各級電壓母線、電動機末端。</p><p>　　2)短路時間的確定：根據(jù)電氣設(shè)備選擇，確定計算短路電流的時間。</p><p>　　3)短路

39、電流的計算：無窮大系統(tǒng)短路電流；有限大系統(tǒng)短路電流；各級電壓中性點不接地系統(tǒng)的單相短路電流。計算的具體項目及其計算條件，取決于計算短路電流的目的 。</p><p>　　4.3 短路電流計算的方法</p><p>　　供配電系統(tǒng)某處發(fā)生短路時，要算出短路電流必須首先計算出短路點到電源的回路總阻抗值。電路元件電氣參數(shù)的計算有兩種方法：標幺值法和有名值法。</p><p&

40、gt;　　標幺制是一種相對單位制，標幺值是一個無單位的量，為任一參數(shù)對其基準值的比值。標幺值法，就是將電路元件各參數(shù)均用標幺值表示。由于電力系統(tǒng)有多個電壓等級的網(wǎng)絡(luò)組成，采用標幺值法，可以省去不同電壓等級間電氣參量的折算。在電壓系統(tǒng)中宜采用標幺值法進行短路電流計算。</p><p>　　有名值法就是以實際有名單位給出電路元件參數(shù)。這種方法通常用于1KV以下低壓供電系統(tǒng)短路電流的計算。</p><

41、;p>　　4.4 短路電流計算成果表</p><p>　　第五章 設(shè)備的選型、校驗</p><p>　　5.1 電氣一次設(shè)備選擇的一般條件</p><p>　　電器選擇是發(fā)電廠和變電站電氣設(shè)計的主要內(nèi)容之一。正確的選擇電器是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用

42、新技術(shù)，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。 </p><p>　　盡管電力系統(tǒng)中各種電器的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求卻是一致的。在進行設(shè)備選擇時，必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)規(guī)定，根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、運行方便等要求。電器要能符合上述要求，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。</p>&l

43、t;p>　　(1)按正常工作條件選擇電器</p><p>　?、兕~定電壓和最高工作電壓</p><p>　　電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運行電壓因調(diào)壓或負荷的變化，有時會高于電網(wǎng)的額定電壓 ，故所選電氣設(shè)備允許的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。因此，在電氣設(shè)備時，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓 不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓的條件選擇。即 </p><p&g

44、t;<b>　?、陬~定電流</b></p><p>　　電氣設(shè)備的額定電流是在額定環(huán)境溫度下，電氣設(shè)備的長期允許電流。應(yīng)不小于該賄賂在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流，</p><p>　　即： </p><p>　　(2)按短路情況校驗</p><p><b>　　①短路熱穩(wěn)定校

45、驗</b></p><p>　　短路電流通過電器時，電器各部件溫度應(yīng)不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定的條件為: </p><p>　　式中：—短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)</p><p>　　、t—電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定的電流和時間</p><p><b>　　2）電動力穩(wěn)定校驗</b>

46、;</p><p>　　電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機械效應(yīng)的能力，也稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定</p><p>　　的條件為： </p><p>　　式中： —短路沖擊電流幅值</p><p>　　—電氣設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流幅值 </p><p><b>　　3）短路計算時間</b&

47、gt;</p><p>　　驗算熱穩(wěn)定的短路計算時間為繼電保護動作時間和相應(yīng)斷路器的全開斷時間之和，即： </p><p>　　一般取保護裝置的后備保護動作時間</p><p><b>　　4）絕緣水平</b></p><p>　　在工作電壓和過電壓的作用下，電器的內(nèi)、外絕緣應(yīng)保證必要的可靠性。電器的絕緣水平，

48、應(yīng)按電網(wǎng)中出現(xiàn)的各種過電壓和保護設(shè)備相應(yīng)的保護水平來確定。但所選電器的絕緣水平低于國家規(guī)定的 標準數(shù)值時，應(yīng)通過絕緣配合計算，選用適當?shù)倪^電壓保護設(shè)備。</p><p>　　下列幾種情況可不校驗熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定：</p><p>　　1)熔斷器保護的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證，故可不驗算熱穩(wěn)定。</p><p>　　2)采用有限流電阻的熔斷器保護的設(shè)備，可不校驗動穩(wěn)