水电站一次设计

本科毕业设计（论文）XX水电站电气一次部分初步设计学生姓名： 学生学号： 院（系）： 年级专业： 指导教师： 二一年六月摘 要 本毕业设计为水电站电气一次部分初步设计，对在为水电站一次部分设计中遇到的若干问题如水电站一次部分主接线方案，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，变压器的继电保护等进行了陈述。该水电站拟装机组2*8MW，以一回110kV线路接入相邻电站110kV母线，线路长度24.5km，年利用小时数约为5000小时。先对水电站的一次主接线方案进行确定，再根据已确定的主接线方案进行必要的短路电流计算，根据具体的计算结果依次选择相应的设备（如变压器、开关等）以及对后面的的部分设备进行继电保护。本设计主要是针对水电站的一次部分，故对二次部分涉及较少。只讨论了变压器的继电保护。关键词 一次主接线，短路电流计算，设备选择，继电保护 ABSTRCAT The graduation project is a part of the preliminary design for Hydroelectric Power Station，On the part of the design for the station encountered a number of issues that to state , such as a part of the main wiring of the station，on the Short-circuit current calculation，High and low voltage equipment selection and validation，Transformer relay protection and so on.The plant to be installed Group 2 * 8MW, 110kV line access to an adjacent power plants 110kV Bus, length 24.5km, Number of hours in use around 5000 hours. First of all, to determine the main connection of the station program, Then according to the main connection schemes which have been identified as necessary for short-circuit current calculation, According to the calculation of the results then select the appropriate equipment (such as transformers, switches, etc.) as well as the relay protection equipment on the back part.This essay is mainly aimed at a part of the hydropower station, So on the second part deals with less, Only discuss the relay protection of the transformer.Keywords A main connection , Short-circuit current calculation , Equipment selection , Relay目 录摘 要IABSTRCATII1 绪论11.1 水力发电特点11.2 设计在工程建设中的作用21.3 水电站的电气一次设计314水电站设计综合说明42 电气主接线42.1 概述42.2 对电气主接线的基本要求42.3 电气主接线的基本形式52.3.1有汇流母线52.3.2无汇流母线82.4 主变压器的容量和台数的选择112.5 电气主接线的技术经济比较方法122.6 方案的确定132.6.1水电站的特点132.6.2主接线方案的确定143 短路电流的计算153.1 短路计算的规定及假设153.1.1短路计算的一般规定153.1.2短路计算的假设153.2 短路电流计算的步骤153.3 短路电流具体计算164 电气设备的选择214.1 电气设备选择的一般条件214.1.1正常的工作条件选择214.1.2按短路条件校验214.2 断路器的选择224.3 隔离开关的选择234.4 电流互感器的选择235 水电站厂用电接线255.1 水电站厂用电特点255.1.1水电站厂用电的特点255.1.2厂用电的组成255.2 厂用变压器选择255.2.1厂用变压器型式选择255.2.2厂用变压器容量及台数的选择265.2.3厂用变压器的阻抗选择265.2.4自起动容量校验265.3 厂用电接线275.3.1厂用电接线的一般要求及原则275.3.2厂用电电源275.3.3厂用电压选择285.3.4厂用电主接线图286 主变压器的继电保护296.1 电力变压器的故障类型及保护方式296.2 主变压器的主保护306.2.1气体保护306.2.2纵差动保护316.3 主变压器的后备保护356.3.1定时限过电流保护356.3.2过负荷保护366.3.3零序保护37结 论38参 考 文 献39附录A：设备的选择40附录B：电气主接线41致 谢421 绪 论在河川水流中，潮汐和海浪里，蕴藏着巨大的能量，通常称为水能或水力资源。水能是可供人们利用的一种廉价和可再生能源，如不加以利用，是一种很大的损失。其利用具有时间价值，利用得越早，其价值就越大。我国幅员辽阔，河川纵横，湖泊星罗棋布，是世界上水力资源最丰富的国家。如何最有效和最经济合理地开发利用水资源，兴建各种水电站，将自然界的水能转变为机械能和电能，为发展我国生产和改善人民的物质文化生活服务，是水电建设者的光荣任务。电气一次设计是水电站设计的重要组成部分，是工程建设的关键环节，对水电站的投资、建设和运行安全可靠和生产的综合经济效益起着决定性的作用。1.1 水力发电特点水电站是将水能转交为电能的企业。水力发电具有以下特点：水能是再生能源地球上江河湖海在太阳辐射的作用下，蒸发到空中，并随气流运行。在一定条件下，水汽凝结下降为雨或雪(地形引力作用)，再回到江河湖海。这就是自然界在大气中的循环，所以水能是一种再生能源，而火电站所用的煤或石油，核电站所用的稀有金属原料，都是要消耗掉而不能再生的。因此，水能的再生性这个特点从能源意义上看就显得更为重要。水资源可综合利用水是一种资源，具有多方面的使用价值，可以综合利用。一个水利工程常可同时取得发电、防洪、灌溉、航运、供水、养殖以及改良环境和旅游等多方面的效益。河流的水资源还可以梯级开发利用，上级水电站发电后的水流，仍可为下游各级水电站再利用发电。水能可储蓄和调节电能是不能大量储蓄的，生产与消费必须同时完成；而水电站可以借助于水库，储蓄水能，代替储蓄电能，有利于电力系统电力电量的供求平衡，提高供电的灵活性的经济性。同时，利用水库调节水能，还可以提高水能资源的利用程度。水力发电具有可逆性火电站只能并用燃料生产电能，而不能利用电能再生产燃料。水力发电则可逆：位于高处的水可以通过水轮发电机组，使水能转变为电能；位于低处的水也可以通过电动抽水机提送到高处，使电能转变成水能。利用这种可逆性，可以在电力系统内建造抽水蓄能电站，达到储蓄和调节电能的目的，改善电力系统电力生产的供求关系，提高电能质量和经济效益。水电站运行的灵活性水轮发电机组具有设备简单，运行操作灵活，易于实现自动化等优点。机组可以在几分钟内启动，投入运行，增减负荷十分方便。因此，水电站最适于承担电力系统的调峰、调频任务和用做负荷、事故备用容量。火电站虽然也可以承担这些任务，但其设备复杂，启动不太灵活，要经常处于热备用状态，浪费一定燃料。水电站的生产成本低、效率高水电站不耗用燃料，运行人员常为火电站的110120，又由于水电站的机组设备简单，年维护费用较低，所以通常水电站的电能成本只有火电站的15110。水电站的能源利用率也比较高，火电站燃煤的热效率一般只有40左右，而水电站的能量效率可达85以上。水电站不产生污染水电站在生产过程中既无烟气，又无废渣，废水也较少，因此不会污染环境。相反，由于建成水库后，还可以改善环境。周围常常是建设疗养区和开展旅游的良好场所。水电站电能生产的不均衡性由于河川径流的多变性与不重复性，因而水电站的电能生产具有不均衡性。加上水文预报尚不够准确，也影响水电站的计划生产。这些因素都给水电站和电力系统运行带来一定困难。 水电站的建设要受到自然条件的限制水电站必须建设在具有一定条件的河段上，受地质、地形、交通等条件限制，有时要造成一定的淹没损失。所以水电站建筑物往往比较复杂，施工也较困难。水电与火电相比，具有工程量大，工期长，投资大的特点。但是实际上，建设水电站是同时完成一次能源与二次能源的开发，放应将水电站的投资同建设火电站与相应的开发煤矿、修建铁路等投资、工期计算在内。这样，水电站投资大，工期长的结论便不存在了。1.2 设计在工程建设中的作用设计工作是工程建设的关键环节。121做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。设计是工程建设的灵魂。设计文件是安排工程建设项目和组织施工安装的主要论据。设计也是工程建设的“龙头”。设计是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。设计又是先进技术转化为生产力的纽带。设计工作的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全适用、技术先进、综合经济效益好的设计。1.3 水电站的电气一次设计水电站是一座发、变电设施。它通过水轮机将水能转变为机械能，能通过发电机将机械能转变为电能，而后由变压器升高电压，再经输电线路将此电能输送到用户或电力系统中去。水电站的电气设备可分为电气一次设备和电气二次设备。电气一次设备是直接生产、输送和分配电能的高压设备，它是水电站的主要设备，因此常称为主设备。主设备包括发电机、变压器、电力开关(断路器、自动开关、隔离开关)、电力电缆、母线、电抗器和互感器等；电气二次设备是对次设备的工作进行监视、测量、控制和保护的低压设备，它包括测量仪表、继电器、自动装置、远动装置、操作开关、信号器具和控制电缆等。表示一次设备电气连接关系的高压电气回路称为一次回路。在水电站电气部分设计中，一次回路的设计是主体，它是保证供电可靠性、经济性和电能质量的关键，并直接影响着电气部分的投资。同时，它与继电保护、自动装置和二次接线的设计有密切关系。当水电站接入电力系统时，它对于电力系统运行的安全性、稳定性和经济性也将发生直接影响。一次回路设计必须根据该地区的社会经济、动力资源、电网现状、电网规划、近区负荷和邻近电源情况进行。在设计中，必须认真贯彻党的有关方针，政策；应从全局出发，认真进行分析、比较、精心设计，积极慎重地推广国内外先进技术，因地制宣地采用新设备、新材料和新布置；必须遵守现行有关规程规范的规定，例如电力工程电气设计手册等；必须从实际出发，按照需要与可能，近期与远期相结合的原则，合理布局。电气一次部分设计，通常包括以下几方面的内容：水电站与电力系统的连接：根据地方的电力系统规划设计或水电站接入系统设计，确定本电站的送电地区，输电电压等级，出线回路数目，输电容量，以及电力系统对本电站的运行方式、稳定措施等方面的要求。电气主接线：论证，选定电气主接线。厂用电系统：选择厂用电源的取得方式与厂用电电压，统计厂用电负荷，选择厂用变压器容量、台数，选定厂用电接线。电气设备选择；计算短路电流，选择变压器、断路器、隔离开关和互感器等电气设备的型式、规格及有关技术参数。对必要的电气设备进行保护（如主变压器）。14水电站设计综合说明该水电站位于山江地区，该地区现有总装机容量已达650MW，现需新建一电站，其装机容量为2*8MW，属小型电站，年利用小时数约为5000小时，相对该地区而言其地位不算太重要，但为将次地区的水力资源最大化的利用，故新建次电站，一方面可缓解地区电网缺电现象，另一方面可使山江电网与国家电网的联系更紧密。2 电气主接线2.1 概述发电厂的电气主接线，是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，又称一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和符号，依次连接的单线接线图，称作主接线图。它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反映各设备的作用、连接方式和各回路间相互关系，从而构成发电厂电气部分的主体它直接影响着配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择，对电力系统远行的可靠性、灵活性和经济性起决定性作用。2.2 对电气主接线的基本要求保证必要的供电可靠性和电能质量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。停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更严重，往往比少发电能的价值大几十倍。至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠因事故被迫中断供电的机会越少、影响范围越小、停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。在设计时，除予以定性评价外，对于重要的大型发电厂的电气主接线，还需对上述诸因素进行定量分析和计算。发电厂和变电所都是电力系统的重要组成部分，其可靠度的要求应与系统相适应。例如：对一个中小型发电厂的主接线，则勿须要求过高的可靠性；钢铁企业虽属一级用户，但不是其所有负荷都绝对不允许体停电；农业用电虽属三级用户，但在抗旱排涝时刻，就必须保证供电。因此，要根据系统和负荷的要求，进行具体分析以满足必要的供电可靠性。随着电力事业不断发展，大容量发电机组及新型设备的投运，自动装置和先进技术的使用，都有利于提高主接线的可靠性，但不等于设备零件越精细、先进、接线越复杂就越可靠。相反，不必要的多用设备，使接线更加冗杂，将会导致可靠性降低，此外，与设备质量、运行管理水平等因素也有一定关系。电压、频率和供电连续可靠，是表征电能质量的根本指标，主接线应在各种运行方式下都能满足这方面的要求。具有一定的灵活性和方便性主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换不仅正常运行时能安全可靠的供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小显然，复杂的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时间所以在设计主接线时，要根据具体区域情况来决定主接线的复杂程度。具有经济性在主接线设计时，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，尽量是设备投资费和运行费为最少，相应注意节约占地面积和搬迁费用，在可能和允许条件下应采取一次设计，分分期投资、投产，尽快发挥经济效益电气主接线是水电站电气部分的主体，主接线方案选择是电站电气设计的首要环节，必须加以重视。电气主接线的设计原则必须根据有关的经济建设方针和政策，通过全面的技术经济分析比较，最后选定方案。选择电气主接线的基本要求如下：根据电力系统和用户的要求，应保证供电的可靠性和电能质量。接线应简单、清晰，运行灵话，操作方便。维护及检修方便。经济上合理，运行费用低。便于电站机组分期过渡。2.3 电气主接线的基本形式主接线的基本形式可分为有汇流母线和无汇流母线两大类，他们又各分为多种不同的接线形式，下面将逐一介绍。2.3.1有汇流母线单母线接线1）不分段单母线接线不分段单母线接线最简单，只有一组(指A、B、C三相)母线，所有进、出线回路均连接到这组母线上，见图2.1。图2.l 不分段单母线接线不分段单母线接线的优缺点：a.接线简单清晰，设备少、投资低，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装置。另外，隔离开关仅仅用于检修，不作为操作电器，不易发生误操作。b.可靠性不高，不够灵活。断路器检修时该回路需停电，母线或母线隔离开关故障或检修时则需全部停电。适用范围：不分段单母线接线一般只适用于6220KV系统中只有一台发电机或一台主变压器的以下三种情况。a.610kV配电装置的出线不超过5回时。b.3560kV配电装置的出线不超过3回时。c.ll0220kV配电装置的出线不超过2回时。2)单母线分段接线图2.2 单母统分段接线单母分段的优缺点:a.分段的单母线接线与不分段的相比较，提高了可靠性和灵活性。b.两母线可并列运行（分段断路器联通），也可分裂运行（分段断路器开）。c.重要用户可以用双回路接于不同母线段，保证不间断供电。d.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。e.分段的单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积；某段母线故障或检修仍有停电问题；某回路的断路器检修，该回路停电；扩建时，需向两端均衡扩建。适用范围:a.610kv配电装置，出线回路数为6回及以上时；发电机电压配置装置，每段母线上的发电机容量为12MW及以下时。b.3560kV配电装置，出线回路数为48回时。c.110230kV配电装置，出线回路数为34回时。双母线接线1)一般双母线接线有两组工作母线的接线称为双母线接线，如图2.3所示：图2.3 一般双母线接线一般双母线接线的主要优缺点：a.供电可靠。b.运行灵活。c.扩建方便。d.在母线检查或故障时，隔离开关作为倒换操作电器，操作复杂，容易发生误操作。e.当一组母线故障时仍需短时停电，影响范围较大。f.检修任一回路的断路器，该回路停电。g.双母线存在全停的可能，如母联断路器故障或一组母线检修。h.所用设备多，配电装置复杂。适用范围：当母线上的出线回路数或电源数较多、输送和穿越功率较大、母线或母线设备检修时不允许对用户停电、母线故障时要求迅速恢复供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时一般双母线接线。2)双母线分段接线双母线三分段接线如图2.4所示：图2.4双母线三分段接线双母线分段接线主要优缺点：具有单母线分段和双母线两者的特点任何一段母线故障或检修时仍可保持双母线并列运行，有较高的可靠性和灵活性。适用范围：a.广泛应用于中、小型发电厂的610kv发电机电压母线。b.220kV配电装置进出线回路总数为1014回时，可在一组母线上分段(双母线3分段)，进、出线回路总数为15回及以上时，两组母线均可分段(双母线4分段)；对可靠性要求很高的330550kv超高压配电装置，当进出线总数为6回以上时，也可采用双母线3分段或双母线4分段。2.3.2无汇流母线单元接线及扩大单元接线发电机和变压器直接连成一个单元，再经断路器接至高压系统，发电机出口处除厂用分支外不再装设母线，这种接线形式称为发电机变压器单元接线。1)发电机变压器单元接线，如图2.5所示。单元接线主要优缺点：a.主变压器与发电机容量相同故障影响范围小，可靠性高b.接线简单、清晰，运行灵活c.发电机电压设备最少，布置简单，维护工作量小d.继电保护简单e.主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电所接线投资大。适用范围：对可靠性要求很高的大型电站采用，而小型电站只在一些特殊情况下采用，如分期建设的电站，二期又只有一台机组时。 图2.5发电机变压器单元接线 图2.6发电机变压器扩大单元接线2)发电机变压器扩大单元接线，如图2.6所示。扩大单元接线主要优缺点：a.二台（或二台以上）机组接一台主变压器，故障影响范围较大，主变压器故障或检修时，两台发电机容量不能送出，可靠性略差。b.接线简单请晰、运行维护方便c.主变压器高压侧出线少，减少高压侧接线和布置，整个电气接线投资较省。适用范围：a.当电站电网中占重要地位，机组合数又在4台及以上时，可以采用2个或2个以上扩大单元。b.一般电站且近区负荷较小时，可用一台主变压器与多台机组构成一个扩大单元。c.分期建设的电站采用。桥形接线1）外桥接线如图2.7所示 图2.7 外桥接线外桥接线主要优缺点：a.接线简单，高压断路器量少，为进出线数减一b.一台主变压器回路故障或检修，会影响线路和另一台主体变压器运行c.一回出线故障或检修，电站一半功率可由一回路送出d.桥连断路检修时，二回出线需要解列运行，如有穿越通过将受影响。此情况可按图中虚线所示加装跨条解决。适用范围：a.适用于进出线各两回路，且电站年利用小时数低，主变压器投、切频繁，或线路短的电站b.有穿越功率时也宜采用外桥2)内桥接线如图2.8所示。 图2.8 内桥接线内桥接线主要优缺点：a.接线简单，高压断路器数量少，为进出线数减一b.一回出线故障或检修，不影响主变压器运行c.一台主变压器故障或检修，需暂切除一回出线，待主变压器隔离开关拉开后，可由二回出线送出电站一半功率d.桥连断路器检修的缺点与外桥相同，亦可加跨条解决适用范围：适用于进出线各两回路且电站年利用小时数高，主变压器不需经常切、合，或线路较长的电站。角形接线角形接线如图2.9示。角形接线优缺点：a.闭环运行时，有较高的可靠性b.断路器使用量少，操作简单，投资省，占地少。c.角形接线中任一台断路器检修时，变开环运行，降低接线可靠性。d.配电装置的明显性较差，而且不利于扩建。适用范围：角形接线多用于最终规模较明确，进、出线数为35回的110kV及以上的配电装置中。图2.9 角形接线2.4 主变压器的容量和台数的选择发电厂用于向电力系统输送功率的变压器，称为主变压器。主变压器容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。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，并至少要考虑5年内负荷的发展需要。如果容量选的过大、台数过多，则会增加投资、占地面积和损耗，不能充分发挥设备的效益，并增加运行和检修的工作量；如果容量选的过小、台数过少，则可能封锁发电厂剩余功率的输送，或限制变电所负荷的需要，影响系统不同电压等级之间的功率交换及运行的可靠性等。因此，应合理选择其容量和台数，一般有以下几种情况：在装机一至三台的小型水电站中，多数采用一台主变如果电站是系统中的主力电站，为减少因主变事故而对系统的影响，则装机两至三台时，也可采用两台主变在装机四台及以上的电站中，一般均采用两台主变，这样比较可靠，运行也较灵活，当电站供电负菏很小时，可退出一台主变运行，以减少在空载时的电能损耗，在电站装机间隔时间较长时，可先采用一台主变，以避兔初期主变压器的容量积压。根据任务书可知此水电站装机组2*8MW，属于小型电站，年利用小时数约为5000小时，且山江地区总装机容量为650MW，此电站容量占此地区约为1/40。鉴于任务书的具体情况与上述主变压器台数选择具体参考，故此主接线方案用一台主变压器，其容量根据下式计算： 式（1.1）式中 SN：主变压器容量 KP：厂用电率 ：装机容量：功率因数根据常规情况取 KP =0.1 cos=0.8将以上数据带入式（1.1）中，故变压器容量为：SN=1.1*2*8000(1-0.1)/0.8=19.8KVA综上所述主变压器选行为SF7-20000型的110kV双绕组变压器，具体参数如表2.1。表2.1 主变压器的参数型号SF720000/110联接组标号YN,d11空载电流%0.9空载损耗(kW)27.5短路损耗(kW)104额定电压(KV)11022.5%额定容量(MVA)20阻抗电压()10.52.5 电气主接线的技术经济比较方法 为了正确地选择电气主接线，一般需要根据动能计算提供的水电站参数和系统提供的有关资料，初步拟定几个接线方案。这些方案在满足基本要求的情况下，允许各方案的技术条件有所差异，然后对参加比较的各个电气主接线进行详细的技术经济比较，最后选定技术上先进，经济上合理，分期过渡方便，便于运行管理维护的最优方案，上报审批，作为水电站电气部分设计的依据。技术比较分析方法技术比较分析一般从以下几个方面进行；1）技术上的选择性。2）供电的可靠性和灵活性。3）维护与检修的方便，以及布置的合理性。4）电气设备供应的可能。 经济比较方法 选择水电电气主接线时，通常需要提出若干个不同的接线方案进行详细的技术经济比较，然后选定最佳方案。经济比较应从国民经济整体利益出发，计算电气主接线各个比较方案的费用和效率，为选择经济上的最优方案提供依据。在经济比较中，一般有基建投资（包括主要设备及配电装置的投资）和年运行费用两大项。计算时，可只计算各方案不同部分的基建投资和年运行费用。2.6 方案的确定2.6.1水电站的特点在选择电气主接线时应充分考虑水电站的一些特点为：水电站一般离开用电负荷中心较远，发电机电压侧的负荷不大，有的电站发电机电压侧可能没有负荷，电站电能主要通过变压器升高电压后送出。水电站投产后，很少因增加容量而扩建，但随着电力系统的发展，有可能要求电站增加出线回路数，因此在接线中根据系统远景要求和电站的实际可能考虑在配电装置中适当预留备用出线空位还是需要的。水轮发电机组具有起动快，出力调整方使，容易实现自动化等特点，所以水电站在系统中适宜于担任峰、腰负荷，因此电站开、停机比较频繁，主变压器的正常投人和切除也可能较多。水电站厂用电负荷很小，一般仅占电站容量的1%3%。负荷主要是低压异步电动机，一般电动机的容量也不大，不允许短时停电的用电负荷也很少，相应厂用电电源部分接线比较简单。水电站多数地处偏僻山区，地形狭窄，配电装置的布置容易受到地形的限制，为了减少开挖，不宜采用复杂的接线方式。水电站年负荷利用小时数一般不高，特别是水库调节性能较差的电站，在非洪水期，空闲机组较多，因此部分机组以低功率因数运行或作调相运行以改善系统的无功容量不足装机台数较多的电站有时装机间隔时间较长，接线中应该考虑分期过渡的问题。电站所在河流如属于梯级开发，则对各级电站应有一个全面的规划，整个梯级的电能如能汇集到一个电站集中送出，这样其余各级电站的接线可以得到很大的简化。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和回路数，以及主变压器的台数都比较少。小型水电站分布面广，除少数并入大型电力系统或作孤立运行外，多数在小型或地区性的电力系统中运行。这些系统中用电量大、重要性高的大型工业用电负荷很少，供电对象主要是一些地区范围内的小工业、及小城镇用电，它们对供电可靠性的要求相对不高。系统中，除个别容量较大、重要性较高、属于主力水电站的电气主接线应有较高的要求外，一般电站主接线的标准不宜太高。有的小型水电站阻近地区有用电要求，主要是农业负荷，虽然用电量不大，但对支持农业用电有重要意义，在主接线设计中也应给予足够的重视。小型水电站的机电设备供应往往比较困难和不足。而且小型求电站的运行、管理和维修人员从培训到熟练地工作也要有一个过程。综上所述，对于小型水电站的电气主接线在满足必要的基本要求前提下，应尽可能采用简单、清晰而又符合实际的接线型式。2.6.2主接线方案的确定根据任务书，对山江地区新建的电站拟两种初步方案：主接线方案是发电机变压器扩大单元接线，主接线方案是不分段单母线接线，见图1.12。图1.12 主接线方案比较图（a）主接线方案；（b）主接线方案两种方案的主要设备比较电压侧隔离开关断路器6.3KV侧方案方案方案方案2323110KV侧方案方案方案方案1111合计3434两种方案的设备检修停电范围比较设备检修方案（停电百分比）方案（停电百分比）变压器检修100%100%单台发电机检修50%50%两台发电机检修100%100%方案经济比较方案方案电气设备基建投资费配电装置隔离开关：3.23=9.6万断路器：1.5973=4.791万总投资：9.6+4.791=14.391万 配电装置隔离开关：3.24=12.8万断路器：1.5974=6.388万总投资：12.8+6.388=19.188万年运行费用电气设备折旧维护费用：14.39110.2%=1.468万电气设备折旧维护费用：19.18810.2%=1.957万由以上3种比较可知，就经济性而言方案比方案要高，就供电可靠性而言方案和方案差不多，就检修时的停电范围方案和方案一样，考虑待建电站具体情况，扩建可能性也较小，故选择方案扩大单元接线。3 短路电流的计算3.1 短路计算的规定及假设3.1.1短路计算的一般规定验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的那个短路电流，应按工程设计规划容量计算。选择导体和电器用的短路电流，在电气连接网络中，如有同步电动机和调相机应计算可能并列运行的接线方式。对供导体和电器选择用的短路电流，其短路计算点的选择，应以正常接线方式时短路电流最大为原则。3.1.2短路计算的假设水电站与地区电网的所有电源都在额定出力下运行。所有电站的发电机电动势的相位角均相同对于高压网络，一般只所有元件的电抗值。例如发电机、变压器、等元件。只有非周期分量的衰减时间常数才计入电阻的作用。变压器的励磁电流略去不计。假定故障点无阻抗，即发生金属性短路。计算架空线路或电缆的阻抗时，采用各个电压级的平均电压。例如6.3、115、230KV等。网络为对称的三相系统。负荷只做近似估计，并以恒定阻抗来代表。同步发电机都具有自动调整励磁装置。3.2 短路电流计算的步骤计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下。给系统制订等值网络图。选择短路点。对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。标幺值： 式（3.1）有名值： 式（3.2）短路电流冲击值。短路电流冲击值： =2.55I 式（3.3）列出短路电流计算结果。3.3 短路电流具体计算在短路计算的基本假设前提下，选取基准容量SB =100MVA，UB为各级电压平均值（115kV，6.3kV），线路阻抗取=0.4/km。短路点分别选取水电站侧：6.3kVd1，110kVd2。系统接线及设备参数如图3.1所示。图3.1 山江地区系统图系统图中各设备及导线的标幺值计算：发电机： 式（3.4）双绕组变压器： 式（3.5）三绕组变压器： 式（3.6）然后将根据式（3.6）求得的、带入式（3.5）中计算出三绕组变压器的等值电抗标幺值。线路： 式（3.7）根据查询电力工程电气设计手册，得到各种设备的参数如、等等，再根据上述公式可得表3.1，即图中各设备参数，计算结果见表3.1。表3.1 系统图中各设备标幺值设备标幺值待建电站发电机依乌电站发电机跌水电站发电机待建电站变压器依乌电站变压器,跌水电站变压器城关变电站变压器，,，24.5km线路14.5km线路10km线路30km线路由此可得网络等值电抗图3.2。图3.2中城关变电站有一侧为35kV负荷侧，短路时可不予考虑。图3.2 等值电抗图网络简化将图3.2简化成图3.3。图3.3 网络简化图=1.974=0.917（6.3KV侧）点短路电流计算图3.4 6.3KV侧短路简化系统图将图3.3按照点短路用Y变换得到图3.4，图中1)当短路电流由待建电站一台发电机提供时，其短路阻抗为又6.3KV侧的电流基准值为且故短路电流：短路电流冲击电流：短路容量：2）当短路电流由无穷大系统及110kV电源侧和待建电站一台发电机提供时，其短路阻抗为其余计算过程与1）中相似，故其短路电流：短路电流冲击电流：短路容量：（110kV侧）点短路则简化网络图如下图3.5 110kV侧短路简化系统图将图3.3按照点短路用Y变换得到图3.5，图中1）当短路电流由待建电站两台机组提供时，其短路阻抗为又110KV侧的电流基准值为且故短路电流为：短路电流冲击电流：短路容量：2）当短路电流由无穷大系统和110kV电源侧提供时，其短路阻抗为其余计算过程与1）中相似，故其短路电流：短路电流冲击电流：短路容量：综上计算可得出短路电流汇总表3.2。表3.2 短路电流汇总表短路点基准电压短路电流标幺值短路电流有名值 (KA)稳态短路电流标幺值稳态短路电流有名值(KA)短路电流冲击值（KA）三相短路容量（MVA）(短路电流由一台发电机提供)6.3kV0.4444.0650.4444.06510.36645.765(短路电流由110kV侧系统及一台发电机提供)6.3kV1.2111.0881.2111.08828.274124.832(短路电流由两台发电机提供)110kV0.4430.2320.4430.2320.59246.211(短路电流由110kV侧系统提供)110kV1.4130.7421.4130.7421.892147.7964 电气设备的选择4.1 电气设备选择的一般条件4.1.1正常的工作条件选择按额定电压UN选择电气设备允许的最高工作电压应不小于没备所在回路的最高工作电压。电气设备的允许最高工作电压按厂家规定为设备额定电压的11115倍，而回路的工作电压在电网上下波动，其值一般不超过电网额定电压的1.15倍，即 UNUSN 式（4.1）式中，UN电气设备的额定电压； USN电气设备所在电网的额定电压等级。按额定电流IN选择电气设备的长期发热允许电流Ial应不小于其所在处回路最大持续的工作电流IW，即 Ial Iw 式（4.2）式中，Ial电气设备长期允许的最大电流； IW回路长期持续的工作电流，表4.1。表4.1回路最大持续工作电流回路名称 说明发电机1.05倍发电机额定电流当发电机冷却其体温度低于额定值时，允许没低一度电流增加0.5%变压器回路1.05倍变压器额定电流变压器通常允许正常或事故过负荷，必要时按1.3-2.0倍计算4.1.2按短路条件校验电气设备的热稳定校验热稳定校验旨在直接或间接地判断电气设备在短路终止时的温度是否超过其厂家规定的短时发热的允许温度。即 式（4.3）式中，电气设备允许热效应， 设备允许的热稳定电流在计算时间内短路电流产生的热效应电气设备的动稳定校验动稳定的效应旨在判明初选设备是否能经受的住所在回路的最大冲击电流的电动力作用。短路时，电气设备承受的电动力效应决定于冲击短路电流。由于各类设备中电动力的作用是不相同的，校验应针对电动力可能给设备造成损坏的具体情况进行计算。对于定型电气设备，厂家一般直接或间接给出产品的动稳定峰值电流.因此，动稳定的一般条件为 式（4.4）式中，电气设备的额定动稳定电流，KA三相短路冲击电流，KA4.2 断路器的选择6.3kV侧断路器6.3kV侧线路最大负荷电流为故选择ZN4-10/1000型真空断路器能满足要求.由上所列公式对该型号断路器逐一进行校验，如表4.2所示。表4.2 ZN4-10/1000型断路器校验表校验项目数据项目数据结论额定电压6.3KV10KV合格额定电流 769A1600A合格额定短路开断电流 11.088KA 17.3KA合格动稳定28.274KA44KA合格热稳定 491.775KA2.S 1197.16KA2.S合格110kV侧断路器110kV侧线路最大负荷电流为故选择户外LW11110型SF6断路器能满足要求。由上所列公式对该型号断路器逐一进行校验，如表4.3所示。4.3 户外LW11-110I型SF6断路器校验表校验项目数据项目数据结论额定电压110KV110KV合格额定电流 110A1600A合格额定短路开断电流 0.742KA 31.5KA合格动稳定1.892KA80KA合格热稳定 2.202KA2.S 2976.75KA2.S合格4.3 隔离开关的选择6.3kV侧隔离开关同4.2中类似，根据额定电压与额定电流选择，故选择GN110/1000型隔离开关能满足要求。对GN110/1000型隔离开关进行逐一校验如表4.4。表4.4 GN110/1000型隔离开关校验表校验项目数据项目数据结论额定电压6.3KV10KV合格额定电流 769A1000A合格动稳定28.274KA80KA合格热稳定 491.775KA2.S 6760KA2.S合格110kV侧隔离开关同4.2中类似，根据额定电压与额定电流选择户外GW8110G(W)型隔离开关能满足要求。对GW8110G(W)型隔离开关进行逐一校验如表4.5。表4.5 GW8110G(W)型隔离开关校验表校验项目数据项目数据结论额定电压110KV110KV合格额定电流 110A400A合格动稳定1.892KA15.5KA合格热稳定 2.202KA2.S 176.4KA2.S合格4.4 电流互感器的选择6.3kV侧电流互感器的选择同4.2中类似，根据额定电压与额定电流选择LBJ-10型电流互感器能满足要求。对LBJ-10型电流互感器进行逐一校验如表4.6。表4.6 LBJ-10型电流互感器校验表校验项目数据项目数据结论额定电压6.3KV10KV合格额定电流 769A