发电厂电气课程设计

设计题目：5×300MW大型水电厂电气一次部分设计

学生姓名：

班 级：

指导教师：

专业方向：电气工程及其自动化电力系统方向

学 院：电气与控制工程学院

设计时间：2021~2022学年第二学期第十八周

2022年06月27日~2022年07月01日

 

目录·

1 绪论………………………………………………………………………………………………………………………3

2 电气主接线的设计 4

2.1设计依据 4

2.1.2 电气主接线的主要要求 4

2.2方案比较 5

2.1.2 电气主接线设计 7

3 变压器的选择 8

3.1发电机的选型 8

3.2变压器的选型 8

3.2.1 具有发电机电压母线的主变压器 9

4 短路计算 11

4.1短路计算的目的和简化假设 11

4.4各系统短路电流的计算 13

5 电气设备的选择 20

5.1断路器的选择 20

5.2隔离开关的选型 23

5.3母线的选择与校验……………………………………………………………………………………25

参考文献 30

 

《发电厂电气部分》课程设计任务书

题目：5×300MW 大型水电厂电气一次部分设计

一、设计的原始资料

1.发电厂的建设规模

（1）待设计发电厂类型： 水力发电厂；

（2）发电厂一次设计并建成，计划安装 5×300MW的水力发电机组，利用小时数 3246 小时/年；

（3）发电机额定电压15.75kV， 75， 0.2；

2.发电厂与电力系统连接情况

以4回330kV，240 km架空线路接入枢纽变电所，系统容量350MW考虑，系统归算至水电厂母线最小电抗标么值＝0.1285（＝1000MVA，已计入十年发展）。

3. 厂用负荷（厂用电率） 1.1 %；

4.继电保护：主保护0.06s，后备保护2s；

5.环境条件

年最高温度35℃，海拔1000m，地震烈度5级，土壤电阻率600Ω.m，无特殊环境条件。

二、设计任务

1. 电气主接线设计
2. 主变压器台数、容量、型式选择；
3. 各电压级电气主接线方案设计。（两个方案进行比较）
4. 短路电流计算

3.电气设备选择

三、设计成品要求

1.设计说明书、计算书一份

2.电气主接线图一张

1.绪论

水力发电站是重要的电能产生方式，约占电能产生总量的30%。本文以5*300MW水力发电站为研究对象。通过对负荷的计算、主接线的设计、变压器容量的确定、短路计算等深入的了解水力发电站的相关知识。电能本身其实就是一种二次能源。由于这些重要电能不仅在各种交通运输运营过程中非常便于直接运输和合理分配，易于被直接转换出并成为其它的重要能量，而且在交通运输管理过程中非常便于对其进行自动控制、管理和自动调节，并且非常易于直接实现各种电气设备运输的完全自动化。因此，电能被广泛地可以应用在整个国民经济、社会安全生产和以及全体中国人民群众及其日常生活的每一个关键方面。绝大多数的利用电能都已经是从我国电力系统建设中的水力发电厂房中获取，电力工业己经发展成为了推动我国进一步加快实现现代电网基础建设和电力信息化的重要技术基础，得以持续迅猛发展。电力系统的广泛引入，使高效、无任何环境污染、使用方便、易于维护安装和高效调控等新型利用电能在当今我国社会获得了广泛的发展应用，推动着人类社会国民经济以及生产的各个领域不断发生了巨大的社会变化，开创了我国电力新的发展时代，并由此发生了第二次世界科学能源技术革命。电力系统生产规模与专业技术水平己经逐渐成为某一个地区国家政府衡量其长期经济社会增长动力水平的重要指标。

2 电气主接线的设计

2.1设计依据

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。大型企业的采暖自备用热供水厂则一般是以本企业公司的可为企业用户提供采暖供热用的水源系统为主，并与当地110~330KV的热供水系统紧密连接相连。在中小型化的水力发电厂往往都指的是将所有水力发动机的最大电压输出馈线直接给附近的大型水力电厂提供。

2.1.2 电气主接线的主要要求

电气电源主接线的基本原理设计工作原理主要是：根据地区水力发电厂在地区电力系统建设中的主导地位和重要作用，首先必须考虑满足保证电力系统可靠稳定运转和对地区经济适当电源调度的基本特点。根据本项目工程规划供电容量、本期规划施工项目规模、输送动力电压以及标准使用等级、进入供电线路和回路使用次数、供电线路负荷的设置重要性、确保电力供需均衡、电力系统的供电线路运输容量、电气设备的使用性能以及针对周围环境和其他电力系统的供电自动化建设规划与工程技术服务要求等关键因素情况来进行确定。应该考虑能够同时满足可靠、灵活和成本经济性的实现。

可靠性：性能是企业衡量设备可靠性的重要标准，一般都认为是根据各种不同主接线操作类型的各种机械或者系统设备在不同工况下需要进行接线操作的各种条件可能使用手段和操作方式，按一定数学规律公式来进行计算即可得出”不允许”或在事件中有可能直接发生的损坏概率，停运率和持续时间的使用期望值等几个指标，对几种接线类型的各个主使用接线类型机械或者系统设备性能进行衡量择优。所谓”不允许”安全事故，就是一般泛指在供电工程中可能发生的各种故障安全事件或者造成后果极其严重的安全事故，例如全部所有电源津县线路停运、朱变压器暂停，全场所有电气系统断电等等事故。供电的安全可靠性应该是同时实现我国电力安全生产与有效分配用电工程的一个首选技术条件，主接线首先就规定应该具备满足此条件的条件。

电源主接线宜在能够满足供电的可靠、灵活和安全等要求条件下才能做到经济。即：

主接线器的应用要力求简易，以有效快捷地自行节省电源断路器、隔离控制开关、电流及短路电压控制互感器等一次性电气设备，要是对其能够进行短路控制、保护并且不过于繁琐，要求其能够有效地自行限制其发生短路时的电流，以便于用户购买价廉的小型电气设备或者轻型家用电器。做到资源投入最少成本最大。合理的配置选用不同主电源变压器(例如双绕组、三相电循环或四绕组或者自来电耦变等)的额定容量、台数，避免两次轮因变压而过流导致负荷增加对系统电能的巨大消耗。家用电器的电源主机和接线在用户进行规格选择时一定要给电力配电站等设备的接线布局使用创造条件，尽量不要让其接线占地面积更小。

2.2方案比较

方案一：双母线接线方式

这种方式进行的接线操作如图。

图2.1双母线接线图

双母线槽的接线方法，如图2.1所示。这种方式本身包括提供电力供应的系统可靠，维护方便，生产调度灵活或易于重构的优点。然而，这种类型的布线具有许多机器和设备（尤其是隔离刀闸），并且配电设备复杂且不合理。在操作中，隔离刀闸容易被用作家用电器进行实际操作，这很容易出现操作错误和完成自动化技术的麻烦。特别是当母线槽系统异常时，必须在短时间内拆除许多开关总电源和部分电路电源以及对应的电线路径，因为不进行拆除就会导致负载不够。

方案二：双母线分段接线方式

对于立即危害电磁能产品质量和客户安全的关键负载，选择了双回路电源供电，每个开关都连接到的I区和II区，并且生产车间已更换为接触柜，以确保不间断电源系统。这样，当母线槽中发生常见故障或维修时，不致对所有出线组都断电。利用隔离开关操作母线达到分段效果，然后从不同的母线处把关键区域的负载引到双回路区域里面，保证供应电力的外部整体具有更强的稳定性以及调整控制的能力。如果在母线通道的某个部分发生常见故障时，逐段断路器会自动移除该常见故障部分，以确保母线通道所有正常部分的电源系统不间断供电和关键负载的不间断电源。

双母线分段接线方式如图2.2所示。

图2.2双母线分段接线图

母线段分段后，当分段断路器QF3连接运行时，在继电保护装置，分段断路器QF3和开关电源接通的情况下，母线段中的任何一段都有可能产生常见短路故障。出现故障段连接在控制电路分段断路器QF3和连在故障段上的供电回路断路器自行切断。此时，故障部分的母线通道可以再次操作是非常普遍的，这减小了母线路径里面经常出现的问题发生时候的断电区域。在不同区域利用逐段断路器进行断开操作，继电保护以外逐段断路器配套带有意外情况下使用的电源以及智能化自动投入设备。不同分段断路器的操作手段对于约束短路体积容量很有必要。

方案三：双母线带旁路母线接线

这种接线手段操作如图2.3。

图2.3双母线带旁路母线接线图

旁路母线接线方式的的双母线槽能够降低母线出现问题的区域，保证系统整体的电源稳定不容易发生变化。如果在母线路段中出现问题，逐段断路器与继电器保护设备互相作用，起到自动跳闸操作，这样操作有利于解决问题，然后让出现问题的母线区域能够带动全部正常且稳定的系统保证供电人物的有序平稳开展。装旁路母线槽的目的是在维修接入线的断路器时，在不中断回路电源系统的情况下，保持回路电源系统正常。因此，考虑到经济型和安全性以及系统正常运行的稳定性，同时通过对比其他两种方案后，在本次设计中，我们采取方案三作为主接线设计方案。

2.1.2 电气主接线设计

发电厂主接线电气图如下：

3 变压器的选择

3.1发电机的选型

汽轮式发电机是用于通过驱动齿轮和汽车进行直接相互耦合的传动系统。励磁器就是给予汽轮驱动的发电机以励磁作用的装置。

冷却方式：采用的方法是定子冷却绕组方法，定子冷却绕组及三个转子结构分别为空冷、水内冷和氢冷。在位于转子-硫化氢内部的轴向冷冻通气系统中，又或者可以自由选择采用轴向滑动通气等其它多种形式。

励磁方式：发电机总容量大于100MW 以上时通常都会选择由同轴交流励磁器经静态半导体进行整流励磁。

发电机型号选择QFSN—300–2，本次发电站由于装机容量: 装机5台，容量分别为5X300MW, UN=15.75KV，所以选取的发电机台数有五台，其主要参数如下：

视在功率 （MVA）	有功功率（MW）	电压（V）	电流（A）	功率因数
300	300	15750	8625	0.85

3.2变压器的选型

电力变压器，根据国际动力电工工业理事会的电力限制标准来进行界定，凡是三相电力变压器的额定输出供电电流容量一般为5KVA及以上，单相的在1KVA及以上的输变电用三相电力变压器，均视为可以直接转变成称为通用电力单相变压器。电力交流变压器升电系统目前是大型水力发电厂和电力变电所中重要的一次升压装置之一，随着目前我国大型电力系统使用电压技术等级的进一步提高和应用规模的不断拓展，电压等级升压和电流减压的主要应用技术层次越来越多，系统中使用电力交流变压器总使用容量目前己经基本到达了水力发电机总使用容量的7-10倍。由此可见，电力设备变压器的正常工作运行维护管理已经是现代电力设备生产中非常重要的一个关键环节。

主动式变压器在各种大型电气设备的主要投资中所相应占的投资比例都较大，同时其他相对于适应的大型配电电气设备，特别多的是那些需要具有供电大容量、低电压等主要优点的大型配电电气设备对其投资也非常巨额。因此，主动式变压器的确定位置和正确选用对于水力发电厂和水力变电所后期施工时的技术性能都有着重要的指导影响。例如，大型水电工业用水力电厂高、中压电网联络互换变压器的电网台数严重不足(一台)或者电网容量严重不足将来就会直接可能导致两级以上电站、电网同时运行的系统可靠性和电网效率严重下降，来年不能络换的变压器往往可能会临时出现高频过载或被迫临时限制两级网站电网的最大功率进行互换。反之。台数太多、容量太小过大会导致增加设备投入和提高配电系统设备的管理复杂性。

3.2.1 具有发电机电压母线的主变压器

容量的计算及确定

连接到风力发电机的一个主要电压控制母线和供电系统之间的一个主要电源变压器的电流容量，应按以下几个条件规定进行精确计算：

(1)在一定范围内，当发电机的输出电压在母线上的负荷为最小时，能够把发电机输出的电压在母线上所有功和无法用的容量输出到系统，但不应该考虑稀有的最小输出负荷。

(2)当一台发电机的最高输出来源电压为直流母线上的最大一台直流发电机组被禁止停用时，能由该供电系统自动提供给一台发电机最高输出直流电压的最高输出负荷。在大型水力发电厂需要进行分期批量施工的建设过程中，在需要发生重大事故或者需要同时切断最大一台大型风力发电发动机组的紧急条件下，通过使用变压器将其电能转换最大为电力系统电能来同时获取额定电能时，可以通过综合分析考虑到其对变压器的允许超过时的负载限制能力及对非重要发电负荷的负载限制。

(3)按照系统的经济和运行条件的要求，而在限制了本厂最高输出功率的情况下才能够提供给风力发电机一定功率的最高负荷。

(4)根据上述情况进行计算时，应充分考虑负载曲线的变动及其在逐年增长中带来的影响。尤其需要注意在水力发电厂初期投入运行中，当发电机的电压母线负载不大时，能把发电机的电压母线上剩余容量输送到系统。

(5)以直流发电机的额定电压作为母线和供电系统相互连接的直流变压器通常为两台。对于需要装设一侧两台主要被动变压器的大型水力发电厂，当其中一台被主动的变压器引入单机运行时，另一侧两台被改为主动的变压器则使其相应地可以承担70%的装机容量。

根据上述的计算结果可知，由于低压侧电机的输出容量是最大，所以，以此作为计算的基准，我们可以考虑选用一个三相绕组.

1. 变压器的选型

 

式中

——变压器的计算容量，MV·A；

——发电机的额定功率，MW；

——发电厂的厂用电率；

——发电机的功率因数。

得到采用发电机-变压器单元接线的300MW发电机所搭配使用的每台变压器容量需大于：

变压器的技术参数表

型号	高压（kV）	低压（kV）	额定容量（KVA）	连接组	阻抗电压 （%）	负载损耗（kW）	空载损耗（kW）	空载电流（%）
SFP7-400000/330	363±2×2.5%	15.75	400000	YN,d11	15.2	1000	274	1.0

4 短路计算

4.1短路计算的目的和简化假设

因为这种属于短路性的故障往往会给整个电力系统本身带来极其严重的经济危害和不良后果，所以我们一方面就需要及时地迅速采取措施加以限制减少发生这种短路的有源电流，另一方面还非常需要正确地合理选择各种动力电气设备、载波整流器的引线和电力继电器的保护器。而且这一切也就非常离不开对于短路同时电流的发生故障及其原因需要进行科学分析与针对短路时的电流进行计算。

在实际的短路电流的计算中，为了有效地简化电流的计算和控制工作，通常会采用一些较为简化的假设，其中最重要的有：符合用恒定电抗标识或忽略不计，

同样电力系统中个别子元件的电阻参数必须是绝对恒定，在军用高压下的电力信号传输控制网络中不需要考虑个别子元件的恒定电阻和阻抗导纳，即个别的元件可以采用军用春风发电的阻抗来精确表示，并且我们同样认为电力系统中各个高压风力发电机之间的电势关系可以直接通过一个恒定相位，从而有效地完全避免了这个有重复数值的运算，故障若该软件系统局部发生不对称软件故障则系统会同时出现一个系统局部不对称，其余的部分为三相对称。

4.2 短路电流的一般规定

1、 验算导体和电器动稳定热稳定及电器开断电流，应按本规程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5-10年）。

确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

2、 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

3、 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点对带电抗器的6-10kV出线与厂用分支线回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点，应选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。

4、 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统中及自耦变压器回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。

（1）计算的基本情况

① 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；

②所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；

③短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

④所有电源的电动势相位角相同；

⑤应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

（2）接线方式

计算短路电流时所用的接线方式，应是可能最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（3）计算容量

应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5 ~ 10年）。

（4）短路种类

一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的进行比较。

（5）短路计算点

在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。

4.3 短路的原因及后果

短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。如电力系统中，相与相之间的火中性点直接节地系统中的相与地之间的短接都是短路。为了保证电力系统的安全、 可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，一定要考虑系统等不正常工作状态。

5.2.1短路的原因及后果

造成短路的原因通常有以下几种:

1)电气设备及载流导体因绝缘老化、或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起的绝缘损坏。

2)架空线路因大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等都可能导致短路。

3)电气设备因设计、安装、维护不良和运行不当或设备本身不合格引发的短路

4)运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等都会造成短路。根据国外资料显示，每个人都有违反规程操作的潜意识。

5)其他原因。如输电线断线、倒杆、碰线、或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路。

4.4各系统短路电流的计算

无限量和大容量的新型电力系统就是指设备容量比一个用户母线供电电力系统设备容量大得多，当一个用户的母线供电电力系统设备发生了重大短路或者故障后，电力系统中输变电所用的馈电器在母线上的直流电压基本上会保持恒定不变，可将这种新型电力系统发展看成是作为一种无限量和大容量的新型电力系统。但是，在实际的一个电力系统中，他的电力输出电源容量和他的电源输出阻抗都必须应当具有一定的输出测量电压数值，一次，当我们的电力用户发现一台电力供电所在系统内部发生了电源短路时，电力系统的一台变电所与一台馈电所在母线上的电源输出测量电压就可能会随之相应地发生有所应的改变。但一般的交流供电电力系统，由于它们都通常是在较小的或大容量供电线路上从而发生了交流短路，电力系统的各个母线之间的交流电压几乎都是保持恒定不变，因此，电力系统通常可以被我们看作一个是无限的、大容量的大型电力系统。由于一个无限的、大容量的交流电力系统三相交流短路时的电流都必须是对称的，所以他们的变化规律也就只仅仅需要直接考虑到一相。故障短路点位置的选定应该是在通过半导体或者继电器短路时产生的电流极限值为最高的那一点来进行。

无线短路大功率系统的韦尔德主要技术性质是具有两个主要特点：内部的最大阻抗阻值，端部最大电压阻抗，它所具备能够同时提供的无线短路最大电流和其周期电荷分量的最大幅值必须保持恒定且不会随着使用时间的不断推移从而发生重大改变。虽然非线性周期波积分量度计可以依据波指数或频率量来进行周期衰减，但一般来说只考虑需要测量计及他们对于电流冲击和驱动电流的周期影响。因此，在研究现代交流电力系统的不同短路来源电流功率测量中，其主要的研究任务之一就是通过分析计算各个不同短路来源电流的一个周期性功率分量。而在这种无限次的小量大功率化和系统化的工作环境条件下，周期性功率分量的数值计算也就逐渐变得了简单快捷起来。

如取平均额定电压进行计算，则系统的短电压U=Uav，若选取Ud=Uav，则无限大功率系统的短电压的标幺值

，

短路电流周期分量的标幺值为

式中——无限大系统功率系统对短路点的组合电抗（即总电抗）的标幺值

短路电流的有名值为

则冲击电流为

Ish=√2×ksh×Ipm

当时间常数Ta的值由零编制无限大时，冲击系数值的变化范围为：

 

在以下的计算中，取Ksh =1.8；

短路点k1的计算（330kV母线）

4.5等值图

选取两个短路点，分别为330kV母线k₁，发电机出口k_2。（）

图4-1 等值电抗网络图

系统侧电抗值：

主变压器电抗值:

发电机电抗值：

4.6 短路点K1的计算

1.网络化简

短路点K1如下图所示。

图4-2 k1点等值网络图

化解上图，可得

图4-3 k1点化解后等值网络图

其中将四台发电机合并，可得

1. 系统S对K1短路电流为

周期分量

标么值

有效值

1. G_∑合并对短路点K1的计算电抗为

查运算曲线，可得

，，

归算至短路点处电压级等值发电机G_∑的额定电流为

于是短路点K1的不同时刻三相短路电流周期分量有效值分别为

3.短路的冲击电流

4.短路电流最大有效值：

5.短路瞬时电流幅值

4.7短路点K2的计算

1.网络化简

短路点K2如下图所示。

图4-4 k2点等值网络图

化解上图，可得

图4-5 k2点化解后等值网络图

其中

将X₁，X₂,X₁₃星三角变换，得

图4-6 k2点星三角化解后等值网络图

1. 系统S对K2短路电流为

周期分量

标么值

有效值

3.G_∑对K2短路电流为

查运算曲线，可得

，，

归算至短路点处电压级等值发电机G_∑的额定电流为

于是短路点K2的不同时刻三相短路电流周期分量有效值分别为

4.短路的冲击电流

5.短路电流最大有效值：

6.短路瞬时电流幅值

4.8短路电流计算结果

短路电流结果如表4-1所示

表4-1短路电流计算结果

电压等级（Kv）	短路点	短路电流同期分量值（KA）			短路冲击电流ich（KA）	短路电流有效值Ich（KA）	短路瞬时电流幅值（kA）
		T = 0	T = 2s	T = 4s
330	330kV母线k1	22.67	19.84	19.90	57.71	34.23	32.06
10	发电机端k2	145.45	149.03	160.66	390.83	242.90	205.70

5 电气设备的选择

5.1断路器的选择

断路器主要用途是在能够保证整个电力系统正常电路工作和防止发生电路故障的必要条件下，用作强制切断或者停止接通开断电路其中的正常电路工作故障电流和停止开断电路故障工作电流。开关合闸控制器继电器开关应该指的是在开关合闸后的状态下，依靠一个开关触头与其开关相连。例如，当我们手动断开一个触摸电路后，在两个触摸开关上的触摸接头之间就可能会清晰看到一道强烈且刺眼的灯光闪烁。这主要理由是因为在两个量的触发接头之间常常会同时产生两个一定量的电流放电，这种量的放电现象叫做触头电弧。此时一个触点两头虽以完全分离，但是它在电流不断流动后通过两个触头间的一个电弧仍然有机会能够继续地不断流通，也就是说，电路并未真正地完全断开，要使一个电路真正地完全断开，必须把一个电弧完全停止熄灭，高压电源断路器一般都需要具有一个同样能够暂时停止熄灭一个电弧的电流保护装置，它既同样能够被当作用来暂时停止断开或者在停止闭合接通电路工作过程里其中的正常负荷工作时的电流，也同样能够被当作用来暂时停止断开闭合电路过程中的一个在通过负荷或者一个其他短路负荷工作时的电流。所以它被广泛认为已经是现代我国目前现代民用电力系统中最重要的一种新型开关式电力供电器件。

因为采用SF6气体的开关电气驱动特性好，所以采用SF6断路器的开关断口输出电压也很高。在与线路电压额定等级一样、开断口与电流及其他特殊电路性能一样非常容易接近的实际条件下，SF6断路器系统相对于其他少油油型断路器的直接串联和开断口工作次数虽然要少，但是它们的设计制造、安装、调试及日常运行都比较简单和成本经济。

5.2 330kv侧断路器及隔离开关的选择及校验

1.断路器的选择和校验

流过断路器的最大持续工作电流：

 

选择及校验过程如下：

（1）额定电压选择：

（2）额定电流选择：

（3）额定开断电流选择：

由上述短路计算得，

所以，

（4）额定关合电流选择：

根据以上条件查手册，选择的满足要求的高压断路器的型号为LW6-330，技术参数如下表：

表5-1 LW6-330技术参数表

型号	额定电压/kV	额定电流/A	额定开断电流/kA	动稳定电流/kA	热稳定电流/kA	固有分闸时间/S
					4s
LW6-330	330	3150	40	100	40	0.05

（5）热稳定校验：

根据表5-1数据，得

所以，

即满足热稳定校验。

（6）动稳定校验：

根据表5-1数据，动稳点电流

由330kV短路计算结果得，短路冲击电流

所以，

即满足动稳定校验。

2 隔离开关的选择与校验

隔离开关的选择，没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。

选择及校验过程如下：

（1）额定电压选择：

（2）额定电流选择：

根据以上条件查手册，选择的满足要求的隔离开关的型号为GW6-330，其技术参数如下表：

表5-2 GW6-330技术参数表

型号	额定电压 /kV	额定电流/A	动稳定电流/kA	热稳定电流/kA
				3s
GW6-330	330	2000	80	40

（3）热稳定校验：

根据表5-2数据，得

所以，

即满足热稳定校验。

（4）动稳定校验：

根据表5-2数据，动稳定电流

由330kV短路计算结果得，

所以，

即满足动稳定校验

5.2 发电侧断路器及隔离开关的选择及校验

发电机出口断路器选择与校验

发电机回路最大持续工作电流：

经过初步对比，选择SN4-20G型发电机出口断路器

表5-3 SN4-20G型发电机出口断路器参数

型号	额定电压（kV）	额定电流（A）	额定开段电流 （kA）	额定关合电流（峰值，kA）	动稳定电流（峰值，kA）	3s热稳定电流（kA）
SN4-20G	20	15000	190	500	500	200

（1）额定电压：=20kV≥15.75kV

（2）额定电流：=15kA＞=13.20kA

（3）开断电流校验：=190kA>=145.45kA

（4）热稳定校验

t==120000

满足：

热稳定满足要求。

（5）动稳定校验：

=500kA>=390.83kA

动稳定满足要求。

发电机出口隔离开关选择与校验

发电机回路最大持续工作电流：

经过初步对比，选择GN21-20/15000型发电机出口断路器

表5-3 SN4-20G型发电机出口断路器参数

型号	额定电压（kV）	额定电流（A）	额定开段电流 （kA）	动稳定电流（峰值，kA）	3s热稳定电流（kA）
GN21-20	20	15000	190	400	149

（1）额定电压：=20kV≥15.75kV

（2）额定电流：=15kA＞=13.20kA

（3）开断电流校验：=190kA>=145.45kA

（4）热稳定校验

t==66603

满足：

热稳定满足要求。

（5）动稳定校验：

=400kA>=390.83kA

动稳定满足要求。

5.3 母线的选择与校验

5.3.1母线的选择的一般原则

1、 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并应考虑远景发展

2、 应按当地环境条件校核；

3、 应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致；

4、 选择导线时应尽量减少品种；

5、 选用新产品应积极慎重。

5.5.2母线的选择的一般规定

1、 在正常运行条件下，各回路的持续工作电流计算；

2、 验算导体用的短路电流计算；

1） 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。

2） 对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

3） 对带电抗器的6——10kV出线的计算点，除其母线征收母线隔离开关前的引线和套管应选择在电抗器前外，其余应选择在电抗器之后。

3、 导体的动稳定、热稳定以及电器的开断电流、可按三相短路验算。若发电机的出口两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况验算。

4、 环境条件：选择导体时，应按当地环境条件校核。

5.3.2母线的选择及校验原则

（1）选型

载流导体一般都采用铝质材料，工业上常用的硬母线为矩形、槽形和管形。矩形母线散热好，有一定的机械强度，便于固定连接，但集肤效应系数大，一般只用于35kv及以下，电流在4000A及以下的配电设备中；槽形母线机械强度较好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于4000-8000A配电装置中；管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内可以通水和通风，可用于8000A以上的大电流母线，另外，由于圆管形表面光滑，电晕放电电压高，可用于110及以配电装置母线。110kv及以上高压配电装置，一般采用软导线。当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。

（2）截面选择

① 软母线的截面选择

按照经济电流密度选择的母线都能满足导体长期发热条件，故按经济电流密度选择：

（4-26）

——正常工作时的最大持续工作电流

——经济电流密度。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数 ，将有不同取值。

② 硬母线的截面选择：

硬母线一般用于电压较低的配电装置中，所以，可以按最大持续工作电流选择导线截面积：

（4-27）

—相应于某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的导体长期允许载流量。

—温度修正系数。

（3）热稳定校验

（4-28）

C—热稳定系数，与导体材料及温度有关。

（4）动稳定校验

① 软母线无需动稳定校验。

② 硬母线的动稳定校验：

各种形状的硬母线通常都安装在支柱绝缘子上短路冲击电流产生的电动力将使导体发生弯曲，因此，导体应按弯曲情况进行应力计算。110及以上单根圆管母线上产生的应力不能忽略不计。

多条母线的应力计算：

当母线由多条组成时，母线上最大机械应力由相间作用应力和同相各条间的作用力合成，所以：

（4-29）

1） 多条矩形母线的条间应力计算：由于同相条间距离很近，作用力大，为了减少，条间通常设有衬垫，为了防止同相各条矩形导体在条间作用力下产生弯曲而互相接触，衬垫间允许的最大跨距—临界跨距，可由下式决定：

（4-30）

b,h—矩形导体的宽和高。

λ—系数，铜：双条为1774，三条为1355；铝；双条为1003，三条为1197。

—同相各条母线间单位长度的作用力

当同相为2条时：

(N/m) （4-31）

,—条1，2和条1，3的截面形状系数。

当同相为3条时，边条受力最大

(N/m) （4-32）

,—条1，2和条1，3的截面形状系数。

所选衬垫跨距应满足

（4-33）

2）母线的相间作用应力计算

（4-34）

L—导体支柱绝缘子间的跨距。

W—导体对垂直于作用力方向轴的截面系数。

 

表445-12 导体的长期允许工作温度的热稳定系数表

导体种类和材料	短路时导体允许工作温度（C0）	导体最长允许工作温度（C0）	热稳定系数C值
母线（铝）	200	80	99

（5）200MW及以上大容量发电机的引出线装置设置：

200MW及以上大容量发电机引出线母线，厂用分支母线和电压互感器分支母线等，为了避免相间短路，提高运行的安全可靠性和减少母线电流对临近钢构的感应损耗发热，一般采用全连式分相封闭母线，与封闭母线配套供应的电压互感器；避雷器和电容器等，分别装在分相封闭式的金属柜内，一般为抽屉式的，发电机中性点设备。（电压互感器和接地电阻等）并装设在单独的封闭金属柜内，因此，这种具有分相封闭母线的发电机引出线装置的布置与一般中小型发电机采用敞露母线的引出线装置有很大的区别。

首先，由于分相封闭母线及其配套设备的带电部分均被封闭在金属保护外壳内，而金属外壳是接地的，不会引起人员触电的危险。因而一般都是敞开布置；取消复杂的发电机出线小室。（一些工程存在小室完全是为安装励磁回路设备而设置的，和一般中小机组的出线小室性质和内容均不同；可设称为励磁设备小室），简化了土建结构和便于施工安装，也改善了运行条件。

参考文献

1. 艾璐博.智能发电站的设计研究[J].山东大学.2019-5-10.39-42.
2. 吴罡;李琳;李翔.水力发电站方案设计[J].江苏电机工程.2019-05-01.89-92.
3. 王海燕.七道湾智能发电站设计研究[J].2018-06-01.
4. 孙一民;裘愉涛;杨庆伟；刘明坤.智能发电站设计配置一体化技术及方案.[J]电力系统自动化2018-07-05.28-30.
5. 罗颂.水力发电厂循环冷却水系统的设计分析[J].黑龙江科技信息,2018(15):45.
6. 刁旭.数字化发电站设计研究[J].华北电力大学.2017-06-01.94-98.
7. 郝庆苑.千叶水力发电站控制系统设计分析[J].西北电力技术,2019(02):12-13+64.
8. 李勤. 关于发电站设计中存在的关键问题探究[J].硅谷2018.
9. DIN 12786-1981, 实验室玻璃仪器.水力发电站测量用的封闭式刻度温度计[S].
10. 张爱. 水力发电站安全信息系统的开发[D].华北电力大学（河北）,2107.

 

AI创作