小水电站电气部分初步设计.doc

第一篇 设计说明书1 原始资料分析1.1 建站目的为了利用某地区水力资源和满足周围用电需要，拟建一个小水电站，向周围地区供电，并将电能输送到离本站8km的变电所（该所有35kv、110kv两种电压等级）与系统相联。1.2 拟建水电站情况发电机：额定电压：6.3kv，额定容量4*1.5万kw，额定功率因素0.8， 电抗x=0.38,x=0.35,x=0.32。丰水年每台机组满载运行90天，2台机组满载运行140天，1台机组满载运行30天，其余100天不发电。系统：水电站通过两回35kv线路与系统相联，系统容量20000mva，xs=0.35。自然条件：年最高气温45；年最低气温-6；年平均气温20。 出线方向：35kv向西1.3 负荷资料35kv回路6回，其中备用1回。其中表1.1为35kv负荷出线概况。表1.1 35kv负荷出线表名称最大负荷（mw）最大负荷功率因素最小负荷（mw）最小负荷功率因素回路数线路长度（km)氮肥厂60.8940.9313炼油厂50.8930.9313化工厂70.8930.9312变电所28 站用电率小于5%。其中0.4kv负荷如表1.2。表1.2 0.4kv负荷出线表名称单台最大容量(kw)数量运行方式电动机1066台连续经常充电电机252台连续不经常载波室21连续经常生活用电2002个生活区经常其他100其余站用负荷为6.3kv，其中2回线至4km外的大坝（最大容量1000kw，功率因素0.8），2回线至外船闸（最大容量1200kw),1回线备用。1.4 设计任务本次设计的主要任务是针对原始资料设计一个小水电站，对其一次和二次部分进行电气设计。一次部分包括：选择供电可靠性高，维修方便，最经济的主接线，并对其高压设备经行选择和校验；二次部分为对其发电机、变压器、母线和出线进行继电保护设计。2电气主接线设计2.1 设计原则电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。电气主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。在电气主接线设计时，综合考虑以下方面：保证必要的供电可靠性和电能质量安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。本次设计中的水电站虽然是一个小型水电站，但是由于担负了许多工业企业的供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。具有经济性在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。显然，复杂地接线不会保证操作方便，反而使误操作机率增加。但是过于简单的接线，则不一定能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和停电时间。具有发展和扩建的可能性随着经济的发展，已投产的水电站可能需要扩大机组容量，从主变压器的容量、数量到馈电线路数均有扩建的可能，有的甚至需要升压，所以在设计主接线时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。根据以上几点，对此小水电站的主接线拟定以下几种方案。2.2 各方案比较方案 ： 本方案采用了两个单母分段接线。单母分段接线的特点：接线简单，操作方便，设备少、经济性好，任意一段母线(包括qfd)故障或检修，非故障段母线照常工作，缩小了停电的范围,重要用户可以从两分段母线上取得电源,双回路供电。设置两台变压器，其容量为31500kw。该方案设计图如图1-1。 图1-1 电气主接线方案方案 ii： 本方案中发电机电压母线接线采用单母线不分段，单母不分段接线的特点：接线简单、设备少、运行和检修方便。设置一台变压器，其容量为63000kw，用以承载整个水电站容量，35kv母线也采用单母接线，其特点是：接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出线，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。该方案设计图如图1-2。图1-2 电气主接线方案方案 iii：本方案发电机母线采用单母分段接线，设置两台变压器，每台容量为31500kw，35kv母线采用单母接线。该方案设计图如图1-3。图1-3 电气主接线方案 综上述方案，对其进行比较，选择一个最佳的设计方案。 （1）供电可靠性： 方案i供电可靠性较好 方案iii供电可靠性次之方案ii供电可靠性较差 （2）运行上的安全和灵活性 方案i母线或母线侧隔离开关故障或检修时，可以由另一段母线供电，运行灵活。且35kv母线及其隔离开关故障或检修时，可以由另一段供电给符合。方案ii单母线接线，母线故障或母线侧隔离开关故障或检修时，整个配电装置必须退出运行，而任何一个断路器检修时，其所在回路也必须退出运行，灵活性也较差。方案iii母线或母线侧隔离开关故障或检修时，可以由另一段母线供电，运行灵活。但35kv母线及其隔离开关故障或检修时，整个负荷处于停电状态。 （3）接线简单、明显维护和检修方便 很显然方案ii最简单、明显维护和检修方便。 （4）经济方面的比较 方案ii最经济。综合比较：选方案i最合适。3 厂用电设计3.1 厂用电设计原则 厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟地新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证机组安全经济地运行。其具体有如下一些要求： (1)接线方式和电源容量，应充分考虑厂用设备在正常、事故、检修、启动、停运等方式下地供电要求，并尽可能地使切换操作简便，使启动（备用）电源能迅速投入。 (2)尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全厂停电故障。各台机组的厂用电系统应独立，以保证在一台机组故障停运或其辅助机发生电气故障时，不影响其他机组的正常运行。 (3)充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别主要对公用厂用负荷的影响。要方便过渡，尽少改变接线和更换设备。根据上述要求，结合本次水电站为中小型水电站，以及厂用电分为6kv和380v两个电压等级的实际情况，其中6kv站用电有5回馈线，直接接于发电机母线上；其厂用电设计通过一个厂用变压器引出，通过0.4kv母线接于厂用电。4 变压器选择4.1 主变压器的选择 在各级电压等级的水电站或变电所中，变压器是电力系统中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统510年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量选的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器容量是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。 变压器容量及台数的选择对于城郊水电站主变压器容量应当与城市规划相结合，从长远利益考虑，本站应按站内和站外总负荷来选择主变的容量，根据水电站带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的出线，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。所以每台变压器的额定容量按（为35kv出线最大负荷）。 35kv侧最大负荷负荷： =(1+5%)0.9=20.01mva （4.1）即=0.720.01=14.07kva。这样当一台变压器停用时，也保证70%负荷的供电。由于一般电网变电所及水电站大约有25%的非重要负荷，因此采用式来计算主变容量对变电所保证重要负荷来说是可行的。又因本次设计中水电站，总装机容量为60mw，站用负荷1.212mw，6.3kv占用电5mw，剩下的约54mw，通过两台同型号的变压器送至35kv，供给负荷。粗略估计，每台27mw。通过计算，本水电站可选择额定容量为31.5mw的主变压器。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，电站中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时也增加了配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作的复杂化。考虑到两台主变同时发生故障机率较小，且适用远期负荷的增长以及扩建，故本水电站选择两台主变压器完全满足要求。 相数容量为300mw及以下机组单元连接的主变压器和330kv及以下电力系统中，一般都选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资较大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。 绕组数与结构电力变压器按其每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。由本次设计选择的主接线可知，采用两台同型号的主变压器。其电压等级为从6.3kv升压为35kv。 阻抗和调压方式变压器阻抗实质是绕组之间的漏抗，当变压器的电压比、型式、结构和材料确定之后，其阻抗大小一般和变压器容量关系不大，各侧阻抗值的选择应从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、短路电流、继电保护、系统内的调压手段和并联运行等方面综合考虑，以对具体工程起决定性的因素确定。对于双绕组变压器，一般按标准规定定值选择；对于三绕组普通型和自耦型变压器各侧阻抗，按用途即升压型或降压型确定。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。通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。这种调压仅仅改变电网无功潮流分配，并不会增加整个电网无功容量。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%，其结构复杂，价格较贵。 冷却方法油浸式电力变压器的冷却方式随其型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。中、小型变压器通常采用依靠装在变压器油箱上的片装或管形辐射式冷却器及电动风扇的自然风冷却及强迫风冷却方式散发热量。容量在31.5mva及以上的大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却；容量在350mva及以上的大容量特大变压器一般采用强迫油循导向冷却。35kv级sf7系列三相油浸风冷式电力变压器，供交流50hz输配电系统中作为分配电能、变换电压之用，可供户内外连续使用。该系列产品选用优质晶粒取向冷轧硅钢片，采用45全斜接缝铁芯，芯柱采用环痒扎带代替冲孔。该系列产品绕组根据容量大小和电压等级，有连续式和螺旋式两种。油箱采用钟罩式结构，既可方便用户检查器身，又增加了油箱的机械强度。冷却方式采用管式散热器和风扇冷却装置，用户可根据变压器负载大小，开启或关闭风扇冷却装置。该系列产品为无载调压电力变压器，调压范围为。其生产厂家有：沈阳变压器厂、上海变压器厂、常州变压器厂等。综上所述，本次设计选用型号为sfl7-31500/35三相油浸风冷式铝绕组无载调压电力变压器，其具体参数见表4.1。表4.1 主变压器的具体参数型号sfl7-31500/35接线方式/-11容量31.5mva相数三相额定电压（kv）35/6调压方式无载调压阻抗电压（%）8%冷却方式油浸风冷式4.2 厂用变压器的选择厂用变压器的选择主要考虑高压厂用工作变压器和启动备用变压器的选择，其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗。为了正确选择厂用变压器容量，首先应对厂用变压器主要用电设备的容量、数量及运行方式有所了解，并予以分类和统计，最后确定厂用变压器容量。厂用负荷总量为1212kw，电压等级为0.4kv,查阅电力设计手册，选用额定容量为1250kw的有载调压干式电力变压器，总计一台。它使用真空有载分接开关，绝缘耐热等级为f级。sgz3系列有载调压干式电力变压器为三相空气自冷式铜绕组户内电力变压器，使用真空有载分接开关，绝缘等级较高，符合gb6450及国际标准iec726（1982）。能承受耐冲击电压，损耗低，噪声小，不燃，不爆，不污染环境，维护方便，在安全防火要求供电质量较高场所已取代油浸电力变压器，可直接接入网络，不须500m电缆连接，因而较广泛地应用在高层建筑、地下通道、矿山、发电厂、机场、石油、化工、医院及科研单位等。其生产厂为沈阳第二变压器厂。本次设计厂用电变压器采用型号为sgz3-1250/107h，其具体技术参数见表4.2。表4.2 6kv侧干式厂用变压器的选择（户内）型号sgz3-1250/107h接线方式y,yn0容量1250kva相数三相额定电压（kv）6.3/0.4调压方式有载调压阻抗（%）5冷却方式空气自冷式冷却5 故障点的选择及短路计算的说明5.1 故障点的选择根据短路计算原则以及设计任务的需要，选择了2个故障点，即k1、k2。具体见图5.1所示。图5.1 短路计算点选择5.2 短路电流的计算说明本次短路计算是严格按照电力系统分析中短路计算的方法进行的。短路电流计算是先将必要的网络化简，然后根据等效定则进行短路电流的计算，根据化简的网络图和分布系数将短路电流折算到所需的电气元件上。5.2.1 短路产生的原因（1）自然方面的原因：如雷击、雾闪、暴风雪、动物活动、大气污染、其他外力破坏等等，造成单相接地短路和相间短路7。（2）人为原因：如误操作、运行方式不当、运行维护不良或安装调试错误，导致电气设备过负荷、过电压、设备损坏等等造成单相接地短路和相间短路。（3）设备本身原因：如设备制造质量、设备本身缺陷、绝缘老化等等原因造成单相接地短路和相间短路。5.2.2 短路的类型（1）三相短路（2）两相短路（3）两相接地短路（4）单相接地短路（注：三相短路又称为对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其它类型的短路都是不对称短路。）本次设计重点考虑对称短路，故只做三相短路计算。5.2.3 短路的后果相间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行，具体表现在如下几个方面6：（1）使短路点附近的支路出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力。（2）短路电流通过设备使发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。（3）短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。（4）当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大片地区停电。（5）发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通，在邻近的电路内感应出很大的电动势，这支于架电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的，随着短路类型，发生地点和持续时设在高压电力线路附近的通讯或铁道讯号系统等会产生严重的影响。5.2.4 短路计算的目的（1）以便选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，如断路器等，必须以短路计算作为依据。（2）为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。（3）在设计与选择发电厂和电力系统电气主接线时为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施，都要进行必要的短路电流计算。（4）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算的内容。 （5）确定输电线路对通讯的干扰，对已发生的故障进行分析。5.2.5 短路计算的一般步骤首先确定基准值，再选取短路点，然后进行网络化简，再根据等效定则求出各故障点短路电流，最后利用分布参数求出通过各保护的短路电流。实际计算时，先画系统的简化网图，确定短路发生时系统短路的类型和发生地点。5.2.6 短路计算中基准值的选取计算短路电流是继电保护整定计算的基础，在工程上一般采用有名值或标么值方法计算，对简单电路往往采用有名值计算，对较复杂的电路往往采用标么值计算，本次设计采用标么值计算方法。 取基准值：，, ，1.56ka, 发电机单台额定机组容量为： 发电机：=0.32 变压器：= 系统阻抗：5.2.7 短路计算的结果根据短路计算的原则，严格使用短路计算方法，对各短路点进行三相短路计算，得出其结果如表5.1。详细计算过程见计算书第9章。表5.1 短路电流计算成果表短路点分支回路额定容量（mva）计 算 电 抗t=0st=1st=2st=4st=0s冲击短路电流（ka）6kv母线大电网0.244.176.54.176.54.176.54.176.516.575水电站600.2554.2923.593.2517.883.1717.453.0917.8360.04合计30.0924.3823.9523.5376.61535kv母线大电网0.1158.6913.568.6913.568.6913.568.6913.5634.51水电站600.333.383.162.752.5772.852.6682.892.7068.043合计16.7216.1316.2216.2642.5436 电器主设备选择6.1 高压电气设备选择的一般条件电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件，按正常工作条件包括：电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。6.1.1 额定电压和最高工作电压 高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压ualm不得低于所接电网的最高运行电压。一般电气设备允许的最高工作电压可达1.11.15un，而实际电网的最高运行电压usm一般不超过1.1uns因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压的额定电压un不低于装置地点电网额定电压uns的条件选择，即 un uns （6.1） 6.1.2 额定电流 电气设备的额定电流in是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。in应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流iw.max，即 in iw.max （6.2） 6.2 高压断路器的选择高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用条件等要求选择其种类和型式。由于少油断路器制造简单、价格便宜、维护工作量较少，故在3220kv系统中应用较广，但近年来，真空断路器在35kv及以下电力系统中得到了广泛应用，有取代油断路器的趋势。sf6断路器也已在向中压1035kv发展，并在城乡电网建设和改造中获得了应用。高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分少油断路器有电磁式、弹簧式或液压式等几种型式的操动机构可供选择。一般电磁式操动机构需配专用的直流合闸电源，但其结构简单可靠；弹簧式结构比较复杂，调整要求较高；液压操动机构加工精度要求较高。操动机构的型式，可根据安装调试方便和运行可靠性进行选择。本次设计中发电机出口侧，变压器高低压侧，35kv出线侧断路器型号及参数如下列表6.1至6.4中。 表6.1 发电机出口断路器的选择型号额定电压(kv)额定电流(a)额定开断电流(ka)极限通过电流峰值(ka)4s热稳定电流(ka)zn-10/1600-31.510160031.58031.5型号额定电压(kv)额定电流(a)额定开断电流(ka)极限通过电流峰值(ka)4s热稳定电流(ka)zn-10/1600-31.510160031.58031.5表6.2 变压器低压侧断路器的选择 型号额定电压(kv)额定电流(a)额定开断电流(ka)极限通过电流峰值(ka)4s热稳定电流(ka)lw16-35351600256325 表6.3 变压器高压侧断路器的选择表6.4 35 kv侧断路器的选择型号额定电压(kv)额定电流(a)额定开断电流(ka)极限通过电流峰值(ka)4s热稳定电流(ka)lw8-353516002563256.3隔离开关的选择隔离开关选择及校验条件除额定电压、额定电流、热稳定、动稳定校验外，还应注意其种类和形式的选择，尤其屋外式隔离开关的型式较多，对配电装置的布置和占地面积影响很大，因此其型式应根据配电装置特点和要求以及技术经济条件来确定。表6.5为隔离开关选型参考表。 使用场合特 点参 考 型 号屋内屋内配电装置成套高压开关柜三级， 10kv以下gn2，gn6，gn8，gn19发电机回路、大电流回路单极，大电流300013000agn10三级，15kv，200600agn11三级，10kv，大电流20003000agn18，gn22，gn2单极，插入式结构，带封闭罩20 kv，大电流1000013000agn14屋外220kv及以下各型配电装置双柱式，220kv及以下gw4高型、硬母线布置v型，35110kvgw5硬母线布置单柱式，220500 kvgw620kv及以上中型配电装置三柱式，220500 kvgw7表6.5 隔离开关选型参考表结合选型原则和参考表，对本次设计所用用的隔离开关，将其参数及型号表示于下列表6.6至6.9中。表6.6 发电机出口隔离开关的选择型号额定电压（kv）额定电流（a）动稳定电流（ka）4s热稳定电流（ka）gn2-10/2000102000峰值有效值408040.5型号额定电压（kv）额定电流（a）动稳定电流（ka）4s热稳定电流（ka）gn2-10/2000102000峰值有效值408040.5表6.7 变压器低压侧隔离开关的选择型号额定电压（kv）额定电流（a）动稳定电流峰值（ka）4s热稳定电流（ka）gw5-35g3510005014表6.8 变压器高压侧隔离开关的选择型号额定电压（kv）额定电流（a）动稳定电流峰值（ka）4s热稳定电流（ka）gw5-35g3510005014表6.9 35kv侧隔离开关的选择6.4 电流互感器的选择6.4.1 电流互感器一次回路额定电流选择 为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。根据发电机的容量15mva,其额定电压为6.3kv，则发电机出口处的工作电流为，所选发电机出口电流互感器一次额定电流为1500a，满足该水电站一次负荷电流变化的要求。根据该水电站主变压器容量为31.5mva，其低压侧额定电压为6.3kv，则主变压器6.3kv侧的工作电流为，所选低压侧电流互感器一次额定电流为3000a，其高压侧额定电压为35kv，则主变压器35kv侧的工作电流为，所选低压侧电流互感器一次额定电流为600a，满足该水电站一次负荷电流变化的要求。此水电站的总装机容量为60mva，35kv母线侧的工作电流为，所选35kv母线侧电流互感器的一次额定电流为1000a，满足该水电站一次负荷电流变化的要求。6.4.2 二次额定电流的选择电流互感器二次额定电流有5a和1a两种，一般强电系统用5a，弱电系统用1a。本水电站选用5a。6.4.3 电流互感器种类和型式的选择在选择互感器时，应根据安装地点(如屋内、屋外)和安装方式(如穿墙式、支持式、装入式等)选择相适应的类别和型式。选用母线型电流互感器时，应注意校核窗口尺寸。6.4.4 电流互感器准确级的选择为保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。例如:装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等)中的电能表和计费的电能表一般采用0.51级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级，对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kv级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用11.5级的，相应的电流互感器应为0.51级。供只需估计电参数仪表的互感器可用3级的。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。发电机出口侧、变压器低压侧、变压器高压侧、 35kv母线侧电流互感器的型号于表6.10至6.13中。表6.10发电机出口电流互感器的选择型号额定电压(kv)额定一次电流(a)额定二次电流(a)短时热稳定倍数（倍）动稳定倍数（倍）ldzj1-1010150055090表6.11变压器低压侧电流互感器的选择型号额定电压(kv)额定一次电流(a)额定二次电流(a)短路热电流有效值(ka)动稳定电流峰值(ka)ldj-10103000540100表6.12 变压器高压侧电流互感器的选择型号额定电压(kv)额定一次电流(a)额定二次电流(a)短时热稳定倍数（倍）动稳定倍数（倍）lqz-3535600555100表6.13 35kv母线侧电流互感器的选择型号额定电压(kv)额定一次电流(a)额定二次电流(a)短时热稳定倍数（倍）动稳定倍数（倍）lcw-353510005651006.5电压互感器的选择6.5.1 电压互感器一次回路额定电压选择为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（1.10.9）un1范围内变动，即满足下列条件 1.1 un1 uns0.9 un1 （6.2） 式中 uns 电压互感器一次侧额定电压。选择时，满足un1= uns 即可。6.5.2 电压互感器二次侧额定电压的选择电压互感器二次侧额定线间电压为100v，要和所接用的仪表或继电器相适应。6.5.3 电压互感器种类和型式的选择电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如:在635kv屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式； 110220kv配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；220kv及其以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。6.5.4准确级选择 和电流互感器一样，供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。发电机出口侧、6kv侧、35kv侧电压互感器型号于表6.14至6.16中。表6.14 发电机出口电压互感器的选择型号额定电压比(v)额定输出0.5级1级jdz-66000/1005080表6.15 6kv侧电压互感器的选择型号额定电压比(v)额定输出0.5级1级jdz-66000/1005080表6.16 35kv侧电压互感器的选择型号额定电压（v）准确级连接组jdn-35一次二次0.5级1级i,i0350001001502506.6 高压熔断器的选择高压熔断器按额定电压、开断容量、开断电流和选择性等项来选择和校验。6.6.1 额定电压选择对于一般的高压熔断器，其额定电压un必须大于或等于电网的额定电压uns。但是对于充填石英砂有限流作用的熔断器，则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中，这是因为限流式熔断器灭弧能力很强，在短路电流达到最大值之前就将电流截断，致使熔体熔断时因截流而产生过电压，其过电压倍数与电路参数及熔体长度有关，一般在uns=un的电网中，过电压倍数约22.5倍，不会超过电网中电气设备的绝缘水平，但如在unsun的电网中，因熔体较长，过电压值可达3.54倍相电压，可能损害电网中的电气设备。6kv侧、35kv侧高压熔断器的型号于下表6.17至6.18中。表6.17 6kv侧高压熔断器的选择型号额定电压（kv）开断容量（mva）开断电流（ka）rn2-10/0.56100080表6.18 35kv侧高压熔断器的选择型号额定电压（kv）额定电流（a）三相断流容量（kva）rw10-35/53556006.7支柱绝缘子和穿墙套管的选择支柱绝缘子的作用是支撑母线，穿墙套管的作用是为了保证母线穿墙时绝缘。支柱绝缘子型号见表6.19。穿墙套管的型号见表6.20。表6.19 支柱绝缘子选择场所型号额定电压（kv）户内za-6y6户外zpa-66户外zs-35/60035表6.20 穿墙套管的选择型号额定电压（kv）额定电流(a)cc-6/1500615006.8母线的选择母线一般按母线材料、类型和布置方式；导体截面;热稳定；动稳定等项进行选择和校验。6.8.1 母线材料、类型和布置方式 （1）配电装置的母线常用导体材料有铜、铝和钢。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性能好，是首选的母线材料。但是铜在工业和国防上的用途广泛，还因储量不多，价格较贵，所以一般情况下，尽可能以铝代铜，只有在大电流装置及有腐蚀性气体的屋外配电装置中，才考虑用铜作为母线材料。 （2）常用的硬母线截面有矩形、槽形和管形。矩形母线常用于35kv及以下、电流在4000a及以下的配电装置中。为避免集肤效应系数过大，单条矩形截面积最大不超过1250mm2。当工作电流超过最大截面单条母线允许电流时，可用几条矩形母线并列使用，但一般避免采用4条及以上矩形母线并列。槽形母线机械强度好，载流量较大，集肤效应系数也较小，一般用于40008000a的配电装置中。管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内还可通风和通水冷却，因此，可用于8000a以上的大电流母线。另外，由于圆形表面光滑，电晕放电电压高，因此可用于110kv及以上配电装置。 6.8.2 母线截面的选择除配电装置的汇流母线及较短导体(20m以下)按最大长期工作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经济密度选择。按经济电流密度选择按经济电流密度选择母线截面可使年综合费用最低，年综合费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等。从降低电能损耗角度看，母线截面越大越好，而从降低投资、折旧费和利息的角度，则希望截面越小越好。综合这些因素，使年综合费用最小时所对应的母线截面称为母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。表6.21为我国目前仍然沿用的经济电流密度值。表6.21 经济电流密度值导体材料最大负荷利用小时数tmax(h)3000以下300050005000以上裸铜导线和母线3.02.251.75裸铝导线和母线（钢芯）1.651.150.96.3kv输电导线的型号为lgj-2445，圆管行铝导体；35kv输电导线的型号为lgj-450，矩形铝导体。6.9 开关柜的选择低压开关柜又称为低压配电屏，都是户内装置。6kv屋内开关柜按其所需额定电压、额定电流、开断电流和外形尺寸等项来选择。一般都选择手车式，方便检修和安装。开关柜的型号见表6.22中。表6.2 2 6kv开关柜的选择型号额定电压(kv)额定电流(a)额定开断电流（ka）外形尺寸（mm）宽深高ggc-10a6150031.51100120026507 防雷保护设计7.1 初步分析电力系统中电气设备的绝缘会受到两种过电压的危害：一种是外部过电压由于雷击所产生的高电压；另一种是内部过电压由于操作（如切断空载变压器和电抗器、切断或投入空载线路等）和故障而引起的电网电压升高。建筑物的防雷设计，应认真调查地质，地貌，气象，环境等条件和雷电活动规律，以及被保护物的特性等来决定防雷措施，做到安全可靠，技术先进，经济合理。雷电所引起的大气过电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在发电厂（站）、变电所和高压输电线中必须采取有效的防雷措施，以保证电气设备的安全。运行经验表明，当前电力系统中采用的防雷保护措施是可靠的，但雷电参数和电气设备的冲击放电特性具有统计型，故防雷措施也是相对的而不是绝对的。但是，随着人们对雷电现象的进一步认识和掌握，以及防雷保护设备特性的不断改善，变电所的防雷保护必须将更为经济合理。雷电对水电站的危害，由以下三种情况造成： （1）、直接雷击直击雷击即指雷云向水电站的电气设备或建筑物放电。电站若被直接雷击中，则极高的雷电压将使电气设备的绝缘遭到击穿破坏，即使电压等级较高的电气设备也难以承受。直击雷的防御主要是设法把直击雷迅速散到大地中去。一般采用避雷针、避雷线、避雷网等避雷装置。防御直击雷的方法有：装设独立的避雷针。在建筑物上装设避雷针或避雷线。在建筑物屋面铺设避雷带或避雷网。所有防雷装置都须有可靠的引下线与合格的接地装置相焊接。除独立的避雷针外，建筑物上的防雷引下线应不少于两根。这既是为了可靠，又是对雷电流进行分流，防止引下线上产生过高的电位。避雷针与被保护物（如建筑物和配电装置）之间在空气中的间距一般不小于5m，地下的接地装置之间的距离一般不小于2m。 （2）、感应雷击 感应雷击是由静电感应所致。在雷云临近水电站上方时，水电站建筑物和附近地面上，将产生大量的电荷，这种与雷云电荷相互吸引着的、极性不同的感应电荷，叫做束缚电荷。它容易与大地形成电位差，这个电位差叫做感应雷击过电压。如果感应雷击过电压达到足够大的数值，就会引起建筑物内部的电线、金属管道、大型金属设备放电，造成火灾、爆炸或人身事故。防御感应雷的方法有： 在建筑物屋面沿周边装设避雷带，每隔20m左右引出接地线一根，须正确合理的选择接地电阻。 建筑物内所有金属物如设备外壳、管道、构架等均应接地，混凝土内的钢筋应绑扎或焊成闭合回路。 将突出屋面的金属物接地。 对净距离小于100mm的平行敷设的长金属管道，每隔2030m用金属线跨接，避免因感应过电压而产生火花 （3）、雷电浸入波当输电线路遭到直接雷击或感应雷击或避雷线的逆闪络。泄泻到输电线上的雷电荷以及失去了束缚力的感应电荷，都将会沿着输电线向电站流动，形成巨大的前沿很陡的电流，叫做雷电浸入波。其所产生的高电压叫做浸入波过电压。它有时高达三、四十万伏，造成电站电气设备绝缘的损坏。防止雷电浸入波的主要措施是安装避雷器，已将浸入波过电压的幅值限制在电气设备绝缘的耐冲击电压水平以下，避免设备发生击穿损坏事故。7.2 防雷设备的选择（1）避雷针按其结构，可分为独立避雷针和架构避雷针两种。独立避雷针与电气设备的带电部分、电气设备的外壳、架构和建筑物的接地部分之间的空中距离不应小于5米，其接地装置与被保护的接地体之间的地中距离不应小于3米，以防止避雷针落雷时造成对被保护放电或对地保护物接地装置放电，引起反击。独立避雷针的接地装置一般是独立的（即不与被保护物的接地体相联），其工频接地电阻不应大于10欧。对于土壤电阻率小于1000欧米地区的110千伏及以上配电装置和土壤电阻率小于500欧米地区的60千伏及以上配电装置，为降低造价并便于布置，亦可将避雷针装设在配电装置的架构上，成为架构避雷针，其接地除了利用主接地网外，还应在其附近装设集中接地装置。35千伏及以下配电装置的架构上不宜装设避雷针（应设独立避雷针），以避免发生反击事故。本次设计选用4根高度为20米的独立避雷针，两根用以保护35千伏出线配电装置，两根用以保护主厂房。在主厂房装设避雷针来保护发电机到变压器的连线时，为了防止反击，除应装设集中接地装置外，还应采取加强分流，避雷针的引下线远离电气设备及其特点等措施，并宜在靠近避雷针的发电机出口，可以装设一组磁吹阀式避雷器。独立避雷针不应装设在人经常通行的地方，并应距道路不小于3米。 （2）避雷器的选择发电厂或变电站一般采用普通碳化硅阀式避雷器（fz型或fs型），也可采用间隙或无间隙金属氧化物避雷器。本次设计采用无间隙氧化锌避雷器，它是目前最先进的过电压保护设备。在正常运行电压时，氧化锌电阻阀片呈现极高的电阻，通过它的电流只有微安级；当系统出线危害电气设备的过电压时，它具有优良的非线性特性和陡波响应特性，使其有较低的陡波残压和操作波残压。在绝缘配合上增加了陡波、操作波下的保护裕度。氧化锌避雷器特别适用于多回线路、电容器组、电缆等波阻抗低的系统。氧化锌电阻片非线性系数高达3050，在标称电流动作负载时无续流，吸收的能量少，大大改善了避雷器耐受雷击的能力。此外，它的流通能力大，耐受暂时工频过电压的能力强。本次设计中采用的无间隙氧化锌避雷器具体技术数据见于下表中，它由西安电磁研究所生产。）6kv侧避雷器35kv侧避雷器的型号见表7.1至7.2中。7.1 6kv侧避雷器的选择型号系统额定电压（kv）避雷器额定电压（kv）避雷器持续运行电压（kv）雷电冲击电流下残压（峰值）不大于（kv）陡波冲击电流下残压（峰值）不大于（kv）y5wr-7.6/256.37.66.620257.2 35kv侧避雷器的选择型号系统额定电压（kv）避雷器额定电压（kv）避雷器持续运行电压（kv）雷电冲击电流下残压（峰值）不大于（kv）陡波冲击电流下残压（峰值）不大于（kv）y10wr-48/1403548301051498 水电站继电保护配置及选型8.1 发电机继电保护配置及选型 发电机的安全运行对电力系统和本水电厂供电系统的稳定运行起着决定性的作用。因此，在发电机上必须装社比较完善的继电保护装置。根据有关规程，应对下列故障及异常运行方式设置继电保护装置。 定子绕组相间短路； 定子绕组匝间短路； 定子绕组接地短路； 外部短路引起的过电流； 对称过负荷； 励磁回路一点或两点接地故障。 本水电厂发电机保护装置的设置可依据以上原则并结合具体情况进行，一般可以设置下列保护，见于表8.1中。表8.1 配置的保护类型纵差保护主保护跳闸复合电压启动的过电流保护作差动保护后备及外部故障远后备跳闸横差保护定子绕组匝间的保护跳闸过负荷保护异常运行延时动作发出信号定子单相接地防御定子单相接地的保护跳闸励磁回路两点接地保护转子一点或两点接地，投入保护装置跳闸 因为4台发电机型号一样，且f1,f2,f3,f4,对称，f2,f3,f4的保护整定与f1相同，故只需对f1进行保护整定，就可完成该水电站4台发电机的保护整定。对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态，从保护整定原则结合设计资料分析，根据发电机的容量有选择地装设保护，对f1发电机应装设如下保护方式：纵联差动保护，选用bch-2型继电器；横联差动保护，采用bl-6型继电器；定子绕组单相接地保护，采用晶体管型bd-15；励磁回路两点接地保护，采用bd-14型继电器；复合电压闭锁过电流保护，采用gl-2型继电器；过负荷保护采用bl-58型继电器。（1） 纵联差动保护：为定子绕组及其引出线的相间短路保护。 （2）定子绕组单相接地保护：为发电机定子绕组的单相接地保护。（3）定子绕组过电流保护：当发电机纵差