一篇发电厂电气部分课程设计

前言

水力发电厂简称水电厂，又称水电站，是把水的位能和动能转换成电能的工厂。它的基本生产过程是：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，江水能转变为机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换为电能。

水电厂的特点有：

（1）可综合利用水能资源（2）发电成本低、效率高（3）运行灵活（4）谁能可储蓄和调节（5）水力发电不污染环境（6）水电厂建设投资大，工期较长（7）水电厂建设和生产都受到各种条件的限制，因而发电不均衡（8）由于水库的兴建，给农业带来一些不利，还可能在一定程度上破坏自然界的生态平衡。

本次设计为以小型的较重要的水电厂的主接线的设计，要求分为设计报告和图纸两部分，所设计的部分力求概念清楚，层次分明！

本次设计从主接线、主要电器设备选择等几个方面对水电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图和布臵图。

第1章 绪论

能源是社会发展的重要的物质基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，而且在品种及构成上也发生了很大的变化。人类对能源质量也要求越来越高。电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配和用，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。

水电站一般包括由挡水、泄水建筑物形成的水库和水电站引水系统、发电厂房、机电设备等。水库的高水位水经引水系统流入厂房推动水轮发电机组发出电能，再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网。今后在水力资源丰富而又未充分开发的国家，常规水电站的建设将稳步增长。大型电站的机组单机容量将向巨型化发展。同时，随着经济发展和能源日益紧张，小水电将受到各国的重视。由于电网调峰、调频、调相的需要，抽水蓄能电站将有较快的发展。而潮汐电站和波浪能电站的建设由于受建站条件及造价等因素制约，在近期内不会有大幅度的增长。各类电站的自动化和远动化将进一步完善和推广。

第2章 电气主接线

2.1原始资料

（1）某电厂装机SFW设备年利用小时数负荷）。

（2）对原始资料分析 （1）工程状况

?3?30MW，

UN?10.5kV，

cos??0.8。

4100ha，电站以2回110kV电压等级输电线路送入80km外的系统（无近区

通过对原始资料的分析可知，单机容量在50MW以下，设备年利用小时数在3000?5000h范围

之内，该电厂为小型重要水电站，主要承担腰荷。因此，其主接线以供电可靠性高、供电调度灵活为主选择接线方式。 （2）电力系统情况

该电厂为重要水电站，在5?10年内不扩建。

我国一般对35kV及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统，有称小电流接地系统。原始资料中发电机出口电压为10.5kV，故发电机采用非直接接地方式，目前，广泛应用的是经消弧线圈接地方式或经中性点接地变压器接地。 （3）负荷情况

发电机出口侧电压等级为10.5kV，经升压变压器变为110kV，主要承担距水电站80km外的系统，其中无近区负荷，并以2回输电线路送入系统。 （4）其他

环境条件等无具体要求，可按照理想条件设计。

2.2 主接线的设计原则

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装臵布臵、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案，决定电压等级和出线回路数。 在选择电气主接线时，应以下方面作为设计依据:

1、发电厂、变电所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。大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330-500kv超高系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110-220kv系统，也有的接入330kv系统；企业自备电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）电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。系统枢纽变电所汇集多个大电源，进行系统功率变换和中压供电，电压为330-500kv；地区重要变电所，电压为220-330kv；一般变电所多为终端和分支变电所，电压为110kv，但也有220kv。 2、 发电厂、变电所的分期和最终建设规模

（1）发电厂的机组容量，应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，最大机组的容量以占系统总的容量的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）变电所根据5-10年电力系统发展规划进行设计。 3、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作用后，能保证一级负荷不间断供电。

（2）对于二级负荷一般要有两个独立的电源供电，且当任何一个电源失去作用后，能保证二级负荷不间断供电。

（3）对于三级负荷一般只需一个电源供电。 4、系统备用容量的大小

（1）系统中需要有一定的发电机备用容量。

（2）装有2台（组）及以上的主变压器的变电所，其中一台（组）事故断开，其余主变压器的容量应能保证该所70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。 5、系统对电气主接线提供的具体资料

（1）出线的电压等级、回路数、出线方向、每回路输送的容量和导线截面积等。 （2）主变压器的台数、容量型号等。

（3）调相机、静止补偿器、并联电抗器、串联电容器补偿装臵的型式、数量、容量和运行方式的要求。 （4）系统的短路容量或归算的电抗值。 （5）变压器中性点的接地方式。

（6）系统内过电压的数值及限制过电压的措施。

（7）为保证大系统的稳定性，提出对大机组超高压电气主接线可靠性的特殊要求。 （8）初期及最终发电厂、变电所与系统的连接方式及推荐的初期和最终主接线方案。

2.3 主接线的设计要求

主接线应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。 1、可靠性

（1）发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用（容量、电压等级）。 （2）发电厂或变电所接入系统的方式（电压等级、地理位臵、接入方式等）。 （3）发电厂或变电所的运行方式及负荷性质。

（4）设备的水平。电器设备制造的水平决定的设备质量和可靠程度直接影响主接线的可靠性。 （5）长期实践运行。主接线可靠性与运行管理和运行值班人员的素质等因素有米奇软席，衡量可靠性的客观标准是实践运行。 2、灵活性

（1）调度要求：可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。

（2）检修要求：可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不影响对用户的供电。

（3） 扩建要求：应留有发展余地，便于扩建。 3、经济性

（1）节省一次投资。 （2）占地面积小。 （3）电能损失小。

2.4 10kv侧主接线设计

本资料中说明，发电机为SFW?3?30MW,说明为3台发电机，且单机容量为30MW，说明以三回

10.5KV进入系统，根据相应的资料分析，可采用单母线接线、单母线分段接线、双母线接线三种接线方式。

方案一：单母线分段接线

优点：1、用断路器把母线分段后，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、当一段母线故障时，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，故障时停电范围小；使水电厂供电的可靠性提高。

3、扩建时需向两个方面均衡扩建。

缺点：1、当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。 2、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

适用范围：适用于6～10KV配电装臵出线16回及以下；35～60KV配电装臵出线4～8回；110～220KV配电装臵少于4回时。

方案二：单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少、投资省、运行操作方便、且便于扩建。 缺点：可靠性及灵活性比较差。

适用范围：只有一台主变压器，10KV出线不超过5回；35KV出线不超过3回；110KV出线不超过2回。 方案三：双母线接线

优点：供电的可靠性高，调度灵活，扩建方便，便于检修和试验。

缺点：使用设备器件多，特别是隔离开关，接线也较复杂，配电装臵复杂，投资较多，经济性较差，且操作复杂，运行人员在操作中容易发生误操作。

适用范围：出线带电抗器的6～10KV出线；35～60KV配电装臵出线超过8回或连接电源较多，负荷较大时；110KV～220KV出线超过5回时。

综上所述，10kv侧主接线形式可采用单母线分段的接线方式。

2.5 110kv侧主接线设计

110KV侧有两回出线，因而可供选择的有：单母线接线；单母线分段接线；双母线接线和内桥接线。 在采用单母线接线、单母线分段接线或双母线接线的35～110KV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设臵旁路设施。

方案1：采用单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少操作方便、便于扩建和采用成套配电装臵。

缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装臵停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

适用范围：一般适用于一台发电机或一台变压器的110-220KV配电装臵的出线回路数不超过两回。 方案2：采用单母线分段接线

优点：1、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，由两个电源供电。 2、当一段母线发生故障，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。

缺点：1、当一段母线或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，常使架空线路出线交叉跨越。 3、扩建时需向两个方向均衡扩建。

适用范围：110-220KV配电装臵的出线回路数为3-4回时。 方案3：采用双母线接线

双母线接线有两组母线，并且可以互为备用。

优点：1、供电可靠性高：通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电。

2、调度灵活：各个电源和各回路的负荷可以任意分配，能灵活地适应电力系统中各种运行方式的调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式。

3、扩建方便：向母线左右任何方向扩建，不会影响母线的电源和负荷自由组合分配，施工也不会影响原有回路的供电。

缺点：1、倒闸操作复杂，容易误操作。 2、占地面积大，设备多，投资特别大

适用范围：适用于6～10KV配电装臵；35～60KV配电装臵出线超过8回，或者连接电源较大、负荷较大时；110～220KV出线数为5回及以上时。

方案4：内桥接线

连接桥断路器接在线路断路器的内侧。

优点：1、高压断路器数量少，四回路只需三台断路器。 2、线路的投入和切除比较方便。具有较高的经济性。

缺点：1、变压器的投入和切除操作较复杂，需动作两台断路器，切换主变时一回线路需要暂时停运。 2、出线断路器检修或者维护时，线路需要长时间停运。 3、连接桥断路器检修时，两个回路需要解列运行。

适用范围：容量较小的变电所，并且变压器容量不经常切换或线路较长，故障率较低的情况。

1 2

3 4

经过以上分析，110kv侧主接线决定采用单母线分段接线形式。 如下图所示：

第3章 变压器选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。

3.1 变压器台数、容量的选择

1、主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。对于城郊变电所,主变压器容量应与城市规划相结合。

2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。对于有重要负荷变压器的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%-80%。

3、同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。 我国110KV及以上电压，变压器绕组多采用Y连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器绕组多采用△连接。

选择主变压器，需考虑如下原则：

1、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电站，均应选用三相变压器。

2、当发电厂与系统连接的电压为500KV时，经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台50%容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升到500KV的，宜选用三相变压器。

3、对于500KV变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建所初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成所停电。为此要经过经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。

在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。

本设计在选择变压器起的时候应该遵循具有发电机电压母线接线的主变压器选择原则，连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：

（1）当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除常用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。

（2）当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组负荷变动而需限制本厂出力时，只变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需求。

（3）若发电机点发母线上接有2台及以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上。

（4）主变压器应具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机电压母线撒谎能够最大负荷的要求。

P根据给定的资料，?P??PminS??cos??90MW，Pmin?0MW，

90?0?70%?78.75MW0.8

?70%?S??SN

因此由于以上条件，可得变压器的型号是SI10-90000/110，其技术参数如下：

型号 联结组别 电压组合高压 低压 空载损负载损空载电短路阻耗（KW） 耗（KW） 流（%） 抗（%） 57.5 289 0.3 10.5 SI10-90000/110

YN,d11 110?8?1.25% 10.5 第4章 主要电气设备选择

由于电气设备和载流导体的用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法并不完全相同，但对他们的基本要求却是基本一致的。

电气设备选择的一般原则为：

1、应满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。 2、应按当地环境条件校验。 3、应力求技术先进与经济合理。

5、扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致。

6、选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。 技术条件：

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保证正常运行。同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。各种高压设备的一般技术条件如下表：

表4-1 高压电器技术条件 序号 电器 名称 额定电 压（KV） 额定电 流（A） 额定容 机械荷载额定开 断电流 (A) 1 2 关 3 器 4 关 5 熔断器 √ √ √ √ √ √ 负荷开√ √ √ √ √ √ 组合电√ √ √ √ √ √ 断路器 隔离开√ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 平 热稳定 动稳定 缘 水绝量(KVA) (N) 6 PT √ √ √ 7 8 9 圈 10 11 12 13 管 器 CT 电抗器 消弧线√ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 避雷器 √ √ √ √ 封闭电√ √ √ √ √ √ √ 穿墙套√ √ √ √ √ √ 绝缘子 √ 4.1 断路器的选择

高压断路器是电气主系统中重要的开关电器。高压断路器主要功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或者线路接入电网或者退出运行，起着控制作用；当设备或者线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分的正常运行。高压断路器时开关电器中最为完善的一种设备，其最大的特点是能断开电器中负荷电流和短路电流。

开关电器切断通有电流的线路时，在开关电器的动、静触头分离的瞬间，触头间就会出现电弧。而用高压断路器熄灭交流电弧的基本方法是：

（1）利用灭弧介质

（2）采用特殊金属材料作灭弧触头 （3）利用气体或有吹动电弧 （4）采用多断口熄弧

（5）提高断路器触头的分离速度，迅速拉长电弧，可是弧隙的电场强度骤降；同时，使电弧的表面突然增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。

4.1.1 高压断路器型式选择：

本次在选择断路器时，考虑了产品的系列化，即尽可能采用同一型号的断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。

选择断路器时应满足以下基本要求：

1、在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。

2、在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。

3、应有足够的断路能力和尽可能短的分断时间。

4、应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。 4.1.2 断路器选择的具体技术条件 额定电压校验：

UN≥UNs 额定电流校验：

IN＞Imax 开断电流：

INbr>I″ 动稳定：

ies＞ish 热稳定：

Itt>Qk

同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。 4.1.3 断路器选择

(1)发电机侧最大持续工作电流：

2

Imax?1.05?PN?2.165KA3UNcos?

具体选择及校验过程如下： 1、额定电压选择：UN≥UNs=10.5KV 2、额定电流选择：IN＞Imax=2.165KA

由以上可得，发电机侧应用SN10-10Ⅲ/3000型号的断路器。 （2）主变压器器低压侧最大持续工作电流：

Imax?1.05?PN?4.330KA3UNcos?

具体选择及校验过程如下： 1、额定电压选择：UN≥UNs=10.5KV 2、额定电流选择：IN＞Imax=4.330KA

由以上可得，主变压器低压侧应用SN4-10G/5000型号的断路器。 (3) 主变压器器高压侧最大持续工作电流：

Imax?1.05?PN?0.4133KA3UNcos?

具体选择及校验过程如下： 1、额定电压选择：UN≥UNs=110KV 2、额定电流选择：IN＞Imax=0.4133KA

由以上可得，主变压器高压侧应用SN10-10I/630型号的断路器。 （4）110侧出线最大持续工作电流： 与主变压器器高压侧所用断路器的型号相同。 总结断路器的型号如下： 发电机侧 主变压器低压侧 主变压器高压侧、110KV两回出线 SN10-10I/630 SN10-10Ⅲ/3000 SN4-10G/5000 4.2隔离开关的选择

4.2.1 高压隔离开关的主要功能是保证高压电器及装臵在检修工作室的安全，不能用于切断、投入负荷电流或开断短路电流，仅可允许用于不产生强大电弧的某些切换操作。

隔离开关的工作特点实在有电压、无负荷电流情况下，分、合电路。其主要功用为： （1）隔离电压 （2）倒闸操作 （3）分、合小电流

4.2.2 隔离开关选择的具体技术条件 额定电压校验：

UN≥UNs 额定电流校验：

IN＞Imax 开断电流：

INbr>I″ 动稳定：

ies＞ish 热稳定：

Itt>Qk

由此可见，隔离开关的型号选择标准与高压断路器的型号选择标准基本相同，因此一切可按以上断路器所算得的结果为准，因此，隔离开关的型号如下： 发电机侧 主变压器低压侧 主变压器高压侧、110KV两回出线 GN6-10/600-52 2

GN10-10T/3000-160 GN10-10T/5000-200 备注：由于为水力发电厂，考虑到各个因素，所有的设备均在屋内，所有所选设备型号也为屋内适用

型号。

4.3电流互感器的选择

互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、100/√3）和小电流（5、1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。

为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器时安全，互感器的每一个二次绕组必须有可靠地接地，以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高压。

互感器包括电流互感器和电压互感器，主要是电磁式的。 电流互感器的在电力系统中被广泛采用，工作原理与变压器相似。 其特点有：

1、一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流安全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。

2、电流互感器的二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下电流互感器近于短路状态下。 其主要作用是:

1、将很大的一次电流转变为标准的5安培或1安培的小电流。 2、为测量装臵和继电保护的线圈提供电流。

3、使一次设备和二次设备进行隔离。 4.3.1 电流互感器的选择和配臵条件

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。对于6～20KV屋内配电装臵，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装臵，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。

一次回路电压： Ug (一次回路工作电压)≤Un (原边工作电压) 一次回路电流： Ig.max≦ （一次回路最大工作电压）≤ Im (原边额定电流)

准确等级：要先知道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，并按准确等级要求高的表计来选择。

二次负荷：Sn= I2N×I2N ×Z2N(VA)

动稳定：

ish＜2ImKdw

式中，

Kdw 是电流互感器动稳定倍数。

22It?（IK）?dzmt热稳定：

Kt为电流互感器的1s热稳定倍数。

4.3.2电流互感器的选择

（1）发电机侧电流互感器的选择：

UN?UNS?10.5KVI1N?Imax?Imax?

1.05?PN?2.165KA3UNcos?

由以上可得，发电机侧电流互感器的型号为： （2）变压器低压侧电流互感器的选择：

UN?UNS?10.5KVI1N?Imax?Imax?

1.05?PN?4.330KA3UNcos?

由以上可得，变压器低压侧电流互感器的型号为： （3）变压器高压侧以及110kv出线侧电流互感器的选择：

UN?UNS?110KV I1N?Imax?Imax?1.05?PN?0.4133KA3UNcos?

由以上可得，变压器高压侧以及110kv出现侧电流互感器的型号为：

综上所得，可得以下电流互感器型号： 位臵 型号 发电机侧 变压器低压侧 变压器高压侧、110kv出线 LMC-10 LMC-10 5000/5 3 LA-10 600~1000/5 1 电流比 3000/5 准确级 0.5

4.4电压互感器的选择

电压互感器实际上是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘绕组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。

电压互感器的运行情况相当于2次侧开路的变压器，其负载为阻抗较大的测量仪表。 副边电流产生的压降和励磁电流的存在是电压互感器误差之源。 电压互感器副边不能接过多的负载；且要求铁心不饱和(0.6-0.8T)。 4.4.1 电压互感器的选择和配臵条件

型式：6～20KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器；35KV～110KV配电装臵一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV级以上的配电装臵，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。

一次电压

u1、un?u1?0.9un，un为电压互感器额定一次线电压。

u2n。

二次电压：按表所示选用所需二次额定电压表4-8 二次额定电压

绕组 主二次绕组 附加二次绕组 用于中性点用于中性点不接地或经消弧线圈接地 高压侧接入方式 上 接于线电压上 接于相电压直接接地系统中心 二次额定电100 压 100/3 100 100/3 准确等级：电压互感器在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装臵等设备对准确等级的要求确定，规定如下：

用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，及所有计算的电度表，其准确等级要求为0.5级。

供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为１级。 用于估计被测量数值的表计，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为3级即可。

在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 4.4.2 电压互感器的选择

（1）发电机出口侧电压互感器的选择：

UN?10.5KV，

由分析可得，发电机出口侧电压其互感器的型号为JSW-10 （2）110KV高压侧电压互感器的选择：

UN?110KV

由分析可得，110KV高压侧电压互感器的型号为JCC2-110 综上所述，可得所以应用电压互感器的型号为下：

位臵 型号 准确级 变比 发电机出口侧 JSW-10 0.5 110KV高压侧 JCC2-110 1 10/3:0.1/3:0.1/3 110/3:0.1/3:0.1 4.5 高压熔断器的选择

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；按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌落式、屋内式，对于一些专用设备的高压熔断器应选专用系列。

熔断器工程原理 其结构一般包括熔丝管、接触导电部分、支持绝缘子和底座等部分，熔丝管中填充用于灭弧的石英砂细粒。熔件是利用熔点较低的金属材料制成的金属丝或金属片，串联在被保护电路中，当电路或电路中的设备过载或发生故障时，熔件发热而熔化，从而切断电路，达到保护电路或设备的目的。

10kv母线选用RN2型户内限流式高压熔断器保护。

4.6 绝缘子和穿墙套管的选择

在发电厂变电站的各级电压配电装臵中，高压电器的连接、固定和绝缘，是由导电体、绝缘子和金具来实现的。所以，绝缘子必须有足够的绝缘强度和机械强度，耐热、耐潮湿。

选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，以保证绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作。

绝缘子和穿墙套管安装完毕后的条件：

1、金属构件加工、配制、螺栓连接、焊接等应符合国家现行标准的有关规定。 2、所有螺栓、垫圈、闭口销、锁紧销、弹簧垫圈、锁紧螺母等应齐全、可靠。

3、母线配制及安装架设应符合设计规定，且连接正确，螺栓紧固，接触可靠；相间及对地电气距离符合要求。

4、瓷件应完整、清洁；铁件和瓷件胶合处均应完整无损，充油套管应无渗油，油位应正常。 在本电站的绝缘子和穿墙套管选择：

穿墙套管用于母线在屋内穿过墙壁和天花板以及从屋内向屋外穿墙时使用，6～35KV为瓷绝缘，60～220KV为油浸纸绝缘电容式。

4.7 各级电压母线的选择

选择配电装臵中各级电压母线，主要应考虑如下内容： 1、选择母线的材料，结构和排列方式； 2、选择母线截面的大小；

3、检验母线短路时的热稳定和动稳定；

4、对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；

5、对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。 110kV母线一般采用软导体型式。

本设计中采用LGJQ-150的加强型钢芯铝绞线。

本资料中，在10KV侧应选用LGJ—150型钢芯铝绞线，且所选LGJ—150型钢芯铝绞线满足热稳定要求，同时4E5小于可不校验电晕的最小导体LGJ—70，故不进行电晕校验。

第5章 电气总平面布臵及配电装臵的选择

5.1 概述

配电装臵是发电厂和变电所的重要组成部分，它是根据主接线的联结方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装臵。其作用是在正常运行情况下，又来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统正常运行。 配电装臵应满足的要求如下： 保证运行可靠

便于操作、巡视和检修 保证工作人员的安全 力求提高经济性 具有扩建的可能

配电装臵按电器装设地点不同，可分为屋内配电装臵和屋外配电装臵。

5.1.1 配电装臵特点

屋内配电装臵的特点：

1、由于允许安全净距小和可以分层布臵而使占地面积较小； 2、维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响； 3、外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量； 4、房屋建筑投资较大。

屋外配电装臵的特点：

1、土建工作量和费用较少，建设周期短； 2、扩建比较方便；

3、相邻设备之间距离大，便于带电作业； 4、占地面积大；

5、受外界环境影响，设备运行条件差，须加强绝缘； 6、不良气候对设备维修和操作有影响。

5.1.2 配电装臵类型及应用

根据电气设备和母线布臵的高度，屋外配电装臵可以分为中型、半高型和高型等。

1、中型配电装臵：中型配电装臵的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面安全地活动，中型配电装臵母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布臵特点是：布臵比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装臵用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布臵是我国屋外配电装臵普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装枪修方面积累了比较丰富的经验。

2、半高型配电装臵：半高行配电装臵是将母线臵于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布臵。半高型配电装臵介于高型和中型之间。具有以下优点：

（1）占地面积约比中型布臵减少30%； （2）节省了用地，减少高层检修工作量；

（3）旁路母线与主母线采用不等高布臵，进出线均带旁路很方便。 缺点：上层隔离开关下方未设臵检修平台，检修不够方便。

3、高型配电装臵，它是将母线和隔离开关上下布臵，母线下面没有电气设备。该型配电装臵的断路器为双列布臵，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行条件均较差，一般适用下列情况：

（1）配电装臵设在高产农田或地少人多的地区； （2）原有配电装臵需要扩速，而场地受到限制； （3）场地狭窄或需要大量开挖。

5.2 配电装臵的确定

本变电所两个个电压等级：即110KV、10KV根据《电力工程电气设计手册》规定，110KV及以上多为屋外配电装臵，35KV及以下的配电装臵多采用屋内配电装臵，但是由于本资料给定的为水电站，且为小型重要的水电站，因此本水电站10KV采用屋内配电装臵，110KV也采用屋内配电装臵。

本水电站为小型的水电站，且进线和出线的回数都比较少，设备比较少，且根据以上的配电装臵的型式，可得出，10KV和110KV均采用屋内配电装臵，且均采用单层式。这样可以节省开支，且同时可靠性也有保证，虽然占地面积大，但是由于是小型的水电站且设备较少，因此可以忽略。

表5—1 屋内配电装臵安全净距（mm） 符号 适用范围 额定电压10KV A1（1）带电部分直接接地部分之间 （2）网状和栅状遮栏向上延伸线距地2.3m处，与遮栏上方带电部分之间 125 A2（1）不同相的带电部分 （2）断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间 125 B1（1）栅状遮栏至带电部分之间 （2）交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 875 B2网状遮栏至带电部分之间 225 C 无遮栏裸导体至地面之间 2425 D 平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间 1925 E 通向屋内的出线套管至屋外通道的路面 4000 表5—2 屋内配电装臵的安全净距（mm）

符号 适 用 范 围 额定电压（KV） 110J A1 （1）带电部分直接接地部分之间 （2）网状和栅状遮栏向上延伸线距地2.5m处，与遮栏上方带电部分之间 850 A2 （1）不同相的带电部分之间 （2）断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间 900 B1 （1）设备运行时，其外廓至无遮栏带电部分之间 （2）交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 （3）栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间 （4）带电作业时的带电部分至接地部分之间 1600 B2 网状遮栏至带电部分之间 950 C （1）无遮栏裸导体至地面之间 （2）无遮栏裸导体至建筑物、构筑物顶部之间 3150 D （1）平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 （2）带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 2650 5.3 电气总平面布臵

5.3.1电气总平面布臵的要求

1、充分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等； 2、出线布局合理、布臵力求紧凑，尽量缩短设备之间的连线； 3、符合外部条件，安全距离要符合要求。 5.3.2 发电厂电气设施的平面布臵

发电厂的电气设施总平面布臵是一项综合性技术，其政策性、科学性强，涉及专业面广，需要考虑的因素很多。一般地说，总平面布臵应满足安全生产、方便管理的要求，工艺流程合理，符合外部条件，满足防火和环境保护的要求，因地制宜，布臵力求紧凑，节约用地病例有发展余地，进行综合性技术经济比较后选择最佳方案。

发电厂的电气设施包括高压配电装臵、主控制室、主变压器、高压厂用变压器和厂用配电装臵等。 1、110KV配电装臵布臵 采用屋内配电装臵，单层式。 2、 10KV高压配电装臵 采用屋内配电装臵，单层式。

第6章 防雷接地设计

6.1 防雷设计原则

已在输电线路上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电所的母线上,并对于母线有连接的电气设备构成威胁。在母线上装设避雷器是限制雷电入侵波过电压的主要措施。

三绕绕组在正常运行时可能存在只有高、中压绕组工作低压绕组开路的情况，这在防雷中带来了需要特别考虑的问题。在三绕组变压器中，若低压绕组开路，则C2很小（仅为其对地电容），静电分量可能危及低压绕组的绝缘，故应采取防雷措施。考虑到静电分量将使低压绕组三相的电位同时升高，故只要在任一相绕组直接出口处装设一个避雷器即可。

6.2 避雷器的选择

阀式避雷器应按下列条件选择

型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按下表选择。

表6-1 避雷器类型

型 号 FS FZ 型 式 配电用普通阀型 电站用普通阀型 应用范围 10KV以下配电系统、电缆终端盒 3～220KV发电厂、变电所配电装臵 1、330KV及需要限制操作的220KV以及以下配电 FCZ 电站用磁吹阀型 2、某些变压器中性点 FCD 旋转电机用磁吹阀型 用于旋转电机、屋内 1、额定电压Un：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。

2、灭弧电压Umh：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）。

3、工频放电电压Ugf：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大于最大运行相电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。

4、冲击放电电压和残压：一般国产阀式避雷器的保护特性与各种电器的具有均可配合，故此项校验从略。

根据避雷器配臵原则，配电装臵的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点接地必须装设避雷

器，并接在变压器和断路器之间；110、35kv线路侧一般不装设避雷器。本工程采用110KV配电装臵构架上设避雷针，10KV配电装臵设独立避雷针进行直接保护为了防止反击，主变构架上不设臵避雷针。考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器，且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程110KV系统中，采用氧化锌避雷器。

10KV侧根据设计规定应选FS—10阀式避雷器 110KV侧根据设计规定选用FCZ-110型号避雷器。

第7章 结束语

经过两周的时间，我顺利的完成了这次课程设计。从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，也基本上达到了老师的要求。这段时间我翻阅了许多的书籍，从对发电站的生疏，到了解，再到深入研究，第一次完成了一件实际应用的设计。不过由于本人经历、阅历、实际操作能力有限。难免存在一些不近人意的地方，请老师指点批正。

通过本次设计，不仅丰富了我的专业知识，还让我深深体会到了认识事物的过程。从拿到题目，再查阅资料，对题目进行设计、论证、修改到设计的完成。体现了理论联系实际的重要性。我对课本有了更深一步的了解，更使自己的知识阅历更上一层楼，更重要的是这次设计让我学会了让自己独立完成一件事情，为将来做好基础。从这次课程设计更为以后的毕业设计甚至工作打下了良好的基础，虽然已经完成本次设计，但是学到的知识，是不会忘记的。同时，希望老师批评指正。

器，并接在变压器和断路器之间；110、35kv线路侧一般不装设避雷器。本工程采用110KV配电装臵构架上设避雷针，10KV配电装臵设独立避雷针进行直接保护为了防止反击，主变构架上不设臵避雷针。考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器，且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程110KV系统中，采用氧化锌避雷器。

10KV侧根据设计规定应选FS—10阀式避雷器 110KV侧根据设计规定选用FCZ-110型号避雷器。

第7章 结束语

经过两周的时间，我顺利的完成了这次课程设计。从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，也基本上达到了老师的要求。这段时间我翻阅了许多的书籍，从对发电站的生疏，到了解，再到深入研究，第一次完成了一件实际应用的设计。不过由于本人经历、阅历、实际操作能力有限。难免存在一些不近人意的地方，请老师指点批正。

通过本次设计，不仅丰富了我的专业知识，还让我深深体会到了认识事物的过程。从拿到题目，再查阅资料，对题目进行设计、论证、修改到设计的完成。体现了理论联系实际的重要性。我对课本有了更深一步的了解，更使自己的知识阅历更上一层楼，更重要的是这次设计让我学会了让自己独立完成一件事情，为将来做好基础。从这次课程设计更为以后的毕业设计甚至工作打下了良好的基础，虽然已经完成本次设计，但是学到的知识，是不会忘记的。同时，希望老师批评指正。

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