大型水电厂电气设计

大型水电厂电气设计

1 前言

电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理驾驭电力，必须从电力工程的设计原则和方法上来理解和掌握其精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本，提高经济效益的目的。

我国水力资源十分丰富，但由于水电厂建设投资大、周期长，至今只有10%~15%被用以发电。而且，在全国总装机容量和年发电量中，水电比重近年来还出现逐渐下降的趋势。这种不能很好利用既廉价有洁净水能的状况必须改变。为此，应加速水利资源的勘察和水电厂建设。 发电厂是电力系统的重要组成环节，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。在发电厂中，电气一次系统是主干系统，处于关键的地位。此次课程设计的内容主要即为大型水力发电厂的电气一次部分。

本设计主要内容为大型水力发电厂电气一次部分设计，主要内容有：电气主接线方案的确定、短路电流计算、导体和主要电气设备选择。最后还给出了电气主接线图。

1 设计任务内容：大型水电厂电气设计

2 1发电厂情况： （1）大型水电厂电气设计 （2）机组容量与台数：5×300MW

（3）电厂所在地区最高温度35℃海拔1000m ，地震烈度5级，土壤电阻率600Ω.m ；，；

（4）机组年利用小时数=max T 3246小时； 2.负荷与系统情况：

（1）接入系统：以4回330kV ，90～240 km 架空线路接入枢纽变电所，系统

容量按无穷大考虑，系统归算至水电厂母线最小电抗标么值"X ＝0.1285（j S ＝1000MVA ，已计入十年发展）。；

（2）发电机额定电压15.75kV ， 8.0cos =ϕ75， ="d X 0.2 （3）主变压器，电抗标么值0.14； （4）继电保护：主保护0.1s ，后备保护2s （5）厂用电：无高压厂用电设备 3.设计目的

发电厂电气部分课程设计是在学习电力系统基础课程后的一次综合性训练，通过

课程设计的实践达到：

（1）巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”等课程的理论知识。 （2）熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。 （3）掌握发电厂电气部分设计的基本方法和内容。

（4）学习工程设计说明书的撰写。

（5）培养学生独立分析问题、解决问题的工作能力和实际工程设计的基本技能。 4、任务要求

（1）分析原始资料 （2）设计主接线 （3）计算短路电流 （4）电气设备选择 5、设计原则、依据 原则：

电气主接线的设计是发电厂或变电站设计的主体。电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定和标准为准绳，结合工程实际情况，以保证供电可靠、调度灵活，在满足各项技术要求的前提下，兼顾运行方便、尽可能节省投资、就地取材，力争设备原件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、适用、先进、经济、美观的原则。 依据：

(1) 发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用 (2) 发电厂、变电所的分期和最终建设规模 (3) 负荷大小和重要性 (4) 系统备用容量大小 (5) 设计题目的原始资料 6、设计基本要求

设计要满足可靠性、灵活性、经济性的要求 二、原始资料分析

1.工程情况：设计电厂为大型水电厂，其容量为5×300MW,利用小时数为3000h ＜3246h ＜5000h ，为承担腰荷的发电厂，又因其多承担系统调峰，调相任务，其主接线应以供电调度灵活为主选择接线方式;。

2.电力系统情况：j S ＝1000MVA ，已计入十年发展，系统容量按无穷大考虑,为简化网络结构及发电厂主接线，减少电压等级宜接入220kV 系统，且出线数目应尽量减少，以利于简化配电装置的规模及维护；

3.负荷情况发电机额定电压15.75kV ， 8.0cos =ϕ75， ="d X 0.2

4.环境条件：电厂所在地区最高温度35℃，海拔1000m ，地震烈度5级，土壤电阻率600Ω.m ；水力发电厂不会由于海拔高度而影响发电效果，故可不予考虑，土壤电阻率也很小，也可不予考虑。

5.继电保护：主保护0.1s ，后备保护2s

6.无高压厂用电设备

三、主接线方案确定

水力发电厂的特点是，一般距离负荷中心较远，基本上没有发电机电压负荷，几乎全部电能用生高电压送入系统；水力发电厂的装机台数和容量，是根据水能利用条件一次性确定的，不必考虑发展和扩建；水力发电厂附近地形复杂，电气主接线应尽量简单，使配电装置紧凑。

1、主接线方案拟定

根据对原始资料的分析，现将各电压级可能采用的较佳方案列出，进而，以优化组合方式，组成最佳可比方案。

1）10KV 电压级.鉴于10KV 出线回路多,并且发电机单机容量为300MW,远大于有关设计规程对选用单母线分段接线不得超过24MW 的规定,应确定为双母线分段接线形式,4台300MW 机组分别接在两段母线上,剩余功率通过主变压器送往一级电压110KV.由于10KV 电压最大负荷20MW,远小于2*50MW 发电机组装容量,即使在发电机检修的情况下,也可保证该电压等级负荷要求.由于2台50MW 机组均接于10KV 母线上,有较大短路电流,为选择合适的电气设备,应在分段处加装母线电抗器,各条电缆线上装设线路电抗器.

2.110KV 电压级.出线回路大于4回,为使其出线断路器检修时不停电,应采用单母线分段带旁路接线或双母线带旁路接线,以保证其供电的可靠性和灵活性.

3.220KV 电压级.200KV 负荷容量大,其主接线是本厂向系统输送功率的主要接线方式,为保证可靠性,可能有多种接线形式.

方案一：图一。为大型水力发电厂的主接线，5台300MW 的发电机组（Un=15.75kV ）以发电厂变压器单元接线直接把电能送到至330kV 的电力系统,但由于发电机内阻很小，所以直接厂用电变压器与发电机用封闭线直接连接，即厂用分支封闭母线（在发电厂中，发电机至变压器的连接母线如采用敞露式母线，会导致绝缘子表面易被灰尘污染，尤其是母线布置在屋外时，受气候变化和污染更为严重，很容易造成绝缘子闪络及由于外物所致造成母线短路故障。随着机组容量的增大，对出口母线的可靠性要求越来越高，而采用封闭母线是一种较好的

解决方法。）。330kV 侧为三串23台短路器接线和一串13

1

台断路器接线。实现5

条电源进线和4条出线配对成串，增加了可靠性。在各发电机出口均装有出口短路器，给运行带来了极大的灵活性。

方案二：图二。同样为大型水力发电厂的主接线，5台300MW 的发电机组（Un=15.75kV ），发电机组经双母线分段接线连接，经变压器把电能送到330kV 电力系统。330kV 侧为三角形接线方式。其接线方式可以减少一台断路器的使用又可以拥有双母接线的稳定性，操作方便。但是，检修断路器是，多角形就要开环运行，如果此时出现故障，又有断路器断开，将使供电造成紊乱；而且其灵活 性又差了一些。