2×15 MW水电厂电气设计

课程设计

课程名称：发电厂电气部分

设计题目：2×15 MW水电厂电气设计

课程设计评定意见

设计题目2×15 MW水电厂电气设计

院（部）电力学院专业班级: 电气工程及其自动化1303班

评价项目每项满分值评分值学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求20

学生的勤勉态度，答疑次数20

设计说明书学生对理论知识的掌握程度50 综合应用能力 5 创造性 5

评定成绩：

指导教师（签名）：年月日

目录

一基础资料___________________________________________________________________ 2

1.1课程设计目的__________________________________________________________ 2

1.2水电厂电气部分研究的背景______________________________________________ 2

1.3发电厂电气主接线的论证意义____________________________________________ 2 二电气主接线设计_____________________________________________________________ 4

2.1 原始资料 _____________________________________________________________ 4

2.2 对原始资料的分析 _____________________________________________________ 4

2.3主接线方案初步拟订____________________________________________________ 5

2.4 主接线的方案的技术经济比较 ___________________________________________ 5

2.5 主接线方案初步确定 ___________________________________________________ 8 三主接线方案确定____________________________________________________________ 10

3.1 主接线方案拟定 ______________________________________________________ 10

3.2主接线方案初步比较及确定_____________________________________________ 11 附录_______________________________________________________________________ 12 心得体会____________________________________________________________________ 13 参考文献____________________________________________________________________ 14

摘要

此次所设计的发电厂类型为水力发电厂，又称水电站，它是整个电力系统电能的来源，其中电气主接线又是发电厂的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。为满足经济发展的需要，根据有关单位的决定设计 1 座单机容量为15MW，总装机容量为30MW 的水力发电厂，利用小时数4000 小时/年，最大输送容量60 MW。

根据任务书上所给原始资料参数，分析水电厂的设计方案，初步确定两个方案，然后从供电的可靠性、灵活性，技术的先进性，经济的合理性来对水电厂建设进行分析。再通过对拟建水电厂的建设方案，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定水电厂的最终方案主接线，从而完成了这座发电厂电器部分的设计。

一基础资料

1.1课程设计目的

本课程设计是在我们进行了《电路》、《电力系统分析》这两门专业基础课以及《发电厂变电所电气部分》这门专业课的理论学习和电厂参观认识学习之后进行的。通过课程设计，培养了我们综合运用所学知识解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解；并对本门课程有一个系统性的掌握，联系实际现场，具有一定分析问题和解决问题的能力。

1.2水电厂电气部分研究的背景

地方中小型水电站的电气主接线选择，以及一次设备和二次设备的选择等等，应本着具体问题具体分析的原则，根据变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性质、出线回路数、设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况，在满足供电可靠性、功能性、具有一定灵活性、还拥有一定发展裕度的前提下，尽量选择经济、简便实用的电气主接线以及一次设备和二次设备。如终端变电站，我们可根据其进线回路数较少的特点，选择线路变压器组接线，或者是桥型接线；中间变电站，我们可根据其交换系统功率和降压分配功率的双重功能的特点，选择单母线接线、单母线分段、单母线带旁路接线等形式。总之，电力网络的复杂性和多样性决定了我们不能教条地选择电站的电气主接线、一次设备、二次设备等等，要具体问题具体分析，选择具有自己特色的电气主接线和设备。

1.3发电厂电气主接线的论证意义

电气一次设备及二次设备的选择，厂房、配电装置布置，自动装置选择和控制方式对电厂设计的安全性及经济性起着重要作用。同时对电力系统运行的可靠性，灵活性和经济性起决定性作用。

1.电气主接线图是电厂设计的重要部分。同时也是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，了解电路中各种电气设备的用途，性能及维护，检查项目和运行操作的步骤等都离不开对电气主接线的掌握。

2.电气主接线表明了发电机，变压器，断路器和线路等电气设备的数量，规格，连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择，配电装置的布置。继电保护和自动装置的确定。是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。

3.由于电能生产的特点是：发电，变电，输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全，稳定，灵活和经济运行，也直接影响到生产和生活。电气主接线的拟订是一个综合性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力求使其技术先进，经济合理，安全可靠。

二电气主接线设计

电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，其直接影响发电厂或变电站运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟订有决定性的关系。

对电气主接线的基本要求包括可靠性、灵活性和经济性三个方面，本次设计根据《水电站机电设计手册》、《电力工程设计手册》以及相关参考书目的规定，结合设计任务的要求拟订 2-3 个可行的主接线方案，进行技术和经济比较，得出最佳接线方案。

2.1 原始资料

1、待设计发电厂类型：水力发电厂；

2、发电厂一次设计并建成，计划安装2×15 MW 的水力发电机组，利用小时数4000 小时/年；

3、待设计发电厂接入系统电压等级为110kV，发电厂距110kV系统45km，出线回路数为4回；

4、电力系统的总装机容量为600 MVA、归算后的电抗标幺值为0.3，基准容量

Sj=100MVA；

5、发电厂低压负荷：厂用负荷（厂用电率）1.1 %；

6、高压负荷：110 kV 电压级，出线4 回，为I 级负荷，最大输送容量60 MW，cosφ = 0.8 ；

7、环境条件：海拔< 1000m；本地区污秽等级2 级；地震裂度< 7 级；最高气温36°C；最低温度21°C；年平均温度18°C；最热月平均地下温度20°C；年平均雷电日T=56。

2.2 对原始资料的分析

本设计水电站为中、小型水力发电厂，其容量为2×15 MW，年利用小时数为=4000 小时。当电站建成投产后，其装机容量将占系统总容量的0.8%；说明该厂T

MAX

在未来电力系统中的作用和地位并非十分重要，从而该厂主接线设计的侧重点应该在经济性和灵活性。

本次设计的重点是：水电厂高低两级电压电气主接线的拟订和水电厂机端110KV 高压配电装置、总装机容量为600 MVA、归算后的电抗标幺值为0.3，基准容量

Sj=100MVA。难点是：对电厂整个电气主接线的最终方案的确定。

2.3主接线方案初步拟订

在对设计原始资料分析的基础上，结合对电力系统电气主接线的可靠性、经济性及灵活性等基本要求综合考虑，在满足技术、经济政策的前提下，本次设计力争使其成为技术先进，发电可靠、经济合理的主接线方案。

可靠发电是本设计水电厂应该考虑的首要问题，兼顾到经济性和灵活性等问题，设计主接线应保证其丰期满发，不积压发电能力。主接线方案从以下几个方面考虑：

1、线路、断路器、主变或母线故障或检修时，对机组的影响，对发电机出力的影响。

2、本水电厂有无全厂停电的可能性。

3、主接线是否具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修事故状态下操作方便，调度灵活，检修安全等。

4、在满足技术要求的前提下，尽可能考虑投资省、占地面积小，电能损失小和年运行费用少。

5、是否适宜于实现自动化和实现无人值守。

通过对原始资料的分析，现将各电压等级可能的较佳方案列出，进而优化组合，形成最佳可比方案。

2.4 主接线的方案的技术经济比较

根据电站的装机台数和出线回路数及上述资料分析，拟定四个电气主接线方案进行比较：

（一）、方案一：扩大单元接线

发电机、变压器采用扩大单元接线，110kV 侧采用单母线接线，其优缺点如下：

1、优点：

①接线简单清晰，运行方便，只有一台主变压器；

②升压站占地面积相对较小，布置方便；

G2G1 发电机扩大单元接线~T ~③ 110kV 设备相对少、投资较少，维护费用低；

④ 继电保护比较简单，维护工作量小。

2、缺点：

① 主变压器或断路器检修或故障时，必

须全厂停机，使本站的电能无法送出。

② 运行灵活性、供电可靠性较方案Ⅱ略

差。

③ 只能获得一个厂用电电源点，需引接

外来电源作为厂用备用电源。

3、一般适用范围：

适应范围较广，能较好的适应水电站布置的特点，只要电力系统运行和水库调节性能允许，一般都可使用；当水电站只有一个扩大单元时，除满足系统允许条件外，应注意避免在主变压器回路故障或检修时造成大量弃水、损失电能和影响下游供水，同时还应考虑有可靠的外来厂用电源。

（二）、方案二：单元接线

发电机、变压器采用发—变组单元接线，110kV 侧母线采用单母线接线；其优缺点如下：

1、优点：

G2G1发电机单元接线

~T1~T2

① 接线简单清晰、供电可靠性高、灵活，故障影响范围最小；

②一台主变故障或检修只影响一台发电机运行，仍有部分电能送出；

③厂用电源分别从主变低压侧取得，提高了厂用电的可靠性。且发电机电压设备最少，布置最简单方便，维护工作量也最小；继电保护简单。

2、缺点：

① 需设两台主变，占地面积较大，投资和年运行维护费相对较高；

② 110kV 设备布置较方案Ⅰ复杂；

③ 主变压器故障时影响机组送电。

3、一般适用范围：

单机容量一般在100MW 及以上机组，且台数在6台及以下者；单机容量在45MW ～80MW 之间，经济比较采用其它接线方式不合适时。

（三）、方案三：单母线接线

（1）优点：设备少，接线清晰，经济性好，操作简单方便，不易误操作，便于采用成套配电装置，并且母线便于向两端延伸，方便扩建。

（2）缺点：可靠性偏差，母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就是要造成全厂长期停电。调度是很不方便，电源只能并列运行，不能分裂运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。

G2G1发电机电压侧单母线接线~T

~

（3）一般适用范围：一般只用在出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂。

（四）、方案四：单母线分段接线

（1）优点：将母线分成几段，电源分别接到分段的母线上，出现也分别接到适当的母线上，提高了供电可靠性和灵活性。

（2）缺点：当Ⅰ段母线及与之相联的母线隔离开关检修或发生故障时，断开分段断路器1QF ，电站有半数电源及引出线停电。

（3）一般适用范围：这种接线在机组台数为4台及以上且重要性较高的电站中得到采用。 2.5 主接线方案初步确定

由以上四种接线方案的优缺点分析和接线示意图，本着可靠性、灵活性和经济性的原则，结合电厂实际综合分析，可以得出：

单母线和扩大单元接线相比较，其可靠性和灵活性都很相近，厂用电都是在发电机10.5KV 侧取得，然而本电站只有两台发电机，比较特殊，所以单母线和扩大单元接线形式相近。从接线图中可以明显地看出单母线接线低压侧多用三个（三相）断路器和三个（三相）隔离开关，增加了一次投资，同时也增加了其继电保护的复杂程度。

G1单母线用断路器分段~G2

T21QS 1QF 2QS T1~

所以可以明显淘汰单母线分段接线和单母线接线方案。从而保留扩大单元接线（方案1）和单元接线方案（方案2）。

三主接线方案确定3.1 主接线方案拟定

方案一：扩大单元接线

方案二：单元接线

G2

G1

发电机扩大单元接线方案

~

T

~

G1

发电机单元接线方案~

T1

G2

~

T2

3.2主接线方案初步比较及确定

方案的技术特性分析，一般从以下几个方面进行分析：

1、供电的可靠性；

2、运行上的安全和灵活性；

3、接线和继电保护的简化；

4、维护与检修的方便等。

需要说明的是：在比较接线方案时，应估计到接线中发电机、变压器、线路、母线等的继电保护能否实现及其复杂程度。然而经验表明，对任何接线方案都能实现可靠的继电保护，由于一次设备投资远远大于二次设备的投资，所以即使某个别元件保护复杂化，也不能作为不采用较经济接线方案的理由。

从供电的可靠性看：对于方案2，厂用电从两台发电机上取得，即使检修其中一台变压器和两机组停机电厂也不会停电，然而两台变压器同时故障的可能性非常小。相比方案1，若检修变压器电厂就会停电，否则要另外接入厂用电源，这样投资就增加了。这样，方案2的可靠性相对高些。

从运行安全和灵活性看：方案2的变压器的短路容量比方案1小，对变压器和发电机的绝缘水平要求相对较低，安全性相对较高，其灵活性也比较好。

从接线和继电保护看：方案1的接线和继电保护都相对方案2较复杂。

从维护与检修看：方案1的维护相比方案2较复杂，方案1的检修相比方案2较方便。

主接线方案最终确定：

通过对两种方案的比较，考虑到对电力系统电气主接线的可靠性、经济性及灵活性等基本要求综合考虑，最终决定采用方案二单元接线。(见附录)

附录

2×15 MW 水电厂电气主接线图G1发电机单元接线方案~

T1G2

~T2

心得体会

在两周的课设的时间里，我强烈感觉到自己在很多方面的不足，对别人的依赖性比较强。我想我会在以后的学习中不断去发现自己在很多方面的不足，并一一改正，希望在以后的工作中不要犯同样的错误。

在这次课程设计中，我们尽量按照老师的要求做，但在具体的操作过程中，还是出现了很多的问题。搞完这个课程设计让我感觉发电厂变电所电气部分是一门很有用的课程。因为我学到的知识比较少，在很多时候我很多东西都不了解，并且走了很多的弯路。而且我感觉自己的知识不够连贯，好些时候都出现了卡壳的情况。这次课程设计后，我一定要重新对发电厂变电所电气部分这门课程做进一步的了解。对在此过程中遗留下的问题做好好的研究，争取早点对发电厂变电所电气部分这门课程有个全方位的了解，为在以后的毕业课程设计中多些方案。同时为我以后走上工作岗位，提升自己的专业技能，打下扎实的基础。

还有就是在十几天的课程设计中，使我养成了很好的学习习惯，和对学习知识的严谨的态度，同时也养成了积极查阅相关资料的好习惯，好习惯的养成是来之不易的，我相信在以后的学习和工作中，我将继续保持这些良好的习惯，并积极努力的学习。让自己更上一层楼。这次的课程设计是我人生的一笔财富。

同时在此次课程设计过程中，我要感谢一直指导我的老师，这次课程设计的完成与老师的指导是分不开的，最终在我们的一起努力下，完成了这门课程设计。在此对指导老师李静致以衷心的感谢。还要感谢学院图书馆为我提供丰富的参考资料，也感谢班上同学给了我很多宝贵的意见和参考使得我获益很多并顺利完成课程设计。

最后，向在我大学期间给予过我鼓励、关心、帮助的各位老师、同学表示由衷的敬意！

参考文献

[1] 马永翔，李颖峰.主编发电厂变电所电气部分（第2版）.北京:北京大学出版社.2014.2

[2] 水利电力部西部电力设计院编.电力工程电气设计手册.电气一次部分.水利电力出版社，1989.12

[3] 朱一纶.主编电力系统分析[ M] . 北京: 机械工业出版社. 2012.4

[4] 卓乐友编著.电力工程电气设计200例.北京：中国电力出版社.2004

[5] 尹克宁.主编电力工程.北京：中国电力出版社.2008

[6] 熊信银.主编发电厂电气部分（第四版）.北京：中国电力出版社.2009