发电厂电气部分初步设计设计

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1、华 北 水 利 水 电 学 院毕 业 设 计 任 务 书设计题目：设计题目： 发电厂电气部分初步设计发电厂电气部分初步设计专 业： 电气工程及其自动化 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日

2、 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重

3、要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日一、毕业设计目的毕业设计是学生毕业前的一次综合性实践训练，通过毕业设计应达到：1、巩固运用已

4、有的专业知识，扩充新的专业知识；2、了解工程设计中国家的方针和政策，有关技术规程、规定，树立工程设计必须安全、可靠和经济的观点；3、掌握实际工程设计的基本方法；4、培养自学能力、分析和解决问题的能力以及组织表达能力；5、培养严肃认真的科学作风。二、主要设计内容1、电气主接线设计；2、厂用电设计；3、短路电流计算；4、导体与电气设备选择；5、电气设备布置；6、初步规划二次回路方案。三、重点研究问题1、电气主接线方案的比较和确定；2、三相短路电流计算；3、各级电压导体与电气设备选择。四、主要技术指标或主要设计参数1、发电机参数：水电厂 445MW，UGN=10.5kV， cos=0.85，X”d=

5、0.18342、发电厂年最大负荷利用小时数：Tmax=5600 小时/年；3、电厂的运行方式：担任系统调峰和事故备用任务，七至十月份电厂在基荷运行，十二月至三月担任系统峰荷，其他月份担任系统腰荷。4、系统负荷特性：以工业用电为主，主要是冶金、建材、化工工业等，用电负荷约占系统总负荷的。80%5、电站近区负荷情况：无近区负荷。6、升高电压等级、出线回路数及线路负荷：110kV 出线 4 回，线路参数为：线路 1（至系统） Pmax=42MW，L=30km线路 2（至系统） Pmax=38MW，L=33km线路 3（至用户） Pmax=36MW，L=35km线路 4（至用户） Pmax=44MW，

6、L=28km35kV 出线 2 回，线路参数为：线路 1（至用户） Pmax=10MW，L=12km线路 2（至用户） Pmax=8MW，L=16km7、厂用电情况：厂用变压器的容量按电厂总装机容量的 1 %选定，厂用电电压等级为一级电压 380/220V。8、气象资料：本电厂的年平均气温为，年最高气温为 36.5，年最低气温为22.3-0.7。9、本发电厂的厂址，地势平坦，交通方便。五、设计成果1、毕业设计说明书（含计算书）1 份；（小四号宋字体、A4打印纸打印）2、图纸 3 张：（1）电气主接线图 1 张（计算机绘制、A1 打印纸打印） ；（2）开关站平面布置图 1 张（手工绘制、2#图纸

7、幅面） ；（3）变压器保护原理接线图（展开图、手工绘制，1#图纸幅面） 。六、设计时间安排（见表 1）表 1 毕业设计时间安排设计内容时间安排阅读并分析原始资料，参考有关设计资料，结合电气主接线使用的经验提出若干个可行的电气主接线方案。1 周对若干个可行的电气主接线方案进行技术经济比较（方案技术经济比较结果列表表示） ，选出最优电气主接线方案。同步编写设计说明书和计算书。1.5 周对最优电气主接线方案进行短路电流计算，得出校验导体和设备动稳定及热稳定所需要的短路电流（短路电流计算结果列表表示） 。同步编写设计说明书和计算书。2 周对最优电气主接线方案进行导体（发电机引出导体及其绝缘子）和电气设

8、备（主变、厂变、断路器、隔离开关、电压互感器及保护熔断器、电流互感器、避雷器、消弧线圈等）选择。同步编写设计说明书和计算书。2.5 周绘制电气主接线图（必须符合国家规定的制图规范）2 周初步规划二次回路的基本方案（写出文字说明即可） ，整理毕业设计成果。1 周外文翻译，准备毕业答辩1 周毕业答辩1 周华北水利水电学院毕业设计I摘 要水力发电厂是把水的位能和动能转换成电能的工厂，它的基本生产过程是：从河流高处或其他水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能；是为开发利用水能资源，将水能转变成电能而修建的工程建筑物和机械、电气设备

9、的综合体，是利用水能生产电能的基地。电气主接线是发电厂电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置的拟定有较大的影响。本文是对配有 4 台 45MW 水轮发电机的中型水电厂一次部分的初步设计，主要完成了电气主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、和厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验。关键词：水电厂；电气主接线；短路电流；电气设备关键词：水电厂；电气主接线；短路电流；电气设备华北水利水电学院毕业设计IIAbstractHydro

10、electric power plant is to water potential and kinetic energy into electric energy plant, and its basic production process: from a height, or other reservoirs in the river water, using water pressure or flow impulse turbine rotation, the water into mechanical energy , and then rotating turbine drive

11、n generator, the mechanical energy into electrical energy; is used for the development of hydropower resources, electricity and the water into the building construction and mechanical engineering, electrical equipment, complex, is the production of electricity using water base.An electrical main con

12、nection is the most important part of the electrical design of power plants, but also constitutes an important part of the power system. Determination of the main terminal and power plant on the overall power system reliability of their operation, flexibility and economy are closely related. And sel

13、ection of electrical equipment, power distribution equipment has a greater impact formulation. This article is equipped with 4 sets of 45MW hydropower plant medium-sized hydro preliminary design of a part, mainly to complete the electrical main wiring design. Including electrical wiring in the form

14、of the main comparison of choice; main transformer, and auxiliary transformer capacity calculation, the number and types of choice sets; short-circuit current calculation and selection of high-voltage electrical equipment and calibration.Keywords: Hydroelectric Power station; Electrical Main Connect

15、ion; Short-circuit Current; Electrical Equipment华北水利水电学院毕业设计III前 言毕业设计是我们毕业前的最后一个理论与实践相结合的重要环节，是让学习的知识深化和提高的重要过程，是让我们运用所学的知识进行一次全面总结和综合训练，是素质与工程实践能力培养效果的全面检验。在冯金光老师的指导和影响下，我养成了认真对待问题的习惯，通过查阅文献、搜集资料、综合分析、计算比较等，较好地完成了本次的设计任务，并在此过程中深化了以前所学的知识,提高了对专业知识的理解和运用能力，为以后的学习和工作打下了良好的基础。很敬佩冯老师一丝不苟地对待学习和工作的作风，并不厌

16、其烦地指正我们在设计中遇到的错误，这对我完成本次毕业设计有很大的帮助。在此，我对冯老师表达深深的谢意：冯老师，您辛苦了！华北水利水电学院毕业设计1目 录摘摘 要要.IABSTRACT.II前前 言言.III第一篇第一篇 说明书说明书.11 电气主接线的设计电气主接线的设计.11.1 设计遵循的原则.11.2 电气主接线设计的基本要求.11.2.1 可靠性.11.2.2 灵活性.11.2.3 经济性.21.3 电气主接线的选择.21.3.1 发电机与主变的接线方式.21.3.2 110kV 配电装置的方案 .21.3.3 35kV 配电装置的方案 .31.3.4 电气主接线的确定.31.4 发电

17、厂主变压器的选择.61.4.1 主变压器台数、容量的选择.61.4.2 主变压器型式的选择.61.4.3 绕组接线组别的选择.61.4.4 调压方式的选择.71.4.5 主变压器的选择结果.72 厂用电厂用电的的设计设计.82.1 厂用电的特点及厂用电的引接.82.1.1 水电站厂用电的特点.82.1.2 厂用变压器容量及台数选择.82.1.3 厂用电源的引接方式.8华北水利水电学院毕业设计22.2 厂用变压器型式的选择.92.2.1 厂变容量的计算.92.2.2 厂变的选择.93 短路电流的计算短路电流的计算.103.1 短路的类型及短路计算.103.1.1 短路电流计算的基本假设.103.

18、1.2 短路的类型.103.1.3 短路电流的计算目的.103.1.4 短路电流的计算步骤.103.2 短路电流计算结果.113.2.1 系统等值电路图.113.2.2 短路电流计算结果.114 导体与电气设备的选择导体与电气设备的选择.134.1 电气设备选择的一般条件.134.1.1 按正常工作条件选择电气设备.134.1.2 按短路状态校验设备.144.2 导体的选择.144.2.1 导体的选择步骤.144.2.2 发电机引出导体的选择结果.154.3 绝缘子和穿墙套管的选择.154.3.1 绝缘子和穿墙套管的选择步骤.154.3.2 绝缘子和穿墙套管的选择结果.164.4 高压断路器的

19、选择.164.4.1 高压断路器的选择步骤.164.4.2 高压断路器的选择结果.184.5 高压隔离开关的选择.184.5.1 高压隔离开关的选择步骤.184.5.2 高压隔离开关的选择结果.194.6 电压互感器及保护熔断器的选择.19华北水利水电学院毕业设计34.6.1 电压互感器及保护熔断器的配置.194.6.2 电压互感器的及保护熔断器的选择内容.204.6.3 电压互感器及保护熔断器的选择结果.214.7 电流互感器的选择.224.7.1 电流互感器的选择内容.234.7.2 电流互感器的选择结果.244.8 避雷器的选择.254.8.1 避雷器的配置原则.254.8.2 避雷器的

20、选择和校验.254.8.3 避雷器的选择结果.264.9 消弧线圈的选择.274.9.1 消弧线圈的选择内容.274.9.2 消弧线圈的确定.295 电气设备布置电气设备布置.295.1 电气设备布置的基本要求.295.2 厂内外主要电气设备布置.306 二次回路的初步规划二次回路的初步规划.30第二篇第二篇 计算书计算书.321 短路电流计算短路电流计算.321.1 系统等值电路图及各参数的计算.321.2 三相对称短路的短路电流计算.331.2.1 k1 点三相短路的短路电流计算.331.2.2 k2 点三相短路的短路电流计算.371.2.3 k3 点三相短路的短路电流计算.401.2.4

21、 k4 点三相短路的短路电流计算.431.3 不对称短路的短路电流计算.452 电气设备的选择电气设备的选择.532.1 导体及其绝缘子和穿墙套管的选择.53华北水利水电学院毕业设计42.1.1 发电机出口导体的选择.532.1.2 绝缘子和穿墙套管的选择.552.2 高压断路器的选择.572.2.1 发电机出口（接三绕组变压器）断路器的选择.572.2.2 35kV 级高压断路器的选择 .582.2.3 110kV 级高压断路器的选择 .602.3 高压隔离开关的选择.612.3.1 发电机出口高压隔离开关的选择.612.3.2 35kV 侧高压隔离开关的选择 .622.3.3 110kV

22、级高压隔离开关的选择 .632.4 电压互感器及保护熔断器的选择.642.4.1 发电机出口电压互感器及熔断器的选择.642.4.2 35kV 级电压互感器及熔断器的选择 .662.4.3 110kV 级电压互感器的选择 .672.5 电流互感器的选择.672.5.1 发电机出口电流互感器的选择.672.5.2 发电机中性点横差保护用电流互感器选择.692.5.3 35 kV 侧电流互感器的选择 .692.5.4 110kV 侧电流互感器的选择 .702.5.5 变压器 110kV 侧中性点电流互感器的选择 .712.6 发电机中性点消弧线圈的选择.722.6.1 发电机电压回路的电容电流计算

23、.722.6.2 容量及分接头的选择.732.6.3 中性点位移校验.732.7 三绕组变压器 35KV 侧中性点接地方式的选择 .73参考文献参考文献.75附附 录录.76英文翻译.76中文翻译.82华北水利水电学院毕业设计1第一篇 说明书1 电气主接线的设计1.1 设计遵循的原则以老师下达的设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，根据国家现行的“安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建设与发展的方针，准确地掌握原始资料，在保证供电可靠、运行灵活、维护方便等基本要求下，力争节约投资，降低造价，并尽可能采用先进技术，坚持供电可靠、技术先进、安全使用、

24、经济美观的原则。1.2 电气主接线设计的基本要求电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路间的相互关系。它的设计对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。因此，对电气主接线的基本要求包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。1.2.1 可靠性对于一般技术系统来说，可靠性是指一个元件、一个系统在规定的时间内及一定条件下完成预定功能的能力。为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠要求。主接线的一般要求是：(1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。(2) 断路器或母线故障，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对第一类

25、、第二类负荷的供电。(3) 尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性。1.2.2 灵活性(1) 高度灵活，操作方便。应能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。(2) 检修安全。应能方便地停运线路、断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求。需要注意的是过于简单的接线，可能满足不了运行方式的要求，给运行带来不便，甚至增加不必要的停电次数和时间；而过于华北水利水电学院毕业设计2复杂的接线，则不仅增加投资，而且会增加操作步骤，给操作带来不便，并增加误操作的机率。(3) 扩建方便。随着电力事业的发

26、展，往往需要对已投运的发电厂进行扩建，从发电机、变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过渡到最终接线，使在扩建时一、二次设备所需的改造最少。1.2.3 经济性方案的经济性体现在以下三个方面：(1) 投资省。主接线要力求简单，以节省一次设备的使用数量；继电保护和二次回路在满足技术要求的前提下，简化配置、优化控制电缆的布置，以节省二次设备和控制电缆的长度；采取措施，限制短路电流，得以选用价廉的轻型设备，节省开支。(2) 占地面积小。主接线的选型和布置方式，直接影响到整个配电装置的占地面积。(3) 电能损耗小。经济合理地选择变压器的类型（双绕组、三绕组、自耦

27、变、有载调压等） 、容量、数量和电压等级。1.3 电气主接线的选择1.3.1 发电机与主变的接线方式水电厂一般没有近区负荷，发电机与变压器的接线方式一般可选用单元接线、扩大单元接线。本次设计的水电站共装有 4 台水轮发电机，总装机容量为 445MW，可初步选用发电机变压器单元接线方式。(1) 发电机双绕组变压器单元接线方式变压器可以是一台三相双绕组变压器或三台单相双绕组变压器。发电机和变压器容量配套，两者不可能单独运行，所以，发电机出口一般不装断路器，只在变压器的高压侧装断路器，断路器与变压器之间不必装隔离开关。但为了便于发电机单独试验及在发电机停止工作时由系统供给厂用电，发电机出口可装设一组

28、隔离开关。(2) 发电机三绕组变压器单元接线考虑到在电厂启动时获得厂用电，以及在发电机停止工作时仍能保持高、中压侧电网之间的联系，在发电机出口处需装设断路器；为了在检修高、中压侧断路器时隔离开关带电部分，其断路器两侧均应装设隔离开关。华北水利水电学院毕业设计31.3.2 110kV 配电装置的方案(1) 分段的单母线接线方式特点：分段的单母线与不分段的相比较，提高了可靠性和灵活性；两母线可并列运行也可分裂运行；任一段母线或母线隔离开关检修，只停该段，其他段可继续供电，减小了停电范围，但当某段母线故障或检修时仍有停电问题，某回路的断路器检修则该回路会停电。适用性：可用于 110kV 配电装置，出

29、线回路数为 34 回时。(2) 双母线接线方式特点：供电可靠。检修任一母线时，可以利用母联把该母线上的全部回路倒换到另一组母线上，不会中断供电；检修任一回路的母线隔离开关时，只需停该回路及与该隔离开关相连的母线；任一母线故障时，可将所有连于该母线上的线路和电源倒换到正常母线上，使装置迅速恢复工作。运行方式灵活。可采用两组母线并列运行方式；两组母线分裂运行方式；一组母线工作，另一组母线备用 的运行方式。适用性：可用于在系统中居重要地位、出线回路数为 4 回及以上的 110kV 配电装置中。1.3.3 35kV 配电装置的方案(1) 单母线接线方式特点：优点是简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便

30、，有利于扩建和采用成套配电装置；缺点是可靠性、灵活性差。适用性：可用于 35kV 配电装置，出线回路数不超过 3 回时。(2) 内桥接线方式特点：其中一回线路检修或故障时，其余部分不受影响，操作较简单；变压器切除、投入或故障时，有一回路短时停运，操作较复杂；线路侧断路器检修时，线路需较长时间停运。适用性：适用于输电线路较长或变压器不需经常投、切及穿越功率不大的小容量配电装置中，即可用于本次设计的 35kV 的配电装置中。1.3.4 电气主接线的确定(1) 综合以上几条可初步选择两种电气主接线的方案，如下：方案一：110kV 配电装置采用分段的单母线接线方式，35kV 配电装置采用单母线华北水利

31、水电学院毕业设计4接线方式。主接线图如图 1-1-1。方案二：110kV 配电装置采用双母线接线方式，35kV 配电装置采用内桥接线方式，主接线图如图 1-1-2。图 1-1-1 第一种主接线图方案华北水利水电学院毕业设计5图 1-1-2 第二种主接线图方案(2) 两种方案的比较及确定两种方案的比较如表 1-1-1。表 1-1-1 两种主接线方案的比较方案 项目 方案一方案二可靠性110kV 配电装置供电可靠性较低。母线故障或检修时会造成分段母线所连出线回路长时间停电事故，线路断路器检修要造成本回路长时间停电。35kV 配电装置供电可靠性较低。母线检修、短路会造成整个装置全部停电；线路断路器检

32、修要造成本回路长时间停电；线路故障、线路断路器拒动，造成整个装置全部停电；电源故障、电源断路器拒动会造成整个装置全部停电。110kV 配电装置供电可靠性较高。检修任一组母线均不造成任何停电事故；线路断路器检修仅造成本回路短时停电；任意一组母线隔离开关检修仅造成本回路停电；任意一组母线发生永久短路故障，可以利用另一组母线很快恢复供电。35kV 配电装置供电可靠性较方案一高。其中一回路检修或故障时，其余部分不受影响。灵活性110kV 配电装置调度和检修没有双母线接线方式灵活，扩建方便。35kV 配电装置运行方式没有内桥接线方式运行灵活。110kV 配电装置调度、检修都很灵活，扩建方便。35kV 配

33、电装置运行方式相对简单，灵活较好，接线方式易于扩建和实现自动化。经济性110kV 配电装置设备相对较少，投资较少。35kV 配电装置设备相对较多，投资较高。110kV 配电装置设备相对多，投资较高。35kV 配电装置设备相对较少，投资较少。通过表格中对两种主接线可靠性、灵活性和经济性的综合考虑，第二种方案优于第华北水利水电学院毕业设计6一种方案，则最终接线方式选择方案二。1.4 发电厂主变压器的选择1.4.1 主变压器台数、容量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，直接影响主接线的型式和配电装置的

34、结构。它的选择除依据基础资料外，主要取决于输送功率的大小、与系统联系的紧密程度、运行方式及负荷的增长速度等因素，并至少考虑 5 年内负荷的发展需要。(1) 台数的选择根据本设计所选择的主接线图，发电机与变压器连接方式为单元接线方式，选 4 台主变压器。(2) 容量的选择单元接线中的主变压器容量 SN应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择。=GPNGNKPScos/ )1 (1 . 1)(65.5785. 0/ )01. 01 (451 . 1MVA1.4.2 主变压器型式的选择(1) 相数的确定在 330kV 及以下的发电厂中，一般都采用三相式变压器。在容量相同的情况下

35、，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。在本次设计中采用三相式变压器。(2) 绕组数的确定本设计中有两种升高电压，两台发电机只与 110kV 电压等级通过变压器联系，另两台需分别与 110 kV 和 35kV 两种电压等级相联系。所以其中两台主变压器为双绕组变压器，另两台为三绕组变压器。1.4.3 绕组接线组别的选择发电厂中大多数大容量主变压器都采用 Y，d 接线或者 Y，y，d 接线，其低压侧绕组华北水利水电学院毕业设计7总是接成三角形。110 kV 及以上电压侧均为“YN”型式，即有中性点引出并直接接

36、地；35kV 作为中高压侧时可采用“Y” ，其中性点不接地或经消弧线圈接地，作为低压侧时可能用“Y”或“D” ；35kV 以下电压侧一般为“D” ，也有“Y”方式。1.4.4 调压方式的选择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。调压范围较小，一般在5以内。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。调压的范围较大，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

37、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，本次设计中采用无载调压变压器。1.4.5 主变压器的选择结果变压器的选择型式如下表 1-1-2 和表 1-1-3：表 1-1-2 双绕组变压器的型号及其参数型号额定电压（kV）连接组空载损耗(kW)阻抗电压（%）台数SFZ7-63000/110高压: 12132.5% 低压:10.5YN,d1171.010.52表

38、1-1-3 三绕组变压器的型号及其参数阻抗电压（%）型号额定电压（kV）连接组空载损耗(kW)高中高低中低台数SFSZ7-63000/110高压:12181.25%中压:38.55%低压:10.5YN,yn0,d1184.71810.56.52华北水利水电学院毕业设计82 厂用电的设计2.1 厂用电的特点及厂用电的引接2.1.1 水电站厂用电的特点小型水电站厂用电一般有如下特点：(1) 厂用电容量所占总容量的比重很小，一般只占全站总装机容量的 13。(2) 厂用电中的主要用电负荷是异步电动机，一般容量不超过 40kW，额定电压均为380V。因此小型水电站厂用电电压采用 380/220V 三相四

39、线制，这样可以同时向电动机（380V）和照明（220V）供电。(3) 厂用电设备中大部分是经常不运转的，经常运转的设备中大多数是属于断续运转的，经常而又连续运转的设备很少，事个厂用电装置的负荷率和同时率不高。2.1.2 厂用变压器容量及台数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，不应由于过负荷过热而影响其使用寿命，在一般事故或检修条件下，应有足够的务用容量，以保证发电机组正常运行。厂用变压器容量与厂用变压器台数及备用容量方式有关。一般小型水电站采用机组自用电与全厂公用供电方式，厂用变压器的台数为 12 台。当装设一台厂用变时，厂用变压器容量应大于或等于计算负荷，一

40、般不考虑过负荷运行。当装设两台厂用变时，对油浸式变压器，每台可按带 70%的计算负荷来选择。其中一台厂用变压器停止运行时，另一台厂用变压器暂时过负荷 30%；对干式变压器，由于过负荷能力小，每台变压器可按带 100%的计算负荷计算，当一台厂用变压器故障或检修时，另一台变压器带全部负荷。华北水利水电学院毕业设计92.1.3 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

41、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：从发电机电压母线的不同分段上引接厂用备用变压器。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

42、资。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。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。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，也相应节约了占地和费用。2.2 厂用变压器型式的选择2.2.1 厂变容量的计算本次设计为小型水电站的设计，总装机容量为 180MW，所以采用一级厂用电压380V/220V。选择 2 台厂用变压器，互为暗备用，选择油浸式变压器，每台可按带 70%的容量来选择。=1.48(MVA) 1/(%70cosnPKSNGPN8

43、5. 07 . 018001. 0华北水利水电学院毕业设计102.2.2 厂变的选择根据容量，可选择 2 台厂用变压器的型式如下表 1-2-1：表 1-2-1 厂用变压器的型号及其基本参数型号容量（kVA）高压（kV）低压（kV）连接组空载损耗（kW）阻抗电压（%）SCB10-16001600105%0.4Y,yn02.454.53 短路电流的计算3.1 短路的类型及短路计算3.1.1 短路电流计算的基本假设电力系统中发生短路时，要精确地计算短路电流是相当复杂的，但在一般工程实用计算中，按照下列假设条件，可以简化计算，并在计算精度允许的范围内：(1) 水电站与地区电网的所有电源都在额定出力下运

44、行。(2) 所有电站的发电机电动势的相位角均相同。(3) 电对于高压网络，一般只计入所有元件的电抗值。(4) 变压器的励磁电流略去不计。(5) 假定故障点无阻抗，即发生金属性短路。(6) 计算架空线路或电缆的电抗时，采用各个电压级的平均额定电压。(7) 网络为对称的三相系统。(8) 电力系统中的所有电源都在额定负荷下运行。(9) 同步发电机都具有自动调整励磁装置。3.1.2 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，选择四种短路计算。

45、华北水利水电学院毕业设计113.1.3 短路电流的计算目的为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定和动稳定的校验，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，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。3.1.4 短路电流的计算步骤为了简化计算，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，但在

46、大接地系统中单相接地电流可能大于三相短路，所以应按各种金属性短路进行短路电流计算。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)及用单位电流法，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) 对于发电机查运算曲线得到各电源送至短路点电流的标幺值，对于无限大功率系统不必查运算曲线；(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。华北水利水电学院毕业设计123.2 短路电流计算结果3.2.1 系统等值电路图图 1-3-1 系统等值电路图3.2.2 短路电流计算结果本次设计中短路电流的计算包括两种单元接线方式下的发

47、电机出口短路点 k1、k2 短路，110kV 母线处 k3 点短路，35kV 侧 k4 点短路的短路电流计算。(，电MVASB1000压基准值为各级平均额定电压。)BUavU(1) 三相对称短路短路电流的计算结果三相对称短路各电源送至短路点电流计算结果如表 1-3-1：表 1-3-1 三相短路短路电流计算结果不同时刻的短路电流有效值（kA）短路点电源t=0st=0.1st=0.2st=2st=4s基准电压(kV)G117.4512.4311.799.979.39k1G2、G3、G42.13 2.132.102.242.2410.5华北水利水电学院毕业设计13S110.5610.5610.561

48、0.5610.56S210.2810.2810.2810.2810.28G1、G22.422.132.152.302.30G317.4712.3411.799.979.39G49.327.807.668.088.35S111.1111.1111.1111.1111.11k2S210.1010.1010.1010.1010.1010.5G1、G2、G3、G41.080.860.840.820.82S15.525.525.525.525.52k3S25.025.025.025.025.02115G1、G20.640.580.570.620.64G3、G42.922.422.352.402.44S1

49、3.073.073.073.073.07k4S22.792.792.792.792.7937(2) 不对称短路电流的计算结果在本次设计中只需计算 k3 点处的不对称电流，其结果如下表 1-3-2：表 1-3-2 不对称短路短路电流计算结果不同时刻的短路电流有效值（kA）短路情况t=0st=0.1st=0.2st=2st=4s基准电压(kV)单相短路14.9714.8914.8516.0116.29两相短路12.8712.5512.4713.1513.51两相短路接地14.9914.4314.3514.7514.991154 导体与电气设备的选择4.1 电气设备选择的一般条件4.1.1 按正常工

50、作条件选择电气设备(1) 电压条件在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电NU华北水利水电学院毕业设计14压的条件选择，即SNUNSNUU(2) 电流条件电气设备的额定电流是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。应NI0NI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，即maxImaxIIN(3) 环境条件对设备选择的影响温度和湿度一般高压电气设备可在温度为20，相对湿度为 90的环境下长期正常运行。当oC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。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

51、型产品或设备布置在室内。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 2000m 的地区。安装地点配电装置为室内布置时，设备应选户内式；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。4.1.2 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)及允许持续时间 t。热稳定条件为：tI2tkI tQ华北水利水电学院毕业设

52、计15式中设备允许承受的热效应，；2tI t SKA2 所在回路的短路电流热效应，。kQ SKA2(2) 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，动稳定条件为：maximaxshii式中 所在回路的冲击短路电流，kA；shi 设备允许的动稳定电流（峰值） ，kA。maxi4.2 导体的选择4.2.1 导体的选择步骤(1) 确定导体的材料、截面形状、布置方式。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。截面形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

53、小，一般用于 40008000kA 的配电装置中。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。(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。(3) 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，只需实际选用的导体截面积min1fkSK QC华北水利水电学院毕业设计16，导体便是热稳定的。minSS 校验动稳定各种形状的硬导体通

54、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。4.2.2 发电机引出导体的选择结果本次设计根据具体条件，选择槽形母线，其选择参数如表 1-4-1：表 1- 4-1 发电机引出裸导体的参数截面尺寸（mm）hbcr双槽导体截面 S()2mm惯性矩Iy（4mm）截面系数（yW2mm）集肤效应系数sK载流量(A)共振允许最大距离(cm)1506571035706814.71.12656504274.3 绝缘子和穿墙套管的选择4.3.1 绝缘子和穿墙套管的选择步骤(1) 绝缘子和穿墙套管的型式屋外支持绝缘子一般采用棒式支

55、持绝缘子。屋外支持绝缘子需倒装时，宜用悬挂式支持绝缘子。屋内支持绝缘子一般采用联合胶合装的多棱式支持绝缘子。穿墙套管一般采用铝导体穿墙套管，对铝有明显腐蚀的地区例外。在污秽地区，应尽量选用防污盘形悬式绝缘子。按电压条件选择支柱绝缘子和穿墙套管支柱绝缘子和穿墙套管的额定电压应满足下式要求NSNUU式中 支柱绝缘子或穿墙套管的额定电压，kV；NU 所在电网的额定电压，kV。NSU(3) 穿墙套管的热稳定校验穿墙套管的热稳定应满足下式华北水利水电学院毕业设计17kQtI2t式中 It允许通过穿墙套管的热稳定电流； t允许通过穿墙套管的热稳定时间。(4) 动稳定校验按短路动稳定校验支持绝缘子和穿墙套管

56、，要求为PFF6 . 0式中 FP支柱绝缘子的抗弯破坏负荷，N，可从有关设计或产品手册中查得；因为是使其破坏的值，乘 0.6 后，才是保证安全的值。PF F作用在支柱绝缘子上的相间电动力，N。4.3.2 绝缘子和穿墙套管的选择结果(1) 发电机出口电压绝缘子的选择结果表 1-4-2 发电机出口电压支柱绝缘子型号及其参数型号额定电压（kV）绝缘子高度（mm）机械破坏负荷（kN）ZL-10/8101708(2) 发电机出口电压穿墙套管的选择结果表 1-4-3 发电机出口电压穿墙套管型号及其参数型号额定电压（kV）母线型套管内径(mm)套管长度(mm)机械破坏负荷（kN）热稳定电流（kA）不少于 5

57、sCM-12-16010160488860.04.4 高压断路器的选择4.4.1 高压断路器的选择步骤(1) 选择型式断路器型式的选择，应在全面了解其使用环境的基础上，结合产品的价格和已运行设备的使用情况加以确定。在我国不同的电压等级的系统中，选择断路器的大致情况是：华北水利水电学院毕业设计18电压等级在 35kV 及以下的可选用户内式少油断路器、真空断路器或 SF6断路器；35kV 的也可选用户外式多油断路器、真空断路器或 SF6断路器；电压等级在 110330kV范围，可选用户外式少油断路器或 SF6断路器；500kV 电压等级则一般选用户外式 SF6断路器。(2) 选择额定电压所选断路器

58、的额定电压应大于或等于安装处的电网的额定电压，即SNNUU式中 、分别为电气设备和安装处电网的额定电压，kV。NUSNU(3) 选择额定电流断路器的长期允许电流应满足式)(maxAIKIINal式中 、分别为电气设备的额定电流和所在回路的最大长期工作电流，NImaxIA。(4) 校验开断能力为保证断路器能可靠地开断短路电流，一般情况下，原则上额定开断电流不应小NbrI于实际开断瞬间的短路全电流有效值，即。kI)(kAIIkNbr 而abrabrTtTtptkeIIII21)2(22 RXTa 式中 短路电流周期分量的起始值，kA；I 开断瞬间短路电流周期分量的有效值，可近似取，kA；断路ptI

59、IIpt器的额定开断电流，kA 开断计算时间，S；brt 短路电流非周期分量的衰减时间常数，愈靠近电源愈大，反之愈小；aT ，电源至短路点的等效总电抗和等效总电阻。XR华北水利水电学院毕业设计19(5) 校验动稳定满足动稳定要求的条件是：shesii式中 短路冲击电流幅值；shi 电气设备允许通过的动稳定电流峰值。esi(6) 校验热稳定满足热稳定要求的条件是：，2kI tQ式中 短路电流产生的热效应；kQ 、t电气设备允许通过的热稳定电流和时间。tI4.4.2 高压断路器的选择结果(1) 接三绕组变压器的发电机出口断路器选择结果如表 1-4-4：表 1-4-4 发电机出口断路器型号及其参数型

60、号额定电压(kV)额定电流(kA)额定开断电流(kA)热稳定电流(4s)(kA)动稳定电流(kA)ZN22-10/3150-4010 3.154040100(2) 35 kV 级高压断路器的选择结果如表 1-4-5：表 1-4-5 35 kV 级高压断路器型号及其参数型号额定电压(kV)额定电流(kA)额定开断电流(kA)热稳定电流(4s) (kA)动稳定电流(kA)LN2-35/1250-25351.25252563(3) 110kV 级高压断路器的选择结果如表 1-4-6：表 1-4-6 110kV 级高压断路器型号及其参数型号额定电压(kV)额定电流(kA)额定开断电流(kA)热稳定电流

61、(3s) (kA)动稳定电流(kA)OFPI-110/1250-31.51101.25 31.531.580华北水利水电学院毕业设计204.5 高压隔离开关的选择4.5.1 高压隔离开关的选择步骤高压隔离开关额定电压、电流的选择及短路动稳定校验、热稳定校验与断路器相同。但由于隔离开关不用接通和切断短路电流，所以不需要进行校验开断电流。4.5.2 高压隔离开关的选择结果(1) 发电机出口隔离开关选择结果如表 1-4-7：表 1-4-7 发电机出口隔离开关型号及其参数型号额定电压(kV)额定电流(A)热稳定电流(5s) (kA)动稳定电流(kA)GN10-10T/400010400080160(2

62、) 35 kV 级高压隔离开关的选择结果如表 1-4-8：表 1-4-8 35 kV 级高压隔离开关型号及其参数型号额定电压(kV)额定电流(A)热稳定电流(4s) (kA)动稳定电流(kA)GN2-35/630356302050(3) 110kV 级高压隔离开关的选择结果如表 1-4-9：表 1-4-9 110kV 级高压隔离开关型号及其参数型号额定电压(kV)额定电流(A)热稳定电流(4s) (kA)动稳定电流(kA)GW5-110D/630110 63020504.6 电压互感器及保护熔断器的选择4.6.1 电压互感器及保护熔断器的配置(1) 电压互感器的配置在设计中应根据测量、同期、保

63、护等的需要，分别装设相应的电压互感器。其具体配置要求如下：发电机。发电机出口装设 2 组电压互感器。其中一组为三只单相双绕组电压互感器，供励磁调节装置用，准确级为 0.5 级。另外一组为三绕组构成开口三角形接00Y /Y /线（可采用单相三绕组或三相五柱式） ，供测量，同期、继电保护及绝缘监视用。当二次负荷过大时，可增设一组电压互感器。当发电机出口与主变低压侧引出时，还应在厂用电支路的连接点上装设一组三绕组电压互感器。华北水利水电学院毕业设计21母线。工作母线和备用母线都应装一组三绕组电压互感器，而旁路母线可不装。母线如分段应在各分段上各装一组三绕组电压互感器。35kV 及以上线路按对方是否有

64、电源考虑。对方无电源时不装。有电源时，可装一台单相双绕组或单相三绕组电压互感器。110kV 及以上线路，为了节约投资和占地，载波通信和电压测量可共用耦合电容，故一般选用电容分压式电压互感器。(2) 保护熔断器的配置高压熔断器是一种简单的保护电器，它由熔体支持金属体的触头和保护外壳三部分组成。用来保护线路变压器及电压互感器等电气设备免受过载和短路电流的损害。当其所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，它的熔体熔化而分断电流开断电路，熔断器主要用来进行短路保护，有的熔断器具有过负荷保护功能。但其容量小，保护特性较差，一般仅用于 35kV 及以下电压等级，在发电厂中主要用于电压互感器短路保护。4.6

65、.2 电压互感器的及保护熔断器的选择内容(1) 电压互感器的选择内容包括：根据安装地点和用途确定电压互感器的结构类型，接线方式和准确级；确定额定电压比；计算电压互感器的二次负荷，使其不超过相应准确度的容量。设计中应根据装设地点和使用条件选择电压互感器的种类和型式。选择一次额定电压和二次额定电压电压互感器一次绕组额定电压，应根据互感器的接线方式来确定。电压互感器的二次绕组额定电压通常是供额定电压为 100V 的仪表和继电器的电压绕组使用。单个单相式电压互感器的二次绕组电压为 100V，而其余可获得相间电压的接线方式，二次绕组电压为 100/V。电压互感器开口三角形的辅助绕组电压用于 35kV 及

66、以下中性点不接地系统3的电压为 100/3V，而用于 110kV 及以上的中性点接地系统为 100V。选择准确级电压互感器应在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下：用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，所有计算的电度表，其准确等级要求为 0.5 级。 供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为 1 级。华北水利水电学院毕业设计22用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，一般为 3 级即可。在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。(2) 保护熔断器的选择在本次设计中，熔断器只用于保护电压互感器 ，故只需按额定电压及断流容量两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。按工作电压选择高压熔断器的最高工作电压，应满足下列条件：gUUmax式中高压熔断器允许最高工作电压，kV；maxU 回路工作电压，kV。gU 对充填石英砂的有限流作用的熔断器还必须满足，即熔断器的额定电压