華北水利水電大學(xué)2023屆畢業(yè)設(shè)計(jì)初步定稿

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華北水利水電學(xué)院

畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書

設(shè)計(jì)題目：6#水電廠電氣部分初步設(shè)計(jì)

專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級學(xué)號：202314014姓名：李苗苗指導(dǎo)教師：和萍

設(shè)計(jì)期限：2023年03月22日開始

2023年06月07日終止

院、系：電力學(xué)院2023年03月22日

華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要

本設(shè)計(jì)為水電廠電氣一次部分設(shè)計(jì)，它是將本專業(yè)所學(xué)知識進(jìn)行一次綜合運(yùn)用的過程。從理論上來說它涉及到電力系統(tǒng)課程的多方面內(nèi)容。根據(jù)具體設(shè)計(jì)而言，其主要內(nèi)容為:通過本設(shè)計(jì)原始資料來選擇發(fā)電廠發(fā)電機(jī)、主變壓器型號；根據(jù)電壓等級、出線回?cái)?shù)、負(fù)荷狀況設(shè)計(jì)本電廠的電氣主接線，選出兩個(gè)比較滿意的電氣主接線方案，然后進(jìn)行技術(shù)分析以及經(jīng)濟(jì)綜合比較，確定一個(gè)較佳方案；根據(jù)主接線畫出等值電路圖，合理選擇短路點(diǎn)，對等值電路圖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化簡，按三相短路狀況進(jìn)行短路電流計(jì)算；依據(jù)正常工作狀態(tài)選擇所需的母線與電氣設(shè)備，并在三相短路狀況下，按短路狀態(tài)對所選母線與電氣設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)。本設(shè)計(jì)所選電氣設(shè)備包括：斷路器、隔離開關(guān)、母線、電壓互感器以及避雷器；然后對本發(fā)電廠進(jìn)行合理的高壓配電裝置以及防雷保護(hù)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究問題是電氣主接線圖的選擇、短路電流的計(jì)算以及各電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)。

華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

第一篇設(shè)計(jì)說明書

第一章概述

一、設(shè)計(jì)工作應(yīng)遵循的主要原則

（1）要遵守國家的法律、法規(guī)，貫徹執(zhí)行國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針、政策和基本建設(shè)程序，特別應(yīng)貫徹執(zhí)行提高綜合經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的方針。

（2）要運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法從全局出發(fā)，正確處理中央與地方、工業(yè)與農(nóng)業(yè)、沿海與內(nèi)地，城市與鄉(xiāng)村、遠(yuǎn)期與近期、平日與戰(zhàn)時(shí)、技改與新建、生產(chǎn)與生活、安全與經(jīng)濟(jì)等方面的關(guān)系。

（3）要根據(jù)國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)與有關(guān)規(guī)定，結(jié)合工程的不同性質(zhì)、不同要求，從我國實(shí)際狀況出發(fā)，采用中等適用的先進(jìn)技術(shù)，合理地確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對生產(chǎn)工藝、主要設(shè)備和主體工程要做到可靠、適用、先進(jìn)；對非生產(chǎn)性的建設(shè)，應(yīng)堅(jiān)持適用、經(jīng)濟(jì)、在可能條件下注意美觀的原則。

（4）要實(shí)行資源的綜合利用，要儉約能源、水源，要保護(hù)環(huán)境，要注意專業(yè)化和協(xié)作，要儉約用地，要合理使用勞動(dòng)力，要立足于自力更生。

二、電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求

現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)巨大的、嚴(yán)密的整體。各類發(fā)電廠、變電站分工完成整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電和配電的任務(wù)。其主接線的好壞不僅影響到發(fā)電廠、變電站和電力系統(tǒng)本身，同時(shí)也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活。因此，電氣主接線必需滿足以下三項(xiàng)基本要求。（1)可靠性要求

電氣主接線不僅要保證在正常運(yùn)行時(shí)，還考慮到檢修和事故時(shí)，都不能導(dǎo)致一類負(fù)荷停電，一般負(fù)荷要盡量減少停電時(shí)間。為此，應(yīng)考慮設(shè)備的備用，并有適當(dāng)?shù)脑６取?2)靈活性要求

主接線正常運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)調(diào)度的要求靈活的改變運(yùn)行方式，達(dá)到調(diào)度的目的，而且在各種事故或設(shè)備檢修時(shí)，能盡快地退出設(shè)備。切除故障停電時(shí)間最短、影響范圍最小，并且在檢修時(shí)可以保證檢修人員的安全。

由于我國工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，電力負(fù)荷增加很快。因此，在選擇主接線時(shí)還要考慮到具有擴(kuò)建的可能性。(3)經(jīng)濟(jì)性要求

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主接線在保證安全可靠、操作靈活便利的基礎(chǔ)上，還應(yīng)使投資和年運(yùn)行費(fèi)用小，占地面積最少，使其盡地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。

此外，主接線應(yīng)簡單明了、操作便利，盡可能使操作步驟簡單，便于運(yùn)行人員把握。繁雜的接線不僅不便于操作，還往往會造成運(yùn)行人員的誤操作而發(fā)生事故。但接線過于簡單，可能又不能滿足運(yùn)行方式的需要，而且也會給運(yùn)行造成不便或造成不必要的停電。

三、水力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

水力發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下：

（1）水力發(fā)電廠建在有水能資源處，一般離負(fù)荷中心很遠(yuǎn)，當(dāng)?shù)刎?fù)荷很小甚至沒有，電能絕大部分要以較高電壓輸送到遠(yuǎn)方。因此，主接線中可不設(shè)發(fā)電機(jī)電壓母線，多采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線或擴(kuò)大單元接線。單元接線能減少配電裝置占地面積，也便于水電廠自動(dòng)化調(diào)理。

（2）水力發(fā)電廠的電氣主接線應(yīng)力求簡單，主變壓器臺數(shù)和高壓斷路器數(shù)量應(yīng)盡量減少，高壓配電裝置應(yīng)布置緊湊、占地少，以減少在狹窄山谷中的土石方開挖量和回填量。

（3）水力發(fā)電廠的裝機(jī)臺數(shù)和容量大都一次確定，高壓配電裝置也一次建成，不考慮擴(kuò)建問題。

（4）水利發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)快，啟停時(shí)額外耗能少，常在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)頻、調(diào)峰及調(diào)相任務(wù)，因此機(jī)組開停頻繁，運(yùn)行方式變化大，主接線應(yīng)具有較好的靈活性。

（5）運(yùn)行方式控制比較簡單，較易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，為此，電氣主接線應(yīng)盡力避免以隔離開關(guān)為操作電器。

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其次章電氣主接線的論證與確定

第一節(jié)基本資料

電氣主接線的擬定根據(jù)電廠接入系統(tǒng)方式，電廠裝機(jī)臺數(shù)，出線回路數(shù)和電壓等級等基本資料進(jìn)行。

本次設(shè)計(jì)的發(fā)電廠基本資料如下：

1、發(fā)電機(jī)參數(shù)：該發(fā)電廠共安裝6臺水輪發(fā)電機(jī)，每臺發(fā)電機(jī)參數(shù)為

\PGN?170MW，UGN?13.8KV,COS?=0.8，Xd?0.2；

2、發(fā)電廠年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)：Tmax=4600小時(shí)/年；

3、電廠的運(yùn)行方式：擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰和事故備用任務(wù)，七至十月份在基荷運(yùn)行，十二月至三月?lián)蜗到y(tǒng)峰荷，其他月份擔(dān)任系統(tǒng)腰荷；

4、系統(tǒng)負(fù)荷特性：以工業(yè)用電為主，主要是冶金、建材、化工工業(yè)等，用電負(fù)荷約占系統(tǒng)總負(fù)荷的80%；

5、電站近區(qū)負(fù)荷狀況:無近區(qū)負(fù)荷；

6、升高電壓等級及出線回路數(shù)：500KV,5回路出線全部接入系統(tǒng)，線路長度均為300KM；

7、廠用電狀況：廠用變壓器的容量按電廠總裝機(jī)容量的2%選定，廠用電壓有6KV和0.4KV兩個(gè)等級；

8、氣象資料：本電廠的年平均氣溫為22.3℃，年最高氣溫為39.3℃，年最低氣溫為-0.7℃；

9、本發(fā)電廠的廠址，地勢平坦，交通便利。

其次節(jié)發(fā)電機(jī)電壓接線方式的選擇

發(fā)電機(jī)電壓接線可選用單元接線、擴(kuò)大單元接線、聯(lián)合單元接線和單母線接線、單母

線分段接線。大型電廠一般采用簡單可靠的單元接線，有發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線，發(fā)電機(jī)-變壓器擴(kuò)大單元接線，發(fā)電機(jī)-變壓器聯(lián)合單元接線，發(fā)電機(jī)-變壓器-線路單元接線。其中，大型電廠一般指總?cè)萘繛?000MW及以上，單機(jī)容量為200MW及以上的電廠。本次設(shè)計(jì)的水電站共裝有6臺水輪發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量為6×170MW,規(guī)模比較大，故可初步選用發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線，發(fā)電機(jī)-變壓器擴(kuò)大單元接線。

一、發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線

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1、特點(diǎn)：一臺機(jī)組接一臺主變壓器，沒有發(fā)電機(jī)電壓母校，發(fā)電機(jī)與變壓器串聯(lián)相連，其容量想到，一般發(fā)電機(jī)低壓側(cè)沒有負(fù)荷。

2、優(yōu)點(diǎn)：

（1）發(fā)電機(jī)與變壓器容量協(xié)同，接線簡單明了，元件故障影響小，運(yùn)行可靠，操作便利。

（2）發(fā)電機(jī)與變壓器之間一般不裝設(shè)斷路器，只裝設(shè)隔離開關(guān)，因而儉約了斷路器，簡化了配電裝置使得維護(hù)工作量也變小。（3）繼電保護(hù)簡單。

3、缺點(diǎn)：當(dāng)發(fā)電機(jī)或變壓器任一元件故障或檢修時(shí)，整個(gè)單元均要中止工作。4、適用范圍：一般適用于單機(jī)容量在100MW及以上的大容量機(jī)組。當(dāng)單機(jī)容量小于100MW，如機(jī)組臺數(shù)較少，或經(jīng)方案比較，采用其他接線方式不適合時(shí)，也可采用。

二、發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線

1、特點(diǎn)：兩臺或兩臺以上機(jī)組接一臺主變壓器，在主變壓器低壓側(cè)一般不設(shè)斷路器，只在發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器及隔離開關(guān)。

2、優(yōu)點(diǎn)：

（1）接線簡單明了，運(yùn)行維護(hù)便利。

（2）主變壓器臺數(shù)及其相應(yīng)的高壓開關(guān)設(shè)備比單元接線少，有利于簡化高壓側(cè)接線，縮小布置場地和儉約投資。

（3）任一臺機(jī)組停電，不影響接在主變壓器低壓側(cè)的廠用電源供電，即使本單元全部機(jī)組停機(jī)，仍可由電力系統(tǒng)經(jīng)主變壓器倒送電，提高了廠用電供電的可靠性。

3、缺點(diǎn)：

（1）運(yùn)行靈活性較差，當(dāng)主變壓器故障或檢修時(shí)，兩臺或兩臺以上機(jī)組容量不能送出。

（2）增加發(fā)電機(jī)電壓斷路器和增大發(fā)電機(jī)低壓側(cè)短路容量，為限制短路容量，變壓器低壓側(cè)可用分裂繞組變壓器，但其價(jià)格較普通變壓器貴。

4、適用范圍：大、中、小型變電站均有采用。電站機(jī)組臺數(shù)為4臺及以上，沒有發(fā)電機(jī)電壓負(fù)荷或負(fù)荷不重，而且擴(kuò)大單元的主變壓器容量要與電力系統(tǒng)的總?cè)萘亢蛡溆萌萘肯噙m應(yīng)，一般不大于系統(tǒng)總撞機(jī)容量的8%～10%，并要滿足主變壓器故障時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

三、發(fā)電機(jī)-變壓器聯(lián)合單元接線

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1、優(yōu)點(diǎn)：兩組或兩組以上單元接線在主變壓器高壓側(cè)聯(lián)合。

（1）機(jī)組與主變壓器臺數(shù)一致，但節(jié)省了高壓斷路器，并減少了主變壓器至開關(guān)站的進(jìn)線回路數(shù)，有利于進(jìn)線布置和簡化高壓側(cè)接線。

（2）與單元接線比較，機(jī)組停機(jī)可較便利的由主變壓器倒送廠用電源。

（3）與擴(kuò)大單元接線比較，不致因主變壓器故障或檢修而較長時(shí)間地影響本單元全部機(jī)組容量送出。

2、缺點(diǎn)：

（1）主變壓器高壓側(cè)有并聯(lián)母線和隔離開關(guān)，增加了變壓器場地布置面積，并聯(lián)母線或高壓斷路器故障，影響本單元全部機(jī)組容量送出。

（2）任一臺主變壓器故障或檢修，接在本單元的全部機(jī)組需短時(shí)停機(jī)。（3）任一臺機(jī)組停機(jī)可斷開發(fā)電機(jī)電壓斷路器，但主變壓器仍帶電，增加空載損耗。

3、適用范圍：

適用于機(jī)組臺數(shù)較多的大型電站。也適用于變壓器場地布置條件允許，但電站為分期建設(shè)且過度時(shí)間較長，因而采用聯(lián)合單元接線較擴(kuò)大單元接線有利的場合。

第三節(jié)升高電壓接線方式的初步選擇

目前我國330～500KV超高壓配電裝置采用的接線有：雙母線三分段（或四分段）帶旁路母線（或帶旁路隔離開關(guān)）接線，3/2斷路器接線，變壓器－母線接線和3～5角形接線，國外的還有4/3斷路器接線?？紤]這些電氣主接線的實(shí)際應(yīng)用狀況及本次設(shè)計(jì)的發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和負(fù)荷狀況，初步擬定雙母線四分段帶旁路母線接線，3/2斷路器接線，4/3斷路器接線和變壓器－母線接線四個(gè)方案。一、雙母線四分段帶旁路母線接線

1、優(yōu)點(diǎn)：