1、湖 南 水 利 水 电 职 业 技 术 学 院Hunan Technical College of Water Resources and Hydro Power安化晏家水电站电气一次部分课程设计说明书姓名： 郑 盼 班级：电力系统及发电厂一班学号： 201035010006 适用专业： 发电厂及电力系统 指导老师： 何 荣 锋 设计开始日期：2011 年 12 月 12 日设计结束日期：2011 年 12 月 16 日目 录第一章 设计原始资料1.1 概况(5) 1.2 工程任务和规模(7) 1.3 机器及金属机构(8) 第二章 变压器的选择2.1 主变压器的选择(10)2.2 厂用变压器的
2、选择(11)第三章 电气主接线设计3.1 电气主接线的概况(14) 3.2 电气主接线的方案拟定及比较(14) 3.2.1 主接线方案的拟定(14) 3.2.2 主接线方案的比较(14)第四章 短路电流计算4.1 短路电流计算的目的(17) 4.2 短路电流计算的内容(17)4.3 短路电流计算的方法(17)4.4 短路电流计算成果表(18)第五章 设备的选择、校验5.1 电气一次设备选择的一般条件(19) 5.2电气一次设备的选择及成果(21)前 言水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。在地球传统能源日益紧张的情况下，世界各国
3、普遍优先开发水电大力利用水能资源。中国不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，都居世界第一位。截至 2008 年底，中国水电总装机容量已达到 1.75 亿千瓦，水电能源开发利用率从改革开放前的不足 10%提高到 27%。水电事业的快速发展为国民经济和社会发展作出了重要的贡献，同时还带动了中国电力装备制造业的繁荣。三峡机组全部国产化，迈出了自主研发和创新的可喜一步。小水电设计、施工、设备制造也已经达到国际领先水平，使中国成为小水电行业技术输出国之一。此外，中国水电产业各项经济指标增长较快。2007 年 1-11 月，中国水力发电行业累计实现工业总产值 93,826,334 千元，比上年同期
4、增长了 20.88%；累计实现产品销售收入 89,240,772 千元，比上年同期增长了 20.17%；累计实现利润总额 24,689,815 千元，比上年同期增长了 35.91%。2008 年 1-11 月，中国水力发电行业累计实现工业总产值 111,348,950 千元，比上年同期增长了23.50%；累计实现产品销售收入 113,147,151 千元，比上年同期增长了24.80%；累计实现利润总额 26,863,763 千元，比上年同期增长了 9.75%。中国经济已进入新的发展时期，在国民经济持续快速增长、工业现代化进程加快的同时，资源和环境制约趋紧，能源供应出现紧张局面，生态环境压力持续
5、增大。据此，加快西部水力资源开发、实现西电东送，对于解决国民经济发展中的能源短缺问题、改善生态环境、促进区域经济的协调和可持续发展，无疑具有非常重要的意义。另外，大力发展水电事业将有利于缩小城乡差距、改善农村生产生活条件，对于推进地方农业生产、提高农民收入，加快脱贫步伐、促进民族团结、维护社会稳定，具有不可替代的作用。水电开发通过投资拉动、税收增加和相关服务业的发展，将把地方资源优势转变为经济优势、产业优势，以此带动其他产业发展，形成支撑力强的产业集群，有力促进地方经济的全面发展。本次设计从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对水电站电气设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图（推荐方案
6、） 、电气主接线图（比较方案） 、升压站平面布置图、厂房电气设备布置图、升压站电气布置断面图、6.3KV 高压开关柜接线方案图、低压配电屏接线方案图、变电器主保护回路图和原理图、机组保护原理图等相关设计图纸。本文是在湖南水利水电学院水利建筑工程系何荣锋教授的精心指导下完成的。何荣锋老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕业设计期间何荣锋老师在设计的选题何设计思路上给了我很多的指导和帮助。何荣锋老师循循善诱的教学方法、热情待人的处事方法、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。在此，我对恩师表达最崇高的敬意和最诚挚的感谢！因为本人知识有限，设计中有很多
7、错误和不妥之处，敬请各位老师批评指正。第一章 设计原始资料1.1 概况渠江镇位于安化县西南部，柘溪水库库区上游西岸，为安化、新化、溆浦三县交界之处，水路可经柘溪库区至安化县城及沿河各地，陆路有 S225 省道穿过该镇东北部。晏家水电站位于渠江镇南部的晏家村，晏家村与溆浦县善溪乡相邻，该村距渠江镇镇政府驻地 15km，距善溪乡政府驻地 3km，现有人口 1100人，人均收入不到 1200 元。晏家水电站位于资水一级支流渠江下游，距资水入河口 15km，坝址以上控制集雨面积 620km2，占渠江总流域面积的 72.9%。该电站上游原规划开发水电站八座，总装机容量 28120kW，依次为：渠江干流
8、175207m 为梧桐水电站，控制集雨面积 570km2，规划装机 8000kW；朱溪江支流 207232m 为两江水电站，控制集雨面积 330km2，规划装机 3200kW；朱溪江支流 232285m 为朱溪江水电站，控制集雨面积 315km2，规划装机 6400kW；朱溪江支流 285325m为大兴水电站，控制集雨面积 290km2，规划装机 5000kW；岗东河支流207242m 为木壕水电站，控制集雨面积 182km2，规划装机 2000kW；岗东河支流 250292m 为罗林水电站，控制集雨面积 76km2，规划装机 1260kW；岗东河支流 292342m 为河边水电站，控制集雨面
9、积 68km2，规划装机1260kW；岗东河支流 342390m 为芭油水电站，控制集雨面积 60km2，规划装机 1000kW。拟建晏家水电站位于梧桐水电站下游 3km 处，为径流式电站，装机容量为21600kW，设计引用流量 38.8m3/s。1.2 工程任务和规模晏家水电站位于资水一级支流渠江下游，坝址处在安化县渠江镇晏家村境内，且紧临溆浦县善溪乡，其库区及集雨区域大部分属溆浦县境内。该工程上游水位受梧桐水电站尾水控制，下游水位受柘溪水库的调节影响。据渠江流域的水电规划，梧桐水电站利用水头为 175207m 高程；根据柘溪水库多年运行的情况，其常水位一般在 160165m。由上可知，从梧
10、桐水电站至柘溪水库间有约 10m 水头的水资源可以开发利用。根据保证出力，从年发电量、年利用小时数、工程总投资和工程年运行费用等各项指标综合分析后，本阶段选择装机容量为 3200kW。根据电站的流量水头特性，采用轴流式机组。综合考虑电站的投资及以后的运行情况，选择采用 2 台 1600kW 发电机组，转轮直径 180cm，额定转速300r/min，额定流量 19.4m3/s，额定点效率 90%。1.3 机器及金属机构 （1）水轮机主要参数型号：ZD680-LH-180 台数：2 台额定水头：10.0m 额定出力：1778kW 额定流量：19.40m 3/s额定工况点效率：90% 额定转速：30
11、0r/min（2）调速器：选用 2 个 YWT-3000 型自动调速器。（3）发电机主要参数型号 SF1600-20/2600，额定功率 1600kW，共 2 台；额定电压 6300V，额定转速 300r/min；功率因数 0.8。（4）变压器主变型号：S9-4000/35 台数：1 台站用变型号：SC10-315/6.3 台数：1 台本电站主要金属结构为电站流道进、出口工作闸门和检修闸门以及其启闭设备。闸门均采用钢闸门，共 7 扇；启闭设备均采用手电两用螺杆式启闭机，分别有 1 台 5t、2 台 10t、2 台 15t。第二章 变压器的选择3.1 主变压器的选择变压器是比较可靠的元件，发生事
12、故的几率很小，但它在电能生产和输送过程中一旦发生事故，其严重性和影响面都是很大的，必须予以足够的重视。电力变压器按相数分，有单相和三相两大类，主要考虑变压器制造条件、可靠性要求和运输条件等因素。对 330 及其以下晓以大电压系统中，当不受kV运输条件限制时，一般选用三相变压器，因为单相变压器相对而言投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，增加了维修工作量，因此本设计中主变压器采用三相电力变压器。（1）主变容量的选择由于发电机电压侧有较大的近区负荷，则主变的容量可按照发电机电压侧最小负荷时，能将电站所有剩余的有功功率和无功功率送出去进行选择，主变容量考虑 510 年后的远景规划。根
13、据公式：Sn = 0.6Pm (其中 Pm 为最大电荷)（2）主变台数的选择主变台数的选择因数较多，主要取决于该电站在电力系统中的重要性和电站装机台数。由于该电站属于小型水电站，为了考虑经济性，所以选择两台主变最合适。（3）主变型式的选择中小型水电站的主变宜采用三相普通油浸式电力升压变压器，具有常规的接线组别 Y,d11 或者 YN,d11。其冷却方式、使用材料、电压调节的项目一般按照厂家标准，但用户可以提出阻抗值、第损耗甚至有载调压等方面的特殊要求。电力变压器按绕组导体材质分，有铜线变压器、铝线变压器及半铜半铝、超导等变压器，因为铜绕组变压器损耗低，故本设计中主变压器选择铜绕组变压器。电力变
14、压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变电器。双绕组变压器用于连接电力系统中的两个电压等级，三绕组变压器一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级，自耦变电器用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用，因为晏家水电站高压只有 35和 6.3KV 两个电压等级，所以本设计中主变压器采用双绕组变压器。kV查电气设计手册得下表 2.1：电压组合型号额定容量(KVA)高压（KV）高压分接范围（%）低压(KV)联结组别 空载损耗（KW)负载损耗（KW)空载电流（%）阻抗电压（%）S9-630/35 630 1.08 7.85 0.37 6.5S9-1000/35 10
15、00 1.50 12.0 1.0 6.5S9-125O/35 1250 1.80 14.0 0.9 6.5S9-1600/35 1600 2.13 17.0 0.85 6.5S9-2000/35 2000 2.60 19.0 0.75 6.5S9-2500/35 2500353.10 21.0 0.75 6.5S9-3150/35 3150 3.80 24.5 0.70 7S9-400O/35 4000 4.60 29.0 0.70 7S9-5000/35 50005 10.5Y,d115.50 33.0 0.60 7S9-6300/35 6300 6.60 37.0 0.60 7.5S9-8
16、000/35 8000 8.50 42.0 0.55 7.5S9-10000/35 10000 10.0 48.3 0.55 7.5S9-12500/35 12500 12.0 57.5 0.50 8.0S9-16000/35 160003538.522.510.511Ynd1114.6 70.0 0.50 8.0依据原始资料可得晏家水电站的总装机容量为 3.2MW，主变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷之后， ，应该还留有 10%的余地来确定，所以主变压器的容量应选 2MVA。根据上述表可得主变压器型号为 S9-4000/38.5 为主变压器。3.2 厂用变压器的选择3.2.1
17、 厂用变压器选择的基本要求目前可供选择的厂用变压器型式有油浸式、普通干式、浇注式。油浸式的优点是过载过压能力强，订货容易，维修简便，价格便宜。屋内屋外都适合布置。缺点是带有一定油量，屋内布置时要有防火防爆小间及通风散热及事故排油等设施。干式变压器是无油设备，防火性能好，但绝缘水平要比相同电压等级的油浸式变压器低，过载能力也低，因此不允许直接与架空线路连接，否则要经过不短于 500m 的电缆或者采用灭弧电压较低的避雷器作为进线保护。干式变压期只能作为屋内布置，而且要求有防潮防尘和通风良好的环境。环氧树脂浇注干式变压器具有一定的防潮和难燃的特点，比一般干式变压器为优。厂用变压器属于降压变压器，但其
18、实额定电压、变比、阻抗等参数和质量要求与一般配电变压器有所不同，宜向制造厂特殊定制。1 厂用变压器原边额定电压必须与引线处电压一致；副边额定电压则与厂用电压相配合。2 厂用变压器可以选用双绕组变压器，但大型机组的厂用变压器多选择用低压绕组分裂变压器。3 厂用变压器的容量必须满足厂用机械正常运转和自起动的要求。4 厂用变压器的阻抗电压不能太小，否则短路电流大，厂用系统的高压断路器无法选用价格低廉的轻型断路器，阻抗电压也不能太大，否则无法满足电压波动和电动机自启动要求。3.2.2 厂用变压器容量及台数选择厂用变压器容量的选择，应保证在正常情况下满足全厂厂用电负荷的供电，不应由于过负荷过热而影响其使
19、用寿命，一般事故或检修条件下，应具有足够的备用容量，以保证发电机正常运行。厂用变压器容量于厂用变压器台数及备用容量方式有关。一般小型水电站采用机组自用电与全厂公用电混合供电方式，厂用变压器的台数为 12 台。电动机的计算负荷 为： MCPmMCOSNP（式中 指电动机的额定容量，指电动机效率；指电动机功率因数）cos查电气手册得下表 2.2参加计算负荷容量全部运行 一台机检修序号设备名称型号 台数容量（KW）功率因数效率台数 容量 台数 容量1 供水泵 J62-2 6 20 0.91 88.3 4 99.52 2 49.762 低压空压机 JO73-6 3 20 0.86 88.5 2 52.
20、40 1 26.203 压油装置油泵 J71-2 2 28 0.91 89.0 2 69.14 1 34.754 顶盖排水泵 J42-2 1 4.5 0.88 85.0 1 6.02 1 6.025 浮充电机 JO51-4 1 4.5 0.85 85.0 1 6.23 1 6.236 蓄电池室通风机J41-6 1 1 0.72 76.7 1 1.81 1 1.817 主厂房通风机 JO231-4 1 2.2 0.84 81.5 1 2.75 1 2.758 桥式吊车 1 60 0.70 88.5 1 88.29 照明 20.12 80% 16.10 80% 16.10总计 253.97 231.46计入网络损失 5% 266.67 243.03计入最大负荷同时率 0.60.8213.34 194.43根据上述资料可选择厂用变压器型号为 SC10-315/6 第三章 电气主接线设计3.1 电气主接线的概况
