小型水电站电气一次

小型水电站电气一次

郑富强

淄博山水水泥有限公司 山东淄博 255100

摘要

该水电站拟装机组2*8MW，以一回110kV 线路接入相邻电站 110kV 母线，24.5公里的线路长度 ，约等于5000小时的年最大负荷利用小时数。水电站的一次主接线方案在本文中先进行确定，再根据已确定的主接线方案进行必要的短路电流计算，根据具体的计算结果依次选择相应的设备（如变压器、开关等）以及对后面的部分设备进行继电保护。

关键词：一次主接线，短路电流计算，设备选择，继电保护

1 绪论

水电站是一座发、变电设施。它通过水轮机将水能转变为机械能，能通过发电机将机械能转变为电能，而后由变压器升高电压，再经输电线路将此电能输送到用户或电力系统中去。

水电站的电气设备可分为电气一次设备和电气二次设备。电气一次设备是直接生产、输送和分配电能的高压设备，它是水电站的主要设备，因此常称为主设备。主设备包括发电机、变压器、电力开关(断路器、自动开关、隔离开关)、电力电缆、母线、电抗器和互感器等；电气二次设备是对一次设备的工作进行监视、测量、控制和保护的低压设备，它包括测量仪表、继电器、自动装置、远动装置、操作开关、信号器具和控制电缆等。

2电气主接线

主接线的基本形式可分为有汇流母线和无汇流母线两大类，他们又各分为多种不同的接线形式，下面将逐一介绍。

2.3.1有汇流母线

①单母线接线

1）不分段单母线接线

不分段单母线接线最简单，只有一组(指A、B、C三相)母线，所有进、出线

回路均连接到这组母线上，见图2.1.

图 2.l不分段单母线接线

不分段单母线接线的优缺点：

a.接线简单清晰，设备少、投资低，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装置。另外，隔离开关仅仅用于检修，不作为操作电器，不易发生误操作。

b.可靠性不高，不够灵活。断路器检修时该回路需停电，母线或母线隔离开关故障或检修时则需全部停电。

适用范围：不分段单母线接线一般只适用于 6——220KV系统中只有一台发电机或一台主变压器的以下三种情况。

3短路电流的计算

3.1短路计算的规定及假设

3.1.1短路计算的一般规定

①验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的那个短路电流，应按工程设计规划容量计算。

②选择导体和电器用的短路电流，在电气连接网络中，如有同步电动机和调相机应计算可能并列运行的接线方式。

③对供导体和电器选择用的短路电流，其短路计算点的选择，应以正常接线方式时短路电流最大为原则。

3.1.2短路计算的假设

①水电站与地区电网的所有电源都在额定出力下运行。

②所有电站的发电机电动势的相位角均相同

③对于高压网络，一般只所有元件的电抗值。例如发电机、变压器、等元件。只有非周期分量的衰减时间常数才计入电阻的作用。

④变压器的励磁电流略去不计。

⑤假定故障点无阻抗，即发生金属性短路。

⑥计算架空线路或电缆的阻抗时，采用各个电压级的平均电压。例如6.3、115、230kV等。

⑦网络为对称的三相系统。

⑧负荷只做近似估计，并以恒定阻抗来代表。

⑨同步发电机都具有自动调整励磁装置。

3.2短路电流计算的步骤

①计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下。

②给系统制订等值网络图。

③选择短路点。

④对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分

量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。

标幺值：I *=                                        式（3.1）

有名值： I = I *·I b                                   式（3.2）

⑤短路电流冲击值。

短路电流冲击值： Ish =2.55I˝                              式（3.3）

⑥列出短路电流计算结果。

3.3 短路电流具体计算

在短路计算的基本假设前提下，选取基准容量 SB =100MVA，UB为各级电压平 均值（115kV，6.3kV），线路阻抗取 X0 =0.4Ω/km。

短路点分别选取水电站侧：6.3kV—d1，110kV—d2。系统接线及设备参数如

图 3.1 所示。

图 3.1 凤凰山地区系统图

系统图中各设备及导线的标幺值计算：

发电机：X = X”dSb  /  SGnb                                        式（3.4）

双绕组变压器：        式（3.5）

三绕组变压器：UK1%=(U(1-2)%+U(1-3)%-U(2-3)%)         式（3.6）

UK2%=(U(1-2)%+U(2-3)%-U(1-3)%)         

UK3%=(U(1-3)%+U(2-3)%-U(1-2)%)        

然后将根据式（3.6）求得的Uk1% 、Uk 2% 、Uk3% 带入式（3.5）中计算出 三绕组变压器的等值电抗标幺值。

4 电气设备的选择

4.1 电气设备选择的一般条件

4.1.1 正常的工作条件选择

①按额定电压 UN选择

电气设备允许的最高工作电压应不小于没备所在回路的最高工作电压。电气设备的允许最高工作电压按厂家规定为设备额定电压的 1．1～1．15 倍，而回路的工作电压在电网上下波动，其值一般不超过电网额定电压的 1.15 倍，即

UN>USN       式（4.1）

式中，UN——电气设备的额定电压；

    USN——电气设备所在电网的额定电压等级。

②按额定电流 IN选择

电气设备的长期发热允许电流 Ial 应不小于其所在处回路最大持续的工作电流 IW，即

 Ial >Iw 式（4.2）

式中，Ial——电气设备长期允许的最大电流；

 IW——回路长期持续的工作电流，表 4.1。

表 4.1 回路最大持续工作电流

4.1.2 按短路条件校验

①电气设备的热稳定校验

热稳定校验旨在直接或间接地判断电气设备在短路终止时的温度是否超过其厂家规定的短时发热的允许温度。即

I2OCt≥Qkt         式（4.3）

式中，I2OCt ——电气设备允许热效应， KA2 · s

t ——设备允许的热稳定电流

Qkt ——在计算时间t 内短路电流产生的热效应

②电气设备的动稳定校验

动稳定的效应旨在判明初选设备是否能经受的住所在回路的最大冲击电流的电动力作用。短路时，电气设备承受的电动力效应决定于冲击短路电流。由于 各类设备中电动力的作用是不相同的，校验应针对电动力可能给设备造成损坏的具体情况进行计算。对于定型电气设备，厂家一般直接或间接给出产品的动稳定 峰值电流 Ies

.因此，动稳定的一般条件为

  Ies≥Ish          式（4.4）

式中， Ies——电气设备的额定动稳定电流，KA

Ish    ——三相短路冲击电流，KA

4.2 断路器的选择

①6.3kV 侧断路器

6.3kV 侧线路最大负荷电流为

    IW= 1.05

故选择 ZN4-10/1000 型真空断路器能满足要求.

由上所列公式对该型号断路器逐一进行校验，如表 4.2 所示。

表 4.2 ZN4-10/1000 型断路器校验表

②110kV 侧断路器

110kV 侧线路最大负荷电流为

 IW= 1.05

故选择户外 LW11－110 型 SF6断路器能满足要求。

由上所列公式对该型号断路器逐一进行校验，如表 4.3 所示。

4.3 户外 LW11-110I 型 SF6断路器校验表

5 水电站厂用电接线

5.1 厂用变压器选择

目前生产的厂用变压器有油浸式和干式两种，油浸式变压器的优点是订货容 易、价格便宜，缺点是油浸式变压器需要布置在单独的屋内，且要设置防爆、通风散热及事故排油等设施。干式变压器的冷却介质是空气，没有爆炸和火灾漫延的危险，布置灵活、维护方便，由于于式变压器的绝缘水平比相同电压等级的油 浸式变压器低，因此不允许直接与架空线连接，否则要经过不短于 500m 的电缆 或采用灭弧电压较低的避雷器作为进线保护。此外，干式变压器不宜布置在潮湿或尘埃较多的场所，其过负荷能力也较低。

参 考 文 献

[1]许建安．中小型水电站电气设计手册[M]．北京：中国水利水电出版社，2002 ．

[2]谷水清，李凤荣．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2005．

[3]许建安．电力系统继电保护[M]．北京：中国水里水电出版社，2005．

[4]王士政．冯春光．发电厂电气部分[M]．北京：中国电力出版社，2002．

[5] 姚春球．发电厂电气部分[M]．北京：中国电力出版社，2007． [6] 陈珩．电力系统稳态部分[M]．北京：中国电力出版社，2007．

[6] 李光琦．电力系统暂态部分[M].北京：中国电力出版社，2007．

[7]戈东方．电力工程电气设计手册[M]．北京：中国电力出版社，1989．

[8]许建安．继电保护整定计算[M]．北京：中国水利水电出版社，2001．

[9] 刘介才．工厂供电（第 4 版）［M］．北京：机械工业出版社．1998.

[11] 崔家佩．电力系统继电保护与安全装置整定计算［M］．北京：水利电力出版社，1990.