核準通過，歸檔資料。未經允許，請勿外傳！核準通過，歸檔資料。未經允許，請勿外傳！畢業設論題目炳靈水電站的設計專業熱能與動力工程班級學生指導教師炳靈水電站的設計摘要。本次畢業設計通過查閱貫流式水輪機相關資料，首先對炳靈水電站轉輪型號為GZHK-1RT-WP-620的貫流式水輪機進行設計，包括水輪機總體結構的設計，并對其中的主要零件進行設計優化。繪制出了總裝配圖，導水機構裝配圖，主軸零件圖，操作油管裝配圖和導葉臂零件圖。其次進行了電氣一次局部的設計，設計選擇了電氣主接線形式，進行短路電流計算和電氣主設備選擇，繪制出電氣主接線圖。本設計相關知識涉及水輪機結構、水電廠電氣局部，機械制圖以及貫流式水輪發電機組等局部，此外，還包括其相關的設計思路及方法。在本次設計中還大量使用了autoCAD軟件進行繪圖。關鍵詞：貫流式水輪機結構設計電氣一次設計TheDesignofBinglingHydraulicPowerStationABSTRACTBinglingHydropoweristhe13cascadehydropowerstationsofLongyangxiatoQingtongxiasectionofYellowRiverHydropowerDevelopmentplanning.InThetotalinstalledcapacityof240,000kilowattspowerplant,theinstallationoffive48,000kilowattsbulbturbinegroup,withanannualgeneratingcapacityof974millionkw·h.Firstly,wedesignthetubularturbineGZHK-1RT-WP-620ofBinglingHydropowerthroughaccesstorelevantinformation,includingtheoverallstructureoftheturbinedesign,andoneofthemainpartsdesignoptimization.Drawnoutofthegeneralassemblydrawings,assemblydrawingsguideapparatus,thespindlepartsdiagram,assemblydrawingandtubingoperationsguidevanearmpartsdiagram.Secondwasapartoftheelectricaldesign,designoptionsthemainelectricalwiring,toconductshort-circuitcurrentcalculationandthemainelectricalequipmentselection,drawingoutthemainelectricalwiringdiagram.Knowledgerelatedtothedesignoftheturbinestructure,hydropowerelectricalparts,mechanicaldrawing,andtubularhydro-generatingsetsandotherparts,alsoincludingrelevantdesignideasandmethods.InthisdesignalsomakesextensiveuseofautoCADsoftwarefordrawing.KeyWord:tubularturbinestructuraldesigndesignofectricprimarysystem目錄ABSTRACT 21.前言 1概述 1設計內容 2原始資料 32.水輪機總體結構設計 42.1繪制軸面流道圖 42.2根底環設計 42.3座環設計 52.4導水機構設計 72.4.1外配水環 72.4.2內配水環 82.4.3傳動機構 82.5水輪機主軸設計 232.6水輪機主軸密封設計 242.7水輪機水導軸承設計 252.8轉輪設計 253.電氣一次設計 273.1電氣主接線設計 273.1.1設計原那么 273.1.2主接線方案初步設計 283.1.3方案比擬 303.2短路電流計算 313.3電氣主設備選擇 551.升壓變壓器 572.斷路器的選擇 583.隔離開關的選擇 644.電流互感器 685.電壓互感器選擇 736.高壓熔斷器的選擇 747.避雷器的選擇 758.高壓絕緣子的選擇 769.發電機中性點接地方式 774.總結 771.前言隨著我國經濟突飛猛進的開展，人民生活水平不斷的提高提高，生產和生活用電的需求也越來越大。然而能源問題已成為當今世界三大主要問題之一，傳統能源的短缺和用其發電帶來的污染，以及新能源開發技術的不完善，水電資源作為潔凈的可持續能源越來越得到人們的青睞。據探測，我國水力資源豐富，但是目前的開發率和興旺國家比起來還有很大的差距，因此開發水電已成為我國緩解資源短缺的重要手段之一！水力機組是水電站的核心設備，是整個水電樞紐工程最終經濟效益的歸宿。因此，水輪機結構設計得是否合理就成為電站能否有效運行得關鍵。本次畢業設計通過查閱貫流式水輪機相關資料，對炳靈水電站轉輪型號為GZHK-1RT-WP-620的貫流式水輪機進行設計，并且對炳靈水電站電氣一次局部進行設計。相關知識涉及水輪機結構、水電廠電氣局部，機械制圖以及貫流式水輪發電機組等局部，此外，還包括其相關的設計思路及方法。本次設計在穩固原有專業課知識的根底上加深理解，并對貫流式機組的知識進行了拓展。更好的促進各科知識之間相互貫穿，同時可以培養動手能力，創新能力，到達理論實踐相結合的目的。在本次設計中，大量使用autoCAD繪圖軟件，節省了很多手繪的時間，鍛煉了使用該軟件的能力。〔一〕根據給定的炳靈電站貫流式的型號和轉輪直徑等參數進行水輪機結構設計。1.按給定水輪機型號和轉輪直徑等參數，確定水輪機的主要特征尺寸，對水輪機整體結構進行設計；；3.根據機組型式和電站自然條件進行主軸密封和水導軸承設計；4.繪制水輪機總裝配圖及主要部件組裝圖和零件圖。〔二〕導水機構傳動系統設計及主要零件的設計1.根據機組的型式進行導水機構設計并繪制導水機構裝配圖；2.對主軸的形式及尺寸等進行設計并繪制主軸零件圖；3.對導葉臂的形式及尺寸進行設計并繪制導葉臂零件圖；4.繪制操作油管裝配圖；〔三〕機組電氣局部設計1.對電站的電氣一次局部進行設計，其中包括電氣主接線方案設計，確定主變壓器型式、臺數、容量，以及各級電壓配電裝置的接線方式等。2.對短路電流進行計算。3.對電氣主設備進行選擇，包括斷路器、負荷開關和隔離開關、高壓熔斷器、限流電抗器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、裸導體、支柱絕緣子及穿墻套管、消弧線圈以及電纜。〔四〕外文翻譯1.閱讀外文文獻；2.精讀其中三篇，并且選擇一篇翻譯。本次畢業設計的根本參數如下：〔1〕水輪機型號：GZHK-1RT-WP-620額定水頭：m 額定流量：m3/s額定轉速：r/min最大水頭Hmax:最小水頭Hmin:最大飛逸轉速:330r/min〔2〕發電機型號：SFG48-56/6700額定功率:48MW/(50.526MVA)額定功率因數：COSΦ=0.95(滯后)Xd7額定電壓：Un=13800V額定電流:In=2113.9A額定頻率:fn=50Hz相數:m=3定子繞組接線方式:“Y〞額定轉速:107.1r/min飛逸轉速:330〔非協聯工況〕r/min絕緣等級:F冷卻方式:密閉循環強迫通風空氣冷卻旋轉方式:順水流方向看順時針〔3〕炳靈水電站現有電壓等級110KV和330KV兩條出線，其中：炳積線〔1111線〕為110KV，距離積石山變電站為：寺炳線〔3089線〕為330KV，距離炳靈變電站為：〔4〕。2.水輪機總體結構設計2.1繪制軸面流道圖根據水頭及形式接近的已有貫流式水電站資料，設計出炳靈水電站貫流式發電機組的軸面流道，其形式及相關尺寸如圖1-1所示：2-1軸面流道圖2.2根底環設計根底環下游焊在尾水管上，采用鋼板焊接結構，根底環要承受轉輪室傳來的水力震動，要求與混凝土結合牢固。根據已有貫流式水電站資料，設計出根底環的結構。如圖1-2所示：2-2根底環2.3座環設計座環是機組的主要支撐，承受機組大局部重量、水的壓力、浮力、正反向水推力、發電機扭矩等，并將這些負荷傳遞到根底混凝土上，因而具有足夠的強度、剛度。座環是整個機組的安裝根底，水輪機的導水機構，發電機定子、組合軸承支撐環都固定在其法蘭上。受運輸條件限制，座環裝配分為內錐、外錐、上游外錐。座環內錐采用鋼板焊接結構，受運輸條件限制分為不等的4半，水平方向設計兩個固定導葉，垂直方向2個進人筒。根據已有貫流式水電站資料，設計座環的結構，如圖1-3所示：圖2-3座環1〕其用鋼板材料為ZG20MnSi，厚度為60mm，采用焊接結構。2〕所有過流外表打磨光滑至外表光潔度為▽3.2，其余外表為▽12.5；3)固定導葉進口端節距誤差不超過0.0015Da；4)頂蓋與底環把合面平行度誤差不超過0.025毫米/米；5)分瓣結構的合縫面光潔度為▽6.3，合縫面間隙一般不超過0.05毫米，局部允許有0.15～0.3毫米凹陷局部〔深度小于接合縫的1/3，長度不超過接合縫總長的1/5〕，但不允許有突起。2.4導水機構設計2.4.1外配水環根據已有貫流式水電站資料，設計外配水環的結構，如圖1-4-1所示：圖2-4-1外配水環外配水環由鋼板焊接而成，由于運輸條件限制分成4瓣，外配水環和導葉配合面為球面，半徑4526mm，外配水環上有24只導葉套筒孔，導葉軸線與主軸中心線夾角60°，并等距分布。2.4.2內配水環根據已有貫流式水電站資料，設計內配水環的結構，如圖2-4-2所示：2-4-2內配水環內配水環采用鋼板焊接結構，由于運輸條件限制分成兩半。內外配水環共同構成導葉區域的流道，與導葉的配合為球形，半徑2387mm，球形局部均布24只導葉下軸孔，導葉軸線與主軸中心線夾角為60°，在其下部設有扇形板，是水導軸承的支承部件。2.4.3傳動機構導葉軸頸可按轉輪直徑D1，使用水頭H1，導葉的相對高度b0/D1，從?水輪機設計手冊?中146頁表8-10初選軸頸db，選得db=210mm.〔1〕導葉套筒導葉套筒是固定導葉上中軸套的部件，采用ZG30鑄造。套筒結構與主軸材質、密封結構和頂蓋的高度有關。目前多數采用整體圓筒的模式，因為本次設計的機組的水頭不是很高，所以導葉套筒上無需設計導葉止推裝置。本次設計中采用的套筒的尺寸大小如下表1-1：參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕db210d740d1510d88d2340h50d3210h140d4230h2210d5240h395d6465Z8H參考760表1-1導葉套筒圖2-4-3導葉套筒〔2〕導葉軸頸密導葉中軸頸密封多數裝在導葉套筒的下端，目前不少機組中已改用“L〞型密封，實踐證明，封水性能很好，結構簡單。其尺寸大小如下表1-2：表1-2中軸頸密封參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕da210h18d1216δ14d2260δ24圖2-4-4中軸頸密封導葉下軸頸的密封主要是防止泥沙進入，發生軸頸磨損。下軸頸密封一般采用“O〞型橡皮圈密封結構，其尺寸大小如下表1-3：表1-3下軸頸密封參數符號數值〔mm〕da210D170d10圖2-4-5下軸頸“O〞型密封〔3〕導葉軸套導葉軸套目前已廣泛采用聚甲醛，這樣不僅簡化了結構，而且節省了大量的有色金屬，降低本錢。上軸套尺寸系列如表1-4所示：表1-4上軸套尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕dc190h95d1190h18d2210h212d3δ′1d4250圖2-4-6上軸套中軸套尺寸系列如表1-5所示：表1-5中軸套尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕db210h210d1210h140d2230h28d322d58d4240δ′1圖2-4-7中軸套〔4〕導葉臂根據叉頭傳動機構裝配尺寸從?水輪機設計手冊?上165頁的表8-23查出導葉臂及其銷孔尺寸如下表1-6,1-7：表1-6導葉臂參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕db210H250-0.4Dc190DL1210D1280de60D2310K10d2260R125dm60Df1d3M24Td432表1-7導葉臂銷孔尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕dcn60DC1R95h60B230h180圖2-4-8導葉臂〔5〕連接板根據叉頭傳動機構裝配尺寸從?水輪機設計手冊?上167頁的表8—29到表8-30查出連接板尺寸如下表1-8：表1-8連接板尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕D1280DR265R1170h60K2h180Dcn60D4l25D290D3l1=l2120d1120f1d2M20圖2-4-9連接板〔6〕套筒根據連接板，從?水輪機設計手冊?上168頁的表8—33查出軸套尺寸如下表1-9：表1-9軸套尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕dn80h88d290h18d195c圖2-4-10軸套〔7〕叉頭根據連接板從?水輪機設計手冊?上167頁的表8-31查出叉頭尺寸如下表1-10：表1-10叉頭尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕d1M64L170d280DL1105d375DR70d4115r15H160r18h100c12h130S24圖2-4-11叉頭〔8〕連接螺桿根據連接板從?水輪機設計手冊?上168頁的表8—32查出叉頭尺寸如下表1-11：表1-11連接螺桿尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕d1M64b26d270b18d358r2S60c3l150圖2-4-12連接螺桿〔9〕分半鍵根據上軸直徑，從?水輪機設計手冊?上169頁的表8—34查出分半鍵尺寸如下表1-12：表1-12分半鍵尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕dc190b27.85dm60K5L210cB58b132.05l1260h140l2215h220h10h340圖2-4-13分半鍵〔10〕剪斷銷根據連接板，從?水輪機設計手冊?上170頁的表8—35查出剪斷銷尺寸如下表1-13：表1-13剪斷銷尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕Dcn60dc4rd25h1d259h213d365h60d460l56b5L133b14圖2-4-14剪斷銷〔11〕叉頭銷根據套筒，從?水輪機設計手冊?上170頁的表8—36查出剪斷銷尺寸如下表1-14：表1-14叉頭銷尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕dn80dch210d80gbD68d175gbbd279R2d371c3h98d04h135rH163圖2-4-15叉頭銷〔12〕端蓋根據軸頸，從?水輪機設計手冊?上171頁的表8—37查出端蓋尺寸如下表1-15：表1-15端蓋尺寸參數符號數值〔mm〕參數符號數值〔mm〕db210h135d1330R95d2192Φ1M30d378Φ226d445Φ364d5235d6115h45圖2-4-16端蓋〔13〕補償環根據叉頭銷，從?水輪機設計手冊?上172頁的表8—38查出補償環尺寸如下表1-16：表1-16補償環參數符號數值〔mm〕d90d1105h5圖2-4-17補償環2.5水輪機主軸設計根據已有貫流式水電站資料，設計主軸的結構，如圖1-5所示：主軸材料為鍛35A，軸身直徑Φ1000mm，與水、電徑向軸承配合處直徑分別為Φ955mm和Φ930mm，軸身長5070mm，軸內徑Φ280mm，轉輪端法蘭直徑Φ1653mm，發電機轉子端法蘭Φ1490mm，兩端法蘭分別與轉輪、轉子用螺栓聯接，并有銷子傳遞扭矩。圖2-5水輪機主軸2.6水輪機主軸密封設計主軸密封是防止流道內壓力水通過轉動與靜止局部之間的間隙漏至燈泡體內部，它由工作密封與檢修密封組成。根據已有貫流式水電站資料，設計主軸的結構，如圖1-6所示：圖2-6水輪機主軸密封工作密封為水壓自平衡端面密封結構形式，通過水壓腔的作用將均勻分布的軸向力加在密封塊上。檢修密封采用空氣圍帶式密封，停機檢修時，圍帶內通入壓縮空氣使圍帶擴張，防止流道內的水進入燈泡體內。2.7水輪機水導軸承設計根據已有貫流式水電站資料，設計水導軸承的結構，如圖1-7所示：2-7水導軸承2.8轉輪設計根據已有貫流式水電站資料，設計轉輪的結構，如圖1-8所示：圖2-8轉輪轉輪名義直徑為6.2米，缸動式結構，4只葉片，葉片可根據水頭、負荷，通過調整至最正確位置，與導葉協聯，以保證水輪機在高效率下運行。轉輪由轉輪體、轉輪體芯、葉片和葉片操作系統構成。〔1〕轉輪體材料為ZG20Mn,在葉片轉角范圍內成球形，球面外壁開有4個孔，內裝銅軸套，為葉片系統的外部軸承，轉輪體與主軸法蘭用10個M120的螺柱把合，設有2個Φ140圓柱銷傳遞扭矩。〔2〕轉輪體芯材料為35CrMo,與轉輪體用10個M90的螺柱相連接，并有2個Φ100圓柱銷傳遞扭矩。3〕葉片操作系統由接力器缸、活塞、轉臂、連桿等組成，采用缸動式結構，活塞固定不動，來自受油器開關腔的壓力油進入接力器缸，通過接力器缸的運動，帶動連桿、轉臂操作葉片轉動。3.電氣一次設計3.1電氣主接線設計設計原那么電氣主接線是水電站由高壓電氣設備通過連線組成的接收和分配電能的電路。電氣主接線根據水電站在電力系統中的地位、回路數、設備特點及負荷性質等條件確定，并應滿足運行可靠、簡單靈活、操作方便、易于維護檢修、利于遠方監控和節約投資等要求。在電氣主接線設計時，綜合考慮以下方面：〔1〕保證必要的供電可靠性和電能質量平安可靠是電力生產的首要任務，保證供電可靠和電能質量是對主接線最根本的要求。在設計時，除對主接線形式予以定性評價外，對于比擬重要的水電站需要進行定量分析和計算。〔2〕具有經濟性在主接線設計時，主要矛盾往往發生在可靠性與經濟性之間。欲使主接線可靠、靈活，將導致投資增加。所以必須把技術與經濟兩者綜合考慮，在滿足供電可靠、運行靈活方便的根底上，盡量使設備投資費用和運行費用為最少。〔3〕具有一定的靈活性和方便性，并能適應遠方監控的要求。主接線應能適應各種運行狀態，并能靈活地進行方式的轉換。不僅正常運行時能平安可靠地供電，而且無論在系統正常運行還是故障或設備檢修時都能適應遠方監控的要求，并能靈活、簡單、迅速地倒換運行方式，使停電時間最短，影響范圍最小。顯然，復雜地接線不會保證操作方便，反而使誤操作機率增加。但是過于簡單的接線，那么不一定能滿足運行方式的要求，給運行造成不便，甚至增加不必要的停電次數和停電時間。〔4〕具有開展和擴建的可能性隨著經濟的開展，已投產的水電站可能需要擴大機組容量，從主變壓器的容量、數量到饋電線路數均有擴建的可能，有的甚至需要升壓，所以在設計主接線時應留有開展余地，不僅要考慮最終接線的實現，同時還要兼顧到分期過渡接線的可能和施工的方便。3.1.2主接線方案初步設計根據以上幾點，對炳靈水電站的主接線擬定以下幾種方案。方案1:2組擴大單元接線與1組單元接線，設置發電機斷路器，330KV與110KV側均為單母線接線，1組擴大單元接線通過雙繞組變壓器升壓到330KV，另一組擴大單元接線通過3繞組變壓器升壓分別送至330KV和110KV，單元接線通過雙繞組變壓器升壓至330KV。圖3-1-1方案一接線方案2:5組單元接線，設發電機斷路器，2組單元接線局部通過雙繞組變壓器升壓至110KV，1組單元接線通過3繞組變壓器分別升壓至330KV和110KV，2組單元接線局部通過雙繞組變壓器升壓至330KV，330KV與110KV側均為單母線接線。圖3-1-2方案二接線方案3:2組擴大單元接線與1組單元接線。1組擴大單元接線通過雙繞組變壓器升壓至330KV，另一組通過雙繞組變壓器升壓至110KV，1組單元接線通過雙繞組變壓器升壓至330KV，設發電機出口斷路器，330KV和110KV均采用單母線接線。圖3-1-3方案3接線3.1.3方案比擬〔1〕技術比擬：a)水電廠的電氣主接線應力求簡單，主變臺數和高壓斷路器數量應盡量減少，方案1比方案2少2臺變壓器，斷路器、隔離開關也各少2個，因此，方案1比方案2更有優勢，其布置緊湊，占地少，可減少土石方開挖量和回填量。b〕方案1接線簡單，開關設備少，使得操作簡單，靈活性好。c〕方案2故障可能性較小，可靠性比方案1高。d)方案3與方案2相比，有著和方案1同樣的優點；但是與方案1相比，其可靠性較低。〔2〕經濟比擬a〕方案1、3的開關設備比方案2的少，方案3最少，可節省投資。b)方案1中除了開關設備之外的其他電器設備，與方案2相比，經濟上沒有太大差異。c)方案2的線路復雜，主變、開關設備多，因此造成運行維護費用將高于方案1.〔3〕方案選擇：經過以上比擬，綜合考慮，認為方案1在技術、經濟上有最大的綜合優勢，因此選擇方案1.3.2短路電流計算3.2.1現在對方案一的電氣主接線進行短路電流計算：其網絡等值圖如圖2-2-1所示：圖3-2-1網絡等值圖現在選擇5個可能的短路點分別計算其短路電流：統一取：Sd=100MVAUd=UavXS1和S2為無限大容量系統：Xs1=Xs2=0計算圖中的各個電抗值：發電機G1到G5：X1=X2=X3=X4=X5==T1:X6=×T2:X7=×T3:Uk(1-2)%=25%Uk(2-3)%=8%Uk(Uk1%=(Uk(1-2)%+Uk(1-3)%-Uk(2-3)%)=16%Uk2%=(Uk(1-2)%+Uk(2-3)%-Uk(1-3)%)=9%Uk3%=(Uk(2-3)%+Uk(1-3)%-Uk(1-2)%)=16%X8==(-0.01)×100/120=X9=6×33X10==0.09×100/120=0.075L1:X11=X@·L·××100/3302L2:X12=X@·L·××100/1102分別計算各個短路點的短路電流：〔1〕K1點：化簡等值電路圖如下：=1\*GB3①圖3-2-2網絡等值圖(a)X13=X2//X3=X14=X4//X5==2\*GB3②圖3-2-3網絡等值圖(b)X15=X13+X7X16=X10+X12X17=X8+X14=3\*GB3③ 圖3-2-4網絡等值圖(c)經過△-Y變換：X18=X16+X9+X19=X17+X9+==4\*GB3④圖3-2-5網絡等值圖(d)經過網絡變換：X20=X11·X6·(X21=X18·X6·(X22=X19·X6·(X23=X15·X6·(計算各個電源對短路點的短路電流：a)s1,s2為無線大容量系統：公式：=1\*GB3①=2\*GB3②計算結果如表2-1所示：表2-1I*``I``S1S2b)G1至G5為水輪發電機組：公式：=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤(注：先由公式=3\*GB3③計算，然后查閱?水電站機電設計手冊〔電氣一次〕?P93圖3-7至3-10的水輪發電機運算曲線得出，當的值超過3.00時，使用公式=4\*GB3④計算)計算結果如表2-2,2-3所示：〔t=0s時〕表2-2Xca*I*``I``G1G2，G3G4，G5對于G1，當t=0s,0.2s,1s,2s,4s時的計算結果如表所示：表2-30s1s2s4sI*``I``〔2〕K2點：化簡等值電路圖如下：=1\*GB3①圖3-2-6網絡等值圖(a)X13=X613+X1X14=X10+X12X15=X8+=2\*GB3②圖3-2-7網絡等值圖(b)經過△-Y變換：X16=X9+X14+X17=X9+X15+=3\*GB3③圖3-2-8網絡等值圖(c)X18=X11·X7·(++++X19=X13·X7·(++++)=X20=X16·X7·(++++)=X21=X17·X7·(++++)=X22=計算各個電源對短路點的短路電流：a)s1,s2為無線大容量系統：公式：=1\*GB3①=2\*GB3②計算結果如表2-4所示：表2-4I*``I``S1S2b)G1至G5為水輪發電機組：公式：=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤(注：先由公式=3\*GB3③計算，然后查閱?水電站機電設計手冊〔電氣一次〕?P93圖3-7至3-10的水輪發電機運算曲線得出，當的值超過3.00時，使用公式=4\*GB3④計算)計算結果如表2-5,2-6所示：〔t=0s時〕表2-5Xca*I*``I``G1G2，G3G4，G5對于G2，G3，當t=0s,0.2s,1s,2s,4s時的計算結果如表所示：表2-60s1s2s4sI*``I``〔3〕K3點：化簡等值電路圖如下：=1\*GB3①圖3-2-9網絡等值圖(a)X13=X4//X5=X15=X2//X3==2\*GB3②圖3-2-10網絡等值圖(b)經過網絡變換：X17=X11·X9·(+++X18=X16·X9·(+++)=X19=X15·X9·(+++)==3\*GB3③圖3-2-11網絡等值圖(c)經過網絡變換：X20=X14+X8+(++++X21=X17+X8+(++++X22=X18+X8+(++++X23=X19+X8+(++++計算各個電源對短路點的短路電流：a)s1,s2為無線大容量系統：公式：=1\*GB3①=2\*GB3②計算結果如表2-7所示：表2-7I*``I``S1S2b)G1至G5為水輪發電機組：公式：=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤(注：先由公式=3\*GB3③計算，然后查閱?水電站機電設計手冊〔電氣一次〕?P93圖3-7至3-10的水輪發電機運算曲線得出，當的值超過3.00時，使用公式=4\*GB3④計算)計算結果如表2-8,2-9所示：〔t=0s時〕表2-8Xca*I*``I``G1G2，G3G4，G5對于G4，G5，當t=0s,0.2s,1s,2s,4s時的計算結果如表2-9所示：表2-90s1s2s4sI*``I``〔4〕K4點：化簡等值電路圖如下：=1\*GB3①圖3-2-12網絡等值圖(a)X14=X2//X3=X16=X4//X5==2\*GB3②圖3-2-13網絡等值圖(b)圖3-2-13網絡等值圖(b)=3\*GB3③圖3-2-14網絡等值圖(c)X19=X9+X15+X20=X9+X18+計算各個電源對短路點的短路電流：a)s1,s2為無線大容量系統：公式：=1\*GB3①=2\*GB3②計算結果如表2-10所示：表2-10I*``I``S1S2b)G1至G5為水輪發電機組：公式：=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤(注：先由公式=3\*GB3③計算，然后查閱?水電站機電設計手冊〔電氣一次〕?P93圖3-7至3-10的水輪發電機運算曲線得出，當的值超過3.00時，使用公式=4\*GB3④計算)計算結果如表2-11,2-12,2-13,2-14所示：〔t=0s時〕表2-11Xca*I*``I``G1G2，G3G4，G5對于G1，當t=0s,0.2s,1s,2s,4s時的計算結果如表所示：表2-120s1s2s4sI*``I``對于G2，G3，當t=0s,0.2s,1s,2s,4s時的計算結果如表所示：表2-130s1s2s4sI*``I``對于G4，G5，當t=0s,0.2s,1s,2s,4s時的計算結果如表所示：表2-140s1s2s4sI*``I``〔5〕K5點：化簡等值電路圖如下：圖3-2-15網絡等值圖(a)X14=X2//X3=X15=X4//X5==2\*GB3②圖3-2-16網絡等值圖(b)=3\*GB3③圖3-2-17網絡等值圖(c)經過網絡變換：X18=X11+X9+(+++X19=X13+X9+(+++X20=X16+X9+(+++=4\*GB3④圖3-2-18網絡等值圖(d)經過網絡變換：X21=X18+X10+(++++X22=X19+X10+(++++)=X23=X20+X10+(++++)=X24=X17+X10+(++++)=計算各個電源對短路點的短路電流：a)s1,s2為無線大容量系統：公式：=1\*GB3①=2\*GB3②計算結果如表2-15所示：表2-15I*``I``S1S2b)G1至G5為水輪發電機組：公式：=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤(注：先由公式=3\*GB3③計算，然后查閱?水電站機電設計手冊〔電氣一次〕?P93圖3-7至3-10的水輪發電機運算曲線得出，當的值超過3.00時，使用公式=4\*GB3④計算)計算結果如表2-16所示：〔t=0s時〕表2-16Xca*I*``I``G1G2，G3G4，G5對于G4，G5，當t=0s,0.2s,1s,2s,4s時的計算結果如表2-17所示：表2-170s1s2s4sI*``I``3.3電氣主設備選擇選擇設計的一般規定1．一般原那么：〔1〕應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景開展的需要。〔2〕應按當地環境條件校核；〔3〕應力求技術先進和經濟合理；〔4〕選擇導體時應盡量減少品種；〔5〕擴建工程應盡量使新老電器型號一致；〔6〕選用的新產品，均應具有可靠的實驗數據，并經正式簽定合格。2．有關的幾項規定主設備應按正常運行情況選擇，按短路條件驗算其動、熱穩定，并按環境條件校核電器的根本使用條件。正常運行條件下，各回路的持續工作電流應按?水電站機電設計手冊?電氣一次分冊，表6-2計算。驗算主設備時，所有短路電流的有關規定見第二節。〔3〕驗算導體和110KV以下電纜短路熱穩定時，所用的計算時間，一般采用主保護的動作時間加相應的斷路器全分閘時間。如主保護有死區時，那么應采用能對該死區起作用的后備保護的動作時間，并采用相應處的斷路電流值。電器和110KV及以上充油電纜的斷路電流計算時間，一般采用后備保護動作時間加相應的斷路器全分閘時間，斷路器全分閘時間包括斷路器固有分閘時間和電弧燃燒時間。(4)驗算短路熱穩定時，導體的最高允許溫度參照?水電站機電設計手冊?電氣一次分冊，表7—5所列數值。(5)驗算短路動穩定時，硬導體的最大應力不應大于下表所列數值。重要回路的硬導體應力計算，還應考慮共振的影響。材料硬銅硬鋁鋼最大允許應力137╳106〔Pa〕69╳106〔Pa〕157╳106〔Pa〕〔6〕環境條件。選擇主設備時，應按當地環境條件校核。當氣溫、風速、溫度、污穢、地震、覆冰等環境條件超出一般電器的根本使用條件時，應通過技術經濟比擬后分別采用以下措施。1〕向制造部門提出補充要求，訂制符合當地環境條件的產品。2〕在設計和運行中采用相應的防護措施，如采用屋內配電裝置，水沖洗、加減震器等。選擇電氣設備時所用的環境溫度一般采用?水電站機電設計手冊?電氣一次分冊，表6-3所列數值，對安裝在海拔高度超過1000M地區的電器的外絕緣應予加強。選擇電器時，應根據當地地震烈度選用能夠滿足要求的產品。地震根本烈度為7度及以下地區的電器，可不采取防震措施。3．主設備選擇和校驗工程參見?水電站機電設計手冊?電氣一次分冊，表6-1。1.升壓變壓器①1號升壓變壓器：型號SFP9-63000/330GY相數3相額定容量63000kVA頻率50Hz額定電壓與分接開關363±聯接組別YNd11冷卻方式ODAF短路阻抗12.44%空載電流0.11%空載損耗42.49kW負載損耗213.84kW=2\*GB3②2號升壓變壓器工程參數型號SFP9-120000/330GY相數3相額定容量120000/120000kVA頻率50Hz額定電壓與分接開關363±聯接組別YNd11冷卻方式ODAF短路阻抗14.35%空載電流0.10%空載損耗81.88kW負載損耗299.31kW=3\*GB3③3號升壓變壓器工程參數型號SFP9-120000/330GY相數3相額定容量120000/120000/120000kVA頻率50Hz額定電壓與分接開關363±聯接組別YNyn0d11冷卻方式ODAF空載電流空載損耗88.13kW負載損耗短路阻抗高中24.87%高低14.68%中低8.48%2.斷路器的選擇斷路器是在電力系統正常運行和故障情況下用作斷開或接通電路中的正常工作電流及開斷故障電流的設備。開關電器在合閘狀態下，靠觸頭接通電路。當斷開電路時，在開關的觸頭之間可以看到強烈而刺眼的亮光。這是由于在觸頭之間產生了放電，這種放電稱為電弧。此時觸頭雖已分開，但是電流通過觸頭之間的電弧仍繼續流通，也就是說，電路并未真正斷開，要是電路真正斷開，必須將電弧熄滅，高壓斷路器具有能熄滅電弧的裝置，它能用來斷開或閉合電路中的正常工作電流，也用來斷開電路中的過負荷或短路電流。所以它是電力系統中最重要的開關電器。對他的根本要求是：具有足夠的開斷能力，盡可能的動作時間和高的工作可靠性：結構簡單，便于操作和檢修，具有防火和防暴性能，尺寸小，重量輕，價格低等。SF6斷路器和真空斷路器目前應用廣泛，少油斷路器因其本錢低，結構簡單，仍然被廣泛使用與不需要頻繁操作及要求不高的各級高電壓電網中，壓縮空氣斷路器和多油斷路器已根本淘汰。由于SF6氣體的電氣性能好，所以SF6斷路器的端口電壓較高。在電壓等級相同開斷電流和其他性能接近的情況下，SF6斷路器比少油斷路器串聯端口數要少，可見制造、安裝、調試和運行比擬方便和經濟。SF6斷路器的特點是：滅弧能力強，介質強度高，單元滅弧室的工作電壓高，開斷電流大時間短；開斷電容電流或電感電流時，無重燃，過電壓低；電氣壽命長，檢修周期長，適于頻繁操作；操作功小，機械特性穩定，操作噪音小。原那么：①Iwmax≥=2\*GB3②UN≥Une〔1〕發電機出口斷路器：發電機出口回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××Utn×cosφn=2.220(KA)a)按額定電壓選擇：斷路器的額定電壓不小于安裝地點電網額定電壓.b)按額定電流選擇斷路器的額定電流不小于流過斷路器的長期負荷電流.c)按開斷電流選擇斷路器的額定開斷電流不應小于斷路器開斷瞬間的短路電流周期分量.1~5號發電機的出口斷路器相同，根據已有同類電站資料，選擇3AH3-3150A/63KA型斷路器。其技術參數如下：a.型號：3AH3-3150A/63KAb.額定電壓：17.5kVc.額定電流：3150Ad.額定短路開斷電流：63KAe.額定關合電流：173KAf.4秒額定熱穩定電流：21KAd)熱穩定校核：公式：對0.2＜t≤1秒的Qzt值，用公式計算；對1＜t≤4秒的Qzt值，用公式計算=632×4=15876KA2·S≤QZ4KA2·S滿足條件。〔2〕升壓變壓器高壓側斷路器：=1\*GB3①330KV電壓級a)變壓器T1高壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05×SN×UN=115.7A變壓器T2高壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05×SN×UN=231.4A變壓器T3高壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05×SN×UN=231.4A按照額定電壓、額定電流、額定開斷電流，選擇LW6-330型SF6斷路器。其技術參數如下：a.型號：LW6-330b.額定電壓：330kVc.額定電流：2000Ad.額定短路開斷電流：40KAe.額定關合電流：100KAf.動穩定電流：100KAg.4秒額定熱穩定電流：40KAb)動穩定校核：公式：變壓器T1高壓側的斷路器：Isk=37.957KA變壓器T2高壓側的斷路器：Isk=37.31KA變壓器T3高壓側的斷路器：Isk=3KAImax=100KA,Imax≥Isk滿足條件。C)熱穩定校核：變壓器T1高壓側的斷路器：QZ4KA2·S變壓器T2高壓側的斷路器：QZ4KA2·S變壓器T3高壓側的斷路器：QZ4KA2·S=402×4=6400KA2·S≥QZ4滿足條件.=2\*GB3②110KV電壓級a)變壓器T3中壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05×SN×UN=661.328A按照額定電壓、額定電流、額定開斷電流，選擇LW14-110型SF6斷路器。其技術參數如下：a.型號：LW14-110b.額定電壓：110kVc.額定電流：2000Ad.額定短路開斷電流：KAe.額定關合電流：80KAf.動穩定電流：80KAg.4秒額定熱穩定電流：KAb)動穩定校核：變壓器T3中壓側的斷路器：Isk=21.126KAImax=80KA,Imax≥Isk滿足條件。C)熱穩定校核：變壓器T3中壓側的斷路器：QZ4=260.82KA2·S2×4=3969KA2·S≥QZ4滿足條件.〔3〕出線斷路器：=1\*GB3①330KV電壓級a)330KV出線回路的最大長期工作電流為：Igmax=Pmax×UNcosΦN=A按照額定電壓、額定電流、額定開斷電流，選擇LW6-330型SF6斷路器。其技術參數如前。b)動穩定校核：公式：330KV出線的斷路器：Isk=34.26KAImax=100KA,Imax≥Isk滿足條件。C)熱穩定校核：330KV出線的斷路器：QZ4=724.47KA2·S=402×4=6400KA2·S≥QZ4滿足條件.=2\*GB3②110KV電壓級a)110KV出線回路的最大長期工作電流為：×UNcosΦN=209.94A按照額定電壓、額定電流、額定開斷電流，選擇LW14-110型SF6斷路器。其技術參數如前。b)動穩定校核：110KV出線的斷路器：Isk=20.55KAImax=80KA,Imax≥Isk滿足條件。C)熱穩定校核：110KV出線的斷路器：QZ4=260.82KA2·S2×4=3969KA2·S≥QZ4滿足條件.3.隔離開關的選擇1.〕主要功能隔離開關是電力系統中應用最多的一種高壓電器，它的主要功能是：建立明顯的絕緣間隙，保證線路或電氣設備修理時的人身平安；轉換線路、增加線路連接的靈活性。在電網運行情況下，為了保證檢修工作電平安進行，除了使工作點與帶電局部隔離外，還必須采取檢修接地措施防止意外帶電。為此，要求在高電壓配電裝置的母線側和線路側裝設帶專門接地刀閘的隔離開關，以便在檢修母線或線路短路器時，使其可靠接地。這種帶接地刀閘的隔離開關的工作方式為：正常運行時，主刀閘閉合，接地刀閘斷開；檢修時，主刀閘斷開，接地刀閘閉合。這種工作方式有操作機構之間具有機械閉鎖的裝置來實現。原那么：1.IWMAX2.UN>UNe2.〕發電機出口隔離開關的選擇：a)最大工作持續電流：Igmax=1.05××Utn×cosφn=2.220(KA)選擇GN10-20/5000型號的隔離開關，其技術參數如下：額定電壓：20KV額定電流：5000A動穩定電流峰值：224A熱穩定電流幅值：74KA〔10秒〕b)動穩定校驗：動穩定電流Imax=224KA,沖擊電流Ish=168KA,Imax>Ish條件滿足。c)熱穩定校驗：It2t=54760KA2·S≥14309KA2·S條件滿足。3.變壓器高壓側隔離開關的選擇：=1\*GB3①330KV電壓級a)變壓器T1高壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××UN=115.7A變壓器T2高壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××UN=231.4A變壓器T3高壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××UN=231.4AUN=330kv選擇GW16-330型號高壓戶外隔離開關，其參數如下：a.額定電壓：330KVb.額定電流：3150Ac.動穩定電流峰值：125KAd.熱穩定電流幅值：50KA〔2秒〕b)動穩定校驗：公式：變壓器T1高壓側的隔離開關：Isk=37.957KA變壓器T2高壓側的隔離開關：Isk=37.31KA變壓器T3高壓側的隔離開關：Isk=36.53KA動穩定電流Imax=125KAImax≥Isk條件滿足。c)熱穩定校驗：變壓器T1高壓側的斷路器：QZ4=871.02KA2·S變壓器T2高壓側的斷路器：QZ4=840.55KA2·S變壓器T3高壓側的斷路器：QZ4=801.48KA2·S=502×2=5000KA2·S≥QZ4滿足條件.=2\*GB3②110KV電壓級a)變壓器T3中壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××UN=661.328A按照額定電壓、額定電流，選擇GW5-110Ⅱ型隔離開關其技術參數如下：a.型號：GW5-110b.額定電壓：110kVc.額定電流：1000Ad.動穩定電流：100KAe.4秒額定熱穩定電流：KAb)動穩定校核：變壓器T3中壓側的隔離開關：Isk=21.126KAImax=100KA,Imax≥Isk滿足條件。C)熱穩定校核：變壓器T3中壓側的斷路器：QZ4=260.82KA2·S2×4=3969KA2·S≥QZ4滿足條件.〔3〕出線隔離開關：=1\*GB3①330KV電壓級a)330KV出線回路的最大長期工作電流為：×UNcosΦN=524.86A按照額定電壓、額定電流，選擇GW16-330型隔離開關。其技術參數如前。b)動穩定校核：公式：330KV出線的隔離開關：Isk=34.26KAImax=125KA,Imax≥Isk滿足條件。C)熱穩定校核：330KV出線的隔離開關：QZ4=724.47KA2·S=502×2=5000KA2·S≥QZ4滿足條件.=2\*GB3②110KV電壓級a)110KV出線回路的最大長期工作電流為：×UNcosΦN=209.94A按照額定電壓、額定電流，選擇GW5-110Ⅱ型隔離開關。其技術參數如前。b)動穩定校核：110KV出線的隔離開關：Isk=20.55KAImax=100KA,Imax≥Isk滿足條件。C)熱穩定校核：110KV出線的斷路器：QZ4=260.82KA2·S2×4=3969KA2·S≥QZ4滿足條件.4.電流互感器〔1〕電流互感器的工作原理：電流互感器起到變流和電氣隔離作用。便于二次儀表測量需要轉換為比擬統一的電流，防止直接測量線路的危險。電流互感器是升壓降流變壓器，它是電力系統中測量儀表、繼電保護等二次設備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器，電流互感器將高電流按比例轉換成低電流，電流互感器一次側接在一次系統，二次側接在測量儀表、繼電保護等。〔2〕.選用要點1〕額定電流一次側應為線路正常運行時負載電流的1.0~1.3倍。2〕額定電壓。應為0.5kv或0.66kv。3〕注意精度等級。假設用于測量，應選用精度等級0.5或0.2級；假設負載電流變化較大，或正常運行時負載電流低于電流互感器一次側額定電流30％，應選用0.5級。4〕根據需要確定變比與匝數。5〕型號規格選擇。根據供電線路一次負荷電流確定變比后，再根據實際安裝情況確定型號。6〕額定容量的選擇。電流互感器二次側額定容量要大于實際二次側負載，實際二次負載應為25~100％二次額定容量。容量決定二次側負荷阻抗，負載阻抗有影響測量或控制精度。〔3〕發電機出口處的電流互感器選擇：a)發電機出口回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××Utn×cosφ按照額定電壓、額定電流，選擇LMZ2-20型電流互感器。1~5號發電機的出口電流互感器相同。其技術參數如下：a.型號：LMZ2-20b.額定電壓：20kVc.額定一次電流：3000Ad.額定二次電流：5KAe.1s熱穩定倍數：80f.動穩定倍數：160b)熱穩定校核：＜t≤1秒的Qzt值，用公式計算；對1＜t≤4秒的Qzt值，用公式計算=(5×80)2=160000KA2·S≥QZ1KA2·S滿足條件。c)動穩定校核：==1131.37KA≥Isk=168KA滿足條件〔2〕變壓器高壓側電流互感器：=1\*GB3①330KV電壓級a)變壓器T1高壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××UN=115.7A變壓器T2高壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××UN=231.4A變壓器T3高壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××UN=231.4A按照額定電壓、額定電流，選擇LB-330GY型電流互感器。其技術參數如下：a.型號：LB-330GYb.額定一次電流：1200Ac.額定二次電流：1KAd.1s熱穩定倍數：2×21KA〔4s〕e.動穩定倍數：2×55KAb)動穩定校核：公式：變壓器T1高壓側：Isk=37.957KA變壓器T2高壓側：Isk=37.31KA變壓器T3高壓側：Isk=36.53KA=110KA≥IskKA滿足條件C)熱穩定校核：變壓器T1高壓側：QZ1=KA2·S變壓器T2高壓側：QZ1=KA2·S變壓器T3高壓側：QZ1=KA2·S=(5×80)2=160000KA2·S≥QZ4滿足條件=2\*GB3②110KV電壓級a)變壓器T3中壓側的回路的最大長期工作電流為：Igmax=1.05××UN=661.328A按照額定電壓、額定電流，選擇LB-110型電流互感器。其技術參數如下：a.型號：LB-110b.額定一次電流：2000Ac.額定二次電流：1KAd.e.動穩定倍數：138b)動穩定校核：變壓器T3中壓側的斷路器：Isk=21.126KA=195.16KA≥Isk=21.126KA滿足條件C)熱穩定校核：變壓器T3中壓側：QZ1=KA2·S=(5×80)2=KA2·S≥QZ1滿足條件〔3〕出線電流互感器的選擇：=1\*GB3①330KV電壓級a)330KV出線回路的最大長期工作電流為：×UNcosΦN=524.86A按照額定電壓、額定電流，選擇LB-330GY型電流互感器。其技術參數如前。b)動穩定校核：Isk=34.26KA=110KA≥Isk=34.26KA滿足條件C)熱穩定校核：變壓器T3中壓側：QZ1=724.47KA2·S=7056KA2·S≥QZ1滿足條件=2\*GB3②110KV電壓級a)110KV出線回路的最大長期工作電流為：×UNcosΦN=209.94A按照額定電壓、額定電流，選擇LB-110型電流互感器。其技術參數如前。b)動穩定校核：Isk=20.55KA=195.16KA≥Isk滿足條件C)熱穩定校核：變壓器T3中壓側：QZ1=65.2KA2·SKA2·S≥QZ1滿足條件〔1〕.根本要求：母線：工作和備用母線都裝1組電壓互感器，用于同期、測量儀表、保護裝置集中性點不接地系統的絕緣監視。用1個三相五柱或三個單相三線圈電壓互感器接成Y/Y/△形。發電機：一般裝2組電壓互感器。一組用三個單相電壓互感器接成Y/Y形，供自動調節勵磁裝置用；另一組用2個單相電壓互感器接成Y/Y形，或用三個單相三線圈電壓互感器接成Y/Y/△形，共測量儀表同期和保護裝置。線路：35kv及以上輸電線路，當對端有電源時，為了監視線路有無電壓，進行同期和設置重合閘，裝1臺單相電壓互感器。以上多配電壓互感器，其一次繞組的額定電壓應該與安裝地點電網的電壓相符，且電壓互感器要考慮準確等級，以滿足測量精確度和二負荷容量的要求。〔2〕電壓互感器的選擇根據額定電壓，選擇如下：=1\*GB3①發電機出口的電壓互感器：選擇JD6-35型電壓互感器。=2\*GB3②母線電壓互感器：a)330KV級：選