毕业设计（论文）-某小水电站的电气部分的初步设定.doc

1 xxxxxxxx 大学某水电站毕业设计大学某水电站毕业设计 毕业设计说明书毕业设计说明书 题题 目目 某小水电站的电气部分的初步设定 专 业 电力系统自动化技术 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 20122012 年年 1 1 月月 5 5 日日 2 目录目录 前前 言言2 目录目录3 第第 1 1 章变压器的选择章变压器的选择5 1.11.1 主变压器的选择主变压器的选择.5 1.1.11.1.1 主变压器台数的选择主变压器台数的选择.5 1.1.21.1.2 主变压器台数的确定主变压器台数的确定.5 1.1.31.1.3 主变压器容量的确定主变压器容量的确定.5 1.1.41.1.4 主变压器型式的选择主变压器型式的选择.6 1.1.51.1.5 主变压器相数的选择主变压器相数的选择.6 1.1.61.1.6 主变压器绕组数的选择主变压器绕组数的选择.6 1.1.71.1.7 主变压器连接方式的选择主变压器连接方式的选择.6 1.1.81.1.8 主变压器调压方式的选择主变压器调压方式的选择.7 1.1.91.1.9 主变压器冷却方式的选择主变压器冷却方式的选择.7 1.1.101.1.10 主变压器的型号主变压器的型号.7 1.21.2 厂用变压器的选择厂用变压器的选择.8 1.2.11.2.1 厂用变压器的台数厂用变压器的台数.8 1.2.21.2.2 厂用变压器容量的选择厂用变压器容量的选择.8 1.2.31.2.3 厂用变压器冷却方式的选择厂用变压器冷却方式的选择.8 1.2.41.2.4 厂用变压器型式的选择厂用变压器型式的选择.8 1.2.51.2.5 厂用变压器连接组别的选择厂用变压器连接组别的选择.9 1.2.61.2.6 厂用变压器的型号厂用变压器的型号.9 1.2.71.2.7 厂用变压器的引接点厂用变压器的引接点.9 第第 2 2 章电气主接线的选择章电气主接线的选择10 2.12.1 电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求10 2.22.2 水电站电气主接线的特点水电站电气主接线的特点.10 2.32.3 水电站电气主接线的选择水电站电气主接线的选择.11 2.42.4 水电站电气主接线的比较与确定水电站电气主接线的比较与确定.14 第第 3 3 章章 短路电流的计算短路电流的计算15 3.13.1 概述概述.15 3.13.1 各元件参数的计算各元件参数的计算.16 第第 4 4 章章 电气设备的选择电气设备的选择20 4.14.1 概述概述.20 4.24.2 断路器的选择断路器的选择.21 4.2.14.2.1 6.3kv6.3kv 断路器的选择断路器的选择.21 4.2.24.2.2 35kv35kv 断路器的选择断路器的选择.22 4.34.3 隔离开关的选择隔离开关的选择.23 4.3.14.3.1 35kv35kv 隔离开关的选择隔离开关的选择.23 4.44.4 熔断器的选择熔断器的选择.24 3 4.54.5 互感器的选择互感器的选择.25 4.5.14.5.1 电流互感器的选择电流互感器的选择.25 4.5.24.5.2 电压互感器的选择电压互感器的选择.26 4.64.6 架空线路的选择架空线路的选择.27 4.74.7 汇流母线的选择汇流母线的选择29 4.7.14.7.1 6.3kv6.3kv 母线的选择母线的选择.29 4.7.24.7.2 35kv35kv 母线的选择母线的选择.30 4.84.8 开关柜的选择开关柜的选择31 4.84.8 电气设备汇总表电气设备汇总表.31 第第 5 5 章继电保护配置章继电保护配置32 5.15.1 概述概述.32 5.25.2 发电机的保护配置发电机的保护配置.32 5.35.3 变压器的保护配置变压器的保护配置.33 5.45.4 线路的保护配置线路的保护配置.34 4 第第 1 1 章章 变压器的选择变压器的选择 1.11.1 主变压器的选择主变压器的选择 1.1.11.1.1 主变压器台数的选择主变压器台数的选择 变压器的运行可靠性高，发生故障的几率小，检修周期长，损耗低，所以在选择时一般 不考虑主变压器的备用，减少变压器的台数，提高单台变压器容量，可以降低变压器的本体 投资，与之配套的配电设备也随之减少，使配电装置结构简化，布置清晰，更为简单，占地 面积少，运行检修维护工作量也减少从而取得较好的技术经济效益。主变压器台数的选择是 与发电厂的接入方式、机组的台数、容量及基本接线方式密切相关，大体上要求主变应与其 他的各个环节的可靠性应相一致。 主变压器的台数选择技术指标和经济指标的比较表 1-1 主变台数单台变压器两台变压器 供电安全性满足要求满足要求 供电可靠性基本满足要求满足要求 供电质量电能损耗略大电能损耗略小 灵活方便性灵活性差灵活性好 技术指标 扩建适用性稍差好 经济指标 电力变压器的综合 投资 占地面积小，投资小花费投资适中 1.1.21.1.2 主变压器台数的确定主变压器台数的确定 通过对待设计水电站原始资料和数据的分析，可以看出该水电站对系统的影响不大，不 会大范围的影响该地区的供电质量。所以在选择主变压器时，主要以水电站的经济性、供电 可靠性放在第一位考虑，来确立主变压器的选择方案。 一台主变压器符合了经济性和供电可靠性的要求，两台主变压器虽符合供电可靠性，但 投资经费不符合经济性。通过以上两种方案的综合比较，我们选用一台主变压器。 1.1.31.1.3 主变压器容量的确定主变压器容量的确定 主变压器的总容量，应保证在正常情况下，能将水电站全部功率送至电网或用户。 当发电机电压母线侧有直配负荷时，则发电机总容量扣除发电机电压母线最小负荷等于 主变压器的容量。然后据以选定厂家所生产的变压器的标准容量。 5 即 min (2 15002600) 150 6411.76kva cos0.85 n pp s n s 式中 s所需变压器容量，kva； p 发电机组总有功功率，kw； min p 发电机电压母线侧最小负荷值，kw； cos n 发电机额定功率因数； n s 变压器标准容量，kva。 因为本水电站相比电网中其他水电站，该水电站的机组容量较小，在电网中处于次要地 位，且发电最大利用小时数为 3200h，机组满发的概率较少，因此我们选择了容量为 6300kva 的变压器作为主变压器。 1.1.41.1.4 主变压器型式的选择主变压器型式的选择 1、油浸式变压器：过载能力强，维护能力强，价格便宜，但由于采用油为绝缘和冷却绝缘 介质，必须要注意防火防爆，同时检修维护复杂。 2、干式变压器：防火性能好，布置简单，占地少，过载能力低，绝缘度小。 小型水电站的主变宜采用三相油浸式电力升压变压器，其过载能力较强，价格便宜，因 此本水电站选用油浸式变压器。 1.1.51.1.5 主变压器相数的选择主变压器相数的选择 330kv 及以下的电力系统，在不受运输条件限制时，一般都应选择三相变压器。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；同时配电装置结构复杂，也增加了 维修工作量。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料及设计水电站的实际情况来选择。 本次设计的水电站，考虑到运输的条件和占地面积，因此选用三相变压器。 1.1.61.1.6 主变压器绕组数的选择主变压器绕组数的选择 国内电力系统中采用的变压器按绕组数分类有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低 压绕组分裂式等变压器。 因为本水电站只有两个电压等级，因此选用双绕组变压器。 1.1.71.1.7 主变压器连接方式的选择主变压器连接方式的选择 变压器三绕组的组别必须和系统电压相位一致，否则就不能并列运行。电力系统采用的 6 绕组连接方式只有星形“y”和三角形“”两种。在表示组别时分别用 y（y） 、d（d）表 示。因此，变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。 我国 110kv 及以上电网中，变压器三绕组都采用 yn 连接；35kv 采用 y 连接，其中性点 多通过消弧线圈接地，35kv 以下电压，变压器三相绕组都采用 d 连接。 本次设计的水电站采用 yd11 连接方式。 1.1.81.1.8 主变压器调压方式的选择主变压器调压方式的选择 为了保证发电站的供电质量，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的匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：不 带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在22.5%以内；另一种是带负荷切换，称为 有载调压，调整范围可达 30%，但其结构复杂、价格较贵。 对于小型水电站的主变压器，一般均采用无励磁调压方式，因此该水电站选用无励磁调 压方式的变压器。 1.1.91.1.9 主变压器冷却方式的选择主变压器冷却方式的选择 运行中的变压器，因有损耗而发热，而变压器的温升直接影响到它的负荷能力和使用年 限。为了降低温升，提高出力，保证变压器安全、经济地运行，就必须对变压器进行冷却。 根据变压器的型式、容量、工作条件的不同，变压器的冷却方式也不同。 一般的冷却方式有：自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷 却、强迫油循环导向冷却。 发电厂和变电所里的大部分变压器，都是油浸式变压器，对于 7500kva 以下小容量的变 压器，均采用自然风冷却，为使热量散发到空中，装有片状或管形辐射式冷却器，以增大冷 却面积。 本水电站的主变压器容量为 6300kva，因此选用自然风冷却方式。 1.1.101.1.10 主变压器的型号主变压器的型号 查发电厂变电站电气设备得 35kv 电力变压器的主要技术参数表，选择变压器型号 表 1-2 额定电压 （kv） 损耗 （kw） 变压器 型号 额定容量 （kva） 高压低压 连接组 标号 空载负载 阻抗 电压 （%） 空载 电压 （%） 冷却 方式 调压 方式 s9-6300/356300 38.5 5% 6.3yd116.5636.97.50.7 自然 风冷 无励磁 调压 7 1.21.2 厂用变压器的选择厂用变压器的选择 1.2.11.2.1 厂用变压器的台数厂用变压器的台数 为保证全厂的负荷正常运行，系统的供电可靠性，因此本水电站的厂用变采用两台变压 器比较合理。 1.2.21.2.2 厂用变压器容量的选择厂用变压器容量的选择 厂用变压器容量的选择，应保证在正常情况下满足全厂厂用电负荷的供电，不应由于 过负荷而影响其使用寿命，在一般事故或检修条件下，应有足够的备用容量，以保证发电机 组正常运行。 176.47 kva n s 150 cos0.85 k p 式中：水电站自用电总负荷。 k p 水电站负荷平均功率因数。cos 厂用变压器容量。 n s 1.2.31.2.3 厂用变压器冷却方式的选择厂用变压器冷却方式的选择 虽然空气比油的冷却作用差，但是此变压器容量偏小，电流密度偏低，因此采用干式自 冷式的冷却方式比较合适。 1.2.41.2.4 厂用变压器型式的选择厂用变压器型式的选择 目前可供选择的厂用变压器的型式有油浸式和干式两种。油浸式的特点是过载能力强， 屋内外均可布置，维修简便，价格便宜，但由于采用油为绝缘和冷却介质，屋内外必须要有 防火防爆小间，同时检修、维护复杂；干式变压器的特点是无油，防火性能较好，布置简单， 可就近布置在中压开关柜附近，缩短了电缆长度并提高供电可靠性，还可节省间隔及土建费 用，但过载能力低，绝缘余度小，在有架空线路直接连接的场合不宜使用，一面遭受感应雷 过电压；随着干式变压器生产技术的不断进步，已能生产出散热性能更好、体积小、过载能 力大的干式变压器。 由于考虑到本水电站是小型水电站，干式变压器和油浸式变压器相比较，虽然干式变压 器的本体价格较油浸变压器高，但是干式变压器的冷却介质及绝缘介质都是空气，而不是变 压器油，不需要像油浸变压器那样安装在单独的防爆间隔内，也不需要排油措施。因此本水 电站的厂用变压器用干式变压器较合适。 8 1.2.51.2.5 厂用变压器连接组别的选择厂用变压器连接组别的选择 由于 yyn0 接线的结构比较简单，消耗的材料也比较少，所以本水电站的厂用变压器连 接组别采用 yyn0。 1.2.61.2.6 厂用变压器的型号厂用变压器的型号 根据计算的容量和电压等级初步选择变压器型号 1、6.3kv 侧厂用变压器： 表 1-3 6.3kv 厂用变压器的参数 额定电压(kv) 损耗 （kw） 型号 高压低压 额定容量 （kva） 连接 组别 空载负载 阻抗 电压 空载 电流 sg3-200/660.4200yyn00.9431.5%1.5% 2、35kv 侧厂用变压器： 表 1-4 35kv 厂备用变压器的参数 额定电压(kv) 损耗 （kw） 型号 高压低压 额定容量 （kva） 连接 组别 空载负载 阻抗 电压 空载 电流 scb10-200/35350.4200yyn00.9803.5006%1.8% 1.2.71.2.7 厂用变压器的引接点厂用变压器的引接点 本水电站厂用变压器分别从两个地方引接，一个接到发电机出口 6.3kv 母线上，另外一 个接到 35kv 母线上。正常运行时 6.3kv 厂用变压器承担全部自用负荷，35kv 厂用变压器停 用，当 6.3kv 厂用变压器发生故障或要维修时，则备用变压器担负全部自用负荷。 9 第第 2 2 章电气主接线的选择章电气主接线的选择 2.12.1 电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求 （1）保证必要的可靠性和电能的质量。当主电路发生故障时，应在电路结构上使故障 的影响限制在一定范围内，不致造成事故的扩大。对主接线可靠性的保证有助于提高和保障 事故状态下的电能质量。 （2）主接线简单清晰，操作简便。水电站多处山区，地形复杂，电气设备布置及进出 线走廊均受一定限制。应尽可能简化接线，并尽量减少电压等级和进出线回路数，力求设备 切换所需的操作步骤减少，以减少可能因误操作而造成事故。 （3）具有必要的运行灵活性。主接线在正常情况下应能满足所需要的各种运行方式； 在发生故障时要便于采取相应的事故运行措施；在设备检修时应尽量不中断供电或缩小停电 范围和缩短停电时间。 （4）考虑发展的可能性和分期工程过渡。多数水电站按流域规划和水能计算的最优规 模作一次性开发，其最终装机容量不能任意扩展。 （5）技术先进，经济合理。在考虑主接线的可靠性时，应尽量采用已成熟的先进技术 和新型电气设备。 2.22.2 水电站电气主接线的特点水电站电气主接线的特点 （1）水电站一般距负荷中心较远，在发电机电压侧很少接有大功率用户，而用电较高 电压送点，故主变压器容量多按机主容量确定。 （2）除径流水电站外，其余电站大都担负系统调峰，调频和事故备用，利用小时数一 般较低，因此开停机频繁。 （3）水电站开机程序比较简单，机组起动迅速，易于实现自动化。 （4）水电站规模确定后，一般不考虑扩建。但规划设计中明确分期建设的电站，则在 主接线设计中应予以考虑。 （5）水电站多处山区，地形复杂，电气设备布置及进出线走廊均受一定限制， ，应尽可 能简化接线 ，避免在水电站设置复杂的变电枢纽（阶梯除外） ，并尽量减少电压等级和进出 线回路数。 （6）在同一河流上的阶梯水电站和地理位置相近的几个水电站，它们之间既有电的联 系，又有水的联系，设计电气主接线时应充分考虑这一点。 （7）主接线设计时，应充分考虑并妥善解决近区负荷的供电问题。 （8）水电站的站用负荷较小，工作电源一般不从高压侧引接。备用电源可引自地区配 电网，或保留施工变电所来解决问题。 10 2.32.3 水电站电气主接线的选择水电站电气主接线的选择 方案一方案一：35kv 采用单母线接线，6.3kv 采用单母线接线，如图 2-1。 图 2-1 优点：（1）接线简单清晰，设备少，运行时操作方便，投资少，便于扩建； （2）变压器数量少，投资省，电能损失小； （3）隔离开关仅在检修时用来隔离电源，误操作的可能性小，适应性强，主变压 器负荷变化不完全影响发电机的发电容量； 缺点：（1）该电气主接线的工作可靠性和灵活性较差； （2）母线范围（各回路断路器触头以内的母线电路）内发生故障时，与母线相连 的所以有电源回路均需切除，全部负载中断供电，直至故障排除； （3）母线或任一母线隔离开关需停电检修，全部回路停止供电； （4）某一回路的设备（断路器后线路隔离开关）需检修时，该回路应停止供电； 11 方案二：35kv 采用单外侨接线，6.3kv 采用单母线分段接线，如图 2-2 图 2-2 优点：（1）接线简单，高压断路器数量少，进出线减少，且线路的运行变压器的干扰； （2）一台主变压器回路故障或检修，不影响线路和另一台变压器运行； （3）当任意一段母线及其所接隔离开关故障或检修时，只需短时间停机，带分段 隔离开关拉开后，仍保持另一段母线所接机组送电，可靠性与灵活性比单母 高。 缺点：（1）一回出线故障或检修，电站一半功率需暂停输出，带线路隔离开关拉开后， 全部功率可由另一半回路送出； （2）桥连断路器检修时，二回出线需解列运行，如有穿越功率通过将受影响； （3）分段隔离开关故障或检修需全场停机。 12 方案三：35kv 采用单母线分段接线，6.3kv 采用扩大单元接线，如图 2-3 图 2-3 优点：（1）接线简单清晰，减少了变压器及断路器的数量，配电装置简单，减小投资 和运行费用，占地面积小，运行维护方便； （2）减少主变压器高压侧出线，简化高压侧接线和布置，整个电气接线投资较省； （3）当任意一段母线及其所接隔离开关故障或检修时，另一段母线的机组可继续 向电网送电，可靠性与灵活性比单母高 缺点：（1）两台机组接一台主变压器，故障影响范围较大，主变压器故障或检修时， 两台发电机容量不能送出，可靠性略差。 （2）在母线和母线隔离开关检修或故障时，各支路必须停止工作；引出线的断路 器检修时，该支路要停止供电。 13 2.42.4 水电站电气主接线的比较与确定水电站电气主接线的比较与确定 （1）主接线技术经济比较： （2）主接线的确定 由于水电站装机容量为 21500+2600kw，并且电站在系统中不占很重要的地位，即使 装机台数很多，经论证后采用一台变压器以 35kv 升压送电在技术经济上也是合理的。电站 因年运小时数不大，三台机满发的机会少，经常出现一台或两台发电机，此时电站可选择某 台主变压器停止运行，从而降低了主变压器的损耗，减小电站运行费用，所以当选取两台主 变压器时，电站的投资成本将增大（现对于一台主变压器而言） ，而且变压器的占地面积也 相应增大。 综上所述：我们设计的主接线采用方案一。 项目方案一方案二方案三 可靠性 在变压器侧隔离开关检 修或故障时，变压器停 止工作，发电机停机； 引出线的断路器检修时， 该支路要停止供电，可 靠性差。 在变压器侧隔离开关检 修或故障时，该支路变 压器停止工作，线路经 跨条连接，恢复供电； 引出线的断路器检修时， 该支路要停止供电，可 靠性好。 在变压器侧隔离开关检 修或故障时，该支路变 压器停止工作，经母联 合闸，给线路供电；引 出线的断路器检修时， 该支路要停止供电，可 靠性较好。 灵活性 调度灵活，检修变压器 两侧设备时，要停机， 扩建麻烦，灵活性差 调度灵活，检修一台变 压器两侧设备时，不影 响线路供电，扩建方便， 灵活性好 调度灵活，检修一台变 压器两侧设备时，不影 响线路供电，扩建方便， 灵活性好 经济性投资省，站地面积小， 电能损失少 投资较大，站地面积小， 电能损失大 投资较大，站地面积小， 电能损失大 14 第第 3 3 章章 短路电流的计算短路电流的计算 3.13.1 概述概述 电力系统的电气设备，在运行中必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最 常见同时也是最危险的故障发生故障是发生各种形式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的 正常供电和电气设备的正常运行。 所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大 电流。在三相系统中，可能发生短路主要有三相短路、两相短路和单相短路。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少， 三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此， 我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。 一、短路电流计算的目一、短路电流计算的目的的 1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短 路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 2、在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作， 同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。 4、在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 5、按接地装置的设计，也需用短路电流。 二、短路电流计算的一般规定二、短路电流计算的一般规定 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短路电流，应按工程的设 计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后 510 年） 。确定 短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可 能并列运行的接线方式。 2、选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步 电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 3、选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时 短路电流为最大的地点。 4、导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。 15 3.13.1 各元件参数的计算各元件参数的计算 一、基准值的选取一、基准值的选取 ； 100 b smva bav uu 表 3-1 基准值表 额定电压 un ( kv) 635 基准电压 ub ( kv) 6.337 二、计算各元件参数二、计算各元件参数 系统如图 3-1 所示： 图 3-1 1 1、计算各元件参数的标幺值、计算各元件参数的标幺值 ； 100 b smva bav uu 发电机 1： 1* 100 0.2111.9 1.5/0.85 b d n s s 发电机 2： 2* 100 0.2111.9 1.5/0.85 b d n s s 16 发电机 3： 3* 100 0.216.87 2.6/0.85 b d n s s 变压器 4： 4* %7.5100 1.19 1001006.3 kb n us s 线路 5 和线路 6：5*6* 22 100 0.4 7.90.23 37 b l av s l u 变压器 7: 7* %12.1100 0.11 100100110 kb n us s 发电机 8：8* 100 0.331.22 23/0.85 b d n s s 线路 9： 9* 22 100 0.4770.23 110 b l av s l u 发电机 10： 10* 100 0.350.65 46/0.85 b d n s s 2 2、画等值电路图、画等值电路图： 图 3-2 3 3、化简等值电路图、化简等值电路图 把串联支路相加，并联支路并联得： 11*7*9*10* 0.11 0.23 0.650.99 12*5*6* 111 0.230.12 222 17 13* 1*2*3* 11 3.19 111 111 11.911.96.87 化简得如图 3-3： 图 3-3 继续简化： 8*11* 14*12* 8*11* 1.22 0.99 0.120.67 1.220.99 如图 3-4： 图 3-4 1)1) 当在当在 35kv35kv 母线（即母线（即处）发生三相短路时：处）发生三相短路时： 3 1 k 图 3-5 图 3-6 15*4*13* 1.193.184.38 14*15* 16* 14*15* 0.67 4.38 0.58 0.674.38 即总电抗： * 0.58 18 短路电流标幺值： * * 11 1.72 0.58 f i 短路电流有效值： * 100 1.722.68 33 37 b ff b s iika u 冲击电流：22 1.8 2.686.82 chmf ikika 短路容量： * 1.72 100172 kfb sismva 2)2) 当在当在 6.3kv6.3kv 母线（即母线（即处）发生三相短路时：处）发生三相短路时： 3 2 k 图 3-7 图 3-8 17*4*14* 1.190.671.86 13*17* 18* 13*17* 3.19 1.86 1.17 3.19 1.86 即总电抗： * 1.17 短路电流标幺值： * * 11 0.85 1.17 f i 短路电流有效值： * 100 0.857.79 336.3 b ff b s iika u 冲击电流：22 1.8 7.7919.8 chmf ikika 短路容量： * 0.85 10085 kfb sismva 表 3-2 短路电流计算结果 短路点 类型 3 1 k 3 2 k 短路电流（ka） 3 k i 2.687.79 19 冲击电流 （ka） ch i 6.8219.8 短路容量（mva） k s 17285 20 第第 4 4 章章 电气设备的选择电气设备的选择 4.14.1 概述概述 电气装置中的载流导体和电气设备，在正常运行和短路状态时，都必须安全可靠地运行。 为了保证电气装置的可靠性和经济性，必须正确地选择电气设备。各种电气设备选择的一般 程序是：先按正常工作条件选择出设备，然后按短路条件校验其动稳定和热稳定。 电气设备和载流导体的选择设计，必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先 进、经济合理、安全可靠、运行方便和为今后的发展扩建留有一定的余地。 一、电气设备的选择的一般要求 （1） 应满足各种运行、检修、短路和过电压情况的运行要求，并考虑远景发展。 （2） 应按当地环境条件（如海拔、大气污染程度和环境温度等）校核。 （3） 应力求技术先进和经济合理。 （4） 与整个工程的建设标准应协调一致。 （5） 同类设备应尽量减少品种，以减少备品备件，方便运行管理。 （6） 选用的新产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格，在特殊情况下，选用未经 正式鉴定的新产品时，应经上级批准。 二、按正常工作条件选择 1、额定电压 在选择设备时，一般可按照电气设备和载流导体的额定电压不低于装置地点电网额定电 n u 压的条件选择，即应满足条件： ns u n u ns u 2、额定电流 导体和电气设备的额定电流或载流导体的长期发热允许电流应不小于该回路的最大持续工 y i 作电流，即应满足条件： maxg i a y i maxg i a 三、按短路条件进行校验 电气设备按短路故障情况进行校验，就是要按最大可能的短路故障（通常为三相短路故 障）时的动、热稳定度进行校验。但有熔断器和有熔断器保护的电器和导体（如电压互感器 等） ，以及架空线路，一般不必考虑动稳定度、热稳定度的校验，对电缆，也不必进行动稳 定度的校验。 21 4.24.2 断路器的选择断路器的选择 4.2.14.2.1 6.3kv6.3kv 断路器的选择断路器的选择 一、按正常工作选择 1、额定电压： ； =6.3kv ； 即 =6.3kv n u ns u n u n u ns u 2、额定电流： y i maxg i a 1、2 号发电机出口侧最大持续工作电流： 1.2 max 1max 2 1500 1.051.05169.8 3cos36.3 0.85 n gg n p iia u aa 3 号发电机出口侧最大持续工作电流： 3 max 3 2600 1.051.05294.3 3cos36.3 0.85 n g n p ia u a 变压器进线侧最大持续工作电流： max 4 6300 1.051.05606.21 336.3 n g n s ia u a 因此，=606.21 a y i maxg i a 3、断路器的开断电流选择： =7.79 ka nkd i 1 3 k i 根据 6.3kv 断路器的额定电压和额定电流初步选定其型号为 zn28-12 表 4-1 zn28-12 户内真空断路器的参数 型号 额定 电压 (kv) 最高工 作电压 (kv) 额定 电流 （a ） 额定开 断电流 （ka） 额定短时 耐受电流 ka（4s） 额定峰值 耐受电流 （ka） 额定关 合电流 （ka） 额定合 闸时间 （s） 全开断 时间 （s） zn28-1210126302012.531.531.50.10.06 二、设备校验 1、动稳定校验： =19.8 ka dw i ch i 2、热稳定校验： 22 =7.79 ka rp i 1 3 k i 三、选择校验结果列表如下 表 4-2 6.3kv 侧断路器 校验项目计算参数选择 zn28-12校验结果 工作电压 kv 6.3 额定电压 kv 10 合格 最大持续工作电流 a 606.21 额定电流 a 630 合格 动稳定校验（ka） 19.8 额定峰值耐受电流 （ka） 31.5 合格 热稳定校验（ka） 7.79 额定短时耐受电流 （ka） 12.5 合格 额定开断电流（ka） 7.79 额定开断电流（ka） 31.5 合格 4.2.24.2.2 35kv35kv 断路器的选择断路器的选择 一、按正常工作选择 1、额定电压： ； =35kv ； 即 =35kv n u ns u n u n u ns u 2、额定电流： y i maxg i a 变压器出线侧最大持续工作电流： max 6300 1.051.05109.12 33 35 n g n s ia u a 因此，=109.12 a y i maxg i a 3、断路器的开断电流选择： =2.68 ka nkd i 2 3 k i 根据 35kv 断路器的额定电压和额定电流初步选定其型号为 zw8-40.5 表 4-3 zw8-40.5 户外真空断路器的参数 型号 额定 电压 (kv) 最高工 作电压 (kv) 额定 电流 （a ） 额定开 断电流 （ka） 额定短时 耐受电流 ka（4s） 额定峰值 耐受电流 （ka） 额定关 合电流 （ka） 额定合 闸时间 （s） 全开断 时间 （s） zw8-40.53540.51600202050500.10.06 二、设备校验 23 1、动稳定校验： =6.82 ka dw i ch i 2、热稳定校验： =2.68 ka rp i 1 3 k i 三、选择校验结果列表如下 表 4-4 35kv 侧断路器 校验项目计算参数选择 zw8-40.5校验结果 工作电压 kv 35 额定电压 kv 35 合格 最大持续工作电流 a 109.12 额定电流 a 1600 合格 动稳定校验（ka） 6.82 额定峰值耐受电流 （ka） 50 合格 热稳定校验（ka） 2.68 额定短时耐受电流 （ka） 20 合格 额定开断电流（ka） 2.68 额定开断电流（ka） 20 合格 4.34.3 隔离开关的选择隔离开关的选择 4.3.14.3.1 35kv35kv 隔离开关的选择隔离开关的选择 一、按正常工作选择 1、额定电压： ； =35kv ； 即 =35kv n u ns u n u n u ns u 2、额定电流： y i maxg i a 变压器出线侧最大持续工作电流： max 6300 1.051.05109.12 33 35 n g n s ia u a 因此，=109.12 a y i maxg i a 根据 35kv 隔离开关的额定电压和额定电流初步选定其型号为 gw4-35 表 4-5 gw4-35 隔离开关的参数 型号 额定电压 （kv） 最高电压 （kv） 额定电流 （a） 动稳定电流 （ka） 热稳定电流 （ka） gw4-353540.56305020 24 二、设备校验 1、动稳定校验： =6.82 ka dw i ch i 2、热稳定校验： =2.68 ka rp i 1 3 k i 三、选择校验结果列表如下 表 4-5 35kv 侧隔离开关 校验项目计算参数选择 zw8-40.5校验结果 工作电压 kv 35 额定电压 kv 35 合格 最大持续工作电流 a 109.12 额定电流 a 630 合格 动稳定校验（ka） 6.82 动稳定校验（ka） 50 合格 热稳定校验（ka） 2.68 热稳定校验（ka） 20 合格 4.44.4 熔断器的选择熔断器的选择 在高压电网中，高压熔断器可作为配电变压器和配电线路的过负荷与短路保护，也可以 作为电压互感器的短路保护。对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流 容量两项选择，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 （1）根据6.3kv熔断器的额定电压和额定电流初步选定其型号为2 表4-6 熔断器的参数 2 rn 型号 额定电压 （kv） 额定电流 （a） 额定开断电流 （mva） 2 rn 100.51000 （2）根据35kv熔断器的额定电压和额定电流初步选定其型号为9 35 表4-7 熔断器的参数rw9-35 型号 额定电压 （kv） 额定电流 （a） 额定开断电流 （mva） rw9-35 350.52000 熔断器开断电流校验： dl s k s 用于保护 6.3kv 电压互感器的熔断器：1000mva85mva 25 用于保护 35kv 电压互感器和厂用变的熔断器：2000mva172mva 因此符合要求。 4.54.5 互感器的选择互感器的选择 4.5.14.5.1 电流互感器的选择电流互感器的选择 一、电流互感器的配置 1、凡是装设断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应能满足测量、保护、自动装置的 需要。 2、在未设断路器的下列地点应装设电流互感器：发电及变压器中性点、发电机和变压器出 口、桥形接线的跨条上。 3、中性点直接接地系统一般按三相配置，非直接接地系统根据需要按两相或者三相配置。 二、电流互感器的选择 1、按一次回路额定电压选择 电流互感器的一次额定电压必须满足： n u ns u 6.3kv 侧：=6.3kv； n u ns u 35kv 侧：=35kv n u ns u 2、按一次回路额定电流选择 电流互感器的一次额定电流必须满足： n i maxg i a 由于本水电站三台发电机 1、2 号机容量为 1500kw，3 号机为 2600kw。所以，在计算发 电机出口侧最大长期工作电流时需要分别计算。 （一）（一）6.3kv6.3kv 侧一次回路最大长期工作电流计算：侧一次回路最大长期工作电流计算： 1、2 号发电机出口侧最大持续工作电流： 1.2 max 1max 2 1500 1.051.05169.8 3cos36.3 0.85 n gg n p iia u aa 26 3 号发电机出口侧最大持续工作电流： 3 max 3 2600 1.051.05294.3 3cos36.3 0.85 n g n p ia u a 根据 6.3kv 侧电流互感器额定电流初步选择型号为 lfg-10 型电流互感器 表 4-8 lfc-10 型电流互感器的参数 额定电流（a） 型号 一次电流二次电流 级次组合 准确度等级 或级号 lfc-1020050.50.5 lfc-1030050.50.5 （二）（二）35kv35kv 侧一次回路最大长期工作电流计算：侧一次回路最大长期工作电流计算： max 6300 1.051.05109.12 33 35 n g n s ia u a 根据 35kv 侧电流互感器额定电流初步选择型号为 lmc-10 型电流互感器 表 4-9 lb-35 型电流互感器的参数 1s 热稳定电流（ka）/动稳定电流 （ka） 一次电流（a） 型号额定电流级次组合 额定输出 (va) 150 lb-35275/50.5/10p/10p509.8/25 4.5.24.5.2 电压互感器的选择电压互感器的选择 一、电压互感器的配置 1、电压互感器的配置应能满足保护、测量、同期和自动装置的要求。 2、6 220kv 电压等级的每一组主母线的三相上应装设电压互感器。 3、当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 4、发电及出口一般装设两组电压互感器。 二、电压互感器的选择 1、按一次回路额定电压选择 27 为了确保电压互感器安全和在规定的准确度等级下运行，电压互感器一次绕组所接系统 电压应在 1.160.85范围内变动，满足下列条件，即 ns u ni u 0.851.2 ni u ns u ni u 根据 6.3kv 侧电压互感器额定电压初步选择型号为 jsjw-6 型电压互感器 表 4-10 为 jsjw-6 型电压互感器的参数 型号额定变比 在下列准确度等级下额定容量 （va） 最大容量 （va） 0.5 级1 级3 级 jsjw-66/0.1/0.1/3 80150320 640 根据 35kv 母线侧电压互感器额定电压初步选择型号为 jdzj-35 型电压互感器 表 4-11 为 jdzj-35 型电压互感器的参数 型号额定变比 在下列准确度等级下额定容量 （va） 最大容量 （va） 0.5 级1 级3 级 jdzj-35 / 35 3 0.1 3 0.1 3 150250600 1200 根据 35kv 出线侧电压互感器额定电压初步选择型号为 jdzj-35 型电压互感器 表 4-12 为 jdzj-35 型电压互感器的参数 型号额定变比 在下列准确度等级下额定容量 （va） 最大容量 （va） 0.5 级1 级3 级 jdzj-3535/0.1 150250600 1200 4.64.6 架空线路的选择架空线路的选择 电力网的导线是输送电能的主要元件，正确的选择导线截面，对电力网的经济和技术指 标有很大的影响。导线截面选择得过大，将增加投资及有色金属的消耗量；导线截面选择得 过小，运行时产生较大的电能损耗，既浪费资源也不经济，同时，在线路上产生过大的电压 损耗，供电电压不能满足要求。因此，在导线截面的选择中，必须兼顾技术和经济两个方面。 28 从技术上讲，在正常运行时，线路不应发生全面电晕；在正常和事故情况下导线通过的电流 有一定的机械强度。在技术条件满足的情况下，导线截面应满足以上五个条件。但并非所有 导线都同时要满足上述五个条件，一般的讲，35kv及以上的线路要按经济电流密度选择导线 截面，然后再校验其他技术条件。对于中低压配电网，一般按照电压损耗条件选择导线截面， 再校验其他条件。 一、35kv架空线路的选择与校验 因为35kv的出线是双回输电线路，所以线路输送的最大负荷电流为： max 2 15002600 54.34a 223cos23 35 0.85 n ip u 由于h，查表 4-13 得经济电流密度 max 3200t 2 1.15a/ ec jmm 表 4-13 各导线材料经济电流密度 最大负荷利用小时 导线材料 3000以下 3000-5000 5000以上 铝线、钢芯铝线 1.651.150.9 铜线 3.02.251.75 铝芯电线 1.921.731.54 铜芯电线 2.52.252.0 则双回路中每相导线截面积为： 2 max ec 54.34 s=47.25mm 1.15 i j 根据计算出的截面积初步选定型号为lgj-50型导线。 表4-14 lgj-50型导线的参数 型号 计算外径 （mm ） 计算截面 （） 2 mm 单位质量 （g/m） 屋外载流量 （a） lgj-509.6056.30195220 导线的校验： 1、安全电流。每相导线出现最大电流的情况是在一回线路故障，而另一回线路带全部 负荷时，最大负荷电流。lgj-50载流量为220a108.67a，满足 max 54.34 2108.67ia 发热条件。 29 2、电晕条件。因为该线路为35kv，处于110kv以下，所以不需要考虑电晕放电。 3、机械强度。lgj-50的最小允许截面为，符合要求。 2 10mm 2 50mm 4、电压损耗。经查表知lgj-50的电阻为=0.65，=0.4。已知 1 r/ km 1 x/ km p=5.6mw，则；则：cos0.85q=3.47mvar ； 11 pr +qx5.6 0.653.47 0.47.9pr+qx 1.13kv uu35 nn l u ，符合要求。 n u1.13 100%=100%=3.24% u35 10% 4.74.7 汇流母线的选择汇流母线的选择 1、母线的截面积选择有两种方法： （1）按导体长期发热允许电流选择。发电厂主母线和引下线以及持续电流较小，一般按照 最大长期工作电流选择。 （2）按经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大、传输容量大、长度在 20m 以上的导体， 其截面一般按经济电流密度来选择。 本电站汇流母线的长度小于 20m，且各段电流分布不一，因此按导体长期发热允许电 流选择母线的截面积。 2、按导体长期发热允许电流选择母线的载流截面： 载流导体所在电路中最大持续工作电流应不大于导体长期发热的允许电流，即 maxg i ay i = y i yn k i maxg i a 式中 导体允许温度和基准环境条件下的长期发热允许电流； y i 综合修正系数k 表