水力发电厂主接线图_中华文本库
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鄂ICP备：1562031本 科 毕 业 设 计（论 文）4×50MW 水电站电气部分设计XXX指 导 教 师 专 业 年 级 学 号XXXX 电气工程及其自动化 XXXXX二〇一二年十二月 中国 昆明河海大学河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书摘要本设计为4×50MW 的水力发电厂的电气部分（发电机、变压器、电气一次主接线及屋外升压站 配电装置等）进行初步设计，初步设计内容包含屋外升压站所电气设计，新建4×50MW的水电厂， 分为三个电压等级。以一回220Kv电压等级的架空线路输入系统，两回110Kv电压等级的架空线路供 地方用电，10Kv系统为水电厂自用电。220Kv采用单母线接线，110Kv侧采用单母线分段接线，安装 两台SFPS7-0三绕组变压器。通过对原始资料的详细分析，并结合设计任务书的要求， 进行了电气主接线方案的技术经济比较；地区负荷的设计计算；短路电流计算；主要导体和电器设 备的选择和校验；配电装置、防雷设计、继电保护规划设计，最后编制了设计说明并绘制了主接线。 通过对此次设计的训练，进一步巩固加深了所学的专业基础知识和专业技能，培养了使用规范化手 册、规程等基本工作实践能力。关键词：水电站 电气主接线 短路电流 设备选型 防雷 继电保护电本 12 级XXX河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书前言1.1 设计目的和意义一、 毕业设计的目的和意义毕业设计是在完成全部专业课基础上进行的最后一个实现培养目标的一个重要教学环节，是培 养学生综合素质和工程实践能力的教育过程，对学生的思想品德、工作态度、工作作风和独立工作 能力具有深远的影响。通过前期对专业课的学习以及实习活动，使其对电能的生产、分配和输送过 程有了全面的了解，但对电厂接入系统的方式，短路电流的计算、电气设备以及载流导体的选择以 及配置情况只停留在理论水平。 通过毕业设计应达到以下要求： 1、所以通过毕业设计的训练，进一步巩固和加深所学的理论知识、基本技能，使之系统化和 综合化。 2、培养我们独立工作，独立思考并运用所学的知识解决实际工程技术问题的能力。 3、结合设计课题培养我们独立获取新知识的能力，进一步掌握扩大所学专业知识。 4、通过毕业设计的训练，使我们树立起具有符合国情和生产实际的正确的设计思想和观点； 树立起严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索并具有创新意识及与他人合作的工作作风。1.2 原始资料及设计任务要求一、原始资料分析1、原始资料 待设计发电厂装机容量为 4×50MW , 功率因素 0.8，厂用电率 1.4%，Tmax 小时为 4600。 机组 台数： 台 利用小时数： 4 4600 小时/年。 供电距离： 120Km。 地区负荷的最大负荷占电站装机的 25%， 地区负荷功率因素 0.8，地区负荷供电距离 20Km。一、二类负荷占总负荷的 70%。 1、 成果提交 （1） 设计说明书及计算书 1 份 （2） 电气主接线图 1 份（采用 1 号图纸手绘或者 CAD 图 A3 号图纸打印）二、设计任务1、电气主接线设计，论证设计的主接线为最佳方案；电本 12 级XXX河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书2、电厂发电机参数计算及发电机选择； 3、主变压器参数计算、比较、连接方式比较及主变压器选择； 4、发电厂地区负荷计算、连接方式优化设计； 5、发电厂厂用电接线设计，选择厂用变压器的台数及容量； 6、短路电流计算； 7、导体和电器设备选择； 8、高压配电装置设计； 9、发电厂继电保护及自动装置配置； 10、变电站防雷保护设计。三、初拟定设计内容1、 设计参数 （1） Ⅰ类负荷方案表1 Ⅰ类负荷方案参数序 号 01类 型 水电机组容 量（MW） 4×50cos? 0.8厂用电送电距Tmax小时 4600系统 220 kV 或 110kV S (MVA) ? X 0率（%） 离 （km） 1.4 120（2） 地区负荷方案表2 地区负荷方案参数序号 07类 型cos? 0.8送电距离 （km） 20 S (MVA) ?系统 35kV 或 110kV X 02、 电力系统与本厂连接情况 （1） 发电厂在电力系统中的地位和作用： 中小型 （2） 发电厂在联入系统中的电压等级 220kV 及出线回路 1 回。 （3） 发电厂地区负荷电压等级 110kV 及出线回路 2 回。 （4） 电力系统总装机容量 200MW 系统标幺电抗 X*=0。 3、 电力负荷水平 （1） 厂用电率：1.4%。 高压负荷：220kV 电压级：1 个；出线回路：1 回，为 I 类负荷，最大输送功率：150MW，中压 负荷：110kV 电压级：1 个；出线回路：2 回，为地区负荷，最大输送功率：50MW ，Tmax：4600h 。 4、设计自然条件：海拔 ? 1000m ， 本地区污秽等级 2 级，地震裂度? 5 级，最高气温 32?C，电本 12 级XXX河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书最低气温 -2?C，平均温度 15?C，最大风速 2m/s，其他条件不限。 5、设计任务 待设计水电站与系统连接分析；水电站电气主接线方案优化设计，绘制电气主接线图；水电站 地区负荷接线优化设计；站用电接线优化设计； 短路电流计算；水电站导体和电气设备选择设计； 水电站高压配电装置设计，水电站过电压保护及防雷规划设计，水电站仪表与继电保护配置规划设 计，绘制保护配置图；编制设计说明书（含计算书） 。电本 12 级XXX河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书 目 录摘 前要 言 1.1 设计目的和意义 1.2 原始资料及设计任务要求第 1 章 发电厂电气接线优化设计 ................................ 1 1．1 电气主接线设计概述 .................................... 1 1．2 电气主接线的初步方案选择设计 .......................... 3 1．3 电气主接线方案经济选择技术比较 ....................... 10 1．4 最优电气主接线方案确定 ............................... 10 1．5 发电机和主变压器选择 ................................. 13 1．6 厂用电设计 ........................................... 16 1．7 最优电气主接线绘制 ................................... 17 第2章 短路电流计算 ....................................... 192．1 短路电流计算概述 ..................................... 19 2．2 短路电流计算过程 ..................................... 21 2．3 短路电流计算成果 ..................................... 30 第3章 导体和电器选择 ...................................... 323．1 导体和电器选择设计概述 ............................... 32 3．2 导体的选择与校验 ..................................... 33 3．3 主要电器设备选择和校验 ............................... 39 3．4 导体和电器选择成果表 ................................. 56电本 12 级WTS河海大学第4章《水电站工程电气部分设计》说明书高压配电装置优化设计 ................................ 584．1 高压配电装置概述 ..................................... 58 4．2 高压配电装置优化设计 ................................. 58 4．3 高压配电装置总平面布置要求 ........................... 59 第 5 章 防雷保护和接地装置设计 ............................... 59 5．1 发电厂过电压及防护分析 ............................... 59 5．2 避雷器的规划与选择 ................................... 60 5．3 避雷针规划设计及保护 ................................. 63 第 6 章 仪表与继电保护配置规划设计 ........................... 65 6．1 仪表与继电保护配置规划 ............................... 65 6．2 继电保护配置规划设计 ................................. 65 结 论 ..................................................... 67参 考 文 献 ................................................. 71 附 录 ..................................................... 72电本 12 级WTS河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书第 1 章 发电厂电气接线优化设计1．1 电气主接线设计概述发电厂电气一次接线是电力系统网络结构的重要组成部分，它直接影响运行的可靠性、灵活 性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性关系。在设计 时应同时考虑水电站主接线的可靠性，灵活性和经济性，制定出最佳方案。1.1.1 主接线的设计依据在选择电气主接线时，就以下列各点作为设计依据；一、发电厂在电力系统中的地位和作用1. 电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力 发电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330～500kV高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110～ 220kV，也有接入330kV；企业自备厂则以对本企业供电供热为主，并与地区110～220kV系统相连。 中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。 2. 发电厂电气主如此线电气主接线方案的选择，主要决定发电厂的类型、工作特性、发电厂的 容量、发电机和主变压器的台数和容量。发电厂由于在电力系统中地位和作用不同，其电气主接线 的可靠性和经济性的要求也不同。二、发电厂的分期和最终建设规模1. 发电厂的机组容量，就根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择， 最大装机容量以占系统总容量的8～10％为宜。一个厂房内的机组，其台数以不超过6台、容量等级 以不超过两种为宜。 2. 发电厂建设规模应根据电力系统5～10年发展规划进行设计。为了保证对用户供电的可靠 性，在一期工程的设计中，发电厂的主变压器不应少于两台。三、负荷大小和重要性1. 对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能够保证对全部一级 负荷不间断供电。 2. 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部 分二级负荷的供电。 3. 对于三级负荷一般只需一个电源供电。四、系统备用容量大小1. 系统中需要有一定的发电机装机备用容量。运行备用容量不宜少于8～10％，以适应负荷突电本 12 级WTS第 1 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书增、机组检修和故障停运三种情况。 2. 装机有两台（组）及以上主变压器的发电厂，当其中一台事故断开时，其余主变压器的容 量应保证该发电厂的70％的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级 负荷供电。 系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。例如：检修母线或断路器时，是否允许线路、 变压器和发电机停运：故障时允许切除的线路、变压器各机组的数量等。设计主接线时，应充分考 虑这个因素。1.1.2 主接线设计和基本要求我国电气设计的技术规程规定：“主接线应根据发电厂电力系统中的地位、回路数、设备特 点及负荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节省投资等要求”。以下 就可靠性、选择性、灵活性和经济性要求说明。一、可靠性供电可靠是电力生产和分配的首要要求电气主接线必须满足这个要求。 研究主接线可靠性应注意的问题 1. 应重视国内外长期运行的实践经验及可靠性的定性分析。 主接线可靠性的衡量标准是运行实 践，至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚不完善，计算结果不够准确，因而目前仅作 为参考。 2. 主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。 3. 主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气可以简化接线。 4. 要考虑所设计发电厂在电力系统中的地位和作用。二、灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 1. 调度时，应可以领土后地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在 事故运行方式下的系统调度要求。 2. 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网 的运行和对用户的供电。 3. 扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况 下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。三、经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。 1. 投资省1）主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。电本 12 级WTS第 2 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。 3）要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。 2. 占地面积小主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。 3. 电能损耗少经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量，在避免因两 次变压增加电能损耗。 此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂接入系统的 电压等级一般不超过两种。1.1.3 电气主接线设计的原则电气主接线的设计是发电厂和变电站设计的主体。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资 料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方 式等有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂的具体情况，全面分析有关影 响因素，正确处理他们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。 电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据， 以国家经济建设的方针、 政策、 技术规定、 标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾 运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可 靠、先进、适用、经济、美观的原则。 在工程设计过程中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的。它将根据国家 经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计电厂的容量、机组台数、电压等级、出线回路数、 主要负荷要求、电力系统参数和对电厂的具体要求，以及设计的内容和范围。这些原始资料的设计 的依据，必须进行详细的分析和研究，从而可以初步拟定一向主接线方案。国家方针政策、技术规 范和标准是根据国家实际状况，结合电力工业的技术特点而制定的准则，设计的主接线应满足供电 可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。设计时，在进行论证分析阶段，更应合理地统一供电 可靠性与经济性的关系，以便于使设计的主接线具有先进性和可行性。1．2 电气主接线的初步方案选择设计1.2.1 原始资料待设计发电厂装机容量为 4×50MW, 功率因素 0.8，厂用电率 1.4%，Tmax 小时为 4600。1.2.2 输出电压选择根据题目所给Ⅰ类负荷输送距离 120km，输送容量 150MW，查发电厂电气设计守则 P46电本 12 级WTS第 3 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书表 1-1 220Kv 线路电压等级选择额定电压（kV） 110 220输送容量（MW） 10 ? 100 100 ? 500输送距离 km 50 ? 150 100 ? 300根据上表，选择Ⅰ类负荷出线电压等级为 220kV。 根据题目所给地区负荷输送距离 20km，输送容量 50MW，查发发电厂电气部分 P7表 1-2 110Kv 线路电压等级选择额定电压（kV） 35 110输送容量（MW） 2 ? 10 10 ? 50输送距离 km 20 ? 50 50 ? 150根据上表，选择地区负荷出线电压等级为 110kV。1.2.3 确定出线回路数由于电厂的总容量为（200MW） ，Ⅰ类负荷输送容量 150MW ，地区负荷输送容量 50MW ， Tmax 等于 4600 小时/年，线路传输的功率不大，但同时考虑系统情况，参照已投运的相同容量的电 厂与系统连接情况并查资料 P. [46]附录附表 1-6、1-7、 1-8 P.[52] 附录 附表 1-33 ，根据以上选择 的电压等级，确定出线回路数。 出线回路数= 输送容量/经济容量取接近的整数值。 Ⅰ类负荷：150∕200=0.75 地区负荷：50∕30=1.7 因此，取1回出线因此，取2回出线1.2.4 发电厂主接线的设计 一、220KV侧接线方案Ⅰ 单母线接线电本 12 级WTS第 4 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图 1-1单母线接线这种主接线最简单。 1. 优点：接线简单清晰， 设备最少，投资低，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装 置。隔离开关仅仅用于检修，不作为操作电器，不易发生误操作。 2. 缺点：但是可靠性不高，不够灵活。断路器检修时该回路停电，母线或母线隔离开关故障 或检修时则需全部停电。 方案Ⅱ 单母线分段接线这种接线广泛用于中、小容量发电厂的6—10KV接线和6—220KV变电站中。在正常运行时，双电 源进线，母线分段运行。当其中一条进线故障时，通过另一段母线供电；当其中一段母线故障时， 不必整段母线停电，运行方式灵活、可靠，但是这种接线方式占地面积大，投资大。 单母线分段接线的优点： 1、用短路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两 个回路，有两个电源供电； 2、用一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保 证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电； 单母线分段接线的缺点：图1-2 单母线分段接线1、当一段母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电； 2、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越； 3、扩建时需向两个均衡扩建。 适用范围： 1）6~10KV配电装置,出线回路数为6回及以上时；电本 12 级WTS第 5 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书2）35~63KV配电装置,出线回路数为4~8回时；3）110~220KV配电装置,出线回路数为3~4回时；（经济性，设备相对少，投资小，年费用小， 占地面积相对小）方案III桥型接线这种接线方式， 当只有两台变压器和两条输电线路时并有 大容量穿越功率通过， 采用桥型接线。 桥型接线具有工作可靠、 使用的电器少，装置简单清晰和建造费用低等优点，并且它特图1-3 桥型接线别容易发展成为单母线分段或双母线接线。因此，为了节省投资，建造初期负荷小，出线条数不多， 宜采用这种接线方式。 比较之后，采用单母线接线的方式接线。二、方案比较表1-3 方案1，方案2，方案3比较比较方案1 两个电源供电；接线简单清晰，，投方案2 母线及母线隔离开关故障时只资低，操作方便，隔离开关仅用于检修， 停故障母线另一段母线可继续运 可靠性 不作为操作电器，不易发生误操作。 行。当一段母线隔离开关故障或检 修时，该段母线的回路都要在检修 期间内停电；当出线为双回路时， 常使架空线路出现交叉跨越。 经济性 所使用开关设备最少，及占地面积小 使用开关相对较多和占地面积 相对较大 特 别 容 易 发 展 成 为双 母线 接 线，但扩建时需向两个均衡扩建。灵活性 比较 可靠性 经济性 灵活性接线简单，操作方便，运行方式唯一 方案3母线检修进行不停电操作；一组母线故障能迅速 恢复供电。 所使用设备最少，投资低。 便于扩建，也便于采用成套配电装置。此电厂220Kv出线回路少，其装机容量小，可靠性和灵活性要求相对较低，采用单母线接线便能 满足要求。电本 12 级WTS第 6 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书签于以上比较220kV系统宜采用单母线分段或单母线接线方式， 但由于此电站四台机组， 装机容 量不大，220kv侧出线回数为一回，机组台数不多，从可靠性、经济性和灵活性等各方面考虑，采用 单母线分段接线能满足可靠性要求，但投资太大，使用设备较多，占地面积大，宜采用单母线接线 方式较能满足要求。 比较之后，采用单母线接线的方式接线。三、110KV侧接线方案Ⅰ 单母线分段接线这种接线广泛用于中、小容量发电厂的6—10KV接线和6—220KV变电站中。在正常运行时，双电 源进线，母线分段运行。当其中一条进线故障时，通过另一段母线供电；当其中一段母线故障时， 不必整段母线停电，运行方式灵活、可靠，但是这种接线方式占地面积大，投资大。 单母线分段接线的优点： （1） 用短路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出 两个回路，有两个电源供电； （2） 用一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除， 保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 单母线分段接线的缺点：图1-4 单母线分段接线（1） 当一段母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电； （2） 当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越； （3） 扩建时需向两个均衡扩建。 适用范围： 1）6~10KV配电装置,出线回路数为6回及以上时； 2）35~63KV配电装置,出线回路数为4~8回时； 3）110~220KV配电装置,出线回路数为3~4回时。（经济性， 设备相对少，投资小，年费用小，占地面积相对小） 方案II 桥型接线图1-5 桥型接线这种接线方式， 当只有两台变压器和两条输电线路时并有大容量穿越功率通过， 采用桥型接线。 桥型接线具有工作可靠、 使用的电器少， 装置简单清晰和建造 费用低等优点，并且它特 别容易发展成为单母线分段或双母线接线。 因此， 为了节省投 资，建造初期负荷小，出线条数不多，宜采用这种接线方式。 方案III 双母线接线 双母线的两组母线同时工作， 并通过母线联络断路器并联 运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。接线复杂，操作时较麻烦，图1-6 双母线接线电本 12 级WTS第 7 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书母线隔离开关使用较多，投资大。占地面积较大。由于母线继电保护的要求，一般某一回路固定与 某一组母线连接，以固定连接的方式运行。其供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于试验的优点有 其独到的地方。 比较之后，采用单母线分段接线的方式接线。四、方案比较表1-4 方案1，方案2，方案3比较比较方案1 两个电源供电； 用一段母线方案2 母线及母线隔离开关故障时只停故障母 线另一段母线可继续运行。可靠性发生故障，分段断路器自动将故 障段切除，保证正常段母线不间 断供电和不致使重要用户停电。经济性 灵活性 比较 可靠性 经济性 灵活性所使用开关及占地面积小 接线简单，操作方便，运行 方式唯一 接线使用开关和占地面积相对较大。 特别容易发展成为单母线分段或双母线方案3 母线检修进行不停电操作；一组母线故障能迅速恢复供电。 接线复杂，操作时较麻烦，母线隔离开关使用较多，投资大。 各个电源和回路负荷可以分配到某一组母线上，其供电可靠、调度灵活、 扩建方便、便于试验的优点有其独到的地方。此电厂110Kv出线回路较少，地区负荷容量较大，可靠性和灵活性要求相对较高，采用单母线分 段接线便能满足要求。 签于以上比较110kV侧系统宜采用双母线或单母线分段接线方式，但由于此电站四台机组，地区 负荷较大，110kv侧出线回数为2回，从可靠性、经济性和灵活性等各方面考虑，采用双母线接线能 满足可靠性要求，但不能满足经济性要求，宜采用单母线分段接线方式较能满足要求。 比较之后，采用单母线分段接线的方式接线。 通过以上方案的比较，220kV系统侧采用单母线接线的方式接线；110kV系统侧采用单母线分段 接线的方式接线。综合后确定本电厂的电气主接线接线方案。1.2.5 确定电气主接线方案方案I电本 12 级WTS第 8 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图1-7主接线方案1方案II图1-8主接线方案2电本 12 级WTS第 9 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书1．3 电气主接线方案经济选择技术比较1.3.1 主接线方案的投资初步比较主接线方案的投资初步比较 （1） 方案Ⅰ P1= I 1 (1 ?a ) 100I—为主体设备的综合投资，包括变压器、开关设备、配电装置等设备的综合投资； a—为不明显的附加费用比较系数，110kV 取 220kV 的1 ，110kV 取 270。所以 110kV 取 90； 3查《发电厂电气部分课程设计参考资料》P31 页，表 2-4， 选取 2 台型号 SFL —20000 的变压器， 1 其综合投资为： 14.35×2=28.7（万元） 方案Ⅰ综合投资为：P1 ? I (1 ?（2）方案Ⅱa 30 ) ? 69.44 ? (1 ? ) ? 90.27 (万元 ) 100 100P2 ? I 2 (1 ?a ) 100查《发电厂电气部分课程设计参考资料》P31 页，表 2-4， 选取 4 台型号 SFL —10000 的变压器， 1 其综合投资为： 9.87×4=39.48（万元） 方案Ⅱ的综合投资为：p 2 ? I 2 (1 ?表 1-5a 30 ) ? 76.32 ? (1 ? ) ? 99.216 (万元 ) 100 100电气主接线经济比较成果表名称方案 90.027Ⅰ方案Ⅱ总计（万元）99.2161．4 最优电气主接线方案确定1.4.1 电气主接线电本 12 级WTS第 10 页共 72 页河海大学方案 I《水电站工程电气部分设计》说明书图1-9主接线方案1方案 II电本 12 级WTS第 11 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图1-10主接线方案21.4.2比 较电气主接线技术方案比较表 1-6 电气主接线技术经济比较方案Ⅰ 1） 220Kv 侧隔离开关仅仅用于 检修，不作为操作电器，不易发生方案Ⅱ 1）220Kv 侧，当一段母线隔离 开关故障或检修时，该段母线的回误操作。 110Kv 侧两个电源供电； 路都要在检修期间内停电； 110Kv 2） 2） 可靠性 供电可靠，一段母线发生故障，分 段断路器自动将故障段切除，保证 正常段母线不间断供电和不致使重 要用户停电。 侧接线复杂，使用开关多，操作时 比较复杂，容易发生误操作。双母 线在运行中需要隔离开关作为操作 电源，如果不按操作顺序，则会造 成严重后果。 灵活性 1）220Kv 侧接线简单清晰，操 1）调度灵活，各个电源和各电本 12 级WTS第 12 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书作方便，隔离开关仅用于检修，保 护配置相对简单。2）110Kv 侧各个 电源和回路负荷可以分配到某一组 母线上，其供电可靠、调度灵活、 扩建方便、便于试验的优点有其独 到的地方。一组母线故障能迅速恢 复供电。接线简单，操作方便，运 行方式唯一。 使用设备最少，投资低，占地 回路负荷可以任意分配某一组母线 上。 能灵活适应电力系统各种运 2） 行方式调度和潮流变化的需要。3） 接线复杂，配电装置较为复杂，操 作时较麻烦，母线隔离开关使用较 多；由于母线继电保护的要求，一 般某一回路固定与某一组母线连 接，以固定连接的方式运行。 使用设备多，双母线使用的母 线隔离开关多，投资大；占地面积 较大。经济性不好。经济性面积小，经济性较好。1.4.3 确定最优电气主接线通过上表可以看出，对于本电厂来说Ⅰ方案可靠性要比Ⅱ方案中高，使用设备相对要少，占地 面积较小，投资较小。Ⅰ、Ⅱ方案的灵活性相差不大。综上所述，决定用方案Ⅰ作本电厂的的主接 线方式。1．5 发电机和主变压器选择1.5.1 发电机选择及主要参数1、发电机选择根据设计题目所给参数：表 1-7 设计参数机组容量 （MW） 4×50cos? 0.8厂用电率 （%） 1.4送电距离 （km） 160Tmax小时 4600系统 220 kV 或 110kV S (MVA) 无穷 X 02、 查《电力工程电气设计手册》P178 页，选择 SF50-60/990 型作该电厂发电机，其参数如下：表 1-8 发电机型号选择容量 型 号 (MW )额定 电压 (kV) cosφ? X d? ? X d? %X*X2X2% X2*X0%X0X0*电本 12 级WTS第 13 页共 72 页河海大学SF50-60/990《水电站工程电气部分设计》说明书50 13.8 0.8 21.9 1.75 22.75 1.82 17 0.66发电机技术参数表 1-9 发电机参数发电机型号 额定容量（MVA） 功率因数 额定电压（kV）SF50-60/990 50 0．8 13.8确定发电机组额定容量50MW的发电机，台数4台，额定电压13.8kV，功率因素0.8。1.5.2 主变压器的选择及主要参数 一、变压器容量和台数选择原则主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基 本原始资料外，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，进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选得过大，台数过多，不仅 增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过大、 台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益； 若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者会满足不了变电站的负荷的需要，这 在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。 1.主变台数选择 在此设计中由于出线回数较多可选2台或3台主变压器，但由于发电机采用扩大单元接线，主变 只需选取2台。 2.变压器容量选择 根据《电力工程电气设计手册》[上]P214页，扩大单元接线变压器容量按发电机的额定容量扣 除本机组的厂用负荷后， 留有10%的裕度和按发电机输出最大连续输出容量扣除本厂机组的厂用电负 荷两者之和。Sj= =P(1 ? 1.4% ? 10%) P (1 ? 1.4%) + 0.8 0.8 50000(1 ? 1.4% ? 10%) 50000(1 ? 1.4%) + 0.8 0.8=131075KVA查《电气设备手册》P278，选择标准变压器： 型号：SFPS7-， 额定容量：120000KVA，额定电压：高压220,242±2×2.5％Kv， 中压电本 12 级WTS第 14 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书121Kv,低压10.5Kv，空载损耗：133KW,短路损耗：480KW，阻抗电压（Ud%）高低:22～24，高中12～ 24，中低7～9：空载电流 I%:0.8，连接组标号：YN,d11。二、变压器型式及结构的选择1.主变压器相数的选择 当不受运输条件限制时， 330KV 以下的变电所均应选择三相变压器。 在 而选择主变压器的相数 时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多， 运行损耗大， 同时配电装置以及继电保护和二次接线的复杂化， 也增加了维护及倒闸操作的工作量。 本次设计中的变压器用于发电厂升压变压器，而且容量小，其体积也相对较小宜选用三相变压 器。 2.绕组数的选择 在具有三种电压等级的变电所， 如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以 上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器，在此设计 中由于存在三种电压等级，并且变压器容量小，应优先选用三绕组变压器，但其电压等级为110kV、 35kV、10.5kV ，无此型号的变压器，所以选用三绕组220Kv、121Kv、13.8Kv变压器。 3.主变调压方式的选择 为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV 及以上网络电压应符合以下标准： （1） 枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而 定，可为电网额定电压的 1～1.3 倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制。在水平的 波动范围不超过 10%，事故后不应低于电网额定电压的 95%。 （2）电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行 电压正常情况下不应低于电网额定电压的 95%～100%。 通常，发电厂主变压器中很少用有载调压变压器，因为其电压可以通过调节发电机励磁来实现 调节电压，在此设计中主变为发电厂升压变压器，而且容量较小宜采用无载调压。 4.连接组别的选择 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。全星形接线虽然有利于 并网时相位一致的优点，而且全星形接法，零序电流没有通路，相当于和外电路断开，即零序阻抗 相当于无穷大，对限制单相及两相接地短路都有利，同时便于接消弧线圈限制短路电流。但是三次 谐波无通路，将引起正弦波的电压畸变，对通讯造成干扰，也影响保护整定的准确度和灵敏度。如 果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。 5.主变压器冷却方式的选择 主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。 自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。 强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套电本 12 级WTS第 15 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。 在此次设计中变压器容量为120000KVA，不宜采用自然风冷，采用水冷虽然运行维护费用高，但 此变压器容量相对大，要求散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸，所以选用强迫油循环水冷。1.5.3 变压器选择成果型号：SFPS7-， 额定容量：120000KVA，空载损耗：133KW,短路损耗：480KW，阻 抗电压（Ud%）高低:22～24，高中12～24，中低7～9：空载电流 I%:0.8， 冷却方式：强迫油循环 水冷；接线组别：YN，d11;1．6 厂用电设计1.6.1 厂用电设计要求厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问 题并积极采用新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进、保证机组安全、经济和保证机组 满发的运行。并且厂用电接线应满足以下要求： 各机组厂用电应独立，一台机组故障时，不应影响另一台机组的正常运行；充分考虑机组起动 和停运过程中的供电要求。 厂用电负荷由于未说明具体负荷表，此设计中按厂用电率进行计算（1.4%），并留10%的裕度计 算，所以厂用变压器的容量为 ST =(3)×1.4％×100％×10％ =539 根据《发电厂电气部分》[第三版]P152页，当变压器温度修正系数取1时，低压厂用变的容量 应大于或等于低压厂用变计算容量，由于本厂2台厂用变供电，所以上式计算容量满足要求。 查《电气设备手册》P362页，选择标准变压器型号为：SC10—630/13.8; 空载损耗：1.18KW,负载损耗：4.26KW， Ud%:4 额定容量：630KVA，I%:0.8; 接线组别：Y，yn0。1.6.2 励磁变压器要求励磁变压器设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起 的问题并积极采用新技术和新设备，经济合理，技术先进、保证机组安全、经济和保证机组满发的 运行。并且励磁系统应满足以下要求： 各机组励磁系统应独立，一台机组故障时，不应影响另一台机组的正常运行； 充分考虑机组起动和停运过程中的励磁要求。 励磁系统未说明具体负荷，设计中按励磁系统需求进行计算（0.7%），并留10%的裕度计算，励 磁变压器的容量为电本 12 级WTS第 16 页共 72 页河海大学ST《水电站工程电气部分设计》说明书=(5OOOO/0.8)x 1.6%x110% =583.2KVA当变压器温度修正系数取1时，励磁变的容量应大于或等于励磁变计算容量，由于本厂2台厂用 变供电，所以上式计算容量满足要求。 选择标准励磁变压器型号为：ZFCB9—630/13.8; 短路损耗：4KW， 额定容量：630KVA， 空载损耗：0.85KW,Ud%:5.97 I%:2.1; 接线组别：Y，d111.6.3 变压器选择成果表 1-10 变压器选择成果表容 量 变压器 型号 （k vA） 主变压器 SFP7— 20 SL1—250/10.5 ZFCB9—630/10. 5 额定电压 （KV） 高压 低压 损耗（W） 空载 短路 阻 抗电压 （%） 8 空载 接电流（%） 线组别22013.81500086001.0Y,d11厂用变压器13.80.4540340042.4Y，yno励磁变压器63013.80.4785045OO5.972.1Y,d111．7 最优电气主接线绘制1.7.1 电气主接线绘制电气主接线的绘制，用规定的设备图形和文字符号，按照各电气设备 实际的连接顺序绘制，并 且要标注出各主要设备的型号、规格和数量。由于三相系统是对称的，所以主接线图用单线来代表 三相，也称单线图。 绘制主接线图必须考虑可靠性、灵活性和经济性的要求。 供电可靠是能够长期、连续、正常地向用户供电。 灵活性要求： 1、 满足调度时的灵活要求。 2、 满足检修时的灵活要求。 3、 满足扩建时的灵活要求。电本 12 级WTS第 17 页共 72 页河海大学经济性要求：《水电站工程电气部分设计》说明书在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。 1、 努力节省投资。 （1） 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、电抗器等的高压设备数量力求较少，不要有多余的设备，性能也要适用即可。 （2） 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，并减少出线电缆的截 面。 （3） 要能使机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。 2、 努力降低电能损耗。应避免迂回供电增大电能损耗。主变压器的型号、容量、台数的选择 要经济合理。 3、 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。 根据以上要求，来确定主接线的最优方案，并画出主接线。图 1-11最优主接线电本 12 级WTS第 18 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书 第2章 短路电流计算2．1 短路电流计算概述2.1.1 短路概述在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常 见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设 备的正常运行。 短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点 接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地 短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态， 其他类型的短路都是不对称短路。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短 路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用 三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。短路是指电力系统正常运行情况以外的相与 相之间或相与地（或中性线）之间的连接。短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害。 在短路发生时，由于电源供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的短路电 流值大大增加，可能超过该回路的额定电流许多倍。短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应 会引起导体或其绝缘的损坏。且短路会引起电网中的低压降低，可能使部分用户供电受到破坏。还 会引起系统功率分布的变化，使发电机失去同步，破坏系统的稳定，引起大片地区停电。2.1.2 短路电流计算的目的和意义1.选择继电保护装置和进行整定计算。 2.在选择电气主接线，为了比较各种接线方案，确定某接线方案是否需要采取限制短路电 流的措施等，均需进行必要的短路计算。 3.在选择电气设备时，为了保证各种电气设备和载流导体在正常运行和故障情况下都能安 全、可靠的工作，同时又力求节约资金，就需要用短路电流进行计算。 4.设计屋外配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。 5.选择继电保护方法和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。6.确定分裂导线间隔棒的间距。 7.验算接地装置的接触电压和跨步电压。 8.选择继电保护装置和进行整定计算。电本 12 级WTS第 19 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书2.1.3 电力系统短路电流计算的条件1.正常工作时，三相系统对称运行 2.所有电源的电动势相位角相同。 3.系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效 应等影响；装子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差 1200电气角。 4.系统中各元件的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。 5.电力系统中所有电源都在额定负荷下运行， 其中 50%负荷接在高压母线上， 50%负荷接在系统 侧。 6.同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。 7.短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 8.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 9.除计算短路电流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。 10.元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 11.输电线路的的电容略取不计。 12 、用概率统计法制定短路电流运算曲线。2.1.4 短路计算一般规定1.验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划 内容计算，并考虑电力系统的远景规划（一般为本期工程建成后 5-10 年）。确定短路电流时，应 按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式。 2.选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，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的影响。 3.选择导体和电器时，对不带电抗值回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为 最大的地点。对带电抗器的 6-10 kV 出线与厂用分支线回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前 的引线和套管的计算短路点应该选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗 器后。 4.导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的 两相短路， 或中性点直接接地系统及自偶变压器等回路中的单相、 两相接地短路较三相短路严重时， 则应按严重情况计算。电本 12 级WTS第 20 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书2．2 短路电流计算过程在本设计中，按设计要求，短路电流计算将计算三相短路电流。短路电流计算时间为0s、0.1s、 0.2s、2s、4s（∞）。2.2.1 短路电流计算的方法（运算曲线法）本次设计课题中短路电流计算是应用运算曲线进行的标么值的近似计算，其基本计算步骤为： 1.网络化简，得到各电源对短路点的转移阻抗； 2.求各电源的计算电抗（将各转移阻抗按各发电机额定功率归算）； 3.查运算曲线，得到以发电机额定功率为基准值的各电源送至短路点电流的标么值； 4.求（3）中各电流的有名值之和，即为短路点的短路电流； 5.在要求提高计算准确度的情况下，可进行有关的修正计算。2.2.2 短路电流计算电抗图图 2-1220Kv 短路电流电抗图电本 12 级WTS第 21 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图 2-2110Kv 短路电流电抗图2.2.3 短路点选择220kV 短路时，母线三相短路流过短路电流最大，220kV短路点选于220kV母线上D2点，110kV 短路时流过母线短路电流最大，但由于两段母线完全对称，两段对称只设一个短路点D4点，13.8kV 短路时流过母线短路电流最大，但由于两段母线完全对称，两段对称只设一个短路点D1点；13.8kV 短路时流过机组短路电流最大，短路时流过机组最大短路电流相等，只设一个短路点D3点。2.2.4 计算各电抗标么值Ue=13.8 查电力工程电气设备手册上册得到：Uj=Up=1.05×13.8=14.49 kV Ij=5.5kA 取S j =100MVA, U B =U p? X 1 = X 2 =X 3 = X 4 = X d * ? X d?''SB 100 ? 0.2083? ? 0.3332 PN / cos? 50 / 0.8X5 = X6 =Ud % Sj SNSj SN==8%×100 =0.5 16X 7 =X 8 = X d %19.6 100 ? =3.14 100 5 / 0.8电本 12 级WTS第 22 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书Sj SN12 100 ? =1.92 100 5 / 0.8X 9 =X 10 = X 11 = X 12 = U d %=X 13 = X 14 = U d %Sj SN=5.5%×100 =2.75 2X 15 = X 16 = U d %Sj SN=4%×100 =32 0.1252.2.5 网络图简化1、d1点短路时图 2-3d1 点短路电流电抗图X 17 = X 1 //X 2 //X 3 //X 4 =0.083 X 18 = X 16 // X 19 =32//2.07=8.518 2、d2点短路时电本 12 级WTS第 23 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图 2-4d2 点短路电流电抗图X 21 = X 7 // X 8 = X 20 =3.14 =1.57 2X? X // X 17 ? X 5 0.408 ? 0.5 = 15 = =3.53 X 15 // X 17 8.021 Xn? X 15 32 XmXn? Xm X?=X 25 =X 15 // X 17 ? X 5 0.408 ? 0.5 = =0.009 X 15 // X 17 8.021 X 17 0.083由于X 21 =14.5,所以根据《发电厂及变电所电气部分毕业设计》P37页对G1∽G2、G3∽G4进行合 并 X 22 = X 19 //X 21 =1.57//2.07=0.91 3、d3点短路时电本 12 级WTS第 24 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图 2-5 d3 点短路电流电抗图X 23 =X? X // X 22 ? X 11 1.1 ? 1.92 = 20 = =9.65 X 20 // X 22 1 .1 Xn? X 20 3.53 XmX? X // X 22 ? X 11 1.1 ? 1.92 = 20 = =2.498 X 20 // X 22 1 .1 Xn? X 22 0.91 XmX 24 =4、d4点短路时电本 12 级WTS第 25 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图 2-6d4 点短路电流电抗图X 27 = X 9 // X 10 = X 26 =1.92 =0.96 2X? X // X 19 ? X 5 0.083 ? 0.5 = 17 = =0.09 0.538 X 17 // X 19 Xn? 0.083 X 17 XmXn? Xm X?=X 25 =X 17 // X 19 ? X 5 0.083 ? 0.5 = =2.24 0.538 X 17 // X 19 2.07 X 195、Y/△变换得下网络图电本 12 级WTS第 26 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图 2-7220Kv Y/△变换网络图图 2-8110Kv Y/△变换网络图2.2.6 计算电抗 X js =X mdSd Sj电本 12 级WTS第 27 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书js =1.035 ?d1：发电机X(4 ? 50) / 0.8 =2.58 100 (4 ? 50) / 0.8 =3.525 100d2：发电机Xjs =1.41×d3：发电机Xjs =13.8 ?(4 ? 50) / 0.8 =34.5 100 (4 ? 50) / 0.8 =1.8 100d4：发电机Xjs =0.72×2.2.7 各短路点短路电流折算至计算电抗的标么值根据《发电厂及变电所电气部分毕业设计指导》P37页，由无限大容量电源供给的短路电流可以 认为其周期分量不衰减，其短路电流标么值为： I**=1 X js查《发电厂及变电所电气部分毕业设计指导》P45页运算曲线，得出相对应时间的短路电流周 期分量标么值。 d1：系统 I**=1 =1/0.153=6.54 X js 1 =1/0.72=1.38 X js 1 =1/4.02=0.25 X js 1 =1/29=3.45 X js 1 =1/2.58=0.38 X js 1 =1/3.525=0.28 X js 1 =1/26.25=0.038 X js 1 =1/1.8=0.56 X jsd2：系统I* =d3：系统I**=d4: 系统I* =d1：发电机I**=d2：发电机I*=d3：发电机I**=d4：发电机I*=电本 12 级WTS第 28 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书表 2-1 各短路点电抗的标么值短路点 d1支路名称 系统 发电机0S 6.54 0.38 1.38 3.2 0.25 0.038 3.45 0.560.1S 6.54 3.35 1.38 2.7 0.25 0.038 3.45 1.80.2S 6.54 3.20 1.38 2.65 0.25 0.42 3.45 1.32S 6.54 3.14 1.38 2.55 0.25 0.42 3.45 0.84S 6.54 3.1 1.38 2.87 0.25 0.42 3.45 1.95d2系统 发电机 系统 发电机 系统 发电机d3d42.2.7 基准电流值发电机：I j =Sd 3U jIj=系统：I j =Sj 3U j=4.18d1： 系统Sj 3U j Sd 3U j Sj 3U j==100 3 ? 13.8发电机Ij==4 ×50 ÷0.8 3 ? 13.8=10.46d2： 系统Ij==100 =0.26 3 ? 225发电机I j=Sd 3U jIj=4 ? 50 ? 0.8 =0.64 3 ? 225=d3： 系统Sj 3U j=100 3 ? 13.83 ? 13.8==4.18发电机I j=Sd 3U jI j=4 ×50 ÷0.8=10.46d4:系统Sj 3U j=100 3 ? 121=0.48发电机I j=Sd 3U j4 ×50 ÷0.8 3 ? 121=1.19电本 12 级WTS第 29 页共 72 页河海大学2.2.9I= I*×Ij《水电站工程电气部分设计》说明书短路电流有名值短路电流冲击值根据《电气设备运行及维护》P95页： i ch =2.55×I 短路电流有效值根据《电气设备运行及维护》P99页得：I ch =1.52×I2．3 短路电流计算成果短路电流计算利用网络等值变换原则， 参考发电厂电气部分毕业设计指导书P34、 35页公式计算 得出以下短路电流计算成果表：电本 12 级WTS第 30 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书表2-2 短路电流计算成果表短路点 编号短路点 平均电压 (kV)基准 电流 (kA) 5.50t=0s 分支线 名称 短路电流有 效值 IZ”(kA) 系统 发电机 小 计 12.64 73.3 85.94 1.63 2.4 4.04 1.375 0.6 1.004 1.446 2.450t=0.1s 短路电流有 效值 I0.2(kA) 12.64 61.8 74.44 1.63 2.14 3.77 1.375 0.6 1.004 1.1t=0.2s 短路电流有 效值 I1(kA) 12.64 60.6 73.24 1.63 2.04 3.67 1.375 5.75 7.125 1.004 0.727 1.731t=2s 短路电流有 效值 I2(kA) 12.64 58.4 95.77 1.63 2.00 3.63 1.375 5.75 7.125 1.004 0.779 1.783t=4s 短路电流有 效值 I∞(kA) 12.64 64.1 76.74 1.63 1.98 3.61 1.375 5.75 7.125 1.004 0.968 1.972短路电流 冲击值 ich(kA) 32.2 163.5 195.7 4.16 5.05 9.21 3.51 1.33 4.84 10.383 14.37 24.753短路电流 最大有效值 Ich(kA) 19.6 99.3 118.9 2.52 3.06 5.58 2.13 0.79 2.92 1.53 0.85 2.38d-113.813.750.26 d-2 220 0.64系统 发电机 小 计5.50 d-3 13.8 13．75系统 发电机 小 计0.502 d-4 110 0.56系统 发电机 小 计电本 12 级WTS第 31 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书第3章导体和电器选择3．1 导体和电器选择设计概述3.1.1 导体选择的意义导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置 达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，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，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安 全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。 电气设备要能可靠的工作，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后 选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。3.1.2 导体选择的一般规定导体和电器的选择设计必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进，经济合理，安 全可靠。运行方便和留有余地，以满足电力系统安全经济运行和发展的需要。 一般规则： （1） （2） （3） （4） （5） 应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 应按当地环境条件校验。 应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致。 选择导线时应尽量减少品种。 选新产品应积极谨慎，新产品应由可靠的试验数据，并经主管部门鉴定合格。有关的几项规定： （1） 在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按表 5-1 计算。 （2） 验算导体和电器的短路电流，按下列情况计算 ① 除计算短路电流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。 ② 在电气连接网络中，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的 影响。 ③ 在变电所中，如果接有同步调相机时，应将其视为附加电源，短路电流的计算方法与发电 机相同。 ④ 对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常方式是短路电流为最大的地点。 （3） 验算导体和 220KV 以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，回路的持续工作电流。电本 12 级WTS第 32 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书（4） 导体和电器的动稳定。动稳定以及电器的开断电流，可按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统，自耦变压器等回路的单相，两相接地短路较三相短路严重 时，则应按严重的情况验算。3.1.3 导体选择步骤1. 导体选型 2. 导体截面选择 按最大持续工作电流选择导体截面 SI max ≤K I al I al —在额定环境温度 ? 0 =+25℃时导体允许电流K—与实际环境温度和海拔有关的综合校正系数 3. 按经济电流密度选择S J = I max /JJ—导体的经济电流密度 4. 热稳定校验 按上述情况选择的导体截面 S≥ S min = C—热稳定系数，1 QK K f CQ K —短路热效应，A2sQ K = QP + QnPQP 短路热效应周期分量， QnP 短路热效应非周期分量5. 动稳定校验3．2 导体的选择与校验导体在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分 散电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体、硬母线及电缆等，由于电压等及 要求不同，所使用导体的类型也不相同。3.2.1220kV侧母线导体选择( 3)按经济电流密度选择变压器引线截面 S，并按 d1 短路电流进行热稳定校验，最大持续工作电 流为：总负荷加穿越功率来选母线由于母线不承受大的负荷电流，故一般选用软导线，此处可选用 钢芯铝绞线。电本 12 级WTS第 33 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书一、220kV 母线导体选择1. 220kV 母线长期工作电流I max =1.05S N 3U N=1.05× /115=632.59A按经济电流密度选择截面，查电力工程电气设计手册 377 页 8-30 图曲线 4 得 J=1.02S J = I max /J=632.59/1.02=620.186mm2根据工作电流和截面，查电力工程电气设计手册 1 上 412 页附表 8-4，选取 LGJ—630/45 型钢 芯铝绞线。(S=666.55mm2I al 70=1182A )查发电厂电气部分 270 页附表 3 得：K=0.94 Ial30=0.94×＞632.59 满足设计要求。 2.热稳定校验（tK=0.2s）计非周期分量QP =2 I ?? 2 ? 10I 2 ? I 4 t K = （8..2）×0.2/12=8.478 kA2S 12 2因 tK&1s,应计算非周期分量的热效应（T=0.2s，查发电厂电气部分 73 页表 3-3）QnP = I ?? 2 T=8.=14.065 kA2S因为 Q K = Q P + QnPQ K = QP + QnP =8.478+14.065=22.543 kA2S导体正常最高工作温度为： ? ? 0 ? (? ? ? 0 )( ?I max 2 2 （ × ) =25+ 70-25） （632.59/1182）=45.278 ℃ I al查发电厂电气部分第三版 202 页表 6-9 得：C=99S min满足热稳定。=1 22.543? 106 2 2 QK K f = =50.938 &620.186mm C 99二、 110kV 母线导体选择1. 110kV 母线长期工作电流I max =1.05S N 3U N=1.05×60=347.197 A按经济电流密度选择截面，查发电厂电气 201 页 6-17 图曲线 4，高压负荷 Tmax&500h，查得 J=1.09A/mm2电本 12 级WTS第 34 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书S J = I max /J=347.197/1.09=318.53 mm2根据工作电流和截面， 查电力工程电气设计手册 1 上 412 页表 8-4， 初步选取 LGJ—300/25 型钢 芯铝绞线。(S=333.31mm270℃长期允许载流量为 I al =754A )查发电厂电气部分 270 页附表 3 得：K=1.0 Ial30=1.0×754=754＞632.59 满足设计要求。 2. 热稳定校验（tK=0.2s）计非周期分量QP =I ?? 2 ? 10I t2 / 2 ? I t K K 122t K = （5..2）×0.2/12=3.491 KA2S因 tK&1s,应计算非周期分量的热效应（T=0.2s，查发电厂电气 73 页表 3-3）QnP = I ?? 2 T=5.=5.7074 KA2S因为 Q K = Q P + QnPQ K = QP + QnP =3.491+5.4 KA2S导体正常最高工作温度为：? ? ? 0 ? (? ? ? 0 )(I max 2 2 （ × ) =25+ 70-25） （347.197/754）=34.5 ℃ I al查发电厂电气 202 页表 6-9 得：C=99S min =满足热稳定。1 9. 2 QK K f = =30.635 mm & 333.31 mm C 993.2.313.8KV 侧导体选择1. 1～4 号发电机出口导体选择 （1） 导体截面选择 1 号发电机出口导体选择I max =1.05PN 3U N cos?=1.05× A由于发电机连接母线传输容量大，Tmax=3000h，应按经济电流密度选择截面，查《发电厂电气》 201 页 6-17 图曲线 2 得 J=1.07S J = I max /J=601.4/1.07=562mm?查发电厂电气 270 页，选取双槽导体 S=3570mm2 (h?b?c?r)=(150 × 65 × 7 × 10)Ks=1.32I al =5650A电本 12 级WTS第 35 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书K f =1.012I al =2280A( h ? b ? c ? r )=(75×35×4×6) 实际环境温度为 25℃，故 K=1W y =2.52cm3I y =6.2cm4Ial30=K I al =1×＞4903（满足设计要求） （2）热稳定校验（tK=0.2s）计非周期分量 1、2、3、4 号发电机 1 号发电机 Q P =2 I ?? 2 ? 10I 2 ? I 4 2 ×0.2/12=273.561 kA S t K = （45..2） 12 2因 tK&1s,应计算非周期分量的热效应（T=0.2s，查发电厂电气 73 页表 3-3） 1 号发电机QnP = I ?? 2 T=45.=420.848 kA2S因为 Q K = Q P + QnP 1 号发电机 Q K = Q P + QnP =273.561+420.848=694.41 kA S 导体正常最高工作温度为：2? ? ? 0 ? (? ? ? 0 )(I max 2 2 （70-30） （）=64.1 ℃ × ) =30+ I al查发电厂电气 115 页表 4-6 得：C=95.36 上面的计算， Q K 最大的代入 S min = 取 则发电机出口母线均符合热稳定校验。1 QK K f 中， 的出的 S min 为最大值， 若它满足 S≥ S min ， CS min满足热稳定。=1 694.41?106 ?1.32 2 QK K f = =504.4mm &3570 C 98（2） 动稳定校验 计算条间应力 1、2、3、4 号发电机 双槽形导体间作用力 1、2、3、4 号发电机ich =33.9 kAf b =5×10-8 i ch 2/h=5×10-8×.075=766（N/m）考虑到散热要求，取 l b =0.5m，双槽间 应力为?b =f b lb2 i2 l2 -9 =4.16 sh b ×10 12WY hWY1、2、3、4 号发电机?b =f b lb2 i2 l2 -9 6 =4.16 sh b ×10 =7×10 Pa 12WY hWY电本 12 级WTS第 36 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书? al =70×106Pa故导体最大相间应力 ? ph = ? al - ? b , 1、2、3、4 号发电机? ph = ? al - ? b =63×106Paf ph =1.73×10-7× ish 2/α =213（N/m）单位长度的相间电动力（β =1）取相间距 α =1m 1、2、3、4 号发电机由于双槽导体的截面系数 W=2WY ，绝缘子间的最大允许跨距是：Lmax = 10? phW / f ph1、2、3、4 号发电机Lmax= 10? phW / f ph =2.7m由上述得之：再加之硬导体共振校验，并且应是 l b =0.5m 的倍数，所以选取绝缘子跨距 L=2m。3.2.4220kV 出线导体选择一、 220kV 出线导体选择1. 220kV 出线长期工作电流I max =Pmax 3U N cos?=100000/（ 3 ×220×0.8）=328.05A按经济电流密度选择截面，查电力工程电气设计手册 377 页 8-30 图曲线得 J=1.02S J = I max /J=328.05/1.02=321.62mm2根据工作电流和截面，查电力工程电气设计手册资料 411 页表 8-4，选取 LGJ—300/15 型钢芯 铝绞线。 S=312.21mm2I al =735A查发电厂电气部分 270 页附表 3 得：K=0.96 Ial30=0.96×735=705.6＞217.825 满足设计要求 。 2.热稳定校验： K=0.2s）计非周期分量 （tQP =2 I ?? 2 ? 10I 2 ? I 4 t K = （3..2）×0.2/12=1.785 kA2S 12 2因 tK&1s,应计算非周期分量的热效应（T=0.2s，查发电厂电气部分 73 页表 3-3）QnP = I ?? 2 T=3.=2.293 kA2S因为 Q K = Q P + QnPQ K = QP + QnP =1.785+2.293=4.078 kA2S电本 12 级WTS第 37 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书? ? ? 0 ? (? ? ? 0 )(I max 2 2 （ × ) =25+ 70-25） （632.59/735）=51.81 ℃ I al导体正常最高工作温度为：查发电厂电气 202 页表 6-9 得：C=99S min=1 4.078?106 2 2 QK K f = =41.193 &312.21mm C 98满足热稳定要求。二、 110kV 出线导体选择1. 110kV 出线长期工作电流I max =1.05Pmax =1.05×30000/（ 3 ×115）=158.148A 3U N按经济电流密度选择截面，查电力工程电气设计手册 377 页 8-30 图曲线得 J=1.09 A/mm2S J = I max /J=158.148/1.09=145.090mm2根据工作电流和截面，查电力工程电气设计手册资料 411 页表 8-4，选取 LGJ—120/70 型钢芯 铝绞线。 S=193.4mm2I al =440A查发电厂电气部分 270 页附表 3 得：K=0.96 Ial30=0.96×440=422.4＞145.090 满足设计要求 。 2.热稳定校验（tK=0.2s）计非周期分量QP =2 I ?? 2 ? 10I 2 ? I 4 t K = （5..2）×0.2/12=3.491kA2S 12 2因 tK&1s,应计算非周期分量的热效应（T=0.2s，查发电厂电气部分 73 页表 3-3）QnP = I ?? 2 T=5.=5.663 kA2S因为 Q K = Q P + QnPQ K = QP + QnP =3.491+5.663=9.154 kA2S导 体 正 常 最 高工 作 温 度为 ：2? ? ? 0 ? (? ? ? 0 )(I max 2 ) =25+ （70-25） × （347.197/754） I al=45.72 ℃ 查发电厂电气 202 页表 6-9 得：C=99S min1 9.154? 106 2 2 QK K f = = =30.56 &312.21mm C 99电本 12 级WTS第 38 页共 72 页河海大学满足热稳定要求。《水电站工程电气部分设计》说明书3.2.6 导体选择结果表 3-1 导体选择结果序号 1 2 3 4 5回路 220KV 母线 110Kv 母线 220KV 出线 110Kv 出线 13.8KV 侧导体Sn （MVA） 666.55 333.31 312.21 193.40 601.4Imax (A) 632.59 347.197 328.05 158.148 4903Smin 2 (mm) 50.938 30.63 41.193 30.56 504.4选择导体 2 (mm) LGJ-630/45 LGJ-300/25 LGJ-300/15 LGJ-120/10 双槽导体 S=3570mm23．3 主要电器设备选择和校验3.3.1 断路器和隔离开关的选择断路器的主要功能是：正常运行时用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行， 起到控制作用；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，能起 到保护作用。 额定电压的选择为 U N ? U NS 额定电流的选择为 I N ? I max 额定电流的校验条件为 I Nbr ? I pt （或 I ）''I Nbr —额定开断电流I pt —短路电流周期分量短路关合电流选择：i Ncl ≥ ish i Ncl —额定关合电流隔离开关选择与断路器类似，原理省略。一、发电机出口 13.8KV 断路器和隔离开关选择（tK=4s）电本 12 级WTS第 39 页共 72 页河海大学I max =《水电站工程电气部分设计》说明书1.05PN 3U N cos?=1.05×50/（ 3 ×13.8×0.8）=2.746 kA2Qk =I ?? 2 ? 10I t2 / 2 ? I tK K 1270.158 KA=（12.064 +10×6.498 +6.066 ）/12=50.381 KA S2222ich ＝查电力工程电气设备手册 1 上 156 页 13.8kV 断路器表 5－25，初步选取 SN5-20G 型断路器；查 电 力工 程电 气设 备手册 1 上 764 页 GN10 系 列隔 离开 关技 术数 据表 5－ 1 －12 ，初 步选 取 GN10-13.8T/5000 型隔离开关，断路器及隔离开关参数如下：表 3-2 13.8KV 断路器和隔离开关选择计算数据SN5-20G 型断路器GN10-10.5T/5000 型隔离开关U NS I maxI ??13.8 KV 3.60855 kA 12.064 KA 70.158KA 50.381 KA S 70.158KA2UN IN13.8KV 6000 A 87 KA 300 KA 72000 KA S 300 KA2UN IN13.8KV 5000AI Nbri Nclich Qk ishich200 KA 5000 KA S 200 KA2I t2 tiesI t2 ties由上表中各数据比较可知，所选取的 SN5-20G 型少油断路器、GN10-13.8T/5000 型隔离开关都 满足要求。二、主变压器高压侧 220KV 断路器及隔离开关选择I max=1.05S N 3U N=1.05× /220=330.674 A2Qk =I ?? 2 ? 10I t2 / 2 ? I tK K 12=（5.342 +10×3.341 +3.185 ）/12=7.7903 KA S2222ich ? 14.37 KA三、主变压器中压侧 110KV 断路器及隔离开关的选择I max=1.05S N 3U N=1.05×60=347.207 A电本 12 级WTS第 40 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书I ?? 2 ? 10I t2 / 2 ? I tK K 122Qk ==（5..2）/12=7.7903 KA2 Sich ? 14.37 KA查电力工程电气设备手册 P1150 页、P1154 页和 P1224 页，选取 LW7-□220 型、LW□-110 型 SF6 断路器和 GW4-220、GW4-110 型隔离开关，参数如下：表 3-3 220KV 断路器和隔离开关选择计算数据LW7-□220 型断路器GW4-220 型隔离开关U NS I maxI ??253 KV 330.674 A 5.342 KA 14.37 KA 7.7903 KA S 14.37 KA2UN IN220KV 3150A 40KA 100KAUN220KVI N 630A AI Nbri Nclich Qk ishI t2 t 402×3=4800kA2Sies表 3-4I t2 ties1050 KA S 50KA2100KA110KV 断路器和隔离开关选择计算数据LW□-110 型断路器GW4-110 型隔离开关U NS I maxI ??126 KV 347.207 A 21.8 KA 57.11 KA 118.81 KA S 14.37 KA2UN110KVUN110KVI N A 3150AI N 630A AI Nbri Ncl40A 126KAich Qk ishI t2 t 402×3=4800kA2Sies80KAI t2 t520 KA S2ies 50 80 100 125 KA由上表中各数据比较可知， 所选取的 LW7-□220 型和 LW□-110 型断路器、 GW4-220 型和 GW4-110 型隔离开关都满足要求。四、 220KV 母线出线断路器及隔离开关选择I max =Pmax 3U N cos?=1.05×150000/（ 3 ×220×0.8）=516.576 A电本 12 级WTS第 41 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书I ?? 2 ? 10I t2 / 2 ? I tK K 122Qk ==（5.342 +10×2.341 +3.185 ）/12=7.7903 KA S2222ich ? 14.37KA五、 110KV 母线出线断路器及隔离开关选择I max =Pmax 3U N cos?=1.05×50000/（ 3 ×110×0.8）=344.452 A2Qk =I ?? 2 ? 10I t2 / 2 ? I tK K 12=（5.342 +10×2.341 +3.185 ）/12=7.7903 KA S2222ich ? 14.37KA查电力工程电气设备手册 P1154、P1150、P1224 页选取 LW12-220 型和 LW□(SFM)-110 型 SF6 断路器和 GW4F-220D 型和 GW4-110G 型隔离开关，参数如下：表 3-5 220KV 母线出线断路器及隔离开关选择计算数据LW12-220 型断路器GW4F-220D 型隔离开关U NS I maxI ??253 KV 344.452 A 5.342 KA 14.37 KA 7.7903 KA S 14.37 KA2UN220KVUN220KVI N A 4000AI N A 2500AI Nbri Ncl40、50KA 100、 125KAich Qk ishI t2 t 402×3=4800kA2Sies100、125KAI t2 ties1250 KA S 66.7KA2表 3-6110KV 母线出线断路器及隔离开关选择计算数据LW□(SFM)-110 型断路器GW4-110G 型隔离开关U NS I maxI ??253 KV 120.56 A 5.342 KA 14.37 KA 7.7903 KA S 14.37 KA2UN110KVUN220KVI N A 3150AI N 630A AI Nbr 31.5、40、50KAi Ncl125KAich Qk ishI t2 t 31.52×3=Sies80KAI t2 ties1250 KA S 50KA2电本 12 级WTS第 42 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书由上表中各数据比较可知，所选取的 LW12-220 型和 LW□(SFM)-110 型 SF6 断路器和 GW4F-220D 型和 GW4-110G 型隔离开关都满足要求。六、 110KV 母联断路器及隔离开关的选择I max =Pmax 3U N cos?=1.05×50000/（ 3 ×110×0.8）=344.452A2Qk =I ?? 2 ? 10I t2 / 2 ? I tK K 12=（5.342 +10×2.341 +3.185 ）/12=7.7903 KA S2222ich ? 14.37KA查电力工程电气设备手册 P1150、P1224 页，选取 LW□(SFM)-110 型 SF6 断路器和 GW4-110G 型 隔离开关，参数如下：表 3-7 110KV 母联断路器及隔离开关选择计算数据LW2-220 型断路器GW4-220D 型隔离开关U NS I maxI ??253 KV 120.56 A 5.342 KA 14.37 KA 7.7903 KA S 14.37 KA2UN110KVUN220KVI N A 3150AI N 630A AI Nbr 31.5、40、50KAi Ncl125KAich Qk ishI t2 t 31.52×3=Sies80KAI t2 ties1250 KA S 50KA2由上表中各数据比较可知， 所选取的 LW□(SFM)-110 型 SF6 断路器和 GW4-110G 型隔离开关都满 足要求。3.3.2电压互感器的选择一、电压互感器选择概述互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表继电器的电流线圈供电，正 确反映电气设备的正常运行和故障情况。 1.互感器的作用 将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表保护装置标准 化，小型化，并使其结构轻巧，价格便宜和便于屏内安装。 使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身安全。 2. 电压互感器的选择电本 12 级WTS第 43 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书0.8U N1 ?UUS ?1.2U N11）一次回路电压的选择 2） 二次回路电压的选择3）电压感器种类和型式的选择 4）电压感器准确级和额定容量的选择 5）热稳定和动稳定的校验 在 6～35KV 屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式电压互感器；110～220KV 配电装置特别 是母线上装设的电压互感器，通常采用串级式电磁式电压互感器；二、 电压互感器的选择与校验1.13.8kV 侧电压互感器的选择 根据一次电压为 13.8KV 选取 JDZJ-10 型电压互感器（查发电厂电气部分 348 页附表 9） 互感器参数：变比 13.8KV/0.1KV 一次绕组额定容量 1 级 S N 2 ? 50VAS N 2 max ? 200 VA× ×测量仪表与电压互感器连接图图 3-1 13.8Kv 测量仪表与电压互感器连接图设置有功功率表 3 只，无功功率表 1 只，有功电能表 1 只（由于只监视一台变压器） ，电压表和 频率表各一只，绝缘监视电压表 3 只。 由于回路中有计费用电能表，故选用 0.5 级准确级， S N 2 ? 120 ，接线为 YN，yn，d0。 VA3-8 电压互感器各相负荷分配每线圈消耗 仪表名称及型号 有功功率表（46D1-W 型） 功率（KV） 0.6仪表电压线圈 Cos ? 1 1 0.38 0.925 Sin ?仪表 数目 3 1 1AB 相BC 相Pab1.8 0.5 0.57QabPbc1.8 0.5Qbc无功功率表（46D1-VAR 型） 0.5 有功电能表（DS1 型） 1.51.390.571.39电本 12 级WTS第 44 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书1.2 0.3 1 1 1 1 4.07 1.39 1.2 0.3 3.17 1.39频率表（46L1-HZ 型） 电压表 （46L1-V 型） 总 计根据上表可求出不完全星形部分负荷为：2 2 S ab ? Pab ? Qab ? 4.07 2 ? 1.39 2 ? 4.3VA2 2 S bc ? Pbc ? Qbc ? 3.17 2 ? 1.39 2 ? 3.46VAcos? ab ? cos? bc ?Pab 4.07 ? ? 0.95 S ab 4.3 Pbc 3.17 ? ? 0.92 S bc 3.46? ab ? 18.8??bc ? 23.6?Q ' ? 0 )故 A 相负荷为：1 3 ? 4.3Cos(18.8 0 ? 300 ) ? 0.3 ? 2.74W由于每相上接绝缘监视电压表( P ' ? 0.3WPA ? QA ?1 3 1 3S ab Cos(? ab ? 300 ) ? Pa' ? S ab Sin(? ab ? 300 ) ? 1 3? 4.3Sin(18.8 0 ? 300 ) ? ?0.48VarB 相负荷为：PB ? ?1 3 1 3[ S ab Cos(? ab ? 300 ) ? S bc Cos(? bc ? 300 )] ? Pa' [4.3Cos(18.8 0 ? 300 ) ? 3.46Cos(23.6 0 ? 300 )] ? 0.3? 3.92WQB ? ?1 3 1 3[ S ab Sin(? ab ? 300 ) ? S bc Sin(? bc ? 300 )] [4.3Sin(18.8 0 ? 300 ) ? 3.46Sin(23.6 0 ? 300 )]? 2.85Var由于计算出 B 相负荷较大，应按 B 相总负荷校验2 S B ? PB2 ? QB ? 3.92 2 ? 2.85 2 ? 4.85VA电本 12 级WTS第 45 页共 72 页河海大学0.5 级《水电站工程电气部分设计》说明书S N 2 ? 50VA50 VA ? 16.7VA? 3S B ? 14.54VA 3所以选择的 JDZJ-10 型电压互感器满足要求。 2.110kV 侧母线电压互感器的选择 110KV 母线一次侧电压为 110KV 等级，选取 JCC2-110 型电压互感器（查发电厂电气部分 348 页附表 9） 互感器参数为：一次额定电压 110/ 3 KV 二次额定电压 0.1/ 3 KV 0.5 级 S N 2 ? 150 VA 一次绕组额定容量××测量仪表与电压互感器连接图图 3-2 110Kv 测量仪表与电压互感器连接图由于回路中有计费用电能表，故选用 0.5 级准确级， S N 2 ? 150 。 VA3-9 电压互感器各相负荷分配每 线 圈 仪表名称及型号 有功功率表（46D1-W 型） 无功功率表（46D1-VAR 型） 有功电能表（DS1 型） 频率表（46L1-HZ 型） 电压表 （46L1-V 型） 总 计 消 耗 功 率（KV） 0.6 0.5 1.5 1.2 0.3仪表电压线圈 Cos ? 1 1 0.38 1 1 0.925 Sin ?AB 相BC 相Pab1.8 0.5 3.42 1.2QabPbc1.8 0.5Qbc8.333.42 0.38.336.928.334.028.33根据上表可求出不完全星形部分负荷为2 2 S ab ? Pab ? Qab ? 6.92 2 ? 8.33 2 ? 10.83VA电本 12 级WTS第 46 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书2 2 S bc ? Pbc ? Qbc ? 4.02 2 ? 8.33 2 ? 9.25VAcos? ab ? cos? bc ?Pab 6.92 ? ? 0.64 S ab 10.83 Pbc 4.02 ? ? 0.43 S bc 9.25? ab ? 50.3??bc ? 64.2?故 A 相负荷为：PA ? QA ?1 3 1 3S ab Cos(? ab ? 300 ) ? Pa' ? S ab Sin(? ab ? 300 ) ? 1 31 3? 10.83Cos(50.30 ? 300 ) ? 5.86W? 10.83Sin(50.30 ? 300 ) ? 2.17VarB 相负荷为：PB ? ?1 3 1 3[ S ab Cos(? ab ? 300 ) ? S bc Cos(? bc ? 300 )] [10.83Cos(50.30 ? 300 ) ? 9.25Cos(64.2 0 ? 300 )]? 5.47WQB ? ? 1 3 1 3 [ S ab Sin(? ab ? 300 ) ? S bc Sin(? bc ? 300 )] [10.83Sin(50.30 ? 300 ) ? 9.25Sin(64.2 0 ? 300 )]? 9.17Var由于计算出 B 相负荷较大，应按 B 相总负荷校验2 S B ? PB2 ? QB ? 5.47 2 ? 9.17 2 ? 10.7VA0.5 级S N 2 ? 120 VA150 VA ? 50VA? 3S B ? 32.1VA 3因此选取 JCC2-110 型电压互感器。 3.110KV 出线电压互感器选择 当 35KV 及以上输电线路对端有电源时，为了监视线路有无电压、进行同步和设置重合闸，应装 一台单相电压互感器，出线一般选择电容式电压互感器。 根据一次额定电压选取互感器。 110KV 出线选取 TYD110/ 3 -0.008 型。电本 12 级WTS第 47 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书3-3 110Kv 测量仪表与电压互感器接线图4.220kV 侧电压互感器的选择①为确保电压互感器的安全和在规定的准确等级下运行， 电压互感器的一次绕组所接电网电压 UNS 应在（0.8-1.2）UN1 范围内变动，即满足下列条件。 0.8UN1＜UNS＜1.2UN1，即：1.2×35＞UNS＞0.8×35，42kV＞UNS＞28kV ②测量与仪表的技术数据表 3-10 测量与仪表的技术数据仪表名称 有功功率表 无功功率表 有功电能表 频率表 电压表 合计型号 DT862-4 DT862-4X DT862-4 6L2-HZ 6L2-V每线圈消 耗功率 0.6 0.5 1.5 1.2 0.3Cosφ 1 1 0.38 1 1线圈数 目 2 2 2 1 1 2.87 Pab 0.6 0.5 0.57 1.2AB 相 Qab PbcBC 相 Qbc0.6 0.5 1.38 0.57 1.380.3 1.38 1.97 1.38③测量仪表与电压互感器的连接图电本 12 级WTS第 48 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图 3-4 220Kv 测量仪表与电压互感器连接图⑤ 查《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》P220，初选为 JDJJ-220，其参数如下：表 3-11 220KV 电压互感器参数在下列准确等级下的容量 型号 额定变比 1 JDJJ-220 3 600 1200 最大容量（VA） / / 100 3 3250⑤根据电压互感器各相负荷分配，求出不完全星形接线部分负荷为2 2 Sab= P ab ? Q ab = 2.872 ? 1.382 =3.18 (VA) 2 2 Sbc= P bc ? Q bc = 1.972 ? 1.382 =2.4 (VA)cosφ ab=Pab/Sab=2.87/3.18=0.87, φ ab=29.5℃ cosφ bc=Pbc/Sbc=1.97/2.4=0.82, φ bc=34.92℃ 由于每相上尚接有绝缘监视电压表 V[P=0.3（W）]，Q=0,故得： A 相负荷： PA=1/ 3 Sabcos(φ ab-30)+Pa=1/ 3 ×3.18×cos(29.5-30)+0.3=2.13 (W) QA=1/ 3 Sabsin(φ ab-30)=1/ 3 ×3.18×sin(29.5-30)=0.14 (W) B 相负荷： PB=1/ 3 [Sabcos(φ ab+30)+ Sbccos(φ bc-30)]+ Pb =1/ 3 [3.18×cos(29.5+30)+ 2.4×cos(34.92-30)]+ 0.3 =1/ 3 (1.8+2.4)+0.3 =2.725（W） QB=1/ 3 [Sabsin(φ ab+30)+ Sbcsin(φ bc-30)]电本 12 级WTS第 49 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书=1/ 3 [3.18×sin(29.5+30)+ 2.4×sin(34.92-30)] =1.61（W） 可见 B 相负荷大，按 B 相负荷进行校验： SB= PB ? QB = 2.7252 ? 1.612 =3.17＜2 21200 (VA) 3所以所选的 JDJJ-220 型电压互感器合格。3.3.3电流互感器的选择和校验一、电流互感器的选择和校验条件1. 型式 电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。 2. 一次回路电压U g 为电流互感器安装处一次回路工作电压， U n 为电流互感器额定电压。3.一次回路电流I g max ≤ I 1n I g max 为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流， I 1n 为电流互感器原边额定电流。4. 准确等级 电流互感器准确等级的确定与电压互感器相同，需先知电流互感器二次回路所接测量仪表的类 型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。 5. 二次负荷 S 2S2 ≤ S n二、电流互感器的选择与校验1. 13.8Kv 侧电流互感器选择A B C A A Awwhvarhwwhvarh电本 12 级WTS第 50 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书图 3-5 13.8Kv 电流互感器连接图（1） 由前计算知U NS =13.8 KVImax1= I max=1.05? S n 3 ?U n= 1.05×120000/（ 3 ×13.8）=5270.64A根据一次回路额定电压和电流选择原理 U N1 ? U NS 全浇注绝缘户内型电流互感器 参数如下：额定电流比 5000/5I N1 ? I max ，选取 LMZD2-10 型环氧树脂二次负荷额定阻抗为 Z 2 N =2 ? ,1s 热稳定倍数 K t =40（2） 电流互感器的负荷统计见下表，其最大负荷为 1.45VA表 3-12 13.8KV 侧电流互感器负荷统计表仪表电流线圈名称 电流表 （46L1-A 型） 功率表 （46D1-W 型） 电能表 （ DS1 型） 总 计A相 0.35 0.6 0.5 1.45C相 0 0.6 0.5 1.1（3）选择电流互感器连接导线截面 已 知 ： 0.5 级 准 确 级 的 允 许 最 大 负 荷 Z 2 N =2 ? ， 最 大 相 负 荷 阻 抗ra ?Pmax 1.45 ? ? 0.058? 计入接触电阻 rc =0.1 ? ，则连接导线电阻不得超过 2-（0.058+0.1） 2 25 IN2=1.842 ? 满足准确级额定容量要求的连接导线允许的最小截面积为S?? LCZ N 2 ? ra ? rc2?1.75 ?10?2 ? 3 ? 80 ? 1.338mm2 2 ? 0.058 ? 0.1则选用截面为 2.5mm 的铜线。其接线电阻为rL =1.75 ? 10?2 ? 3 ? 80 =0.97 ? 2.5此时，二次负荷 Z 2 L =0.058+0.1+0.97=1.128 ? ，满足条件。 （4）热稳定和动稳定校验：该互感器为多匝，浇注式绝缘，只校验内部动稳定，即电本 12 级WTS第 51 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书Q K = QP + QnP =20.5+35.96=56.5KA2S（ K t I 1N ） =（40×5） =40000 KA S &56.5KA S2 2 2 2二、 110Kv 级电流互感器选择1. 变压器 110kV 的最大工作电流Imax=1.05PN 3U N cos?= 1.05×2×50×10 /（ 3 ×110）=940.15A3IN2=5A，准确级 0.5 初选为 LB1—110 型，其参数如下：表 3-13 110KV 级电流互感器选择型号额定电 流比级次 组合二次负荷 0.5 级 2?1S 热稳定倍数动稳定 倍数 89LB1—1101000/50.5 / B B/B35其仪表配置如下：表 3-14 110KV 级电流互感器仪表配置仪表名称 电流表 有功电度表 有功功率表 无功电度表 合计型号 46L1-A，5A DS1 46D1-W， 46D1-VAR线圈数目 1 2 2 2A相 0.35V·A 0.5 V·A 0.6 V·A 0.6 V·A 2.05 V·AB相 0.35V·AC相 0.35V·A 0.5 V·A 0.6 V·A 0.6 V·A0.35 V·A2.05 V·A2. 选择电流互感器连接导线的截面 已 知 0.5 级 准 确 级 的 允 许 最 大 负 荷 为Z2n=2.05 Ω ， 最 大 相 负 荷 阻 抗ra=Pmax/I2 2n2 =2.05/5 =0.082 Ω ， 记 入 接 触 电 阻 rc =0.1 ? ， 则 连 接 导 线 不 得 超 过2-(0.082+0.1)=1.818 ? 满足准确级额定容量要求的连接导线允许最大截面积为： S≥? L C?Z2n? r a ? r ac=1.75 ?10?2 ? 40 2 =0.39 mm 2 ? 0.082 ? 0.1电本 12 级WTS第 52 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书取 S=1.0mm，其接线电阻为 二次负荷r= L1.75 ?102 ? 40 =0.7Ω ， 1Z2l=0.082+0.1+0.7=0.882＜2 ，满足要求。3. 热稳定校验 Qk=tk ? I 2 ? 10 ? I &tk 2 ? I &tk 2 2 12??QK ?4 (8.132 ? 10 ? 7.1632 ? 7.1932 ) 12 ? 210.3(kA)2 ? S22(K t I 1N ) = ? 35 ?1?4. 动稳定校验=1225(kA)2S＞QK=210.3(kA)2S2I K1Nes= 2 ? 1 ? 89=125.85kA＞ish=21.31kA可见所选的互感器能够满足要求。图 3-6 110Kv 互感器接线图三、 220KV 等级电流互感器选择电本 12 级WTS第 53 页共 72 页河海大学A B《水电站工程电气部分设计》说明书C A A A w wh varh w wh varh图 3-7 220Kv 互感器接线图由前计算知： U NS ? 220KVI max =1.05S N 3U N=1.05× /220=496A 选取 LCW-220 型电流互感器 I N1 ? I max ，根据一次回路额定电压和电流选择原理 U N1 ? U NS （查新编工厂电气设备手册 5-108） 参数如下：额定电流比 600/5 稳定倍数 K es =100 电流互感器的负荷统计见下表，其最大负荷为 1.45VA二次负荷额定阻抗为 Z 2 N =2 ? , 1s 热稳定倍数 K t =65，动表 3-15 220KV 级电流互感器负荷仪表电流线圈名称 电流表 （46L1-A 型） 功率表 （46D1-W 型） 电能表 （ DS1 型） 总 计A相 0.35 0.6 0.5 1.45C相 0 0.6 0.5 1.11.选择电流互感器连接导线截面 已知： 级准确级的允许最大负荷 Z 2 N =2 ? ， 0.5 最大相负荷阻抗ra ?Pmax 1.45 ? ? 0.058? 2 25 IN2计入接触电阻 rc =0.1 ? ，则连接导线电阻不得超过 2-（0.058+0.1）=1.842 ? 满足准确级额定容量要求的连接导线允许的最小截面积为：电本 12 级WTS第 54 页共 72 页河海大学S?《水电站工程电气部分设计》说明书?LCZ N 2 ? ra ? rc2?1.75? 10?2 ? 3 ? 80 ? 1.32mm2 2 ? 0.058? 0.1则选用截面为 1.5mm 的铜线。其接线电阻为rL =1.75 ? 10?2 ? 3 ? 80 =1.617 ? 1.5此时，二次负荷 Z 2 L =0.058+0.1+1.617=1.775 ? ，满足条件。 2.热稳定和动稳定校验Q K = QP + QnP =0.58+0.4=0.984KA2S（ K t I 1N ） =（75×0.6） =2025 KA S &0.984KA S2 2 2 2合格2I1N K es = 2 ×0.6×100=84.8KA& ish ? 4.462KA(合格)3.3.4高压熔断器的选择一、高压熔断器的选择概述 参考《发电厂电气部分》 ，熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电 流的损害。屋内型高压熔断器在变电站中常用于保护电力电容器、配电线路和变压器，而在电厂中 多用于保护电压互感器。 高压熔断器按额定电压、额定电流、开断电流和选择性等项来选择和校验。 用于保护电力电容器的高压熔断器的熔体，当系统电压升高或波形畸变引起回路电流增大或运 行过程中产生涌流时不应误熔断，其熔体按下式选择：Infs=KInc 式中 K—可靠系数（对限流式高压熔断器，当一台电力电容器时 K=1.5～2.0，当一组电力电容 器时 K=1.3～1.8） Inc—电力电容器回路的额定电流 1. 熔断器开断电流校验 Inbr≥Ish（或 I″） 对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值 Ish 进行校验；对于有限流作用的熔 断器，在电流达最大值之前已截断，故可不计非周期分量影响，而采用 I″进行校验。 2. 熔断器选择性校验 为了保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源（或负荷）保护装置之间动作的选择性，应进行 熔体选择性校验。对于保护电压互感器的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量两项来选择。 3.熔断器的选择结果 (1) 10.5kV 侧熔断器的选择 已知： UNS=10.5kV，UN≥UNS Infs≤Inft电本 12 级WTS第 55 页共 72 页河海大学《水电站工程电气部分设计》说明书5.5(A) 3 ?10.5Imax=1.05 ?取 k=1.3，Infs=k Imax=1.3×6A 查《电力工程电气设备手册》P888 表 6-2-1 选择 RN2-10/0.5，额定电流为 0.5 A，最大开断容量 1000000KVA，最大开断电流 50kA 熔断器开断电流效验： INbr=50 kA≥I’’=40.6 kA 合格（2）在 35kV