水电站电气主接线设计

/Sｏuthweｓtuniversｉｔyofscieｎｃeａnｄtｅcｈｎoｌｏgy本科毕业设计(论文)学院:年级:专业：电气工程及其自动化姓名：学号:指导教师：某水电站电气主接线系统设计二〇一三年六月ﻬ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１０ＭV.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；ThedeｓｉgnｏｆthemaiｎｅｌectｒiｃａlsyｓtemｏftheHyｄrｏpoｗerSｔatiｏnAbｓtraｃｔ：Thｅmaｉnpｕrposeofpoｗerbalancｅoftheｈydｒｏpｏｗeｒstation，andcomｐｒehｅnsiｖeutiｌｉｚaｔionｂｅnefitofsｅｄimenｔ，floodcｏntrol.Ｔhetｏtalinsｔalledcapaciｔｙofhydｒopowｅｒｉsabout10M.VA,ｆorｓｍaｌlhyｄｒopowerｓtatiｏｎ!Needtoｆollowthedesignstanｄａｒｄ，ecoｎomy，safetyｄｅsignofsmallhyｄｒopｏwersｔatｉｏn,utｉｌity!Thedesignbegｉnswｉthpｒimｉtiveｄａta，aｃcoｒｄｉngtotheinｓtallｅｄcａpaciｔyoｆgenｅｒａtoｒs,ｃhoiceｏfthemainｅlecｔｒｉcalwirinｇbａｓiｃwaｙ，deterｍinetｈemaiｎｗirinｇoｆmaintrａnｓformeｒsｅlecｔiｏｎ,inthechｏｉceofｍainwiringandmaｉntransｆｏrｍer,caｌculaｔｉｏnofsｈoｒtcｉrcuitｃurrent，afｔeｒshort—circuｉtcurrentcalｃuｌaｔioｎ,aｃcｏrｄiｎgｔｏshort－cｉrcuitcuｒｒｅntcalcuｌａtｉoｎtheｒesuｌｔsoｆthefｉnalseｌｅctiｏn，eｌeｃtricａleｑuiｐmenｔ，suｃhascircuitbrｅａkｅｒ,isolatinｇswｉtｃｈ，currｅnttrａnsformer，completeaneｑuiｐmenｔａrｅa,andfinallytotwｏprｏtectiｏｎcalculaｔioｎoptioｎs!AlｌsｅlectedelectrｉcalｅｑuipmeｎtｔoCＡD，ａｎｄmarkout！Ｔｈrｏｕghthisdesignｃanimｐroveｔhedesiｇnｏfhyｄrｏpowerstationmａsｔer,torａiseａｗaｒｅnessandｕndｅrstandｉnｇeａchpａrｔofhydｒopoｗerstatioｎ,tｈeｆｕtuｒesｔｕdｙaｎdｌifeｈａsalotofｈelｐ.Keyｗoｒds:Smallhyｄropoweｒstａｔion;themainelｅｃtricalwiring；tｒａｎｓｆorｍer；thｅｅlｅctricａleｑuipmenｔﻬ目录TOC\o"1—3”\h\z\uＨYＰＥRLINK\ｌ”＿Toｃ3581０2811＂第一章概述 PAGＥREF_Toc358102８１1\h1HＹPERLIＮK\l”_Tｏc3５810２812”前言ﻩPAGＥRＥF＿Ｔoｃ358102812\ｈ１HYＰＥＲLIＮK\l＂＿Toc３58102813”1．１设计目的 PＡGEREF＿Ｔｏc3581028１3\ｈ1HYPERＬINK\ｌ＂_Toc３５8102814"1。2水电站定型 PＡＧEREＦ_Toc３５8102814\ｈ1HYPEＲＬIＮK\ｌ”_Ｔoｃ35８10２８１5”1.３设计内容ﻩＰAGEREF＿Toｃ３５81028１5＼h2HYPＥＲＬINK＼ｌ”_Toc3５8１0２81６"第二章电气主接线设计 PAGERＥF_Tｏc３5810２816\ｈ３ＨＹPERLINK\l”＿Ｔoc358102817”2.１电气主接线的基本要求 PAGＥRＥＦ_Tｏｃ３5８102８17＼h3HYＰERLINK\l＂_Tｏc3581０28１8”2.2水电站电气主接线基本形式ﻩＰAGEREF_Ｔoc35８1028１8＼h3HYPERＬINK\l"_Toｃ3581０28１9"2．2.１电气主接线的特点ﻩPＡＧEREF_Toc35810２８19\h3HYPＥＲＬＩNK\l”_Ｔoc3５8102820”2．２．2发电机电压侧接线 ８20\h4HYPEＲLINK＼l”_Tｏc358102821”２．２。３高压侧接线 PAGEREF_Toｃ358１02821\ｈ5ＨYＰERLINK＼l＂_Ｔoc358102８2２＂2．2．4原始资料 PAGEREＦ_Toc3５8102822\h７HＹPERLIＮK\l”_Ｔoc358１０2823”2.3电气主接线方案的拟定与选择 PAＧEREF_Toc3５8１0２823＼ｈ8HYPERLINK＼ｌ"＿Ｔｏc358102８２4"第三章主变压器的选择ﻩＰAGEＲEF_Toc3５81０2824\h１2ＨＹＰＥRLIＮK\ｌ＂＿Tｏc35８102825＂３.1主变压器台数的选择 PAGＥREＦ_Toc3581０28２5\ｈ12HYＰEＲLINＫ3．３主变压器主要参数的选择 PAＧEREＦ_Ｔoc3５81０28２7＼h１3HYPERLIＮＫ\l＂＿Toc3５８102828”3．4厂用变压器的选择 PAＧＥＲEF_Toc3５81０２82８\h14HYPＥＲLINK\l”_Toｃ35８１028２9＂第四章短路电流计算 ＰAGERＥＦ＿Ｔoc358102８２9＼h1５ＨYPERLIＮＫ4.2。2电气设备电抗标幺值ﻩPＡGＥＲEF＿Toｃ358１0２8３3\h16HYＰERLＩＮＫ\l”_Toc358102８3４”４.2．３短路点计算ﻩPAGEREF＿Ｔoｃ35810283４\h１8ＨYPERLＩNK\ｌ"_Toｃ3５8１028３5＂４.2。４短路点整合一览表 PAGEREＦ＿Toｃ3581０28３5＼ｈ22HYPERLINＫ\l"_Ｔoc35８10283６＂第五章电气设备的选择与效验ﻩPＡGＥREF_Toc３５８1０28３6\h23HYPERLINK\l”＿Toc３58１028３7”5.１概述 PAＧEREF_Toc358102837\ｈ2３HYＰEＲLINK5．2设备选择规律ﻩPAGＥRＥF_Toc35810２８40\ｈ23HＹＰERLIＮK\l"_Tｏｃ３５8102841"5．３设备选择条件ﻩPAＧERＥF_Toc358102841＼h23HYＰERLＩＮK\l＂_Toc35８１02842”5。3.1按正常工作条件选择电气设备 ３５810284２\h24ＨＹPＥＲLINK\ｌ＂_Ｔoc３5８102843"5.３．2按短路情况校验 PAＧＥREF_Toc３５８１028４３\h25ＨＹPERＬIＮK\l”_Tｏc３5８102８44"5。３．3断路器的选择 PAGERＥF_Toc3５810２844\h26ＨYPERＬINK\l＂_Toｃ３58102８4５”５。3．4隔离开关的选择ﻩPAＧEREＦ_Ｔｏｃ35８102845\h28HＹＰEＲLIＮK5。3.5互感器的选择 PAGＥREF_Ｔｏc35８102846\h30＿Toｃ358102８49”5．４．2母线的确定 PAGERＥF_Ｔｏc35810２84９\h３2HＹPEＲＬINK\l”_Toc３５８1０2850＂第六章继电保护与防雷ﻩPAGEＲＥF_Toc３5８102８５0\h３3HYＰEＲLINＫ\l＂_Toc358１028５1"６．１变压器保护ﻩＰＡGEＲＥF_Toｃ３5８102851\ｈ33HYPEＲLINK\l”_Toc3５8１０2852”６.2过电流保护 PAGEＲＥF_Ｔoc3581０2852\h3３ＨYPERLINK\l”_Tｏc３58１０285３＂6。3过电压保护ﻩPAGＥREF＿Ｔoc35８1028５3＼h33HYPＥRＬＩNK\l”_Toc358１０２8５4”６。４调差以及差动保护 PAＧEＲＥF_Toｃ３58102８5４\ｈ34HYＰERLIＮK\l”＿Toc３58１02855"6.４.1调差ﻩＰAＧＥREF_Ｔoc３５8102855\h３4HYＰERLINK\ｌ”_Toc3５81０２856"6.4。2差动保护 PAGＥREF_Ｔｏc3581０2８56＼h3５ＨＹPERＬＩNK结论ﻩＰＡGEREＦ_Toc3５8１02858\h36HYPEＲLINK\l”_Toｃ3５81０２８5９”参考文献 ＰAGEＲEF_Ｔoc35810２859＼h３7HＹＰERＬINK致谢ﻩPAGEREF_Ｔｏc３581０２8６0＼h38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。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！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10ＭVＡ2．２.3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:表2.1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故障影响范围小，可靠性高接线简单、清晰,运行灵活继电保护简单设备少,布置简单，维修量小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主变维修时,两台机组容量不能送出，可靠性略差接线简单清晰，运行维护方便减少主变出线，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单母线接线主变压器数量少,投资小，电能损耗小接线简单明了，运行方便发电机电压配电装置元件多，增加检修工作量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2.2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接线简单,设备最少,投资省线路故障或检修时，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单母线接线每一路出线回路都有断路器，互不影响接线简单，清晰隔离开关只作为断路器检修时,因此误操作机会少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每一进出线回路各自配备一台断路器,互不影响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：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。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1发电机电压侧接线方案1图2发电机电压侧接线方案２主接线方案技术经济初步比较,列表2。3所示:表2。3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,因此这里将不选用,选择方案1作为本设计的电气主接线。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！ﻬ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。（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。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。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3.１主变型号及参数型号额定容量(ＭV.Ａ)额定电压(KV)损耗/ＫW短路电压/％短路电流/％连接组别高压低压空载短路S9—３150/353。1５３８.56.35．0３37１.２YＮｄ１1Ｓ9—60０0/35６3８．56．３8．2527．5１．5３．4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。ﻬ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基准电压：基本公式如下：（4-１）(4-2)（4—3）（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:（2）主变压器等值电抗标幺值（3）各段线路的等值电抗标幺值对于出线端，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总的短路等值电路。如图4-1图4-1短路等值电路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：图4—2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f1f2f3f4f5五个点,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4－3f1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：起始次暂态短路电流标么值的计算：(4—5）因此短路电流有名值为：短路容量为：冲击电流为:其中f2点发生短路时如图4-4：图4—4f2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:起始次暂态短路电流标么值的计算:（4-６)因此短路电流有名值为:短路容量为：冲击电流为:f3点发生短路时如图4－5：图４－５f３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：起始次暂态短路电流标么值的计算:（4-７）因此短路电流有名值为：短路容量为：冲击电流为：ｆ4点发生短路时如图４－６：图4-６f4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:起始次暂态短路电流标么值的计算:(4－8)因此短路电流有名值为：短路容量为：冲击电流为:ｆ5点发生短路时如图4—7:图4—７f5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：起始次暂态短路电流标么值的计算:（４-９）因此短路电流有名值为:短路容量为：冲击电流为：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４—8f6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：起始次暂态短路电流标么值的计算：因此短路电流有名值为：短路容量为:冲击电流为：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4。１各点短路电流值名称短路点基准电压（ＫＶ）Ｉ”（A）三相

（A）Ｓ（ＭVＡ）f１3８。5140。６8358。０69.３8f2３８.51３2。01３35．9９8．８1ｆ３３８．5138。１５351。6２９.２1f4３８。51２9.７23３０．１６8．65f538.52７3。6６69６。5２18。２5f66。3246０6260２6.８4

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。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压UN不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即（5－1）式中——电气设备铭牌上所标示的额定电压，KＶ；——电网额定工作电压，KV；（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θ0下，电气设备的长期允许电流。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,即（5-2）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。（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）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流,Ａ；——温度修正系数;-—电气设备长期发热最高允许温度，；——实际的周围环境温度，取所在地最热月的平均最高温度,；——电气设备的额定环境温度，。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:2t≥；（５—４)式中——短路电流热效应;——电气设备允许通过的热稳定电流；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）;（5－6）式中、—短路冲击电流有效值，KV;、—电器允许通过的动稳定电流的有效值,ＫV；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(1）6.３ｋV电压等级断路器的选择1）额定电压和电流选择①额定电压=２0ｋV；②额定电流=8KA；其中;故有:≥。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量为了简化计算可应用此暂态电流I＂进行选择，即≥I”.=8７kA≥I＂=2。46KA３）热稳定校验２t≥；取Tk（短路切除时间）=4s；热稳定电流It;=(+１0I２2+I４2）×Tk/12＝(２．４６2＋10×2。53２+２。582）×4／1２=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It２t=872×4=３0．28（kA）2·ｓ可知2t≥;４）动稳定校验=8ＫＡ≥=6．26KＡ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额定电压和电流选择对于ｆ4点短路来说①额定电压=40。５kＶ；②额定电流IN=2ｋＡ；其中;故有:IN≥。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量为了简化计算可应用此暂态电流I”进行选择，即≥I＂。=３1．5kA≥Ｉ＂＝129。72kＡ３)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=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It２t＝3１.5２×4=３96９(kA)２·s可知2ｔ≥;4)动稳定校验=31．５KＡ≥=３3０.１6A3５ＫV线路其他断路器的选择计算略，结果见表5.15．３。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;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①额定电压=20kV；②额定电流ＩN=８kA；其中;故有:≥。2）热稳定校验2ｔ≥;取Ｔk（短路切除时间）=4s；=（+1０I22+I４２）×Tk/12=(2.46２＋1０×2．532+２。582)×4/12=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It2t=802×4=2５。60（kＡ）2·s可知2t≥;3)动稳定校验=８0KA≥=6.２6ＫA(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①额定电压=40。5kV；②额定电流IN=10０0A；其中；故有：IN≥。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=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Ｉt2t=２1。5２×４＝１8４９（kA)2·ｓ可知2ｔ≥；3)动稳定校验=2１．5KＡ≥=330。１6Ａ35KV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5。1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）断路器3８.5ZW３8-40.540．5３1．５8０２31.531。56.3SN４-20G/800０2０87３0０88787隔离开关３８。5GW4-3５D－１0004０．5121．５21.５6．3GN6—2０Ｔ/8000208808０5。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。应满足短时热稳定、动稳定电流的要求.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。5600/5A和LＡＪ—1０-０．５4０0/5A。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，即应满足:1。1〉>0.９（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:ＪDＺJ2－3535/1.７3２0．1／1。７３20．1/３KV和ＪＤＺＪ2—6６/1.7320.1/1.73２0。1/3KV两种.5.4母线的选择5。４。1选择及校验原则(1）选型载流导体一般都采用铝质材料，工业上常用的硬母线为矩形、槽形和管形。矩形母线散热好，有一定的机械强度，便于固定连接,但集肤效应系数大,一般只用于3５kV及以下,电流在４000A及以下的配电设备中；槽形母线机械强度较好,载流量大,集肤效应系数小,一般可用于400０－8000A的配电装置中；相对管形母线，集肤效应系数小，并且机械强度高,管内可通风,可用于8ＫA以上的大电流的母线，另外，由于圆管的表面很光滑，因此电晕的放电电压高,可用于高电压11０kV及以上配电装置母线.

对于11０kＶ及以上高压配电装置，一般采用软导线.当采用硬导体时,宜用铝锰合金管形导体。（2)截面选择

①软母线的截面选择按照经济电流密度选择的母线都能满足导体长期发热条件，故按经济电流密度选择

（5-７)式中——正常工作时的最大持续工作电流;——经济电流密度(取0．9）。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数，将有不同取值。②硬母线的截面选择。硬母线一般用于电压较低的配电装置中,所以,可以按最大持续工作电流选择导线截面积(５-8)式中——母线布置方式和环境温度为+2５℃时的导体长期允许载流量。--温度修正系数。对于６．3KＶ侧，对于38.5KV侧，5.４。2母线的确定对于母线的的确定：首先按最大长期工作电流，只要母线正常工作的温度不超过允许温度,而且实际周围温度与母线规定的温度相同就可以确定选型,若不相同，则需要进行温度的修正，可按下面的公式来进行修正:（5—9）式中-—母线最高长期允许温度，；——规定的标准温度,；——母线运行的时间温度，；按经济电流密度选择,导体通过点流时,会产生电能损耗，因此降低电能损耗是非常重要的,截面积越大,节省曰多,但是截面积越大，费用也越好，因此需要按经济电流密度的方法来计算经济截面积，公式如下：其中取根据以上短路电流的计算，以及上面的方法确定,对于这种电流较小的电站时，可以根据以上两个选择出母线的型号，型号为：钢芯铝绞线，LGJ—9５和铝母线ＬNY—５0×５,具体将标注于CAD电气主接线图中。ﻬ第六章继电保护与防雷6。1变压器保护变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响！变压器的故障可分为内部和外部两种故障:(1）内部故障是指变压器油箱里面的各种故障，主要故障类型有：1）各绕组之间发生的相间短路；2)单相绕组部分线圈之间发生的匝间短路；3）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地短路;４）铁芯烧损。（2）变压器的外部故障类型有：1)绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地（通过外壳)短路；２）引出线之间发生的相间故障.(3）变压器的主保护回路1)当变压器绕组和引出线发生相间短路以及变压器发生匝间短路时，其保护应瞬时动作。这种保护由差动保护来完成，因此，差动保护为变压器的主保护。2）当变压器油箱内部短路时,短路点电弧使变压器油分解，形成瓦斯气体。重瓦斯保护作用于断路器跳闸,为变压器的主保护;轻瓦斯作用于信号。瓦斯继电器与变压器成套供应.６.2过电流保护为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流,以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。过电流保护主要是通过设置电流互感器将大电流转换为小电流来实现！6。3过电压保护（1）外过电压保护外过电压保护是通过电压继电器来反映外部工频点压升高的。电压继电器可接在放电线圈或放电用电压互感器的二次侧。在同一母线上接有几组电容器的情况下，电压继电器也可以接在母线电压互感器二次侧，几组电容器共用一套过电压保护。对系统产生的过电压，只考虑对称过电压，因此，可以只用一个电压继电器.但为了防止电压回路断线,过电压保护拒动,还是建议采用三相三继电器接线。为了防止瞬时出现过电压时，电压继电器动作不返回，应选用高返回系数的电压继电器作为电容器的过电压保护.(2）内过电压保护在一组电容器中,故障切除或短路一部分电容器后,剩余电容器承受的电压大小与电容器组的接线方式、每组并联的台数、串联的段数等因素有关。在设计中可采用的接线方式有三角接线、中性点不接地的单星形接线、中性点接地的单星形接线、中性点接地的双星性接线、中性点不接地的双星性接线等.每相串并联的方式与电容器组的工作电压以及电容器的总量有关，因此,内过电压的接线方式也很多。装设内过电压保护的目的是防止电容器组中因个别电容器故障切除后，健全电容器上的电压超过额定电压的1.１0倍。在一组电容器的各串联段上装设电压互感器，可以监视电容器两端出现的工频点压。但这就需要许多台电压互感器和电压继电器,使过电压保护复杂化，在工程中应用得很少。在实际工程中应用到的是不平衡保护。这种保护的原理是检测一组电容器中，健全部分与故障部分之间的差异，将这种差异作为保