发电厂主系统设计及升压站电气设备布置.doc

发电厂主系统及升压站电气设备布置.doc 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 吉林电子信息职业技术学院 毕业论文(设计) 题 目:发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 系 部: 电气工程系 专业: ############ 指导教师: ####### 姓 名: ###### 1 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 摘 要 本课程设计主要根据指导老师所提供的题目，结合自己所学的理论知识，对小型水电站的电气主系统进行设计。 根据所提供的水电站的基本资料，查阅相关电力系统设计资料，高压侧接线及电气主接线，经过可靠性、灵活性、经济性的比较，确定推荐方案，备用方案及不推荐方案。根据所设计的电气主接线，对其所需设备按工作条件进行选择，最后形成完整的设计论文。 课程设计的过程是一次将理论与实际相结合的过程,通过这次比较系统全面的进行设计之后，巩固和增强了电力系统学科主干课程的理解，树立了工程设计的观念，提高了电力系统设计的能力。 设计成果:(1)设计说明书一份 (2)发电机侧接线方案选择比较图一张 (3)升高压侧接线方案选择比较图一张 (4)电子主接线图一张 (5)计算并选择主要电气设备 关键词:水电站 电气设备 接线 升压站 I 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 The owner power generation system design and boost stand electrical equipment layout Abstract The course is designed according to the guidance provided by the main topic, combined with his own knowledge theory knowledge, the small hydropower station on the main electrical system design. According to provide the basic materials of hydropower station, of relative power system design material, high pressure side wiring schemes and the main electrical wiring, after reliability and flexibility and economy comparison, certain recommendations, plan and do not recommend solutions. According to the design of the main electrical wiring, equipment for its need to choose according to the working conditions, and finally form a complete design paper. Of the curriculum design of process is a theory and practice process, through the comparison of the overall system design after, consolidate and enhance the power system discipline the understanding of the main course, set up the engineering design concepts, improve the power system design ability. The design results: (1) the design specification a (2) generator side wiring schemes choose a comparison chart (3) rise high voltage side wiring schemes choose a comparison chart (4) electronic wiring a Lord (5) calculation and the main electrical equipment Keywords:Hydropower station electrical equipment wiring Booster stand II 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 目 录 第一章 绪 论 .................................................... 1 第二章 任务书 ................................................... 3 第三章 对原始资料分析 ........................................... 4 第四章 发电机侧接线方案的设计 ................................... 5 第五章 升高压侧接线方案的设计 ................................... 7 第六章 最优电气主接线的选择 ..................................... 9 第七章 主要电气设备的选择 ...................................... 11 第八章 升高压站电气设备布置 .................................... 17 总 结 ......................................................... 23 致 谢 ......................................................... 24 参考文献: ..................................................... 25 III 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 第一章 绪 论 水力发电是可再生、无污染的生产过程，其运行费用低，便于进行电力调峰，产生的电能是清洁和环保的，大力发展水电有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。 本论文主要介绍具有3台30MW发电机组的水力发电厂电气系统的设计，内容包括供电系统主接线，并依据电力设计手册确定了最后的设计方案;采用单母线接线形式，具有足够的可靠性、灵活性和经济性，并配以新型的断路器等高压开关设备和配备完备的继电保护，使其可靠性大大加强。在通过进行短路电流的计算，选择了合适的电气设备，并充分考虑其经济性及节约性，而且占地面积较小。 我在设计的过程中，力求理论和实际相结合，加入了一些比较新的技术，以适应水电技术发展的需要，使设计更加具有实用性和先进性。 电力工业是能源工业、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重点。 我国电力工业今后发展的目标是:优化发展火电，规划以30000、60000KW火力发电机组为主干，进一步发展800000、1000000KW的大型火力发电机组;优先开发水电，以总装机容量为18200000KW的长江三峡利枢纽工程建设为龙头，坚持滚动、流域、梯级、综合开发的水电建设方针，加快我国的水电建设步伐。 随着我国电力工业的快速发展，电力体制改革的不断深化，水电已成为我国电力技术发展的主要方向。 而对于水电来说，至关重要的一个环节便是电气主系统的设计(即电气主接线的设计)。 主接线代表了水电站电气部分主体结构，是电网结构的重要组成部分。 水电站电气主结线方案的选择是电站电气设计的主体。关系到电站的投资和效益,涉及到许多因素,如电力系统、枢纽条件、动能参数、电站运行的灵活性、可靠性等,是一个比较复杂的技术经济问题。 水电站电气设备布置设计是按电气主接线要求，对水电站主厂房、副厂房、主变压器与开关站以及其他电气设备的相对位置作合理布置。 电气设备布置关系到水电站的安全运行、工程投资以及经济效益，是水电站电气设计的重要课题。 对于升压站来说，它起到桥联的作用。 接受和分配水轮发电机组发出的电能，经升压后向电网或负荷点供电 1 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 的高压配电装置的场所。由变压器、开关设备、隔离开关、互感器、避雷器、母线装置和有关建筑结构等组成。电能经过主变压器升高至规定的电压后，通过开关站进行远距离输电 水电站主变压器场，一般应尽可能靠近主厂房，以缩短发电机电压母线,减少电能损失,并应注意防火、防爆、防雷、防水雾、防雪和满足通风冷却以及便于设备运输和主变压器的安装检修等。 电力与人们的日常生活以及工业生产密切相关，作为我国重要学科之一，电气工程学科近年来发展非常迅速，现在也比较成熟，已经成为高新技术产业的重要组成部分，广泛应用于工业、农业、国防等领域，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。 2 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 第二章 任务书 姓 名 王刚 专 业 发电厂及电力系 统 指导老师 田军 课程名称 发电厂电气部分 设计题目 水电站电气主系统设计 设计主要内容: 本次课程设计将小型水电站电气主系统部分初步设计与所学专业理论知识紧密结合起来，使所学知识系统化。培养学生运用所学知识解决问题的能力和创新精神，按照现行的水利水电工程设计规范规程，并结合工程世纪情况完成规范规程所要求的电气主接线的初步设计内容和深度。 要完成的主要任务: 1、对所提供的原始材料进行分析，查找有关规程规范和参考资料; 2、对发电机侧接线方案进行比较; 3、对升高压侧接线方案进行比较; 4、确定电气主接线方案; 5、选择主要电气设备; 6、汇总设计成果，完成设计论文。 题 目: 发电机侧:3*30MW 发电厂距变电所80KM N=30MW Ve=10.5KV n=4100h/a 功率因数都为0.8 升高压侧:电压U =110KV, 出线回路至系统，考虑一N 回备用。 3 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 第三章 对原始资料分析 一、工程概况 该水电站站装有三台单机容量为30MW的机组，型号为SFW—3*30MW，属于中型发电厂。根据原始资料，该水电站主要承担峰荷发电，主接线应以供经济可靠为主要接线方式。 二、负荷情况 该水电站，发电机出口电压为10.5KV，输电电压为110KV，有一回出线回路至系统，另一回备用。发电站发出的电主要输送给距发电站80KM的变电所，另需考虑厂用电负荷设计比较简单。 原始资料对水电站的电力系统情况、环境情况及设备供货情况没有做具体说明，但我们还需按照可靠性、灵活性、经济性的原则选取最优发电厂电气主系统接线。 4 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 第四章 发电机侧接线方案的设计 发电机侧接线，指的是从发电机到主变压器低压侧之间的接线方式，其中还有断路器、隔离开关等二次电气设备用于保护和测量一次设备。其接线方式应根据发电机的容量及水电站的作用进行设计。 该水电站单机容量很小，所以一般不采用单元接线方式，单元接线是指发电机出来直接接变压器，发电机与变压器直接采用封闭母线，一般用于单机容量比较大的机组。单母线接线发电机功率的汇集和分配由一条汇流母线来完成，这种接线方式可靠性太差，且不利于厂用电从发电机母线上引出。采用单母线分段接线，除了分段隔离开关故障或检修需全站停电外，当一段母线及所接隔离开关故障或检修时，只需短时全站停电，将分段隔离开关断开，仍可保持另一段母线所接机组送电。发电机电压单母线断路器分段接线用断路器将单母线接线分段。这样，当一段母线及所接隔离开关故障时，分段断路器在继电保护装置的作用下，能自动将故障母线段切除，从而保证了正常段母线不间断供电，在一定程度上克服了单母线接线的缺点，提高了供电可靠性。 发电机侧提供三种方案进行选择，方案一:单元接线;方案二:扩大单元接线;方案三:单母线接线。各方案的优缺点见附录(一)。 单元接线 选择单元接线是因为:单元接线简单，开关设备少，操作简单以及因不设发电机电压级母线，而在发电机和变压器之间采用封闭母线，使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对于具有发电机电压级母线时，有所减小。 但它存在如下技术问题: 当主变压器或厂总变压器发生故障时，除了跳主变压器高压侧出口断路器外，还需跳发电机磁场开关。 发电机定子绕组本身故障时，若变压器高压侧断路器失灵拒跳，则只能通过失灵保护出口启动母差保护或发远方跳闸信号使线路对侧断路器跳闸;若因通道原因远方跳闸信号失效，则只能由对侧后备保护来切除故障，这样故障切除时间大大延长，会造成发电机、主变压器严重损坏。 发电机故障跳闸时，将失去厂用电源，而这种情况下备用电源的快速切换极有可能不成功，因而机组面临厂用电中断的威胁。 扩大单元接线 当发电机单机容量不大，且在系统备用容量允许时，为了减少变压器台数和高压侧断路器数目，并节省配电装置占地面积，将2台变压器与一台变压器连接， 5 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 组成扩大单元接线。它存在的技术问题与单元接线基本相同。 单母接线 可保证电源并列工作，又能让任意一条通往变压器的线路都可以从任一个电源获得电能。尽可能使负荷均衡地分布于各个线路上，以减少过多功率在母线上的传输。接线简单，清晰、设备少、投资也小、运行操作方便。 但是可靠性及灵活性稍差点，母线检修时会使得三台发电机停止运行。 综合上述所有方案，对于发电机侧的接线方式，根据所给的资料考虑，应选择单母线接线。 6 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 第五章 升高压侧接线方案的设计 升高压侧接线方式指的是从主变压器出来到出线回路之间的连接方式，其接线方式对系统的运行方式、主要电气设备的选择及二次设备的配置都有重大影响。 升高压侧的接下方案很多，有单母线接线、单母带旁路母线、双母线接线、双母分段接线、双母分段带旁路母线及桥型接线多角型接线等。根据各种接线方案的特点，结合本水电站的实际情况，拟定三种方案进行比较选择，三种方案分别是一台半断路器、桥型接线和单母线接线，各接线方式的接线图及优缺点见附录(二)。 一台半断路器接线 一台半断路器接线的优点:运行的可靠性和灵活性很高，在检修母线或回路断路器时不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，并且，调度和扩建也方便。 在一台半断路器中，通常有两条原则: 在电源线宜与负荷线配对成串，即要求采用在同一个“断路器串”上配置一条电源回路和一条出线回路，以避免在联络断路器发生故障时，使两条电源回路或两条出线回路同时被切除。 配电装置建设初期仅两串时，同名回路宜分别接入不同侧的母线，进出线应装设隔离开关。当一台半断路器接线达三串及以上时，同名回路可接于同一侧母线，进出线不宜装设隔离开关。 桥型接线 桥形接线可分为内桥形接线和外桥形接线两种。 内桥形接线的特点:线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操简单;而在变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电，并且操作复杂。因而该线一般适用于线路较长(相对来说线路的故障概率较大)和变压器不需要经常切换的情况。 外桥形接线在运行中的特点与内桥形接线相反，适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。当系统中有穿越功率通过主接线为桥形接线的发电厂或变电站高压侧时，或者桥型接线的2条线路接入环形电网时，都应该采用外桥接线。因为如果采用内桥接线，穿越功率通过3台断路器，继电保护配置复杂，并且其中任一台断路器断开时都将使穿越功率无法通过，或使环形电网必须开环运行。 通过上述的观点和原始资料，应选用内桥形接线。 单母线接线 7 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 单母线接线，母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输送功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配于各出线上，以减少功率在母线上的传输。接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且，母线便于向两端延伸，扩建方便。而缺点是可靠性差，调度不方便。 综合上述三个方案，比较得出结论，应选用单母线接线。 8 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 第六章 最优电气主接线的选择 电气主接线是指发电厂或变电所中汇集、分配电能的电路，通常称一次接线，是由断路器、隔离开关、互感器、避雷器、发电机等电气设备按照一定的顺序连接而成的。它是发电厂、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、配电装置布置、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，决定于电压等级和出线回路数。 电气主接线的设计原则: (1)可靠性;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，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。 (2)灵活性;主要包括操作的方便性、调度的方便性和扩建的方便性。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。 (3)经济性;主要包括:节省一次投资、占地面积少和电能损耗小三个方面。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。 根据上面两节，清楚知道选择的结果，那就是该电站选用发电机侧选用 单母线接线。升高压侧选用内桥接线。 水力发电厂的特点是，一般距负荷中心较远，基本上没发电机电压负荷，几乎全部电能用升高压送入系统;水力发电厂的装机台数和容量，是根据水能利用条件一次性确定的，不必考虑发展和扩建;水力发电厂附近地形复杂，电气主接线尽可能简单，使配电装置紧凑。 此外，水轮发电机启动迅速、灵活方便，一般正常情况下，从启动到带满负荷只需4-5min，事故情况下还可能不到1min。因此，水电厂常被用作系统备用和检修备用。对具有水库调节的水电厂，通常在丰水期承担系统基荷，枯水 9 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 期多带尖峰负荷。很多水电厂还担负着系统的调频、调相任务。因此，水电厂的负荷曲线变化较大、机组开停频繁，其接线应具有较好的灵活性。 再根据原始资料，查阅电力《工程电气设计手册》，设计出最终电气主接线图，见附录(三)。所示为一小型水力发电厂的主接线。水电厂以三台30MW发电机组(发电机出口电压为10.5KV)以发电机-变压器单元接线直接把电能送至110KV电力系统，110KV侧为单母接线，实现三条电源进线和两条出线配对。 10 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 第七章 主要电气设备的选择 根据原始资料可知，本设计无需对变压器进行选择，选择其它电气设备时，只需按工作条件进行选择，不需要进行短路电流的计算和短路校验。 正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。 尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。本设计，电气设备的选择包括:短路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。 电气设备选择的一般原则: 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 4、选择导体时应尽量减少品种 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 电气设备选择的条件: 尽管各种电气设备都有自己的特点，有各自的校验，但是电气设备的选择都按正常工作条件进行选择。 (1)额定电压 规定一般电气设备允许的堆高工作电压电压为电气设备的1.1—1.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动一般不超过电网额定电压的1.15倍，因此， UN在选择电气设备时，一般按照电气设备的额定电压不低于装置地点的额定电UNSUUNNS,的条件选择，即 压 (2) 额定电流 IN 电气设备的额定电流是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电 INImax流。应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即INax,Im (3)环境条件 电气设备的选择与环境条件，如温度、风速、污秽等级、海拔高度等，都有关系，对于环境条件超过一般电气设备的使用条件时，应采取措施。 在本设计中无环境条件，故所有选择的电气设备均理解为按可承受环境 11 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 条件进行选择。 主变压器的选择 (一)主变压器容量、台数的确定原则 主变压器容量、台数直接影响主接线的的形式和配电装置的结构。它的确定应综合各种因素进行分析，做出合理的选择。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，也需考虑原始资料。 具有发电机电压母线接线的主变压器容量、台数的确定: (1)当发电机电压母线上负荷最小时，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最大一台发电机组停用时，主变压器应能从( 系统中倒送功率，以保证发电机电压母线上最大负荷的需要。 (3)根据系统经济运行的要求而限制本厂输出功率时，能供给发电机电压的最大负荷。 (4)发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台或以上主变压器的发电厂，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。 (二)变压器型号的选择: 小型水电站厂用电率一般为0.5%-1.0%，所以大概有90000*0.95=85500(KW)送至负荷。 根据最大效率法计算知:βip一般取0.55 Sem=S/βip=85500/0.8?0.55=194318.2KVA 根据变压器产品样本查选型号为:SF11-85000/110。 由原始资料可知，该设计中所有断路器、隔离开关、电压电流互感器及避雷器的选择，都只需按额定电流和额定电压进行选择。 (一)按额定电压选择: 断路器、隔离开关额定电压不小于安装地点电网额定电压，即 对10.5KV侧断路器D,D、隔离开关G,G 17114: 对110KV侧断路器D,D隔离开关G,G 8111522: (二)按额定电流选择 断路器的额定电流不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即 断路器D,D 对30000KW发电机出口隔离开关G,G16、13: I1.05*30000/*10.5*0.8)=(A) N= 12 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 对10.5KV母线及母线以上隔离开关G,G断路器D,D914、57: I=1.05*90000/*10.5*0.8)= (A) N 对110KV侧隔离开关G,G断路器D,D1522、811: I=1.05*90000/*110*0.8)= (A) N 断路器隔离开关的选择 断路器、隔离开关的选择如下表: 断路器 断路器型号 隔离开关 隔离开关型号 ZN5-10/1000 GN6-10/1000-80 D1,D3 G1,G6 D4 ZN5-10/630 GN6-10/600-52 G7,G8 SN3-10/3000 GN10-10T/3000-160 D5,D7 G9,G14 SW2-110/1000 GW4-110D/1000-80 D8,D11 G15,G22 电流互感器的选择 电流互感器一次侧电流就是所串联位置接线上的电流。.额定一次电流应在运行电流的20-120%的范围，.电流互感器的额定一次电压和运行电压相同。电流互感器所接的负荷不超过其额定二次负荷，电流互感器的准确度等级能满足测量和保护的要求。 电流互感器所在位置及型号的选择如下表 电流互感器 电流互感器型号 电流互感器 电流互感器型号 LWC-10 LCWD-110 12500KW出口 变压器高压侧 LA-10 LCWD-110 6300K出口 桥型连线上 LZZBJ9-12/175b/2s WVB110-20(H) 10.5KV母线 出线回路上 LMZ1-10 变压器低压侧 电压互感器的选择 在110KV—220KV配电装置特别是母线上装有电压互感器时，通常采用串级式电压互感器。110KV以上的电压互感器可靠性高 电压互感器 电压感器型号 WVB110-20(H) 110kV侧 13 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 ZX10-12BG 10.5kV侧 避雷器的选择 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: 型号 系统额定避雷器额避雷器持雷电冲击陡波冲击 电压(kV) 定电压续运行电电流下残电流下残 (kV) 压(kV) 压(峰值)压(峰值) 不大于不大于 (kV) (Kv) Y10W5-110/26110 100 73 260 291 0 (2) 按额定电压选择: Um110kV系统最高电压为126kV，避雷器相对地电压为0.75, ，126,94.5kV0.75 ,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: 3,72.75kV110kV系统相电压为126/,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 BLC450,,321kVK1.4c标称放电电流引起的雷电冲击残压为:,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 BIC550,,393kVK1.4c残压为，所选避雷器陡波冲击电流下残 14 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 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: 型号 系统额定避雷器额避雷器持雷电冲击陡波冲击 电压(kV) 定电压续运行电电流下残电流下残 (kV) 压(kV) 压(峰值)压(峰值) 不大于不大于 (kV) (Kv) Y5WS5-17/50L 10 17 8.6 50 51.8 BIC75,,53.57kVK1.4c (2) 按额定电压选择: Um10kV系统最高电压为11.5kV，避雷器相对地电压为0.75, ，11.5,8.6kV0.75 ,所选避雷器额定电压为17kV大于8.6kv，满足额定电压要求。 (3) 按持续运行电压选择: 3,6.64kV10kV系统相电压为11.5/,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 BLC75,,53.57kVK1.4c称放电电流引起的雷电冲击残压为:,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 15 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 BIC75,,53.57kVK1.4c压为，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。 综上所述:避雷器的选择如下: 避雷器器 避雷器器型号 Y10W5-110/260 110kV侧 Y5WS5-17/50L 10.5kV侧 导体和母线选择: 选择标准:(1)、按回路最大持续工作电流选择: Ixu?Ig.max 其中Ig.max—导体回路持续工作电流(A) Ixu—相应于导体在某一运行温度、环境条件下长期允许工作电流(A) 若导体所处环境条件与规定载流量计算条件不同时，载流量应乘以相应的修正系数。(2)、大电流回路(如主电源)或35KV以上高压电缆，宜选中经济电流密度按经济电流密度选择电缆截面。 Sj,Ig.max/j 其中Sj—按经济电流密度计算得导体截面(mm2) j—经济电流密度(A/ mm2) Ig.max――正常工作时的最大持续工作电流(A) 选择类型如下表: 导线名称 所选型号 LF,21Y,130/116型铝锰合金管型母线 ,10.5KV母线 110kV主变压器出线 LGJ,400/50钢芯铝绞线 发电机出口导线 LGJ-150型导线 16 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 第八章 升高压站电气设备布置 电气设备布置选择 ?屋外配电装置类型: 根据电气设备和母线的布置高度,屋外配电装置可分为低型、中型、半高型和高型等。 低型:所有电器均装在同一水平面上，母线与设备等高 在低型和中型屋外配电装置中，所有电气设备都装在地面设备支架上。低型的主母线一般都由硬母线组成，而母线与隔离开关基本布置在同一水平面上。 中型配电装置: 中型配电装置是将所有电气设备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高度，以便工作人员能在地上安全活动;母线所在的水平稍高于电气设备所在的水平面，母线和电气设备均不能上、下重叠布置。中型配电装置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维护方便，造价较省，并有多年的运行;其缺点是占地面积过大。 中型配电装置大多采用悬挂式软母线，母线所在水平面高于电气设备所在水平面，但近年来硬母线采用日益增多。 中型配电装置广泛用于110-500KV电压等级。 在半高型和高型屋外配电装置中，电气设备分别装在几个水平面内，并重叠布置。 凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。 高型配电装置: 高型配电装置是将一组母线及隔离开关与另一组母线及而离开关上下重叠布置的配电装置，可以节省占地面积50%左右，但耗用钢材较多，造价较高，操作和维护条件较差。 高型配电装置按其结构的不同，可分为单框架双列式、双框架单列式和三 框架双列式三种类型。 高型布置中母线、隔离开关位于断路器之上，主母线又在母线隔离开关之上，整个配电装置的电气设备形成了三层布置，而半高型的高度则处于中型和高型之间。 我国目前采用最多的是中型配电前置，近年来高型配电装置的采用也有所增加，而高型由于运行、维护、检修都不方便，只是在山区及丘陵地带，当布置受到地形条件限制时才采用。 高型配电装置适用于220KV电压等级。 17 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。 半高型配电装置: 半高型配电装置是将母线置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置，其占地面积比普通中型减少30%。半高型配电装置介于高型和中型之间，具有两者的优点，除母线隔离开关外，其余部分与中型布置基本相同，运行维护仍较方便。 半高型配电装置适用于110KV电压等级。 由于设计的是中型水电站，配电装置占地面积不大，运行、施工条件必需要大大改善，所用钢材也要少。那么没有必要投入过多的经济。还有它发电运行和维护要具有很高的灵活性。而设计的出线为110KV，故此，我们选择半高型配电装置。 ?断路器 断路器的排列方式，必须根据主接线、场地地形条件、总体布置和出线方向等多种因素合理选择。按照断路器在配电装置中所占据的位置,可分为单列(断路器集中布置在主母线的一侧)、双列(断路器布置在主母线两侧)和三列(断路器在进出线方向均呈三列布置)布置. 断路器有低式和高式两种布置。低式布置的断路器安装在0.5,1m的混凝土的基础上，其优点是检修比较方便，抗震性能好，但低式布置必须设置围栏，因而影响通道的畅通。高式布置断路器安装在高约2m的混凝土基础上，基础高度应满足: (1)电气支柱绝缘子最低裙边的对地距离为2.5m; (2)电气间的连线对地距离应符合C值的要求。 ?避雷器: 避雷器也有高式和低式两种布置。110KV以上的阀形避雷器由于器身细长，多落地安装在0.4m的基础上。110KV及以下的氧化锌避雷器形体矮小，稳定度好，一般采用高式布置。避雷器落地安装时，围栅内作高100MM的水泥平地，便于排水并避免长草。 ?隔离开关 ?实践证明，采用预埋螺栓安装隔离开关能满足质量要求。 ?110KV隔离开关一般操作不重，为了安全并避免操作杆碰支柱，宜在边相操作。 ?隔离开关引线的C值校验，应考虑电缆沟凸出地面的尺寸。 对配电装置的基本要求 18 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 配电装置应该满足下述基本要求: 1保证运行可靠 配电装置中引起事故的原因是，绝缘子因污秽而闪络，隔离开关因误操作而发生相间短路，断路器因开断能力不足而发生爆炸等。因此，要按照系统和自然条件以及有关规程要求合理选择电气设备，使选用电气设备具有正确的技术参数，保证具有足够的安全净距;还应采取防火、防爆、蓄油和排油措施，考虑设备防水、防冻、防风、抗震、耐污等性能。 2便于操作、巡视和检修 配电装置的结构应使操作集中，尽可能避免运行人员在操作一个回路时需要走很远。配电装置的结构和布置应力求整齐、清晰，便于操作巡视和检修;还应装置设防误操作的闭锁装置及连锁装置，以防带负荷拉合隔离开关、带接地线合闸、带电挂接地线、误拉合断路器。 3保证工作人员的安全 设置栅栏，留出安全净距，以防触及带电部分;设备外壳和底座都采用保护接地等。 4力求提高经济性 在满足上述要求的前提下，电气设备的布置应紧凑，节省占地面积，节约钢材、水泥和有色金属等原材料，并降低造价。 配电装置的最小安全净距 为满足配电装置运行和检修的需要，各带电设备之间应相隔一定的距离。配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修、维护和运输的安全电气距离等因素而决定的。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，即所谓的A1和A2值。 对于敞露在屋外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距分为A、B、C、D、E五类。最小安全净距A类分为A1和A2，A1和A2值是根据过电压与绝缘配合计算，并根据间隙放电试 验曲线来确定的，而B、C、D、E等类安全净距是在A值的基础上在考虑运行维护、设备移动、检修工具活动范围、施工误差等具体情况而确定的。它们的含义分别叙述如下: ?值: A值分为两项，A1和A2. A1---带电部分至接地部分之间的最小电气净距; A2---不同相带电导体之间的最小电气净距。 ?值: 19 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 B值分为两项，B1和B2。 B1---带电部分至栅状遮栏间的距离和可移动设备在移动中至带电裸导体间的距离，即 B1=A1+750 (mm) 750mm是考虑运行人员手臂误入栅栏时手臂的长度。 B2---带电部分至网状遮栏间的电气净距，即 B2=A1+30+70 (mm) 30mm是指考虑在水平方向的施工误差; 70mm指运行人员手指误入网状遮栏时，手指长度不大于此值。 ?值: C值为无遮栏裸导体至地面的垂直净距。保证人举手后，手与带电裸体间的距离不小于A1值，即 C=A1+2300+200 (mm) 2300mm是指运行人员举手后的总高度; 200mm是指屋外配电装置在垂直方向上的施工误差，在积雪严重地区，还应考虑积雪的影响，此距离还应适当加大。 ?值: D值为不同时停电检修的平行无遮栏裸导体之间的水平净距，即 D=A1+1800+200 (mm) 1800mm是考虑检修人员和工具的允许活动范围; 200mm是考虑屋外条件较差而取的裕度。 屋外配电装置的特点: 1土建工作量和费用较小，建设周期短; 2与屋内配电装置相比，扩建比较方便; 3相邻设备之间距离较大，便于带电作业; 4与屋内配电装置相比，占地面积大; 5受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘; 6不良气候对设备维修和操作有影响。 配电装置的设计原则及步骤 1配电装置的设计原则 配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠和维护方便。 20 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 发电厂的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置型式时必须满足下述要求:节约用地;运行安全和操作巡视方便;便于检修和安装;节约材料，降低造价。 2配电装置的设计要求 满足安全净距的要求: 屋外配电装置带电部分的上面或下面，不应有照明、通信和信号线路架空或穿过。屋外电气设备外绝缘最低部位距地小于2.5m时，应装设固定遮栏。 施工、运行和检修要求: 施工要求:配电装置的结构在满足安全运行的前提下尽量予以简化，采用标准化的构件，减少架构的类型，缩短建设工期，设计时，要考虑安装检修时设备搬运及起吊的便利;还应考虑土建施工误差，保证电气安全净距要求，一般不宜选用规程规定的最小值，而应留有适当的裕度(50mm左右)。 运行要求:各级电压配电装置之间，以及它们和各种建筑物之间的距离和相比位置，应按最终规模统筹规划，充分考虑运行的安全和便利。 检修要求:电压为60KV及以上的配电装置，对断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧，宜配接地开关;每段母线上宜装设接地开关。电压为110KV及以上的屋外配电装置，应视其在系统中的地位、接线方式、配电装置型式以及该地区的检修经 等情况，考虑带电作业的要求。 噪声的允许标准及限制措施: 配电装置中的噪声源主要是变压器、电抗器及电晕放电。 限制噪声的措施有: 优先选用低噪声或符合标准的电气设备; 注意主控室、通信楼、办公室等与主变压器的距离和相对位置，尽量避免平行相对布置。 静电感应的场强水平和限制措施: 关于静电感应的限制措施，设计时应注意: 尽量不要在电气设备上部布置带电导体; 对平行跨导线的相序排列要避免同相布置，尽量减少同相导线交叉及同相转角布置，以免场强直接叠加; 当技术经济合理时，可适当提高电器及引线安装高度，这样既降低了电场强度，又满足检修机械与带电设备的安全净距; 控制箱和操作设备尽量布置在场强较低区，必要时可增设屏蔽线或设备屏蔽环 21 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 通道及围栏: ?屋外配电装置的遮栏(指网状遮栏)高度不应低于1.7m,栅栏高度不应低于1.5m.遮栏应有门锁，网孔不应大于20×20MM。栅栏栏杆间距及最下栏杆对地距离不应超过0.4m. ?配电装置内应设有供运行操作、巡视和检修等用的通道，通道的宽度采取0.8,1.0m. ?屋外配电装置应有围栏，围栏高度采取1.5m. 22 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 总 结 通过本次设计，将三年所学的理论和实际操作相结合，使我们对所学科目有了更深一步的了解，不论从哪一方面都对我们有所提高。 本次设计从理论入手，分析、总结以往在学习中的经历，再加上生活实践和参观所得到的信息，让我们对水电站的建设有了具体思路。我们最先着手水电站的电气主系统，通过电气主接线的选择、对比，进而确定系统主接线。选择好主接线后经过短路电流的计算我们便能确定系统电气设备。至此，本设计的前半部分可以说算完成，接下来进入升压站的电气设备布置，通过最小安全净距的换算可以将设备布置到相应位置并画出相应的断面图及平面布置。到此本设计就全部完成。 23 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 致 谢 本论文在设计期间得到了##老师的热心指导和帮助。同时也得到了班上多名同学和朋友的帮助。在此特对您们表示深深的感谢。 ##老师不但在毕业设计期间给了我许多鼓励，支持和督促，而且在思想上还教导我要认真的对待一切科学研究，使我能够至始终的认真对待工作，对各项任务完成好。通过这次的毕业设计，使我对发电厂主系统及升压站电气设备布置的认识更加加深，最重要的是我从田老师那儿学到了如何面对问题、解决问题的方法，如何跟他人合作的技巧，我想这将对我以后的工作产生很大的影响。 再一次感谢##老师～ 24 发电厂主系统设计及升压站电气设备布置 参考文献: [1]主编:熊信银《发电厂电气部分》(第三版)中国电力出版社 [2]《电力工程电气设计手册》中国电力出版社 [3] 强尧臣.小型水电站机电设计手册电气一次.中国电力出版社. [4]陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册.中国水利水电出版社 [5]江苏省电力设计院编(35,110KV无人值班变电所典型方案设计 中国 电力出版社 [6]刘宝林主编(电气设备选择?施工安装?设计应用手册 中国水利水电出 版社， 25