发电厂课程设计---水电站设计.doc

1 摘摘 要要 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。 关键词关键词： 发电厂；变压器；电力系统；电气设备发电厂；变压器；电力系统；电气设备 2 目目 录录 目目 录录 2 2 1 1 绪绪 论论 3 3 1.1 电力系统概述.3 2 2 4*125mw4*125mw 水力发电厂电气主接线的确定水力发电厂电气主接线的确定3 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 3 主变压器的选择主变压器的选择 9 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 4 水力发电厂短路电流计算水力发电厂短路电流计算 1313 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 5 水电站一次设备的选择水电站一次设备的选择 2323 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 3 1 绪绪 论论 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 5070%，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。 4 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 1、课程设计的技术背景和设计依据、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, un=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 5 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,为类负荷。 220kv 和 110kv 出线各预留 1 回。 2 2、主接线的方案、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。 6 图 2-1 方案一接线图 （2） 方案二 a.220kv 电压等级的方案选择。 由于 220kv 电压等级的电压馈线数目是 4 回，所以在本方案中的可选择的接线 形式是双母线接线形式。由于双母线接线的可靠性和灵活性高，它可以轮流检修 母线，而不中断对用户的供电；当检修任意回路的母线隔离开关时，只需断开该 回路；工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，从而使用户迅速恢复 供电；可用母联断路器代替任意回路需要检修的断路器，在种情况下，只需短时 停电；在个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分离出来，并单独接至备用 母线上。双母线接线形式正好克服了单母线分段接线形式的缺点，所以在大、中 型发电厂中这种接线形式被广泛应用。 b.110kv 电压等级的方案选择。 由于 110kv 电压等级的电压馈线数目是 5 回，所以 110 kv 电压等级的接线形 式可以选择单母线接线形式。由于单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点， 采用设备少、投资省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置，所以 110 kv 电压等级的接线形式选择为单母线接线。 c.10kv 电压等级的方案选择。 在方案二中的 10kv 电压等级的接线形式选择双母线分段接线形式。因为在进行 7 主接线的设计中，必须时时刻刻考虑到可靠性、灵活性和经济性等要求，并且考虑 扩建的可能性。综合上述原因，采用双母线分段接线。 综上，所以可以将主接线形式表示如图 2-2 所示 图 2-2 方案二接线图 8 （3）方案三 220kv 及 110kv 电压等级利用方案一选择的双母线带专用旁路断路器的接线方 式，10kv 采用单母线分段接线方式，接线图如下图 2-3 所示 图 2-3 方案三接线图 2.2.2 方案的选择 设计发电厂的电气主接线时，首先应按技术要求确定可能选用的方案。当有多个方案 在技术上相当时，则需进行经济比较。 技术上可行方案的选择 设计发电厂主接线时在技术上应考虑的主要问题是： 9 1）保证全系统运行的稳定性，不在本厂、站内的故障造成系统的瓦解； 2）保证负荷、特别是重要负荷供电的可靠性及电能质量； 3）各设备、特别要注意高、中压联络变压器的过载是否在允许范围内。 在上述三种方案中，他们在技术上都是有显著差异。单母线分段在投资上是比 双母线接线的投入要小的，而双母线接线的可靠性又比单母线分段接线的可靠性高。 根据设计任务书中的要求，在 110kv 电压等级上的出线上为类负荷，相对类负 荷对这类用户可以进行短暂的停电，停电不会造成人身危害以及设备的破坏，综合 考虑，则选择单母线分段带专用旁路断路器的接线形式。 在方案一和方案二的比较中，不同的地方是方案二中 220kv 和 110kv 没有带旁路 母线，不能不停电检修断路器，供电可靠性较差，采用不同型号和数量的变压器， 经济性差。考虑到水电站的扩建及用地，采用两台变压器比采用四台更加经济合理， 所以优先考虑方案一。 在方案一和方案三的比较中，不同的地方是采用不同型号和不同数量的变压器，方 案三在 10kv 母线上有采用四台变压器，其中两台与 110kv 母线相连，另两台与 220kv 母线相连；而方案一采用两台三绕组变压器。考虑到水电站的扩建及用地，采 用两台变压器比采用四台更加经济合理，所以优先考虑方案一。 通过对三种方案的比较，并且连同电气主接线的设计原则即可靠性、经济性和灵 活性以及水电站扩建的可能性的综合考虑，选择出的最优方案是方案一。 3 主变压器的选择主变压器的选择 3.1 变压器的选型 电力变压器（文字符号为 t 或 tm） ，根据国际电工委员会的界定，凡是三相变压 器的额定容量在 5kva 及以上，单相的在 1kva 及以上的输变电用变压器，均成为电力 变压器。电力变压器是发电厂和变电所中重要的一次设备之一，随着电力系统电压等 级的提高和规模的扩大，电压升压和降压的层次增多，系统中变压器的总容量已达发 电机容量的 7-10 倍。可见，电力变压器的运行是电力生产中非常重要的环节。 主变压器在电气设备投资中所占比例较大，同时与之相适应的配电装置，特别是 大容量、高电压的配电装置的投资也很大。因此，主变压器的选择对发电厂、变电所 的技术性影响很大。例如，大型大电厂高、中压联络变压器台数不足（一台）或者容 量不足将导致电站、电网的运行可靠性下降，来年络变压器经常过载或被迫限制两级 电网的功率交换。反之。台数过多、容量过大将增加投资并使配电装置复杂化。 10 发电厂 200mw 及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足 dl50002000火力发电厂设计技术规程的规定：“变压器容量可按发电机的最大 连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超 过 650c 的条件进行选择” 。 3.3.1 具有发电机电压母线的主变压器 1.容量的计算及确定 连接在发电机电压母线与系统间的主变压器容量，应按下列条件计算： （1）当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功 容量送入系统，但不考虑稀有的最小负荷情况。 （2）当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给发电机电压的 最大负荷。在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变 压器向系统取得电能时，可以考虑变压器的允许过负荷能力和限制非重要负荷。 （3）根据系统经济运行的要求，而限制本厂的输出功率时能供给发电机电压的最大负 荷。 （4）按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别注意发 电厂初期运行时当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送 入系统。 （5）发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台变压器的发电 厂，当其中一台主变退出运行时，另一台变压器应承担 70%的容量。 具体计算的过程如下： 最大容量s =（sg-sg0.5%）1.1/0.85 = (4125-41250.5%) 1.1/0.85 =643.8mva 根据上面的计算可知道低压侧的容量为最大，所以，以此为基准可以选择两个三 绕组的变压器.两台变压器应该满足当其中一台主变推出运行时，另一台变压器应承 担 70%的容量，因才采用 480mva 的两台变压器。 （1）相数的选择 变压器的相数有单相和三相，主变压器是采用三相还是单相，主要考虑变压器的 制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。规程上规定，当不受运输条件限制时，在 330kv 及以下的发电厂及变电站，均选用三相变压器。同时，因为单相变压器组相对 来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，而不作考虑。本发电厂应选用三相变压器。 11 （2）绕组数 绕组的形式主要有双绕组和三绕组。 规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器。因为一台三绕组 变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比两台双绕组变压器都较少。但三绕组 变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的 15%及以上，否则绕组未能 充分利用发不如选用两台双绕组变压器在经济上更加合理。同时三绕组变压器比同容 量的双变压器价格要贵 40%50%，对深入引进负荷中心，具有直接从高压变为低压 供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。 根据本发电厂的条件、占地面积及经济性，应该选用三绕组变压器。 （3）普通型还是自耦型 在大型电力系统和降压变电站中，普通的三绕组变压器应用范围有限、当主网电 压为 110220kv 而中伏网为 35kv 时使用，这主要是由于它们的中性点具有不接地 方式的缘故，当中压侧为 110kv 及以上电压时，降压变压器和联络变压器多采用自 耦，应自耦变压器的高、中压绕组构成直接的电气联系，而有巨大的经济优势。自耦 变压器较电压比和容量相同的普通三绕组变压器便宜，价格只有后者的 65%75%左 右。 因此应选用自耦变压器。 （4）中性点的接线方式 电网的中性点接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。本水电站所选用的 主变为自耦型三绕组变压器，主变压器的 10.5kv 侧的中性点采用直接接地方式。 （5）绕组接线组别 变压器三绕组的接线组别必须与系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力 12 系统采用的组别接线方式只有星行“y”和三角形“d”两种。因此，变压器三绕组的 连接方式应根据具体工程来决定。 在发电厂和和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波 对电源的影响等因素，根据以上变压器绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般 选用 yndd11 常规接线。 因此选用连接组别为 yn，d0，d11 的三绕组自耦变压器。 （6）调压方式 为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器 的分接开关切换，改变变压器高压绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换 方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调压范围通常在22.5%以内， 应视具体工程情况决定。另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%。 但由于有载调压变压器结构复杂，价格昂贵，只有在以下范围选用： a、 接于出力大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压 器 二次电压维持在一定水平时。 b、接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电 质量，要求母线电压恒定时。 通常，发电厂主变压器很少有采用有载调压，因为可以通过调节发电机励磁来实 现调节电压，因此本发电厂采用无激励磁调压。 综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下： 型号：sspslo-220/480 型号的含义： s三相风冷强迫油循环 f风冷 p无励磁调压 s为铜导线 13 l为铝导线 220高压绕组电压等级 480额定容量 额定容量：480mva 接线组别：yn，d0，d11 阻抗电压：u12=12%，u13=8%，u23=14%。 4 水力发电厂短路电流计算水力发电厂短路电流计算 4.1 概 述 电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在供电 系统的设计和运行中，还要考虑到可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统 危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。 因此，短路电流计算是电气主接线的方案比较、电气设备及载流导体的选择、节地计 算以及继电保护选择和整定的基础。 短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。如电力系统中，相与相之间的 水中性点直接节地系统中的相与地之间的短接都是短路。为了保证电力系统的安全、 可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，一定要考虑系统等不正常工作状态。 4.2 各系统短路电流的计算 4.2.1 短路计算的基本假定和计算方法 1基本假定 （1）正常工作时，三相系统对称运行。 （2）所有电源的电动势相位角相同。 （3）系统中的电机均为理想电机，不考虑电磁饱和、磁滞、涡流及导体肌肤效应 等影响；转子结构完全对称； （4）短路发生在短路电流为最大的瞬间； （5）不考虑短路电的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 2短路电流计算的方法 对应系统最大运行方式下，按无限大容量系统，进行相关的短路点的三项短路电流计算，求得 i/、ish值。 i/ 三相短路电流； 14 无穷大系统 ish 三相短路冲击电流。 4.2.2 电抗图及电抗计算 由 4125mw 水电厂电气主接线图，和设计任务书中给出的相关参数，可画出系统 的等值电抗图如图 4-1 所示。 图 4-1 系统等 值电抗 选取基准容量为 mva sb 100kv 5 . 10u 1 . 1 * zb sb 基准容量； ub 基准电压； 以上均采用标幺值计算方法。 1发电机的电抗 227. 01 . 1/25. 0 * xg 2对于 sspslo-220/480 型三绕组变压器的电抗值计算 3%)%( 2 1 % 2313121 uuuu kkkk 9%)%( 2 1 % 1323122 uuuu kkkk 5%)%( 2 1 % 1213231 uuuu kkkk 15 k2= 2 66 . 3 480*100 242*242*3 100 % 2 1 1 s uu x n nk t 242 5 . 10 98.10 480*100 242*242*9 100 % 2 2 2 s uu x n nk t 1 . 6 480*100 242*242*5 100 % 2 3 1 s uu x n nk t 转化为标么值并归算到 10.5kv 侧得： 00625 . 0 * 1xt 0187. 0 * 2 xt 0104. 0 * 3 xt 3线路阻抗 222/110*4 . 0 xl 0376 . 0 * xl 3.短路点的选择，短路电流及冲击电流的计算 无限大容量电力系统是指容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户 供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，可将该电力系统 视为无限大容量电力系统。但是，在实际电力系统中，他的容量和阻抗都有一定的数 值，一次，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压相应的有 所变动。但一般的供电系统，由于它是在小容量线路上发生短路，电力系统母线电压 基本不变，因此，电力系统可视为无限大容量电力系统。由于无限大容量电力系统的 三相短路电流是对称的，所以他的变化规律只需考虑一相的。 短路点的选择应选择通过导体和电器的短路电流为最大的那些点作为短路计算点。 首先，应在三条电压等级的母线上选择三个短路计算点 d1、d2、d3。 1、220kv 母线上短路（d1 点）的计算 16 220kv 5 43 13 13 图 4-2 235 . 0 2/ ) 3 1 13 ( x x xxt t g 0325 . 0 / 13 xxxl 短路点短路电流的计算： 77.30 0325. 0 1 i 244 . 4 * 13 i 5 . 26 * il 244 . 4 * ig *5500a=23342a374 . 0 ig ait11671 3ait38.5061 17 10.5kv 短路计算短路计算 图 4-3 图 4-4 07 . 8 235 . 0 0376. 0/227 . 0 1 * i 46. 4 227 . 0 1 *gi 7 . 3 227. 0 1 *li 7 . 3*li aig24530 18 aig 5 . 24529 1 ail1114 ait101753 ait625.4851 2、110kv 母线上发生短路（d2）时计算 图 4-5 * 123 0.0855.180.140.019 gxxxx 经过 y-变换如图 4-6, 图 4-6 19 其中 0602 . 0 * * * 0362 . 0 * * * 0201 . 0 * * * 1 32 323 3 21 212 2 31 313 x xx xx x xx xx x xx xx 简化后再-y 变换得图 4-7, 图 4-7 其中 0052 . 0 * * 2 1 * 0093 . 0 * * 2 1 * 0031 . 0 * * 2 1 * 231312 2313 6 231312 2312 5 132312 1312 4 xxx xx x xxx xx x xxx xx x 简化得图 4-8， 20 图 4-8 其中0454. 0*0428 . 0 *2301. 0*8787/xxxxx 57.18 * * “* 45 . 3 * * “*“* 03.22 * 1 * 87 7 6 87 8 54 5 xx x ii xx x ii x i 54 65 46 图 4-9 由 y-电流关系可得， 21 03.10* 54. 8* 73.10* 65 64 54 i i i 最后经过-y 变换得图 4-10 1 2 3 图 4-10 计算得 11565* 2437* 5783* 9487* 102135* 18975* 285 . 9 *015.11*725. 1* 5110 33 22 11 321 kiii kiii kiii iii iii iii iii bkv btt btt btt bl gg ttt l b 单相短路计算 在电气设备选择时进行的短路计算中，短路种类一般按三相短路验算，若其 他种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算，因此在本水电站电气 设备选择时，应考虑在相同短路点情况下，单相短路电流是否比三相短路电流大， 按照较大的短路电流选择并校验电气设备。 三相短路时， “0 (1) f f u i z 22 单相短路时， “0 (1) (1)(2)(0) 3 f f u i zzz 因为 ，所以只需比较与的大小，若 (1)(2)zz (0)z(1)z(1)(0)zz 则，若则所以首先求系统零序阻抗， “ (1)ffii(1)(0)zz “ (1)ffii 系统零序电抗电路如图 4-11 33 2 1 1 2 图 4-11 10.5kv 母线单相短路计算 00754 . 0 )0(x (0)(1)(2)xxx 所以 “ (1)ffii 110kv 母线单相短路时 (0)(2) 0.110.184 xx 所以 “ (1)ffii 选择校验电气设备时应取 5 . 8674“2si 220kv 单相短路时， 0325 . 0 11. 0)2()1()0(xxx 所以 ffii“)( 23 5 水电站一次设备的选择水电站一次设备的选择 5.1 选择电气一次设备遵循的条件 电气设备的选择是变电所电气设计的主要内容之一，正确的选择电气设备的目的 是为了使导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、经济合理的运行。在 进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的 采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 在发电厂和变电所中，采用的电气设备种类很多，其作用和工作条件并不一样， 具体选择的方法也不同，但对他们的基本要求都是相同的。 电气设备的选择的一般要求是： （1） 满足工作要求。应满足正常运行、检修以及短路过电压情况下的工作要求。 （2） 适应环境条件。阴干当地的环境条件进行校验。 （3） 先进合理。应力求技术先进和经济合理。 （4） 整体协调。应与整个工程的建设标准协调一致。 （5） 适应发展。应适当考虑发展，留有一定的裕量。 电气设备能安全、可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，斌干短路条件来 校验其动稳定和热稳定。 5.2 电气设备的选择 5.2.1 系统各个回路的最大工作电流 1 1、220kv220kv 侧各个回路的最大工作电流侧各个回路的最大工作电流 （3）三绕组变压器回路 a u s i n n n 6 . 1322 3 05 . 1 max 2 2、110kv110kv 侧各个回路的最大工作电流 三绕组变压器回路及 110kv 等级下的铜山岭线路 24 a u s a u s a u s n ax n ax n ax 78.137 3 05.1 i 78.137 3 05.1 i 34.165 3 05.1 i 3m 2m 1m 负荷 负荷 负荷 大沃集线路 水析口线路 3、 10kv 侧各个回路的最大工作电流 （1）出线回路 max 480000 1.051.0526393.9 33 10.5 n n n s u i （2）发电机回路 max 156000 10.51.058591.77 33 10.5 n n n s a u i （3）分段回路 max 2 8591.7717183.54 n a i 5.2.2 电气设备的选择 断路器是在电力系统正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电 流及开断故障电流的设备。开关电器在合闸状态下，靠触头接通电路。当断开电路时， 在开关的触头之间可以看到强烈而刺眼的亮光。这是由于在触头之间产生了放电，这 种放电称为电弧。此时触头虽以分开，但是电流通过触头间的电弧仍继续流通，也就 是说，电路并未真正断开，要使电路真正断开，必须将电弧熄灭，高压断路器具有能 熄灭电弧的装置，它能用来断开或闭合电路中的正常工作电流，也用来断开电路中的 过负荷或短路电流。所以它是电力系统中最重要的开关电器。对它的基本要求是：具 有足够的开断能力，尽可能短的动作时间和高的工作可靠性；结构简单，便于操作和 检修，具有防火和防暴性能，尺寸小，重量轻，价格低等。 sf6 断路器和真空断路器目前应用广泛，少油断路器因其成本低，结构简单，依 然被广泛应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，压缩空气断路器 和多油断路器已基本淘汰。 25 由于 sf6 气体的电气性能好，所以 sf6 断路器的断口电压较高。在电压等级相同、 开断电流和其他性能相接近的情况下，sf6 断路器比少油断路器串联断口数要少，可 是制造、安装、调试和运行比较方便和经济。 sf6 断路器的特点是： （1）灭弧能力强，介质强度高，单元灭弧室的工作电压高，开断电流大然后时间短； （2）开断电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低； （3）电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作； （4）操作功小，机械特性稳定，操作噪音小。 隔离开关是电力系统中应用最多的一种高压电器，它的主要功能是： （1） 建立明显的绝缘间隙，保证线路或电气设备修理时人身安全； （2） 转换线路、增加线路连接的灵活性。 在电网运行情况下，为了保证检修工作电安全进行，除了使工作点与带电部分隔离 外，还必须采取检修接地措施防止意外带电。为此，要求在高压配电装置的母线侧和 线路侧装设带专门接地刀闸的隔离开关，以便在检修母线或线路断路器时，使之可靠 接地。这种带接地刀闸的隔离开关的工作方式为：正常运行时，主刀闸闭合，接地刀 闸断开；检修时，主刀闸断开，接地刀闸闭合。这种工作方式由操作机构之间具有机 械闭锁的装置来实现。 1 1、 220kv220kv 侧电气设备的选择侧电气设备的选择 三绕组变压器回路及分段回路 （1）工作电压 =220kv un （2）最大工作电流 =1.32ka imax （3） ka ios 79 . 3 参数选择： （1）按工作电压kv uu nmax 220 （2）按工作电流ka iimaxn 32 . 1 （3）按开断电流选择ka inbr 79 . 3 （4）按关合电流选择ka ii shncl 18.10 （5）按热稳定校验，有 qt t inbr 2 qk 39 . 1 2 . 115 . 0 04 . 0 tk 26 “ 00.71.39 3.79 sss ka iii 97.1939 . 1 12 10 79 . 3 79 . 3 79 . 3 222 qk 2 s ka (6)按动稳定校验、有：kv ii shes 18.10 根据以上条件选择如下表 5-1： 计算数据：sw7-220/1500 gw4-220dw =220kv un =220kv un =220kv un =1.32 imax =1.500ka in ka in 000 . 2 ,79 . 3 ka i =21ka inbr =10.18ka ish ka incl 55 =19.97 qk 2 s ka 17644 22 21 s ka qt = qt 84644 46 2 =10.18ka, ish ka ies 55=104ka ies 表 5-1 2 2、 110kv110kv 侧断路器的选择侧断路器的选择 变压器出线回路 (1) 工作电压 =110kv un ( 2) 最大工作电流ka in 551 . 0 (3) ka i 286 . 3 ka ies 82 . 8 参数选择： （1）按工作电压kv uu nmax 110 （2）按工作电流ka iimaxn 551. 0 （3）按开断电流选择ka iinbr 286. 3 (4) 按关合电流选择 ka ii shncl 82 . 8 s tk 5 . 1 (5) 按热稳定校验 “ 00.751.5 3.286 sss ka iii 20.165 . 1 12 10 286 . 3 286 . 3 286 . 3 222 qk 27 2 s ka (6) 按动稳定校验、有：kv ii shes 82. 8 计算数据：gw4-110d/1000-80gw4-110d/1000-80 =110kv un =110kv un =110kv un =0.551ka, imax =1.000ka in =1.000ka in ka i 286 . 3 =18.4ka inbr =8.82ka ish =55ka incl =8.82ka ish =55ka ies =80ka ies 2 16.20 () k kas q 2 2205 () t kas q 2 13005 () t kas q 表 5-2 分段回路 (1) 工作电压 =110kv un ( 2) 最大工作电流ka in 551 . 0 (3) ka i 64322 . 1 ka ies 41 . 4 参数选择： （1）按工作电压kv uu nmax 110 （2）按工作电流ka iimaxn 551. 0 （3）按开断电流选择ka iinbr 64322. 1 (4) 按关合电流选择 ka ii shncl 41 . 4 s tk 5 . 1 (5) 按热稳定校验 “ 00.751.5 1.64 sss ka iii 05 . 4 5 . 1 12 10 61 . 1 64 . 1 64 . 1 222 qk 2 s ka 28 (6) 按动稳定校验、有：kv ii shes 82. 8 计算数据：gw4-110d/1000-80gw4-110d/1000-80 =110kv un =110kv un =110kv un =0.551ka, imax =1.000ka in =1.000ka in ka i 64 . 1 =18.4ka inbr =4.41ka ish =55ka incl =4.41ka ish =55ka ies =80ka ies 2 16.20 () k kas q 2 2205 () t kas q 2 13005 () t kas q 表 5-3 3、 10.5kv 侧断路器的选择 （1）分段回路 二号断路器及隔离开关的选择 电抗器采用 1 秒热稳定为 135ka10/12000nklz 1.9247126130 shes iika 22 2 47471047 1.113518225 12 kt qq 计算数据sn4-10g/18000 gn10-10t/18000 10.5 n ukv10.5 n ukv10.5 n ukv max 17.18ika18 n ika18 n ika 47ika 105 n ika 126 sh i150 n ika 29 22 47471047 1.12430 12 k q 2 150122500 t q 2 4648464 t q 126 sh i150 es ika200 es ika 表 5-4 断路器及隔离开关选择 工作条件 10.5 n ukv 最大工作电流 26 n ika 99ika 参数选择： max 10.5 n uukv max 26 n iika 按开断电流 99 nbr iika 按关合电流 267.8 nclsh iika 按热稳定校验 22 299991099 1.1 10780 12 k qkas 按动稳定校验 267.8 essh iika 计算参数4 10/ 26000sng10 10 / 26000gnt 10.5 n ukv10.5 n ukv10.5 n ukv max 26ika26 n ika26 n ika 99ika 105 nbr ika 267.8 sh ika300 ncl ika 2 10780 k qkas 2 2 120572000 t qkas 2 75316875 t q 267.8 sh ika300 es ika350 es ika 表 5-5 （2） 发电机回路 电气设备的选择 工作电压10.5 n ukv 最大工作电流8.591 n ika 76.76ika206.24 sh ika 参数选择： 30 按工作电压： max u10.5 n ukv 按工作电流： n i max 8.591ikv 按开断电流： n br i i76.76kv 按关合电流： ncl i206.24 sh ika 按热稳定校验： 22 276.7676.761076.76 1.16481 12 k qkas 按动稳定校验： essh ii 根据以上条件选择如下表 5-6： 计算参数 sn4-