水电站电气一次设计

水电站电气一次设计 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】

目录

附图

宝鸡市渭河坪头水电站电气一次设计

摘要：坪头水电站位于宝鸡市陈仓区坪头镇周川村的渭河干流上，是一座利用渭河水力资源发电的低坝无调节引水式电站。该电站规划水头14.75m,设

计引水流量,装机容量10000KW,多年平均发电量3675万KW﹒h,输出电能并

入西北电网。

本次设计的主要内容是进行并网电压的选择，升压变电站及输电线路布置，电气主接线及厂用电的方案比较；根据主接线型式选择相应的导线截面、变配电设备，并对其进行优化布置，进而确定各配电室和户外变电站面积及建筑设计要求；主要电器设备的选择与校验，户内外电器设备的布置，厂用电设计及水电站防雷与接地。

关键词：电气一次；电气设备；短路电流计算；防雷接地

Pingtou Hydroelectric Power Station

Preliminary design

Abstract: Pingtou hydropower station is located in treasure chicken Chen cang breaks out ZhouChuan village head of the ping of weihe river, is a use of weihe hydraulic resources to generate electricity without adjusting low dam water type power station. The plant 14.75 m, design planning head diversion dischage, installed capacity, the average years 10000KW power-demand 3675 million KW cardin h, output power into the northwest power grid.

This design is the main content of choice, boost interconnection of voltage substations and transmission line layout, the main electrical wiring and apc scheme comparison; According to Lord wiring type choose corresponding wire section, transfering &transforming equipment, and carries on the optimum arrangement, and then determines various operations and outdoor substation area and architectural design requirements; Main electrical equipment

selection and calibration of internal and external electrical equipment, household decorate, apc lightning protection and grounding design and hydropower station.

Key words: onetime electricity；electrical equipment；electric current of short circuit calculation；thunder proofing and ground connection

第一章工程概况

工程基本概况

坪头一级水电站工程位于宝鸡市陈仓区坪头镇周川村的渭河干流上，距宝鸡市区35KM。宝鸡峡林家村引水枢纽工程以上陕西境内渭河干流长70KM，平均比降‰，地处深山峡谷，河道蜿蜒曲折，蕴藏着丰富的谁能资源。坪头水电站坝址布置于坪头公路隧道洞以西出口上游200米处的渭河干流上，厂房布置在坪头公路隧道出口以东的桥北侧。为低坝引水式径流水电站，装机

10000KW，引水坝址在坪头镇下游1.7KM处的坪头镇鹪鹩庄村，场址在鹪鹩沟下游2.1KM处的庙沟村。

工程建设条件

1.2.1 工程施工条件

电站工程南靠310国道，北邻陇海铁路，对外交通便捷。110KV输电线路和10KV供电线路均通过电站区域，电站并网和施工用电方便。河道中工程建设所用石子、砂料储量丰富，可就近采用，邻近山体均为花岗岩可就地开采使用，因此地材价格低，可降低工程造价。有线电话可到达工程所在地附近。

1.2.2 工程水文情况

渭河是黄河最大的一级支流，源于甘肃省渭源县的乌鼠山，横跨甘肃、宁夏、陕西三省（区），途径甘肃的陇西、甘谷、自凤阁岭进入陕西境内，是关中地区最大的地表水资源河流。宝鸡峡林家村引水枢纽工程以上陕西境内渭河干流长70KM，平均比降‰，地处深山峡谷，河道蜿蜒曲折，蕴藏着丰富的谁能资源。

1.2.3 工程设计数据

电站装置两台容量为4000KW的机组和一台2000KW的机组。总装机功率为10000KW(4000×2+2000KW)。多年平均发电量5786万KW· h，年利用小时数5786h。

第二章接入系统方案设计

输电线路设计

2.1.1输电线路的设计原则

（1）在设计水平年水电站机组满发时，输电电压必须满足输送最大有功功率的需要，校队输电电压在各种运行方式下的适应情况，并为系统的发展留有余地，以保证安全、经济地送电，保证电能质量。

（2）在小水电站所属系统已采用的各级电压的基础上，根据本电站的外送容量及输电距离等具体情况，对几个方案进行比较。在经济指标差异不大的情况下，尽可能的采用高一级的电压方案。

（3）同一级电站采用的升压等级一般不多于二级。在采用二级升压向外送电时，其级差不宜太小。

2.1.2 并网电压的选择

本电站的发电机出口电压为，根据上述中的同一电站采用的电压等级一般不应多于二级，所以电站并网电压可以选择10KV和35KV两种电压等级。本电站附近无用电负荷且距离坪头变电站距离仅1.5KM，因此选择10KV和35KV

线路电压和电能损失不大，考虑到以后的发展，应尽可能选择高一级的电压等级，故选择35KV 电压等级输电。

2.1.3 输电线路的截面积选择 按照经济电流密度选择：

S j =

COS φ×Ue ×3P

（2-1）

式中P 为回路送电线路平水年正常运行方式下最大送电容量（KW ）； U e 为额定线电压（KV ）；

J 为经济电流密度（A/mm 2）查表得，为0.90 A/mm 2 ；COS() 为电功率因

数，为。

S j =

COS φ

×Ue ×3P

=10000／（3×××）

=179.06mm 2

选择LGJ-185系列钢芯铝绞线。根据查阅有关其他送电负荷相近很距离相差不太大的电站导线的选择，以上所选的导线完全符合其热稳定和机械强度。 电气主接线方案 电气主接线是水电站电气部分的主体，它与电力系统、电气设备的选择和布置、继电保护等都有密切的关系，直接影响电站的运行、维护、和投资。电气主接线由发电机、变压器、断路器等电器以及他们之间的连接导体组成，它反映电站电能从生产、输送到分配的过程。主接线方案选择是电站设计的首要环节，必须加以重视。电气主接线的设计方案原则必须根据有关经济建设的方针和政策，通过全面的技术经济比较，最后选定方案。选择电气主接线的基本方案如下：

（1）根据电力系统和用户的要求，应保证供电的可靠性和电能质量。 （2）接线应简单、清晰，运行灵活，操作方便。 （3）维护级检修方便。

（4）经济上合理，运行费用低。 （5）便于电站机组分期过渡。

最后根据所给的资料及本电站的特点初步可以确定两个方案：单母线接线；扩大单元加单元接线。方案一：使用一台主变压器，1、2、3号发电机采用单母线接于主变压器。方案二：使用两台变压器，1、2号发电机采用单母线接于1号主变压器，3号机组采用单元接线接于2号主变压器。如图2—1所示：

图2—1 两种方案的电气主接线图

2.1.1 技术比较

方案一和方案二的技术比较如表2—1所示：

表2—1 两种方案电气主接线技术比较

方案

项目

方案一方案二接

线

图

可靠性接线简单，清晰，满足

要求，设备最少，可靠

性相应较高，倒闸操作

方便，便于维修。

接线简单清晰，不设发

电机电压母线，发电机

或主变压器低压侧故障

时短路电流减小。

灵活性检修变压器及变压器开

关时，全厂停电，变压

器事故率很低，变压器

检修期一般为五年一

次，运行灵活性好。

对于发电机—变压器单

元接线，当一组单元中

某个元件故障或检修时

整个单元将停止运行。

方便性维修量少，取用厂用电

方便，发电机及变压器

继电保护整定计算简

单。

发电机或主变压器低压

侧故障时短路电流减

小，电气设备减少，投

资减少，操作简便，继

电保护简化。

其他投资少，占地少，运行

损耗费低。户外变电站

布置方便清晰，便于巡

视检查投资较大。运行费用较高，户外变电站布置较复杂。

2.1.2 经济比较

在经济比较中一般有基建投资（包括主要设备及配电装置的投资）和年运行费用两大项。计算是可只计算个方案不同部分的基建投资和年运行费用。

2.1.2.1 投资比较

方案一和方案二的投资比较如表2—2所示：

表2—2 两种方案电气主接线投资比较

分类项目型号单价

（万元）

方案一

单母线单元

方案二

扩大单元加单

元接线

数量合价数量合价

主变压器SF9-12500/3558158

SF9-5000/3538138

SF9-8000/3544144

配电装置

断路器SW2-3523123246

隔离开关GN19－101

GW5-35D/63023

开关柜GG－1A(F)5124

投资小计（万元）

总投资(万元)

2.1.2.2 年运行费用比较

年运行费用包括一年内的电能损耗及电气设备每年折旧费和维护检修费。

方案一

（1）变压器折旧费

C

B

=％×K

B

=％×580000=33640元

（2）配电装置折旧费

C

Y

=8％×K

Y

=8％×384000=30720元

（3）维护费

C

P

=10％×(C

B

+C

Y

)=10％×(33640+30720) =6436元（4）电能损耗费

设电能价格为，主变压器每年电能损耗为，则全年电能损耗为。

（2—2）式中——变压器的空载有功损耗，kw；

——变压器的短路有功损耗，kw；

——变压器的额定容量，KVA；

——变压器通过的最大负荷，KVA；

T—变压器一年中运行的小时数，h；

—变压器的最大负荷损耗时间，h。

查《工程电气设备手册》，S9-12500/35型变压器空载有功损耗

=, 变压器的短路有功损耗=, 变压器的额定容量=12500KVA,=11250KVA，T=5000h,=3600h。实际电价取元。

=×5000+3600=

=×=

总计：C1= C

B +C

Y

+ C=元

方案二

（1）变压器折旧费

C B =％×K

B

=％×820000=47560元

（2）配电装置折旧费

C Y =8％×K

Y

=8％×622000=49760元

（3）维护费

C P =10％×(C

B

+C

Y

)=10％×(47560+49760) =9732元

（4）电能损耗费：设电能价格为，主变压器每年电能损耗为，则全年

电能损耗为。查手册S9-5000/35型变压器空载有功损耗=,

变压器的短路有功损耗=, 变压器的额定容量

=5000KVA,=4500KVA。S9-8000/35型变压器空载有功损耗=,

变压器的短路有功损耗=, 变压器的额定容量

=8000KVA,=7200KVA，T=5000h,=3600h。实际电价取元。

=×5000+3600=

=×5000+3600=174159

()=×=

总计： C1= C

B +C

Y

+ C=元

综上，由以上总投资与年运行费用计算比较可知，方案一无论从总建设投资还是年运行费用都比方案二小，经济性较好。且在技术上方案一运行灵活，接线简单，清晰，维修量少，占地少，运行损耗费低。再参考《坪头水电站主变压器台数的分析于确定》专业论文（见附录），最后选择方案一为本电站的电气主接线方式。

第三章短路电流计算

电站在故障时可能出现的短路点如图3-1所示：

图3—1 短路计算电路图

先画出对应的电网短路时的等值电路。各元件标明其代表符号并在下方划一横线，将折算后的等值参数填写在横线下方。由短路计算电路图对应的电网

短路时的等值网络图如图3-2所示：

图3—2 等值网络图

各元件的电抗标幺值

图3-2中各元件的电抗标幺值为

====4

===8

===

=X×L=×=

===

d1点短路计算

3.2.1 d1点短路计算等值网络图

先画出对应的电网短路时的等值电路。各元件标明其代表符号并在下方划一横线，将折算后的等值参数填写在横线下方。如图3-3所示。

图3—3 d1点短路计算等值网络图

3.2.2 计算电抗

由电路中元件的并联电抗、串联电抗合并求出各电源对短路点的转移电抗为：

==

=+∥∥=+=

将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗：

===

代表无穷大电源系统所以直接用转移电抗进行计算。

3.2.3电源,,合成的电源供给短路点d1的短路电流

基准电流===

由计算电抗查表得：

= = =

==×=

==×=

==×=

3.2.4 无穷大电源在短路点d1处产生的短路电流

===

===×=

d2点短路电流计算

3.3.1 d2点短路计算等值网络图

先画出对应的电网短路时的等值电路。各元件标明其代表符号并在下方划一横线，将折算后的等值参数填写在横线下方。如图3-4所示。

图3—4 d2点短路计算等值网络图

3.3.2 计算电抗

由电路中元件的并联电抗、串联电抗合并求出各电源对短路点的转移电抗为：

=∥∥=

=++=++=

将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗：

===

代表无穷大电源系统所以直接用转移电抗进行计算。

3.3.3电源,,合成的电源供给短路点d2的短

路电流

基准电流=== ，由计算电抗查表得：

= = =

==×=

==×=

==×=

3.3.4 无穷大电源在短路点d2处产生的短路电流

基准电流===

===

===×=

表3—1 短路电流计算表

短路点平

均

电

压

(kv

)

电源

名称

额定

电

流

计

算

电

抗

冲

击

系

数

T=0S T=T=∞冲击

电流

短路

容量

标

幺

值

有

名

值

标

幺

值

有

名

值

标

幺

值

有

名

值

35110KV

系统

发

电机

合计

110KV

系统

发电

机

合计

（3—2）

（3—3）

第四章电气设备的选择

侧电气设备的选择

4.1.1 计算数据

工作电流选择按最严重的发电机出口母线短路校验。根据短路电流计算成

果汇总表，以d2点三相短路电流为计算条件。

"

I=+=

ch

i=+17=

=+=

最大工作电流：

工作电压：=×(1+10%)=

侧开关柜选择

选择常用的GG-1A型高压开关柜，该型开关柜目前较为通用，结构简单，易于操作，可靠性高。其技术参数如表4—1所示：

表4—1 GG-1A型高压开关柜技术参数

名称参

数

额定电压（kv）

最高工作电压（kv ）

额定电流（A）

额定热稳定时间（s）

母线系统

操作机构型式

外形尺寸 mm （长×宽×高）3 、6、10 KV

、、

630 、1000、1250、2000 2

母线、单母线带旁路母线电磁式、弹簧式

1200×1800×3210

挂式电磁操作机构LA-10型电流互感器。

4.1.2.1 校验SN-10/型断路器是否满足要求

（1）电压校验：≥=

断路器的额定电压应大于安装处电网电压的倍。

（2）电流校验：≥

m ax

g

I=1202.81A

断路器的额定电流应大于或等于所在回路的最大长期工作电流。

（3）开断电流能力校验：≥=

断路器的额定开断电流应大于等于所在回路短路初始瞬间有效值。

（4）动稳定校验：

短路器允许的动稳定电流应大于等于所在回路的冲击电流峰值。

（5）热稳定校验：t≥

为厂家直接给出设备的热稳定电流允许时间，为短路假想时间，此处取5s。查《工程电气设备手册》，该型断路器的4S热稳定电流为 t取2s。

=5=S，