道谭水电站一次及发电机保护设计毕业设计论文(水电).doc

毕业设计（ 论文） 题题 目目 道谭水电站一次道谭水电站一次 及发电机保护设计及发电机保护设计 专专 业业 电气工程及其自动化（电力）电气工程及其自动化（电力） 班班 级级 电电 力力 1 1 0 0 2 2 学学 生生 指导教师指导教师 2014 年 系: 系 主 任: 批准日期: 毕毕 业业 设设 计计（论论 文文）任任 务务 书书 电力 系 电气工程及其自动化专业 102 班 学生 一、毕业设计(论文)课题 道谭水电站一次及发电机保护设计 二、毕业设计(论文)工作自 2010 年 3 月 1 日起至 2010 年 06 月 15 日止 三、毕业设计(论文)进行地点 教 2 楼 330 四、毕业设计(论文)的内容要求 （一）设计内容 1 、查阅文献资料，了解水电站在国内外的发展现状 ；阅读外文资 料并至少翻译一篇与设计内容相关的外文文献。 2、分析原始资料，根据道谭水电站的特点，拟定水电站电气一次主 接线方案；并进行技术，经济等方面的论证比较，选择最优方案。 3、根据道谭水电站的实际情况以及特点，设计出其厂用电系统，并 绘制出厂用电接线图。 4、根据最终确定的道谭水电站主接线方案，选择短路点和进行短路 电流计算，并根据短路电流计算结果对一次设备进行选型。 5、发电机保护设计、继电保护定值计算等；并依据计算结果选择继 电保护元件。 6、完成下列图。 （1）电气主接线一次展开图及布置图。 （2）继电保护展开图，原理图及其接线图。 （二）设计要求 1、设计方案要进行论证、比较，综合择优。 2、设计计算原理、公式、图表、引用资料来源要详细完整。 3、文字要简练明确。 4、选型、计算结果要表格化。 5、图纸制作规范，计算机绘图，图形、标号要符合标准。 6、装订、打印、页码等要规范、完整，文字大约 60 页左右。 负责指导教师 指导教师 接受设计论文任务开始执行日期 2014.3.1 学生签名 毕毕业业设设 计（计（论论文）文）进进度度 表表 电力 系 月日 周次任务阶段名称及详细项目 检查 日期 检 查 结 果 24 2 1收集论文所需资料 3 16 2 3 撰写开题报告 17 23 4翻译英文文献 24 31 5分析原始资料并拟定电气主接线方案 1 7 6 对电气主接线进行经济技术比较，确定 最终的电气一次主接线方案 8 14 7选择短路点，分析计算短路电流 15 21 8 电气一次设备选型 2 3 4 5 22 5 9 10 画出电气一次布置图、接线图 月日 周次任务阶段名称及详细项目 检查 日期 检 查 结 果 6 19 11 12 继电保护设计及保护定值计算 20 26 13画出继电保护接线原理图及展开图 27 9 14 15 整理打印毕业设计稿、计算机绘图 10 16 16修改存在问题、答辩 6 6 指导教师(签名) 田录林 学生(签名) 2014 年 2 月 24 日 摘 要 电气主接线是发电厂电气的核心部分，是构成电力系统的重要环节。 其接线方式设计的合理与否对发电厂本身，甚至对整个电力系统的可靠供 电、灵活运行、方便检修以及经济合理性均起着决定性的作用。同时也影 响电气设备选择、配电装置布置、继电保护与控制方式的确定。故主接线 方案的合理确定是十分必要的。本论文综合考虑了各方面因素，通过对道 谭水电站电气主接线的设计以及发电机保护的整定计算，加深了对大学所 学专业理论知识的理解与掌握。 本论文首先从分析道谭水电站的原始资料出发，给出了可能适合的几 种电气主接线方案，并对其进行了较为详细的论证比较，从其中选出一种 最合理的主接线方案作为道谭水电站的最终主接线方式。然后根据原始资 料数据，进行短路电流计算、电气设备选择及校验和配电装置的设计。最 后以发电机 G1、G2 和 G3、G4 为例，分析其故障、不正常运行方式，并 参考发电机保护配置相关规程，选择合理的保护配置，并对所选保护设备 进行了整定计算，绘制了保护原理接线图及展开图。 关键词: 电气主接线，短路电流，发电机，继电保护 ABSTRAC The electrical host wiring is the core of the power plant electrical part, constitutes the electrical power system key link. Its connection way determinate to the whole electrical power system as well as the power plant itself power supply reliability, the movement flexibility, the overhaul convenience or not and the economical rationality is playing the decisive role, simultaneously also to the power plant electrical equipment choice, the power distribution equipment arrangement, the relay protection and the control mode draws up has the very tremendous influence. Therefore determined reasonably the host wiring plan is extremely essential. The present paper research electrical host wiring overall evaluation various aspects factor, by setting calculation of the electrical host wiring and the bus protection of the Station to inforce the professional knowledge. This paper first analyzes the raw data of Dao Tan hydropower station,Several possible electrical main wiring program will been given and carried on the detailed comparison proof to its, to choose an ideal main Connection as the finally the main wiring way of the Dao Tan hydropower station. And then based on the raw data to carry on the short-circuit current the computation and the electrical equipment choice and the verification,As well as the design of power distribution devices; Finally, take the generator G1、G2、G3、G4 as a example, Through to its breakdown movement way and unnormal operation way analysis, referencing generator protection disposition related regulations, to choose its reasonable protection disposition form, and to choose the equipment to carry on the setting and calculation , has drawn the principle wire diagram and expand diagram. KEYWORDS: electrical host wiring，short-circuit current，generators， relay protection 目录目录 第 1 章 绪论 1 1.1 毕业设计（论文）课题来源1 1.2 选题的目的及意义1 1.3 本课题在国内外的研究状况及发展趋势1 1.3.1 水电站的发展1 1.3.2 电气一次设计的现状及发展1 1.3.3 继电保护的现状与发展2 1.4 本课题主要研究内容2 1.4.1 设计内容2 1.4.2 设计要求3 第 2 章 电气主接线设计 4 2.1 原始资料分析4 2.2 电气主接线设计技术基础5 2.3 主接线方案的拟定5 2.4 主接线方案的比较9 2.5 主接线方案的确定.10 第 3 章 厂用电设计 .12 3.1 厂用电设计原则.12 3.2 厂用电负荷的分类.12 3.3 厂用电接线形式.13 3.4 厂用变压器的选择.13 3.5 厂用电系统设计图.14 第 4 章 短路电流分析计算 .15 4.1 计算说明.15 4.1.1 基本资料.15 4.2 各元件电抗标幺值的计算.17 4.2.1 电抗有名值和标幺值变换的计算公式： .17 4.2.2 各元件电抗标幺值.18 4.3 系统主接线简化图.19 4.3.1 短路点的选择.19 4.3.2 主接线单线图.19 4.3.3 等值电抗图.19 4.4 各短路点短路电流计算.20 4.4.1 d1 点短路 20 4.4.2 d2 点短路 25 4.4.3 d3 点短路 29 4.4.4 d4 点短路 33 4.5 路电流计算表.39 第 5 章 电气一次设备的选择 .41 5.1 电气设备选择的一般原则.41 5.1.1 按正常工作条件选择.41 5.1.2 按短路状态校验.42 5.2 电气设备的选择.42 5.2.1 高压断路器和隔离开关的选择.42 5.2.2 互感器的选择.46 5.2.3 母线的选择.52 5.2.4 避雷器的选择.56 第 6 章 发电机继电保护 .60 6.1 概述.60 6.1.1 继电保护的基本作用 .60 6.1.2 继电保护的基本原理 .60 6.1.3 继电保护的基本要求.61 6.1.4 继电保护装置的组成.61 6.2 发电机保护.61 6.2.1 发电机故障和非正常运行状态.61 6.2.2 发电机保护装设类型.62 6.2.3 发电机保护配置.63 6.3 发电机保护原理.64 6.3.1 纵差动保护原理 .64 6.3.2 横差动保护原理 .65 6.3.3 发电机定子单相接地保护.65 6.3.4 发电机零序电压保护原理.66 6.3.5 发电机负序过电流及低电压起动的过电流保护原理.66 6.3.6 发电机定子绕组过负荷保护.66 6.3.7 发电机过电压保护.66 6.3.8 发电机转子一点接地保护.67 6.3.9 发电机失磁保护.67 6.4 微机保护装置的选择.68 6.5 发电机 G1、G2 定值整定68 6.5.1 纵差保护的整定.68 6.5.2 横差动保护的整定.69 6.5.3 发电机复压过电流保护.70 6.5.4 定子接地保护.71 6.5.5 转子接地保护.72 6.5.6 过负荷保护.72 6.5.7 失磁保护.73 6.5.8 过电压保护.74 6.6 发电机 G3、G4 定值整定74 6.6.1 纵差保护的整定.74 6.6.2 横差动保护的整定.75 6.6.3 发电机复压过电流保护.75 6.6.4 定子接地保护.76 6.6.5 转子接地保护.76 6.6.6 过负荷保护.76 6.6.7 失磁保护.77 6.6.8 过电压保护.78 总结 80 致谢 81 参考文献 82 附录 85 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 毕业设计（论文）课题来源毕业设计（论文）课题来源 本课题是道谭水电站一次及发电机保护设计，主要来源于生产实际， 本课题属于工程设计类。 1.21.2 选题的目的及意义选题的目的及意义 电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的 第一基础产业。在地球传统能源日益紧张的情况下，世界各国普遍优先 开发水电，大力利用水能资源。水电站可以减少火电站对环境的污染， 可以很好地改善电能质量等，因此水电站的建设具有很重要的意义1。 1.31.3 本课题在国内外的研究状况及发展趋势本课题在国内外的研究状况及发展趋势 1.3.11.3.1 水电站的发展水电站的发展 随着经济的快速发展，电力市场形势发生了根本变化，由过去电量 和容量“双缺”演变为电量相对过剩和调峰容量严重不足，这给水电的 发展带来了良好的机遇。这就要求我们在继续重视小水电开发的基础上， 进行阶梯开发，建设水电基地2。 1.3.21.3.2 电气一次设计的现状及发展电气一次设计的现状及发展 电力生产的首要任务就是要做到安全可靠，电气主接线是发电厂变、 电站电气设计的主要部分，其最基本的要求就是要保证供电的可靠性。 分析判断主接线可靠性时，需要把发电厂的实际情况考虑在内。此外主 接线的设计一定要灵活、简单，方便人们掌握。在保证安全可靠地基础 上，还应考虑经济性。电气主接线的设计必须方便发电厂以后的扩建和 减少施工量。要在原有设计的基础上做一些优化处理，这样一来可以达 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 2 到优化布置的效果3。 1.3.31.3.3 继电保护的现状与发展继电保护的现状与发展 与传统继电保护相比较，微机保护有许多优点，其主要特点有：改 善和提高继电保护的动作特征和性能，动作正确率高；可以方便地扩充 其他辅助功能；工艺结构条件优越；可靠性容易提高；使用灵活方便， 人机界面越来越友好；可以进行远方监控4。 继电保护技术的发展趋势是向着数字化，网络化，智能化，多功能 一体化和虚拟化发展5。 1.41.4 本课题主要研究内容本课题主要研究内容 1.4.11.4.1 设计内容设计内容 1 、查阅文献资料，了解水电站在国内外的发展现状 ；阅读外文 资料并至少翻译一篇与设计内容相关的外文文献。 2、分析原始资料，根据道谭水电站的特点，拟定水电站电气一次 主接线方案；并进行技术，经济等方面的论证比较，选择最优方案。 3、根据道谭水电站的实际情况以及特点，设计出其厂用电系统， 并绘制出厂用电接线图。 4、根据最终确定的道谭水电站主接线方案，选择短路点和进行短 路电流计算，并根据短路电流计算结果对一次设备进行选型。 5、发电机保护设计、继电保护定值计算等；并依据计算结果选择 继电保护元件。 6、完成下列图。 （1）电气主接线一次展开图及布置图。 （2）继电保护展开图，原理图及其接线图。 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 3 1.4.21.4.2 设计要求设计要求 1、设计方案要进行论证、比较，综合择优。 2、设计计算原理、公式、图表、引用资料来源要详细完整。 3、文字要简练明确。 4、选型、计算结果要表格化。 5、图纸制作规范，计算机绘图，图形、标号要符合标准。 6、装订、打印、页码等要规范、完整，文字大约 60 页左右。 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 4 第第 2 2 章章 电气主接线设计电气主接线设计 2.12.1 原始资料分析原始资料分析 道谭水电站原始资料道谭水电站原始资料: : 水电站馈线：两回 110KV 经 20 公里架空线与系统连接，系统容量 550MVA； 两回 330KV 经 30 公里架空线与系统连接，系统容量 1100MVA。 主变：（自选） 发电机：2 台容量 100 MVA，电压 10.5KV， cosN =0.875(超前)， =0.18， =107.1r/m，YY 接法。 “ d x N n 2 台容量 50 MVA，电压 10.5KV，cosN =0.85(超前)，=0.24， “ d x =107.1r/m，YY 接法。 N n 电厂负荷：、机组自用负荷：5315KVA，1500KVA。 、公用负荷：21000KVA。 、坝顶负荷：2800KVA。 其它：气象条件一般，年平均温度 25，海拔 800 米，年利用小时 4000h/a。 （1） 分析 该设计电厂为一中型水电站，其容量为 250+2100=300MVA，占 电力系统总容量 300/（1100+550）100%=18.18%，超过了电力系统的 检修备用容量 8%-15%和事故备用容量 10%的限额，说明该水电厂在未 来电力系统中的地位和作用至关重要，且年最大负荷利用小时数位 Tm=4000h，大于电力系统发电机组年最大负荷利用小时数 3000h，而小 于 4000h，故该水电厂主要承担电力系统中的腰荷，从而该厂主接线的 设计应以保证供电可靠性为主进行选择6。 （2） 电压等级 该水电站共有三个电压等级。 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 5 10.5KV，发电机出口电压等级； 110KV，由两回出线经 20 公里接入容量为 550MVA 的系统； 330KV，由两回出线经 30 公里接入容量为 1100MVA 的系统。 （3） 负荷情况 厂用总负荷为 5.675MVA（机组自用负荷： 5315KVA+1500KVA=2.075MVA；公用负荷：21000KVA=2MVA；坝顶 负荷：2800KVA=1.6MVA） （4） 环境条件 气象条件一般，年平均温度 25，海拔 800 米。 2.22.2 电气主接线设计技术基础电气主接线设计技术基础 电气主接线的基本要求,概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三 个方面。安全可靠是电力工业的首要任务，电气主接线最基本的要求是 供电可靠；灵活性主要包括操作方便性、调度方便性以及扩建的方便性； 经济性主要考虑节省一次投资，占地面积少以及电能损耗少7。 具有母线的电气主接线：单母线接线和 单母分段接线；单母带旁 路母线接线； 双母接线和双母分段接线； 双母带旁路母线接线； 3/2 接线和 4/3 接线。无母线的电气主接线： 桥形接线（内桥和外桥）； 以及发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机组的单元接线 和扩大单元接线8。 2.32.3 主接线方案的拟定主接线方案的拟定9 主接线方案的拟定：根据任务书的要求，在对原始资料分析的基础 上，根据对电源、电压等级、出线回路数、变压器台数、容量以及母线 结构等不同因素的考虑。依据主接线设计的基本要求，从技术论证并淘 汰一些明显不合理的方案。现将初步可能采取的方案列出，以便对其进 行可靠性定量分析及比较，并对方案做进一步的优化组合，组成最佳方 案，确定出技术上合理，经济上可行的最终方案。 1、10.5KV 电压等级 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 6 四台发电机的单机容量分别为两台 50MVA 和两台 100MVA，远大 于相关设计规程对选用单母分段接线不能超过 24MVA 的规定，并且鉴 于 10.5KV 系统出线回路不多，可确定为发电机-双绕组变压器单元接线。 发电机出口可不装设断路器，但为调试发电机方便，应装设隔离开关， 或采用扩大单元接线，既可以减少变压器台数和高压侧断路器数目，又 能节省配电装置占地面积。通常，将两台 50MVA 机组以扩大单元接线 的形式接入 110KV 系统，将两台 100MVA 的机组以单元接线的形式接入 330KV 系统。 2、110KV 电压等级 此电压等级只有两回出线与系统相连，但是因为此水电站在电力系 统中的作用和地位很重要，为满足供电可靠性和调度灵活性的要求，所 以可采用单母分段接线形式、单母带旁路母接线形式或双母线接线形式， 使其可靠供电。 3、330KV 电压等级 此电压等级也是两回出线与系统相连，为满足供电可靠、调度灵活 等要求，以及故障情况下出现断路器的检修时不致使该回路停电，可以 采用的主接线形式有双母线接线形式、双母线带旁路母线接线形式或 3/2 接线形式。 依据各电压等级最优方式组合，可列出以下几种方案，分别进行分 析比较如下： 方案方案： 本方案采用了一个扩大单元接线与两个单元接线，其中发电机 G1 与 G2 以扩大单元接线与 110KV 电压等级相连接，而发电机 G3 与 G4 以 发电机变压器单元接线方式与 330KV 电压等级相连接,110KV 电压等级 采用双母线接线形式，330KV 电压等级采用双母线带专用旁路接线形式。 主接线如图 21 所示： 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 7 图 21 主接线方案 方案方案： 本方案采用四个单元接线，其中发电机 G1 与 G2 以发电机变压器 单元接线与 110KV 电压等级相连接，发电机 G3 与 G4 也以发电机变 压器单元接线与 330KV 电压等级相连接，110KV 电压等级采用单母线接 线带旁路母线接线形式，330KV 电压等级采用双母线分段接线形式。主 接线如图 22 所示： 图 22 主接线方案 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 8 方案方案： 本方案 110KV 系统侧采用桥形接线方式，330KV 系统侧采用双母线 接线方式，发电机依然采用单元接线方式。 图 23 主接线方案 方案方案： 本方案发电机均用单元接线方式 110KV 系统侧与方案相同，而 330KV 系统侧采用一台半断路器接线方式，主接线如图 24 所示。 图 24 主接线方案 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 9 2.42.4 主接线方案的比较主接线方案的比较 方案方案： 发电机采用单元接线和扩大单元接线，这种接线具有接线简单、开 关设备少、操作简便等优点；且故障可能性较小，可靠性较高；既能减 少变压器台数和高压侧断路器数目，又能节省配电装置占地面积10。 110KV 电压等级双母线接线，此接线两组母线互为备用，也可以同 时工作，并通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线 上。其优点是接线简单明了；供电可靠性高，可通过隔离开关的倒闸操 作，轮流检修一组母线而不致使供电中断，或一组母线故障后，能迅速 恢复供电，检修任一回路母线隔离开关时，只停该回路，但其操作步骤 必须正确；调度和运行方式灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配 到任一母线上，能灵活适应系统中各种运行方式调度和潮流分布变化的 需要，还可以完成一些特殊功能；扩建方便，向双母线左右任何方向扩 建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会 造成原有回路停电；便于试验，当个别回路需要单独进行试验时，可将 该回路分开，单独接至一组母线上。不足之处，相较于单母线，所用设 备较多，投资增加；在母线检修或故障时，作为倒闸操作电器的隔离开 关，操作较复杂，容易发生误操作11。 330KV 电压等级双母带旁路母线接线，这种接线具有双母线接线的 全部优点，并且运行操作方便，可靠性和灵活性更高，不影响双母线的 运行方式，只是多用了一组旁路母线，一台旁路断路器，增加了投资和 占地面积。 方案方案： 110KV 电压等级单母分段带旁路母线，接线简单清晰，设备少，投 资小；与不分段的相比较，提高了可靠性和灵活性；两母线可并列运行， 也可分裂运行；重要用户可以用双回路接于不同的母线段，保证不间断 供电。缺点是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回 路都要在检修期间内停电，某回路的断路器检修，该回路停电。 ；扩建 时需向两端均衡扩建。 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 10 330KV 电压等级双母线分段接线具有双母线接线的全部优点，并且 可靠性和运行灵活性更高，但增加了断路器和隔离开关的数目，投资和 占地面积有所增加。 方案方案： 110KV 电压等级内桥形接线。该接线所用高压断路器数目少，可以 明显减少投资。但变压器的投入和切除较为复杂，需要动作两台断路器， 影响一回线路的暂时停运；若桥连断路器检修时，两个回路需解列运行， 或出线断路器检修时，线路需较长时期停运12。 330KV 电压等级双母带旁路母线接线优缺点如方案中所述。 方案方案： 110KV 电压等级双母线接线的优缺点如方案中所述。 330KV 电压等级 3/2 接线方式的特点13： 优点： （1） 有高度的可靠性。每一回路由两台断路器供电，发生 母线故障时，纸条开与此母线相连的所有断路器，任何回路不停电，在 事故与检修相重合情况下的停电回路不会多于两回。 （2） 运行调度灵活。正常时两组母线和所有断路器都投入工作， 从而形成多环形供电，运行调度灵活。 （3） 操作检修方便。隔离开关仅作检修时用，避免了将隔离开关 作操作用是的倒闸操作，检修任一断路器时，都不致使停电，而且可同 时检修多台断路器，检修母线时，回路不需要切换。 缺点： （1） 这种接线要求电源和出现数目最好相同，考虑交替布 置，以提高运行可靠性和调度灵活性。 （2） 所用断路器、电流互感器数目多，投资非常大。 （3） 断路器动作次数频繁，检修次数增多。 （4） 二次控制接线和继电保护都较复杂。 2.52.5 主接线方案的确定主接线方案的确定 综合分析上述四种方案，再结合该水电站为中型水电站和其在 电力系统中的重要地位及作用等实际情况，拟定的主接线应以可靠 性和经济性为主。首先方案投资非常大不予考虑；方案虽接线 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 11 简单，设备少，经济性好，但 110KV 与 330KV 系统之间不利于交换 功率，可靠性、灵活性相对较低；方案接线和操作较为复杂，且 较方案多一台变压器，占地面积增大，而与方案的经济性相当。 与方案比较，方案的运行可靠性和调度灵活性更高，接线简单， 操作较方便，同时其投资也相对合理，故方案最能满足可靠性和 经济性要求。综上，选取方案为最终的主接线方案。 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 12 第第 3 3 章章 厂用电设计厂用电设计 3.13.1 厂用电设计原则厂用电设计原则 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。其具体要求如下14： （1） 接线方式和电源配置，应充分考虑厂用电设备在正常、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，尤其注意对公用厂用负荷的影响。要方便过渡，尽量少改变接线 和更换设备。 3.23.2 厂用电负荷的分类厂用电负荷的分类 根据厂用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度， 其重要性可分为五类15： （1） 类：指短时停电将影响人身或设备安全，使机组运转停顿 或发生电量大幅度下降的负荷。 （2） 类：只允许短时停电，但较长时间停电有可能损坏设备或 影响机组正常运转的负荷。 （3） 类：长时间停机不致直接影响正常生产，只会引起生产不 便。 （4） 事故保安负荷：指停机过程中及停机后一段时间内仍应保持 供电的负荷。 （5）不间断供电负荷：在机组启动、运行到停机过程中，甚至停 机以后的一段时间内，需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷。 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 13 3.33.3 厂用电接线形式厂用电接线形式 发电厂厂用电系统通常都采用单母线分段接线形式，并多以成套配 电装置接受和分配电能。 一般水电厂最基本的厂用负荷是水轮机调速系统和润滑系统油泵、 压缩空气系统的空气压缩机、发电机冷却系统和润滑系统的水泵、全厂 辅助机械系统的电动机、闸门启闭设备、照明及水利枢纽等设施用电。 水电厂厂用电接线采用单母线分段接线形式。对中小型水电厂通常 厂用母线只分为两段，由两台厂用变压器以暗备用方式给两段厂用母线 供电15。 3.43.4 厂用变压器的选择厂用变压器的选择 根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定厂用变压器的 电压，一般中小型水电站厂用电为 6KV 和 0.4KV。工作变压器的台数和 型式主要与高压厂用母线段数及电压等级有关。厂用变压器的容量必须 满足厂用电机械从电源获得足够的功率。除了考虑所接负荷因素外，还 应考虑发电机自启动时的电压降，变压器低压侧的短路容量及留有一定 的备用裕度。根据厂用变压器选择原则，选取道谭水电站 10KV 与 6KV 电压等级之间厂用变压器 T5、T8、T11 型号为 S71000/10 与机组自用 变压器 T6、T7、T9、T10 型号为 SZ9500/10，其技术参数如下表 31 和表 32，6KV 与 0.4KV 电压等级之间厂用变压器型号为 SZ9 500/10，其技术参数如下表 32。 表 31 10KV 电压等级厂用变压器 额定电压 （KV） 型号 额定容 量 （KVA ） 高压低压 空载损 耗 （KW ） 短路损 耗 （KW ） 空载 电流 （%） 阻抗电 压 （%） 联结 组标 号 S7 1000/ 110 100010.5618011.61.45.5Yd11 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 14 表 32 6KV 电压等级厂用变压器 额定电压 （KV） 型号 额定容 量 （KVA） 高压低压 空载损 耗 （KW ） 短路损 耗 （KW ） 空载电 流 （%） 阻抗 电压 （%） 联结 组标 号 SZ9 500/10 50010.5 或 6 0.41.045.251.24.0Yyn0 3.53.5 厂用电系统设计图厂用电系统设计图 根据上述要求，结合本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，其厂用电设计详见下图 31。 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 15 图 31 道谭水电站厂用电系统图 第第 4 4 章章 短路电流分析计算短路电流分析计算 4.14.1 计算说明计算说明 本计算书是道谭水电站工程初步设计阶段的电气主接线短路电流计 算书，用来校验所选电气设备的热稳定强度、动稳定强度等相关参数。 其中参考了短路电流实用计算方法16中的有关短路电流计算部分 的相应公式及方法。 4.1.14.1.1 基本资料基本资料 基准容量：Sj=100MVA 基准电压：各级电压的平均值，即 1.05 倍额定电压。 系统：按无穷大考虑。 主变压器的选择17： 容量的确定：采用单元接线的主变压器容量应按发电机的额定容量 扣除本机组的厂用负荷后，留有 10%的裕度；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平均温升在标准环境温度 或冷却水温度不超过 650C 的条件两者中的较大者选择。考虑到布置和 引线的方便，连接两种升高电压母线的联络变压器一般只设置一台，最 多不超过两台。为保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来 满足本侧负荷的要求，或在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余 容量送入另一系统，联络变压器的容量一般不应小于接在两种电压母线 上的最大一台机组容量；还应能满足两种电压网络在各种不同运行方式 下有功功率和无功功率交换。 主变压器型式和机构的选择：应考虑相数（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，考虑到经济性、 运输方便性等，一般选用三绕组变压器）、绕组数与结构（双绕组、三 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 16 绕组、多绕组、自耦式及低压绕组分裂式）、绕组联结组号、阻抗和调 压方式、冷却方法等综合因素来确定。 对于主变压器 T1，选取 110KV 三相双绕组无励磁调压变压器 SFP 120000/110，其相关技术参数如下表 41。 表 41 主变压器 T1 技术参数 额定电压 （KV） 型号 额定容 量 （KVA ） 高低 空载损 耗 （KW ） 空载电 流 （%） 负载损 耗 （KW） 阻抗 电压 （%） 联结 组标 号 SFP 12000/ 110 12000011010.51070.5542210.5YNd11 根据道谭水电站的综合实际情况和主变压器的选择原则，道谭水电 站主变压器的选择结果如下。 对于主变压器 T2 和 T3，选取 330KV 三相双绕组无励磁调压变压器 SFP120000/330 其相关技术参数如下表 42。 表 42 主变压器 T2、T3 技术参数 额定电压 （KV） 型号 额定容 量 （KVA ） 高低 空载损 耗 （KW ） 空载电 流 （%） 负载损 耗 （KW ） 阻抗 电压 （%） 联结 组标 号 SFP 120000/3 30 12000034510.51000.5635614.25YNd11 对于 330KV 与 110KV 系统之间的联络变压器 T4 选取三相三绕组自 耦变压器 SFP150000/330，其相关技术参数如下表 43。 表 43 联络变压器 T4 技术参数 型号额定容量额定电压（KV）空载损负载损耗（KW） 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 17 （KVA）高中低耗 （KW） 高中高低中低 SFP 15000/330 150000/ 150000/4000 3451211114157384106 阻抗电压（%） 型号 高中高低中低 联结组标号 SFP150000/3301025.113.2YNd11 4.24.2 各元件电抗标幺值的计算各元件电抗标幺值的计算18 4.2.14.2.1 电抗有名值和标幺值变换的计算公式：电抗有名值和标幺值变换的计算公式： 发电机： j d*d e S XX P /cos 双绕组变压器： j d b* b S U % 100 X S 系统： j s* d S X S 线路： j L *2 j S XX L U 线 三绕组变压器： jd1 2d1 3d2 3 1* b X SUUU% 1 2100S jd1 2d2 3d1 3 2* b SUUU% 1 X 2100S jd1 3d2 3d1 2 3* b SUUU% 1 X 2100S 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 18 式中：变压器高中压线圈间的电压百分比；变 d1 2 U d1 3 U 压器高低压线圈间的电压百分比；变压器中低压线圈间的电 d2 3 U 压百分比。 4.2.24.2.2 各元件电抗标幺值各元件电抗标幺值 110KV 线路： j 122 j L S 100 XX0.386 200.06 U1 L 15 线 330KV 线路： j L2 22 j S 100 XX0.417 300.01 U3 L 45 线 110KV 系统： j s1 d S 100 X0.18 S550 330KV 系统： j S2 d 100 X 1100 S 0.09 S 则有： 110KV 侧： 1s11 XXX0.060.180.24 线 330KV 侧： 1s22 XXX0.010.090.10 线 双绕组变压器： T1： j d 3 b S U %10.5%100 0.088 100 S100120 X T2、T3： 78 14.25%100 XX0.12 100120 三绕组变压器 T4： jd1 2d2 3d1 3 4 b SUUU% 11(10 13.225.1)100 X0.06 2100S2100150 jd1 2d1 3d2 3 5 b SUUU% 11(1025.1 13.2)100 X0.073 2100S2100150 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 19 jd1 3d2 3d1 2 6 b SUUU% 11(25.1 13.2 10)100 X0.094 2100S2100150 发电机： G1、G2： j 910d e S 100 XXX0.240.48 P /cos50 G3、G4： 1112 100 XX0.180.18 100 4.34.3 系统主接线简化图系统主接线简化图 4.3.14.3.1 短路点的选择短路点的选择 根据短路点的选择应满足通过导体和电器的短路电流为最大的点作 为短路计算点的原则：选择 d1、d2、d3、d4 四个短路点如下图 41 所 示。 4 4. .3.23.2 主接线单线图主接线单线图 将最终选取的主接线方案转化成单线图，如图 41。 图 41 系统主接线单线图 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 20 4.3.34.3.3 等值电抗图等值电抗图 由道谭水电站电气主接线图和相关参数，可由系统主接线单线图绘 制电气主接线等值电抗图，如图 42。 图 42 系统主接线等值电抗图 4.44.4 各短路点短路电流计算各短路点短路电流计算 4.4.14.4.1 d1d1 点短路点短路 、对、对 d1d1 点进行网络化简点进行网络化简 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 21 图 43 d1 点短路电抗图 1 1345 XXX0.00630.0730.067 14711812 1 X(XX )/ /(XX )0.120.180.15 2 对上图做进一步化简得图 44。 图 44 d1 点短路电抗图 2 213 15213 14 X X0.10 0.067 XXX0.100.0670.21 X0.15 1413 161413 2 X X0.15 0.067 XXX0.150.0670.32 X0.10 利用网络中间节点消去法得： 115163 11111111 Y23.42 XXXX0.240.210.320.088 3 CYX23.42 0.0882.06 171 XCX2.06 0.240.49 屈蔚航：道谭水电站一次及发电机保护设计 22 1815 XCX2.06 0.210.43 1916 XCX2.06 0.320.66 、求取计算电抗、求取计算电抗 计算公式 ： n jsx* j S XX S G1、G2： js1js2 50 XX0.480.24 100 G3、G4： js3js4 100 XX1.321.32 100 S1： js5 X0.49 S2： js6 X0.43 、短路电流周期分量标幺值、短路电流周期分量标幺值 系统 S1、S2 侧取无穷大电源，则其短路电流标幺值为： S1： s1 js5 11 I2.04 X0.49 S2： s2 js6 11 I2.33 X0.43 由计算电抗值查水轮机运算曲线得各时刻短路电流周期分量标幺值 如下表 44。 表 44 d1 点短路电流周期分量标幺值 js X * I 0.06* I 0.2* I 2* I 4* I G1、G20.244.6473.7643.4333.2203.151 G3、G41.320.7950.7800.8060.8680.868 、各短路电流周期分量有名值、各短路电流周期分量有名值 短路电流周期分量任意时刻有名值计算的相关计算公式： 2014 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计（论文） 23 基准电流： j j j S I 3U 无限容量电源： j tj s*s* j S II II 3U 有限容量电源： n tt* et* j S II II 3U 归算到 10.5KV 侧的基准电流： j j j S 100 I5.50KA 3U3 10.5 各支路短路电流： S1： 0.060,224 IIIII2.04 5.511.22KA S2： 0.060.224 IIII2.33 5.512.82KAI G1、G2： 50 I4.647 5.512.78KA 100 0.06 50 I3.764 5.510.35KA 100 0.2 50 3.433 5.59.44KA 100 I 2 50 I3.220 5.58.86KA 100 4 50 I3.151 5.58.67KA 100 G3、G4： 100 I0.795 5.54.37KA 100 0.06 100 I0.780 5.54.29KA 100 0.2 100 I0.806 5.54.43KA 100 24 100 II0.868 5.54.77KA 100 综上，