水电站毕业设计论文(学术参考)

摘要本次毕业设计的主要任务是根据原始资料进行一个发电厂主接线的初步设计，并对其一次设备进行选择,进而对继电保护进行规划和对配电装置进行规划。

设计主要内容包括：电气主接线设计、短路电流计算、主要电气设备选择、校验及配电装置初步设计和继电保护的规划等。

主要的电气设备选择有：主变压器、高压厂用变压器、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器及母线等的选择。

电气主接线是发电厂的主要环节，故本文对数个电气主接线方案进行了技术经济综合比较，确定了一个较佳方案，并根据此方案对全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护的规划等，进行了详细的设计和说明。

本设计包括六部分：电气主接线选择，电气设备选择，短路电流计算，配电装置规划，继电保护规划及其整定。

关键词：发电厂；主接线；短路电流；电气设备；配电装置；继电保护ABSTRACTThis graduation project topic is s according to the first hand information designs a electric power plant, and mainly carries on the design to its equipment. Then design the power distribution equipment and relay protection planning. Designs the main content to include: The electrical host wiring design, the wiring design, the short-circuit current computation, the main electrical equipment choice , the verification and the power distribution equipment preliminary design and relay protection planning and so on. The main choice electrical equipment includes: The main transformer, the high-pressured factory use the transformer, the high-pressured circuit breaker, the isolator, the current transformer ,the voltage transformer, the arrester and the generatrix and so on.Main electrical scheme is the main part of substation, so this thesis synthetically compares several main electrical schemes from technical and economic aspects and picks up one preferable scheme. According to the chosen scheme, detailed design and instruction are carried out about the electric apparatus selection, distribution equipment arrangement, relay protection, and so forth.This thesis consist of six parts：main electrical scheme select，main choice electrical equipment，short-circuit current calculation，distribution equipment arrangement, relay protection and verification on the selection short dot.Key words: electric power plant; electrical main wiring; short-circuit current; electrical equipment; the power distribution equipment; relay protection目录1 前言 (5)1.1 设计要求 (5)1.2 设计依据 (5)2 电气主接线设计 (6)2.1 电气主接线概述 (6)2.2 发电机出口接线形式的选择 (6)2.3 220KV侧接线形式的选择 (8)3 主变及厂用变的选择 (12)3.1 变压器选择概述 (12)3.2 主变选择 (12)3.3 厂用变选择 (13)4 短路电流计算 (14)4.1 短路点的选取 (14)4.2 三相对称短路计算 (14)4.3 不对称短路计算 (19)5 电气设备的选择 (25)5.1 断路器的选择 (25)5.2 隔离开关的选择 (29)5.3 母线的选择 (32)5.4 电流互感器的选择 (38)5.5 电压互感器的选择 (42)5.6 绝缘子和穿墙套管的选择 (45)5.7 高压熔断器的选择 (47)5.8 发电机中性点接地设备的选择 (48)5.9 避雷器的选择 (49)5.10 厂用电高压侧电气设备的选择 (50)6 继电保护规划 (53)6.1 继电保护概述 (53)6.2 变压器纵差保护计算 (56)7 配电装置规划 (59)7.1 配电装置概述 (59)7.2 配电装置设计 (60)总结 (63)致谢 (64)参考文献 (65)附录 (67)1 前言1.1 设计要求通过初步设计，查阅资料，了解及掌握电力行业的发展动向和新技术，重温和巩固已学的理论知识，进行包括电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择和配电装置设计等内容的设计。

1.2 设计依据（1）电站地理位置及自然环境条件：水电站位于甘肃省兰州市皋兰县境内黄河干流上，为黄河龙—青段规划的第19个梯级，为黄河小三峡“小峡、大峡、乌金峡”最上一级电站，水电站坝址位于小峡峡谷出口处，平均海拔1700米，多年平均气温7.2℃，极端最高气温38.3℃，极端最低气温-25.4℃，多年平均相对湿度63%。

（2）电站基本参数：装机容量：4X57.5MW；枯水年枯水期平均出力：80MW；年利用小时数：4156h；多年平均年发电量：9.56亿kWh。

（3）电站运行方式：枢纽主要任务是发电，担任的是基荷。

兼有灌溉、旅游等效益，电站可进行日调节。

（4）电站接入系统方式：电站以220 kV一级电压接入兰州电网，其正常运行方式为单母分段固定连接；4回220 kV出线中，2回出线送兰州和平变电站(简称峡和双回线)，2回出线送兰州北部开关站(简称峡开双回线)。

2 电气主接线设计2.1 电气主接线概述在发电厂中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能生产、汇集和分配的电气主回路。

这个电气主回路被称为电气一次系统，又叫做电气主接线。

用规定的设备图形和文字符号，按照各电气设备实际的连接顺序而绘成的能够全面表示电气主接线的电路图，称为电气主接线图。

主接线的确定对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及发电厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接影响。

对电气主接线设计的基本要求是可靠性、灵活性和经济性。

（1）可靠性要求供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力。

电气主接线要能保证在正常运行、检修和事故时，都不能导致一类负荷停电，一般负荷尽量减少停电时间。

为此，应考虑设备的备用，并有适当的裕度，此外，选用高质量的设备也能提高可靠性。

（2）灵活性要求满足调度时的灵活性要求，灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统正常运行的需要；满足检修时的灵活性要求，在某一设备需要检修时，应能方便地将其退出运行，并使该设备与带电运行部分有可靠的安全隔离，保证检修人员检修时方便和安全；满足扩建时的灵活性要求，从初期的主接线过渡到最终的主接线，每次过渡都应比较方便，改建的工程不大。

（3）经济性要求在主接线满足必要的可靠性和灵活性的前提下，应尽量做到经济合理。

努力节省投资，高压设备的数量力求较少，不必有多余的设备，减少出线电缆的截面，继电保护和二次回路不过分复杂，以节省二次设备和控制电缆，主变压器的型号、容量、台数的选择要经济合理，尽量少占土地。

2.2 发电机出口接线形式的选择方案一如图2-1所示。

图2-1 发电机—双绕组变压器单元接线优点：接线简单，开关设备少，操作简便，故障可能性小，可靠性高；由于没有发电机电压母线，可减少母线短路检修带来的问题；配电装置结构简单，占地少，投资省。

缺点：单元中任一元件故障或检修都会影响整个单元的工作。

本次设计用到4个单元采用了较多的变压器和断路器，不经济。

适用范围：这种接线在大、中、小型机组均可采用，本次设计的单机容量为57.5MW 正可适用，在发电机组数目不是太多的情况下可采用。

方案二如图2-2所示。

图2-2 发电机—变压器扩大单元接线优点：该种接线与单元接线相比，可减少变压器和断路器的台数，以及节省配电装置的占地面积。

缺点：发电机出口短路电流太大，不易选择断路器，主变的容量也太大，可能会受到制造或运输方面的问题，此时需要采用分裂绕组的变压器，而分裂绕组变压器在水电站中很少采用。

适用范围：用于机组数目较多时，单元接线很不经济时才考虑。

方案一中采用单元接线，投资大了点，多用了两台变压器，但本次设计机组数目较少仅有4台，用单元接线很适合，而方案二采用扩大单元接线，投资小，但用于机组数比较多时，且易受设备选择的困难。

由于本次设计的是中小型水电厂，又没有近区负荷，综合比较，采用方案一较适合。

2.3 220KV侧接线形式的选择方案一：双母线接线如图2-3所示。

图2-3 双母线接线优点：运行方式灵活，既可采用将电源和出线均衡地分配在两组母线上，母联断器合闸的双母线同时运行方式；也可以采用任意一组母线工作，另一组母线备用，母联断路器断开的单母线运行方式。

检修母线时不中断供电，只需将欲检修母线上所有回路通过倒闸操作均换接至另一组母线。

故障时，也只需将接于该母线上的所有回路均换接至另一组母线，便可迅速地全面恢复供电。

检修一回路母线隔离开关时，只中断该回路，这时，可将其他回路均换接至另一组母线上，继续运行，然后停电检修该母线隔离开关；如果允许对隔离开关带电检修，则该回路也可不停电。