毕业设计水电站电气主系统初步设计及防雷接地保护.docx
《毕业设计水电站电气主系统初步设计及防雷接地保护.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计水电站电气主系统初步设计及防雷接地保护.docx（34页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
毕业设计水电站电气主系统初步设计及防雷接地保护
毕业设计（水电站电气主系统初步设计及防雷接地保护）
XX学院
毕业设计说明书
题目：
西藏满拉水电站电气主系统初步设计及防雷接地保护学生姓名：
XXXXXXXXXXX学号：
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX指导教师：
专业年级：
电气工程及其自动化所在班级：
X级电气X班完成日期：
XXXX年XX月XX日答辩日期：
XXXX年XX月XX日
XX大学XX学院X级电气X班
摘要
本论文主要对水电站进行电气主系统及防雷接地保护设计。
首先是根据所给出的原始资料拟定六种电气主接线方案.然后对这三种方案进行可靠性、灵活性和经济性比较后，保留两种较合理的方案，对这两种方案进行短路电流计算；接着是根据短路电流计算结果进行主要电气设备的选型以及校验，包括断路器、隔离开关、互感器等；最后再由经济性比较确定最终的电气主接线方案。
防雷接地保护的设计是对水电站的升压站进行防雷保护保护类型的配置，保护的整定计算及校验，避雷装置的选型。
关键词：
电气主接线，短路电流计算，设备选型，防雷保护
XX大学XX学院X级电气x班
Abstract
Thisthesismainlyonthemainelectricalsystemofhydropowerstationandthelightningproofgroundingprotectiondesign.Firstisgivenaccordingtotheoriginalmaterialoutsixmainelectricalwiringscheme.Thenthethree
schemesforreliabilityandflexibilityandeconomicalcomparison,retainthetwoofthesetwokindsofschemes,short-circuitcurrentcalculationscheme,Thenaccordingtoshort-circuitcurrentcalculationresultsaremainelectrical
equipmentselectionandcalibration,includingbreaker,isolatingswitch,
transformer,etc.Finallydeterminedbytheeconomicalcomparisonofthefinalauto-switchscheme.Lightningproofgroundingprotectiondesignofhydropowerstationistheboosterforlightningprotection,theprotectionconfigurationsettingcalculationandcalibration,avoidthunderdeviceselection.
KEYWORDS:
Mainelectricalconnection,shortcircuitcurrentcalculation,
Equipmentselection,Generatorrelayprotection
XX大学XX学院X级电气X班
第一章前言?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1
第二章电气主接线的设计?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2.1原始资料及分析…………………………………………………………………….…2
2.2主接线的设计原则…………………………………………………………………….2
2.3发电机侧方案比较…………………………………………………………………….3
2.4升高压侧接线方案进行比较………………………………………………………....5
2.5确定主接线方案……………………………………………………………………..…6
第三章短路电流计算?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
8
3.4方案系统正序阻抗网络等值图为：
……………………………………………….....9
3.5计算书………………………………………………………………………………..…10
第四章电气主设备选择?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
15
4.1其接线方式如下图：
………………………………………………………………….15
4.2高压断路器的选择及校验……………………………………………………………15
4.3隔离开关的选择及校验………………………………………………………………18
4.4电流互感器的选择及校验……………………………………………………………20
4.5电压互感器的选择及校验……………………………………………………………23
4.6侧熔断器的选择侧熔断器的选择及校验……………………………………………25
第五章防雷接地保护?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
28
5.1.发电站对直击雷的防雷措施………………………………………………………...28
5.2防雷保护装置………………………………………………………………………….28
5.3本设计的防雷保护方案………………………………………………………………28
5.4接地体（网）………………………………………………………………………….30
第六章小结?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
33
第七章参考文献?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
34
第八章致谢?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
35XX大学XX学院X级电气X班
第一章前言
能源是社会发展的重要的物质基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，而且在品种及构成上也发生了很大的变化。
人类对能源质量也要求越来越高。
电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。
电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。
电能的发、变、送、配和用，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。
要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。
因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。
随着我国经济的不断发展，对能源的需求量也越来越大，然而能源的不足与需求之间的矛盾在近几年不断恶化，国家急需电力事业的发展，为我国经济的发展提供保障。
就我国目前的电力能源结构来看，我国主要是以火电为主，但是火电由于运行过程中污染大，在煤炭价格高涨的今天，火电的运行成本也较高，受锅炉和其他火电厂用电设备的影响，其资源利用率较低，一般热效率只有30%-50%左右。
与之相比水电就有很多明显的优势。
因此，关于电力系统水电站设计方面的论文研究就显得格外重要。
本毕业设计（论文）课题来源于西藏满拉水电站。
主要针对西藏满拉水电站在电力系统的地位，拟定本电厂的电气主接线方案，经过技术经济比较，确定推荐方案，对其进行短路电流的计算，对电厂所用设备进行选择，然后对各级电压配电装置及总体布置设计。
并且对其发电机继电保护进行设计。
XX大学XX学院X级电气X班
第二章电气主接线的设计
2.1原始资料及分析
（1）原始资料
西藏满拉水电站位于西藏年楚河上游日喀则地区江孜县内，水电站总装机容量4×5MW，多年平均发电量6.096×10KW/h,保证出力3.65MW，年利用小时数3048小时，电站水库为年调节水库，是一个以灌溉、发电为主，兼有防洪的综合性水利枢纽工程。
满拉水电站是日喀则地区电网的主要电源，担任藏中电网的调峰、调频和事故备用任务。
电站以110KV一级电压接入系统，一期出线2回，接到40km以外的江孜变电站，预留一回。
发电机出口电压6.3KV。
系统归算至110KV，母线侧短路电抗为X﹡∑=0.29。
（2）对原始资料分析
（1）工程状况
通过对原始资料的分析可知，该电厂为一小型水电站。
目前，按发电厂的容量划分：
总容量在1000MW及以上，单机容量在200MW及以上的发电厂称为大型水电厂；总容量在200～1000MW，单机容量在50～200MW的发电厂称为中型水电厂；总容量在200MW及以下，单机容量在50MW及以下的发电厂称为小型水电厂。
设计电厂为4×5MW小型电厂。
该电厂承担腰荷。
一般年利用小时数在5000h及以上的电厂承担基荷；年利用小时数在3000～5000h的电厂承担腰荷；年利用小时数在3000h以下的承担峰荷。
设计电厂年利用小时数为3048小时，主要承担腰荷。
因此，其主接线以供电可靠性高、供电调度灵活为主选择接线方式。
（2）电力系统情况
该电厂为重要水电站，在5?
10年内不扩建。
我国一般对35KV及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统，有称小电流接地系统。
原始资料中发电机出口电压为6.3KV，故发电机采用非直接接地方式，目前，广泛应用的是经消弧线圈接地方式或经中性点接地变压器接地。
（3）负荷情况
发电机出口侧电压等级为6.3KV，经升压变压器变为110KV，主要承担距水电站40km外的系统，以2回输电线路送入系统。
（4）其他
环境条件等无具体要求，可按照理想条件设计。
7
2.2主接线的设计原则
电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。
电气主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单XX大学XX学院X级电气X班
灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。
在电气主接线设计时，综合考虑以下方面：
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。
直岗拉卡水电站虽然是一个中小型水电站，但是由于担负了许多工业企业，及农业抗旱排涝等供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。
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。
具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。
主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。
不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。
显然，复杂地接线不会保证操作方便，反而使误操作机率增加。
但是过于简单的接线，则不一定能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和停电时间。
具有发展和扩建的可能性
随着经济的发展，已投产的水电站可能需要扩大机组容量，从主变压器的容量、数量到馈电线路数均有扩建的可能，有的甚至需要升压，所以在设计主接线时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。
主接线应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。
电气主接线是发电厂电气设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节。
主接线的确定对电力系统整体及发电厂本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
因此，必须处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案，决定电压等级和出线回路数。
在选择电气主接线时，应以下方面作为设计依据:
1、发电厂在电力系统中的地位和作用
2、发电厂、变电所的分期和最终建设规模
3、负荷大小和重要性
4、系统备用容量的大小
（1）系统中需要有一定的发电机备用容量。
（2）装有2台（组）及以上的主变压器的变电所，其中一台（组）事故断开，其余主变压器的容量应能保证该所70%的全部负荷。
2.3发电机侧方案比较
XX大学XX学院X级电气X班
2.3.1扩大单元接线
适用范围：
系统有备用容量时大中型水电厂有2-3台发电机的情况
优点：
单元接线简单，开关设备少，操作简单。
因不设发电机电压母线，发电机和变压器之间采用封闭母线，使得发电机和变压器侧短路几率和短路电流都减小。
任何一个机组发生故障，都不影响供电可靠性。
维护和检修也比较简单，调节灵活。
厂用电供电较可靠和灵活。
当发电机容量不大，且在系统备用容量允许时，可减少变压器台数和高压侧短路器数目，并节省配电装置占地面积。
缺点：
线路故障或维修时，变压器必须停运。
变压器故障或维修时，线路必须停运。
2.3.2单母线分段接线
适用范围：
110-220KV配电装置的出线回路数为3-4回时。
优点：
供电可靠性高，调度灵活，所有的断路器和隔离开关相对较少，检修和扩建方便。
缺点：
使用设备相对较多，配电装置复杂，投资较大，操作复杂容易发生误操作。
2.3.3单母线接线
适用范围：
一般适用于一台发电机或一台变压器的110-220KV配电装置的出线回路数不超过两回。
XX大学XX学院X级电气X班
优点：
接线简单，操作方便，设备少，经济性好，母线可延伸，便于扩建。
缺点：
可靠性差，故障或检修时，所有线路都要停运。
调度不灵活，电源只能并列运行，不能分列运行，线路发生短路时，会产生较大短路电流。
2.4升高压侧接线方案进行比较
2.4.1单母线分段接线
适用范围：
110-220KV配电装置的出线回路数为3-4回时。
优点：
用断路器将母线分段后，对重要的负荷可以从不同的分段引出两个回路，由两个电源供电。
当一段母线出现故障时，由断路器自动将故障切除，从而保证正常段母线安全不间断供电，减小故障停电范围。
缺点：
当母线和母线侧的隔离开关出现故障或检修时，该段回路都要停运。
当出线为双回路时，会使架空线出现交叉。
2.4.2内桥接线
连接桥断路器接在线路断路器的内侧。
适用范围：
容量较小的变电所，并且变压器容量不经常切换或线路较长，故障率较低的情况。
XX大学XX学院X级电气X班
优点：
1、高压断路器数量少，四回路只需三台断路器。
2、线路的投入和切除比较方便。
具有较高的经济性。
缺点：
1
、变压器的投入和切除操作较复杂，需动作两台断路器，切换主变时一回线路需要暂时停运。
2、出线断路器检修或者维护时，线路需要长时间停运。
3、连接桥断路器检修时，两个回路需要解列运行。
2.4.3单母线接线
适用范围：
110-220KV配电装置的出线回路数为3-4回时。
优点：
接线简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便，便于扩建。
缺点：
灵活性差，任意原件出现故障或检修时，均使整个配电装置停运。
2.5确定主接线方案
XX大学XX学院X级电气X班
XX大学XX学院X级电气X班第7
页
第三章短路电流计算
3.1短路计算的必要性和目的
供配电系统要求安全、可靠、不间断地供电，以保证生产和生活的需要。
但是由于各种原因，难免出现故障，系统中最严重的故障就是短路。
所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的“短接”。
短路发生的原因是多种多样的，主要有：
1）电气设备存在隐患。
如设备的绝缘材料自然老化、绝缘机械损伤、设备缺陷未发现和消除、设计安装有误等。
2）运行、维护不当。
如不遵守操作规程而发生误操作，技术水平低，管理不善等。
3）自然灾害。
如雷电过电压击穿设备绝缘，特大的洪水、大风、冰雪、地震等引起的线路倒杆、断线，鸟、老鼠及蛇等小动物跨越在裸露的导体之间等。
由于短路后，电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，因此短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。
在大的电力系统中，短路电流可达几万安培甚至几十万安培。
在电流急剧增加的同时，系统中的电压将大幅度下降。
所以短路后果往往都是破坏性的，其主要危害大致有如下几方面：
1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏；
2）短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行；
3）短路时要造成停电事故，而且越靠近电源，短路引起停电的范围越大，给国民经济造成的损失也越大；
4）严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列；
5）单相对地短路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通信线路、信号系统及电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。
由此可见，短路的后果是非常严重的。
为保证电气设备和电网安全可靠地运行，首先应设法消除可能引起短路的一切原因。
其次在发生短路后应尽快切除故障部分和快速恢复电网电压。
为此，可采用快速动作的继电保护装置，以及选用限制短路电流的电气设备（如电抗器）等。
短路电流计算的目的：
为确保电气设备在短路情况下不致损坏，减轻短路危害和防止故障扩大，必须事先对短路电流进行计算。
计算短路电流的具体目的是：
1）选择和校验电气设备；
2）进行继电保护装置的选型与整定计算；
3）分析电力系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的措施；
4）确定电力线路对通信线路的影响等。
XX大学XX学院X级电气X班
3.2短路电流计算的规定
验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定：
计算的基本情况
1，电力系统中所有电源都在额定负荷下运行：
2，同步电机都具有自动调整励磁装置：
3，短路发生在短路电流为最大值的瞬间：
4，所有电源的电动势相位角相同：
5，正常工作时，三相系统对称运行：
6，应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。
对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。
接线方式
计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
计算容量
应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景规划（一般考虑本工程建成后5~10年）。
短路种类
一般按三相短路计算。
若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相接线短路较三相情况严重时，则应按严重情况进行校验。
短路计算点
在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。
3.3发电机，变压器及系统的主要参数：
''X?
0.23，额定电压6.3kV?
?
0.8?
5d发电机参数：
45MW，cos，
变压器参数：
2台，15MVA,Ud%?
14%6.3／110KV
系统线路参数：
110kV出线2回，线路阻抗0.11／kmL=40km
系统阻抗折算到110KV侧X*∑=0.29
3.4方案系统正序阻抗网络等值图为：
XX大学XX学院X级电气X班
阻抗网络等值图
3.5计算书
Sj?
100MVAUj?
6.3kV，Ij（6.3）?
时，SjUj
Sn?
?
9.17kA,取基准值：
Uj?
115kV，Ij（115）Sj＝Uj＝0.5kA,5MW功率因素为0.8的机组容量为;5?
6.25MVA0.80
X发电机F1~F4:
X1=X2=3=X4=X''Sjd100?
3.68Sn=0.23?
6.25
Ud%Sj14100?
?
?
?
0.93XX100S10015n变压器B1~B2:
5=6=
''XX线路阻抗L1~L2:
7=8=Xd×L=0.44×40=17.6
系统阻抗X10：
X9=X10=0.29
对d1点进行短路计算：
网络简化如下：
XX
大学XX学院X级电气X班
d1阻抗网络等值图
X11?
X1//X2?
3.68?
1.842X12?
X5?
0.93
X13?
（X7//X8）?
（X9//X10）?
X
1417.60.29?
?
8.945223.68?
X6?
X3//X4?
0.93?
?
2.772继续简化上图：
将★型化成△
XX大学XX学院X级电气X班第11
页
d1网络简化图
X15=X11=1.84
X16?
X12?
X13?
X12?
X130.93?
8.945?
0.93?
8.945?
?
13.44X142.77
X12?
X140.93?
2.77?
0.93?
2.77?
?
4.11X138.945X17?
X12?
X14?
短路点d1的电流标幺值
111111?
?
?
?
XX16X17=1.8413.444.11=0.85if=15短路点d1的电流有效值
SjIf=if×100
=0.85×3?
6.3=7.19KA3Uj
对d2点进行短路计算：
网络简化如下：
d2网络简化图
X11?
（X1//X2?
X5）//（X3//X4?
X6）?
（3.683.682.77?
0.93）//（?
0.93）?
?
1.385222X1217.60.29?
?
8.945?
（X7//X8）?
（X9//X10）=22
XX大学XX学院X级电气X班
短路点d1的电流标幺值
1111?
?
XX12=1.3858.945=0.83if=11
短路点d1的电流有效值
Sj
If=if×
对100=0.83×3?
115=0.415KA3Ujd3点进行短路计算：
网络简化如下：
d3阻抗网络等值图
X11?
X9?
0.29
X12?
X7?
17.6
X13?
X8?
X10?
0.29?
17.6?
17.89X14?
（X1//X2?
X5）//（X3//X4?
X6）?
（
继续简化上图：
将★型化成△3.683.682.77?
0.93）//（?
0.93）?
?
1.385222
XX大学XX学院X级电气X班
d3网络简化图
X15=X11=0.29
X16?
X12?
X13?
X12?
X1317.6?
17.89?
17.6?
17.89?
?
61.12X141.385
X12?
X1417.6?
1.385?
17.6?
1.385?
?
20.05X1317.89X17?
X12?
X14?
短路点d3的电流标幺值
111111?
?
?
?
XX16X17=0.2961.1220.05=3.96if=15短路点d3的电流有效值
SjIf=if×100=3.96×3?
115=5.96KA3Uj
XX
大学XX学院X级电气X班
第四章电气主设备选择及校验
4.1其接线方式如下图：
4.2高压断路器的选择及校验
4.2.1高压断路器的选择及校验原则
高压断路器是电气主系统中重要的开关电器。
高压断路器主要功能是：
正常运行倒换运行方式，把设备或者线路接入电网或者退出运行，起着控制作用；当设备或者线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分的正常运行，起着保护作用。
高压断路器型式选择：
本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号的断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。
选择断路
升级会员 