小漩水電站電氣一次及同期系統(tǒng)設(shè)計

1、摘 要水電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，起著生產(chǎn)和輸送電能的作用。電氣主接線是發(fā)電廠的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線擬定直接關(guān)系著全所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，是水電站電氣部分投資大小的決定性因素。本次設(shè)計水電站電氣一次及同期系統(tǒng)。首先根據(jù)主接線的經(jīng)濟可靠、運行靈活的要求選擇220kv電壓等級的接線方式，選取靈活的最優(yōu)接線方式。其次，進(jìn)行短路電流計算，根據(jù)各短路點計算出各點短路穩(wěn)態(tài)電流和短路沖擊電流，并根據(jù)各電壓等級的額定電壓和最大持續(xù)工作電流進(jìn)行設(shè)備選擇并進(jìn)行校驗，然后進(jìn)行廠用電設(shè)計計算。最后根據(jù)同期原理設(shè)計水電站同期系統(tǒng)并選配相應(yīng)

2、的元器件。關(guān)鍵詞: 電氣主接線，短路電流；電氣設(shè)備，廠用電，同期系統(tǒng)abstract hydropower is an important part of the power system,which directly affects the entire power system security and economic operation, plays a role in the production and distribution of electrical energy. the design of the electrical station once and synchroni

3、zation system.first, according to the main terminal of economical, reliable and flexible operation 220kv voltage level required to select connection mode, select the optimal flexible wiring.secondly, the short-circuit current calculation, according to the short circuit point were calculated for each

4、 point of impact of current steady state current and short-circuit, and according to the voltage level of the rated voltage and maximum continuous operating current for equipment selection and verified. then, the auxiliary power design calculations.finally, according to the same principle of synchro

5、nization system design of hydropower station and select the corresponding components.key words :the electricity mainwiring ,the short-circuit current ,electricity 目錄前 言7第一章 電氣主接線設(shè)計81.1電氣主接線81.1.1電氣主接線設(shè)計的原則81.1.2電氣主接線的設(shè)計程序91.1.3主接線形式的選擇121.2主變壓器的選擇13第二章 短路電流的計算及負(fù)荷計算152.1短路電流計算的目的和條件152.1.1短路電流計算的目的15

6、2.1.2短路電流的計算條件162.2短路時間的計算162.3 等效電路阻抗及短路電流的計算18第三章 電氣主設(shè)備的選擇與校驗253.1導(dǎo)體和電氣設(shè)備選擇的一般條件253.1.1一般原則253.1.2短路狀態(tài)熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的校驗263.2設(shè)備的選擇及校驗273.2.1高壓斷路器273.2.2隔離開關(guān)303.2.3電流互感器303.2.4電壓互感器313.2.5 導(dǎo)線323.2.6 熔斷器333.2.7 避雷器333.2.8 支柱絕緣子333.2.9 穿墻套管343.2.10 消弧線圈34第四章 廠用電設(shè)計354.1 廠用電系統(tǒng)設(shè)計原則354.2 廠用電系統(tǒng)的特點354.2.1 廠用電電壓354

7、.3 廠用電計算364.3.1 廠用電負(fù)荷計算364.3.2 廠用電接線圖37第五章 同期系統(tǒng)設(shè)計385.1.1 同期原理概述385.1.2 同期系統(tǒng)設(shè)計研究狀況385.2 同期原理圖405.3 系統(tǒng)硬件配置圖415.4 同期系統(tǒng)流程425.4.1 導(dǎo)前時間425.4.2 準(zhǔn)同期條件435.4.3 均頻控制435.4.4 均壓控制435.5 軟件模塊設(shè)計445.5.1程序判別方法445.5.2計算電壓445.5.3計算頻率、滑差445.5.4計算角加速度差455.5.5計算相位455.5.6計算相位差45結(jié) 束 語47致 謝 語48參考文獻(xiàn)49前 言電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和核心動力。電能

8、既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應(yīng)用極為廣泛。本次設(shè)計為小漩電站電氣一次及同期系統(tǒng)部分初步設(shè)計，分為電氣主接線設(shè)計、短路電流計算、電站主設(shè)備選擇、廠用電設(shè)計、同期系統(tǒng)設(shè)計等四部分。所設(shè)計的內(nèi)容力求概念清楚，層次分明。從主接線、短路電流計算、主要電氣設(shè)備選擇等幾方面對變電站設(shè)計進(jìn)行了闡述，并繪制了電氣主接線圖、廠用電接線圖、同期系統(tǒng)控制原理圖、硬件配置圖。由于本人水平有限，錯誤和不妥之處在所難免,敬請各位老師批評指正。第一章 電氣主接線設(shè)計

9、1.1電氣主接線電氣主接線是發(fā)電廠、變電所的設(shè)計主體。采用何種形式的接線，與電力系統(tǒng)原始資料，發(fā)電廠、變電所本身的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求密切相關(guān)，并且對電氣設(shè)備的選擇、配電裝置布置、繼電保護和控制方式的擬定都有較大的影響。因此，主接線的設(shè)計必須根據(jù)電力系統(tǒng)、發(fā)電廠或變電站的具體情況，全面分析，正確地處理好各方面的關(guān)系，合理地選擇主接線方案。1.1.1電氣主接線設(shè)計的原則電氣主接線設(shè)計的基本原則是以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合實際情況，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，盡可能的節(jié)省投資，力爭設(shè)備元件和設(shè)計的先進(jìn)性與可靠性，堅持可靠、先

10、進(jìn)、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。在設(shè)計的過程中，將根據(jù)國家經(jīng)濟發(fā)展及電力負(fù)荷增長率的規(guī)劃，給出所設(shè)計變電所的容量、機組臺數(shù)、電壓等級、出線回路數(shù)、主要負(fù)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。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(jìn)行論證分析階段，更應(yīng)合理的統(tǒng)一供電可靠性與經(jīng)濟性的關(guān)系，以便使設(shè)計的主接線具有先進(jìn)性和可行性。1.1.2電氣主接線的設(shè)計程序設(shè)計步驟和內(nèi)容如下：1） 對原始資料分析：(1) 工程情況，包括設(shè)計規(guī)劃容量（近期、遠(yuǎn)景），變壓器容量及臺數(shù)，最大負(fù)荷利用小時數(shù)極可能的運行方式等。(2) 電力系統(tǒng)情況，包括電力系統(tǒng)近期及遠(yuǎn)景

11、發(fā)展規(guī)劃（5-10年），變電站在電力系統(tǒng)中的位置（容量位置和地理位置）和作用，以及與電力系統(tǒng)連接方式和各級電壓中性點接地方式等。(3) 變壓器的中性點接地方式與電壓等級、單向接地短路電流、過電壓水平、保護配置等有關(guān)，直接影響系統(tǒng)供電的可靠性。2） 對電氣主接線的基本要求：對電氣主接線的基本要求，概括的應(yīng)包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面。(1) 可靠性在分析電氣主接線可靠性時，要考慮變電站在系統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負(fù)荷性質(zhì)及類別、設(shè)備制造水平及運行經(jīng)驗等諸多因素。(a) 電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其可靠性應(yīng)與系統(tǒng)相適應(yīng)。此次設(shè)計的110kv變電所在10kv電

12、壓級有近區(qū)負(fù)荷，容量不大，此時10kv電壓即宜采用供電可靠性較高的母線接線方式，以便適應(yīng)近區(qū)各類負(fù)荷對供電可靠性的要求。(b) 負(fù)荷性質(zhì)和類別。負(fù)荷按其重要性有類、類和類之分。(c) 設(shè)備的制造水平。電氣設(shè)備制造水平?jīng)Q定的設(shè)備質(zhì)量和可靠程度直接影響著電氣主接線的可靠性。(d) 長期實踐運行經(jīng)驗。(2) 靈活性電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個方面：(a) 操作的方便性。電氣主接線應(yīng)該在滿足可靠性的條件下，結(jié)線簡單，操作方便，盡可能使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不致在操作過程中出差錯。(b) 調(diào)度的方便性。電氣主接線在正常運行時，要能根據(jù)調(diào)度要求

13、，方便的改變運行方式，并且在發(fā)生事故時，要能盡快的切除故障，使停電時間最短，影響范圍最小，不致過多的影響對用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。(c) 擴建的方便性。對將來要擴建的變電站，其主接線必須具有擴建的方便性，應(yīng)留有發(fā)展擴建的余地。(3) 經(jīng)濟性在設(shè)計主接線時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性和經(jīng)濟性之間。通常設(shè)計應(yīng)在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟合理。經(jīng)濟性主要從以下幾方面考慮：(a) 節(jié)省一次投資。主接線應(yīng)簡單清晰，并要適當(dāng)采用限制短路電流的措施，以節(jié)省開關(guān)電器數(shù)量、選用廉價的電器或輕型電器，以便降低投資。(b) 占地面積小。(c) 電能損耗少。在變電站中，電能損耗主要來自變壓器，應(yīng)經(jīng)濟合理

14、的選擇變壓器的形式、容量和臺數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗。(d) 負(fù)荷情況，包括負(fù)荷的性質(zhì)、輸電電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。對電力的負(fù)荷不僅應(yīng)有短期負(fù)荷預(yù)測，還應(yīng)有中長期負(fù)荷預(yù)測，對電力負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確性，直接關(guān)系著變電站電氣主接線設(shè)計成果的質(zhì)量，一個設(shè)計應(yīng)能經(jīng)受當(dāng)前及較長遠(yuǎn)時間（5-10年）的檢驗。1.1.3主接線形式的選擇1）220kv電壓等級主接線的確定方案1：單母線接線方案2：單母線分段方案3：單母線帶旁路單母線接線：接線簡單清晰，設(shè)備少、投資低，操作方便，便于擴建，也便于采用成套配點裝置。另外，隔離開關(guān)僅僅用于檢修，不作為操作電器，不易發(fā)生誤操作。單母線分段：母線故障或檢修

15、時，不會導(dǎo)致全部停電。斷路器檢修時會造成回路停電。但接線簡單、操作維修方便、設(shè)備較少、經(jīng)濟性好。單母線帶旁路：單母線帶有專用旁路斷路器的旁路母線接線，可以減少設(shè)備、節(jié)省投資。隨著高壓配電裝置廣泛采用六氟化硫斷路器及國產(chǎn)斷路器、隔離開關(guān)的質(zhì)量逐步提高，同時系統(tǒng)備用容量的增加、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)趨于合理和聯(lián)系緊密、保護雙重化的完善以及設(shè)備檢測逐步由計劃檢修向狀態(tài)檢修過渡，為簡化接線，總的趨勢將逐步取消旁路設(shè)施。此次220kv側(cè)采用單母線接線的接線方式。這種接線，每一回路都通過一臺斷路器和一組隔離開關(guān)并連接到母線上。適用范圍：110220kv配電裝置當(dāng)出線回數(shù)不超過2回時。與雙母線接線相比，單母線接線具有下述

16、優(yōu)點：(1) 接線簡單清晰(2) 設(shè)備少，投資低(3) 操作方便，便于采用成套配電裝置(4) 有利于擴建和便于試驗。1.2主變壓器的選擇發(fā)電廠中用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送電能的變壓器稱為主變壓器（簡稱主變），其中采用發(fā)電機-變壓器單元接線時，主變壓器容量應(yīng)與發(fā)電機容量相配套，按照發(fā)電機容量比主變壓器容量等于1:1.2進(jìn)行選擇。型號額定容量（kva）額定高壓（kv）額定低壓(kva)空載電流(kva)空載損耗(kw)負(fù)載損耗(kv）阻抗電壓（%）sfp7-20000/2202000022010.5124511011因為發(fā)電機容量為單機16.67mw，即主變?nèi)萘繎?yīng)為20mw。小型發(fā)電廠，或發(fā)電廠主要

17、電能是以發(fā)電機電壓向附近供出，系統(tǒng)電源僅作為備用時，亦可選用1臺主變壓器。主變：（雙繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器）(1) 相數(shù)根據(jù)所計算的容量，選用三臺雙繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器。(2) 組數(shù)與結(jié)構(gòu)在220kv中性點直接接地系統(tǒng)中，凡需選用三繞組變壓器的場所，均可優(yōu)先選用自耦變壓器，其損耗小，價格低，但主要潮流方向應(yīng)為低高壓同時向低壓和中壓送電，且變化不宜過大，并注意自耦變壓器限制短路電流的效果較差，所以選用兩臺雙繞組變壓器。第二章 短路電流的計算及負(fù)荷計算2.1短路電流計算的目的和條件2.1.1短路電流計算的目的在發(fā)電廠和變電站的設(shè)計中，短路計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算的目的主要有以下幾個方

18、面：(1) 電氣主接線的比較。(2) 選擇導(dǎo)體和電器。(3) 在設(shè)計戶外高型配電裝置時，需要按短路條件校驗軟導(dǎo)線的相同和相對地的安全距離。(4) 在選擇繼電保護裝置和運行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。(5) 接地裝置的設(shè)計，也需要用短路電流。2.1.2短路電流的計算條件為使所選設(shè)備具有足夠的可靠性、經(jīng)濟性和合理性，并在一定的時期內(nèi)適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，做驗算用的短路電流應(yīng)按下列條件確定：(1) 容量與接線。按設(shè)計的最終容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（一般為建成后510年）；其接線應(yīng)采用可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式。(2) 短路種類。一般按三相短路計算，或其他種類較三

19、相短路嚴(yán)重時，則按最嚴(yán)重的情況計算。(3) 計算短路點。在計算電路圖中，同電位的各短路點的短路電流值均相等，但通過各支路的短路電流將隨著短路點的位置不同而不同。在校驗電器和載流導(dǎo)體時，必須確定電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體處于最嚴(yán)重的短路點，使通過的短路電流校驗值為最大。2.2短路時間的計算效驗熱穩(wěn)定的短路計算時間tk為急電保護動作時間tpr和相應(yīng)斷路器的全開斷時間tbr之和，即 一般取保護裝備的后備保護動作時間，這是考慮到主保護有死區(qū)或拒動；而指對短路器的分閘脈沖傳送到斷路器操作機構(gòu)的跳閘線圈時起，到各相觸頭分離后的電弧完全熄滅為止的時間段。顯然，包括兩個部分，即式中，為斷路器的分閘時間，它是由斷路器接

20、到分閘命令起，到滅弧觸頭剛分離的一段時間，此值可在相應(yīng)手冊中查出；為斷路器開斷時電弧持續(xù)時間，它是指由第一個滅弧觸頭分離瞬間起，到最后一級電弧熄滅為止的時間，對少油斷路器為0.040.06s，對sf6斷路器壓縮空氣斷路器約為0.020.04s，真空斷路器約為0.015s。斷路器不僅在電路中作為操作開關(guān)，而且在短路時要迅速可靠的切斷短路電流，作為保護電器。為此，這種斷路器應(yīng)能在最嚴(yán)重的情況下開斷短路電流，故短路計算的時間應(yīng)為主保護動作時間tpr1和斷路器固有分閘時間tin之和，即對于無延時保護，tpr1為主保護啟動和執(zhí)行機構(gòu)動作時間之和，一般0.050.06s。為方便設(shè)計，此處規(guī)定各電源在不同短

21、路點的短路計算時間為=4s。2.3 等效電路阻抗及短路電流的計算用于設(shè)備選擇的短路電流是按照變電所最終規(guī)模：兩臺40mva主變壓器及110kv遠(yuǎn)景系統(tǒng)阻抗，考慮兩臺主變并列運行的方式進(jìn)行計算的。畫出等值電路，如圖(1)取 (1) 點短路的短路電流。，網(wǎng)絡(luò)簡化圖為圖（2），負(fù)荷支路斷開不必畫出。相同容量電源合并，簡化為圖（3）進(jìn)一步簡化為圖（4）求各支路計算電抗： 求各支路供給的短路電流：供給：供給：(由0.278查曲線)系統(tǒng)供給：求總的短路電流和沖擊短路電流：(2) 點短路的短路電流。利用上面的結(jié)果，可畫出點短路時的等值電路如圖（5）相同容量電源合并，進(jìn)一步簡化為圖（6）求各支路計算電抗：供給

22、：供給：求各支路供給的短路電流：供給(由0.375查曲線)供給：(由0.375查曲線)系統(tǒng)供給：求總的短路電流和沖擊短路電流：計算結(jié)果如下：表一 等效電路阻抗計算結(jié)果表阻抗名稱發(fā)電機變壓器主變線路短路阻抗標(biāo)幺值1.5010.5250.5250.017表二 短路電流計算結(jié)果表短路類型短路編號短路點位置短路點平均電壓（kv）基準(zhǔn)電流（ka）短路電流沖擊值（ka）短路電流最大有效值（ka）三相短路k1發(fā)電機出口10.51.01842.00915.634k2220kv母線2201.01841.48415.856第3章 電氣主設(shè)備的選擇與校驗3.1導(dǎo)體和電氣設(shè)備選擇的一般條件正確的選擇設(shè)備是使電氣主接線

23、和配電裝置達(dá)到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進(jìn)行設(shè)備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)定的采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備。3.1.1一般原則(1) 應(yīng)滿足正常運行檢修短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展的需要；(2) 應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核；(3) 應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟合理；(4) 選擇導(dǎo)體時應(yīng)盡量減少品種；(5) 擴建工程應(yīng)盡量使新老電器型號一致；(6) 選用的新產(chǎn)品，均應(yīng)具有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。3.1.2短路狀態(tài)熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的校驗1.短路熱穩(wěn)定校驗短路電流通過電器時，電氣設(shè)備各部件溫度（或發(fā)熱效應(yīng)）應(yīng)不超過允許值，滿足熱穩(wěn)定的條件為

24、式中 短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng) 、t電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流和時間2.電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機械效應(yīng)的呢公里。亦稱動穩(wěn)定，滿足動穩(wěn)定的條件：式中 、短路沖擊電流幅值及其有效值、電氣設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流及其有效值下列幾種情況可不校驗熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定：(1) 用熔斷器保護的電氣設(shè)備，其熱穩(wěn)定由熔斷器時間保證，故可不驗算熱穩(wěn)定(2) 采用有限電流電阻熔斷器保護的設(shè)備，可不校驗動穩(wěn)定(3) 裝設(shè)在電壓互感器回路中的裸導(dǎo)體和電氣設(shè)備可不校驗動、熱穩(wěn)定3）環(huán)境條件環(huán)境條件主要有溫度、日照、風(fēng)速、冰雪、濕度、污穢、海拔和地震。由于設(shè)計條件有限，所以在設(shè)計中沒有考慮溫度因素。按照工程上的

25、規(guī)定，普通高壓電器在環(huán)境溫度為四十度時，允許按照額定電流長期工作。當(dāng)電器安裝點的環(huán)境高于四十度時，每增加一度建議額定電流減少1.8%；當(dāng)?shù)陀谒氖葧r，每降低一度建議額定電流增加0.5%，但總的增加值不得超過額定電流的20%。3.2設(shè)備的選擇及校驗3.2.1高壓斷路器斷路器的種類和形式的選擇發(fā)電機回路的最大長期工作電流：根據(jù)、及屋內(nèi)布置要求，查附錄選型號為型斷路器，其額定技術(shù)數(shù)據(jù)位：,額定開斷電流43.3a，動穩(wěn)定電流130ka，熱穩(wěn)定電流，固有分閘時間，燃弧時間。確定短路計算點及相應(yīng)短路電流短路熱穩(wěn)定時間 短路切斷計算時間 設(shè)k1點短路，系統(tǒng)至k1點的計算電抗>3則系統(tǒng)提供的短路電流為由

26、發(fā)電機提供的短路電流，可由直接查水輪發(fā)電機運算曲線得 其電流基準(zhǔn)值為各有名值分別為可見，發(fā)電機提供的短路電流數(shù)值較大，故取k1點為短路計算點（如k2點短路，則僅有系統(tǒng)供出的短路電流流經(jīng)斷路器，顯然較?。?。校驗開斷能力因 >故滿足要求。校驗動穩(wěn)定滿足要求。校驗熱穩(wěn)定因故可不計非周期分量的發(fā)熱影響。滿足要求。以上計算表明，選型斷路器可滿足要求。其主要參數(shù)：型號額定電壓(kv)最高工作電壓(kv)額定電流(a)額定開斷電流(ka)動穩(wěn)定電流(ka)1010.5125043.3130熱穩(wěn)定電流(ka)自動重合閘無電流間隔時間(s)固有分閘時間(s)燃弧時間(s)斷路器本體質(zhì)量 (三相)(kg)油

27、重(kg)43.30.30.060.0233601203.2.2隔離開關(guān)220kv側(cè)：由查手冊，選可滿足要求。其中(2)短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗(a)熱穩(wěn)定校驗滿足要求(b)動穩(wěn)定校驗滿足要求3.2.3電流互感器(1)額定電壓和電流的選擇(a)額定電壓(b)額定電流一次側(cè) 二次側(cè) 因為是強電流系統(tǒng)，所以電流為5a，準(zhǔn)確等級為0.5級,(300600)(6001200)/5選用lcw-220，其主要參數(shù)：型號額定電流比(a)級次組合準(zhǔn)確級次二次負(fù)荷()10%倍數(shù)1s熱穩(wěn)定倍數(shù)(倍數(shù))0.5級1級3級二次負(fù)荷()倍數(shù)(倍)lcw-220(1200/5)0.52460d1.2(2)熱穩(wěn)定校驗滿足要求動

28、穩(wěn)定校驗滿足要求3.2.4電壓互感器選用兩臺單相三繞組電壓互感器：jcc5-220gy選用三臺單相雙繞組電壓互感器及三臺單相三繞組電壓互感器：jdf-10主要參數(shù)：型號最大容量（va）額定電壓（kv）二次負(fù)荷（級）0.50.53p13jcc5-220gy2000300300jdf-10200010.525503.2.5 導(dǎo)線220kv母線：因為220kv側(cè)為戶外配電裝置，所以母線選用軟導(dǎo)線。(1)按經(jīng)濟電流密度選擇選擇lgj-35/6型號的導(dǎo)線發(fā)熱條件校驗查表得lgj-35的允許載流量(假設(shè)環(huán)境溫度為25)為155a>額定電流55a，則說明lgj-35的允許載流量同樣大于額定電流，滿足要

29、求。(4)機械強度校驗查表得鋼芯鋁絞線在35kv以上的最小截面要求為,因此所選導(dǎo)線滿足機械強度要求3.2.6 熔斷器選擇型高壓熔斷器，,開斷容量1000mva，最大開斷電流50ka。型號額定電壓（kv）額定電流（a）開斷容量（mva）最大開斷電流（ka）100.5100050校驗開斷能力：滿足要求3.2.7 避雷器選擇y10w-200/520氧化鋅避雷器3.2.8 支柱絕緣子選擇zs-220/4棒式支柱絕緣子，額定電壓220kv，幅值1050kv，相間距離a=195mm，h=2120mm，抗彎4kn，抗扭2kn·m.。型號額定電壓（kv）幅值（kv）相間距離（mm）高度（mm）抗彎（

30、kn）抗扭（kn）zs-220/42201050195212042兩片平放，。應(yīng)力校核:滿足要求3.2.9 穿墻套管選擇crl-220/1200油紙電容式穿墻套管，額定電流1250a，相間距離a=600mm，抗彎1.25kn，外形尺寸l=6390mm型號額定電流（a）相間距離（mm）抗彎（kn）外形尺寸（mm）crl-220/120012506001.2563903.2.10 消弧線圈選擇xdj-60/10油浸自冷式消弧線圈第4章 廠用電設(shè)計4.1 廠用電系統(tǒng)設(shè)計原則小漩電站廠用電供電范圍主要包括：廠房、壩區(qū)、及開關(guān)站及其他分散的區(qū)域。廠用電接線的設(shè)計應(yīng)按照運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展

31、規(guī)劃，積極慎重地采用成熟地新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計達(dá)到經(jīng)濟合理，技術(shù)先進(jìn)，保證機組安全經(jīng)濟地運行。其具體有如下一些要求：（1）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、停運等方式下地供電要求，并盡可能地使切換操作簡便，使啟動（備用）電源能迅速投入。（2）盡量縮小廠用電系統(tǒng)的故障影響范圍，避免引起全廠停電故障。各臺機組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)獨立，以保證在一臺機組故障停運或其輔助機發(fā)生電氣故障時，不影響其他機組的正常運行。（3）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)的運行方式，特別主要對公用廠用負(fù)荷的影響。要方便過渡，盡少改變接線和更換設(shè)備。4.2 廠用電系統(tǒng)的特點4.2.1

32、廠用電電壓全部廠用負(fù)荷由0.4/0.23kv供電，沒有高壓電動機。1. 廠用電母線接線方式本電站采用單母線分段接線方式2. 廠用電工作電源當(dāng)發(fā)電機與主變壓器采用單元接線時，由主變壓器低壓側(cè)引接，供給本機組的廠用負(fù)荷。中小容量發(fā)電機組一般在用分支線上裝設(shè)斷路器。3. 廠用備用或啟動電源無發(fā)電機電壓母線時，一般由高壓母線中電源可靠的最低一級電壓母線引接，或由聯(lián)絡(luò)變壓器的低壓繞組引接，并應(yīng)保證在發(fā)電廠全停的情況下，能從電力系統(tǒng)取得足夠的電源。4.3 廠用電計算4.3.1 廠用電負(fù)荷計算由于電站規(guī)模小，可將廠用壩用統(tǒng)一計算考慮。采用機組自用和公用混合供電方式，利用綜合系數(shù)法公式：計算負(fù)荷(千伏安)綜合

33、系數(shù),中型電站取0.79所有同時參加最大運行負(fù)荷的額定功率之和(千瓦)390.455kva，45.5kva0.79×435.96=344.4kva廠變?nèi)萘窟x350kva，廠用變壓器選sj-350/104.3.2 廠用電接線圖第5章 同期系統(tǒng)設(shè)計5.1自動準(zhǔn)同期裝置的原理5.1.1 同期原理概述同期系統(tǒng)有，準(zhǔn)同期、自同期、自動準(zhǔn)同期，其中自動準(zhǔn)同期優(yōu)點明顯，易于操作，對電網(wǎng)和電站發(fā)電機影響較小，得到普遍應(yīng)用，自動準(zhǔn)同期并列的條件是:（1）發(fā)電機電壓與電網(wǎng)側(cè)電壓應(yīng)接近或相等，誤差不應(yīng)超過（5 10）；（2）發(fā)電機頻率與系統(tǒng)頻率應(yīng)接近或相等，誤差不應(yīng)超過（0.20.5）；（3）發(fā)電機電壓與

34、系統(tǒng)電壓相角差接近0°，即=f-x0時，并列斷路器觸頭接通。微機自動準(zhǔn)同期裝置是目前實現(xiàn)水電站同步發(fā)電機快速并網(wǎng)的主要控制手段，是節(jié)約機組并網(wǎng)前空載能耗，機組故障時快速投入備用機組、保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保障。提高自同期的控制速度和準(zhǔn)同期的控制精度，確保裝置具有良好的均頻均壓功能。數(shù)字式安全自動裝置是以微處理機作為基本的實現(xiàn)手段和方法，通過快速數(shù)字處理實現(xiàn)模型分析，邏輯判斷，控制出口，通訊以及更為復(fù)雜的控制功能，優(yōu)點是功能完善，使用及維護方便，智能化程度高，體積小，適應(yīng)一次系統(tǒng)靈活性大，所以應(yīng)用前景十分廣闊，已經(jīng)成為當(dāng)今電力自動化的主流產(chǎn)品。5.1.2 同期系統(tǒng)設(shè)計研究狀況電力系

35、統(tǒng)運行中.任一母線電壓都可用包含電壓幅值um 、角頻率和初相位的三個狀態(tài)量表示為“u =umsm（t+）。 一臺同步發(fā)電機組在未投入系統(tǒng)運行之前, 它的電壓“uf ; 與并列點電壓(系統(tǒng)電壓)ux, 二者的狀態(tài)量往往不等，其狀態(tài)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮? 使之與并列點的電壓狀態(tài)量相等或接近，再投入系統(tǒng)運行， 這一系列操作稱為并列操作。同步發(fā)電機的并列操作是一項基本操作。隨著負(fù)荷的變化電力系統(tǒng)中運行的發(fā)電機臺數(shù)是不斷變化的, 因此并列操作幾乎每夭都需進(jìn)行。 另外, 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某些事故時, 往往要求將備用發(fā)電機組迅速投入電網(wǎng)運行。可見, 在電力系統(tǒng)運行中并列操作是很頻繁的。在最早的時候，發(fā)電機并網(wǎng)合閘依靠

36、操作人員手動來進(jìn)行，為了尋找合閘提前時間，常采用同期指示裝置，最簡單的同期指示裝置，電網(wǎng)電壓和發(fā)電機電壓通過電壓互感器（pt）降壓，二次側(cè)接上燈泡裝置，通過合適的接線，可以采用燈光熄滅法或者燈光旋轉(zhuǎn)法來捕捉合閘的時機。但是由于燈泡一般在約16的額定電壓時就不亮了。所以更為準(zhǔn)確的方法是采用示零電壓表來尋找并網(wǎng)時機。手動操作要求操作人員要比較熟練，并且并網(wǎng)準(zhǔn)確度不高，風(fēng)險較大。目前，大多數(shù)電廠都是依靠同期裝置來進(jìn)行自動并網(wǎng)的，手動方式只是作為緊急時候的備用同期手段。第一代自動準(zhǔn)同期裝置是模擬式自動準(zhǔn)同期裝置，以許繼的zzq3和zzq5為代表，它們分立晶體管元件搭建硬件電路，對同期條件進(jìn)行檢測和處理

37、。zzq3和zzq5自動準(zhǔn)同期裝置的出現(xiàn)，極大地提高了并網(wǎng)的速度和可靠性，但由于模擬式同期裝置用模擬電子元件構(gòu)成，阻容電路作為微分電路是有條件的，必然將帶來諸如導(dǎo)前時間不穩(wěn)定，構(gòu)成裝置元器件參數(shù)漂移不穩(wěn)定的問題。模擬式的同期裝置合閘準(zhǔn)確度較低，它無法指示裝置的運行狀態(tài)，不能進(jìn)行故障自檢等，現(xiàn)在已經(jīng)基本被淘汰了。第二代自動準(zhǔn)同期裝置是微機式自動準(zhǔn)同期裝置，位處理器的產(chǎn)生對自動準(zhǔn)同期裝置技術(shù)指標(biāo)的提升產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，我國是世界上微機準(zhǔn)同期裝置最早研制的國家之一，深圳市智能設(shè)備開發(fā)有限公司研制的sid-2系列多功能微機準(zhǔn)同期裝置比較具有代表性。它是我國最早從事微機準(zhǔn)同期控制器研究，開發(fā)，生產(chǎn)得企業(yè)之

38、一。相繼推出了qsa型，sid-1，sid-2，sid-2v系列發(fā)電機用微機準(zhǔn)同期控制器及sid-2t系列線路用微機準(zhǔn)同期控制器，操作方便，接線簡單等特點。在一定程度上提高了并網(wǎng)速度和可靠性，同時也大大提高了合閘準(zhǔn)確度。1982年在安徽陳村水電站成功投入第一臺微機同期裝置，80年代中期又陸續(xù)推出了一些類似裝置。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，以及大規(guī)?？删幊踢壿嬁刂破鞯某霈F(xiàn)（pcc），都為同期裝置的性能提升提供了硬件條件。微機自動準(zhǔn)同期并列裝置, 充分利用微機的高速檢測、運算、判斷和控制的能力, 直接檢測待并發(fā)電機電壓uf與并列點電壓ux的狀態(tài)量, 并通過計算、判斷, 得出是否符合準(zhǔn)同期并列條件的結(jié)論.

39、完成并列操作的全過程。它較以往采用的自動準(zhǔn)同期并列裝置具有工作差寬、并列操作過程短、工作可靠性高、硬件結(jié)構(gòu)簡單、操作維護方便等優(yōu)點。5.2 同期原理圖5.3 系統(tǒng)硬件配置圖隨著水電機組容量的不斷增大，對水電站自動化水平以及發(fā)電質(zhì)量的要求日益提高。其對水輪機轉(zhuǎn)速頻率的測量也提出了更高的要求。目前在水電站中廣泛應(yīng)用的模擬式轉(zhuǎn)速信號裝置動作不夠準(zhǔn)確而單片機的轉(zhuǎn)速信號裝置可靠性又相對較差，不能滿足大型水電機組運行操作的要求。機頻測量采用高精度plc測頻方法，可靠性較高。本測量測量設(shè)計采用殘壓測頻方式和齒盤接近開關(guān)測速兩路冗余。殘壓信號取自機端pt，經(jīng)隔離變壓器輸入后，再經(jīng)過濾波、放大、整形，將交流信號

40、變成方波信號后輸入到高速計數(shù)模塊，由plc計算出頻率。plc選擇s7-200 cpu224，simatic s7-200系列plc適用各行各業(yè)，各種場合中的檢測，監(jiān)測及控制自動化。s7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中或相連成網(wǎng)絡(luò)，皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此，s7-200系列具有極高的性能、價格比。s7-200 cpu224系列集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量i/o點，可以連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o點。16k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30hz高數(shù)計數(shù)器，2路獨立的20khz，高速脈沖輸出，具有pid控制器。1個rs485通訊/編程

41、口，具有ppi通訊協(xié)議，mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力，是具有較強控制能力的控制器。轉(zhuǎn)速測量主要用到了plc的高數(shù)計數(shù)器的高速計數(shù)功能，高數(shù)計數(shù)器對高速事件計數(shù)，它獨立于cpu的掃描周期，頻率從測量是對高速脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，從而得到轉(zhuǎn)速頻率。經(jīng) plc 計算所獲得的頻率值和頻率設(shè)定值進(jìn)行比較。頻率設(shè)定值可根據(jù)用戶的需要通過文本顯示器進(jìn)行設(shè)置。并根據(jù)機組頻率是高于設(shè)定值還是低于設(shè)定值向外界發(fā)出信號，從而對水電站的自動運行起到一定的作用。 該設(shè)計還提供了蠕動保護功能。該功能通過齒盤測速通道來實現(xiàn)。當(dāng) plc 測得的機組轉(zhuǎn)速為零時.測盤測速通道卻有脈沖輸入到plc 的中斷 i/o 口。 當(dāng)中斷次數(shù)

42、達(dá)到一定值時就認(rèn)為機組有了蠕動。轉(zhuǎn)速信號裝置就通過輸出端子向外發(fā)出報警信號。5.4 同期系統(tǒng)流程要完成同期功能，必須要進(jìn)行相關(guān)電量的測量以及利用測量的電量進(jìn)行控制，使得發(fā)電機能快速、平穩(wěn)地并入電網(wǎng)。5.4.1 導(dǎo)前時間從合閘命令發(fā)出，到斷路器主觸頭閉合，裝置要經(jīng)歷一段固有合閘時間。該合閘時間為一恒定值，包括同期裝置的合閘時間和斷路器合閘機構(gòu)的合閘時間兩部分，這一時間稱為“導(dǎo)前時間”。同期裝置在檢測到壓差和頻差已符合并列條件時，必須提前“導(dǎo)前時間”發(fā)出合閘命令，才能使斷路器主觸頭閉合時相角差恰好為零。5.4.2 準(zhǔn)同期條件為避免并列操作時出現(xiàn)較大的沖擊電流和振蕩現(xiàn)象，準(zhǔn)同期并列條件如下：(1)待

43、并發(fā)電機與系統(tǒng)的壓差不能超過額定電壓值的5 10；(2)待并發(fā)電機與系統(tǒng)的頻差不應(yīng)超過01hz(滑差周期在10s左右)；(3)斷路器主觸頭閉合瞬間，待并發(fā)電機與系統(tǒng)的相角差不應(yīng)超過5.73°.5.4.3 均頻控制當(dāng)待并發(fā)電機與系統(tǒng)之間的頻差、壓差及滑差滿足并列條件，斷路器主觸頭在相角=0o瞬間閉合時沖擊電流最小，機組沖擊受損也最小，但這是理想情況。實際上不可能達(dá)到理想情況，頻差、壓差允許差值越小，并列的速度越慢，所以允許值要根據(jù)實際情況選定。為保證快速并網(wǎng)，必須對機組的頻率和電壓進(jìn)行有效的控制，使其以最快的速度平穩(wěn)地接近允許值，并在允許值范圍內(nèi)可以控制其不再偏離，然后準(zhǔn)確捕捉第一次出

44、現(xiàn)=0°的時機，將機組并入電網(wǎng)。不同機組的調(diào)速器性能差異較大，因此要求準(zhǔn)同期裝置必須具有優(yōu)良的均頻控制能力。本裝置采用模糊控制理論來實施均頻控制，以被控制量的偏差和其偏差的變化率按模糊推理規(guī)則來確定控制量。5.4.4 均壓控制同期裝置根據(jù)壓差的計算，發(fā)出升壓或降壓控制脈沖，其控制參數(shù)可由軟件整定。由于機組一般都有靈敏穩(wěn)定的勵磁調(diào)節(jié)器，因此機組的均壓控制相對較為容易。5.5 軟件模塊設(shè)計5.5.1程序判別方法同期判別任務(wù)每20ms計算一次，判斷滿足并列條件時立即發(fā)出合閘命令。如果在用戶整定的同期操作時間內(nèi)未捕捉到同期點，則退出同期判別任務(wù)，取消并列操作。5.5.2計算電壓模擬量計算利用

45、電壓全周波瞬時采樣值計算有效值：，即（n為采樣點）5.5.3計算頻率、滑差通過捕捉交流過零點來檢測周期，然后計算待并發(fā)電機與系統(tǒng)的實時頻率、及滑差(角速度差)。待并發(fā)電機角速度與母線角速度之差：5.5.4計算角加速度差其中計算任務(wù)每looms計算一次，即t=lo ms。也可以用另外一種形式表示，即，其中及都可以用來表示待并發(fā)電機與系統(tǒng)的頻率變化快慢之差。5.5.5計算相位根據(jù)中斷服務(wù)程序提供的電壓模擬量全周波瞬時采樣值，采用快速傅氏變換算法計算待并發(fā)電機與系統(tǒng)電壓在某一時刻的起始相位和：5.5.6計算相位差計算導(dǎo)前時間以后待并發(fā)電機與系統(tǒng)電壓的相位差：其中t為導(dǎo)前時間，當(dāng)相角差小于整定值時即可開出合閘。結(jié) 束 語通過畢業(yè)設(shè)計這樣一個綜合性的教學(xué)環(huán)節(jié)，我的綜合素質(zhì)與工程能力得到了提高，并會運用所學(xué)的理論知識與技能去分析與解決一些本專業(yè)范圍具有一定復(fù)雜程度的工程技術(shù)問題。不光理解并掌握了現(xiàn)代設(shè)計方法，而且懂得了嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)才是完成各項工作的基礎(chǔ)。本設(shè)計題為“小漩電站電氣一次及同期系統(tǒng)設(shè)計”，在設(shè)計的過程中緊扣水電站自動運行、發(fā)電廠電氣部分等教材，這是對我們所學(xué)的專業(yè)知識的一次復(fù)習(xí)和實踐。在這次設(shè)計中，我熟悉并掌握了水電站電氣一次部分設(shè)計的一般程序，學(xué)會了查閱電氣工程設(shè)計手冊和各種參考資料。同時，也發(fā)現(xiàn)自己存在的一些缺點，主要表現(xiàn)在工作計劃