發(fā)電廠課程設(shè)計(jì)水電站設(shè)計(jì)

1、摘摘 要要 電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。 它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再通過由變壓器、電 力線路的等變換、輸送、分配電能設(shè)備所組成的電力網(wǎng)絡(luò)將電能供應(yīng)到各負(fù)荷中心， 供給用戶使用。 電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán) 節(jié)。電氣一次部分主接線的確定對(duì)電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身投資的大小、 運(yùn)行的靈活性、經(jīng)濟(jì)以及供電的可靠性密切相關(guān)，并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置配 置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大的影響。隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電能 的使用已經(jīng)滲透到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。本

2、文是對(duì)裝設(shè)有 4 臺(tái) 125mw 水輪機(jī) 組的中性水電站電氣一次部分的初步設(shè)計(jì)，主要完成了電氣主接線的設(shè)計(jì)，其中包括 電氣主接線的形式的比較、選擇及確定；主變壓器容量計(jì)算、臺(tái)數(shù)和型號(hào)的選擇；短 路電流計(jì)算和高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 發(fā)電廠；變壓器；電力系統(tǒng)；電氣設(shè)備發(fā)電廠；變壓器；電力系統(tǒng)；電氣設(shè)備 目目 錄錄 目目 錄錄 .2 2 1 1 緒緒 論論 .3 3 1.1 電力系統(tǒng)概述.3 2 2 4*125mw4*125mw 水力發(fā)電廠電氣主接線的確定水力發(fā)電廠電氣主接線的確定.3 3 2.1 概 述.3 2.2 電氣主接線的選擇.4 2.2.1 主接線的設(shè)計(jì).4 2.2.2

3、 方案的選擇.8 3 3 主變壓器的選擇主變壓器的選擇 .9 9 3.1 變壓器的選型.9 3.3.1 具有發(fā)電機(jī)電壓母線的主變壓器.10 4 4 水力發(fā)電廠短路電流計(jì)算水力發(fā)電廠短路電流計(jì)算 .1313 4.1 概 述.13 4.2 各系統(tǒng)短路電流的計(jì)算.13 4.2.1 短路計(jì)算的基本假定和計(jì)算方法.13 4.2.2 電抗圖及電抗計(jì)算.14 5 5 水電站一次設(shè)備的選擇水電站一次設(shè)備的選擇 .2323 5.1 選擇電氣一次設(shè)備遵循的條件.23 5.2 電氣設(shè)備的選擇.23 5.2.1 系統(tǒng)各個(gè)回路的最大工作電流.23 5.2.2 電氣設(shè)備的選擇.24 1 緒緒 論論 1.1 電力系統(tǒng)概述

4、由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。它的功能是 將自然界的一次能源通 過發(fā)電動(dòng)力裝置（主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及電廠輔助 生產(chǎn)系統(tǒng)等）轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到各負(fù)荷中心。 由于電源點(diǎn)與負(fù)荷 中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無法大量儲(chǔ)存，電能生產(chǎn)必須時(shí)刻保持 與消費(fèi)平衡。因此，電能的集中開發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應(yīng)與負(fù)荷的隨機(jī) 變化，就制約 了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其功能，就需在各個(gè) 環(huán)節(jié)和不同層次設(shè)置相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，以便對(duì)電能的生產(chǎn)和輸運(yùn)過程進(jìn)行測量、 調(diào)節(jié)、 控制、保護(hù)、通信和調(diào)度，確保用戶獲得安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的

5、電能。 電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉(zhuǎn)換為其它的能源，而且便 于控制、管理和調(diào)度,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此，電能已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生產(chǎn)和人民生活 的各個(gè)方面。絕大多數(shù)電能都由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠提供，電力工業(yè)已成為我國實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)， 得到迅猛發(fā)展。到 2003 年底，我國發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量達(dá) 38450 萬千瓦，發(fā)電量達(dá) 19080 億度，居 世界第 2 位。工業(yè)用電量已占全部用電量的 5070%，是電力系統(tǒng)的最大電能用戶，供配電系統(tǒng) 的任務(wù)就是企業(yè)所需電能的供應(yīng)和分配。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使高效、無污染、使用方便、易于調(diào)控 的電能得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域

6、的變化，開創(chuàng)了電力時(shí)代，發(fā)生了第二次技術(shù)革命。 電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準(zhǔn)已成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。 2 4*125mw 水力發(fā)電廠電氣主接線的確定水力發(fā)電廠電氣主接線的確定 2.1 概 述 電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。 主接線的確定對(duì)電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身的運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì) 性密切相關(guān)。并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置配置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較 大的影響。因此，必須正確處理好各方面的關(guān)系，全面分析有關(guān)影響因素，通過技術(shù) 經(jīng)濟(jì)比較，合理確定主接線的方案。 發(fā)電廠的電氣主接線是保證電力網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，是電

7、氣設(shè)備布 置、選擇、自動(dòng)化水平和二次回路設(shè)計(jì)的原則和基礎(chǔ)。 2.2 電氣主接線的選擇 電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)計(jì)的重要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán) 節(jié)。主接線的確定對(duì)電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng) 濟(jì)性密切相關(guān)，并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定有 較大影響。因此，必須處理好各方面的關(guān)系，全面分析有關(guān)影響因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì) 比較，合理確定主接線方案，決定于電壓等級(jí)和出線回路數(shù)。電氣主接線是由高壓電 氣設(shè)備連成的接收和分配電能的電路，是發(fā)電廠和變電所最重要的組成部分之一，對(duì) 安全可靠供電至關(guān)重要。因此設(shè)計(jì)的主接線必須滿足如下要求： (1

8、) 滿足對(duì)用戶供電必要的可靠性和電能質(zhì)量的要求； (2) 接線簡單、清晰，操作簡便； (3) 必要的運(yùn)行靈活性和檢修方便； (4) 投資少，運(yùn)行費(fèi)用低； (5) 具有擴(kuò)建的可能性。 發(fā)電廠的主接線的基本環(huán)節(jié)是電源（發(fā)電機(jī)或變壓器）和引出線。母線（又稱匯流 母線）是中間環(huán)節(jié)，它起著匯總和分配電能的作用。由于多數(shù)情況下引出線數(shù)目要比 電源數(shù)目多好幾倍，故在二者之間采用母線連接既有利于電能交換，還可以使接線簡 單明了和運(yùn)行方便。 2.2.1 主接線的設(shè)計(jì) 1 1、課程設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)、課程設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù) （1）電廠規(guī)模： 裝機(jī)容量: 裝機(jī) 4 臺(tái)，容量分別為 125mw, un=1

9、0.5kv 氣象條件：年最高溫度 40 度，平均氣溫 25 度，氣象條件一般，無特殊要求 廠用電率：0.5%。 （2）出線回?cái)?shù)： a. 110kv 電壓等級(jí)：出線 5 回，其中兩回以雙回路送銅山嶺有色金屬礦，另兩回 分別送水圻口變電站和大沃集變電站。110kv 最大負(fù)荷 30mw,最小負(fù)荷 25mw,cos =0.85, tmax=5500h，為類負(fù)荷。 b.220kv 電壓等級(jí)：出線 4 回，兩回與無窮大系統(tǒng)連接，接受該發(fā)電廠的剩余功率。 另一回與一 220kv 變電站相連，最大負(fù)荷 125mw，tmax=5500h,為類負(fù)荷。 220kv 和 110kv 出線各預(yù)留 1 回。 2 2、主接

10、線的方案、主接線的方案 （1） 方案一 a.220kv 電壓等級(jí)的方案選擇。 帶有專用旁路斷路器的接線，多裝了價(jià)高的斷路器和隔離開關(guān)，增加了投資， 然而這對(duì)于匯線較多，負(fù)荷對(duì)供電可靠高的特殊場合，是十分必要的，由于 220kv 負(fù)荷有類負(fù)荷，所以采用雙母線帶專用旁路斷路器的接線方式。采用這種接線方 式的優(yōu)點(diǎn)是：與單母線相比，投資有所增加，但運(yùn)行的可靠性靈活性大為提高，擴(kuò) 建方便，均不會(huì)影響兩組母線的電源和負(fù)荷自由組合分配，并且采用旁路母線之后， 在出線斷路器和隔離開關(guān)檢修的時(shí)候，對(duì)重要負(fù)荷的供電不會(huì)停，保證了供電的可 靠性。 b.110kv 電壓等級(jí)的方案選擇。 由于 110kv 電壓等級(jí)的負(fù)

11、荷為類負(fù)荷，所以在本方案中的可選擇的接線形式 是單母線分段帶專用旁路斷路器的接線，用斷路器把母線分段后，對(duì)重要用戶可以 從不同段引出兩個(gè)回路，有兩個(gè)電源供電；當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動(dòng) 將故障段切除，保證正常段母線不間，供電和不致使重要用戶停電。并且采用旁路 母線之后，在出線斷路器和隔離開關(guān)檢修的時(shí)候，對(duì)重要負(fù)荷的供電不會(huì)停，保證 了供電的可靠性。 c.10kv 電壓等級(jí)的方案選擇。 本方案中的可選擇的接線形式是單母線分段接線。用斷路器把母線分段后，對(duì) 重要的用戶可以從不同的段引出兩條回路，有兩個(gè)電源供電；當(dāng)一段母線發(fā)生故障， 分段斷路器會(huì)自動(dòng)將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不

12、致使重要用戶停 電。 所以可以將主接線形式表示如圖 2-1 所示。 圖 2-1 方案一接線圖 （2） 方案二 a.220kv 電壓等級(jí)的方案選擇。 由于 220kv 電壓等級(jí)的電壓饋線數(shù)目是 4 回，所以在本方案中的可選擇的接線 形式是雙母線接線形式。由于雙母線接線的可靠性和靈活性高，它可以輪流檢修 母線，而不中斷對(duì)用戶的供電；當(dāng)檢修任意回路的母線隔離開關(guān)時(shí)，只需斷開該 回路；工作母線故障時(shí)，可將全部回路轉(zhuǎn)移到備用母線上，從而使用戶迅速恢復(fù) 供電；可用母聯(lián)斷路器代替任意回路需要檢修的斷路器，在種情況下，只需短時(shí) 停電；在個(gè)別回路需要單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可將該回路分離出來，并單獨(dú)接至備用 母線上。雙

13、母線接線形式正好克服了單母線分段接線形式的缺點(diǎn)，所以在大、中 型發(fā)電廠中這種接線形式被廣泛應(yīng)用。 b.110kv 電壓等級(jí)的方案選擇。 由于 110kv 電壓等級(jí)的電壓饋線數(shù)目是 5 回，所以 110 kv 電壓等級(jí)的接線形 式可以選擇單母線接線形式。由于單母線接線本身的簡單、經(jīng)濟(jì)、方便等基本優(yōu)點(diǎn)， 采用設(shè)備少、投資省、操作方便、便于擴(kuò)建和采用成套配電設(shè)備裝置，所以 110 kv 電壓等級(jí)的接線形式選擇為單母線接線。 c.10kv 電壓等級(jí)的方案選擇。 在方案二中的 10kv 電壓等級(jí)的接線形式選擇雙母線分段接線形式。因?yàn)樵谶M(jìn)行 主接線的設(shè)計(jì)中，必須時(shí)時(shí)刻刻考慮到可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性等要求，

14、并且考慮 擴(kuò)建的可能性。綜合上述原因，采用雙母線分段接線。 綜上，所以可以將主接線形式表示如圖 2-2 所示 圖 2-2 方案二接線圖 （3）方案三 220kv 及 110kv 電壓等級(jí)利用方案一選擇的雙母線帶專用旁路斷路器的接線方 式，10kv 采用單母線分段接線方式，接線圖如下圖 2-3 所示 圖 2-3 方案三接線圖 2.2.2 方案的選擇 設(shè)計(jì)發(fā)電廠的電氣主接線時(shí)，首先應(yīng)按技術(shù)要求確定可能選用的方案。當(dāng)有多個(gè)方案 在技術(shù)上相當(dāng)時(shí)，則需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。 技術(shù)上可行方案的選擇 設(shè)計(jì)發(fā)電廠主接線時(shí)在技術(shù)上應(yīng)考慮的主要問題是： 1）保證全系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，不在本廠、站內(nèi)的故障造成系統(tǒng)的瓦解； 2

15、）保證負(fù)荷、特別是重要負(fù)荷供電的可靠性及電能質(zhì)量； 3）各設(shè)備、特別要注意高、中壓聯(lián)絡(luò)變壓器的過載是否在允許范圍內(nèi)。 在上述三種方案中，他們?cè)诩夹g(shù)上都是有顯著差異。單母線分段在投資上是比 雙母線接線的投入要小的，而雙母線接線的可靠性又比單母線分段接線的可靠性高。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中的要求，在 110kv 電壓等級(jí)上的出線上為類負(fù)荷，相對(duì)類負(fù) 荷對(duì)這類用戶可以進(jìn)行短暫的停電，停電不會(huì)造成人身危害以及設(shè)備的破壞，綜合 考慮，則選擇單母線分段帶專用旁路斷路器的接線形式。 在方案一和方案二的比較中，不同的地方是方案二中 220kv 和 110kv 沒有帶旁路 母線，不能不停電檢修斷路器，供電可靠性較差，

16、采用不同型號(hào)和數(shù)量的變壓器， 經(jīng)濟(jì)性差?？紤]到水電站的擴(kuò)建及用地，采用兩臺(tái)變壓器比采用四臺(tái)更加經(jīng)濟(jì)合理， 所以優(yōu)先考慮方案一。 在方案一和方案三的比較中，不同的地方是采用不同型號(hào)和不同數(shù)量的變壓器，方 案三在 10kv 母線上有采用四臺(tái)變壓器，其中兩臺(tái)與 110kv 母線相連，另兩臺(tái)與 220kv 母線相連；而方案一采用兩臺(tái)三繞組變壓器。考慮到水電站的擴(kuò)建及用地，采 用兩臺(tái)變壓器比采用四臺(tái)更加經(jīng)濟(jì)合理，所以優(yōu)先考慮方案一。 通過對(duì)三種方案的比較，并且連同電氣主接線的設(shè)計(jì)原則即可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈 活性以及水電站擴(kuò)建的可能性的綜合考慮，選擇出的最優(yōu)方案是方案一。 3 主變壓器的選擇主變壓器的選擇

17、3.1 變壓器的選型 電力變壓器（文字符號(hào)為 t 或 tm） ，根據(jù)國際電工委員會(huì)的界定，凡是三相變壓 器的額定容量在 5kva 及以上，單相的在 1kva 及以上的輸變電用變壓器，均成為電力 變壓器。電力變壓器是發(fā)電廠和變電所中重要的一次設(shè)備之一，隨著電力系統(tǒng)電壓等 級(jí)的提高和規(guī)模的擴(kuò)大，電壓升壓和降壓的層次增多，系統(tǒng)中變壓器的總?cè)萘恳堰_(dá)發(fā) 電機(jī)容量的 7-10 倍。可見，電力變壓器的運(yùn)行是電力生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)。 主變壓器在電氣設(shè)備投資中所占比例較大，同時(shí)與之相適應(yīng)的配電裝置，特別是 大容量、高電壓的配電裝置的投資也很大。因此，主變壓器的選擇對(duì)發(fā)電廠、變電所 的技術(shù)性影響很大。例如，大型

18、大電廠高、中壓聯(lián)絡(luò)變壓器臺(tái)數(shù)不足（一臺(tái)）或者容 量不足將導(dǎo)致電站、電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性下降，來年絡(luò)變壓器經(jīng)常過載或被迫限制兩級(jí) 電網(wǎng)的功率交換。反之。臺(tái)數(shù)過多、容量過大將增加投資并使配電裝置復(fù)雜化。 發(fā)電廠 200mw 及以上機(jī)組為發(fā)電機(jī)變壓器組接線時(shí)的主變壓器應(yīng)滿足 dl50002000火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定：“變壓器容量可按發(fā)電機(jī)的最大 連續(xù)容量扣除一臺(tái)廠用變壓器的計(jì)算負(fù)荷和變壓器繞組的平均溫度或冷卻水溫度不超 過 650c 的條件進(jìn)行選擇” 。 3.3.1 具有發(fā)電機(jī)電壓母線的主變壓器 1.容量的計(jì)算及確定 連接在發(fā)電機(jī)電壓母線與系統(tǒng)間的主變壓器容量，應(yīng)按下列條件計(jì)算： （1）當(dāng)發(fā)電機(jī)

19、電壓母線上負(fù)荷最小時(shí)，能將發(fā)電機(jī)電壓母線上的剩余有功和無功 容量送入系統(tǒng)，但不考慮稀有的最小負(fù)荷情況。 （2）當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)組停用時(shí)，能由系統(tǒng)供給發(fā)電機(jī)電壓的 最大負(fù)荷。在電廠分期建設(shè)過程中，在事故斷開最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)組的情況下，通過變 壓器向系統(tǒng)取得電能時(shí)，可以考慮變壓器的允許過負(fù)荷能力和限制非重要負(fù)荷。 （3）根據(jù)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，而限制本廠的輸出功率時(shí)能供給發(fā)電機(jī)電壓的最大負(fù) 荷。 （4）按上述條件計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮負(fù)荷曲線的變化和逐年負(fù)荷的發(fā)展。特別注意發(fā) 電廠初期運(yùn)行時(shí)當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓母線負(fù)荷不大時(shí)，能將發(fā)電機(jī)電壓母線上的剩余容量送 入系統(tǒng)。 （5）發(fā)電機(jī)電壓母線與系統(tǒng)連接

20、的變壓器一般為兩臺(tái)。對(duì)裝設(shè)兩臺(tái)變壓器的發(fā)電 廠，當(dāng)其中一臺(tái)主變退出運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)變壓器應(yīng)承擔(dān) 70%的容量。 具體計(jì)算的過程如下： 最大容量s =（sg-sg0.5%）1.1/0.85 = (4125-41250.5%) 1.1/0.85 =643.8mva 根據(jù)上面的計(jì)算可知道低壓側(cè)的容量為最大，所以，以此為基準(zhǔn)可以選擇兩個(gè)三 繞組的變壓器.兩臺(tái)變壓器應(yīng)該滿足當(dāng)其中一臺(tái)主變推出運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)變壓器應(yīng)承 擔(dān) 70%的容量，因才采用 480mva 的兩臺(tái)變壓器。 （1）相數(shù)的選擇 變壓器的相數(shù)有單相和三相，主變壓器是采用三相還是單相，主要考慮變壓器的 制造條件、可靠性要求及運(yùn)輸條件等因素。規(guī)程上

21、規(guī)定，當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時(shí)，在 330kv 及以下的發(fā)電廠及變電站，均選用三相變壓器。同時(shí)，因?yàn)閱蜗嘧儔浩鹘M相對(duì) 來講投資大、占地多、運(yùn)行損耗也較大，而不作考慮。本發(fā)電廠應(yīng)選用三相變壓器。 （2）繞組數(shù) 繞組的形式主要有雙繞組和三繞組。 規(guī)程上規(guī)定在選擇繞組形式時(shí)，一般應(yīng)優(yōu)先考慮三繞組變壓器。因?yàn)橐慌_(tái)三繞組 變壓器的價(jià)格及所用的控制電器和輔助設(shè)備，比兩臺(tái)雙繞組變壓器都較少。但三繞組 變壓器的每個(gè)繞組的通過容量應(yīng)達(dá)到該變壓器額定容量的 15%及以上，否則繞組未能 充分利用發(fā)不如選用兩臺(tái)雙繞組變壓器在經(jīng)濟(jì)上更加合理。同時(shí)三繞組變壓器比同容 量的雙變壓器價(jià)格要貴 40%50%，對(duì)深入引進(jìn)負(fù)荷中心，具

22、有直接從高壓變?yōu)榈蛪?供電條件的變電站，為簡化電壓等級(jí)或減少重復(fù)降壓容量，可采用雙繞組變壓器。 根據(jù)本發(fā)電廠的條件、占地面積及經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)該選用三繞組變壓器。 （3）普通型還是自耦型 在大型電力系統(tǒng)和降壓變電站中，普通的三繞組變壓器應(yīng)用范圍有限、當(dāng)主網(wǎng)電 壓為 110220kv 而中伏網(wǎng)為 35kv 時(shí)使用，這主要是由于它們的中性點(diǎn)具有不接地 方式的緣故，當(dāng)中壓側(cè)為 110kv 及以上電壓時(shí)，降壓變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器多采用自 耦，應(yīng)自耦變壓器的高、中壓繞組構(gòu)成直接的電氣聯(lián)系，而有巨大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。自耦 變壓器較電壓比和容量相同的普通三繞組變壓器便宜，價(jià)格只有后者的 65%75%左 右。 因此應(yīng)選用自

23、耦變壓器。 （4）中性點(diǎn)的接線方式 電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式，決定了主變壓器中性點(diǎn)的接地方式。本水電站所選用的 主變?yōu)樽择钚腿@組變壓器，主變壓器的 10.5kv 側(cè)的中性點(diǎn)采用直接接地方式。 （5）繞組接線組別 變壓器三繞組的接線組別必須與系統(tǒng)電壓相位一致，否則，不能并列運(yùn)行。電力 系統(tǒng)采用的組別接線方式只有星行“y”和三角形“d”兩種。因此，變壓器三繞組的 連接方式應(yīng)根據(jù)具體工程來決定。 在發(fā)電廠和和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機(jī)組的同步并列要求以及限制三次諧波 對(duì)電源的影響等因素，根據(jù)以上變壓器繞組連接方式的原則，主變壓器接線組別一般 選用 yndd11 常規(guī)接線。 因此選用連接組別為 yn，d

24、0，d11 的三繞組自耦變壓器。 （6）調(diào)壓方式 為了保證發(fā)電廠或變電站的供電質(zhì)量，電壓必須維持在允許范圍內(nèi)，通過變壓器 的分接開關(guān)切換，改變變壓器高壓繞組匝數(shù)，從而改變其變比，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。切換 方式有兩種：一種是不帶電切換，稱為無激磁調(diào)壓，調(diào)壓范圍通常在22.5%以內(nèi)， 應(yīng)視具體工程情況決定。另一種是帶負(fù)荷切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá) 30%。 但由于有載調(diào)壓變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，只有在以下范圍選用： a、 接于出力大的發(fā)電廠的主變壓器，特別是潮流方向不固定，且要求變壓 器 二次電壓維持在一定水平時(shí)。 b、接于時(shí)而為送端，時(shí)而為受端，具有可逆工作特點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)變壓器，為保證供電 質(zhì)量，

25、要求母線電壓恒定時(shí)。 通常，發(fā)電廠主變壓器很少有采用有載調(diào)壓，因?yàn)榭梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁來實(shí) 現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓，因此本發(fā)電廠采用無激勵(lì)磁調(diào)壓。 綜上所述和查有關(guān)變壓器型號(hào)手冊(cè)所選主變壓器的技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 型號(hào)：sspslo-220/480 型號(hào)的含義： s三相風(fēng)冷強(qiáng)迫油循環(huán) f風(fēng)冷 p無勵(lì)磁調(diào)壓 s為銅導(dǎo)線 l為鋁導(dǎo)線 220高壓繞組電壓等級(jí) 480額定容量 額定容量：480mva 接線組別：yn，d0，d11 阻抗電壓：u12=12%，u13=8%，u23=14%。 4 水力發(fā)電廠短路電流計(jì)算水力發(fā)電廠短路電流計(jì)算 4.1 概 述 電力系統(tǒng)運(yùn)行有三種狀態(tài)：正常運(yùn)行狀態(tài)、非正常運(yùn)行狀態(tài)和短路故障。在

26、供電 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，還要考慮到可能發(fā)生的故障以及不正常運(yùn)行情況。對(duì)供電系統(tǒng) 危害最大的是短路故障。短路電流將引起電動(dòng)力效應(yīng)和發(fā)熱效應(yīng)以及電壓的降低等。 因此，短路電流計(jì)算是電氣主接線的方案比較、電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的選擇、節(jié)地計(jì) 算以及繼電保護(hù)選擇和整定的基礎(chǔ)。 短路就是指不同電位導(dǎo)電部分之間的不正常短接。如電力系統(tǒng)中，相與相之間的 水中性點(diǎn)直接節(jié)地系統(tǒng)中的相與地之間的短接都是短路。為了保證電力系統(tǒng)的安全、 可靠運(yùn)行，在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行分析中，一定要考慮系統(tǒng)等不正常工作狀態(tài)。 4.2 各系統(tǒng)短路電流的計(jì)算 4.2.1 短路計(jì)算的基本假定和計(jì)算方法 1基本假定 （1）正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)

27、稱運(yùn)行。 （2）所有電源的電動(dòng)勢(shì)相位角相同。 （3）系統(tǒng)中的電機(jī)均為理想電機(jī)，不考慮電磁飽和、磁滯、渦流及導(dǎo)體肌膚效應(yīng) 等影響；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱； （4）短路發(fā)生在短路電流為最大的瞬間； （5）不考慮短路電的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流。 2短路電流計(jì)算的方法 對(duì)應(yīng)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，按無限大容量系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)的短路點(diǎn)的三項(xiàng)短路電流計(jì)算，求得 i/、ish值。 i/ 三相短路電流； 無窮大系統(tǒng) ish 三相短路沖擊電流。 4.2.2 電抗圖及電抗計(jì)算 由 4125mw 水電廠電氣主接線圖，和設(shè)計(jì)任務(wù)書中給出的相關(guān)參數(shù)，可畫出系統(tǒng) 的等值電抗圖如圖 4-1 所示。 圖 4-1 系統(tǒng)等 值電抗 選取

28、基準(zhǔn)容量為 mva sb 100kv5 .10u 1 . 1 * zb sb 基準(zhǔn)容量； ub 基準(zhǔn)電壓； 以上均采用標(biāo)幺值計(jì)算方法。 1發(fā)電機(jī)的電抗 227. 01 . 1/25 . 0 * xg 2對(duì)于 sspslo-220/480 型三繞組變壓器的電抗值計(jì)算 3%)%( 2 1 % 2313121 uuuu kkkk 9%)%( 2 1 % 1323122 uuuu kkkk 5%)%( 2 1 % 1213231 uuuu kkkk k2= 2 66 . 3 480*100 242*242*3 100 % 2 1 1 s uu x n nk t 242 5 . 10 98.10 480

29、*100 242*242*9 100 % 2 2 2 s uu x n nk t 1 . 6 480*100 242*242*5 100 % 2 3 1 s uu x n nk t 轉(zhuǎn)化為標(biāo)么值并歸算到 10.5kv 側(cè)得： 00625 . 0 * 1xt 0187. 0 * 2 xt 0104 . 0 * 3 xt 3線路阻抗 222/110*4 . 0 xl 0376 . 0 * xl 3.短路點(diǎn)的選擇，短路電流及沖擊電流的計(jì)算 無限大容量電力系統(tǒng)是指容量相對(duì)于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)，當(dāng)用戶 供電系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓基本不變，可將該電力系統(tǒng) 視為無限大容

30、量電力系統(tǒng)。但是，在實(shí)際電力系統(tǒng)中，他的容量和阻抗都有一定的數(shù) 值，一次，當(dāng)用戶供電系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓相應(yīng)的有 所變動(dòng)。但一般的供電系統(tǒng)，由于它是在小容量線路上發(fā)生短路，電力系統(tǒng)母線電壓 基本不變，因此，電力系統(tǒng)可視為無限大容量電力系統(tǒng)。由于無限大容量電力系統(tǒng)的 三相短路電流是對(duì)稱的，所以他的變化規(guī)律只需考慮一相的。 短路點(diǎn)的選擇應(yīng)選擇通過導(dǎo)體和電器的短路電流為最大的那些點(diǎn)作為短路計(jì)算點(diǎn)。 首先，應(yīng)在三條電壓等級(jí)的母線上選擇三個(gè)短路計(jì)算點(diǎn) d1、d2、d3。 1、220kv 母線上短路（d1 點(diǎn)）的計(jì)算 220kv 5 43 13 13 圖 4-2 235 . 0

31、2/ ) 3 1 13 ( x x xxt t g 0325 . 0 / 13 xxxl 短路點(diǎn)短路電流的計(jì)算： 77.30 0325. 0 1 i 244 . 4 * 13 i 5 . 26 * il 244 . 4 * ig *5500a=23342a374 . 0 ig ait11671 3ait38.5061 10.5kv 短路計(jì)算短路計(jì)算 圖 4-3 圖 4-4 07 . 8 235 . 0 0376. 0/227 . 0 1 * i 46 . 4 227. 0 1 *gi 7 . 3 227 . 0 1 *li 7 . 3*li aig24530 aig 5 . 24529 1 a

32、il1114 ait101753 ait625.4851 2、110kv 母線上發(fā)生短路（d2）時(shí)計(jì)算 圖 4-5 * 123 0.0855.180.140.019 gxxxx 經(jīng)過 y-變換如圖 4-6, 圖 4-6 其中 0602 . 0 * * * 0362 . 0 * * * 0201 . 0 * * * 1 32 323 3 21 212 2 31 313 x xx xx x xx xx x xx xx 簡化后再-y 變換得圖 4-7, 圖 4-7 其中 0052 . 0 * * 2 1 * 0093 . 0 * * 2 1 * 0031 . 0 * * 2 1 * 231312 2

33、313 6 231312 2312 5 132312 1312 4 xxx xx x xxx xx x xxx xx x 簡化得圖 4-8， 圖 4-8 其中0454. 0*0428 . 0 *2301. 0*8787/xxxxx 57.18 * * * 45 . 3 * * * 03.22 * 1 * 87 7 6 87 8 54 5 xx x ii xx x ii x i 54 65 46 圖 4-9 由 y-電流關(guān)系可得， 03.10* 54 . 8 * 73.10* 65 64 54 i i i 最后經(jīng)過-y 變換得圖 4-10 1 2 3 圖 4-10 計(jì)算得 11565* 2437

34、* 5783* 9487* 102135* 18975* 285 . 9 *015.11*725. 1* 5110 33 22 11 321 kiii kiii kiii iii iii iii iii bkv btt btt btt bl gg ttt l b 單相短路計(jì)算 在電氣設(shè)備選擇時(shí)進(jìn)行的短路計(jì)算中，短路種類一般按三相短路驗(yàn)算，若其 他種類短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按最嚴(yán)重的情況驗(yàn)算，因此在本水電站電氣 設(shè)備選擇時(shí)，應(yīng)考慮在相同短路點(diǎn)情況下，單相短路電流是否比三相短路電流大， 按照較大的短路電流選擇并校驗(yàn)電氣設(shè)備。 三相短路時(shí)， 0 (1) f f u i z 單相短路時(shí)， 0 (1

35、) (1)(2)(0) 3 f f u i zzz 因?yàn)?，所以只需比較與的大小，若 (1)(2)zz (0)z(1)z(1)(0)zz 則，若則所以首先求系統(tǒng)零序阻抗， (1)ffii(1)(0)zz (1)ffii 系統(tǒng)零序電抗電路如圖 4-11 33 2 1 1 2 圖 4-11 10.5kv 母線單相短路計(jì)算 00754 . 0 )0(x (0)(1)(2)xxx 所以 (1)ffii 110kv 母線單相短路時(shí) (0)(2) 0.110.184 xx 所以 (1)ffii 選擇校驗(yàn)電氣設(shè)備時(shí)應(yīng)取 5 . 86742si 220kv 單相短路時(shí)， 0325 . 0 11. 0)2()1

36、()0(xxx 所以 ffii)( 5 水電站一次設(shè)備的選擇水電站一次設(shè)備的選擇 5.1 選擇電氣一次設(shè)備遵循的條件 電氣設(shè)備的選擇是變電所電氣設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，正確的選擇電氣設(shè)備的目的 是為了使導(dǎo)體和電器無論在正常情況或故障情況下，均能安全、經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行。在 進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的 采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備。 在發(fā)電廠和變電所中，采用的電氣設(shè)備種類很多，其作用和工作條件并不一樣， 具體選擇的方法也不同，但對(duì)他們的基本要求都是相同的。 電氣設(shè)備的選擇的一般要求是： （1） 滿足工作要求。應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修以及短路過

37、電壓情況下的工作要求。 （2） 適應(yīng)環(huán)境條件。陰干當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件進(jìn)行校驗(yàn)。 （3） 先進(jìn)合理。應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。 （4） 整體協(xié)調(diào)。應(yīng)與整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。 （5） 適應(yīng)發(fā)展。應(yīng)適當(dāng)考慮發(fā)展，留有一定的裕量。 電氣設(shè)備能安全、可靠的工作，必須按正常工作條件進(jìn)行選擇，斌干短路條件來 校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。 5.2 電氣設(shè)備的選擇 5.2.1 系統(tǒng)各個(gè)回路的最大工作電流 1 1、220kv220kv 側(cè)各個(gè)回路的最大工作電流側(cè)各個(gè)回路的最大工作電流 （3）三繞組變壓器回路 a u s i n n n 6 . 1322 3 05 . 1 max 2 2、110kv110kv 側(cè)各個(gè)回

38、路的最大工作電流 三繞組變壓器回路及 110kv 等級(jí)下的銅山嶺線路 a u s a u s a u s n ax n ax n ax 78.137 3 05.1 i 78.137 3 05.1 i 34.165 3 05.1 i 3m 2m 1m 負(fù)荷 負(fù)荷 負(fù)荷 大沃集線路 水析口線路 3、 10kv 側(cè)各個(gè)回路的最大工作電流 （1）出線回路 max 480000 1.051.0526393.9 33 10.5 n n n s u i （2）發(fā)電機(jī)回路 max 156000 10.51.058591.77 33 10.5 n n n s a u i （3）分段回路 max 2 8591.7

39、717183.54 n a i 5.2.2 電氣設(shè)備的選擇 斷路器是在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和故障情況下用作斷開或接通電路中的正常工作電 流及開斷故障電流的設(shè)備。開關(guān)電器在合閘狀態(tài)下，靠觸頭接通電路。當(dāng)斷開電路時(shí)， 在開關(guān)的觸頭之間可以看到強(qiáng)烈而刺眼的亮光。這是由于在觸頭之間產(chǎn)生了放電，這 種放電稱為電弧。此時(shí)觸頭雖以分開，但是電流通過觸頭間的電弧仍繼續(xù)流通，也就 是說，電路并未真正斷開，要使電路真正斷開，必須將電弧熄滅，高壓斷路器具有能 熄滅電弧的裝置，它能用來斷開或閉合電路中的正常工作電流，也用來斷開電路中的 過負(fù)荷或短路電流。所以它是電力系統(tǒng)中最重要的開關(guān)電器。對(duì)它的基本要求是：具 有足夠的開

40、斷能力，盡可能短的動(dòng)作時(shí)間和高的工作可靠性；結(jié)構(gòu)簡單，便于操作和 檢修，具有防火和防暴性能，尺寸小，重量輕，價(jià)格低等。 sf6 斷路器和真空斷路器目前應(yīng)用廣泛，少油斷路器因其成本低，結(jié)構(gòu)簡單，依 然被廣泛應(yīng)用于不需要頻繁操作及要求不高的各級(jí)高壓電網(wǎng)中，壓縮空氣斷路器 和多油斷路器已基本淘汰。 由于 sf6 氣體的電氣性能好，所以 sf6 斷路器的斷口電壓較高。在電壓等級(jí)相同、 開斷電流和其他性能相接近的情況下，sf6 斷路器比少油斷路器串聯(lián)斷口數(shù)要少，可 是制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行比較方便和經(jīng)濟(jì)。 sf6 斷路器的特點(diǎn)是： （1）滅弧能力強(qiáng)，介質(zhì)強(qiáng)度高，單元滅弧室的工作電壓高，開斷電流大然后時(shí)間

41、短； （2）開斷電容電流或電感電流時(shí)，無重燃，過電壓低； （3）電氣壽命長，檢修周期長，適于頻繁操作； （4）操作功小，機(jī)械特性穩(wěn)定，操作噪音小。 隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種高壓電器，它的主要功能是： （1） 建立明顯的絕緣間隙，保證線路或電氣設(shè)備修理時(shí)人身安全； （2） 轉(zhuǎn)換線路、增加線路連接的靈活性。 在電網(wǎng)運(yùn)行情況下，為了保證檢修工作電安全進(jìn)行，除了使工作點(diǎn)與帶電部分隔離 外，還必須采取檢修接地措施防止意外帶電。為此，要求在高壓配電裝置的母線側(cè)和 線路側(cè)裝設(shè)帶專門接地刀閘的隔離開關(guān)，以便在檢修母線或線路斷路器時(shí)，使之可靠 接地。這種帶接地刀閘的隔離開關(guān)的工作方式為：正常運(yùn)行時(shí)，主

42、刀閘閉合，接地刀 閘斷開；檢修時(shí)，主刀閘斷開，接地刀閘閉合。這種工作方式由操作機(jī)構(gòu)之間具有機(jī) 械閉鎖的裝置來實(shí)現(xiàn)。 1 1、 220kv220kv 側(cè)電氣設(shè)備的選擇側(cè)電氣設(shè)備的選擇 三繞組變壓器回路及分段回路 （1）工作電壓 =220kv un （2）最大工作電流 =1.32ka imax （3） ka ios 79 . 3 參數(shù)選擇： （1）按工作電壓kv uu nmax 220 （2）按工作電流ka iimaxn 32 . 1 （3）按開斷電流選擇ka inbr 79 . 3 （4）按關(guān)合電流選擇ka ii shncl 18.10 （5）按熱穩(wěn)定校驗(yàn)，有 qt t inbr 2 qk 39

43、 . 1 2 . 115 . 0 04 . 0 tk 00.71.39 3.79 sss ka iii 97.1939 . 1 12 10 79 . 3 79 . 3 79 . 3 222 qk 2 s ka (6)按動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)、有：kv ii shes 18.10 根據(jù)以上條件選擇如下表 5-1： 計(jì)算數(shù)據(jù)：sw7-220/1500 gw4-220dw =220kv un =220kv un =220kv un =1.32 imax =1.500ka in ka in 000 . 2 ,79 . 3 ka i =21ka inbr =10.18ka ish ka incl 55 =19.97

44、 qk 2 s ka 17644 22 21 s ka qt = qt 84644 46 2 =10.18ka, ish ka ies 55=104ka ies 表 5-1 2 2、 110kv110kv 側(cè)斷路器的選擇側(cè)斷路器的選擇 變壓器出線回路 (1) 工作電壓 =110kv un ( 2) 最大工作電流ka in 551 . 0 (3) ka i 286 . 3 ka ies 82 . 8 參數(shù)選擇： （1）按工作電壓kv uu nmax 110 （2）按工作電流ka iimaxn 551 . 0 （3）按開斷電流選擇ka iinbr 286 . 3 (4) 按關(guān)合電流選擇 ka ii

45、 shncl 82 . 8 s tk 5 . 1 (5) 按熱穩(wěn)定校驗(yàn) 00.751.5 3.286 sss ka iii 20.165 . 1 12 10 286 . 3 286 . 3 286 . 3 222 qk 2 s ka (6) 按動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)、有：kv ii shes 82 . 8 計(jì)算數(shù)據(jù)：gw4-110d/1000-80gw4-110d/1000-80 =110kv un =110kv un =110kv un =0.551ka, imax =1.000ka in =1.000ka in ka i 286 . 3 =18.4ka inbr =8.82ka ish =55ka i

46、ncl =8.82ka ish =55ka ies =80ka ies 2 16.20 () k kas q 2 2205 () t kas q 2 13005 () t kas q 表 5-2 分段回路 (1) 工作電壓 =110kv un ( 2) 最大工作電流ka in 551 . 0 (3) ka i 64322 . 1 ka ies 41 . 4 參數(shù)選擇： （1）按工作電壓kv uu nmax 110 （2）按工作電流ka iimaxn 551 . 0 （3）按開斷電流選擇ka iinbr 64322 . 1 (4) 按關(guān)合電流選擇 ka ii shncl 41 . 4 s tk

47、5 . 1 (5) 按熱穩(wěn)定校驗(yàn) 00.751.5 1.64 sss ka iii 05 . 4 5 . 1 12 10 61 . 1 64 . 1 64 . 1 222 qk 2 s ka (6) 按動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)、有：kv ii shes 82 . 8 計(jì)算數(shù)據(jù)：gw4-110d/1000-80gw4-110d/1000-80 =110kv un =110kv un =110kv un =0.551ka, imax =1.000ka in =1.000ka in ka i 64 . 1 =18.4ka inbr =4.41ka ish =55ka incl =4.41ka ish =55ka

48、ies =80ka ies 2 16.20 () k kas q 2 2205 () t kas q 2 13005 () t kas q 表 5-3 3、 10.5kv 側(cè)斷路器的選擇 （1）分段回路 二號(hào)斷路器及隔離開關(guān)的選擇 電抗器采用 1 秒熱穩(wěn)定為 135ka10/12000nklz 1.9247126130 shes iika 22 2 47471047 1.113518225 12 kt qq 計(jì)算數(shù)據(jù)sn4-10g/18000 gn10-10t/18000 10.5 n ukv10.5 n ukv10.5 n ukv max 17.18ika18 n ika18 n ika 4

49、7ika 105 n ika 126 sh i150 n ika 22 47471047 1.12430 12 k q 2 150122500 t q 2 4648464 t q 126 sh i150 es ika200 es ika 表 5-4 斷路器及隔離開關(guān)選擇 工作條件 10.5 n ukv 最大工作電流 26 n ika 99ika 參數(shù)選擇： max 10.5 n uukv max 26 n iika 按開斷電流 99 nbr iika 按關(guān)合電流 267.8 nclsh iika 按熱穩(wěn)定校驗(yàn) 22 299991099 1.1 10780 12 k qkas 按動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 26

50、7.8 essh iika 計(jì)算參數(shù)4 10/ 26000sng10 10 / 26000gnt 10.5 n ukv10.5 n ukv10.5 n ukv max 26ika26 n ika26 n ika 99ika 105 nbr ika 267.8 sh ika300 ncl ika 2 10780 k qkas 2 2 120572000 t qkas 2 75316875 t q 267.8 sh ika300 es ika350 es ika 表 5-5 （2） 發(fā)電機(jī)回路 電氣設(shè)備的選擇 工作電壓10.5 n ukv 最大工作電流8.591 n ika 76.76ika206.24 sh ika 參數(shù)選擇： 按工作電壓： max u10.5 n ukv 按工作電流： n i max 8.591ikv 按開斷電流： n br i i76.76kv 按關(guān)合電流： ncl i206.24 sh ika 按熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 22 276.7676.761076.76 1.16481 12 k qkas 按動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)： essh ii 根據(jù)以上條件選擇如下表 5-6： 計(jì)