【正文】 組總有功功率， KW； minP —— 發(fā)電機(jī)電壓母線側(cè)最小負(fù)荷值， KW； cosn? —— 發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)； nS —— 變壓器標(biāo)準(zhǔn)容量， KVA。 本次設(shè)計(jì)的水電站，考慮 到 運(yùn)輸?shù)臈l件和占地面積， 因此 選用三相變壓器 。 本次設(shè)計(jì)的水電站 采用 Yd11 連接方式。根據(jù)變壓器的型式、容量、工作條件的不同，變壓器的冷 卻方式 也不同。 cos? —— 水電站負(fù)荷平均功率因數(shù)。 廠用變 壓器 的型號 根據(jù)計(jì)算的容量和電壓等級初步選擇變壓器型號 側(cè)廠用變壓器： 表 13 廠用變壓器的參數(shù) 型號 額定電壓 (kV) 額定容量 （ KVA） 連接 組別 損耗 （ KW） 阻抗 電壓 空載 電流 高壓 低壓 空載 負(fù)載 SG3200/6 6 200 Yyn0 3 % % 35kV 側(cè)廠用變壓器： 表 14 35KV 廠備用變壓器的參數(shù) 型號 額定電壓 (kV) 額 定容量 （ KVA） 連接 組別 損耗 （ KW） 阻抗 電壓 空載 電流 高壓 低壓 空載 負(fù)載 SCB10200/35 35 200 Yyn0 6% % 廠用變壓器的引接點(diǎn) 本 水電站 廠用變壓器分別從兩個 地方 引接 ，一個接到發(fā)電機(jī)出口 母線 上 ，另外一個接到 35kV 母線上。 （ 3）具有必要的運(yùn)行靈活性。 （ 3）水電站開機(jī)程序比較簡單，機(jī)組起動迅速，易于實(shí)現(xiàn)自動化。 10 電氣主接線的選擇 方案一 ： 35KV 采用單母線接線， 采用單母線接線，如圖 21。 項(xiàng)目 方案一 方案二 方案三 可靠性 在變壓器側(cè)隔離開關(guān)檢修或故障時，變壓器停止工作，發(fā)電機(jī)停機(jī)；引出線的斷路器檢修時，該支路要停止供電，可靠性差。因此，我們都采用三相 短路來計(jì)算短路電流，并檢驗(yàn)電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。 選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫姍C(jī)的影響和電容補(bǔ)償裝置放電電流的影響。 （ 2） 應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件（如海拔、大氣污染程度和環(huán)境溫度等）校核。對于保護(hù)電壓互感器用的高壓熔斷器，只需按額定電壓及斷 流容量兩項(xiàng)選擇，用熔斷器保護(hù)的電壓互感器回路，可不驗(yàn)算動、熱穩(wěn)定。 6 ～ 220kV 電壓等級的每一組主母線的三相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器。但并非所有導(dǎo)線都同時要滿足上述五個條件，一般的講 ， 35kV及以上的線路要按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面，然后再校驗(yàn)其他技術(shù)條件。 機(jī)械強(qiáng)度。對年負(fù)荷利用小時數(shù)大、傳輸容量大、長 度在 20m 以上的導(dǎo)體，其截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度來選擇。 當(dāng)電力系統(tǒng)中被保護(hù)元件出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時，繼電保護(hù)應(yīng)能及時反應(yīng)，并根據(jù)運(yùn)行 維護(hù)條件，動作于發(fā)出信號、減負(fù)荷或跳閘。 一、發(fā)電機(jī)的主保護(hù)配置： 發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動保護(hù)：反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要是由外部短路或過負(fù)荷引起的過電流油面降低和過勵磁等。另一段（簡稱 3 次諧波部分）保護(hù)定子繞組 0～20%，利用發(fā)電機(jī)機(jī)端 3次諧波電壓作為動作量，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的 3 次諧波 電壓作為制動量。 二、動作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。 按導(dǎo)體長期發(fā)熱允許電流選擇母線的載流截面： 載流導(dǎo)體所在電路中最大持續(xù)工作電流 maxgI 應(yīng)不大于導(dǎo)體長期發(fā)熱的允許電流 yI ，即 yI = yNKI? ≥ maxgI 式中 yI —— 導(dǎo)體允許溫度和基準(zhǔn)環(huán)境條件下的長期發(fā)熱允許電流； K? —— 綜合修正系數(shù) 表 415導(dǎo)體載流量在不同溫度下的綜合修正系數(shù) 導(dǎo)體最高允許溫度（℃） 適用范圍 實(shí)際環(huán)境溫度（℃） +35 +40 +45 +70 屋內(nèi)矩形、槽形、管形導(dǎo)體和不計(jì)日照的屋外軟導(dǎo)體 母線的 選擇 本電站當(dāng)?shù)氐哪曜罡邷囟?℃ ,根據(jù)表 415可知， K? = 29 按導(dǎo)體長期發(fā)熱允許電流選擇 m a xm a x 2 1 5 0 0 2 6 0 01 . 0 5 1 . 0 5 6 5 5 . 9 53 c o s 3 6 . 3 0 . 8 5gNPIAU ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? yNI ≥ m a x 6 3 3 .9 5 7 4 5 .80 .8 5gI AK? ?? 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可初步選定 63 =397（ 2mm ）的矩形鋁母線 表 416 單片矩形鋁母線的載流量 母線尺寸 H B （ mm mm） 截 面積 S （ 2mm ） 載流量 （ A） 平放 63 397 822 長期允許載流量 yI = 822= A ＞ A ；滿足要求。 電壓損耗。 27 一、 35kv架空線路的選擇 與校驗(yàn) 因?yàn)?35kV的出線是雙回輸電線路，所以線路輸送的最大負(fù)荷電流為： m a x 2 1 5 0 0 2 6 0 0 5 4 . 3 4 A2 2 3 c o s 2 3 3 5 0 . 8 5NI PU ? ??? ? ?? ? ? ? ? 由于 max 3200T ? h， 查表 413得經(jīng)濟(jì)電流密度 5A /ECJ mm? 表 413 各導(dǎo)線材料經(jīng)濟(jì)電流密度 導(dǎo)線材料 最大負(fù)荷利用小時 3000以下 30005000 5000以上 鋁線、鋼芯鋁線 銅線 鋁芯電線 銅芯電線 則雙回路中每相導(dǎo)線截面積為： 2m a xEC5 4 .3 4S= = = 4 7 .2 5 m m1 .1 5IJ 根據(jù)計(jì)算出的截面積初步選定型號為 LGJ50型導(dǎo)線。 發(fā)電及出口一般裝設(shè)兩組電壓互感器。 24 互感器 的選擇 電流互感器的選擇 一、電流互感器的配置 凡是裝設(shè)斷路器的回路均應(yīng)裝設(shè)電流互感器，其數(shù)量應(yīng)能滿足測量、保護(hù)、自動裝置的需要。 （ 4） 與整個工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)協(xié)調(diào)一致。 導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流一般按三相短路驗(yàn)算。 在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。 在 變壓器側(cè) 隔離開關(guān)檢修或故障時，該支路變壓器停止工作，經(jīng)母聯(lián)合閘，給線路供電；引出線的斷路器檢修時，該支路要停止供電，可靠性較好。 缺點(diǎn)：（ 1）一回出線故障或檢修，電站一半功率需暫停輸出，帶線路隔離開關(guān)拉開后，全部功率可由另一半回路送出； （ 2）橋連斷路器檢修時，二回出線需解列運(yùn)行，如 有穿越功率通過將受影響； （ 3）分段隔離開關(guān)故障或檢修需全場停機(jī)。但規(guī)劃設(shè)計(jì)中明確分期建設(shè)的電站，則在主接線設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。 （ 4）考慮發(fā)展的可能性和分期工程過渡。 9 第 2 章 電氣 主接線的選 擇 電氣主接線的基本要求 （ 1）保證必要的可靠性和電能的質(zhì)量。 廠用變壓器 冷卻方式的選擇 雖然空氣比油的冷卻作用差，但是此變壓器容量偏小，電流密度偏低，因此采用干式自冷式的冷卻方式比較合適。 發(fā)電廠和變電所里的大部分變壓器，都是油浸式變壓器，對于 7500kVA 以下小容量的變壓器，均采用自然風(fēng)冷卻， 為使熱量散發(fā)到空中，裝有片狀或管形輻射式冷卻器，以增大冷卻面積。通過變壓器的分接頭開關(guān)切換，改變變壓器高壓側(cè)繞組的匝數(shù)，從而改變其變比，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。 因?yàn)楸舅娬局挥袃蓚€電壓等級，因此選用雙繞組變壓器。 主變壓器 型式 的選擇 油浸式變壓器：過載能力強(qiáng)，維護(hù)能力強(qiáng)，價格便宜，但由于采用油為絕緣和冷卻絕緣介質(zhì)，必須要注意防火防爆，同時檢修維護(hù)復(fù)雜。所以在選擇主變壓器時，主要以水電站的經(jīng)濟(jì)性、供電可靠性放在第一位考慮，來確立主變壓器的選擇方案。 主變壓器的臺數(shù)選擇技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 的比較 表 11 主變臺數(shù) 單臺變壓器 兩臺變壓器 技術(shù)指標(biāo) 供電安全性 滿足要求 滿足要求 供電可靠性 基本滿足要求 滿足要求 供電質(zhì)量 電能損耗略大 電能損耗略小 靈活方便性 靈活性差 靈活性好 擴(kuò)建適用性 稍差 好 經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 電力變壓器的綜合 投資 占地面積小，投資小 花費(fèi)投資適中 主變壓器臺數(shù) 的確定 通過對待設(shè)計(jì)水電站原始資料和數(shù)據(jù)的分析，可以看出該水電站對系統(tǒng)的影響不大，不會大范圍的影響該地區(qū)的供電質(zhì)量。 因?yàn)?本 水電站 相比電網(wǎng)中其他水電站，該水電站的機(jī)組容量較小 ，在電網(wǎng)中處于次要地位， 且發(fā)電最大利用小時數(shù)為 3200h， 機(jī)組滿發(fā)的 概率較 少，因此我 們選擇了 容量為 6300KVA的變壓器作為主變壓器。 主變壓器繞組數(shù)的選擇 國內(nèi)電力系統(tǒng)中采用的變壓器按繞組數(shù)分類有雙繞組普通式、三繞組式、自耦式以及低壓繞組分裂式等變壓器。 主變壓器調(diào)壓方式的選擇 為了保證發(fā)電站的供電質(zhì)量，電壓必須維持在允許范圍內(nèi)。 一般的冷卻方式有：自然風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫空氣冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。 NS —— 廠用變壓器容量。正常運(yùn)行時 廠用變壓器承擔(dān)全部自用負(fù)荷， 35kV 廠用變壓器停用，當(dāng) ，則備用變壓器擔(dān)負(fù)全部自用負(fù)荷。主接線在正常情況下應(yīng)能滿足所需要的各種運(yùn)行方式；在發(fā)生故障 時要便于采取相應(yīng)的事故運(yùn)行措施；在設(shè)備檢修時應(yīng)盡量不中斷供電或縮小停電范圍和縮短停電時間。 （ 4）水電站規(guī)模確定后，一般不考慮擴(kuò)建。 圖 21 優(yōu)點(diǎn)：（ 1）接線簡單清晰，設(shè)備少， 運(yùn)行時 操作方便，投資少，便于擴(kuò)建 ； （ 2）變壓器數(shù)量少，投資省，電 能損失小； （ 3） 隔離開關(guān)僅在檢修時用來隔離電源，誤操作的可能性小，適應(yīng)性強(qiáng)，主變壓器負(fù)荷變化不完全影響發(fā)電機(jī)的發(fā)電容量； 缺點(diǎn)：（ 1） 該電氣主接線的工作 可靠性 和 靈活性 較 差； （ 2）母線范圍（各回路斷路器觸頭以內(nèi)的母線電路）內(nèi)發(fā)生故障時，與母線相連的所以有電源回路均需切除，全部負(fù)載中斷供電，直至故障排除； （ 3）母線或任一母線隔離開關(guān)需停電檢修，全部回路停止供電； （ 4）某一回路的設(shè)備（斷路器后線路隔離開關(guān)）需檢修時，該回路應(yīng)停止供電； 11 方案二： 35KV 采用單外僑接線 ， 采用單母線分段接線 ，如圖 22 圖 22 優(yōu)點(diǎn)：（ 1）接線簡單，高壓斷路器數(shù)量少，進(jìn)出線減少 ，且線路的運(yùn)行變壓器的干擾； （ 2）一臺主變壓器回路故障或檢修，不影響線路和另一臺變壓器運(yùn)行； （ 3）當(dāng)任意一段母線及其所接隔離開關(guān)故障或檢修時，只需短時間停機(jī)，帶分段隔離開 關(guān)拉開后，仍保持另一段母線所接機(jī)組送電，可靠性與靈活性比單母高。 在變壓器側(cè) 隔離開關(guān)檢修或故障時，該支路變壓器停止工作，線路經(jīng)跨條連接，恢復(fù)供電；引 出線的斷路器檢修時，該支路要停止供電，可靠性好。 一、短路電流計(jì)算的目的 在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。 選擇導(dǎo)體和電器時，對不帶電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn)，應(yīng)按選擇在正常接線方式時短路電流為最大的 地點(diǎn)。 （ 3） 應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。 （ 1）根據(jù) 額定電壓和額定電流初步選定其型號為 表 46 2RN 熔斷器的參數(shù) 型號 額定電壓 （ kV） 額定電流 （ A） 額定開斷電流（ MVA） 2RN 10 1000 （ 2）根據(jù) 35KV熔斷器的 額定電壓和額定電流初步選定其型號為 表 47 RW935 熔斷器的參數(shù) 型號 額定電壓 （ kV） 額定電流 （ A） 額定開斷電流（ MVA） RW935 35 2021 熔斷器開斷電流校驗(yàn)： dLS ≥ kS 用于保護(hù) 電壓互感器的熔斷器： 1000MVA≥ 85MVA 用于保護(hù) 35kV 電壓互感器和廠用變的熔斷器： 2021MVA≥ 172MVA 因此符合要求。 當(dāng)需要監(jiān)視和檢測線路側(cè)有無電壓時，出線側(cè)的一相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器。對于中低壓配電網(wǎng)，一般按照電壓損耗條件選擇導(dǎo)線截面，再校驗(yàn)其他條件。 LGJ50的最小允許截面為 210mm ＜ 250mm ，符合要求。 本電站匯流母線的長度小于 20m，且各段電流分布不一，因此按導(dǎo)體長期發(fā)熱允許電流選擇母線的截面積。此時一般不要求保護(hù)迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。 發(fā)電機(jī)定子 100%接地保護(hù)：主要有兩段構(gòu)成，一段（簡稱基波部分）保護(hù)定子繞組的 5%～ 100%，采用基波零序電壓原理構(gòu)成。 一、 主變壓器主保護(hù)的配置