大孤山水电站电气一二次设计

1、毕业设计（ 论文）题 目 大孤山水电站电气一、二次设计 专 业 电气工程及其自动化 （电力） 2011 年摘 要摘摘 要要发电厂是电力系统的重要组成部分，是电力系统存在的基础，起着生产和分配电能、稳定系统的重要作用,对电力系统的运行产生直接的影响。本毕业设计为大孤山水电站电气一、二次设计。根据已知条件，完成大孤山水电站电气一、二次的接线设计和配电装置的配置以及计算机监控系统的设计，其中绘制了电气主接线图、厂用电接线图、LCU 柜、计算机监控系统总体结构图。经过半年忙碌的毕业设计，本人认真的学习了水电站一、二次设计的相关知识，并进一步掌握了一、二次设计的主要原则和理论知识。通过此次设计，不但复习

2、了大学所学的专业课程，并且对它们进行了总结和提炼，最重要的是将所学知识和实践融会贯通了起来，使自己又把大学这四年的知识做了个总结，收获颇丰。关键词关键词：水电站；电气主接线；电气设备；厂用电；计算机监控系统目录Abstract Power plant, the important component part of power system, plays an important role in generating and distributing electric energy , as well as tabilizing system, which directly affects t

3、he operation of the power system.This graduation project for Dagushan hydroelectric power station electricity one, two designs. According to the known design conditions, electrical power station completed Dagushan the first and second wiring design and configuration of power distribution equipment,

4、and computer monitoring system.which draws the main electrical wiring diagram, factory power wiring diagram, LCU cabinets, computer monitoring systems in generalchart. Being busy with graduation a half of year, I carefully studied electrical power stationthe first and second wiring design knowledge,

5、 and further understand the first and second main design principles and theoretical knowledge. With this design, not only review the professional courses I learned in the college, and summarized and refined of them, the most important thing is to practice and mastery the knowledge , so that I can pu

6、t the knowledge of the four-year college study together again to do a summary and rewarding. KEY WORDS：hydro-power plant, electrical connection, electrical equipment,plantpower, computer monitoring system目 录目目 录录第一章第一章 绪绪 论论.- 1 -1.1 选题的目的及意义.- 1 -1.2 本课题在国内外的研究状况及发展趋势.- 1 -1.2.1 电气一次.- 1 -1.2.2 电气二

7、次.- 3 -第二章第二章 电气主接线设计电气主接线设计.- 6 -2.1 电气主接线的基本要求.- 6 -2.2 电气主接线的设计原则.- 7 -2.3 主接线方案的拟定.- 8 -2.3.1 方案一.- 8 -2.3.2 方案二.- 9 -2.3.3 方案三.- 10 -2.3.4 主接线方案的确定.- 11 -第三章第三章 短路电流计算短路电流计算.- 12 -3.1 短路电流计算的目的.- 12 -3.2 短路电流计算步骤.- 12 -3.3 原始资料.- 12 -3.3.1 水轮机的选择.- 12 -3.3.2 主变压器的选择.- 13 -3.4 短路电流的计算.- 14 -3.4.

8、1 标幺值的计算.- 14 -3.4.2 等值网络的绘制和短路点的选择.- 15 -3.4.3 各短路点的短路电流计算.- 16 -第四章第四章 电气一次设备的选择及布置电气一次设备的选择及布置.- 27 -4.1 电气一次设备选择的一般原则.- 27 -4.1.1 按正常工作条件选择.- 27 -4.1.2 按短路条件进行校验.- 28 -4.2 电气一次设备的选择.- 29 -4.2.1 高压断路器选择.- 29 -4.2.2 高压隔离开关的选择.- 33 -4.2.3 互感器的选择.- 36 -4.2.4 高压熔断器的选择.- 40 -目 录4.2.5 母线的选择.- 41 -4.3 高

9、压开关柜的选定及配置图.- 42 -4.4 升压站的设计.- 43 -4.4.1 升压站及设计基本要求.- 43 -4.4.2 升压站设计原则.- 43 -4.4.3 升压站设计步骤.- 44 -4.4.4 升压站电气设备布置设计.- 44 -第五章第五章 厂用电接线的设计厂用电接线的设计.- 45 -5.1 厂用电重要性.- 45 -5.2 小型水电站厂用电的特点.- 45 -5.3 厂用电负荷的分类.- 46 -5.4 厂用电接线应满足的要求.- 47 -5.5 厂用电接线的设计原则.- 48 -5.6 厂用变压器的选择.- 48 -5.6.1 厂用变压器选择原则.- 48 -5.6.2

10、厂用变压器的选择.- 49 -5.7 厂用电系统设计图.- 50 -5.8 低压柜的选择.- 50 -第六章第六章 计算机监控系统计算机监控系统.- 52 -6.1 水电站计算机监控系统.- 52 -6.1.1 水电站计算机监控系统的模式和结构.- 52 -6.1.2 水电站计算机监控系统的功能.- 53 -6.1.3 计算机监控系统的设计原则.- 55 -6.2 水电站计算机监控系统的设计结构.- 55 -6.2.1 计算机监控系统结构的设计.- 55 -6.2.2 计算机监控系统的结构说明.- 56 -6.3 计算机监控系统的网络通信结构.- 57 -6.4 电站控制中心系统配置.- 58

11、 -6.4.1 电站级控制系统硬件配置.- 58 -6.5 现地控制单元的设计.- 60 -6.5.1 现地控制单元（LCU）.- 60 -6.5.2 现地控制单元(LCU)设计与选择.- 62 -第七章第七章 自动开停机的设计自动开停机的设计.- 78 -7.1 概述.- 78 -7.2 自动开停机设计要求.- 78 -7.3 自动开机设计.- 78 -目 录7.3.1 开机准备.- 78 -7.3.2 开机过程.- 79 -7.4 自动停机设计.- 80 -总 结.- 82 -致 谢.- 83 -参考文献.- 84 -附 录.- 86 -目 录第一章第一章 绪绪 论论1.11.1 选题的目

12、的及意义选题的目的及意义 毕业设计是我们在校期间最后一个重要的综合性实践教学科目，是我们运用所学基础理论、专业知识和基本技能，解决（研究）实际问题的综合性训练。本课题主要研究的是关于水电站电气一二次的设计，其中电气一次设备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；电气二次设备是对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气设备，包括测量仪表、控制及信号器具、继电保护和自动装置等。 通过本次设计将熟悉国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则等，树立发、送、变、配、用电必须安全、可靠、经济的观点；全面复习、巩固并充实所

13、学的基础理论知识和专业知识；初步掌握工程设计的流程和方法；在设计中更加细致的了解和掌握电气一、二次设备的原理、结构及用处。学习和掌握电气设计和撰写论文的方法。拓展自己的知识面，锻炼和提高自己的能力；树立正确的设计思想和严肃认真、实事求是、刻苦钻研的工作作风。如果设计或配置不当，就会影响电站的效率和速率，不利于自动化运行，增大了系统运行的负担，更甚至出现大事故停电，降低供电质量，给国民经济带来损失，还可能造成人身和设备安全事故，其后果不堪设想。因此，合理的设计一个水电站是一项非常重要的工作。它对保证电力系统的安全运行有着非常重要的意义。 1.21.2 本课题在国内外的研究状况及发展趋势本课题在国

14、内外的研究状况及发展趋势1.2.11.2.1 电气一次电气一次 1、 水轮发电机：（1）研究现状：水轮发电机分为冲击式水轮机和反击式水轮机。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，任欣：大孤山水电站电气一、二次设计主要是动能的转换，按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换，可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。 水轮发电机按轴线位置可分为立式与卧式两类，大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于小型机组和贯流式机组。立式水轮发电机按导轴承支持方式又

15、分为悬式和伞式两种。 （2）发展趋势：50 年代以来，抽水蓄能机组在世界各国受到普遍重视并获得迅速发展。早期发展的或水头很高的抽水蓄能机组大多采用三机式，即由发电电动机、水轮机和水泵串联组成。它具有较高效率，可以利用水轮机来启动机组而且可以迅速的改变工作方式，但由于造价高，电站投资大，因此应用不是很广泛。斜流式水轮机有良好的运行性能，但受水力特性和材料强度的限制，到 80 年代初，它的最高水头只用到 136.2 米。对于更高的水头，需要采用混流式水泵水轮机。20 世纪以来，水电机组一直向高参数、大容量方向发展。随着电力系统中火电容量的增加，核电、风力发电、太阳能和潮汐发电的发展，为解决合理调峰

16、问题，世界各国都在积极兴建抽水蓄能电站，水轮机因而得到迅速发展。为了充分利用各种水力资源，落差很低的平原河流甚至波浪等也引起普遍的重视，从而使得贯流式水轮机和其他小型机组迅速发展1。 2、电力变压器: （1）研究现状：自改革开放以来,许多变压器制造厂投入大量资金引进国外先进的制造设备、技术,迅速发展了全密封式变压器、环氧树脂干式变压器、组合式变电站等,提高了我国变压器技术水平。20世纪90年代到现在20多年来，铁心的材料性能不断提高，变压器生产工艺日益进步，特别是对500KV以下电压等级的变压器进行了科技攻关，并结合引进电力变压器制造技术及进口先进的工装设备，提高了我国电力变压器的整体制造水平

17、。目前我国的电力变压器主要分为配电变压器籍式变压器和高压、超高压电力变压器。（2）发展趋势：根据我国电力工业装备政策及技术政策要求，电力变压器的发展趋势应为提高产品运行的可靠性，少维护或免维护，降低损2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计耗，减少重量，实现有载调压，品种多样，满足电力系统不同场所的需要。大型变压器要向超高压（500KV，750KV） 、特高压（1000KV） 、大容量、轻结构、不吊芯方向发展，为解决运输困难，要降低运输质量，采用新材料、新技术、新工艺、开发组合式、壳式和现场配式变压器。中小型变压器都要进一步优化设计，使空载损耗大幅度降低。进入21世纪后，知识创新、技

18、术创新和高新技术产业已是当今世界各国综合国力竞争的核心，科技竞争力将成为国民经济和政治稳定的重要因素，在科学技术已经成为世界经济增长第一要素的形势下，世界电力工业的科技进步与创新也越来越快，要发展我国电力工业，加快科技进步与创新是十分重要和迫切的，设备的更新更占有重要的地位。高温超导变压器采取的是用超导线圈取代铜线圈并用小型冷系统取代常规的油浸热交换系统的技术，该技术是使变压器发生变革的重大关键2。1.2.21.2.2 电气二次电气二次 1、计算机监控系统 ：（1）研究状况：水电站自动控制系统，可以按下面几种情况划分：按被控制调节对象划分、按自动化程度划分、按自动控制系统的设备构成划分、按控制

19、反馈方式划分。下面分别讲述几种情况。按自动控制系统的设备构成划分按自动控制系统的设备构成可划分为常规自动控制系统、静态集成电路控制系统及计算机数字控制系统。 常规自动控制系统常规自动控制系统是属于传统的电磁式控制系统由继电器构成控制系统，主要完成逻辑顺序控制河北工业大学硕士学位论文控制回路，主要完成顺序控制，电磁式继电器还可构成水电站设备的保护。常规自动控制系统是针对特定的控制对象而构成，不同控制对象的控制系统不相同，当控制对象的保护种类及控制顺序要改变时，则要改变自动控制回路。常规自动控制系统的弱点在于调节性能较差，难以实现对水电站设备的自动调节及巡回检测3。 晶体管集成电路控制系统由于常规

20、自动控制系统存在不能对水电站进行自动调节、巡回检测等问题，在 70 年代随着晶体管集成电路的应用，这个问题逐步得到了解决，利用晶体管模拟或数字电路技术，可构任欣：大孤山水电站电气一、二次设计成水电站的各种自动调节、巡回检测或保护装置，甚至取代部分机械调节装置。在水电站自动控制中的电气液压型调速器，其电气控制柜就取代了机械液压调速器中的机械控制柜，增加了调速器的功能，如机组并网时，可由调速器自动跟踪电网频率，缩短了机组并网时间4。传统的水轮发电机组的励磁调节是采用励磁机或其他的电磁式励磁调节装置（双绕组电抗分流励磁或磁场变阻器）来完成，采用集成电路来调节机组的励磁，机组的励磁方式则可改为晶闸管励

21、磁系统或无刷励磁系统（他励旋转硅二极管励磁系统） ，实现了发电机励磁自动调节。晶体管集成电路调节控制系统的出现，完善了常规自动控制系统的功能，对常规自动控制系统进行补充5。静态集成电路调节控制系统，目前通常与常规自动控制系统一起对水电站设备进行控制。但静态集成电路控制系统也有一定的局限性6。 计算机数字控制系统：早期计算机控制系统自 80 年代起，计算机技术有了突飞猛进的发展，计算机在各个领域得到广泛应用。近几年，计算机数字控制技术在水电站自动控制系统中的应用已到了各个层次的人士及水电站的重视，在水电站自动控制中采用计算机取得了压倒一切的优势和赞同。利用硬件“软化”技术，把由水电站常规自动控制

22、系统硬件完成的一些功能由计算机软件完成，简化控制系统的硬件，提高控制系统的可靠性7。早期的水电站计算机控制系统的结构类似于常规自动控制系统，即把常规自动控制系统的某些功能单元用计算机来代替，计算机控制系统的功能基本上与常规控制系统相同，控制模式也类同常规自动控制系统，基本上由各个功能单元的计算机控制系统构成整个水电站的计算机控制系统。计算机功能单元之间的数据通信基本上没有，计算机功能单元之间的协调工作采用硬件接口。计算机控制系统与常规自动控制系统相比，集成度虽然大大提高了，但还不是最高8。目前，计算机控制在水电站自动控制中得到了越来越多的应用和重视，但早期计算机控制系统的功能和布置基本上沿用传

23、统的方式。典型的水电站自动控制系统分为两个层次，电站层的控制系统由监控、人机联系（屏幕和键盘）遥控系统及遥控通道构成；机组层监控系统包括机组计算机控制系统、升压站控制、进水阀门、进水主阀、机组辅助设备等功能单元控制系统9。计算机监控技术的最新发展，推出了适合于水电站各种控制要求的监控系统，最新发展的水电站计算机2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计监控系统利用软硬件相结合的技术，监控系统的集成度要比早期的计算机控制系统高，设备占据的空间少，即屏柜数量减少，外部连接电缆数量少，监控系统的安装成本降低，增加了计算机监控系统的可靠性，各功能控制单元之间进行数据通信，监控系统的控制更为有效

24、10。 （2）发展趋势： 国外：在欧美等一些工业发达国家，水电站计算机监控技术发展较快，也较先进，自 80 年代起，在水电水电站计算机监控系统的研究电站层控制系统：水电站电站层自动控制系统主要是水电站监控系统。机组层控制系统：机组层控制系统主要是指水轮发电机组自动控制系统。常规机组自动控制系统主要完成机组开停机顺序控制及机组的频率（有功功率）、电压（无功功率）调节、受控于水电站中控室的中控台或集控台、或由运行操作人员在机组自动控制屏上直接操作，机组的保护、运行参数的指示测量，则由其他屏柜完成。机组计算机控制系统功能则要比常规机组自动控制系统强。常规自动控制系统具有的功能，计算机控制系统均具有。

25、另外还具有像机组计算机控制系统可与电站层计算机监控系统直接进行数据通信，机组计算机控制系统向电站层计算机监控系统发送机组的运行情况及运行参数，并接收电站层计算机监控系统的控制调节指令。机组计算机控制系统往往还具有测量、保护功能。功能单元层控制系统：水电站自动控制系统除电网层、电站层、机组层外，还有一些特定的功能单元层控制系统。功能单元层控制系统是针对上述三种层次的综合自动控制系统而言，综合自动控制系统完成控制、调节、保护等综合功能11。 国内：国内水电站自动控制系统主要以常规设备为主，计算机监控系统在水电站中的应用尚属推广阶段12，我国小水电自动控制系统目前基本上沿用大中型水电站模式，即采用“

26、集成型”模式；电站二次设备包括以可编程控制器（PLC）为核心的现地控制单元、同期装置、调速器、励磁装置、保护等设备都是按功能划分的微机型产品，再加上油、气、水、厂用电等辅助设备的自动控制，要实现多种设备的接口与通讯，缺乏标准化规约，系统复杂程度与大型电站相差无几，既增加了用户的投资，也给电站运行和维护增加了复杂性。为解决“集成型”模式存在的投资大、结构复杂、运行维护不方便等问题，结合我国小水电站的实际情况，国内现任欣：大孤山水电站电气一、二次设计已开始研究开发“专用型”自动控制系统13。 第二章第二章 电气主接线设计电气主接线设计2.12.1 电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求 电气主接

27、线必须满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 1.可靠性要求供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力，现在已经可以进行定量的评价。例如，供电可靠性为 99.80%，即表示一年中用户中断供电的时间累计不得超过 17.52h。电气主接线不仅要保证在正常运行时，还要考虑到检修和事故时，都不能导致一类负荷停电，一般负荷也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，此外，选用高质量的设备也能提高可靠性。显然，这些都会导致费用的增加，与经济性的要求发生矛盾。因此，应根据具体情况进行技术经济比较，保证必要的可靠性，而不可片面地追求高可靠性。 2.灵活性要求电气主接线应能适应各种

28、运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面 （1）操作的方便性。电气主接线应该在满足可靠性的条件下，接线 简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。 （2）调度的方便性。电气主接线在正常运行时，要能根据调度的要求，方便地改变运行方式，并且在发生事故时，要尽快地切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多的影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计 （3）扩建的方便性。对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩建的方便性。尤其是火电厂和变电站，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。设计

29、不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑从初期接线过度到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来可以顺利完成过渡方案的实施，使改造工作量最少 3.经济性要求 在主接线满足必要的可靠性和灵活性的前提下，应尽量做到经济合理。 努力节省投资 主接线过于复杂可能反而会降低可靠性。应力求简单，断路器、隔离开关、互感器、避雷器、电抗器等高压设备的数量力求较少，不要有多余的设备，性能也要适用即可。 有时应采取限制短路电流的措施，以便可以选用便宜的轻型电器，并减少出现电缆的截面。 要能使继电保护和二次回路不过分复杂，以节省二次设备和控制电缆。 努力降低电能损耗

30、应避免迂回供电。主变压器的型号、容量、台数的选择要经济合理。 尽量减少占地 土地是极为宝贵的资源，主接线设计应使配电装置占地较少1。2.22.2 电气主接线的设计原则电气主接线的设计原则电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。电气主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。在电气主接线设计时，综合考虑以下方面： 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。在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，

31、对于比较任欣：大孤山水电站电气一、二次设计重要的水电站需要进行定量分析和计算。直岗拉卡水电站虽然是一个中小型水电站，但是由于担负了许多工业企业，及农业抗旱排涝等供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。 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，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。 具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。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

32、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。 具有发展和扩建的可能性随着经济的发展，已投产的水电站可能需要扩大机组容量，从主变压器的容量、数量到馈电线路数均有扩建的可能，有的甚至需要升压，所以在设计主接线时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便2。根据以上几点，对黑河大孤山水电站的主接线拟定以下几种方案。2.32.3 主接线方案的拟定主接线方案的拟定2.

33、3.12.3.1 方案一方案一 本方案采用了一个扩大单元接线和一个单元接线与 35kv 侧直接相连，35kv 侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。其特点是：扩大单元接线接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出线，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。单元接线2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计的接线简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。其 35kv 侧的单母分段带专用旁路断路器的母线接线方式中,由于增加了分段其全厂停电的可能性为零，且任一台断路器检修时

34、都不会引起停电，其供电可靠性较高。 图 1.1 方案一2.3.22.3.2 方案二方案二 本方案采用了一个扩大单元接线和一个单元接线，低压侧两台相同容量的发电机组采用扩大单元接线，扩大单元接线简单，运行维护方便，经济性较高，但故障影响范围较大，主变故障时，两台台发电机容量都不能送出，可靠性较差，一般用于发电机在三台以上并且容量较大的发电厂中。任欣：大孤山水电站电气一、二次设计 图 1.2 方案二2.3.32.3.3 方案三方案三 本方案采用单母线接线，再通过主变压器升压至 35KV，35KV 线路三条出线与系统相连。那么采用单母线接线的优点就是：接线简单，操作方便，设备少，经济性好，并且母线便

35、于向两端延伸，扩建方便，但可靠性、灵活性较差，考虑到该水电站机组容量小，所以相应的可靠性要求比较低。由于设备很少，大大节约了投资，经济性很高一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计 图 1.3 方案三2.3.42.3.4 主接线方案的确定主接线方案的确定 根据电气主接线设计的可靠性、灵活性和经济性三个基本要求，方案一与方案二、三相比，采用单母分段接线，不经济，并且容易发生故障，可靠性差；方案三与方案二相比，灵活性较好，易扩建。再结合该水电站为的实际情况，力求经济可靠，故最终选定方案三。任欣：大孤山水电站电气一、二次设计第三章第

36、三章 短路电流计算短路电流计算3.13.1 短路电流计算的目的短路电流计算的目的 1.电气主接线的比较与选择。 2.断路器等电气设备，或对这些设备提出技术要求。 3.为继电保护的设计以及调试提供依据。 4.评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。 5.分析并计算送电线路对通讯设施的影响。3.23.2 短路电流计算步骤短路电流计算步骤 1.选择计算短路点。 2.绘出等值网络（次暂态网络图） ，并将各元件电抗统一编号。 3.化简等值网络：将等值网络化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。 4.求计算电抗。 5.由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量

37、的标幺值。 6.计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标幺值。 7.计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 8.计算短路电流冲击值。 9.计算异步电动机供给的短路电流。10.绘制短路电流计算结果表。3.33.3 原始资料原始资料3.3.13.3.1 水轮机的选择水轮机的选择332011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计 水轮机 G1、G2： 根据提供 P=26MW 选择 TS410/132-16 型水轮发电机。表 3-1 G1、G2 的参数型号TS410/132-16额定电压10.5KV额定功率26MW功率因数cos8 . 0次暂态电抗0.557 水轮机 G3： 根据提供 P=1

38、3MW 选择 TS286/115-12 型水轮发电机。表 3-2 G3 的参数型号TS286/115-12额定电压10.5KV额定功率13MW功率因数cos8 . 0次暂态电抗1.313.3.23.3.2 主变压器的选择主变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本节是对水电厂主变压器的选择。水电厂主变压器容量，一般应按 510 年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，应加考虑当一台主变压器停运时其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足类计

39、类负荷的供电；对一般性发电厂，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的 7080。 1.主变压器容量的确定主变压器容量一般按水电厂建成后 510 年的规划负荷选择，适当考任欣：大孤山水电站电气一、二次设计虑到远期 1020 年的负荷发展。根据发电厂所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的发电厂，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计其过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性发电厂，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%80%。 2.变压器的选定 主变压器 T1、T2：表 3-3 T1、T2 选 SF7-4000

40、0/35 参数额定电压（KV）损耗（KW）额定容量（KVA）高压低压空载电流（%）空载负载阻抗电压（Ud%）联接组号40000355%or%5 . 2210.50.838.00174.008YNd11 主变压器 T3：表 3-4 T3 选 SZ9-20000/35 参数额定电压（KV）损耗（KW）额定容量（KVA）高压低压空载电流（%）空载负载阻抗电压（Ud%）联接组号20000355%or%5 . 2210.50.819.6086.48.0YNd113.43.4 短路电流的计算短路电流的计算443.4.13.4.1 标幺值的计算标幺值的计算 基准容量：Sj=100MVA 基准电压：Uj=Ua

41、v=1.05UN Uj-基准电压 Uav-平均电压 UN-额定电压 基准电流: /3IjSjUj 系统当作无穷大系统处理2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计X4X1X5X2X7X6K3X3K1K2G1G2G3G54. 08 . 02610010043.17cos100%21NbdPSXXX256. 18 . 01310010041.203X20. 004.351001007100%54NbkSSUXX 发电机 G1、G2 阻抗： 发电机 G3 阻抗： 变压器阻抗：T1、T2： 变压器阻抗 T3： 37. 052.171001005 . 66X 3.4.23.4.2 等值网络的绘制

42、和短路点的选择（如下图）等值网络的绘制和短路点的选择（如下图） 任欣：大孤山水电站电气一、二次设计 图 2.1 等值网络图3.4.33.4.3 各短路点的短路电流计算各短路点的短路电流计算 1.计算 K1 点的短路电流 （1）对 K1 点进行网络化简 图 2.2(a)k1 短路计算简化 其中X4=0.20 ；X7=0.54；X9=0.16；X11=X8+X5=0.74 ；X12=X6+X10=0.626 2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计Y=1/X11+1/X9+1/X12+1/X4 =1/0.74+1/0.16+1/0.626+1/0.20 =14.20C=YX4=14.20

43、0.20=2.84X13=CX11=2.840.74=2.10X14=CX9=2.840.16=0.45X15=CX12=2.840.626=1.78 图 2.2(b)k1 短路计算简化 (2)求取计算电抗 jSSXXNjjs G1:Xjg1=0.5426/0.8/100=0.18 G2:Xjg2=2.1026/0.8/100=0.68G3:Xjg3=1.7813/0.8/100=0.29G:次暂态（0S）短路电流标幺值为 I*=1/X*14=1/0.45=2.22 次暂态和 0.1S、0.2S 的短路电流相等（3）由以上计算电抗查水轮发电机运算曲线得各时刻的短路电流周期分量标幺值如下： 表

44、3-5 短路电流周期分量标幺值 0S 0.1S 0.2S G1 6.154.344.12 G2 1.48 1.36 1.34 G3 3.39 2.83 2.78(4)求短路电流周期分量的有名值任欣：大孤山水电站电气一、二次设计UavSjIIII3*21KA46. 337310022. 2avNUSII3*KAI12. 33378 . 02615. 6KAI80. 025. 019. 33378 . 01319. 3基准电流： G1：0S: 0.1S:I1=4.340.51=2.21KA 0.2S:I2=4.120.51=2.10KA G2：0S:I=1.480.51=0.69KA 0.1S:I

45、1=1.360.51=0.69KA 0.2S:I2=1.340.51=0.68KA G3: 0S: 0.1S:I1=2.830.25=0.71KA 0.2S:I2=2.780.25=0.70KA G: 则 K1 点短路电流周期分量结果如下： 表 3-6 短路电流周期分量有名值0S 短路电流 I(KA)0.1S 短路电流I(KA)0.2S 短路电流I(KA)2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计(5)计算短路冲击电流和短路全电流短路冲击电流：ish=kshI2取 ksh=1.90,则G1：ish=1.903.12=2.693.12=8.38KA2G2: ish=2.690.75=2.

46、02KAG3: ish=2.690.80=2.15KAG:ish=2.693.46=9.31KA短路全电流:Ish=2) 1(21KshIIsh =I62. 19 . 0212IG1: Ish=1.623.12=5.05KAG2: Ish=1.620.75=1.22KAG3: Ish=1.620.80=1.30KAG:Ish=1.623.46=5.61KA则短路冲击电流和短路全电流计算结果如下： 表 3-7 短路冲击电流和短路全电流 G1(KA) G2(KA) G3(KA) G(KA) 合计 ish 8.38 2.02 2.15 9.31 21.86 Ish 5.05 1.22 1.30 5.

47、61 13.18(6)计算非周期分量 t 秒时，ifzt=eTawtI2查表取 Ta=60，则表 3-8 短路电流非周期分量 G1 3.12 2.21 2.10 G2 0.75 0.69 0.68 G3 0.80 0.71 0.70 G 3.46 3.46 3.46任欣：大孤山水电站电气一、二次设计24. 01008 . 02674. 026. 01008 . 013626. 125. 61*9X 0S 0.1S 0.2S G1 4.41 2.65 1.54 G2 1.06 0.64 0.37 G3 1.13 0.68 0.40 G 4.89 2.89 1.722.计算 K2 点的短路电流 （

48、1）对 K2 点进行网络化简 图 2.3 K2 点短路电流画简图 其中： X9=0.16 X11=X12=X5+X8=0.20+0.54=0.74 X13=X3+X6=1.256+0.37=1.626 （2）求取计算电抗 G1、G2: Xjs1、2 = G3: Xjs3=2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计 G:次暂态（0S）短路电流标幺值 I*= 次暂态电抗和 0.1S、0.2S、4S 的短路电流相等 (3)由以上计算电抗查水轮发电机运算曲线得各时刻的短路电流周期分量标幺值如下： 表 3-9 短路电流周期分量标幺值 0S 0.1S 0.2S G1 4.423.483.34 G2

49、 4.42 3.48 3.34 G3 4.15 3.30 3.18 (4)求短路电流周期分量的有名值 G1、G2: 0S:I=0.514.42=2.25KA 0.1S:I1=0.513.48=1.77KA 0.2S:I2=0.513.34=1.70KA 4S: I4=0.513.13=1.60KA G3: 0S: I=0.254.15=1.04KA 0.1S:I1=0.253.30=0.83KA 0.2S:I2=0.253.18=0.80KA任欣：大孤山水电站电气一、二次设计KAUavSjI75. 937310025. 63* 4S: I4=0.253.07=0.77KA G: I=I1=I2

50、=I4= 则 K2 点短路电流周期分量结果如下： 表 3-10 短路电流周期分量有名值 0S 短路电流0.1S 短路电流0.2S 短路电流 4S 短路电流 G1 2.25 1.77 1.70 1.60 G22.251.771.701.60 G3 1.04 0.83 0.77 2.72 G 9.75 9.75 9.75 9.75 （5）计算短路冲击电流和短路全电流短路冲击电流：ish=kshI2取 ksh=1.85,则G1、2：ish=1.852.25=2.622.25=5.90KA2G3: ish=2.621.04=2.72KAG:ish=2.629.75=25.55KA短路全电流:Ish=2

51、) 1(21KshIIsh =I56. 185. 0212IG1、2: Ish=1.562.25=3.51KAG3: Ish=1.561.04=1.62KAG:Ish=1.569.75=15.21KA则短路冲击电流和短路全电流计算结果如下：表 3-11 短路冲击电流和短路全电流2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计 G1(KA) G2(KA) G3(KA) G(KA) 合计 ish 5.90 5.90 2.72 25.55 40.07 Ish 3.51 3.51 1.62 15.21 23.85 （7）计算非周期分量 t 秒时，ifzt=eTawtI2查表取 Ta=35，则表 3-

52、12 短路电流非周期分量 0S 0.1S 0.2S G1 3.181.300.54 G2 3.18 1.30 0.54 G3 1.47 0.60 0.25 G 13.79 5.65 2.343.计算 K3 点的短路电流（1）对 K3 点进行网络化简 任欣：大孤山水电站电气一、二次设计 图 2.4(a)k3 短路计算简化图其中：X6=0.37；X9=0.16 ；X10=1.256 ；X11=X4+X7=0.20+0.54=0.74 X12=X5+X8=X.20+0.54=0.74 Y=1/X11+1/X9+1/X12+1/X6 =1/0.74+1/0.16+1/0.74+1/0.37 =11.6

53、6C=YX6=11.660.37=4.31X13、14=CX11=4.310.74=3.19X15=CX9=4.310.16=0.69 图 2.4(b)k3 短路计算简化 （2） 求取计算电抗 jSSXXNjjs G1、2: Xjg1、2=3.1926/0.8/100=1.04G3: Xjg3=1.25613/0.8/100=0.20G:次暂态（0S）短路电流标幺值为 I*=1/X*15=1/0.69=1.45 次暂态和 0.1S、0.2S 的短路电流相等（3）由以上计算电抗查水轮发电机运算曲线得各时刻的短路电流周期分量标幺值如下：2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计UavSjI

54、III3*21KA26. 237310045. 1 表 3-13 短路电流周期分量标幺值 0S 0.1S 0.2S G1 0.940.920.90 G2 0.94 0.92 0.90 G3 5.50 4.05 3.84(4)求短路电流周期分量的有名值 G1、2：0S: I=0.510.94=0.48KA 0.1S:I1=0.510.92=0.47KA 0.2S:I2=0.510.90=0.46KA G3: 0S:I=0.255.50=1.38KA 0.1S:I1=4.050.25=1.01KA 0.2S:I2=3.840.25=0.96KA G: 则 K1 点短路电流周期分量结果如下：表 3-

55、14 短路电流周期分量有名值0S 短路电流 I(KA)0.1S 短路电流I(KA)0.2S 短路电流I(KA) G1 0.48 0.47 0.46 G2 0.48 0.47 0.46 G3 1.38 1.01 0.96 G 2.26 2.26 2.26任欣：大孤山水电站电气一、二次设计(5)计算短路冲击电流和短路全电流短路冲击电流：ish=kshI2取 ksh=1.90,则G1、2：ish=1.900.48=2.693.12=1.29KA2G3: ish=2.691.38=3.71KAG:ish=2.692.26=6.08KA短路全电流:Ish=2) 1(21KshIIsh =I62. 19

56、. 0212IG1: Ish=1.620.48=0.78KAG2: Ish=1.620.48=0.78KAG3: Ish=1.621.38=2.24KAG:Ish=1.622.26=3.66KA则短路冲击电流和短路全电流计算结果如下：表 3-15 短路冲击电流和短路全电流 G1(KA) G2(KA) G3(KA) G(KA) 合计 ish 1.29 1.29 3.71 6.08 12.07 Ish 0.78 0.78 2.24 3.66 7.46(6)计算非周期分量 t 秒时，ifzt=eTawtI2查表取 Ta=60，则表 3-16 短路电流非周期分量 0S 0.1S 0.2S G1 0.6

57、8 0.41 0.24 G2 0.68 0.41 0.24 G3 1.95 1.17 0.41 G 3.20 1.92 1.122011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计 第四章第四章 电气一次设备的选择电气一次设备的选择及布置及布置4.14.1 电气一次设备选择的一般原则电气一次设备选择的一般原则（1）应满足正常运行，检修，短路和短路过电压情况下的要求,并考虑远景发展。（2）应按当地环境条件校核（3）应力求技术先进和经济合理，（4）与整个工程的建设标准应协调一致（5）同类设备应尽量减少品种。（6）选用的新产平均应有可靠的实验数据，并经证实鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产

58、品时，应经上级批准。为了保证电气设备的安全、可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定5。4.1.14.1.1 按正常工作条件选择按正常工作条件选择1. 额定电压 电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。电器可以长期在其额定电压的 110%-115%下安全运行，这一电压成为最高允许工作电压。当任欣：大孤山水电站电气一、二次设计在 220KV 及以下时其为 1.15，当为 330-500KV，其为nUnsUnsUnsU1.1。nU另外，电气设备还有一个最高工作电压，即允许长期运行的最高电压一般不得超过其额定电压的 10%15%。在选择时，电气设备的额定电压不应低

59、于安装地点的电网额定电压，即nUnsUsnUnsU2.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eI许电流。应不小于该回路在各种运行方式下的最大持续工作电流即eImaxIeImaxI在决定时，由于发电机、调相机和变压器在电压降低 5%时，出力保持maxI不变，故其相应回路的应为发电机、调相机和变压器额定电流的 1.05maxI倍；若变压器有可能过负荷运行时，应按过负荷确定（1.32 倍的额maxI定电流） ；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的；maxI出线回路的除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移maxI过来的负荷。3.环境条件对设备的影

60、响当电气设备安装地点的环境（尤其注意小环境）条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备使用条件时，应适当采取措施。4.1.24.1.2 按短路条件进行校验按短路条件进行校验电气设备按短路故障情况进行校验，就是要按最大可能的短路故障（通常为三相短路故障）时的动、热稳定度进行校验。但有熔断器和有熔断器保护的电器和导体（如电压互感器等） ，以及架空线路，一般不必考虑动稳定度、热稳定度的校验，对电缆，也不必进行动稳定度的校验。在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样，但选择的要求和条件2011 届电气工程及其自动化（电力）专业毕业设计有诸多是相同的16。为保证设备安全、