2×25MW水电站电气部分课程设计

本科课程设计题目2×25MW水电站电气部分设计学院专业电气工程及其自动化学生姓名学号年级指导教师2×25MW水电站电气部分设计学生：指导老师：摘要本次设计是水电厂电气部分设计。该水电站的总装机容量为2×25=50MW。高压侧为110Kv，一回出线与系统相连，一回出线与装机100MW的电站相连，其最大输送功率为50MW，该电厂的厂用电率为0.2%。根据所给出的原始资料拟定三种电气主接线方案，然后对这三种方案进行可靠性、经济性和灵活性比较后，保留两种较合理的方案，最后通过定量的技术经济比较确定最终的电气主接线方案。在对系统各种可能发生的短路故障分析计算的基础上，进行了电气设备和导体的选择校验设计。在对发电厂一次系统分析的基础上，对发电厂的配电装置布置、防雷保护、继电保护和自动装置、同期系统、监控系统均做了初步简单的设计。毕业设计的过程是一次将理论与实际相结合的初步过程，起到学以致用，巩固和加深对电气工程及其自动化专业的理解，树立工程设计的观念，提高了电力系统设计的能力的作用。关键字：电气主接线，短路电流计算，设备选型，配电装置布置，防雷保护，继电保护和自动装置，同期系统，监控系统。Theelectricaldesignof2×25MWhydropowerstationStudent:Tutor:ABSTRACTThedesignispartofthehydropowerplantelectricaldesign.Thetotalinstalledcapacityofhydropowerstationsof2×25=50MW.Highsideisfor110Kv,oneisconnectedtothesystem,anotherisconnectedtoaninstalledcapacityof100MWpowerstation.Thestation'slargestpowertransmissionfor50MW,thepowerplant'selectricityplantwas0.2percent.Accordingtotherawdatapresentedbythedevelopmentofthreemainelectriccableprogrammes,andthesethreeoptionsforreliability,economyandflexibilityofcomparison,thetworetainamorereasonableproposal,thefinalthroughquantitativecomparisonofthetechnicalandeconomicdeterminethefinalThemainelectriccableprogramme.Inthesystemallthepossibleshort-circuitfaultanalysiscalculatedonthebasisofaconductorofelectricalequipmentandcheckingthechoiceofdesign.Inthefirstsystematicanalysisofpowerplantsonthebasisofthedistributionofpowerplantequipmentlayout,mineprotection,protectionandautomaticdevices,earliersystem,monitoringsystemhavedoneapreliminarysimpledesign.Thegraduationisaprocessdesignedtocombinetheoryandpracticeoftheinitialprocess,playedapplywhattheyhavelearnedtoconsolidateanddeepentheirunderstandingofelectricalengineeringandautomationprofessionalunderstandingoftheconceptofaprojectdesignedtoenhancethepowersystem'sabilitytodesignrole.KEYWORDS：Themainelectricalwiring,short-circuitcurrentbasis,theselectionofequipment,powerdistributionequipmentlayout,mineprotection,protectionandautomaticdevices,earliersystem,monitoringsystem

目录摘要 1ABSTRACT 2第一部分设计说明书 8第一章概述 81.1本毕业设计的目的和要求 81.2本毕业设计的内容 81.2.1本次设计主要内容 81.2.2本次设计最终的设计成品 91.3本设计引用的规程和规范 9第二章电气主接线设计 102.1对水电厂原始资料分析 102.1.1原始资料 102.1.2原始资料分析 112.2电气主接线设计依据 112.3主接线设计的一般步骤 112.4技术经济比较 122.4.1发电机电压（主）接线方案 122.4.2主接线方案拟定 142.5水轮发电机的选择 182.6主变的选择 18相数的选择 18绕组数量和连接方式的选择 18普通型与自偶型选择 182.7各级电压中性点运行方式选择 19第三章短路电流计算 203.1短路电流计算的基本假设 203.2电路元件的参数计算 203.3网络变换与简化方法 203.4短路电流实用计算方法 20第四章厂用电设计 224.1厂用电负荷统计及厂用变压器的选择 224.1.1一般水电站的主要厂用负荷有以下两大类 224.1.2该水电站的主要厂用负荷统计 224.2厂用变压器选择 264.3厂用电电压等级 264.4厂用电源及其引接 264.4.1工作电源 264.4.2备用电源和启动电源 264.4.3事故保安电源 274.5厂用电接线方式 274.6油水气系统 284.6.1油系统 284.6.2水系统 284.6.3气系统 29第五章电气设备选择及校验 325.1电气设备选择的一般规定 325.1.1按正常工作条件选择 325.1.2按短路条件校验 335.2断路器和隔离开关的选择和校验 345.3限流电抗器的选择和校验 355.4导体、电缆的选择和校验 365.5绝缘子、穿墙套管的选择和校验 365.6电流、电压互感器的选择和校验 375.7避雷器的选择和校验 375.7.1避雷器的设置 375.7.2避雷器的选择 38第六章发电厂配电装置布置 396.1设计原则与要求 396.1.1设计原则 396.1.2设计的具体要求 39检修要求 416.2屋外配电装置设计 426.2.110Kv配电装置 426.2.2110Kv配电装置 42第七章防雷保护与接地 457.1防雷保护 457.1.1直击过电压 457.1.2入侵雷电波保护 467.2接地装置 467.2.1一般规定 467.2.2降低土壤电阻率的措施 477.2.3本水电站接地网的布置 47第八章继电保护、自动装置设计 488.1继电保护设计 488.1.1发电机保护 488.1.2主变压器保护 488.1.3110Kv线路保护 498.1.4110Kv母线保护 498.1.5厂用变保护 498.1.6电容器保护 498.1.7接地保护 498.2自动装置设计 49第九章同期系统设计 509.1同期方式和同期点选择 509.1.1同期方式选择 509.1.2同期点选择 509.2同期仪表与同期闭锁设计 519.3分散与集中并列 519.4同期电压和同期接线 53第十章发电厂监控系统设计 5410.1监控系统设计原则 5410.2监控系统的功能 54第十一章主要电气设备汇总 57第二部分设计计算书 59第一章电气主接线设计计算 591.1一次投资计算 591.1.1主变压器的选择 591.1.2断路器、隔离开关的选择 591.1.3一次性综合投资 591.2年运行费用计算 601.2.1检修费与折旧费 601.2.2变压器的电能损耗 601.3静态比较法 61第二章短路电流计算过程 622.1阻抗元件标么值计算 622.2点三相短路电流计算 642.2.1计算转移阻抗及计算阻抗 64 查水轮机计算曲线并用线性插值法求出各时刻电流标么值 642.2.3计算短路电流有名值 642.2.4各时刻短路点处三相短路电流计算如下 652.3点三相短路电流计算 652.3.1计算转移阻抗及计算阻抗 652.3.2查水轮机计算曲线并用线性插值法求出各时刻电流标么值 662.3.3计算短路电流有名值 662.3.4各时刻短路点处三相短路电流计算如下 66第三章电气设备选择及校验部分计算 683.1断路器和隔离开关的选择和校验 683.1.1机端断路器和隔离开关（）的选择和校验 683.1.2主变压器出口断路器和隔离开关（110KV）的选择和校验 693.1.3110kV母线出线断路器和隔离开关的选择和校验 703.1.4厂用变压器（10kV）的断路器和隔离开关的选择和校验 733.2限流电抗器的选择和校验 743.2.1初选型号 743.2.2选择电抗值 743.2.3电压损失和残压校验 753.2.4动、热稳定校验 753.3导体、电缆的选择和校验 753.3.1110kv母线的选择校验 753.3.2与A电站相连的出线导线（110kv）的选择校验 763.3.3与无穷大系统相连的出线导线（110kv）的选择校验 773.3.4发电机、变压器连接导体（10kv）的选择校验 783.4绝缘子、穿墙套管的选择和校验 803.4.1绝缘子的选择与校验 803.4.2穿墙套管的选择与校验 813.5电流、电压互感器的选择和校验 813.5.110kV机端电流互感器的选择与校验 813.5.2110kV母线及进出线电流互感器的选择与校验 823.5.3厂用变压器进线电流互感器的选择与校验 833.5.410kV机端电压互感器的选择与校验 843.5.5110kV母线及进出线电压互感器的选择与校验 853.5.6厂用变压器进线电压互感器的选择与校验 87附录 89致谢 90参考文献 91第一部分设计说明书第一章绪论1.1本毕业设计的目的和要求本毕业设计是在我们进行了所有相关的专业课程理论学习和生产现场参观学习之后进行的。通过毕业设计，让我们理论联系实际，系统、全面地掌握所学知识，培养我们分析问题、工程计算和独立工作的能力，让我们树立工程观点、社会主义市场经济观点，初步掌握发电厂电气部分的设计方法，并在计算、分析和解决工程实际问题等方面得到训练，为今后从事电力系统及发电厂有关设计、运行、科研等方面的工作奠定坚实的理论基础。1.2本毕业设计的内容本次设计主要内容（1）、电厂分析及发电机、主变选择。（2）、各级电压中性点运行方式选择。（3）、电气主接线设计。（4）、厂用电设计。（5）、短路电流计算。（6）、电气设备选择、校验。（7）、发电厂配电装置布置及防雷保护。（8）、继电保护、自动装置设计。（9）、同期系统设计。（10）、发电厂监控系统设计。（11）、主要电气设备材料汇总。本次设计最终的设计成品（1）、设计说明书一份。（2）、电气主接线图一张。（3）、高压配电装置平面图和断面图各一张。（4）、继电保护、测量仪表、自动装置配置图一张。（5）、变压器继电保护展开图一张。（6）、同期接线图一张。（7）、监控系统配置图一张。1.3本设计引用的规程和规范设计中，应根据设计任务书及国家现行的有关政策和各专业设计技术规范而进行。国内设计必须遵守的规程和规范主要有：GB/T4064—1993《电气设备安全设计导则》SDJ161—1985《电力系统设计技术规程》GB50217—1999《电力工程电缆设计规范》SDJ5—1855《高压配电装置设计技术规程》GB14285—1993《继电保护和安全自动装置技术规程》第二章电气主接线设计2.1对水电厂原始资料分析原始资料1、该水电站的规模、及性质：该水电站近端没有Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类负荷，为不重要水电站，拟定1～2台变压器。电压等级为发电机电压（待选）和110KV等级。与外界连接方式如下：-（1）通过50kM的联络线（导线型号待选）与通过2×50MVA、的变压器升压到110kV的4×20MW、的电厂相联连。（2）通过30KM联络线（导线型号待选）与∞系统相连。如图2.1：图2.1原始连接图2、负荷：（1）110KV侧：夏季：负荷率：100%负荷天数：185天冬季：负荷率：40%负荷天数：180天（2）发电机侧：厂用电率为0.2%3、其他资料当地海拔高度420米，当地年最高温度32℃，年最低温度-2℃，最热月平均最高温度28℃。地形、地震等级等其他资料没有给出，视为不受限制。原始资料分析根据设计任务书所提供的资料可知：该水电站为典型的小水电，不担任重要负荷的供电，对设计的可靠性、安全性、灵活性等没有很严格的要求，拟定1～2台变压器。其地形条件限制不严格，但从节省用地考虑，尽可能使其布置紧凑，便于运行管理。另外，周围的环境和气候对设备的选择的制约也不大。综上，在设计中要充分分析所给的原始资料，同时结合实际的情况，做到设计的方案具有可靠性、安全性、经济性等。2.2电气主接线设计依据电气主接线设计是水电站电气设计的主体。它与电力系统、枢纽条件、电站动能参数以及电站运行的可靠性、经济性等密切相关，并对电气布置、设备选择、继电保护和控制方式等都有较大的影响，必须紧密结合所在电力系统和电站的具体情况，全面地分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，通过技术经济比较，合理地选定接线方案。电气主接线的主要要求为:1、可靠性：衡量可靠性的指标，一般是根据主接线型式及主要设备操作的可能方式，按一定的规律计算出“不允许”事件的规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种接线形式的择优。2、灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵活。3、经济性：通过优化比选，工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗小。2.3主接线设计的一般步骤1、对设计依据和基础资料进行综合分析。2、确定主变的容量和台数，拟定可能采用的主接线形式。3、论证是否需要限制短路电流，并采取合理的措施。4、对选出来的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案。2.4技术经济比较发电机电压（主）接线方案根据我国现行的规范和成熟的运行经验，联系本小水电站的工程实际，满足可靠性、灵活性和经济性的前提下，发电机电压接线可采纳的接线方式有以下三种：（一）单母线接线（图2.2）图2.2单母线接线示意图（1）优点：设备少，接线清晰，经济性好，操作简单方便，不易误操作，便于采用成套配电装置，并且母线便于向两端延伸，方便扩建。（2）缺点：可靠性偏差，母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就是要造成全厂长期停电。调度是很不方便，电源只能并列运行，不能分裂运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。（3）一般适用范围：一般只用在出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂。（二）单元接线（图2.3）图2.3单元接线示意图（1）优点：发电机与主变压器容量相同，接线最简明清晰，故障影响范围最小，运行可靠、灵活；发电机电压设备最少，布置最简单方便，维护工作量也最小；继电保护简单。（2）缺点：主变压器与高压断路器数量多，增加布置场地与设备的投资；主变压器高压侧出线回路多，布置复杂，对简化高压侧接线不利；主变压器故障时影响机组送电。（3）一般适用范围：单机容量一般在100MW及以上机组，且台数在6台及以下者；单机容量在45MW～80MW之间，经经济比较采用其它接线方式不合适时。（三）扩大单元接线（图2.4）图2.4扩大单元接线示意图（1）优点：接线简单清晰，运行维护方便；与单元接线比较，减少主变压器台数及其相应的高压设备，缩小布置场地，节省投资；与单元接线比较，任一机组停机，不影响厂用电源供电，本单元两台机组停机，仍可继续有系统主变压器倒送；减少主变压器高压侧出线，可简化布置和高压侧接线。（2）缺点：主变压器故障或检修时，两台机组容量不能送出；增加两台低压侧断路器，且增大发电机电压短路容量，对大型变压器低压侧可用分裂线圈以限制短路容量。（3）一般适用范围：适应范围较广，能较好的适应水电站布置的特点，只要电力系统运行和水库调节性能允许，一般都可使用；当水电站只有一个扩大单元时，除满足系统允许条件外，应注意避免在主变压器回路故障或检修时造成大量弃水、损失电能和影响下游供水，同时还应考虑有可靠的外来厂用电源。(四)关于单元接线中装设断路器问题单元接线的发电机电压回路中，具备下列情况之一者，可考虑装设断路器：（1）担任尖峰负荷的水电站，经常有可能全厂停机，而机组启动、排水、照明等需通过变压器向厂用变倒送电，此时，可在接有厂用变压器的单元中装设断路器。（2）在单元回路分支线上接有近区负荷者。（3）当单元之间要求设置联络母线时，应考虑加装发电机电压断路器。主接线方案拟定110Kv侧由于本电站是小水电，不承担主要负荷，没有重要机端负荷，从接线的可靠性、经济性和灵活性考虑，在我国运行的成熟经验一般采用单母线接线方式。所以本电站，110Kv侧采用单母线接线。（一）根据以上三种主接线方式，并结合本设计水电站的实际，现拟定以下三种电气主接线方案(单相示意图)：(1)单母线接线其接线示意图如图2.5：图2.5单母线接线方案（2）单元接线其接线示意图如图2.6：图2.6单元接线方案（3）扩大单元接线其接线示意图如图2.7：图2.7扩大单元接线（二）主接线方案初步比较：由以上三种接线方案的优缺点分析和接线示意图，本着可靠性、灵活性和经济性的原则，结合电厂实际综合分析，可以得出：单母线和扩大单元接线相比较，其可靠性和灵活性都很相近，厂用电都是在发电机10.5KV侧取得，然而本电站只有两台发电机，比较特殊，所以单母线和扩大单元接线形式相近。从接线图中可以明显地看出单母线接线低压侧多用三个（三相）断路器和三个（三相）隔离开关，增加了一次投资，同时也增加了其继电保护的复杂程度。所以可以明显淘汰单母线接线方案。从而保留扩大单元接线（方案1）和单元接线方案（方案2）。（三）主接线方案的确定（1）技术比较方案的技术特性分析，一般从以下几个方面进行分析：1、供电的可靠性；2、运行上的安全和灵活性；3、接线和继电保护的简化；4、维护与检修的方便等。需要说明的是：在比较接线方案是，应估计到接线中发电机、变压器、线路、母线等的继电保护能否实现及其复杂程度。然而经验表明，对任何接线方案都能实现可靠的继电保护，由于一次设备投资远远大于二次设备的投资，所以即使某个别元件保护复杂化，也不能作为不采用较经济接线方案的理由。从供电的可靠性看：对于方案2，厂用电从两台发电机上取得，即使检修其中一台变压器和两机组停机电厂也不会停电，然而两台变压器同时故障的可能性非常小。相比方案1，若检修变压器电厂就会停电，否则要另外接入厂用电源，这样投资就增加了。这样，方案2的可靠性相对高些。从运行安全和灵活性看：方案2的变压器的短路容量比方案1小，对变压器和发电机的绝缘水平要求相对较低，安全性相对较高，其灵活性也比较好。从接线和继电保护看：方案1的接线和继电保护都相对方案2较复杂。从维护与检修看：方案1的维护相比方案2较复杂，方案1的检修相比方案2较方便。（2）经济比较经济比较中，一般有一次投资和年运行费用两大项。计算中，一般只计算各方案不同的一次性投资及年运行费。1、一次性投资一次性投资包括主变压器、配电装置的综合投资。电气设备的综合投资是电气设备出厂价格、运输机安装费用的总和，又称电气设备的基建投资费。一次性综合投资式中：—主体设备基价，主要包括主变压器、开关设备；d—设用于运输基础加工，土石方附加费的比例系数，通常对110KV取值90，35KV取值100。2、年运行费用式中：—小修维护费，一般为（0.022～0.042）O；—折旧费，一般为（0.005～0.058）O；—电能损失，主要指变压器的能量损耗（KW.h）d—电能电价，目前全国各地区均价为0.25～0.3元/KW.h。—随变压器型式不同而异，对双绕组变压器有式中n—相同变压器的台数；—每台变压器的额定容量（KV.A）；S—n台变压器担负的总负荷（KV.A）；t—对应负荷使用的小时数；、—每台变压器的空载有功损耗（KW）、无功损耗（Kvar）；、—每台变压器的短路有功损耗（KW）、无功损耗（Kvar）；K—无功经济当量，即每多发或多供1kvar无功功率，在电力系统中所引起的有功损耗（KW）增加的值。发电厂取0.02。3、经济比较方法在n个接线方案中，O和U均为最小的方案，显然为最佳方案，若方案的O大而U小，或反之，则应进一步进行经济比较，一般采用动态比较法和静态比较法。这里采用静态比较法：基于设备、人工等经济价值固定不变味前提，认为经济价值与时间无关，采用抵偿年限法。假若方案1的综合投资大，而年运行费用小；方案2的综合投资小，而年运行费用大，则计算抵偿年限：我国当前规定标准抵偿年限T为5～10年，一般T小于5年选用投资大的方案，T大于10年选用投资小的方案，T在5～10年之间，应视工程性质，资金财务平衡选定。经过计算比较结果，选定方案2（单元接线）为主接线方案。接线图见附录附1。具体的计算比较过程详见设计计算书。2.5水轮发电机的选择在我国，水电站容量为20～80MVA的发电机额定电压取10.5kV，容量为20～170MVA的发电机功率因数取0.8～0.85。因此可以选发电机型号SF25-16/410，其参数如下表：表2.1.发电机SF25-16/410参数表型号额定容量功率因数额定电压（V）额定电流（A）次暂态电抗（MVA）（MW）SF25-16/410251050017202.6主变的选择该水电站远离负荷中心，水电站的厂用电很少（0.2%），且没有地区负荷，因此，选择主变压器的容量应大致等于与其连接的发电机容量。水电厂多数担任峰荷，为了操作方便，其主变压器经常不从电网切开，因此要求变压器空载损耗尽量小。相数的选择主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素。根据设计手册有关规定，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。因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资，占地面积小，运行过程损耗小的优点，同时本电厂的运输地理条件不受限制，因而选用三相变压器。绕组数量和连接方式的选择（1）绕组数量选择：根据《电力工程电气设计手册》规定：“最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电与或与系统相连接时，宜采用三绕组变压器。结合本电厂实际，因而采用双绕组变压器。（2）绕组连接方式选择：我国110KV及以上的电压，变压器绕组都采用连接，35KV一下电压，变压器绕组都采用连接。结合很电厂实际，因而主变压器接线方式采用连接。普通型与自偶型选择根据《电力工程电气设计手册》规定：“在220KV及以上的电压等级才宜优先考虑采用自偶变压器。自偶变压器一般作为联络变压器和连接两个直接接地系统。从经济性的角度出发，结合本电厂实际，选用普通型变压器。综上所述，在比较的三个方案中，需要两种容量的变压器：62.5MVA（一台）和31.25MVA（两台）。结合本电厂实际，从经济性的角度出发，选择型式为：双绕组的无励磁调压电力变压器。查相关的手册符合条件并通过比较有为：SFP7—63000/110和SF7—31500/110型。其技术参数见表2。表2.2电力变压器技术参数型号额定容量（KVA）额定电压（KV）空载电流（%）空载损耗KW负载损耗KW阻抗电压（%）高压低压SFP7—63000/11063000110(121)±2×2.5%52254SF7—31500/11031500110(121)±2×2.5%311472.7各级电压中性点运行方式选择运行经验表明，中性点运行方式的正确与否关系到电压等级、绝缘水平、通信干扰、接地保护方式、运行的可靠性、系统接线等许多方面。目前，我国电力系统中普遍采用的中性点运行方式有中性点直接接地、中性点不接地和中性点经消弧线圈接地等方式接地。随着电力网电压等级的升高，对绝缘的投资大大增加，为了降低设备造价，可以采用中性点直接接地系统。目前，我国对110kV及以上电力系统一般都采用中性点直接接地系统，其优点是：单相接地时，其中性点电位不变，非故障相对地电压接近相电压（可能略有增大），因此降低了绝缘投资。3～10kV电力网中，当单相接地电流小于30A时，采用中性点不接地运行方式。发电机中性点均采用非直接接地方式，本设计方案采用的是单元接线，所以按规程应该采用经消弧线圈接地方式。综上所述，110kV侧采用中性点直接接地方案，10.5KV侧采用不接地方案，发电机中性点采用经消弧线圈接地方案。第三章短路电流计算3.1短路电流计算的基本假设（1）短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并认为所有发电机的电势都相同电位。（2）负荷只作近似估计，或当作恒定电抗，或当作某种临时附加电源，视具体情况而定。（3）不计磁路饱和。系统各元件的参数都是恒定的，可以用叠加原理。（4）对称三相系统。出不对称短路故障处不对称之外，实际系统都是对称的。（5）忽略了高压线的电阻电容，忽略变压器的电阻和励磁电流，这就是说，发电机、输电、变电和用电的元件均匀纯电抗表示。（6）金属性短路，即不计过度电阻的影响，认为过渡电阻为零的短路情况。3.2电路元件的参数计算选取基准容量为100MVA，归算到110KV侧进行标么值计算。具体的计算过程详见设计计算书。3.3网络变换与简化方法综合运用Y—变换，网络中间点消去法，对该电厂的接线与外界接线进行变换和简化。具体的计算过程详见设计计算书。3.4短路电流实用计算方法在工程计算中短路电流的计算常采用实用曲线法，其计算步骤如下：（1）选择计算短路点；（2）画等值网络图；A、选取基准容量和基准电压。B、首先去掉系统中的所有负荷分支。线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗。C、将各元件电抗换算为同一基准的标么值电抗。D、汇出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。E、化简等值网络：为计算不同短路点的短路电流值，需要将等值网络分别化简为短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电流与短路点之间的电抗，即转移电抗以及无限大电源对短路点的转移电抗。（3）求出计算电抗，式中为第i台等值发电机的额定容量。（4）由运算曲线查出个电源供给的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到）。（5）计算无限大功率的电源供给的短路电流周期分量。（6）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。（7）计算冲击电流。（8）绘制短路电流计算结果表（表13.1）。具体的计算过程详见设计计算书。第四章厂用电设计4.1厂用电负荷统计及厂用变压器的选择一般水电站的主要厂用负荷有以下两大类（1）机组自用电主要包括有：压油装置油泵、机组轴承润滑系统用泵、水内冷水系统用泵、水轮机盖顶排水泵、漏油泵、主变压器冷却器、机组技术供水泵、蝶阀压油装置油泵和励磁系统可控硅冷却风扇等。（2）全厂公用电主要包括有：充电装置、变电站用电、水泵装置、压气系统、油系统、起重机和闸门启闭设备、电热和照明、机械修配厂、坝区及引水建筑物以及其它负荷（乘人电梯、载物电梯通信电源等）。该水电站的主要厂用负荷统计根据查阅相关资料，2×25MW水电站的常见负荷及其容量见表4.1。表4.1厂用电负荷统计（机组自用电及厂用电）序号厂用电设备名称设备额定容量（KW）台数设备总容量单台设备系数参加最大负荷的容量效率需要容量全部机组运行一台机组检修其余的全部运行有功（KW）无功（Kvar）台数有功（KW）无功（Kw）台数有功（KW）无功（Kw）123456789101112一、机组自用电压油装置油泵水轮机盖顶排水泵机组漏油泵碟阀压油装置油泵碟阀漏油泵主变压器冷却油泵机组供水泵清水泵主变压器供水泵主变压器排水泵低压空压机高压空压机42221221211112221122111111.53221121111114..2小计85123456二、全厂公用电（一）水泵真空泵机组检修排水泵厂房渗漏排水泵污水泵消防水泵集水井排水泵2.811111111111小计22序号厂用电设备名称设备额定容量（KW）台数设备总容量单台设备系数参加最大负荷的容量效率需要容量全部机组运行一台机组检修其余的全部运行有功（KW）无功（Kvar）台数有功（KW）无功（Kw）台数有功（KW）无功（Kw）1234567891011121314（2）通风机交通洞进风机通风洞排风机出线洞通风机厂用变室通风机照明变室通风机蓄电池室通风机载波室通风机中控室通风机中控室通风机电热厕所通风机尾水闸门室通风机空压室通风机排水泵室通风机蜗壳层通风机1111111111111112.0111121212121261111212121212小计123（三）起重装置桥式起重机主钩副钩大车小车电动葫芦起升机构行走机构尾水门启闭机111111119.3111小计序号厂用电设备名称设备额定容量（KW）台数设备总容量单台设备系数参加最大负荷的容量效率需要容量全部机组运行一台机组检修其余的全部运行有功（KW）无功（Kvar）台数有功（KW）无功（Kw）台数有功（KW）无功（Kw）12345（四）油系统压力滤油机齿轮油泵离心油泵电动试压室烘箱111115111小计1234（五）由动力变压器供电的照明装置开关楼照明出线洞照明通风洞照明尾水闸门室照明0000小计12（六）检修用电检修用电焊机检修用空压机2121小计123（七）其他整流装置1号整流装置2号整流装置3号整流装置载波通信电源二次回路电源111111111.88111小计共用电总计4.2厂用变压器选择全厂厂用电负荷统计见表4.1。参加最大负荷运行的容量出现在一台机组检修、其它机组运行时。同时率、负荷率及网损率取值如下：自用电负荷同时率：；负荷率：；共用电负荷同时率：；网损率：。则厂用电计算负荷：==172kvA选择两台容量为200KVA左右的变压器即可满足。查相关厂用变手册选择型号：S7—200/10，满足要求。4.3厂用电电压等级本电站是小型水电站，没有重型的电气设备。在我国，一般的小水电站的厂用电电压等级为380/220V三相四线制中性点直接接地系统。4.4厂用电源及其引接发电厂的厂用电源必须供电可靠，且能满足各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。工作电源通常，发电厂的工作电源应该至少两个。本电站主接线设计的是单元接线，厂用电接线位置已在主接线示意图中标出，从两台发电机机端取得，有两个工作电源，若是两台机组停机任可以从系统倒送电回电厂。这种引接方式，供电可靠、操作简单、调度方便、投资和运行费用都比较省，常被广泛采用。备用电源和启动电源厂用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时代替工作电源，起后备作用。本电站设计采用的备用方式是暗备用，即若两台机组停机任可以通过主变压器从系统倒送电回电厂。本电站的备用电源兼作启动电源，无需再设置。我国目前对200MW以上的大型发电机组，为了确保机组安全和厂用电的可靠才设置厂用启动电源，且以启动电源兼作事故备用电源。事故保安电源在一般的水电站中，不设置事故保安电源，只有在一些特别重要的大型水电站，300MW及以上的大容量机组，当厂用工作电源和备用电源都消失时，为确保在严重事故状态下能安全停机，事故消除后能及时恢复供电，应设置事故保安电源，以确保事故保安负荷，如润滑油泵、密封油泵热工仪表及自动装置、盘车装置、顶轴油泵、事故照明负荷和计算机等设施的连续供电。4.5厂用电接线方式发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线方式，并多以成套配电装置接受和分配电能。根据国内成熟的运行经验，本电站接线方式确定为：按机组分为两段。其接线方式示意图如图4.1为：图4.1厂用电接线示意图4.6油水气系统油系统油系统是用管网将用油设备与贮油设备、油处理设备连接成一个油务系统。其组成包括：（1）油库：放置各种油槽及油池。（2）油处理室：设有净油及输送设备。如油泵、压滤机、烘箱、真空滤油机等。（3）油化验室：设有化验仪器、设备、药物等。（4）油再生设备：水电站通常只设置吸附器。（5）管网：将用油设备与油处理室等各部分连接起来组成油务系统。（6）测量及控制元件：用以监视和控制用油设备的运行情况。如温度信号器、油位信号器、油水混合信号器等。水系统水电站的水系统主要分为：技术供水系统、排水系统和水内冷机组水处理系统三大系统。水电站的技术供水系统是指供给水轮发电机组冷却、润滑、密封、消防及水冷变压器等的用水系统。通常有单元供水和集中供水两种方式。单元供水系统是每台机组有一台或几台专用工作水泵供水，另设单机或公用的备用水泵。图4.2为每台机组设一台工作水泵的单元供水系统示意图。单元供水方式也可以每台机组装两台水泵，两台水泵互为备用。图4.2单元供水系统示意图集中供水系统是指几台机组公用一台会几台工作水泵及备用水泵。图4.3是三台水泵集中供给四台机组技术用水的集中供水系统示意图，其中两台为工作水泵，一台备用水泵。图4.3集中供水系统示意图水电站的排水系统分为机组检修排水和厂房及水轮机顶盖渗漏排水两种。机组检修排水一般采用手动控制。渗漏排水关系到电站的安全，故应自动操作。一般都设有工作排水泵和备用排水泵。水电站水内冷机组水处理系统其循环水分为两路，一路经线棒内部，称为一次冷却水；一路经热交换器带走一次冷却水的热量，称为二次冷却水。一次水的水质对发电机的影响主要反映在三个方面:①泄漏电流：水的电导率增大，泄漏电流也相应增加，降低发电机的绝缘，使线棒被击穿的可能性增大；②电腐性：水的电导率越高，对线棒的腐蚀性越强；③结垢：水的硬度越大，结垢愈严重，容易造成线棒局部堵塞。气系统图4.4低压压缩空气示意图高压压缩空气系统主要用于机组调速器、蝴蝶阀压油装置的供气及高压配电的气动操作用气等。机组的高压压缩空气系统与低压压缩空气系统的控制接线基本相同。目前机组用高压空气压缩机容量较小，大多采用强迫风冷，且无自动排污及空载启动的要求，其系统示意图见图4.5。图4.5高压压缩空气示意图第五章电气设备选择及校验5.1电气设备选择的一般规定选择与校验电气设备时，一般应满足正常工作条件及承受短路电流的能力，并注意因地制宜，力求经济，同类设备尽量减少品种，同时考虑海拔、湿热带、污秽地区等特殊环境条件。本设计主要考虑温度和海拔两个环境因素。按正常工作条件选择电器、电缆允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压，即；电器、导体长期允许电流不得小于该回路的最大持续工作电流，即。在计算发电机变压器回路最大持续工作电流时，应按额定电流增加5%。这是考虑到在电压降低5%时，为确保功率输出额定，则电流允许超5%。在选择导体、电器时，应注意环境条件：1、选择导体、电器的环境温度一般采用表5.1所列的数值。表5.1选择导线、电器时使用的环境温度类别安装起点环境温度（）最高最低裸导体屋外最热月平均最高温度屋内该处通风设计温度。无资料时，可取最热月平均最高温度加5电缆屋外电缆沟最热月平均最高温度年最低气温屋内电缆沟屋内通风设计温度。无资料时，可取最热月平均最高温度电缆隧道屋内通风设计温度。无资料时，可取最热月平均最高温度电气屋外年最高温度年最低气温屋内电抗器该处通风设计最高排风温度屋内其它电器该处通风设计温度。无资料时，可取最热月平均最高温度加5按《交流高电压电器在长期工作时的发热规程》规定：电器使用在环境温度高于+40（但不高于60）时，环境温度没增加1，建议较少额定电流1.8%；当环境温度低于+40，每低1,建议增加额定电流0.5%，但最大过负荷不得超过额定电流的20%。2、110KV及以下电器，用于海拔不超过2000米时，可选用一般产品。按短路条件校验包括动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。1、短路热稳定校验式中：—电器设备允许通过的热稳定电流及相应时间—短路电流产生的热脉冲计算用下式：式中：、、—分别为短路发生瞬间、短路切除时间、短路切除时间的短路电流周期性分量（KA）—短路切除（持续）时间，为继电保护时间与断路器的全开断时间之和（S）T—短路电流非周期分量等效时间，对于发电机出口可取0.15～0.2S，发电厂升压母线取0.08～0.1S，一般变电所取0.05S。若切除时间大于1S,只需考虑周期分量。2、短路动稳定校验动稳定校验一般采用短路冲击电流峰值，当回路的冲击系数与设备规定值不同，而且冲击电流值接近于设备极限通过电流峰值时，需要校验短路全电流有效值。校验条件：或式中：—短路冲击电流峰值（KA）；—短路全电流有效值（KA）；—电器允许极限通过电流峰值（KA）；—电器允许的极限通过电流有效值（KA）。3、电器的开断电流校验时，电器的开断计算时间取主保护时间及断路器固有分闸时间之和。这里，我们按最坏的情况考虑，主保护失灵，机端断路器取后备保护时间2S，其余的取4S。4、《导体和电器选择设计技术规定》“用熔断保护的导体和电器可不验算热稳定，除用有限流作用的熔断器保护者外，导体和电器的动稳定仍应验算。”5.2断路器和隔离开关的选择和校验断路器可按下表进行选择和校验项目额定电压额定电流开断电流短路关合电流热稳定动稳定断路器应满足要求应满足要求选择结果如下：1、机端断路器选择SN10—10Ⅲ/2000型少油断路器。2、主变出口断路器选择SW4—110/1000型断路器。3、与A电站相连的出线断路器隔离开关选择SW4—110/1000型断路器。4、与无穷大系统相连的出线断路器选择SW4—110/1000型断路器。5、厂用变进线选择断路器SN10—10Ⅰ/630型断路器。动热稳定校验均满足，只有厂用变进线断路器加限流电抗器后才满足。具体计算过程及结果详见设计说明书。隔离开关可按下表进行选择和校验项目额定电压额定电流热稳定动稳定隔离开关应满足要求应满足要求选择结果如下：1、机端隔离开关选择GN2—10/2000—85型隔离开关。2、主变出口隔离开关选择GW4—110D/1000—80型隔离开关。3、与A电站相连的出线隔离开关选择GW4—110D/1000—80型隔离开关。4、与无穷大系统相连的出线隔离开关选择GW4—110D/1000—80型隔离开关。5、厂用变进线隔离开关选择GN6—10/600—52型隔离开关。动热稳定校验均满足，只有厂用变进线隔离开关加限流电抗器后才满足。具体计算过程及结果详见设计说明书。5.3限流电抗器的选择和校验本电厂只在厂用变进线处需加限流电抗器限流，此处只需要普通的电抗器即可满足要求。一、额定电压和电流的选择条件为：，二、按将短路电流限制到一定数值的要求来选择。设要求将电抗器后的短路电流限制到，则电源至电抗后的短路点的总电抗标么值（为基准电流、基准电压）。设电源至电抗器前的系统电抗标么值是，则所需电抗器的电抗标么值。以额定参数下的百分电抗表示，则应选择电抗器的百分电抗为：三、正常运行时电压损耗按下式校验。四、母线残压按下式校验。选择结果：NKSL—10—200—4型电抗器，满足限流条件和动热稳定校验条件。具体计算过程及结果详见计算说明书。5.4导体、电缆的选择和校验导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数，传输容量大，长度在20m以上的导体如发电机、变压器的连接导体，其截面一般按经济电流密度选择。在本水电站具体的情况下，10kv机端母线及导体按经济电流密度选择，而110kv母线及导体按长期发热允许电流选择。选择结果：1、110Kv母线选择LGJ—800/55型钢芯铝绞线。2、与A电站相连的出线导线选择LGJQ—240钢芯铝绞线。3、与无穷大系统相连的出线导线选择LGJ—800/55型钢芯铝绞线。4、发电机、变压器连接导体（10kv）的选择3条100mm×10mm竖放矩形铝导体。动热稳定均满足校验条件。具体计算过程及结果详见计算说明书。5.5绝缘子、穿墙套管的选择和校验无论支柱绝缘子还是穿墙套管均要进行动稳定校验，按下式进行：式中：—绝缘子破坏负荷（牛）—短路时，作用于绝缘子（或穿墙套管）的力（牛）。具有导体的套管才进行热稳定校验：式中：—套管热稳定性。选择结果如下：1、10Kv电压等级绝缘子选择：屋内部分选用ZLD—10型支持绝缘子；屋外部分选用ZPD—10型支持绝缘子。2、110Kv电压等级绝缘子选择ZS—110型支持绝缘子。3、穿墙套管的选择CMF—20母线型套管。动热稳定均满足校验要求。具体计算过程及结果详见计算说明书。5.6电流、电压互感器的选择和校验根据相关规定，在机端和110kV及以上等级的互感器的接线均采用三相星型接线，设互感器离测量仪表的距离均为100m，厂用变进线互感器采用两相星型接线，设互感器离测量仪表的距离为40m。选择步骤大致如下：一、根据相关原始资料选择种类和型式。二、一次回路额定电压和额定电流的选择。三、准确级和额定容量的选择。四、热稳定和动稳定的校验。选择结果如下：1、10kV机端电流互感器选择LMZ1—10屋内型，变比2000/5。2、110kV母线及进出线电流互感器选择LCWD—110屋外型，变比1000/5。3、厂用变压器进线电流互感器选择LFZJ1—10屋内型，变比100/5。4、10kV机端电压互感器选择JSJW—10型。5、110kV母线及进出线电压互感器选择JCC2—110型。6、厂用变压器进线电压互感器选择JSJW—10型。动热稳定均满足校验条件。具体计算过程及结果详见计算说明书。5.7避雷器的选择和校验避雷器的设置根据《电力设备过电压保护设计技术规程》的规定，一般在下列情况下装设避雷器：3～10kV变电所每条架空进线上；非全线架设避雷线的35～110kV架空线，其变电所进线端；重要性较高的35～110kV变电站的每条进线；架空线路与电缆线路接头处。各电压等级的每组母线上，并应尽可能靠近被保护的主要电气设备，当装设的避雷器与主变压器的电气距离超过允许值时，应在主变压器附近增设一组阀型避雷器。主变压器的大电流接地系统侧的中性点，主变压器的小电流接地系统侧中性点装有消弧线圈时；与架空线路连接的三绕组变压器低压侧；自耦变压器高、中侧绕组引进线与断路器之间；直接与架空线相连的旋转电机以及“发电机-变压器”单元接线，当母线桥或组合导线无金属屏网部分的长度大于50公尺时，在发电机出口及中性点处应装设避雷器。避雷器的选择避雷器选择时，应考虑保护电器的绝缘水平，使用特点。根据上述原则，该发电厂避雷器选择结果如下表所示：表5.2避雷器的选择结果安装地点型号额定电压有效值（kV）发电机出口—发电机中性点Y1W5—1