毕业设计(论文)某小水电站的电气部分的初步设定.doc
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1、 XXXX大学某水电站毕业设计 毕业设计说明书题 目 某小水电站的电气部分的初步设定 专 业 电力系统自动化技术 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 2012年 1 月 5 日 目录前 言2目录3第1章变压器的选择51.1主变压器的选择51.1.1主变压器台数的选择51.1.2主变压器台数的确定51.1.3主变压器容量的确定51.1.4主变压器型式的选择61.1.5主变压器相数的选择61.1.6主变压器绕组数的选择61.1.7主变压器连接方式的选择61.1.8主变压器调压方式的选择71.1.9主变压器冷却方式的选择71.1.10主变压器的型号71.2厂用变压器的选择81.2.1厂用变压器的台数
2、81.2.2厂用变压器容量的选择81.2.3厂用变压器冷却方式的选择81.2.4厂用变压器型式的选择81.2.5厂用变压器连接组别的选择91.2.6厂用变压器的型号91.2.7厂用变压器的引接点9第2章电气主接线的选择102.1 电气主接线的基本要求102.2水电站电气主接线的特点102.3水电站电气主接线的选择112.4水电站电气主接线的比较与确定14第3章 短路电流的计算153.1概述153.1各元件参数的计算16第4章 电气设备的选择204.1概述204.2断路器的选择214.2.1 6.3kV断路器的选择214.2.2 35kV断路器的选择224.3隔离开关的选择234.3.1 35k
3、V隔离开关的选择234.4熔断器的选择244.5互感器的选择254.5.1电流互感器的选择254.5.2电压互感器的选择264.6架空线路的选择274.7 汇流母线的选择294.7.1 6.3kV母线的选择294.7.2 35kV母线的选择304.8 开关柜的选择314.8电气设备汇总表31第5章继电保护配置325.1概述325.2发电机的保护配置325.3变压器的保护配置335.4线路的保护配置34第1章 变压器的选择1.1主变压器的选择1.1.1主变压器台数的选择变压器的运行可靠性高,发生故障的几率小,检修周期长,损耗低,所以在选择时一般不考虑主变压器的备用,减少变压器的台数,提高单台变压
4、器容量,可以降低变压器的本体投资,与之配套的配电设备也随之减少,使配电装置结构简化,布置清晰,更为简单,占地面积少,运行检修维护工作量也减少从而取得较好的技术经济效益。主变压器台数的选择是与发电厂的接入方式、机组的台数、容量及基本接线方式密切相关,大体上要求主变应与其他的各个环节的可靠性应相一致。主变压器的台数选择技术指标和经济指标的比较表1-1主变台数单台变压器两台变压器技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量电能损耗略大电能损耗略小灵活方便性灵活性差灵活性好扩建适用性稍差好经济指标电力变压器的综合投资占地面积小,投资小花费投资适中1.1.2主变压器台数的确定
5、通过对待设计水电站原始资料和数据的分析,可以看出该水电站对系统的影响不大,不会大范围的影响该地区的供电质量。所以在选择主变压器时,主要以水电站的经济性、供电可靠性放在第一位考虑,来确立主变压器的选择方案。一台主变压器符合了经济性和供电可靠性的要求,两台主变压器虽符合供电可靠性,但投资经费不符合经济性。通过以上两种方案的综合比较,我们选用一台主变压器。1.1.3主变压器容量的确定主变压器的总容量,应保证在正常情况下,能将水电站全部功率送至电网或用户。当发电机电压母线侧有直配负荷时,则发电机总容量扣除发电机电压母线最小负荷等于主变压器的容量。然后据以选定厂家所生产的变压器的标准容量。即 式中 S所
6、需变压器容量,KVA;发电机组总有功功率,KW;发电机电压母线侧最小负荷值,KW;发电机额定功率因数;变压器标准容量,KVA。因为本水电站相比电网中其他水电站,该水电站的机组容量较小,在电网中处于次要地位,且发电最大利用小时数为3200h,机组满发的概率较少,因此我们选择了容量为6300KVA的变压器作为主变压器。1.1.4主变压器型式的选择1、油浸式变压器:过载能力强,维护能力强,价格便宜,但由于采用油为绝缘和冷却绝缘介质,必须要注意防火防爆,同时检修维护复杂。2、干式变压器:防火性能好,布置简单,占地少,过载能力低,绝缘度小。小型水电站的主变宜采用三相油浸式电力升压变压器,其过载能力较强,
7、价格便宜,因此本水电站选用油浸式变压器。1.1.5主变压器相数的选择330KV及以下的电力系统,在不受运输条件限制时,一般都应选择三相变压器。因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大;同时配电装置结构复杂,也增加了维修工作量。而选择主变压器的相数时,应根据原始资料及设计水电站的实际情况来选择。本次设计的水电站,考虑到运输的条件和占地面积,因此选用三相变压器。1.1.6主变压器绕组数的选择国内电力系统中采用的变压器按绕组数分类有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等变压器。因为本水电站只有两个电压等级,因此选用双绕组变压器。1.1.7主变压器连接方式的选择变压器三绕组的
8、组别必须和系统电压相位一致,否则就不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“”两种。在表示组别时分别用Y(y)、D(d)表示。因此,变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。我国110kV及以上电网中,变压器三绕组都采用YN连接;35KV采用Y连接,其中性点多通过消弧线圈接地,35kV以下电压,变压器三相绕组都采用D连接。本次设计的水电站采用Yd11连接方式。1.1.8主变压器调压方式的选择为了保证发电站的供电质量,电压必须维持在允许范围内。通过变压器的分接头开关切换,改变变压器高压侧绕组的匝数,从而改变其变比,实现电压调整。切换方式有两种:不带电切换,称为无励磁调压
9、,调整范围通常在22.5%以内;另一种是带负荷切换,称为有载调压,调整范围可达30%,但其结构复杂、价格较贵。对于小型水电站的主变压器,一般均采用无励磁调压方式,因此该水电站选用无励磁调压方式的变压器。1.1.9主变压器冷却方式的选择运行中的变压器,因有损耗而发热,而变压器的温升直接影响到它的负荷能力和使用年限。为了降低温升,提高出力,保证变压器安全、经济地运行,就必须对变压器进行冷却。根据变压器的型式、容量、工作条件的不同,变压器的冷却方式也不同。一般的冷却方式有:自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。发电厂和变电所里的大部分变压器,都是油浸式变压
10、器,对于7500kVA以下小容量的变压器,均采用自然风冷却,为使热量散发到空中,装有片状或管形辐射式冷却器,以增大冷却面积。本水电站的主变压器容量为6300kVA,因此选用自然风冷却方式。1.1.10主变压器的型号查发电厂变电站电气设备得35kv电力变压器的主要技术参数表,选择变压器型号表1-2变压器型号额定容量(kVA)额定电压(kV)连接组标号损耗(kW)阻抗电压(%)空载电压(%)冷却方式调压方式高压低压空载负载S9-6300/35630038.55%6.3Yd116.5636.97.50.7自然风冷无励磁调压1.2厂用变压器的选择1.2.1厂用变压器的台数为保证全厂的负荷正常运行,系统
11、的供电可靠性,因此本水电站的厂用变采用两台变压器比较合理。1.2.2厂用变压器容量的选择 厂用变压器容量的选择,应保证在正常情况下满足全厂厂用电负荷的供电,不应由于过负荷而影响其使用寿命,在一般事故或检修条件下,应有足够的备用容量,以保证发电机组正常运行。176.47 kVA式中:水电站自用电总负荷。水电站负荷平均功率因数。厂用变压器容量。1.2.3厂用变压器冷却方式的选择虽然空气比油的冷却作用差,但是此变压器容量偏小,电流密度偏低,因此采用干式自冷式的冷却方式比较合适。1.2.4厂用变压器型式的选择目前可供选择的厂用变压器的型式有油浸式和干式两种。油浸式的特点是过载能力强,屋内外均可布置,维
12、修简便,价格便宜,但由于采用油为绝缘和冷却介质,屋内外必须要有防火防爆小间,同时检修、维护复杂;干式变压器的特点是无油,防火性能较好,布置简单,可就近布置在中压开关柜附近,缩短了电缆长度并提高供电可靠性,还可节省间隔及土建费用,但过载能力低,绝缘余度小,在有架空线路直接连接的场合不宜使用,一面遭受感应雷过电压;随着干式变压器生产技术的不断进步,已能生产出散热性能更好、体积小、过载能力大的干式变压器。由于考虑到本水电站是小型水电站,干式变压器和油浸式变压器相比较,虽然干式变压器的本体价格较油浸变压器高,但是干式变压器的冷却介质及绝缘介质都是空气,而不是变压器油,不需要像油浸变压器那样安装在单独的
13、防爆间隔内,也不需要排油措施。因此本水电站的厂用变压器用干式变压器较合适。1.2.5厂用变压器连接组别的选择由于Yyn0接线的结构比较简单,消耗的材料也比较少,所以本水电站的厂用变压器连接组别采用Yyn0。1.2.6厂用变压器的型号根据计算的容量和电压等级初步选择变压器型号1、6.3kV侧厂用变压器:表1-3 6.3KV厂用变压器的参数型号额定电压(kV)额定容量(KVA)连接组别损耗(KW)阻抗电压空载电流高压低压空载负载SG3-200/660.4200Yyn00.9431.5%1.5%2、35kV侧厂用变压器:表1-4 35KV厂备用变压器的参数型号额定电压(kV)额定容量(KVA)连接组
14、别损耗(KW)阻抗电压空载电流高压低压空载负载SCB10-200/35350.4200Yyn00.9803.5006%1.8%1.2.7厂用变压器的引接点本水电站厂用变压器分别从两个地方引接,一个接到发电机出口6.3kV母线上,另外一个接到35kV母线上。正常运行时6.3KV厂用变压器承担全部自用负荷,35kV厂用变压器停用,当6.3kV厂用变压器发生故障或要维修时,则备用变压器担负全部自用负荷。第2章电气主接线的选择2.1 电气主接线的基本要求(1)保证必要的可靠性和电能的质量。当主电路发生故障时,应在电路结构上使故障的影响限制在一定范围内,不致造成事故的扩大。对主接线可靠性的保证有助于提高
15、和保障事故状态下的电能质量。(2)主接线简单清晰,操作简便。水电站多处山区,地形复杂,电气设备布置及进出线走廊均受一定限制。应尽可能简化接线,并尽量减少电压等级和进出线回路数,力求设备切换所需的操作步骤减少,以减少可能因误操作而造成事故。(3)具有必要的运行灵活性。主接线在正常情况下应能满足所需要的各种运行方式;在发生故障时要便于采取相应的事故运行措施;在设备检修时应尽量不中断供电或缩小停电范围和缩短停电时间。(4)考虑发展的可能性和分期工程过渡。多数水电站按流域规划和水能计算的最优规模作一次性开发,其最终装机容量不能任意扩展。(5)技术先进,经济合理。在考虑主接线的可靠性时,应尽量采用已成熟
16、的先进技术和新型电气设备。2.2水电站电气主接线的特点(1)水电站一般距负荷中心较远,在发电机电压侧很少接有大功率用户,而用电较高电压送点,故主变压器容量多按机主容量确定。(2)除径流水电站外,其余电站大都担负系统调峰,调频和事故备用,利用小时数一般较低,因此开停机频繁。(3)水电站开机程序比较简单,机组起动迅速,易于实现自动化。(4)水电站规模确定后,一般不考虑扩建。但规划设计中明确分期建设的电站,则在主接线设计中应予以考虑。(5)水电站多处山区,地形复杂,电气设备布置及进出线走廊均受一定限制,应尽可能简化接线 ,避免在水电站设置复杂的变电枢纽(阶梯除外),并尽量减少电压等级和进出线回路数。
17、(6)在同一河流上的阶梯水电站和地理位置相近的几个水电站,它们之间既有电的联系,又有水的联系,设计电气主接线时应充分考虑这一点。(7)主接线设计时,应充分考虑并妥善解决近区负荷的供电问题。(8)水电站的站用负荷较小,工作电源一般不从高压侧引接。备用电源可引自地区配电网,或保留施工变电所来解决问题。2.3水电站电气主接线的选择方案一:35KV采用单母线接线,6.3KV采用单母线接线,如图2-1。 图2-1优点:(1)接线简单清晰,设备少,运行时操作方便,投资少,便于扩建;(2)变压器数量少,投资省,电能损失小;(3)隔离开关仅在检修时用来隔离电源,误操作的可能性小,适应性强,主变压器负荷变化不完
18、全影响发电机的发电容量;缺点:(1)该电气主接线的工作可靠性和灵活性较差; (2)母线范围(各回路断路器触头以内的母线电路)内发生故障时,与母线相连的所以有电源回路均需切除,全部负载中断供电,直至故障排除; (3)母线或任一母线隔离开关需停电检修,全部回路停止供电; (4)某一回路的设备(断路器后线路隔离开关)需检修时,该回路应停止供电; 方案二:35KV采用单外侨接线,6.3KV采用单母线分段接线,如图2-2图2-2优点:(1)接线简单,高压断路器数量少,进出线减少,且线路的运行变压器的干扰; (2)一台主变压器回路故障或检修,不影响线路和另一台变压器运行;(3)当任意一段母线及其所接隔离开
19、关故障或检修时,只需短时间停机,带分段隔离开关拉开后,仍保持另一段母线所接机组送电,可靠性与灵活性比单母高。缺点:(1)一回出线故障或检修,电站一半功率需暂停输出,带线路隔离开关拉开后,全部功率可由另一半回路送出;(2)桥连断路器检修时,二回出线需解列运行,如有穿越功率通过将受影响;(3)分段隔离开关故障或检修需全场停机。方案三:35KV采用单母线分段接线,6.3KV采用扩大单元接线,如图2-3图2-3优点:(1)接线简单清晰,减少了变压器及断路器的数量,配电装置简单,减小投资和运行费用,占地面积小,运行维护方便; (2)减少主变压器高压侧出线,简化高压侧接线和布置,整个电气接线投资较省;(3
20、)当任意一段母线及其所接隔离开关故障或检修时,另一段母线的机组可继续向电网送电,可靠性与灵活性比单母高缺点:(1)两台机组接一台主变压器,故障影响范围较大,主变压器故障或检修时,两台发电机容量不能送出,可靠性略差。 (2)在母线和母线隔离开关检修或故障时,各支路必须停止工作;引出线的断路器检修时,该支路要停止供电。2.4水电站电气主接线的比较与确定(1)主接线技术经济比较:项目方案一方案二方案三可靠性在变压器侧隔离开关检修或故障时,变压器停止工作,发电机停机;引出线的断路器检修时,该支路要停止供电,可靠性差。在变压器侧隔离开关检修或故障时,该支路变压器停止工作,线路经跨条连接,恢复供电;引出线
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