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论文写作模式-界牌水电站电气一次部分初步设计

2021-05-31 11:00:02
作者:杭州千明

  界牌水电站为径流式水电站,最大水头7.0米;最小水头1.8米;设计水头5.2米。一期安装2台单机容量为10000kW灯泡贯流式水轮发电机组,二期再增加1台。界牌水电站目前有2台发电机,一台容量为一万千瓦,总装机容量为两万千瓦,电站的额定出力为10416kW。由于界牌水电站为径流式电站,主要担任电力系统的基荷、腰荷,系统对该电站所有机组均有作调相运行的要求。

  本文为界牌水电站电气一次部分初步设计。主要进行水电站主变容量形式及台数的选择、电气主接线方案的拟定、短路电流的计算、主要电气设备选择、厂用负荷统计、厂用变压器的选择、厂用电电源设计和厂用电接线等内容。按照国家规定,设计相对较合适的方案,使水电站可以安全、灵活、有效地运行。

  水是所有生物不可或缺的一种物质,且水电是清洁、廉价、可再生电源,加大水电的开发非常重要。水能是可再生资源,将水能转换为动力势能,再将动力势能转换为电能,可以很好地利用我国水资源丰富的优势来进行发电。因此,我国建有很多大型水电站(如三峡水电站、葛洲坝水电站等),同时,还有很多中小型水电站。另一方面,水能还可以储存和调节,我们可以利用各种方法,提高水的利用率。利用水电站来生产电能,其过程中不会产生其它污染。所以说,水能是最清洁的发电能源之一。

  1.3原始数据

  (1)水轮机数据

  表1.2水轮机数据

  水轮机型号台数额定功率(kW)额定转速(转/分)

  GZTF08-WP-550 2 2×10000 78.9

  最大水头(米)设计水头(m)最小水头(m)额定流量()

  7.0 5.2 1.8 226.1

  (2)发电机数据

  表1.3发电机数据

  发电机型号台数总装机容量(kW)功率因数

  SFGW10-76/4870 2 2×10000 0.9

  机端电压(kW)额定电流(A)额定出力(kW)次暂态电抗

  6.3 916.4 10416=0.3522

  1.4原始数据分析

  界牌水电站为径流式电站,主要担任电力系统的基荷、腰荷,系统对该电站所有机组均有作调相运行的要求。在设计时要保证电站能够安全稳定运行,同时,制定方案时还要考虑电站是否可以扩建,因此要留有一定的裕度。在进行设计时要保证方案的安全性、灵活性、可靠性还有经济性。

  第二章电气主接线方案的拟定

  2.1电气主接线设计的要求

  1.可靠性

  电气主接线的可靠性主要和以下几个方面有关:

  ①发电厂和变电站在电力系统中位于什么样的地位;

  ②负荷性质和类别;

  ③设备的制造水平;

  ④长期实践运行经验。

  主接线可靠性的基本要求通常包括以下几个方面:

  ①线路、断路器、变压器或母线故障或者检修时,要尽量减少停运的回路数以及时间,并要使得Ⅰ类负荷不停运,Ⅱ类负荷尽量不停运;

  ②发电厂或者变电站不能全部停电;

  ③若有大型机组突然停运时,不可危及到电力系统的安全和稳定;

  2.灵活性

  灵活性包括以下几个方面。

  (1)方便操作

  操作步骤不宜太多,且要便于实施,尽量减少误操作。

  (2)方便调度

  在满足调度要求的前提下,能够方便、灵活、快速地进行调度、切换。

  (3)方便扩建

  能根据扩建的要求,在改造最少、影响最小的情况下进行扩建。

  3.经济性

  主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下,做到如下。

  (1)节省一次投资

  主接线需简单清晰,不宜太过复杂,在能达到要求的前提下,应尽量减少各种元件的数量,也可使得二次保护简单,整个投资数目减少。

  (2)占地面积少

  主接线方案应尽量减少占地面积,并且节约导线、绝缘子等的使用。

  (3)电能损耗少

  变压器是造成电能损耗的主要元件,为使电能损耗减少,需合理地选择变压器的数目、容量及型号。

  2.2主变压器台数的选择

  变压器数量的确定要满足以下几个方面:

  (1)小型水电站主变压器一般不超过两台。

  (2)当电站装机在3台以下时,一般采用一台主变压器。

  (3)若电站是系统中的主力电站,为提高灵活性及可靠性,避免主变故障对整个系统的影响,可采用两台主变压器。

  由于本次设计发电机组共三台,且单机容量为10000kW,单机容量较大,并且一期安装两台发电机组,二期再增加一台,若只安装一台主变压器不符合可靠性和灵活性,所以界牌水电站至少安装2台主变压器。但如果装设三台变压器,不符合经济性。所以综合考虑,设置两台主变压器。

  2.3电气主接线的设计分析

  2.3.1发电机6.3kV电压侧接线方式

  由于界牌水电站为水力发电厂,水力发电厂特点为:一般距负荷中心较远,发电机的电压负荷基本为零,通过升压可以将几乎全部的电能送入系统之中。因此主接线中可不设发电机电压母线,且多采用发电机-变压器单元接线或扩大单元接线。界牌水电站有三台发电机组。型号为SFGW10-76/4870,考虑用单元接线或扩大单元接线方式。

  (1)单元接线

  单元接线是所有主接线基本形式中最简单的一种。

  图2.1单元接线

  图2.1为发电机-双绕组变压器组成的单元接线,影响范围小,可靠性高。但这种单元接线布置时场地增多,使得整个电站投资大。

  (2)扩大单元接线

  图2.2扩大单元接线

  图2.2所示为发电机-双绕组变压器扩大单元接线。扩大单元接线不仅可以减少变压器及断路器的数目,还可以减小占地面积。其优点为:每一发电机回路均装断路器,这样当任一台发电机检修或故障时,另一台发电机仍可继续运行。其缺点为:当变压器检修或故障时,迫使两台机组都停止运行。

  2.3.2水电站高压侧接线方式

  界牌水电站高压侧只有一条出线,与变电站A相连,出线电压等级为110kV,由于出线回路少,故不考虑双母线接线的方式。在此,考虑用单母线接线、单母线分段接线或者内桥接线的方式。

  (1)单母线接线

  图2.3单母线接线

  ②优点:接线简单,使用的电气设备较少,运行操作方便,便于扩建。

  ②缺点:1.可靠性差。任何一个元件发生故障或检修时,均会对整个装置造成影响。2.调度不方便。电源只可以并列运行,不可以分列。

  ③适用范围:出线回路少的变电站或发电厂。110kV~220kV配电装置,出线回路数不超过两回。可适用于界牌水电站。

  (2)单母线分段接线

  图2.4单母线分段接线

  ①优点:接线简单清晰,经济性好;可靠性和灵活性都较好;任一段母线故障时,不会影响到其它母线段正常运行,可以减小母线故障影响范围。

  ②缺点:接线相对复杂,扩建时需向两边同时扩建,投资增大。

  ③适用范围:110kV~220kV配电装置,出线回路数为3~4回。且使用条件为两段母线负荷要平衡。界牌水电站只有1条出线,故不适用。

  (3)内桥接线

  图2.5内桥接线

  ①优点:当任意一条线路发生故障或切换时,通过断开相应的断路器,可不影响主变的运行。

  ②缺点:当变压器故障或切除、投入时,两回路解列,操作复杂。

  ③适用范围:线路较长、变压器不需要经常切换。

  考虑到界牌水电站的实际情况,由于桥形接线使用条件是进出线回路数均为2条,而界牌水电站出线回路数为1条,故不采用。而单母线分段接线比单母线接线的可靠性有了较大提高,但是单母线分段接线适用于出线回路数为3~4回,与条件不符,故决定高压侧采用单母线接线方式。

  对于发电机侧选定了两种接线方案:

  图2.7单元-单母接线

  方案一:采用单元接线的方式,将三台发电机分别连接三台升压变压器,然后再与隔离开关相连,接至高压侧后,高压侧采用单母线接线方式。

  图2.8扩大单元、单元-单母接线

  方案二:两台发电机采用扩大单元接线的方式,连接在一起后,再与一台升压变压器连接接至高压侧,剩下的一台发电机采用单元接线的方式接至高压侧,高压侧采用单母线接线方式。

  2.4两种方案对比

  表2.1方案对比

  方案一方案二

  可靠性一旦主变或是母线,或是该条线路上的其它元件故障或检修时,整个系统都会停止运行,可靠性差。

  扩大单元-单母线接线的接线方式,每一发电机回路均装设断路器,当任一台发电机检修或故障时,另一台发电机仍可继续运行。

  灵活性因有低压母线存在,当低压母线检修时,所有发电机不能运行,灵活性较差。扩大单元接线当任一台发电机检修或故障时,另一台发电机仍可继续运行,但当变压器检修或故障时,迫使两台机组都停止运行。

  续表2.1

  经济性由于单元接线时,短路电流不会过大,所以在选择断路器时要求不高,可降低断路器的价格。单母线接线价格便宜,经济性好,而扩大单元接线可以减少变压器台数和高压侧断路器数目,并节省配电装置占地面积

  扩建是否方便单母线接线母线便于向两端延伸,扩建方便单母线接线母线便于向两端延伸,扩建方便

  综上,由于界牌水电站共有三台发电机,两种方案对比之下,为了保证在变压器检修或故障时,至少有一台发电机可以运行,同时根据上述几种性能的比较,初步拟定采用发电机电压侧采用单元接线和扩大单元接线的接线方式,而升高电压侧采用单母线接线的接线方式。

  第三章主变型号的确定

  3.1主变容量的选择

  发电厂主变压器容量的选择如下:

  (1)若主变压器为单元接线

  (3.1)

  式中,为发电机的额定功率;为额定功率因数;为厂用电率。

  最后要保留10%的裕度。

  (2)若主变压器接于发电机电压母线上

  下面几种情况,选择最大的计算结果。

  当发电机电压母线上的负荷最小时:

  (3.2)

  式中,为第i台发电机的额定视在功率;

  为第i台发电机的厂用功率;

  为发电机电压母线上最小负荷的视在功率;

  n、m为发电机电压母线上的主变压器台数和发电台数。

  若发电机电压母线上接有两台及以上主变时,其中一台容量最大的主变退出运行时,应该能输送母线最大剩余功率的70%以上,即

  (3.3)

  由于之前已经确定了主变的台数为两台,并根据实际情况,界牌水电站有三台发电机组,总装机容量为3×10000kW,功率因数为cosΦ=0.9,可得式:

  根据以上计算结果,本应选取的两台主变容量为11111.1kVA和22222.2kVA,但在实际应用中,需保留一定的裕度,故按保留10%的裕度计算容量。

  因此:

  故应选用一台12500kVA和一台25000kVA的变压器作为主变。

  3.2主变型式的选择

  3.2.1相数

  由于界牌水电站一台机组容量为10MW,且与低压侧连接方式为单元连接,这种情况一般选用三相变压器。因为单相变压器组损耗大、投资大、维修困难且配电装置较复杂。故在这里选用三相变压器。

  3.2.2绕组数与结构

  最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器,但也可采用双绕组变压器。并且三绕组变压器价格昂贵,且绕组经常不能被完全利用。选择两台双绕组变压器要更经济、更合理一些。故,此次设计采用两台双绕组升压变压器。

  3.2.3绕组连接方式

  为使得变压器与系统能够并列运行,且要消除3次谐波对电源的影响,主变压器选用YNd11常规接线。

  3.2.4调压方式

  调压方式一般分为两种,一种是有载调压方式,另一种是无载调压方式。无载调压变压器的调压范围小,而有载调压变压器的电压调整范围大,能达到电压的30%,但其结构比较复杂,且成本较高在能满足电压正常波动情况下一般采用无载调压方式。所以,选用无载调压方式。

  3.3.5冷却方式

  电力变压器的冷却方式与变压器形式和容量有关,一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油冷却水冷却、强迫油循环风冷却等。小容量变压器一般采用自然风冷却。大于10000kVA的中、小型电力变压器一般采用强迫风冷却方式。根据实际情况,决定采用强迫强迫风冷却方式。

  综上所述,选择两台三相油浸式无载调压电力变压器,型号为SFL7-12500/110型双绕组变压器和SFL7-25000/110型双绕组变压器,主要适用于交流50HZ,额定电压为110kV的系统。

  下表是根据电力设备手册查询的具体参数:

  表3.1 SFL7-12500/110和SFL7-25000/110型变压器技术参数

  额定容量(kVA)高压

  (kV)低压(kV)联结组标号空载损耗(kW)负载损耗(kW)空载电流%阻抗电压%总量(t)

  12500 110±2×2.5%

  121±2×2.5%6.3 10.5

  6.6 11

  YN,d11

  19.5

  70

  1.0

  10.5

  29.8

  25000 110±2×2.5%

  121±2×2.5%6.3 10.5

  6.6 11

  YN,d11

  32.5

  123

  0.8

  10.5

  51.0

  第四章短路电流的计算

  4.1短路的基本概念

  所谓短路,是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地(或中性线)之间的连接。

  产生短路故障的主要原因是电力设备绝缘损坏。短路故障大多数发生在架空输电线路。

  电力系统的短路故障也称为横向故障,因为它是相间或相对地的故障。

  4.2短路计算的目的

  根据《小型水电站》:

  (1)确定所选择的主接线是否采取限制短路电流措施。

  (2)选择满足动、热稳定要求的电气设备。

  (3)合理配置各种继电保护与自动装置。

  4.3短路计算的过程

  本次设计计算不同短路点的最大运行方式下的三相短路电流,在计算转移阻抗时采用单位电流法,短路点电源假设为无限大功率电源,忽略其电抗。忽略相关负荷,所有电源的次暂态电动势取为额定电压,即标幺值为1,相位相同。以下电抗值均为标幺制,便于书写省略*号。

  取,。

  水电站A:

  线路:

  火电厂B:

  火电厂A:

  系统:

  界牌水电站:

  由于三个三绕组变压器在短路时没有短路电流流过,故可以不计算三绕组变压器的阻抗值。

  图4.1界牌水电站等值电路图

  通过化简,可得图4.2:

  图4.2化简等值电路图1

  当短路点为F1点的时候,将、、进行星-三角变换,可得图4.3:

  图4.3化简等值电路图2

  图中:

  用单位电流法进行计算,可得图4.4:

  图4.4 F1点短路单位电流法化简图

  可得

  各电源对短路点的转移电抗为:

  换算为计算电抗分别为:

  系统向短路点F1提供的短路电流周期分量标幺值为:

  当短路点为F2点时,此时:

  各电源对短路点的转移阻抗为:

  换算为计算电抗分别为:

  系统向短路点F2提供的短路电流周期分量标幺值为:

  图为:

  图4.5 F2点短路单位电流法化简图

  当短路点为F3点时,多了一条单元接线侧的接线,此时:

  各电源对短路点的转移阻抗为:

  换算为计算电抗分别为:

  系统向短路点F3提供的短路电流周期分量标幺值为:

  图为:

  图4.6 F3短路点单位电流法图

  根据所得到的计算电抗值,查询水轮发电机以及汽轮发电机运算曲线数字表,可以得到各个发电机0s以及4s的标幺值:

  表4.1短路电流标幺值表

  T=0s短路电流(kA)T=4s短路电流(kA)

  短路点F1 F2 F3 F1 F2 F3

  系统0.687 0.151 0.258 0.687 0.151 0.258

  火A 1.443 0.303 0.527 1.656 0.303 0.537

  火B 1.121 0.236 0.413 1.238 0.236 0.415

  水A 1.202 0.246 0.440 1.437 0.246 0.446

  水电站单元接线侧2.413 3.188 0.870 2.584 2.856 0.966

  水电站扩大单元接线侧2.413 0.502 3.188 2.584 0.519 2.856

  计算发电机提供的短路电流时,公式为:

  (4.1)

  若为无限大功率电源提供的短路电流,则公式为:

  (4.2)

  根据所求结果,可得表4.2:

  表4.2短路电流有名值表

  T=0s时短路电流(kA)T=4s时短路电流(kA)

  短路点F1 F2 F3 F1 F2 F3

  系统0.345 1.384 2.364 0.345 1.384 2.364

  火A 1.141 4.373 7.607 1.309 4.373 7.751

  火B 0.352 1.352 2.366 0.388 1.352 2.377

  水A 0.091 0.338 0.605 0.108 0.338 0.613

  水电站单元接线侧0.151 3.652 0.997 0.162 3.272 1.107

  水电站扩大单元接线侧0.303 1.150 7.304 0.324 1.189 6.543

  由上表计算结果可得:

  kA

  kA

  kA

  kA

  kA

  kA

  第五章主要电气设备选择

  5.1电气设备选择的基本要求

  5.1.1电气设备选择的基本条件

  1.需在正常的工作条件下进行选择

  2.选择时要考虑安装地点,根据地点来筛选

  3.需进行短路时的动、热稳定校验

  5.1.2需选择额定电压和额定电流

  1.额定电压选择

  所选电气设备的最高额定电压需不低于其所接网的最高运行电压。

  一般情况下,电气设备的额定电压不得低于装置地点的额定电压,即

  (5.1)

  高原型产品或者外绝缘级别较高的产品适用于海拔超过1000m的地区。

  现有的110kV及以下大多数电器均可在海拔2000m以下地区使用。

  2.额定电流选择

  额定电流(或载流量)不得小于所在回路最大持续工作电流,以免因电流过大而烧坏线路,给系统造成危害,即

  (5.2)

  当实际环境温度θ不同于导体的环境温度时,其长期允许电流应该用下式进行修正。

  (5.3)

  K为修正系数

  3.种类和形式的选择

  在选择电气设备时,若满足当地的环境条件,应选用普通型产品。在选择电气设备形式的时候还要考虑装设地点。通常装设在户内的设备应选择户内型,也可以选择户外型,但不经济。装设在户外的设备只能选择户外型。

  在选择时,应考虑到以下几个方面的问题:①风速②冰雪③湿度④污秽⑤地震

  5.1.3按短路时对热稳定和动稳定进行校验

  1.热稳定校验

  热稳定校验就是要使得电气设备在短路时的短时发热最高温度不超过短时最高允许的温度。

  电器的热稳定与热稳定电流及其通过时间有关,满足热稳定的条件为

  (5.4)

  式中,——短路电流发出的热量;、t——所选用电气设备允许通过的热稳定电流和时间。

  2.动稳定校验

  动稳定是电气设备发生短路时,短路电流产生的电动力效应作用于电气设备时,电气设备能够不被损坏的能力。

  动稳定用下式来检验:

  或(5.5)

  当对电气设备的机械负荷能力进行校验时,应用下式:

  (5.6)

  式中,为0s短路电流周期分量有效值;为周期系数,周期系数需根据短路点位置的不同来选择不同的数值。

  3.短路计算时间

  (1)热稳定短路计算时间

  (5.7)

  其中为继电保护动作时间,为断路器的全开断时间。

  (5.8)

  其中,为断路器固有分闸时间。

  (3)短路开断计算时间

  短路开断计算时间为主保护时间和断路器固有分闸时间之和,即

  (5.9)

  5.2 110kV侧主要电气设备选择

  5.2.1断路器的选择

  由于电压为110kV,故要选择高压断路器。

  (1)额定电压和电流的选择

  根据公式

  (5.10)

  所以

  (2)额定开断电流上的选择

  用起始次暂态电流进行校验

  (5.11)

  求相对应短路点的次暂态电流:

  (3)短路开合电流的最佳选择

  由式

  (5.12)

  式中,为相对应的额定关合电流

  为短路电流相应最大冲击值

  由于110kV侧为发电机高压母线侧,故发电机的冲击系数取为1.85,电动机的冲击系数取为1.8。

  =

  =

  所以

  (3)热稳定与动稳定的校验

  公式为

  (5.13)

  设短路电流计算时间为,由于,非周期热效应可以不计。

  kA

  根据《电气设备手册》,选择型号为的断路器,其各参数见下图:

  表5.1型断路器参数

  型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流峰值(kA)3s热稳定值(kA)

  110 3150 125 50

  额定开断电流(kA)额定关断电流(kA)固有分闸时间(s)合闸时间(s)自动重合闸无电流时间(s)

  50 125 0.03 0.09≤0.3

  热稳定校验:

  动稳定校验:

  符合要求。

  5.2.2隔离开关的选择

  (1)额定电压和电流的选择

  根据公式

  (5.14)

  所以

  选择型号为GW4-110的隔离开关,其各参数如表5.2

  表5.2 GW4-110型隔离开关参数

  型号

  额定电压(kV)

  允许的水平机械荷载(N)

  电感电流(A)

  电容电流(A)

  峰值(kA)

  极限有效值(kA)

  5s热稳定电流(kA)

  动稳定电流(kA)

  额定电流(A)

  GW4-110 110 750 3 1 80 80 31.5 80 1250

  (2)热稳定校验:

  (3)动稳定校验:

  符合要求。

  5.2.3电流互感器的配置选择

  由《发电厂电气主系统》可知,35kV及以上配电装置宜采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器,一般采用L(C)系列。油浸式电流互感器一般为户外型。

  (1)选择条件

  1.额定电压和电流的选择

  根据公式

  (5.15)

  所以

  2.热稳定和动稳定的校验

  (5.16)

  需要符合国家标准

  (2)电流互感器的接线方式

  根据《电气一次设备及运行》第六章可知,电流互感器的接线方式在三相电路中主要有一相式接线、三相星型接线、两相V形接线以及两相电流差接线四种。

  三相星型接线方式组成的电路,既可以检测负荷是否平衡又能保证对各种故障具有相同的灵敏度,并且可靠性较高。因此,此次设计选用的电流互感器均为三相星型接线的接线方式。

  (3)电流互感器的配置

  根据《发电厂电气主系统》第七章电流互感器的配置原则,选择如下:

  发电机G1、G2、G3出线侧各装设一组电流互感器,按三相配置,均为双绕组,来满足测量和保护装置的需要;

  发电机G1、G2、G3接变压器侧装设一组电流互感器,按三相配置,均为双绕组;

  两台主变高压侧各装设一组电流互感器,按三相配置,均为双绕组;

  110kV出线侧装设两组电流互感器,装设在断路器两侧,使断路器处于交叉保护范围之中,按三相配置,均为双绕组。

  选择的电流互感器型号为LB3-110(W),其各参数如表5.3

  表5.3 LB3-110(W)型电流互感器参数

  型号

  额定电流比(A)

  精确度一次电流为额定电流的百分数(%)

  比值差(±%)

  相角差(±度)

  动稳定电流(kA)

  1s热稳定电流(kA)

  LB3-110W

  150/5 0.2 10 0.5 20 34.5 21.5

  0.5 10 1 60 34.5 21.5

  10P 10 2 120 34.5 21.5

  (4)热稳定校验:

  (5)动稳定校验:

  所以符合要求,可选。

  5.2.4电压互感器的配置选择

  (1)选择方面

  1.类型

  ①按绝缘介质选

  选择的是油浸式电压互感器,是由绝缘纸和绝缘油作为绝缘,是我国常见的电压互感器结构。

  ②按相数选

  有单相和三相的,但绝大多数产品是单相的,三相的绝缘要求难以满足。固均选用单相电压互感器。

  ③按电压变换原理选

  一般情况下,电压等级在220kV以下时选择的是电磁式电压互感器。因界牌水电站的高压侧为110kV,故选用电磁式电压互感器。

  综合以上,选用的是油浸式绝缘结构的电磁式电压互感器。

  2.接线方式

  选用一台单相电压互感器。可用来测量相对地电压。

  3.电压规定

  表5.4电压互感器运行电压规定

  一次额定电压(V)二次额定电压(V)辅助绕组(V)

  被测电路的电压一般为100 100

  110kV及以上中性点直接接地系统

  100/

  100

  中性点不接地或中性点非有效接地系统

  100/

  100/3

  电压互感器允许在不超过其1.1倍额定电压下长期运行。在中性点非有效接地系统中,当发生一相接地时,非接地相电压升高倍。

  (2)电压互感器的配置

  ①母线:110kV母线装设一组三只单相电压互感器,三绕组,YNynd11接线,三只单相电压互感器接成星形-星形的接线方式,用于同期、测量仪表和保护装置。

  ②变压器:两台主变低压侧各装设一组三只单相电压互感器,双绕组,星形-三角形的接线方式。

  ③发电机:3台发电机组,每台发电机出口侧装设两组电压互感器,每一组为三只单相、双绕组的电压互感器。其中一组用来自调励磁装置,另一组供测量仪表、同期和保护装置使用。采用三只单相接地专用互感器。

  表5.5 JDC6-110型电压互感器参数

  型号额定电压

  (kV)副边绕组额定电压(kV)最大容量

  (VA)

  原副辅助0.2 0.5 1 3

  JDC6-110 110/0.1/0.1 150 300 500 500 2000

  所以,选择的是型号为JDC6-110的电压互感器。

  5.2.5母线选择

  (1)导体的材料

  铝的电阻率高,机械强度低,耐腐蚀性较铜差,但储量高,价格低,一般优先采用铝导线。

  (2)导体类型的选择

  钢芯铝绞线适用于35kV及以上的屋外软母线,故选用钢芯铝绞线作为母线。

  (3)导体截面的选择

  按导体长期发热允许电流选择:

  (5.16)

  式中,为导体所在回路中最大持续工作电流;为在额定环境温度时导体允许电流;K为与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数,可用下式计算:

  (5.17)

  设最高允许温度为,实际环境温度为,故取综合修正系数K=0.95

  长期允许载流量:297A

  (4)热稳定校验

  选择型号为LGJ-70型钢芯铝绞线,并进行校验:

  铝的相对应的热稳定系数C=87,短路热效应

  符合标准。

  5.2.6避雷器的配置

  (1)氧化锌避雷器的特点:

  1.具有很好的保护特性

  阻值高,能通过的电流小。

  2.具有较大的通流能力

  氧化锌阀片的密度高,比热大,在通流能力方面具有较大的优越性。

  3.结构简单,可靠性高

  氧化锌避雷器没有串联间隙,故大大提高了可靠性,同时其抗污能力也增强了很多。

  根据以上所述,选择氧化锌避雷器。

  (2)选择条件

  1.避雷器持续运行电压

  为可以持久加在避雷器端子间的工频电压有效值。

  (5.18)

  式中,为系统最高相电压有效值

  2.额定电压

  是加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值。

  (5.19)

  根据以上条件,选择型号为YH10CX-102/296的带串联间隙的避雷器。

  表5.6 YH10CX-102/296型避雷器参数

  型号

  类型系统标称电压避雷器额定电压

  持续工作电压

  避雷器标称放电电流(峰值,kA)陡波冲击电流残压雷电冲击电流残压操作冲击电流残压

  直流1mA参考电压≥(kV)

  2ms方波通流(峰值,A)

  有效值kV≤峰值,kV

  YH10CX-102/296串联绝缘支撑件间隙

  110

  102

  76.5

  10

  332

  296

  252

  148

  600

  5.3 6.3kV侧主要电气设备选择

  5.3.1配电装置应满足的基本要求

  1.安全:设备布置合理,有必要的保护措施。

  2.可靠:设备选择合理、有较低的故障率、影响范围小。

  3.方便:布置设备时不应使设备分散,若设备分散则不便于操作及巡查。

  4.经济:在保证安全和可靠性的基础上,节约用电,节约材料。

  5:发展:有备用间隔和备用容量,便于安装和扩建。

  5.3.2 6.3kV高压配电装置

  由于6.3kV位于6~10kV之内,故选用屋内配电装置。

  成套配电装置整体性强,制造水平高,可靠性高,现场安装工作量小,故被广泛采用。在对6.3kV侧选择主要电气设备时,采用成套配电装置。

  根据《电气设备手册》,选择型号为KYN28-10型高压开关柜。该高压开关柜内部的断路器各参数如下表:

  表5.7高压开关柜断路器各参数

  额定电压(kV)最高工作电压(kV)断路器额定电流(A)额定断开电流(kA)最大关合电流(kA)峰值耐受电流(kA)短时耐受电流(kA)

  6 6.9 1000 31.5 80 80 31.5

  额定电压:

  额定电流:

  额定开断电流校验:

  额定关合电流校验:

  发电机冲击系数取1.85,电动机冲击系数取1.8。

  热稳定校验:

  断路器4s热稳定电流为,则

  动稳定校验:

  该断路器满足要求,故可选用型号为KYN28-10型高压开关柜。

  根据电气主接线的形式,选择符合要求的产品方案编号,组成该电站所需的高压开关柜。

  6.3kV侧高压开关柜一次回路方案编号为:

  KYN28-10-014、KYN28-10-011、KYN28-10-044、KYN28-10-005、KYN28-10-006、KYN28-10-024

  KYN28-10-014回路为接主变压器回路,其中有3只LD-10电流互感器,1个JN-10接地开关;KYN28-10-024回路为接另一台主变压器回路,其中有3只LDJ-10电流互感器,1个JN-10接地开关。

  KYN28-10-011回路为接发电机回路,其中有1只JZDJ-10电压互感器,1只JDZ-10电压互感器,3只RN2-10熔断器,2只LDJ-10电流互感器以及1台VS1-ZN63A型断路器。

  KYN28-10-044回路为电压测量保护回路,其中有3只JDZ-10电压互感器,3只RN2-10熔断器,3只FS4-10避雷器。

  KYN28-10-005回路为接厂用变压器回路,其中有1台VS1-ZN63A断路器,3只LDJ-10电流互感器。

  KYN28-10-006回路为接厂用变压器回路,其中有1台VS1-ZN63A断路器,3只LDJ-10电流互感器。

  图纸见附录。

  第六章厂用负荷统计分析

  6.1厂用电负荷的计算

  6.1.1界牌水电站厂用电负荷表

  表6.1界牌水电站厂用电负荷表

  油系统

  设备名称容量及台数(KW)设备名称容量(及台数KW)

  油压装置油泵7.5/3机组漏油箱油泵3/3

  蝴蝶阀压油装置油泵13/1蝴蝶阀漏油箱油泵2.2/1

  真空滤油机5.5/2滤油机加热器2/1

  齿轮油泵2.2/1压力滤油机2.2/1

  气系统

  设备名称容量及台数(KW)设备名称容量(及台数KW)

  高压空气机7.5/2低压空气机12/2

  水系统

  设备名称容量及台数(KW)设备名称容量(及台数KW)

  技术供水泵5.5/1厂房渗漏排水泵2.2/2

  机组检修排水泵12/2消防水泵12/2

  直流系统

  设备名称容量及台数(KW)设备名称容量(及台数KW)

  可控硅励磁装置15/2可控硅励磁冷却风扇2/2

  浮充电装置7/2通信整流电源5/1

  起重机

  设备名称容量及台数(KW)设备名称容量(及台数KW)

  桥式起重机主钩11/1桥式起重机副钩7.5/1

  桥式起重机大车5/2桥式起重机小车2.2/2

  进水口拦污栅电葫芦1.5/1尾水门电动葫芦1.5/1

  动力电源

  设备名称容量及台数(KW)设备名称容量(及台数KW)

  主厂房动力电源30副厂房动力电源20

  电气试验室电源10空调设备10

  照明装置

  设备名称容量及台数(KW)设备名称容量(及台数KW)

  中控室发电机房照明12水轮机蜗壳层照明12

  续表6.1

  尾水平台及变电站照明12厂区装置20

  6.1.2厂用负荷分析

  表6.2厂用负荷分析表

  负荷名称负荷类别是否易于过负荷运行方式是否自启动

  油压装置油泵Ⅰ不易经常断续是

  真空滤油机Ⅲ不易不经常断续否

  机组漏油箱油泵Ⅱ不易经常断续是

  蝴蝶阀漏油箱油泵Ⅱ不易经常断续是

  滤油机加热器Ⅲ不易不经常断续否

  齿轮油泵Ⅲ不易不经常断续否

  压力滤油机Ⅲ不易不经常断续否

  高压空气机Ⅱ不易经常断续是

  低压空气机Ⅱ不易经常断续是

  技术供水泵Ⅰ不易经常连续是

  机组检修排水泵Ⅱ不易不经常连续否

  厂房渗漏排水泵Ⅰ~Ⅱ不易经常短时是

  消防水泵Ⅰ不易不经常短时否

  可控硅励磁装置Ⅰ不易经常连续是

  浮充电装置Ⅱ不易经常连续是

  续表6.2

  可控硅励磁冷却风扇Ⅰ不易经常连续是

  通信整流电源Ⅱ不易经常连续是

  桥式起重机主钩Ⅱ不易不经常断续否

  桥式起重机大车Ⅱ不易不经常断续否

  进水口拦污栅电葫芦Ⅱ不易不经常断续否

  桥式起重机副钩Ⅱ不易不经常断续否

  桥式起重机小车Ⅱ不易不经常断续否

  尾水门电动葫芦Ⅱ不易不经常断续否

  主厂房动力电源Ⅱ不易经常连续是

  电气试验室电源Ⅱ不易经常连续是

  副厂房动力电源Ⅱ不易经常连续是

  空调设备Ⅱ不易经常连续是

  蝴蝶阀压油装置油泵Ⅰ不易经常断续是

  中控室发电机房照明Ⅰ不易经常连续是

  续表6.2

  尾水平台及变电站照明Ⅱ不易经常连续是

  水轮机蜗壳层照明Ⅱ不易经常连续是

  厂区装置Ⅱ不易经常连续是

  根据《电力工程电气设计手册》可知:

  1.经常连续运行的设备负荷要计入;

  如:技术供水泵、可控硅励磁装置、浮充电装置、可控硅励磁冷却风扇、通信整流电源、主厂房动力电源、电气试验室电源、副厂房动力电源、空调设备、中控室发电机房照明、尾水平台及变电站照明、水轮机蜗壳层照明、厂区装置(其中照明装置一般按装置容量的50%计算)。

  2.不经常而连续运行的设备负荷要计入;

  如:机组检修排水泵。

  3.不经常短时和不经常断续的设备负荷不计入;

  4.互为备用但是由不同厂用电供电的设备要计入,但是互为备用且由相同厂用电供电的设备,只需计算同时运行的设备台数即可;

  如:油压装置油泵、蝴蝶阀漏油箱油泵、蝴蝶阀压油装置油泵、高压空气机、低压空气机、机组漏油箱油泵。

  总的负荷为:

  第七章厂用电变压器的选择

  7.1厂用电的电压等级确定

  厂用电的电压等级是根据发电厂额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因素,经过技术经济综合比较后确定的。

  在发电厂中,低压厂用电常采用380V,高压厂用电有3kV、6kV、10kV等。

  (1)影响厂用电电压等级的因素

  ①发电机电压和容量:当发电机电压为6.3kV时,其厂用高压电压应选择6kV。厂用高压电压随着发电机容量越大而越高。

  ②厂用电动机的容量:当生产容量范围小于300kW时,电动机电压可选为380V、3kV、6kV、10kV。

  ③厂用电网络的可靠、经济运行:当电动机的容量在200~300kW时,需综合考虑厂用电网络的可靠和经济性。

  (1)按发电机容量确定高压厂用电压等级

  ①发电机组容量在60MW以下,发电机电压为6.3kV,采用6kV作为高压厂用电压。

  (2)按厂用电动机容量、厂用电供电网络确定高压厂用电压等级

  当满足技术要求时,优先采用较低电压的电动机,来获得较高的经济效益。因为高压电动机的绝缘等级高、磁路较长、价格高、空载和负载损耗均较大、效率较低。

  根据上述,由于界牌水电站的发电机组容量为30MW,厂用高压电压选为6kV,经过厂用变压器降压之后降为380V,供厂用设备使用。

  7.2厂用变压器容量的计算

  由于小型水电站的厂用变压器一般不超过两台。为了使得当一台变压器在检修或因故障无法使用时,另一台变压器能够承担水电厂在正常运行时的重要负荷,故选定变压器台数为两台,且两台工作变压器之间互为备用,采用暗备用的备用方式。该方式节省了明备用所需的配电装置与占地,对水电厂由于地形原因造成的设备配置困难提供了便利。

  厂用变压器如果是油浸式变压器,则每台容量按照计算负荷的70%来计算,故:

  而对于干式变压器,由于其散热条件较差,过负荷能力小,因此每台变压器均按最大计算负荷选择,故:

  7.3厂用变压器型号的选择

  由于界牌水电站是小型水电站,厂用变压器可采用干式电力变压器和油浸式电力变压器。干式电力变压器结构简单、维护方便、防潮、耐腐蚀、阻燃、防爆、防火、无污染、过载能力强、可靠性高,安全性高,布置也比较方便。在越来越多场合,干式变压器取代了油浸式变压器。而油浸式变压器布置复杂,且由于设备内含有大量的变压器油,容易发生安全事故,所以要做好相应的安全防护措施。故相比较之下,采用干式电气变压器作为厂用变压器,并且变压器容量按照最大计算负荷来选择。

  根据《电气设备手册》,选择了型号为SCR9-250/10的树脂绝缘缠绕干式变压器,其各参数如下表:

  表8.1 SCR9-250/10型变压器参数表

  型号高压

  (kV)低压

  (kV)空载损耗(W)负载损耗(W)阻抗电压(%)空载电流(%)

  SCR9-250/10 10 0.4 765 2490 4 0.9

  根据《小型水电站电气一次设计手册》可知,在实际中,由于有备用电源的投入,厂用电动机不会完全制动,所以启动电流较小,自启动时母线电压允许值为额定电压的65%-70%,一般厂用变压器的阻抗为4%,允许自启动容量已经超过厂用变压器的额定容量,故一般不再进行校验。

  第八章厂用电电气接线的拟定(含备自投)

  8.1厂用电接线的基本要求

  1.供电可靠,运行灵活

  厂用负荷的供电既要有可靠地工作电源,还要保证异常或者事故情况下有可靠的备用电源,并实现自动切换。且要求无论在任何情况下都能灵活地调整运行方式,要可靠、不间断地实现厂用负荷的供电。

  2.各机组的厂用电系统需独立且具有对应供电性

  机组之间不能相互影响,且机组出现故障时应能短时恢复。

  3.不同机组的厂用母线应平均分配全厂性的公用负荷

  4.供电电源与电力系统之间应有紧密的联系

  5.若电厂为分期建设,需考虑其在建设过程中的厂用电系统的运行方式

  要尽量减少线路的更改。

  8.2厂用电电气接线方式

  8.2.1低压侧母线的接线方式

  根据《小型水电站》可知,小型水电站厂用母线的接线方式一般采用单母线和单母线分段两种接线方式。当厂用变压器只有1台时,一般采用单母线接线,而当具有2台厂用变压器时,一般采用单母线分段接线。因界牌水电站有两台厂用变压器,且2台互为备用。故低压侧采用单母线分段接线的方式。接线图如下图所示:

  图8.1单母线分段接线

  8.2.2厂用电负荷的接线方式

  1.单层辐射式

  图8.2单层辐射式

  特点:当某一回路故障时不会影响其他回路正常供电。

  适用范围:一般用于距厂用配电屏较近的厂用负荷,或是负荷容量较大且较重要的厂用负荷。例如:机组自用电、厂房吊车以及容量较大的排水泵。

  2.双层辐射式

  图8.3双层辐射式

  特点:由主屏成辐射状供给分屏,再由分屏成辐射状供给厂用负荷,便于就地管理,并且可以节省电缆。

  适用范围:常用于厂用负荷较集中而又距离主屏较远的情况。例如:机修间、油处理室等。

  3.干线式

  图8.4干线式

  特点:动力配电箱数量少,但供电可靠性差,当一回分支线故障时,总熔断器会熔断,并且其他分支也会失去电源。

  适用范围:只适用于不重要的小容量负荷。例如:机修间的若干小负荷或不重要的小容量通风机。

  4.两端供电式

  图8.5两端供电式

  特点:将两个双层辐射式接线的两个分屏用电缆连接起来,互为备用,各个分屏均由各自的主屏供电。

  适用范围:适用于较重要的Ⅰ、Ⅱ类厂用负荷。

  由于界牌水电站是小型水电站,负荷容量不大,并且厂用负荷较集中,考虑其供电可靠性,在对比以上四种连接方式之后,最终选择双层辐射式的厂用电负荷接线方式。

  接线图如下:

  图8.6厂用电负荷接线

  8.3厂用负荷的分配

  由上述可知,厂用母线选择的是单母线分段接线的接线方式,厂用变压器选择的是两台,且容量相同,互为暗备用。厂用负荷应平均分配到两段母线上。

  Ⅰ类负荷是厂用电负荷中最重要的负荷,所以在分配时,两段母线都应分配到相应的全部的Ⅰ类负荷,这样能够保证若有事故发生或者设备检修时,不至于会中断电源,使得Ⅰ类负荷都停止运行,造成重大影响。而Ⅱ、Ⅲ类负荷停电时,在一段时间内不会造成如Ⅰ类负荷那么严重的后果,所以厂用负荷中的Ⅱ、Ⅲ类负荷应大致平均地分配到两段母线上,使得两段母线上面的实际计算总负荷数大致相同。

  表8.1厂用电负荷分配表

  厂用电母线Ⅰ段油压装置油泵蝴蝶阀压油装置油泵技术供水泵厂房渗漏排水泵消防水泵

  可控硅励磁装置可控硅励磁冷却风扇中控室发电机房照明机组漏油箱油泵蝴蝶阀漏油箱油泵

  高压空气机低压空气机机组检修排水泵浮充电装置通信整流电源

  进水口拦污栅电葫芦尾水平台及变电站照明水轮机蜗壳层照明真空滤油机滤油机加热器

  厂用电母线Ⅱ段油压装置油泵蝴蝶阀压油装置油泵技术供水泵厂房渗漏排水泵消防水泵

  可控硅励磁装置可控硅励磁冷却风扇中控室发电机房照明桥式起重机副钩桥式起重机小车

  尾水门电动葫芦主厂房动力电源电气试验室电源副厂房动力电源空调设备

  桥式起重机主钩桥式起重机大车厂区装置齿轮油泵压力滤油机

  厂用接线第一层:油压装置油泵、蝴蝶阀压油装置油泵、技术供水泵、厂房渗漏排水泵、消防水泵、可控硅励磁装置、可控硅励磁冷却风扇、中控室发电机房照明。这些厂用电负荷布置在中控室或者是发电机层,并且两段母线上均要接。

  厂用接线第二层:机组漏油箱油泵、蝴蝶阀漏油箱油泵、高压空气机、低压空气机、机组检修排水泵、真空滤油机、滤油机加热器、齿轮油泵分布在水轮机层;主厂房动力电源、桥式起重机副钩、桥式起重机小车、桥式起重机主钩、桥式起重机大车布置于主厂房;电气试验室电源、副厂房动力电源、尾水平台及变电站照明布置于副厂房;尾水门电动葫芦、厂区装置、空调设备以及进水口拦污栅电葫芦布置于厂区。

  8.4厂用电电源的设置

  发电厂的工作电源是保证发电厂正常运行的基本电源。由于界牌水电站机组容量为30MW,故其以启动电源兼作备用电源。发电厂的厂用工作电源一般情况下应不少于两个,而对于有作调相运行要求的电站,其中一个厂用电源需是外来供电。由于界牌水电站就是有作调相运行要求的水电站,且界牌水电站为径流式电站,有比较重要的地位,故设置两个电源,其中一个厂用电源是外来供电。

  根据界牌水电站的实际情况,为保证可靠性,决定设置三台备用电源自动投入装置,一台用在厂用一段母线分段断路器上,另外两台用在二段母线上面的两台分段断路器上。

  第九章厂用电主要低压电气设备选择

  9.1低压厂用电电气设备选择的条件

  根据《低压配电设计规范》可知,低压配电设计所选用的电器,应符合国家现行的产品标准,并且应符合下列规定:

  1.厂用设备不仅可以正常工作,还可以在遇到故障时有选择性地切除;

  2.电器应适应其所在场所及环境;

  3.应进行动、热稳定校验;

  4.一般情况下,低压侧会选用开关柜,并且进行校验时只需要对断路器进行校验,若断路器满足要求即可。

  9.2低压成套设备

  低压成套设备包括电压等级1kV以下的低压开关柜、动力配电柜、照明配电箱、控制屏、直流配电屏及补偿成套装置。这些设备现广泛用于各种场合,作为动力、照明及补偿之用。

  9.3低压开关柜

  BFC-2A型抽出式封闭配电柜适用于380V以及下50HZ交流系统,可作为发电厂动力、照明、配电之用。BFC-2A型抽出式封闭配电柜按其抽出式部件的不同分为空气开关柜及抽屉柜。该型配电柜可以提高供电的可靠性,且便于对故障电路进行检修。由于电气设备的布置紧凑,还可以节省占地面积。

  下面对该配电柜中的AH-16B型自动开关进行校验:

  额定电压:

  额定电流:

  按短路电流校验:

  开关动作时间大于0.02s

  ——自动开断的开断电流

  自动开关的型号为AH-16B,其各参数如下表所示:

  表10.1 AH-16B型断路器参数表

  型号额定电压

  (V)额定电流

  (A)额定峰值耐受电流(kA)额定短路分段电流(kA)

  AH-16B 380 1600 63.84 40

  占有高度(mm)灭弧介质进线方式操作力臂(mm)操作力(N)

  900空气式下进线250 300

  断路器选择上述型号时,满足要求。故可确定使用BFC-2A型抽出式封闭配电柜。

  根据厂用电接线图,参考BFC-2A型抽出式封闭配电柜的产品说明书,选择符合接线及电气设备配置要求的线路接线方案编号,组成主电路方案。选择的主电路编号为:BFC-2A-18、BFC-2A-68、BFC-2A-21、BFC-2A-09、BFC-2A-77。

  下面对主电路进行分析:

  BFC-2A-18接厂用变压器,其中包括一只AH-16B自动开关和一组LMZJ1-0.5型的电流互感器。

  BFC-2A-68接照明,其中包括一只DZ20-100型自动开关和一只GF1-16型熔断器。

  BFC-2A-21用途为联络,其中包括一只AH-16B自动开关和一组LMZJ1-0.5型的电流互感器。

  BFC-2A-09接电动机,其中包括一只AH-16B自动开关和一组LMZJ1-0.5型的电流互感器。

  BFC-2A-77用途为馈电,其中包括一只AH-16B自动开关和一组LMZJ1-0.5型的电流互感器。