【110kv水電站電氣一次部分設(shè)計17000字（論文）】

iii110kv水電站電氣一次部分設(shè)計摘要：水力發(fā)電站的建設(shè)對于我國的可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的意義。在水力發(fā)電設(shè)計中，電站的電氣部分設(shè)計是支撐電站長久發(fā)展的關(guān)鍵。本課題以夾江毛灘水電站作為探究對象，對該水電站進行電氣一次部分設(shè)計，提高電站的穩(wěn)定和安全特性。設(shè)計通過對夾江毛灘水電站的原始資料分析，從水電站的主接線設(shè)計、主變壓器設(shè)計、短路電流計算、主要電氣設(shè)備選擇、變壓器保護配置等一些方面來進行詳細的設(shè)計，并完成圖紙繪制。同時，本課題旨在增強電氣電路設(shè)計的規(guī)范性、保障電站運行效率、合理規(guī)劃組裝硬件及計劃完成任務(wù)等方面，在一定程度上，本課題具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：水力發(fā)電；電路方案設(shè)計；電氣一次設(shè)計目錄1緒論 總體設(shè)計夾江毛灘水電站，屬于中型水力發(fā)電站，裝機容量為104兆瓦，位于夾江縣境內(nèi)的青衣江干流之上，該水庫蓄水位正常位置為406米，水庫容量為1800萬立方米。年平均發(fā)電量為4.885億千瓦時。該電站建成之后，其整體裝進容量占系統(tǒng)總?cè)萘康?.8%，且屬于青衣江干流部分的第一級水電站。因此，該水電站在未來的電力系統(tǒng)中具有較大的作用與重要的地位，因此設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)出經(jīng)濟學(xué)與靈活性，使其成本降低，并為未來的升級改造奠定基礎(chǔ)。根據(jù)前期資料，本次設(shè)計工作的重點是做好電氣主線路設(shè)計，以及短路電流計算，并做好后續(xù)的繼電保護工作。因為該水電站的高低兩級電壓主接線主要使用10.5KV的電壓進行配電，并且需要110KV高壓配電裝置，廠用電等設(shè)備選擇也是保證其運行的重要方面。2.1電氣部分主接線設(shè)計原則2.2.1主接線基本要求作為建立水電站的基礎(chǔ)設(shè)計部分，其是構(gòu)成整個發(fā)電站電力系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)，有效的保障主接線設(shè)計，可以保障未來水電站發(fā)展的安全性、可靠性以及運營成本。在主接線設(shè)計方案中，其基本原則[5,6]，為具有穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟性，并且需要具備可供水電站所有機器組件共同運行的基礎(chǔ)要求，此外也需要保證整體運行的效率、效益以及安全性系數(shù)。同時，整體的主接線方案需要綜合考慮當(dāng)前水電站其周邊的位置特點、動能特性、各組件樞紐的總體布置方案、土壤地質(zhì)情況、地形條件、交通運行規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護策略、設(shè)備成本與經(jīng)濟學(xué)等各類因素。在進行最終主接線方案設(shè)計時，又需要結(jié)合整體硬件供電能力是否滿足需求、總線路運行靈活性、設(shè)備與線路檢修的方便程度、保證接線簡潔和條理清楚、節(jié)約總體成本與資金投入等經(jīng)濟方面因素以及技術(shù)硬件方面要求，最終確定總體的接線方案。此外，根據(jù)我國電氣設(shè)計的技術(shù)規(guī)程規(guī)定，主接線設(shè)計應(yīng)該根據(jù)發(fā)電廠電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)量、設(shè)備整體特征特點以及電氣設(shè)備的負荷性質(zhì)等因素進行確定，并且滿足實際具體要求。2.2.2主接線可靠性供電可靠是電力生產(chǎn)和分配的首要要求電氣主接線必須滿足這個要求。研究主接線可靠性應(yīng)注意的問題[7,8,9,10]：應(yīng)重視國內(nèi)外長期運行的實踐經(jīng)驗及可靠性的定性分析。主接線可靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)是運行實踐，至于可靠性的定量分析由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及計算方法尚不完善，計算結(jié)果不夠準(zhǔn)確，因而目前僅作為參考。主接線的可靠性要包括一次部分和相應(yīng)組成的二次部分在運行中可靠性的綜合。主接線的可靠性在很大程度上取決于設(shè)備的可靠程度，采用可靠性高的電氣可以簡化接線。要考慮所設(shè)計發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位和作用。2.2.3主接線靈活性主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。調(diào)度時，應(yīng)可以領(lǐng)土后地投入和切除發(fā)電機、變壓器和線路，調(diào)配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式下的系統(tǒng)調(diào)度要求。檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全檢修而不致影響電力網(wǎng)的運行和對用戶的供電。擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下，投入新裝機組、變壓器或線路而不互相干擾，并且對一次和二次部分的改建工作量最少。經(jīng)濟合理地選擇主變壓器的種類（雙繞組、三繞組或自耦變壓器）、容量、數(shù)量，在避免因兩次變壓增加電能損耗。此外，在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計中，要避免建立復(fù)雜的操作樞紐，為簡化主接線，發(fā)電廠接入系統(tǒng)的電壓等級一般不超過兩種。2.2主接線方案比較和選擇在主接線路設(shè)計中，其主要可以分為主輸電電路的設(shè)計、發(fā)電機部分電路設(shè)計和高壓側(cè)接線路的優(yōu)化設(shè)計等[11]。電氣主接線的設(shè)計是發(fā)電廠和變電站設(shè)計的主體。它與電力系統(tǒng)、電廠動能參數(shù)、基本原始資料以及電廠運行可靠性、經(jīng)濟性的要求等密切相關(guān)，并對電氣設(shè)備選擇和布置、繼電保護和控制方式等有較大的影響。因此，主接線設(shè)計，必須結(jié)合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠的具體情況，全面分析有關(guān)影響因素[12,13]，正確處理他們之間的關(guān)系，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟比較，合理地選擇主接線方案。在原則上，電氣主接線設(shè)計的基本原則是以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術(shù)要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節(jié)省投資，就近取材，力爭設(shè)備元件和設(shè)計的先進性與可靠性。在工程設(shè)計過程中，經(jīng)上級主管部門批準(zhǔn)的設(shè)計任務(wù)書或委托書是必不可少的。它將根據(jù)國家經(jīng)濟發(fā)展及電力負荷增長率的規(guī)劃，給出所設(shè)計電廠的容量、機組臺數(shù)、電壓等級、出線回路數(shù)、主要負荷要求、電力系統(tǒng)參數(shù)和對電廠的具體要求，以及設(shè)計的內(nèi)容和范圍。這些原始資料的設(shè)計的依據(jù)，必須進行詳細的分析和研究，從而可以初步擬定一向主接線方案。國家方針政策、技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)國家實際狀況，結(jié)合電力工業(yè)的技術(shù)特點而制定的準(zhǔn)則，設(shè)計的主接線應(yīng)滿足供電可靠、靈活、經(jīng)濟、留有擴建和發(fā)展的余地。設(shè)計時，在進行論證分析階段，更應(yīng)合理地統(tǒng)一供電可靠性與經(jīng)濟性的關(guān)系，以便于使設(shè)計的主接線具有先進性和可行性。根據(jù)實際調(diào)研，夾江毛灘水電站，其連接的電網(wǎng)電壓為100kv，電網(wǎng)需要在系統(tǒng)中承擔(dān)起峰值調(diào)頻、問題防備等任務(wù)。電站與附近最近的變電站進行線路連接，100kv的短路電流需要不小于10kA，因此，需要對于主變壓器與主發(fā)電機進行組合調(diào)優(yōu)。原始資料中發(fā)電機輸出電壓等級為10.5kV，所以輸出電壓等級為10kV。根據(jù)實際計算，滿負荷功率要求應(yīng)設(shè)置在0.85-0.95之間，并根據(jù)該調(diào)壓規(guī)則，主變調(diào)壓為135±1×2.5%。表1110KV水電站負荷資料負荷最大負荷量（MW）年最大負荷利用時間數(shù)（h）Cos?110KV變電系統(tǒng)3055000.852.2.110kV側(cè)主接線設(shè)計6~10kV配電裝置出線回路數(shù)為6回及以上時，可采用單母線分段接線。線路為12回及以上時，亦可采用雙母線接線。方案一：單母線分段接線。方案二：雙母線接線。本水單站10kV側(cè)線路為14回。方案二一般用于出線較多，輸送和穿越功率較大，供電可靠性和靈活性要求較高的場合，設(shè)備多，投資和占地面積大，配電裝置復(fù)雜，易誤操作。方案一簡單清晰，調(diào)度靈活，不會造成全站停電，能保證對重要用戶的供電，設(shè)備少，投資和占地小。為了防止因電源斷開而引起的停電，可在分段斷路器上裝設(shè)備用電源自動投入裝置，在任一分段的電源斷開時，將分段斷路器自動接通。經(jīng)過綜合比較，方案一經(jīng)濟性好，且調(diào)度靈活也可保證供電的可靠性，所以選用方案單母線分段接線。2.2.235kV側(cè)主接線設(shè)計方案一:雙母線接線。方案二:單母線分段帶旁路母線接線。本水電站35Kv側(cè)線路有8回根據(jù)本地區(qū)電網(wǎng)特點,本變電站電源主要集中在35kV側(cè)，不允許停電檢修斷路器，可設(shè)置旁路設(shè)施。故可選擇雙母線接線或者單母線分段帶旁路母線接線兩種方案。方案一供電可靠、調(diào)度靈活，但是倒閘操作復(fù)雜，容易誤操作，占地面積大，設(shè)備多，配電裝置復(fù)雜，投資大。方案二簡單清晰，操作方便，不易誤操作，設(shè)備少，投資小，占地面積小，旁路斷路器可以代替出線斷路器，進行不停電檢修出線斷路器保證重要回路特別是電源回路不停電。但增加一組母線就需要增加一組母線隔離開關(guān)，操作復(fù)雜，投資費用大。方案二最具有良好的經(jīng)濟性，供電可靠性也能滿足要求，故35kV側(cè)接線采用方案二單母線分段帶旁路母線接線。2.2.3110kV側(cè)主接線設(shè)計本水電站110kV線路有14回根據(jù)介紹各種接線方式的適用范圍，可選用雙母線帶旁路母線接線或單母線分段接線兩種方案。方案一：雙母線帶旁路母線接線。（設(shè)專用旁路斷路器）方案二：單母線分段接線。方案一供電可靠，運行方式靈活，但是倒閘操作復(fù)雜，容易誤操作，占地面積大，設(shè)備多，投資大。方案二簡單清晰，操作方便，不易誤操作，設(shè)備少，投資少，占地面積小，但是運行可靠性和靈活性比方案一稍差。電源只要集中在35kV側(cè)，110kV側(cè)是為提高經(jīng)濟效益及系統(tǒng)穩(wěn)定性與大電網(wǎng)的聯(lián)系采用方案一能夠滿足本變電站110kV側(cè)對供電可靠性的要求，故選用供電可靠，運行方式靈活的方案一雙母線帶旁路母線接線。設(shè)置旁路設(shè)施的母線是為了減少在斷路器檢修時對用戶供電的影響。若裝設(shè)SF斷路器時，因斷路器檢修周期可長達5~10年甚至20年，可以不設(shè)旁路母線。對于接線方案，本文利用110KV電壓等級進行方案設(shè)計，將帶有旁路母聯(lián)斷路器進行線路接入（輸出電壓為主電壓一半），并且增加了斷路器和隔離開關(guān)，110KV負荷屬于有II類負荷，因此可以使用雙母線并帶入旁路母聯(lián)斷路器進行接線。該種連接的好處在于利用斷路器進行分段后，可以有效分出兩個回路，并有兩個電源進行供電，當(dāng)一個發(fā)生故障時，可以將故障部分進行切斷進行維修，維持正常供電。下圖1，展示的是主線接線設(shè)計，其中上部分為110KV攜帶母聯(lián)斷路器，輸出電壓為35KV，下半部分為電源供電。在本方案中，使用斷路器有效對母線進行分段，這樣保障兩個電源同時供電，防止一段母線故障造成的整體線路癱瘓。此外，雙母線的接線形式，也具有更高的靈活性和可靠性，并且對于后續(xù)電路升級提供空間，在線路檢修時，可以不中斷的為用戶進行電量的供給；并且，若工作時的母線發(fā)生問題，可以將全部的回路放到備用母線上面，保障快速的供電回復(fù)。因此，雙母線的形式可以克服單母線分段形式的缺點，不論是的面對故障、檢修等問題上，均有一定的保障。圖1110KV主接線設(shè)計簡圖3詳細設(shè)計3.1主變壓器設(shè)計3.1.1主變壓器要求主變壓器與發(fā)電機組合設(shè)計。主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。它的確定除依據(jù)傳遞容量基本原始資料外，還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)5～10年發(fā)展規(guī)劃、輸送功率大小、饋線回路數(shù)、電壓等級以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，進行綜合分析和合理選擇。如果變壓器容量選得過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，增大占地面積，而且也增加了運行電能損耗，設(shè)備未能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，將可能“封鎖”發(fā)電機剩余功率的輸出或者會滿足不了變電站的負荷的需要，這在技術(shù)上是不合理的，因為每千瓦的發(fā)電設(shè)備投資遠大于每千瓦變電設(shè)備的投資[14,15]。3.1.2主變壓器方案根據(jù)資料采集，當(dāng)前對于主變壓器與發(fā)電機的組合，可以使用如下三類方案[16,17]：單發(fā)電機與單主變壓器進行連接，這種方式，通常對于設(shè)備選型、設(shè)備位置堆放、總體線路布局相對簡單。同時，其具有較低的成本，但是總體的側(cè)接線設(shè)計相對復(fù)雜，并且會產(chǎn)生進線回路較多的問題，因此可靠性有待商榷。單發(fā)電機與單主變壓器連接，但是每兩臺連接機器在電網(wǎng)種進行側(cè)聯(lián)合調(diào)壓。該種組合方式是第一個方案的升級版，其依然保持較低的經(jīng)濟成本，但是相對來講總體操作復(fù)雜度上升，且存在一些固有的調(diào)整，造成系統(tǒng)并不靈活。兩臺發(fā)電機與單主變壓器進行連接，保持100kv高壓側(cè)聯(lián)合，是整體的靈活度增加，并且其改善了第一類方案種進線回路較多的問題。該方案雖然經(jīng)濟成本適當(dāng)提高，但是整體電路的靈活度以及可靠性上均大幅度增加，因此本課題將使用該種發(fā)電機與主變壓器的連接組合方式。變壓器容量計算公式，通常需要提供兩臺變壓器進行組合，其中一臺作為主推變壓器，另一臺則承擔(dān)70%的容量，根據(jù)現(xiàn)有資料，計算方式為最大容量SMAXS根據(jù)具體統(tǒng)計，我們分別進行負荷計算、變壓器容量計算、變壓器選型。3.1.3主變壓器負荷計算變壓器負荷計算表2負荷統(tǒng)計資料序號出線名稱額定容量(kW)線路長度(kM)1#190022#290023#3100024#4100015#5、#660001.56#7、#818001.57#9、#106001.58#1110001.59#1210001.510#13、#149501.511#1516001.512#1616001表2為統(tǒng)計后的負荷計算表格。整體的計算負荷均由水電站本身的負荷容量進行決定，基于此，進行如下負荷計算：主要根據(jù)負荷資料計算出有功與無功功率[18]。Q=P×tanφ,∑P=（+通過前期對于資料的采集，可以確定如下參數(shù)：功率的因子為cos?=0.85，則其正切P1=P2=900KW,Q1Q=i=1綜合計算后可得到有功功率P，以及無功功率Q的結(jié)果為：∑P=16055KW∑Q=15004KW3.1.4主變壓器容量計算變壓器容量計算審查擴張計劃并留出一些余地。膨脹后的功率因數(shù)為0.9。tanPSS=S主變功率選擇超過19931kw。使用的可變負載為0.5%S=根據(jù)計算可以得出主變壓器的容量為1423.6KW。3.1.5主變壓器選型變壓器選型根據(jù)實際，低壓側(cè)的容量是最大的，因此，可以選擇兩個三繞組形式變壓器，并且一臺作為主推變壓器，另一臺則承擔(dān)起容量，本文擬選定480MVA的變壓器。當(dāng)不受運輸條件限制時，在330KV以下的變電所均應(yīng)選擇三相變壓器。而選擇主變壓器的相數(shù)時，應(yīng)根據(jù)原始資料以及設(shè)計變電所的實際情況來選擇。單相變壓器組，相對來講投資大，占地多，運行損耗大，同時配電裝置以及繼電保護和二次接線的復(fù)雜化，也增加了維護及倒閘操作的工作量。本次設(shè)計中的變壓器用于發(fā)電廠升壓變壓器，而且容量小，其體積也相對較小宜選用三相變壓器[19,20]。主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷卻，強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻，強迫油循環(huán)水冷卻。自然風(fēng)冷卻：一般只適用于小容量變壓器。強迫油循環(huán)水冷卻，雖然散熱效率高，節(jié)約材料減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點。但是它要有一套水冷卻系統(tǒng)和相關(guān)附件，冷卻器的密封性能要求高，維護工作量較大[21,22]。在此次設(shè)計中變壓器不宜采用自然風(fēng)冷，采用水冷雖然運行維護費用高，但此變壓器容量相對大，要求散熱效率高，節(jié)約材料減少變壓器本體尺寸，所以選用強迫油循環(huán)水冷。因此，根據(jù)上述，可以選擇的主變壓器最終選型如下表3所示：表3S11-31500/35變壓器參數(shù)型號額定容量（kVA）額定電壓高壓低壓中性點電流（kA)阻抗電壓損耗（KW）空載短路零序阻抗（%）S11-31500/353150031.5;10.56610%7.1/1.15.53.2側(cè)接線設(shè)計3.2.1側(cè)接線設(shè)置發(fā)電機的斷路器設(shè)置（側(cè)接線設(shè)置）根據(jù)本文前期的資料查詢，對于水電站的發(fā)電機要求種，需要其對于整體使用的單元回路進行倒送，以防止主變壓器的側(cè)接線路頻繁的出現(xiàn)開環(huán)運行的情況[23,24]。此外，由于本次建設(shè)的是中型發(fā)電站，因此，可以在其發(fā)電機的出口部分增加發(fā)電機斷路器，使整體的支路運行更加通暢，并且在斷路器部分的參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)置，使發(fā)電機并電網(wǎng)發(fā)電，不會產(chǎn)生電源斷路，保證整個電路系統(tǒng)的正常運行。根據(jù)相應(yīng)的探究，針對斷路器的參數(shù)設(shè)置如下：額定電壓為：110kv，額定電流為：1kA，額定短路電流為：210kA，額定短路持續(xù)時間：3-5s。對于該斷路器，本文主要使用的是將隔離開關(guān)與接地開關(guān)進行組合，并在斷路器配置保護電容，保證開關(guān)對于電壓操作過程中的瞬時保護作用，并增加一定的限制操作，使該電路的整體安全性具有保障[25]。此外，對于該側(cè)接線路的設(shè)計，也是利用單一的母線，并實現(xiàn)跨條接線方式，這也是使用斷路器固有的接線方式，整體的設(shè)計更加簡潔，對于操作的容錯率也有一定提升，且自動化程度較高。3.3短路電流計算在整體的電路系統(tǒng)中，主要采用的是100kv的母線三相短路系統(tǒng)，由于整體的電路條件較為復(fù)雜[26]，因此，需要利用三項短路電流圖進行簡化，并且使用等值電抗轉(zhuǎn)換進行計算。對于計算短路電流的原因分析如下：短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點接地系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在電力系的電氣設(shè)備，在其運行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見也是最危險的故障是發(fā)生各種形式的短路問題，因為它們會破壞對用戶的正常供電和電氣設(shè)備的正常運行。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路，兩相短路，兩相接地短路和單相接地短路。其中，三相短路是對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對稱短路。根據(jù)電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。三相短路雖然很少發(fā)生問題，但是一經(jīng)出現(xiàn)則情況較為嚴(yán)重，應(yīng)給以足夠的重視。因此，我們需要對采用的三相電路來計算短路電流，并檢驗電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。在短路發(fā)生時，由于電源供電回路的阻抗減小以及突然短路時的暫態(tài)過程，使短路回路中的短路電流值大大增加，可能超過該回路的額定電流許多倍。短路電流通過電氣設(shè)備中的導(dǎo)體時，其熱效應(yīng)會引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。且短路會引起電網(wǎng)中的低壓降低，可能使部分用戶供電受到破壞。還會引起系統(tǒng)功率分布的變化，使發(fā)電機失去同步，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，引起大片地區(qū)停電。在計算短路電流時，需要先考慮其電路的阻抗，根據(jù)下圖2的等值電路，進行計算。圖2等值電抗電路根據(jù)資料，本文采用4×125MVA水電站進行設(shè)計，其基準(zhǔn)容量為：S計算電路的阻抗值：總體的發(fā)電機的電抗值為：X變壓器的電抗值：本文采用三繞組變壓器UdXXX根據(jù)10KV進行歸算，得到標(biāo)幺值XTXXX整體線路阻抗XL和標(biāo)幺值XXX由計算可得整體線路的阻抗值為0.11。短路電流計算：對于10KV的側(cè)短路，進行等值電路轉(zhuǎn)換，可得如下圖3所示：圖310KV短路計算初始電流：II

I沖擊電流SkISD1短路電流總和S''IIISD2短路電流總和S”：IIIc?S”=由上述計算可以得出10kv側(cè)初始電流為0.5A，沖擊電流為1878.5MVA，D1短路電流為610.67A，D2短路電流為419.44A。通過計算該短路電流，可以有效了解當(dāng)前初期水電站設(shè)計的總體用電和線路參數(shù)，幫助后續(xù)的電氣設(shè)備選擇和檢驗。并為后續(xù)的水電站升級改造，后期維修保護等，均提供有效的理論支撐。3.4廠用電方案3.4.1廠用電要求廠用電設(shè)計應(yīng)按照運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，妥善解決分期建設(shè)引起的問題并積極采用新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計達到經(jīng)濟合理，技術(shù)先進、保證機組安全、經(jīng)濟和保證機組滿發(fā)的運行。并且廠用電接線應(yīng)滿足以下要求：各機組廠用電應(yīng)獨立，一臺機組故障時，不應(yīng)影響另一臺機組的正常運行；充分考慮機組起動和停運過程中的供電要求[27]。根據(jù)當(dāng)前水電站的條件，其主要使用的是一級電壓，并且為工業(yè)用電與機組混合供電方式，需要使用電能的部分為整體水電站的夜間照明、工作照明和一些動力設(shè)備與組件。3.4.2廠用電方案選擇在廠用電方案中，可以應(yīng)用兩段單母線分段接線，并通過相關(guān)6D段的電源，從最近距離變電所或電廠進行電能提取，同時，使用5D段電源連接到本發(fā)電站的發(fā)電機上，進行自用電供應(yīng)。此外，為了提供斷電保護，應(yīng)提供相應(yīng)的備用電源，將其預(yù)備在兩個接線段，以防止停電斷電問題[28]。為了進一步提高安全性和防止事故，兩個段的電源進行獨立運行，并進行獨立供電，這種方式，可以保證當(dāng)有一臺變壓器出現(xiàn)故障，則可以將其與發(fā)電機連接斷開，并開始進行分段方式進行供電，并進行維修工作[29]。對于110kv電廠進行供電，檢修時整體系統(tǒng)的最大功率約為1100kw，因此此時的最大負荷為550kw。這里對于備選的電源，目前僅設(shè)置一個（在考慮成本狀態(tài)下），因此，需要使用的變壓器規(guī)格為1100kvA。3.5整體設(shè)備布局本課題對于水電站的廠房進行主副設(shè)置，主房區(qū)為圓筒式廠房，副房區(qū)為扇形房區(qū)。這與當(dāng)前的一些水電站建設(shè)一致，主要目的是為了通風(fēng)及安全性、經(jīng)濟性考慮。為了所有設(shè)備進行有效規(guī)整的布置，將整體的配電主屏分為兩個樓層進行布置。我們將兩個段的電源進行分層布置，其中6D段與發(fā)電機、斷路器放在一層，而5D段與單相用變壓器放在同一層，合理的實現(xiàn)廠房分配位置方式[30]。3.5.1主變壓器的位置對于該期間的放置，主要是對于主平臺的布置，以及電線的布置。對于具體進行設(shè)備放置時，需要將高壓設(shè)備的相同線路和器件，與主變壓器放置在同一高度和位置。這樣分類的布置方式，可以有效節(jié)省施工時間，并且降低總體的工程量，提高整體的工期。3.5.2總體線路布置接線過于復(fù)雜可能反而會降低可靠性。應(yīng)力求簡單，斷路器、隔離開關(guān)、互感器、避雷器、電抗器等的高壓設(shè)備數(shù)量力求較少，不應(yīng)該有多余的設(shè)備，性能也需要適用即可[31,32]。時應(yīng)采取限制短路電流的措施，以便可以選用便宜的輕型電器，并減少出線電纜的截面。要能使機電保護和二次回路不過分復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜。努力降低電能損耗。應(yīng)避免迂回供電增大電能損耗。主變壓器的型號、容量、臺數(shù)的選擇要經(jīng)濟合理。盡量減少占地。土地是極為寶貴的資源，主接線設(shè)計應(yīng)使配電裝置占地較少。對于普通的水電站線路布置，如果沒有任何特殊的要求，通常會產(chǎn)生一個問題，就是動力電纜對于控制電纜有一定的影響，因此，對于這部分的處理，可以通過采用豎井設(shè)置的方式，即將控制電纜與動力電纜均按照該方式設(shè)置，可以實現(xiàn)兩者的分布走線，不會產(chǎn)生干擾問題。此外，對于一些電纜線會產(chǎn)生外露氧化等問題，因此，可以利用電柜鋪設(shè)的方式，進行架起，防止整體鋪線方式過于混亂。4高壓配電裝置優(yōu)化配電裝置分為屋內(nèi)配電裝置和屋外配電裝置。在現(xiàn)場組裝的配電裝置，又稱為裝配式；在工廠預(yù)先把各種電器安裝在柜（屏）中，成套運至安裝地點，則稱為成套配電裝置。此外還有由新型的SF6全封閉組合電器構(gòu)成的配電裝置[33]。4.1屋內(nèi)配電裝置屋內(nèi)配電裝置的特點是：由于允許安全凈距小、可以分層布置，故占地面積較??；維修、操作、巡視在室內(nèi)進行，比較方便，且不受氣候影響；外界污穢空氣不會影響電氣設(shè)備，維護工作可以減輕；房屋建筑投資較大。但35KV及以下電壓等級可采用價格較低的戶內(nèi)型設(shè)備，減少一些設(shè)備投資。4.2屋外配電裝置屋外配電裝置的特點是：土建工程量和費用較少，建設(shè)周期短；擴建方便；相鄰設(shè)備之間距離較大，便于帶電作業(yè)；占地面積大；設(shè)備露天運行條件較差，須加強絕緣；天氣變化對設(shè)備維修和操作有較大影響。4.3成套配電裝置成套配電裝置的特點是：電氣設(shè)備布置在封閉或半封閉的金屬外殼中，相間和對地距離可以縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??；大大減少現(xiàn)場安裝工作量，有利于縮短建設(shè)周期，也便于擴建和搬遷；運行可靠性高，維護方便；耗用鋼材較多，造價較高。5主要電氣設(shè)備選擇5.1高壓斷路器選擇選擇斷路器時，應(yīng)注意以下幾點：斷路器在合閘操作中是良導(dǎo)體。負載電流不僅可以長時間流動，而且在短路電流作用下具有足夠的熱穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。切割時需要良好的分離和絕緣。它需要足夠的消化和盡可能短的分割。它是機電設(shè)備中使用壽命最長的，要求設(shè)計簡單、體積小、重量輕、安裝維護方便。5.1.110kV高壓斷路器選擇計算方式分別為：按照額定電壓UN來選擇斷路器的型號[34]UU按照額定電流INII根據(jù)上述結(jié)果，選擇ZN10-12型號高壓斷路器，我們可以得出高壓斷路器的選擇參數(shù)如下表4所示：表4ZN10-12高壓斷路器參數(shù)型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）額定開斷電流（KA）ZN10-121227508031.5（4S）31.5熱穩(wěn)定校驗：因為tK=4s>1s，短路電流的熱效應(yīng)Q根據(jù)計算得It動穩(wěn)定校驗：短路沖擊電流不得超過斷路器動穩(wěn)定開斷電流，即Ies根據(jù)以上校驗結(jié)果得知，ZN10-12斷路器滿足要求，所以本次設(shè)計選擇該斷路器。5.1.235kV高壓斷路器選擇按照額定電壓UNUU按照額定電流INII根據(jù)上述結(jié)果，選擇ZW7-40.5型號高壓斷路器，我們可以得出高壓斷路器的選擇參數(shù)如下表5所示：表5ZW7-40.5高壓斷路器參數(shù)型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）額定開斷電流（KA）ZN10-1240.512508018.3（4S）18.3動穩(wěn)定校驗：Ies熱穩(wěn)定校驗：ItZW7-40.5型號高壓斷路器符合要求。5.1.3110kV高壓斷路器選擇按照額定電壓UNUU按照額定電流INII根據(jù)上述結(jié)果，選擇LW38-126型號高壓斷路器，我們可以得出高壓斷路器的選擇參數(shù)如下表6所示：表6LW38-126高壓斷路器參數(shù)型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）額定開斷電流（KA）ZN10-12126315010014.8（4S）14.8動穩(wěn)定校驗：Ies熱穩(wěn)定校驗：ItLW38-126型號高壓斷路器符合要求。5.2隔離開關(guān)的選型當(dāng)備用或旁路母線投入并改變工作方式時，常用的隔離開關(guān)與斷路器相互作用。隔離電壓。測試電氣設(shè)備時，應(yīng)使用隔離器將維修后的設(shè)備與電源電壓隔離，以確保測試的安全。分流和耦合小電流。隔離開關(guān)的選型應(yīng)根據(jù)配電設(shè)備的布置特點和使用要求，綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，再根據(jù)校核計算結(jié)果確定：5.2.110kV隔離開關(guān)選擇我們最終選擇了10KV隔離開關(guān)作為設(shè)置，并進行了相關(guān)的計算，確定隔離開關(guān)應(yīng)選用的型號：首先按照額定電壓對隔離開關(guān)進行相關(guān)計算和選型[35]：UN≥之后按照額定電流對隔離開關(guān)進行相關(guān)計算和選型：IN≥因此，可得到具體的隔離開關(guān)選型為：選擇型號為GN2-10\2000的隔離開關(guān)，參數(shù)如下表7所示。表7GN2-10\2000的隔離開關(guān)參數(shù)型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）GN2-10\2000107808545（4S）熱穩(wěn)定校驗：tK=4s>1s，短路電流熱效應(yīng)Qk由計算得知，It動穩(wěn)定校驗：短路沖擊電流不得超過隔離開關(guān)的動穩(wěn)定開斷電流，即Ies根據(jù)以上計算得知，結(jié)果證明所選的GN2-10\2000隔離開關(guān)符合技術(shù)要求。5.2.235kV隔離開關(guān)選擇額定電壓：U額定電流：I選擇型號為GW4-40.5的隔離開關(guān)，參數(shù)如下表8所示。表8GW4-40.5的隔離開關(guān)參數(shù)型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）GW4-40.540.512508070（4S）動穩(wěn)定校驗：Ies熱穩(wěn)定校驗：ItGW4-40.5型號隔離開關(guān)符合要求。5.2.3110kV隔離開關(guān)選擇額定電壓：U額定電流：I選擇型號為GW5-126D的隔離開關(guān)，參數(shù)如下表9所示。表9GW5-126D的隔離開關(guān)參數(shù)型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）GW5-126D126315010036（4S）動穩(wěn)定校驗：Ies熱穩(wěn)定校驗：ItGW5-126D型號隔離開關(guān)符合要求。5.3電流互感器的選擇5.3.110kV側(cè)電流互感器選擇首先確定，10kv的電流互感，我們按照額定電壓來選擇電流互感器：UN≥因此經(jīng)過計算后，其結(jié)果為：K的值為1.3I根據(jù)之前的結(jié)果，可以確定10kv電流互感的選型與型號，參數(shù)如下表6所示。 表10LZZBJ9-10型號型號額定電壓（KV）額定一次電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）1S熱穩(wěn)定電流（KA）LZZBJ9-1010250080100熱穩(wěn)定校驗：因為tK=4s>1s，短路電流的熱效應(yīng)Qk根據(jù)計算得知It動穩(wěn)定校驗：短路沖擊電流不得超過電流互感器的動穩(wěn)定開斷電流，即Ies根據(jù)計算得知，滿足動穩(wěn)定要求。因此，根據(jù)兩者要求，所以，我們對于電流互感，應(yīng)該滿足如下表7所示要求：表10LZZBJ9-10型號的電流互感器相關(guān)限定數(shù)值結(jié)果展示額定電流比準(zhǔn)確級次額定二次負載準(zhǔn)確限值系數(shù)2500/50.540205.3.235kV側(cè)電流互感器選擇之后選擇35kv的電流互感，具體設(shè)置與10kv互感不同，其作為旁路設(shè)置。在設(shè)備選擇上，依據(jù)前文對于該部分的計算，可選擇35KV側(cè)電流互感器的型號為LZZB9-35-3000/5，具體參數(shù)如表11所示。表11LZZB9-35-300/5型號電流互感器型號額定電壓（KV）額定一次電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）1S熱穩(wěn)定電流（KA）LZZBJ9-35-300/5353008031.5動穩(wěn)定校驗：Ies熱穩(wěn)定校驗：ItLZZB9-35-300/5型號電流互感器符合要求。5.3.3110kV側(cè)電流互感器選擇一次回路額定電壓和電流：U110Kv側(cè)的電流互感器選擇LVQB-110型戶外六氟化硫電流互感器,參數(shù)如下表12所示。表12LVQB-110型號電流互感器型號額定電壓（KV）額定一次電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）1S熱穩(wěn)定電流（KA）LVQB-11011030010057動穩(wěn)定校驗：Ies熱穩(wěn)定校驗：ItLVQB-110型號電流互感器符合要求。5.4熔斷器的選擇5.4.110kV熔斷器選擇按熔斷器在實際安裝處的額定電壓UNU按熔斷器在實際安裝處的額定電流IFNTI根據(jù)以上計算結(jié)果選擇，擬選型號為XRNP1-12/0.5A型熔斷器，具有開斷時間極短，價格合理，經(jīng)濟效益明顯的特點，根據(jù)供應(yīng)商提供的熔斷器參數(shù)數(shù)據(jù)，整理得表13.表13XRNP1-12/0.5A型熔斷器參數(shù)(kV)(kA)最大開斷電流(kA)4s額定短時耐受電流(kA)額定絕緣水平短時工頻耐壓(kV)XRNP1-12/0.5A120.5502042（3）開斷電流校驗：由式4-8，可得次暫態(tài)電流I"=23.068=2.88(kIXRNP1-12/0.5A型熔斷器與校驗數(shù)據(jù)相比，均滿足要求，本設(shè)計選用此類型熔斷器。5.4.235kV熔斷器選擇同理35kV熔斷器型號為XRNP1-35/0.5A其參數(shù)如表14所示。表14XRNP1-35/0.5A型熔斷器參數(shù)型號(kV)(kA)(kA)4s額定短時耐受電流(kA)額定絕緣水平短時工頻耐壓(kV)XRNP1-35/0.5A350.55020425.5電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇較為簡單，只需考慮安裝位置、功能測量精度及一次側(cè)額定電壓進行選擇，根據(jù)所二次側(cè)所測電壓情況不同選擇不同的接線方式。5.5.110kV電壓互感器的選擇10kV電壓互感器選擇JDJ-10型電壓互感器，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，測量輸出精度高，維護成本低的特點，根據(jù)供應(yīng)商提供的電壓互感器的參數(shù)數(shù)據(jù)，整理得表15.表15JDJ-10型電壓互感器參數(shù)型號額定電壓比二次繞組額定容量(VA)最大容量（VA）0.513JDJ-10801503206405.5.235kV電壓互感器的選擇35kV電壓互感器選擇JDJ-35型電壓互感器，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，測量輸出精度高，維護成本低的特點，根據(jù)供應(yīng)商提供的電壓互感器的參數(shù)數(shù)據(jù)，整理得表16.表16JDJ-35型電壓互感器參數(shù)型號額定電壓比二次繞組額定容量(VA)最大容量（VA）0.20.513JDJ-358015025060012005.6母線選擇5.6.110kV母線選擇（1）按照母線長期發(fā)熱允許導(dǎo)體通過電流選擇母線截面：母線的最大持續(xù)電流為：I由Imax=503×10.5=2749.36（A）查表可得，選用兩條TMY-2(125mm×10mm)矩形硬銅導(dǎo)體，該導(dǎo)體豎放允許通過電流為4243A，Ia135℃5.6.235kV母線選擇（1）按照長時間運行線路發(fā)熱能夠承受的電流選擇：母線的最大持續(xù)電流為：I查表可得，35kV母線選用一條型號為TMY-2(63mm×8mm)矩形銅導(dǎo)體，該導(dǎo)體豎放允許通過電流為1085A，Kf=1.03，當(dāng)環(huán)境溫度為35℃時，查表可得該導(dǎo)體的溫度修正系數(shù)KI6防雷與接地保護設(shè)計6.1過電保護電力系統(tǒng)中各電氣設(shè)備的絕緣在運行過程中除了長期受到工作電壓的作用（要求它能長期耐受，不損壞，也不會迅速老化）外，由于種種原因還會受到比工作電壓高得多的電壓作用，會直接危害到絕緣的正常工作，造成事故。我們稱這種對絕緣有危險的電壓升高和電位差升高稱為“過電壓”。一般說來，過電壓都是由于系統(tǒng)中的電磁場能量發(fā)生變化而引起的，究其原因，這種變化可能是由于系統(tǒng)外部突然加入的能量而引起的，或者是由于電力系統(tǒng)內(nèi)部當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變時，電磁場能量發(fā)生重新分配而引起的。6.2水電站防雷保護設(shè)計6.2.1防雷措施防雷的具體措施有：止雷直擊，在架構(gòu)上裝設(shè)避雷針；護線路而裝設(shè)避雷線；止雷擊后的侵入波而裝設(shè)避雷器。通過安裝繼電器完成對變壓器等設(shè)備保護：6.2.2防雷保護防雷電流保護靈敏度系數(shù)的研究：已知：Ik?min=I(K?2)(2)保護靈敏系數(shù)為S因此滿足實際要求的1.5以上。對于電流的高速保護設(shè)置，可以根據(jù)如下參數(shù)確定：Ik·max=I（K?2）（3IK因此，繼續(xù)計算保護靈敏度，在得到如下條件后：IIqb可以得出：保護靈敏系數(shù)：S雷電在通常情況下，都是向地面上高聳的物體，特別是金屬物體放電。因此，在適當(dāng)?shù)奈恢镁涂梢灾鲃右龑?dǎo)雷電向避雷針（線）放電，并通過接裝設(shè)適當(dāng)高度的避雷針（線），就可以主動引導(dǎo)雷電向避雷針（線）放電，并通過接地裝置將電荷泄人大地中，從而使電氣設(shè)備或建筑物不致遭受雷擊的危害。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，防雷設(shè)計的規(guī)范，整體避雷針高度應(yīng)為30米，則單支避雷針保護范圍為rx=因此，許多個防雷針進行保護設(shè)計具體如下表17所示：表17避雷針參數(shù)設(shè)計表根據(jù)相關(guān)的防雷計算，其保護范圍的高度限制，保護效果滿足設(shè)計要求，在水電站四個角落架設(shè)四只高度為30m的避雷針的設(shè)計6.3水電站接地保護設(shè)計根據(jù)國家水土資源局的相關(guān)調(diào)查報告，以及當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)研究所的調(diào)研材料，該地區(qū)并不存在隱形的地殼活動和區(qū)域活動，因此不存在不良的水土地質(zhì)結(jié)構(gòu)。進一步分析其地域的水質(zhì)補給結(jié)構(gòu)，地下水位裂隙巖水，常年雨量充足，水補給方式通過雨水完成，水的排出方式位側(cè)向徑流。由于地下水水位保持一定的波動，約為2厘米，因此整體地理環(huán)境仍較為濕潤，且土壤內(nèi)土質(zhì)具有腐蝕性問題。因此對于接地的材料，根據(jù)國家的相關(guān)材料制定標(biāo)準(zhǔn)，使用具有一定抗腐蝕的線路進行鋪設(shè)，因此，使用外紫銅鋼。根據(jù)接地設(shè)計與熱穩(wěn)定性要求，材料線纜橫截面積最小的值必須要達到以下目標(biāo)；Ste表示的是短路等效持續(xù)時間，它的C表示的是接地線材料的穩(wěn)定系數(shù)；Ig表示的是短路電流穩(wěn)定值，它的單位為前面我們計算出短路電流穩(wěn)定值為Ig=59.767總結(jié)水電站整體設(shè)計基本滿足要求原則，但是本文第二章所提出的內(nèi)容，對于設(shè)備提出一定的要求，此外，本文認(rèn)為，水電站整體運行應(yīng)依據(jù)少人值守為主，對于一些配電設(shè)置，需要有一定步驟的進行選擇，即先確定配電形式，出線多少與方式，擬定配電裝置的配置圖，并且根據(jù)具體的實地再進行落實，防止因為客觀環(huán)境變化造成的設(shè)備問題。對于本文所使用的主接線為110kv側(cè)單母線接線，根據(jù)本文對于主接線路的分析，其可以驗證本文具有一定的意義，對于主接線的配電設(shè)置，110kv主要采用的