水电站电气主接线毕业设计论文.doc

西南科技大学本科生毕业论文 Southwest university of science and technology 本科毕业设计 论文 某水电站电气主接线系统设计 二 一三年六月 学 院 年 级 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 学 号 指导教师 西南科技大学本科生毕业论文 某水电站电气主接线系统设计 摘要 该水电站以发电为主 兼顾拦沙 防洪等综合利用效益 水电站总装机 容量约为 10 MV A 为小型水电站 小型水电站的设计需要遵循国家相关设计 标准 力求做到经济 安全 实用 本设计设计从原始资料入手 根据所给发 电机的装机容量和相关参数 分析比较了电气主接线的的基本方式 确定 35KV 母线主接线方式 然后进行主变压器选择 通过短路电流的计算结果 选择了 最终的电气设备 如断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器等 并进行 了选型和校验 完成该水电站一次设备装置配置 最后论文对电站常用继电保 护以及防雷保护做了基本阐述 关键字 小型水电站 电气主接线 变压器 电气设备 西南科技大学本科生毕业论文 The design of the main electrical system of the Hydropower Station Abstract The main purpose of power balance of the hydropower station and comprehensive utilization benefit of sediment flood control The total installed capacity of hydropower is about 10M VA for small hydropower station Need to follow the design standard economy safety design of small hydropower station utility The design begins with primitive data according to the installed capacity of generators choice of the main electrical wiring basic way determine the main wiring of main transformer selection in the choice of main wiring and main transformer calculation of short circuit current after short circuit current calculation according to short circuit current calculation the results of the final selection electrical equipment such as circuit breaker isolating switch current transformer complete an equipment area and finally to two protection calculation options All selected electrical equipment to CAD and mark out Through this design can improve the design of hydropower station master to raise awareness and understanding each part of hydropower station the future study and life has a lot of help Key words Small hydropower station the main electrical wiring transformer the electrical equipment 西南科技大学本科生毕业论文 目录 第一章 概 述 1 前 言 1 1 1 设计目的 1 1 2 水电站定型 1 1 3 设计内容 2 第二章 电气主接线设计 3 2 1 电气主接线的基本要求 3 2 2 水电站电气主接线基本形式 3 2 2 1 电气主接线的特点 3 2 2 2 发电机电压侧接线 4 2 2 3 高压侧接线 5 2 2 4 原始资料 7 2 3 电气主接线方案的拟定与选择 8 第三章 主变压器的选择 12 3 1 主变压器台数的选择 12 3 2 主变压器形式的选择 12 3 3 主变压器主要参数的选择 13 3 4 厂用变压器的选择 14 第四章 短路电流计算 15 4 1 短路电流计算目的与一般规律 15 4 2 短路电流计算 15 4 2 2 电气设备电抗标幺值 16 4 2 3 短路点计算 18 4 2 4 短路点整合一览表 22 第五章 电气设备的选择与效验 23 5 1 概述 23 5 2 设备选择规律 23 5 3 设备选择条件 23 5 3 1 按正常工作条件选择电气设备 24 5 3 2 按短路情况校验 25 5 3 3 断路器的选择 26 5 3 4 隔离开关的选择 28 5 3 5 互感器的选择 30 5 4 母线的选择 31 5 4 1 选择及校验原则 31 西南科技大学本科生毕业论文 5 4 2 母线的确定 32 第六章 继电保护与防雷 33 6 1 变压器保护 33 6 2 过电流保护 33 6 3 过电压保护 33 6 4 调差以及差动保护 34 6 4 1 调差 34 6 4 2 差动保护 35 6 5 防雷保护装置 35 结论 36 参考文献 37 致谢 38 西南科技大学本科生毕业论文 2 第一章 概 述 前 言 电力系统是由发电厂 变电站 线路和用户组成 发电站是对电能的生产 以及部分电压的转换 起着发电和变换电能的作用 为满足生产需要 电站中 安装有各种电气设备 并依照相应的技术要求连接起来 把变压器 断路器等 按预期生产流程连成的电路 称为电气主接线 电气主接线是由高压电器通过 连接线 按其功能要求组成接受和分配电能的电路 成为传输强电流 高电压 的网络 故又称为一次接线或电气主系统 用规定的设备文字和图形符号并按 工作顺序排列 详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的 单线接线图 称为主接线电路图 1 1 设计目的 1 水电站洪水时期可以调节洪峰 水能没有污染空气 根据人们生活水 平的提高 对于能源的需求也越来越迫切 因此 作为基层水利工作者如何做好 小水电站的规划设计 充分利用和合理调配水资源显得尤为重要 2 随着国家的发展建设 电能的需求越来越重要 建设水电站为国家的 发展做出贡献 而水电站中最重要的一个环节为电气主接线的设计与布局 把 变压器 断路器等按预期生产流程连成的电路 称为电气主接线 3 利用所给资料进行电厂接入系统设计 主接线和自用电方案选择 掌 握短路电流计算 会进行电气设备的配置和选型设计 1 2 水电站定型 水电站大小是按照电站的装机容量来计算的 单机在 100MW 以上的一般 都是大型电厂 单机容量 10 100MW 的为中型电厂 单机容量 10MW 以下的就 称为小型电厂了 电站共装设 3 台 2500KW 的混流式水轮发电机组 总装机 10MW 因此把该水电站定型为小水电站 该水电站以发电为主 兼顾拦沙 防 洪等综合利用效益 西南科技大学本科生毕业论文 3 1 3 设计内容 1 电气主接线设计 2 主变压器选择 3 短路电流计算 4 电气设备的选择效验 5 电路系统保护 如接地保护 过载保护 差动保护等 6 完整电气主接线 CAD 图及厂房的平面 西南科技大学本科生毕业论文 4 第二章 电气主接线设计 2 1 电气主接线的基本要求 在设计电气主接线时 应使其满足供电可靠 运行灵活和经济等项基本要 求 1 可靠性 电气接线必须保证用户供电的可靠性 应分别按各类负荷的重 要性程度安排相应可靠程度的接线方式 保证电气接线可靠性可以用多种措施 来实现 可靠性的客观衡量标准是运行实践 估价一个主接线的可靠性时 应 充分考虑长期积累的运行经验 主接线的可靠性 是由其各组成元件 包括一 次设备和二次设备 的可靠性的综合 因此主接线设计 要同时考虑一次设备 和二次设备的故障率及其对供电的影响 可靠性并不是绝对的 同样的主接线 对于某水电站是可靠的 而对另一个水电站则可能不可靠 因此 在评价可靠 性的时候 不能脱离变电站在系统中的地位和作用 2 灵活性 电气系统接线应能适应各式各样可能运行方式的要求 并可以 保证能将符合质量要求的电能送给用户 特别是当一部分设备检修或工作情况 发生变化时 能够通过倒换开关的运行方式 做到调度灵活 不中断向用户的 供电 3 安全性 电力网接线必须保证在任何可能的运行方式下及检修方式下运 行人员的安全性与设备的安全性 4 经济性 主接线系统必须要保证运行操作的方便性以及在保证技术条件 的要求下 做到经济并且合理 减少占地面积 节省投资 其中包括最少的年 运行费 5 应具有发展与扩建的方便性 2 2 水电站电气主接线基本形式 2 2 1 电气主接线的特点 根据已知资料可知 该水电站为电规模较小的二级电站 因此设计得水电 站主要是为提供一些小地方的电力负荷 根据设计要求 考虑将满足以下几个 西南科技大学本科生毕业论文 5 要求及其特点 1 保证必要的供电可靠性和电能质量的安全可靠是电力生产的首要条件 保证供电可靠性和电能质量是对主接线最基本的要求 2 在小型水电站的主接线设计时 主要的矛盾往往发生在可靠性和经济 性之间 欲使主接线可靠灵活 将导致投资增加 所以必须把技术和经济两者 综合考虑 在满足可靠 运行灵活方便的基础上 尽量使设备的投资费用和运 行费用最少 3 水电站一般离用电负荷区较远 发电机电压侧负荷小 有的可能符合 为零 电站主要通过变压器升压后输送出去 小水电站投产后一般不会扩建 但可能会增加出线回路数 因此在出线设计时应该适当的预留出线空位 4 小型水电站多数地处偏远山区 地形狭窄 配电装置的布置容易受到 地形的限制 为减少开支 接线形式因简单清晰 并且运行维护方便 5 小型水电站容量有限 装机台数多数在四台以下 相应电站的出线电 压级 回路数及主变压器的台数都比较少 综上所述 对于小型水电站的电气主接线因满足基本要求 并且尽可能采 用简单 清晰而又符合实际的接线型式 2 2 2 原始资料 1 待设计发电厂类型 水力发电厂 2 发电厂一次设计并建成 计划安装 3 2500KW 的水力发电机组 利 用小时数 5000 小时 年 3 待设计发电厂接入系统电压等级为 38 5kV 距系统 38 5kV 发电厂 2km 出线回路数为设定为 4 回 4 电力系统的总装机容量为 10MVA 2 2 3 发电机电压侧接线方式比较 目前水电站的发电机电压侧接线常用的 有以下几种 具 体如下表 2 1 西南科技大学本科生毕业论文 6 表表 2 1 发电机电压侧接线发电机电压侧接线 接线名称简图优缺点适用范围 单元接线 1 故障影响范围小 可靠 性高 2 接线简单 清晰 运行 灵活 3 继电保护简单 4 设备少 布置简单 维 修量小 5 投资比较大 大型水电站 或者分期小 水电站 二 期只有一台 机组时 扩大单元 接线 1 主变维修时 两台机组 容量不能送出 可靠性 略差 2 接线简单清晰 运行维 护方便 3 减少主变出线 简化高 压侧接线布置 减少投 资 该接线方式 采用较广 一般电站附 近负荷较小 时 可以采 用扩大单元 接线 西南科技大学本科生毕业论文 7 单母线接 线 1 主变压器数量少 投资 小 电能损耗小 2 接线简单明了 运行方 便 3 发电机电压配电装置元 件多 增加检修工作量 4 可靠性及灵活性较差 一般小型电 站 且近区 有较大负荷 时广泛采用 2 2 4 高压侧接线方式比较 目前水电站的升压电压侧接线常用的有以下几种 具体如下表 2 2 表表 2 2 升压电压侧接线升压电压侧接线 接线名称简图优缺点适用范围 变压器一 线路组接 线 1 接线简单 设备最少 投资省 2 线路故障或检修时 主变停止运行 单回路出线 的电站采用 T 型接线 优缺点如上 电站在电网 中所占比重 较小 附近 有供电电路 经过时采用 西南科技大学本科生毕业论文 8 单母线接 线 1 每一路出线回路都有 断路器 互不影响 2 接线简单 清晰 3 隔离开关只作为断路 器检修时 因此误操 作机会少 4 母线及所连的隔离开 关故障或检修时 全 厂停电 可靠性和灵 活性较差 在多回路进 出线的电站 中广泛采用 单母线分 段接线 1 每一进出线回路各自 配备一台断路器 互 不影响 2 母线或者所连隔离开 关故障或者检修时 只影响一段母线 可 靠性和灵活性高 3 分段断路器故障时 全长停电 多回路出线 的电站广泛 使用 2 3 电气主接线方案的拟定与选择 电气主接线的设计是该水电发电厂的主体 它与电力系统 电厂动能参数 基本原始资料以及电厂运行可靠性 经济性的要求等密切相关 并对电气设备 选择和布置 继电保护和控制方式等都有较大的影响 因此 主接线设计 必 须结合电力系统和发电厂或者变电站的具体情况 全面分析有关影响因素 正 确处理他们之间的关系 经过技术 经济比较 合理选择主接线方案 综上述分析 由于本电站是小型水电 不承担主要负荷 没有重要机端负 西南科技大学本科生毕业论文 9 荷 主要承担腰负荷 从接线的可靠性 经济性和灵活性考虑 所以本电站 根据以上图一和图二的主接线方式 并结合本设计水电站的实际 现拟定以下 两种电气主接线方案 具体方案如下 1 方案 1 发电机电压侧接线采用单元接线和扩大单元接线 升高电压侧 采用单母线分段接线 如图 1 所示 2 方案 2 发电机电压侧接线采用单母线接线 升高电压侧采用单母线接 线 如图 2 所示 图图 1 1 发电机电压侧接线方案发电机电压侧接线方案 1 1 西南科技大学本科生毕业论文 10 图图 2 2 发电机电压侧接线方案发电机电压侧接线方案 2 2 3 主接线方案技术经济初步比较 列表 2 3 所示 表表 2 32 3 主接线方案比较主接线方案比较 方案技术比较经济比较综合比较 方案 1 供电可靠 运行安全灵 活 分析可知 该方 案变压器及其配 套设备是方案 2 的两倍 经济性 稍差 方案 2 供电可靠 运行不够安 全 灵活性 不如方案 1 经济上主变数量 少一组 经济优 于方案 1 对于方案 1 母线与其连的隔离 开关故障或者维修时 只影响一 条回路 若主变上有断路器隔离 开关等需要检修时 可以由另一 条回路供电 可靠性灵活性高 只有分段隔离开关故障或者检修 时 全厂才停电 并且对于小型 水电站 更多的是希望达到一种 自动化 工作人员越少越好 所 以灵活可靠性要求就很高 对于 方案 2 虽然经济上有所节省 但是 若有一处出现故障或者检 修 都需要全厂停电 对于现在 的技术或者要求 还达不到完全 不出故障 所以到实际的应用中 时 缺乏可靠与灵活 因此这里 西南科技大学本科生毕业论文 11 将不选用 选择方案 1 作为本设 计的电气主接线 根据以上对方案 1 和方案 2 的比较 虽然经济上方案 1 有所欠缺 但是对 于稳定安全来说 经济性显的没那么重要 并且随着国家的发展需求 自动化 这方面也县的尤为重要 况且 如果采用方案 2 可能后期的维护费用都将超 过方案 1 设备的安装费用 因此最终决定采用方案 1 西南科技大学本科生毕业论文 12 第三章 主变压器的选择 为保证供电的可靠性 避免一台主变压器故障或检修时影响供电 所以一 般都会装设两台主变压器 考虑到经济因素 一般不超过两台变压器 当只有 一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时 可以考虑装设一台主 变压器 当变电所装设两台及以上的主变时 每台容量的选择应按照其中任一台停 运时 其余变压器容量至少能保证所供的一级负荷或变电所全部负荷的 60 80 通常一次变电所采用 80 二次变电所采用 60 对于小型水电站来说 一般接在发电机电压侧负荷很小有的甚至没有 所 以选者主变的时候可以按照所给水轮发电机的容量来选择 从原始资料可以看 出 任务书中以给出了三台水轮发电机的容量 根据我国现在的变压器标准容 量选择要求 选择相近的但大于发电机容量的产品就可以了 3 1 主变压器台数的选择 根据上面对方案的分析 1 台主变压器可靠性较低 一旦发生故障或检修 时 则整个电厂将不能向外送电 因此选择 2 台主变压器 可以相互作为备用 可靠性高 接线较简明 投资相对也较为经济 3 2 主变压器形式的选择 1 水电站中主变压器一般采用三相变压器 除非因制造和运输条件限 制 并且在 220kV 的枢纽变电站时 采用单相变压器组 当装设一组单相变压 器时 应考虑装设备用相 当主变压器超过一组 且各组容量满足全所负荷的 75 要求时 可不装设备用相 2 水电站中的主变压器在系统有调压要求时 一般采用有载调压变压 器 有载调压变压器可以带负荷调压 有利于变压器的经济运行 因此 在设 计水电站主变压器时 大都采用这种型式的变压器 3 与两个中性点直接接地系统连接的变压器 一般采用自耦变压器 但 仍需技术经济的比较 西南科技大学本科生毕业论文 13 4 双绕组和三绕组变压器的变比和分接头可按制造标准选择 即变压器 低压侧的线间电压为受电设备额定电压的 105 高 中压侧则为 110 并带有 2 2 5 的分接头 若正常运行时 高 低压同时向中压供电 则高压绕组的 端电压应为受电设备额定电压的 100 分接头可根据要求选用 2 2 5 1 2 5 3 2 5 或 4 2 5 3 3 主变压器主要参数的选择 1 要较合理的选出变压器额定容量 首先需要绘制水电站的年及日负 荷曲线 并从该曲线得出年及日最高负荷和平均负荷 2 主变容量的确定应根据电力系统 5 10 年的发展规划进行选择 因 此 为了确定合理的变压器容量 必须尽可能把 5 10 年负荷发展规划做正确 计算与评估 3 变压器的最大负荷按下式确定为 PM K0 P 3 1 式中 PM 变电所最大负荷 K0 负荷同时系数 P 按负荷等级统计的综合用电负荷 4 对于提高供电系统的可靠性 在 1989 年我国原能源部所颁发的 SDJ2 88 标准中 规定当一台主变停运时 其余主变容量应保证该所全部负荷 的 80 这样 再将变压器的过负荷能力考虑进去 大致可以满足全部负荷的 需要 5 绕组接线 常用的绕组接线有 Yyn0 Yd11 YNd11 YNy0 和 Yy0 五种 接线方式 其中前三种是最常用的 Yyn0 连接组的二次侧可以引出中线 成为 三相四线制 用于配电变压器时可兼供动力和照明负载 Yd11 连接组用于二次 侧电压超过 400V 的线路中 此时变压器有一侧接成三角形 对运行有利 YNd11 连接组主要用于高压输电线路中 使电力系统高压侧的中性点可以直接 接地 因此 考虑到中性点接地 绕组接线选用 YNd11 连接组 由任务书可以看出 水轮发电机的容量为 2500KW 电压为 6 3KV 额定功 西南科技大学本科生毕业论文 14 率因数为 0 8 对于发电机电压侧接线采用单元接线方式来说 主变压器容量 SN 的选择主要按照发电机容量来确定 并扣除本机组的厂用负荷后 留 10 的 裕度来确定 SN 1 1PN cosG 经过计算大概的容量为 3000KW 选择时容量应大 于计算容量 对于相数的选择 根据 水电站电气设计手册 有相关介绍 当 运输条件不受限制时 在 330KV 及以下的电厂及变电所均选用三相变压器 而 且三相变压器比相同容量的单相变压器具有和多优点 根据以上分析可知 三 相的节省投资 占地面积小 运行过程损耗小 由于设计的该电厂的运输地理 条件都很好 不受限制 因而选用三相变压器 查阅中小型水电站电气设计手册 选择的主变压器型号为 S9 3150 35 同 理 对于单母线扩大单元接线 经过计算 主变压器型号选择为 S9 6300 35 查询手册可知具体参数如下表 3 1 表表 3 13 1 主变型号及参数主变型号及参数 额定电压 KV 损耗 KW型号额定容量 MV A 高压低压空载短路 短路 电压 短路 电流 连接 组别 S9 3150 353 1538 56 35 03371 2 S9 6000 35638 56 38 2527 51 5 YNd 11 3 4 厂用变压器的选择 厂用变压器选择原则 为满足厂内各种负荷的要求 一般装设两台厂用变压 器 首先确定厂用电容量 一般考虑厂用负荷为发电厂总负荷的 1 2 此发电 厂的厂用负荷定为总负荷的 2 选择型号为 S9 100 35 0 4 西南科技大学本科生毕业论文 15 第四章 短路电流计算 电力系统中的电气设备在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不 正常运行状态 其中最常见同时也是最危险的故障是发生各种短路 因为它们 会破坏用户的正常供电和电气设备的正常运行以及设备的安全 短路是电力系统中非常严重的故障 我们所说的短路 是指不正常的相与 相之间或相与地发生通路的情况 在三相系统中 可能发生的短路有四个 三 相短路 两相短路 两相接地短路以及单相接地短路 其中 三相短路是对称 短路 系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态 其他类型的短路都是不对 称短路 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 4 1 短路电流计算目的与一般规律 1 在选择电气设备时 为了保证设备在正常情况和故障情况下都能安全 可靠地运行 同时需要考虑节约资金 因此需要进行全面的短路电流计算 2 在选择继电保护和进行整定计算时 需要计算各种短路 并以计算出 的短路电流为依据 3 计算电气设备的动稳定 热稳定以及开断电流 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 如建成后 5 到 10 年 4 选择电气设备时 对不带电抗器回路的计算短路点时 应按选择在正 常接线方式时短路电流为最大的地点 4 2 短路电流计算 短路电流计算一般只计算各元件的电抗 采用标幺值进行计算 为了计算 方便选取基准值如下 基准容量 Sb 100MV A 西南科技大学本科生毕业论文 16 基准电压 KVUb3 6 1 基本公式如下 4 1 NG b dG S S XX 4 NT bS t S SV X 100 2 4 2 b b LL U S LXX 3 b b R RR R U S I VX X 3100 4 4 4 2 2 电气设备电抗标幺值 1 发电机的等值电抗标幺值 由于所涉及的三台水轮发电机的容量和大小都相同 所以他们的电抗标么 值大小也相同 因此有如下等式 4 6125 3 1002 0 3 2 1 NG b dGGG S S XXXX 2 主变压器等值电抗标幺值 1 1 1 100 NT bS t S SV X22 2 15 3 100 100 7 2 2 2 100 NT bS t S SV X25 1 6 100 100 5 7 3 各段线路的等值电抗标幺值 02 2 3 6 100 24 0 22 1 1 1 b b LL U S LXX 01 1 3 6 100 14 0 22 1 2 2 b b LL U S LXX 西南科技大学本科生毕业论文 17 01 1 2 1 3 3 b b LL U S LXX 01 1 2 1 4 4 b b LL U S LXX 对于出线端 由于四条出线都是相同的 因此选取其中一条线路作为计算 54 0 5 38100204 0 2 2 2 5 5 b b LL U S LXX 4 耦合电抗器等值电抗标幺值 同样四条线路相同 因此选取其中一个计算 195 0 3100 2 2 b b R RR R U S I VX X 5 总的短路等值电路 如图 4 1 图图 4 14 1 短路等值电路短路等值电路 6 简化电路图并计算短路电流 将系统图简化并代入以上参数得图 4 2 西南科技大学本科生毕业论文 18 图图 4 24 2 简化电路图简化电路图 4 2 3 短路点计算 对于电压等级为 38 5KV 侧来说 短路点有 f1 f2 f3 f4 f5 五个点 分别 计算短路时电抗值 具体如下 f1 点发生短路时如图 4 3 图图 4 34 3 f1f1 点发生短路的等值电路图点发生短路的等值电路图 全部电厂对短路点 f1 点的计算电抗值 66 1002 2 22 2 4 6 1 1 1 1 TLG XXXX 起始次暂态短路电流标么值的计算 4 1 1 1 X I 5 因此短路电流有名值为 1 I A U S II b B 68 140 66 10 1 5 383 100 3 2 1 短路容量为 MVAIUS b 38 968 140 5 38732 1 3 121 西南科技大学本科生毕业论文 19 冲击电流为 AIKI imim 06 35868 1408 122 11 其中8 17 1KW1000 以上异步发电机的选取量为为负荷的冲击系数 容 im K f2 点发生短路时如图 4 4 图图 4 44 4 f2f2 点发生短路的等值电路图点发生短路的等值电路图 全部电厂对短路点 f2 点的计算电抗值 36 11 2 1 3 3 2 2 3 3 2 2 2 TG LGLG LGLG XX XXXX XXXX X 起始次暂态短路电流标么值的计算 4 6 2 2 1 X I 因此短路电流有名值为 2 I A V S II b B 01 132 36 11 1 5 383 100 3 2 2 2 短路容量为 MVAIUS b 81 8 01 132 5 38732 1 3 222 冲击电流为 AIKI imim 99 33501 1328 122 22 f3 点发生短路时如图 4 5 图图 4 54 5 f3f3 点发生短路的等值电路图点发生短路的等值电路图 全部电厂对短路点 f3 点的计算电抗值 855 10195 066 10 1 1 3 R XXX 西南科技大学本科生毕业论文 20 起始次暂态短路电流标么值的计算 4 7 3 3 1 X I 因此短路电流有名值为 3 I A V S II b B 15 138 855 10 1 5 383 100 3 2 3 3 短路容量为 MVAIUS b 21 9 15 138 5 38732 1 3 323 冲击电流为 AIKI imim 62 35115 1388 122 33 f4 点发生短路时如图 4 6 图图 4 64 6 f4f4 点发生短路的等值电路图点发生短路的等值电路图 全部电厂对短路点 f4 点的计算电抗值 555 11195 036 11 3 2 4 R XXX 起始次暂态短路电流标么值的计算 4 8 4 4 1 X I 因此短路电流有名值为 4 I A V S II b B 72 129 56 11 1 5 383 100 3 2 4 4 短路容量为 MVAIUS b 65 872 129 5 38732 1 3 424 冲击电流为 AIKI imim 16 33072 1298 122 44 f5 点发生短路时如图 4 7 西南科技大学本科生毕业论文 21 图图 4 74 7 f5f5 点发生短路的等值电路图点发生短路的等值电路图 全部电厂对短路点 f5 点的计算电抗值 50 5 2 1 2 1 5 XX XX X 起始次暂态短路电流标么值的计算 4 5 5 1 X I 9 因此短路电流有名值为 5 I A V S II b B 66 273 50 5 1 5 383 100 3 2 5 5 短路容量为 MVAIUS b 25 1866 2735 38732 1 3 424 冲击电流为 AIKI imim 52 69666 2738 122 44 对于电压等级为 6 3KV 侧来说 短路点有 f6 一个点 计算短路时电抗值 具体如下 f6 点发生短路时如图 4 7 图图 4 84 8 f6f6 点发生短路的等值电路图点发生短路的等值电路图 全部电厂对短路点 f6 点的计算电抗值 西南科技大学本科生毕业论文 22 72 3 3 3 2 2 3 3 2 2 6 LGLG LGLG XXXX XXXX X 起始次暂态短路电流标么值的计算 6 6 1 X I 因此短路电流有名值为 5 I KA V S II b B 46 2 72 3 1 3 63 100 3 1 6 6 短路容量为 MVAIUS b 84 2646 2 3 6732 13 616 冲击电流为 KAIKI imim 26 646 2 8 122 66 4 2 4 短路点整合一览表 将所计算最大方式下短路电流值列成下表 4 1 表表 4 14 1 各点短路电流值各点短路电流值 名称 短路点 基准电压 KV I A 三相 A im I S MVA f1 38 5140 68358 069 38 f2 38 5132 01335 998 81 f3 38 5138 15351 629 21 f438 5129 72330 168 65 f5 38 5 273 66696 5218 25 f66 32460626026 84 西南科技大学本科生毕业论文 23 西南科技大学本科生毕业论文 24 第五章 电气设备的选择与效验 5 1 概述 电气设备的选择也是水电站设计的主要内容之一 如何正确地选择设备是 使电气主接线和配电装置达到安全 经济是非常重要的 在进行设备选择时 应根据工程的实际情况 在保证安全 可靠的前提下 积极而稳妥地采用新技 术 并注意节约投资 选择合适的电气设备 电气设备的选择须执行且符合国家的有关规定政策 做到技术先进 经济 合理 安全可靠 运行方便的原则 还有也应当适当的留有一些发展余地 以 满足电力系统的发展建设 如果要使电气设备都能够安全可靠的工作 必须按 符合要求的条件来进行选择 并按短路状态计算出来的数据根据公式计算 最 终校验热稳定和动稳定 在满足要求的同时选择的高压电气设备 还有要能在 长期的工作条件下和发生短路或者其他情况的前提下都能保持正常运行 5 2 设备选择规律 1 能满足正常运行 维护 短路和过电压的情况要求 并考虑远景发 展 2 按当地环境条件 3 经济合理 4 尽量使设备数量最简 5 选用的产品均应具有可靠的实验数据 并经正式鉴定合格 5 3 设备选择条件 尽管电力系统中各种电气设备的作用以及工作条件都不相同 并且他们的 选择方法也有一定的差异 但对它们的基本要求却是一致的 电气设备要能可 靠的工作 必须按正常条件下进行选择 并按短路状态来校验热稳定和动稳定 西南科技大学本科生毕业论文 25 5 3 1 按正常工作条件选择电气设备 1 额定电压和最高工作电压 所选用的电气设备允许最高工作电压不低于装置地点所接电网的最高运行 电压 一般电器允许的最高工作电压 当额定电压在 220kV 及以下时为 1 15 额定电压是 330 500kV 时是 1 1 而实际电网的最高运行电压一 N U N U SM U 般不会超过电网额定电压的 1 1 因此在选择电器时 一般可按电器额定电 NS U 压 UN不低于装置地点电网额定电压的条件选择 即 NS U 5 1 N U NS U 式中 电气设备铭牌上所标示的额定电压 KV N U 电网额定工作电压 KV NS U 2 额定电流 电气设备的额定电流是指在额定周围环境温度 0下 电气设备的长期 N I 允许电流 不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 N I 即 max I 5 2 N I max I 在决定具体参数时 应以发电机 调相机和变压器的额定容量和线路 max I 的负荷作为出发点 同时考虑长期工作状态 电压降低 5 出力保持不变 故 其相应回路的为发电机或变压器的额定电流的 1 05 倍 若变压器有过负荷 max I 运行的可能 应按照过负荷来确定 母联断路器回路一般取母线上最大一 max I 台发电机或者变压器的 母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机 max I max I 断开时 保证可以满足该段母线负荷所需的电流 出线回路的除考虑正常 max I 负荷电流外 还应考虑发生短路时其他回路相对该出线的负荷 此外 还与电 气设备的装置地点 使用条件 检修和运行等要求 对电气设备进行种类和形 式的选择 西南科技大学本科生毕业论文 26 3 按当地环境条件校核 在选择电气设备时 还应考虑电气设备的安装地点的环境条件是否适合该 电气设备 当温度 风速 温度 海拔 地震等环境条件超过一般电气设备使 用条件时 应采取措施 目前我国生产的电气设备使用的额定环境温度 40 如周围环境温度高于 40 但 60 时 其允许电流一般 0 可按每增高 1 额定电流减少 1 8 进行修正 当环境温度低于 40 时 环 境温度每降低 1 额定电流可增加 0 5 但其最大电流不得超过额定电流的 20 5 3 NalalNal IIKI 0 式中 电气设备的额定电流经实际的周围环境温度修正后的允许电 al I 流 A 温度修正系数 K 电气设备长期发热最高允许温度 al C 0 实际的周围环境温度 取所在地最热月的平均最高温度 C 0 电气设备的额定环境温度 0 C 0 5 3 2 按短路情况校验 当短路电流通过电气设备时 将产生热效应及点动力效应 因此必须对电 气设备进行热稳定和动稳定校验 1 短路热稳定校验 电气设备的载流部分在短路电流作用下 也就是短路电流通过电气设备时电 器各部分的温度应不超过允许值 满足热稳定的条件为 2 t 5 t I k Q 4 式中 短路电流热效应 k Q 西南科技大学本科生毕业论文 27 电气设备允许通过的热稳定电流 t I T 所选电气设备允许通过的时间 2 电动力稳定校验 当电气设备通过短路电流时 可能对电气设备产生一定的破坏 电动力稳 定是电气设备承受短路电流的能力 亦称动稳定 满足动稳定条件为 5 5 es i sh i 5 6 es I sh I 式中 短路冲击电流有效值 KV es i es I 电器允许通过的动稳定电流的有效值 KV sh i sh I 5 3 3 断路器的选择 高压断路器是重要的电气设备之一 高压断路器 高压开关 它不仅可以 切断或者闭合高压电路中的空载电流还有负荷电流 而且当系统发生短路或者 其他一些故障时通过继电器保护装置 切断过负荷电流或者短路电流 以达到 安全保护的作用 并且现在它已经具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力 它具有完善的灭弧性能 正常运行时 用来接通和开断负荷电流 在水电站电 气主接线中 还会改变主接线的运行方式 故障时 断路器通常以继电保护的 方式配合使用 断开短路电流 切除故障线路 保证非故障线路的正常供电及 系统的稳定性 高压断路器应根据断路器安装地点 环境以及使用技术条件等要求选择其 种类及型式 可分为 油断路器 多油断路器 少油断路器 六氟化硫断路器 SF6 断路器 真空断路器 压缩空气断路器等 对于该小水电站 为了灵活 方便水电站的运行 因此 6 3KV 选择万能自动空气断路器 由于真空断路器 SF6断路器比少油断路器 可靠性更好 维护工作量更少 灭弧性能更高 目前 得到普遍推广 故 35kV 220kV 一般采用 SF6断路器 10kV 采用少油断路器 参数具体计算如下 根据短路电流计算可知 对于 F1 点短路时 短路冲击电流为 358 06A 西南科技大学本科生毕业论文 28 1 6 3kV 电压等级断路器的选择 1 额定电压和电流选择 额定电压 20kV 额定电流 8KA N U N I 其中 故有 KAIKI imim 26 6 46 2 8 122 66 N I 1im I 2 开断电流的选择 高压断路器的额定开断电流不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分 Noff I 量为了简化计算可应用此暂态电流 I 进行选择 即 I t I Noff I 87kA I 2 46KA Noff I 3 热稳定校验 2 t 取 Tk 短路切除时间 4s 热稳定电流 It t I k Q 10I22 I42 Tk 12 2 462 10 2 532 2 582 4 12 k Q 2 I 25 57 kA 2 s 式中分别为计算电抗查短路电流计算曲线所得 具体参考电力工程基础 2 I 4 I It2t 872 4 30 28 kA 2 s 可知 2 t t I k Q 4 动稳定校验 8KA 6 26KA eh i es i 对于 f6 点短路来说 以为其连接两个断路器 并且参数相同 因此主接线 中的两组断路器选择相同型号 3 38 5kV 电压等级断路器的选择 1 额定电压和电流选择 对于 f4 点短路来说 额定电压 40 5kV 额定电流 IN 2kA N U 其中 故有 IN AIKI imim 52 69666 2738 122 44 4im I 2 开断电流的选择 西南科技大学本科生毕业论文 29 高压断路器的额定开断电流不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分 Noff I 量为了简化计算可应用此暂态电流 I 进行选择 即 I t I Noff I 31 5kA I 129 72kA Noff I 3 热稳定校验 It2t Qk 取 Tk 短路切除时间 4s Qk 10I22 I42 Tk 12 129 722 10 135 282 136 662 4 12 2 I 72 46 kA 2 s 式中分别为计算电抗查短路电流计算曲线所得 具体参考电力工程基础 2 I 4 I It2t 31 52 4 3969 kA 2 s 可知 2 t t I k Q 4 动稳定校验 31 5KA 330 16A eh i es i 35KV 线路其他断路器的选择计算略 结果见表 5 1 5 3 4 隔离开关的选择 隔离开关装配在主接线上 保证了线路或者设备检修时可以形成明显的断 开 与带电部分充分的隔离 达到安全的检修 由于隔离开关没有灭弧装置并 且开断能力比较低 所以操作隔离开关时 必须遵守倒闸操作顺序 先断路器 在隔离开关 具体顺序是 送电时首先合上母线隔离开关 然后合上线路侧的 隔离开关 最后在合上断路器 停电则与上面的叙述相反 隔离开关的配置 1 断路器的两侧均应装配有隔离开关 在检修断路器时会断开连接 与电源侧形成电隔离 2 中性点直接接地的普通型变压器需要通过隔离开关接地 3 母线上的避雷器和电压互感器可以采用一组隔离开关 为了保证电气 设备和母线的安全 每段母线上需要装设 1 到 2 组接地刀闸 4 变压器引出线或中性点上的避雷器可以不安装隔离开关 西南科技大学本科生毕业论文 30 5 当用户侧安装有电源时 断路器相对用户的那一侧 可以不装设隔离 开关 但如果花费较小时 为了防止雷电产生的过电压 也可以装设 1 6 3kV 电压等级隔离开关的选择 1 额定电压和电流选择 同样对于 f6 点短路来说 额定电压 20kV 额定电流 IN 8kA N U 其中 故有 KAIKI imim 26 6 46 2 8 122 66 N I 1im I 2 热稳定校验 2 t 取 Tk 短路切除时间 4s t I k Q 10I22 I42 Tk 12 2 462 10 2 532 2 582 4 12 k Q 2 I 25 57 kA 2 s 式中分别为计算电抗查短路电流计算曲线所得 具体参考电力工程基础 2 I 4 I It2t 802 4 25 60 kA 2 s 可知 2 t t I k Q 3 动稳定校验 80KA 6 26KA eh i es i 2 38 5kV 电压隔离开关的选择 1 额定电压和电流选择 对于 f4 点短路来说 额定电压 40 5kV 额定电流 IN 1000A N U 其中 故有 IN AIKI imim 52 69666 2738 122 44 4im I 2 热稳定校验 It2t Qk 取 Tk 短路切除时间 4s Qk 10I22 I42 Tk 12 129 722 10 135 282 136 662 4 12 2 I 72 46 kA 2 s 式中分别为计算电抗查短路电流计算曲线所得 具体参考电力工程基础 2 I 4 I 西南科技大学本科生毕业论文 31 It2t 21 52 4 1849 kA 2 s 可知 2 t t I k Q 3 动稳定校验 21 5KA 330 16A eh i es i 35KV 线路其他隔离开关的选择计算略 结果见表 5 1 经过对所有断路器和隔离开关的计算 最后选择器件的型号及参数如下表 5 1 表表 5 15 1 断路器隔离开关参数表断路器隔离开关参数表 器件 电压 等级 kV 型号 额定电 压 kV 额定短路 开断电流 kA 额定关 合电流 kA 额定 电流 kA 动稳定 电流峰 值 kA 4S 热稳 定电流 kA 38 5 ZW38 40 5 40 531 580231 531 5 断路器 6 3 SN4 20G 8000 20 87300 88787 38 5 GW4 35D 1000 40 5121 521 5 隔离开关 6 3 GN6 20T 8000 2088080 5 3 5 互感器的选择 电流互感器 对于一次侧 1 在现在电流互感器的一次额定电流应大于所在回路可能出现的最大的 负荷电流 确定最大负荷电流时 应考虑回路可能出现的过负荷 近 5 年之内 负荷的增长等情况 2 应满足短时热稳定 动稳定电流的要求 3 由同一母线引出的各回路 电流互感器的变比尽可能相同 以方便维 护和实现母线差动保护 对于二次侧 选取二次侧电压为 5V 型号为 LAJ 10 0 5 600 5A 和 西南科技大学本科生毕业论文 32 LAJ 10 0 5 400 5A 电压互感器 1 电压互感器的准确级和容量 电压互感器的准确级是指在规定的一 次电压和二次负荷变化范围内 功率负荷因数为额定值时 电压误差的最大值 由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗 导致测量结果的大小和相位有 误差 而电压互感器的误差与负荷有关 所以用一台电压互感器对于不同的准 确级有不同的容量 通常额定容量是指对应于最高准确级的容量 2 按一次回路电压选择 为了保证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网电压应在 1 1 0 9 范围内变动 e U 即应满足 1 1 0 9 1e U 1 U 1e U 3 按二次回路电压选择 电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和 测量使用标准仪表的要求 各电压等级均采用电容式电压互感器 选择型号为 JDZJ2 35 35 1 732 0 1 1 732 0 1 3KV 和 JDZJ2 6 6 1 732 0 1 1 732 0 1 3KV 两种 5 4 母线的选