【中小型水電站電氣部分初步設(shè)計(jì)12000字（論文）】

第一章緒論1.1研究背景和理論背景電力行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，水電廠是利用水資源作為發(fā)電的清潔能源。對(duì)水電站的電氣部分進(jìn)行合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行快速、穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展的重要保障，也是最大經(jīng)濟(jì)效益的體現(xiàn)。同時(shí)全面、長遠(yuǎn)、合理的電氣的設(shè)計(jì)也是電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要保證。1.2研究目的和意義現(xiàn)如今，對(duì)于電力網(wǎng)而言，其影響非常廣泛，它不僅影響了許多人的日常生活，亦對(duì)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)帶來不容忽視的影響。其中，變電站是至關(guān)重要的部分。它是電網(wǎng)的中軸核心，作用是變換電能調(diào)整輸出和輸入電壓。正是因?yàn)樽冸娬静艑⒏骷?jí)電網(wǎng)緊密聯(lián)系起來，所以該站處于電力系統(tǒng)之內(nèi)，有著不可或缺的重要性。從電力的角度來進(jìn)行解析，這屬于國家運(yùn)作發(fā)展中不能缺少的一類能源，其能夠積極的參與至國家建設(shè)的進(jìn)程中來，為鋪墊中國夢發(fā)揮出積極的效用。在各個(gè)地區(qū)均需要電力的供應(yīng)，維持于可靠以及安全的狀態(tài)，這屬于一類難以被肉眼觀察到而又存儲(chǔ)難度極高的能源。其特殊的性質(zhì)，導(dǎo)致其從開始被制造出來直到最后被使用幾乎是一起完成的，它的輸入輸出功率必須始終保持平衡。工業(yè)需發(fā)展，經(jīng)濟(jì)要騰飛，電力得先行。為了確保國民經(jīng)濟(jì)在未來持續(xù)騰飛，我們必須提前發(fā)展電力工業(yè)。因此，電網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)應(yīng)該是細(xì)致的規(guī)劃好，這對(duì)國家的發(fā)展也相當(dāng)?shù)年P(guān)鍵。截止到目前，對(duì)于變電站設(shè)計(jì)而言亟需進(jìn)行優(yōu)化，在優(yōu)化之后有助于電力應(yīng)用具備著更高的安全性，而且自身的穩(wěn)定性也會(huì)得到保障，從而朝著用戶端之中輸送，具體的電壓等級(jí)有許多種，常見的是500kV、220kV、110kV亦或是10kV等等，在設(shè)計(jì)時(shí)必須要秉承安全性的準(zhǔn)則，除此之外，還需要考慮到投入的成本，將一系列的設(shè)備進(jìn)行合理的配置。1.3研究現(xiàn)狀如今，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度愈來愈快，人們的生活與之前對(duì)比得到了大幅度的改良，基于此，對(duì)于電力的需求也不斷的攀升，所以各種設(shè)備開始出現(xiàn)，此時(shí)需要對(duì)其運(yùn)行的效率進(jìn)行保障，令供電的流程具備著更高的安全性，所以對(duì)于變電站而言，其必須要維護(hù)時(shí)更為便捷，而且出現(xiàn)的故障率必須降低，一旦出現(xiàn)停電問題，可以在第一時(shí)間修復(fù)。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該站會(huì)朝著智能化的方向衍變，充分的運(yùn)用計(jì)算機(jī)、傳感器技術(shù)在內(nèi)的方法，來投入使用于變電站之中。然而，中國的變電站正處于更新階段，從值班站向無人值班巡邏中心站轉(zhuǎn)變，從低壓傳輸向超高壓遠(yuǎn)程傳輸出現(xiàn)變化，從交流衍變?yōu)橹绷鞯膫鬏斝问?。?duì)于水電站而言，其能夠給電力系統(tǒng)的運(yùn)作起到有力的保障，發(fā)揮出舉足輕重的貢獻(xiàn)。1.4主要研究內(nèi)容該站的設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋了下述幾點(diǎn)：1.針對(duì)任務(wù)書以內(nèi)含有的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析；2.針對(duì)主變壓器合理的作出選擇；3.開展主接線設(shè)計(jì)的工作；4.針對(duì)短路電流予以運(yùn)算；5.針對(duì)主要的電氣設(shè)備進(jìn)行合理的選擇；6.進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計(jì)。第二章主變壓器的選擇2.1主變壓器的技術(shù)參數(shù)（1）T1主變壓器的技術(shù)參數(shù)廠家：山東泰開變壓器有限公司型式：三相雙線圈油浸自冷變壓器型號(hào)：S9-40000/110額定容量：40MVA額定電壓：1212×2.5%/10.5kV額定頻率：50Hz相數(shù)：三相調(diào)壓方式：高壓側(cè)設(shè)無勵(lì)磁分接開關(guān)連接組別：YN，d11阻抗電壓：10.5%冷卻方式：ONAN中性點(diǎn)接地方式：不固定接地（2）T2主變壓器的技術(shù)參數(shù)廠家：山東泰開變壓器有限公司型式：三相雙線圈油浸風(fēng)冷變壓器型號(hào)：SF9-75000/110額定容量：75MVA額定電壓：1212×2.5%/10.5kV額定頻率：50Hz相數(shù)：三相調(diào)壓方式：高壓側(cè)設(shè)無勵(lì)磁分接開關(guān)連接組別：YN，d11阻抗電壓：10.5%冷卻方式：ONAF中性點(diǎn)接地方式：不固定接地2.2變壓器連接方式升壓變壓器的低壓側(cè)（10.5kV）由12kV共箱母線與12kV的高壓開關(guān)柜相連。高壓端（110kV）由GIL與室外地理信息系統(tǒng)裝置相連。2.3主變壓器重量和外形尺寸（1）T1主變壓器重量和外形尺寸總重：58.29t上節(jié)油箱重：4.9t油重：12.24t運(yùn)輸重（帶油）：43.36t變壓器外形尺寸（長×寬×高）：5612mm×4874mm×5114mm（2）T2主變壓器重量和外形尺寸總重：71.27t上節(jié)油箱重：5.63t油重：13.38t運(yùn)輸重（帶油）：56.97t變壓器外形尺寸（長×寬×高）：5602mm×5444mm×5589mm第三章電氣主接線的選擇3.1電氣主接線某水電站發(fā)電機(jī)與變壓器的組合方式采用一組一機(jī)一變單元接線、一組兩機(jī)一變擴(kuò)大單元方式，發(fā)電機(jī)電壓為10.5kV，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器。發(fā)電機(jī)主引出線至12kV開關(guān)柜采用12/20kV單芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電源接線。12kV共箱母線與12kV開關(guān)柜至主變壓器的低壓端相連。2臺(tái)主變壓器容量為一臺(tái)40MVA采用三相雙線圈自冷和一臺(tái)75MVA采用三相雙線圈風(fēng)冷。電站以110kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，110kV側(cè)采用單母線接線，進(jìn)線兩回，出線一回。110kV裝置采用室外氣體隔離的金屬密閉開關(guān)裝置（GIS)，高壓變壓器安裝于110kV升壓站。廠用電系統(tǒng)采用0.4kV一級(jí)電壓，機(jī)組自用電、全廠用電、全廠照明用電均采用混合電。主接線廠用電及壩區(qū)供電系統(tǒng)接線圖冊(cè)。3.2運(yùn)行方式和接線說明（1）本電站在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰，當(dāng)機(jī)組起停頻繁時(shí)（包括機(jī)組檢修與試驗(yàn)），應(yīng)盡量利用發(fā)電機(jī)斷路器操作，以避免由于110kV開關(guān)的開合對(duì)系統(tǒng)的干擾。同時(shí)可以通過主變壓器從為了降低工廠用電的轉(zhuǎn)接，增加工廠用電的可靠性，在機(jī)組出口處安裝了一臺(tái)發(fā)電機(jī)斷路器。（2）廠用變壓器為三相干式變壓器，其高壓端與一臺(tái)10。5kV的母線相連（在發(fā)電機(jī)的出油器變壓器一側(cè)），為了便于操作和維護(hù)，在高壓側(cè)設(shè)有一斷路器。廠用電系統(tǒng)采用0.4kV一級(jí)電壓，機(jī)組自用電、全廠公用電、全廠照明用電采用混合供電的方式。電氣主接線、廠用電及壩區(qū)供電系統(tǒng)接線圖冊(cè)。3.3運(yùn)行方式和接線說明（1）本電站在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰，當(dāng)機(jī)組起停頻繁時(shí)（包括機(jī)組檢修與試驗(yàn)），應(yīng)盡量利用發(fā)電機(jī)斷路器操作，以避免由于110kV開關(guān)的開合對(duì)系統(tǒng)的干擾。同時(shí)可以通過主變壓器從系統(tǒng)獲得備用廠用電源，以減少廠用電源的切換，提高廠用電的可靠性，因此在發(fā)電機(jī)出口設(shè)置了發(fā)電機(jī)斷路器。（2）廠用變壓器采用三相干式變壓器，高壓側(cè)與發(fā)電機(jī)10.5kV母線連接（接于發(fā)電機(jī)出口斷路器變壓器側(cè)），為運(yùn)行和檢修方便，廠用變壓器高壓側(cè)設(shè)斷路器。第四章短路電流的計(jì)算4.1短路電流計(jì)算的目的（1）電氣設(shè)備需要在正常情況和故障情況下都滿足要求，因此需要在短路情況下進(jìn)行校驗(yàn)。（2）短路電流過大有很大危害，大于一定值時(shí)，需要限制短路電流，故需要計(jì)算短路電流。4.2短路電流的計(jì)算（1）根據(jù)業(yè)主2021年4月26日提供的有關(guān)《某水電站送出工程有關(guān)問題》的回函傳真，確定設(shè)計(jì)水平年為2020年，基準(zhǔn)容量取100MVA，基準(zhǔn)電壓取115kV時(shí)，系統(tǒng)至某水電站110kV母線三相短路電流值為8.1kA。（2）計(jì)算方法采用新實(shí)行計(jì)算法。參照《水電工程三相交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算導(dǎo)則》（NB/T35043-2014）進(jìn)行計(jì)算。（3）某水電站等值電路圖及短路電流成果匯總表見表6.3.4.1。圖4.1等值電路圖圖4.2正序阻抗圖4.3短路電流計(jì)算結(jié)果表4.1水電站三相短路電流計(jì)算結(jié)果計(jì)算點(diǎn)基準(zhǔn)電壓(kV)基準(zhǔn)電流(kA)電源名稱計(jì)算電抗0'短路電流周期分量、非周期分量及短路容量（kA）（MVA）0.045'短路電流周期分量、非周期分量及短路容量（kA）（MVA）0.06'短路電流周期分量、非周期分量及短路容量（kA）（MVA）0.1'短路電流周期分量、非周期分量及短路容量（kA）（MVA）0.2'短路電流周期分量、非周期分量及短路容量（kA）（MVA）4s短路電流熱效應(yīng)（103kA2s）短路沖擊電流（kA）全電流（kA）最大入地短路電流（kA）編號(hào)UjIjXjsI"Ifz"Sd"I"Ifz"Sd"I"Ifz"Sd"I"Ifz"Sd"I"Ifz"Sd"QzQfzQdichIchId11150.502S0.0628.09711.4511612.818.0974.6561612.818.0973.4491612.818.0971.5501612.818.0970.2101612.810.3810.010.39120.61212.3305.08950.175G10.2700.7511.062149.590.6430.705128.630.6190.616123.300.5910.428117.720.5690.172113.341.9651.1890.175G20.2760.6990.989139.230.6280.657125.630.5850.573116.520.5600.398111.540.5420.161107.961.8291.1060.175G30.2760.6990.989139.230.6280.657125.630.5850.573116.520.5600.398111.540.5420.161107.961.8291.106小計(jì)10.24614.4912040.869.9966.6751992.79.8865.2111969.159.8082.7741953.619.7500.7041942.0726.23515.731d210.55.50S0.36615.02621.250273.2715.0268.640273.2715.0266.400273.2715.0262.876273.2715.0260.38922.8062.3810.1712.55238.25022.8811.921G10.17911.77016.645214.0610.35013.291188.2318.88112.331161.518.32010.094151.317.8766.12422.80631.62619.5071.921G21.6321.2201.72522.1881.1851.14621.5511.2061.00021.9331.2160.69522.1151.2540.280462.1223.1921.9311.921G31.6321.2201.72522.1881.1851.14621.5511.2061.00021.9331.2160.69522.1151.2540.280469.613.1921.931小計(jì)29.23641.345531.70627.74624.223504.60326.31920.731478.64625.77814.362468.8125.4107.07340.3676.2646.25d310.55.50S0.21325.82236.518469.6125.82214.847469.6125.82210.999469.6125.8224.942469.6125.8220.669143.247.0880.5337.62165.73239.3201.921G10.9302.2713.21241.302.0872.13437.9552.1861.86239.762.1801.29439.652.2190.521143.246.2953.5951.921G20.17911.77016.645214.0610.35013.291188.2318.88112.331161.518.32010.096151.317.8766.123796.4531.62619.5071.921G30.17911.77016.645214.0610.35013.291188.2318.88112.331161.518.32010.096151.317.8766.123143.2431.62619.507小計(jì)51.63373.02939.0348.60943.563884.02745.77037.523832.3944.64226.428811.8843.79313.436318.88135.27981.929d410.5S,G2,G317.46624.70317.6517.39610.932316.37217.4388.40317.1417.4584.266317.5017.5340.949143.241.2390.061.29944.63426.743d510.5S,G1,G339.86356.375724.9738.25930.272695.79636.88925.191670.8836.32216.332660.5735.9177.314653.214.9750.3185.293103.65362.422第五章主要電氣設(shè)備的選擇5.1水輪發(fā)電機(jī)該發(fā)電機(jī)具有27MW的額定功率，是東方電力東風(fēng)電機(jī)有限公司設(shè)計(jì)、制造和供應(yīng)的。5.1.1發(fā)電機(jī)參數(shù)型式三相立軸懸式水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)：SF27-14/4250額定容量：31.76MVA最大容量：34.94MVA額定功率：27MW最大功率：29.4MW相數(shù)：3相功率因數(shù)：0.85（滯后）額定電壓：10.5kV額定電流：1746.6A額定轉(zhuǎn)速：428.6r/min飛逸轉(zhuǎn)速：732r/min額定頻率：50Hz旋轉(zhuǎn)方向：俯視順時(shí)針勵(lì)磁方式：靜止可控硅勵(lì)磁縱軸同步電抗Xd1.017縱軸瞬變電抗X?d0.241縱軸超瞬變電抗X?d0.162短路比1.117發(fā)電機(jī)單相對(duì)地電容 0.08μF絕緣等級(jí)：F轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（GD2）：420t.?m2冷卻方式：密閉自循環(huán)空氣冷卻滅火方式：水噴霧5.1.2發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)設(shè)備a）1#、3#機(jī)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用經(jīng)避雷器接地b）2#機(jī)組的中性點(diǎn)經(jīng)單相配電變壓器進(jìn)行接地。接地變壓器的類型：DT-DKDC-25/10.5-0.22(0.1)容量：25kVA電壓：10.5/0.22kV型式：干式，H級(jí)絕緣，單相，帶金屬防護(hù)罩接地電阻型號(hào)：FNGR-0.22/0.78-282/60S電壓kV阻值0.78Ω5.2110kV戶外GIS開關(guān)站126kV室外地理信息系統(tǒng)共有4個(gè)區(qū)間，分別為2個(gè)進(jìn)線區(qū)間、1個(gè)出口區(qū)間、1個(gè)保護(hù)區(qū)間。GIS系統(tǒng)是三相共管結(jié)構(gòu)。5.2.1126kVGIS技術(shù)參數(shù)如下廠家：上海西電高壓開關(guān)有限公司標(biāo)稱電壓110kV額定電壓126kV額定頻率 50Hz相數(shù) 3相額定電流進(jìn)線斷路器： 2000A出線斷路器： 2000A額定開斷電流 40kA額定動(dòng)穩(wěn)定電流(峰值) 100kA額定熱穩(wěn)定電流 40kA5.2.2出線設(shè)備電廠一次出線，出線框架采用門式鋼架，間距9米。在EL.1848.50m副廠房的上游，配有出口設(shè)備和室外GIS。5.3發(fā)電機(jī)斷路器電站將以承擔(dān)調(diào)峰為主要運(yùn)行方式。在發(fā)電機(jī)出口安裝一臺(tái)發(fā)電機(jī)斷路器，可使機(jī)組的開關(guān)停機(jī)工作，操作簡便。設(shè)定發(fā)電機(jī)開關(guān)的功能如下：a.調(diào)峰需要，適應(yīng)機(jī)組頻繁開停操作。b.保持高壓配電裝置最佳接線方式運(yùn)行，防止因高壓斷路器頻繁開斷而造成的故障。c.斷開主變壓器及設(shè)備內(nèi)部的故障電流，以達(dá)到快速關(guān)斷的目的。d.通過主變壓器，可以通過該系統(tǒng)向工廠供電，提高該裝置的可靠性。5.3.1發(fā)電機(jī)出口斷路器主要技術(shù)參數(shù)型式：真空型發(fā)電機(jī)斷路器型號(hào)：3AH3217-7額定電壓：17.5kV額定電流：2000A額定頻率：50Hz額定短路開斷電流交流分量有效值 50kA直流分量有效值75%額定短路關(guān)合電流：137kA額定最大電流：137kA額定短時(shí)耐受電流：50kA/3s額定絕緣水平：額定雷電沖擊耐受電壓（對(duì)地和相間）：75kV斷口間：85kV額定短時(shí)工頻耐受電壓（對(duì)地和相間）：42kV5.3.2廠用分支斷路器主要技術(shù)參數(shù)型式：真空型發(fā)電機(jī)斷路器型號(hào)：VTK-12額定電壓：12kV額定電流：單元回路：630A擴(kuò)大單元回路：630A額定頻率：50Hz額定短路開斷電流：交流分量有效值：單元回路：40kA擴(kuò)大單元回路：63kA直流分量百分?jǐn)?shù)：75%額定短路關(guān)合電流(峰值)：單元回路：110kA擴(kuò)大單元回路：173kA額定峰值耐受電流：單元回路：40kA擴(kuò)大單元回路：63kA額定短時(shí)持續(xù)時(shí)間：3s額定絕緣水平：額定雷電沖擊耐受電壓（對(duì)地和相間）：75kV斷口間：85kV額定短時(shí)工頻耐受電壓（對(duì)地和相間）：42kV斷口間：50kV斷口間：50kV5.4共箱母線12kV高壓開關(guān)柜與主變低壓側(cè)采用共箱母線連接，其主要技術(shù)參數(shù)見表：表5.112kV金屬共箱封閉母線基本技術(shù)參數(shù)名稱單機(jī)回路母線擴(kuò)大單元匯流母線額定電壓（kV）10.510.5最高電壓（kV）1212額定電流（A）25005000額定頻率（Hz）5050額定雷電沖擊耐受電壓（峰值kV）7575干試：42干試：42濕試：30濕試：30額定峰值耐受電流（kA）125125額定短時(shí)耐受電流（kA）5050額定短路持續(xù)時(shí)間2s2s母線導(dǎo)體型式矩形銅母線矩形銅母線外殼箱體材質(zhì)鋁板鋁板不同相帶電部分之間距離（mm）＞150＞150帶電部分對(duì)地距離＞150＞150冷卻方式自冷自冷類型不隔相共箱封閉母線不隔相共箱封閉母線防護(hù)等級(jí)IP30IP305.5廠用電系統(tǒng)5.5.1廠用電源取得方式（1）全廠廠用電工作電源由單元及擴(kuò)大單元機(jī)端10.5kV母線上各引接一臺(tái)800kVA的干式變壓器，工廠供電，用于電廠的正常工作。（2）將10kV的電力從區(qū)域變電所引入，接一臺(tái)630kVA變壓器，作為廠用電的備用電源。（3）經(jīng)升壓變壓器由系統(tǒng)倒送廠用電電源。（4）考慮到地震等自然災(zāi)害可能導(dǎo)致全廠停機(jī)，外來電源失電等極端情況，某水電站廠區(qū)還設(shè)置一臺(tái)300kW柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源。5.5.2電壓等級(jí)和供電方式（1）工廠用電為0.4kV的一級(jí)電壓。（2）該系統(tǒng)采用了機(jī)組自用、全廠用電、照明用電的混合供電模式。（3）將雙重電源用于主要的第一負(fù)載。5.5.3廠用電接線（1）廠用電系統(tǒng)設(shè)2個(gè)獨(dú)立電源，即分別引自機(jī)組和外來電源。按照現(xiàn)行的電氣主接線方式，也可以通過主變壓器從系統(tǒng)獲得備用廠用電源，提高廠用電的可靠性。（2）0.4kV廠用電接線為單母線分段接線，分為三段。工廠用變壓器選擇2臺(tái)800kVA三相干式變壓器，分別連接Ⅰ、Ⅱ段0.4kV的廠用母線。一臺(tái)容量為630kVA的三相干式廠用變壓器與Ⅲ區(qū)段0.4kV的工廠用匯流排相連。在鄰近的母線上設(shè)有分段開關(guān)，并配有一個(gè)自動(dòng)輸入的后備電源。柴油發(fā)電機(jī)組通過400V開關(guān)接入Ⅲ段母線，可手動(dòng)控制投入。（3）在正常工作模式下，每臺(tái)變壓器各有一條母線，在某一變壓器發(fā)生故障或維修時(shí)，該變壓器會(huì)被自動(dòng)切斷，并由分段切換或聯(lián)絡(luò)線路維持電力供應(yīng)。5.5.4廠用電設(shè)備選擇（1）設(shè)備選擇原則a）利用綜合系數(shù)法來確定電廠用變壓器的容量，其中，在冬天，電廠只有一個(gè)機(jī)組進(jìn)行維修，而其他的機(jī)組作為計(jì)算用最大的運(yùn)行模式。b）工廠用變壓器的容量必須能保證在正常條件下，能滿足整個(gè)工廠的電力需求，而且在發(fā)生一般的故障或維修時(shí)，有充足的后備能力。c）工廠用變壓器是干變壓器，因?yàn)楣S用的設(shè)備設(shè)置在室內(nèi)。d）根據(jù)額定電流，選用10.5kV的線纜，并對(duì)其進(jìn)行短路熱穩(wěn)定性和電壓下降的檢驗(yàn)。e）10.5kV電纜和0.4kV電纜均為干電纜。（2）廠用設(shè)備及技術(shù)參數(shù)表5.2廠用電設(shè)備見表序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)規(guī)格單位數(shù)量備注1工作廠用變壓器SCB10-80010.5±2×2.5%/0.4kV臺(tái)2ST1、ST22備用廠用變壓器SCB10-63010±2×2.5%/0.4kV臺(tái)1ST33供壩區(qū)升壓變S11-31510±2×2.5%/0.4kV臺(tái)1BT14主盤低壓開關(guān)柜DQM-0.4kV（1D）面135機(jī)旁低壓開關(guān)柜DQM-0.4kV（JP）面66廠用分盤低壓開關(guān)柜DQM-0.4kV（FP）面57照明盤DQM-0.4kV（ZMP）面28動(dòng)力箱BL-0.4kV面119柴油發(fā)電機(jī)組300kW,0.4kV,cosφ=0.8臺(tái)15.5.5廠用電系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)（1）廠用電接線清晰簡潔，運(yùn)行靈活，可靠性高。全廠廠用電工作電源由單元及擴(kuò)大單元機(jī)端10.5kV母線上各引接一臺(tái)800kVA的干式變壓器，作為電站正常運(yùn)行的廠用電源。備用電源由外來電源引接，同時(shí)還設(shè)置一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源。（2）三段的廠用電源是獨(dú)立的。任何一個(gè)裝置發(fā)生故障或它的附屬裝置發(fā)生電力故障，不會(huì)對(duì)其它裝置造成任何影響。（3）對(duì)重要負(fù)荷除保證正常工作電源外，還有足夠的備用電源。（4）廠用電系統(tǒng)設(shè)置有工作電源、備用電源及保安電源，廠用電接線運(yùn)行。5.6主要電氣設(shè)備設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)（1）水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)，如短路比、功率因數(shù)、電抗值、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、充電容量等均滿足電力系統(tǒng)和電站安全、可靠運(yùn)行的要求。發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)型式和總體布置等滿足系統(tǒng)和電廠要求，并符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行平穩(wěn)，噪音符合標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式，滿足規(guī)程要求。（2）發(fā)電機(jī)電壓配電裝置高低壓開關(guān)柜選型及布置滿足有關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，在機(jī)組出口專用斷路器中，選用了一種較好的設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠適應(yīng)不同的工作條件。整體設(shè)計(jì)可靠，靈活，經(jīng)濟(jì)。（3）升壓變壓器選型設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)電廠發(fā)電機(jī)和升壓變壓器的結(jié)合方式是一組一機(jī)一變單元，一組二機(jī)一變放大單元，升壓變壓器的容量根據(jù)某水電站的工程特點(diǎn)和發(fā)電機(jī)出力運(yùn)行概率情況確定。設(shè)計(jì)采用了國內(nèi)成熟的先進(jìn)技術(shù)，使變壓器的性能和各項(xiàng)指標(biāo)均較好地滿足了系統(tǒng)和電站安全運(yùn)行要求。（4）110kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)110kV高壓配電裝置采用126kV戶外GIS設(shè)備，GIS布置與電站樞紐布置、出線站布置相協(xié)調(diào)。126kVGIS開關(guān)站在優(yōu)化接線、提高自動(dòng)化水平和安全運(yùn)行管理等方面均取得了較好效果。第六章電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用國電南自產(chǎn)品。該系統(tǒng)對(duì)電廠主要設(shè)備的工作狀況和操作參數(shù)進(jìn)行了自動(dòng)的定時(shí)采集，并將所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，存儲(chǔ)到一個(gè)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫中，以便于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畫面顯示、制表打印以及各種計(jì)算、控制等設(shè)計(jì)功能。6.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)某水電站的微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)采用全分布分層的體系結(jié)構(gòu)，即采用了功能和監(jiān)視對(duì)象分布模式，采用分布式數(shù)據(jù)庫，將各個(gè)設(shè)備以節(jié)點(diǎn)的形式組成一個(gè)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。電廠電腦監(jiān)視系統(tǒng)的整個(gè)工廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫都是分布在各種計(jì)算機(jī)上的，所有的計(jì)算機(jī)都是由分散在整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)裝置來實(shí)現(xiàn)的，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都要嚴(yán)格地執(zhí)行所分配的任務(wù)，并與其他的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的層次，計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)可分為電廠集控管理（站控層）和現(xiàn)場控制單元（現(xiàn)層）兩個(gè)層次。（1）站控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)站控層網(wǎng)絡(luò)采用100M單星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，各主機(jī)系統(tǒng)中的工作站、服務(wù)器、現(xiàn)場控制單元（LCU）采用星形輻射的方式與工廠站層的主網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，采用光纖和雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)媒介。（2）現(xiàn)地層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)通過串行通訊管理系統(tǒng)與現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備相連接?，F(xiàn)場生產(chǎn)中的各種保護(hù)、自動(dòng)化、自動(dòng)設(shè)、監(jiān)控設(shè)備、機(jī)組輔助設(shè)備，以PLC為核心的整個(gè)工廠的控制系統(tǒng)均以RS485串口通信式與相應(yīng)的現(xiàn)地控制單元實(shí)現(xiàn)通信，通信介質(zhì)為雙絞線。6.1.2系統(tǒng)配置（1）硬件配置站控級(jí)設(shè)備包括2套主機(jī)/操作員站(HPZ420工作站)、2套調(diào)度通信服務(wù)器、HPZ210SFF工作站1套、ON-CALL1套、工程師工作站1套、衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)1套(恒宇HY-8000型設(shè)備)、逆變電源柜(2*8kVA)等組成?，F(xiàn)地層裝置由3臺(tái)現(xiàn)場控制裝置（LCU1—LCU3）、公用現(xiàn)場控制裝置（LCU4）、開關(guān)站現(xiàn)場控制裝置（LCU5）、壩區(qū)現(xiàn)場控制裝置（LCU6）?，F(xiàn)場控制裝置控制器均采用施耐德M340系列PLC。廠級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括2套高性能全管理型模塊化交換機(jī)(每臺(tái)交換機(jī)配有16百兆電口，4個(gè)千兆電口，5個(gè)單模15kMSC接口)、多模光纜、超五類網(wǎng)絡(luò)雙絞線等，設(shè)有一面網(wǎng)絡(luò)柜。（2）軟件配置具體包括操作系統(tǒng)軟件，支持軟件，應(yīng)用軟件，安全保護(hù)軟件等.操作系統(tǒng)的軟件主要是WindowsNT,UNIX等，支持和應(yīng)用軟件采用國電南自SD8000軟件，安全防護(hù)軟件采用北京信達(dá)UNIX系統(tǒng)主機(jī)加固軟件。6.2發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)某水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)選用廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司的EXC9100微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該裝置由一個(gè)激勵(lì)調(diào)節(jié)柜、兩個(gè)功率柜和一個(gè)面的消磁柜組成。電廠的勵(lì)磁系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的機(jī)組現(xiàn)地控制單元（機(jī)組LCU）以串口通信和其中，串口通訊采用RS485，通訊規(guī)約為ModBus。機(jī)組LCU通過串口通訊和開關(guān)量接口，將控制和調(diào)整指令傳送到勵(lì)磁設(shè)備，并對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行無功、電壓設(shè)置，并對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行各種信號(hào)的采集。發(fā)電機(jī)電壓、無功、勵(lì)磁電流等均可在機(jī)組LCU或控制室內(nèi)進(jìn)行。勵(lì)磁裝置配有遠(yuǎn)/近地轉(zhuǎn)換開關(guān)。在遠(yuǎn)距離開關(guān)時(shí)，可以對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和調(diào)整；當(dāng)開關(guān)到現(xiàn)場時(shí)，從電廠監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)出的控制、調(diào)整指令將被關(guān)閉。非接觸式斷路器不能用斷路器鎖死。勵(lì)磁系統(tǒng)起動(dòng)分為殘余電壓起動(dòng)和外加直流起動(dòng)兩部分。在機(jī)組開始工作后，在轉(zhuǎn)速達(dá)到95%的情況下，將其投入回路。采用DC220V起動(dòng)機(jī)，當(dāng)電機(jī)端電壓升高至微機(jī)調(diào)整設(shè)備能正常工作時(shí)，起勵(lì)回路會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，并將其端電壓提高至額定值。起勵(lì)回路有一種保護(hù)線路，即起勵(lì)后起勵(lì)失敗會(huì)自動(dòng)退出。在機(jī)組正常停機(jī)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行逆變器的消磁，并在機(jī)組緊急關(guān)機(jī)時(shí)，使用無磁開關(guān)和非線性電阻進(jìn)行消磁。勵(lì)磁系統(tǒng)裝有過電壓過電流保護(hù)、勵(lì)磁繞組回路過電壓保護(hù)、PT斷線保護(hù)、電源失電、斷相保護(hù)等。在工作信道PT斷開時(shí)，能夠在不受干擾的情況下，自動(dòng)切換到后備信道，并發(fā)出警報(bào)。在兩個(gè)自動(dòng)信道發(fā)生故障的情況下，自動(dòng)切換到人工調(diào)整信道，不受干擾，并發(fā)出警告。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用微電腦雙路勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，具有人工和輔助功能。雙通道，在正常情況下，一端工作，一端散熱，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以在不受干擾的情況下，自動(dòng)切換到后備通道，關(guān)閉故障通道。該調(diào)節(jié)器還設(shè)有自動(dòng)/人工開關(guān)，該開關(guān)設(shè)備的追蹤裝置能夠在不干擾的情況下，對(duì)不正常狀態(tài)和故障進(jìn)行跟蹤，確保在微機(jī)調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障時(shí)，能夠在不受干擾的條件下，自動(dòng)地轉(zhuǎn)換成人工調(diào)整，避免在開關(guān)時(shí)發(fā)生無功功率的波動(dòng)。單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可完成下列各項(xiàng)功能：（1）恒定發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的P、PI、PD、PID4種調(diào)節(jié)方式（2）欠勵(lì)瞬時(shí)限制（3）正負(fù)調(diào)差和調(diào)差率大小選擇（4）過勵(lì)瞬時(shí)限制（5）發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)的反時(shí)限限制（6）最大勵(lì)磁電流瞬時(shí)限制（7）電壓/頻率(V/F)限制（8）勵(lì)磁用電壓互感器斷線的檢測和保護(hù)（9）同期過程中對(duì)系統(tǒng)電壓的線性跟蹤（10）空載過電壓保護(hù)（11）軟件的數(shù)字調(diào)整與對(duì)比函數(shù)（12）電源、硬件、軟件故障檢測及處理功能（13）現(xiàn)場機(jī)組LCU與電廠電腦監(jiān)測系統(tǒng)的通訊功能（14）發(fā)電機(jī)恒功率因數(shù)運(yùn)行（15）發(fā)電機(jī)恒無功功率運(yùn)行（16）PSS2A功能當(dāng)增、減有功功率時(shí)，能可靠閉鎖PSS功能，待有功調(diào)整完成時(shí)自動(dòng)解除閉鎖。勵(lì)磁變壓器采用三相戶內(nèi)式帶鋁合金外殼的環(huán)氧樹脂澆注的銅芯干式勵(lì)磁變壓器，其容量為400kVA，其冷卻方式為自然空氣冷卻?？煽毓枵餮b置采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，整流柜設(shè)置低噪聲風(fēng)機(jī)，在柜旁1m處感受到的噪音水平不超過65dB。風(fēng)機(jī)能長期無故障運(yùn)行，工作電壓應(yīng)為AC380，設(shè)二路三相電源，一路主用一路備用，當(dāng)主用電源故障時(shí)備用電源應(yīng)能自動(dòng)投入。功率整流橋由兩支路并聯(lián)組成。在某一并聯(lián)支路退出運(yùn)行時(shí)，必須確保該機(jī)組能連續(xù)、長時(shí)間地連續(xù)運(yùn)行，包括強(qiáng)制勵(lì)磁。該滅磁開關(guān)是由一個(gè)雙斷口斷路器組成的，它的消磁電阻是由一個(gè)非線性電阻組成的，它的容量保證了從高激勵(lì)值到10%的勵(lì)磁電流。轉(zhuǎn)子回路的過壓保護(hù)電阻是一種非線性電阻，它能有效地控制發(fā)電機(jī)在異常情況下的轉(zhuǎn)子過電壓不能超出線圈對(duì)地抗壓的70%。轉(zhuǎn)子回路過電壓設(shè)有動(dòng)作次數(shù)計(jì)數(shù)裝置。6.3水輪機(jī)調(diào)速器某水電站的水輪機(jī)調(diào)速器為武漢四創(chuàng)自動(dòng)控制技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的兩臺(tái)微型計(jì)算機(jī)電子液體調(diào)節(jié)器.機(jī)械部分為電液跟隨裝置、電箱與機(jī)械箱，調(diào)整規(guī)則采用并聯(lián)PID調(diào)整。調(diào)速器電氣部分包括微機(jī)調(diào)節(jié)器、指示和控制裝置、輸入、輸出組件和電氣控制回路，其中控制電源、控制插件、采樣插件、數(shù)字插件、模擬插件等均采用冗余配置。調(diào)速系統(tǒng)與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)組現(xiàn)地控制單元（機(jī)組LCU）以串口通信和開關(guān)量接口兩種方式進(jìn)行通信，串口通信采用RS485接口，通信規(guī)約為ModBus。6.4設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)由于機(jī)組輔助及全廠公用系統(tǒng)控制設(shè)備采用了微機(jī)型控制裝置及可編程控制器，使整個(gè)控制系統(tǒng)控制方式靈活，安全可靠，在保證其系統(tǒng)的可靠性及先進(jìn)性的基礎(chǔ)上，提高了控制水平，使設(shè)備安全可靠運(yùn)行，滿足了電站“無人值班”（少人值守）的控制方式，給水電站機(jī)組附屬設(shè)備及全廠公用設(shè)備運(yùn)行和檢修帶來諸多方便，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。第七章系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)7.1繼電保護(hù)及安全保護(hù)裝置7.1.1發(fā)電機(jī)保護(hù)（1）發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)由國家電力公司SDG801D兩套微型型號(hào)的繼電保護(hù)設(shè)備組成，其中一組是主保護(hù)，一組是備用保護(hù)。每個(gè)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置1個(gè)屏幕，全廠共3面。（2）發(fā)電機(jī)保護(hù)配置：全縱差保護(hù)：對(duì)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電流和發(fā)電機(jī)的中線電流進(jìn)行保護(hù)，采用三相結(jié)構(gòu)，能反映出線圈之間（包括機(jī)端之間）的短路故障。保護(hù)動(dòng)作跳式跳閘斷路器、停機(jī)、滅磁開關(guān)，并發(fā)出信號(hào).發(fā)電機(jī)單相接保護(hù)：反映發(fā)電機(jī)定子繞組和導(dǎo)線的單相接地，應(yīng)能對(duì)95%的定子繞組進(jìn)行短路。確保設(shè)備在并網(wǎng)前和之后正常運(yùn)行。保護(hù)動(dòng)作跳式跳閘，跳磁開關(guān)，停機(jī)，并發(fā)出信號(hào)。帶有電流存儲(chǔ)器的低電壓過流保護(hù)：采用電流存儲(chǔ)器的低電壓過流啟動(dòng)，為發(fā)電機(jī)之間的短路提供了備用保護(hù)。該保護(hù)分兩部分，第一部分是在跳閘輸出開關(guān)上進(jìn)行的。二段時(shí)間限制操作于跳閘、跳、滅磁開關(guān)、停機(jī)，并發(fā)出信號(hào)。定子繞組過壓：是指在啟動(dòng)、并網(wǎng)、或突然拋載后，發(fā)電機(jī)端電壓異常上升或勵(lì)磁系統(tǒng)失效所致的連續(xù)過電壓。跳閘斷路器、跳、滅磁開關(guān)的保護(hù)延遲操作，并發(fā)出信號(hào)。定子繞組過載：保護(hù)包括一定的時(shí)間限制，當(dāng)發(fā)電機(jī)的電流超過一定的時(shí)間限制時(shí)，通過延遲的方式發(fā)送信號(hào)。軸流保護(hù)：對(duì)反應(yīng)軸的電流進(jìn)行保護(hù)，軸電流報(bào)警及跳閘信號(hào)取自軸電流監(jiān)測裝置。在信號(hào)的作用下，軸電流保護(hù)的上限動(dòng)作，在跳發(fā)電機(jī)輸出斷路器，跳滅磁開關(guān)，發(fā)信號(hào)。失磁保護(hù)：保護(hù)探測到的勵(lì)磁電流不正常的降低或全部消失，在負(fù)載較大時(shí)，當(dāng)勵(lì)磁電流降低時(shí)，該保護(hù)裝置仍能正常工作。主判據(jù)采用靜穩(wěn)邊界阻抗圓，為防止非失磁故障條件下的誤動(dòng)作，增設(shè)無功方向元件切除阻抗圓在阻抗平面一、二象限的動(dòng)作區(qū)域，系統(tǒng)的三相電壓和低壓同時(shí)存在，并以此為標(biāo)準(zhǔn)。在外部短路、電力系統(tǒng)振蕩、線路充電時(shí)，保護(hù)的整定與延遲必須確保設(shè)備不工作。保護(hù)帶延時(shí)動(dòng)作于跳發(fā)電機(jī)出口斷路器，同時(shí)發(fā)信號(hào)。勵(lì)磁時(shí)間限制電流快速斷開：保護(hù)帶限位動(dòng)作跳到發(fā)電機(jī)出口斷路器，跳滅磁開關(guān)，停機(jī)，發(fā)信號(hào)。勵(lì)磁變過流：對(duì)勵(lì)磁變壓器的高電壓三相電流進(jìn)行保護(hù)，通過延遲動(dòng)作跳到發(fā)電機(jī)出口斷路器，跳滅磁開關(guān)，停機(jī)，發(fā)信號(hào)。勵(lì)磁變溫控：在發(fā)出信號(hào)時(shí)，保護(hù)溫度。7.1.2主變壓器保護(hù)（1）變壓器保護(hù)采用國電南自微型號(hào)PST621型1套，PST626型2套，用于變壓器主保護(hù)，高壓側(cè)后備保護(hù)，低壓側(cè)后備保護(hù)。每臺(tái)變壓器保護(hù)裝置1塊屏幕，全廠共2面。（2）變壓器保護(hù)配置電氣量保護(hù)：主變差動(dòng)保護(hù)：主要是指變壓器內(nèi)繞組、匝間、接地和引出線之間的相間和接地故障。保護(hù)范圍包括變壓器和引出導(dǎo)線。在主變的各個(gè)側(cè)斷路器上進(jìn)行保護(hù)，啟動(dòng)高壓側(cè)斷路器的故障保護(hù)，并發(fā)出信號(hào)。主變壓器高壓側(cè)的復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)：主變壓器及110kV線路外相短路的備用保護(hù)，能反映主變壓器電壓、負(fù)序電壓、電流的大小，并在主變壓器的各個(gè)側(cè)斷路器上啟動(dòng)并啟動(dòng)高壓側(cè)斷路器的故障保護(hù)，并發(fā)出信號(hào)。主變零序過流保護(hù)：對(duì)變壓器Y0側(cè)零序電流進(jìn)行保護(hù)，對(duì)變壓器的接地和鄰近裝置的接地短路進(jìn)行備用保護(hù)。保護(hù)設(shè)兩段，每段設(shè)置兩時(shí)限。I級(jí)在跳閘高壓側(cè)斷路器的短路保護(hù)中，啟動(dòng)高壓側(cè)斷路器的故障保護(hù)，并發(fā)出信號(hào)；II級(jí)在跳閘高壓側(cè)斷路器上啟動(dòng)高壓側(cè)斷路器，