中型水电站电气计算书.doc

第二部分 电气部分2.1基本资料1.本电站是一座中型水电站，并入系统，非洪期担任系统峰荷，洪水期担任腰荷。电站总装机容量20万KW，单机容量5万KW。2. 主要为工农业负荷，以工业用户为主。 3.电站220KV出线四回直接接入系统，110KV出线两回均送电给负荷，110KV侧输送容量约占电站总容量的20%，220KV侧输送容量约占电站总容量的80%. 4电力系统情况及参数：本电站220千伏母线短路时，系统供给的短路容量为2300MVA。5厂用电有6KV和0.4KV两个电压等级。 6单机额定容量2.2电气主接线方案的选择2.2.1水电站电气主接线的特点 1.水电站一般远离负荷中心，在发电机电压侧很少接有大功率用户，而用较高电压送电，故主变压器容量多按机组容量确定。 2.除径流式电站外，其余电站大部分但任系统调频、调峰和事故备用，利用小时数一般较低，因此，开停机较频繁。 3.水电站开机程序比较简单，机组起动迅速并且容易实现自动化。 4.水电站规模确定后，一般不考虑扩建。 5.水电站多处山区，地形复杂，电气设备布置及出线走廊均受到一定限制，因此，应尽可能简化接线。2.2.2初选方案的选择 1.发电机变压器组接线方式 根据单元接线与扩大单元接线的特点，并考虑满足本电站机组运行的灵活性要求，只能采用单元接线。 2.主接线接线方式 根据各电气主接线的特点及使用范围，能使用于本电站的电气主接线方式有：单母线带旁路母线、双母线、双母线带旁路母线。 各初选方案的电气主接线图见图2-1至图2-3。表2-1初选方案主要设备表方案号一二三断路器（台）220kv9910110kv44510.5kv114隔离开关（台）220kv192537110kv10131710.5kv444主变压器444图2-1 方案一电气主接线图图2-2 方案二电气主接线图图2-3 方案三电气主接线图2.2.3初选方案的比较和精选方案的确定 各种电气主接线的优缺点：1.单母线带旁路母线接线单母线带旁路母线，除具有单母线优点外，还可以使出线断路器检修时不影响送电，它比单母线分段带旁路母线节省一组断路器及其附属设备，布置面积小，同时也存在单母线其它的一些缺点。2.双母线接线优点：双母线接线与单母线相比，停电机会减小了，必需的停电时间缩短了，运行的可靠性和灵活性有了显著提高。另外，双母线在扩建时也 比较方便，施工时不停电。缺点：使用设备较多，投资大，配电装置较复杂。同时，在运行时需将隔离开关作为操作电器，操作隔离开关时需按严格的操作程序进行。3.双母线带旁路母线接线优点：它具有双母线优点，可靠性和灵活性都高于所有单母线接线和双母线接线。缺点：母联断路器故障时全厂短时停电，检修时两组母线解列运行，隔离开关切换操作工作量大，继电保护复杂，不利于实现自动化，同时增加设备和投资，增大布置面积。表2-2 各方案技术比较方案一方案二方案三供电可靠性出线断路器检修时不用对用户停电进行检修可采用临时“跨条”短时停电不用对用户停电进行检修工作母线检修可通过“倒闸操作”而不需对用户停电可通过“倒闸操作”而不需对用户停电可通过“倒闸操作”而不需对用户停电灵活性正常运行时灵活性低灵活性高灵活性最高设备检修时可通过“倒闸操作”减小停电的范围可通过“倒闸操作”不影响供电可通过“倒闸操作”不影响供电运行发生事故可以迅速切除事故点，影响范围较小可以迅速切除事故点，影响范围较方案一小可以迅速切除事故点，影响范围最小继电保护设备较少、简单易行设备较多，继电保护相对复杂最复杂投资少多最多 方案一的投资较方案二和方案三少，继电保护和实现自动化均简单易行，但由于本电站在系统中的重要作用，对灵活性和可靠性要求较高，因此将方案二和方案三作为精选方案。2.2.4最佳方案的确定 由于方案二、三的主变台数以及10.5KV级隔离开关数均相同，因此，只对方案二、三的220KV级断路器、隔离开关，110KV级断路器、隔离开关及10.5KV的断路器进行比较。 220KV级断路器选用SF6断路器，查电力工业常用设备手册P556知单价为20万/台；220KV级隔离开关选用GW型，查电力工业常用设备手册P583知单价为2.3万/台；5000KV级断路器选用SW型，查电力工业常用设备手册P549知单价为4万/台；5000KV级隔离开关选用GW型，查电力工业常用设备手册P581知单价为0.65万/台；10.5KV断路器选用SN型，查电力工业常用设备手册P542知单价为3.5万/台。1.方案二投资估算电力工业常用设备手册P553 式中：Z方案总投资； Bsb主变综合投资，因两方案主变台数相同，因此不计Bsb； L1设备运行费率，此处取L1=0.06； L2设备安装费率，此处取L2=0.13； 设备价格；年运行费用F电力工业常用设备手册P553式中：F1电能损耗费，此处可忽略不计； F2设备折旧费，此处取； F3维护修理费，此处取；2.方案三投资估算电力工业常用设备手册P553 式中：Z方案总投资； Bsb主变综合投资，因两方案主变型号及台数相同，因此不计Bsb； L1设备运行费率，此处取L1=0.06； L2设备安装费率，此处取L2=0.13； 设备价格；运行费用F电力工业常用设备手册P553式中：F1电能损耗费，因两方案主变型号及台数相同,此处可忽略不计； F2设备折旧费，此处取； F3维护修理费，此处取； 由上面计算可看出方案二的设备综合投资和运行费用均较方案三小，因此将方案二作为最佳方案。2.3变压器的选择及电抗标幺值的计算 1.220KV侧普通双绕组变压器 由最佳方案二电气主接线图2-2知，发电机-变压器采用单元接线，由前面水机部分计算知发电机单机容量为50MW，额定功率因数，发电机出口额定电压为10.5KV，因此主变容量，查电力工业采用设备手册P414知适用，其基本参数列于表2-3：表2-3 参数表型号额定电压（KV）阻抗电压百分比连接组号高压侧低压侧10.514.45 计算该变压器的电抗标幺值，取基准容量 发电厂电气部分P22 2. 三绕变压器的选择同上，可知， 查电力工业常用设备手册第420页知SFPSL-63000/220适用，其基本参数列于表2-4：表2-4 SFPL-63000/220参数表型号额定电压（KV）阻抗电压（%）连接组号高压中压低压高-中高-低中-低SFPL-63000/2202202×2.5%1211115.0825.98.75计算中取基准容量计算该变压器各侧阻抗电压：、高压侧：中压侧：低压侧：故其各侧电抗标幺值为：高压侧：低压侧: 3.厂用变压器的选择 厂用变压器容量按装机容量的选定，此处选取厂用电额定容量为1%，因此，厂用电容量mw,初步选用两台6KV的高压厂用变压器，两台0.4KV的低压厂用变压器。查水电站机电设计手册-电气一次知两级变压器的参数见下表：表2-5厂用变基本参数厂用变压器等级型式额定容量（KVA）电压组合（KV）阻抗电压 线圈连接组号高压低压高压厂变干式三相双绕组200010.56.310低压厂用变干式三相双绕组10006.30.4102.4发电机电抗标幺值的计算表2-6 发电机有关参数型号容量（MW）cos额定电压（KV）Xd”SF50-52/927500.8510.50.20 发电机电抗标幺值2.5短路电流的计算2.5.1最优方案等值电抗 图2-4 最佳方案系统等值电路图 2.5.2短路点的选取 对于发电机出口,由于发电机出口电压需升高至110KV和220KV两个电压等级，因此，对连接于两个电压等级下的发电机出口各取一个短路点；接于联络变压器下的发电机出口也取一个短路点；对于110KV侧负荷回路短路时所有发电机和系统的电流均送往该点，因此，把110KV负荷侧的短路点做为短路计算点；220KV侧母线短路时所有发电机及系统电流均送至该点。短路点的选取见图2-4。2.5.3 k1点短路电流计算 对 将转移电抗化为电源到短路点的计算电抗计算各电源供给的短路电流1.电源G1供给的短路电流 查发电厂电气部分0S曲线，对应 查发电厂电气部分0.2S曲线，对应 查发电厂电气部分4S曲线，对应 冲击电流，由发电厂电气部分知， 2. 电源供给的短路电流 查发电厂电气部分P2380S，0.2S，4S曲线对应 冲击电流，由发电厂电气部分知， 3.系统Sc供给的短路电流 所以可以看成无穷大系统。 冲击电流，由发电厂电气部分知， 表2-7 点短路电流计算结果表短路点基准电压（KV）电源名称基准电流（KA）t=0St=0.2St=4短路冲击电流（KA）标幺值有名值标幺值有名值标幺值有名值115发电机0.2954.021.1863.150.9293.130.9233.10发电机0.8860.390.3460.380.3770.380.3370.91系统Sc0.52.811.42.811.42.811.43.66合计2.9322.6662.667.672.5.4 k2点短路电流计算 将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗 计算各电源供给短路点的短路电流 1.电源G1供给的短路电流 查发电厂电气部分0S曲线，对应 查发电厂电气部分0.2S曲线，对应 查发电厂电气部分4S曲线，对应 冲击电流，由发电厂电气部分知， 2.电源G2-4供给的短路电流 查发电厂电气部分0S曲线，对应 查发电厂电气部分0.2S曲线，对应 查发电厂电气部分4S曲线，对应 冲击电流，由发电厂电气部分知， 3.系统Sc供给的短路电流 查发电厂电气部分P2370S，0.2S，4S曲线对应 冲击电流，由发电厂电气部分知， 表2-8 点短路电流计算结果表短路点基准电压（KV）电源名称基准电流（KA）t=0St=0.2St=4短路冲击电流（KA）标幺值有名值标幺值有名值标幺值有名值230发电机0.1482.590.3832.250.3332.670.3951.00发电机0.4433.461.5332.761.2232.921.2944.01系统Sc0.2511.081.0681.071.0581.31.2861.85合计2.9842.6142.9756.86 2.5.5 k3点短路电流计算 对进行Y变换 将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗 计算各电源供给短路点的短路电流1.电源G1供给的短路电流 查发电厂电气部分P2370S，0.2S，4S曲线对应 冲击电流，由发电厂电气部分知， 2.电源G(2-4)供给的短路电流 由于所以看做无穷大系统。 冲击电流，由发电厂电气部分知， 3.系统Sc供给的短路电流所以当做无穷大系统。 冲击电流，由发电厂电气部分知， 表2-9 点短路电流计算结果表短路点基准电压（KV）电源名称基准电流（KA）t=0St=0.2St=4短路冲击电流（KA）标幺值有名值标幺值有名值标幺值有名值10.5发电机3.235.517.773.8812.533.2210.447.7发电机9.7040.4444.310.4444.310.4444.3111.6系统Sc5.01.96510.811.96510.811.96510.8129.0合计32.8927.6525.5288.42.5.6 k4点短路电流计算 对进行Y网变换 将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗 计算各电源供给的短路电流 1.电源供给的短路电流所以当做无穷大系统。 冲击电流，由发电厂电气部分P30知， 2.电源G2-3供给的短路电流 查发电厂电气部分0S曲线，对应 查发电厂电气部分0.2S曲线，对应 查发电厂电气部分4S曲线，对应 冲击电流，由发电厂电气部分知， 3.电源G(4)供给的短路电流 查发电厂电气部分0S曲线，对应 查发电厂电气部分0.2S曲线，对应 查发电厂电气部分4S曲线，对应 冲击电流，由发电厂电气部分知， 4.系统Sc供给的短路电流所以当做无穷大系统。 冲击电流，由发电厂电气部分知， 表2-11 k4点短路电流计算结果表短路点基准电压（KV）电源名称基准电流（KA）t=0St=0.2St=4S短路冲击电流（KA）标幺值有名值标幺值有名值标幺值有名值k410.5发电机G13.230.1860.6010.1860.6010.1860.6011.61发电机G2-36.4690.442.8460.422.720.422.727.65发电机G43.235.517.773.8812.533.2210.447.7系统SC5.53.1217.163.1217.163.1217.1646.1合计38.3833.0130.881032.6断路器的选择与校验2.6.1 10.5KV电压等级断路器的选择与校验 由前面、点短路电流计算知，点短路时均为最大，因此，以点短路电流参数作为断路器选择依据。 发电机回路最大工作电流: 发电厂电气部分P921.初选断路器型号 根据，查发电厂电气部分P226附录二初选断路器型号为，其基本参数列于表2-13：表2-13 技术参数型号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流（KA）20600087极限通过电流（KA）热稳定电流（KA）固有分闸时间（S）合闸时间（S）峰值平均值300173120(5)0.150.652.校验中所用短路电流计算 主保护动作时间一般为0.020.06S，此处取主保护时间；后备保护时间一般为2S以上，此处取；SN型断路器燃弧时间一般为0.040.06S，此处取燃弧时间。 短路热稳定计算时间： 短路切断时间：表2-14 10.5KV级电气设备选择用短路电流参数表电源名称t=0St=1.6St=3.2S短路冲击电流（KA）标幺值有名值标幺值有名值标幺值有名值发电机G10.1860.6010.1860.6010.1860.6011.61发电机0.442.8460.442.8460.442.8467.65发电机5.517.773.4211.053.2510.547.7系统Sc3.1217.163.1217.163.1217.1646.1合计38.3831.6631.11103 3.校验开断能力 因 开断能力满足要求4.校验动稳定 冲击电流 动稳定满足要求5.校验热稳定 故可不计非周期分量的发热影响 发电厂电气部分 热稳定满足要求 以上计算表明选用 型断路器可满足要求。2.6.2 110KV电压等级断路器的选择及检验由发电厂电气部分P7知110KV线路极限输送功率为50MW而与110KV母线相连的最大一台主变容量为63MVA，所以以63MVA作为计算依据：发电厂电气部分P921.初选断路器型号 根据，查发电厂电气部分P226附录二初选断路器型号为，其基本参数列于表2-15:表2-13 技术参数型号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流（KA）110100018.4极限通过电流（KA）热稳定电流（KA）固有分闸时间（S）合闸时间（S）峰值平均值553221（5）0.060.252.校验中所用短路电流计算 主保护动作时间一般为0.020.06S，此处取主保护时间；后备保护时间一般为2S以上，此处取；FN型断路器燃弧时间一般为0.040.06S，此处取燃弧时间。 短路热稳定计算时间： 短路切断时间：表2-14 110KV级电气设备选择用短路电流参数表电源名称t=0St=1.55St=3.1S短路冲击电流（KA）标幺值有名值标幺值有名值标幺值有名值发电机G14.021.1863.150.9293.130.9233.10发电机0.390.3460.380.3370.380.3370.91系统Sc2.811.42.811.42.811.43.66合计2.932.672.667.673.校验开断能力 因所以： 开断能力满足要求4.校验动稳定 冲击电流 动稳定满足要求5.校验热稳定 故可不计非周期分量的发热影响 发电厂电气部分P54 热稳定满足要求 以上计算表明选用型断路器可满足要求。2.6.3 220KV电压等级断路器的选择及检验从设备能长期安全工作考虑，由发电厂电气部分P7知220KV线路输送极限功率为500MW，而与母线连接的最大一台主变容量为63MVA，所以，以极限功率500MW作为计算依据：发电厂电气部分P921.初选断路器型号 根据，查发电厂电气部分P226附录二初选断路器型号为，其基本参数列于表2-17:表2-17 技术参数型号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流（KA）220315040极限通过电流（KA）热稳定电流（KA）固有分闸时间（S）合闸时间（S）峰值平均值10040(4)0.040.152.校验中所用短路电流计算 主保护动作时间一般为0.020.06S，此处取主保护时间；后备保护时间一般为2S以上，此处取；LW型断路器燃弧时间一般为0.020.04S，此处取燃弧时间。 短路热稳定计算时间： 短路切断时间：表2-18 220KV级电气设备选择用短路电流参数表电源名称t=0St=1.54St=3.07S短路冲击电流（KA）标幺值有名值标幺值有名值标幺值有名值发电机G12.590.3832.450.3632.60.3851.002发电机3.461.5332.750.9132.850.9464.011系统Sc1.081.0681.200.301.250.3141.85合计 2.9841.5761.6466.8633.校验开断能力 因 开断能力满足要求4.校验动稳定 冲击电流 动稳定满足要求5.校验热稳定 故可不计非周期分量的发热影响 发电厂电气部分P54 热稳定满足要求 以上计算表明选用型断路器可满足要求。2.7隔离开关的选择与校验2.7.1 10.5KV隔离开关的选择与校验 由前面断路器选择与校验知发电机回路最大工作电流1.初选隔离开关的型号 根据，查发电厂电气部分P227附录三初选隔离开关型号为，其基本参数列于表2-19： 表2-19 技术参数型号额定电压（KV）额定电流（A）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）205000224105(5)2.校验动稳定 冲击电流 动稳定满足要求3.校验热稳定 由前面断路器热稳定校验知热稳定满足要求 以上计算表明选用型隔离开关可满足要求。2.7.2 110KV隔离开关的选择与校验 由前面断路器的选择与校验知110KV侧出线回路最大长期工作电流1.初选隔离开关的型号 根据，查发电厂电气部分P227附录三初选隔离开关型号，其基本参数列于表2-20： 表2-18 技术参数型号额定电压（KV）额定电流（A）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）1106005514(5)2.校验动稳定 冲击电流 动稳定满足要求3.校验热稳定 由前面断路器热稳定校验知热稳定满足要求 以上计算表明选用型隔离开关可满足要求。2.7.3 220KV隔离开关的选择与校验 由前面断路器选择与校验知220KV侧出线回路最大长期工作电流。1.初选隔离开关的型号 根据，查发电厂电气部分P227附录三初选隔离开关号为和，其基本参数列于表2-20：表2-19 、技术参数型号额定电压（KV）额定电流（A）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）22020008036(5)22020008036(5)2.校验动稳定 冲击电流 动稳定满足要求3.校验热稳定 由前面断路器热稳定校验知热稳定满足要求以上计算表明选用、型隔离开关可满足要求。2.8母线的选择与校验2.8.1母线的选择 1.发电机长期最大工作电流： 根据发电厂电气部分P61“当母线回路工作电流不超过2000A时，可采用每相单条矩形母线；当母线回路工作电流超过2000A时，可在每相将24条矩形母线并列使用，每相2或3条矩形母线适用于母线工作电流为20004000A的回路中；槽型母线载流量大，集肤效应系数小，机械强度高，一般适用于母线工作电流为40008000A的回路中；管型母线的集肤效应系数小，机械强度高，还可以采用管内通水或通风冷却措施，因此，当母线工作电流超过8000A时常采用管型母线”。铝的电阻率为铜的1.7-2倍，但密度只有铜的30%，易于加工，安装连接方便，且价格便宜。 综上，发电机出口母线型式选用槽型铝母线。 2.按经济电流密度选择导体截面积 金池水电站最大负荷利用小时数，查发电厂电气部分图3-11知经济电流密度， 母线经济截面积发电厂电气部分P63 根据年平均气温及Se查发电厂电气部分P225附表1-6，选用的槽型母线参数如表2-20： 温度修正系数： 能满足导体正常发热要求。表2-20 槽型母线技术参数截面尺寸弯曲半径双槽导体截面铝母线b抗弯铝母线共振最大允许距离高度宽度壁厚双槽容许电流（A）集肤效应系数截面系数惯性矩惯性半径1758081248806430566052101.103251442.41472.8.2母线的校验 1.校验母线热稳定 由前面断路器选择与校验知短路电流热效应 短路前母线工作温度： 发电厂电气部分 查发电厂电气部分表3-2知热稳定系数C=99, 发电厂电气部分 所选用槽型母线截面 母线热稳定满足要求2.校验母线动稳定 母线固有频率：发电厂电气部分 式中：材料系数对于铝取=15500； L绝缘子跨距； 由于故不考虑母线共振问题 母线截面系数（槽型母线，垂直放置） 作用于母线上最大电动力及相间应力 电动力：发电厂电气部分P64 a相间距，此处取a=0.9； 相间应力：查发电厂电气部分表3-5知铝母线最大允应力：最大衬垫距离： 发电厂电气部分P67 为便于安装，在每跨距绝缘子之间装设两个衬垫， 所以 可见 由以上计算可知母线动稳定满足要求。2.9绝缘