电力维修方面论文

电力维修方面论文 维修电工技师 论文 题目:电气及自动化 目 录 前 言 .................................................................................................................... 2 第一章 电气主接线设计 .................................................................................... 3 1.1 设计原则 ............................................................................................................ 3 1.2 各比较 ........................................................................................................ 4 第二章 厂用电设计 ............................................................................................ 9 2.1 厂用电设计原则 ............................................................................................... 9 第三章 短路电流计算 ...................................................................................... 10 3.1 对称短路电流计算 ........................................................................................ 10 3.2 非对称短路电流计算 .................................................................................... 20 第四章 电器主设备选择 .................................................................................. 31 4.1对方案I的各主设备选择 ............................................................................ 31 4.2 对方案?的各主设备选择........................................................................... 45 第五章 发电机继电保护原理设计及保护原理 .............................................. 47 5.1 初步 .......................................................................................................... 47 5.2 对F1 的保护整定计算 ................................................................................ 48 5.3 对F5的保护整定计算: ............................................................................. 51 第六章 计算机监控系统方案论证选择 .......................................................... 55 6.1 系统功能 .......................................................................................................... 55 6.2 监控对象 .......................................................................................................... 57 6.3 系统结构 .......................................................................................................... 57 附 录? .............................................................................................................. 59 附 录? .............................................................................................................. 60 1 前 言 随着我国经济的不断发展，对能源的需求量也越来越大，然而能源的 为我国经济的发展 提供保障。就我国目前的电力能源结构来看，我国主要是以火电为主，但是火电由于运行过 程中污染大，在煤炭价格高涨的今天，火电的运行成本也较高，受锅炉和其他火电厂用电设 备的影响，其资源利用率较低，一般热效率只有30%-50%左右。与之相比水电就有很多明 显的优势。因此，关于电力系统水电站设计方面的论文研究就显得格外重要。 维修电工技师(论文)课题来源于青海省直岗拉卡水电站。主要针对直岗拉卡水电站在电 力系统的地位，拟定本电厂的电气主接线方案，经过技术经济比较，确定推荐方案，对其进 行短路电流的计算，对电厂所用设备进行选择，然后对各级电压配电装置及总体布置设计。并且对其发电机继电保护进行设计。在这些设计过程中需要用到各种电力工程设计手册，并且借用AutoCAD辅助工具画出其电气主接线图、室外配电装置图、发电机保护的原理接线图、展开图、保护屏的布置及端子排接线图。故本论文属于典型的针对某工程进行最优设计的工程设计类论文。 通过本论文的研究，可以使直岗拉卡水电站安全可靠的在系统中运行，保证其持续可靠的供电。也能提高自己使用AutoCAD,word等软件的能力，培养出自己工程设计的观念，是对工作三年所学理论知识与实践的融合。 2 第一章 电气主接线设计 1.1 设计原则 电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。电气主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。 在电气主接线设计时，综合考虑以下方面: ? 保证必要的供电可靠性和电能质量 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较 中小型水电站，但是由于担负了许多工业企业，及农业抗旱排涝等供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。 ? 具有经济性 在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。 ? 具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。 主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。显然，复杂地接线不会保证操作方便，反而使误操作机率增加。但是过于简单的接线，则不一定能满足运行方式 3 的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和停电时间。 ? 具有发展和扩建的可能性 随着经济的发展，已投产的水电站可能需要扩大机组容量，从主变压 器的容量、数量到馈电线路数均有扩建的可能，有的甚至需要升压，所以在设计主接线时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。 根据以上几点，对直岗拉卡水电站的主接线拟定以下几种方案。 1.2 各方案比较 方案? 本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线，110kv侧采用了双母 接线。双母接线的供电可靠性较高，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，检修任一组母线上的隔离开关也不需要中断供电，且调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到一组母线上，能灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建性也非常号，可以向母线左右方向任意扩建，且施工过程也不会停电，只是双母接线多了一台旁路断路器，投资有所增加。 4 图1-1 电气主接线方案? 方案? 本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线与110kv侧直接相连。110kv侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。其特点是:扩大单元接线接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧 出现，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。单元接线的接线简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。其110kv侧的单母分段带专用旁路断路器的母线接线方式中,由于增加了分段其全厂停电的可能性为0，且任一台断路器检修时都不会引起停电，其供电可靠性较高 5 图1-2 电气主接线方案? 方案? 本方案采用了两个扩大单元接线，一个单元接线，110kv侧采用了双母带旁母的接线方式。此种接线方式大大提高了供电的可靠性，但是由于有了专用的旁路母线，多装了价高的断路器和隔离开关，大大增加了投资，此种接线方式对于供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的，但是对于供电可靠性要求不是很高的中小型水电站来说不是很适用。 6 图1-3 电气主接线方案? 方案? 本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线，110kv侧采用了单母接线的方式，此种接线虽然接线方式简单，投资很少，但是其供电可靠性大大降低，其母线一旦出现故障就会造成全厂停电，严重影响了持续供电。 7 图1-4 电气主接线方案? 方案? 本方案采用了一个发电机单母接线和两个单元接线，1110kv侧采用双母接线的方式。发电机单母接线使主变压器数量减少，投资节省，接线简单明了，运行方便，但是发电机电压配殿装置元件多，增加检修工作量，母线或与母线所相连的隔离开关故障或检修时，三台发电机都要停电，可靠性及灵活性较差。 8 图1-5 电气主接线方案? 综合分析上述五种方案，再结合该水电站为中小型水电站的实际情况， 拟定的主接线应以经济性为主，但其可靠性也需要考虑，方案一和方案二最能满足这两项要求，故最终选定方案一和方案二为最终比较方案。方案?的可靠性比方案一高，如果在投资相差不多的情况小应该首选方案?，如果在方案?比方案?投资低较多则从经济性的角度出发应选择方案?。 第二章 厂用电设计 2.1 厂用电设计原则 厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规 9 划，积极慎重地采用成熟地新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证机组安全经济地运行。其具体有如下一些要求: ? 接线方式和电源容量，应充分考虑厂用设备在正常、事故、检 修、启动、停运等方式下地供电要求，并尽可能地使切换操作 简便，使启动(备用)电源能迅速投入。 ? 尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全厂停电故障。 各台机组的厂用电系统应独立，以保证在一台机组故障停运或 其辅助机发生电气故障时，不影响其他机组的正常运行。 ? 充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方 式，特别主要对公用厂用负荷的影响。要方便过渡，尽少改变 接线和更换设备。 根据上述要求，结合本水电站为中小型水电站，以及厂用电分为6kV和380kV两个电压等级的实际情况，其厂用电设计祥见附录?: 10 第三章 短路电流计算 3.1 对称短路电流计算 发电机，变压器及系统的主要如下: ，额定电压10.5kV 发电机参数:，，Xd 变压器参数:3台，系统参数:110kV出线四回，正序阻抗(标么值):0.91716，零序阻抗(标么值)1.1235，三相短路容量:2543MVA，单相短路容量:2529.9MVA。 对方案?的系统正序阻抗网络等值图为[1]: 图3-1 正序阻抗网络等值图 取基准值:，时， ，Ij(115),,5.020kA,45MW功率因素为0.95的机组容量 11 为 „„发电机F1~F5:X1=X2=X3=X4=X5=X 变压器B1~B3: 100Sn100100100 系统阻抗Xj1000 10: 对d1点进行短路计算[2]: 网络简化如下: 图3-2 d1网络简化图 .856 50 12 继续简化上图: 图3-3 d1网络简化图 再化简得: 图3-4 d1网络简化图 13 12 三相短路电流周期分量计算: 系统A侧: IIj(10.5) S??Sj1000 B侧(FSn142.104 3~F5)的计算电抗为 由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得: I?? 侧额定电流为: ISn(F3~F5) 因此:I?? 侧(F1~F2)的计算电抗为: Xn.736 由计算电抗查短路电流运算曲线得: I?? 其10.5kV侧的额定电 流为: ISn(F1~F2) 因此: I?? 14 所以，d1点的三相短路电流为: d1点三相短路冲击电流ich及全电流最大有效值Ich计算: (1).系统A侧和F3~F5三电源B侧的KZ,Kch值采用远离发电机地点发生短 路时的数值，则Kch,1.80，KZ,0.97 ich, , (2)C侧二电源的KZ，Kch值采用发电机机端短路时的值，故Kch,1.90，KZ,0.93 „„ich,,,71.200KA (3) 总的冲击电流ich及全电流Ich为: ich,55.779，71.200,126.979KA Ich=33.3666+35.608=68.974KA d1点短路电流热效应计算: ,212t 其中t取 =6491.953kA2S 15 d2点短路电流计算. 网络简化如下，并结合其正序阻抗图得， 图3-5 d2点正序阻抗网络图 X11,2.552 三相短路电流周期分量计算: 系统A侧: IIj(110) S??Sj1000 B侧(F1~F2)的计算电抗为: Xn 由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得: I?? 16 其110kV侧得额定电流为: 因此: 侧(F3~F5)的计算电抗为: 由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得: 其110kV侧得额定电流为: 因此: 所以，d2点的三相短路电流为: d2点三相短路冲击电流ich及全电流最大有效值Ich计算: 因为d2点在发电厂高压侧母线上，所以Kch,1.80，KZ,0.97 17 短路电流热效应计算: ,212t 其中t取4s =202.001 kA2S 对d3点短路电流计算: 网络简化如下图，并结合其正序阻抗图，得: 图3-6 d3正序阻抗网络等值图 X11,继续简化得: 18 图3-7 d3网络简化图 XX11X8 12 XX12X8 11 三相短路电流周期分量计算: 系统A侧: IIj(10.5) S??Sj1000 B侧(F1~F4)的计算电抗为: XSn 由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得: I?? 654 19 10.5kV侧的额定电流为: 因此: MVA Sd 14 C侧F5的计算电抗为: 由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得: 侧的额定电流为: 因此: 32kA IZ 所以，d3点的三相短路电流为: d3点三相短路冲击电流ich及全电流最大有效值Ich计算: A侧和B侧采用远离发电厂地点，故Kch,1.80，KZ,0.97 „„ich,, C侧采用发电机机端，故Kch,1.90，KZ,0.93 „„ich,, 所以，总的ich和Ich为: ich,39.194，33.682,72.876kA Ich=23.445+20.774=44.219Ka 短路电流热效应计算: ,212t 其中t取4s =28.03 =2442.920 kA2S 三相短路电流计算成果汇总见附录?: 3.2 非对称短路电流计算 该系统的负序阻抗与正序阻抗图相比只是发电机出口端的负序阻抗是正序阻抗的1.45倍， 故负序阻抗如下[3]: 图3-8负序阻抗网络图 21 该系统的零序阻抗为 ，由原始资料可知线路的零Sd2529.9 序阻抗为1.1235，故其零序阻抗图为: 图3-9零序阻抗网络图 (一)正序网络的变换[4] 短路d1点等效后的正序阻抗图为: 图3-10 d1点正序阻抗网络图 X1 短路点效后的正序阻抗图为: 16X17 22 图3-11 d2点正序简化图 X1 12X13 短路d3点等效后的正序阻抗图为 ; 图3-12 d3点正序简化图 X1 5X13X14 (二).负序网络的变换 短路d1点等效后的负序阻抗图为: 图3-13 d1点负序阻抗等值图 再简化得, 23 图3-14 d1点负序简化图 XX12X6 13 XX13X6 12 1114X15 短路d2点等效后的负序阻抗图为: 图3-15 d2点负序简化图 24 短路d3点等效后的负序阻抗图为: 图3-16 d3点负序简化图 再化简得: 图3-17 d3点负序简化图 25 (三)零序网络的变换: 短路d1点等效后的零序阻抗图为: 图3-18 d1点零序简化图 933 再化简为: 图3-19 d1点零序简化图 6 X1 8X9 短路d2点等效后的零序阻抗图为: 26 图3-20 d2点零序简化图 6X7 短路d3点等效后的零序阻抗图为: 图3-21 d3点零序简化图 再化简得: 图3-21 d3点零序简化图 27 11X8 X6X3X7 X3X7X6 不对称短路电流计算 (一)d1点短路 正序综合阻抗 负序综合阻抗 零序综合阻抗 单相短路电流 正序电流的标么值 1 正序电流的有名值 单相短路电流 单相短路电流 正序电流的标么值 正序电流的有名值 两相短路电流 两相接地短路电流 正序电流的标么值 1 正序电流的有名值 两相接地短路电流 二) d2点短路 28 正序综合阻抗 负序综合阻抗 零序综合阻抗 单相短路电流 正序电流的标么值 1 正序电流的有名值 单相短路电流 单相短路电流 正序电流的标么值 正序电流的有名值 两相短路电流 两相接地短路电流 正序电流的标么值 1 正序电流的有名值 两相接地短路电流 I??(1,1 (三) d3点短路 正序综合阻抗 负序综合阻抗 零序综合阻抗 单相短路电流 正序电流的标么值 1 正序电流的有名值 单相短路电流 9kA 29 2. 单相短路电流 正序电流的标么值 正序电流的有名值 两相短路电流 两相接地短路电流 正序电流的标么值 1 正序电流的有名值 两相接地短路电流 不对称短路计算结果如下: 3.1不对成短路电流计算结果 因为方案?的等效阻抗图与方案?相同，故方案?的短路电流计算结果与方案?也相同。 30 第四章 电器主设备选择 4.1对方案I的各主设备选择 其接线方式如下图: 图4-1 方案?主接线图 断路器和隔离开关的选择[5] 对D1,D4断路器和G1,G4隔离开关的选择 A.对10.5kV D1,D4断路器的选择 (1)按额定电压选择: 断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即 (2)按额定电流选择 断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即 (3)按开断电流选择 31 若在D1,D4上侧短路时流过D1,D4的短路电流为F1流过的短路电流，即为26.498/2,13.249kA，而在D1,D4下侧短路时流过D1,D4的短路电流 为系统和F2,F5的短路电流之和，即16.036，5.876，13.249,35.161kA，故应按D1,D4下侧短路时来选择设备，其短路电流为35.161kA。 断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即 „„ (4)按动稳定电流选择 电器允许通过的动稳定电流ies不小于短路冲击电流ish，即 „„ (5)按热稳定度校验 „„2 „„ 代入上式，得 则 B.对10.5kV G1,G4隔离开关的选择 (1)按额定电压选择: (2)按额定电流校验: (3)按动稳定度校验: (4)按热稳定度校验: 选择D1,D4为型断路器 选择G1,G4为型隔离开关 表4.1 所选各设备技术数据与计算数据 32 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数能满足 对D5，D6断路器和G6,G9隔离开关选择 A(对110kV D5，D6断路器的选择 (1)按额定电压选择: 断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即 (2)按额定电流选择 断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即 (3)按开断电流选择 若在D5，D6上侧短路时流过D5，D6的短路电流为F1和F2流过的短路电流为1.445kA，而在D5，D6下侧短路时流过D5，D6的短路电流为系统和F3,F5的短路电流之和，即3.832，2.149,5.981kA，故应按D5，D6下侧短路时来选择设备，其短路电流为5.981kA。 断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即 „„ (4)按动稳定电流选择 电器允许通过的动稳定电流ies不小于短路冲击电流ish，即 „„ (5)按热稳定度校验 „„2 „„ .981kA 代入上式，得 则 33 B.对110kV G6,G9隔离开关的选择 (1)按额定电压选择: (2)按额定电流选择: (3)按动稳定选择: (4)按热稳定度校验: 选择D5，D6为SW6,110型断路器 选择G6,G9为GW4,110D型隔离开关 表4.2 所选各设备技术数据与计算数据 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数能满足 对10.5kV G5断路器的选择 (1)按额定电压选择: 断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即 (2)按额定电流选择 断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即 (3)按动稳定电流选择 若在G5上侧短路时流过G5的短路电流为F5流过的短路电流为12.535kA，而在G5下侧短路时流过G5的短路电流为系统和F1,F4的短路电流之和，即9.125，6.376,15.501kA，15.501>12.535，故按G5下侧短路时来选择设备，其短路电流为15.501kA。 电器允许通过的动稳定电流ies不小于短路冲击电流ish，即 (4)按热稳定度校验: „„2 34 其中 „„ 代入上式得 则 表4.3 所选各设备技术数据与计算数据 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数符合要求 对D7断路器和G10,G11隔离开关选择. A(对110kV侧D7断路器的选择 (1)按额定电压选择: 断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即 (2)按额定电流选择 断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即 IN?Imax, (3)按开断电流选择 若在D7上侧短路时流过D7的短路电流为F5流过的短路电流，即为2.149,1.445,0.704kA，而在D7下侧短路时流过D7的短路电流为系统和F1,F4的短路电流之和，即3.832，,6.722kA，故应按D7下侧短路时来选择设备，其短路电流为6.7221kA。 断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即 INbr?Id’’, , (4)按动稳定电流校验: 35 电器允许通过动稳定电流ies 不小于短路冲击电流ish 即 ’ ‘2×6.722, (5)按热稳定校验: Qk= „„ 其中IZ,6.722kA, „„ IZ2=3.832+21.301=6.434kA „„IZ4=3.832+ „„2??2??2 12 t 带入上式得， Qk,167.1kA2.s,则 Qt ? Qk =167.1 kA2.s B 对110kV侧G10，G11 隔离开关的选择: 1、按额定电压选择:UN?110 kV. 2、按额定电流选择:IN?0.261A; 3、按动稳定校验: ies?ish =17.11kA 4、按照热稳定校验 Qt?Qk ,167.1 kA2.s, 选择D7为SW6-110型断路器 选择G10G11 为GW4,110D型隔离开关 表4.4 所选各设备技术数据与计算数据 由上表可知所选断路器隔离开关符合技术参数要求 对于D8,D11断路器，和G12,G23 隔离开关的选择 A 对110kV 侧D8,D11断路器选择: (1) 按额定电压选择: 36 断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即 UN?110 kV; (2)按额定电流选择: 断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即 IN?Imax,, (3)按开断电流选择: 若在D8,D11下侧短路电流时流过D8,D11的短路电流为系统侧短路电流即为3.832kA, 而在D8,D11上侧短路时流过D8,D11短路电流为5台发电机短路电流之和，即为1.445 ，2.149,3.549kA，3.832>3.594，所以 按照D8,D11下侧短路的短路电流来选择设备， 其短路电流为3.832kA 断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期 分量。即 断路器额定开断电流INbr?Id’’,3.832kA (4)按动稳定电流校验: 电器允许通过动稳定电流ies 不小于短路冲击电流ish 即 ’2×3.832,‘ (5)按热稳定校验: 12t „„„„„„ 其中IZ,IZ2=IZ4=3.832kA 带入上式得 Qk=58.739 kA2.s 则Qt?Qk=58.739 kA2.s B. 对G12,G23隔离开关的选择: 1、 按额定电压选择:UN?110 kV; 2、按额定电流选择:IN?Imax,0.326 kA 3、按动稳定电流校验ies?ish =9.756kA 4、按热稳定校验:Qt?Qk=58.739 kA2.s 选择D8,D11为SW4-110型断路器 选择G12,G23为GW4,110型隔离开关 37 表4.5 所选各设备技术数据与计算数据 对D12断路器和G24,G25隔离开关选择. A. 对母联断路器D12的选择: (1) 按额定电 压选择: 断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即 UN?110 kV; (2)按额定电流选择 断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即 IN?Imax, , (3)按开断电流选择: 若在D12上，下侧短路时，其短路电流都是7.426kA，断路器的开断电流INbr不应小于 断路器开断开断瞬时的短路电流周期分量。即 断路器额定开断电流INbr?Id’’,7.426kA (4)按动稳定电流校验: ies 不小于短路冲击电流ish 即 ’ 2×7.426,18.9kA ies‘ (5)按热稳定校验: Qk= 12 t „„„„„„ 其中IZ,7.426kA IZ2=7.069kA IZ4=7.152kA 带入上式得 Qk=202.001 kA2.s 则Qt?Qk=202.001 kA2.s B. 对母联隔离开关G24,G25的选择: 38 1、按额定电压选择:UN?110 kV; 2、按额定电流选择:IN?Imax,261 kA 3、 按动稳定电流校验ies?ish =18.9kA 4、按热稳定校验:Qt?Qk=202.001kA2.s 选择D12为SW6-110型断路器 选择G24,G25为GW4,110D型隔离开关 表4.6 所选各设备技术数据与计算数据 对方案?所选断路器，隔离开关汇总如下: 表4.7 方案?所选各断路器隔离开关技术数据 电流互感器的选择[6] (1)110kV侧电流互感器的选择 ?型号的选择 选择LVQB-110W2型SF6气体绝缘电流互感器，其参数如下: 表4.8 所选电流互感器技术数据 39 ?按额定电流选择 根据该水电站主变压器容量为，100,200MVA，其额定电压为110kV，则主变压器110kV侧的工作电流为 ，所选电流 互感器一次额定电流为1500A，满足该水电站一次负荷电流变化的要求。 ?按动稳定校验 LVQB-110W2型电流互感器的动稳定电流为imax,115kA,大于该水电站110kV侧短路时的冲击电流满足动稳定要求。 ?按热稳定校验 LVQB-110W2型电流互感器热稳定电流为It,50kA，大于该水电站110kV,侧短路时的稳定电流7.152kA，满足热稳定要求。 (2)10.5kV发电机出口处电流互感器的选择 ?型号的选择 选择LZZBJ9-12/175b/2s型电流互感器，其参数如下: 表 4.9 所选电流互感器技术数据 ?按额定电流选择 根据发电机的容量47.368MVA, 其额定电压为10.5kV，则发电机出口处的工作电流为 ，所选电流互感器一次额定电流为3150A， 满足该水电站一次负荷电流变化的要求。 ?按动稳定校验 LZZBJ9-12/175b/2s型电流互感器的动稳定电流为imax,160kA,大于该水电站发电机出口处的冲击电流，满足动稳定要求。 40 ?按热稳定校验 LZZBJ9-12/175b/2s型电流互感器热稳定电流为It,80kA，大于该水电站发电机出口处的热稳定电流39.912 kA 电压互感器的选择 ? 型号的选择 110kV侧选择WVB110-20(H)型电压互感器 10.5kV侧选择JDZX10-12BG型电压互感器 其各参数如下: 表4.10 所选电压互感器技术数据 避雷器的选择[7] 110kV侧避雷器的选择 (1) 避雷器型号的选择: 选择Y10W5-110/260型无间隙氧化锌避雷器。其参数为: 表4.11 所选避雷器技术数据 (2) 按额定电压选择: 110kV系统最高电压为126kV，避雷器相对地电压为0.75Um, 41 所选避雷器额定电压为110kV大于94.5kv，满足额定电压要求。 (3) 按持续运行电压选择: 110kV系统相电压为126/3,72.75kV,所选避雷器持续运行电压有效值为73kV，大于72.75kV，故满足持续运行电压要求。 (4) 按雷电冲击残压选择: 110kV变压器额定电流冲击(内外绝缘)耐受电压(峰值)450kV，避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为: BLCKc 所选避雷器雷 电冲击电流下残压(峰值)不大于260kV，该值小于321kV,故满足雷电冲击残压的要求。 (5) 按陡波冲击电流选择: 110kV变压器的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为550kV，其陡波冲击电流下残压为 BICKc ，所选避雷器陡波冲击电流下残压(峰值)不 大于291kV,该值小于393kV,故满足陡波冲击电流下的残压要求 10.5kV侧避雷器的选择 (1)避雷器型号的选择: 选择Y5WS5-17/50L型避雷器。其参数为: 表4.12 所选避雷器技术数据 (2) 按额定电压选择: 10kV系统最高电压为11.5kV，避雷器相对地电压为0.75Um,所选避雷器额定电压为17kV大于8.6kv，满足额定电压要求。 42 (3) 按持续运行电压选择: 10kV系统相电压为11.5/3,6.64kV,所选避雷器持续运行电压有效值为 8.6kV，大于6.64kV，故满足持续运行电压要求。 (4) 按雷电冲击残压选择: 10kV发电机额定电流冲击(内外绝缘)耐受电压(峰值)75kV，避雷器标BLC 所选发电机雷电 冲击电流下残压(峰值)不大于51.8kV，该值小于53.57kV,故满足雷电冲击残压的要求。 (5) 按陡波冲击电流选择: 10kV发电机的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为75kV，其陡波冲击电流下残压为 绝缘子的选择: 10.5kV侧发电机出口端绝缘子选择ZD-10F型 110kV侧母线和线路侧选择ZS2-110/1500型 母线选择[8]: 110kV主母线的选择. ? 母线类型的选择: 110kV主母线选择LF,21Y,型铝锰合金管母线。 ? 按母线长期工作电流选择 110kV主母线的长期工作电流为 所选母线，所选避雷器陡波冲击电流下残压(峰值)不大于51.8kV,该值小于53.57kV,故满足陡波冲击电流下的残压要求。 的长期允许电流为1900A。环境温度为34.50,可得温度校正系数0.81，则导体长期允许电流为,15.39A，大于110kV主母线的长期工作电流1305A，故满足母线长期工作电流要求。 ? 按热稳定校验要求选最小截面: 110kV侧三相短路周期分量稳态值为7.152kA，热稳定系数C=87，时间ta,0.2s，则代入公式得: 43 ,7.152 ,36.8mm 而所选母线的截面S,954mm，大于热稳定最小截面，故所选母线满足热稳定的要求。 ? 按电晕电压校验: 因为晴天不可出现可见电晕要求管型母线最小截面为选择管型母线的型号为 ，满足电晕校验要求。 110kV进线选择 ? 线类型的选择: 110kV主变压器出线选择LGJ,400/50钢芯铝绞线 ? 按母线长期工作电流选择 较大容量变压器出口处的长期工作电流为 所选母 线的长期允许电流为898A。环境温度为34.50C,可得温度校正系数0.81，则导体长期允许电流为,727A，大于551A.故满足母线长期工作电流要求。 ? 按热稳定校验要求选最小截面: 由 C所选导体的截面为S=51.82mm，大于热稳定最,36.8mm， 小截面，故所选母线满足热稳定的要求。 ? 按电晕电压校验: 因为有电晕电压校验的110kV软导体型号为LGJ,70，所选母线比此大，，故满足电晕校验要求。 10.5kV发电机出口处的母线选择: ? 母线类型的选择: 10.5kV发电机出口处的母线选择LF,21Y,型铝锰合金管型母线。 44 ? 按母线长期工作电流选择 发电机出口处的长期工作电流为 所选母线的长 期允许电流为3511A。环境温度为34.50C,可得温度校正系数0.81，则导体长期允许电流为,2844A，大于2735A.故满足母线长期工作电流要求。 ? 按热稳定校验要求选最小截面: 由 ,28.063 ，所选导体的截面为 S=2705mm，大于热稳定最小截面，故所选母线满足热稳定的要求 ? 按电晕电压校验: 因为晴天不可出现可见电晕要求管型母线最小截面为选择管型母线的型号为 ，满足电晕校验要求。 4.2 对方案?的各主设备选择 其接线图如下: 图4-2 方案?主接线图 分析:因为方案?和方案?除主接线外其余部分接线形式相同，故方案? 45 的D1~D7,G1~G8与方案?的D1~D7,G1~G8相对应，故其型号也相同。方案?的D8~D11,G9~G20的校验与方案?的D8~D11,G12~G23校验相同，故其相对应的型号也相同，方案?的D12,G21~G23与方案?的 D12,G24~G25校验相同，故其对应的型号也相同。 对D13断路器和G24~G25隔离开关的选择。 D13左侧短路时的短路电流为3.832，2.149,5.981kA，右侧短路时的短路电 流为3.832，1.445,5.277kA，其左侧短路时的短路电流大于右侧短路时的短路电流，故应按左侧短路时来选择设备。但D13的短路电流小于D12短路时的短路电流，两者电压等级又相同，所以D12也适用于D13,G21~G23也适用于G24~G25. 综合上述分析，方案?所选断路器和隔离开关型号如下: 表4.13方案?各断路器隔离开关技术数据 技术经济比较 由方案?和方案?的断路器和隔离开关设备表可看出，两方案的隔离开关台数相同，但方案?比方案?多一台SW6,110型断路器，所以方案?比方案?投资较大，且由于方案?是双母接线，其可靠性又比方案?的单母分段带旁母可靠性高，综合考虑方案?比方案?即经济又可靠，故选择方案?为最终主接线方案。 46 第五章 发电机继电保护原理设计及保护原理 5.1 初步分析 发电机的安全运行对电力系统和本水电厂供电系统的稳定运行起着决定性的作用。因此，在发电机上必须装社比较完善的继电保护装置。根据有关规程，应对下列故障及异常运行方式设置继电保护装置[9]。 1 定子绕组相间短路; 2 定子绕组匝间短路; 3 定子绕组接地短路; 4 外部短路引起的过电流; 5 对称过负荷; 6 励磁回路一点或两点接地故障; 本水电厂发电机保护装置的设置可依据以上原则并结合具体情况进行，一般可以设置下列保护: 表5.1配置的保护类型 因为5台发电机型号一样，且F1,F2,F3,F4,对称，故只需对F1进行保护整定，F2,F3,F4的保护整定与F1相同，再对F5进行保护整定，就可完成该水电站5台发电机的保护整定。 47 5.2 对F1 的保护整定计算 1 短路电的分析计算及电压电流互感器的变比选定: 由短路电流的计算结果可知，F1 的最大短路电流为13.249kA,而 F1 出 口额定电流为所以电流互感器的变比级次应该为 3000/5，即电流互感器变比为,600，电流互感器变比为10.5/0.1 ,105。 2 各种保护的整定计算[10]: 1) 纵差保护的整定: a. 动作电流Idz 应按躲过外部短路时流过保护装置的最大不平衡电流Ibp 即Idz ,Kk Ibp.js = Kk kfzq ktx fi Id.zd =1.3×1×0.5×0.1×13.249×103=1.3×662.45,861.17A。 Kk 可靠系数，采用1.3; Ibp.js 计算不平衡电流; kfzq 非周期分量影响的系数，取,1; ktx 电流互感器的同型系数，取ktx,0.5; Id.zd 发电机外部三相短路时,流过保护最大周期性短路电流，Id.zd,13.249kA b. 为避免保护在电流互感器二次回路断线时误动作，保护动作电流应该大于发电机最大负荷电流; Idz ,Kk INf ,1.3×2.605,3385.9A Kk 可靠系数，取 Kk ,1.3; INf 发电机的额定电流; 取以上计算中较大者，作保护的动作电流，故Idz ,3385.9A ,则差动继电器动作电流为Idz.j ,kjxIdz 。 nl 电流互感器的变比; kjx 接线系数，取kjx,1 48 c. 灵敏度: 3 Idmin 满足灵敏度要求。 Id.min 最小短路电流，即在单机运行情况下，发电机出口两相短路电流; d. 差动回路断线监视器的动作电流应大于正常运行时的最大不平衡电流Ibp， 可按照一下经验公式整定: a) Idz.j ,0.2×Inf/nl 2) 横差保护的整定:保护动作电流按照躲过外部短路故障最大不平衡电流整定，由于不平衡电流很难确定，因此在工程设计中根据运行积累的数据计算。 即 Idz ,0.2 Inf =0.2×2605,521A 则继电器动作电流为: Idz.j,Idz ,0.868A 3)定子单相接地保护整定 保护动作电流根据外部发生单相接地并伴随外部两相短路的选择性来选择，需要躲过发电机固有电容电流和不平衡电流，且一次动作电流不超过5A. Idz=1 Ijdf被保护发电机的接地稳态电容电流，对45MW额定容量电压为 10.5kV，发电机取Ijdf,1.21A Ibp.bs.1 闭锁继电器一次不平衡电流取Ibp.bs.1=0.9A Kk’’ 可靠系数，取1.5; Kh返回系数，取0.85; 故 Idz= 1k =1 =4.43,小于5A。 4) 励磁回路两点接地保护 当发电机励磁回路发生两点接地故障时，部分励磁线圈将被短路，由此由于气隙磁势的对称性遭到破坏，可能使转子产生剧烈振动，因此在发电机上需要装设励磁回路两点接地保护，该装置只设一套,并仅在励磁回路中出现稳定性的一点接地时才投入工作。 5) 复合电压闭锁过电流保护的整定校验: 复合电压闭锁过电流保护是发电机后备保护，它选择性是用阶梯时限特性来满足的，因此，在整定电流电压元件时只需要考虑躲过正常运行时相应值就够了，其整定计算如下: a 电流计电器动作电流为: Idz.j= Kk KhnlINf,1.2×2.6×103/(0.85×600)=6.12A Kk可靠系数,取kk=1.2; kh 返回系数，取kh,0.85; nl 电流互感器变比; INf 发电机额定电流 b. 按照躲过正常运行时不平衡电压降为条件整定，负序电压继电器动作电压， Udz.j=0.06UNf/nY=0.06×1.05×103/1.05=6V, UNf 发电机额定电压; nY 电压互感器变比; c.动作时限:作为远后备保护，发电机过电流保护时限应该比连接在发电机电压母线上的其他设备的保护装置最大时限还要大1,2个时间级差?t(一个?t一般为0.5s),即t,tmax+(1,2) ?t。 6(过负荷保护整定校验: 过负荷保护是动作于信号的保护，考虑到过负荷对称性，该保护只有一相中装设，并与过电流保护共用一组互感器，保护由电流继电器及时间 50 继电器组成。 电流继电器动作值按照下式计算: Kk 可靠系数，取=1.05; Kh 返回系数，取=0.85 INf 发电机额定电流 nl 电流互干器变比; 过负荷保护动作时限比过电流保护长，一般为9,10s. 5.3 对F5的保护整定计算: 1 短路电的分析计算及电压电流互感器的变比选定: 由短路电流的计算结果可知，F1 的最大短路电流为12.535kA,而 F5 出口额 定电流为,2.605 kA,所以电流互感器的变比级次应该为3000/5，级电流互感器变比为,600，电流互感器变比为10.5/0.1 ,105。 2 各种保护的整定计算[11]: 2) 纵差保护的整定: a. 动作电流Idz 应躲过外部短路时流过保护装置的最大不平衡电流 Ibp 即Idz ,Kk Ibp.js = Kk kfzq ktx fi Id.zd =1.3×1×0.5×0.1×12.535×103=1.3×626,814.78A。 Kk 可靠系数，采用1.3; Ibp.js 计算不平衡电流; kfzq 非周期分量影响的系数，取,1; ktx 电流互感器的同型系数，取ktx,0.5; Id.zd 发电机外部三相短路时,流过保护最大周期性短路电流，Id.zd,12.535kA b. 为避免保护在电流互感器二次回路断线时误动作，保护动作电流 应该大于发电机最大负荷电流; 51 Idz ,Kk INf ,1.3×2.605,3385.9A Kk 可靠系数，取 Kk ,1.3; INf 发电机的额定电流; 取以上计算中较大者，作保护的动作电流，故Idz ,3385.9A ,则差动继电器动作电流为Idz.j ,kjxIdz 。 nl 电流互感器的变比; kjx 接线系数，取kjx,1 c. 灵敏度: Idmin ，满足灵敏度要求。 = Id.min 最小短路电流，即在单机运行情况下，发电机出口两相短路电流; e. 差动回路断线监视器的动作电流应大于正常运行时的最大不平衡电流Ibp， 可按照以下经验公式整定: a) Idz.j ,0.2×Inf/nl =0.2=0.868A. 2) 横差保护的整定:保护动作电流按照躲过外部短路故障最大不平衡电流整定，由于不平衡电流很难确定，因此在工程设计中根据运行积累的数据计算。 即 Idz ,0.2 Inf =0.2×2605,521A 则继电器动作电流为: Idz.j,Idz ,0.868A 3)定子单相接地保护整定 保护动作电流根据外部发生单相接地并伴随外部两相短路的选择性来选择，需要躲过发电机固有电容电流和不平衡电流，且一次动作电流不超过5A. Idz= 1kh Ijdf被保护发电机的接地稳态电容电流，对45MW额定容量电压为 10.5kV，发电机取Ijd.f ,1.21A Ibp.bs.1 闭锁继电器一次不平衡电流取Ibp.bs.1=0.9A Kk’ 可靠系数，取1.5; Kk’ ’ 可靠系数，取Kk’ ’=1.2 Kh 返回系数，取0.85; 故 Idz= =1 =4.43,小于5A。 4) 励磁回路两点接地保护 当发电机励磁回路发生两点接地故障时，部分励磁线圈将被短路，由此由于气隙磁势的对称性遭到破坏，可能使转子产生剧烈振动，因此在发电机上需要装设励磁回路两点接地保护，该装置只设一套,并仅在励磁回路中出现稳定性的一点接地时才投入工作。 5) 复合电压闭锁过电流保护的整定校验: 复合电压闭锁过电流保护是发电机后备保护，它选择性是用阶梯时限特性来满足的，因此，在整定电流电压元件时只需要考虑躲过正常运行时相应值就够了，其整定计算如下: a 电流计电器动作电流为: Idz.j=Kk KhnlINf,1.2×2.6×103/(0.85×600)=6.12A Kk可靠系数,取kk=1.2; kh 返回系数，取kh,0.85; nl 电流互感器变比; INf 发电机额定电流 b. 按照躲过正常运行时不平衡电压降为条件整定，负序电压继电器动作电压，Udz.j=0.06Unf/nY=0.06×1.05×103/1.05=6V, 53 Un 发电机额定电压; nY 电压互感器变比; c.动作时限:作为远后备保护，发电机过电流保护时限应该比连接在发电机电压母线上的其他设备的保护装置最大时限还要大1,2个时间级差?t(一 个?t一般为0.5s),即t,tmax+(1,2) ?t。 6)(过负荷保护整定校验: 过负荷保护是动作于信号的保护，考虑到过负荷对称性，该保护只有一相中装设，并与过电流保护共用一组互感器，保护由电流继电器及时间继电器组成。 电流继电器动作值按照下式计算: Kk 可靠系数，取=1.05; Kh 返回系数，取=0.85 Inf 发电机额定电流 nl 电流互干器变比; 过负荷保护动作时限比过电流保护长，一般为9,10s. 54 第六章 计算机监控系统方案论证选择 6.1 系统功能 该水电站计算机监控系统应该实现以下一些功能[12]: 1.数据的采集与处理 通过现地控制单元(LCU)和现场智能控制单元对实时数据(全厂的开关量、模拟量、脉冲量、电气量、温度量等)进行采集、运算并以一定的格式存入实时数据库，供计算机系统实现画面显示及更新、控制调节、记录检索、操作指导、事故记录分析、制表打印及完成各种计算、 控制等设计功 能时使用。系统不仅将各类信息汇总到简报窗口，而且根据信息的不同类型进行分类，自动完成事件顺序记录、故障信息记录、开关量变位记录、越限报警记录、系统自诊断记录等，形成定长的历史存盘以便查询。 2.人机联系功能 在进行控制操作的人机联系时，具有操作权限的判别:有关控制操作的人机联系，充分利用显示画面、鼠标、控制窗口三者相结合的方式，操作过程中有可靠性校核与闭锁功能。操作提示应全部汉化。 3.报表与打印功能 监控系统应能根据用户要求，将数据由数据库自动取出，存入相应的报表数据区，形成各类生产统计报表。另外，监控系统应能将各类报警信息、趋势记录等数据自动保存，存放在计算机硬盘上，形成各类报警记录历史数据。系统打印通常可分为随机打印、定时自动打印和召唤打印三种方式。随机打印用以记录系统的各种操作、事故、故障等各类报警语句，自动打印。定时打印用来打印各类统计报表、运行记录及运不行日志等，定时自动进行。召唤打印为运行人员调用，随机召唤打印，调用方式为鼠标。 4.指令控制与调节功能 通过中控室的监控系统人机联系设备，运行人员可对电站设备进行手 55 动控制、调节、工况转换及参数设置等操作。重要的操作指令包括:机组工况转换如开停机、有功功率和无功功率调整，断路器、隔离开关分合操作、闸门提降、阀门开关、重要设备投切等。 5.系统运行方式设定功能 水电站监控系统可按以下三种运行方式运行:1,自动控制方式，如由AGC/AVC进行机组的自动开停机控制，或由运行人员通过操作员工作站进行机组的有功功率或无功功率调节;2、现地控制方式，现地控制方式的实现一般由监控系统的LCU设备自动完成;3、现地手动方式，在LCU屏上设有“现地/远方”位置和“手动准同期/自动准同期”位置等切换开关。 6.自动发电控制(AGC) 计算机监控系统可根据调度给定或本厂运行策略给定的总有功功率的设定值，按安全、可靠、经济的原则确定最佳运行的机组台数、机组的组合方式和机组间最佳有功功率分配，进行电厂机组处理的闭环调节，并自动开、停机组;或在显示器上显示供运行人员参考，确定每一台机组的启、停和有功设定值。 7. 自动电压控制(AVC) 根据给定的高压母线的电压控制曲线，监视高压母线的电压变化，合理分配机组间的无功功率，确定机组无功功率设定值，自动调节机组的无功功率，使母线电压维持在给定的控制范围内;或在显示器上显示上述数据供运行人员操作参考。 8.运行指导功能 运行指导是计算机监控系统有别于一般常规控制系统的一个特殊功能。运行指导可以将电厂的一些重要而又复杂的操作的闭锁操作条件以及进行这些操作形成的专家经验输入计算机，当进行这些操作时，计算机根据当前的状态进行条件判断，提出操作指导意见，可以大大减轻运行人员的紧张程度，提高电站的安全操作水平。 9.系统自诊断功能 系统设备硬件故障诊断包括对计算机、外围设备、通讯接口、通道等的运行情况进行在线和离线诊断，故障点能诊断到各模板;软件故障诊断.能以计算机系统的软件进行在线诊断，诊断出故障软件功能块并应发出报警信 56 息。 10.系统数据库功能 数据库包括:实时数据库、暂存数据库、画面及报表格式数据库、计算数据库、预置数据库、汉字库、图形符号库等，这些数据库，构成了监控系统数据资源中心。 11.数据通信功能 电站监控系统数据通信功能包括系统内部通讯功能和系统外部通讯功能。系统内部通讯功能指系统内部由以太网连接的各设备之间的通讯。本电站系统外部通讯功能应能实现与上级电力调通部门计算机控制系统的通信、与芹山电站监控系统进行通信、与MIS系统的通信、与坝区监控系统的通信、与继保系统的通信、与低压智能配电系统的通信和与单元级各LCU的通信。 12.系统开发与维护功能 不论是监控系统在线或离线方式下，均可进行系统应用软件的编辑、调试和修改等，且不影响系统正常运行。 6.2 监控对象 针对直岗拉卡水电站的实际情况，其计算机监控系统的主要监控对象有:(1)5台水轮发电机组(2)110kv开关站(3)全厂公用设备(4)坝顶闸门系统[13]。 6.3 系统结构 直岗拉卡水力发电厂计算机监控系统采用全分层分布形式。该系统共分两层，即厂站级监控层和现地控制单元层。两层之间采用100MB快速以太网总线，构成极为可靠的双冗余结构，其中通信介质采用网络集成器和光纤，具有较高传输速率和良好的抗干扰能力。厂级层计算机设备布置在中控室和计算机房，采用高品质屏蔽双绞线联接，用光纤分别连结现地层分布的各LCU单元。 57 监控系统按照全厂控制对象和分布位置共设置了8个现地控制单元((LCU ) ,即5台水轮发电机组各1个;110 kV开关站1个;全厂公用设备1个;坝顶闸门系统1个。直岗拉卡水力发电厂计算机监控系统结构见下图[14]: 图6-1 计算机监控系统结构图 58 附 录? 59 附 录? 60