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[工学]发电厂课程设计水电站设计.doc
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[工学]发电厂课程设计水电站设计.doc
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摘 要
电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。
它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能,再通过由变压器、电
力线路的等变换、输送、分配电能设备所组成的电力网络将电能供应到各负荷中心,
供给用户使用。
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分,也是构成电力系统的重要环
节。电气一次部分主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身投资的大小、
运行的灵活性、经济以及供电的可靠性密切相关,并且对电气设备选择、配电装置配
置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。随着社会的进步和经济的发展,电能
的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域。本文是对装设有 4 台 125MW 水轮
机组的中性水电站电气一次部分的初步设计,主要完成了电气主接线的设计,其中包
括电气主接线的形式的比较、选择及确定;主变压器容量计算、台数和型号的选择;
短路电流计算和高压电气设备的选择与校验。
关键词: 发电厂;变压器;电力系统;电气设备
1
目 录
目 录......................................................................................... 2
1 绪 论.......................................................................................3
1.1 电力系统概述................................................................................................................................................3
2 4*125MW 水力发电厂电气主接线的确定.............................................3
2.1 概 述................................................................................................................................................................3
2.2 电气主接线的选择.........................................................................................................................................4
2.2.1
主接线的设计
..........................................................................................................................................4
2.2.2
方案的选择
..............................................................................................................................................8
3 主变压器的选择...........................................................................9
3.1 变压器的选型.................................................................................................................................................9
3.3.1
具有发电机电压母线的主变压器
........................................................................................................10
4 水力发电厂短路电流计算...............................................................13
4.1 概 述.............................................................................................................................................................13
4.2 各系统短路电流的计算...............................................................................................................................13
4.2.1
短路计算的基本假定和计算方法
........................................................................................................13
4.2.2
电抗图及电抗计算
................................................................................................................................14
5 水电站一次设备的选择..................................................................23
5.1 选择电气一次设备遵循的条件..................................................................................................................23
5.2 电气设备的选择...........................................................................................................................................23
5.2.1
系统各个回路的最大工作电流
............................................................................................................23
5.2.2
电气设备的选择
....................................................................................................................................24
2
1 绪 论
1.1 电力系统概述
由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将
自然界的一次能源通 过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生
产系统等)转化成电能,再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由
于电源点与负荷 中心多数处于不同地区,也无法大量储存,电能生产必须时刻保持与
消费平衡。因此,电能的集中开发与分散使用,以及电能的连续供应与负荷的随机变
化,就制约 了电力系统的结构和运行。据此,电力系统要实现其功能,就需在各个环
节和不同层次设置相应的信息与控制系统,以便对电能的生产和输运过程进行测量、
调节、 控制、保护、通信和调度,确保用户获得安全、经济、优质的电能。
电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配,易于转换为其它的能源,而且便
于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此,电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活
的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供,电力工业已成为我国实现现代化的基础,
得到迅猛发展。到 2003 年底,我国发电机装机容量达 38450 万千瓦,发电量达 19080 亿度,居世
界第 2 位。工业用电量已占全部用电量的 50~70%,是电力系统的最大电能用户,供配电系统的
任务就是企业所需电能的供应和分配。电力系统的出现,使高效、无污染、使用方便、易于调控的
电能得到广泛应用,推动了社会生产各个领域的变化,开创了电力时代,发生了第二次技术革命。
电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。
2 4*125MW 水力发电厂电气主接线的确定
2.1 概 述
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分,也是构成电力系统的重要环节。
主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济
性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较
大的影响。因此,必须正确处理好各方面的关系,全面分析有关影响因素,通过技术
经济比较,合理确定主接线的方案。
发电厂的电气主接线是保证电力网安全可靠、经济运行的关键,是电气设备布置、
选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。
3
2.2 电气主接线的选择
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的重要部分,也是构成电力系统的重要环
节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经
济性密切相关,并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有
较大影响。因此,必须处理好各方面的关系,全面分析有关影响因素,通过技术经济
比较,合理确定主接线方案,决定于电压等级和出线回路数。电气主接线是由高压电
气设备连成的接收和分配电能的电路,是发电厂和变电所最重要的组成部分之一,对
安全可靠供电至关重要。因此设计的主接线必须满足如下要求:
(1) 满足对用户供电必要的可靠性和电能质量的要求;
(2) 接线简单、清晰,操作简便;
(3) 必要的运行灵活性和检修方便;
(4) 投资少,运行费用低;
(5) 具有扩建的可能性。
发电厂的主接线的基本环节是电源(发电机或变压器)和引出线。母线(又称汇流母
线)是中间环节,它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电
源数目多好几倍,故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换,还可以使接线简单
明了和运行方便。
2.2.1 主接线的设计
1、课程设计的技术背景和设计依据
(1)电厂规模:
装机容量: 装机 4 台,容量分别为 125MW, U
N
=10.5KV
气象条件:年最高温度 40 度,平均气温 25 度,气象条件一般,无特殊要求
厂用电率:0.5%。
(2)出线回数:
a. 110KV 电压等级:出线 5 回,其中两回以双回路送铜山岭有色金属矿,另两回
4
分 别 送 水 圻 口 变 电 站 和 大 沃 集 变 电 站 。 110KV 最 大 负 荷 30MW, 最 小 负 荷
25MW,cos =0.85, Tmax=5500h,为Ⅰ类负荷。
b.220KV 电压等级:出线 4 回,两回与无穷大系统连接,接受该发电厂的剩余功
率。另一回与一 220KV 变电站相连,最大负荷 125MW,Tmax=5500h,为Ⅰ类负
荷。
220KV 和 110KV 出线各预留 1 回。
2、主接线的方案
(1) 方案一
a.220KV 电压等级的方案选择。
带有专用旁路断路器的接线,多装了价高的断路器和隔离开关,增加了投资,
然而这对于汇线较多,负荷对供电可靠高的特殊场合,是十分必要的,由于
220KV 负荷有Ⅰ类负荷,所以采用双母线带专用旁路断路器的接线方式。采用这
种接线方式的优点是:与单母线相比,投资有所增加,但运行的可靠性灵活性大为
提高,扩建方便,均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配,并且采用旁路
母线之后,在出线断路器和隔离开关检修的时候,对重要负荷的供电不会停,保证
了供电的可靠性。
b.110KV 电压等级的方案选择。
由于 110KV 电压等级的负荷为Ⅱ类负荷,所以在本方案中的可选择的接线形
式是单母线分段带专用旁路断路器的接线,用断路器把母线分段后,对重要用户可
以从不同段引出两个回路,有两个电源供电;当一段母线发生故障,分段断路器自
动将故障段切除,保证正常段母线不间,供电和不致使重要用户停电。并且采用旁
路母线之后,在出线断路器和隔离开关检修的时候,对重要负荷的供电不会停,保
证了供电的可靠性。
c.10KV 电压等级的方案选择。
本方案中的可选择的接线形式是单母线分段接线。用断路器把母线分段后,对
重要的用户可以从不同的段引出两条回路,有两个电源供电;当一段母线发生故障,
分段断路器会自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停
电。
所以可以将主接线形式表示如图 2-1 所示。
5
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oligaga
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