水电站电气部分设计

2020-10-30 来源：易榕旅网

题目：水电站电气部分设计

水电站电气部分设计

内容摘要

电力的发展对一个国家的发展至关重要，现今300MW及其以上的大型机组已广泛采用，为了顺应其发展，也为了有效的满足可靠性、灵活性、及经济性的要求，本设计采用了目前我国应用最广泛的发电机—变压器组单元接线，主接线型式为双母线接线，在我国已具有较多的运行经验。设备的选择更多地考虑了新型设备的选择，让新技术更好的服务于我国的电力企业。并采用适宜的设备配置及可靠的保护配置，具有较好的实用性，能满足供电可靠性的要求。

关键词：电气主接线；水电站；短路电流；

水电站电气部分设计

内容摘要 ........................................................................................................................... I 1 绪论 ............................................................................................................................ 1

1.1 水电站的发展现状与趋势 ............................................................................... 1 1.2 水电站的研究背景 ......................................................................................... 1 1.3 本次论文的主要工作 ..................................................................................... 2 2 电气设计的主要内容 ................................................................................................ 3

2.1 变电所的总体分析及主变选择 ..................................................................... 3 2.2 电气主接线的选择 ......................................................................................... 4 2.3 短路电流计算 ................................................................................................. 4 2.4 电气设备选择 ............................................................................................... 10 2.5 高压配电装置的设计 ................................................................................... 19 3 变电所的总体分析及主变选择 .............................................................................. 21

3.1 变电所的总体情况分析 ............................................................................... 21 3.2 主变压器容量的选择 ................................................................................... 21 3.3 主变压器台数的选择 ................................................................................... 21 3.4 发电机—变压器组保护配置 ....................................................................... 22 4 电气主接线设计 ...................................................................................................... 24

4.1 引言 ............................................................................................................... 24 4.2 电气主接线设计的原则和基本要求 ........................................................... 24 4.3 电气主接线设计说明 ................................................................................... 25 5 短路电流计算 .......................................................................................................... 27

5.1 短路计算的目的 ........................................................................................... 27 5.2 变电所短路短路电流计算 ........................................................................... 27 6 结论 .......................................................................................................................... 30 参考文献 ........................................................................................................................ 31

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1 绪论

1.1 水电站的发展现状与趋势

水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。在地球传统能源日益紧张的情况下，世界各国普遍优先开发水电大力利用水能资源。

中国不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，都居世界第一位。截至2007年，中国水电总装机容量已达到1.45亿千瓦，水电能源开发利用率从改革开放前的不足10%提高到25%。水电事业的快速发展为国民经济和社会发展作出了重要的贡献，同时还带动了中国电力装备制造业的繁荣。三峡机组全部国产化，迈出了自主研发和创新的可喜一步。小水电设计、施工、设备制造也已经达到国际领先水平，使中国成为小水电行业技术输出国之一。

此外，中国水电产业各项经济指标增长较快。2007年1-11月，中国水力发电行业累计实现工业总产值93,826,334千元，比上年同期增长了20.88%；累计实现产品销售收入89,240,772千元，比上年同期增长了20.17%；累计实现利润总额24,689,815千元，比上年同期增长了35.91%。2008年1-8月，中国水力发电行业累计实现工业总产值77,284,104千元，比上年同期增长了25.14%；累计实现产品销售收入78,176,606千元，比上年同期增长了26.59%；累计实现利润总额18,007,801千元，比上年同期增长了14.03%。

中国经济已进入新的发展时期，在国民经济持续快速增长、工业现代化进程加快的同时，资源和环境制约趋紧，能源供应出现紧张局面，生态环境压力持续增大。据此，加快西部水力资源开发、实现西电东送，对于解决国民经济发展中的能源短缺问题、改善生态环境、促进区域经济的协调和可持续发展，无疑具有非常重要的意义。另外，大力发展水电事业将有利于缩小城乡差距、改善农村生产生活条件，对于推进地方农业生产、提高农民收入，加快脱贫步伐、促进民族团结、维护社会稳定，具有不可替代的作用。水电开发通过投资拉动、税收增加和相关服务业的发展，将把地方资源优势转变为经济优势、产业优势，以此带动其他产业发展，形成支撑力强的产业集群，有力促进地方经济的全面发展。

1.2 水电站的研究背景

1878年法国建成世界第一座水电站。20世纪30年代后，水电站的数量和装机容量均有很大发展。80年代末，世界上一些工业发达国家，如瑞士和法国的水能资源已几近全部开发。20世纪世界装机容量最大的水电站是巴西和巴拉圭合建

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的伊泰普水电站，装机1260万千瓦。世界第一座抽水蓄能电站是瑞士于1879年建成的勒顿抽水蓄能电站。世界装机容量最大的抽水蓄能电站是1985年投产的美国巴斯康蒂抽水蓄能电站。世界第一座潮汐电站于1913年建于德国北海之滨。最大的潮汐电站是法国建于圣玛珞湾的朗斯潮汐电站，装机24万千瓦。日本在1978年建成的海明号波浪发电试验船则是世界上第一座大型波能发电站。中国大陆最早建成的水电站是云南省昆明市郊的石龙坝水电站(1912) ，电站一厂于1910年7月开工，1912年4月发电，最初装机容量为480 kW。中国1988年竣工的湖北葛洲坝水利枢纽，装机271.5万千瓦。中国1986年在浙江省建成试验性的江厦潮汐电站，装机3200千瓦。中国的广州抽水蓄能电站，一期工程装机120万千瓦，计划在90年代完工。1994年已开工兴建的三峡水利枢纽建成后，装机容量为2250万千瓦（32台70万KW+10万KW地下电源电站），到目前为止已经成为世界上最大的水电站。

1.3 本次论文的主要工作

本次水电站设计4台460MW的机组，500KV电压等级，通过三回线与系统相连。对主接线的基本要求包括可靠性，灵活性及其经济性。

电气主接线设计是水电站电气设计的主体，它与电力系统，电站动能参数以及电站运行的可靠性，经济性等密切相关。并对电气布置，设备选择，继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此主接线设计，必须结合电力系统和发电厂的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。

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2 电气设计的主要内容

1) 确定发电厂电气主接线的最佳方案； 2) 确定发电厂厂用电接线的最佳方案； 3) 计算短路电流； 4) 电气设备的选择和校验； 5) 高压配电装置的设计；

6) 通过参阅《水电站机电设计手册》、《电力工程设计手册》、《电力工程设备手册》《电力工程概算手册》等专业资料，力求对方案的确定，设备的选择及配电装置的设计都有较为详尽的阐述和科学的理论依据，希望能提交一份令人满意的设计书。在国民经济飞速发展的今天，电力对于一个国家来说更为重要，以设计出技术先进、经济合理的方案为目的，力求设计内容具有实用性及先进性。此次设计虽经严谨认真的设计过程，难免有疏漏和不足之处，望能提出良好的改进意见。

2.1 变电所的总体分析及主变选择

主变压器的容量和台数的确定原则：

所以选择发电机-变压器组单元接线的主变压器时，应遵循以下原则：变压器容量选择按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。

S发电机容量：460MW COS=0.9 n=460/0.9=511.1MVA

511.1（1-0.5%）=505.989MVA

505.989（1+10%）=556.588MVA=556588KVA 556588/3=185529KVA 选用无励磁调压变压器YN，d11

表2-1主变压器参数表

型号容量电压

高压（KV）低压（KV） DFP-170000/550/3 170000KVA 55022.5% 20 空载电流（%）空载损耗（KW）负载损耗（KW）阻抗电压（%） 0.8 162 600 14

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2.2 电气主接线的选择

对主接线设计的基本要求

1) 满足用户或电力系统的供电可靠性和电能质量的要求； 2) 接线简单、清晰、操作维护方便； 3) 接线应具有一定的灵活性；

4) 满足电站初期发电及最终规模的运行要求，还应考虑便于分期过渡； 5) 技术先进，经济合理。

6) 水电站一般距负荷中心较远，在发电机电压侧很少接有大功率用户，而 7) 较高电压送电，故主变压器容量多按机组容量确定。

8) 大型水电站都担负系统调峰，调频和事故备用，利用小时数一般较低，因此开停机比较频繁。

9) 水电站开机程序比较简单，机组起动迅速，并容易实现自动化。

2.3 短路电流计算

电力系统的事故大部分是由短路引起的，发生短路时，电流可能达到正常运行电流的十几倍，这样大的电流所产生的热效应和力效应会使电气设备受到严重损坏，因此，在进行设计时，应采取措施尽快切除短路故障，以使载流部分保持热稳定和动稳定。

1）网络变换

图2-1等值电路图

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2）求计算电抗

U基准功率 SB =1000MVA 基准电压UB=AV

SNPN460511.1MVACOS0.9

查表得

U主变：DFP-170000/550/3-22.5%/20 S% = 14

发动机：SF460-48/12300 Xd0.2055 U厂变：SZ6-800/20 S% = 7

US%SB1410000.8241001703XT1=XT2 =XT3=XT4=100SN

XdSB10000.20550.411XG1XG2X511.1= =XG3=G4=SN XT5XT6= =XT7=XT8=

US%SB100SN710001000.8314

① 当d1点短路时（母线短路）

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总

X总=(0.824+0.411)/4=0.309 ② 当d2点短路时（发电机出口侧）

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总

X总=（0.824+0.411）/3=0.412

∑Y=

11111162.812X系X总XT10.01690.4120.824

X15X系XT1Y0.01690.82462.8120.875X16X总XT1Y0.4120.82462.81221.324

③ 当d3点短路时（厂用低压侧）

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总X总=（0.824+0.411）/3=0.412

利用分步系数法和星三角变换法：

XX1111X系T1XX150.875系XT1X总

X1112X总XT1XX1621.324系XT1X总

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总

Y111111112.505X1X2XT5XG10.87521.324140.411

X3X1XT5Y0.875142.50530.686X4X2XT5Y21.324142.505747.833X5XG1XT5Y0.411142.50514.414

总

计算电抗求值

XjsBX总SN511.10.30940.632SB1000 SN10000.8750.875SB1000 f-1点

Xjs系X15 f-2点

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XjsBX16XjsCXG1SN511.121.324332.696>3.45SB1000

SN511.10.4110.21SB1000

f-3点

Xjs系X3SN100030.68630.6863.45SB1000

XjsBX4

XjsCX5SN511.1747.83331146.652>3.45SB1000

SN511.114.4147.3673.45SB1000

2.4 电气设备选择

断路器的选择与校验

高压断路器是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器，高压断路器的主要功能是：把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起着保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备，其最大特点是能断开电器中负荷电流和短路电流。用开关电器切除通有电流的线路时，只要电源电压大于10～20V,电流大于80～100mA，在开关电器的动静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧，而电弧能否熄灭，决定于电弧电流过零时，弧隙的介质强度恢复速度和系统恢复电压上升速度的竞争。

断路器不但要满足正常运行和短路开断性能要求，对不同接线方式、配置在不同位置的断路器，还应满足不同条件下的多种开断要求，如近区故障、发展性故障、并联开断、反相开断、且空载长线路或空载变压器，以及切合并联电抗器等，对调峰运行水电站，还应满足频繁操作的要求。对超高压断路器还要能适应电力系统稳定和过电压对断路器的要求，如快速开断、同支性和限制内过电压措施等。

① 现代高压开关电器中，灭弧方式有： ② 利用灭弧介质。

③ 采用特殊金属材料作灭弧触头。 ④ 利用气体灭弧。 ⑤ 采用多断口熄弧。

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⑥ 提高断路器触头的分离速度。

⑦ SF6断路器性能较优，不检修周期间隔期长，噪声低，运行稳定，安全可靠，寿命长，有利于简化接线。

500KV电压等级的断路器（8台）选择要求：

断路器的额定关合电流，不应小于短路冲击电流值。

关于分合闸时间，对于110KV以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.04S。

种类及型式选择：

SF6断路器由SF6气体灭弧，对材料、工艺及密封要求严格，有屋外敞开式及屋外落地罐式之别，更多用于GIS(封闭组合电器)。其额定电流和开断电流可作得很大，开断性能好，适用于各种工况开断，断口电压可作得较高，断口开距小。

额定电压和电流的选择：

UNUNSINImaxINbrIpt

UNS500KVImax

1.05460103619.7A3UNCOS35000.9

1.05PN开断电流选择：

IptI\"69.12KAIpt

—开断瞬间的短路电流周期分量有效值

ish176.238KA短路关合电流的选择：

INclIsh

表2-2所选断路器参数

额定开段电流（KA）动稳定电流峰值（KA）热稳定电流（KA）额定关合电流峰值（KA）固有分闸时间（ms） 63 160 63 160 20 型号额定电压（KV）额定电流 (A) 最高工作电压（KV）合闸时间（ms） LW12－500 500 3150 550 130 短路热稳定和动稳定校验：

I\"210I2tk2Itk269.1221069.687270.15622QKtk410420.7KAS1212

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满足要求。

ies160KAii essh 满足要求。 1）隔离开关的选择与检验

高压隔离开关的主要功能是保证高压电器及装置在检修工作时的安全，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；双母线接线是进行倒闸操作；接通或断开电流电路。

隔离开关型式对配电装置的布置影响较大，在满足一般技术条件下，合理地选择隔离开关型式十分重要。应根据装设地点、环境条件、配电装置型式和布置方式等要求，经综合比较确定。

500KV侧隔离开关（23台）

UNUNSINImaxUNS500KVIt2t =6324=15876>Qk

Imax

1.05460103619.7A3UNCOS35000.9 表2-3所选隔离开关的参数

GW7－500D 500 3150 动稳定电流峰值（KA）热稳定电流 (KA) 125 50 1.05PN型号额定电压（KV）额定电流 (A) 短路热稳定和动稳定检验：

I\"210I2tk2Itk269.1221069.687270.15622QKtk410420.7KAS1212It2t >Qkiish 满足要求。es 满足要求。

2）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、100/3V）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的安全，互感器的每一个二次绕组必须有一可靠的接地，以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。

互感器包括电流互感器和电压互感器两大类，主要是电磁式的。此外电容式电压互感器在超高压系统中也被广泛应用，注意电流互感器在运行时，二次侧严禁开路，电压互感器在运行时，二次侧严禁短路。

电压互感器的配置：

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电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护配置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。

500KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。电流互感器的配置：

凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。

在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的之间。

对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相布置。

电流互感器的选择

500KV等级电流互感器（48台）一次回路额定电压和电流的选择：

UNUNSINImaxUNS500KV

Imax

1.05460103619.7A3UNCOS35000.9

表2-4所选电流互感器的参数 LB1-500 1.05PN型号 LB1-500W1 21250/1 二次组合 5P/0.2/TPY/ TPY/TPY/TPY 1 2 36 45 电压（KV） 500 测量级稳态保护级二次序号暂态保护级短路热准确级 0.2/05 5P TPY 稳定电流（KA）额定负荷（VA） 50/50 50 15 20 仪表保安系数准确限值系数短路电流系数动稳定电流（KA） 5 15 15 25-50 62.5-125

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QKI\"210I2tk2Itk21269.1221069.687270.15622tk410420.7KAS12

热稳定校验：

It2t >Qk 满足要求。

ii动稳定校验：essh 满足要求。发电机出口及中性点电流互感器：

UNUNSINImaxUNS500KV

Imax

1.0546010315492A3UNCOS3200.9

表2-5所选电流互感器参数 1.05PN 选择LMZB3-20型

额定电流比（A）次级组合准确级次 0.5级D级二次负荷（） 15000/5 0.5/0.5/0.5/B/B/B 0.5 B 3 3 10% 倍数（倍） 1S热稳定倍数（倍）动稳定倍数（倍） - - - - - 电压互感器的选择

500KV电容式电压互感器

表2-6电容式电压互感器参数

型号分压电压容量C2(F) 额定电压（KV） 0.005TYD3500/3—0.005H 二次负0.2级 150 300 0.005 初级绕组荷（VA） 0.5级次级绕组剩余电压绕组 0.1 500/3 0.1/3 3）导体的选择概述

导体通常由铜、铝制成。载流导体一般使用铝或铝合金材料。纯铝的成型导体一般为矩形、槽型和管型；铝合金导体有铝锰合金和铝镁合金两种，形状均为管型，铝锰合金载流量大，但强度较差，而铝镁合金载流量小，但机械强度大，其缺点是焊接困难，因此使用受到限制；铜导体只用在持续工作电流大，且出线位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐蚀的场所。

硬导体截面常用的有矩形、槽型和管型。单条矩形导体截面最大不超过

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1250mm，以减少集肤效应，使用于大电流时，可将2～4条矩形导体并列使用，矩形导体一般只用于35KV及以下、电流在4000及以下的配电装置中；槽型导体机械强度好、载流量大，集肤效应系数较小，一般用于4000～8000A的配电装置中；管型导体集肤效应系数小、机械强度高，用于8000A以上的大电流母线或要求电晕放电电压高的110KV及以上的配电装置中。

软导体常用的有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于330KV及以上配电装置。

各种导线的优缺点：

硬导体机械强度高，载流量大，布置上要求的相间距离较小，故主要作为发电机至变压器的引出线及屋内高低压配电装置中作为主母线。

软导线施工方便，主要适用于架空电力线路及各型户外配电装置。导体选择母线导线选择

KIalImax2Imax

1.05460103619.7A3UNCOS35000.9

1.05PN表2-7所选导线参数选用管型导体（铝锰合金）

导体尺寸导体截面导体最高允许温度为下值时载流量（A） 70C 2350 80C 2054 截面系数惯性半径惯性矩JD1/D2(mm)(mm) 1491 234W（cm） ri（cm）（cm） 100/90 校验：

33.8 3.36 169 Kal70C35C0.882al070C25C

Ial35C0.88223502072.7619.7A

热稳定校验：

正常运行时导体温度

2Imax619.720(al0)235(7035)38(C)Ial2072.72 查表得C＝99 则短路热稳定决定的最小导体截面为

2QK10420.7KASSminQKKf/C Kf1.02

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Smin1041(mm2)1491mm2 满足要求。

4）接地开关的选择

简介：为保证电器和母线检修的安全，35KV及以上每段母线根据长度宜装设1~2组接地刀闸或接地器，两组接地刀闸间的距离应尽量保持适中；63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧，宜配置接地刀闸。母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联隔离开关上，也可装于其它回路母线隔离开关的基座上。必要时可设置独立式母线接地器。

母线接地刀（供电气设备检修情况下，不带电线路接地之用）。

表2-8接地开关参数型号JW2-500（W）额定电压（KV）最高电压（KV）动稳定电流（KA） 2S热稳定电流（KA）长期通流能力（A） 500 550 100 40 600 接线端额定静拉力（N）对地工频耐压（KV）全波1.5/40s雷电冲击对地耐压（KV） 250/2500s操作冲击对地耐压（KV）爬电距离（mm）普通型 1500 680 1675 1175 7480 5）厂用电设备选择

① 高压开关柜及低压配电屏的选择

高压开关柜具有布置紧凑、安装简单、维护方便、运行安全等优点。已定型生产的高压开关柜使用电压为3~10KV和35KV，在水电厂中一般用于厂用高压配电装置。高压开关柜的使用范围主要受断路器容量限制，一般最大电流不超过2000安，开断电流不超过31.5KA。

开关柜参数选择

选用开关柜的电压等级应与工作回路电压相符，回路工作电流和开断电流不应超过开关柜规定参数范围。柜内主要设备（如断路器、隔离开关、电流、电压切合熔断器等），开关柜的型式应根据配电装置接线和布置条件确定。

UNUNSINImaxINbrIpt

UNS6.3KV

1.05SN1.055000Imax481A3UN36.3

开断电流选择：

Ipt9.517KA

短路关合电流的选择：

INclIsh

Ish17.117KA

水电站电气部分设计

选用GFC—15型手车式高压开关柜，适用于3～10KV三相交流50HZ系统中，作为发电厂，变电站中控制发电机、变压器、受电、溃电以及厂用电的主要用柜。

GFC—15型高压开关柜系封闭式，整个柜分成两部分，由固定的柜体和可移动的手车所组成。使用条件为：海拔高度不超过1000m，周围介质温度不高于＋40C，不低于－5C。室内相对湿度不超过85％，没有导电尘埃与足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体的场所，没有爆炸危险及剧烈震动的场所。

表2-9开关柜的技术数据额定电压（KV）额定电流（A）断流容量（KV/MVA） 6 600 10/750 操作方式母线系统外形尺寸（mm）电磁操动机构、弹簧操动机构单母线 70012502000 GFC—15型主要电气设备 ZN－10C型断路器 CD10(CT8) 型操动机构 LZX—10型电流互感器

低压配电屏的选择

UNUNSINImax

UNS0.4KV

1.05SN1.051600Imax2425A3UN30.4LK

用于电缆受电时，选用GC0.4型抽屉式低压配电屏

LGCK0.4型抽屉式低压配电屏用于电厂及其它工业企业，作为三相交流50、60HZ，电压为380V及以下电力系统的配电（PC）和电动机控制中心（MCC）之用。插入式的主断路器为插接结构，辅助元器件为固定安装。

LGC0.4型抽屉式低压配电屏技术数据 K表2-10额定电流（A）主电路电气设备小室尺寸（mm）结构型式 2000ME-20002500 2505型自动开关 LMZ－ /5型电流互感器 114010001000 插接式 ② 电流互感器的选择

厂用变压器电流互感器（4台）

UNUNS

UNS20KV

水电站电气部分设计

INImaxImax

1.05SN1.055000481A3UN36.3

选择LMZB1-20型

表2-11所选电流互感器参数额定电流比（A）次级组合准确级次 0.5级D级二次负荷（） 800/5 0.5/0.5/0.5/B/B/B 0.5 B 0.5 B 2.0 2.4 10% 倍数（倍） 1S热稳定倍数（倍）最大二次电流倍数（倍） - 5 90 10 - 热稳定及动稳定校验：

Kt90

22QKI10ItK/2ItK\"212(KtI1N)2QKtK9.517109.5179.5174362.293[(KA)2S]12

222 满足要求。

③ 电力电缆的选择

电缆的额定电压应等于或大于所在网络的额定电压。

敷设在电缆室（沟）内的电缆，通常采用裸铠装电缆（如ZLL120、XLQ20、VLV20等）或铅包裸塑料护套电缆（如ZLL11）。电缆直埋时，应采用带外护层的铠装电缆（如ZLL12、XLQ2、VLV2等）或铅包裸塑料护套电缆（如ZLL11）。油浸纸绝缘电力电缆主要适用于交流额定电压35KV及以下的输配电线路，作输配电能用。橡皮和聚氯乙烯（PVC）绝缘电力电缆主要用于固定敷设交流50HZ，额定电压6KV及以下输配电线路。

厂用6.3KV电力电缆的选择油浸纸绝缘三芯铝导体电力电缆：

1.05SN1.051600Imax153.96A3UN36.3厂用

J=0.98 I153.96SJmax157.10(mm2)J0.98

表2-12电力电缆参数标称截面2（mm）

Tmax5000h选用ZLQD22型（铝芯不滴流油浸纸绝缘铅套钢带铠装聚氯乙烯套电力电缆）

载流量（A）外径（mm） 66.1 质量（kg/km） 10739 土壤中 415 空气中 460 300

水电站电气部分设计

K校验：

al70C35C0.88al070C25C

2max2al

KIru0.88415365.2153.96AI0(al0)I查表得C=99

153.96235(7035)41.22C365.22

SQK/CQK362.293[(KA)2S]热稳定校验：= min Smin192.26mm2 满足要求。

2.5 高压配电装置的设计

设计原则与要求

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级颁发的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，制定合理的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、维护方便。在确定配电装置型式时，必须满足下列四点要求：

节约用地。节约用地是我国现代化建设的一项带有战略性的方针。运行安全和操作巡视方便。配电装置布置要整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求，使配电装置一旦发生事故时，能将事故限制到最小范围和最低程度，并使运行人员在正常操作和处理事故的过程中不致发生意外情况，以及在检修维护过程中不致损害设备。此外，还应重视运行维护时的方便条件，如合理确定电气设备的操作位置，设置操作巡视通道，便利与主（网络）控制室联系等。

便于检修和安装。对于各种型式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装条件。如为高型及半高型布置时，要对上层母线及隔离开关的检修、试验采取适当措施。

节约材料，降低造价。高压配电装置设计的原则是：

高压配电装置的设计应符合有关规程、规范的要求。

设计应深入现场，积极慎重地采用新布置、新设备和新材料，使设计做到切合实际、运行可靠、维护方便、技术先进、经济合理。

设计时要考虑水电站的特点。确定布置型式时要注意充分利用地形、因地制宜、不占或少占农田；在保证安全可靠的前提下，布置力求整齐、简单、紧凑，

水电站电气部分设计

便于安装、运行、检修和试验。当电站需分期过渡时，配电装置应满足其相应的要求。

1）布置的一般要求

500KV屋外配电装置的最小安全净距。

表2-13 500KV屋外配电装置的安全净距额定电压（KV）带电部分至接地部分（A1）（mm）不同相的带电部分之间（A2）带电部分至栅栏（B1）带电部分至网状遮栏（B2）无遮栏裸导体至地面（C）不同时停电检修的无遮栏裸导体之间的水平净距（D） 500J 3800 4300 4500 3900 7500 5800 各级电压配电装置的回路排列和相序排列应一致。一般为面对出线自左向右、有远道近、从上到下按A、B、C相顺序排列。对硬导体应涂色，色别应为：A相黄色、B相绿色、C相红色。对绞线一般只标明相别。

相邻导电部分的额定电压不同时，应按较高额定电压确定其安全净距。为使设备搬运方便，配电装置内可设置环形道路或回车道。环形道路路面宽度一般为3米，弯曲半径为7~7.5米。配电装置与外部公路连接的道路一般不小于3.5米。配电装置内应设有供运行巡视用的通道，通道宽度可取0.8~1.0米。也可利用坡度不大的电缆沟盖板作为部分巡视小道。

配电装置的遮栏高度，不应低于1.7米，栅栏高度不应低于1.2米。遮栏网

24040mm孔不应大于。栅栏最低栏杆至地面的净距不应大于200mm。

水电站电气部分设计

3 变电所的总体分析及主变选择

3.1 变电所的总体情况分析

厂用变压器的选择主要考虑高压工作变压器和起动备用变压器的选择，其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗。为了正确选择厂用变压器容量，首先应对厂用主要用电设备的容量、数量及其运行方式有所了解，并予以分类和统计，最后确定厂用变压器容量。厂用变压器容量必须满足厂用电负荷从电源获得足够的功率。厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。

3.2 主变压器容量的选择

1）厂用变压器的选择

发电机容量：460MW COS=0.9

Sn=511.1MVA

厂用变压器容量按本机组的厂用负荷确定。 511.1×0.5%==2555KVA 2555/3=852KVA

型号额定容量电压高压（KV）低压（KV）表3-1厂用变压器参数空载电流（%） DCB-800/20/3 800KVA 20 6.3 空载损耗（KW）短路损耗（KW）阻抗电压（%） 2 6.5 33 7 低压工作及备用变压器选用S6-800/10型

表3-2工作变压器参数联接组别容量电高压（KV） Y,yn0 800KVA 6.3 0.4 空载电流（%）空载损耗（W）短路损耗（W）阻抗电压（%） 1.0/2.5 1400 7500 5 压低压（KV）

3.3 主变压器台数的选择

主变台数的考虑原则:

(1)对大城市郊区的一次变电所,在中、低压侧已经构成环网的情况下,以装两台主变为宜。

(2)对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,设计时应考虑装三台

水电站电气部分设计

主变压器的可能性。

(3)对规划只装两台主变的变电所,其主变基础宜按大于变压器容量的1~2级设计,以便负荷发展时更换主变。

3.4 发电机—变压器组保护配置

继电保护设计的原则及一般规定设计的准则：

继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分，对保证电力系统的安全经济运行，防止事故发生或扩大起重大作用。要合理处理继电保护和安全自动装置与其保护对象——电网一次部分的关系。继电保护和安全自动装置由于本身特点及重要性，要求采用成熟的特别是符合我国电网要求的有运行经验的技术。不合理的电网结构、厂站主接线和运行方式必将导致继电保护和安全自动装置困难，接线复杂。有时为适应一次部分某些特殊需要采用一些不成熟的非常规的保护装置，由此往往引起保护误动，甚至使一般性故障夸大为系统性事故，设计中应该注意。继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安全性、选择性、灵敏性与速动性的要求。要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、试验、交直流电源、二次回路及运行维护等方面结合采取措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达到保证电网安全经济运行的目的。主保护与后备保护的连接方式应根据线路重要程度决定。主设备继电保护保护的设计原则在电力系统的增大，大容量的发电机继续不断增多，以及对电力系统可靠运行的要求下有重要作用。装设完备的继电保护装置对重要而昂贵的设备减少在各种短路和异常运行是造成的损坏，在经济效益上有显著的效果。在主设备的保护设计中，要求保护在装置，原理接线和设备选型等方面，根据主设备的运行工况及结构特点，达到可靠、灵敏、快速且有选择性的要求。保护装置选型在各电厂设计中宜一致，但为了更好地满足保护双重化选用性能更完善，更可靠的装置等要求，也可选用不同类型的保护装置。

1）发电机—变压器组保护配置发电机—变压器组的保护配置： ① 避雷器装设于主变压器中性点。

② 反映相间短路故障的保护：变压器瓦斯保护；

③ 差动保护，复合电压起动过电流保护或负序电流保护、阻抗保护；变压器零序保护；

④ 反映接地的保护：定子绕组100%接地保护；励磁回路一点接地或两点接

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地保护。

⑤ 发电机匝间保护。

⑥ 反映异常运行状况的保护：过电压保护；失磁保护；对称过负荷保护；变压器温度保护，变压器冷却系统故障保护。

⑦ 后备保护：对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用过电流保护（适用于降压变），复合电压（负序电压及线电压）起动的过电流保护（适用于升压变）

2）高压厂用变压器的保护配置：

瓦斯保护；纵联差动保护；电流速断保护；过电流保护。母线保护的配置：

双母线的母线相位比较差动保护。自动装置的配置：

备用电源自动投入装置、重合闸装置、自动调节励磁装置和灭磁装置、同期装置。

3）线路继电保护的配置

电力系统中的电力设备和线路，应装设在断路故障和异常运行的保护装置。电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。继电保护装置必须满足可靠性、选择性、灵活性和速动性四个基本要求。

4）自动装置配置

自动装置的基本要求应符合可靠性、选择性、灵活性和连动性的要求。一般有以下几种：

自动重合闸

在电网中得到普遍应用的有单相重合闸、三相重合闸以及既能单相又可三相的重合闸三大类。

备用电源自动投入装置

厂用电源装设备用电源自动投入装置。

发电机装设自动励磁调整装置和自动灭磁装置。同期装置。

水电站电气部分设计

4 电气主接线设计

4.1 引言

电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线直接影响运行的可靠性、灵活性，它的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

变电站电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定顺序连接而成的,电气主接线的不同形式，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响。因此电气主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较方可。

4.2 电气主接线设计的原则和基本要求

1）方案确定

厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问题。积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济、技术先进、保证机组安全、经济和满发的运行。

① 水电站一般距负荷中心较远，在发电机电压侧很少接有大功率用户，而 ② 较高电压送电，故主变压器容量多按机组容量确定。

③ 大型水电站都担负系统调峰，调频和事故备用，利用小时数一般较低，因此开停机比较频繁。

④ 水电站开机程序比较简单，机组起动迅速，并容易实现自动化。 ⑤ 电站规模确定后，一般不考虑扩建，但对规划设计中明确分期建设的电站，则在主接线中应予以考虑。

⑥ 水电站厂用电负荷较小，一般不从高压侧引接，备用厂用电源可引自地区配电网或保留施工变电所来解决。

⑦ 水电站地形复杂，电气设备布置及进出线走廊均受到一定限制，应尽可能简化接线，避免在水电站设置复杂的变电枢纽。并尽量减少电压等级和进出线回路数。

2）发变组接线特点

发电机电压接线采用发电机——变压器组接线中的单元接线，其特点为： ① 发电机与主变压器容量相似，接线最简明清晰，故障影响范围最小，运行可靠、灵活。

水电站电气部分设计

② 发电机电压设备元件最少，布置最简单方便，维护工作量也最小。 ③ 继电保护配置简单。

④ 主变压器故障时影响机组送电。

4.3 电气主接线设计说明

1）厂用电接线应满足的要求

各机组的厂用电系统应是独立的，特别是300MW及以上机组。一台机组的故障停运或其辅机的电气故障，不应影响到另一台的正常运行。并能在短时间内恢复本机组的运行。

充分考虑机组起动和停运过程中的供电要求。一般均应配置可靠的起动（备用）电源，在机组起动、停运和事故时的切换操作要少，并能与工作电源短时并列。

300MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源，当全厂停电时，可以快速起动和自动投入，向保安负荷供电。

2）厂用电源取得方式

厂用电源通常考虑由单元接线的发电机出口供给。 3）备用电源取得方式

备用电源一般可通过主变压器倒送厂用电或由与系统联系紧密的最低一级电压母线上接高压备用变压器以取得备用电源，或者通过保留施工电源。

4）厂用电压等级的选择

水电站厂用负荷较小，一般无大容量的厂用电动机，通常只需380/220V电压供电。低压厂用电压采用380/220V三相四线制系统，中性点直接接地。高压厂用电压一般采用6~10KV三相系统。

水电站电气部分设计

图4-1厂用电接线图

水电站电气部分设计

5 短路电流计算

5.1 短路计算的目的

为了使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性、灵活性并在一定的时期内满足电力系统发展的需要,应对不同点的短路电流进行校验。

5.2 变电所短路短路电流计算

短路电流计算

1）f-1点查计算曲线求短路电流周期分量标么值

时间 0 S 2 S 4 S 表5-1 f-1点短路电流周期分量标么值系统 IB发电机59.17 59.17 59.17 1.802 2.054 2.263 IPS*无限大系统其

11159.17XfsX系0.0169

SB3UavIPSIPS*IB'IPS*无限大功率电源提供的短路电流为短路电流基准值为

SB1000'IB1.0997KA3Uav3525短路电流的有名值：

I

SN511.142.248KA3UB3525

'If0IAIBIBI59.171.09971.8022.24865.074.0569.12KA'If2IAIBIBI59.171.09972.0542.24869.687KA'If4IAIBIBI59.171.09972.2632.24870.156KA

2）f-2点查计算曲线求短路电流周期分量标么值

时间 0 S 2 S

表5-2 f-2点短路电流周期分量标么值系统 IB发电机 1.182 1.403 0.031 0.031 发电机IC 5.526 3.378 27

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4 S

'IB1.403 0.031 3.234 ：

基准值

SB100028.867KA3Uav321I1

SN511.1344.263KA3UB321

I2SN511.114.754KA3UB321

短路电流的有名值：

'If0IAIBIBI1ICI21.18228.8670.03144.2365.52614.754117.023KA'If2IAIBIBI1ICI21.40328.8670.03144.2633.37814.75491.712KAIf4

IIIBI1ICI21.40328.8670.03144.2633.23414.75489.587KA'AB3）f-3点短路电流周期分量标么值，查表得

时间 0 S 2 S 4 S 表5-3 f-3点短路电流周期分量标么值系统 IB发电机 0.033 0.033 0.033 0.000872 0.000872 0.000872 发电机IC 0.136 0.136 0.136 10.03330.68611IB0.000872XjsB1146.652

IC10.1367.367

'IB基准值：

S511.13I1N140.516KA3UB36.3

S511.1I2N46.839KA3UB36.3

短路电流的有名值：

SB100091.643KA3Uav36.3

'If0IAIBIBI1ICI20.03391.6430.000872140.5160.13646.8399.517KA'If2IAIBIBI1ICI20.03391.6430.000872140.5160.13646.8399.517KA'If4IAIBIBI1ICI20.03391.6430.000872140.5160.13646.8399.517KA4）短路冲击电流值的计算

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表5-4短路点冲击系数短路点发电机端发电厂变压器侧母线及发电机电压电抗器后远离发电厂的地点冲击系数 1.9 1.85 1.8 KimLDILD）Iim（KimGIG2 f-1点 Iim(59.171.09971.81.8022.2481.85)2176.238KA f-2

Iim(1.18228.8671.80.03144.2361.855.52614.7541.9)2309.518KA点

点

f-3

Iim0.03391.6431.80.000872140.5161.90.13646.8391.9217.117KA

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6 结论

通过分析，电气主接线的确定，电气设备的选择，短路电流计算，电气一次设备的选择计算，可以得出如下结论：

1.电气主接线具有可靠性、灵活性和经济性的特点。 2.电气设备的选择完全满足主接线的要求。

3.短路电流计算方法合理有效，计算结果参考价值很高，可以在选择电气设备时，保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠的工作，同时又力求节约资金。

4.电气一次设备的选择计算结果准确合理。

本设计的基本指导思想及理论来源于大量的相关资料，并通过对比进行了优化配置。所以，本设计涉及了大量电气工程中的各个方面，对电力系统有个较全面、系统的认识。其中电气主接线和短路电流计算是设计的要点。

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，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、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。

短路电流计算是为了在选择电气设备时，保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠的工作，同时又力求节约资金，短路电流计算是把电抗归算到同一基准值下通过转移电抗与计算电抗的转换来计算。

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参考文献

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