目 錄 前 言 . 1 第一章 電氣主接線設(shè)計 . 2 計原則 . 2 方案比較 . 3 第二章 廠用電設(shè)計 . 8 用電設(shè)計原則 . 8 第三章 短路電流計算 . 9 稱短路電流計算 . 9 對稱短路電流計算 . 19 第四章 電器主設(shè)備選擇 . 30 的各主設(shè)備選擇 . 30 方案 的 各 主 設(shè)備選擇 . 44 第五章 發(fā)電機繼電保護原理設(shè)計及保護原理 . 46 步分析 . 46 保護整定計算 . 47 . 50 第六章 計算機監(jiān)控系統(tǒng)方案論證選擇 . 54 統(tǒng)功能 . 54 控對象 . 56 統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 56 小 結(jié) . 58 致 謝 . 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 . 59 附 錄 . 61 附 錄 . 62 1 前 言 隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對能源的需求量也越來越大，然而能源的不足與需求之間的矛盾在近幾年不斷惡化，國家急需電力事業(yè)的發(fā)展，為我國經(jīng)濟的發(fā) 展提供保障。 就我國目前的電力能源結(jié)構(gòu)來看，我國主要是以火電為主，但是火電由于運行過程中污染大，在煤炭價格高漲的今天，火電的運行成本也較高，受鍋爐和其他火電廠用電設(shè)備的影響，其資源利用率較低，一般熱效率只有 30%右。與之相比水電就有很多明顯的優(yōu)勢。 因此，關(guān)于電力系統(tǒng) 水電站 設(shè)計方面的論文研究就顯得格外重要。 本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題來源于青海省直崗拉卡水電站。主要針對直崗拉卡水電站 在電力系統(tǒng)的地位，擬定本電廠的電氣主接線方案，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，確定推薦方案，對其進行短路電流的計算，對電廠所用設(shè)備進行選擇 ，然后對各級電壓配電裝置及總體布 置設(shè)計。并且對其發(fā)電機繼電保護進行設(shè)計。在這些設(shè)計過程中需要用到各種電力工程設(shè)計手冊 ，并且借用 助工具畫出其 電氣主接線圖、 室外配電裝置圖、發(fā)電機保護的原理接線圖、展開圖、保護屏的布置及端子排接線圖。 故本論文屬于典型的針對某工程進行最優(yōu)設(shè)計的工程設(shè)計類論文。 通過本論文的研究，可以使直崗拉卡水 電站安全可靠的在系統(tǒng)中運行，保證其持續(xù)可靠的供電。也能提高自己使 用 軟件的 能力，培養(yǎng)出自己工程設(shè)計的觀念，是對大學(xué)四年所學(xué)理論知識與實踐的融合 。 2 第一 章 電氣主接線設(shè)計 計原則 電氣主接線 是水電站由高壓電氣設(shè)備通過連線組成的接收和分配電能的電路。電氣主接線根據(jù)水電站在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并應(yīng)滿足運行可靠、簡單靈活、操作方便、易于維護檢修、利于遠(yuǎn)方監(jiān)控和節(jié)約投資等要求。 在電氣主接線設(shè)計時，綜合考慮以下方面： 保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量 安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠和電能質(zhì)量是對主接線最基本的要求。在設(shè)計時，除對主接線形式予以定性評價外，對于比較重要的水電站需要進行定量分析 和計算。直崗拉卡水電站雖然是一個中小型水電站，但是由于擔(dān)負(fù)了許多工業(yè)企業(yè)，及農(nóng)業(yè)抗旱排澇等供電任務(wù)，因而必須滿足必要的供電可靠性。 具有經(jīng)濟性 在主接線設(shè)計時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。欲使主接線可靠、靈活，將導(dǎo)致投資增加。所以必須把技術(shù)與經(jīng)濟兩者綜合考慮，在滿足供電可靠、運行靈活方便的基礎(chǔ)上，盡量使設(shè)備投資費用和運行費用為最少。 具有一定的靈活性和方便性，并能適應(yīng)遠(yuǎn)方監(jiān)控的要求。 主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行方式的轉(zhuǎn)換。不僅正常運行時能安全可靠地供電，而且無論在系統(tǒng)正常運行還是故 障或設(shè)備檢修時都能適應(yīng)遠(yuǎn)方監(jiān)控的要求，并能靈活、簡單、迅速地倒換運行方式，使停電時間最短，影響范圍最小。顯然，復(fù)雜地接線不會保證操作方便，反而使誤操作機率增加。但是過于簡單的接線，則不一定能滿足運行方式的要求，給運行造成不便，甚至增加不必要的停電次數(shù)和停電時間。 具有發(fā)展和擴建的可能性 3 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，已投產(chǎn)的水電站可能需要擴大機組容量，從主變壓器的容量、數(shù)量到饋電線路數(shù)均有擴建的可能，有的甚至需要升壓，所以在設(shè)計主接線時應(yīng)留有發(fā)展余地，不僅要考慮最終接線的實現(xiàn)，同時還要兼顧到分期過渡接線的可能和 施工的方便。 根據(jù)以上幾點，對直崗拉卡水電站的主接線擬定以下幾種方案。 方案比較 方案 本方案采用了兩個擴大單元接線和一個單元接線， 110采用了雙母接線。雙母接線的供電可靠性較高，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷，檢修任一組母線上的隔離開關(guān)也不需要中斷供電，且調(diào)度靈活，各個電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到一組母線上，能靈活適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要。擴建性也非常號，可以向母線左右方向任意擴建，且施工過程也不會停電，只是雙母接線多了一臺旁路斷路器，投資有所增加。 圖 1氣主接線方案 4 方案 本方案 采用了兩個擴大單元接線和一個單元接線與 110直接相連。110為單母分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線方式。其特點是：擴大單元接線接線方式簡單清晰，運行維護方便，且減少了主變壓器高壓側(cè)出現(xiàn)，簡化了高壓側(cè)接線和布置，使整個電氣接線設(shè)備較省。單元接線的接線簡單、清晰、運行靈活、維護工作量少且繼電保護簡單，但由于主變壓器與高壓電氣設(shè)備增多，高壓設(shè)備布置場地增加，整個電氣接線投資也增大。其 110的單母分段帶專用旁路斷路器的母線接線方式中 ,由于增加了分段 其全廠停電的可能性為 0，且任一臺斷路器檢修時都不會引起停電，其供電可靠性較高 圖 1氣主接線方案 5 方案 本方案采用了兩個擴大單元接線，一個單元接線， 110采用了雙母帶旁母的接線方式。此種接線方式大大提高了供電的可靠性，但是由于有了專用的旁路母線，多裝了價高的斷路器和隔離開關(guān)，大大增加了投資，此種接線方式對于供電可靠性有特殊需要的場合是十分必要的，但是對于供電可靠性要求不是很高的中小型水電站來說不是很適用。 圖 1氣主接線方案 方案 本方案采用了兩個擴大單 元接線和一個單元接線， 110采用了單母 6 接線的方式，此種接線雖然接線方式簡單，投資很少，但是其供電可靠性大大降低，其母線一旦出現(xiàn)故障就會造成全廠停電，嚴(yán)重影響了持續(xù)供電。 圖 1氣主接線方案 方案 本方案采用了一個發(fā)電機單母接線和兩個單元接線， 1110采用雙母接線的方式。發(fā)電機單母接線使主變壓器數(shù)量減少，投資節(jié)省，接線簡單明了，運行方便，但是發(fā)電機電壓配殿裝置元件多，增加檢修工作量，母線或與母線所相連的隔離開關(guān)故障或檢修時，三臺發(fā)電機都要停電，可靠性及靈活性較差。 7 圖 1氣主接線方案 綜合分析上述五種方案，再結(jié)合該水電站為中小型水電站的實際情況，擬定的主接線應(yīng)以經(jīng)濟性為主，但其可靠性也需要考慮，方案一和方案二最能滿足這兩項要求，故最終選定方案一和方案二為最終比 較方案。方案 的可靠性比方案一高，如果在投資相差不多的情況小應(yīng)該首選方案 ，如果在方案 比方案 投資低較多則從經(jīng)濟性的角度出發(fā)應(yīng)選擇方案 。 8 第二章 廠用電設(shè)計 用電設(shè)計原則 廠用電接線的設(shè)計應(yīng)按照運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，積極慎重地采用成熟地新技術(shù)和新設(shè) 備，使設(shè)計達(dá)到經(jīng)濟合理，技術(shù)先進，保證機組安全經(jīng)濟地運行。其具體有如下一些要求： 接線方式和電源容量，應(yīng)充分考慮廠用設(shè)備在正常、 事故 、 檢修 、 啟動 、 停運等方式下地供電要求，并盡可能地使切換操作簡便，使啟動（備用）電源能迅速投入。 盡量縮小廠用電系統(tǒng)的故障影響范圍，避免引起全廠停電故障。各臺機組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)獨立，以保證在一臺機組故障停運或其輔助機發(fā)生電氣故障時，不影響其他機組的正常運行。 充分考慮電廠分期建設(shè)和連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運行方式，特別主要對公用廠用負(fù)荷的影響。要方便過渡，盡少改變接線和更換設(shè)備 。 根據(jù)上述要求，結(jié)合本水電站為中小型水電站，以及廠用電分為 680 壓等級 的實際情況，其廠用電設(shè)計祥見附錄 ： 9 第三 章 短路電流計算 稱短路電流計算 發(fā)電機，變壓器及系統(tǒng)的主要參數(shù)如下： 發(fā)電機參數(shù)： 45 ， 50. ， 230. 定電壓 壓器參數(shù)： 3 臺， 1T: % 142T: % 14100統(tǒng)參數(shù)： 110線四回，正序阻抗（標(biāo)么值）： 序阻抗（標(biāo)么值） 相短路容量： 2543相短路容量： 對方案的系統(tǒng)正序阻抗網(wǎng)絡(luò)等值圖為 1： 圖 3序阻抗網(wǎng)絡(luò)等值圖 取基準(zhǔn)值： 000， 10 .時， 8 6543510 .).( , j 115 ， )(1155率因素為 機組容量 10 為 ; M V 6847950 45 . 發(fā)電機51 : 1X = 2X =3X= 4X =5X= =8564368471000 . 變壓器31 :6X=7X= 41100100010014100 .% 825010 0 0100148 .39302543100010 . 對 1d 點進行短路計算 2： 網(wǎng)絡(luò)簡化如下： 圖 3d 網(wǎng)絡(luò)簡化圖 4 2 8228 5 642111 ./ 310139309 1 7 1 6010912 . 8283285644143713 ./ 6 5 678 5 64825814 . 11 繼續(xù)簡化上圖： 圖 3d 網(wǎng)絡(luò)簡化圖 552265678283 65678283141315 . ./ 再化簡得： 圖 3d 網(wǎng)絡(luò)簡化圖 42931561261216 . X 2 71091261561517 . X 系統(tǒng) A 側(cè)： M V 036164293986541616510.).(B 側(cè)（53 ） 的計算電抗為 37111000104142710917 . 7520.* 731020 .* 83402 .* 83704 .* 額定電流為： 147510310414235353 .)()( 因此： 7658147752053 .)(* 1 2581 4773 10532020 .)(.*. 176814783405322 .)(* 4 0681 4783 705344 .)(* M V 62106104142752053 .)(* C 側(cè)（ 21 ）的計算電抗為： 2300100073694428211 . 0875.* 523320 .* 23832 .* 32834 .* 其 的額定電流為： 0 9551037 3 69432121 .)()( 因此： 4982620950875 . 51182095523320 . 13 86716209523832 . 33617209532834 . M V 2248173694087521 .)(* 所以， 1d 點的三相短路電流為： 4104849826876503616 . 99403511871250361620 . 42039867165176036162 . 91239336175406036164 . d 414880922481862106630291 . 1d 點 三相短路沖擊電流 全電流最大有效值 算 : (1) 側(cè)和53 三電源 B 側(cè)的K ,值采用遠(yuǎn)離發(fā)電機地點發(fā)生短路時的數(shù)值，則 . = 2 ( 22 2 )( 366339708012970 22 .).(. (2)C 側(cè)二電源的 . 2 22 2 )( 2 .).(. (3) 總的沖擊電流 d 點短路電流熱效應(yīng)計算： 222 其中 t 取 4S = 412 91239420391041048222 . = 14 2d 點短路電流計算 . 網(wǎng)絡(luò)簡化如下，并結(jié)合其正序阻抗圖得， 圖 3d 點正序阻抗網(wǎng)絡(luò)圖 11X 3101109 . 828321612 ./ 55225843713 .)/ / ()/( 三相短路電流 周期分量計算： 系統(tǒng) A 側(cè)： M V 0.)(B 側(cè)（ 21 ）的計算電抗為： 36301000 73694828312 . 0353.* 523220 .* 73422 .* 80424 .* 15 其 110得額定電流為： 76011537369432121 .)()( 因此： 4 4 514 7 600 3 53 . 2 0 114 7 605 2 3220 . 3 0 114 7 607 3 422 . 3 3 514 7 608 0 424 . M V 2428773694035321 .)(* C 側(cè)（53 ） 的計算電抗為 ： 3 6 301 0 0 01 0 41 4 25 5 2213 . 0353.* 523220 .* 73422 .* 80424 .* 其 110得額定電流為： 080115310414235353 .)()( 因此： 149270800353 . 8617080523220 . 9 3 617 0 807 3 422 . 9 8 517 0 808 0 424 . M V 86431104142035353 .)(* 所以， 2d 點的三相短路電流為： 4267149244518323 . 1 167 8 612 0 118 3 2320 . 0 6 979 3 613 0 118 3 232 . 1 5 279 8 513 3 518 3 234 . M 691482286431524287359763 . 2d 點 三相短路沖擊電流 全電流最大有效值 算： 因為 2d 點在發(fā)電廠高壓側(cè)母線 上，所以 . = 1842 678012 . 22 2 )(2 .).(. 16 短路電流熱效應(yīng)計算： 222 其中 t 取 4s = 412 1 5 270 6 97104 2 67222 . =k 對3 網(wǎng)絡(luò)簡化如下圖，并結(jié)合其正序阻抗圖，得： 圖 311X 3101109 . 914143721612 .)/ / ()/( 繼續(xù)簡化得： 17 圖 302661281111813 . X X 系統(tǒng) A 側(cè)： M V .).(B 側(cè)（ 41 ） 的計算電抗為： 66811000472189805814 . 6120.* 602020 .* 65402 .* 65404 .* 18 的額定電流為： 1810510347218934141 .)()( 因此： 3766418106120 . 72641810602020 . 81364181065402 . 81364181065404 . M V 5 711 547 218 961 2041 .)(* C 側(cè)5 23001 0 0 03684785645 . 8124.* 467320 .* 25032 .* 18434 .* 的額定電流為： 052510336847355 .)()( 因此： 5351260528124 . 3296052467320 . 4668605225032 . 2948605218434 . M V 352273684781245 .)(* 所以，3 036285351237661259 . 292403292726125920 . 4 0 4244 6 688 1 361 2 592 . 2 3 2242 9 488 1 361 2 594 . M 38509935227957115946165 . 3相短路沖擊電流 A 側(cè)和 B 側(cè)采用遠(yuǎn)離發(fā)電廠地點，故 . ).(. 45239708012970272612592 2222 .).(.).()( 19 C 側(cè)采用發(fā)電機機端，故 . . 74209309012930535122 2222 .).(.)( 所以，總的 路電流熱效應(yīng)計算： 222 其中 t 取 4s = 412 23224404241003628222 . =k 三相短路電流計算成果匯總見附錄： 對稱短路電流計算 該系統(tǒng)的負(fù)序阻抗與正序阻抗圖相比只是發(fā)電機出口端的負(fù)序阻抗是正序阻抗的 ，故負(fù)序阻抗如下 3： 圖 3序阻抗 網(wǎng)絡(luò)圖 20 該系統(tǒng)的零序阻抗為 395092529100010 . 由原始資料可知線路的零序阻抗為 其零序阻抗圖為： 圖 3序阻抗 網(wǎng)絡(luò)圖 （一） 正序網(wǎng)絡(luò)的變換 4 短路 1d 點 等效 后的正序阻抗圖為： 圖 3d 點正序阻抗 網(wǎng)絡(luò) 圖 241111 11716111 .1 短路 2d 點等效后的正序阻抗圖為： 圖 3d 點正序簡化 圖 7060111 11312111 . 圖 3 0602111 1141351 . )短路 1d 點等效后的負(fù)序阻抗圖為： 22 圖 3d 點負(fù)序阻抗等值 圖 50732041272111 ./ 310110912 . 27458543713 .)/ / ()/( 再簡化得 , 圖 3d 點負(fù)序簡化 圖 27031361261214 . X X 3 4021111 11514112 .d 點等效后的負(fù)序阻抗圖為： 圖 3d 點負(fù)序簡化 圖 3 1 0110911 . 921421612 ./ 28034378513 .)/ / ()( 7870111 11312112 . 圖 3 圖 3 1 0110911 . 460243721612 .)/)(/( 24 再化簡得： 圖 3 60151281181113 . X X 141352 .）零序網(wǎng)絡(luò)的變換： 短路 1d 點 等效 后的零序阻抗圖為： 圖 3d 點零序簡化 圖 5181546 . 9330327 ./ 再化簡為： 25 圖 3d 點零序簡化 圖 1965716168 . X X 980 .d 點等效后的零序阻抗圖為： 圖 3d 點零序簡化 圖 5181546 . 9330327 ./ 4090111 17610 . 26 圖 3 5181546 . 70217 ./ 再化簡得： 圖 3 3910736368 . X X 980 .（一） 1d 點短路 正序綜合阻抗 2411 . 40212 . 97810 .單相短路電 流 正序電流的標(biāo)么值 2110102111 .)(* 27 正序電流的有名值 02119865421101111 .)(*)( 單相短路電流 0634602113111 .)()( 2. 單相短路電流 正序電流的標(biāo)么值 378012121 .)(* 正序電流的有名值 85209865437802121 .)(*)( 兩相短路電流 01367852032 .)( 3. 兩相接地短路電流 正序電流的標(biāo)么值 4810102021111 .),(* 4826986544810111111 .),(*),( 兩相接地短路電流 623913 1112020211 .)(),(),( (二 ) 2d 點短路 正序綜合阻抗 70601 . 78702 . 40900 .單相短路電流 正序電流的標(biāo)么值 5260102111 .)(* 正序電流的有名值 412020552601111 .)(*)( 單相短路電流 23764123111 .)()( 2. 單相短路電流 正序電流的標(biāo)么值 670012121 .)(* 正序電流的有名值 633020567002121 .)(*)( 兩相短路電流 255363332 .)( 28 3. 兩相接地短路電流 正序電流的標(biāo)么值 0261102021111 .),(* 5 1502 0502 61111111 .),(*),( 兩相接地短路電 流 54713 1112020211 .)(),(),( (三 ) 3正序綜合阻抗 06021 . 40622 . 27930 .單相短路電流 正序電流的標(biāo)么值 1290102111 .)(* 正序電流的有名值 9379865412901111 .)(*)( 單相短路電流 792109373111 .)()( 2. 單相短路電流 正序電流的標(biāo)么值 224012121 .)(* 正序電流的有名值 17129865422402121 .)(*)( 兩相短路電流 34213171232 .)( 3. 兩相接地短路電流 正序電流的標(biāo)么值 2890102021111 .),(* 9 11598 65428 90111111 .),(*),( 兩相接地短路電流 472313 1112020211 .)(),(),( 不對稱短路計算結(jié)果如下： 29 表 對 成短路電流計算結(jié)果 短路點 單相短路電流(兩相短路電流(兩相接地短路電流 (1d d 為方案的等效阻抗圖與方案相同，故方案的短路電流計算結(jié)果與方案也相同。 30 第四 章 電器主設(shè)備選 擇 方案 I 的各主設(shè)備選擇 其接線方式如下圖： 圖 4案主接線圖 斷路器和隔離開關(guān)的選擇 5 對 1 1 （ 1）按額定電壓選擇： 斷路器的額定電壓不小于安裝地點電網(wǎng)額定電壓，即 n （ 2）按額定電流選擇 斷路器的額定電流不小于流過斷路器的長期負(fù)荷電流，即 (a x （ 3） 按開斷電流選擇 31 若在 1 1流過的短路電流，即為 而在 1 2 應(yīng)按 短路電流為 斷路器的額定開斷電流 6 （ 4）按動穩(wěn)定電流選擇 電器允許通過的動穩(wěn)定電流 （ 5）按熱穩(wěn)定度校驗 12/)10( 2222 d d d 代入上式，得 3 81 （ 1）按額定電壓選擇： 2）按額定電流校驗： （ 3）按動穩(wěn)定度校驗： 4）按熱穩(wěn)定度校驗： 選擇 0 0/1010 選擇 000/1010 型隔離開關(guān) 表 選各設(shè)備 技術(shù)數(shù)據(jù) 與計算數(shù)據(jù) 設(shè)備參數(shù) 3433 0 0 01010 ./ 010 計算數(shù)據(jù) )(10 10 )(10 )(3000 3000 )(I 2735 )(43 3 )( 32 )( 22 t 19600470 2 )( (130 160 )(上表可知所選斷路器和隔離開關(guān)的技術(shù)參數(shù)能滿足 對 6 A對 1105， （ 1）按額定電壓選擇： 斷路器的額定電壓不小于安裝地點電網(wǎng)額定電壓，即 n 110 （ 2）按額定電流選擇 斷路器的額定電流不小于流過斷路器的長期負(fù)荷電流，即 103/(a x （ 3） 按開斷電流選擇 若在 5， 1和 在 5， 3 應(yīng)按 短路電流為 斷路器的額定開斷電流 （ 4）按動穩(wěn)定電流選擇 電器允許通過的動穩(wěn)定電流 （ 5）按熱穩(wěn)定度校驗 12/)10( 2222 d d d 代入上式，得 4 2 2 33 106 （ 1）按額定電壓選擇： 10（ 2）按額定電流選擇： （ 3）按動穩(wěn)定選擇： （ 4）按熱穩(wěn)定度校驗： 4 2 2選擇 110型斷路器 選擇 110D 型隔離開關(guān) 表 選各設(shè)備 技術(shù)數(shù)據(jù) 與計算數(shù)據(jù) 設(shè)備參數(shù) 110 110D