石泉水電站的電氣部分設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 水電站電氣部分設(shè)計(jì) 專 業(yè) 熱能與動(dòng)力工程 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2013年 摘 要水電站電氣一次部分設(shè)計(jì)是水電站整體設(shè)計(jì)的重要組成部分，本設(shè)計(jì)進(jìn)行了石泉水電站的電氣部分設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括電氣主接線方案的擬定與比選，主變壓器的選擇，最優(yōu)電氣主接線方案的短路電流計(jì)算，主要的電氣一次設(shè)備參數(shù)和型號(hào)的確定及動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定的校驗(yàn)；110kv與220kv開(kāi)關(guān)站的配電裝置的設(shè)計(jì)；確定廠用電的電壓等級(jí)、廠用電源的取得方式及選擇廠用電接線方式，并統(tǒng)計(jì)和計(jì)算廠用電負(fù)荷，選擇廠用變壓器，并進(jìn)行了廠用電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)；繪制了電氣主接線圖、開(kāi)關(guān)站的平面圖和斷面圖、廠用電接線等相關(guān)圖紙。

2、限于畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體要求和設(shè)計(jì)時(shí)間的限制，對(duì)某些方面分析較少，這有待于在今后的學(xué)習(xí)和工作中繼續(xù)進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞：水電站，電氣主接線，短路電流，廠用電abstract the main electric design is a significant part of the overall design for the hydropower station. this graduation design has carried on the design of the electrical part of shiquan hydropower station. its main contents

3、are: first to formulate three power plant main electrical wirings and then determine the best one; to determine the main transformer; to carry on the short-circuit current computation of the best power plant main electrical wiring; first to choose the main electrical equipments (including model and

4、parameter) and then to checkout their performance (including the heat withstand and the dynamic stability ); to determine the the overall arrangement of power distribution equipment in the 110kv and 220kv switch yard; to determine the voltage level and supply source of the auxiliary power and choice

5、 of auxiliary power wiring, and statistics and calculation of plant load, select the auxiliary transformer,and check the electromotors starting performance; to draw the diagrams of main electrical wiring, the diagram of auxiliary power wiring, a the floor plan and sectional diagrams of the switching

6、 station.keywords: hydropower station ,main electrical wiring ,short circuit current, auxiliary power目 錄目 錄.iii第1章 前言. 11.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目.11.2 本課題的研究意義.11.3 課題來(lái)源 .21.4 本課題研究現(xiàn)狀.21.5 本論文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 .3第2章 電氣主接線設(shè)計(jì). 42.1 石泉水電站供電負(fù)荷概括.42.2 電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求.42.3 電氣主接線方案擬定.52.3.1 方案一. 52.3.2 方案二. 52.3.3 方案三. 62.4 電氣主接線方案比較與確

7、定.72.4.1 經(jīng)濟(jì)方面比較. 72.4.2 技術(shù)方面比較. 82.4.3 電氣主接線方案確定. 112.5 主變壓器的選擇.122.5.1 1#與2#主變壓器的選擇.122.5.2 3#主變壓器的選擇. 132.5.3 4#主變壓器的選擇. 142.5.4 主變壓器匯總. 15第3章 短路電流計(jì)算. 173.1 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定.173.2 短路電流計(jì)算.183.2.1 短路計(jì)算點(diǎn)的選擇. 183.2.2 計(jì)算各元件的電抗標(biāo)幺值并繪制等值電路圖. 193.2.3 短路計(jì)算點(diǎn)k1.213.2.4 短路計(jì)算點(diǎn)k2.273.2.5 短路計(jì)算點(diǎn)k3.313.2.6 短路計(jì)算點(diǎn)k4.353.2

8、.7 短路計(jì)算點(diǎn)k5.393.3 短路電流計(jì)算結(jié)果匯總.43第4章 高壓電氣設(shè)備選擇. 474.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件.474.2 斷路器的選擇.484.3 隔離開(kāi)關(guān)的選擇.564.4 電壓互感器的選擇.634.5 電流互感器的選擇.664.6 高壓熔斷器的選擇.744.7 避雷器的選擇.764.8 電纜的選擇.814.9 母線的選擇.84第5章 配電裝置的總體布置. 88 5.1 配電裝置概述.885.2 110kv開(kāi)關(guān)站. 905.3 220kv開(kāi)關(guān)站. 91第6章 廠用電設(shè)計(jì).926.1 電站樞紐概況.926.2 負(fù)荷統(tǒng)計(jì).926.3 廠用電系統(tǒng)的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原則.956.4 廠用電源

9、與廠用電壓的選擇.976.5 廠用電接線.996.6 廠用變壓器的選擇.1016.7 電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)校驗(yàn).103第7章 結(jié)論.1097.1 石泉水電站電氣部分設(shè)計(jì)結(jié)論.1097.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)知識(shí)總結(jié).109致謝. 111參考文獻(xiàn). 112第1章 前 言1.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 石泉水電站電氣部分設(shè)計(jì)，由于時(shí)間倉(cāng)促，本次設(shè)計(jì)僅涉及到電氣一次部分，對(duì)電氣二次部分考慮的相對(duì)較少一些。 石泉水電站裝機(jī)容量為：345+245mw，機(jī)端電壓為10.5kv，有兩個(gè)升高電壓等級(jí)220kv/110kv。 氣象及地質(zhì)條件：海拔高度400 m多年平均氣溫14.6 極端最高氣溫41.4 極端最低氣溫- 10.2 相對(duì)濕度74%

10、地震設(shè)防裂度7 度 根據(jù)以上資料，設(shè)計(jì)出了一方面能使重要用戶的供電可靠性得到保證，另一方面可以把多余的電能輸入電網(wǎng)，從而充分利用水資源的水電站電氣一次部分。1.2 本課題的研究意義第一、電氣主接線圖是電廠設(shè)計(jì)的重要部分。同時(shí)也是運(yùn)行人員進(jìn)行各種操作和事故處理的重要依據(jù)，了解電路中各種電氣設(shè)備的用途，性能及維護(hù)，檢查項(xiàng)目和運(yùn)行操作的步驟等都離不開(kāi)對(duì)電氣主接線的掌握。第二、電氣主接線表明了發(fā)電機(jī)，變壓器，斷路器和線路等電氣設(shè)備的數(shù)量，規(guī)格，連接方式及可能的運(yùn)行方式。電氣主接線直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇，配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的確定，是發(fā)電廠電氣部分投資大小的決定性因素。第三、通過(guò)設(shè)計(jì)

11、工作，我會(huì)受到理論聯(lián)系實(shí)際的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和基本技能來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；還會(huì)了解、掌握工程設(shè)計(jì)全過(guò)程，提高工程實(shí)踐能力。第四、可以提高個(gè)人綜合素質(zhì)。例如，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的不懈追求，有助于探求真理、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)和學(xué)習(xí)態(tài)度養(yǎng)成；對(duì)多種工程技術(shù)方案的論證比較，能夠提高個(gè)人科學(xué)認(rèn)識(shí)、分析問(wèn)題的能力。第五、由于電能生產(chǎn)的特點(diǎn)是：發(fā)電，變電，輸電和用電是在同一時(shí)刻完成的，所以主接線的好壞，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全，穩(wěn)定，靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也直接影響到生產(chǎn)和生活。第六、考慮到石泉水電廠是上世紀(jì)的一個(gè)老電廠，已經(jīng)運(yùn)行有40年有余。在這40年里，隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，全球用電需求隨之加大

12、，進(jìn)而促進(jìn)了電力工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)在這40年里，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，對(duì)電力工業(yè)加大了投入，輸變電設(shè)備的制造水平和質(zhì)量都有所提高，對(duì)電氣設(shè)計(jì)也有了一些新的研究方法，石泉電廠電氣設(shè)計(jì)在運(yùn)行中也顯現(xiàn)出了不少的問(wèn)題，所以有必要采用新的方法與技術(shù)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，力求做到電氣設(shè)計(jì)可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)的要求，如果可能，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，少人值守也是可以的。1.3 課題來(lái)源 本著畢業(yè)設(shè)計(jì)課題應(yīng)與科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展緊密結(jié)合的原則，在調(diào)查研究、閱讀學(xué)科文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，積極與專業(yè)老師交流，結(jié)合個(gè)人興趣愛(ài)好，并廣泛征求意見(jiàn)后，我選擇“石泉水電站電氣部分設(shè)計(jì)”作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究課題。本課題屬于工程設(shè)計(jì)類題目。1

13、.4 本課題研究現(xiàn)狀 21世紀(jì)初20年，是我國(guó)電力發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，重點(diǎn)是在加強(qiáng)電廠建設(shè)，同時(shí)繼續(xù)加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整。為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)和人民生活供給充足、可靠、優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)的電能，是電力工業(yè)的基本任務(wù)。廠網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，西電東送，南北互送，走向聯(lián)合電系統(tǒng)，是電力工業(yè)的發(fā)展方向。這是一項(xiàng)全局性的龐大系統(tǒng)工程。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還有很多事要做且依賴于以各方面相關(guān)技術(shù)的全面進(jìn)步。1.5 本論文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本論文主要對(duì)石泉水電站的電氣一次部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括電氣主接線方案的擬定與比選，最終將原始電氣主接線改進(jìn)型方案確定為最優(yōu)方案；然后在最優(yōu)方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析論

14、證，選取了6個(gè)短路點(diǎn)進(jìn)行了短路電流計(jì)算，確定出本電站的短路水平。緊接著根據(jù)短路電流計(jì)算結(jié)果，選取了主要的電氣一次設(shè)備，確定了其型號(hào)及關(guān)鍵的參數(shù)，并根據(jù)相關(guān)要求，對(duì)所選的設(shè)備進(jìn)行了動(dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定的校驗(yàn)，所選擇的主要電氣一次設(shè)備包括：斷路器（包括發(fā)電機(jī)出口斷路器）、隔離開(kāi)關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、電纜、開(kāi)關(guān)站母線。廠用電也進(jìn)行了設(shè)計(jì)，結(jié)合石泉水電站水利樞紐的情況，在進(jìn)行負(fù)荷分析與統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上確定了其廠用電的供電電壓，供電方式，供電電源引接方式，供電接線方式等，并選擇了廠用電變壓器。最后還進(jìn)行了廠用電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)。最后，在以上分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，繪制了電氣主接線的最優(yōu)方案圖與比選方案圖，

15、開(kāi)關(guān)站的平面布置圖及其必要的斷面圖，廠用電的接線圖等相關(guān)圖紙。至此，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)告于段落。 第2章 電氣主接線設(shè)計(jì)2.1 石泉水電站供電負(fù)荷概況 圖2.1 石泉水電站的供電對(duì)象 石泉水電站發(fā)出的電力除少部分供給廠用電自身用電及近區(qū)用電外，其余電力主要供給四個(gè)地方，如圖1所示。（1）洋縣變電所：以220 kv高壓送電，送電距離達(dá)86 km。洋縣變電所配置兩臺(tái)變壓器，單臺(tái)容量分別為120 mva及90mva。（2）古堰變電所:以110 kv供電，供電距離4 km。該變電所配置有一臺(tái)容量為20 mva的變壓器。（3）漢陰變電所：以110 kv供電，供電距離35 km。該變電所配置有兩臺(tái)容量分別為20

16、 mva和10 mva的變壓器。（4）茶鎮(zhèn)變電所:以110 kv供電，供電距離16 km。該變電所配置有一臺(tái)容量為10 mva的變壓器。從上可以看出，該電站以兩種電壓供電，加之電站所采用發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓為10.5 kv,則該電站的高壓部分共有三個(gè)電壓等級(jí)，對(duì)著三個(gè)電壓等級(jí)應(yīng)分別進(jìn)行考慮。其中負(fù)荷（2）、（3）、（4）對(duì)應(yīng)的變電所中均接有牽引變電所，對(duì)鐵路交通運(yùn)輸比較重要，設(shè)計(jì)時(shí)要特別考慮.12.2 電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求(1)滿足用戶或電力系統(tǒng)的供電可靠性和電能質(zhì)量的要求。(2)接線簡(jiǎn)單、清晰、操作維護(hù)方便;(3)接線應(yīng)具有一定的靈活性。(4)滿足電站初期發(fā)電及最終規(guī)模的運(yùn)行要求，還應(yīng)考慮便

17、于分期過(guò) 渡。技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。22.3 電氣主接線方案擬定 根據(jù)石泉水電站的裝機(jī)容量和供電范圍及容量，在滿足電氣主接線的要求的情況下，暫時(shí)擬定三個(gè)方案。2.3.1 方案一 圖2.2 方案一 如圖2所示，方案一中，110 kv高壓側(cè)母線采用了3/2接線，具有高度的可靠性，220 kv高壓側(cè)母線采用單母線接線形式，可靠性一般，1#和2#機(jī)組均以單元接線的形式接入110 kv母線，3#機(jī)組也以單元接線的形式接入一臺(tái)自耦變壓器的低壓側(cè)，該自耦變壓器用于連接110 kv與220 kv系統(tǒng)。4#和5#機(jī)組以擴(kuò)大單元接線的形式接入220 kv系統(tǒng)。2.3.2 方案二 圖2.3 方案二如圖3所示，在方案二

18、中，針對(duì)漢陰變，石堰變，茶鎮(zhèn)變等負(fù)荷，考慮到由于其輸電距離較近，變壓器切換頻繁且供電負(fù)荷有差異，容易產(chǎn)生穿越功率等因素，所以110 kv系統(tǒng)采用了擴(kuò)大型外橋接線方式，同時(shí)為了在檢修線路或變壓器回路斷路器時(shí)不中斷線路或變壓器的正常運(yùn)行，特意裝設(shè)了兩條斷開(kāi)的跨條（如圖3 中虛線所示），還有為了輪流停電檢修任何一組隔離開(kāi)關(guān)，在跨條的兩端各裝設(shè)兩組隔離開(kāi)關(guān)。對(duì)于220 kv 系統(tǒng)仍采用了單母線接線方式，兩回進(jìn)線，一回出線。對(duì)于110 kv與220 kv兩系統(tǒng)之間的聯(lián)系，沒(méi)有設(shè)置專用的聯(lián)絡(luò)變壓器，而是采用了兩臺(tái)三繞組變壓器。針對(duì)發(fā)電機(jī)的連接方式，13#機(jī)組的電壓采用了單母線接線方式，45#機(jī)組也采用了單

19、母線接線方式，兩發(fā)電機(jī)母線通過(guò)母線斷路器進(jìn)行連接。2.3.3 方案三圖2.4 方案三 1如圖4所示，這是目前石泉水電站所采用的電氣主接線，其中110 kv高壓母線采用了雙母線接線方式，220 kv高壓側(cè)母線采用了單母線接線方式，兩回進(jìn)線，一回出線。對(duì)于兩系統(tǒng)之間的聯(lián)系設(shè)置了一臺(tái)專用的自耦變壓器用于聯(lián)絡(luò)兩系統(tǒng)。對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組的連接方式，同方案一。2.4 電氣主接線方案比較與確定2.4.1 經(jīng)濟(jì)方面比較由于缺乏設(shè)計(jì)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，所以只對(duì)關(guān)鍵的，花費(fèi)較大的電氣設(shè)備進(jìn)行比較，在這里僅對(duì)變壓器臺(tái)數(shù)，短路器個(gè)數(shù)，隔離開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)和母線條數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)表如下： 表2-1 關(guān)鍵電氣設(shè)備統(tǒng)計(jì)表 項(xiàng)目 方案一方案

20、二方案三變壓器臺(tái)數(shù)三臺(tái)雙繞組變壓器，一臺(tái)自耦變壓器兩臺(tái)三繞組變壓器三臺(tái)雙繞組變壓器，一臺(tái)自耦變壓器斷路器臺(tái)數(shù)15臺(tái)16臺(tái)12臺(tái)隔離開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)34個(gè)27個(gè)29個(gè)母線條數(shù)一條110 kv 母線，一條220 kv母線兩條10 kv母線一條110 kv 母線，一條220 kv母線 從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，方案二在設(shè)備投資方面最為經(jīng)濟(jì)，方案三次之，方案一最差勁。2.4.2 技術(shù)方面比較 （1）方案一優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 正常運(yùn)行時(shí)，兩組母線和每串上的三臺(tái)斷路器都同時(shí)工作，形成多環(huán)路供電方式。運(yùn)行調(diào)度十分靈活，具有很高的可靠性。由于每個(gè)回路都是經(jīng)過(guò)兩臺(tái)斷路器供電，所以任何一個(gè)斷路器檢修時(shí)，所有回路都不會(huì)停電。任一組母線故

21、障或檢修時(shí)，只斷開(kāi)與此母線相連的所有斷路器，所有回路可通過(guò)另一組母線繼續(xù)運(yùn)行。 在某一串中間斷路器故障，致使兩側(cè)斷路器跳閘，或者檢修與事故相重迭等苛刻情況下，也只是造成一會(huì)出線停運(yùn)。甚至在一組母線檢修另一組母線故障或兩組母線同時(shí)故障的極端情況下，也不會(huì)中斷供電，所以可靠性極高。3 方案一中的隔離開(kāi)關(guān)僅起到隔離電壓的作用，不帶電操作，切換靈活。 變壓器臺(tái)數(shù)多，采用單元接線，清晰明了，不容易因變壓器或與之相連的斷路器故障而造成窩電現(xiàn)象。 采用自耦變壓器來(lái)聯(lián)絡(luò)兩種高壓電力系統(tǒng)，相比采用三繞組變壓器來(lái)聯(lián)絡(luò)兩個(gè)高壓電力系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)。因?yàn)椴捎萌@組變壓器來(lái)聯(lián)絡(luò)時(shí)，其損耗較大，尺寸、重量及投資均較自耦變壓器

22、多，而且其容量常常會(huì)受到運(yùn)輸條件和制造條件的限制。采用自耦變壓器可以規(guī)避這些問(wèn)題，而且可以將部分機(jī)組接在中壓側(cè)（110kv）,充分利用自耦變壓器的通過(guò)容量向高壓側(cè)送電，節(jié)省了變壓器和開(kāi)關(guān)設(shè)備的投資。4 電源進(jìn)線和饋線采用了交叉布置的形式，大大提高了供電的可靠性，不會(huì)因?yàn)槟骋淮c母線解裂而導(dǎo)致某一線路供電中斷。5缺點(diǎn)： 由于一個(gè)回路連接著兩臺(tái)斷路器，一臺(tái)中間聯(lián)絡(luò)斷路器又連接著兩個(gè)回路，所以中間聯(lián)絡(luò)斷路器的動(dòng)作次數(shù)較多，檢修頻繁。繼電保護(hù)和二次接線更復(fù)雜，例如保護(hù)接地和電流的測(cè)量問(wèn)題、重合閘問(wèn)題、失靈保護(hù)問(wèn)題及互感器的配置問(wèn)題。 一個(gè)半斷路器接線各元件之間聯(lián)系比較緊密，各元件之間可通過(guò)中間斷路器，

23、母線斷路器溝通。如在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，為保障系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，要將系統(tǒng)分成幾個(gè)互不連接的部分，則在接線上不容易實(shí)現(xiàn)。不如雙母線分段接線可通過(guò)母聯(lián)或分段斷路器，方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接線的分割。3但是由于本設(shè)計(jì)中的一個(gè)半路器接線只有三回出線，不存在以上問(wèn)題，所以不予考慮。自耦變壓器的阻抗較小，使用中必須將其中性點(diǎn)直接接地，從而增大了單相接地電流，這會(huì)對(duì)斷路器，繼電保護(hù)和通信造成干擾。6而且，器中壓側(cè)沒(méi)有抽頭，運(yùn)行時(shí)調(diào)壓困難；當(dāng)中壓側(cè)負(fù)荷變化較大時(shí)，為了保證高壓系統(tǒng)的電壓水平，中壓側(cè)的電壓會(huì)偏移過(guò)大。 （2）方案二優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 采用三繞組變壓器來(lái)進(jìn)行兩高壓系統(tǒng)的聯(lián)系，三繞組變壓器兩升高電壓側(cè)之間的阻抗較

24、大，且中性點(diǎn)可不直接接地，有利于限制系統(tǒng)短路電流及解決繼電保護(hù)，通信干擾等問(wèn)題。4 接線清晰明了，配電裝置少，占地面積小。 兩側(cè)橋臂在高壓側(cè)及低壓側(cè)均有聯(lián)系，形成一個(gè)封閉環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，變壓器的故障或檢修不影響任何一臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行。 接線簡(jiǎn)單，高壓斷路器數(shù)量少，為進(jìn)出線數(shù)減一， 一臺(tái)主變壓器回路故障，只開(kāi)斷一臺(tái)斷路器，不影響線路和另一合主變壓器運(yùn)行。7缺點(diǎn)： 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)易斷開(kāi)，可靠性不高。系統(tǒng)高壓側(cè)的穿越功率至少要經(jīng)過(guò)兩臺(tái)斷路器，是斷路器的動(dòng)作次數(shù)增加，增大器運(yùn)行費(fèi)用。 變壓器的數(shù)量太少，需要將變壓器的容量選的大很多，已形成暗備用，否則容易造成當(dāng)一臺(tái)主變故障時(shí)，電站發(fā)出的電送不出去，造成窩電現(xiàn)象。另一方

25、面，大容量的三繞組變壓器在運(yùn)輸及制造方面存在限制。再者，暗備用容量不經(jīng)常使用，造成極大的浪費(fèi)。由于發(fā)電機(jī)母線上所連接的機(jī)組臺(tái)數(shù)較多，對(duì)限制斷路電流極為不利，造成斷路器選擇困難。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)的發(fā)電機(jī)母線故障時(shí)，影響范圍較大，至少兩臺(tái)機(jī)組停運(yùn)。 橋連斷路器故障全廠停電。 （3）方案三優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 線路故障斷路器拒動(dòng)或母線故障只停一條母線及所連接的元件。將非永久性故障元件切換到無(wú)故障母線，可迅速恢復(fù)供電。 檢修任一元件的母線隔離開(kāi)關(guān)，只停該元件和一條母線，其他元件切換到另一母線，不影響其他元件供電。 可在任何元件不停電的情況下輪流檢修母線，只需將要檢修的母線上的全部元件切換到另一母線即可。 斷路器檢修

26、可加臨時(shí)跨條，將被檢修斷路器旁路，用母聯(lián)斷路器代替被檢修斷路器，減少停電時(shí)間。 運(yùn)行和調(diào)度靈活。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需要，各元件可靈活地連接到任一母線上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的合理接線。 擴(kuò)建方便。一般情況下，雙母線接線配電裝置在一期工程中就將母線構(gòu)架一次建成，近期擴(kuò)建間隔的母線也安裝好。在擴(kuò)建新元件施工時(shí)，對(duì)原有元件沒(méi)有影響。但是考慮到石泉水電站的實(shí)際情況，擴(kuò)建的可能性不大，所以該優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有實(shí)際的用途。 接線清晰。缺點(diǎn)： 當(dāng)母線或母線隔離開(kāi)關(guān)故障檢修時(shí)，倒閘操作復(fù)雜隔離開(kāi)關(guān)操作閉鎖接線復(fù)雜。保護(hù)和測(cè)量裝置的電壓取自母線電壓互感器二次側(cè)復(fù)雜。母線聯(lián)絡(luò)斷路器故障，整個(gè)配電裝置將全停。容易發(fā)生誤操作。需經(jīng)過(guò)切換。電壓

27、回路接線由于采用了自耦變壓器來(lái)聯(lián)絡(luò)兩個(gè)高壓系統(tǒng)，所以具有與方案一相似的缺點(diǎn)。隔離開(kāi)關(guān)數(shù)量多，切換母線操作過(guò)程比較復(fù)雜，容易造成誤操作，而且不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和遠(yuǎn)動(dòng)化。2.4.3 電氣主接線方案確定從經(jīng)濟(jì)性，可靠性，靈活性等各方面綜合考慮，方案二雖然經(jīng)濟(jì)性較好，但可靠性不高，當(dāng)聯(lián)絡(luò)斷路器故障時(shí)甚至可能造成全廠停機(jī)，所以不宜采用。方案三的電氣設(shè)備投資雖然適中，靈活性也可以滿足要求，但是隔離開(kāi)關(guān)帶電倒閘操作，容易產(chǎn)生誤操作，而且當(dāng)母聯(lián)斷路器發(fā)生故障時(shí)，也會(huì)造成全廠停電，所以也不宜選用。方案一雖然電氣設(shè)備投資較大，但是可靠性極高，靈活性極好，幾乎不會(huì)出現(xiàn)全廠停電。所以綜合考慮之后，選取方案一作為最佳方案

28、。2.5 主變壓器的選擇2.5.1 1#與2#主變的選擇 （1）容量根據(jù)姚春球的發(fā)電廠電氣部分，在單元接線中，主變?nèi)萘堪窗l(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組廠用電負(fù)荷后，留10%的裕度選擇：=57 mva （2-1）其中： ：發(fā)電機(jī)的額定功率； ：廠用電率，對(duì)水電廠約為0.2%2%； ：發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)，此處取為0.85；5 （2）相數(shù)由于該變壓器用于110 kv系統(tǒng)，其電壓等級(jí)和容量都不是很大，考慮到一臺(tái)三相式變壓器較三臺(tái)單相式變壓器的投資小，占地少，損耗小，同時(shí)配電裝置也簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，且該對(duì)應(yīng)容量下三相變壓器的制造，運(yùn)輸條件限制較少，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，優(yōu)先選取三相式變壓器。 （3）

29、繞組數(shù) 由于采用了單元接線，所以選用雙繞組。 （4）繞組接線組別 變壓器的繞組接線方式必須使得其線電壓與系統(tǒng)線電壓的相位一致，否則不能并列運(yùn)行。根據(jù)我國(guó)電力變壓器所采用的接線方式：110 kv及以上電壓側(cè)均為“yn”,即中性點(diǎn)引出直接接地。同時(shí)考慮到系統(tǒng)或機(jī)組同步并列要求及限制三次諧波對(duì)電源的影響等因素，并結(jié)合電力設(shè)備選型手冊(cè)已有生產(chǎn)能力變壓器的現(xiàn)狀，確定其繞組接線組別為：d11。 （6）調(diào)壓方式 考慮到石泉水電廠在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰，調(diào)頻，事故備等作用，其出力變化大，電力潮流變化大計(jì)電壓偏移大等特點(diǎn)，同時(shí)考慮到牽引變電所供電斷續(xù)性等特點(diǎn)，所以擬采用有載調(diào)壓變壓器，但是因?yàn)檫x不到對(duì)應(yīng)容量下合適的變

30、壓器，所以放棄使用有載調(diào)壓方式。 （7）主變型號(hào)確定 結(jié)合以上要求，選取主變型號(hào)為：sspl63000/110,其冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷。82.5.2 3#主變的選擇 （1）容量聯(lián)絡(luò)變壓器選擇選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足下列條件;其容量應(yīng)滿足在各種運(yùn)行方式下的功率交換。其容量一般不應(yīng)小于所聯(lián)絡(luò)的兩種母線上最大一臺(tái)機(jī)組的容量，以保證最大一臺(tái)機(jī)組故障或檢修時(shí)，通過(guò)聯(lián)絡(luò)變壓器來(lái)滿足本側(cè)負(fù)荷的需求；同時(shí)也可在線路檢修或故障時(shí)，通過(guò)聯(lián)絡(luò)變壓器將剩余功率送入另一側(cè)系統(tǒng)。4基于以上的兩點(diǎn)要求，按最糟糕的情況考慮，即當(dāng)220 kv出線故障時(shí)，保證4#和5#機(jī)組的出力能夠送入110 kv電網(wǎng)。在擴(kuò)大單元接線中，主變?nèi)萘堪窗l(fā)

31、電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組廠用電負(fù)荷后，留10%的裕度選擇： =114 mva 其中： ：發(fā)電機(jī)的額定功率； ：廠用電率，對(duì)水電廠約為0.2%2%； ：發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)，此處取為0.85； （2）相數(shù) 由于該變壓器用于110 kv系統(tǒng)，其電壓等級(jí)和容量都不是很大，考慮到一臺(tái)三相式變壓器較三臺(tái)單相式變壓器的投資小，占地少，損耗小，同時(shí)配電裝置也簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，且該對(duì)應(yīng)容量下三相變壓器的制造，運(yùn)輸條件限制較少，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，優(yōu)先選取三相式變壓器。 （3）結(jié)構(gòu)形式 由于用于發(fā)電廠中，主要由低壓側(cè)及中壓側(cè)向高壓側(cè)輸送功率，所以高低，中高之間的阻抗不宜過(guò)大，否則傳輸功率時(shí)損失較大，所以

32、宜采用降壓相結(jié)構(gòu)，其繞組排列順序?yàn)椋鸿F芯低壓繞組中壓繞組高壓繞組，由于功率傳輸方向主要為中壓側(cè)到高壓側(cè)，此種排列順序時(shí)，高中壓繞組相距較近，阻抗小，傳輸功率時(shí)損失小。7 （4）主變型號(hào)確定 結(jié)合以上要求，選取主變型號(hào)為：sspsol120000/220,其冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)水冷，其中性點(diǎn)接到方式采用直接接地，繞組接線組別為：yn(自耦)d-12-11。82.5.3 4#主變的選擇 （1）容量在擴(kuò)大單元接線中，主變?nèi)萘堪窗l(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組廠用電負(fù)荷后，留10%的裕度選擇： =114 mva 其中： ：發(fā)電機(jī)的額定功率； ：廠用電率，對(duì)水電廠約為0.2%2%； ：發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)，此處

33、取為0.85； （2）相數(shù)由于該變壓器用于220 kv系統(tǒng)，其電壓等級(jí)和容量都不是很大，考慮到一臺(tái)三相式變壓器較三臺(tái)單相式變壓器的投資小，占地少，損耗小，同時(shí)配電裝置也簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，且該對(duì)應(yīng)容量下三相變壓器的制造，運(yùn)輸條件限制較少，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，優(yōu)先選取三相式變壓器。 （3）繞組數(shù) 由于采用了擴(kuò)大單元接線，所以選用雙繞組。 （4）繞組接線組別 變壓器的繞組接線方式必須使得其線電壓與系統(tǒng)線電壓的相位一致，否則不能并列運(yùn)行。根據(jù)我國(guó)電力變壓器所采用的接線方式：110 kv及以上電壓側(cè)均為“yn”,即中性點(diǎn)引出直接接地。同時(shí)考慮到系統(tǒng)或機(jī)組同步并列要求及限制三次諧波對(duì)電源的影響等

34、因素，并結(jié)合電力設(shè)備選型手冊(cè)已有生產(chǎn)能力變壓器的現(xiàn)狀，確定其繞組接線組別為：d11。 （5）調(diào)壓方式 考慮到石泉水電廠在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰，調(diào)頻，事故備等作用，其出力變化大，電力潮流變化大計(jì)電壓偏移大等特點(diǎn)，同時(shí)考慮到牽引變電所供電斷續(xù)性等特點(diǎn)，所以擬采用有載調(diào)壓變壓器，但是因?yàn)檫x不到對(duì)應(yīng)容量下合適的變壓器，所以放棄使用有載調(diào)壓方式。 （6）主變型號(hào)確定 結(jié)合以上要求，選取主變型號(hào)為：sfpl120000/220,其冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。82.5.4 主變壓器匯總表2-2 主變壓器參數(shù) 編號(hào)型號(hào)接線組別額定容量冷卻方式接地方式有載調(diào)壓短路阻抗% 1#sspl63000/110d1163mva強(qiáng)

35、迫油循環(huán)水冷。經(jīng)刀閘接地否10.122#sspl63000/110d1163mva強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。經(jīng)刀閘接地否103#sspsol120000/220yn(自耦)d-12-11120mva強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。直接接地 否高中10高低5.9中低8.84#sfpl120000/220d11120mva強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。經(jīng)刀閘接地 否13.04第3章 短路電流計(jì)算3.1 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定 （1）計(jì)算的基本情況短路過(guò)程是一種暫態(tài)過(guò)程。影響電力系統(tǒng)的因素很多，若在實(shí)際計(jì)算中把所有的因素都考慮進(jìn)來(lái)，將是復(fù)雜而沒(méi)有必要的。因此，在滿足工程要求的前提下，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可采用一些合理的假設(shè)，以便對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)

36、算： 認(rèn)為在短路過(guò)程中，所有發(fā)電機(jī)電勢(shì)的相位及大小均相同，亦即在發(fā)電機(jī)之間沒(méi)有電流交換，發(fā)電機(jī)供出的電流全部是流向短路點(diǎn)的，而所有負(fù)荷之路則認(rèn)為已斷開(kāi)。 不計(jì)及磁路飽和及磁滯損失忽略不計(jì)。這樣，系統(tǒng)中各元件的感抗便都是恒定的，可以運(yùn)用疊加原理。 不計(jì)及變壓器勵(lì)磁電流。 系統(tǒng)中所有元件只計(jì)入電抗。但在計(jì)算短路電流非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)，或者計(jì)算電壓為1 kv以下低壓系統(tǒng)短路電流時(shí)，則必須計(jì)及元件的電阻。 短路為金屬性短路，即不計(jì)短路點(diǎn)過(guò)度電阻的影響。 認(rèn)為三相系統(tǒng)是對(duì)稱的。對(duì)于不對(duì)稱短路，可應(yīng)用對(duì)稱分量法，將每序?qū)ΨQ網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成單相短路進(jìn)行計(jì)算。以上的六點(diǎn)假設(shè)使短路電流計(jì)算結(jié)果稍微偏大一些，但最大

37、誤差一般不超過(guò)10%15%，這對(duì)工程準(zhǔn)確度來(lái)說(shuō)是允許的。 （2）接線方式計(jì)算短路電流所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式(即最大運(yùn)行方式)，而不能用僅在切換過(guò)程中可能并列運(yùn)行的接線方式。 （3）計(jì)算容量 應(yīng)按工程設(shè)計(jì)的規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃，一般取工程建成后的5一10年。 （4）短路種類一般按三相短路計(jì)算。若發(fā)電機(jī)出口的兩相短路，或中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)及自藕變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路情況嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按嚴(yán)重情況進(jìn)行校驗(yàn)。 （5）短路計(jì)算點(diǎn) 在正常接線方式時(shí)，通過(guò)設(shè)備的短路電流為最大的地點(diǎn)，稱為短路計(jì)算點(diǎn)。73.2 短路電流計(jì)算 圖3.1 電力

38、系統(tǒng)原始網(wǎng)絡(luò)圖3.2.1 短路計(jì)算點(diǎn)的選擇 結(jié)合所選電氣主接線的最優(yōu)方案與石泉水電廠的實(shí)際情況，此次短路計(jì)算你選定六個(gè)短路點(diǎn)（如圖1所示），分別為110 kv 母線 k1、220 kv 母線k2、4號(hào)主變低壓側(cè)（即4#和5#機(jī)組擴(kuò)大單元接線的發(fā)電機(jī)母線）k3、3#發(fā)電機(jī)出口k4、1#主變低壓側(cè)k5，4#或5#發(fā)電機(jī)出口k6。進(jìn)行短路電流計(jì)算時(shí)，按照電站最大運(yùn)行方式進(jìn)行（即電站所有的的機(jī)組均在額定出力下運(yùn)行，所有變壓器均投入并列運(yùn)行），所有的斷路器均處于閉合狀態(tài)。 各個(gè)短路計(jì)算點(diǎn)選擇的依據(jù)分別是： k1、k2點(diǎn)：為選擇110 kv 及220 kv母線時(shí)進(jìn)行前期準(zhǔn)備，并為所選母線的動(dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定校

39、驗(yàn)提供依據(jù)，同時(shí)為與母線相連的斷路器的選擇提供依據(jù)。 k3點(diǎn)：由于采用了擴(kuò)大單元接線，該處顯得比較重要，有必要進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，以便與其他短路點(diǎn)進(jìn)行短路電流比較，同時(shí)為4#和5#發(fā)電機(jī)出口斷路器的選擇提供依據(jù)。 k4點(diǎn)：由于該該處與自耦變壓器相連，自耦變壓器高壓的一、二次側(cè)有電與磁的聯(lián)系，在運(yùn)行時(shí)，兩種升高電壓均系中性點(diǎn)直接接地，短路電流較大，有必要進(jìn)行計(jì)算。 k5點(diǎn)：該點(diǎn)取在1#或2#機(jī)組的出口效果是一樣的（因?yàn)?#與2#機(jī)組及主變的配置完全一樣），所以只選取一個(gè)，選取的目的主要是為了與其他4處的短路電流進(jìn)行比較，分析其短路影響情況。 k6點(diǎn)：該點(diǎn)取在4#或5#機(jī)組的出口效果也是一樣的，同k5點(diǎn)

40、，所以也只取一個(gè)，選取的目的主要是為了選擇4#與5#發(fā)電機(jī)出口斷路器。其計(jì)算過(guò)程可借用k3點(diǎn)的。3.2.2 計(jì)算各元件的電抗標(biāo)幺值并繪制等值電路圖在標(biāo)么值計(jì)算中，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，電抗標(biāo)么值的下角標(biāo)省去符號(hào)“*” 。同時(shí)考慮到輸電線路較短，可能導(dǎo)致直連電抗較小，所以擬將系統(tǒng)的阻抗計(jì)算在內(nèi)，方法為：將系統(tǒng)側(cè)視為由變壓器供電，器短路阻抗統(tǒng)一暫取為10.圖3.2 等值電路圖 基準(zhǔn)值取=100mva，= 則網(wǎng)絡(luò)中各元件的電抗標(biāo)么值計(jì)算如下:（石茶線） （3-1）=0.1100/10=1 （3-2）（石漢線）=0.1100/30=0.333（石堰線）=0.1100/20=0.5（石洋線）=0.1100/210

41、=0.048（1#與2#變壓器） （3-3） 對(duì)于3#自耦變壓器計(jì)算較麻煩，參照馮金光的發(fā)電廠電氣部分求得各個(gè)繞組的短路電壓百分?jǐn)?shù): （3-4） 進(jìn)而求得3#變壓器的高中低各惻的電抗標(biāo)幺值：（高壓側(cè)） （3-5）（12中壓側(cè)；13低壓側(cè)） （4#主變） （1#3#發(fā)電機(jī)） （3-6） （4#5#發(fā)電機(jī)）3.2.3 短路計(jì)算點(diǎn)k1 （1）k1 點(diǎn)等值電路圖的化簡(jiǎn)圖3.3 k1點(diǎn)等值電路圖化簡(jiǎn)（一） 可以將電源g1和g2進(jìn)行合并，繼續(xù)進(jìn)行化簡(jiǎn),其中： 圖3.4 k1點(diǎn)等值電路圖化簡(jiǎn)（二） =0.172 （3-7） =0.397 圖3.5 k1點(diǎn)等值電路圖化簡(jiǎn)（三）=0.297 =0.685 ; =

42、0.611首先視所有電源均為有限容量系統(tǒng)，計(jì)算各個(gè)電源與短路點(diǎn)之間的直連電抗（又稱“轉(zhuǎn)移電抗”）分別換算為以各自的電源容量為基準(zhǔn)容量的新標(biāo)幺值，即“計(jì)算電抗” 。 （3-8） （3-9） 由計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，七個(gè)電源均可按有限容量算。另外，根據(jù)石泉水電站出線的實(shí)際現(xiàn)狀，可將s1、s2、s3、s4視為火電系統(tǒng)。 （2）計(jì)算各電源供給短路點(diǎn)k1的短路電流有限容量系統(tǒng)電源根據(jù)計(jì)算電抗查運(yùn)算曲線，可求出各個(gè)時(shí)刻的短路電流標(biāo)幺值，進(jìn)而求得其有名值；無(wú)窮大電源系統(tǒng)直接根據(jù)其轉(zhuǎn)移電抗直接計(jì)算。4 電源s1供給的短路電流 電流基準(zhǔn)值（以電源容量為基準(zhǔn)容量，以短路點(diǎn)的平均電壓為基準(zhǔn)電壓）： ka （3-10）根據(jù)水

43、電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)一次分冊(cè)，在汽輪發(fā)電機(jī)短路電流運(yùn)算曲線上分別查得t=0s, t=2.0 s，t= 4.0 s 對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的標(biāo)幺值 。則對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的有名值 。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：表3-1 時(shí)刻t/s02.04.0標(biāo)幺值 102.92.5有名值it/ka0.5000.1450.125 電源s2供給的短路電流 電流基準(zhǔn)值（以電源容量為基準(zhǔn)容量，以短路點(diǎn)的平均電壓為基準(zhǔn)電壓）： ka 根據(jù)水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)一次分冊(cè)，在汽輪發(fā)電機(jī)短路電流運(yùn)算曲線上分別查得t=0s, t=2.0 s，t= 4.0 s 對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的標(biāo)幺值 。則對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的有名值

44、。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：表3-2 時(shí)刻t/s02.04.0標(biāo)幺值 8.22.82.5有名值it/ka1.2380.4230.378 電源s3供給的短路電流 電流基準(zhǔn)值（以電源容量為基準(zhǔn)容量，以短路點(diǎn)的平均電壓為基準(zhǔn)電壓）： ka （3-11）根據(jù)水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)一次分冊(cè)，在汽輪發(fā)電機(jī)短路電流運(yùn)算曲線上分別查得t=0s, t=2.0 s，t= 4.0 s 對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的標(biāo)幺值 。則對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的有名值 。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：表3-3 時(shí)刻t/s02.04.0標(biāo)幺值 102.92.5有名值it/ka1.0000.2900.250 電源s4供給的短路電流 電流基準(zhǔn)值（以電源容量為

45、基準(zhǔn)容量，以短路點(diǎn)的平均電壓為基準(zhǔn)電壓）： ka根據(jù)水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)一次分冊(cè)，在汽輪發(fā)電機(jī)短路電流運(yùn)算曲線上分別查得t=0s, t=2.0 s，t= 4.0 s 對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的標(biāo)幺值 。則對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的有名值 。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：表3-4 時(shí)刻t/s02.04.0標(biāo)幺值 4.62.52.42有名值it/ka4.8482.6352.511 電源g6供給的短路電流 電流基準(zhǔn)值（以電源容量為基準(zhǔn)容量，以短路點(diǎn)的平均電壓為基準(zhǔn)電壓）： ka根據(jù)水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)一次分冊(cè)，在水輪發(fā)電機(jī)短路電流運(yùn)算曲線上分別查得t=0s, t=2.0s，t= 4.0 s 對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的標(biāo)幺值 。則對(duì)應(yīng)時(shí)刻的短路電流周期分量的有名值 。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：表3-5 時(shí)刻t/s02.04.0標(biāo)幺值 4.13.13.07有