某水利枢纽工程初设报告（范本下册） - 图文

xxxxxxxx水利枢纽工程

初 步 设 计 报 告

专业资质：水利行业甲级-562-

(下 册)

xxxxxxxxx设计院

证书编号：XXXXXX

xx年xx月

6．水力机械、电工、金属结构及采暖通风

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6.1水力机械

6.1.1 水轮机及附属设备 6.1.1.1电站基本参数

1)水位

上游水库校核洪水位 1505.62m 上游水库设计洪水位 1504.81m 上游水库正常蓄水位 1503m 上游水库死水位 1455m 厂房处下游设计尾水位 1407.98m 2)水轮机工作水头：

最大水头 93.41m 最小水头 44.59m 加权平均水头 81.18m 额定水头 77.12m 3)流量：

电站设计引用流量 20m3/s 4)泥沙：

平均含砂量 1.51 kg/m3 5)主要动能参数：

装机容量 13.5MW(334500kW) 保证出力 2.16MW 年平均发电量 4560万kw.h 年利用小时数 3378h 6)海拔高程

电站厂房海拔高程 1409.0m 地震烈度 Ⅷ度 6.1.1.2 水轮机型式

水轮机的加权平均水头为81.18m，设计水头在0.9～1.0加权平均水头范围内选取。根据水文提供的资料，在44～58m水头之间持续时间为不到400h，在70～93m

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水头之间持续时间为7000h。机组额定流量运行的时间主要集中在6月～9月。为了使电站产生更好的发电收益，就应该让水轮机在高水头运行在高效率区，因此选择水轮机额定水头时，尽量靠近高水头并兼顾低水头水轮机的运行情况。水轮机额定水头选择定为77.12m。

在此水头段拟采用混流式水轮机。机组台数初选3台4500kW ，根据单机容量及额定水头，机组主轴布置型式可选用立轴或卧轴，现对机组主轴布置型式做技术经济比较，见表6.1.1-1。结论：技术上立轴或卧轴均可行，技术指标相当；卧轴布置相对于立轴由于投资省，施工期短，安装检修方便，投资与收益比，综合经济效益好。本报告推荐水轮机型式为卧轴混流式。

表6.1.1-1 机组主轴布置型式比较表

机组台数 内 容 电站 参数 最大水头(m) 最小水头(m) 水轮机型号 额定水头( m ) 转轮直径( m ) 水轮机 参数 额定流量(m/s ) 额定转速(r/min ) 额定点效率(%) 额定出力(kW) 水轮机单重(吨) 发电机型号 额定容量(kW) 发电机 参数 额定电压(kV) 额定效率(%) 额定转速(r/min ) 功率因数cosυ 发电机单重(吨) 辅助设 备型号 厂房 尺寸 机电设 备投资 调速器 起重机 励磁 厂房总长(m) 厂房总宽(m) 厂房总高(m) 水轮机设备及安装(万元) 发电机设备及安装(万元) 吊车设备及安装(万元 ) 3334500kW 96.41 44.59 77.12 1.06 6.5 600.00 92.50 4587 31.79 SF4500-10/2600 4500 6.3 0.96 600.0 0.80 59.55 BWT-3000 微机励磁 45.00 15.50 34.40 550 780 110 334500kW 96.41 44.59 77.12 1.06 6.5 600.00 92.50 4587 24.45 SFW4500-10/2600 4500 6.3 0.96 600.0 0.80 45.81 BWT-3000 微机励磁 51.30 23.10 16.20 428.1 599.31 84.31 -565-

HLJF2061-LJ-106 HLJF2061-WJ-106 32/5吨桥式起重机 32/5吨桥式起重机 机组台数 内 容 水力机械辅助设备及安装工程(万元) 机电设备及安装投资(万元) 厂房土建投资(万元) 机电设备和厂房土建总投资(万元) 总投资差价(万元) 年发电收益(万元 ) 年发电收益收益差值(万元 ) 334500kW 180 2733.75 334500kW 118.48 2380.85 770.1 3150.98 1171.24 0 1250 3983.75 832.80 1171.24 0 6.1.1.3 水轮机目标参数确定

1)比转速是衡量水轮机综合特性的重要指标，比速系数则反映机组的技术发展水平。xx河的泥沙含量较高，水轮机参数水平选择不宜过高，以降低水轮机的过机流速，减少泥沙磨损。

本阶段初定水轮机的比速系数范围1400 ～1800，相应比转速为ns=154.9～199.1m﹒kW。单位转速初拟范围为n1ˊ=67.04～71.91r/min，相应单位流量Q1ˊ=0.52～0.86m3/s。

2)水轮机效率

水轮机效率是衡量水轮机能量特性的重要指标，直接影响电站的发电效益，随着水轮机设计技术水平的提高和采取先进的制造工艺，水轮机效率在不断提高。确定水轮机模型最高效率应不低于92.0%，水轮机真机效率按规范规定的效率修正公式进行换算。

3)空蚀系数

水轮机空蚀性能的好坏直接影响机组运行的安全可靠性和电站的经济性，装置空蚀系数应合理选择，取值过低将加重水轮机的空蚀破坏；取值过高并不能使空蚀破坏得以明显改善，反而造成吸出高度负值过大，增加厂房开挖工程量及机组自然补气困难。按照国内外各种统计经验公式进行计算，初定本电站的装置空蚀系数σy范围为0.0818～0.11，相应水轮机吸出高度为-0.55～+1.75m。

4)水轮机抗泥沙磨损措施

(1)经初步分析后，采取下列措施，以减轻泥沙磨损对水轮机的破坏： (2)采用合理的低参数转轮，降低转轮出口的相对流速；

(3)降低导叶区和蜗壳等过流区域的流速，如扩大导叶分布圆直径，降低蜗壳进口流速系数等；

(4)采用较大的电站装置空蚀系数，避免泥沙磨损与水轮机空蚀的联合作用；

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(5)水轮机过流部件采用抗磨蚀结构，易磨损部件采用易拆卸、易更换结构； (6)转轮、导叶、抗磨板等关键部件采用高强度、耐磨蚀不锈钢材料。 6.1.1.4 机组台数和单机容量

根据该电站水头范围，初设阶段采用HLJF2061型转轮做代表机型进行台数、单机容量的技术、经济比较。根据水能专业计算，该水电站总装机容量为13.5MW，机组台数不易过多，现选择2台6.75MW，3台4.5MW，4台3.375MW三种方案，具体比较论证见表6.1.1-2。

机组台数技术经济比较表

表6.1.1-2

机组台数 内 容 电站 参数 最大水头(m) 设计水头(m) 最小水头(m) 水轮机型号 额定水头( m ) 水轮机 参数 转轮直径( m ) 额定流量(m/s ) 额定转速(r/min ) 额定点效率(%) 额定出力(kW) 水轮机单重(吨) 发电机型号 额定容量(kW) 发电机 参数 额定电压(kV) 额定效率(%) 额定转速(r/min ) 功率因数cosυ 发电机单重(吨) 辅助设备型号 厂房 尺寸 调速器 起重机 励磁 厂房总长(m) 厂房总宽(m) 厂房总高(m) 水轮机设备及安装(万元 ) 机电设备发电机设备及安装(万元 ) 吊车设备及安装(万元 ) 程(万元 ) 3236.75MW 96.41 77.12 44.59 HLJF2061-LJ-130 77.12 1.30 9.7 500.00 92.50 7031 35.56 SF6750-12/2820 6750 6.30 0.96 500.0 0.80 67.78 BWT-5000 微机励磁 45.37 16.50 35.50 487.35 682.26 110.00 134.88 334.5MW 96.41 77.12 44.59 HLJF2061-WJ-106 77.12 1.06 6.5 600.00 92.50 4687 24.45 SFW4500-10/2600 4500 6.30 0.96 600.0 0.80 45.81 BWT-3000 微机励磁 51.30 23.10 16.20 428.1 599.31 84.31 118.48 433.375MW 96.41 77.12 44.59 HLJF2061-WJ-91 77.12 0.91 4.8 750.00 92.50 3515 20.10 SFW3375-8/2300 3375 6.30 0.96 750.0 0.80 39.50 BWT-1800 微机励磁 63.30 13.50 15.50 470.3 658.4 75.0 130.2 -567-

32/5吨桥式起重机 32/5吨桥式起重机 16/3.2吨桥式起重机 投资 水力机械辅助设备及安装工 机组台数 内 容 机电设备及安装投资(万元) 厂房土建投资(万元) 机电设备和厂房土建总投资(万元) 总投资差价(万元) 年发电收益(万元 ) 年发电收益收益差值(万元 ) 236.75MW 2710.38 876.69 3587.07 436.12 936.99 -234.25 334.5MW 2380.85 770.1 3150.95 1171.24 0 433.375MW 2615.6 846.0 3461.6 310.6 1180.61 9.37 总结：

从表中综合分析看出，2台6.75MW冬季枯水期小流量时水轮机不能稳定运行。3台4.5MW，4台3.375MW在枯水期和丰水期都能稳定运行，且效率较高。而3台4.5MW，投资与收益比，综合经济效益最好。

综合考虑后，本报告推荐：3台4.5MW方案。 6.1.1.5 机型比选及机组主要参数选择

本阶段水轮机模型转轮为HLJF2061，该类型水轮机转轮均在中国水科院达国际先进水平的高精度水力机械模型通用试验台上进行了效率、汽蚀、水压脉动、飞逸及轴向水推力等综合性能试验，综合水力性能参数均达到国际水平，并在xx多个电站运行，效果良好。

模型转轮的主要参数如下：

机组 转轮型号 最大使用水头 Hmax n′10 最优工况 Q′10 η0 σm Q′1 限制工况 ηm σm 单位飞逸转速 33机组 JF2061 m r/min m/s % m/s % 200 67.7 0.572 94.06 0.034 0.78 88.3 0.06 119.28 1)水轮机基本参数如下： 序号 1 2 3 4 -568-

项目 水轮机型号 额定水头(m) 额定功率(kW) 额定流量(m3/s) 参数 HLJF2061-WJ-106 77.12 4687 6.5 序号 5 6 7 8 9 10 项目 额定转速(r/min) 额定效率(%) 飞逸转速(r/min) 水轮机转轮直径(m) 吸出高度(m) 水轮机总重量(吨) 参数 600 92.5 1080 1.06 +1.18 24.45 2)发电机基本参数如下： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 项目 发电机型号 额定容量(kW) 额定电压(kV) 额定电流(A) 额定转速(r/min) 飞逸转速(r/min) 效率(%) 功率因数 频率 绝缘等级 发电机冷却方式 旋转方向 发电机总重(吨) 转子连轴重(吨) 参数 SFW4500-10/2600 4500 6.3 412.4 600 1080 96.0 0.8(滞后) 50HZ F/F 密闭循环空冷 顺时针 45.81 25.19 6.1.1.6 机组安装高程的确定

机组水轮机下游设计尾水位为1407.98m，机组吸出高度为+1.18 m，据此计算得水轮机安装高程为1408.2m。 6.1.1.7 水轮机附属设备选择

1)进水阀系统

进水阀采用蓄能罐式液控蝴蝶阀，型号为PDF160-WY-140。蓄能罐式液控蝶阀由厂家自带液压站及控制柜。

2)调速系统

本电站调速器选用全数字式步进电机PLC调速器，具有PID调节规律，测频方式采用残压测频和齿盘磁头测频两种方式。型号为BWT-3000三台。

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6.1.1.8调节保证计算

本电站为坝后式电站电站，采用一管三机，供给三台机组。

供水干管直径3.4m，长432.5m；岔管直径1.7m，长25m。引水系统的ΣLV为414.23m2/s，本计算采用的机组转动惯量GD2为20t·m2。

由于电站装机总容量在系统中所占比重较小，同时因额定水头

Hr=77.12m<100m，按《水力发电厂机电设计规范》(DL/T 5186-2004)确定最大转速变化率升高允许值βmax=60%，最大压力升高允许值ξ=50%。

现对不同导叶关闭时间下各参数进行比较，确定导叶关闭的最佳时间。计算结果如表6.1.1-3所示：

调节保证计算结果

表6.1.1-3

导叶有效关闭时间Ts(s) 7 8 9 机组速率上升最大值βmax (%) 44.66 46.81 48.81 蜗壳末端压力上升值ξc(%) 21.51 18.68 16.51 尾水管真空度Hb(m) 1.66 1.64 1.62 说明：在额定水头下，机组发额定出力时，甩全部负荷工况下计算机组速率上升值；在最大水头下，机组发额定出力时，甩全部负荷工况下计算蜗壳末端压力上升值。

由上表可以看出：在满足规范的前提下，导叶最佳有效关闭时间是8s，此时对应的机组速率上升最大值βmax为46.81%；在最大水头下，机组发额定出力时，甩全部负荷，蜗壳末端压力上升值ξ为 16.68%，绝对值为18.68m水柱。尾水管真空度为1.64m。

6.1.2 辅助机械设备选择 6.1.2.1 起重设备

本电站机组最重吊件为发电机转子带轴，重量为25.19t， 为了安装检修，本电站厂房内设32/5t桥式慢速起重机一台。

32/5t桥式慢速起重机运输设备的主要参数如下： 起重机型号： 32/5t

起重量： 主钩：32t 副钩：5t 跨度： 13m 工作制： A3

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主钩起升高度： 16m 副钩起升高度： 18m 大车运行速度： 30m/min 小车运行速度： 10m/min 主钩起升速度： 1.5m/min 副钩起升速度： 5m/min 大车轨道型号: 50钢轨 起重机总重 28t 6.1.2.2 水系统

1)供水系统

技术供水主要为满足水轮发电机组用水要求。厂内技术供水有：轴承冷却供水。

本电站设计水头77.12m。采用自流减压集中供水方案，水源取自压力钢管，三台机组均从压力钢管取水，每台机组均有取水口，每个取水口均设有拦污栅，经滤水器过滤，减压阀减压后接至全厂技术供水总管上，三台机组互为备用。

从技术供水总管中分三路向三台机组供水，在各机组技术供水管上安装有压力变送器、温度变送器、示流信号器，可随时监测机组用水的情况。

供水管滤水器采用全自动滤水器，3台型号为：ZLSQ-150，流量190m3/h，减速机功率1kW。

2)排水系统

排水系统分检修排水、渗漏排水两部分。 (1)检修排水

机组检修排水包括排除压力钢管、蜗壳、尾水管和尾水室中积水以及排除进水阀和尾水闸门漏水。，检修排水采用直接排水方式，具体做法为检修时临时将排水泵从尾水进人孔处运进尾水渠抽排积水和闸门渗漏水。选用100QW100-15-7.5型潜水式无堵塞排污泵2台，流量100m3/h，扬程15m，电机功率7.5kW。检修排水时2台泵同时工作，不设备用泵。

(2) 渗漏排水

本站渗漏排水的对象主要是机组端盖密封、蝶阀和伸缩节、厂房建筑物以及各管道件的渗漏水。排水方式为排水沟和排水管将各处渗漏水汇集至集水井，由渗漏排水泵抽至下游。

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渗漏集水井有效容积为10.8 m3，有效水深为1.7m。排水泵选用二台，一台工作，一台备用。水泵型号ZW100-100-15，流量100m3/h，扬程15m，电机功率7.5kW。

排水泵启停由集水井内的液位变送器自动控制，监测4个水位高程： (a) 停泵水位、 (b) 工作泵启动水位、 (c) 备用泵启动水位、 (d) 报警水位。

当水位高于(b)时，一台工作泵启动排水；当水位高于(c)时，备用泵启动；当水位仍保持高位时并到达(d)，向中控室发出报警信号。

(3) 生活给排水系统 ①生活给水

由厂房内供水总管接出供给卫生间，生活给水如需饮用，必须先通过检测，符合饮用卫生标准时，方可饮用。

②排水系统

在厂区附近设化粪池各一座，生活污水排至化粪池中，化粪池中的污水再通过污水处理设备处理后，达到排放标准后，排入尾水。

雨水与生活污水分开设置。雨水可直接排入尾水，满足规范要求。 6.1.2.3 气系统

本电站压缩空气系统包括中压气系统和低压气系统两部分。 1)中压气系统

电站仅调速器油压装置使用中压气，调速器选用全数字式步进电机PLC调速器，型号为BWT-3000三台。该调速器油压装置能自动补气，足以保证调节系统的安全、稳定、可靠。因此电站不设中压气系统。

2)低压气系统

本电站低压气系统供给检修吹扫用气。设置两台移动式空压机，型号为3W-0.9/7(排气量0.9m3/min，压力0.7MPa，电机功率7.5 kW)，一台工作，一台备用。因电站用气量很少，所以不设贮气罐。 6.1.2.4油系统

油系统包括透平油系统和绝缘油系统: 1)透平油系统

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透平油系统为机组调速系统操作用油、机组各轴承润滑用油和机组刹车制动用油而设置。

本电站透平油系统油库布置副厂房高程为1407.58处。设置4个V=0.2 m3移动式油桶作运行时使用。设置两个移动式油泵作为添油时使用，型号WCB-75输油量为4.5m3/h，电机功率0.75kW。油净化设备选用JYG-100精密过滤机1台，滤油量100L/min，电机功率2.2kW；选用ZJCQ-1透平油过滤机1台，滤油量1000L/h，消耗总功率21kW。

2)绝缘油系统

由于变压器的绝缘油处理时间间隔相对较长，故本站不设绝缘油储存及油处理设备。

本电站不配置油化验设备。 6.1.2.5水力测量系统

全厂水力测量系统分为两部分：一是全厂性量测，二是机组段量测。 考虑到电站少人值守的要求，本电站采用微机监控系统，水力测量配置的仪器与微机监控系统结合，主要测量项目为：

全厂性测量：上下游水位、电站毛水头。

机组段测量：拦污栅前后压差、蜗壳进水口压力、尾水管进口真空、转轮上冠压力，后盖压力，技术供水压力。 6.1.2.6机修

电站装机规模不大，站内仅配置少量的简单设备和工具，以满足日常的机组检修维护，大部件加工可委托专业单位加工。具体配置如下：

台钻 Z4015 1台 交流电焊机 BX1-330 1台 风砂轮 S100 1台 台式砂轮机 S3ST-100 1台 手提砂轮机 S3S-100 1台 手提电钻 J3Z-19 1台 钳工台 1台 钳工工具 1套 量具 1套 6.1.3 水力机械主要设备布置

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本电站主厂房为地面式，电站机组为卧轴布置，厂内三台机组呈一条轴线，进水压力钢管与机组轴线垂直。机组间距取决于发电机转子抽芯检修，机组之间的间距为14.4m，厂房总长51.3m，厂房总宽23.1m，厂房高16.2m。

发电机层高程为1407.28m，副厂房地面高程为1407.58m，起重机轨顶高程为1415.03m，满足发电机与水轮机在主机间及安装场安装、检修时吊运的要求。

厂房安装间与发电机层同高，其高程为1407.28m，位于主厂房的右侧，与进厂交通道相连，安装场长度10m，宽与主机间相同，能满足一台机组扩大性大修的要求。

6.1.4 水力机械主要设备表

xx水电站水力机械主要设备详见表6.1.4-1。 表6.1.4-1

序号 一 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 二 (一) 1 2 3 4 (二) 1 (三) 1 2 3 渗漏排水泵 检修排水泵 全自动滤水器 -574-

xx水电站水力机械主要设备表

设备名称 型号及规格 参数 单位 数量 单重(t) 主机及其附属设备 N=4500kW，Hr=77.12m， HLJF2061-WJ-106 3Q=6.5m/s，n=600r/min N=4500kW，V=6.3kV，SFW4500-10/2600 I=412.4A， cosυ=0.8，n=600r/min BT-3000 32/5吨慢速 起重量Q=32t，跨度Lk=13m 桥式起重机 PDF160-WY-140 承压水头160m，直径1.4m 50钢轨 辅助系统设备 油系统 水轮机 发电机 调速器 起重机 进水阀 钢轨 可控硅励磁系统 机组自动化元件 水力量测系统 机修设备 台 台 台 台 台 套 套 套 套 3 3 3 1 3 3 3 1 1 27.26 52.05 28.7 m 100 透平油滤油机 精密滤油机 手提齿轮油泵 移动式油桶 低压移动式 空气压缩机 ZJCQ-1 JYG-100 WCB-75 1000l/h，功率21kw 流量100 L/min， 功率2.2Kw，0.5MPa 34.5m/h 0.2m 气系统 3Q=0.9m/min，P=0.7MPa， N=15kW， 水系统 333台 台 台 只 1 1 2 4 3W-0.9/7 台 2 ZW100-100-15 ZLSQ-150 Q＝100m/h，H=15，N=7.5kW 台 Q＝190m/h，N=1kW 32 2 3 100QW-100-15-7.5 Q＝100m/h，H=15，N=7.5kW 台 台 6.2 电工

6.2.1 xx水电站与电力系统的连接

本次xx水电站开发推荐方案总装机容量13.5MW，根据xx市电网地理位置及用电负荷分布状况，按可研规划xx电站接入系统方案如下：

此次水电送出工程为两条35kV输电线路，即新建xx水电站～山口水电站35kV线路；新建xx水电站～红山110kV变电所35kV线路。导线截面按经济电流密度法初步选择，按发热条件的长期允许电流校验。 6.2.1.1 导线截面选择

xx水电站～红山110kV变电所35kV线路∶该线最终通过功率P2=13.5MW(xx水电站总装机容量13.5MW)，年发电量4560万kw.h，年利用小时数3378h，功率因数cosυ＝0.8，取J=1.15A/mm2 。

导线截面S2?S2?Pe3?U?COS??J 13500?220.1mm2

3?38.5?0.8?1.15初步选择导线型号为LGJ-240。

新建xx水电站～山口水电站35kV线路：线路按承担13.5MW的最大载流量来选择截面，经计算电流为281A，选择导线型号为LGJ-95。

注：本报告暂提出电站接入系统方案，最终由《电站接入系统专题报告》确定。

6.2.1.2 按电压降校验导线截面

xx水电站～红山110kV变电所35kV线路最大承担本电站的容量， 35kV送电线选择LGJ-240/30，线路长度为12.5km。经过计算，到红山变35kV母线时电压降为5.6%，满足规范规定的压降范围10%以内。

故选线路导线型号为LGJ-240/30。 6.2.2 电气主接线

6.2.2.1 水电站电气主接线设计条件

根据水电站装机容量、台数、接入系统方式、近区供电方式等条件，按近区有负荷考虑，发电机电压母线根据需要直配线二回；电站建成后运行人员生活区供电、坝区供电均由直配线供电。 6.2.2.2 电气主接线确定

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根据水能特性，本电站初定总装机334.5MW为小型水电站，水电站电气主接线初拟三个方案进行比较。

1)方案一

电站设置三台主变，35kV采用单母线接线，6.3kV采用单元接线。优点：接线简单清淅，对应各级电压配电装置元件较少。缺点：主变故障或检修，发电机组停发，可靠性较低。电气一次设备投资约465万元(除发电机之外的电气一次设备)。

2)方案二

电站设置两台主变，35kV、6.3kV采用单母线接线，优点：发电机与变压器任意配合，运行灵活方便，可靠性比方案一有所提高。缺点：各级电压配电装置元件相对最多，维护工作量大，投资较大。电气一次设备投资约440万元(除发电机之外的电气一次设备)。

3)方案三

电站设置两台主变，1＃、2＃机组采用扩大单元接线，3＃机组采用单元接线， 35kV侧采用单母线接线，优点：接线简单清淅，运行可靠，电站取消发电机电压侧设备，较少操作、维护工作量，减少投资。缺点：任一台主变故障或检修，对应的发电机需停发。电气一次设备投资约415万元(除发电机之外的电气一次设备)。

4)比较结论

经综合比较，方案三接线简洁，便于运行操作，可靠性较高，节省投资。故拟定方案三为设计接线。

故xx水电站电气主接线为：

电站共三台机组，总容量为13.5MW，发电机出口电压6.3kV，主变压器容量(1312.5+136.3)MVA，电压为38.5±232.5%/6.3kV；其中一台机组同一台6.3MVA主变接成单元接线形式，另两台机组与一台为12.5MVA的主变接成单元扩大接线。

35kV侧二回出线与两台主变压器接成单母线接线。 在6.3kV两段母线侧分别设置一回直配线。

电站厂用变分别取自6.3kV母线，选定厂用变容量为250kVA，电压为6.3±232.5%/0.4kV。

本水电站电气主接线详见附图“水电站电气一次主接线”。 6.2.2.3 厂用电源连接方式

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