风江水电站电气部分设计_毕业设计论文.docx

摘要本毕业设计主要是对风江水电站电气部分进行设计，该水电站的总装机容量为2×65=130MW。主接线方式采用单母线分段接线。主要内容包括主接线方案设计、主要设备选择、短路电流计算、电气一次设备的选择、计算。通过对水电站的一次主接线设计、短路电流的计算及主要电气设备的选行型及参数确定，较为细致地完成了风江水电站的设计。毕业设计的过程是将理论与实际相结合的实践过程，起到学以致用，巩固和提升了对电气工程及自动化专业所学知识的运用和理解，树立工程设计的观念，提高了电力系统设计的能力。通过毕业设计，让我们理论联系实际，系统、全面地掌握所学知识，培养我们分析问题、工程计算和独立工作的能力，让我们树立工程观点，初步掌握发电厂电气部分的设计方法。并在计算、分析和解决工程实际问题等方面得到训练，为今后从事电力行业有关设计、运行、科研等方面的工作奠定坚实的理论基础。这次毕业设计的课题来源于风江水电站，主要针对风江水电站在电力系统的地位，拟定本电厂的电气主接线方案，通过经济技术经济比较，确定推荐的最佳方案，并对其进行短路电流计算，对发电厂用电设备进行选择，然后对各级电压配电装置进行设计。在这些设计过程中需要用到各种电力工程设计手册，并借用CAD辅助绘图工具绘制电气主接线图。通过本论文的研究，可以使风江水电站安全、可靠、经济地在系统中运行，保证其持续可靠、稳定地供电，同时也能提高自己使用CAD、word等软件的能力，培养了自己工程设计的概念，是对大学5年所学理论知识与实践的融会贯通的结晶。第一章 电气主接线设计1.1发电站电气主接线的意义1、电气主接线图是电厂设计的重要部分，同时也是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。了解电路中各种电气设备的用途，性能及维护，检查项目和运行操作的步骤等都离不开对电气主接线的掌握。2、电气主接线表明了发电机、变压器、路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着发电厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。3、由于电能生产的特点是：发电、输电、变电、用电是在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。1.2 主接线设计的基本要求1、可靠性要求：保证供电的可靠性，是电气主接线最基本要求。这里所说主接线的可靠性，主要是指当主回路发生故障或电气设备检修时，主接线在结构上能够将故障或检修所带来的不利影响限制在最小范围内，以提高连续供电的能力。2、灵活性要求：a、满足调度时的灵活性要求；b、满足检修时的灵活性要求；c、满足扩建时的灵活性要求。d、经济性要求与先进性要求：在确定主接线时，应尽量采用先进的技术和新型的设备，同时在保证安全可靠、运行灵活、操作方便的基础上，还应使投资和年运行费用降低到最小、占地面积最少，应可能的做到经济合理。1.3 主接线设计风江水电站装机容量为2×65MW，根据电站容量与系统概况，本电站设置220kV和110kV两个电压等级的出线，220kV出线一回，接入省网220kV株州变电所；110kV出线两回，专供地区用电负荷。为使电站运行灵活，供电可靠，电气主接线拟定了下述三个方案进行比较，详见电气主接线方案比较图（见附图：A）。方案一： 2台发电机分别与2台主变组成单元接线，发电机出口装设发电机专用型真空断路器，220kV采用单母线接线，110kV采用单母线接线：两台发电机组均采用“发电机变压器”单元接线。此方案发电机与变压器容量匹配，布置简单、接线清晰，故障影响范围小，运行可靠、灵活，继电保护易于实现。方案二：发电机与变压器采用单元接线，发电机出口采用发电机专用型真空断路器，220kV侧采用三角形接线，110kV采用单母线接线。此方案接线简单清晰，运行方式灵活，发变组与方案一是一致的。220kV采用角形接线，所连设备检修及故障不影响供电，与单母线接线相比可靠性更高。出线可以与任一组母线搭配运行灵活，主变故障不影响线路和另一台主变运行；单个回路故障也可通过倒闸操作将全部功率送出；但开关数量增加，增大了布置面积及投资；线路扩展性差，不存在扩展间隔的余地，在接入系统设计确认前不利于主接线的调整。方案三：发电机与变压器采用两机一变的接线方式，发电机出口采用发电机专用型真空断路器，220kV及110kV侧均采用线路变压器组接线：此方案接线最简单，最清晰，发电机运行灵活。电气设备投资少，继电保护简单，操作维护简单；但主变压器容量大，全站仅一台，当该回路任意一台设备检修或故障时，造成全站电能无法送出。枯水期低负荷运行空载损耗大，运行成本高，10kV母线短路电流大，不利于设备选择。且110kV只有一回出线，供电可靠性较低，不符合一、二类符合的供电要求。综合上述方案比较，方案一接线、布置简单清晰，运行灵活可靠；方案二可靠性在3个方案中最高，但继电保护及倒闸操作复杂，且投资较高；方案三投资和占地面积小，接线最简单，但方案三运行可靠性比其他方案低，主变运输重量大，10kV母线额定电流和短路电流较大，不利于设备选择，不能满足地区负荷的供电可靠性要求。综合以上因素，推荐方案为方案一。电气主接线详见图电气主接线（见附图：B）。第二章 厂用电和地区供电系统设计2.1 厂用电接线的设计2.1.1 厂用电接线的设计原则厂用电系统的可靠性，对发电厂乃至整个电力系统的可靠运行都有直接的影响。在任何情况下，厂用电都是重要的负荷，必须能够满足发电厂的正常运行、事故处理和设备实验等的要求。尽量缩小厂用电系统发生故障时的影响范围，避免因此造成全厂停电事故。厂用电接线的设计原则主要有:厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；厂用电源的对应供电性，本机组的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析。2.1.2厂用电接线形式本设计电气主接线推荐采用发电机变压器单元接线，且在机组回路设置了发电机断路器。因此宜采用从发电机出口引接厂用分支，这样在机组发电时可由机组提供厂用电源，而机组停机时又可以很方便地由系统倒送厂用电。2.1.3厂用高压变压器的选择已知：厂用电率=0.4% COS=0.8 P=2×65 =130MW厂用电=2×65×0.004=5.2MW本电站设计2台630kVA变压器来供发电厂厂用电负荷，其电源分别取1号和2号发电机端10.5kV电压母线。一台厂用变的容量能满足（承担）全部厂用负荷的要求，另一台厂用变作为备用，因此厂用电系统具有足够的可靠性。2.1.4厂用电接线厂用电接线也采用两个单母线接线的方式，其电源分别取1#和2#发电机端10.5kV电压母线。一台厂用变的容量能满足（承担）全部厂用负荷的要求，另一台厂用变作为备用，因此厂用电系统具有足够的可靠性。2.1.5厂用变压器的型号选择为满足场地布置及防火的要求，厂用变压器应选用环氧树脂浇注的干式变压器，因其容量为630kVA，查电力工程电气设备手册得。型号SCB10-630/10满足要求，其电压等级为10.5/0.4kV，具体参数如下表2-1： 表2-1选用环氧树脂浇注的干式变压器具有阻燃能力强，防潮性能好，局部放电量小，损耗低，体积小，安装维护方便等优点，相比老式的油浸式变压器减少了许多运行维护的麻烦，且减轻了火灾的隐患，满足了防火的要求，使运行环境干净整洁。2.2 地区供电的设计已知：地区最大负荷占电站装机容量的25%，供电负荷为130×0.2=26MW，供电距离为20km，率因数为0.8，一类、二类负荷占总负荷的70%。地区供电负荷中由于一类、二类负荷占总负荷的70%，要求供电可靠性较高，供电电压等级采用110kV，所以电站主变采用三绕组变压器，地区供电电源由两台主变中压侧取得。110kV侧为单母线接线方式，设110kV出线两回，互为备用，按全备用考虑。详见电气出接线图第三章 短路电流计算3.1 短路电流计算的主要目的电力系统短路电流计算的主要目的:(1) 电气主接线方案的比较和选择；(2) 电气设备和载流导体的选择；(3) 选择继电保护装置和整定计算；(4) 验算接地装置的接触电压和跨步电压；(5) 系统运行和故障情况的分析。3.2短路电流计算一般规定3.2.1 计算的假定条件短路电流实用计算中，作如下假设：（1）系统在正常工作是三相是对称的。（2）电力系统各元件的磁路不饱和，即各元件的电抗值与电流大小无关，所以在计算中可以应用叠加原理。（3）电力系统各元件电阻，一般在高压电路中都略去不计，但在短路电流的衰减时间常数时应计及电阻的作用。（4）输电线路的电容忽略不计。（5）变压器的励磁电流忽略不计，相当于励磁阻抗回路开路，这样可以简化变压器的等值电路。（6）电力系统中所有发电机电动势的相位在短路过程中都相同，频率与正常工作是相等。3.2.2短路电流计算一般规定1、计算的基本情况1) 系统中所有电源均在额定负荷下运行；2) 所有同步电机都自动调整励磁装置；3) 短路的所有电源电动势相位相同。2、接线方式计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线式。3、短路种类一般按三相短路计算。4、短路计算点选取母线为短路计算点。3.3 短路电流计算步骤1、选择短路点；2、绘出等值网络，并将各元件电抗统一编号；3、化简等值网络，求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗；4、计算电抗Xjs；5、由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值；6、计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标幺值；7、计算短路电流周期分量有名值；8、计算短路电流的周期分量；9、绘制短路电流计算结果表。3.4 计算公式3.4.1 元件参数计算1、发电机XGXd"SB SGN式中 XG发电机电抗标么值；Xd"发电机次暂态电抗；SB基准容量(一般取100或1000)，MVA；SNG发电机的额定容量，MVA。2.双绕组变压器XTUk%SB 100SN式中 XT变压器电抗标么值；Uk%变压器短路电压百分数或阻抗电压百分数，%； SN变压器额定容量，MV·A。3.分裂绕组变压器XT12U12%SB100SN式中 XT12分裂变压器高压绕组与一个低压绕组间的电抗标么值； U12%分裂变压器半穿越电抗百分数，%； SN分裂分压器的额定容量。3.4.2 网络变换1、两支路有源网络等值变换EE1X2E2X1 X1X2X1X2 X1X2 X式中 E X(a)2、Y/等值变换Y/网络变换如图所示：Y Y/变换 X12X1X2X1X2 X3X23X2X3X2X3 X1X3X1 X2X12X31 X23X31X31X3X1/ Y变换 X1X12X2X12X12X23 X23X31X23X31 X23X31X3X123.4.3 计算电抗Xjs1X1k(SN1/SB)Xjs2X2k(SN2/SB) 式中 X1k、X2k等值电源1、2短路点的转移电抗XN1、XN2等值电源1、2的额定容量，MVA。3.4.4 短路点短路电流周期分量有效值的计算ItIt1IN1It2IN2IsIB其中 IN1SN1/(Uavk)IN2SN2/(3Uavk) IBSB/(Uavk)式中 Uavk短路点k所在电压级的平均额定电压，kV； IN1、IN2归算至短路点电压级各等值电源的额定电流，kA。3.4.5 短路的冲击电流ishkimpI''式中 I''起始次暂态电流；kimp冲击系数，一般取1.8。3.4.6 电流分布系数及转移电抗用单位电流法可以比较方便地求得开式网络各支路的电流分布系数和转移抗。如图3.3(a)的网络,令E1E2E30,在短路点k加电动势Ek,使之将图3.3(a)网络等效变为图3.3(b)等值网络。在此网络中可使I11为单位电流，则有I3I1X1I4X4/X3，IkI4I3根据电流分布系数的定义，各支路的电流分布系数为 C1I1/Ik1/IkC2I2/IkC3I3/Ik从而得各支路的转移电抗为X1kXk/C1X2kXk/C2X3kXk/C3式中 XkX1/X2X4/X3X5为短路回路总等值电抗。3.5 短路电流计算视系统为无限大容量电源，即S，已经220kV母线与系统联系的线路长度为70km，线径按300mm2的双分裂导线考虑，发电机超瞬态电抗按Xd=21%计算。取SB100MVA，UBUavn。取E1，并将各元件电抗编号，做出等值网络如图3.4所示。这是纯电抗等值网络，图中电抗值前的j均已略去，并将电抗下标“*”也略去，相应的运算以实数运算。图3.4 短路电流计算等值网络第四章 电气一次设备的选择4.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进、经济、合理。为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件，按正常工作条件选择，包括：电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件选择包括动稳定、热稳定校验；按工作环境条件选择，包括温度、湿度、海拔等的选择。4.1.1 按正常工作条件选择1、额定电压高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压。一般电气设备允许的最高工作电压可达1.11.15UN，而实际电网的最高运行电压Usm一般不超过1.1UNs因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即UN UNs2、额定电流电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Iw.max，即IN Imax3、环境条件对设备选择的影响(1) 海拔高度的影响当地区海拔超过制造厂家的规定值时，由于大气压力、空气密度和温度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降。一般非高原型的电气设备使用环境的海拔高度不超过1000m，当海拔在10003500m范围内，若海拔比制造厂家规定值每升高100m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。(2) 温度的影响电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，允许长期通过的是最大工作电流。我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度040C，如周围环境温度高于40C（但 60C）时，其允许电流一般可按每增高1C，额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。4.1.2 按短路状态校验1、短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值，即满足热稳定的条件It2tQk式中 Qk短路电流产生的热效应，kAs； 2It、t电气设备允许通过的热稳电流和时间，kA、s。22I"210Itk/2Itk/2tk 其中 Qk12tktprtbrtbrtinta式中 tk短路的计算时间，stpr继电保护动作时间，一般取后备保护动作时间3.9s；tbr断路器的全开断时间，s；tin断路器固有分闸时间，SF6断路器一般为0.03s；ta断路器开断时电弧持续时间，约为0.020.04s；可见，短路的计算时间tk最大为3.97s，所以进行短路的热稳定校验时，一般取tk4s均会满足要求。2、电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为iesish或IesIsh下列三种情况可不校验设备的热稳定或动稳定：a、 用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，固可不验算热稳定。b、 采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。C、 装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。4.2 220kV、110kV高压设备的选择考虑到水电站场地布置的实际条件普遍受限制，且本站有220kV、110kV两个出线电压等级，采用普通户外布置的话占地面积较大，所以本设计考虑采用GIS高压SF6全封闭组合电器，占地面积小，布置简单。GIS设备自上世纪60年代实用化以来，经过实践证明，GIS运行安全可靠、配置灵活、环境适应能力强、检修周期长、安装方便。GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域变电站也被使用，在我国63500kV电力系统中，GIS的应用已相当广泛。4.2.1 高压断路器的选择1、额定电压和电流的选择UNUNs，INImax式中 UN、UNs分别为电气设备和电网的额定电压，kV；Imax分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流， IN、A。2、开断电流的选择高压断路器的额定开断电流INbr，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量IPt。但当断路器的INbr较系统短路电流大很多时，可简化计算，即INbrI''由于INbr仅计入了20%的非周期分量，一般中、慢速断路器，开断时间较长(0.1s)，短路电流非周期分量衰减较多，能满足标准规定的要求。但对SF6断路器，其全开断时间tbr最大为0.07s(<0.08s)，为高速断路器，其开断电流的最短时间tk'应为主保护动作时间tpr(一般为0.050.06s）与固有分闸时间tin之和，最大为0.09s(<0.1s)。当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量可能超过周期分量的20%，需要用短路全电流Ik进行校验。但如果在500KV侧，由于离电源的电气距离较远，同样非周期分量衰减较多，固可不计非周期热分量效应。3、短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流INcl不应小于短路电流的最大冲击值ish，即INclish4、短路热稳定和动稳定校验校验式为It2tQk、iesish断路器的额定短路关合电流INcl等于其额定动稳定电流峰值ies。4.2.2 隔离开关的选择隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。4.2.3 电流互感器的选择1、种类和型式的选择按用途分测量用和保护用(B)两种，而保护用电流互感器又可分为稳态保护用(P)和暂时态保护用(TP)两种。在强电系统中，二次额定电流选用5A。2、一次回路额定电压和电流和选择一次回路额定电压UN和电流I1N应满足UNUNs、I1NImax为确保所供仪表的准确度，电流互感器一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。3、准确级的选择为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。而稳态保护用电流互感器的准确级常用的有5P和10P，暂态保护用电流互感器的准确级分别有TPX、TPY、TPZ三个级别。4、热稳定和动稳定校验a、 热稳定考验，一般以t1s时允许通过的稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来校验，即It2tQk或KtI1NQk 2b、动稳定校验包括内部动稳定和外部动稳定校验，这里只进行内部动稳的校验，通常以额定动稳定电流ies或动稳定电流倍数Kes表示，即iesish或2I1NKesQk4.2.4 电压互感器的选择1、种类和型式的选择对220kV和110kV采用的接线，应在每条母线上装设一组单相电压互感器，每回出线上装设一组三相电压互感器；由于220kV配电装置中，通常配有双套主保护，并考虑到后备保护、自动装置和测量的要求，电压互感器应具有三个二次绕组，即两个主二次绕组和一个辅助二次绕组；另外220kV、110kV系统广泛采用电容式电压互感器。2、一次额定电压和二次额定电压的选择a、 为保证测量的准确性，电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%110%之间。如果用相电压，则为电网额定电压的1/3，即UNUNs或UNUNs/3b、 二次额定电压。对单相电压互感器，一次绕组接于电网线电压时，二次绕组额定电压为100V；一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压为100/3V；在电网中性点直接接地系统中，互感器开口三角形辅助绕组额定电压为100V。3、容量和准确级的选择根据仪表和继电器接线要求选择互感器接线方式，尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后按各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量，选择互感器的准确级和额定容量。4.3 高压开关柜的选择高压开关柜主要用来接受和分配电能，同时亦对电路和设备起保护、控制和监测的作用。开关柜由柜体和装于柜内的主开关(断路器)、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线等一次元件及控制、测量、保护装置等二次元件组成。4.3.1 种类和型式的选择高压开关柜按主开关的安装方式分固定式和移开式，本站高压开关柜选用固定式；接线形式采用单母线接线。4.3.2 主开关的选择开关柜内主开关可以是少油、真空、SF6断路器和FC等，200MW以上机组为使主厂房无油化，少油断路器已不采用，SF6断路器装在室内需防SF6气体泄露等措施，用得较少，目前用真空断路器和FC回路较多。4.3.3 额定电压和额定电流的选择高压开关柜的额定电压和额定电流应满足UNUNs，INImax式中 UNs开关柜装置地点的电网额定电压，kV；Imax开关柜装置回路的最大持续工作电流，A。对厂用配置的开关柜Imax1.05SN 3UN式中 SN分裂变压器一个分裂绕组的容量，MV·A；UN分裂变压器的分裂绕组额定电压，kV。4.3.3防护等级的选择开关柜由固定的柜体(金属外壳)和真空断路器手车组成，为防止人体接近其带电部分和触及其运动部分免受伤害，现行标准规定开关柜外壳的最低防护等级为IP2X，此外更高的防护等级还有IP3X、IP4X、IP5X。同时对于每个隔室应有压力释放通道，以保护人身安全，防止故障扩大。4.3.4 开断和关合短路电流的选择开关柜短路开断、关合电流实际就是断路器的额定开断、关合短路电流，选择方法同断路器一样，即INbrI''，INclish7.3.6 短路热稳定和动稳定校验校验式为It2tQk、iesish其中，短路的冲击电流ish应是10kV厂用母线短路时，流经厂用高压变压器或备用/启动变压器短路冲击电流的较大者。4.4 裸导体的选择4.4.1 220kV、110kV母线的选择1、导线选型220kV配电装置中的导线选择考虑电晕现象的影响，采用铝合金绞线组成的分裂导线，分裂间距可取200400m。110kV采用单根钢芯绞线。2、截面的选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大(通常指Tmax>5000h)，传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体，其截面一般按经济电流密度选择；而对220kV扩径导线，由于经济电流密度选取的困难，可按长期允许电流来选择，即ImaxKIa1式中 Imax导体所在回路中最大持续工作电流，A；Ia1在额定环境温度025C时导体允许电流，A；K与实际环境温度和海拔有关的综合校正系统。当导体允许最高温度为70C和不计日照时，K值可用下式计算Ka1 a1式中，a1、分别为导体长期发热允许最高温度和导体安装地点实际环境温度。4.4.2 封闭母线的选择发电机引出线、厂用高压变压器低压侧至厂用高压配电装置宜采用共箱封闭母线。如选定型产品，将提供有关的额定电压、电流和动稳定等参数，可按电气设备选择的一般原则进行选择和校验。如选用非定型封闭母线，应进行导体和外壳发热，应力及绝缘子抗弯的计算，并进行共振校验。为达到设计目的，这里只选定型产品。第五章 变压器的选择计算已知：PGN65MW,cos0.85，Kp5%,得主变压器的容量为 SBj10.05651031.10.8579912(kVA)根据电工设备手册，可选主变压器型号：SFPS10-80000/220，具体参数如表1所示。表5-1 220kV变压器第六章 防雷保护规划设计6.1 发电厂过电压及防护分析对电气系统设备绝缘产生危害的电压，叫过电压。过电压分为内部过电压和外部过电压两种，内部过电压又叫大气过电压，是由雷电活动引起的过电压；外部过电压是由于开关操作和系统故障引起的过电压。内部过电压分为：直接雷过电压、感应雷过电压、电波入侵过电压； 外部过电压分为：工频过电压、操作过电压、谐振过电压。过电压的危害：导致电气设备绝缘击穿、设备损坏、供电中断、系统崩溃。为了保证人身和设备的安全，通常在发电厂、变电站、输、配电设备上及场所采取相应的防雷、保护措施。发电厂的防雷措施一般采用避雷针、避雷线和避雷器，使发电厂所有设备都处于避雷针避雷线、避雷器的保护范围之内。避雷针的作用：是发电厂用来保护电气设备和建筑物免遭直击雷击的防护装置，它可以主动的引导雷电通过避雷针放电，并通过接地装置将雷电流泄入大地中，从而使电气设备、建筑物免遭雷击的危害。避雷线主要用于保护过电压线路，一般不用于发电厂内部。避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。6.2 避雷器的配置规划1、避雷器的配置原则a、配电装置的每组母线上，应装设避雷器。b、旁路母线上是否应装设避雷器，应根据旁路母线在投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。C、220kV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可能靠近设备本体。d、220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。e、三绕组变压器低压侧的每一相都应该设置一台避雷器。2、避雷器选择应根据被保护设备的绝缘水平和使用条件，选择避雷器的型式、额定电压等，并按照使用情况校验所选避雷器的灭弧电压和工频放电电压等。即：（1）、灭弧电压：Ugfs KmUxg；（2）、工频放电电压下限：Ugfs1.68Uxg；（3）、工频放电电压上限：Ugfs1.15Ugs和残压：UbcsUcs。6.3发电厂避雷针配置规划及保护范围计算为了防止设备、建筑物免遭直接雷击的危害，通常采用装设高于被保护物的避雷针（或避雷线），其作用是将雷电吸引到避雷针上并通过接地装置将雷电流泄入大地，从而保护了设备。避雷针（线）的保护原理是当雷云放电接近地面时，它使地面电场发生畸变，在避雷针（线）的顶端，形成局部电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针（线）放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。虽然避雷针（线）的高度比较高（必须高于被保护物体，一般20m-30m，但在雷云大地这个高达几公里，方圆几十公里的大电场内的影响却是很有限的。单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的近似锥体的空间，就像斗笠一样。在高度hx水平面上，其半径rx按下式计算：hxhx 式中：h为避雷针高度hx为被保护物的高度p为高度影响系数 h30m时，p=1；当30mh120m时，p=两支避雷针的保护计算如下：h0hD 7p5.5hh时; rx=(h-hx)p 2h时; rx=(1.5h-2hx)p 2其中：D为两针之间的距离h0为保护范围上部边缘距最底点之间的距离p意义同上则水平面上保护范围的一侧宽度bx可按下式计算：bx=1.5（h0-hx）两只避雷针不等高的距离计算如下：h低h低经按上面公式计算得以下结果：bx12= bx34=bx56=9.11; bx13= bx24=4.07; bx23= bx14=5.79; bx35= bx46=4.07; bx35= bx45=1.72; bx27=8.79; bx47=7.71; bx48=6.72; bx68=8.57; bx78=19.7; 本发电厂设25m杆顶避雷针6棵。 发电厂所有设备均在避雷针保护范围内。根据本发电厂总平面布置图，全所的防直雷击保护采用在110kV构架上装设避雷针的方式。110kV配电装置对侵入雷电波的过电压保护采用装设在适当地点的避雷器保护。110kV进线、以及主变压器的中性点也按过电压保护的要求装设了避雷器。6.4 发电厂接地设计1、电气设备的接地按其目的可分为以下几种：a、 保护接地：将电气设备的金属外壳、装设设备的金属构架进行可靠的接地，以保证设备外壳、金属构架保持地电位，一旦设备因绝缘损坏而使设备外壳、构架带电时，不致使工作人员有触电的危险。b、 工作接地：为了保证电力系统正常运行，将电力系统中的某点（设备）进行的接地；c、 防雷接地：为泄掉雷电流，避雷针、避雷器等设备必须要有可靠的接地。h高2时; D=D-( h高- h低)ph高2时; D=D-( 1.5h高- 2h低)p2、接地装置接地装置就是由埋在地中的接地体以及连接到设备的接地线构成，当接地装置中有电流计流过电流时，接地电流向接地体四周的土壤流散，从而达到保护设备的目的。3、接地规划采用热镀锌40×4扁钢作为连接体，2.5m的50×5热镀锌角钢作为接地针，扁钢以8m距离做井字型掩埋，埋深600mm,角钢每4m打一根。独立避雷针使用独立接地体。第七章 仪表与继电保护配置7.1 仪表与继电保护的配置规划概述继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。1、它的基本任务是：自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，隔离故障、防止故障进一步扩大，保证非故障元件正常运行；反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发信号，减负荷或跳闸。此时，一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、快速性、灵敏性和可靠性。2、配置的原则：选择继电保护方式除应满足四个基本要求外，还应考虑经济条件，首先应从国民经济的整体利益出发，按被保护元件在电力系统中的作用和地位来确定保护方式，而不能只从保护装置本身的投资来考虑，这是因为保护不完善或不可靠而给国民经济造成的损失，一般都远远超过即使是最复杂的保护装置的投资。7.2 继电保护配置规划设计一、继电保护的配置继电保护装置是一种能反映电气设备发生故障或不正常工作状态，并作用于断路器跳闸或发出信号的自动装置，它的任务是1、发生故障时，自动、迅速、有选择性地将故障设备从系统切除，以保证非故障设备继续正常运行，此外，防止故障的进一步扩大。2、反映电气设备的不正常工作状态，根据不正常工作状态的种类和设备运行维持的条件，动作于发出信号，减负荷或跳闸，反映不正常工作状态的继电保护，允许带一定的延时动作。继电保护装置应满足四个基本要求：选择性、快速性、灵敏性、可靠性。 二、2200kV保护配置1、零序电流保护，一般为四段式2、距离保护，一般为三段式3、高频相差保护，4、自动重合闸。110kV保护配置1、110kV出线保护配置（1）双回线（电源侧）主保护：电流方向横差保护零序电流方向横差保护后备保护：阶段式距离保护阶段式零序电流方向保护阶段式接地距离ZCH：检无压同期三相自动重合闸（2）单回线三段式距离保护三段式零序电流方向保护ZCH：检无压同期三相自动重合闸2、110kV母线采用电流相位比较式母线差动保护（即使两段母线分列运行时，也能有选择性动作）四、10kV保护配置1、10kV出线回路保护配置（1）采用二段式电流保护（相间短路）I段：电流速断保护，保护线路全长80%II段：定时限过电流保护（2）线路出线线路装设三相一次自动重合闸（3）电缆出线装设过负荷保护，动作于信号2、10kV母线设有绝缘监察装置，不设专用母线保护，用主变过电流保护兼作母线保护五、主变保护配置1、瓦斯保护a、重瓦斯保护：动作于跳主变三侧开关b、轻瓦斯保护：动作于发信号2、纵差保护：反应变压器绕组、套管和引出线上的相间短路，110kV绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路3、复合电压闭锁过电流保护 电压取35kV母线PT目的：防备外部相间短路所引起的过电流并作为瓦斯与纵差的后备保护 I时限跳主变低压侧开关II时限跳主变高、中压侧开关4、零序电流电压保护变压器专门设置接地保护作为纵差保护的后备保护。由于本变电所一台主变中性点接地运行，另一台主变不接地运行，两台主变中性点运行方式可以改变，为了保护两台主变并列运行且外部发生单相接地运行时，如母联差动拒动时，能够首先断开中性点不接地运行的变压器。故每台主变应装设零序电流和零序电压保护，零序电压保护的整定时间小于零序电流保护的整定时间。零序电压保护接于变压器中性点引出线的CT上，零序电压保护接于母线PT的开口三角形线圈上。5、过负荷保护：动作于发信号总结与体会毕业设计是完成教学计划、实现培养目标的一个重要的教学环节，是培养学生综合素质和工程实践能力的教育过程，对我们的思想品德、工作态度、工作作风和独立工作能力具有深远的影响。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多。为期1个月的毕业设计，通过了自己的努力与辅导老师的帮助，终于圆满地完成了本次的毕业设计。本次设计主要是针对2×65MW水站进行电气一次部分设备的设计。其中本次设计的主要内容包括：电气一次主接线的构成与设计；短路电流计算；导体与电器设备的选择和配电装置的设计与选择。通过毕业设计，我对一些专业知识有了更深的认识和掌握。通过这次的毕业设计，使我进一步巩固加深所学的基础理论、基本技能和专业知识，把分散、独立的专业知识有机的结合起来，使之系统化、综合化。通过这次的毕业这次的设计，培养了我的独立工作能力、独立思考能力，并运用已学的知识解决实际工程问题的能力，结合课题的需要也可培养我们自己的独立获取新知识的能力。巩固了我已学的电气专业知识，学会如何查阅