第一章设计的基本知识 第一节设计的组成和设计阶段 一、设计的组成部分 现代发电厂的设计是一门综合性的科学，它是在多种专业有机配合、密切协作下完成 的一个统一整体.
水电站按其各部分职能的不同，可分为以下几个主要部分.
（1）水文气象.
（2）工程地质.
（3）水利、动能及水库.
（4）工程总体布置及建筑物.
（5）水力机械及金属结构.
（6）电气系统.
（7）施工组织设计.
（8）总概预算.
电气系统设计是其中的一个重要环节.
它的主要任务是：完成发电、变电、配电系统 设计，保证电能安全、可靠地送人系统，并力争节约投资、降低能耗.
二、设计的阶段 目 AAAV 按照基本建设程序，对于新建的大型发电厂设计一般分为四个阶段：即可行性研究报 告阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段.
对于小型水电站设计阶段可以适 当简化，其设计阶段及程序见图1-1.
为了使各有关专业之间在设计内容上互相衔接，协调统一，避免差错、漏缺和碰撞，设 计过程中需要进行必要的联系配合、研究商，一些相互有关联的设计图纸尚要进行会签， 以保证设计质量.
电气设计的专业配合见图1-2.
三、电气部分设计的内容 （一）初步设计阶段 1.设计任务 通过技术、经济论证，确定水电站电气主接线的最优方案，提出主要电气设备的清单， 并编制概算.
2.设计文件 由文字说明书及所附设计图纸和概算表组成.
其中设计图纸有简化的电气主接线（包 1
装机容量和台数 水文水能 枢纽布量 地质水工 设计任务书 （指令性任务 现场暗勘 配合厂房布置 书或委托任务书） 水机 1.地理结线图； 收集 2.负荷估计及远最规划； 3.地位及运行方式（调相，担任基、或峰荷）; 的资料 4.供电范围、喻电距高、负荷性质， 5.近区负荷大小及电压等级、发展情况： 6.电站有无分期建设（财政等原因）： 7.电力系统资料.
踏物报告 单机3000kW以上，总容 单机2000kW以下，总容 量1.8万kW以上的电站 审批 量4000kW以下的水电站 初步设计 审批 技术施工设计 图1-1设计阶段及程序方框图 括厂用电及近区供电）方案比较图、电气 主接线图、屋内外配电装置图和电站综合 统 自动控制系统方框图等.
3.设计内容 水机 初步设计应配合水能规划、水工等专 业的内容，即： （1）在水能规划进行正常高水位，以 电 及水电站设计容量、机型、台数选择时，提 R 出总投资估算.
（2）水工枢纽布置方案比较时，对各 金属 种坝型厂房提供电气设备位置、主要尺寸 商工预算 及单位重量.
本专业设计的内容如下.
（1）电气主接线选择.
1）水电站接人系统设计，这项工作一 图1-2电气部分设计的专业配合方框图 般由电网设计人员担任.
但当本地区尚未 2
形成电网成电网不大，电网设计未进行，则这项工作应由电气一次人员担任.
为了正确地 决定电气主接线，应根据本地工农业发展的近期和远景规划，对系统可能发展情况有一个 较为准确的估计、以便使电气主接线能适应发展的要求.
2）电气主接线方案比较.
当电站出线回路数、电压等级、供电负荷性质确定之后，就 可进行电气主接线的设计.
设计时先初步拟定几种可行的电气主接线图，估算短路电流，并 初选主要电气设备的型号、规格，然后进行技术经济比较，选定技术上先进、经济上合理、 便于发展或分期过渡的最优方案，作为设计水电站电气部分的依据.
3）由水机等有关专业，初步提供厂用电负荷，以及合理选择厂用变压器的台数和容量， 经技术经济比较确定厂用电引接方式.
4）对选定的电气主接线中的各种电气设备，例如变压器、断路器、隔离开关、母线、 电力电缆、高压熔断器、互感器以及各种开关柜的型号、规格进行选择，作出完整的电气 主接线图，并需得到二次设计人员的同意，会签后上报审批.
（2）主、副厂房电气设备平面布置.
这项工作十分复杂而细致，涉及面广.
它与水工、 厂房、水机、二次等有关专业的设计密切相关.
在布置时请上述有关专业提供资料，合理 安排.
当各专业的布置有矛盾时，应相互协调取得解决.
力求布置上合理、投资少、运行 管理方便.
在进行电气设备布置前，必须了解并请各专业提供下列资料： 1）水工总体枢纽布置图.
如厂房与水工建筑相互位置、厂房结构尺寸、进厂公路、厂 内交通等布置情况.
2）水机专业有关布置图.
如机组间距、调速器、油压装置、水泵房、机修间、油处理 室等相互布置图.
3）二次专业设置的蓄电池室、继电保护屏，电气试验室布置等.
4）35kV及以上线路须装设载波通讯，应由通讯专业提供载波布置面积.
【5）了解制造厂家提供的互感器、励磁变压器的规格、外形尺寸等.
厂房电气设备布置通常包括副厂房及主厂房布墅两部分，在初步设计中应尽量了解各 种电气设备的数量、外形尺寸，正确合理地布置各种电气设备.
初步设计中有些资料可能 尚未收集到（如制造厂家未及时提供），应参考同类机型的资料，尽量使图纸少作修改.
主、副厂房内容如下： 1）副厂房布置.
包括中央控制室、蓄电池室、开关室、电气试验室、载波室、厂用变 压器和励磁变压器布置面积等.
副厂房的布置位置，应根据水电站地形条件等具体情况和特点，与有关专业研究决定， 其布置原则要便于运行管理、经济合理.
实际上，小型水电站容量不大或在系统中不占重要地位，当电站由于地形限制时，可 以不设专门的副厂房，将控制屏（盘）设备直接置于主厂房内以节省投资.
一个电站是否 设立副厂房应根据电站的容量、装机台数以及在系统中的地位、机组噪音和震动等情况 决定.
2）主厂房电气设备布置.
除上述厂房布置外，主厂房布置较简单，它包括以下几个 部分.
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机组机旁屏布置：为便于运行管理及减少电缆长度，可将机组动力屏、保护屏、励磁 屏等置于每台机旁，上述情况适用于多机组；对于机组较少的电站可采用集中布置形式.
发电机引出线及发电机中性点布置：主厂房电气设备布置图上须详细注明各设备所在 房的尺寸及相对位置，高压电气设备的布置应遵守《高压配电装置设计技术规程》要求 进行.
备布置图.
（3）升压站布置.
为便于运行管理，升压站应尽量靠近厂房，特别是主变的位置应尽 量靠近6~10kV发电机电压配电装置，并尽可能与安装间同高程，有条件时，需考虑主变 压器进人主厂房安装场检修.
升压站布置应根据电气主接线、地形图等进行，画出出线回路及方向、升压站总面积 及在枢纽中的相对位置等.
（4）水电站二次系统及直流电源方案确定.
画出电气元件继电保护、自动装置和测量监 察系统单线原理接线图.
（5）列出主要电气设备清单.
包括主变压器、厂用变压器、近区变压器、开关柜、厂用 动力屏、油断路器、隔离开关、电力电缆、互感器等主要设备的名称、型号、规格、数量 等，作为编制电站电气部分总概算的依据.
（6）编制电气设计说明书.
说明书必须简明扼要地说明电气设计的以下主要内容.
1）概述：简述设计依据、设计规模（装机容量、是否分期建设等）及其它基础资料.
2）系统概述：简述电力系统现状及发展规划（包括系统现有负荷水平、装机容量、主 要电源、中性点运行方式及存在问题等），水电站在系统中的地位及运行方式，本期及远期 与系统连接方式的论证和对出线的要求.
必要时应画出地区电力系统地理接线图和单线接 线图，以及电站接人系统方案比较图.
3）电气主接线：论证主变压器型式、台数和容量的选择.
简述各级电压负荷、功率交 换及出线数.
画出简化的主接线方案比较图.
论证主接线方案的比较与确定及接线说明.
论 证各级电压中性点接地方式及6~35kV单相接地电容电流补偿设备的选择.
4）短路电流计算及设备选择：画出短路电流计算接线及等效阻抗图，对有关计算的依 据、接线、运行方式及系统容量作出说明，列出短路电流计算结果表.
主要电气设备的选 择方法（包括选择原则、一般条件及计算条件的说明、代表性设备选择）及列出设备清单.
5）厂用电接线：论证厂用负荷计算及厂用变压器容量、台数选择，中性点接地方式选 择，厂用电引接方式和接线方式选择，技术经济比较及接线说明，厂用配电装置及设备选 型说明.
6）直流系统：简述直流系统的接线方式及负荷计算，蓄电池、充电设备选择及布置.
7）二次、继电保护及自动装置：简述主控制室的布置，控制方式及信号、测量监察、 同期方式的选择，电气元件继电保护和自动装置的配置原则及选型.
8）电气设备布置及电缆设施：电气出线走廊及电工建筑物布置方案比较说明，高压配 电装置型式选择及间隔配置，主变、厂变、消弧线圈等的布置，发电机中性点设备的布置， 电缆沟道路径及型式选择等.
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9）过电压保护与接地：简述侵人波过电压保护的措施（说明进线段保护接线的确定、 阀型避雷器的选择、允许电气距离的确定及实施情况）、直击雷保护的措施（对避雷针、线 的型式，高度的确定及接地等要求进行必要的说明），对接地装置的接地电阻要求值、布置 型式和计算方法、今后实施的可能情况进行必要的说明.
10）其它：包括照明和通讯、辅助车间配置等，此外还应说明采用新技术、套用典型设 计和优秀图纸情况.
以上是水电站初步设计阶段电气设计的大致内容.
为保证设计质量，须加强审核制度， 图中必须有设计、校核、审查者的签名，并对图纸的质量负责，然后上报上级主管部门审 批，待下达审批意见后，方能作技术施工设计.
扩大初步设计除包括上述内容以外，还应作出主要配电装置的订货图、主要二次部分 的展开图.
（二）技术施工设计阶段 初步设计经过审查批准，便可根据审查结论和主要设备落实情况，进行技术施工设计， 并按初步设计审批意见作相应的修改.
1.设计任务 确定电气一次系统有关的技术问题，根据选出的设备修改配电装置的布置提出设备、 构架、各层地面荷载等，并完成各单项的细部安装设计（包括布置、埋件、结构安装三个 部分）.
2.设计文件 由说明书、计算书、图纸及预算组成.这一设计阶段应准确无误地表达设计意图，提出 符合质量和深度要求的设计图纸和说明书，以满足设备订货所需，并保证施工的顺利进行.
计算书采用的原始资料、数据及计算公式要正确、合理、落实，计算项目完整，演算步骤 齐全，结果正确.
电气一次系统技术施工设计的主要内容如下.
（1）短路电流计算.
水电站连入系统运行时，当系统容量很大，电气设备除按正常运 行条件选择外，还应按最严重短路情况下进行校验.
系统电抗值应由当地电力调度部门提 供，若无法提供时，可由所连接的电站或变电所送电线路中某断路器的额定开断容量作为 计算依据进行计算.
一般情况下，由于系统容量不大，小型水电站短路电流均能满足电气 设备的要求.
此项计算如与初步设计的计算不同时才进行.
（2）电气主接线图.
根据审批意见将原有主接线进行修改，并得到系统和二次专业会 签，作为水电站电气技术施工设计的依据.
图中各种电气设备均应注明型式、主要规范、主 要元件应注明名称编号，并尽量与运行单位习惯一致.
图的范围应包括各级电压出线和厂 用变压器.
（3）厂用电接线图.
厂用电接线是水电站电气设计的一个重要组成部分.
厂用负荷分 机组自用电和全厂公用电，在作厂用电接线时，必须由以下各专业提供水电站附属设备负 荷资料.
1）水机专业：提出调速器、蝴蝶阀、油压装置、水轮机上顶盖排水泵以及水泵房、油 5