水电站电气部分设计毕业论文

郑州电力职业技术学院

学生毕业论文

论文题目：中小型水电站电气部分初步设计

院 系： 电力工程系 年 级： 2011级 专 业： 发电厂及电力设备 姓 名： 张龙展 学 号： 20111658 指导教师： 李银芳

I

摘 要

本篇毕业设计主要是对某水电站电气部分的设计，包括主接线方案的设计，主要设备选择，短路电流计算，电气一次设备的选择计算。通过对水电站的主接线设计，主接线方案论证，短路电流计算，电气设备动、热稳定校验，主要电气设备型号及参数的确定，较为细致地完成电力系统中水电站设计。

限于毕业设计的具体要求和设计时间的限制，本毕业设计主要完成了对水电站电气主接线设计及论证，短路电流计算，电气一次设备的选择计算，电气设备动、热稳定校验、电气设备型号及参数的确定做了较为详细的理论设计，而对其他方面分析较少，这有待于在今后的学习和工作中继续进行研究。

关键词

电气主接线；短路电流；电气一次设备。

II

目录

摘 要 .................................................................... II Abstract ................................................. 错误！未定义书签。

第1章 前言 .............................................................. 1

1.1设计题目 ........................................................... 1 1.2水电站电气部分研究的背景 ........................................... 1 1.3本课题的研究意义 ................................................... 2

1.3.1 电站电气主接线的论证意义 ................................... 2 1.3.2 电气一次设备和二次设备选择及计算的意义 ..................... 2 1.3.3 短路电流计算的意义 ......................................... 2 1.3.4 本课题研究的现实意义 ....................................... 3 1.4本课题的来源 ....................................................... 3 1.5论文设计的主要内容 ................................................. 3 第2章 主接线方案确定 .................................................... 4

2.1电气主接线释名 ..................................................... 4 2.2主接线方案的拟定 ................................................... 4

2.2.1 方案一 ..................................................... 4 2.2.2 方案二 ..................................................... 4 2.2.3 方案三 ..................................................... 5 2.2.4 方案比较说明 ............................................... 6 2.3方案确定 ........................................................... 6 第3章 主要设备的选择 .................................................... 8

3.1导线的初步选择 ..................................................... 8

3.1.1 与系统相连导线的选择 ....................................... 8 3.1.2 连接近区负荷导线的选择（按电压损耗选择） ................... 8 3.1.3 导线的确定 ................................................. 9 3.2变压器的选择 ...................................................... 10

3.2.1 1T变压器高压侧为38.5KV,低压侧为6.3KV ..................... 10 3.2.2 2T变压器选择 .............................................. 11 3.2.3 3T变压器的选择 ............................................ 11 3.2.4 4T为厂用变压器 ............................................ 12 3.2.5 5T为厂用变压器 ............................................ 12 3.2.6 最终选定变压器 ............................................ 13 3.3发电机的选择 ...................................................... 13 第4章 短路电流计算 ..................................................... 14

4.1短路电流计算目的、规定和步骤 ...................................... 14

4.1.1 短路电流计算的主要目的 .................................... 14 4.1.2 短路电流计算一般规定 ...................................... 14 4.1.3 计算步骤 .................................................. 14 4.2短路电流的计算 .................................................... 15

4.2.1 等值网络的绘制和短路点选择 ................................ 15

III

4.2.2 网络参数的计算 ............................................ 15 4.2.3 短路电流的计算 ............................................ 15 4.3短路电流计算成果表 ................................................ 23 第5章 电气一次设备的选择计算 ........................................... 24

5.1母线的选择 ........................................................ 24

5.1.1 6.3kV母线的选择 ........................................... 24 5.1.2 10kV母线的选择 ............................................ 25 5.1.3 35kV母线的选择 ............................................ 26 5.1.4 最终确定母线 .............................................. 27 5.2电缆的选择 ........................................................ 27

5.2.1 发电机机端引出线电缆 ...................................... 28 5.2.2 主变低压侧电缆 ............................................ 29 5.2.3 主变高压侧电缆 ............................................ 30 5.2.4 电缆最终确定 .............................................. 31 5.3断路器的选择 ...................................................... 31

5.3.1 断路器选型 ................................................ 31 5.3.2 1号,2号,3号,4号断路器的选择 ............................. 31 5.3.3 5号,6号断路器的选择 ...................................... 33 5.3.4 7号断路器的选择 ........................................... 33 5.3.5 8号,9号,11号断路器的选择 ................................. 33 5.3.6 10号,12号,13号,14号,15号断路器的选择 .................... 34 5.3.7 16号,17号断路器的选择 .................................... 34 5.3.8 断路器参数表 .............................................. 35 5.4互感器的选择 ...................................................... 36

5.4.1 主接线中互感器配置 ........................................ 36 5.4.2 电流互感器的选择 .......................................... 37 5.4.3 电压互感器的选择 .......................................... 43

第6章 结论 ............................................................. 46

6.1水电站电气部分设计结论 ............................................ 46 6.2设计要点知识总结 .................................................. 46 6.3心得与收获 ........................................................ 46 参考文献 ................................................................. 47 附录 ..................................................................... 48 致谢 ..................................................................... 49

IV

发电厂电气部分常规设计

第1章 前言

1.1设计题目

某小型水电站装机容量为：4×9000KW，机端电压为6.3KV，有两个升高电压等级35KV/10KV，其中35KV出线一回与电力系统相连（上网），距离为55Km。10KV出线四回，向近区负荷供电。

Ⅰ区：1500KW，距电站20km； Ⅱ区：1200KW，距电站10km； Ⅲ区：600KW，距电站25km； Ⅳ区：400KW，距电站8km。 功率因数：cos??0.85 气象及地质条件： 最高气温：400C 最低气温：20C 年平均气温：250C

m最大风速：20s

天年雷暴日：30年 地震烈度：VII级 海拔高度：350米

根据以上资料，设计出了一方面能使重要用户的供电可靠性得到保证，另一方面可以把多余的电能输入电网，使其能够得到系统负荷的充分合理利用，从而充分利用水资源的电站。

1.2水电站电气部分研究的背景

地方中小型水电站的电气主接线选择，以及一次设备和二次设备的选择等等， 应本着具体问题具体分析的原则，根据变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性质、出线回路数、设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况，在满足供电可靠性、功能性、具有一定灵活性、还拥有一定发展裕度的前提下，尽量选择经济、

1

发电厂电气部分常规设计

简便实用的电气主接线以及一次设备和二次设备。如终端变电站，我们可根据其进线回路数较少的特点，选择线路变压器组接线，或者是桥型接线；中间变电站，我们可根据其交换系统功率和降压分配功率的双重功能的特点，选择单母线接线、单母线分段、单母线带旁路接线等形式。总之，电力网络的复杂性和多样性决定了我们不能教条地选择电站的电气主接线、一次设备、二次设备等等，要具体问题具体分析，选择具有自己特色的电气主接线和设备。

发电厂电气主接线的论证，电气一次设备及二次设备的选择，厂房、配电装置布置，自动装置选择和控制方式对电厂设计的安全性及经济性起着重要作用。同时对电力系统运行的可靠性，灵活性和经济性起决定性作用。

1.3本课题的研究意义

1.3.1 电站电气主接线的论证意义

1.电气主接线图是电厂设计的重要部分。同时也是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，了解电路中各种电气设备的用途，性能及维护，检查项目和运行操作的步骤等都离不开对电气主接线的掌握。

2.电气主接线表明了发电机，变压器，断路器和线路等电气设备的数量，规格，连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择，配电装置的布置。继电保护和自动装置的确定。是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。

3.由于电能生产的特点是：发电，变电，输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全，稳定，灵活和经济运行，也直接影响到生产和生活。

电气主接线的拟订是一个综合性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力求使其技术先进，经济合理，安全可靠。

1.3.2 电气一次设备和二次设备选择及计算的意义

为了满足生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，发电厂和变电站中安装有各种电气一次设备和二次设备，其主要任务是启动机组、调试负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理等。

1.3.3 短路电流计算的意义

导体通过短路电流产生的热量，全部用于使温度升高。导体发热对电气设备的影

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发电厂电气部分常规设计

响很大，会导致绝缘材料的绝缘性能降低，使金属材料的机械强度下降，使导体接触部分的接触电阻增加，因此短路电流计算的意义很大。

1.3.4 本课题研究的现实意义

21世纪初20年，是我国电力发展的关键时期，重点是在加强电厂建设，同时继续加强电网建设，加快结构调整。为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能，是电力工业的基本任务。厂网分开，竞价上网，实现高度自动化，西电东送，南北互送，走向联合电系统，是电力工业的发展方向。这是一项全局性的庞大系统工程。为实现这一目标，还有很多事要做且依赖于以各方面相关技术的全面进步。

1.做好电力规划，加强电厂、电网建设； 2.电力工业的现代化； 3.联合电力系统； 4.洁净煤发电技术； 5.绿色能源的开发和利用。

1.4本课题的来源

实际水电站电气部分的设计

1.5论文设计的主要内容

这次毕业设计的主要内容是对水电站主接线方案的设计及论证，主要设备的选择，短路电流计算，一次设备的选择计算。

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发电厂电气部分常规设计

第2章 主接线方案确定

2.1电气主接线释名

发电厂的主接线是由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆等电气设备按设计要求连接起来，表示生产汇集和分配电能的电路，电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的电路图称为电气主接线图。因此电气主接线的设计必须根据电力系统，发电厂及变电站的具体情况，全面分析通过技术，经济的比较，合理地选择主接线。

电气主接线须满足以下要求：

1、根据发电厂、变电站在电力系统中的地位、作用和用户性质，保证必要的供电可靠性和电能质量的要求。

2、应力求接线简单、运行灵活和操作简便。 3、保证运行、维护和检修的安全和方便。 4、应尽量降低投资，节省运行费用。 5、满足扩建的要求，实现分期过渡。

2.2主接线方案的拟定

结合原始资料，根据其要求初步拟定以下三种方案。

2.2.1 方案一

见图2-1，方案说明：该水电站有两个升高电压等级，分别为35KV和10KV，故可考虑用两台三绕组变压器，发电机出口端采用单母线接线，35KV侧线路用单母线连接；10KV侧线路采用旁路断路器兼作分段断路器的接线形式，厂用变可以考虑两台，分别接于6.3KV母线和35KV母线上[1]。

2.2.2 方案二

见图2-2，方案说明：该方案在发电机端接线采用双母线分段接线形式，发电机发出的电一部分经1号、2号变压器升至35KV，35KV线路采用单母线接线。一部分经3号变压器，高压侧连接35KV母线，中压侧向10KV母线供电，厂用变压器分别接于6.3KV母线和35KV母线上[1]。

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发电厂电气部分常规设计

2.2.3 方案三

见图2-3，方案说明：该方案1号、2号、3号、4号发电机出口端接成单母线接线方式，经1号、2号变压器升至35kV，35kV侧线路采用单母线接线，经3号变压器升至10kV向近区供电，厂用变压器分别接于6.3kV母线和35kV母线上[1]。

图2-1 方案一

图2-2 方案二

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发电厂电气部分常规设计

图2-3 方案三

2.2.4 方案比较说明

方案一：采用两台三绕组变压器，16台断路器，此方案的供电可靠性较高，但变压器中压侧长期处于轻载状态，损耗较大，因而经济性较差[1]。

方案二：接线中采用两台双绕组变压器和一台三绕组变压器，15台断路器，其经济性较差[1]。

方案三：采用三台双绕组变压器，15台断路器，此方案接线简单、经济、保护配置也更为简便[1]。

2.3方案确定

因为此水电站属于小型电站，没必要运用复杂且昂贵的接线方案，在满足供电可靠性和电能质量的要求得前提下选择接线简单、运行灵活和操作简便的主接线，同时应尽量降低投资，节省运行费用，满足扩建的要求，实现分期过渡。通过比较，得出设计的方案三较为合理。

方案三的详尽图解如下(图2-4)： 更为详尽的设备参数及型号见附图1-01。

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发电厂电气部分常规设计

图2-4 方案三

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发电厂电气部分常规设计

第3章 主要设备的选择

3.1导线的初步选择

3.1.1 与系统相连导线的选择

由公式Pmax?3UIcos?得：

Imax?Pmax3UIcos??4?90003?35?0.85?698.6A

根据额定载流量选择导线：

由《电力工程电气设计手册》P412查得，标准导线截面积LGJ-300的额定载流量Ie=735A>698.6A。

∴选取导线LGJ-300（r=0.11Ω/km，x=0.399Ω/km）[2] [3] [10]。

3.1.2 连接近区负荷导线的选择（按电压损耗选择）

1．Ⅰ区：P1?1500kw，取X1?0.40?km,l1?20km

S1?P11500??1764.7KVAcos?0.85Q1Xl1929.6?0.40?20??0.7437KVUN10Q1?S12?P12?1764.72?15002?929.6Kvar?Ux1?

?Ur1?10%Ue??Ux1?10%?10?0.7437?0.2563KVS1??P1l1UN??Ur1?31.5?1.5?20?368.71mm210?0.2563根据《电力工程电气设计手册》P412和《电力线路技术手册》P647查得，取标准导线LGJ-300（r=0.105Ω/km，x=0.399Ω/km）[4] [5]。

kw，取X2?0.40?km，l2?10km 2．Ⅱ区：P2?1200S2?P21200??1411.8KVAcos?0.85Q2X2l2743.8?0.40?10??0.2975KVUN102Q2?S2?P22?1411.82?12002?743.8Kvar

?Ux2?8

发电厂电气部分常规设计

?Ur2?10%Ue??Ux2?10%?10?0.2975?0.7025KVS2??P2l2UN??Ur2?31.5?1.2?10?53.81mm210?0.7025

根据《电力系统分册》P158查得相应数据，我们可以取标准导线LGJ-50（r=0.63Ω/km，x=0.406Ω/km）[2] [4]。

3.Ⅲ区：P3?600kw，取X3?0.40?km,l3?25km

S3?P3600??705.9KVAcos?0.85Q3X3l3371.9?0.40?25??0.3719KVUN10Q3?S32?P32?705.92?6002?371.9Kvar?Ux3??Ur3?10%Ue??Ux3?10%?10?0.3719?0.6281KVS3??P3l3UN??Ur3?31.5?0.6?25?75.23mm210?0.6281

根据《电力工程电气设计手册》P411查得，我们可以取标准导线LGJ-95（r=0.332Ω/km，x=0.397Ω/km）[2]。

4.Ⅳ区：P4?400kw，取X4?0.40?km,l4?8km

S4?P4400??470.6KVAcos?0.85Q4X4l4247.9?0.40?8??0.0793KVUN102Q4?S4?P42?470.62?4002?247.9Kvar?Ux4?

?Ur4?10%Ue??Ux4?10%?10?0.0793?0.9207KVS4??P4l4UN??Ur4?31.5?0.4?8?10.95mm210?0.9207根据《电力工程电气设计手册》P411查得，我们可以取标准导线LGJ-25（r=1.26Ω/km，x=0.399Ω/km）[2]。

3.1.3 导线的确定

通过以上的校验和计算，在满足供电要求的前提下，最终确定各段导线的型号，具体情况如下：

见表3-1

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发电厂电气部分常规设计

表3-1 各段导线的选取型号

名称 连接系统 Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区 Ⅳ区 导线型号 LGJ-300 LGJ-300 LGJ-50 LGJ-95 LGJ-25 3.2变压器的选择

3.2.1 1T变压器高压侧为38.5KV,低压侧为6.3KV

根据《发电厂及变电站电气设备》P106，接于发电机汇流主母线上的主变，其输送容量应为该母线上发电机的总容量扣除接在该母线上的近区负荷的最小值，原则选择变压器，由于油浸式变压器有30%的过载能力。所以有以下计算：

S1T?70%(?SGe??S近min)?SGe??S近min4?9000?42353KVA0.85?0

S1T?70%(?SGe??S近min)?70%?42353?29647KVA表3-2 1T变压器主要技术参数

名称 型号 额定容量 高压侧 高压分接范围 低压侧 联接组标号 空载损耗 负载损耗 空载电流（%） 短路阻抗（%） 10

参数 S9-31500 31500KVA 38.5KV ±2×2.5% 6.3KV YNd11 25000KW 119000KW 0.4 8.0 发电厂电气部分常规设计

上网查得：上海尼格自动化设备有限公司变压器：S9-31500/38.5，其主要技术参数见3-2表。

3.2.2 2T变压器选择

与1T变压器相同。

3.2.3 3T变压器的选择

向近区负荷供电，其高压侧为10.5KV，低压侧为6.3KV。

根据《发电厂及变电站电气设备》P106，“主变容量按所送最大的视在功率确定”，原则选定：

S3T??S近maxS近max?S3T1500?1200?600?400?4353KVA

0.85?4353KVA上网查得：上海尼格自动化设备有限公司，变压器SZ9-4000/10，（选取容量4000KVA变压器的理由：实际的最大容量为4000KVA，变压器的容量为4000KVA，变压器过载8.8%，对油浸式变压器影响不大，假如选取大一个等级的变压器S9-5000/10，而实际运行的最大容量为4353KVA，必会造成变压器的长期轻载运行，增加损耗）。

其主要技术参数见3-3表：

表3-3 3T变压器主要技术参数

名称 型号 高压 高压分接范围 低压 联接组标号 空载损耗 负载损耗 空载电流（%） 短路阻抗（%） 11

参数 SZ9-4000 10.5KV ±3×2.5% 6.3KV Yd11 4800W 30700W 0.9 7.0

发电厂电气部分常规设计

3.2.4 4T为厂用变压器

其高压侧为6.3KV，低压侧为0.4KV。

根据《发电厂及变电站电气设备》P121，“中小型水电站的自用电一般只占总容量的0.5%-3%，原则选定。

S4T?2%?S?2%?9000?4?847KVA 0.85表3-4 4T变压器主要技术参数

名称 型号 高压 高压分接范围 低压 联接组标号 空载损耗 负载损耗 空载电流（%） 短路阻抗（%） 参数 SZ9-800 6.3KV ±4×2.5% 0.4KV Yyno 1330W 9350W 1.2 4.5 3.2.5 5T为厂用变压器

表3-5 5T变压器主要技术参数

名称 型号 高压 高压分接范围 低压 联接组标号 空载损耗 负载损耗 空载电流（%） 短路阻抗（%） 12

参数 S9-800 38.5KV ±2×2.5% 0.4KV Yd11 1230W 9900W 1.05 6.5 发电厂电气部分常规设计

上网查得，上海尼格自动化设备有限公司变压器：SZ9-800/6.3，变压器过载5.9%，对油浸式变压器影响不大。

主要技术参数如表3-4所示。

其高压侧为38.5KV，低压侧为0.4KV。

S5T?2%?S?2%?9000?4?847KVA 0.85上网查得：上海尼格自动化设备有限公司变压器：S9-800/38.5，变压器过载8.8%，对油浸式变压器影响不大。

我们可以根据需要来选择这个型号的变压器，并且保证此型号的变压器所有的参数都在线路使用范围内。

其主要技术参数如表5-3所示。

3.2.6 最终选定变压器

见表3-6所示。

表3-6 变压器的选择

[6]

变压器 1T、2T 3T 4T 5T 型号 S9-31500/38.5 SZ9-4000/10.5 SZ9-800/6.3 S9-800/38.5 短路阻抗（%） 8.0 7.0 4.5 6.5 3.3发电机的选择

根据题目提供的容量为P=9000KW机组，我们可以查《电力系统》P137表6-3得

????0.2。根据需求来选择发电机的型号和容量。 Xd表3-7 发电机参数表11

[

]

型式 混流式 功率 KW 4236～6621 水轮机型号 HL90-LJ-110 转速r/min 750 适应水头范围 161.6～219.4 水轮发电机型号 SF4000～6300-8 适应流量范围 3.08～3.58 额定出力 9000KW 4000～6300 通过查询书籍以及网上资料来搜集关于发电机的一些相关资料，在满足题目要求的情况下选择发电机。

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发电厂电气部分常规设计

第4章 短路电流计算

4.1短路电流计算目的、规定和步骤

4.1.1 短路电流计算的主要目的

1.电气主接线的比较与选择。

2.选择断路器汇流母线等电气设备，并对这些设备提出技术要求。 3.为继电器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.分析计算送电线路对通讯设施的影响。

4.1.2 短路电流计算一般规定

1．计算的基本情况

1) 系统中所有电源均在额定负荷下运行； 2) 所有同步电机都自动调整励磁装置； 3) 短路的所有电源电动势相位相同。 2．接线方式

计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线式。 3．短路种类

一般按三相短路计算。 4．短路计算点

选取母线为短路计算点。

4.1.3 计算步骤

1.选择短路点；

2.绘出等值网络，并将各元件电抗统一编号；

3.化简等值网络，求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗； 4.计算电抗Xjs；

5.由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值； 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； 8.计算短路电流的周期分量；

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发电厂电气部分常规设计

9.绘制短路电流计算结果表。

4.2短路电流的计算

4.2.1 等值网络的绘制和短路点选择

具体情况见图4-1所示。

图4-1等值网络的绘制和短路点选择

4.2.2 网络参数的计算

短路电流的计算采用标幺值进行近似计算，取统一基准容量SB=100MVA，将各级电压的平均额定电压取为基准电压，即UB=UV。

4.2.3 短路电流的计算

图4-2 d1点短路等值电路图

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发电厂电气部分常规设计

1． d1点短路，其等值电路图见图4-2。

SB100?0.2??1.899Se0.85U%S8100x5?x6?d?B???0.25100Se10031.5??x1?x2?x3?x4?xdx8?xlSBUB2100?0.399?55?2?1.6037

x13?x1?0.474x14?x8?(x5x6)?1.725系统侧提供短路电流[4][7]：

Id1(3)?S11100?B???5.31KA x143UB1.7253?6.3发电机侧提供短路电流[6]：

xjs*?36SN??x13??0.47?0.85?0.47?0.424?0.20

SB100当xjs?0.20时，查《电力工程电气设计手册》P132曲线表得各时刻电流标幺值。

t?0?I0?5.55 t?0.2?I0.2?3.85 t?1?I1?3.55 t?4?I4?3.23

各时刻短路电流的有名值为[6]：

****I0F(3)?I0SN?3UB*36?5.55?0.85?5.55?3.88?24.54KA3?6.3360.85?3.85?3.88?14.94KA3?6.3I0.2FI1FI4F(3)?I0.2*SN?3UB?3.85?36

(3)?I1SN?3UBSN?3UB?3.55?0.85?3.55?3.88?13.77KA3?6.30.85?3.23?3.88?12.53KA3?6.3(3)?I4*36?3.23?16

发电厂电气部分常规设计

SB100?0.2??1.899Se0.85U%S8100x5?x6?d?B???0.25100Se10031.5??x1?x2?x3?x4?xdx8?xlSBUB2?0.399?55?100?1.60237

x13?x1?0.474x18?x8?(x5x6)?1.725系统侧提供短路电流[4] [7]：

Id4(3)?S11100?B???5.31KA x183UB1.7253?6.3发电机侧提供短路电流[4]：

xjs?x13?*?SN3SB36?0.47?0.85?0.47?0.424?0.20 100当xjs?0.20时，查《电力工程电气设计手册》P132曲线表得各时刻电流标幺值。

t?0?I0?5.55 t?0.2?I0.2?3.85 t?1?I1?3.55 t?4?I各时刻短路电流的有名值为[4]：

**4**?3.23

I0F(3)?I0SN?3UB*36?5.55?0.85?5.55?3.88?24.54KA3?6.3360.85?3.85?3.88?14.94KA3?6.3I0.2FI1FI4F(3)?I0.2*SN?3UB?3.85?36

(3)?I1SN?3UBSN?3UB?3.55?0.85?3.55?3.88?13.77KA3?6.30.85?3.23?3.88?12.53KA3?6.3：

22

(3)?I4*36?3.23?d4点短路时，各时刻的短路电流

[4] [7]

发电厂电气部分常规设计

I0I1(3)?I0F?I1F(3)?Id4(3)(3)?24.54?5.31?29.85KA(3)I0.2I4(3)?I0.2F(3)(3)?Id4(3)(3)?14.94?5.31?20.25KA(3)(3)?Id4?13.77?5.31?19.08KA?12.53?5.31?17.84KA

?I4F?Id4根据电力系统P119表6-1，发电机机端Kim=1.90，对应Ich?1.62Id系统侧：

(3)。

ich1?KimIm?Kim?2Id4Ich1?1.62Id4发电机侧：

(3)(3)?2.68?5.31?14.23KA?1.62?5.31?8.60KA

ich2?KimIm?Kim?2I0FIch2?1.62I0Fd4点短路时：

(3)(3)?1.90?2?24.54?65.93KA?1.62?24.54?39.75KA

ich?ich1?ich2?14.23?65.93?80.16KAIch?Ich1?Ich2?8.60?39.75?48.35KA

4.3短路电流计算成果表

具体成果见附录。

23

发电厂电气部分常规设计

第5章 电气一次设备的选择计算

5.1母线的选择

选型：考虑到水电站一般处于较偏僻的地方，电站厂房位于河流边，且空间较狭窄。为了节约空间，同时满足机械强度的要求，站内所有母线选铝母线---LMY。

5.1.1 6.3kV母线的选择

1. 母线最大持续工作电流为：

Ig?1.05?P3Ucos??1.05?360003?6.3?0.85?4075.53A

按经济电流密度选择，查《电力工程电气设计手册》P336，由图8-1查得，Tmax?5000以上，J?0.78。

SJ?IgJ?4075.53?5225.04mm2 0.78查《发电厂电气部分》附表2，选用槽形铝导体，截面尺寸为：

h?200,b?90,t?10,r?14，即LMY-200-90-10-14，S?6870mm2槽形母线，其集肤

效应系数Kf?1.175，Iy30?7550A。当周围环境温度为37℃时，温度修正系数

K?Qe?Q?0.91Qe?Q0。

Iy?7550?0.91?6870.5A?Ig

2. 热稳定校验

tdz?tb?tkd?0.5?0.2?0.7s

正常时运行的最高温度：

Q?Q0?(Qe?Q0)?(IgIy)2?37?(70?37)?(4075.532)?49?C

6870.5查《电气工程电气手册》P337，表8-9得C=95，满足短路时发热的最小导体截面为：

Smin?Id?tdz?Kf/C?29850?0.7?1.175/95?285.0mm2?6870mm2

24

发电厂电气部分常规设计

满足热稳定要求。 3. 动稳定校验

已知冲击电流的有效值ish?48.35KA。

查《发电厂电气部分》P344附表2得h=200mm；P203导体水平放置时选取的跨距一般不超过1.5-2m，取L=1.7m。

双槽形导体间作用力：

fx?2(0.5ish)211?10?7?2?(0.5?48.35?103)2??10?7?5.84?102(Nm) h0.2?53查《发电厂电气部分》P344附表2得，WY?4.0?10m。则条间应力为：

fxL25.84?102?1.7266?xj???3.52?10P???7?10Pa ay?512WY12?4.0?10满足动稳定要求。(?y导体相间允许应力，其值查《发电厂电气部分》P202可得)

5.1.2 10kV母线的选择

1. 流过母线最大持续工作电流为：

Ig?1.05?P3700?1.05??26.39A

3Ucos?3?10?0.85Tmax?5000按经济电流密度选择，查《电力工程电气设计手册》P336，由图8-1查得，以上，J?0.78。

SJ?IgJ?26.39?33.83mm2 0.78查《发电厂电气部分》P343附表1，选用LMY-25×4。矩形母线S?100mm2其集肤效应系数Kf?1.00，Iy30?292A周围环境温度为37℃时，温度修正系数K=0.91。

Iy?292?0.91?241.8A?Ig。

2.热稳定校验：tdz?tb?tkd?0.5?0.2?0.7s 正常运行时导体最高温度：

Q?Q0?(Qe?Q0)?(IgIy)2?37?(70?37)?(25

26.392)?37?C 241.8发电厂电气部分常规设计

查《发电厂电气部分》P202表6-9得C=99。 满足短路时发热的最小导体截面为：

Smin?Id?tdz?Kf/C?2860?0.7?1/99?24.17mm2?100mm2

满足热稳定要求。 3.动稳定校验： 已知ich?6.61KA

查《发电厂及变电站电气设备》P136表7-1得a=400mm.查P194得l=1.7m。 母线相间应力为：

2fx?1.73ich11?10?7?1.73?(6.61?103)2??10?7?18.90(Nm) a0.4母线的截面系数：w?0.5bh2?0.5?4?252?1.25?10?6m3

fxl218.9?1.7266?xj???4.37?10P???7?10Pa ay?610w10?1.25?10满足动稳定要求。(?y导体相间允许应力，其值查《发电厂电气部分》P202可得)

5.1.3 35kV母线的选择

1. 流过母线最大持续工作电流为：

Ig?1.05?P3Ucos??1.05?360003?35?0.85?733.60A

按经济电流密度选择，《电力工程电气设计手册》P336，由图8-1得， Tmax?5000以上，J?0.78。

SJ?IgJ?733.60?940.51mm2 0.78查《发电厂电气部分》附表2，选用槽形铝导体，截面尺寸为：

h?75,b?35,t?4,r?6，即LMY-75-35-4-6，槽形母线S?1040mm2，其集肤效应系

数Kf?1.012，Iy30?2280A。当周围环境温度为37℃时，温度修正系数K=0.91。

Iy?2280?0.91?2074.8A?Ig

2. 热稳定校验：

26

发电厂电气部分常规设计

Ig?1.05?P3UCOS??1.05?90003?6.3?0.85?1018.88A

1通过断路器的短路电流为：Id=29.85-14.54=26.22A

4短路时电流最大冲击值：ich?80.16A

2短路4s内产生的热量：Qt?Idt?26.222?4?2749.95KA2S

选择ZN-10/1250-40户内手车式高压真空断路器，设备部分参数如下表：

表5-3 断路器参数

Ue 10KV Ie 1250KA Iekd 40KA Iegh 100KA 校验(1) 断路器的额定开断电流应满足：Iekd>Id

40KA>26.22KA

(2) 断路器的额定关合电流不应小于短路电流的最大冲击值：Ieg>Ich

100KA>80.16KA

2Qt?Idt?26.222?4?2749.95KA2S2tkd?402?4?6400KA2/S(3) 热稳定： Ikd2Qt?Ikdtkd

满足热稳定要求。 选择结果见表5-4所示。

表5-4 断路器计算与技术数据

计算数据 Ux Ig Id 6.3KV 1018.88A 26.22KA 80.16KA Ue Ie Iekd Iegh 2Ikdtkd 技术数据 10KV 1250A 40KA 100KA ich Qt 2749.95KA2S 6400KA2S 选用ZN-10/1250-40满足要求。相应的配套隔离开关型号为GN1-10/2000。

32

发电厂电气部分常规设计

5.3.3 5号,6号断路器的选择

在断路器的选择过程中为避免大量的重复性计算，以下所选断路器的数据直接列于下表中。

校验见表5-5。

表5-5 断路器计算与技术数据

计算数据 Ux Ig Id 6.3KV 4075.53A 29.85KA 80.16KA Ue Ie Iekd Iegh 2Ikdtkd 技术数据 10KV 5000A 40KA 100KA ich Qt 3564.09KA2S 6400KA2S 选用ZN-10/5000-40满足要求。相应的配套隔离开关型号为GN10-10T/5000。

5.3.4 7号断路器的选择

采用1号断路器的计算方法和选择方法，同理计算7号断路器的各种电力参数，来选择断路器。

校验见表5-6

表5-6 断路器计算与技术数据

计算数据 Ux Ig Id 6.3KV 1018.88A 29.85KA 80.16KA Ue Ie Iekd Iegh 2Ikdtkd 技术数据 10KV 1250A 40KA 100KA ich Qt 3564.09KA2S 6400KA2S 选用ZN-10/1250-40满足要求。相应的配套隔离开关型号为GN19-10/1250。

5.3.5 8号,9号,11号断路器的选择

采用1号断路器的计算方法和选择方法，同理计算8号、9号、10号断路器的各

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发电厂电气部分常规设计

种电力参数，来选择断路器。

校验见表5-6

表5-6 断路器计算与技术数据

计算数据 Ux Ig Id 35KV 698.66A 18.15KA 35.23KA Ue Ie Iekd Iegh 2Ikdtkd 技术数据 40.5KV 1250A 20KA 40KA ich Qt 1317.69KA2S 1600KA2S 选用ZN—35/1250-20满足要求。相应的配套隔离开关型号为GN16-35G/1250。

5.3.6 10号,12号,13号,14号,15号断路器的选择

采用1号断路器的计算方法和选择方法，同理计算10号、12号、13号、14号、15号断路器的各种电力参数，来选择断路器。

校验见表5-7

表5-7 断路器计算与技术数据

计算数据 Ux Ig Id 10KV 611.33A 2.86KA 6.61KA Ue Ie Iekd Iegh 2Ikdtkd 技术数据 10KV 630A 20KA 50KA ich Qt 32.72KA2S 1600KA2S 选用ZN5-10/630-20满足要求。相应的配套隔离开关型号为GN19-10/630。

5.3.7 16号,17号断路器的选择

通过调查，发现厂用低压侧用电负荷为3000KW，厂用高压侧用电负荷为30000KW。用上述选择断路器的方法来选择断路器。16号断路器见表5-8，17号断路器见表5-9。

校验见表5-8，5-9所示。

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发电厂电气部分常规设计

表5-8 断路器计算与技术数据

计算数据 Ux Ig Id 6.3KV 323.45A 29.85KA 80.16KA Ue Ie Iekd Iegh 2Ikdtkd 技术数据 10KV 600A 40KA 100KA ich Qt 3564.09KA2S

6400KA2S 表5-9 断路器计算与技术数据

计算数据 Ux Ig Id 35KV 582.22A 18.15KA 35.23KA Ue Ie Iekd Iegh 2Ikdtkd 技术数据 40.5KV 630A 20KA 40KA ich Qt 1317.69KA2S 1600KA2S 16号断路器选用ZN-10/600-8.7户内手车式高压真空断路器，相应的配套隔离开关型号为GN1-10/600。17号断路器选用ZN-35/630-8户内手车式高压真空断路器，相应的配套隔离开关型号为GN1-35/600。

断路器具体标号和型号见附图1-01。

5.3.8 断路器参数表

通过以上的计算和校验，最终确定主接线各处的断路器型号和各项电力参数，为断路器的安装提供依据。

表5-8、5-9，列出两种型号的断路器的型号，即ZN-10C户内手车式高压真空断路器和ZN-35户内手车式高压真空短路器。其各项项目、单位、数据已经列到表格中，以供选择及参考。表5-8提供的是ZN-10C户内手车式高压真空断路器的参数，表5-9提供的是ZN-35户内手车式高压真空断路器的参数。可以根据需要来选择所要用到的断路器型号及参数。

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发电厂电气部分常规设计

表5-8 ZN-10C户内手车式高压真空断路器的参数表

ZN-10C户内手车式高压真空断路器 项目 额定电压 最高工作电压 额定电流 额定短路开断电流 额定短路电流开断次数 额定短路关合电流 热稳定电流 合闸时间 分闸时间 额定电流开断次数 机械寿命 单位 KV KV A A A A A KA 次 KA KA/S S S 次 次 数据 10 11.5 630 1250 1250 4000 5000 20/31.5/40 30 40/50/80/100 20/4 31.5/4 40/4 〈0.15 〈0.06 1000 1000 5.4互感器的选择

5.4.1 主接线中互感器配置

详情如图5-1所示。 各互感器的作用[9]： 1TA、6TA用于差动保护； 2TA用于后备过流； 3TA、4T A用于励磁； 5TA用于测量；

7TA、10TA用于差动保护； 8TA用于后备过流；

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