1、水力發電廠（3X1500KW）電氣部分設計目 錄一、概述（9）1.1工程概況（9）1.2其他資料（9)二、接入系統方式及設計方案選擇（10-12）2.1接入系統方式（10）2.2電氣主接線的基本要求（10）三、設計步驟（13-37）3.1發電機及變壓器的選擇（13）3.2短路電流計算（17）3.3主要電氣設備的選擇及校驗（23）四、結論（38）五、參考文獻（39）六、設計體會（40） 一、概 述11概況該電站位于某山區的一條水河流上，匯流面積為831平方公里。整個水利樞紐布置如圖所示。充分利用當地的石料資源而建筑的堆(砌)石壩，壩高53米，水頭38米，引用流量17秒立方：經2600米長的明渠將

2、水流引至壓力前池，再分配到每臺水輪發電機組。經水能規劃設選定裝機為1500kW×3，共3臺臥式水輪發電機組。該電站水庫為不完全周調節，單級開發，以發電為主。年利用小時數4000小時。保證出力1500kW，多年平均發電量168×105kW.h。廠用電負荷：123KW左右。水輪發電機型號參數：型號：SFW118/64-6，PN=1500kW，UN=6.3kV，COSN=0.8，IN=171.8A。旋轉方向為俯視逆時針；Xd"= 0.12；額定轉速nN=1000r/min。1.2其它資料年均最高氣溫：30，年均最低氣溫：1，多年平均雨量：1100mm，雷暴時數：40日/

3、年，交通較方便，公路可直抵電站廠房，當地山勢較緩，海拔高度約在800m左右，出線走廊易于確定。二、接入系統方式及設計方案選擇2.1接入系統方式該電站在系統中屬于非主力電站，該電站以兩回出線與系統相連，其潮流為雙向，即豐水期將多余的電量饋送給系統，枯水期缺電時，則由系統以Imax=100A向該地區供電，另外，該電站以6回出線(距離均大于3KM)向近區供電，其中兩回線供II類負荷各1000KW，其余各回供III類負荷各500KW。2.2電氣主接線的基本要求電氣主接線的設計應滿足可靠性、靈活性和經濟性三項基本要求。（一）可靠性安全可靠是電力生產的首要任務，保證供電是電氣主接線最基本的要求。在分析電氣

4、主接線的可靠性時，要考慮發電廠和變電站在系統中的地位和作用、用戶的負荷性質和類別、設備制造水平及運行經驗等諸多因素。主接線的設計主要從如下幾個方面考慮：（1）斷路器檢修時，不影響對系統的供電。（3）發電廠或變電站全部停電的可能性。（4）大型機組突然停運時，對電力系統穩定運行的影響與后果等因素。（5）瞬時故障、永久故障及檢修停電的影響。（三）經濟性主接線的經濟性與可靠性、靈活性要求往往是矛盾的。在滿足前提可靠性、靈活性下做到經濟合理。（1）主接線應簡單清晰，以節省開關器的數量、選用價廉的電器或輕型電器，節省一次投資。（2）主接線設計要為配電裝置布置創造節約土地的條件，盡量使占地面積減少，同時還注

5、意節約搬遷費用、安裝費用和外匯費用等。（3）經濟合理地選擇主變壓器的型式、容量和數量，要避免因兩次變壓而增加電能損失。2.3 電氣主接線設計原則及方案2.31設計原則：根據電站在系統中的地位和作用, 綜合考慮電站的水文氣象、動能特性、建設規模、接入系統設計、樞紐總體布置、形和運輸條件等因素, 電氣主接線設計以滿足用戶或電力系統的供電可靠性和電能質量要求, 在技術先進、經濟合理的前提下, 盡量使接線簡單、清晰、操作維護方便、靈活并應滿足電站發電及最終規模的運行要求的原則。2.32設計方案：6KV電壓等級 鑒于出線回路多，且發電機的額定電壓為6.3KV，宜采用屋內配電，其負荷亦較小（為和類負荷），

6、因此，可能采用單母線不分段或單母線分段接線形式。三臺機組均接于單母線上或兩段母線上，剩余功率通過主變壓器送往高一級電壓35KV，與系統相連。由于機組均接于6KV母線上，為選擇輕型電器，應在分段處加裝母線電抗器，各條饋線上裝設出線電抗器。35KV電壓等級 只有兩回出線與系統相連，豐水期將多余的電量饋送給系統，枯水期缺電時，則由系統以Imax=100A向該地區供電。豐水期和枯水期的調度不同，從靈活性角度考慮，應采用單母線不分段式接線形式。三、設計步驟3.1發電機及變壓器的選擇3.11 選擇原則(1) 電氣設備選擇符合“導體和電器選擇設計技術規定”的要求。(2) 水輪發電機的參數除滿足電站運行要求外

7、, 還應滿足電站接入系統的要求。發電機中性點接地方式應有利于提高機組安全運行水平。(3) 主變壓器的容量與其連接的發電機容量相匹配, 其有關參數除滿足電站運行要求外, 還應滿足電站接入系統設計要求。為滿足鐵路和公路運輸的要求, 主變選擇單相變壓器。(4) 發電機出口裝設專用的發電機出口斷路器和電氣制動開關。3.12 發電機根據任務書所給水輪發電機的結構型式為臥式,其主要技術參數如下:型號 SFW118/64-6額定容量 1500KW額定電壓 6.3kV額定電流 171.8A額定功率因數 COSN=0.8頻率 50Hz額定轉速 1000r/min次暫態電抗 0.123.13 主變壓器及廠用變壓器

8、該電站總裝機容量為：3×1500KW，因35KV兩回線路間有交換功率，負荷絕大部分為三級負荷，而一、二級負荷較少，所以擬選主變壓器兩臺，其容量選擇按發電機母線上供電負荷為最小值并能將剩余電功率送入電網來確定，容量、臺數直接影響主接線的形式和配電裝置的結構。他的確定除依據傳遞容量基本資料外，還應根據電力系統5-10年發展規劃、輸送功率大小、饋線回路數、電壓等級以及接入系統的緊密程度等因素，進行綜合分析合理選擇。主變壓器臺數的選擇小型水電站不應采取三臺以上變壓器為，運行經驗證明某些電站的機組較多，但其總容量在系統中所占比重不大，采用一臺主變壓器也是可取的。主變壓器相數的選擇考慮原則:該水

9、電站容量較小，小型水電站宜采用三相油浸式變壓器，并根據國家節約能源的規定采用低能耗變壓器。故本水電廠電氣主接線的主變壓器應選三相變壓器。主變壓器選型35kv電壓級SL7系列三相油浸自冷式銅線電力變壓器為無載調壓，調壓范圍為±5%變型器型號為：S7-3150/35主要技術參數如下：額定容量：3150 KVA額定電壓：高壓35（KV）；低壓6.3（KV）阻抗電壓（%）：7.0連接組：Y,d 11空載損耗：9400w短路損耗：33500w空載電流（%）：4.53.14廠用變壓器的選擇：廠用電負荷包括廠用電高壓計算負荷和廠用電低壓計算負荷，近似計算，以123KW作為近似計算，只要廠用變壓器容

10、量大于123KW即可，同時考慮安全裕量。通過上述原則，可以知道廠用變壓器的額定電壓為6KV，可選用2臺50容量的雙繞組變壓器，分別供兩段母線，查有關設計書得：廠用變的額定容量：SN = 200 KVA3.2短路電流計算3.21短路電流計算的目的在發電廠和變電所電氣設計中，短路電流計算是其中的一個重要環節。其計算的目的的主要有以下幾個方面：1）在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采用限制短路電流的措施，均需進行必要的短路電流計算。2）在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行和故障狀況下都能安全、可靠的工作。同時又力求節約資金，這就需要按短路情況進行全面校驗。3）在設計

11、屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導線相間和相對地安全距離。4）在選擇繼電保護方式和進行整定計算，需以各種短路時的短路電流為依據。5）接地裝置的設計，也需用短路電流。3.22 短路電流計算條件1.基本假定：1）正常工作時，三項系統對稱運行2）所有電流的電功勢相位角相同3）電力系統中所有電源均在額定負荷下運行4）短路發生在短路電流為最大值的瞬間5）不考慮短路點的衰減時間常數和低壓網絡的短路電流外，元件的電阻都略去不計6）不考慮短路點的電流阻抗和變壓器的勵磁電流7）元件的技術參數均取額定值，不考慮參數的誤差和調整范圍8）輸電線路的電容略去不計2、一般規定1）驗算導體的電器動穩定、熱穩定以及電器

12、開斷電流所用的短路電流，應按本工程設計規劃容量計算，并考慮電力系統遠景的發展計劃。2）選擇導體和電器用的短路電流，在電器連接的網絡中，應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流影響。3）選擇導體和電器時，對不帶電抗回路的計算短路點，應選擇在正常接線方式時短路電流最大地點4）導體和電器的動穩定、熱穩定和以及電器的開斷電流，一般按三相短路計算。3.23基準值的選擇該站最大運行方式為：3臺機組滿發并網運行；最小運行方式為：1500KW機組1臺發電，保證出力且并網運行。線路均按3KM計算，電抗系數為0.4/KM。短路計算基準值（）額定電壓基準電壓基準電流基準電抗66.39.160.39

13、735371.5613.73.24計算各元件參數的標幺值如下：單臺發電機:主變壓器：廠用變壓器：線路：線路：系統短路容量：系統阻抗：3.25等值電抗計算對于點最大運行方式：最小運行方式：對于點，最大運行方式：最小運行方式：對于點，對于6回路出線：對于系統：發電機側：最大運行方式下：，最小運行方式下：通過Y-變換， 在最大方式下，所以，此時點短路電抗最小運行方式， 所以，此時點短路電抗最大、最小運行方式下的短路電流計算對于 最大運行方式：短路電流為：最小運行方式：短路電流為： 對于 最大運行方式：短路電流為： 最小運行方式：短路電流為：對于 最大運行方式：短路電流為：最小運行方式：短路電流為：上

14、述短路電流和短路沖擊電流都是在三相短路時計算出來的，由于兩相短路電流是三相短路電流的0.866倍，故兩相短路電流和短路沖擊電流均是三相的0.866倍對于 最大運行方式:兩相短路電流為：最小運行方式：兩相短路電流為：對于點最大運行方式：兩相短路電流為：最小運行方式：兩相短路電流為：對于點最大運行方式：兩相短路電流為：最小運行方式：兩相短路電流為：最大、最小方式下三相、兩相短路電流的值如下表所示：最大運行方式最小運行方式三相短路電流（）兩相短路電流（）三相短路電流（）兩相短路電流（）0.3760.3260.2210.1914.7464.110 1.8891.6362.2791.9742.0131.

15、7433.3主要電氣設備的選擇及校驗3.32斷路器與隔離開關高壓斷路器和高壓隔離開關的選擇高壓斷路器主要功能是：正常運行倒換運行方式，把設備或線路接入電網或退出運行，起著控制作用；當設備或線路發生故障時，能快速切除故障回路，保證無故障部分正常運行，起著保護作用。額定電壓和電流選擇：式中，開斷電流選擇：或式中，短路關合電流的選擇：式中，短路熱穩定和動穩定校驗：發電機斷路器和隔離開關選擇發電機最大持續工作電流為:根據發電機回路的、的要求，可選SN10-10/1000-16型少油斷路器和GN6-10/1000型隔離開關。由斷路器和隔離開關的參數得，根據短路點處最大運行方式下短路電流標幺值查短路電流計

16、算曲線，可知：，此時有名值為，所以，計算數據SN10-10/1000-16型斷路器GN6-10/1000型隔離開關 12.49 80 80由上表可見，所選SN10-10/1000-16型斷路器和GN6-10/1000型隔離開關滿足熱、動穩要求。6KV出線斷路器和隔離開關選擇類負荷最大持續工作電流為：類負荷最大持續工作電流為：根據6KV出線回路的、的要求，可選ZN5-10/630型戶內真空式斷路器和GN6-6T/200型隔離開關。由斷路器和隔離開關的參數得，根據短路點處最大運行方式下短路電流標幺值查短路電流計算曲線，可知：，此時有名值為，,所以，計算數據ZN5-10/630GN6-6T/200

17、6KV 10KV 10KV 120.3/60.1A 630A200A 2.244KA 20KA 3.64KA 32.4KA 36.26 6.030KA 50KA 25.5KA由上表可見，所選ZN5-10/630型斷路器和GN6-6T/200型隔離開關滿足熱、動穩要求。6KV母線斷路器和隔離開關選擇由于母線側首發電機的影響，以及為后面設備選擇提供方便，所以取最大持續工作電流為發電機額定電流的50,即：，根據6KV母線回路的、的要求，可選ZN3-10/600型真空斷路器和GN6-10/600-52型隔離開關。由斷路器和隔離開關的參數得，根據短路點處最大運行方式下短路電流標幺值查短路電流計算曲線，可

18、知：，此時有名值為，所以，計算數據ZN3-10/600GN6-10/600-52 6KV 10KV 10KV 85.9A 600A600A 4.523KA 8.7KA 7.33KA 14.09KA 87.47 12.15KA 22KA 52KA由上表可見，所選ZN3-10/600型斷路器和GN6-10/600-52型隔離開關滿足熱、動穩要求35KV出線斷路器和隔離開關選擇最大持續工作電流為：根據35KV回路的、的要求，可選SW2-35/600型戶外少油式斷路器和GW5-35G/600-72型隔離開關。由斷路器和隔離開關的參數得，根據短路點處最大運行方式下短路電流標幺值查短路電流計算曲線，可知：

19、，此時有名值為，所以，計算數據SW2-35/600GW5-35G/600-72 35KV 35KV 35KV 92.1A 600A 600A 0.367KA 6.6KA 0.59KA 9.8KA 0.84 0.986KA 17KA 72KA由上表可見，所選SW2-35/600型斷路器和GW5-35G/600-72型隔離開關滿足熱、動穩要求。主變壓器斷路器和隔離開關選擇高壓側最大持續工作電流為： 低壓側最大持續工作電流為：由于主變壓器高壓側與35KV母線相連，可以用35KV母線的斷路器和隔離開關，即SW2-35/600型戶外少油式斷路器和GW5-35G/600-72型隔離開關，通過熱、動穩校驗滿

20、足要求。由于主變壓器低壓側與6KV母線相連，可以用6KV母線的斷路器和隔離開關，即ZN5-10/630型戶內真空式斷路器和GN6-6T/200型隔離開關，通過熱、動穩校正滿足要求。3.33電抗器依據安裝地點和作用，普通電抗器可分為母線電抗器和線路電抗器兩種。線路電抗器電路電抗器主要用來限制電纜饋線回路短路電流。由于電纜的電抗值較小且有分布電容，即使在電纜饋線末端發生短路，短路電流也和母線短路差不多。饋線上裝線路電抗器，從發電廠和用戶整體來看比較合理，一般電抗百分值取36。（類負荷；類負荷）所以，根據、和上述要求可選NKL-10-200型電抗器，初步將電抗值定為。在時，滿足熱、動穩校正滿足要求，

21、此時計算電抗標幺值，歸算到基準值下面的計算電抗，故，所以，查短路電流計算曲線得，此時有名值為，則電壓損失和殘壓分別為：熱、動穩校驗：可見，電壓損失、殘壓、熱動穩均滿足要求，所以電抗器NKL-10-200-6型。母線電抗器母線電抗器裝設在母線分段處，其目的是讓發電機出口斷路器、變壓器低壓側斷路器、母聯斷路器和分段斷路器等都按各回路額定電流來選擇，不因短路電流過大而使容量升級。母線電抗器用于限制并列運行發電機所提供的短路電流，其額定電流通常按母線上事故切除最大一臺發電機時可能通過電抗器的電流進行選擇，一般取發電機額定電流的5080，電抗百分值取為812。（）。根據、和上述要求可選XKGKL-10-

22、400型電抗器，初步將電抗值定為。在時，滿足熱、動穩校正滿足要求，此時計算電抗標幺值，歸算到基準值下面的計算電抗，故所以，查短路電流計算曲線得，此時有名值為，則電壓損失和殘壓分別為：熱、動穩校驗：可見，電壓損失、殘壓、熱動穩均滿足要求，所以電抗器XKGKL-10-400-8型。3.34互感器的選擇互感器是電力系統中測量儀表、繼電保護等二次設備獲取電氣一次回路信息的傳感器。互感器將高壓、大電流按比例變成低電壓（100、100/V）和小電流（5、1A），其一次側接在一次系統，二次側接測量儀表和繼電保護等。為了確保工作人員在接觸測量儀表和繼電器的安全，互感器的每一個二次繞組必須有一可靠的接地，以防繞

23、組間絕緣損壞而使二次部分長期存在高電壓。互感器包括電流互感器和電壓互感器。發電機電流互感器選擇根據發電機回路的、的要求，可選LA-10型穿墻式電流互感器，其額定電流比300/5,準確級0.5級，二次負荷額定阻抗為0.4,動穩定倍數，熱穩定倍數。熱、動穩校驗所以，LA-10型電流互感器滿足熱、動穩要求。6KV出線電流互感器選擇根據6KV回路的、的要求，可選LFZJ1-3型復匝式絕緣澆注電流互感器，其額定電流比200/5,準確級0.5級，二次負荷額定阻抗為0.8，動穩定倍數，熱穩定倍數。熱、動穩校驗所以，LFZJ1-3型電流互感器滿足熱、動穩要求。6KV母線電流互感器選擇根據6KV回路的、的要求，

24、可LFZJ1-10選型復匝式絕緣澆注電流互感器，其額定電流比400/5,準確級1級，二次負荷額定阻抗為0.8，動穩定倍數，熱穩定倍數。熱、動穩校驗所以，LFZJ1-10型電流互感器滿足熱、動穩要求。35KV出線電流互感器選擇根據35KV回路的、的要求, 可選LCW-35型瓷絕緣戶外型電流互感器，其額定電流比200/5,準確級0.5級，二次負荷額定阻抗為2，動穩定倍數，熱穩定倍數。熱、動穩校驗所以，LCW-35型電流互感器滿足熱、動穩要求。主變壓器電流互感器選擇根據主變壓器回路的、的要求, 可選LCWB-35型瓷絕緣戶外型保護電流互感器，其額定電流比400/5,準確級0.5級，二次負荷額定阻抗為

25、2，動穩定電流，熱穩定倍數。熱、動穩校驗所以，LCWB-35型電流互感器滿足熱、動穩要求。電壓互感器的基本要求：1. 一次回路電壓的選擇為了確保電壓互感器安全和在規定的準確等級下運行，電壓互感器一次繞組所接電網電壓應在（0.81.2）范圍內變動，即應滿足下列條件：2. 二次線路電壓的選擇電壓互感器的二次側額定電壓應滿足保護和測量使用標準儀表的要求。3. 容量和準確級選擇首先根據儀表和繼電器接線要求選擇電壓互感器的接線方式，并盡可能將負荷均勻分布在各相上，然后計算各相負荷大小，按照所接儀表的準確級和容量選擇電壓互感器的準確級和額定容量。電壓互感器的額定二次容量應不小于電壓互感器的二次負荷，即：，

26、為各儀表的視在功率，為各儀表的功率因數。4. 由于電壓互感器兩側均裝有熔斷器，故不需進行短路的力穩定和熱穩定校驗。電壓互感器選擇如下：位置 電器發電機6KV出線6KV母線35KV出線YHJDJ-6J5JW-6DJ-6JDJJ-353.35避雷器的選擇閥型避雷器的選擇按額定電壓選擇：要求避雷器額定電壓與系統額定電壓一致。校驗避雷器的最大容許電壓（滅弧電壓）校驗工頻放電電壓，一般應大于最大運行相電壓的3.5倍。國產避雷器與電氣絕緣完全可配合，一般均不必作沖擊放電電壓及殘壓的校驗。管型避雷器的選擇管型避雷器的選擇根據安裝點的額定電壓及可能產生的短路電流的范圍決定。遮斷續流的上限應大于雷雨季節系統最大

27、運行方式時的計算短路電流，并包括非周期分量第一個半周波短路電流的有效值，一般乘以1.3。管型避雷器在使用過程中，隨著動作次數的增加，管經逐漸增大，下限電流將升高，故選擇下限電流要留有一定裕度。管型避雷器的伏安特性決定于內外火花間隙的大小。通過查表得出避雷器的基本參數位置 電器發電機6KV出線35KV出線YHY5WC-10Y5WC-10FZ-353.36高壓熔斷器的選擇熔斷器是最簡單的保護電器，它用來保護電器設備免受過載和短路電流的損害，保護電壓互感器的高壓熔斷器只須與開斷能力兩項進行選擇。1）額定電壓選擇，2）額定電流選擇：熔斷器的額定電流選擇，包括熔管和熔體的額定電流的選擇。為了保證熔斷器器

28、殼不致損壞，高壓熔斷器的熔管額定電流應大于、等于熔體的額定電流，即：為了防止熔體在通過變壓器勵磁涌流和保護范圍以外的短路用電動機自啟動等沖擊電流時誤動作，保護35KV及經下電力變壓器的高壓熔斷器，其熔體的額定電流可按下式選擇：為可靠系數，不計電動機自啟動時,為變壓器回路最大工作電流。3）熔斷器開斷電流校驗：取,6kV側：供類負荷的出線回路：A供類負荷的出線回路：A35kV側：A故選擇熔斷器如下表所示RN1系列RN3系列額定電壓kV額定電流kA額定電壓kV額定電流kA6kV側供類負荷的出線6200供類負荷的出線610035kV側35kV側351503.37絕緣子的選擇和校驗依據以上原則，查水電廠電氣主系統附表4，選擇ZC-10型支柱式絕緣子，其額定電壓為10kV，絕緣子高度為22