中型水力发电厂电气部分初步设计

专业班级学生姓名指导教师课程设计任务书目录1.前言 (2)1.1.变电站设计原则………………………………………………（21.2.对电气主接线的基本要求………………………………………） 21.3.主接线的设计依据……………………………………………（31.4.设计题目 (3)1.5.设计内容 (3)2.课程设计的任务要求 (4)2.1.原始资料分析 (4)2.2.主接线方案的拟定 (5)2.3. 厂用电的设计…………………………………………（） 82.4.1.发电机的选择及参数…………………………………（） 82.4.2.变压器的选择及参数…………………………………（） 92.4.3.厂用变的选择及参数…………………………（）92.5.短路电流计算………………………………（）102.6.主要电气设备的选择…………………………（）112.7.配电装置的选择……………………………（）133.设计总结 (15)参考文献 (15)附录A………………………………………………………（） 16附录B……………………………………………………（） 17附录C……………………………………………………………（） 221.前言变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。

电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机），变换（变压器，整流器，逆变器），输送和分配（电力传输线，配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。

电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

1.1变电站设计原则1. 必须严格遵守国家的法律、法规、标准和规范，执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，特别是应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。

2.必须从全局出发，按照负荷的等级、用电容量、工程特点和地区供电规划统筹规划，合理确定整体设计方案。

3.应做到供电可靠、保证人身和设备安全。

要求供电电能质量合格、优质、技术先进和经济合理。

设计应采用符合国家现行标准的效率高、能耗低、性能先进的设备。

1.2.对电气主接线的基本要求变电站的电气主接线应满足供电可靠、调度灵活、运行，检修方便且具有经济性和扩建的可能性等基本要求。

1.供电可靠性：如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。

防止系统因为某设备出现故障而导致系统解裂，这是第一个基本要求。

2.灵活性：其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。

3.经济性：即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。

1.3.主接线的设计依据1.负荷大小的重要性2.系统备用容量大小（1）运行备用容量不宜少于8-10%，以适应负荷突变，机组检修和事故停运等情况的调频需要。

（2）装有两台及以上的变压器的变电所，当其中一台事故断开时，其余主变压器的容量应保证该变电所60%~70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证负荷的一、二级负荷供电。

1.4.设计题目：中型水力发电厂电气部分初步设计1.5.设计内容1.建设规模水力发电厂，发电厂一次设计并建成，计划安装2×35+4×15 MW 的水力发电机组，利用小时数 4000 小时/年。

2.系统连接情况（1）待设计发电厂接入系统电压等级为 110 kV，发电厂距110 kV系统母线45km；出线回路数为 4 回；（2）电力系统的总装机容量为 2500 MVA、归算后的电抗标幺值为0.3 ，基准容量 Sj=100MVA；（3）发电厂在电力系统中所处的地理位置、供电范围示意图如下所示。

3.负荷情况（1）低压负荷：厂用负荷（厂用电率） 1.1 %；（2）高压负荷： 110 kV 电压级，出线 4 回，为 I 级负荷，最大输送容量 250 MW， cosϕ = 0.8 ；4.环境条件海拔 < 1000m；本地区污秽等级 2 级；地震裂度< 7 级；最高气温36℃，最低温度−2.1°C；年平均温度18°C；最热月平均地下温度20°C；年平均雷电日T=56 日/年；其他条件不限。

2.课程设计的任务要求2.1.原始资料分析本设计水电站为中小型水力发电厂，其容量为2*35+4*15MW，最大单机容量为35MW，最小单机容量为15MW，年利用小时数为Tmax=4000小时，从水电厂接入系统中容量来看，当电厂建成投产后，其装机容量占系统总容量的（2*35+4*15）/0.8/（2500+（2*35+4*15）/0.8）=6.11%<8%，说明该厂在未来电力系统中的地位并非十分重要，从而该厂主接线设计的重点应该在经济型和灵活性上。

本次设计的重点：水电厂高低两级电压电气主接线的拟定和水电厂机端10.5KV电压配电装置、110KV高压配电装置、厂用电配电装置等设备。

难点是：对电厂整个电气主接线的短路计算及各种电器的继电保护装置。

2.2.主接线方案的拟定1.主接线方案需考虑问题（1）线路、断路器、母线故障或检修时，对机组的影响，对发电机出力的影响。

（2）本水电厂有无全厂停电的可能性。

（3）主接线是否具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修事故状态下操作方便，调度灵活，检修安全等。

（4）在满足技术要求的前提下，尽可能考虑投资省、占地面积小，电能损失小和年运行费用少。

（5）是否适宜于实现自动化和实现无人值守。

通过对原始资料的分析，现将各电压等级可能的较佳方案列出，进而优化组合，形成最佳可比方案。

2.分析各电压等级（1）10.5KV 电压级：本设计水电厂装机共 6 台，其中 4 台单机容量为 15MW，2 台单机容量35MW，除厂用电外无机端负荷。

根据《电力工程设计手册规定》，发电机电压配电装置宜采用单母分段或双母分段接线，其原则是每段母线上发电机总容量或负荷为 24MW及以上时，一般采用双母线分段接线，考虑到本设计水电厂发电机较多，也可以考虑将 6 台发电机分别接成单元接线或扩大单元接线以减少断路器用量。

（2）110KV 电压级：由前水电厂出线回路数和导线选择可知，本设计110KV 出线 4 回，考虑到选用主变数量为 2～4 台，110KV进出线最终为6～8回，考虑选用110KV 母线接线形式为双母线分段接线。

根据以上分析组合，本设计保留以下两种可能接线方案.优点：（1）可靠性较高，无论检修母线或设备故障，全厂停电的概率很小。

（2）运行方式灵活，调度灵活。

（3）易于实现自动化。

缺点：（1）设备较多。

（2）主控室面积增大。

方案二：（1）可靠性高，运行方式相对简单，调度灵活。

（2）发电机侧接线简单，主控室面积小，开关设备少，操作简便。

（3）易于实现自动化和无人值守。

（4）发电机侧无电压母线，使发电机和变压器低压侧短路时短路电流较小。

缺点：运行方式过于简单。

通过上述分析对方案一、二的综合比较见下表：经过分析，本设计水电厂电气主接线方案确定为方案二。

2.3 厂用电的设计一般有重要负荷的大型变电所，380／220V系统采用单母线分段接线，两台厂用变压器各接一段母线，正常运行情况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置。

每台厂用变压器应能担负本段负荷的正常供电，在另一台厂用变压器故障或检修停电时，工作着的厂用变压器还能担负另一段母线上的重要负荷，以保证正常运行。

本设计厂用电分别接在 1#主变和 4#主变低压侧上，2 台主变互为备用，0.4KV 系统按单母线分段考虑。

另外若水电厂周围有其他除本厂系统外的电源亦可考虑从其他系统接入备用电源作为厂用电。

厂用电接线图如下所示：2.4.1发电机的选择及主要参数根据设计题目所给的参数，查相关设计手册和参考资料，本设计确定发电机型式如下：2.4.2．变压器的选择及主要参数2.4.3.厂用变选择2.5 短路电流的计算在本设计中，短路电流计算只计算三相短路电流，短路电流计算的时间为：4S（∞）。

短路计算图如图所示短路计算表：2.6主要电气设备的选择2.6.1导体选择成果表2.6.2电器设备选择成果表2.电流、电压互感器选择成果表（1）电流互感器选择一览表（2）电压互感器选择一览表3.熔断器的选择成果表2.7 配电装置根据电气主接线和《高压配电装置设计技术规程》进行配电装置设计，确定配电装置的总体平面布置，断面结构，屋内，屋外配电装置，校验安全距离。

本次设计根据主接线设计导体选择及电器设计选择的结果，10KV 配电装置屋内式成套配电装置，是根据其 10KV 设备较少和屋内式布置的特点决定；对于 110KV 配电装置采用屋外式高型布置则是由于水电厂一般所处位置比较狭窄，110KV 主接线特点和高型布置的特点所确定的。

配电装置的最小安全距离按以下表格进行校验。

屋内配电装置的安全净距（mm）屋外配电装置的安全净距（mm）3.设计总结通过这次课程设计，我受益匪浅。

本次课程设计不仅检验了我所学习的知识，同时让我对所学知识进行了融会贯通，以及学会了Microsoft Visio软件的简单使用，这次设计过程中，我深刻体会到学以致用及团队合作的重要性，在此过程中我发现自己平时所学不够扎实，并没有很好地掌握。

在设计前抱有侥幸心理，觉得本次课设并无太多拦路虎，然而，事实并非如此。

在设计之初便无从下手，通过查阅资料和同学商量讨论后逐渐才有了头绪。

首先，对所要求的题目进行分析，找到解决问题的思路，借助资料和翻阅查找设计手册，对所要求的题目进行设计论证，得出结论选定设计方案之后便进行电气设备的选择以及计算。

这次课程设计中，大家分工明确，都按时完成自己的任务，设计很顺利地完成。

本次课程设计我学到了课本之外更多的知识，锻炼了我的独立工作和思考能力，还让我懂得了研究一个问题应该怎样做，这些将对我以后的学习和工作都有很大的帮助，同时提升了我的综合素质，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练，提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，同时锻炼了团结协作的能力，为今后的工作打下了坚实的基础。

本次课程设计中仍存在很多问题，恳请老师批评指正！参考文献西北电力设计院.电力工程设计手册.中国电力出版社熊信银.发电厂电气部分. 中国电力出版社黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料. 中国电力出版社王荣藩.工厂供电设计与实验[M].天津大学出版社，1998，05傅知兰.电力系统电气设备选择与计算，中国电力出版社曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料. 中国电力出版社，1995西安交通大学.短路电流实用计算方法，西安交通大学出版社李瑞荣.短路电流实用计算. 中国电力出版社，2003附录附录A 完整的主接线图(VISO或CAD) 附录B 短路电流计算过程附录C 主要设备选择及校验附录A：附录B：短路电流计算电路图图中主要元件参数如下表：对于短路点d1:基值电压为115KV，XX 18= X 7+ X 16=0.94 X 19= X 8+ X 17=0.94 X 20= X 9+ X 5=0.72X 21= X 10+ X 6=0.72X 22=X 18//X 19=0.47 X 23=X 20//X 21=0.6Х*∑ =X 15//X 22//X23=0.0376i ch = 1.414K ch I2 =1.414×1.8×13.35=33.98其中K ch =1.8，I 2为有名值。