2×25MW水电站电气设计

PAGE1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2×25=50MW。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50MW，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，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。2×25MW水电站电气设计PAGE87Theelectricaldesignof2×25MWhydropowerstationStudent:Tutor:ABSTRACTThedesignispartofthehydropowerplantelectricaldesign.Thetotalinstalledcapacityofhydropowerstationsof2×25=50MW.Highsideisfor110Kv,oneisconnectedtothesystem,anotherisconnectedtoaninstalledcapacityof100MWpowerstation.Thestation'slargestpowertransmissionfor50MW,thepowerplant'selectricityplantwas0.2percent.Accordingtotherawdatapresentedbythedevelopmentofthreemainelectriccableprogrammes,andthesethreeoptionsforreliability,economyandflexibilityofcomparison,thetworetainamorereasonableproposal,thefinalthroughquantitativecomparisonofthetechnicalandeconomicdeterminethefinalThemainelectriccableprogramme.Inthesystemallthepossibleshort-circuitfaultanalysiscalculatedonthebasisofaconductorofelectricalequipmentandcheckingthechoiceofdesign.Inthefirstsystematicanalysisofpowerplantsonthebasisofthedistributionofpowerplantequipmentlayout,mineprotection,protectionandautomaticdevices,earliersystem,monitoringsystemhavedoneapreliminarysimpledesign.Thegraduationisaprocessdesignedtocombinetheoryandpracticeoftheinitialprocess,playedapplywhattheyhavelearnedtoconsolidateanddeepentheirunderstandingofelectricalengineeringandautomationprofessionalunderstandingoftheconceptofaprojectdesignedtoenhancethepowersystem'sabilitytodesignrole.KEYWORDS：Themainelectricalwiring,short-circuitcurrentbasis,theselectionofequipment,powerdistributionequipmentlayout,mineprotection,protectionandautomaticdevices,earliersystem,monitoringsystem目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc200611274"摘要PAGEREF_Toc200611274\h1HYPERLINK\l"_Toc200611275"ABSTRACTPAGEREF_Toc200611275\h2HYPERLINK\l"_Toc200611276"第一部分设计说明PAGEREF_Toc200611276\h8HYPERLINK\l"_Toc200611277"第一章概述PAGEREF_Toc200611277\h8HYPERLINK\l"_Toc200611278"1.1本毕业设计的目的和要求PAGEREF_Toc200611278\h8HYPERLINK\l"_Toc200611279"1.2本毕业设计的内容PAGEREF_Toc200611279\h8HYPERLINK\l"_Toc200611280"1.2.1本次设计主要内容PAGEREF_Toc200611280\h8HYPERLINK\l"_Toc200611281"1.2.2本次设计最终的设计成品PAGEREF_Toc200611281\h9HYPERLINK\l"_Toc200611282"1.3本设计引用的规程和PAGEREF_Toc200611282\h9HYPERLINK\l"_Toc200611283"第二章电气主接线设计PAGEREF_Toc200611283\h10HYPERLINK\l"_Toc200611284"2.1对水电厂原始资料分析PAGEREF_Toc200611284\h10HYPERLINK\l"_Toc200611285"2.1.1原始资料PAGEREF_Toc200611285\h10HYPERLINK\l"_Toc200611286"2.1.2原始资料分析PAGEREF_Toc200611286\h11HYPERLINK\l"_Toc200611287"2.2电气主接线设计依据PAGEREF_Toc200611287\h11HYPERLINK\l"_Toc200611288"2.3主接线设计的一般步骤PAGEREF_Toc200611288\h11HYPERLINK\l"_Toc200611289"2.4技术经济比较PAGEREF_Toc200611289\h12HYPERLINK\l"_Toc200611290"2.4.1发电机电压（主）接线方案PAGEREF_Toc200611290\h12HYPERLINK\l"_Toc200611291"2.4.2主接线方案拟定PAGEREF_Toc200611291\h14HYPERLINK\l"_Toc200611292"2.5水轮发电机的选择PAGEREF_Toc200611292\h18HYPERLINK\l"_Toc200611293"2.6主变的选择PAGEREF_Toc200611293\h18HYPERLINK\l"_Toc200611294"2.6.1相数的选择PAGEREF_Toc200611294\h18HYPERLINK\l"_Toc200611295"2.6.2绕组数量和连接方式的选择PAGEREF_Toc200611295\h18HYPERLINK\l"_Toc200611296"2.6.3普通型与自偶型选择PAGEREF_Toc200611296\h18HYPERLINK\l"_Toc200611297"2.7各级电压中性点运行方式选择PAGEREF_Toc200611297\h19HYPERLINK\l"_Toc200611298"第三章短路电流计算PAGEREF_Toc200611298\h20HYPERLINK\l"_Toc200611299"3.1短路电流计算的基本假设PAGEREF_Toc200611299\h20HYPERLINK\l"_Toc200611300"3.2电路元件的参数计算PAGEREF_Toc200611300\h20HYPERLINK\l"_Toc200611301"3.3网络变换与简化方法PAGEREF_Toc200611301\h20HYPERLINK\l"_Toc200611302"3.4短路电流实用计算方法PAGEREF_Toc200611302\h20HYPERLINK\l"_Toc200611303"第四章厂用电设计PAGEREF_Toc200611303\h22HYPERLINK\l"_Toc200611304"4.1厂用电负荷统计及厂用变压器的选择PAGEREF_Toc200611304\h22HYPERLINK\l"_Toc200611305"4.1.1一般水电站的主要厂用负荷有以下两大类PAGEREF_Toc200611305\h22HYPERLINK\l"_Toc200611306"4.1.2该水电站的主要厂用负荷统计PAGEREF_Toc200611306\h22HYPERLINK\l"_Toc200611307"4.2厂用变压器选择PAGEREF_Toc200611307\h26HYPERLINK\l"_Toc200611308"4.3厂用电电压等级PAGEREF_Toc200611308\h26HYPERLINK\l"_Toc200611309"4.4厂用电源及其引接PAGEREF_Toc200611309\h26HYPERLINK\l"_Toc200611310"4.4.1工作电源PAGEREF_Toc200611310\h26HYPERLINK\l"_Toc200611311"4.4.2备用电源和启动电源PAGEREF_Toc200611311\h26HYPERLINK\l"_Toc200611312"4.4.3事故保安电源PAGEREF_Toc200611312\h27HYPERLINK\l"_Toc200611313"4.5厂用电接线方式PAGEREF_Toc200611313\h27HYPERLINK\l"_Toc200611314"4.6油水气系统PAGEREF_Toc200611314\h28HYPERLINK\l"_Toc200611315"4.6.1油系统PAGEREF_Toc200611315\h28HYPERLINK\l"_Toc200611316"4.6.2水系统PAGEREF_Toc200611316\h28HYPERLINK\l"_Toc200611317"4.6.3气系统PAGEREF_Toc200611317\h29HYPERLINK\l"_Toc200611318"第五章电气设备选择及校验PAGEREF_Toc200611318\h32HYPERLINK\l"_Toc200611319"5.1电气设备选择的一般规定PAGEREF_Toc200611319\h32HYPERLINK\l"_Toc200611320"5.1.1按正常工作条件选择PAGEREF_Toc200611320\h32HYPERLINK\l"_Toc200611321"5.1.2按短路条件校验PAGEREF_Toc200611321\h33HYPERLINK\l"_Toc200611322"5.2断路器和隔离开关的选择和校验PAGEREF_Toc200611322\h34HYPERLINK\l"_Toc200611323"5.3限流电抗器的选择和校验PAGEREF_Toc200611323\h35HYPERLINK\l"_Toc200611324"5.4导体、电缆的选择和校验PAGEREF_Toc200611324\h36HYPERLINK\l"_Toc200611325"5.5绝缘子、穿墙套管的选择和校验PAGEREF_Toc200611325\h36HYPERLINK\l"_Toc200611326"5.6电流、电压互感器的选择和校验PAGEREF_Toc200611326\h37HYPERLINK\l"_Toc200611327"5.7避雷器的选择和校验PAGEREF_Toc200611327\h37HYPERLINK\l"_Toc200611328"5.7.1避雷器的设置PAGEREF_Toc200611328\h37HYPERLINK\l"_Toc200611329"5.7.2避雷器的选择PAGEREF_Toc200611329\h38HYPERLINK\l"_Toc200611330"第六章发电厂配电装置布置PAGEREF_Toc200611330\h39HYPERLINK\l"_Toc200611331"6.1设计原则与要求PAGEREF_Toc200611331\h39HYPERLINK\l"_Toc200611332"6.1.1设计原则PAGEREF_Toc200611332\h39HYPERLINK\l"_Toc200611333"6.1.2设计的具体要求PAGEREF_Toc200611333\h39HYPERLINK\l"_Toc200611334"6.1.3检修要求PAGEREF_Toc200611334\h41HYPERLINK\l"_Toc200611335"6.2屋外配电装置设计PAGEREF_Toc200611335\h42HYPERLINK\l"_Toc200611336"6.2.110Kv配电装置PAGEREF_Toc200611336\h42HYPERLINK\l"_Toc200611337"6.2.2110Kv配电装置PAGEREF_Toc200611337\h42HYPERLINK\l"_Toc200611338"第七章防雷保护与接地PAGEREF_Toc200611338\h45HYPERLINK\l"_Toc200611339"7.1防雷保护PAGEREF_Toc200611339\h45HYPERLINK\l"_Toc200611340"7.1.1直击过电压PAGEREF_Toc200611340\h45HYPERLINK\l"_Toc200611341"7.1.2入侵雷电波保护PAGEREF_Toc200611341\h46HYPERLINK\l"_Toc200611342"7.2接地装置PAGEREF_Toc200611342\h46HYPERLINK\l"_Toc200611343"7.2.1一般规定PAGEREF_Toc200611343\h46HYPERLINK\l"_Toc200611344"7.2.2降低土壤电阻率的PAGEREF_Toc200611344\h47HYPERLINK\l"_Toc200611345"7.2.3本水电站接地网的布置PAGEREF_Toc200611345\h47HYPERLINK\l"_Toc200611346"第八章继电保护、自动装置设计PAGEREF_Toc200611346\h48HYPERLINK\l"_Toc200611347"8.1继电保护设计PAGEREF_Toc200611347\h48HYPERLINK\l"_Toc200611348"8.1.1发电机保护PAGEREF_Toc200611348\h48HYPERLINK\l"_Toc200611349"8.1.2主变压器保护PAGEREF_Toc200611349\h48HYPERLINK\l"_Toc200611350"8.1.3110Kv线路保护PAGEREF_Toc200611350\h49HYPERLINK\l"_Toc200611351"8.1.4110Kv母线保护PAGEREF_Toc200611351\h49HYPERLINK\l"_Toc200611352"8.1.5厂用变保护PAGEREF_Toc200611352\h49HYPERLINK\l"_Toc200611353"8.1.6电容器保护PAGEREF_Toc200611353\h49HYPERLINK\l"_Toc200611354"8.1.7接地保护PAGEREF_Toc200611354\h49HYPERLINK\l"_Toc200611355"8.2自动装置设计PAGEREF_Toc200611355\h49HYPERLINK\l"_Toc200611356"第九章同期系统设计PAGEREF_Toc200611356\h50HYPERLINK\l"_Toc200611357"9.1同期方式和同期点选择PAGEREF_Toc200611357\h50HYPERLINK\l"_Toc200611358"9.1.1同期方式选择PAGEREF_Toc200611358\h50HYPERLINK\l"_Toc200611359"9.1.2同期点选择PAGEREF_Toc200611359\h50HYPERLINK\l"_Toc200611360"9.2同期仪表与同期闭锁设计PAGEREF_Toc200611360\h51HYPERLINK\l"_Toc200611361"9.3分散与集中并列PAGEREF_Toc200611361\h51HYPERLINK\l"_Toc200611362"9.4同期电压和同期接线PAGEREF_Toc200611362\h53HYPERLINK\l"_Toc200611363"第十章发电厂监控系统设计PAGEREF_Toc200611363\h54HYPERLINK\l"_Toc200611364"10.1监控系统设计原则PAGEREF_Toc200611364\h54HYPERLINK\l"_Toc200611365"10.2监控系统的功能PAGEREF_Toc200611365\h54HYPERLINK\l"_Toc200611366"第十一章主要电气设备汇总PAGEREF_Toc200611366\h57HYPERLINK\l"_Toc200611367"第二部分设计计算书PAGEREF_Toc200611367\h59HYPERLINK\l"_Toc200611368"第一章电气主接线设计计算PAGEREF_Toc200611368\h59HYPERLINK\l"_Toc200611369"1.1一次投资计算PAGEREF_Toc200611369\h59HYPERLINK\l"_Toc200611370"1.1.1主变压器的选择PAGEREF_Toc200611370\h59HYPERLINK\l"_Toc200611371"1.1.2断路器、隔离开关的选择PAGEREF_Toc200611371\h59HYPERLINK\l"_Toc200611372"1.1.3一次性综合投资PAGEREF_Toc200611372\h59HYPERLINK\l"_Toc200611373"1.2年运行费用计算PAGEREF_Toc200611373\h60HYPERLINK\l"_Toc200611374"1.2.1检修费与折旧费PAGEREF_Toc200611374\h60HYPERLINK\l"_Toc200611375"1.2.2变压器的电能损耗SKIPIF1<0PAGEREF_Toc200611375\h60HYPERLINK\l"_Toc200611376"1.3静态比较法PAGEREF_Toc200611376\h61HYPERLINK\l"_Toc200611377"第二章短路电流计算过程PAGEREF_Toc200611377\h62HYPERLINK\l"_Toc200611378"2.1阻抗元件标么值计算PAGEREF_Toc200611378\h62HYPERLINK\l"_Toc200611379"2.2SKIPIF1<0点三相短路电流计算PAGEREF_Toc200611379\h64HYPERLINK\l"_Toc200611380"2.2.1计算转移阻抗及计算阻抗PAGEREF_Toc200611380\h64HYPERLINK\l"_Toc200611381"2.2.2查水轮机计算曲线并用线性插值法求出各时刻电流标么值PAGEREF_Toc200611381\h64HYPERLINK\l"_Toc200611382"2.2.3计算短路电流有名值PAGEREF_Toc200611382\h64HYPERLINK\l"_Toc200611383"2.2.4各时刻短路点SKIPIF1<0处三相短路电流计算如下PAGEREF_Toc200611383\h65HYPERLINK\l"_Toc200611384"2.3SKIPIF1<0点三相短路电流计算PAGEREF_Toc200611384\h65HYPERLINK\l"_Toc200611385"2.3.1计算转移阻抗及计算阻抗PAGEREF_Toc200611385\h65HYPERLINK\l"_Toc200611386"2.3.2查水轮机计算曲线并用线性插值法求出各时刻电流标么值PAGEREF_Toc200611386\h66HYPERLINK\l"_Toc200611387"2.3.3计算短路电流有名值PAGEREF_Toc200611387\h66HYPERLINK\l"_Toc200611388"2.3.4各时刻短路点SKIPIF1<0处三相短路电流计算如下PAGEREF_Toc200611388\h66HYPERLINK\l"_Toc200611389"第三章电气设备选择及校验部分计算PAGEREF_Toc200611389\h68HYPERLINK\l"_Toc200611390"3.1断路器和隔离开关的选择和校验PAGEREF_Toc200611390\h68HYPERLINK\l"_Toc200611391"3.1.1机端断路器和隔离开关（10.5KV）的选择和校验PAGEREF_Toc200611391\h68HYPERLINK\l"_Toc200611392"3.1.2主变压器出口断路器和隔离开关（110KV）的选择和校验PAGEREF_Toc200611392\h69HYPERLINK\l"_Toc200611393"3.1.3110kV母线出线断路器和隔离开关的选择和校验PAGEREF_Toc200611393\h70HYPERLINK\l"_Toc200611394"3.1.4厂用变压器（10kV）的断路器和隔离开关的选择和校验PAGEREF_Toc200611394\h73HYPERLINK\l"_Toc200611395"3.2限流电抗器的选择和校验PAGEREF_Toc200611395\h74HYPERLINK\l"_Toc200611396"3.2.1初选型号PAGEREF_Toc200611396\h74HYPERLINK\l"_Toc200611397"3.2.2选择电抗值PAGEREF_Toc200611397\h74HYPERLINK\l"_Toc200611398"3.2.3电压损失和残压校验PAGEREF_Toc200611398\h75HYPERLINK\l"_Toc200611399"3.2.4动、热稳定校验PAGEREF_Toc200611399\h75HYPERLINK\l"_Toc200611400"3.3导体、电缆的选择和校验PAGEREF_Toc200611400\h75HYPERLINK\l"_Toc200611401"3.3.1110kv母线的选择校验PAGEREF_Toc200611401\h75HYPERLINK\l"_Toc200611402"3.3.2与A电站相连的出线导线（110kv）的选择校验PAGEREF_Toc200611402\h76HYPERLINK\l"_Toc200611403"3.3.3与无穷大系统相连的出线导线（110kv）的选择校验PAGEREF_Toc200611403\h77HYPERLINK\l"_Toc200611404"3.3.4发电机、变压器连接导体（10kv）的选择校验PAGEREF_Toc200611404\h78HYPERLINK\l"_Toc200611405"3.4绝缘子、穿墙套管的选择和校验PAGEREF_Toc200611405\h80HYPERLINK\l"_Toc200611406"3.4.1绝缘子的选择与校验PAGEREF_Toc200611406\h80HYPERLINK\l"_Toc200611407"3.4.2穿墙套管的选择与校验PAGEREF_Toc200611407\h81HYPERLINK\l"_Toc200611408"3.5电流、电压互感器的选择和校验PAGEREF_Toc200611408\h81HYPERLINK\l"_Toc200611409"3.5.110kV机端电流互感器的选择与校验PAGEREF_Toc200611409\h81HYPERLINK\l"_Toc200611410"3.5.2110kV母线及进出线电流互感器的选择与校验PAGEREF_Toc200611410\h82HYPERLINK\l"_Toc200611411"3.5.3厂用变压器进线电流互感器的选择与校验PAGEREF_Toc200611411\h83HYPERLINK\l"_Toc200611412"3.5.410kV机端电压互感器的选择与校验PAGEREF_Toc200611412\h84HYPERLINK\l"_Toc200611413"3.5.5110kV母线及进出线电压互感器的选择与校验PAGEREF_Toc200611413\h85HYPERLINK\l"_Toc200611414"3.5.6厂用变压器进线电压互感器的选择与校验PAGEREF_Toc200611414\h87HYPERLINK\l"_Toc200611415"附录PAGEREF_Toc200611415\h89HYPERLINK\l"_Toc200611416"致谢PAGEREF_Toc200611416\h90HYPERLINK\l"_Toc200611417"参考文献PAGEREF_Toc200611417\h91第一部分设计说明书第一章概述1.1本毕业设计的目的和要求本毕业设计是在我们进行了所有相关的专业课程理论学习和生产现场参观学习之后进行的。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）、各级电压中性点运行方式选择。（3）、电气主接线设计。（4）、厂用电设计。（5）、短路电流计算。（6）、电气设备选择、校验。（7）、发电厂配电装置布置及防雷保护。（8）、继电保护、自动装置设计。（9）、同期系统设计。（10）、发电厂监控系统设计。（11）、主要电气设备材料汇总。1.2.2本次设计最终的设计成品（1）、设计说明书一份。（2）、电气主接线图一张。（3）、高压配电装置平面图和断面图各一张。（4）、继电保护、测量仪表、自动装置配置图一张。（5）、变压器继电保护展开图一张。（6）、同期接线图一张。（7）、监控系统配置图一张。1.3本设计引用的规程和规范设计中，应根据设计任务书及国家现行的有关政策和各专业设计技术规范而进行。国内设计必须遵守的规程和规范主要有：GB/T4064—1993《电气设备安全设计导则》SDJ161—1985《电力系统设计技术规程》GB50217—1999《电力工程电缆设计规范》SDJ5—1855《高压配电装置设计技术规程》GB14285—1993《继电保护和安全自动装置技术规程》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：该水电站近端没有Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类负荷，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：-（1）通过50kM的联络线（导线型号待选）与通过2×50MVA、SKIPIF1<0的变压器升压到110kV的4×20MW、SKIPIF1<0的电厂相联连。（2）通过30KM联络线（导线型号待选）与∞系统相连。如图2.1：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%3、其他资料当地海拔高度420米，当地年最高温度32℃，年最低温度-2℃，最热月平均最高温度28℃。地形、地震等级等其他资料没有给出，视为不受限制。2.1.2原始资料分析根据设计任务书所提供的资料可知：该水电站为典型的小水电，不担任重要负荷的供电，对设计的可靠性、安全性、灵活性等没有很严格的要求，拟定1～2台变压器。其地形条件限制不严格，但从节省用地考虑，尽可能使其布置紧凑，便于运行管理。另外，周围的环境和气候对设备的选择的制约也不大。综上，在设计中要充分分析所给的原始资料，同时结合实际的情况，做到设计的方案具有可靠性、安全性、经济性等。2.2电气主接线设计依据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。2.3主接线设计的一般步骤1、对设计依据和基础资料进行综合分析。2、确定主变的容量和台数，拟定可能采用的主接线形式。3、论证是否需要限制短路电流，并采取合理的措施。4、对选出来的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案。2.4技术经济比较2.4.1发电机电压（主）接线方案根据我国现行的规范和成熟的运行经验，联系本小水电站的工程实际，满足可靠性、灵活性和经济性的前提下，发电机电压接线可采纳的接线方式有以下三种：（一）单母线接线（图2.2）图2.2单母线接线示意图（1）优点：设备少，接线清晰，经济性好，操作简单方便，不易误操作，便于采用成套配电装置，并且母线便于向两端延伸，方便扩建。（2）缺点：可靠性偏差，母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就是要造成全厂长期停电。调度是很不方便，电源只能并列运行，不能分裂运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。（3）一般适用范围：一般只用在出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂。（二）单元接线（图2.3）图2.3单元接线示意图（1）优点：发电机与主变压器容量相同，接线最简明清晰，故障影响范围最小，运行可靠、灵活；发电机电压设备最少，布置最简单方便，维护工作量也最小；继电保护简单。（2）缺点：主变压器与高压断路器数量多，增加布置场地与设备的投资；主变压器高压侧出线回路多，布置复杂，对简化高压侧接线不利；主变压器故障时影响机组送电。（3）一般适用范围：单机容量一般在100MW及以上机组，且台数在6台及以下者；单机容量在45MW～80MW之间，经经济比较采用其它接线方式不合适时。（三）扩大单元接线（图2.4）图2.4扩大单元接线示意图（1）优点：接线简单清晰，运行维护方便；与单元接线比较，减少主变压器台数及其相应的高压设备，缩小布置场地，节省投资；与单元接线比较，任一机组停机，不影响厂用电源供电，本单元两台机组停机，仍可继续有系统主变压器倒送；减少主变压器高压侧出线，可简化布置和高压侧接线。（2）缺点：主变压器故障或检修时，两台机组容量不能送出；增加两台低压侧断路器，且增大发电机电压短路容量，对大型变压器低压侧可用分裂线圈以限制短路容量。（3）一般适用范围：适应范围较广，能较好的适应水电站布置的特点，只要电力系统运行和水库调节性能允许，一般都可使用；当水电站只有一个扩大单元时，除满足系统允许条件外，应注意避免在主变压器回路故障或检修时造成大量弃水、损失电能和影响下游供水，同时还应考虑有可靠的外来厂用电源。(四)关于单元接线中装设断路器问题单元接线的发电机电压回路中，具备下列情况之一者，可考虑装设断路器：（1）担任尖峰负荷的水电站，经常有可能全厂停机，而机组启动、排水、照明等需通过变压器向厂用变倒送电，此时，可在接有厂用变压器的单元中装设断路器。（2）在单元回路分支线上接有近区负荷者。（3）当单元之间要求设置联络母线时，应考虑加装发电机电压断路器。2.4.2主接线方案拟定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。（一）根据以上三种主接线方式，并结合本设计水电站的实际，现拟定以下三种电气主接线方案(单相示意图)：(1)单母线接线其接线示意图如图2.5：图2.5单母线接线方案（2）单元接线其接线示意图如图2.6：图2.6单元接线方案（3）扩大单元接线其接线示意图如图2.7：图2.7扩大单元接线（二）主接线方案初步比较：由以上三种接线方案的优缺点分析和接线示意图，本着可靠性、灵活性和经济性的原则，结合电厂实际综合分析，可以得出：单母线和扩大单元接线相比较，其可靠性和灵活性都很相近，厂用电都是在发电机10.5KV侧取得，然而本电站只有两台发电机，比较特殊，所以单母线和扩大单元接线形式相近。从接线图中可以明显地看出单母线接线低压侧多用三个（三相）断路器和三个（三相）隔离开关，增加了一次投资，同时也增加了其继电保护的复杂程度。所以可以明显淘汰单母线接线方案。从而保留扩大单元接线（方案1）和单元接线方案（方案2）。（三）主接线方案的确定（1）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。需要说明的是：在比较接线方案是，应估计到接线中发电机、变压器、线路、母线等的继电保护能否实现及其复杂程度。然而经验表明，对任何接线方案都能实现可靠的继电保护，由于一次设备投资远远大于二次设备的投资，所以即使某个别元件保护复杂化，也不能作为不采用较经济接线方案的理由。从供电的可靠性看：对于方案2，厂用电从两台发电机上取得，即使检修其中一台变压器和两机组停机电厂也不会停电，然而两台变压器同时故障的可能性非常小。相比方案1，若检修变压器电厂就会停电，否则要另外接入厂用电源，这样投资就增加了。这样，方案2的可靠性相对高些。从运行安全和灵活性看：方案2的变压器的短路容量比方案1小，对变压器和发电机的绝缘水平要求相对较低，安全性相对较高，其灵活性也比较好。从接线和继电保护看：方案1的接线和继电保护都相对方案2较复杂。从维护与检修看：方案1的维护相比方案2较复杂，方案1的检修相比方案2较方便。（2）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。1、一次性投资一次性投资包括主变压器、配电装置的综合投资。电气设备的综合投资是电气设备出厂价格、运输机安装费用的总和，又称电气设备的基建投资费。一次性综合投资SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0—主体设备基价，主要包括主变压器、开关设备；d—设用于运输基础加工，土石方附加费的比例系数，通常对110KV取值90，35KV取值100。2、年运行费用SKIPIF1<0式中：SKIPIF1<0—小修维护费，一般为（0.022～0.042）O；SKIPIF1<0—折旧费，一般为（0.005～0.058）O；SKIPIF1<0—电能损失，主要指变压器的能量损耗（KW.h）d—电能电价，目前全国各地区均价为0.25～0.3元/KW.h。SKIPIF1<0—随变压器型式不同而异，对双绕组变压器有SKIPIF1<0式中n—相同变压器的台数；SKIPIF1<0—每台变压器的额定容量（KV.A）；S—n台变压器担负的总负荷（KV.A）；t—对应负荷使用的小时数；SKIPIF1<0、SKIPIF1<0—每台变压器的空载有功损耗（KW）、无功损耗（Kvar）；SKIPIF1<0、SKIPIF1<0—每台变压器的短路有功损耗（KW）、无功损耗（Kvar）；K—无功经济当量，即每多发或多供1kvar无功功率，在电力系统中所引起的有功损耗（KW）增加的值。发电厂取0.02。3、经济比较方法在n个接线方案中，O和U均为最小的方案，显然为最佳方案，若方案的O大而U小，或反之，则应进一步进行经济比较，一般采用动态比较法和静态比较法。这里采用静态比较法：基于设备、人工等经济价值固定不变味前提，认为经济价值与时间无关，采用抵偿年限法。假若方案1的综合投资大，而年运行费用小；方案2的综合投资小，而年运行费用大，则计算抵偿年限：SKIPIF1<0我国当前规定标准抵偿年限T为5～10年，一般T小于5年选用投资大的方案，T大于10年选用投资小的方案，T在5～10年之间，应视工程性质，资金财务平衡选定。经过计算比较结果，选定方案2（单元接线）为主接线方案。接线图见附录---附1。具体的计算比较过程详见设计计算书。2.5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SKIPIF1<0额定电压SKIPIF1<0（V）额定电流SKIPIF1<0（A）次暂态电抗SKIPIF1<0SKIPIF1<0（MVA）SKIPIF1<0（MW）SF25-16/41031.25250.81050017200.262.6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。2.6.1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。2.6.2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SKIPIF1<0连接，35KV一下电压，变压器绕组都采用SKIPIF1<0连接。结合很电厂实际，因而主变压器接线方式采用SKIPIF1<0连接。2.6.3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，在比较的三个方案中，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—63000/11063000110(121)±2×2.5%10.50.65225410.5SF7—31500/11031500110(121)±2×2.5%10.50.83114710.52.7各级电压中性点运行方式选择运行经验表明，中性点运行方式的正确与否关系到电压等级、绝缘水平、通信干扰、接地保护方式、运行的可靠性、系统接线等许多方面。目前，我国电力系统中普遍采用的中性点运行方式有中性点直接接地、中性点不接地和中性点经消弧线圈接地等方式接地。随着电力网电压等级的升高，对绝缘的投资大大增加，为了降低设备造价，可以采用中性点直接接地系统。目前，我国对110kV及以上电力系统一般都采用中性点直接接地系统，其优点是：单相接地时，其中性点电位不变，非故障相对地电压接近相电压（可能略有增大），因此降低了绝缘投资。3～10kV电力网中，当单相接地电流小于30A时，采用中性点不接地运行方式。发电机中性点均采用非直接接地方式，本设计方案采用的是单元接线，所以按规程应该采用经消弧线圈接地方式。综上所述，110kV侧采用中性点直接接地方案，10.5KV侧采用不接地方案，发电机中性点采用经消弧线圈接地方案。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。具体的计算过程详见设计计算书。3.3网络变换与简化方法综合运用Y—SKIPIF1<0变换，网络中间点消去法，对该电厂的接线与外界接线进行变换和简化。具体的计算过程详见设计计算书。3.4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SKIPIF1<0和基准电压SKIPIF1<0。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SKIPIF1<0。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SKIPIF1<0以及无限大电源对短路点的转移电抗SKIPIF1<0。（3）求出计算电抗，SKIPIF1<0式中SKIPIF1<0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SKIPIF1<0）。（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。（8）绘制短路电流计算结果表（表13.1）。具体的计算过程详见设计计算书。第四章厂用电设计4.1厂用电负荷统计及厂用变压器的选择4.1.1一般水电站的主要厂用负荷有以下两大类（1）机组自用电主要包括有：压油装置油泵、机组轴承润滑系统用泵、水内冷水系统用泵、水轮机盖顶排水泵、漏油泵、主变压器冷却器、机组技术供水泵、蝶阀压油装置油泵和励磁系统可控硅冷却风扇等。（2）全厂公用电主要包括有：充电装置、变电站用电、水泵装置、压气系统、油系统、起重机和闸门启闭设备、电热和照明、机械修配厂、坝区及引水建筑物以及其它负荷（乘人电梯、载物电梯通信电源等）。4.1.2该水电站的主要厂用负荷统计根据查阅相关资料，2×25MW水电站的常见负荷及其容量见表4.1。表4.1厂用电负荷统计（机组自用电及厂用电）序号厂用电设备名称设备额定容量（KW）台数设备总容量单台设备系数参加最大负荷的容量SKIPIF1<0SKIPIF1<0效率SKIPIF1<0需要容量全部机组运行一台机组检修其余的全部运行有功（KW）无功（Kvar）台数有功（KW）无功（Kw）台数有功（KW）无功（Kw）123456789101112一、机组自用电压油装置油泵水轮机盖顶排水泵机组漏油泵碟阀压油装置油泵碟阀漏油泵主变压器冷却油泵机组供水泵清水泵主变压器供水泵主变压