【正文】 該電站位于某山區(qū)的一條河流上，匯流面積為 900 平方公里。年利用小時(shí)數(shù) 5500 小時(shí)。 其它資料年均最高氣溫： 30℃， 年均最低氣溫： ℃ ,多年平均雨量： 1100mm，雷暴時(shí)數(shù)： 40 日/年，交通較方便，公路可直抵電站廠房，當(dāng)?shù)厣絼?shì)較緩，海拔高度約在 800m 左右，出線走廊易于確定。 1 主接線方案 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原則 電氣主接線是水電站由高壓電氣設(shè)備通過連線組成的接收和分配電能的電路。 (2)具有經(jīng)濟(jì)性 在主接線設(shè)計(jì)時(shí)，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間。 主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行方式的轉(zhuǎn)換。 (4)具有發(fā)展和擴(kuò)建的可能性 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，已投產(chǎn)的水電站可能需要擴(kuò)大機(jī)組容量，從主變壓器的容量、數(shù)量到饋電線路數(shù)均有擴(kuò)建的可能，有的甚至需要升壓，所以在設(shè)計(jì)主接線時(shí)應(yīng)留有發(fā)展余地，不僅要考慮最終接線的 實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還要兼顧到分期過渡接線的可能和施工的方便。 A 總共 優(yōu)點(diǎn)：不分段單母線接線的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備少，投資少，運(yùn)行操作方便，有利于擴(kuò) 建和采用成套配電裝置。 方案Ⅱ分段單母線接線 分段單母線即用分段斷路器將單母線分成幾段。 缺點(diǎn)：分段的單母線接線增加了分段設(shè)備的投資和占地面積；某段母線故障或檢修仍有停電問題；某回路的斷路器檢修，該 回了停電；擴(kuò)建時(shí)，需想兩端均衡擴(kuò)建。 ⑴接線方式和電源容量，應(yīng)充分考慮廠用設(shè)備在正常、事故、檢修、啟動(dòng)、停運(yùn)等方式下的供電要求，并盡可能地使切換操作簡(jiǎn)便，使啟動(dòng)（備用）電源能迅速投入。 ⑷充分考慮電廠分期建設(shè)和連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，特別注意對(duì)公用廠用負(fù)荷的影響。 5% 主要技術(shù)參數(shù)如下： 表 21 廠用變壓器參數(shù) 型號(hào) 額定容量 額定電壓 連接組號(hào) 空載損耗 短路損耗 阻抗電壓 空載電流 S91000/10 1000KVA 10kV Y,d 11 1720W 10000W % 廠用電源選擇 ⑴廠用電系統(tǒng)接地方式 廠用變采用不接地方式，高壓和低壓都為三角電壓， 當(dāng)容量較小的電動(dòng)機(jī)采用 380V 時(shí)，采用二次廠用變，將 6kV 變?yōu)?380V，中性點(diǎn)直接接地；啟備變采用中性點(diǎn)直接接地，高壓側(cè)為星型直接接地，低壓側(cè)為三角電壓。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式應(yīng)有利于提高 機(jī)組安全運(yùn)行水平。 發(fā)電機(jī) 根據(jù)任務(wù)書所給水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式為臥式 ,其主要技術(shù)參數(shù)如下 : 表 31 發(fā)電機(jī)參數(shù) 型號(hào) 額定容量 額定電壓 額定電流 額定功率因數(shù) 頻率 額定轉(zhuǎn)速 次暫態(tài)電抗 SFW118/646 4500kW COSφ N= 50Hz 1000r/min 主變壓器 該電站總裝機(jī)容量為： 5 4500kW，因 35kV 兩回線路間 有 交換功率，負(fù)荷絕大部分為三 4 級(jí)負(fù)荷，而一、二級(jí)負(fù)荷較少，所以擬選主變壓器 一 臺(tái)，其容量選擇按發(fā)電機(jī)母線上供電負(fù)荷為最小值并能將剩余電功率送入電網(wǎng)來(lái)確定， 容量、臺(tái)數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。如果容量選得過大、臺(tái)數(shù)過多，則會(huì)增加投資、占地面積和損耗，不能充分發(fā)揮設(shè)備的效益，并增加運(yùn)行和檢修的工作量；如果容量選得過小、臺(tái)數(shù)過少，則可能封鎖發(fā)電廠剩余功率的輸送，或限制變電所負(fù)荷的需要，影響系統(tǒng)不同電壓等級(jí)之間的功率交換及運(yùn)行的可靠性。 ⑵主變壓器相數(shù)的確定 在 330kV 及以下的發(fā)電廠和變電所中，一般都選用三相式變壓器。 ⑶繞組數(shù)的確定 只有一種升高電壓向用戶供電或與系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，以及只有兩種電壓的變電所，采用雙繞組變壓器 . 有兩種升高電壓向用戶供電或與系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，以及有三種電壓的變電所，可以采用雙繞組變壓器或三繞組變壓器。故本水電廠電氣主接線的主變壓器應(yīng)選三相變壓器。 ⑵ 在選擇電 氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障狀況下都能安全、可靠的工作。 ⑸ 接地裝置的設(shè)計(jì)，也需用短路電流。 基準(zhǔn)值的選擇 該站最大運(yùn)行方式為： 5 臺(tái)機(jī)組滿發(fā)并網(wǎng)運(yùn)行；最小運(yùn)行方式為： 1 臺(tái) 機(jī)組 發(fā)電，保證出力且并網(wǎng)運(yùn)行。39。39。39。即要保證電氣設(shè)備可靠的工作，必須按正常工作條件選擇，并按短路情況校驗(yàn)其熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。 ⑷與正個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)協(xié)調(diào)一致。根據(jù)目前我國(guó) 斷路器的生產(chǎn)情況，電壓等級(jí)在 10KV~220KV 的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，而當(dāng)少油斷路器不能滿足要求時(shí)，可以選用 SF6斷路器。 ③動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)： m a x 2 1 6 .5 4 0 0I A I A?? ? ? 1 9 8 0sh shi kA i kA? ? ? 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)合格。 出線側(cè)斷路器的選擇應(yīng)該和主變壓器的選擇是一致的，因?yàn)樗麄児灿靡粋€(gè)短路點(diǎn)來(lái)計(jì)算的。 ④熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 短路電流的熱效應(yīng) （ kA） 2 隔離開關(guān)的選擇 隔離開關(guān)的選擇方法與斷路器相同，但隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，不承擔(dān)接通和斷開負(fù)荷電流和短路電流的任務(wù)，因此， 不需校驗(yàn)額定開斷電流和關(guān)合電流。 S）：設(shè)繼電保護(hù)時(shí)間 tpr 為 ，則短路計(jì)算時(shí)間： 1 . 5 0 . 0 5 1 . 5 5k p r b rt t t s? ? ? ? ? 查短路電流計(jì)算曲線數(shù)字表得：/2 kAIt ? kAIt ? /2 2 2 2 2 22210 7 . 4 2 6 1 0 2 5 . 2 8 7 2 5 . 2 7 5 1 . 5 7 1 0 1 3 . 0 7 7 [ ( ) ]1 2 1 2kkttkkI I I k A SQ t?? ? ? ?? ? ? ? ?— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — ? ? 2222 1 . 5 5 2 3 1 1 . 2 5N s tQ I t k A s??? ? ? ? ??? ? ? ? ? 222 3 1 1 . 2 5 1 0 1 3 . 0 7 7k A S k A S????? ? ??? ?? 熱穩(wěn)定校驗(yàn)合格。 ⑤ 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 短路電流的熱效應(yīng)（ kA2 電流互感器的選擇 ⑴電流互感器的選擇和配置應(yīng)按下列條件 ①型式：電流互感器的型式應(yīng)根 據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。 ②一次回路電壓： UNS≤ UN ③一次回路電流： Imax≤ IaL ④準(zhǔn)確等級(jí)：要先知道電流互感器二次回路所接測(cè)量?jī)x表的類型及對(duì)準(zhǔn)確等級(jí)的要求，并按準(zhǔn)確等級(jí)要求高的表計(jì)來(lái)選擇。 10kV 母線側(cè) CT 的選擇 因?yàn)槌鼍€側(cè)最大負(fù)荷 4600kW 和發(fā)電機(jī) 4500kW 的功率相近，流過母線側(cè)二次回路電流和流過出線側(cè)二次回路電流也相近，所以 10kV 出線側(cè)和母聯(lián)側(cè)的電流互 感器的型號(hào)選擇一致。 電壓互感器的選擇 ⑴電壓互感 器的選擇和配置應(yīng)按下列條件 ①型式： 620kV 屋內(nèi)互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用條件可以采用樹脂膠主絕緣結(jié)構(gòu)的電壓互感器；35kV110kV 配電裝置一般采用油浸式結(jié)構(gòu)的電壓互感器 220kV 級(jí)以上的配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確等級(jí)滿足要求，一般采用電容式電壓互感器。 供監(jiān)視估算電能的電度表，功率表和電壓繼電器等，其準(zhǔn)確等級(jí)，要求一般為１級(jí)。 A) ⑵ 35kV 母線 PT 的選擇 ①型式：采用串聯(lián)絕緣油浸式式電壓互感器，作電壓、電能測(cè)量及繼電保護(hù)用。 ②電壓：額定一次電壓 kVUN 351 ? kVUN ? ③準(zhǔn)確等級(jí)：用于估計(jì)電壓數(shù) 值和周期，其準(zhǔn)確等級(jí)為 3 級(jí)。 ②電壓： 1nU = kV10 額定一次電壓： 2nU =③ 準(zhǔn)確等級(jí)：用戶保護(hù)，測(cè)量、計(jì)量用，其準(zhǔn)確等級(jí)為 級(jí) 。 A） 一次繞組 二次繞組 輔助繞組 JDJ10 10 母線地選擇 一般情況下采用鋁母線；在持續(xù)工作電流較大且位置特別狹窄的發(fā)電機(jī)、變壓器出口以及污穢對(duì)鋁有嚴(yán)重腐蝕而對(duì)銅腐蝕蘆葦輕的場(chǎng)所采用銅線。 電抗器 依據(jù)安裝地點(diǎn)和作用， 普通電抗器可分為母線電抗器和線路電抗器兩種。 所以，根據(jù) NsU 、 maxI 和上述要求可選 NKL10200 型電抗器，初步將電抗值定為 006Lx ? 。 ⑵母線電抗器 母線電抗器裝設(shè)在母線分段處，其目的是讓發(fā)電機(jī)出口斷路器、變壓器低壓側(cè)斷路器、母聯(lián)斷路器和分段斷路器等都按各回路額定電流來(lái)選擇，不因短路電流過大而使容量升級(jí)。 5 .8 2 52 .9 0 0 .1 6 7100NLL BSxx S?? ??? ? ? ?，故 ???x 所以，查短路電流計(jì)算曲線得 39。0 0 0 0 00 0 0 0 043428 8 6 . 8 4 7 0400r e L NIUx I? ? ? ? ? ? 熱、動(dòng) 穩(wěn)校驗(yàn)： 2 2 219 .7 4 [ ( ) ] 10 [ ( ) ]kQ k A S k A S? ? ? ? kAkAish ?? 可見，電壓損失、殘壓、熱動(dòng)穩(wěn)均滿足要求，所以電抗器 XKGKL104008 型。 ⑶ 熔斷器開斷電流校驗(yàn)： INft≥ INfs取 ?K , 35kV 側(cè)： 供Ⅱ類負(fù)荷的出線回路： AKII N fs 4 a x ???? 供Ⅲ類負(fù)荷的出線回路： 1 .2 3 8 .2 2 4 5 .8 6 4NfsIA? ? ? 10kV 側(cè)： AKII N fs a x ???? 表 517 熔斷器如下表所示 電壓 等級(jí) 負(fù)荷出線 RN1系列 RN3 系列 額定電壓 kV 額定電流 kA 額定電壓 kV 額定電流 kA 35kV 側(cè) 供Ⅱ類負(fù)荷的出線 —— —— 35 200 供Ⅲ類負(fù)荷的出線 —— —— 35 100 10kV 側(cè) 10kV 側(cè) 10 200 —— —— 6 配電裝置 配電裝置是發(fā)電廠和變電所的重要組成部分。同時(shí)，由于污染小，還可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。一般情況下，在大中型發(fā)電廠中， 35kV及以下的配電裝置宜采用屋內(nèi)式； 110kV及以上多為屋外式。 ②保證運(yùn)行可靠。 ⑤安裝和擴(kuò)建方便。 (2)母線及隔離開 關(guān)的布置 ① 母線裝在配電裝置的上部，考慮到母線電壓 6kV，短路電流大，選用垂直式，母線相間距離為 700800，兩組母線以垂直的隔墻分開。 (4)配電裝置通道和出口的布置 通道均設(shè)有開關(guān)裝置，則維護(hù)通道 ；操作 機(jī)構(gòu)為固定式，則操作通道 m；防爆通道 ； 配電裝置室長(zhǎng)度大于 7m，兩端均設(shè)置出口；由于電纜出線較多，為方便敷設(shè)和維護(hù)，宜采用電纜隧高 ，兩側(cè)設(shè)數(shù)層電纜支架，在充分考慮防雨雪，風(fēng)沙及污穢等條件下，開窗采光及通風(fēng)，還應(yīng)裝事故通風(fēng)設(shè)備。 雷電過電壓的形成 與危害 ⑴直擊雷：雷電直接對(duì)電氣設(shè)備或建筑物進(jìn)行放電，稱為直接雷擊或直擊雷。 電氣設(shè)備的防雷保護(hù) 防止雷電對(duì)設(shè)備的造成過電壓， 從被保護(hù)物體上方引導(dǎo)雷電通過，并安全埋入大地，防止雷電直擊，減小在其保護(hù)范圍內(nèi)的電器設(shè)備（架空輸電線路及通電設(shè)備）和建筑物遭受直擊雷的概率 。 ⑶配電網(wǎng)的防雷保護(hù) 除了對(duì)配電變壓器高低壓側(cè)以及柱上斷路器必須裝設(shè)避雷器或放電間隙保護(hù)外，對(duì)配電線路本身主要應(yīng)適當(dāng)提高其絕緣水平，應(yīng)廣泛采用重合閘，以減少斷線和停電事故。 避雷針的選擇 ⑴ 避雷針的配置原則 ①獨(dú)立式避雷針宜裝設(shè)獨(dú)立的接地裝置。 ⑵ 避雷針的保護(hù)范圍 ① 針的保護(hù)范圍如圖 71， 高度為 Xh 的水平面上，其保護(hù)半徑 Xr 可按下式計(jì)算 : 當(dāng) 2X hh ?時(shí)， ()XXr h h p?? 當(dāng) 2X hh ?時(shí)， ( 2 )XXr h h p?? 式中： h 為避雷針高度（ m）； Xh 為被保護(hù)物體的高度（ m）； p 為高度影響系數(shù)（ 30hm? 時(shí)，p＝ 1； 30 120hm?? 時(shí)， h?） hh xh xr x 圖 71 單支避雷針地保護(hù)范圍 ②雷針的選擇： 假設(shè)本廠的長(zhǎng)為 120 米，寬為 100 米，被保護(hù)物的高度為 10 米，則： ( 1 . 5 2 ) ( 1 . 5 3 0 2 1 0 ) 1 2 5xxr h h p m? ? ? ? ? ? ? ? 由圖 72 可知： 本廠需采用 5 根單支避雷針才能使全廠處于被保護(hù)的范圍內(nèi)。對(duì)于非直接接地， 20kV 及以下 dC =， 35kV 及以上 dC =；直接接地dC =。 ③工頻放電電壓的上限值： gfxgfs UU ? ④ 避雷器的殘壓： mhbhbc UkU ? 指波形為 8/20 s? 的一定幅值的沖擊電流通過避雷器時(shí)，在閥片上產(chǎn)生的電壓峰值。 35kV 側(cè)避雷器的選擇和校驗(yàn) ⑴型式的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定選用 FCZ 系列磁吹閥式避雷器。 ⑹沖擊放電電壓校驗(yàn)： ?? bcchfd UU kV＜ 110kV，滿足要求。 ⑷工頻放電電壓校驗(yàn)： 下限值： 0 3 1 1 . 5 3 1 9 . 9 1g fx x gU k U k V? ? ? ? 表 73 避雷器參數(shù) 型號(hào) 額定電壓（ kV） 滅弧電壓有效值（ kV） 工頻放電電壓有效值（ kV） 沖擊放電電峰值（ ? ）不大