【P镇2×15MW小型水电站电气一次部分设计（论文）9000字】

P镇2×15MW小型水电站电气一次部分设计目录TOC\o"1-3"\h\u7945摘要 II 4主变压器选择4.1主变压器容量的选择本次设计中电厂的自用电比较少，只占容量的1.1%，选择主变压器时，其容量应该与其连接的发电机容量大概相同并要保持一定容量冗余。三相变压器具投资节省，占地少，损耗小的优点，又因只有两个电压等级，所以选择两个双绕组三相变压器。4.2绕组数量绕组数量选择：在此电厂中，最大机组容量为10MW，又是直接经10KV变换为110KV，而只有110KV电压等级与系统相连供电，没有其他电压等级，电厂用电直接由发电机机端电压供给，再经降压变压器降到400V（380V）供给厂用电。结合电厂实际，不必选用三绕变压器，所以就采用双绕组变压器。结合电厂实际，综合经济性考率最终选用的是普通变压器。4.3变压器台数及形式选择因为在此水力发电厂中，确定的电压等级有发电机机端电压为10.5KV，直接经变压器送到110KV，又已知110KV为Ⅰ级负荷，应用两个独立电源进行供电，所以决定选用两台三相双绕组变压器。在最终设计中，选定方案是扩大单元接线，此时的机组总容量应该为，而主变压器的容量应为 （4-1）将基本资料数据带入计算 MVA （4-2）变压器在选用时应当留有一定的容量裕度，在110KV可选出变压器型号为SFL1-20000/110,其技术参数如下REF_Ref19132\r\h。表1变压器SFL1-20000/110的参数电力主变压器型号额定容量（KVA）额定电压（KV）额定损耗（kW）空载电流（%）短路电压（%）联结组标号高压侧低压侧短路空载SFL1-20000/11020000121±5%10.5；6.3135220.810.5YN,d114.4厂用变压器的选择发电厂的厂用电一般由发电机组出线处直接接入一个或多个厂用变压器，经变压器变压后直供电厂的生产用电。根据原始资料可知，厂自用电的容量为KVA而厂用主变压器的容量选取，最终也应该保留选取一定的容量，即根据式4-1可得KVA而又因电厂发电机组对称分布，所以分别在两扩大单元接线出线处接入厂用变压器，则单台容量可再冗余，选用200KVA的变压器。查阅电气设备手册，可最终选取厂用变压器为S11-200/10,其可调压范围为±2*2.5%，其技术参数如下表REF_Ref19132\r\h。表2变压器S11-200/10的参数厂用变压器型号额定容量（KVA）额定电压（KV）额定损耗（W）空载电流（%）短路阻抗（%）联结组标号高压侧低压侧短路空载S11-200/1020010±2*2.5%0.426003250.94.0Y,yn0经过上列计算所得出数据，完成对主接线中最重要的主变压器选取,还有发电厂厂自用变压器的选定，其剧吐设备型号参数都以上表形式列出。5短路电流计算5.1短路电流的危害设计以三相短路情况计算。在具体系统中，发生短路的短路点所在位置不同，产生的短路电流差距也较大，造成的后果及影响程度也完全不同。此次短路计算选取了三个不同的短路点。当供电线路出现短路时，线路中电流会迅速剧增几倍至几十倍，形成超大的短路电流。此时线路中的电气设备及在线路上会产生巨大的电动势，以及产生巨大的热量，温度会迅速升高从而损坏设备。在家庭用户中最常见短路就是电流值瞬间增大烧毁保险丝跳开配电箱里的开关从而造成用户停电。短路会造成短路点附近电压大幅降低，影响对就近区域的用户负荷供电，造成社会生活不便和经济生产损失后果。当系统中的发生严重短路时，大大程度降低电力系统的供电稳定性，造成同步发电机失去同步运行，系统可能会解列运行。5.2短路电流计算目的就是为了在设备选型时的动/热稳定校验计算和继电保护计算所需用到的数据。5.3短路电流计算内容短路点的选取：发电机组出线端、各级电压母线出线处点、各级线路的末端以及接入系统处。短路时间确定：设备型号和保护整定时间而确定。短路电流计算：根据短路电流运算曲线选值短路计算时间、计算电抗完成计算。5.4短路电流计算方法先计算发电机组到短路点之间总计算电抗值。短路电流计算可用有名值/标么值法。此次设计中直接利用各物理量的实际数值进行计算，得出的最终结果数值直接明了。5.5短路电流计算过程选定基准值，,MVA计算该系统中线路及变压器阻抗。发电机电抗标么值 （5-1）变压器电抗标么值 （5-2）发电机到变压器侧线路电抗标么值; （5-3）线路长度m因只与线路长度和材料有关，在10MW机组出线也与5MW机组出线线路选择相同，所以有变压器到110KV母线侧线路电抗标么值；线路长度km则归算到110KV母线阻抗0.01，等值网络如图2所示。图2等值电抗网络图短路点的选择：接线简单，只有两个电压等级，10KV与110KV。因此分别在、出线的10KV母线、发电机端出线口、110KV母线选作短路计算点，分别为点、点、点。5.5.1当K1点发生三相短路时简化等值电抗图如图3所示。图3K1点短路等值电抗图则有在单独作用下时，稳态短路电流(最大有效值) （5-4）KA短路冲击电流KA在作用下，为有限容量系统时，KAKA时，KA时，KA在作用下，为有限容量系统时，KAKA时，KA时，KA5.5.2当K2点发生三相短路时简化等值电抗图如图4所示。图4K2点短路等值电抗图则有在S单独作用下时，稳态短路电流KA短路冲击电流KA在G12作用下，为有限容量系统时，KAKA时，KA时，KA在G3作用下，为有限容量系统时，KAKA时，KA时，KA在G4作用下，为有限容量系统时，KAKA时，KA时，KA5.5.3当K3点发生三相短路时简化等值电抗图如图5所示。图5K3点短路等值电抗图 则有在S单独作用下时，稳态短路电流KA短路冲击电流KA在G作用下，为有限容量系统时，KAKA时，KA时，KA经过上列的计算，从而得出所有的数据都将用于设计第六章节的设备选择与校验之中。

6主要电气设备的选择6.1电气设备选择原则系统设计时根据计算数据或根据电厂设计建设地理位置及环境的条件正确选择出电气设备对于系统供配电的安全可靠性，经济性有着重要影响REF_Ref24187\r\h。按照具体的环境条件选择设备型别，有户内/户外式。按照正常工作选择，按照短路故障状态选择。按照短路条件，通过动热稳定校验电气设备。6.2高压电气设备选择与校验条件对于此次设计的发电厂，其具体的地理位置已经由原始资料概括说明，是宜宾市下属辖区，位于四川的东南部，受维度和地理位置的影响，典型的亚热带季风气候，夏季热而长，冬季冷而短。年平均气温在18℃，降水丰富，尘污程度很低，所在地是山区，风量不大，风速也低。此次设计设备选型的外部条件也就根据这些因素从而选择，而内部条件就是以设备的具体参数从而决定。则选型条件有：按工作环境条件包括温度、湿度、海拔、大气条件、尘污等。按正常条件包括额定电压、额定电流、频率。开断闭合电流等。按短路计算电流校验。6.3各线路隔离开关的选择6.3.1发电机G1、G3出线至10KV母线处正常工作状态下按照额定电压选择 ， (6-1)KV正常工作状态下按照额定电流选择 , (6-2)KA据以上计算数值，可选隔离开关GN6-10/600-80，其参数如表3所示REF_Ref22325\r\h。表3隔离开关GN6-10/600-80的参数型号额定电流（A）额定电压（KV）热稳定电流（KA）允许电流峰值（KA）GN6-10/600-806001020（4S）52点短路时，按照热稳定校验短路电流热效应:又因工程上取，所以有 (6-3)KA2.S满足热稳定的条件是： (6-4)KA2.S所以满足条件选定。按照动稳定校验满足动稳定的条件是：或。——冲击电流幅值；——冲击电流有效值 (6-5)为冲击系数;则有KAKA。6.3.2发电机G2、G4出线至10KV母线处正常工作状态下按照额定电压选择KV正常工作状态下按照额定电流选择KA据以上计算数值，可选隔离开关GN6-10T/600-80，其参数如表4所示。表4隔离开关GN6-10T/600-80的参数型号额定电流（A）额定电压（KV）额定开断电流（KA）热稳定电流（KA）允许电流峰值（KA）GN6-10T/600-80600103020（4S）80短路电流热效应:又因此时取，所以有KA2.S满足热稳定的条件是：KA2.S。所以满足条件选定。按照动稳定校验满足动稳定的条件是：或。则有KAKA。所以满足条件选定。则发电机至10KV母线与10KV母线至主变压器线路上可以选用同样类型的隔离开关。6.3.3主变压器至110KV母线处正常工作状态下按照额定电压选择KV正常工作状态下按照额定电流选择KA据以上计算数值，可选断路器GW4-110D/1000-80，其参数如表5所示。表5隔离开关GW4-110D/1000-80的参数型号额定电流（A）额定电压（KV）额定开断电流（KA）热稳定电流（KA）允许电流峰值（KA）GW4-110D/1000-8010001104021.5（5S)80点短路时，按照热稳定校验短路电流热效应:又因工程上取，所以有KA2.S满足热稳定的条件是：KA2.S所以满足条件选定。按照动稳定校验满足动稳定的条件是：或。。则有KAKA。所以满足条件选定。同理对称计算，110KV母线出线处也可选定同样的隔离开关。6.4高压断路器的选择6.4.1发电机G1、G3出线至10KV母线处正常工作状态下按照额定电压选择KV正常工作状态下按照额定电流选择KA据以上计算数值，可选隔离开关SN10-10Ⅰ/630，其参数如表6所示。表6断路器SN10-10Ⅰ/630的参数型号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流（KA）热稳定电流（KA）允许电流峰值（KA）SN10-10Ⅰ/630106301616（2S）40点短路时，按照热稳定校验短路电流热效应:又因工程上取，所以有KA2.S满足热稳定的条件是：KA2.S所以满足条件选定。按照动稳定校验：满足动稳定的条件是：或。则有KAKA。6.4.2发电机G2、G4出线至10KV母线处正常工作状态下按照额定电压选择KV正常工作状态下按照额定电流选择KA据以上计算数值，额定电压等级可选10kV可选断路器SN10-10Ⅰ/630REF_Ref22325\r\h，其参数如表7所示。表7断路器SN10-10Ⅰ/630的参数型号额定电流（A）额定电压（KV）额定开断电流（KA）热稳定电流（KA）允许电流峰值（KA）SN10-10Ⅰ/630630101616（2S）40点短路时，按照热稳定校验短路电流热效应:又因此时取，所以有。KA2.S满足热稳定的条件是：KA2.S。所以满足条件选定。按照动稳定校验满足动稳定的条件是：或。则有KAKA。所以满足条件选定。同理计算可知，10KV母线至主变压器线路上可以选用同样类型的断路器。6.4.3主变压器至110KV母线处正常工作状态下按照额定电压选择KV正常工作状态下按照额定电流选择KA据以上计算数值，可选断路器GW4-110D/1000-80，其参数如表8所示。表8断路器GW4-110D/1000-80的参数型号额定电流（A）额定电压（KV）额定开断电流（KA）热稳定电流（KA）允许电流峰值（KA）SW6-110/1600-80160011031.531.5（4S)80点短路时，按照热稳定校验短路电流热效应:又因工程上取，所以有KA2.S满足热稳定的条件是：KA2.S所以满足条件选定。按照动稳定校验满足动稳定的条件是：h或。则有KAKA。所以满足条件选定。同理，在110KV母线出线处也可选定同样的隔离开关。6.5电流互感器的选择电流互感器变比多级，据负荷计算电流选定互感器变比。6.5.1发电机G1、G3出线至10KV母线处额定电压KV线路额定电流KA则一次额定电流应为400变比为400/5可选电流互感器LZZBJ9-10A、B、C-400/5，其参数如下表9。表9电流互感器LZZBJ9-10A、B、C-400/5的参数型号额定电流（A）额定电压（KV）短时热稳定电流（KA）动稳定电流（KA）LZZBJ9-10A、B、C-400/5400/51063157.5点短路时，按照热稳定校验短路电流热效应:又因此时取，所以有。KA2.S满足热稳定的条件是：KA2.S。所以满足条件选定。按照动稳定校验满足动稳定的条件是：或。则有KAKA。满足条件选定。同理对称计算，10KV母线至主变压器可以选用同样类型的电流互感器。6.5.2发电机G2、G4出线至10KV母线处额定电压KV线路额定电流KA则一次额定电流应为800变比为800/5可选电流互感器LZZBJ9-10A、B、C-800/5，其参数如下表10。表10电流互感器LZZBJ9-10A、B、C-800/5的参数型号额定电流（A）额定电压（KV）短时热稳定电流（KA）动稳定电流（KA）LZZBJ9-10A、B、C-800/58001063（2S）130点短路时，按照热稳定校验短路电流热效应:又因此时取，所以有。KA2.S满足热稳定的条件是：KA2.S。所以满足条件选定。按照动稳定校验满足动稳定的条件是：或。则有KA。所以满足条件选定。6.5.3主变压器至110KV母线处额定电压KV线路额定电流KA则一次额定电流应为150变比为150/5。可选电流互感器LVQB-110W3，其参数如下表11。表11电流互感器LVQB-110W3的参数型号额定电流（A）额定电压（KV）动短时热稳定电流（KA）动稳定电流（KA）LVQB-110W350-5000/511040（3S）100点短路时，按照热稳定校验短路电流热效应:又因工程上取3s＞1s，所以有。KA2.S满足热稳定的条件是：KA2.S所以满足条件选定。按照动稳定校验满足动稳定的条件是：或。则有KA。所以满足条件选定。同理，在110KV母线出线也可选定同样的电流互感器。

7继电保护配电装置的选择继电保护配置应该具有速动性、可选择性、快速性REF_Ref4007\r\h；能够正确且迅速地将故障从系统中切除，使得其他部分可以继续正常工作。7.1发电机保护本设计电厂发电机组是两台5MW和两台10MW的水轮发电机，应当在其出线设置纵差动保护；启动电流整定原则是躲过发电机额定工况下差动回路中的最大不平衡电流REF_Ref24503\r\h。 （7-1）是可靠系数，一般取1.5;取0.06Ign；取0.1Ign。则拐点电流整定，;灵敏度;计算得出满足灵敏度的要求。7.2输电线路保护线路继电保护一般选用纵联差动保护，用数据通信通道将装置连接起来，进行比较两端此时的各种电气量。保护线路应满足灵敏度，根据之前短路电流计算可知，,即可知远远大于2，满足灵敏度要求。7.3母线保护动作电流KA灵敏度要求计算满足灵敏度要求。7.4变压器保护常用变压器保护方式瓦斯保护：变压器故障电流作用于油和和绝缘材料，分解会产生气体，气体继电器反应动作。轻瓦斯动作发出警告信号，重瓦斯动作瞬时跳闸。纵差动保护：动作断开变压器外部断路器。

8防雷保护设计雷击侵害主要有直击雷过电压与侵入波过电压两类。雷电放电产生的过电压最高可达百万伏特，如此高电压会直接将设备击穿，形成线路闪络。因此防雷保护的设计就非常非常重要。8.1防直击雷保护一般用作防直击雷保护的设备是避雷针、避雷线和接地装置。原理是吸引雷电流，使其流经避雷针或避雷线，经接地装置泄入地底。避雷针装设装设单只避雷针当当hx是被保护建筑物物的高度（m）h是避雷针的高度（m）P是高度影响因素，当m时，；装设两只等高避雷针时：上方保护范围底部边缘距离地面最低点：D是两根避雷针之间的距离；要求：，。因在实际设计电厂中，此小型电厂最高建设高度以坝体以上工作管理建筑体高仅为12m；坝体横跨距离为40m，纵向距离10m。计算结果如下表12所示。避雷针数避雷针高度（m）被保护物高度（m）两避雷针等效间距（m）保护最低高度（m）保护半径（m）12012012812312012111251201213.51301201221220121018.578220121517.858220122017.148220122516.428220123015.718表12防雷保护算结果（单位：米）由上表可知，方案四、方案九、方案十满足防雷保护要求。要使得保护有一定裕度，则选定方案十作为最终避雷针设计方案。避雷线装设：在有必要设防雷保护的架空线路上一般增设避雷线，当其保护角处于20°至30°时，即可以认为线路已经得到可靠保护。避雷器装设：根据实际所处区域，雷暴天气比较活跃，要求保护性能最好，则选定ZnO避雷器做主要避雷器。8.2防雷保护接地水电站需要良好的防雷接地系统，故根据要求铺设厂内系统的接地网，一般由扁钢水平铺设。避雷针，避雷线再接于其上集中通过接地体接地以满足接地要求。总接地电阻估算土壤电阻率计算取雷雨季节中的最大可能数据，根据实际雷雨季节测得数据Ω·m；即Ω8.3接地体选择根据环境因素的不同从而选择不同的接地体，可分自然接地体和人工接地体。自然接地体是在在一些工程项目建设中的一些金具构件，比如建筑大楼的混凝土钢材，市政工程金属管道，线路杆塔的直接接地部分；人工接地是人为的利用各类钢材埋入地下形成接地网而实现接地。根据现场，设计采用镀锌角钢垂直接地，钢体之间距离2.5m,将接地体埋入地下深1.0-1.5m。

9总结设计正文及此就结束了，是对四年所学的概括，也是对于四年学习生涯的一个总结。完成一个设计其实最重要的就是设计过程中的数据、图表，可以用来说明本人是认真进行毕业设计的；此次设计中，在张老师的精心指导下，所有安排都如期进行完成。在进行设计，开始时根据所确定的这个题目，先在网上的文献数据库中找到相应的专业的文献资料搜集，分类阅读；再进行综合实地调查研究，原始数据获取，然后才进行基本的设计计算，最后完成图纸的绘制。在设计过程中也认识到自己还有很多缺点，实践设计经验也不足，需要一边学习一边实践；有时候在进行时中，自己总会拖沓，工作积极性不够，效率也不高；在今后的工作中，我会努力提高自己，学习更多行业专业的规范，合理安排时间进行工作任务或生活任务，改进工作习惯，提高做事效率。我相信通过领导帮助，前辈教导和自身努力，一定会更好更快的提高自己的综合素质和工作能力，做出自己最大的努力为以后的发展铺下坚实的基垫。

参考文献[1]祝玉红.电气工程及其自动化的智能化技术应用探讨[J].中国设备工程,2021(08):182-183.[2]王淇.电气工程及自动化发展方向浅析[J].中国设备工程,2021(07):234-235.[3]李野.电力系统10kV配电线路的合理选择与设计要点分析[J].中国设备工程,