水電廠電氣主接線和配電裝置設(shè)計電氣主接線

水電廠電氣主接線和配電裝置設(shè)計電氣主接線1概述及原始資料分析在發(fā)電廠和變電所中，發(fā)電機、變壓器、隔離開關(guān)、電抗器、電容器、互感器、避雷器等高壓電氣設(shè)備，以及將它們連接在一起的高壓電纜和母線，構(gòu)成了電能生產(chǎn)、匯集和分配的電氣主回路。這個電氣主回路被稱為電氣一次系統(tǒng)，又叫電氣主接線。發(fā)電廠、變電所的電氣主接線有多種形式。選擇何種電氣主接線，是發(fā)電廠、變電所電氣部分設(shè)計中的最重要問題，對各種電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和控制方式的擬訂都有決定性的影響，并將長期地影響電力系統(tǒng)的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性。原始資料分析水輪發(fā)電機組3臺：3×125MW；機組年利用小時數(shù)：T>5000小時。（3）廠用電率：5.1％。（4）送電距離：25KM；（5）環(huán)境溫度：最高溫度32OC，最低氣溫-2OC；年平均溫度18OC；（6）系統(tǒng)容量：S=4000MVA；阻抗標(biāo)幺值：XS=1.32對電氣主接線的基本要求水電站電氣主接線是水電站由高壓電氣設(shè)備通過連線組成的接收和分配電能的電路。電氣主接線根據(jù)水電站在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點及負荷性質(zhì)等條件確定，并應(yīng)滿足運行可靠、簡單靈活、操作方便、易于維護檢修、利于遠方監(jiān)控和節(jié)約投資等要求。在電氣主接線設(shè)計時，綜合考慮以下方面：2.1可靠性要求安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求。而主接線的可靠性不是絕對的，同樣形式的主接線對某些發(fā)電廠或變電站是可靠性的，但對另一些發(fā)電廠或變電站就不一定滿足可靠性的要求，故在分析主接線的可靠性時不能脫離發(fā)電廠或變電所在系統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負荷性質(zhì)和類別、設(shè)備制造水平和運行經(jīng)驗等因素。對于總裝機容量375MW，最大負荷利用小時數(shù)在5000h以上以承擔(dān)基荷為主的水電廠，其可靠性應(yīng)保證：（1）任何一進出線斷路器故障或拒動以及母線故障，不應(yīng)切除一臺以上機組和相應(yīng)的線路。（2）任何一臺斷路器檢修和另一臺斷路器故障或拒動相組合、以及當(dāng)母線聯(lián)絡(luò)斷路器故障或拒動時，不應(yīng)切除兩臺以上機組和相應(yīng)的線路。2.2靈活性要求主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。（1）調(diào)度時，應(yīng)能靈活的投入和切除發(fā)電機、變壓器和線路，調(diào)配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求。（2）檢修時，可以方便的停運斷路器、母線及其繼點保護設(shè)備，進行安全檢修而不致影響電力網(wǎng)絡(luò)的運行和對用戶的供電。（3）擴建時，可以容易的從初期接線過度到最終接線。在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下，投入新裝機組、變壓器或線路而不互相干擾，并且對一次和二次部分的改建工作量最少。（4）事故處理時，能迅速地隔離故障部分，盡快恢復(fù)供電，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。2.3經(jīng)濟性要求主接線在滿足可靠性和靈活性要求的前提下，做到經(jīng)濟合理。（1）投資省，主接線應(yīng)力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備。（2）占地面積小，主接線應(yīng)為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少。（3）年運行費用小，年運行費用包括電能損耗費、折舊費及大、小維修費等，應(yīng)合理選擇設(shè)備型式和額定參數(shù)，結(jié)合工程情況恰到好處，避免以大代小、以高代低。3出線回路數(shù)及輸電電壓等級選擇根據(jù)任務(wù)書所給輸送距離25KM，輸送容量為375MW，根據(jù)上表可以確定輸電電壓選220KV。表1-1采用架空線路時與各額定電壓相適應(yīng)的輸送功率和輸送距離額定電壓（kV）36103560110220輸送功率（kW）100～1000100～1200200～20002000～100003500～3000010000～50000100000～500000輸送距離(kM)1～34～156～2020～5030～10050～150100～300由于電廠的總?cè)萘繛椋?28MVA），Tmin=5000小時/年，線路傳輸?shù)墓β什淮螅瑫r考慮系統(tǒng)情況，參照已投運的相同容量的電廠與系統(tǒng)連接情況并查資料【5】P46附錄附表1-6、1-7、1-8P.52附錄附表1-33作出如下方案：回路數(shù)=輸送容量/經(jīng)濟輸送容量取接近的整數(shù)值可靠系數(shù)=經(jīng)濟容量×回路數(shù)/輸送容量輸送容量=375×﹙1-5.1%﹚/0.875=407MVA表1-2導(dǎo)線經(jīng)濟對照表方案導(dǎo)線型號經(jīng)濟輸送容量（MVA）回路數(shù)K方案一LGJ-30010351.27方案二LGJ-40013741.35方案三LGJ-50017131.26方案比較：以上三個方案中K值均大于1.2，可靠性都滿足，但方案三出線回路數(shù)最少，其投資也最少，從經(jīng)濟性角度考慮選擇方案三。所以出線回路數(shù)及輸電電壓等級選擇結(jié)果如下：表1-3線回路數(shù)及輸電電壓等級選擇結(jié)果表輸電電壓等級（KV）導(dǎo)線型號每回經(jīng)濟輸送容量（MVA）回路數(shù)220LGJ-50017134主接線方案的擬訂和選擇4.1主接線方案的擬訂（1）本水電廠總裝機容量375MW，最大負荷利用小時數(shù)在5000h以上以承擔(dān)基荷為主，其可靠性要求較高；（2）水電站開機程序比較簡單，機組起動迅速，并容易實現(xiàn)自動化。（3）電站規(guī)模確定后，一般不考慮擴建，但對規(guī)劃設(shè)計中明確分期建設(shè)的電站，則在主接線中應(yīng)予以考慮。（4）水電廠廠用電源通常考慮由單元接線的發(fā)電機出口供給，廠備用電源可引自地區(qū)配電網(wǎng)或保留施工變電所來解決。（5）水電站地形復(fù)雜，電氣設(shè)備布置及進出線走廊均受到一定限制，應(yīng)盡可能簡化接線，避免在水電站設(shè)置復(fù)雜的變電樞紐。（6)125MW發(fā)電機組出口的短路電流一般超過80KA，因此接于發(fā)電機出口的主變及廠用變高壓側(cè)斷路器開斷容量必須在80KA以上，這種斷路器制造困難，價格昂貴，且對供電可靠性要求較高，所以，一般發(fā)電機組與主變壓器及廠用變壓器連接采用離相封閉母線【14】。綜上考慮，初步擬定如下幾種方案：方案一方案二方案三方案四4.2方案比較及選擇表1-4方案比較方案接線方式優(yōu)點缺點適用范圍方案一單母接線接線方式簡單清晰，投資很少、操作方便、擴建容易；供電可靠性和靈活性低，其母線一旦出現(xiàn)故障就會造成全廠停電，嚴重影響了持續(xù)供電。出線回路少且沒有重要負荷的發(fā)電廠和變電站。方案二單母分段接線接線方式簡單清晰，投資省、操作方便、擴建容易，其供電可靠性和靈活性相對較高；分段斷路器故障時，整個配電裝置會全停；母線或母線隔離開關(guān)檢修時，母線所有回路都要在檢修期間停電；小容量發(fā)電廠的發(fā)電機電壓配電裝置；3~63kV配電裝置出線4~8回；110kV~220kV配電裝置出線3~4回；方案三雙母接線相對單母線接線有較高的可靠性和靈活性，檢修任意母線不影響供電，任意母線故障時能迅速恢復(fù)供電，便于擴建；配電裝置復(fù)雜，投資和占地面積增大；倒換操作時容易誤操作；檢修期間處于單母不分段狀態(tài)，可靠性降低；進出線回數(shù)較多、容量較大的6~10kV配電裝置35~63kV配電裝置出線超過8回；110kV配電裝置出線6回及以上；220kV配電裝置出線4回及以上。方案四雙母接線帶專用旁母檢修任意與它相連的斷路器都不停電，提高了供電的可靠性；較雙母接線，配電裝置更復(fù)雜，投資和占地面積增大；110kV配電裝置出線6回及以上；220kV配電裝置出線4回及以上；從經(jīng)濟性來說，方案一、方案二占優(yōu)。但對于總裝機容量375MW，最大負荷利用小時數(shù)在5000h以上以承擔(dān)基荷為主的水電廠要求可靠和靈活性較高，故這兩個方案均舍棄，方案四可靠性靈活性較方案三高，但本電廠屬于中型水電廠，一般在枯水季節(jié)允許停電檢修，故可以不設(shè)專用旁母。所以經(jīng)過綜合分析，滿足可靠性靈活性同時兼顧經(jīng)濟性，選方案三為最終設(shè)計方案。5發(fā)電廠廠用電接線的方案廠用電設(shè)計應(yīng)按照運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，妥善解決分期建設(shè)引起的問題。積極慎重地采用經(jīng)過鑒定的新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計達到經(jīng)濟、技術(shù)先進、保證機組安全、經(jīng)濟和滿發(fā)的運行。5.1廠用電接線應(yīng)滿足的要求（1）滿足各種運行方式下的廠用電負荷需要，并保證供電。（2）各機組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)是獨立的。一臺機組的故障停運或其輔機的電氣故障，不應(yīng)影響到另一臺的正常運行。并能在短時間內(nèi)恢復(fù)本機組的運行。（3）充分考慮機組起動和停運過程中的供電要求。一般均應(yīng)配置可靠的起動（備用）電源，在機組起動、停運和事故時的切換操作要少，并能與工作電源短時并列。5.2廠用電源取得方式廠用電源通?？紤]由單元接線的發(fā)電機出口供給。5.3備用電源取得方式備用電源一般可通過主變壓器倒送廠用電或由與系統(tǒng)聯(lián)系緊密的最低一級電壓母線上接高壓備用變壓器以取得備用電源，或者通過保留施工電源。5.4廠用電壓等級的選擇一般水電站廠用電率在0.5%~1%，無大容量的廠用電動機，通常只需380/220V電壓供電。但本水電廠的廠用電率是5.1%，說明廠用電負荷較多，大型用電設(shè)備較多，因此，廠用電有高壓系統(tǒng)，高壓母線電壓選擇6.3kv。廠用電主接線6.發(fā)電機及主變、廠用變選擇6.1發(fā)電機選擇發(fā)電機根據(jù)任務(wù)書所給容量選擇，查資料【17】得到發(fā)電機型號及主要參數(shù)：型號：SF125-96/15600；出口電壓：13.8kv;額定功率：PN=125MW;容量：；功率因數(shù)：；電抗：Xd=0.89；Xdˊ=0.348；Xd″=0.24；6.2變壓器的選擇6.2.1主變壓器選擇規(guī)則：相數(shù)選擇當(dāng)不受運輸條件限制時，容量為300MW及以下機組單元連接的主變壓器一般選擇三相變壓器。而選擇主變壓器的相數(shù)時，應(yīng)根據(jù)原始資料以及設(shè)計變電所的實際情況來選擇。因為單相變壓器組，相對來講投資大，占地多，運行損耗大，同時配電裝置以及斷電保護和二次接線的復(fù)雜化，也增加了維護及倒閘操作的工作量。（2）繞組數(shù)選擇由于本發(fā)電廠只先一個系統(tǒng)送電，發(fā)電廠只有一個升壓電壓，因此，選雙繞組變壓器。主變調(diào)壓方式的選擇因為可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁來實現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓，因此發(fā)電廠主變壓器一般都采用無載調(diào)壓。（4）連接組別的選擇變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。全星形接線雖然有利于并網(wǎng)時相位一致的優(yōu)點，而且全星形接法，零序電流沒有通路，相當(dāng)于和外電路斷開，即零序阻抗相當(dāng)于無窮大，對限制單相及兩相接地短路都有利，同時便于接消弧線圈限制短路電流。但是三次諧波無通路，將引起正弦波的電壓畸變，對通訊造成干擾，也影響保護整定的準(zhǔn)確度和靈敏度。如果影響較大，還必須綜合考慮系統(tǒng)發(fā)展才能選用。我國規(guī)定110KV以上的電壓等級的變壓器繞組常選用中性點直接地系統(tǒng)，而且要考慮到三次諧波的影響，會使電流、電壓畸變。采用△接法可以消除三次諧波的影響。故本次設(shè)計的發(fā)電廠，選用主變壓器的接線組別為：YN，d11接線。（5）容量選擇主變壓器容量選擇按發(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；主變：6.2.2廠用變壓器選擇規(guī)則：（1）額定電壓廠用變壓器的額定電壓應(yīng)根據(jù)廠用電系統(tǒng)的電壓等級和電源引接處的電壓確定，變壓器一、二次額定電壓必須與引接電源電壓和廠用網(wǎng)絡(luò)電壓一致。（2）工作變壓器的臺數(shù)由于各機組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)是獨立的且廠用電源通?？紤]由單元接線的發(fā)電機出口供給，因此廠用變的臺數(shù)一般與發(fā)電機數(shù)相同。（3）容量選擇廠用變壓器容量選擇本機組的廠用負荷后留有10%的裕度來確定;發(fā)電機出口廠用變:6.2