电力系统自动化毕业设计

毕业设计（论文）题目直岗拉卡水电站电气一次及

发电机继电保护设计

专业电气自动化

班级电力061

学生龙哲君

指导教师蒙海文工程师

2010 年

前言 (1)

第一章电气主接线设计 (2)

1.1 设计原则 (2)

1.2 各方案比较 (3)

第二章厂用电设计 (8)

2.1 厂用电设计原则 (8)

第三章短路电流计算 (9)

3.1 对称短路电流计算 (9)

3.2 非对称短路电流计算 (19)

第四章电器主设备选择 (30)

4.1对方案I的各主设备选择 (30)

4.2 对方案Ⅱ的各主设备选择 (44)

第五章发电机继电保护原理设计及保护原理 (47)

5.1 初步分析 (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)

小结 (59)

致谢 (61)

参考文献 (62)

2010届电气自动化毕业设计

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，然而能源的不足与需求之间的矛盾在近几年不断恶化，国家急需电力事业的发展，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。

本毕业设计（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，是对大学四年所学理论知识与实践的融合。

龙哲君：直岗拉卡水电站电气一次及发电机保护

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：

①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，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。直岗拉卡水电站虽然是一个中小型水电站，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。

②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。

③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。

④具有发展和扩建的可能性

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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Ⅰ

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。

图1-1 电气主接线方案Ⅰ

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方案Ⅱ

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

图1-2 电气主接线方案Ⅱ

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方案Ⅲ

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。

图1-3 电气主接线方案Ⅲ

方案Ⅳ

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

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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。

图1-4 电气主接线方案Ⅳ

方案Ⅴ

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。

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图1-5 电气主接线方案Ⅴ

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Ⅰ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Ⅰ，如果在方案Ⅱ比方案Ⅰ投资低较多则从经济性的角度出发应选择方案Ⅱ。

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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：

①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。

②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。

③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Ⅰ：

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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参数如下：

发电机参数：45MW 5?，cos 950.=?，230.''=d X ，额定电压10.5kV

变压器参数：3台，1T:%%14=d U 50MV A, 2T: %%14=d U , 100MV

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：2543MV A ，单相短路容量：2529.9MV A 。

对方案Ⅰ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：MVA S j 1000=，kV U j 510.=时，kA U S I j j

j 986543510.).(==,

kV U j 115=，)(115j I ＝j j

U S 3＝5.020kA,45MW 功率因素为0.95的机组容量

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10 为; MVA Sn 3684795

045..== 发电机51F F ~:1X =2X =3X =4X =5X =n j

d S S X ''=0.23?8564368

471000..= 变压器31B B ~:6X =7X =41100100010014100.%=?=?n j d S S U 8250

1000100148.=?=X 系统阻抗10X ：39302543100010.''===d

S S X

对1d 点进行短路计算[2]

：

网络简化如下：

图3-2 1d 网络简化图

428

22856

42111..//===X X X

3101393091716010912...=+=+=X X X 82832856

44143713...//=+=+=X X X X

65678564825814...=+=+=X X X

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11 继续简化上图：

图3-3 1d 网络简化图

552265678283656

78283141315.....//=+?==X X X

再化简得：

图3-4 1d 网络简化图

429315

61216.=++=X X X X X X

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12 710912

1561517.=++=X X X

X X X

三相短路电流周期分量计算：

系统A 侧：

MVA

X S S kA

X I I j d j ZA 63029142931000

036164293986

1616510.....'

').(==

====

B 侧（53F F ~）的计算电抗为37111000

104142710917...=?==j n

js S S X X

由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得： 7520.'

'*=Z I 731020..*=Z I 83402.*=Z I 83704.*=Z I 10.5kV 侧额定电流为：

kA U S I j F F n F F n 81475

103104

14235353...)~()~(?==

因此：kA I I I F F n Z Z 87658147752053...)~('

'*''=?== kA I I I F F N Z Z 712581477310532020...)~(.*.=?== kA I I I F F n Z Z 5176814783405322...)~(*=?== kA I I I F F n Z Z 5406814783705344...)~(*=?=?= MVA S I S F F n Z d 862106104142752053...)~('

'*'

'=?==

C 侧（21F F ~）的计算电抗为：

23001000

73694428211...=?==j n

js S S X X

由计算电抗查短路电流运算曲线得： 0875.'

'*=Z I 523320..*=Z I 23832.*=Z I 32834.*=Z I 其10.5kV 侧的额定电流为：

kA U S I j F F n F F n 20955

103736

9432121...)~()~(=?==

因此：

kA I Z 4982620950875...'

'=?= kA

I Z 351182095523320....=?=