发电厂电力系统毕业设计水力发电厂（3X1500KW）电气部分设计

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1、四川大学网络教育学院乐山师范学院水力发电厂（3X1500KW）电气部分设计目 录一、概述（9）1.1工程概况（9）1.2其他资料（9)二、接入系统方式及设计方案选择（10-12）2.1接入系统方式（10）2.2电气主接线的基本要求（10）三、设计步骤（13-37）3.1发电机及变压器的选择（13）3.2短路电流计算（17）3.3主要电气设备的选择及校验（23）四、结论（38）五、参考文献（39）六、设计体会（40）一、概 述11概况该电站位于某山区的一条水河流上，汇流面积为831平方公里。整个水利枢纽布置如图所示。充分利用当地的石料资源而建筑的堆(砌)石坝，坝高53米，水头38米，引用流量17

2、秒立方：经2600米长的明渠将水流引至压力前池，再分配到每台水轮发电机组。经水能规划设选定装机为1500kW3，共3台卧式水轮发电机组。该电站水库为不完全周调节，单级开发，以发电为主。年利用小时数4000小时。保证出力1500kW，多年平均发电量168105kW.h。厂用电负荷：123KW左右。水轮发电机型号参数：型号：SFW118/64-6，PN=1500kW，UN=6.3kV，COSN=0.8，IN=171.8A。旋转方向为俯视逆时针；Xd= 0.12；额定转速nN=1000r/min。1.2其它资料年均最高气温：30，年均最低气温：1，多年平均雨量：1100mm，雷暴时数：40日/年，交

3、通较方便，公路可直抵电站厂房，当地山势较缓，海拔高度约在800m左右，出线走廊易于确定。五 发电机侧接线方案的设计 发电机侧接线，指的是从发电机到主变压器低压侧之间的接线方式，其中还有断路器、隔离开关等二次电气设备用于保护和测量一次设备。其接线方式应根据发电机的容量及水电站的作用进行设计。 该水电站单机容量很小，所以一般不采用单元接线方式，单元接线是指发电机出来直接接变压器，发电机与变压器直接采用封闭母线，一般用于单机容量比较大的机组。单母线接线发电机功率的汇集和分配由一条汇流母线来完成，这种接线方式可靠性太差，且不利于厂用电从发电机母线上引出。采用单母线分段接线，除了分段隔离开关故障或检修需

4、全站停电外，当一段母线及所接隔离开关故障或检修时，只需短时全站停电，将分段隔离开关断开，仍可保持另一段母线所接机组送电。发电机电压单母线断路器分段接线用断路器将单母线接线分段。这样，当一段母线及所接隔离开关故障时，分段断路器在继电保护装置的作用下，能自动将故障母线段切除，从而保证了正常段母线不间断供电，在一定程度上克服了单母线接线的缺点，提高了供电可靠性。发电机侧提供三种方案进行选择，方案一：单元接线；方案二：扩大单元接线；方案三：单母线接线。各方案的优缺点见附录（一）。1) 单元接线 选择单元接线是因为：单元接线简单，开关设备少，操作简单以及因不设发电机电压级母线，而在发电机和变压器之间采用

5、封闭母线，使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对于具有发电机电压级母线时，有所减小。 但它存在如下技术问题：1 当主变压器或厂总变压器发生故障时，除了跳主变压器高压侧出口断路器外，还需跳发电机磁场开关。2 发电机定子绕组本身故障时，若变压器高压侧断路器失灵拒跳，则只能通过失灵保护出口启动母差保护或发远方跳闸信号使线路对侧断路器跳闸；若因通道原因远方跳闸信号失效，则只能由对侧后备保护来切除故障，这样故障切除时间大大延长，会造成发电机、主变压器严重损坏。发电机故障跳闸时，将失去厂用电源，而这种情况下备用电源的快速切换极有可能不成功，因而机组面临厂用电中断的威胁。2） 扩大单元接线当发电

6、机单机容量不大，且在系统备用容量允许时，为了减少变压器台数和高压侧断路器数目，并节省配电装置占地面积，将2台变压器与一台变压器连接，组成扩大单元接线。它存在的技术问题与单元接线基本相同。 3） 单母接线 可保证电源并列工作，又能让任意一条通往变压器的线路都可以从任一个电源获得电能。尽可能使负荷均衡地分布于各个线路上，以减少过多功率在母线上的传输。接线简单，清晰、设备少、投资也小、运行操作方便。但是可靠性及灵活性稍差点，母线检修时会使得三台发电机停止运行。 综合上述所有方案，对于发电机侧的接线方式，根据所给的资料考虑，应选择单母线接线。六 升高压侧接线方案的设计升高压侧接线方式指的是从主变压器出

7、来到出线回路之间的连接方式，其接线方式对系统的运行方式、主要电气设备的选择及二次设备的配置都有重大影响。升高压侧的接下方案很多，有单母线接线、单母带旁路母线、双母线接线、双母分段接线、双母分段带旁路母线及桥型接线多角型接线等。根据各种接线方案的特点，结合本水电站的实际情况，拟定三种方案进行比较选择，三种方案分别是一台半断路器、桥型接线和单母线接线，各接线方式的接线图及优缺点见附录(二)。1） 一台半断路器接线 一台半断路器接线，运行的可靠性和灵活性很高，在检修母线或回路断路器时不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，并且，调度和扩建也方便。在一台半断路器中，通常有两条原则：1 在电源线宜与负荷线配对

8、成串，即要求采用在同一个“断路器串”上配置一条电源回路和一条出线回路，以避免在联络断路器发生故障时，使两条电源回路或两条出线回路同时被切除。2 配电装置建设初期仅两串时，同名回路宜分别接入不同侧的母线，进出线应装设隔离开关。当一台半断路器接线达三串及以上时，同名回路可接于同一侧母线，进出线不宜装设隔离开关。2） 桥型接线桥形接线可分为内桥形接线和外桥形接线两种。 内桥形接线在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操简单：而在变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电，并且操作复杂。因而该线一般适用于线路较长（相对来说线路的故障概率较大）和变压器不需要经常切换的情况。 外桥形接线在

9、运行中的特点与内桥形接线相反，适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。当系统中有穿越功率通过主接线为桥形接线的发电厂或变电站高压侧时，或者桥型接线的2条线路接入环形电网时，都应该采用外桥接线。因为如果采用内桥接线，穿越功率通过3台断路器，继电保护配置复杂，并且其中任一台断路器断开时都将使穿越功率无法通过，或使环形电网必须开环运行。通过上述的观点和原始资料，应选用内桥形接线。3） 单母线接线 单母线接线，母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输送功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配于各出线上，以减少功率在母线上的传输。接线简单，操作方便、设备少、经

10、济性好，并且，母线便于向两端延伸，扩建方便。而缺点是可靠性差，调度不方便。 综合上述三个方案，比较得出结论，应选用单母线接线。七 最优电气主接线的选择电气主接线是指发电厂或变电所中汇集、分配电能的电路，通常称一次接线，是由断路器、隔离开关、互感器、避雷器、发电机等电气设备按照一定的顺序连接而成的。它是发电厂、变电所电气设计的重要部分，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、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主

11、接线方案，决定于电压等级和出线回路数。电气主接线的设计原则：（1）可靠性；安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。（2）灵活性；主要包括操作的方便性、调度的方便性和扩建的方便性。主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。显然，复杂地接线不会保证操作方便，反而使误操作机率增加。但是过于简单的接线，则不一定

12、能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和停电时间。（3）经济性；主要包括：节省一次投资、占地面积少和电能损耗小三个方面。在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。 根据上面两节，清楚知道选择的结果，那就是该电站选用发电机侧选用单母线接线。升高压侧选用内桥接线。水力发电厂的特点是，一般距负荷中心较远，基本上没发电机电压负荷，几乎全部电能用升高压送入系统；水力发电厂的装机台数和容量，是根据水能利用条件一次性确定的，不必

13、考虑发展和扩建；水力发电厂附近地形复杂，电气主接线尽可能简单，使配电装置紧凑。 此外，水轮发电机启动迅速、灵活方便，一般正常情况下，从启动到带满负荷只需4-5min，事故情况下还可能不到1min。因此，水电厂常被用作系统备用和检修备用。对具有水库调节的水电厂，通常在丰水期承担系统基荷，枯水期多带尖峰负荷。很多水电厂还担负着系统的调频、调相任务。因此，水电厂的负荷曲线变化较大、机组开停频繁，其接线应具有较好的灵活性。 再根据原始资料，查阅电力工程电气设计手册，设计出最终电气主接线图，见附录（三）。所示为一小型水力发电厂的主接线。水电厂以三台30MW发电机组（发电机出口电压为10.5KV）以发电机

14、-变压器单元接线直接把电能送至110KV电力系统，110KV侧为单母接线，实现三条电源进线和两条出线配对。 八 主要电气设备的选择 根据原始资料可知，本设计无需对变压器进行选择，选择其它电气设备时，只需按工作条件进行选择，不需要进行短路电流的计算和短路校验。正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。本设计，电气设备的选择包括：短路器和隔离开关的

15、选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。电气设备选择的一般原则：1、应满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要2、应按当地环境条件校验3、应力求技术先进与经济合理4、选择导体时应尽量减少品种5、扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致6、选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格电气设备选择的条件：尽管各种电气设备都有自己的特点，有各自的校验标准，但是电气设备的选择都按正常工作条件进行选择。（1）额定电压规定一般电气设备允许的堆高工作电压电压为电气设备的1.11.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动一般不超过电网额定电压的1.15倍，因此，在

16、选择电气设备时，一般按照电气设备的额定电压不低于装置地点的额定电压的条件选择，即 (2) 额定电流 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（3）环境条件 电气设备的选择与环境条件，如温度、风速、污秽等级、海拔高度等，都有关系，对于环境条件超过一般电气设备的使用条件时，应采取措施。 在本设计中无环境条件，故所有选择的电气设备均理解为按可承受环境条件进行选择。主变压器的选择（一）主变压器容量、台数的确定原则主变压器容量、台数直接影响主接线的的形式和配电装置的结构。它的确定应综合各种因素进行分析，做出合理的选择。主变压

17、器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择，也需考虑原始资料。具有发电机电压母线接线的主变压器容量、台数的确定：（1）当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。（2）当接在发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，主变压器应能从系统中倒送功率，以保证发电机电压母线上最大负荷的需要。（3）根据系统经济运行的要求而限制本厂输出功率时，能供给发电机电压的最大负荷。（4）发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台或以上主变压器的发电厂，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。（二）变压

18、器型号的选择：小型水电站厂用电率一般为0.5%-1.0%，所以大概有90000*0.95=85500（KW）送至负荷。根据最大效率法计算知：ip一般取0.55 Sem=S/ip=85500/0.80.55=194318.2KVA根据变压器产品样本查选型号为：SF11-85000/110。 由原始资料可知，该设计中所有断路器、隔离开关、电压电流互感器及避雷器的选择，都只需按额定电流和额定电压进行选择。（一）按额定电压选择： 断路器、隔离开关额定电压不小于安装地点电网额定电压，即对10.5KV侧断路器D1D7、隔离开关G1G14： 对110KV侧断路器D8D11隔离开关G15G22：（二）按额定电

19、流选择断路器的额定电流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，即对30000KW发电机出口隔离开关G1G6、断路器D1D3： IN=1.05*30000/*10.5*0.8)=(A)对10.5KV母线及母线以上隔离开关G9G14、断路器D5D7：IN=1.05*90000/*10.5*0.8)= (A) 对110KV侧隔离开关G15G22、断路器D8D11： IN=1.05*90000/*110*0.8)= (A) 断路器隔离开关的选择断路器、隔离开关的选择如下表：断路器断路器型号隔离开关隔离开关型号D1D3ZN5-10/1000G1G6GN6-10/1000-80D4ZN5-10

20、/630G7G8GN6-10/600-52D5D7SN3-10/3000G9G14GN10-10T/3000-160D8D11SW2-110/1000G15G22GW4-110D/1000-80电流互感器的选择 电流互感器一次侧电流就是所串联位置接线上的电流。.额定一次电流应在运行电流的20-120%的范围，.电流互感器的额定一次电压和运行电压相同。电流互感器所接的负荷不超过其额定二次负荷，电流互感器的准确度等级能满足测量和保护的要求。电流互感器所在位置及型号的选择如下表电流互感器电流互感器型号电流互感器电流互感器型号12500KW出口LWC-10变压器高压侧LCWD-1106300K出口LA

21、-10桥型连线上LCWD-11010.5KV母线LZZBJ9-12/175b/2s出线回路上WVB110-20(H)变压器低压侧LMZ1-10电压互感器的选择在110KV220KV配电装置特别是母线上装有电压互感器时，通常采用串级式电压互感器。110KV以上的电压互感器可靠性高电压互感器电压感器型号110kV侧WVB110-20(H)10.5kV侧 ZX10-12BG避雷器的选择110kV侧避雷器的选择(1) 避雷器型号的选择：选择Y10W5-110/260型无间隙氧化锌避雷器。其参数为：型号系统额定电压（kV）避雷器额定电压（kV）避雷器持续运行电压（kV）雷电冲击电流下残压（峰值）不大于（

22、kV）陡波冲击电流下残压（峰值）不大于（Kv）Y10W5-110/26011010073260291(2) 按额定电压选择：110kV系统最高电压为126kV，避雷器相对地电压为0.750.75 ,所选避雷器额定电压为110kV大于94.5kv，满足额定电压要求。(3) 按持续运行电压选择：110kV系统相电压为126/,所选避雷器持续运行电压有效值为73kV，大于72.75kV，故满足持续运行电压要求。(4) 按雷电冲击残压选择：110kV变压器额定电流冲击（内外绝缘）耐受电压（峰值）450kV，避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为：,所选避雷器雷电冲击电流下残压（峰值）不大于260kV，

23、该值小于321kV,故满足雷电冲击残压的要求。(5) 按陡波冲击电流选择：110kV变压器的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为550kV，其陡波冲击电流下残压为，所选避雷器陡波冲击电流下残压（峰值）不大于291kV,该值小于393kV,故满足陡波冲击电流下的残压要求10.5kV侧避雷器的选择(1)避雷器型号的选择：选择Y5WS5-17/50L型避雷器。其参数为：型号系统额定电压（kV）避雷器额定电压（kV）避雷器持续运行电压（kV）雷电冲击电流下残压（峰值）不大于（kV）陡波冲击电流下残压（峰值）不大于（Kv）Y5WS5-17/50L10178.65051.8(2) 按额定电压选择：10kV系统最高

24、电压为11.5kV，避雷器相对地电压为0.750.75 ,所选避雷器额定电压为17kV大于8.6kv，满足额定电压要求。(3) 按持续运行电压选择：10kV系统相电压为11.5/,所选避雷器持续运行电压有效值为8.6kV，大于6.64kV，故满足持续运行电压要求。(4) 按雷电冲击残压选择：10kV发电机额定电流冲击（内外绝缘）耐受电压（峰值）75kV，避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为：,所选发电机雷电冲击电流下残压（峰值）不大于51.8kV，该值小于53.57kV,故满足雷电冲击残压的要求。(5) 按陡波冲击电流选择：10kV发电机的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为75kV，其陡波冲击电流

25、下残压为，所选避雷器陡波冲击电流下残压（峰值）不大于51.8kV,该值小于53.57kV,故满足陡波冲击电流下的残压要求。综上所述：避雷器的选择如下：避雷器器避雷器器型号110kV侧Y10W5-110/26010.5kV侧Y5WS5-17/50L导体和母线选择：选择标准：（1）、按回路最大持续工作电流选择： IxuIg.max其中Ig.max导体回路持续工作电流（A） Ixu相应于导体在某一运行温度、环境条件下长期允许工作电流（A） 若导体所处环境条件与规定载流量计算条件不同时，载流量应乘以相应的修正系数。（2）、大电流回路（如主电源）或35KV以上高压电缆，宜选中经济电流密度按经济电流密度选

26、择电缆截面。 SjIg.max/j 其中Sj按经济电流密度计算得导体截面（mm2） j经济电流密度（A/ mm2）Ig.max正常工作时的最大持续工作电流(A)选择类型如下表：导线名称所选型号10.5KV母线LF21Y130/116型铝锰合金管型母线110kV主变压器出线LGJ400/50钢芯铝绞线发电机出口导线LGJ-150型导线九 升高压站电气设备布置电气设备布置选择屋外配电装置类型： 根据电气设备和母线的布置高度,屋外配电装置可分为低型、中型、半高型和高型等。1 低型：所有电器均装在同一水平面上，母线与设备等高 在低型和中型屋外配电装置中，所有电气设备都装在地面设备支架上。低型的主母线一

27、般都由硬母线组成，而母线与隔离开关基本布置在同一水平面上。2 中型配电装置： 中型配电装置是将所有电气设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要高度，以便工作人员能在地上安全活动；母线所在的水平稍高于电气设备所在的水平面，母线和电气设备均不能上、下重叠布置。中型配电装置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维护方便，造价较省，并有多年的运行经验；其缺点是占地面积过大。 中型配电装置大多采用悬挂式软母线，母线所在水平面高于电气设备所在水平面，但近年来硬母线采用日益增多。 中型配电装置广泛用于110-500KV电压等级。 在半高型和高型屋外配电装置中，电气设备分别装在

28、几个水平面内，并重叠布置。 凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。3 高型配电装置： 高型配电装置是将一组母线及隔离开关与另一组母线及而离开关上下重叠布置的配电装置，可以节省占地面积50%左右，但耗用钢材较多，造价较高，操作和维护条件较差。 高型配电装置按其结构的不同，可分为单框架双列式、双框架单列式和三框架双列式三种类型。 高型布置中母线、隔离开关位于断路器之上，主母线又在母线隔离开关之上，整个配电装置的电气设备形成了三层布置，而半高型的高度则处于中型和高型之间。 我国目前采用最多的是中型配电前置，近年来高型配电装置的采用也有所增加，而高型由于运行、维护、检修都不方便，只是

29、在山区及丘陵地带，当布置受到地形条件限制时才采用。 高型配电装置适用于220KV电压等级。 如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。4 半高型配电装置： 半高型配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置，其占地面积比普通中型减少30%。半高型配电装置介于高型和中型之间，具有两者的优点，除母线隔离开关外，其余部分与中型布置基本相同，运行维护仍较方便。 半高型配电装置适用于110KV电压等级。 由于设计的是中型水电站，配电装置占地面积不大，运行、施工条件必需要大大改善，所用钢材也要少。那么没有必要投入过多的经济。还有它发电运行和维护要

30、具有很高的灵活性。而设计的出线为110KV，故此，我们选择半高型配电装置。 断路器 断路器的排列方式，必须根据主接线、场地地形条件、总体布置和出线方向等多种因素合理选择。按照断路器在配电装置中所占据的位置,可分为单列(断路器集中布置在主母线的一侧)、双列(断路器布置在主母线两侧)和三列(断路器在进出线方向均呈三列布置)布置. 断路器有低式和高式两种布置。低式布置的断路器安装在0.51m的混凝土的基础上，其优点是检修比较方便，抗震性能好，但低式布置必须设置围栏，因而影响通道的畅通。高式布置断路器安装在高约2m的混凝土基础上，基础高度应满足：（1）电气支柱绝缘子最低裙边的对地距离为2.5m；（2）

31、电气间的连线对地距离应符合C值的要求。 避雷器： 避雷器也有高式和低式两种布置。110KV以上的阀形避雷器由于器身细长，多落地安装在0.4m的基础上。110KV及以下的氧化锌避雷器形体矮小，稳定度好，一般采用高式布置。避雷器落地安装时，围栅内作高100MM的水泥平地，便于排水并避免长草。 隔离开关实践证明，采用预埋螺栓安装隔离开关能满足质量要求。110KV隔离开关一般操作不重，为了安全并避免操作杆碰支柱，宜在边相操作。 隔离开关引线的C值校验，应考虑电缆沟凸出地面的尺寸。对配电装置的基本要求配电装置应该满足下述基本要求：1保证运行可靠 配电装置中引起事故的原因是，绝缘子因污秽而闪络，隔离开关因

32、误操作而发生相间短路，断路器因开断能力不足而发生爆炸等。因此，要按照系统和自然条件以及有关规程要求合理选择电气设备，使选用电气设备具有正确的技术参数，保证具有足够的安全净距；还应采取防火、防爆、蓄油和排油措施，考虑设备防水、防冻、防风、抗震、耐污等性能。2便于操作、巡视和检修 配电装置的结构应使操作集中，尽可能避免运行人员在操作一个回路时需要走很远。配电装置的结构和布置应力求整齐、清晰，便于操作巡视和检修；还应装置设防误操作的闭锁装置及连锁装置，以防带负荷拉合隔离开关、带接地线合闸、带电挂接地线、误拉合断路器。3保证工作人员的安全 设置栅栏，留出安全净距，以防触及带电部分；设备外壳和底座都采用

33、保护接地等。4力求提高经济性在满足上述要求的前提下，电气设备的布置应紧凑，节省占地面积，节约钢材、水泥和有色金属等原材料，并降低造价。配电装置的最小安全净距 为满足配电装置运行和检修的需要，各带电设备之间应相隔一定的距离。配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修、维护和运输的安全电气距离等因素而决定的。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，即所谓的A1和A2值。 对于敞露在屋外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距分为A、B、C、D、E五类。最小安全净距A类分为A1和A2，A1和A2值是根据过电压与绝

34、缘配合计算，并根据间隙放电试 验曲线来确定的，而B、C、D、E等类安全净距是在A值的基础上在考虑运行维护、设备移动、检修工具活动范围、施工误差等具体情况而确定的。它们的含义分别叙述如下：值：A值分为两项，A1和A2.A1-带电部分至接地部分之间的最小电气净距；A2-不同相带电导体之间的最小电气净距。值：B值分为两项，B1和B2。B1-带电部分至栅状遮栏间的距离和可移动设备在移动中至带电裸导体间的距离，即 B1=A1+750 （mm）750mm是考虑运行人员手臂误入栅栏时手臂的长度。B2-带电部分至网状遮栏间的电气净距，即 B2=A1+30+70 （mm）30mm是指考虑在水平方向的施工误差；7

35、0mm指运行人员手指误入网状遮栏时，手指长度不大于此值。值：C值为无遮栏裸导体至地面的垂直净距。保证人举手后，手与带电裸体间的距离不小于A1值，即 C=A1+2300+200 （mm）2300mm是指运行人员举手后的总高度；200mm是指屋外配电装置在垂直方向上的施工误差，在积雪严重地区，还应考虑积雪的影响，此距离还应适当加大。值：D值为不同时停电检修的平行无遮栏裸导体之间的水平净距，即 D=A1+1800+200 （mm）1800mm是考虑检修人员和工具的允许活动范围；200mm是考虑屋外条件较差而取的裕度。 屋外配电装置的特点：1土建工作量和费用较小，建设周期短；2与屋内配电装置相比，扩建

36、比较方便；3相邻设备之间距离较大，便于带电作业；4与屋内配电装置相比，占地面积大；5受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘；6不良气候对设备维修和操作有影响。配电装置的设计原则及步骤1配电装置的设计原则 配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠和维护方便。 发电厂的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通

37、过技术经济比较予以确定。在确定配电装置型式时必须满足下述要求：节约用地；运行安全和操作巡视方便；便于检修和安装；节约材料，降低造价。2配电装置的设计要求满足安全净距的要求： 屋外配电装置带电部分的上面或下面，不应有照明、通信和信号线路架空或穿过。屋外电气设备外绝缘最低部位距地小于2.5m时，应装设固定遮栏。施工、运行和检修要求： 施工要求：配电装置的结构在满足安全运行的前提下尽量予以简化，采用标准化的构件，减少架构的类型，缩短建设工期，设计时，要考虑安装检修时设备搬运及起吊的便利；还应考虑土建施工误差，保证电气安全净距要求，一般不宜选用规程规定的最小值，而应留有适当的裕度（50mm左右）。 运

38、行要求：各级电压配电装置之间，以及它们和各种建筑物之间的距离和相比位置，应按最终规模统筹规划，充分考虑运行的安全和便利。 检修要求：电压为60KV及以上的配电装置，对断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧，宜配接地开关；每段母线上宜装设接地开关。电压为110KV及以上的屋外配电装置，应视其在系统中的地位、接线方式、配电装置型式以及该地区的检修经 等情况，考虑带电作业的要求。噪声的允许标准及限制措施：配电装置中的噪声源主要是变压器、电抗器及电晕放电。限制噪声的措施有：优先选用低噪声或符合标准的电气设备；注意主控室、通信楼、办公室等与主变压器的距离和相对位置，尽量避免平行相对布置。静电感应的场

39、强水平和限制措施：关于静电感应的限制措施，设计时应注意：尽量不要在电气设备上部布置带电导体；对平行跨导线的相序排列要避免同相布置，尽量减少同相导线交叉及同相转角布置，以免场强直接叠加；当技术经济合理时，可适当提高电器及引线安装高度，这样既降低了电场强度，又满足检修机械与带电设备的安全净距；控制箱和操作设备尽量布置在场强较低区，必要时可增设屏蔽线或设备屏蔽环通道及围栏： 屋外配电装置的遮栏（指网状遮栏）高度不应低于1.7m,栅栏高度不应低于1.5m.遮栏应有门锁，网孔不应大于2020MM。栅栏栏杆间距及最下栏杆对地距离不应超过0.4m. 配电装置内应设有供运行操作、巡视和检修等用的通道，通道的宽

40、度采取0.81.0m.屋外配电装置应有围栏，围栏高度采取1.5m. 二、接入系统方式及设计方案选择2.1接入系统方式该电站在系统中属于非主力电站，该电站以两回出线与系统相连，其潮流为双向，即丰水期将多余的电量馈送给系统，枯水期缺电时，则由系统以Imax=100A向该地区供电，另外，该电站以6回出线(距离均大于3KM)向近区供电，其中两回线供II类负荷各1000KW，其余各回供III类负荷各500KW。2.2电气主接线的基本要求电气主接线的设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。（一）可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电是电气主接线最基本的要求。在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发

41、电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。主接线的设计主要从如下几个方面考虑：（1）断路器检修时，不影响对系统的供电。（3）发电厂或变电站全部停电的可能性。（4）大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等因素。（5）瞬时故障、永久故障及检修停电的影响。（三）经济性主接线的经济性与可靠性、灵活性要求往往是矛盾的。在满足前提可靠性、灵活性下做到经济合理。（1）主接线应简单清晰，以节省开关器的数量、选用价廉的电器或轻型电器，节省一次投资。（2）主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽量使占地面积减少，同时还注意节约搬迁费用、安装费用和

42、外汇费用等。（3）经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。2.3 电气主接线设计原则及方案2.31设计原则：根据电站在系统中的地位和作用, 综合考虑电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、形和运输条件等因素, 电气主接线设计以满足用户或电力系统的供电可靠性和电能质量要求, 在技术先进、经济合理的前提下, 尽量使接线简单、清晰、操作维护方便、灵活并应满足电站发电及最终规模的运行要求的原则。2.32设计方案：6KV电压等级 鉴于出线回路多，且发电机的额定电压为6.3KV，宜采用屋内配电，其负荷亦较小（为和类负荷），因此，可能采用单母线不分段

43、或单母线分段接线形式。三台机组均接于单母线上或两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压35KV，与系统相连。由于机组均接于6KV母线上，为选择轻型电器，应在分段处加装母线电抗器，各条馈线上装设出线电抗器。35KV电压等级 只有两回出线与系统相连，丰水期将多余的电量馈送给系统，枯水期缺电时，则由系统以Imax=100A向该地区供电。丰水期和枯水期的调度不同，从灵活性角度考虑，应采用单母线不分段式接线形式。三、设计步骤3.1发电机及变压器的选择3.11 选择原则(1) 电气设备选择符合“导体和电器选择设计技术规定”的要求。(2) 水轮发电机的参数除满足电站运行要求外, 还应满足电站接入系统的

44、要求。发电机中性点接地方式应有利于提高机组安全运行水平。(3) 主变压器的容量与其连接的发电机容量相匹配, 其有关参数除满足电站运行要求外, 还应满足电站接入系统设计要求。为满足铁路和公路运输的要求, 主变选择单相变压器。(4) 发电机出口装设专用的发电机出口断路器和电气制动开关。3.12 发电机根据任务书所给水轮发电机的结构型式为卧式,其主要技术参数如下:型号 SFW118/64-6额定容量 1500KW额定电压 6.3kV额定电流 171.8A额定功率因数 COSN=0.8频率 50Hz额定转速 1000r/min次暂态电抗 0.123.13 主变压器及厂用变压器该电站总装机容量为：315

45、00KW，因35KV两回线路间有交换功率，负荷绝大部分为三级负荷，而一、二级负荷较少，所以拟选主变压器两台，其容量选择按发电机母线上供电负荷为最小值并能将剩余电功率送入电网来确定，容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。他的确定除依据传递容量基本资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析合理选择。主变压器台数的选择小型水电站不应采取三台以上变压器为，运行经验证明某些电站的机组较多，但其总容量在系统中所占比重不大，采用一台主变压器也是可取的。主变压器相数的选择考虑原则:该水电站容量较小，小型水电站宜采用三相油浸

46、式变压器，并根据国家节约能源的规定采用低能耗变压器。故本水电厂电气主接线的主变压器应选三相变压器。主变压器选型35kv电压级SL7系列三相油浸自冷式铜线电力变压器为无载调压，调压范围为5%变型器型号为：S7-3150/35主要技术参数如下：额定容量：3150 KVA额定电压：高压35（KV）；低压6.3（KV）阻抗电压（%）：7.0连接组：Y,d 11空载损耗：9400w短路损耗：33500w空载电流（%）：4.53.14厂用变压器的选择：厂用电负荷包括厂用电高压计算负荷和厂用电低压计算负荷，近似计算，以123KW作为近似计算，只要厂用变压器容量大于123KW即可，同时考虑安全裕量。通过上述原

47、则，可以知道厂用变压器的额定电压为6KV，可选用2台50容量的双绕组变压器，分别供两段母线，查有关设计书得：厂用变的额定容量：SN = 200 KVA3.2短路电流计算3.21短路电流计算的目的在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相

48、对地安全距离。4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。5）接地装置的设计，也需用短路电流。3.22 短路电流计算条件1.基本假定：1）正常工作时，三项系统对称运行2）所有电流的电功势相位角相同3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围8）输电线路的电容略去不计2、一般规定1）验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算

49、，并考虑电力系统远景的发展计划。2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。3.23基准值的选择该站最大运行方式为：3台机组满发并网运行；最小运行方式为：1500KW机组1台发电，保证出力且并网运行。线路均按3KM计算，电抗系数为0.4/KM。短路计算基准值（）额定电压基准电压基准电流基准电抗66.39.160.39735371.5613.73.24计算各元件参数的

50、标幺值如下：单台发电机:主变压器：厂用变压器：线路：线路：系统短路容量：系统阻抗：3.25等值电抗计算对于点最大运行方式：最小运行方式：对于点，最大运行方式：最小运行方式：对于点，对于6回路出线：对于系统：发电机侧：最大运行方式下：，最小运行方式下：通过Y-变换， 在最大方式下，所以，此时点短路电抗最小运行方式， 所以，此时点短路电抗最大、最小运行方式下的短路电流计算对于 最大运行方式：短路电流为：最小运行方式：短路电流为： 对于 最大运行方式：短路电流为： 最小运行方式：短路电流为：对于 最大运行方式：短路电流为：最小运行方式：短路电流为：上述短路电流和短路冲击电流都是在三相短路时计算出来的

51、，由于两相短路电流是三相短路电流的0.866倍，故两相短路电流和短路冲击电流均是三相的0.866倍对于 最大运行方式:两相短路电流为：最小运行方式：两相短路电流为：对于点最大运行方式：两相短路电流为：最小运行方式：两相短路电流为：对于点最大运行方式：两相短路电流为：最小运行方式：两相短路电流为：最大、最小方式下三相、两相短路电流的值如下表所示：最大运行方式最小运行方式三相短路电流（）两相短路电流（）三相短路电流（）两相短路电流（）0.3760.3260.2210.1914.7464.110 1.8891.6362.2791.9742.0131.7433.3主要电气设备的选择及校验3.32断路器

52、与隔离开关高压断路器和高压隔离开关的选择高压断路器主要功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起着保护作用。额定电压和电流选择：式中，开断电流选择：或式中，短路关合电流的选择：式中，短路热稳定和动稳定校验：发电机断路器和隔离开关选择发电机最大持续工作电流为:根据发电机回路的、的要求，可选SN10-10/1000-16型少油断路器和GN6-10/1000型隔离开关。由断路器和隔离开关的参数得，根据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，所以，计算数据SN1

53、0-10/1000-16型断路器GN6-10/1000型隔离开关 12.49 80 80由上表可见，所选SN10-10/1000-16型断路器和GN6-10/1000型隔离开关满足热、动稳要求。6KV出线断路器和隔离开关选择类负荷最大持续工作电流为：类负荷最大持续工作电流为：根据6KV出线回路的、的要求，可选ZN5-10/630型户内真空式断路器和GN6-6T/200型隔离开关。由断路器和隔离开关的参数得，根据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，,所以，计算数据ZN5-10/630GN6-6T/200 6KV 10KV 10KV 120.3/60.1A

54、 630A200A 2.244KA 20KA 3.64KA 32.4KA 36.26 6.030KA 50KA 25.5KA由上表可见，所选ZN5-10/630型断路器和GN6-6T/200型隔离开关满足热、动稳要求。6KV母线断路器和隔离开关选择由于母线侧首发电机的影响，以及为后面设备选择提供方便，所以取最大持续工作电流为发电机额定电流的50,即：，根据6KV母线回路的、的要求，可选ZN3-10/600型真空断路器和GN6-10/600-52型隔离开关。由断路器和隔离开关的参数得，根据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，所以，计算数据ZN3-10/6

55、00GN6-10/600-52 6KV 10KV 10KV 85.9A 600A600A 4.523KA 8.7KA 7.33KA 14.09KA 87.47 12.15KA 22KA 52KA由上表可见，所选ZN3-10/600型断路器和GN6-10/600-52型隔离开关满足热、动稳要求35KV出线断路器和隔离开关选择最大持续工作电流为：根据35KV回路的、的要求，可选SW2-35/600型户外少油式断路器和GW5-35G/600-72型隔离开关。由断路器和隔离开关的参数得，根据短路点处最大运行方式下短路电流标幺值查短路电流计算曲线，可知：，此时有名值为，所以，计算数据SW2-35/600

56、GW5-35G/600-72 35KV 35KV 35KV 92.1A 600A 600A 0.367KA 6.6KA 0.59KA 9.8KA 0.84 0.986KA 17KA 72KA由上表可见，所选SW2-35/600型断路器和GW5-35G/600-72型隔离开关满足热、动稳要求。主变压器断路器和隔离开关选择高压侧最大持续工作电流为： 低压侧最大持续工作电流为：由于主变压器高压侧与35KV母线相连，可以用35KV母线的断路器和隔离开关，即SW2-35/600型户外少油式断路器和GW5-35G/600-72型隔离开关，通过热、动稳校验满足要求。由于主变压器低压侧与6KV母线相连，可以用

57、6KV母线的断路器和隔离开关，即ZN5-10/630型户内真空式断路器和GN6-6T/200型隔离开关，通过热、动稳校正满足要求。3.33电抗器依据安装地点和作用，普通电抗器可分为母线电抗器和线路电抗器两种。线路电抗器电路电抗器主要用来限制电缆馈线回路短路电流。由于电缆的电抗值较小且有分布电容，即使在电缆馈线末端发生短路，短路电流也和母线短路差不多。馈线上装线路电抗器，从发电厂和用户整体来看比较合理，一般电抗百分值取36。（类负荷；类负荷）所以，根据、和上述要求可选NKL-10-200型电抗器，初步将电抗值定为。在时，满足热、动稳校正满足要求，此时计算电抗标幺值，归算到基准值下面的计算电抗，故

58、，所以，查短路电流计算曲线得，此时有名值为，则电压损失和残压分别为：热、动稳校验：可见，电压损失、残压、热动稳均满足要求，所以电抗器NKL-10-200-6型。母线电抗器母线电抗器装设在母线分段处，其目的是让发电机出口断路器、变压器低压侧断路器、母联断路器和分段断路器等都按各回路额定电流来选择，不因短路电流过大而使容量升级。母线电抗器用于限制并列运行发电机所提供的短路电流，其额定电流通常按母线上事故切除最大一台发电机时可能通过电抗器的电流进行选择，一般取发电机额定电流的5080，电抗百分值取为812。（）。根据、和上述要求可选XKGKL-10-400型电抗器，初步将电抗值定为。在时，满足热、动

59、稳校正满足要求，此时计算电抗标幺值，归算到基准值下面的计算电抗，故所以，查短路电流计算曲线得，此时有名值为，则电压损失和残压分别为：热、动稳校验：可见，电压损失、残压、热动稳均满足要求，所以电抗器XKGKL-10-400-8型。3.34互感器的选择互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高压、大电流按比例变成低电压（100、100/V）和小电流（5、1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表和继电保护等。为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器的安全，互感器的每一个二次绕组必须有一可靠的接地，以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。互感器包括电流互感器和电压互感器。发电机电流互感器选择根据发电机回路的、的要求，可选LA-10型穿墙式电流互感器，其额定电流比