水电厂电气部分.pdf

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1、0/42 水力发电厂（3X1500KW）电气部分设计 目 录 一、概述（9）1.1 工程概况（9）1.2 其他资料（9)二、接入系统方式及设计方案选择（10-12）2.1 接入系统方式（10）2.2 电气主接线的基本要求（10）三、设计步骤（13-37）3.1 发电机及变压器的选择（13）3.2 短路电流计算（17）3.3 主要电气设备的选择及校验（23）四、结论（38）五、参考文献（39）六、设计体会（40）1/42 一、概 述 11 概况 该电站位于某山区的一条水河流上，汇流面积为 831 平方公里。整个水利枢纽布置如图所示。充分利用当地的石料资源而建筑的堆(砌)石坝，坝高 53 米，水头

2、 38 米，引用流量 17 秒立方：经 2600 米长的明渠将水流引至压力前池，再分配到每台水轮发电机组。经水能规划设选定装机为 1500kW3，共 3 台卧式水轮发电机组。该电站水库为不完全周调节，单级开发，以发电为主。年利用小时数 4000 小时。保证出力 1500kW，多年平均发电量 168105kW.h。厂用电负荷：123KW 左右。水轮发电机型号参数：型号：SFW118/64-6，PN=1500kW，UN=6.3kV，COSN=0.8，IN=171.8A。旋转方向为俯视逆时针；Xd=0.12；额定转速nN=1000r/min。1.2 其它资料 年均最高气温：30，年均最低气温：1，多

3、年平均雨量：1100mm，雷暴时数：40 日/年，交通较方便，公路可直抵电站厂房，当地山势较缓，海拔高度约在 800m 左右，出线走廊易于确定。五 发电机侧接线方案的设计 2/42 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

4、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）。1)单元接线 选择单元接线是因为：单元接线简单，开关设备少，

5、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

6、而机组面临厂用电中断的威胁。2）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，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。3）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。3/42

7、六 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)。1）一台半断路器接线 一台半断路器接线，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。

8、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。2）桥型接线 桥形接线可分为内桥形接线和外桥形接线两种。内桥形接线在线路故障或切除、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

9、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。3）单母线接线 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

10、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。七 最优电气主接线的选择 4/42 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

11、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 X 围最小。显然，复杂地接线不

12、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；

13、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

14、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。八 主要电气设备的选择 5/42 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

15、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，有各自的校验标准，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

16、备的 1.11.15 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，在选择电气设备时，一般按照电气设备的额定电压NU不低于装置地点的额定电压NSU的条件选择，即 NNSUU(2)额定电流 电气设备的额定电流NI是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。NI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mIax，即mINaxI（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条件进行选择。主变压器的

17、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 510 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。6/42（4）发电机电压母线与系统连接的变压

18、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X 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：ip一般取0.55 Sem=S/ip=85500/0.80.55=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、

19、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 D1D7、隔离开关 G1G14：对 110KV 侧断路器 D8D11隔离开关 G15G22：（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 对 30000KW 发电机出口隔离开关 G1G6、断路器 D1D3：IN=1.05*30000/*10.5*0.8)=(A)对 10.5KV 母线及母线以上隔离开关 G9G14、断路器 D5D7：IN=1.05*90000/*10.5*0.8)=(A)对 110KV 侧隔离开关 G15G22、断路器 D8D11：IN=1.05*9000

20、0/*110*0.8)=(A)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 D1D3 ZN5-10/1000 G1G6 GN6-10/1000-80 D4 ZN5-10/630 G7G8 GN6-10/600-52 D5D7 SN3-10/3000 G9G14 GN10-10T/3000-160 D8D11 SW2-110/1000 G15G22 GW4-110D/1000-80 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 X 围，.电流互感器的额定一次电压和运行电压相同。电

21、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 7/42 12500KW 出口 LWC-10 变压器高压侧 LCWD-110 6300K 出口 LA-10 桥型连线上 LCWD-110 10.5KV 母线 LZZBJ9-12/175b/2s 出线回路上 WVB110-20(H)变压器低压侧 LMZ1-10 电压互感器的选择 在 110KV220KV 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

22、压感器型号 110kV 侧 WVB110-20(H)10.5kV 侧 ZX10-12BG 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 系统额定电压（kV）避雷器额定电压（kV）避雷器持续运行电压（kV）雷电冲击电流下残压（峰值）不大于（kV）陡波冲击电流下残压（峰值）不大于（Kv）Y10W5-110/260 110 100 73 260 291(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0.75mU0.75kV5.94126 ,所选避雷器额定电

23、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/kV75.723,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：kVKBLCc3214.1450,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

24、残压为kVKBICc3934.1550，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 8/42 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 系统额定电压（kV）避雷器额定电压（kV）避雷器持续运行电压（kV）雷电冲击电流下残压（峰值）不大于（kV）陡波冲击电流下残压（峰值）不大于（Kv）Y5WS5-17/50L 10 17 8.6 50 51.8 kVKBICc57.534.175 (2)按额定电压选择：10kV系 统 最 高 电 压 为11.5kV，避 雷 器 相

25、 对 地 电 压 为0.75mU0.75kV6.85.11,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：10kV 系统相电压为 11.5/kV64.63,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，避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为：kVKBLCc57.534.175,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：10k

26、V 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kVKBICc57.534.175，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 110kV 侧 Y10W5-110/260 10.5kV 侧 Y5WS5-17/50L 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：9/42 IxuIg.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

27、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。SjIg.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 10.5KV 母线 LF21Y130/116 型铝锰合金管型母线 110kV 主变压器出线 LGJ400/50 钢芯铝绞线 发电机出口导线 LGJ-150 型导线 九 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

28、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，并有多年的运行经验；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

29、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：10/42 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

30、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。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

31、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0.51m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

32、，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

33、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 配电装置应该满足下述基本要求：1 保证运行可靠 11/42 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

34、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

35、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 X 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：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

36、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：12/42 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

37、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 X 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 X 及技术规定，并根据电力系统、自然环境特点

38、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。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

39、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

40、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。13/42 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

41、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 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 2020MM。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 0.81.0m.屋外配电装置应有围栏，围栏高度采取1.5m.二、接入系统方式及设计方案选择 2.1 接入系统方式 该电站在系统中属于非主力电站，该电站以两回出线与系统相连，其潮流为双向，即丰水期将多余的电量馈送给系统，枯水期缺电时，则由系统以 Imax=100A 向该地区供电，另外

42、，该电站以 6 回出线(距离均大于 3KM)向近区供电，其中两回线供 II 类负荷各 1000KW，其余各回供 III 类负荷各 500KW。14/42 2.2电气主接线的基本要求 电气主接线的设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。（一）可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电是电气主接线最基本的要求。在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。主接线的设计主要从如下几个方面考虑：（1）断路器检修时，不影响对系统的供电。（3）发电厂或变电站全部停电的可能性。（4）大型机组突然停运时，对电力系统稳定运

43、行的影响与后果等因素。（5）瞬时故障、永久故障及检修停电的影响。（三）经济性 主接线的经济性与可靠性、灵活性要求往往是矛盾的。在满足前提可靠性、灵活性下做到经济合理。（1）主接线应简单清晰，以节省开关器的数量、选用价廉的电器或轻型电器，节省一次投资。（2）主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽量使占地面积减少，同时还注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用等。（3）经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。15/42 2.3 电气主接线设计原则及方案 2.31设计原则：根据电站在系统中的地位和作用,综合考虑电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统设计、

44、枢纽总体布置、形和运输条件等因素,电气主接线设计以满足用户或电力系统的供电可靠性和电能质量要求,在技术先进、经济合理的前提下,尽量使接线简单、清晰、操作维护方便、灵活并应满足电站发电及最终规模的运行要求的原则。2.32 设计方案：6KV 电压等级 鉴于出线回路多，且发电机的额定电压为 6.3KV，宜采用屋内配电，其负荷亦较小（为和类负荷），因此，可能采用单母线不分段或单母线分段接线形式。三台机组均接于单母线上或两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压 35KV，与系统相连。由于机组均接于 6KV 母线上，为选择轻型电器，应在分段处加装母线电抗器，各条馈线上装设出线电抗器。35KV 电压等

45、级 只有两回出线与系统相连，丰水期将多余的电量馈送给系统，枯水期缺电时，则由系统以 Imax=100A 向该地区供电。丰水期和枯水期的调度不同，从灵活性角度考虑，应采用单母线不分段式接线形式。16/42 三、设计步骤 3.1发电机及变压器的选择 3.11选择原则(1)电气设备选择符合“导体和电器选择设计技术规定”的要求。(2)水轮发电机的参数除满足电站运行要求外,还应满足电站接入系统的要求。发电机中性点接地方式应有利于提高机组安全运行水平。(3)主变压器的容量与其连接的发电机容量相匹配,其有关参数除满足电站运行要求外,还应满足电站接入系统设计要求。为满足铁路和公路运输的要求,主变选择单相变压器

46、。(4)发电机出口装设专用的发电机出口断路器和电气制动开关。3.12发电机 根据任务书所给水轮发电机的结构型式为卧式,其主要技术参数如下:型 号 SFW118/64-6 额定容量 1500KW 额定电压 6.3kV 额定电流 171.8A 额定功率因数 COSN=0.8 频 率 50Hz 额定转速 1000r/min 17/42 次暂态电抗 0.12 3.13主变压器及厂用变压器 该电站总装机容量为：31500KW，因 35KV 两回线路间有交换功率，负荷绝大部分为三级负荷，而一、二级负荷较少，所以拟选主变压器两台，其容量选择按发电机母线上供电负荷为最小值并能将剩余电功率送入电网来确定，容量、

47、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。他的确定除依据传递容量基本资料外，还应根据电力系统 5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析合理选择。主变压器台数的选择 小型水电站不应采取三台以上变压器为，运行经验证明某些电站的机组较多，但其总容量在系统中所占比重不大，采用一台主变压器也是可取的。主变压器相数的选择 考虑原则:该水电站容量较小，小型水电站宜采用三相油浸式变压器，并根据国家节约能源的规定采用低能耗变压器。故本水电厂电气主接线的主变压器应选三相变压器。主变压器选型 18/42 35kv 电压级 SL7 系列三相油浸自冷式铜线电力变压

48、器为无载调压，调压 X 围为5%变型器型号为：S7-3150/35 主要技术参数如下：额定容量：3150 KVA 额定电压：高压 35（KV）；低压 6.3（KV）阻抗电压（%）：7.0 连接组：Y,d 11 空载损耗：9400w 短路损耗：33500w 空载电流（%）：4.5 3.14 厂用变压器的选择：厂用电负荷包括厂用电高压计算负荷和厂用电低压计算负荷，近似计算，以 123KW 作为近似计算，只要厂用变压器容量大于 123KW 即可，同时考虑安全裕量。通过上述原则，可以知道厂用变压器的额定电压为 6KV，可选用 2 台 50容量的双绕组变压器，分别供两段母线，查有关设计书得：厂用变的额定

49、容量：SN=200 KVA 3.2 短路电流计算 3.21 短路电流计算的目的 19/42 在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。5）接地装置的设计

50、，也需用短路电流。3.22 短路电流计算条件 1.基本假定：1）正常工作时，三项系统对称运行 2）所有电流的电功势相位角相同 3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行 4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间 5）不考虑短路点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 6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流 20/42 7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整 X 围 8）输电线路的电容略去不计 2、一般规定 1）验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。2）选择导体和电器用的短路电流，在