水电站建筑物课程设计（五篇材料）

第一篇：水电站建筑物课程设计

目 录

摘 要····························································· 3 第一章 工程概况及基本资料·········································4 第二章 厂区枢纽平面布置···········································5 第三章 主厂房设计

主厂房的平面设计············································6 主厂房的平面布置············································6

主厂房立面设计 ·······································6 主厂房剖面 ···········································6

第四章 副厂房设计

副厂房的布置设计 ·········································8 副厂房长度和度 ··········································8 第五章 交通设计 ··········································8 附录一 参考资料···················································9

摘要：

随着仁怀白酒产业的不断壮大，电力供应已经跟不上企业日愈增长的需要。需要大量的电能延续仁怀的持续高速发展。修建火电厂，对坏境影响大，且仁怀境内煤炭资源少；仁怀位于赤水河中游，水能资源丰富，且水电站对环境的影响相对较小，特在仁怀境内五马河上修筑水电站。

水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转化为电能的综合场所，厂房中安装水轮机、水轮发电机和各种辅助设备。通过能量转换，水轮发电机发出电能，经变压器、开关站到呢个输入电网，送往用户。所以说，水电站厂房是水（水工）、机（机械）、电（电气）的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所，其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维护的需要，保证发电质量；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑物造型协调与美化自然环境。水电站厂房的布置设计包括平面布置、剖面设计、立面设计三个部分。本次布置设计是针对五马河第五级电站，属于小型电站。设计中，根据当地的工程概况和基本资料，进行了水电站厂区枢纽的合理布置；确定出了厂房的各项主要高程和主要尺寸；对主厂房进行了剖面设计、平面设计及立面设计；并且绘制出沿机组中心线的主副厂房横剖面图、主机间和安装间以及副厂房的综合平面图、下游立面图、厂区枢纽布置简图。

一、工程概况及基本资料

五马河属长江流域赤水河系上一支流。五马河流域地处黔北高原，仁怀县中南部，流域集雨面积446平方公里。流域内山脉连绵，河网沟壑发育，地形起伏变化急剧，山峰高程 多在800～1400米左右。五马河主河床高程在437～820米之间。五马河流域气候炎热，雨量充沛，多年平均降雨量为1000毫米，年内日照124天左右，多年平均气温21 C,多年平均蒸发量700毫米。多年平均流量5.65m/s,最枯流量1.23m/s,一般枯水流量在1.5～1.8m/s,历史调查洪峰流量约820m/s。流域区内碳酸类岩层广布，水文地质较为复杂。

五马河（5）电站是五马河梯级开发中的第五级电站。该电站由拦河坝、引水建筑物、压力前池、压力钢管、水电站厂房、升压变电站、输电线路等组成。拦河坝采用浆砌石拱形重力坝；引水建筑物沿左岸布置，全长2.7公里；压力钢管布置采用联合供水方式。

电站厂区位于五马河左岸，厂区北面山体雄厚，稳定性较好；东面地形开阔，坡度较缓，便于对外交通和通电线路出线。根据地形，厂区各部分可按阶梯布置。进厂公路由东向西进入厂区。

主厂房座落在河床左岸一级阶地上。电站厂房属四级建筑物，按三十年一遇洪峰流量 713.0m/s设计，相应的设计洪水位为451。8m；三百年一遇洪峰流量1303.0m/s校核，相应的校核洪水位为454.5m。电站正常尾水位452.2m,最低尾水位452.0m。

主厂房地板高程452.00m,副厂房地板高程455.00m；升压站面积37.0m×27.0m,高程 在457.00m。主厂房地板低于校核洪水位，必须四面设防洪墙，进厂大门设防洪门。

电站装机容量为2×1600kw，水轮机选用HL160-WJ-60型，设计水头100m，设计流量 2×2.19m/s,水轮机理论允许吸出高Hs＝1.8m；发电机为TSW143/51-6型，额定出力1600 KW,额定电压6300V，额定转速1000转/分，飞逸转速2100转/分。水轮机总重11741Kg,发 电机总重12175Kg，机组最重部件重4360Kg。发电机风道和出线电缆沟分别在上下游侧布置，互不干扰。机旁盘五块。选用15T手动双梁桥式吊车一台。

副厂房内布置中控室、蓄电池室、电缆道和空压机室及其它房室。

地形图、机组及吊车图见图纸。

二、厂区枢纽平面布置

主厂房布置：根据工程资料，该电站属于小型电站，选定厂房形式为坝后式厂房，压力管道供水方式为联合供水。钢管引进厂房采用正向引进，主厂房地面高程为452m，厂房地面高程低于校核洪水位故厂房四面设防洪墙。

副厂房布置：主副厂房阶梯布置副厂房布置在高程为455m处，通风采光良好，厂房与副厂房之间通过楼梯相连，副厂房前设置1.2m宽的走到通向各个房间，厂房内设置中控室、蓄电池室、电缆道和空压机室，行政用房和生活用房。

交通和升压站布置：根据工程资料，东面地形开阔，坡度较缓，便于对外交通和通电线路出线，升压站布置在东面，进厂公路由东向西进入厂区，主公路的高程为455m分别通向装配间和升压站，装配间门外设置回车场，公路纵坡为7%，公路宽度为6m。

尾水道布置：尾水从尾水管流出后经尾水道流出，设置尾水闸门，该电站为小水头电站，尾水平台上不布置变压器，尾水平台可设置较窄，尾水平台宽为2m，该河流采用梯级开发，发电尾水应汇入河道下游，保证下游正常灌溉、航运、供水。

防洪墙的布置：防洪墙高程为455m有0.5m的安全加高，防洪墙为砖墙结构做好防渗接缝措施。

三、主厂房的设计

主厂房的平面设计 主厂房由主机室和装配场组成，厂房为单层厂房。厂房顶部安装15T手动双梁桥式吊车一台，用于机组设备的安装与检修。

主厂房长度的确定

厂房的长度取决于机组段长度、机组台数和装配场长度确定，由此得主厂房的总长度L可由下式求得：

LnL1L2L

n：机组台数，该工程为2台；

L1：机组段长度，由资料提供的机组长度为9.6m； L2：装配场长度，取为机组段的1.5倍，为14.4m； L：端机组附加长度，取D的1倍为0.6m；

L29.614.40.634.2m

主厂房宽度的确定

手动梁式吊车长度为10m，两侧墙宽均为37mm，厂房宽度为10.74m 装配场位于对外交通道路的一端，宽度与主厂房同宽，长度为机组段长度的1.5倍为14.4m。

厂房平面布置

水轮机、发电机、机旁盘5块，主副厂房地面高程相差3m，设置交通楼梯，宽度为5m,坡度为35°，水轮发电机的上、下游设置2m的交通岛，各种设备之间设置1.5m的检修巡视距离

尾水平台的布置：该工程水头小，尾水平台上不需安放变压器，水流量小尾水闸门采用人工起吊，尾水平台宽度可设置较窄为2m。

防洪墙高程为455m有0.5m的安全加高，防洪墙为砖墙结构做好防渗措施。

厂房立面设计

水电站的厂房与工业厂房同是建筑物，但水电站厂房具有独特鲜明的风格，对周围的环境有深刻的影响，要求厂房建筑物能够创建一个完整的、多功能的、富有感染力的宜人环境，保持天然的风韵。

该厂房高度不高，在设计窗户时，窗户选用窄高型，使厂房比列协调。厂房下部外表面用水刷石，上部用大拉毛。

主厂房的剖面设计：

水轮机安装高程▽T：主厂房地板高程为▽=452.00 m，该电站采用卧轴式水轮机，水轮机、发电机中心线位于同一高程，距离地面为1m，即水轮机安装高程▽T=453.00 m。主厂房基础开挖高程▽F：从水轮机安装间高程▽T向下量取尾水管出口顶面的距离h3,加上所选用的尾水管出口高度h2及尾水管底板混凝土厚度h1，就得到主厂房基础开挖高程

FT(h3h2h1)=453-（1.7+1.9+0.5）=447.9m 从水轮机安装间高程▽T向下量取尾水管出口顶面的距离h3,加上所选用的尾水管出口高度h2及尾水管底板混凝土厚度h1

水轮机层的地面高程就是厂房地面高程 1452m 发电机层的楼板高程2：该机组为卧式机组厂房为单层，高程取为厂房地面高程452m 吊车的安装高程▽C：

c2h4h5h6h7=452+1+2.4+1+1.2=457.6m。

其中：2为发电机层楼板高程。

h4：吊运部件与固体的机组或设备间的垂直净距，范围 0.6～1.0 m，取1m； h5：最大吊运部件高度，为2.40m；

h6：吊运部件与吊钩之间的距离，在1.0～1.5 m之间，取1m;h7：主钩最高位置至轨顶面距离，h7=1.2m。

屋顶高程▽R：

根据已知轨顶至吊车上小车距离，加上为检修吊车小车上留有0.5m的高度，根据屋面大梁的高度、屋面板厚度、屋面保温防水层厚度，确定屋顶上缘高程

RCh8h9h10=457.6+1.2+0.50+=460.2m

其中：C：吊车轨顶高程▽C=457.6m；

h8：吊车轨顶至电动机顶部距离，为1.2m； h9：为便于检修电机，留有0.5m的高度；

h10：屋顶大梁高度0.8m、屋面板厚度0.2m、屋面保温防水层厚度0.1m之和；

由此得屋顶高程即屋顶上缘高程▽R= 460.9m。

装配场的高程

装配场的高程主要取决于对外道路的高程及发电机层楼板的高程。该工程装配场地面高程与发电机层同高即为厂房地面高程，这样交通运输方便，场地宽敞，但由于装配场地面高程低于校核洪水位，需要修筑挡水墙，装配场的顶部高程与主厂房同高为460.9m

四、副厂房设计

副厂房是机电设备运行、控制、试验、管理和运行人员工作和生活的房间。该工程装机容量小于2.5万KW，因此可以对副厂房组成房间作较多简化。副厂房布置在主厂房上游侧高程比主厂房高3m，布置紧凑、电缆短，监视机组方便，主厂房通风采光良好。

副厂房的布置，副厂房内设置储酸室、蓄电池室、开关室、继电保护室、通风机室、电工实验室、生活用房、行政用房。副厂房前设置1.2m宽的走廊一条，主副厂房之间通过楼梯上下，楼梯宽为3m。

副厂房的宽度、长度、高度确定

该工程装机容量小、机组台数少，厂房宽度可以设置较小为6m,高度为4m,根据副厂房内设置的房间确定副厂房长度为33m.五、交通设计

根据工程资料，东面地形开阔，坡度较缓，便于对外交通和通电线路出线，进厂公路由东向西进入厂区，主公路的高程为455m分别通向装配间和升压站，装配间门外设置回车场，公路纵坡为7%，公路宽度为6m。

副厂房前设置1.2m宽的走廊一条，主副厂房之间通过楼梯上下，楼梯宽为3m。机组的上下游侧应留有2m的交通道，各设备之间保留2m巡视和检修距离。

五、参考资料

1、《水电站建筑物》（教材）水利水电出版社

2、《小型水电站》中册（厂房部分）天津大学水利系编

3、《小型水力发电站设计规范》（GB50071-2002）

4、卧式机组厂房设计图册

第二篇：水电站课程设计任务书及指导书

水电站课程设计任务书及指导书

水轮机选型设计

（供水工专业用）

水利水电工程系

设计任务书

一 目的和作用

课程设计是工科院校学生在校期间一个较为全面性、总结性、实践性的教学环节。它是学生运用所学知识和技能，解决某一工程问题的一项尝试。通过本次课程设计使学生巩固、联系、充实、加深、扩大所学基本理论和专业知识，并使之系统化；培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神；培养学生初步掌握工程设计工作的流程和方法，在设计、计算、绘图、编写设计文件等方面得到一定的锻炼和提高。二 基本资料

某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。该电站水库库容小不担任下游防洪任务。经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为河床式。经水工模型试验，采用消力戽消能型式。

经水能分析，该电站有关动能指标为： 水库调节性能 日调节 保证出力 4万kw 装机容量 16万kw 多年平均发电量 44350 kwh

最大工作水头 39.0 m 加权平均水头 37.0 m 设计水头 37.0 m 最小工作水头 35.0 m平均尾水位 202.0 m 设计尾水位 200.5 m 发电机效率 98.0% 三 试根据上述资料，对该电站进行水轮机选型设计。四 设计成果：计算说明书一份；所有图纸汇编入计算说明书。五 设计时间2.0周。六 设计参考书目：

1.水电站机电设计手册第一卷 水利机械 水电站机电设计手册编写组编

2.水电站（第三版）河海大学 刘启钊 主编 3.水利机械（第三版）西安理工大学 金钟元 编 七 附图

1.HL240型水轮机模型综合特性曲线 2.ZZ440型水轮机模型综合特性曲线

指导书

设计者应根据相关原则确定机组台数与单机容量。由工作水头范围利用水轮机型谱初定机型。依据模型综合特性曲线选择水轮机的主要参数，经方案比较后确定水轮机型号（该部分内容可参考教材78页“水轮机型号及主要参数选择举例”）。选取三个特征水头完成运转特性曲线的绘制，包括列表计算，等效率曲线、出力限制线、等吸出高曲线及相关辅助曲线的绘制。蜗壳设计内容包括蜗壳型式、主要参数（包角、断面形状、进口平均流速）的选择，并进行水力计算以及绘制蜗壳断面、平面单线图。尾水管设计内容包括型式的选择，采用推荐的尾水管尺寸进行尺寸设计，并绘制尾水管尺寸单线图。发电机选择包括型式的确定，列出发电机主要参数（容量、重量及各部件尺寸等，为电站厂房设计提供必要依据），并绘制发电机外形尺寸图。调速设备的选择包括调速功的计算，接力器的选择（接力器直径、接力器最大行程与接力器容积），调速器的选择，油压装置的选择。

所有图纸地绘制均应在座标纸上完成。要求为计算说明书编写目录，并列出参考文献。

建议设计者按如下顺序编写计算说明书：

机组选型设计

第一节 基本资料

第二节 机组台数与单机容量的选择

第三节 水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定

第四节 水轮机运转特性曲线的绘制 第五节 蜗壳设计 第六节 尾水管设计 第七节 发电机选择 第八节 调速设备的选择

第三篇：水电站及水工建筑物等受灾情况报告

XX水电站及水工建筑物等汛期受灾情况报告

为全面贯彻落实“安全第一，预防为主”的安全生产工作方针，深入开展汛期安全生产大检查，切实加大汛期安全隐患排查治理力度，形成闭环管理，根据XX文件通知精神及工作部署要求，公司结合《水电站防汛工作管理指导书》中相关汛末检查内容，由XX部在9月份组织各生产一线单位对公司XX年汛期期间各运行水电站受灾情况进行了一次全面排查并做好统计、分析。现将情况报告如下：

一、检查方式

为做好此次各电站汛期受灾统计工作，由XX部牵头组织各生产一线单位进行自查排查，现场主要采取查阅相关汛期运行资料、档案及实地隐患排查的方式进行。

二、检查内容

重点检查防洪和排水设备运行、水工建筑物运行、工程枢纽水毁，边坡及交通道路受损、遇险抢险等情况，同时要求对检查存在的问题尽快实施整改。

三、检查情况

XX水电站在整个汛期期间均未受台风、洪水、暴雨等的影响，各站机组设备及水工建筑物均能安全运行，但经深入各站一线进行现场实地排查，发现XX，需要冬修时进行修复和整改，具体情况如下：

（二）XX水电站存在问题 措施：XX 预计费用：XX万元。

四、下一步工作 XX水电站高度重视汛期各项安全生产工作，始终把加强防汛抗灾工作作为当前一项重要工作来抓，整个汛期期间，各生产一线单位均能严格落实各项防汛度汛措施，在各次汛前、汛中均能按相关水库大坝巡检管理制度对本站各类水工建筑物进行巡视排查，及时消除安全隐患，确保生产一线单位发电生产运行安全。

下一步，针对部分发电站存在的问题，XX管理部门督促XX电站要加强对水轮发电机组、主变、厂用变及水工建筑物巡视工作，并且不定期加强对前池、大坝、渠道等建筑物进行检查及巡视工作，发现隐患及时处理并做好登记，形成闭环管理，确保发现隐患问题能及时消除在萌芽状态，确保发电和安全两不误，在实现良好经济效益的同时，顺利实现安全生产目标。

第四篇：07水工建筑物课程设计教学大纲

《水工建筑物课程设计》教学大纲 开课系：水利工程系

适用专业：水利水电建筑工程 学时：1周 学分：1 撰稿人：曾越

一、课程设计目的和任务 技能训练：

1、使学生对水工设计过程有更加深入的理解；

2、增强学生使用水工设计规范的意识；

3、提高学生收集相关设计资料的能力；

4、使学生进一步掌握水工建筑物设计的原则、步骤及方法；

5、提高学生的计算机辅助绘图能力。通专结合点：

1、通过分组共同完成设计任务提升团结协作能力；

2、训练同学们利用设计规范的能力；

3、训练同学们搜集参考资料、利用资料的能力；

4、通过编写课程设计报告书训练学生写作能力和组织信息能力；

5、通过出工程图训练学生利用计算机辅助绘图的能力；

6、提高学生分析问题和解决问题的能力。

二、课程设计内容 技能训练：

1、确定水工建筑物的设计对象（重力坝、土石坝、水闸、渡槽）；

2、分析基本设计资料；

3、确定工程的等级；

4、进行工程平面布置；

5、水工建筑物的结构布置；

6、荷载计算；

7、水工建筑物的稳定分析；

8、水工建筑物的结构计算；

9、设计说明书的编写；

10、设计图的绘制。通专结合点：

1、搜集相关资料与资料分析能力结合；

2、工程平面布置与水工建筑物结构布置协调能力的训练结合；

3、水工建筑物型式方案的选择和学生选择、判断、优化能力训练结合；

4、计算工况与荷载计算训练结合；

5、稳定分析、结构计算与计算分析能力训练结合；

6、设计说明书编写和设计图与计算机能力、组织信息能力、空间思维训练结合。

三、对学生能力培养的要求 技能训练：

1、对设计的基本资料进行分析；

2、熟悉水工建筑物相关的设计规范；

3、熟悉相关参考资料的搜集方法；

4、掌握水利枢纽分等及水工建筑物分级的原则；

5、熟悉工程平面布置的基本原则；

6、熟悉水工建筑物结构布置的原则；

7、掌握荷载的计算方法；

8、掌握水工建筑物稳定分析的方法；

9、掌握水工建筑物结构计算的方法；

10、掌握设计说明书的编写原则；

11、掌握计算机辅助绘图的方法。通专结合点：

1、提升搜集相关资料与资料分析能力；

2、提升选择、判断、优化能力；

3、形成系统思维和全局观念；

4、提高分析和计算能力；

5、加强计算机应用能力、组织信息能力和空间思维能力；

6、提升设计说明书的写作能力。

四、与其他环节之间的关系 《水工建筑物课程设计》是水利水电工程建筑专业的一门专业核心课程设计，为了加强学生对基本理论的理解和水工设计规范条文的应用，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，安排1周的课程设计，以提高学生的综合运用能力。《水工建筑物课程设计》涉及的内容很广，涉及到本专业的大部分基础课程、专业基础课程和专业课程，必须在讲完有关课程内容后，才能实施。课程设计是知识深化、拓宽的重要过程，是对学生综合素质与工程实践能力的全面锻炼，是实现本学科培养目标的重要阶段。通过课程设计，着重培养学生综合分析和解决问题的能力以及严谨扎实的工作作风。为学生将来走上工作岗位，顺利完成设计任务奠定基础。

五、课程设计的题目选择

1、力坝

2、土石坝

3、水闸

4、渡槽

六、课程设计质量标准

评定课程设计成绩的内容包括平时表现、设计说明书的完整性和合理性、选用计算方法合适和计算结果正确、设计图纸的规范性和准确性。

课程设计成果质量按五级记分评定方法评定。分为优秀、良好、中等、及格和不及格。凡成绩不及格者必须重修。

1、优秀

①能按进度要求独立完成；

②设计说明书编写符合规范要求，方案合理，结构完整； ③选用的计算方法合适，计算结果正确；

④设计图纸符合规范要求，表达清晰，布局合理。

2、良好

①能按进度要求独立完成；

②设计说明书编写符合规范要求，方案比较合理，结构较完整； ③选用的计算方法合适，计算结果比较正确；

④设计图纸符合规范要求，表达较清晰，布局较合理。

3、中等

①基本上能按进度要求独立完成；

②设计说明书编写基本符合规范要求，方案一般； ③选用的计算方法合适，计算结果一般；

④设计图纸符合基本规范要求，表达不够清晰，布局较合理。

4、及格

①能完成设计成果，工作态度较好；

②设计说明书完成质量一般，基本能达到设计要求； ③计算基本完整；

④设计图纸齐全，基本符合要求。

5、不及格

①表现较差，工作不努力；

②设计说明书未能达到基本要求，有原则性错误； ③计算书不完整；

④设计图纸不齐全，不符合规范要求。

七、时间安排 序号

内容

时间（课时）

备注

搜集资料和分析资料

工程平面布置

水工建筑物结构布置

荷载计算

稳定分析

结构计算

设计说明书和出图

合计

八、考试方式及成绩评定办法

1、考核方式：考查（平时表现、说明书、设计图纸）

2、成绩评定办法：参见

六、课程设计质量标准

九、课程设计指导书和主要参考资料

1、设计指导书：校内自编指导书

2、主要参考资料

①水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 ②重力坝设计规范 DL5108-1999 ③碾压式土石坝设计规范 SL274-2001 ④水闸设计规范 SL265-2001 ⑤渡槽设计规范

⑥水工建筑物荷载设计规范 DL5077-1997 ⑦水工建筑物设计示例与习题.杨树宽主编.中国水利水电出版社 ⑧水利水电工程专业毕业设计指南.焦爱萍主编.黄河水利出版社

第五篇：某水电站继电保护课程设计分解

电力系统继电保护课程设计说明书 引 言

1.1 摘要

由于大型水电站的母线、发电机和变压器的结构比较复杂，在运行过程中都可能会发生各种各样的故障和异常运行状态，为了确保在保护范围内发生故障，都能有选择性的快速切除故障，需要配置多种继电保护装置，必要时进行多重化配置，从而将水电站中重要设备的危害和损失降到最小，对电力系统的影响最小。

发电机是电力系统中的中的一个重要组成部件，发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。所以，继电保护装置对大型水电站的正常运行起着至关重要的作用。

通过本课程设计，使学生掌握和应用电力系统继电保护的设计、整定计算、资料整理查询和电气绘图等使用方法。在此过程中培养学生对各门专业课程整体观的综合能力，通过较为完整的工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。本课程主要设计发电机继电保护的原理、配置及整定计算，给今后继电保护的工作打下良好的基础。1.2 原始资料

某水电站（如下图 1）所示：

图 1 水电站系统图

电力系统继电保护课程设计说明书 发电机继电保护

在电力系统中，发电机是一个尤其重要的电器元件，决定着电力系统的正常工作与电能质量。同时，发电机本身价格昂贵，因此，必须装设性能完善的继电保护装置，用于针对发电机各种故障和不正常运行状态。4.1 故障分析 4.1.1故障类型

（1）定子绕组相间短路：危害最大；

（2）定子绕组一相的匝间短路：可能演变为单相接地短路和相间短路；（3）定子绕组单相接地：较常见，烧坏铁芯或造成局部融化；（4）转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或烧损转子绕组；

（5）转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。4.1.2不正常运行状态

（1）外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化；

（2）负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化；

（3）外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出100Hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，对发电机造成重大损害。

（4）突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。

（5）励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；（6）汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率：发电机不发出有功功率而从系统中吸收有功功率，造成发电机转为电动机运行，原因调速控制回路故障、机炉保护动作或某些认为因素。

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共 17 页

电力系统继电保护课程设计说明书

4.1.3保护类型

1．发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护；

2．横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护；

3．单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护；

4．发电机的失磁保护：针对转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失设置的保护；

5．过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时作为纵差动保护的后备保护；

6．负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流；

7．过负荷保护：发电机长时间超负荷运行时，作用于信号的保护； 8．过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压； 9．转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护； 10．转子过负荷保护；

11．逆功率保护：汽轮机主汽门误关闭同时发电机出口断路器未跳闸，发电机失去原动力，从发电机运行转为电动机运行，从电力系统中吸收有功功率。危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故。

本发电厂发电机保护装置的设置可依据以上原则并结合小型水电站情况进行，对发电机发电机比率制动式纵差保护和定子匝间短路保护进行整定计算。4.2 发电机比率制动式纵差保护（主保护）原理及其整定计算 4.2.1 比率制动式差动保护原理

比率制动式纵差保护仅反应相间短路故障。具有比率制动特性的差动保护的二次接线如图1.2所示。图中，KVI串接于三相电流互感器的中性线上，反应中性线上的电流大小，作为差动保护TA断线监视用，延时发信号。

当差动线圈匝数Wd与制动线圈匝数Wres的关系为Wres=1/2Wd时，第 10 页

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it1iId，横坐标为制动电流Ires。

为了正确进行整定计算，首先应了解纵差保护的不平衡电流与负荷电流和外部短路电流间的关系。

第 11 页

共 17 页 n1

图1.2具有比率制动特性的差动保护的二次接线 差动电流：

制动电流：

比率制动式差动保护的动作方程为：

IdK(IresIres.min)Id.min,IresIres.min

IdId.min,IresIres.min 式中：，—— 一次电流；

，—— 二次电流；

na —— 电流互感器变比。Id—— 差动电流或称动作电流 Ires—— 制动电流 Ires.min—— 拐点电流

Id.min——启动电流 K—— 制动斜率

差动保护的制动特性如图1.2.1中的折线ABC所示。图中，纵坐标为差动电流

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发电机纵差保护用的10P级电流互感器，在额定一次电流和额定二次负荷条件下的比误差为±3%。因此，纵差保护在正常负荷状态下的最大不平衡电流不大于6%。但随着外部短路电流的增大和非周期暂态电流的影响，电流互感器饱和，不平衡电流将急剧增大，实际的不平衡电流与短路电流的关系曲线如图1.2.1中的曲线OED所示。

根据比率式制动特性曲线分析。当发电机正常运行时，或区外较远的地方发生短路时，差动电流接近为零，差动保护不会误动。发电机内部发生短路故障时，差动电流明显增大，图1.4 比率制动式差动保护的制动特性

I1和I2 相位接近相同，减小了制动量，从而可灵敏动作。当发生发电机内部轻微故障时，虽然有负荷电流制动，但制动电流比较小，保护一般也能可靠动作。4.2.2 比率制动式差动保护的整定计算

1、启动电流Id.min的整定：

Id.minKrel(Ier1Ier2)

式中Krel——可靠系数，取1.5 ~ 2 Ier1——保护两侧的TA变比误差产生的差流，取0.06Ign(Ign为发电机额定电流)；

Ier2——保护两侧的二次电流误差（包括二次回路引线差异以及纵差动保护输入通道变换系数调整不一致）产生的差流，取0.1Ign。

所以：Id.min(0.24~0.32)Ign，通常取0.3Ign。

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所以： Id.min0.3Ign=0.3*4.23=1.269（A）

2、拐点电流Ires.min的整定：

Ires.min(0.5~1.0)Ign(2.115~4.3)A

3、比率制动特性的制动系数Kres和制动斜率K的整定。

发电机纵差动保护比率制动特性的制动斜率K，决定于夹角。可以看出，当拐点电流确定后，夹角决定于C点。而特性曲线上的C点又可近似由发电机外部故障时最大短路电流Ik.max与差动回路中的最大不平衡电流Iunb.max确定。由此制动系数Kres可以表示为：

KresIunb.max Ik.max而制动线斜率K则可表示为： KIunb.maxId.min

Ik.maxIres.min差动回路中的最大不平衡电流，除与纵差动保护用两侧TA的10%误差、二次回路参数差异及差动保护测量误差有关外，尚与纵差动保护两侧TA暂态特性有关。因此故障时，为躲开最大不平衡电流，C点电流应取为：

Id.maxKrel(0.10.1Kf)Ik.max 式中 Krel——可靠系数，取1.3 ~ 1.5；

Kf——暂态特性系数，相同时取0，不同时取0.05~0.1；

Id.max——最大动作电流。

于是可得Id.max(0.26~0.45)Ik.max。令Id.m可得Kres(0.26~0.45)。xa=Iunb.max，Kres可取0.3；Kres因此，对于发电机完全纵差动保护，而对不完全纵差动保护，可取0.3~0.4。而对制动斜率K可以根据公式KIunb.maxId.min求得。

Ik.maxIres.min第 13 页

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4.3 发电机定子匝间短路保护（横差保护）原理及整定计算

发电机定子匝间短路保护原理，主要有发电机纵向零序过电压及故障分量负序方向型匝间保护，不仅作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护；故障分量负序方向(ΔP2)保护应装在发电机端，不仅可作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护；高灵敏零序电流型横差保护，作为发电机内部匝间、相间短路及定子绕组开焊的主保护。

发电机横差保护，是发电机定子绕组匝间短路（同分支匝间短路及同相不同分支之间的匝间短路）、线棒开焊的主保护，也能保护定子绕组相间短路。

单元件横差保护，适用于每相定子绕组为多分支，且有两个或两个以上中性点引出的发电机。

发电机单元件横差保护的输入电流，为发电机两个中性点连线上的TA 二次电流。以定子绕组每相两分支的发电机为例，其交流输入回路示意图如下所示：

理想发电机正常时中性点连线上不会有电流产生，实际上发电机不同中性点之间从在不平衡电流，原因如下:（1）定子同向而不同分支的绕组参数不完全相同，致使两端的电动势及支路电流有差异。

（2）发电机定子气息磁场不完全均匀，在不同定子绕组中产生的感应电动势不同。

（3）转自偏心，在不同的定子绕组中产生不同电动势。（4）存在三次谐波。

因此单原件纵差保护动作电流必须克服这些不平衡，整定式为：

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Iset(0.250.31)IgN

Iunb1 额定工况下，同相不同分支绕组由于绕组之间参数的差异产生的不平衡电流，由于是三相之和，一般可取5IgN

Iunb2 磁场气隙不平衡产生的不平衡电流，一般可取10IgN Iunb3 转自偏心产生的不平衡电流，一般取10IgN Krel 可靠系数，取1.2—1.5 把各系数代入得Iset(0.250.31)IgN (1.05751.3113)A 4.4 励磁回路两点接地保护

当发电机励磁回路发生两点接地故障时，部分励磁线圈将被短路，由此由于气隙磁势的对称性遭到破坏，可能使转子产生剧烈振动，因此在发电机上需要装设励磁回路两点接地保护，该装置只设一套,并仅在励磁回路中出现稳定性的一点接地时才投入工作。4.5 过负荷保护整定

过负荷保护是动作于信号的保护，考虑到过负荷对称性，该保护只有一相中装设，并与过电流保护共用一组互感器，保护由电流继电器及时间继电器组成。

电流继电器动作值按照下式计算： Idz.jKkINf1.05507.94=5.22A Khnl0.85120Kk

可靠系数，取=1.05；

Kh

返回系数，取=0.85； Inf

发电机额定电流；

nl

电流互感器变比；

过负荷保护动作时限比过电流保护长，一般为9～10s.第 15 页

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结

语

本次课程设计主要针对某水电站电力系统对其进行短路电流的计算，对发电机继电保护进行设计。在这些设计过程中需要用到各种电力工程设计手册，并且借用AutoCAD辅助工具画出其各类电气接线图。

在完成本次课程设计的过程中，运用了大量的专业知识，也进行了大量的计算。而在此过程中也将自己专业知识不扎实，计算能力不强的缺点暴露无遗。在完成课设期间得到了同学的大力帮助，在此衷心的表示感谢。通过对该小型水电站电气部分继电保护的设计，使我对继电保护系统有了进一步的掌握，在此过程中，使我了解并一定程度掌握了专业知识在实际工程中的应用，通过该设计也使我学会了在电气设计中如何正确的查询相关规程规范。

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参 考 文 献

[1]水利电力部东北电力设计院 编，电力工程设计手册，上海：上海科学技术出版社，1981年9月

[2]卓乐友 编，电力工程电气设计手册电气二次部分，北京：水利电力出版社1990年9月

[3]水利电力部华东电力设计院 主编，电力工程概算指标，北京：水利电力出版社，1987年8月

[4]孟祥萍 高燕 编，电力系统分析，北京：高等教育出版社，2004年2月

[5]何永华 主编，发电厂及变电站的二次回路，北京：中国电力出版社，2004年3月

[6]商国才 编，电力系统自动化，天津：天津大学出版社，1999年6月

[7]孙国凯 霍利民 柴玉华 主编，电力系统继电保护原理，北京：中国水利水电出版社，2002年1月

[8]熊信银 张支涵 主编，电力系统工程基础，武汉：华中科技大学出版社，1997年

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