【S水電站電氣一次部分設(shè)計(jì)（論文）16000字】

VS水電站電氣一次部分設(shè)計(jì)摘要：在節(jié)能環(huán)保的背景下，水電站就有很多明顯的優(yōu)勢(shì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成S水電站電氣一次部分設(shè)計(jì)。首先計(jì)算出變壓器的容量，然后選出主變壓器的容量、型號(hào)及相關(guān)參數(shù)。其次選擇兩種主接線方案，通過進(jìn)行綜合總投資計(jì)算和年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算，選擇出最優(yōu)的主接線方案。再者，計(jì)算對(duì)稱短路的三相短路以及不對(duì)稱短路的單相、兩相及兩相接地短路。此外進(jìn)行電氣設(shè)備的選擇，根據(jù)短路電流的計(jì)算結(jié)果和最大持續(xù)工作電流，選擇各種設(shè)備并對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)。為保證可靠供電，再對(duì)選出來(lái)的設(shè)備進(jìn)行繼電保護(hù)整定計(jì)算。最后進(jìn)行廠用電和防雷保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：水電站變壓器設(shè)備選擇短路計(jì)算目錄TOC\o"1-3"\h\u178331引言 3299662主變壓器的選擇 461302.1設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料 475532.2主變壓器容量和型號(hào)選擇 5322112.2.1主變壓器容量的選擇 558412.2.2帶廠用電主變壓器容量的選擇 5141202.2.3不帶廠用電主變壓器容量的選擇 522052.2.4主變壓器型式的選擇 6244513主接線設(shè)計(jì) 7211073.1水電廠電氣主接線特點(diǎn) 7255883.2對(duì)原始資料的分析 7263923.3電氣主接線初選方案的確定 8188533.4精選方案的確定 9259253.5最佳方案的確定 11294364短路電流計(jì)算 13268154.1關(guān)于短路的概述 13104194.2最佳方案的短路電流計(jì)算 13192844.2.1短路計(jì)算點(diǎn)的選取 13106034.2.2選定K1點(diǎn)為短路點(diǎn)的計(jì)算 14135434.2.3選定K2點(diǎn)為短路點(diǎn)的計(jì)算 18312625主要電氣設(shè)備選擇 21104055.1斷路器的選擇 21171455.1.1額定電流的選擇 21248215.1.2斷路器型號(hào)的選擇 22256085.1.3斷路器的校驗(yàn) 2361215.2隔離開關(guān)的選擇 2921515.3發(fā)電機(jī)出口母線的選擇 3121055.4高壓熔斷器的選擇 35296495.5發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線圈的選擇 3548776廠用電設(shè)計(jì) 38260486.1廠用工作電源的引接方式 3864336.2廠用變壓器型號(hào)的選擇 3816647.防雷保護(hù)設(shè)計(jì) 40189577.1.避雷線的保護(hù)范圍 40137917.2避雷針的保護(hù)范圍 41685參考文獻(xiàn) 421引言我國(guó)電力水平居全球領(lǐng)先地位，而水電裝機(jī)容量則居世界首位。我國(guó)是世界上水力資源最豐富的國(guó)家，在我國(guó)大地上，川流眾多，湖泊密布。在這些江河湖泊之間，屹立著成千上萬(wàn)座水電站，它們組成了我國(guó)電力資源生產(chǎn)的重要源頭。我國(guó)的大壩主要分布在華中和華南地區(qū)。近幾年，我國(guó)水力發(fā)電總量在逐步提升，2020年，經(jīng)統(tǒng)計(jì)全國(guó)水電裝機(jī)容量已達(dá)到3億千瓦。國(guó)家的發(fā)電量在一定程度上反映了該國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和能源儲(chǔ)備情況。水力水輪發(fā)電其實(shí)也就是通過利用長(zhǎng)江攔河壩蓄水來(lái)直接提高黃河水流上游的能源水位,將其在水流中重力勢(shì)能和水流驅(qū)動(dòng)機(jī)械動(dòng)能直接通過進(jìn)入水中的輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)化成通過水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的一種自然機(jī)械性動(dòng)能,再通過進(jìn)入水中的輪機(jī)旋轉(zhuǎn)來(lái)直接帶動(dòng)水力發(fā)電器進(jìn)行發(fā)電。水力光伏發(fā)電的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)之一是那就是使水資源可再生,對(duì)于自然環(huán)境的危害污染小,后期水力發(fā)電的利用成本相對(duì)較低,發(fā)電后的效率高,啟動(dòng)高效，操作簡(jiǎn)易靈活，并且對(duì)河流的綜合治理有著積極作用，對(duì)農(nóng)田灌溉，航運(yùn)旅游等也有著重要作用。但對(duì)選址要求較高，一般前期固定投資大，建設(shè)周期較長(zhǎng)，上游水位的提升還會(huì)造成地質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，對(duì)周圍氣候改變較大，淹沒一定的野生植被，甚至誘發(fā)地震等自然災(zāi)害。所以對(duì)大壩的日常監(jiān)測(cè)和檢修就顯得尤為重要，一定要確保發(fā)電站正常穩(wěn)定的運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)基于本人對(duì)發(fā)電廠，電力繼電保護(hù)，電力系統(tǒng)分析，高電壓技術(shù)等多門專業(yè)課理論知識(shí)的掌握，以及對(duì)S水電站的實(shí)地咨詢和資料收集。本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是通過對(duì)本水電站的數(shù)據(jù)分析確定其一次主接線。通過對(duì)負(fù)荷的計(jì)算,確定了主變壓器數(shù)量、容量及其選型。根據(jù)對(duì)短路電流的測(cè)量和計(jì)算結(jié)果,完成了水電廠主要的電氣裝置選擇及校驗(yàn)。最后完成了對(duì)水電站廠房必要的防雷保護(hù)工程設(shè)計(jì)及本電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工程。2主變壓器的選擇2.1設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料水電站是電力資源的重要來(lái)源之一。國(guó)家的發(fā)電量在一定程度上反映了該國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和能源結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)基本設(shè)計(jì)資料如下：水電站地理位置：S水電站是一個(gè)坐落在我國(guó)湖北省宜昌市境內(nèi)的水電站。樞紐工程功能建設(shè)任務(wù):以支持發(fā)展大型防洪水利工程建設(shè)為主,兼顧防洪蓄水、供給、灌溉等,進(jìn)行資源綜合利用。水能發(fā)電站的規(guī)劃技術(shù)指標(biāo):水電廠的設(shè)計(jì)質(zhì)量保證率控制為90%,總裝機(jī)容量為500mw,年利用小時(shí)數(shù)為3600時(shí)。水文、氣象資料：壩區(qū)氣溫：年平均溫度15.5℃，最高氣溫40℃，最低氣溫-10℃；壩區(qū)水溫：多年平均水溫15.5°C；年平均相對(duì)濕度：80％；沙含量：?0.20g／m3。電站擔(dān)任的負(fù)荷：擔(dān)任系統(tǒng)的峰荷及負(fù)荷備用，汛期擔(dān)任基荷。系統(tǒng)負(fù)荷特性：系統(tǒng)的用戶負(fù)荷管理特點(diǎn):主要特征是系統(tǒng)作為一種小型工農(nóng)業(yè)的用戶負(fù)荷,以大型城市工業(yè)區(qū)的用戶負(fù)荷為主。電力負(fù)荷情況：輸出電力:該工廠在各設(shè)備上均采用220kv的電壓等級(jí)下進(jìn)行輸送的系統(tǒng),其中回經(jīng)300公里接入SH變電站,3回經(jīng)300公里接入HZ變電站,功率因數(shù)為0.9,每回輸送100MW。廠房用電:一般采取廠房使用的負(fù)荷分別是0.4kv和6.0kv兩個(gè)電壓的等級(jí);廠用變壓器是按照該電站設(shè)備總?cè)萘康?.5%進(jìn)行選定。SF15-34/140發(fā)電機(jī)型式及參數(shù)見表1。型號(hào)型式額定容量功率因數(shù)cos額定電壓（V）轉(zhuǎn)速Sf(kVA)Nf(kVA)額定轉(zhuǎn)速（r/min）轉(zhuǎn)速（r/min）SF125-34/1402全傘式1470601250000.851380088.20256.28表SEQ表\*ARABIC1SF125-34/1402發(fā)電機(jī)型號(hào)參數(shù)表2.2主變壓器容量和型號(hào)選擇2.2.1主變壓器容量的選擇主變壓器的選擇依據(jù)除了基礎(chǔ)資料以外，主要還是取決于所輸送的功率大小、其與系統(tǒng)的緊密連接程度、運(yùn)行方式等因素，還要考慮5年內(nèi)所在系統(tǒng)的發(fā)展情況。2.2.2帶廠用電主變壓器容量的選擇使用單元接線的主變壓器的容量SN需要按照發(fā)電機(jī)額定容量扣除點(diǎn)本級(jí)租的廠用負(fù)荷以外，留10%的裕度，即為：（2-1）式中PNG—發(fā)電機(jī)的容量，MW；cosG—發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)，本設(shè)計(jì)中為0.85；KP—廠用電率，本設(shè)計(jì)中為1.5%。因此可算得變壓器容量為：=1.1×125×（1-1.5%）/0.85=159.34（MW）2.2.3不帶廠用電主變壓器容量的選擇由上式可知不帶廠用電主變壓器容量的計(jì)算公式為：（2-2）將式子帶入后，可得不帶廠用電主變壓器容量為：=1.1×125/0.85=161.76（MW）2.2.4主變壓器型式的選擇相數(shù)的確定結(jié)合本設(shè)計(jì)考慮，由于本設(shè)計(jì)的電壓等級(jí)為220kV，是在330kV以下，且變壓器容量選取的有159.34MW，與161.76MW，容量數(shù)值適中，若制造、運(yùn)輸?shù)葪l件受限的可能性較小，因此，本設(shè)計(jì)選取三相式的變壓器。繞組數(shù)的確定結(jié)合本工程設(shè)計(jì)的實(shí)際具體情況,由于本工程設(shè)計(jì)中的發(fā)電廠是為該系統(tǒng)提供電力,且只能使用220kV一個(gè)提升電壓的等級(jí),因此在設(shè)計(jì)時(shí)選擇了雙繞組式變壓器。結(jié)構(gòu)形式的選擇發(fā)電廠的主變壓器通常是由低壓側(cè)向高壓側(cè)供電，因此在設(shè)計(jì)時(shí)宜選升壓型變壓器。調(diào)壓方式的確定結(jié)合本設(shè)計(jì)電力負(fù)荷的具體情況與對(duì)經(jīng)濟(jì)性的考慮，本設(shè)計(jì)選取無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器。冷卻方式的選擇考慮到本設(shè)計(jì)的機(jī)組容量為125000kVA，而油循環(huán)風(fēng)冷卻可用于40000kVA及以上，因此選用油循環(huán)風(fēng)冷卻。主變壓器的型號(hào)選擇查閱參考文獻(xiàn)[4]P479至P481的附錄一電機(jī)變壓器技術(shù)參數(shù)附表1-5，根據(jù)算得的數(shù)據(jù)及發(fā)電機(jī)型式型式可知帶廠用電的主變壓器與不帶廠用電的主變壓器的容量差距不大，都可以用額定容量為180000kVA的變壓器。因此帶廠用電與不帶廠用電的主變壓器都可以選擇的型號(hào)為：SFP7-180000/220，具體參數(shù)見表2。表2主變壓器相關(guān)參數(shù)表型號(hào)額定容量（kVA）額定電壓（kV）連接組損耗（kW）阻抗電壓（%）總重（t）高壓低壓空載短路SFP7-180000/2201800002202×2.5%2422×2.5%13.8YN，d1116051013.3167

3主接線設(shè)計(jì)3.1水電廠電氣主接線特點(diǎn)電廠的地理位置一般較偏遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，而當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷比較小甚至沒有。水電廠的電氣主接線在設(shè)計(jì)時(shí)一般力求簡(jiǎn)單，相應(yīng)電氣設(shè)備可盡量減少，高壓配電的相關(guān)設(shè)備盡可能布置緊湊，減少占地面積。水電廠機(jī)組配置與配電裝置一般一次確定，不考慮擴(kuò)建問題。3.2對(duì)原始資料的分析發(fā)電機(jī)—變壓器接線本設(shè)計(jì)工程中該核變電站的總工程設(shè)計(jì)機(jī)組裝機(jī)容量長(zhǎng)度限制等級(jí)為500mw,機(jī)組裝電臺(tái)數(shù)長(zhǎng)度限制等級(jí)確定長(zhǎng)度為4臺(tái),單機(jī)裝電容量長(zhǎng)度限制為15mw,以220kV的裝機(jī)電壓限制等級(jí)直接被引入到電站供電線路系統(tǒng),出線一共5回,無(wú)近區(qū)負(fù)荷,其中回經(jīng)300公里接入SH變電站,3回經(jīng)300公里接入HZ變電站。考慮到水輪機(jī)在電廠的以上情況,該單一大容量的水輪機(jī)并不算是大型的機(jī)組,加之該電廠建成后擔(dān)任系統(tǒng)的峰荷與事故備用,汛期時(shí)擔(dān)任基荷,因此該電廠對(duì)靈活性要求相對(duì)較高。該電廠的發(fā)電機(jī)—變壓器接線可選擇單元接線。判斷發(fā)電機(jī)出口是否需要設(shè)置斷路器及隔離開關(guān)對(duì)本設(shè)計(jì)而言，擔(dān)任著系統(tǒng)峰荷及事故備用，可初步確定選擇四臺(tái)機(jī)組的其中兩臺(tái)發(fā)電機(jī)出口引出廠用電，互為暗備用使用。因此,需要將接廠用電的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出口處安裝一個(gè)斷路器。其他的機(jī)組可以與變壓器共同公用一個(gè)斷路器,因此只有主變壓器的出口才能設(shè)置一臺(tái)斷路器,不必再需要另外設(shè)置一臺(tái)發(fā)電機(jī)的出口斷路器。但需要在變壓器的低壓側(cè)同時(shí)設(shè)置隔離開關(guān),以形成明顯斷點(diǎn),提高檢修時(shí)的安全性。本設(shè)計(jì)中,發(fā)電機(jī)的出口側(cè)和發(fā)電機(jī)之間距離相對(duì)較近,且當(dāng)斷路器被切除或斷開后會(huì)因?yàn)槔^電保護(hù)作用使得發(fā)電機(jī)進(jìn)入一定的停止?fàn)顟B(tài),因此可以不設(shè)置發(fā)電機(jī)的出口側(cè)隔離啟動(dòng)開關(guān)。另外兩個(gè)不接廠用點(diǎn)的發(fā)電機(jī)出口由于運(yùn)行需要,設(shè)置隔離開關(guān)。3.3電氣主接線初選方案的確定從本設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用情況出發(fā),本項(xiàng)目設(shè)計(jì)裝機(jī)容量標(biāo)準(zhǔn)為500mw,單機(jī)供電容量標(biāo)準(zhǔn)為15mw,相對(duì)來(lái)講均較大,且其負(fù)荷的特性也是以工業(yè)用電系統(tǒng)為主,擔(dān)當(dāng)著峰荷與基何的電壓,因此該項(xiàng)目電站的各種電氣接線方式對(duì)其可靠性與靈活度的要求均比較高,因此不宜選用橋式接線與單母線接線。結(jié)合本電站的裝機(jī)容量與進(jìn)出線情況，可初步確定以下四個(gè)電氣主接線的方案，具體方案見表3。表3電氣主接線初選方案表方案號(hào)電氣主接線形式一單母線分段接線二單母線分段帶旁路接線三雙母線接線四雙母線帶旁路接線單母線分段接線單母線分段接線可以應(yīng)用于輸入的出線電壓范圍為110—220kV時(shí)，總出線回路不超過超過4—6回時(shí)的情況。而本設(shè)計(jì)的出現(xiàn)回路為5條，電壓等級(jí)為220kV，因此適合初選單母線分段接線為電氣主接線形式。單母線分段帶旁路接線單母線分段帶旁路一般用于出線電壓為110—220kV的大、中型電站，尤其是當(dāng)電壓等級(jí)為220kV總出線回路超過3—4回時(shí)，適合使用單母線分段帶旁路母線。本設(shè)計(jì)的出現(xiàn)回路為5條，電壓等級(jí)為220kV，因此適合初選單母線分段帶旁路接線為電氣主接線形式。雙母線接線雙母線接線可用于電壓等級(jí)為110—220kV時(shí)，出現(xiàn)回路超過四回者，而本設(shè)計(jì)的出現(xiàn)回路為5條，電壓等級(jí)為220kV，因此適合初選雙母線接線為電氣主接線形式雙母線帶旁路接線雙母線接線可用于電壓等級(jí)為220kV時(shí)，出現(xiàn)回路超過四回者，而本設(shè)計(jì)的出現(xiàn)回路為5條，電壓等級(jí)為220kV，因此適合初選雙母線帶旁路接線為電氣主接線形式。3.4精選方案的確定對(duì)上述四個(gè)初選方案分別從主要電氣設(shè)備使用數(shù)量及技術(shù)層面進(jìn)行分析，以此來(lái)篩選出精選方案。主要電氣設(shè)備使用量對(duì)這四個(gè)初選方案的基本電氣主接線圖進(jìn)行分析，可列出各個(gè)方案的斷路器、隔離開關(guān)及主變壓器使用數(shù)量，具體數(shù)值見表4。表4各初選方案主要電氣設(shè)備使用量單位：臺(tái)方案號(hào)斷路器隔離開關(guān)主變壓器220kV13.8kV220kV13.8kV一1042044二1142744三1042944四1143644技術(shù)比較對(duì)各初選方案進(jìn)行技術(shù)分析可知各方案的斷路器及母線在檢修與故障情況下電廠的運(yùn)行情況，具體比較內(nèi)容見表5。表5各初選方案技術(shù)比較表方案號(hào)一二三四供電可靠性出線斷路器檢修短時(shí)停電無(wú)影響無(wú)影響（采用臨時(shí)跨條）無(wú)影響故障用戶停電用戶停電用戶停電用戶停電進(jìn)線斷路器檢修1/4用戶停電1/4用戶停電1/4用戶停電1/4用戶停電故障1/4用戶停電1/4用戶停電1/4用戶停電1/4用戶停電分段斷路器檢修部分供電無(wú)影響部分供電無(wú)影響故障部分供電無(wú)影響部分供電無(wú)影響母聯(lián)斷路器檢修短時(shí)停電短時(shí)停電故障短時(shí)停電短時(shí)停電工作母線檢修部分供電無(wú)影響部分供電無(wú)影響無(wú)影響無(wú)影響故障部分供電無(wú)影響部分供電無(wú)影響無(wú)影響無(wú)影響靈活性正常運(yùn)行時(shí)一般較高高最高設(shè)備檢修時(shí)一般較高高最高設(shè)備故障時(shí)一般較高高最高較方案一復(fù)雜繼電保護(hù)設(shè)備少，簡(jiǎn)單易行投資成本少較少多最多精選方案的確定由表5可知,針對(duì)于這四種主要的接線方式,在供電的可靠性問題方面,方案一全部停電的可能性會(huì)更大,方案四最可靠;在其靈活性上,方案一至第四個(gè)階段,隨著有關(guān)電氣主接線工程的復(fù)雜度增加和有關(guān)電氣主接線的具體布局,方案一至第四個(gè)階段的靈活性依次提高。在其經(jīng)濟(jì)性的選擇上,接線越簡(jiǎn)單、電氣設(shè)備的使用量越少、布置的面積也就越小,則其經(jīng)濟(jì)性就越好,由此可看出方案一的經(jīng)濟(jì)性最好,方案二、三、四的經(jīng)濟(jì)性依次遞減?？紤]到該電站在我國(guó)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要地位,即承載著系統(tǒng)的峰荷,汛期則承載著基荷,加之該系統(tǒng)的負(fù)荷性質(zhì)以工農(nóng)業(yè)為主,主要是工業(yè)，可推知很可能是Ⅰ類或者Ⅱ類負(fù)荷，就可得知該電廠對(duì)電氣主接線的可靠性及靈活性較高。結(jié)合上述對(duì)電氣主接線的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析，加之電廠對(duì)電氣主接線的要求，可確定將方案二與方案三作為精選方案。3.5最佳方案的確定對(duì)精選方案，即方案二與方案三進(jìn)行準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)性比較，在綜合來(lái)確定本設(shè)計(jì)電氣主接線最佳方案。對(duì)精選方案進(jìn)行分析，由于精選方案所選用的均是四套相同的雙繞組變壓器，而且這四臺(tái)變壓器的低壓側(cè)的設(shè)備及數(shù)量均相同，因此僅需比較變壓器高壓側(cè)部分主接線的投資。由表4可知兩精選方案的電氣主接線高壓側(cè)的電氣設(shè)備使用量，具體使用量見表6。表6精選方案變壓器高壓側(cè)主要電氣設(shè)備數(shù)量表單位：臺(tái)方案號(hào)220kV斷路器220kV隔離開關(guān)二1127三1029利用本設(shè)計(jì)電站的基本情況及要求，查《電氣工業(yè)常用設(shè)備手冊(cè)》P556與P580,，選出合適的斷路器及隔離開關(guān)的型號(hào)及單價(jià)，具體的型號(hào)及單價(jià)見表7。表7精選方案變壓器高壓側(cè)主要電氣設(shè)備單價(jià)表設(shè)備名稱型號(hào)每臺(tái)單價(jià)(元）六氟化硫敞開式斷路器LW1-220/3150190000戶外隔離開關(guān)GW4-220D14500對(duì)精選方案進(jìn)行電氣設(shè)備的投資估算，估算過程如下：方案二的投資估算已知電氣設(shè)備投資估算的公式為：（3-1）式中Z—方案總投資，萬(wàn)元；L1—設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)率，本設(shè)計(jì)取0.06；L2—設(shè)備的安裝費(fèi)率，本設(shè)計(jì)取0.13；G1—設(shè)備的價(jià)格，萬(wàn)元。將相應(yīng)數(shù)值帶入上式，可算得：=295.30（萬(wàn)元）已知電氣設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用的估算的公式為：F=F1+F2+F3（3-2）其中F1—電能損耗的費(fèi)用，本設(shè)計(jì)兩種變壓器的選擇相同因此可將該項(xiàng)忽略不計(jì)；F2—設(shè)備的折舊費(fèi)，可取為0.058Z；F3—維護(hù)修理費(fèi)，可取為0.03Z。則可算得該方案的運(yùn)行費(fèi)用為：F=F1+F2+F3=（0.058+0.03）×295.30=25.99（萬(wàn)元）方案三的投資估算由式2-1可算得方案三的總投資為：=276.14（萬(wàn)元）又由式2-2可算得該方案的運(yùn)行費(fèi)用為：F=F1+F2+F3=（0.058+0.03）×276.14=24.30（萬(wàn)元）將以上的計(jì)算結(jié)果列于表8。表8精選方案的投資估算表單位：萬(wàn)元方案號(hào)總投資費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用二295.3025.99三276.1424.30通過上表的數(shù)值，可以看出方案三經(jīng)濟(jì)，再結(jié)合表6與表7的內(nèi)容，考慮兩個(gè)方案的供電可靠性以及靈活性，最終決定將方案三作為最佳方案。4短路電流計(jì)算4.1關(guān)于短路的概述短路是指電網(wǎng)中某相導(dǎo)體為通過負(fù)荷直接與另一導(dǎo)體或者與地直接相碰。短路計(jì)算的假定條件：短路過程中，所有的發(fā)電機(jī)的電勢(shì)與相位大小一致；不計(jì)磁路飽和；不計(jì)變壓器的勵(lì)磁電流；系統(tǒng)所有元件只計(jì)電抗為金屬性短路；三相系統(tǒng)對(duì)稱。4.2最佳方案的短路電流計(jì)算4.2.1短路計(jì)算點(diǎn)的選取由于本設(shè)計(jì)僅有一個(gè)220kV的電壓等級(jí)，因此只需要選取發(fā)電機(jī)出口母線及工作母線這兩個(gè)短路計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算即可。各元件標(biāo)幺值的計(jì)算本設(shè)計(jì)可取Sd=100MW，Ud=Uav，則可算得確定平均電壓為Ud=Uav=230kV。電源電勢(shì)的標(biāo)幺值E"G*=發(fā)電機(jī)的電抗標(biāo)幺值查閱參考文獻(xiàn)[1]P24可知，目前國(guó)內(nèi)的發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)百分?jǐn)?shù)Xd"的取值范圍為0.16—0.264，本設(shè)計(jì)則取值為Xd"=0.20。由參考文獻(xiàn)[9]P22可知發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值計(jì)算公式為：（4-1）則可計(jì)算出發(fā)電機(jī)的電抗標(biāo)幺值為：==0.136變壓器的電抗標(biāo)幺值變壓器電抗標(biāo)幺值計(jì)算公式為：（4-2）則可計(jì)算出變壓器的電抗標(biāo)幺值為：==0.074線路的電抗標(biāo)幺值由參考文獻(xiàn)[9]P22可知線路電抗標(biāo)幺值計(jì)算公式為：（4-3）由基本資料可知，該電站的兩個(gè)輸電距均為300km，因此可計(jì)算出變壓器的電抗標(biāo)幺值為：0.227根據(jù)所求得的標(biāo)幺值可得各元件的電抗標(biāo)幺值，具體為：X1=X2=X3=X4=0.136X5=X6=X7=X8=0.074X9=X10=X11=X12=X13=0.2274.2.2選定K1點(diǎn)為短路點(diǎn)的計(jì)算K1點(diǎn)為短路點(diǎn)時(shí)等值網(wǎng)絡(luò)圖的化簡(jiǎn)短路點(diǎn)K1的位置在發(fā)電機(jī)出口處，根據(jù)等值電抗圖對(duì)改線路進(jìn)行化簡(jiǎn)，可得下圖。圖1K1點(diǎn)短路等值電路簡(jiǎn)圖圖中的等值電抗為各分電抗之和，具體數(shù)值為：X14=X2+X6=0.136+0.074=0.210X15=X3+X7=0.136+0.074=0.210X16=X4+X8=0.136+0.074=0.210線路側(cè)的負(fù)荷因電抗與電壓等級(jí)一致，則可以合并為一個(gè)負(fù)荷，則可得下圖。圖2K1點(diǎn)短路等值電路簡(jiǎn)化圖（2）圖中的等值電源的容量與電抗值為：G5=G2+G3+G4=375（MW）X17=X18==0.0454可將上圖中各電抗經(jīng)星形—三角形變換得出等值電抗的值為：X19=X18+X5+=0.0454+0.074+=0.167X20=X17+X5+=0.07+0.074+=0.258電抗值的計(jì)算將計(jì)算轉(zhuǎn)移電抗輸入變換過程化為從一個(gè)電源端的輸出電流到一個(gè)短路接觸點(diǎn)上的電流計(jì)算電抗，可算得電源G1的出口側(cè)的電抗值為：Xca1（G1）=X1=0.136×=0.200電源G5（G2、G3、G4的等閑電源）的出口側(cè)的電抗值為：Xca2（G5）=X20=0.258×=1.138由于S為無(wú)窮大系統(tǒng)，無(wú)法求其電抗，因此本設(shè)計(jì)利用轉(zhuǎn)移電抗X19進(jìn)行計(jì)算。電源G1供給的短路電流由參考文獻(xiàn)[1]p48可知基準(zhǔn)電流的計(jì)算公式為：Id=（4-4）計(jì)算基準(zhǔn)電流的具體過程為：Id1===6.152（kA）由于電源G1的出口側(cè)的電抗值為Xca1（G1）=0.200，可查參考文獻(xiàn)[13]附錄十二發(fā)電機(jī)短路電流的運(yùn)算曲線（一），得到t=0s、0.2s與4s時(shí)對(duì)應(yīng)的短路電流基準(zhǔn)值，具體數(shù)值如下：t=0s時(shí)，I*"=5.50,則I"=I*"×Id1=5.50×6.152=33.836（kA）；t=0.2s時(shí)，I（0.2）*=3.87,則I（0.2）=I（0.2）*×Id1=3.87×6.152=23.808（kA）；t=4s時(shí)，I（∞）*=3.22,則I（∞）=I（∞）*×Id1=3.22×6.152=19.809（kA）。由參考文獻(xiàn)[1]P31可知沖擊電流的計(jì)算公式為：Ish="（4-5）其中Ksh—沖擊系數(shù)；由參考文獻(xiàn)[1]P31可知發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，Ksh=1.9，則該情況下沖擊電流的數(shù)值為：Ish="=1.9×33.836=90.918（kA）電源G5供給的短路電流計(jì)算計(jì)算基準(zhǔn)電流的具體過程為：Id2===18.456（kA）由于電源G5的出口側(cè)的電抗值為Xca2（G5）=1.138，可查參考文獻(xiàn)[13]附錄十二發(fā)電機(jī)短路電流的運(yùn)算曲線（二），得到t=0s、0.2s與4s時(shí)對(duì)應(yīng)的短路電流基準(zhǔn)值，具體數(shù)值如下：t=0s時(shí)，I*"=0.94,則I"=I*"×Id2=0.94×18.456=17.349（kA）；t=0.2s時(shí)，I（0.2）*=0.92,則I（0.2）=I*"×Id2=0.92×18.456=16.980（kA）；t=4s時(shí)，I（∞）*=1.08,則I（∞）=I*"×Id2=1.08×18.456=19.932（kA）。由參考文獻(xiàn)[1]P45可知發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，Ksh=1.9，則該情況下沖擊電流的數(shù)值為：Ish="=1.9×17.349=46.616（kA）無(wú)窮大電源系統(tǒng)供給的短路計(jì)算Id（∞）===4.184（kA）由于S為無(wú)窮大系統(tǒng)，因此I*"=I（0.2）*=I（∞）*===5.988由此可算出：I"=I（4）=I（∞）=I*"×Id（∞）=5.988×4.184=25.054（kA）由參考文獻(xiàn)[1]P45發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，Ksh=1.9，將其帶入式2-11，則該情況下沖擊電流的數(shù)值為：Ish="=1.9×25.054=67.320（kA）列表統(tǒng)計(jì)整理上述計(jì)算結(jié)果，可列出表9用于統(tǒng)計(jì)K1點(diǎn)短路計(jì)算的相關(guān)數(shù)值。表9K1點(diǎn)短路計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表電源名稱基準(zhǔn)電壓（kV）基準(zhǔn)電流（kA）t=0st=0.2st=4s沖擊電流（kA）標(biāo)幺值有名值標(biāo)幺值有名值標(biāo)幺值有名值I*"I"I（0.2）I（0.2）I（∞）*I（∞）G113.86.1525.5033.8363.8723.8083.2219.80990.918G513.818.4560.9417.3490.9216.9801.0819.93246.616S∞13.84.1845.98825.0545.98825.0545.98825.05467.320合計(jì)76.23965.84264.796204.8534.2.3選定K2點(diǎn)為短路點(diǎn)的計(jì)算K2點(diǎn)為短路點(diǎn)時(shí)等值網(wǎng)絡(luò)圖的化簡(jiǎn)短路點(diǎn)K2的位置在工作母線處，根據(jù)等值電抗圖對(duì)改線路進(jìn)行化簡(jiǎn)，可得下圖。圖3K2點(diǎn)短路等值電路簡(jiǎn)圖線路側(cè)的負(fù)荷因電抗與電壓等級(jí)一致，則可以合并為一個(gè)負(fù)荷，則可得下圖。圖4K2點(diǎn)短路等值電路簡(jiǎn)化圖（2）圖中的數(shù)值為：G5=G1+G2+G3+G4=125+125+125+125=500（MW）X14=（X1+X5）=×（0.136+0.074）=0.0525X15=X9=×0.227=0.0454電抗值的計(jì)算將轉(zhuǎn)移電抗化為電源到短路點(diǎn)的計(jì)算電抗，可算得電源G5的出口側(cè)的電抗值為：Xca1（G5）=X14=0.0525×=0.309由于S為無(wú)窮大系統(tǒng)，無(wú)法求其電抗，因此本設(shè)計(jì)利用轉(zhuǎn)移電抗X15進(jìn)行計(jì)算。電源G5供給的短路電流Id1===1.477（kA）由于電源G5的出口側(cè)的電抗值為Xca1（G5）=0.309，可查參考文獻(xiàn)[13]附錄十二發(fā)電機(jī)短路電流的運(yùn)算曲線（一），得到t=0s、0.2s與4s時(shí)對(duì)應(yīng)的短路電流基準(zhǔn)值，具體數(shù)值如下：t=0s時(shí)，I*"=3.60,則I"=I*"×Id1=3.60×1.477=5.317（kA）t=0.2s時(shí)，I（0.2）*=2.90,則I（0.2）=I（0.2）*×Id1=2.90×1.477=4.283（kA）t=4s時(shí)，I（∞）*=2.97,可算出I（∞）=I（∞）*×Id1=2.97×1.477=4.387（kA）由參考文獻(xiàn)[1]P41可知工作母線時(shí)，Ksh=1.85，將其帶入式2-11，則該情況下沖擊電流的數(shù)值為：Ish="=1.85×5.317=13.911（kA）無(wú)窮大電源系統(tǒng)供給的短路計(jì)算Id（∞）===0.251（kA）由于S為無(wú)窮大系統(tǒng)，因此：I*"=I（0.2）*=I（∞）*===22.026由此可算出：I"=I（4）=I（∞）=I*"×Id（∞）=22.026×0.251=5.529（kA）已知發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，Ksh=1.9，則該情況下沖擊電流的數(shù)值為：Ish="=1.85×5.529=14.465（kA）列表統(tǒng)計(jì)整理上述計(jì)算結(jié)果，可列出表10用于統(tǒng)計(jì)K2點(diǎn)短路計(jì)算的相關(guān)數(shù)值。表格10K2點(diǎn)短路計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表電源名稱基準(zhǔn)電壓（kV）基準(zhǔn)電流（kA）t=0st=0.2st=4s沖擊電流（kA）標(biāo)幺值有名值標(biāo)幺值有名值標(biāo)幺值有名值I*"I"I（0.2）*I（0.2）I（∞）*I（∞）G52301.4773.605.3172.904.2832.974.38713.911S∞2300.25122.0265.52922.0265.52922.0265.52914.465合計(jì)10.8469.9579.91628.3765主要電氣設(shè)備選擇電氣設(shè)備在選型時(shí)，原則上會(huì)按照正常工作的條件選型，再用短路條件進(jìn)行校核。出于運(yùn)行方便的考慮，會(huì)適度減少設(shè)備種類與數(shù)量，也達(dá)到了降低投資的目的。且處于布置面積的考慮，滿足條件的情況下，會(huì)盡量選擇體積小、重量輕的設(shè)備。5.1斷路器的選擇進(jìn)行斷路器選擇時(shí)，為了保證供電可靠性，往往需要在每個(gè)電壓等級(jí)分別按照最危險(xiǎn)的情況選擇適合型號(hào)的斷路器，則每個(gè)電壓等級(jí)配置斷路器的型號(hào)是相同的。由于本設(shè)計(jì)的電壓等級(jí)有220kV與13.8kV，因此本設(shè)計(jì)主要選這兩個(gè)電壓等級(jí)的斷路器。斷路器的額定電壓滿足：Un≥UNS（5-1）式中UN—斷路器的額定電壓，kV；UNS—斷路器安裝處所在電網(wǎng)的額定電壓，kV。對(duì)本設(shè)計(jì)的雙母線接線形式來(lái)講，對(duì)于220kV（高壓段）的Un應(yīng)滿足Un≥UNS=220kV，對(duì)于13.8kV（低壓側(cè)）的Un應(yīng)滿足Un≥UNS=13.8kV。5.1.1額定電流的選擇由參考文獻(xiàn)[12]P36可知:IN≥Imax（5-2）式中IN—斷路器的額定電流，kA；Imax—斷路器所在回路的最大長(zhǎng)期工作電流，kA。為得出斷路器所在回路的最大工作電流，分別算出該回路每一處的最大電流。根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]P36可知，不同回路最大長(zhǎng)期工作電流有以下幾種情況：發(fā)電機(jī)回路（5-3）式中Pn—發(fā)電機(jī)功率,MW;Un—發(fā)電機(jī)回路的額定電壓，kV；cos—發(fā)電機(jī)回路的功率因數(shù)，本設(shè)計(jì)取0.85.因此可算得本設(shè)計(jì)下發(fā)電機(jī)回路的最大工作電流為：==6.460（kA）變壓器回路（kA）（5-4）式中Sn—變壓器的額定容量,MW;Un—變壓器回路的額定電壓，kV。因此可算得本設(shè)計(jì)下變壓器回路的最大工作電流為：==0.496（kA）母聯(lián)斷路器回路本設(shè)計(jì)所確定的主接線方式為雙母線接線，因此擁有母聯(lián)斷路器。接通母聯(lián)斷路器時(shí)，可能出現(xiàn)的最大電流就是在雙母線由并列進(jìn)行解列，此時(shí)變壓器滿負(fù)荷，電流集中于一條母線，此時(shí)母聯(lián)斷路器回路擁有最大電流，具體的值為：=ITmax=0.496（kA）廠用斷路器回路因此，可知廠用斷路器的額定電流需要滿足IGmax≥0.388kA。5.1.2斷路器型號(hào)的選擇根據(jù)以上對(duì)斷路器型式與額定電壓、額定電流的計(jì)算結(jié)果，查閱相關(guān)文獻(xiàn)的資料，可選出本設(shè)計(jì)各個(gè)位置的斷路器型號(hào)。13.8kV電壓等級(jí)斷路器的選取13.8kV斷路器的型式為SF6斷路器，其額定電壓為Un≥13.8kV，額定電流為In≥6.460kA，其主要技術(shù)參數(shù)見表11。表11HEK6型斷路器基本參數(shù)表型號(hào)額定電壓（kV）額定電流（kA）額定開斷電流（kA）額定動(dòng)穩(wěn)定電流（kA）額定熱穩(wěn)定電流（kA）固有分閘時(shí)間（s）HEK62422165360120/30.03220kV電壓等級(jí)斷路器的選取220kV斷路器的型式為SF6斷路器，其額定電壓為Un≥220kV，額定電流為In≥0.496kA，具體參數(shù)見表12。表12LW-220Ⅰ型斷路器基本參數(shù)表型號(hào)額定電壓（kV）額定電流（kA）額定開斷電流（kA）額定動(dòng)穩(wěn)定電流（kA）熱穩(wěn)定電流（kA）固有分閘時(shí)間（s）合閘時(shí)間（s）3s4sLW-220Ⅰ2201.604010040<0.04≤0.155.1.3斷路器的校驗(yàn)確定校驗(yàn)斷路器的短路點(diǎn)13.8kV電壓等級(jí)的斷路器在13.8kV的電壓等級(jí)下，由于高壓廠用斷路器型號(hào)同發(fā)電機(jī)出口相同，當(dāng)高壓廠用變引線發(fā)生短路時(shí)，流過高壓廠用變高壓側(cè)斷路器電流最大，因此可以按照按廠用斷路器校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定。由上述的短路計(jì)算得其沖擊電流為ish=204.853kA。.220kV電壓等級(jí)的斷路器可利用短路計(jì)算的短路點(diǎn)所得的結(jié)果可對(duì)所選擇的斷路器進(jìn)行開斷能力的校核、動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)與熱穩(wěn)定校驗(yàn)，具體過程如下：額定開斷能力的校驗(yàn)由參考文獻(xiàn)[12]P48可知，使斷路器安全可靠地切斷短路點(diǎn)流的條件為：（5-5）式中—斷路器的額定開斷電流，kA；—?jiǎng)偡蛛娏鳎〝嗦菲鲃偡炙矔r(shí)短路的全電流有效值），kA。13.8kV電壓等級(jí)的斷路器由于需要先確定短路切斷時(shí)間來(lái)計(jì)算Ikt，設(shè)這段時(shí)間為t1，則由式4-8可知，t1=tp+tg（s）（5-6）式中tp—繼電保護(hù)（主保護(hù)）動(dòng)作時(shí)間，，范圍是0.05—0.06，本設(shè)計(jì)取0.05；tg—斷路器的固有分閘時(shí)間，s。由于13.8kV的電壓等級(jí)所選用的斷路器的基本參數(shù)在表13，從該表中可得知tg=0.03s，因此可求得短路切斷時(shí)間為：t1=tp+tg=0.05+0.03=0.08（s）由于短路切斷時(shí)間t1=0.08s<0.1s,由已知?jiǎng)偡蛛娏鞯挠?jì)算公式為：（5-7）式中Ipt—觸頭剛分開的瞬間實(shí)際通過斷路器短路周期電流的有效值，kA。Ta—非周期電流衰減時(shí)間常數(shù)。由短路計(jì)算的結(jié)果可知，Ipt=76.239kA，又查表12，可得知tk≤0.1s時(shí)，發(fā)電機(jī)出口及母線的Ta值為0.15。將以上數(shù)值帶入，可求得剛分電流的數(shù)值為：==99.047（kA）由表13可得此情況下的Ibr=165kA，因此可得知：Ikt=99.047kA<Ibr=165kA即滿足要求。220kV電壓等級(jí)的斷路器由于需要先確定短路切斷時(shí)間來(lái)計(jì)算Ikt，設(shè)這段時(shí)間為t1，則參考式2-17，由于220kV高電壓等級(jí)側(cè)所選用的斷路器的基本參數(shù)在表14，從該表中可取值tg=0.035s，因此可求得短路切斷時(shí)間為：t1=tp+tg=0.05+0.035=0.085（s）由短路計(jì)算的結(jié)果可知，Ipt=10.846kA，又查表12，可得知tk≤0.1s時(shí)，發(fā)電機(jī)升高電壓及出線的Ta值為0.08。將以上數(shù)值帶入式2-18，可求得剛分電流的數(shù)值為：==12.071（kA）由表2-13可得此情況下的Ibr=40kA，因此可得知：Ikt=12.071kA<Ibr=40kA因此可知變壓器高壓側(cè)斷路器、出線斷路器與母聯(lián)斷路器（220kV電壓等級(jí)）的選型的開斷能力均滿足要求。動(dòng)穩(wěn)定的校驗(yàn)已知?jiǎng)臃€(wěn)定的條件為：imax≥ish（5-8）式中ish—所在回路的沖擊短路電流，kA；imax—斷路器允許的動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值），kA。13.8kV電壓等級(jí)的斷路器imax=360kA>ish=204.853kA因此13.8kV電壓等級(jí)的斷路器（發(fā)電機(jī)出口斷路器與廠用變斷路器）的選型滿足動(dòng)穩(wěn)定的要求。220kV電壓等級(jí)的斷路器220kV電壓等級(jí)的斷路器在本設(shè)計(jì)中包括變壓器高壓側(cè)斷路器、出線斷路器與母聯(lián)斷路器，其短路沖擊電流已在短路電流計(jì)算中算出，由表10可得，ish=28.376kA；又查得所選斷路器的參數(shù)表，可得imax=100kA，因此有：imax=100kA>ish=28.376kA。因此220kV電壓等級(jí)的斷路器（變壓器高壓側(cè)斷路器、出線斷路器與母聯(lián)斷路器）的選型滿足動(dòng)穩(wěn)定的要求。熱穩(wěn)定的校驗(yàn)由式4-4可知熱穩(wěn)定的條件為：（5-9）式中—斷路器允許承受的熱效應(yīng)，kA2·s；—所在回路的短路電流熱效應(yīng)，kA2·s。為了計(jì)算Qk，可先確定短路熱效應(yīng)的計(jì)算時(shí)間，由已知tk的計(jì)算公式為：tk=tp+tdn（5-10）式中tp—繼電保護(hù)（主保護(hù)）的裝置動(dòng)作時(shí)間，s，一般取值2—4s，本設(shè)計(jì)取tp=3.0s；tdn—斷路器的開斷時(shí)間，s。又已知tdn的計(jì)算公式為：（5-11）式中tg—斷路器固有分閘時(shí)間，s；th—斷路器觸頭電弧的持續(xù)時(shí)間，s，一般取值0.02s。13.8kV電壓等級(jí)的斷路器13.8kV電壓等級(jí)的斷路器在本設(shè)計(jì)中包括發(fā)電機(jī)出口斷路器與廠用斷路器，查表2-13可知所選擇的斷路器的固有分閘時(shí)間為tg=0.03s，因此該斷路器的短路熱效應(yīng)計(jì)算時(shí)間為：tk=tp+tdn=tp+tg+th=3.0+0.03+0.02=3.05（s）電源G1供給短路電流計(jì)算在該條件下，已算得Xca1（G1）=0.200，查參考文獻(xiàn)[13]附錄十二水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線（一）,可查得：t=1.525s時(shí)，I（1.525）*=3.45，因此可算出：I（1.525）=3.45t=3.05s時(shí)，I（3.05）*=3.27，因此可算出：I（3.05）=3.27電源G5供給短路電流計(jì)算在該條件下，已算得Xca2（G5）=1.138，查參考文獻(xiàn)[13]附錄十二水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線（二）,可查得：t=1.525s時(shí)，I（1.525）*=1.07，因此可算出：I（1.525）=1.07t=3.05s時(shí)，I（3.05）*=1.08，因此可算出：I（3.05）=1.08無(wú)窮大系統(tǒng)S∞供給的短路電流計(jì)算I"=I（1.525）=I（3.05）=5.988×4.184=25.054（kA）將以上三種電源的短路電流計(jì)算數(shù)值列表，具體見表13。表1313.8kV電壓等級(jí)斷路器短路電流計(jì)算表電源名稱基準(zhǔn)電壓（kV）基準(zhǔn)電流（kA）t=0st=1.525st=3.05s標(biāo)幺值有名值標(biāo)幺值有名值標(biāo)幺值有名值I*"I"I（1.525）*I（1.525）I（3.05）*I（3.05）G113.86.1525.5033.8363.4521.2263.2720.119G513.818.4560.9417.3491.0719.7501.0819.934S∞13.84.1845.98825.0545.98825.0545.98825.054合計(jì)76.23966.03065.107計(jì)算短路電流熱效應(yīng)根據(jù)表15可算出13.8kV電壓等級(jí)的斷路器的短路電流熱效應(yīng)為：==13636.274（kA2·s）又可算得It2t=1202×3=43200（kA2·s）則可得It2t=43200kA2·s>Qk=13636.274kA2·s因此13.8kV電壓等級(jí)的斷路器（發(fā)電機(jī)出口斷路器與廠用變斷路器）的選型滿足熱穩(wěn)定的要求。220kV電壓等級(jí)的斷路器220kV電壓等級(jí)的斷路器在本設(shè)計(jì)中包括變壓器高壓側(cè)斷路器、出線斷路器與母聯(lián)斷路器，查表11可知所選擇的斷路器的固有分閘時(shí)間可取tg=0.035s，因此該斷路器的短路熱效應(yīng)計(jì)算時(shí)間為：tk=tp+tdn=tp+tg+th=3.0+0.035+0.02=3.055（s）電源G5供給短路電流計(jì)算在該條件下，已算得Xca1（G5）=0.309，查表十二水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線（一）,可查得：t=1.5275s時(shí)，I（1.5275）*=2.91，因此可算出：I（1.5275）=2.91t=3.055s時(shí)，I（3.055）*=2.95，因此可算出：I（3.055）=2.95無(wú)窮大系統(tǒng)S∞供給的短路電流計(jì)算I"=I（1.5275）=I（3.055）=22.026×0.251=5.529（kA）將以上三種電源的短路電流計(jì)算數(shù)值列表，具體見表14。表14220kV電壓等級(jí)斷路器短路電流計(jì)算表電源名稱基準(zhǔn)電壓（kV）基準(zhǔn)電流（kA）t=0st=1.5275st=3.055s標(biāo)幺值有名值標(biāo)幺值有名值標(biāo)幺值有名值I*"I"I（1.5275）*I（1.5275）I（3.055）*I（3.055）G52301.4773.605.3172.914.2972.954.356S∞2300.25122.0265.52922.0265.52922.0265.529合計(jì)10.8469.8259.885計(jì)算短路電流熱效應(yīng)根據(jù)表2-16可算出220kV電壓等級(jí)的斷路器的短路電流熱效應(yīng)為：==300.575（kA2·s）又可算得It2t=402×3=4800（kA2·s）則可得It2t=4800kA2·s>Qk=300.575kA2·s滿足熱穩(wěn)定的要求。5.2隔離開關(guān)的選擇13.8kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)型式的選擇發(fā)電機(jī)電壓的隔離開關(guān)一般會(huì)采用臨時(shí)加掛接地線的接地方式進(jìn)行檢修。額定電壓的選擇13.8kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)的額定電壓UN一般情況下需要大于該段回路的電壓等級(jí)，即額定電壓需要滿足的條件是UN≥13.8kV。額定電流的選擇因?yàn)?3.8kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)用在發(fā)電機(jī)出口與廠用變壓器上，所以其額定電流需要大于該處的最大工作電流，由斷路器選型過程中的各處最大電流的計(jì)算可知，隔離開關(guān)應(yīng)滿足的條件為IN≥6.460kA。型號(hào)的確定根據(jù)所確定的額定電壓與額定電流的范圍，查閱表附錄三，選出較合理的隔離開關(guān)型號(hào)GN10-20T其具體參數(shù)見表15。表15GN10-20T型隔離開關(guān)基本參數(shù)表型號(hào)額定電壓（kV）額定電流（kA）動(dòng)穩(wěn)定電路峰值（kA）熱穩(wěn)定電流（kA）GN10-20T208224120（5）220kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)額定電壓的選擇UN≥220kV（5-12）額定電流的選擇IN≥0.496kA（5-13）型號(hào)的確定選出較合理的隔離開關(guān)型號(hào)GW6-220G其具體參數(shù)見表16。表16GW6-220G型隔離開關(guān)基本參數(shù)表型號(hào)額定電壓（kV）額定電流（kA）動(dòng)穩(wěn)定電路峰值（kA）熱穩(wěn)定電流（kA）GW6-220G22015021（5）隔離開關(guān)的校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定的校驗(yàn)13.8kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)Ish=204.852kA<224kA因此13.8kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)（發(fā)電機(jī)出口與高壓廠用變的隔離開關(guān)）滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。220kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)220kV電壓等級(jí)的接線段，若對(duì)檢修母線進(jìn)行充電檢驗(yàn)，該母線發(fā)生短路時(shí)，則母聯(lián)隔離開關(guān)短路沖擊電流值最大，可得：Ish=28.376kA<50kA因此220kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)（安裝在變壓器高壓側(cè)、出線、及母聯(lián)斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)）滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定的校驗(yàn)13.8kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)由斷路器選型的計(jì)算可知Qk=13636.274kA2·s，所選擇的隔離開關(guān)的It2t為：It2t=1202×5=72000kA2·s則有Qk=13636.274kA2·s<It2t=72000kA2·s，因此13.8kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)滿足熱穩(wěn)定要求。220kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)由斷路器選型的計(jì)算可知Qk=300.575kA2·s，所選擇的隔離開關(guān)的It2t為：It2t=212×5=2205kA2·s則有Qk=300.575kA2·s<It2t=2205kA2·s，因此220kV電壓等級(jí)的隔離開關(guān)滿足熱穩(wěn)定要求。5.3發(fā)電機(jī)出口母線的選擇已知母線的經(jīng)濟(jì)截面面積Se的計(jì)算公式為:（5-14）式中Ig—正常工作下母線的最大長(zhǎng)期工作電流，A，其值為6460A。因此可算得母線的經(jīng)濟(jì)截面面積Se的值為：查閱參考文獻(xiàn)[4]P485附表2-2，可選出合適的槽型母線，其具體參數(shù)見表17。表17槽形硬鋁母線長(zhǎng)期允許載流量及計(jì)算數(shù)據(jù)截面尺寸(mm)雙槽導(dǎo)體截面積(mm2)集膚效應(yīng)系數(shù)ks雙槽導(dǎo)體載流量(A)散熱縫豎直布置共振允許最大距離(cm)高度h寬度b壁厚c彎曲半徑r截面系數(shù)WY(cm3)慣性矩IY(cm4)慣性半徑rY(cm)雙槽實(shí)連雙槽不實(shí)連25011512.516109001.56311200816603.52321200當(dāng)周圍溫度不同于標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)，導(dǎo)體的安全載流量需要修正，計(jì)算溫度修正系數(shù)的公式為：（5-15）式中θal—導(dǎo)體或電器的最高長(zhǎng)期工作溫度，，由參考文獻(xiàn)知取70℃；θN—與導(dǎo)體或電器載流量相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度，，取25。θ0—導(dǎo)體或電器的實(shí)際環(huán)境溫度，，對(duì)室外的導(dǎo)體而言，可使用所在地區(qū)最熱月平均的最高溫度，對(duì)室內(nèi)道題而可取通風(fēng)設(shè)計(jì)所采用的最高溫度。由基本資料可知，其數(shù)值為40。因此可算得溫度修正系數(shù)為：==0.816將其與流過母線的最大長(zhǎng)期電流相比，即為：IGmax=6460A<KθIal=9139.20A因此可得該母線滿足安全載流量的要求。熱穩(wěn)定的校驗(yàn)由參考文獻(xiàn)[5]P64可知，滿足熱穩(wěn)定條件的母線條件為實(shí)際選用的母線截面積大于等于母線的最小截面積，即為：S≥Smin（5-16）則可知需要算母線的最小截面積。由參考文獻(xiàn)[5]P64可知短路時(shí)導(dǎo)體允許的最小截面Smin的計(jì)算公式為：（5-17）式中C—與導(dǎo)體材料和導(dǎo)體短路前溫度θw有關(guān)的熱穩(wěn)定系數(shù)。Kf—集膚效應(yīng)系數(shù)，與導(dǎo)體截面有關(guān)。由已計(jì)算的斷路器選擇與校驗(yàn)中可知其熱效應(yīng)計(jì)算時(shí)間為tk=3.05s，發(fā)電機(jī)出口短路電流的熱效應(yīng)為Qk=13636.274kA2·s，根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]P64可知C=87，又在表2-19可知所選擇的導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)為1.563，將數(shù)值帶入上式，可得導(dǎo)體的最小面積Smin為：=而所選擇的導(dǎo)體的截面積為10900mm2，因此可得知：Smin=1678.062mm2<10900mm2本設(shè)計(jì)以后備保護(hù)作為校核的穩(wěn)定時(shí)間，因此開端的時(shí)間內(nèi)熱穩(wěn)定符合要求，因此所選擇導(dǎo)體的截面積滿足要求。動(dòng)穩(wěn)定的校驗(yàn)?zāi)妇€不發(fā)生共振的絕緣子最大允許跨度的計(jì)算由參考文獻(xiàn)[5]P58可知，當(dāng)母線的固有頻率的值等于或者大于160Hz時(shí)，β=1，母線系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)共振的情況。因此可利用?0=160Hz計(jì)算母線不發(fā)生共振的絕緣子最大允許跨度。根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]P58式3-29可得計(jì)算母線不發(fā)生共振的絕緣子最大允許跨度的公式為：（5-18）式中ri—與母線截面和布置方式有關(guān)的母線慣性半徑，本設(shè)計(jì)所選母線的ri在母線材料參數(shù)表中，查得ri=3.52cm；—材料系數(shù)，鋁為1.55×104。則可算得Lmax的值為：=0.84×=196.208（cm）因此可知絕緣子跨距L≤1.96m時(shí)，母線不會(huì)發(fā)生共振，本設(shè)計(jì)選取絕緣子跨距為L(zhǎng)=1.6m。母線應(yīng)力的計(jì)算由參考文獻(xiàn)[6]P68可知作用在母線上的總計(jì)算應(yīng)力包括相間應(yīng)力與槽間應(yīng)力。即為：（5-19）相間應(yīng)力的計(jì)算由參考文獻(xiàn)[6]P72可知母線受到的最大相間應(yīng)力的公式為：（5-20）式中W—母線對(duì)垂直于作用力方向軸的截面系數(shù)（也稱作抗彎矩），m3，查參考文獻(xiàn)[6]P65，可知Wy=81cm3。?—單位長(zhǎng)度三型母線受到的相間電動(dòng)力；L—相鄰兩個(gè)絕緣子跨距，本設(shè)計(jì)選取的L=1.6m；（5-21）式中a—相間距離，本設(shè)計(jì)取a=0.8；ish—三相短路沖擊電流。發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，由于來(lái)自系統(tǒng)側(cè)的流過母線的沖擊短路電流路較大，因此可取Ksh=1.8，則可算得：ish=因此算得?的值為：=0.173=725.184（N/m）最終算得母線的相間應(yīng)力為：槽間應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]P67可令，又推算出滿足動(dòng)穩(wěn)定要去的最大襯墊間距的計(jì)算公式為：（5-22）則可計(jì)算出最大襯墊間距為：=(m)因?yàn)樗_定的絕緣子跨度L=1.6m<10.060m，因此相鄰絕緣子之間不需要加襯墊即可滿足動(dòng)穩(wěn)定條件。5.4高壓熔斷器的選擇由參考文獻(xiàn)[5]P113可得知，熔斷器一般只適用于35kV及以下的電壓等級(jí)，主要用于電壓互感器的短路保護(hù)。且保護(hù)電壓互感器的熔斷器的一般為RN2型式，熔斷器的額定電壓也應(yīng)當(dāng)大于或者等于所在電網(wǎng)的額定電壓，因此本設(shè)計(jì)的熔斷器的額定電壓的范圍為UN≥13.8kV，其額定電流一般為0.5A，而由參考文獻(xiàn)[5]P113式4-28可知其開斷電流Ibr的范圍為：Ibr≥I"（5-32）由短路電流計(jì)算可得知UN=13.8kV所對(duì)應(yīng)的I"=76.239kA，因此其開斷電流的范圍為Ibr≥76.239kA。根據(jù)所確定的熔斷器的條件，查閱參考文獻(xiàn)[5]P234附錄十可選出合適的熔斷器，選出熔斷器的型號(hào)為RN2，其具體參數(shù)見表18。表18RN2型熔斷器技術(shù)參數(shù)表型號(hào)額定電壓（kV）額定電流（kA）最大開斷容量（MV·A）最大切斷電流（有效值）（kA）最小切斷電流或過電壓倍數(shù)備注RN2200.51000280.6-1.8（A）保護(hù)屋內(nèi)TV5.5發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線圈的選擇由參考文獻(xiàn)[5]P8可得知，發(fā)電機(jī)有三種接地方式，即直接接地、不接地與經(jīng)消弧線圈接地。發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容電流IC1由《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)—電氣一次》P177式4-41可知發(fā)電機(jī)電容電流的計(jì)算公式為：（5-33）式中=2πfn，則在50Hz的頻率下可算得=2π×50=100π；UX—發(fā)電機(jī)額定電壓（V），本設(shè)計(jì)的UX==7967.43V；CF一發(fā)電機(jī)容量。又由《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)—電氣一次》P177式4-39可知發(fā)電機(jī)電容的計(jì)算公式為：（5-34）式中Sn—發(fā)電額定視在功率（kVA），本設(shè)計(jì)為Sn=147000kVA；Ki—B級(jí)絕緣，取40；Un—發(fā)電機(jī)額定線電壓（V），本設(shè)計(jì)的Un=13800V；nn一發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速（rpm），本設(shè)計(jì)的nr=88.2r/min將相應(yīng)數(shù)值帶入，則有：發(fā)電機(jī)電壓母線三相對(duì)地電容電流IC2本設(shè)計(jì)估算取發(fā)電機(jī)電壓母線長(zhǎng)度為200m，則Ic2=0.2A。主變壓器低壓側(cè)線圈三相對(duì)地電容電流IC3本設(shè)計(jì)取IC3=0.16A。綜合上述計(jì)算可知發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的短路故障電流為：IC=IC1+IC2+IC3=9.704+0.2+0.16=10.064＞2.0A因此可判斷出發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)需要經(jīng)消弧線圈接地。消弧線圈容量的計(jì)算根據(jù)《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)—電氣一次》P240可知消弧線圈容量的計(jì)算公式為：（5-35）式中IC—發(fā)電機(jī)電壓回路計(jì)算電容電流，計(jì)算所得為10.064A；-發(fā)電機(jī)額定線電壓，13800V；-系數(shù)，過補(bǔ)償取1.35。因此可算得消弧線圈容量Qxh為：消弧線圈型號(hào)的選擇因此所選擇的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線圈其具體的技術(shù)參數(shù)見表19。表19XDJ消弧線圈技術(shù)參數(shù)表型號(hào)額定容量（kVA）額定電壓（kV）額定電流（kA）各分接頭容許電流（A）XDJ275356.2—12.56.27.38.710.512.56廠用電設(shè)計(jì)從基本資料中可得知廠用電的基本情況，即廠用變壓器按電站總?cè)萘康?.5%計(jì)算選定，而廠用負(fù)荷為0.4kV和6.0kV兩個(gè)電壓等級(jí)。廠用電的設(shè)計(jì)主要解決廠用電的接線方式的確定以及廠用變壓器的選取。6.1廠用工作電源的引接方式由于廠用電有高壓廠用電6.0kV與低壓廠用電0.4kV兩個(gè)電壓等級(jí)，因此需要單獨(dú)確定其工作電源的引接方式。高低壓廠用母線都采用單母線分段的接線形式。高壓廠用工作電源的引接由于發(fā)電機(jī)-變壓器采用單元接線，則高壓工作電源由主變低壓側(cè)引