發(fā)電廠及電力系統(tǒng)課程設(shè)計

**水電站電氣一次部分

課程設(shè)計說明書

適用專業(yè)：發(fā)電廠及電力系統(tǒng)

指導(dǎo)老師：__________________

設(shè)計開始日期：2008年12月日

設(shè)計結(jié)束日期：2008年12月日

目錄

第一章設(shè)計原始資料

1.1概況.............................................(5)

1.2工程任務(wù)和規(guī)模..................................⑺

1.3機器及金屬機構(gòu)...................................(8)

第二章變壓器的選擇

2.1主變壓器的選擇.................................(10)

2.2廠用變壓器的選擇...............................(11)

第三章電氣主接線設(shè)計

3.1電氣主接線的概況...............................(14)

3.2電氣主接線的方案擬定及比較....................(14)

3.2.1主接線方案的擬定...............................U4)

3.2.2主接線方案的比較..............................(14)

第四章短路電流計算

4.1短路電流計算的目的.............................(17)

4.2短路電流計算的內(nèi)容.............................117)

4.3短路電流計算的方法.............................117)

4.4短路電流計算成果表.............................(18)

第五章設(shè)備的選擇、校驗

5.1電氣一次設(shè)備選擇的一般條件....................(19)

5.2電氣一次設(shè)備的選擇及成果......................(21)

前?言

水電是清潔能源，可再生、無污染、運行費月低，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。

中國不論是水能資源蘊藏量，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己達到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。

此外，中國水電產(chǎn)業(yè)各項經(jīng)濟指標增長較快2007年1T1月，中國水力發(fā)

電行業(yè)累計實現(xiàn)_L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113,147,151千元，比上年同期增長了24.80乳累計實

現(xiàn)利潤總額26,863,763千元，比上年同期增長了9.75機

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。

本次設(shè)計從主接線、短路電流計算、主要電氣設(shè)備選擇等兒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

第一章設(shè)計原始資料

1.1概況

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、淑浦三

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，晏家村與淑浦縣善溪鄉(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。

晏家水電站位于費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620knA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28120k也依次為：①渠江干流175?207nl為梧桐水電站，控

制集雨面積570km:規(guī)劃裝機8000kW；②朱溪江支流207?232nl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6400kW；④朱溪江支流285?3251Tl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182kmM規(guī)劃裝機2000k肌⑥崗東河支流250?292nl

為羅林水電站，控制集雨面積76km2,規(guī)劃裝機1250kW；⑦崗東河支流292?342nl

為河邊水電站，控制集雨面積68km2,規(guī)劃裝機1250k出⑧崗東河支流342?390nl

為芭油水電站，控制集雨面積60knA規(guī)劃裝機1000kW。

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

X1600kW,設(shè)計引用流量38.8nr7s。

1.2工程任務(wù)和規(guī)模

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)，且緊臨淑浦縣善溪鄉(xiāng)，其庫區(qū)及集雨區(qū)域大部分屬淑浦縣境內(nèi)。該工程上游

水位受梧桐水電站尾水控制，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?207nl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。

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。

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19.4m7s,額定點效率90%0

1.3機器及金屬機構(gòu)

(1)水輪機主要參數(shù)

型號:ZD680-LH-180臺數(shù)：2臺

額定水頭：10.0m

額定出力：1778kW額定流量：19.40nf/s

額定工況點效率：90%額定轉(zhuǎn)速:300r/min

(2)調(diào)速器：選用2個YWT-3000型自動調(diào)速器。

(3)發(fā)電機主要參數(shù)

型號SF1600-20/2600,額定功率1600kW,共2臺;

額定電壓6300V,額定轉(zhuǎn)速300r/min；

功率因數(shù)0.8。

(4)變壓器

主變型號：S9-4000/35臺數(shù)：1臺

站用變型號：SCI0-315/6.3臺數(shù)：1臺

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。

閘門均采用鋼閘門，共7扇；啟閉設(shè)備均采月手電兩用螺桿式啟閉機，分別

有1臺5t、2臺101、2臺15t0

第二章變壓器的選擇

2.1主變壓器的選擇

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。

電力變壓器按相數(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330ZV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(fù)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。

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調(diào)壓變壓器。

電力變壓器按繞組導(dǎo)體材質(zhì)分，有銅線變壓器、鋁線變壓器及半銅半鋁、超

導(dǎo)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。

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。

雙繞組變壓滯用于連接電力系統(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35Hz和

6.3KV兩個電壓等級，所以本設(shè)計中主變壓器采月雙繞組變壓器。

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)計中主變壓器采用強

迫油循環(huán)水冷式的電力變壓器。

表2.1S9系列變壓器技術(shù)參數(shù)

電壓組合空載負載空教阻抗

額定容聯(lián)結(jié)

型號高壓高壓分接低壓損耗損耗電流電壓

量(KVA)組別

(KV)范圍(%)(KV)(KW)(KW)(%)(%)

S9-630/356301.087.850.376.5

89-1000/3510001.5012.01.06.5

S9-1250/3512501.8014.00.96.5

35

S9-1600/3516002.1317.00.856.5

Y,dl

S9-2000/352000±510.52.6019.00.756.5

1

S9-2500/3525003.1021.00.756.5

S9-3150/3531503.8024.50.707

S9-4000/3540004.6029.00.707

S9-5000/3550005.5033.00.607

S9-6300/356300356.6037.00.607.5

S9-8000/35800038.58.5042.00.557.5

10.5Yndl

S9-10000/3510000±2X2.510.048.30.557.5

111

S972500/351250012.057.n0.50R.0

S9-16000/351600014.670.00.508.0

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蛤勺裕

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

4000KVAo

綜上所述，根據(jù)表2.1,本設(shè)計選擇S9-4000/35型號的變壓器作為主變壓

器。

2.2廠用變壓器的選擇

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

1廠用變壓器原力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。

2廠用變壓器可以選用雙繞組變壓器，但大型機組的廠用變壓器多選擇用

低壓繞組分裂變壓器。

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。

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。

表2.2SC10系列變壓器技術(shù)參數(shù)表

額定容電壓組合空載負載空載阻抗

型號量聯(lián)結(jié)組別損耗損耗電流電壓

低壓

高壓(KV)

(KVA)(KW)(W)(%)(%)

(KV)

SC10-30/6300.1800.7251.64

SC10-50/6500.2500.9851.24

SC10-80/6800.3551.1601.04

SC10-100/6100D,ynll0.3901.5000.84

0.4

SC10-125/6125Y,ynll0.4601.8000.84

SC10-160/61606±5%0.5302.1000.84

SC10-200/62006.3±2X2.5%0.6052.5000.84

SC10-250/6250100.7202.7400.74

SC10-315/63150.8753.4400.74

SC10-400/64000.9703.9600.74

SC10-500/65000.4Ydll1.1504.5150.74

SC10-630/66301.3205.8000.64

SC10-800/68001.5106.9200.66

2.2.2廠用變壓器容量的確定

1、電動機負荷

電動機的計算負荷PMC確定如下:

P火=兒

T/MCOS6

式中：PMN-電動機的額定容量，KW

3------電動機效率；

C°Sp，------電動磯功率因數(shù)。

表2.3

序設(shè)備型號臺容量功率效參加計算負荷容量

號名稱數(shù)(KW)因數(shù)率全部運行一臺機檢修

臺數(shù)容量臺數(shù)容量

1供水泵J62-26200.9188.3499.52249.76

2低壓空壓機J073-63200.8688.5252.40126.20

3壓油裝置油泵J71-22280.9189.0269.14134.75

4頂蓋排水泵J42-214.50.8885.016.0216.02

5浮充電機J051-414.50.8585.016.2316.23

6蓄電池室通風J41-6110.7276.711.8111.81

機

7主廠房通風機JO231-412.20.8481.512.7512.75

8橋式吊車1600.7088.5188.2

9照明20.1280%16.1080%16.10

總計253.97231.46

計入網(wǎng)絡(luò)損失5%266.67243.03

計入最大負荷同時213.34194.43

率0.6?0.8

2、廠用變的確定

經(jīng)表2.2表2.3及公式，本設(shè)計廠用變型號為SC10-315/6o

第三章電氣主接線設(shè)計

3.1電氣主接線的概況

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。

3.2電氣主接線的方案擬定及比較

3.2.1主接線方案的擬定

(1)根據(jù)原始資料確定初步擬定：

方案主變數(shù)量35KV母線接線形式6.3KV母線接線型式

方案一1臺單母線單母線

發(fā)電機變壓器單元接

方案二2臺單母線

線

(2)根據(jù)《第二章變壓器的選擇》選擇以下型號的變壓器

方臺

型號接線方式參數(shù)

案數(shù)

方空載損耗：4.60KW

案S9-4000/35負載損耗：29.OKW

1Y,dll

阻抗百分比:Ud=7%

方空載損耗：2.60KW

案S9-2000/35Y,dll負載損耗：19.0KW

2

阻抗百分比：Ud=6.5%

3.2.2主:度線方案的比較

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。

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。

方案一：35KV側(cè)單母線接線，6.3KV側(cè)單母線接線

一臺主變

v

方案二：35KV側(cè)單母線接線，發(fā)電機變壓器單元接線

OO

現(xiàn)對上述主接線方案進行比較:

、^案方案一：3.5KV側(cè)單母線接線，方案二：35KV側(cè)單母線接線，發(fā)電

6.3KV側(cè)單母線接線機變壓器單元接線

1.35KV接線簡單，設(shè)備本身故1.可靠性較高；

障率少2.有兩臺主變壓器工作，保證了在

可靠性

2.6.3KV故障時，停電時間較短變壓器檢修或故障時，不致使該側(cè)

不停電，提高了可靠性

6.3KV運行方式相對簡單，靈活

靈活性6.3KV母線檢修時倒閘操作復(fù)雜

性好

經(jīng)濟性設(shè)備相對少，投資小設(shè)備相對多，投資較大

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。

第四章短路電流計算

4.1短路電流計算的目的

（1）電氣主接線比選：

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)。

（2）選擇導(dǎo)體和電器：

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)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(dǎo)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。

（3）選擇繼電保護裝置和整定計算

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。

4.2短路電流計算的內(nèi)容

1）短路點的選?。焊骷夒妷耗妇€、電動機末端。

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。

3）短路電流的計算：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。

4.3短路電流計算的方法

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。

標幺制是一種相本單位制，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)均月標幺值表示。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。

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。

4.4短路電流計算成果表

短路點%⑶K?(⑶/⑴

平均電壓(KV)6.3356.36.3

計算電抗0.20.270.31310.2

■■5.54.153.590.05

t=0

I2.0161.5231.3181.37

t=0.1心4.053.32.950.05

4.1.4861.2111.0831.37

t=0.63.683.162.910.05

1.3511.161.0681.37

t=l3.553.12.920.05

I1.3031.1411.0721.37

t=23.573.082.960.05

1.3101.131.0861.37

t=43.233.062.990.05

A1.1851.1231.0971.37

沖擊電流(KA)16.57731.3487.9853.68

短路電流(KA)5.2610.0562.4880.05

第五章設(shè)備的選型、校驗

5.1電氣一次設(shè)備選擇的一般條件

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)妥地采用新技術(shù)，并

注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。

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。

(1)按正常工作條件選擇電器

①額定電壓和最高工作電壓