机械5

目录 前言1 第一章电气主接线设计2 1.1设计原则2 1.2各方案比较3 第二章厂用电设计8 2.1厂用电设计原则8 第三章短路电流计算9 3.1对称短路电流计算9 3.2非对称短路电流计算19 第四章电器主设备选择30 4.1对方案I的各主设备选择30 4.2对方案Ⅱ的各主设备选择44 第五章发电机继电保护原理设计及保护原理46 5.1初步分析46 5.2对F1的保护整定计算47 5.3对F5的保护整定计算： 50 第六章计算机监控系统方案论证选择54 6.1系统功能54 6.2监控对象56 6.3系统结构56 小结58 致谢59 参考文献60 附录Ⅰ 62 附录Ⅱ 63 一、设计()课题来源、类型 本设计（）课题来源于青海省直岗拉卡水电站。主要针对直岗拉卡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。故本属于典型的针对某工程进行最优设计的工程设计类。 二、选题的目的及意义 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，为国民经济的发展提供保障。这样一来就提出了一个问题，我们究竟主要需要发展什么类型的电力能源？是火电、核电、水电还是其他形式的电能？ 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3050右。与之相比水电就有很多明显的优势。 比如：水力发电是清洁的电力生产，不排放有害气体、烟尘和灰渣，没有核辐射污染。水能是可再生能源，水力发电效率高，常规水电站水能利用率高达80右。水电站的水库可以综合利用，除用于发电以外，还具有防洪、灌溉、航运、城乡生活用水和工矿生产供水、养殖、旅游等功能，发展水电行业有着巨大的综合社会经济效益。另外，我国是世界上水能资源最丰富的国家之一，全国水能资源的理论蕴藏量为6.76亿千瓦，可开发容量3.78亿千瓦，可开发容量的年发电量达1. 92万亿千瓦时，均居世界首位。新中国成立以来，我国水电建设取得了长足发展，积累了丰富的经验。到2000年底，全国水电装机容量达到7935万kW，占全国总装机容量(3.16亿千瓦)的25. 1水电年发电量2400亿kW.h，占全国总的年发电量(13500亿千瓦时)的17.78但是，与全国3.78亿kw水电可开发容量相比，水能资源开发程度仍然偏低。 党中央在世纪之交提出了:“加快中西部地区发展，最终实现共同富裕，实施西部大开发”的长期发展战略，把加快基础设施建设作为西部开发的主要内容。电力工程是重要的基础设施，水能是西部地区富有的资源，实施“西电东送”必然成为西部大开发的重要内容。大量研究成果表明，从国家角度来评价，很多水电项目的国民经济效益巨大、建设可行，即考虑了长距离输变电成本在内，在西部建设大型调节性能好的水电项目经济性仍然优于在东部建设火电项目。正是基于水电的诸多优势以及我国丰富的水能资源，在电力能源需求旺盛的今天，国家正大力开发水电资源。故本题目针对电力发展方面的研究就有显示出了极为重要的意义。 三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 由于本课题研究的是水电站设计，故本课题在国内外的研究状况及发展趋势就是水电站的现状和发展趋势。要研究水电站无非就是研究水电站中最主要的几大部分的发展。所以本部分中将分开介绍水电站各主要部分在国内国外的发展情况。介绍顺序依次为：电气主接线部分，高压输电部分，继电保护部分和厂站无人值守部分来分别探讨。 随着我国市场经济的发展，电力工业正以前所未有的规模快速增长，电力系统和电力市场正在发生深刻变化，水电工程除了人们公认的效益外，还有许多对行业、对社会的贡献也正逐渐显现。在水电厂中，电气主接线的作用是非常突出的。因为它是一个电厂最基础的系统。电气主接线没有设计好就会对电厂运行带来极大的安全隐患，所以在水电站中首先应考虑电气主接线的设计问题。 目前，电气主接线的设计受多方而因素的影响，既要考虑电站的安全运行、经济指标、设备质量和能力、可靠性、灵活性、方便设备布置与运行维护，又要考虑对电站所接入系统的稳定、供电需求、调度方式、保护方案的适应和保证，是以发电为主的电站根木任务能否履行的关键所在。所以，电气主接线设计是水电站核心设计内容和重大原则之一，是电气设计的主体。根据我国电力系统发展及其他因素综合看，对于以发电为主、在系统中作用一般、无对供电可靠性需求很高的直供负荷的水电站，在充分兼顾电站本体特点的同时，多从全局和电力系统与电力技术的发展方而考虑，尽量简化其电气主接线的设计方案应做为主要的设计原则。 对于较大型的水电站，在系统中承担腰荷其电气主接线设计方案应首先考虑其供电的可靠性。这是由于，电厂的可靠性对系统整体的可靠性非常重要。供电要可靠，是保证经济建设正常运行、人民生活安定的基木条件之一。但这种可靠性要求是对整个系统而言的，这当然就要求系统中所有电站均须为此提供必要条件来保证其综合能力的适宜性。但不同的电站，在系统中所承担的任务、工作位置、重要程度等不尽相同。因此，对其主接线可靠性的要求亦不能完全一致，即有其相对性。目前我国大型水电站一般都采用3/2接线，如三峡电站等。 由于水电站大多建在地理位置偏僻的地方，离负荷中心较远，故为了降低损耗水电站所发电能都用高电压向外输出。而对于那些特别大型的电站就不得不用特高压来输电了，所以特高压输电技术的发展为水电站降低送电损耗提供了依托。 国外实践和国内研究经验表明.特高压交流输电技术可远距离、大容量输电.节省线路走廊.易于建立坚强的电网.将特高压交流线路作为全国电网的主网架是很有必要的。 世界上不少国家都研究了特高压交流输电技术，特别是美国、前苏联、日木、意大利、加拿大等国家的大规模特高压输电研究，在理论研究、电气设备研制和实际应用等方面取得了许多成果。美国建立的特高压试验室和试验场系统地研究了可听噪声、无线电干扰和电视干扰等问题，取得很多成果。前苏联建成了1 936 km的1 150 kV特高压输电线路，日本也建成380 km的1 000 kV特高压输电线路，均能成功运行。 随着大型水电站的建立以及大区电网之间的互连，我国也逐渐开始抓紧建设超高压输电线路。早在“六五”期间我国就开展了特高压输电攻关项目的研究。武汉高压研究所户外试验场建成了一条约200 m的特高压试验线段，中间有一基特高压真型铁塔，研究了输电线路外绝缘特性和输电线路对环境的影响。在武汉高压研究所、中国电力科学研究院等研究院所和一些高等院校的积极努力下，我国在超高压输电方面取得了显著的研究成果。 目前，我国特高压交流输电线路的建设己经提上日程并制定了发展规划。去年国家电网公司组织六大电力设计院参加的特高压交流输电论证会成功举行，取得了很好的效果。随着特高压技术的不断发展，在输电领域我国的电能损耗将大大减小，这势必将大大减少我国未来开发雅鲁藏布江等偏僻区域水电资源在输电过程中的损耗。 在我国已开发的1亿kw的水电装机中，有2800多万kw属于单站5万kw以下的小水电站，约有4万余座，占水电总量的33小水电资源丰富，为解决广大农村和偏远山区等大电网难以播及的地区用电起到了积极而有效的作用，代替了一部分燃煤电源，保护了环境。但是有些小水电由于大坝水工结构本身不够牢固，在遇到大洪水或地震时可能会倒坝，这就给库区人民造成了极大的生命和财产危害。因此如今国家主要加强建设大型水利工程，如三峡，溪落度，向家坝等。这些大型水利工程在电力系统中都有重要地位，它们供电的可靠性就要求非常高了。除了电气主接线需要满足高可靠性外，其保护装置也需要非常完善。 保护装置是电力系统中非常重要的一个系统。电力系统在运行过程中随时都可能发生故障和不正常运行状态，为了保证供电的可靠性就必须要求保护装置迅速动作切除故障。所以保护装置是伴随着电力系统而产生的，并随着电力系统自身的发展而不断完善。 早期的保护装置都是继电器型的。即保护由大量继电器与其附属设备连接起来，形成保护装置。这种保护由于连接了大量的继电器和附属设备使得动作时限较长，接线复杂不便于日常的维护检修。大大限制了保护的速动性和可靠性。 为了提高电厂供电的持续性保护装置在近几年有了迅猛发展。随着现代通信技术、电工技术、计算机技术的蓬勃发展和对可靠性要求的不断提高，近几年微机综合保护在大型厂矿企业中得到了广泛应用。微机保护与传统继电器保护和晶体管保护相比，改善了保护性能，提高了保护的可靠性，减少了维护工作量，同时由于微机综合保护可以测量并记录实时运行参数及一段时间内的历史运行参数，提供故障前后的参数及波形，发出各种保护动作的文字信息，与计算机连接后，使变配电自动化的实现更为简易。 我国的继电保护从90年代开始进入了微机保护时代。起步虽然较晚但发展很快。随着电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。在计算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展力向之一。天津大学已研制成用同微机保护装置结构完个相同的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。这种装置的优点有:(1)具有486PC机的个部功能，能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。(2)尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣的工作环境，成本也较低廉。(3)采用STD总线或PC总线，硬件模块化，对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。 目前我国几乎所有的新建电厂都有微机保护装置，许多老电厂也进行了保护的改造，安装了微机保护。但是，微机保护对于传统的继电型保护来讲还仍然是一个新事物，在实际应用中肯定会碰到这样或那样的问题。不过随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，微机保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外微机保护技术发展的趋势为:计算机化，网络化、保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。不断完善的微机保护一定会为我国水电站和电力系统的稳定运行，持续供电提供强有力的保障。 由于自动化和控制水平的不断进步，未来发电厂必然向着无人值守或者少人职守方向发展。所谓无人值守就是通过对设备采用先进的控制技术，以实现对控制设备的“遥控、遥调、遥测、遥信”功能，从而实现无值班人员的一种控制方式。现在国际、国内都有这么一种趋势，都在朝无人值守这个方向改进。因为尽管采用这种方式一次性投人较大.但可以节省人力，从管理上来说也能解决由于管理不善带来的不安全因素、不确定因素等。 在我国无人值守技术相对于发达国家来讲起步的比较晚而且技术还不够成熟，经验也很欠缺。但也取得了阶段性的发展，比如此项技术在山东黄岛电厂一期海水泵房的应用就取得了成功。虽然目前此项技术刚处于摇篮时期，但是它是未来电厂特别是偏远电厂管理发展的必然趋势，相信此项技术在不久的将来一定会得到更完善的发展，为我国电厂先进的管理提供技术支持。 四、本课题主要研究内容 1.根据对直岗拉卡水电站原始资料的分析和本电厂的性质及其在电力系统的地位，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。 2.给出厂用电及近区供电方式选择设计 3.进行短路电流计算。 4.进行电气主设备选择（断路器、隔离开关、母线、线路、互感器、避雷器、熔断器、绝缘子等）。 5.各级电压配电装置及总体布置设计，给出开关站平面布置图和必要的剖面图。 6.投资概算和方案的技术经济比较。 7.完成局部设计方案，内容如下： a.继电保护原理图 b.主变压器的继电保护 c.发电机的继电保护 d.110kV母线的继电保护 e.110kV线路的继电保护 f.选择继电保护元件和继电保护装置 g.继电保护屏的布置与端子排接线图 h.继电保护整定计算 8.水电站计算机监控系统方案论证选择。（系统结构、监控对象、系统功能。