1、本 科 毕 业 设 计（论 文）风江水电站电气部分设计姓 名专业年级学 号方 案中国 2012-03-06风江水电站工程设计说明书11 摘 要 .32 前言 .43 基本资料 .54 电气主接线设计 .74.1 主接线设计的基本要求 .74.2 主接线设计的原则 .74.3 主接线方案的拟定 .74.3.1 发电机-变压器单元接线 .74.3.2 220kV 电压母线 .75 厂用电系统设计 .85.1 厂用电接线的设计原则 .85.2 厂 用 电 压 等 级 的 确 定 .85.3 厂用电源的引接方式 .85.4 厂用电接线形式 .85.5 厂用高压变压器的选择 .85.5.1 额定电压的确
2、定 .85.5.2 台数和型式的选择 .95.5.3 容量的选择 .95.5.4 电抗的选择 .105.6 低压厂用电接线 .105.7 厂用变压器的型号选择 .116 短路电流计算 .126.1 短路电流计算的主要目的 .126.2 一般规定 .126.2.1 计算的假定条件 .126.2.2 接线方式 .136.2.3 短路类型 .136.2.4 短路计算点 .136.2.5 短路电流计算方法 .136.3 短路电流计算步骤 .136.4 计算公式 .146.4.1 元件参数计算 .146.4.2 网络变换 .156.4.3 计算电抗 .166.4.4 短路点短路电流周期分量有效值的计算
3、.176.4.5 短路的冲击电流 .176.4.6 电流分布系数及转移电抗 .176.5 短路电流参数计算 .186.5.1 220kV 母线短路(k1) .196.5.2 300MW 发电机出口短路(k2) .206.6 基准值计算 .226.7 标幺值计算 .236.7.1、发电机的标幺值 .236.7.2 变压器的标幺值 .23风江水电站工程设计说明书27.3.1 线路的标幺值 .247 电气设备的选择 .267.1 电气设备选择的一般原则 .267.1.1 按正常工作条件选择 .267.1.2 按短路状态校验 .277.2 220kV 高压设备的选择 .287.2.1 高压断路器的选择
4、 .287.2.2 隔离开关的选择 .297.2.3 电流互感器的选择 .297.2.4 电压互感器的选择 .307.2.5 并联电抗器的选择 .307.3 高压开关柜的选择 .317.3.1 种类和型式的选择 .317.3.2 主开关的选择 .317.3.5 开断和关合短路电流的选择 .327.4 裸导体的选择 .327.4.1 220KV 母线的选择 .327.4.2 封闭母线的选择 .337.4.3 电晕电压校验 .337.4.4 热稳定校验 .348 变压器的选择计算 .359 总结 .3610 致谢 .3711 参考文献 .38风江水电站工程设计说明书31 摘要本 毕 业 设 计 是
5、 风 江 水 电 站 电 气 部 分 初 步 设 计 。 该 水 电 站 的 总 装 机 容量 为 3100=300MW。 本 设 计 采 用 单 母 分 段 接 线 。 其 中 主 要 内 容 包 括 ：电 气 一 次 主 接 线 系 统 的 构 成 与 设 计 、 短 路 电 流 计 算 、 导 体 、 电 气 设 备 的选 择 、 配 电 装 置 的 设 计 与 选 择 。 变 压 器 的 选 择 包 括 ： 发 电 厂 主 变 压 器 、高 压 备 用 变 压 器 及 高 压 厂 用 变 压 器 的 台 数 、 容 量 、 型 号 等 主 要 技 术 数 据的 确 定 ； 电 气 主
6、接 线 主 要 介 绍 了 电 气 主 接 线 的 重 要 性 、 设 计 依 据 、 基 本要 求 、 各 种 接 线 形 式 的 优 缺 点 以 及 主 接 线 的 比 较 选 择 ， 并 制 定 了 适 合 本厂 要 求 的 主 接 线 ； 厂 用 电 接 线 包 括 ： 厂 用 电 接 线 的 总 要 求 以 及 厂 用 母线 接 线 设 计 。 短 路 电 流 计 算 是 最 重 要 的 环 节 ， 本 论 文 详 细 的 介 绍 了 短 路电 流 计 算 的 目 的 、 假 定 条 件 、 一 般 规 定 、 元 件 参 数 的 计 算 、 网 络 变 换 、以 及 各 短 路 点
7、 的 计 算 等 知 识 ； 高 压 电 气 设 备 的 选 择 包 括 母 线 、 高 压 断路 器 、 隔 离 开 关 、 电 流 互 感 器 、 电 压 互 感 器 、 高 压 开 关 柜 的 选 择 原 则 和要 求 ， 并 对 这 些 设 备 进 行 校 验 和 产 品 相 关 介 绍 。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 工 程 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
8、作 用 。 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
9、 基 础 。关键词 一次主接线 短路电流计算 电气设备 设备选择风江水电站工程设计说明书42 前言毕 业 设 计 是 我 们 在 校 期 间 的 最 后 一 门 必 修 课 ， 也 是 一 次 全 面 性 总 结性 的 实 践 环 节 ， 对 我 们 工 作 岗 位 起 着 承 上 启 下 的 作 用 。 它 是 在 老 师 指 导下 ， 综 合 运 用 五 年 来 所 学 知 识 和 科 学 研 究 的 基 本 内 容 和 基 本 工 作 程 序 ，树 立 较 强 的 工 作 概 念 、 工 程 概 念 、 经 济 概 念 ， 培 养 分 析 问 题 和 解 决 问 题的 能 力 ， 完 成
10、 作 为 一 个 工 程 师 的 基 本 训 练 ， 是 为 将 来 顺 利 走 向 工 作 岗 位提 供 业 务 知 识 和 能 力 的 保 证 。这 次 设 计 是 我 们 走 向 工 作 岗 位 前 的 一 次 “实 战 演 习 ”， 它 可 以 巩固 、 联 系 、 充 实 、 加 深 、 扩 大 我 们 所 学 的 基 础 知 识 和 专 业 知 识 ， 提 高 运用 所 学 知 识 ， 解 决 实 际 问 题 的 能 力 ， 培 养 我 们 敢 于 创 新 的 精 神 ， 并 能 正确 地 将 独 创 精 神 和 科 学 的 态 度 相 结 合 ， 使 我 们 初 步 掌 握 专
11、业 设 计 的 流 程和 方 法 ， 熟 练 运 用 计 算 机 等 工 具 ， 以 提 高 其 工 作 效 率 。 重 要 的 是 让 我 们养 成 了 严 肃 认 真 ， 刻 苦 钻 研 、 实 事 求 是 的 工 作 作 风 和 良 好 的 工 作 、 学 习习 惯 。 通 过 同 学 们 在 一 起 的 交 流 与 协 作 ,培 养 大 家 的 协 同 合 作 的 工 作 作风 。毕 业 设 计 对 于 我 们 来 说 ， 是 一 个 独 立 设 计 、 创 作 的 过 程 ， 其 中 的 每一 步 和 每 一 个 环 节 都 是 对 我 们 的 考 验 和 锻 炼 ， 它 将 成 为
12、 我 们 今 后 的 学 习和 工 作 做 铺 垫 ， 提 高 我 们 多 方 面 的 能 力 。 水 电 站 设 计 是 水 利 水 电 工 程 建设 设 计 工 作 的 重 要 组 成 部 分 ， 其 中 站 址 的 选 择 是 个 很 复 杂 的 问 题 ， 这 主要 是 因 为 方 案 选 择 要 考 虑 多 方 面 的 因 素 。 此 外 ， 厂 房 中 各 设 备 的 布 置 也要 考 虑 众 多 因 素 。 我 们 就 是 要 针 对 设 计 中 所 遇 到 的 具 体 问 题 ， 运 用 所 学知 识 ， 参 考 相 应 的 书 籍 、 规 范 以 及 一 些 实 际 工 程
13、资 料 ， 找 到 其 解 决 方 法 。在 对 设 计 图 的 处 理 上 ， 运 用 了 AutoCAD 的 基 本 知 识 ， 使 得 绘 图 更加 方 便 ， 快 捷 ， 从 而 避 免 了 手 工 绘 图 得 种 种 不 便 ， 提 高 了 工 作 效 率 。 同时 ， 也 运 用 了 Word 知 识 ， 使 得 我 们 对 计 算 机 知 识 更 加 巩 固 。限 于 本 人 水 平 ， 也 限 于 时 间 ， 涉 及 中 难 免 存 在 疏 漏 和 不 妥 之 处 ， 敬请 老 师 和 同 学 们 批 评 指 正 。风江水电站工程设计说明书53 基本资料风 江 水 电 站 位
14、于 湖 南 省 西 部 ， 电 站 建 成 后 将 向 株 州 市 等 地 供 电 。 电力 系 统 接 线 如 图 B2 所 示 。 电 站 将 在 相 距 70 公 里 处 的 株 州 变 电 所接 入 系 统 ， 电 站 自 用 电 率 0.4%， 当 地 最 高 气 温 41 ， 最 热 月 平 均 气温 28.5 ， 电 站 设 计 装 机 容 量 为 3100MW,年 装 机 利 用 小 时 数 为4500h， 地 区 最 大 负 荷 占 电 站 装 机 容 量 的 10%， 供 电 距 离 为 15km， 其中 地 区 负 荷 功 率 因 数 为 0.8， 一 类 、 二 类 负
15、 荷 占 总 总 负 荷 的 70%， 其他 原 始 数 据 见 接 线 图 及 相 关 表 格 。表 B-2 变 压 器 短 路 电 压 百 分 数短 路 电 压 百 分 数发 电 站 名称 台 数单 台容 量（ MVA）UI- %UI- %U - %长 沙火 电 站 3 360 14长 沙 变 2 180 10.5 17 6湘 潭火 电 站 3 180 12.5湘 潭 变 2 180 10.5 17 6株 洲 变 2 180 10.5 17 6衡 阳 变 2 180 10.5 17 6风江水电站工程设计说明书6风江水电站工程设计说明书74 电气主接线设计4.1 主接线设计的基本要求电 气
16、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
17、 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
18、积小 、 电 能 损 耗 小 。4.2 主接线设计的原则根 据 发 电 厂 在 电 力 系 统 中 的 地 位 和 作 用 ， 首 先 应 满 足 电 力 系 统 的 可靠 运 行 和 经 济 调 度 的 要 求 。 根 据 规 划 容 量 、 输 送 电 压 等 级 、 进 出 线 回 路数 ， 供 电 负 荷 的 重 要 性 、 保 证 供 需 平 衡 、 电 力 系 统 线 路 容 量 、 电 气 设 备性 能 和 周 围 环 境 等 条 件 确 定 。 应 满 足 可 靠 性 、 灵 活 性 和 经 济 性 的 要 求 。4.3 主接线方案的拟定4.3.1 发电机-变压器单元接线300
19、MW 发电机组大都采用发电机-双绕组变压器单元接线，如图 2.1 所示。这种接线开关设备少，操作简便，有利于实现机、炉、电的集中控制。由于省去了高压配电装置，明显地减少了设备检修工作量，以及因不设发电机电压级母线，在发电机出口可不装断路器，而在发电机和变压器之间采用分相封闭母线，使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对减小，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受制造条件或价格甚高等原因造成的困难。4.3.2 220kV 电压母线由于随着断路器制造质量的提高，旁路母线的应用已逐渐减少，按规定采用 SF6 断路器的主接线不宜增设旁路设施。QSQFT图 2.1 发电机-
20、双绕组变压器单元接线风江水电站工程设计说明书85 厂用电系统设计5.1 厂用电接线的设计原则厂用电接线是否合理，对保证厂用负荷的连续供电和发电厂安全经济运行至关重要。由于厂用电负荷多、分布广、工作环境差和操作频繁等原因，厂用电事故在电厂事故中占有很大比例。因此，必须对厂用电系统设计予以重视。厂用电接线的设计原则主要有:厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；厂用电源的对应供电性，本机、发电机的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；设计时还应适当注意其
21、经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析。5.2 厂 用 电 压 等 级 的 确 定容量为 300MW 及以上的机组，高压供电网络可采用 6kV 一级厂用电压或3kV、10kV 两级厂用电压，本设计 300MW 机组低压供电网络通常为0.4kV(380/220V)。5.3 厂用电源的引接方式发电机与主变压器采用单元接线时，高压厂用工作电源从主变压器低压侧引接，供给该机组的厂用负荷。而低压厂用工作电源，由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。5.4 厂用电接线形式发
22、电厂厂用电系统接线通常采用单母线分段接线，并多以成套配电装置接受和分配电能。为了保证厂用电系统的供电可靠性和经济性，高压厂用母线均采取按机组分段的原则，即将高压厂用母线按机组台数分成若干独立段，凡属同一台机组的厂用负荷均接在同一段母线上，与机组同组的汽轮机的厂用负荷一般也接在该段母线上，而该段母线由其对应的发电机组供电。低压厂用母线一般也采用按机组分段。5.5 厂用高压变压器的选择5.5.1 额定电压的确定厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。根据前面分析，厂用工作变压器的额定电压选为 10/0.4k
23、V，备用/启动变压器风江水电站工程设计说明书9的额定电压选为 220/0.4kV。5.5.2 台数和型式的选择1.厂用工作变压器当机组容量增大至 300MW 及以上等级时，对于厂用工作变压器的设置有以下两种方式：(1) 采用一台大容量分裂变压器。这种方式下由于变压器供给的短路电流也大。(2) 采用两台较小相同容量的分裂变压器。这种方式可降低厂用电系统的短路电流水平以及每个低压绕组出口断路器的额定电流，提高厂用电源的运行可靠性。目前，国内 300MW 机组的厂用高压工作电源，都采用了较小的两台同容量分裂变压器并列运行的方式。由于厂用高压工作变压器引至发电机出口，而机端电压又十分稳定，所以可采用无
24、载调压的方式。其接线组别选用d，yn1,yn1 常规接线。2.备用/启动变压器由于每台 300MW 机组使用了两台高压厂用分裂变压器并列运行，将高压厂用母线分成两段，因此需用两台备用变压器，而且是从 220kV 系统引接。为使提供的电压稳定，可采用三绕组分裂式有载调压变压器。考虑主变压器和高压厂用工作变压器的连接组别，保持高压厂用母线和备用电源电压的相位一致，备用变压器接线组别采用 YN，yn0，yn0。这样当备用变压器代替厂用高压变压器时，可以短时并列运行，避免厂用电源的断电。5.5.3 容量的选择厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率。因此，对厂用工作变压器的容量应按厂用电高压计算负荷的 110%与厂用电低压计算负荷之和进行选择；而厂用低压工作变压器的容量应留有 10%左右的裕度。厂用高压备用/启动变压器应与最大一台厂用高压工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器的容量应与最大一台厂用低压工作变压器容量相同。对厂用高压分裂组变压器,其各绕组容量应按下式计算计算负荷 LHCSS1.(3.1)高压绕组 1tsr(3.2)低压绕组 2tsSC
