某小型水电站电气主接线设计毕业论文设计

某小型水电站电气主接线设计

摘要

随着现代社会经济的发展和水利科学技术的进步，人类对于水能资源开发利用的程度越来越高，调节水资源、利用水能、开发水利的强度越来越大。在我国，河流众多，径流丰沛、落差巨大，蕴藏着非常丰富的水能资源。据统计，中国河流水能资源蕴藏量6.76亿KW，年发电量59200亿KWh;可能开发水能资源的装机容量3.78亿KW，年发电量19200亿KWh。我国水能蕴藏量居世界第一，可能开发量居世界首位，单一国土面积平均，每平方公里的可能开发容量，我国仅居世界第11位。而以人口平均，我国的位次更低，人均资源量只占世界平均值的70%左右。对于这种现状，能最大效率地开发和利用水能就显得至关重要。

小水电是指容量为12～0.5MW的小水电站，运行寿命长，坚固耐用，价格稳定，小水电在全国分布也很广泛（在全国2166个县、市中有1573个县有可开发小水电资源），并且可以提高水能综合利用率。对于用电规模较小的边远地区和中大型水电站的二级工程来说，所有这些优点是小水电站成为最具有吸引力的发展对象。

对于边远地区，长距离供电容易造成电能损耗高或者为了降低损耗而额外的经济投资大，因此对于西南边远地区可以充分地利用当地丰富的水资源建造小型水电站。这种类型的水电站一般比较边了适应电网的智能化建设，对于监控、信号采集、遥调、遥控等二远，为了减少故障发生的概率，故对电机、断路器、架空线（电缆）、变压器及二次设备的质量要求较高；同时，二次设备设计要功能全面。由于发电机容量不大，可有两台发电机与一台变压器组成扩大单元接线，减少了变压器及其高压侧断路器的台数，相应的配电装置间隔也减少，节约投资于占地。本毕业设计有两套方案，采用了很符合本设计低故障的第一套方案。

【关键字】水能资源；小水电；智能化建设；方案

大学论文

Abstract

With modern social economy development and water conservancy development of science and technology, human for water resources development and utilization degree more and more high, adjust water resources, using the intensity of hydropower, development more and more water In China, with its many rivers, runoff drenched, divide huge, containing the very rich water resources. According to statistics, China's rivers 6.76 billion KW hydropower resources reserves 59200 billion KWh, annual generation; May develop the hydropower resources 3.78 billion KW, installed capacity 19200 billion KWh annual generation capacity. Our country is ranked first in water, may back hurriedly the highest in the world, a single land area per square kilometers, on average, China may develop capacity only the 11th in the world. And the average by population, China, the per capita resource fit lower accounts for only about 70% of the world average. For this kind of situation, can maximum efficiency to develop and make use of the water are very important·The small hydropower capacity of 12 ~ refers to the small hydropower station of 0.5 MW, running long life, durable, price stability, small hydropower in national distribution in the country is also widely (round counties, cities in May have developed counties 1573 small hydropower resources), and can improve water comprehensive utilization. For electricity smaller remote areas and medium-large hydropower station for the secondary engineering, all of these advantages is the small hydropower become the most attractive development object.

For remote areas, power loss caused by long distance power supply easy high or to reduce loss and additional economy big investment, so for southwest outlying areas can make full use of the local rich water resources to build small hydropower station. This type of hydropower station is compared commonly edge of intelligent building adapted to grid for monitoring, signal acquisition and remote-sensing attune, remote control, etc, in order to reduce the two far fault the probability of occurrence in the motor, circuit breakers, bus (cable), transformer and secondary equipment quality requirement is higher; Meanwhile, second equipment design should fully functional. Generator capacity is not big, but because there are two generators and composed a transformer, reducing the expanded unit wiring and high voltage side of transformer, the corresponding number circuit breaker switchgears intervals, saving investment in covering reduction. The two sets of graduation design scheme, using a very accord with the design of the first scheme.

【Key words】water resources, small hydropower capacity, intelligent building, scheme.

目录

第一章电气主接线 (1)

1.1设计原则 (1)

1.2 各方案的比较 (2)

第二章厂用电设计 (4)

2.1 厂用电设计原则 (4)

第三章短路电流计算 (5)

3.1 对称短路电流计算 (5)

第三章电气主设备选择 (10)

4.1高压电气设备选择的一般条件 (10)

4.2高压断路器的选择和校验 (11)

4.3隔离开关的选择和校验 (14)

4.4电流互感器的选择和校验 (15)

4.5电压互感器的选择 (17)

4.6 高压熔断器的选择 (19)

4.7 避雷器的选择 (20)

4.8 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 (20)

4.9 母线的选择与校验 (20)

4.10 开关柜的选择 (23)

4.11 厂用变压器的选择 (23)

第四章发电机继电保护原理设计及保护原理 (24)

5.1 初步分析 (24)

5.2 对F1 的保护整定计算 (25)

第六章计算机监控系统方案论证选择 (29)

6.1 系统功能 (29)

总结.............................................................................................. 错误！未定义书签。致谢.............................................................................................. 错误！未定义书签。参考文献. (34)

附表I (35)

附表II (36)

第一章电气主接线

1.1设计原则

本毕业设计着重于小水电站为电规模较小的边远地区提供一定可靠性的供

电和中大型水电站的二级工程供电，据此要求：<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。小型水电站虽地处边远地区，但供电的可靠性对当地的发展起着至关重要的作用。<2> 具有很强的可移植性在全国有大量的小型水电资源，电气主接线设计越尽可能有强的移植性和针对各地方实际情况有

更符合实际的设计方案，这样对大范围地推广此种小型水电站有很大的益。<3> 具有较强的自动智能化以至于无人化这种类型的水电站一般比较边远，为了减

少故障发生的概率，故对电机、断路器、架空线（电缆）、变压器及二次设备的质量要求较高；同时，为了适应电网的智能化建设，对于监控、信号采集、遥调、遥控等二次设备设计要功能全面。<4> 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。

根据以上几点，对此种小水电站的主接线拟定以下几种方案

1.2 各方案的比较

方案Ⅰ

图1-1 外桥扩大单元接线

这种接线舍用于线路较短、故障率较低、主变压器需经常投切、以及电力系统有较大的穿越功率通过桥联回路的场合。

方案Ⅱ

图1-2 内桥扩大单元接线

这种接线使用与变压器不需要经常切换、输电线路较长、故障率高、电力系统穿越功率。

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，结合本水电站为小型水电站，以及厂用电分为220V和380V 两个电压等级的实际情况，其厂用电设计祥见附录Ⅰ：

第三章 短路电流计算

3.1 对称短路电流计算

因为发电机的容量为1000KW ，所以变压器的容量应大于等于2200KW 。

表3-1 变压器的选择 型号

额定容量（KVA ） 额定电压（KV ） 阻抗电压（%） 连接组 高压 低压 S9-3150/35 3150 35 6.3 7 Y/△-11

发电机，变压器及系统的主要参数如下：

发电机参数：1000kW 4?，cos 8.0=?，额定电压6.3kV ;

变压器参数：2台，%7%=d U 5000kV.A

系统参数：35kV 出线双回，对方案Ⅰ的系统正序阻抗网络等值图为 选取基准值: A MV S j ?=100 av j U U =

发电机：有阻尼绕组的水轮发电机 21=''X 8.16108.0100010010021cos 1003=??=?''=*''?P S X X j d 变压器： KW P 400041000=?=

经查表选择S9-4000/35型号

查得7%=K U

4.18

.04000101001007100%3

=??=?=*n j K T S S U X 线路35kv 选择45.00=X

657.037

1002045.0220=?

?==*av j

j U S L X X

2.3.1当6.3KV 母线即k1点发生三相短路时：

图3-1 阻抗网络等值

当K 1发生短路时，无限大容量

357.17.0657.01=+=*∑X

737.0357

.111

1==*=*∑∞X I 稳态短路电流： )(15.1373100737.0kA I I I j =??

=?*=∞∞ 冲击短路电流： )(933.215.155.255.2kA I I im =?==∞ 有限大容量： 21.0100

52.421=?=?

*=*∑j N C S S X X

s t 0=，526.5=*''I )(532.23

.635526.53kA U S I I av N =??=?*''=''∑ s t 1=，563.31=*"I

)(633.13

.635563.331kA U S I I av N =??=?*''="∑ s t 2=，378.32=*"I

)(548.13

.635378.332kA U S I I av N =??=?*''="∑ s t 4=，234.33=*"I

)(482.13

.635234.333kA U S I I av N =??=?*''="∑ t=0s I 1′=1.15+2.532=3.682（KA ）

t=1s I 2′=1.15+1.633=2.783（KA ）

t=2s I 3′=1.15+1.548=2.698（KA ）

t=4s I 4′=1.15+1.482=2.632（KA ） 短路冲击电流：)(802.6532.29.122kA I k i im im =??=''??= 总的冲击电流：i=6.802+2.933=9.735(KA)

短路计算汇总如附表II