华北水利水电大学毕业设计(水电厂电气部分初步设计

1、摘要本次设计为水电厂电气部分初步设计，主要讲述了初步设计的基本理论和计算方 法，简单介绍了电气设备布置及二次回路方案的规划。主要容分为设计说明书和设计计 算书两部分。其中，设计说明书包括五章，分别为（1）电气主接线的论证与确定；（ 2）厂用电的设计；（ 3）短路电流的计算；（ 4）导体与电气设备的选择；（ 5）电气 设备布置及二次回路初步规划。设计计算书包括两章，分别为（1）三相短路电流的详细计算过程；（ 2）发电厂主要电气设备的选择和校验。在该次设计中，重点研究问题是电气主接线方案的比较和确定，三相短路电流的计 算和发电机引出裸导体与电气设备的选择。最终确定的电气主接线方案为：发电机高压 侧

2、采用发电机变压器联合单元接线，升高电压压侧采用 3/2 断路器接线，厂用电采用 单母线分段接线，厂用高压工作电源从主变压器低压侧引接，厂用备用电源采用暗备用 的形式。所选的主要电气设备包括发电机引出裸导体、支柱绝缘子、断路器、隔离开 关、电压互感器、电流互感器、保护熔断器、避雷器和消弧线圈。关键词： 水电厂；电气主接线；短路电流；电气设备AbstractThisprelimi narydesig nof electricalpartforthehydroelectricpowerpla ntmai nlyn arratesthe basictheory andcalculati onmetho

3、d,in troducesthearra ngeme nt ofelectricalequipme nt and the pla n of sec on dary circuit simply. The primary coverage has been divided into two parts: the design instruction booklet and the design account booklet. Among them, the design in structi onbookletin cludesfive chapters: (1) the proof andd

4、eterm in atio nof main electricalconn ecti on;(2) the desig n ofelectricity used by factory; (3) the computation of short-circuit curre nt; (4) the choice of con ductor and electrical equipme nt; (5) the arra ngeme nt of electrical equipme nt and prelim inary scheme of sec on darycircuit. The desig

5、n acco unt bookletin cludestwochapters:(1)the detailed computati onal process of three-phase short-circuitcurre nt;(2) the process of main electricalequipments choice and verification in power plant.In this design, the key research questions are the comparison and thedeterm in ati onof main electric

6、alconn ecti on, thecomputati on of three-phase short-circuit curre nt and the choice of bare con ductorand electricalequipme nt.The mai n electricalconnection determined ultimately is : the side in generator hign- pressur uses gen erator-tra nsformer joint uint conn ecti on; the side of boosting pre

7、sses uses a 3/2 breaker wiring; single busbar is used in the pla nt. Hign-v oltage power used by pla nt is drawed from the low pressure side of the connection of the main transformer.pillarvoltagesurgeReserve supply is used in the form of dark alternative. The major electrical equipme nt selected in

8、 clude bare con ductor, in sulator,circuit breaker,disc onn ect ingswitch,tran sformers,curre nttran sformers,protecti on fuses,arresters and the coil.Key words:Hydropower pla nt; mai n Electrical conn ecti on;Short-circuit current; Electrical equipment目录摘要 IAbstract III第一篇 设计说明书1 绪论 12 电气主接线的论证与确定

9、32.1 发电机电压接线方式的选择 32.2 升高电压接线方式的初步选择 42.3 发电厂主变压器的选择 92.4 主变压器和发电机中性点接地方式 113 厂用电的设计 133.1 厂用电的特点及厂用电的引接 133.2 厂用变压器的选择 144 短路电流的计算 164.1 短路的类型及短路计算 165 导体与电气设备的选择 185.1 电气设备选择的一般条件 185.2 发电机引出裸导体的选择 195.3 支柱绝缘子的选择 205.4 断路器的选择 215.5 隔离开关的选择 235.6 电压互感器的选择及结果 245.7 电流互感器的选择及结果 255.8 保护熔断器的选择 285.9 避

10、雷器的选择及结果 295.10 消弧线圈的选择 306 电气设备布置及二次回路初步规划 326.1 电气设备布置 326.2 二次回路的初步规划 32第二篇 设计计算书1 短路电流计算 342 主要电气设备的选择 402.1 发电机引出裸导体的选择 402.2支柱绝缘子的选择 432.3 断路器的选择 442.4 隔离开关的选择 462.5电压互感器的选择 502.6电流互感器的选择 512.7保护熔断器的选择 542.8 消弧线圈的选择 55结束语 56参考文献 61附录一 外文原文 63附录二 外文译文 69第一篇 设计说明书1 绪论1.1 设计工作应遵循的主要原则（1）要遵守国家的法律、

11、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程 序，特别应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。（2）要运用系统工程的方法从全局出发，正确处理中央与地方、工业与农业、沿海 与地，城市与乡村、远期与近期、平时与战时、技改与新建、生产与生活、安全与经济 等方面的关系。（3）要根据国家规、标准与有关规定，结合工程的不同性质、不同要求，从我国实 际情况出发，采用中等适用的先进技术，合理地确定设计标准。对生产工艺、主要设备 和主体工程要做到可靠、适用、先进；对非生产性的建设，应坚持适用、经济、在可能 条件下注意美观的原则。（4）要实行资源的综合利用，要节约能源、水源，要保护环境，要注意专业化

12、和协 作，要节约用地，要合理使用劳动力，要立足于自力更生。1.2 电气主接线设计的基本要求现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力 系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系 统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，电气主接线必须满足以下三 项基本要求。（1）可靠性要求 电气主接线不仅要保证在正常运行时，还考虑到检修和事故时，都不能导致一类负 荷停电，一般负荷要尽量减少停电时间。为此，应考虑设备的备用，并有适当的裕度。（2）灵活性要求主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而 且在各种事

13、故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响围最 小，并且在检修时可以保证检修人员的安全。由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑 到具有扩建的可能性。（3）经济性要求主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占 地面积最少，使其尽地发挥经济效益。此外，主接线应简单清晰、操作方便，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于 操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足 运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。1.3 水力发电厂电气主接线设计的特点水力发电厂电气主接线设计的特

14、点如下：（1）水力发电厂建在有水能资源处，一般离负荷中心很远，当地负荷很小甚至没 有，电能绝大部分要以较高电压输送到远方。因此，主接线中可不设发电机电压母线， 多采用发电机变压器单元接线或扩大单元接线。单元接线能减少配电装置占地面积， 也便于水电厂自动化调节。（2）水力发电厂的电气主接线应力求简单，主变压器台数和高压断路器数量应尽量 减少，高压配电装置应布置紧凑、占地少，以减少在狭窄山谷中的土石方开挖量和回填 量。（3）水力发电厂的装机台数和容量大都一次确定，高压配电装置也一次建成，不考 虑扩建问题。（4）水利发电机组启动快，启停时额外耗能少，常在系统中担任调频、调峰及调相 任务，因此机组开停

15、频繁，运行方式变化大，主接线应具有较好的灵活性。（5）运行方式控制比较简单，较易实现自动化，为此，电气主接线应尽力避免以隔 离开关为操作电器。2 电气主接线的论证与确定2.1 发电机电压接线方式的选择 水电厂发电机电压接线一般可选用单元接线、扩大单元接线、联合单元接线。本次 设计的水电站共装有 6台水轮发电机，总装机容量为 6X 170MWV规模比较大，故可初步 选用发电机 -变压器单元接线，扩大单元接线，联合单元接线。2.1.1 发电机 -变压器单元接线1、特点：一台机组接一台主变压器，没有发电机电压母线，发电机与变压器串联相 连，其容量相等，一般发电机低压侧没有负荷。2、优点：（1）发电机

16、变压器容量协同，接线简单，元件故障影响小，运行可靠，操作方便。（2）发电机与变压器之间一般不装设断路器，只装设隔离开关，因而节约了断路 器，简化了配电装置使得维护工作量也变小。（3）继电保护简单。3、缺点：当发电机或变压器任一元件故障或检修时，整个单元均要停止工作。4、适用围：一般适用于单机容量在 100MW及以上的大容量机组。当单机容量小于 100MWV如机组台数较少，或经方案比较，采用其他接线方式不合适时，也可采用。2.1.2 发电机 -变压器扩大单元接线1 、特点：两台或两台以上机组接一台主变压器，在主变压器低压侧一般不设断 路器，只在发电机出口装设断路器及隔离开关。2、优点：（1 ）接

17、线简单清晰，运行维护方便。（2）主变压器台数及其相应的高压开关设备比单元接线少，有利于简化高压侧接 线，缩小布置场地和节约投资。（3）任一台机组停电，不影响接在主变压器低压侧的厂用电源供电，即使本单元全 部机组停机，仍可由电力系统经主变压器倒送电，提高了厂用电供电的可靠性。3、缺点：（1）运行灵活性较差，当主变故障或检修时，两台或两台以上机组容量不能送出。（2）增加发电机电压断路器和增大发电机低压侧短路容量，为限制短路容量，变压 器低压侧可用分裂绕组变压器，但其价格较普通变压器贵。4、适用围：大、中、小型变电站均有采用2.1.3 发电机 -变压器联合单元接线1、优点：两组或两组以上单元接线在主

18、变压器高压侧联合。（1）机组与主变压器台数相同，但节省了高压断路器，并减少了主变压器至开关站 的进线回路数，有利于进线布置和简化高压侧接线。（2）与单元接线比较，机组停机可较方便的由主变压器倒送厂用电源。（3）与扩大单元接线比较，不致因主变压器故障或检修而较长时间地影响本单元全 部机组容量送出。2、缺点：（1）主变压器高压侧有并联母线和隔离开关，增加了变压器场地布置面积，并联 母线或高压断路器故障，影响本单元全部机组容量送出。（2）任一台主变压器故障或检修，接在本单元的全部机组需短时停机。（3）任一台机组停机可断开发电机电压断路器，但主变仍带电，增加空载损耗。3、适用围： 适用于机组台数较多的

19、大型电站。也适用于变压器场地布置条件允许，但电站为分 期建设且过度时间较长，因而采用联合单元接线较扩大单元接线有利的场合。2.2 升高电压接线方式的初步选择目前我国330500kV超高压配电装置采用的接线有：双母线三分段（或四分段）带 旁路母线（或带旁路隔离开关）接线，3/2断路器接线，变压器-母线接线和 35角形 接线，国外的还有 4/3 断路器接线。考虑这些电气主接线的实际应用情况及本次设计的 发电厂在电力系统中的地位和负荷情况，初步拟定双母线四分段带旁路母线接线， 3/2 断 路器接线， 4/3 断路器接线和变压器母线接线四个方案。2.2.1 双母线四分段带旁路母线接线1、优点：（1）供

20、电可靠性很高。当一段母线故障或连接在母线上的进出线断路器故障时， 停电围不超过整个母线的 1/4 ，且可以迅速恢复供电；当一段母线故障合并分段或母联 断路器拒动时，停电围不会超过整个母线的 1/2。（2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可任意分配到某一段母线上，能灵活适应 电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可组成各种运行方式。（3）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。（4）检修方便。可以轮流检修各段母线而不致使供电中断；检修任一回路的母线 隔离开关时，只需断开此隔离开关所需的一条电路和与此隔离开关

21、相连的改组母线，其 他电路均可通过另一组母线继续运行。2、缺点：配电装置投资大，且旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会， 也使保护及自动化系统复杂化。3、适用围：被广泛应用于发电厂的发电机电压配电装置中，220500kV大容量配电装置中。2.2.3 一倍半断路器接线1、优点：（1）可靠性高。任何一个元件（一回出线、一台主变）故障均不影响其他元件的运 行，母线故障时与其相连的断路器都会跳开，但各回路供电不受影响。当每一串中有一 电源一负荷时，即使两组母线同时故障都影响不大（每串中电源和负荷功率相近时）。（2）调度灵活。正常运行时两组母线和全部断路器都投入工作，形成多环状供电， 调度方便灵活

22、。（3）操作方便。只需操作断路器，而不必用隔离开关进行倒闸操作，使误操作事故 大为减少。隔离开关仅供检修时用。（4）检修方便。检修任一台断路器只需断开该断路器自身，然后拉开两侧的隔离开 关即可检修。检修母线时也不需切换回路，都不影响各回路供电。2、缺点：（1）占有断路器较多，投资较大，同时使继电保护也比较复杂。（2）接线至少配成 3 串（每串为 3 台断路器，接两个回路）才能形成多环供电。配 串时应使同一用户的双回线路布置在不同的串中，电源进线也应分布在不同的串中。在 发电厂只有二串和变电所只有二台主变的情况下，有时可采用交叉布置，但交叉布置使 配电装置复杂，扩大了占地面积。3、适用围：3/2

23、断路器双母线接线是现代大型电厂和变电所超高压（330、500kV及以上电压）配电装置的常用接线形式。在我国 500kV及以上的超高压配电装置中，大部分采用该种 接线方式，如已建成，在设计中的有洲坝 500kV 开关站，长江三峡水电站，水布垭水利 枢纽，构皮滩水电站，二滩水电站，天生桥水电站，大朝山水电站等，故技术比较成 熟，运行经验也比较丰富。2.2.3 4/3 断路器接线1、特点：一个串中有 4 台断路器，接 3 个进出线回路，与一台半断路器接线相比， 投资节省，但可靠性有所降低，布置比较复杂。在一个串的 3 个回路中，电源与负荷的 容量应相配，以提高供电可靠性。2、适用围： 通常用于发电机

24、台数（进线）大于线路（出线）数的大型水电厂，以便实现一个串 的 3 个回路中电源与负荷相互匹配。3、运行经验：加拿大皮斯河叔姆水电厂 500kV 升压站采用了 4/3 台断路器接线，在一个串中，接 两回发电机变压器单元和一回 500kV 出线，电源与出线负荷容量相配。这种接线除加 拿大外，很少采用。2.2.4 变压器母线接线在该电气主接线方式中，各出线由 2 台断路器分别接至两组母线上，变压器直接通 过隔离开关接到母线上，组成变压器母线接线。1、特点：（1）当出线为 5 回及以下时，各出线均可经双断路器分别接至两组母线，以保证高 度可靠性。（2）选用质量可靠，故障率甚低的主变压器，直接将主变压

25、器经隔离开关连接到两 组母线上，以节省断路器。（3）变压器故障时，连接于母线上的断路器跳开，但不影响其它回路供电，主变压 器用隔离开关断开后，母线即可恢复供电。（4）调度灵活，电源和负荷可自由调配，安全可靠，有利于扩建。2、适用围：（1）长距离大容量输电线路，系统稳定性较突出，要求线路有高度可靠性时。（2）主变压器的质量可靠，故障率甚低。3、运行经验：加拿大哥伦比亚水电局 500kV 长距离输电系统的中间变电所采用变压 器母线接线。在我国，目前这种接线方式还没有被采用过。通过以上分析，考虑本次设计及我国的情况，初步排除4/3断路器接线和变压器-母线接线，保留两种可能接线方案，即双母线四分段带旁

26、路母线接线和3/2断路器接线-。各方案主接线图如下所示：I L图2.2 方案二225两种升高电压主接线方案的比较及确定1供电可靠性的比较见表1-2-1表1-2-1供电可靠性的比较情况3/2断路器接线双母四分段带旁路母线接线检修任意一台断路器可不停电可不停电检修任意母线不需切换回路，且不会造成任何 停电经倒闸操作，可不停电任意母线短路不会造成任何停电与该母线直接相连的线路会短时 停电，但可迅速恢复供电。线路发生短路故障，线路断路器拒动不会造成任何停电造成该线路所连的母线故障，所 有与该母线直接相连的线路会短 时停电，但也可迅速恢复供电。电源回路发生故障，电源断路器 拒动不会造成任何停电造成该电源

27、所连的母线故障，所 有与该母线直接相连的线路会短 时停电，但也可迅速恢复供电。有无全厂停电的可能性无几率非常小，几乎不可能2、供电灵活性的比较，见表1-2-2。表1-2-2供电灵活性的比较情况3/2断路器接线双母四分段带旁路母线接线正常操作时，操作的灵活性非常灵活非常灵活检修时灵活性非常灵活比较灵活事故情况下，操作的灵活性灵活比较灵活扩建或过渡的灵活性一般不考虑扩建，即使扩建也很灵活比较灵活继电保护占用断路器较多，投资较大，同 时使继电保护也比较复杂投资较大。当线路（主变压器） 断路器检修时，旁路的倒换操作 比较复杂，增加了误操作的机 会，也使保护及自动化系统复杂 化。3、经济性的比较由于本次

28、设计中，3/2断路器接线和双母四分段带旁路母线接线中，主变压器及 相应的断路器，隔离开关都选用同型号，同厂家的，故可以只比较所需设备的数量即可，比较结果见表1-2-3 :1-2-3 经济性的比较情况3/2断路器接线双母四分段带旁路母线接线主变压器66高压断路器1817咼压隔离开关4458由运行经验及上述比较结果可得3/2断路器接线可靠性，灵活性均比双母四分段带旁路母线接线要高，而经济性上相差不多，故综合分析，本次设计中升高电压接线采 用运行经验丰富，可靠性，灵活性都非常高的3/2断路器接线。2.3发电厂主变压器的选择发电厂中用来向电力系统或用户输送电能的变压器称为主变压器。主变压器台数、 容量

29、和型式的选择是否合理，对发电厂的安全经济运行至关重要。2.3.1主变压器的台数和容量选择采用发电机-变压器联合单元接线时，主变压器容量应与发电机容量相配套。即选 择主变容量时应为发电机容量减去厂用容量后，留有10%的裕度，对于水电厂，由于厂用电率很小，可直接按10%的裕度选择即可。2.3.2主变压器型式的选择主变压器型式的选择应考虑以下几个问题1、三相变压器与单相变压器在容量相同的情况下，一台三相变压器比由三台单相变压器组成的主变压器组便宜 许多，且占地和运行损耗都小，因此凡能采用三相变压器时都应首先选择三相变压器。2、双绕组变压器与三绕组变压器对于200MW及以上的机组，其升压变压器一般不选

30、用三绕组变压器。否则，发电机 出口必须设置十分昂贵的大容量断路器。3、普通型变压器与自藕变压器与同容量的普通变压器相比，自藕变压器消耗材料省、体积小、重量轻、造价低， 同时功率损耗也低，输电效率较高；可以扩大变压器的制造容量，便于运输和安装。在220kV及以上降压变电所中应用很广。而在大容量发电厂中，自藕变压器常被用于高压系 统和中压系统之间的联络变压器。本次设计的发电厂，虽然容量比较大，但只有一个高压系统，不需要联络变压器。4、无载调压变压器与有载调压变压器无载调压变压器必须在停电的情况下才能调节其高压绕组的分接头位置，从而改变 变压器的变比达到调节低压侧电压的目的。调压围较小，一般在土5%

31、以。一年中只能调节12次，电力系统中广泛使用的变压器大多数是无载调压变压器。有载调压变压器具有专用的分接头切换开关，能够在不停电的情况下改变分接头位 置进行调压。调压的围较大，一般为15%以上甚至可达30%，并且可根据负荷大小的变化在一天中调节好几次，并可进行自动调节。有载调压变压器价格要贵一些，当负载变 化较大，采用无载调压变压器电压质量无法保证时，可以选用有载调压变压器。在发电厂中，一般情况升压主变压器不必采用有载调压变压器。但接于出力变化大 的发电机电压母线的主变压器，或功率方向常常变化的联络变压器以及一些厂用高压变 压器，则常选用有载调压变压器。5、关于变压器接线方式的选择发电厂多数大

32、容量主变压器都采用 丫，d接线或者Y，y，d接线，其低压侧绕组总是 接成三角形。如果没有这个绕组，变压器铁芯中的主磁通就会形成平顶波，其中包含 较大的三次谐波磁通分量，会使变压器铁轭部件及等铁磁物体产生附加的铁损，从而降 低变压器的效率并引起局部过热。另一方面，线路上如出现三次谐波电流则会对通信线 路造成干扰。有了这个绕组后，三次谐波电流仅在绕组部循环流通，而不流到线路 上去，就不会干扰通信线路了。同时，在绕组部流通的三次谐波电流，对主磁通中的 三次谐波分量产生强烈的去磁作用，从而使主磁通的波形变为正弦波，也使各相电压波 形为正弦波。2.3.3主变压器的选择结果综上所述，本设计可选用 6台SF

33、P-240000/500双绕组变压器。技术参数见表1-2-4所示：表1- 2-4联合单元接线的主变压器型号参数变压器型号额定容量(kVA)额定电压(kV)联结组标号短路阻抗(%一次侧二次侧SFP-240000/50024000055013.8YN,d11142.4 主变压器和发电机中性点接地方式2.4.1 电力网中性点接地方式 选择电力网中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级、单相接地短路电 流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连 续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。电力网的中性点接地方 式有以下几种：1、中性点非直接接地（1）中

34、性点不接地 中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接 地电流仅为线路及设备的电容电流。但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水平，不 宜用于110kV及以上电网。在663kV电网中，贝U采用中性点不接地方式，但电容电流 不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间隙接地过电压，波及整个 电网。（2）中性点经消弧线圈接地 当接地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬时熄灭，以消除弧光间隙接地过电压。（3）中性点经高电阻接地 当接地电容电流超过允许值时，也可采用中性点经高电阻接地方式，一般用于大型发电机中性点。2、中性点直接接地 直

35、接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备需立即切除，增加了断路器负荷， 降低供电连续性。但由于过电压较低，绝缘水平可下降，减少了设备造价，特别是在高 压和超高压电网，经济效益显著。故适用于 110kV及以上电网中。2.4.2 主变压器中性点接地方式 电力网中性点的接地方式决定了主变压器中性点的接地方式：主变 500kV 采用中性点直接接地方式；所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调度时， 灵活选择接地点。当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器中性点绝缘不是按线电 压设计的，应在中性点装设避雷器保护。2.4.3 发电机中性点接地方式发电机中性点采用非直接接地方式发电机中性点接地

36、方式发电机定子绕组发生单相接地故障时，接地点流过的电流是 发电机本身及其引出回路所连接元件(主母线、厂用分支线、主变压器低压绕组等)的 对地电容电流。当超过允许值时将烧伤定子铁芯，进而损坏定子绕组绝缘，引起匝间或 相间短路，故需要在发电机中性点采取经消弧线圈或高电阻接地的措施，以保护发电机 免遭损坏，发电机接地电流允许值见下表。发电机额定电压(kV)发电机额定容量(MW)发电机接地电流允许值(A)13.8 15.7512520021米用发电机中性点不接地方式(1) 单相接地电流不超过允许值；(2) 适用于125MW及以下的中小机组。2、采用发电机中性点经消弧线圈接地方式(1) 对单元接线的发电

37、机，宜采用欠补偿方式；(2) 经补偿后的单相接地电流一般小于 1A,因此，可不跳闸停机，仅作用于信号；(3) 当发电机为单元接线时，消弧线圈应接在发电机的中性点上；(4) 适用于单相接地电流大于允许值的中小机组或200MW及以上大机组要求能带单 相接地故障运行时。3、采用发电机中性点经高电阻接地方式发电机中性点经高电阻接地后，可达到：( 1)限制过电压不超过 2.6倍额定相电 压；(2)限制接地故障电流，使之不超过 1015A;( 3)为定子接地保护提供电源，便 于检测。3 厂用电的设计3.1 厂用电的特点及厂用电的引接3.1.1 水电站厂用电的特点(1) 水电站厂用电负荷较少，厂用负荷的容量

38、，一般只占全站总装机容量的1 %3%。而且，厂用设备一般均为380/220V氐压设备。(2) 水电站的厂用电负荷一般约有 50%70%的容量不经常运转，只有少数负荷是经 常运行的，且其部分负荷是闻歇运行的。因同时率及负荷率均较氐，故最大负荷年利用 小时数也较氐。(3) 水电站厂用电设备一般比较简单，因而厂用电接线也可相应简化。(4) 水电站厂用负荷，不但与水电站的容量有关，而且与水电站的枢纽布置、机组型 式以及水头大小有关。(5) 水电站不同运行方式对厂用电负荷有影响。(6) 水电站厂用电设备易于实现较高水平的自动控制。3.1.2 厂用电源的数量及设置原则1、全厂机组运行时，大型水电厂应不少于

39、 3个厂用电电源；中型水电厂应不少于 2个 厂用电电源。2、当部分机组运行时，大型水电厂至少应有 2个厂用电电源同时供电；中型水电厂 也应有 2个厂用电电源，但允许其中 1个处于备用状态。3、全厂停机时，大型水电厂应有 2个厂用电电源，但允许其中一个处于备用状态； 中型水电厂允许 1个厂用电电源供电。4、 当机组、主变压器或引水隧洞等大修而使全厂停机时，允许仅1 个厂用电电源供 电。5、在厂用电电源设备检修期间，允许适当减少厂用电电源数量。3.1.3 厂用电源的引接方式1、厂用工作电源的引接 厂用工作电源对可靠性要求很高，工作电源的引接与电气主接线有密切关系。当主 接线具有发电机电压母线时，厂

40、用高压工作电源从机压母线上引接；当发电机、变压器 采用单元接线时，厂用高压工作电源从主变压器的低压侧引接；当主接线为扩大单元 时，厂用高压工作电源从发电机出口或主变低压侧引接。厂用低压工作电源，一般从厂用厂用高压母线段上引接；当无高压厂用母线段时， 从发电机电压母线上或从发电机出口直接接入低压厂用变压器，以取得 380/220V 低压工 作电源。2、厂用备用电源的引接， 当事故情况下厂用负荷失去了工作电源时，即会自动切换到备用电源上继续运行。因此，要求厂用备用电源具有独立的供电性，并有足够的容量。最好与系统紧密联系， 在全厂停电情况下仍能从系统获得厂用电源。有以下几种方式：（1）从发电机电压母

41、线的不同分段上引接厂用备用变压器。（2）从与电力系统联系紧密的升高电压母线上引接厂用高压备用变压器，如有两级 与系统联系的升高电压，尽量选用较低一级以节省投资。（3）从联络两级升高电压的联络变压器的第三绕组引接厂用备用变压器。（4）从外部电网中引接专用线路（经济性差极少采用）。 厂用备用电源分为明备用和暗备用两种。火电厂中一般采用明备用，即装设专门的备用变压器，平时不工作或仅带很小负 荷，一旦某一工作电源失去后，该备用变压器自动代替原来的工作电源。水电厂（也包括小水电）多采用暗备用，即不设专门的备用变压器，而是两个厂用 工作变压器容量选大一些，互为备用。暗备用减少了厂用变压器的数量，也相应节约

42、了 占地和费用。3.2 厂用变压器的选择3.2.1 对厂用变压器的基本要求（1）厂用变压器额定原边电压必须与引接处电压一致。如从发电机出口分支引接， 应为发电机额定电压（10.5、13.8、15.75、18、20kV等）。（2）厂用变压器副边额定电压则与厂用电压配合，如6.3、 0.4kV 等。（ 3）厂用变压器可以选用双绕组变压器，但大型机组的厂用变压器多选择低压绕组 分裂变压器。（4）当高压厂用变压器阻抗电压大于10.5%时，或引接处电压波动超过5%时，宜采用有载调压变压器。其调压围应大 20%，且分接头电压级差不宜过大。（5）厂用变压器的阻抗电压不能太小，否则短路电流大，厂用系统的高压断

43、路器无 法选用价格低廉的轻型断路器（一般系指国产 SNo-ioi、sn10-ioh和SNo-iom少油断 路器）；也不能太大，否则无法满足电压波动和电动机自起动要求。（6）厂用变压器的容量必须满足厂用机械正常运转和自起动的需要。（7）为了使厂用高压母线的备用段与工作段在电压相位上一致，一般从电厂升高电 压母线引接的厂用高压备用变压器，其绕组连接组别要给以特别注意。3.2.2 厂用高压变容量的选择1、厂用电变压器容量的选择和校验应符合下列原则：（ 1 ）满足在各种运行方式下，可能出现的最大负荷。（2） 一台厂用电变压器计划检修或故障时，其余厂用电变压器应能担负I 、 II 类厂 用电变压器计划检

44、修时另一台厂用电变压器故障或两台厂用电变压器同时故障的情况。（3）保证需要自启动的电动机在故障消除后电动机启动时所连接的厂用电母线电压 不低于额定电压的60%65%。2、厂用电变压器型式选择 布置在厂房的厂用电变压器应采用干式变压器；如有架空进线时，需加强绝缘或采取有效的防雷措施，也可采用油浸式变压器。布置在屋外的厂用电变压器则宜选用油浸 式变压器。本电站选用干式变压器布置于厂房。组别为 D，ynll 。根据确定的最优电气主接线， 本电站厂用电设计了二回电源，即厂用高压工作电源从主变压器低压侧引接，供电可 靠。设置两台厂用高压变压器。厂用电采用单母线分段接线。经过分析计算，选用两台 容量为25

45、000kVA勺干式厂用变压器己能满足全厂最大厂用负荷用电。厂用变压器通过高 压断路器接在发电机出口，低压侧电压为6kV。正常运行情况下，厂用电源由发电机供给，当电站停机时，可以由系统通过主变压器倒送供电。3.2.3 小结本次设计的水电站以5回500kV电压等级，经300km长的线路接入系统。通过分析比 选，确定本次设计的水电站主接线为发电机高压侧采用发电机变压器联合单元接线， 升压侧采用3/2断路器接线，选用6台容量为240MV的主变压器；厂用电采用单母线分段 接线，选用二台容量为25MV的干式厂用变压器。4 短路电流的计算4.1 短路的类型及短路计算 “短路”是电力系统中常发生的一种故障。所

46、谓短路是指电网中某一相导体未通过 任何负荷而直接与另一相导体或“地”相碰。电网正常运行的破坏大多数是由短路故障 引起的，危害很大。4.1.1 短路的类型 短路故障分为对称短路和不对称短路。三相短路是对称短路，造成的危害最为严 重，但发生的机会较少。其它的短路都是不对称短路，其中单相短路发生的机会最多， 约占短路总数中的 70以上。所以在做短路计算时，选择最严重的一种，三相短路计 算。4.1.2 短路计算的目的 为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最 大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路 引起的发热和电动力的巨大冲击。同时

47、，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护 装置将自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要准确的 短路电流数据。4.1.3 短路计算的步骤 为了简化计算，又满足工程准确度的要求，短路电流计算采用工程上通用的实用计 算法。计算过程全部用标么值，并利用运算曲线对短路电流进行计算。一般情况下，发 生三相金属性短路时，电流产生的热效应和电动力最大，所以应按三相金属性短路时进 行短路电流计算。计算步骤如下：（1）画出以标幺值电抗表示的等值电路图；（2）网络化简 （ 消去中间节点 ）, 得到各电源对短路点的转移阻抗；（3）求各电源到短路点的计算电抗；（4）查运算曲线 , 得到各电源

48、送至短路点电流的标幺值；（5）求各电源送至短路点电流的有名值之和 , 即为短路点的短路电流。4.2 短路电流的计算结果421系统的等值电路图如图4.1所示:S130.087K500kV 1、2_ 34_ 5 60.5830.5830.5830.5830.5830.583K2789101112X 1.0291.0291.0291.0291.0291.029OOQOOOGGGGGG图4.1 系统的等值电路图4.2.2短路电流计算结果(Sb 1000 MVA，电压基准值Ub为各级平均额定电压Uav)表1-4-1 短路电流计算结果各短路点短路位置不同时刻短路电流有效值(kA)冲击电流(kA)基准电压(

49、kV)t=0st=0.1st=0.2st=2st=4sK1500 kV母线处17.4216.5416.42216.44816.47744.34550K2发电机出口109.5397.5395.99692.11190.94294.3113.85 导体与电气设备的选择5.1 电气设备选择的一般条件5.1.1 按正常工作条件选择电气设备1、额定电压在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN 不低于装置地点电网额定电压Uns的条件选择，即UN UNS2、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I max

50、 ，即I N I max3、环境条件对设备选择的影响（1）温度和湿度一般高压电气设备可在温度为 20oC ，相对湿度为 90的环境下长期正常运行。当 环境的相对湿度超过标准时，应选用型号后带有“ TH字样的湿热带型产品。（2）污染情况安装在污染严重，有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的电气设备，应选用防 污型产品或设备布置在室。（3）海拔高度一般电气设备的使用条件为不超过 1000m当用在高原地区时，由于气压较低，设备 的外绝缘水平将相应降低。因此，设备应选用高原型产品或用外绝缘提高一级的产品。 现行电压等级为 110kV 及以下的设备，其外绝缘都有一定的裕度，实际上均可使用在海 拔不超过2

51、000m的地区。（4）安装地点 配电装置为室布置时，设备应选户式；配电装置为室外布置时，设备应选户外式。此外，还应考虑地形、地质条件以及地震影响等。5.1.2 按短路状态校验设备（1）短路热稳定校验通常制造厂直接给出设备的热稳定电流（有效值）It及允许持续时间t。热稳定条件为It2t Qk式中 I t2t 设备允许承受的热效应， kA2 S;Qk 所在回路的短路电流热效应， kA2 S。（ 3）短路动稳定校验制造厂一般直接给出设备的动稳定峰值电流 imax ，动稳定条件为imax ish式中 ish 所在回路的冲击短路电流， kA；imax 设备允许的动稳定电流（峰值），kA。5.1.3 具体

52、电气设备的选择及结果本设计要求选择的设备有发电机引出裸导体及支柱绝缘子、高压断路器、高压隔离 开关、电压互感器、电流互感器、保护熔断器、避雷器以及消弧线圈。根据电气设备选 择的一般原则，按照正常运行情况选择设备，按短路情况校验设备。同时兼顾今后的发 展，选用性价比高，运行经验丰富，技术成熟的设备，尽量减少选用设备的类型，以减 少备品备件，也有利于运行、检修等工作。5.2 发电机引出裸导体的选择5.2.1 确定导体的材料、截面形状、布置方式。1. 材料导体通常由铜、铝、铝合金制成，载流导体一般使用铝或铝合金材料，铜导体 只用在持续电流大，且出线位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐蚀的场所。2. 截面形

53、状硬导体截面常用的有矩形、槽形和管性。其中槽形导体机械强度好，载流量大集肤 效应系数较小，一般用于40008000kA的配电装置中。3. 布置方式导体的布置方式应根据载流量的大小，短路电流水平和配电装置的具体情况而定。5.2.2 选择导体的截面积导体截面积可按最大长期工作电流长期发热允许电流或经济电流密度选择发电厂的主母线和引下线以及持续电流较小，年利用小时数较低的其他回路的导 线，一般按最大长期工作电流选择；而发电机出口母线，以及年平均负荷较大且长度较 长的回路的导线，则应按经济电流密度选择。523母线的校验校验热稳定满足热稳定要求的导体最小截面积弘航，只需实际选用的导体截面积S Smin，

54、导体便是热稳定的。校验动稳定各种形状的硬导体通常都安装在支柱绝缘子上，短路冲击电流产生的电动力将使导 体发生弯曲，因此，导体应按弯曲情况进行应力计算。而软导体不必进行动稳定校验。 524本设计中发电机引出裸导体的选择结果见下表：截面尺寸（mm双槽导体截面2 （mm ）集肤效应系数KS双槽导体载流量（A）hbcr97601.5751015022510512.516表1- 5-1发电机引出裸导体的参数共振最大允许距离（cm）截面系数惯性矩惯性半径双槽实联双槽不实联WY(cm3)IY(cm4)rY(cm)66.54903.202991635.3支柱绝缘子的选择支柱绝缘子应按安装地点和额定电压选择，并进行短路动稳定校验。5.3.1按安装地点选择支柱绝缘子一般用于屋配电装置的选用户式的，用于屋外配电装置的选用户外式的。当户外污 秽严重时应选用防污式的。5.3.2按电压条件选择支柱绝缘子按电压条件选择的支柱绝缘子应满足下式Un Uns式中 Un 支柱绝缘子的额定电压，kV；U ns 所在电网的额定电压，kV；533按短路条件校验支柱绝缘子的动稳定由于三相母线是通过支柱绝缘子支持和固定的，因此，短路时作用在母线上的相间电动力也会传到支柱绝缘子上，为保证他们在这种情况下不受损坏，应满足下列条件：F