某企业35kV变电所电气设计(一次部分) 本科毕业设计论文.doc

南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 i 某企业 35kv 变电所电气设计(一次部分) 摘 要 本篇毕业设计的课题是“某企业 35kv 变电所电气设计 ”，主要是关于强电部分的 设计。本设计分别从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几个方面对变电站 进行了阐述，并绘制出电气主接线图、电气总平面布置图、防雷与接地图等相关图纸。 由于存在两条独立电源进线，本次设计采用两台主变压器，并根据给定的计算负 荷，选定额定容量为 8000kva 变压器 sz11-8000/35。通过比较各种主接线方案的优缺 点，最终确定 35kv 电压等级侧采用线变组接线方式； 6kv 电压等级侧采用单母分段式 接线方式。在绘制出电气主接线简图的基础上，分别选择主变压器高低侧短路时作为 短路点，计算出短路电流，从而作为选择及校验主要电气设备的依据。主要电气设备 包括断路器、隔离开关、熔断器、电流互感器、电压互感器、母线、避雷器。按正常 工作条件下选择设备的额定电流、额定电压及型号，按短路情况下校验设备的热稳定、 动稳定以及开关的开断能力。在主要电气设备都选定的基础上，可以绘制出最终的电 气主接线图、平面布置图、防雷与接地图。 关键词： 主变压器，主接线方式，短路电流，电气设备 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 ii abstract this graduation thesis is about “electric design for an enterprise”. it is mainly about the design of heavy current system. this design separately from the main connection, short- circuit current calculation, the main electrical equipment selection and so on several aspects of substation were introduced, and map out the main electrical wiring, electrical general layout, lightning protection and pick up the map and related drawings. because there are two separate power lines, the design uses two main transformers, and according to the given load, rated capacity of up to 8000kva transformers sz11-8000/35 is selected. by comparing the various advantages and disadvantages of main wiring scheme, finalize 35kv voltage line transformer connection 6kv voltage single-segment connection. draw on the basis of main electrical wiring diagram, as a short circuit when you choose high and low-side short circuit of main transformer, calculation of short circuit current, so as the basis for selection and check the main electrical equipment. main electrical equipment including circuit breakers, disconnections, fuse, current transformers, voltage transformers, bus, lightning arrester. under normal operating conditions the rated current, rated voltage and model of the device, by short circuit case calibration device of thermal stability, stability and the breaking capacity of the switch. major electrical equipment were selected on the basis of, you can draw out the final electrical wiring diagram, floor plan, lightning protection and grounding. key words: the main transformer, the electricity lord connects the line, the short-circuit current, the electrical equipment 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 目 录 摘 要 i abstract .ii 第 1 章 绪论 .1 1.1 本课题的研究意义及目的 .1 1.2 本课题的国内外研究现状 .1 1.3 本课题主要资料 .2 1.4 本文所做的工作与论文结构 .2 第 2 章 电力负荷的分级和计算 .3 2.1 负荷分级与供电要求 .3 2.1.1 负荷的定义 3 2.1.2 负荷分级 3 2.2 电力负荷的计算 .3 2.2.1 负荷计算的目的 3 2.2.2 负荷计算方法 4 第 3 章 电气主接线和变压器的选择 .6 3.1 电气主接线的选择 .6 3.1.1 电气主接线的基本要求 6 3.1.2 电气主接线的形式 6 3.1.3 主接线方案的选择 8 3.2 变压器的选择 .9 3.2.1 变压器类型的选择 9 3.2.2 变压器台数的选择 9 3.2.3 变压器容量的选择 9 第 4 章 短路电流计算 .11 4.1 短路电流计算的目的和意义 .11 4.2 短路点的确定和短路电流计算方法 .11 4.3 最大运行方式下短路电流 .12 4.4 最小运行方式下短路电流 .14 第 5 章 电气设备的选择 .17 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 5.1 高压断路器的选择 .19 5.1.1 35kv 进线断路器 .19 5.1.2 6kv 进线断路器 .20 5.1.3 6kv 出线断路器 .20 5.2 电流互感器的选择 .20 5.2.1 35kv 进线电流互感器 .21 5.2.2 6kv 进线电流互感器 .21 5.2.3 6kv 出线电流互感器 .22 5.3 电压互感器的选择 .22 5.3.1 35kv 线路侧电压互感器 .23 5.3.2 6kv 线路侧电压互感器 .23 5.4 高压熔断器的选择 .23 5.5 接地开关的选择 .24 5.5.1 35kv 侧接地开关 .24 5.5.2 6kv 侧接地开关 .24 5.6 避雷器的选择 .25 5.6.1 35kv 侧避雷器 .25 5.6.2 6kv 侧避雷器 .26 5.7 母线的选择 .26 5.7.1 主变 35kv 母线 .27 5.7.2 主变 6kv 母线 .28 5.8 电源进线和出线电缆的选择 .29 5.8.1 35kv 电源进线 .29 5.8.2 6kv 出线电缆 .30 5.9 开关柜的选择 .31 5.9.1 35kv 高压开关柜 .31 5.9.2 6kv 高压开关柜 .32 第 6 章 防雷与接地 .33 6.1 防雷及过电压保护 .33 6.1.1 雷击的危害 33 6.1.2 本变电所的防雷保护 33 6.2 接地 .36 6.1.1 接地的基本概念 36 6.1.2 接地的分类 36 6.1.3 本变电所接地装置布置 37 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 结束语 .39 谢 辞 .40 参考文献 .41 附 录 .42 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 1 第 1 章 绪论 1.1 本课题的研究意义及目的 进入 21 世纪后，我国电力仍将以较高的速度和更大的规模发展，电源和电网建设 的任务仍很重。作为发电厂和用户的中间环节，变换和分配电能的重要组成部分，将 面临电力体制改革和技术创新能力的双重挑战，如何合理的设计一个变电所，使之在 技术上、管理上适应电力市场化体制和竞争需要，促使电网互联范围的不断扩大，是 这次设计的主要目的。变电所是联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及 其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。随着高新技术的发展和应用，对电 能质量和供电可靠提出了新的要求，高压、超高压变电站的设计和运行系统必须适应 这种新形势，因此，改善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以 满足日益增长的社会需求是电力企业的首要目标。变电所研究对工业生产及国民经济 具有重要的促进作用。 通过本课题的设计和研究，进一步深化理论技术方面，培养自身实践动手能力、 分析研究及科技创新能力。通过对本课题的研究，可以进一步了解相关技术发展状况， 紧跟时代脉搏，锻炼自身科学分析问题、解决问题和独立研究等方面的能力。 1.2 本课题的国内外研究现状 国内：现阶段我国主要进行的变电站典型设计，是通过对现有变电站样本进行评 估、类比、组合，形成典型化设计方案，并以新技术为依托，不断优化，形成一系列 定制化产品，满足城市、农村电网建设需求。通过变电站典型设计，归并工程流程,统 一技术标准，提高工作效率，降低项目实施不确定性，加快工程建设进度，降低将来 运行成本。变电站典型设计是将技术与管理相结合，通过典型化、标准化，提高工程 整体效益。现在国家正在重点发展电网，形成全国统一的联合电网。 国际（国外）：目前一些发达国家的电能极度紧缺，电力资源紧缺是制约他们发 展的一个重要因数。为了满足需求这些国家通过各种方式来降低电能的损耗，比如说 增高电压就是一种比较方便、实用的方法，这些国家已经形成了比较完善的变电设计 理论。比较完善的变电站设计理论是真正做到了节约、集约、高效等特点。总之，发 达国家通过改善变电站结构，降低变电站功率损耗，尽可能地提高变电所的灵活性， 最终达到提高经济性的目的。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 2 1.3 本课题主要资料 1.本变电所西南 8km 处有一区域变电所，新建总降压变电所电源由区域变电所两 路 35kv 架空线供电，区域变电所 35kv 母线上的短路容量为 980mva， 680mva。系统要求新建变电所继电保护时间不大于 2 秒，功率)3(maxks)3(minks 因数 。9.0cos 2.负荷资料 表 1-1 高压电动机 型号 额定电 压(kv ) 额定容量 (每台 kw) 效率% 功率 因数 起动 倍数 台 数 线路长度 (m) 异步电动机 yr5001-4 6 630 0.9 0.85 4.5 4 415 异步电动机 y4501-4 6 250 0.9 0.84 4.2 4 220 同步电动机 t630m-4 6 1000 0.9 -0.9 5.3 2 130 表 2-2 车间变电所 额定电压 （kv） 计算容量(每台 t) 变电所 变压器 型号 额定容量 （kva） 高压 低压 台数 p(kw) q(kvar) 供电线路 长度 （m） 1 号 s11 1000 6 0.4 2 700 455 400 2 号 s11 1250 6 0.4 2 820 540 200 3 号 s11 800 6 0.4 2 580 430 400 4 号 s11 1000 6 0.4 2 720 380 100 3.气象、土壤资料按南京地区考虑；操作电源：直流 220v；电能计量：采用高供 高计，两路 35kv 进线各设置计量专用的电流、电压互感器及计量屏；设计两台所用变。 1.4 本文所做的工作与论文结构 本文以某企业 35kv 变电所设计为研究课题，着重介绍了 35kv 变电所电气主接线、 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 3 电气平面布置、设备选型、防雷接地等方面的设计。主要结合理论知识，分析原始材 料，首先进行负荷计算，根据功率因数要求进行无功补偿。并进行变压器的选择，确 定总降压变电所主接线形式。通过短路电流计算，选择各种电气设备，包括变压器、 断路器、隔离开关、互感器和母线等，并对它们进行校验。最后设计防雷和接地保护 装置。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 4 第 2 章 电力负荷的分级和计算 2.1 负荷分级与供电要求 2.1.1 负荷的定义 负荷指发电机或变电所供给用户的电力。其衡量标准为电气设备（发电机、变压 器和线路中通过的功率或电流，而不是它们的阻抗。 2.1.2 负荷分级 按照用电设备对供电可靠性要求的不同，以及中断供电在政治上、经济上所造成 的影响和损失的大小，把电力负荷分为三级。 1一级负荷：属下列情况之一均为一级负荷： 中断供电将造成人身伤亡者； 中断供电将造成重大政治影响者； 中断供电将造成重大经济损失者； 中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。 一级负荷对供电电源的要求：两个独立电源供电，特殊重要的由两个独立的电源 点供电，增设应急电源。 2二级负荷：属下列情况之一均为二级负荷： 中断供电将造成较大政治影响者； 中断供电将造成较大经济损失者； 中断供电将造成设备局部损坏、大量减产等。 二级负荷对供电电源的要求：两回路供电，当负荷较小或者两回线有困难时，允 许采用 6kv 及以上一回专用线路供电。 3三级负荷：不属于一级、二级的负荷为三级负荷。 三级负荷对供电电源的要求：无特殊要求，可由一回线供电。 2.2 电力负荷的计算 2.2.1 负荷计算的目的 负荷计算主要是确定计算负荷。计算负荷是进行供电系统设计，选择变压器容量、 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 5 电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。在做供配电 设计时，首先要知道用电量有多少，这就需要进行负荷计算。准确的负荷计算，使设 计工作建立在可靠的基础上，做出来的设计方案比较经济合理。若负荷计算过大，将 造成投资和设备器材的浪费；负荷计算过小，则因设备承受不了实际的负荷电流而发 热，加速绝缘老化，直至损坏设备，影响安全供电。所以，电力负荷的计算是做供配 电设计时首先要解决的问题，应想办法把实际使用的负荷尽量正确地计算出来。 2.2.2 负荷计算方法 工厂负荷计算的方法主要有需要系数法、二项式法、利用系数法和单位产品耗电 法。接自配电线路上用电设备组的多台设备不可能同时运转，即使都运行的设备又不 可能都是满负荷，因此对工业用电设备组的负荷计算，均采用需要系数法和二项式法 计算。需要系数法计算比较简单，适用于方案估算并且接近实际负荷，故本厂的负荷 计算一律用需要系数法。 需要系数法：用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。用这种 方法计算时，可由负荷到电源逐级计算，即首先按需要系数法求得车间低压侧有功及 无功计算负荷加上本车间变电所变压器的有功及无功损耗，即得本车间变电所高压侧 负荷；其次将全厂各车间变电所高压侧负荷相加，同时加上厂区配电线路的功率损耗， 再乘以同时系数（有功及无功均取 0.9） ，便得工厂降压变电站低压侧计算负荷，然后 再考虑无功影响及降压变电站主变的功率损耗，其总和就是全厂计算负荷。 计算公式 用电设备组的计算负荷 kw edca有 功 功 率 ： （2-1） （2-wl ldk 2） kvar （2-tgqca无 功 功 率 ： 3） kva （2-2cacas视 在 功 率 ： 4） a （2-cos3nacacu计 算 电 流 ： 5） 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 6 负荷计算如下表 2-1 所示。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 7 表 2-1 负荷计算 用电设备组 额定容量 pe（每台）kw/kva 台数 功率 因数 cos tan 需要 系数 kd 有功计算 负荷 pca（kw） 无功计算负荷 qca（kvar） 视在计算负荷 sca（kva） 计算 电流 （a） 车间变压器 有功损耗 p t(kw) 车间变压器 无功损耗 q t（kvar ） 异步电动机 yr5001-4 630 4 0.85 0.62 0.8 2016 1249.92 2372.04 54.3 异步电动机 y4501-5 250 4 0.84 0.646 0.8 800 516.80 952.41 26.0 同步电动机 t630m-4 1000 2 -0.9 -0.484 0.8 1600 -774.40 1777.55 81.5 车间变压器 1 号 s11 1000 2 1400 910.00 1669.76 76.5 25.05 100.19 车间变压器 2 号 s11 1250 2 1640 1080.00 1963.67 90.0 29.46 117.82 车间变压器 3 号 s11 800 2 1160 860.00 1444.02 66.2 21.66 86.64 车间变压器 4 号 s11 1000 2 1440 760.00 1628.25 74.6 24.42 97.70 车间 10156.59 5004.66 同时系数 0.9 0.9 主变低压侧 9140.93 4504.20 10190.40 主变损耗 305.71 1222.85 总计算负荷 9446.64 5727.04 11047.08 总功率因数 0.86 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 8 第 3 章 电气主接线和变压器的选择 3.1 电气主接线的选择 3.1.1 电气主接线的基本要求 对电气主接线的基本要求，概括地说应包括安全性、可靠性、灵活性和经济性。 1安全性。必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。 2. 可靠性。能满足各级用电负荷供电可靠性要求。对三级负荷采用单电源供电即 可；对于一级和二级负荷占大多数的用户，应由两个独立电源供电；对特殊重要的一 级负荷，应由两个独立电源点供电。 同时具备下列两个条件的发电厂、变电所的不同母线就属于独立电源： （1）每段母线的电源来自不同的发电机； （2）每段母线之间无联系，或虽有联系但当其中一段母线发生故障时，能自动断 开联系，不影响其余母线段继续供电。 独立电源点是指独立电源来自不同地点，当其中任一独立电源点因故障停电时， 并不影响其他电源继续供电。 3灵活性。主接线应在安全、可靠的前提下，力求接线简单运行灵活，应能适应 各种可能的运行方式的要求。 4经济性。在满足以上要求的条件下，力求达到最少的一次投资与最低的年运行 费用。 5可扩展性。电气主接线在设计时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现， 同时要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可 能地在保证供电的情况下完成过渡方案的实施。 3.1.2 电气主接线的形式 变电所的主接线可以分为有汇流母线的主接线和无汇流母线的主接线两大类。有 汇流母线的主接线又可分为单母线接线和双母线接线；无汇流母线的主接线又可分为 单元接线、桥式接线和多角接线。 35110kv 变电所的主接线形式有多种，其中常见的有： 1线路-变压器组接线 适用于只有一回进线和一回出线，变电所装设单台变压器的场合。见图 3-1。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 9 图 3-1 线- 变组接线 2单母线接线 所有电源和引出线回路都连接于同一汇流母线上。见图 3-2。 3单母线分段接线 母线分段后，对于重要的用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电。在 正常情况下，一般采用分列运行方式，即正常时分段断路器 qf3 是断开的，在 qf3 上 装有备用电源自动投入装置，当任一电源失电后，qf3 自动接通，保证全部线路继续 供电。见图 3-3。 图 3-2 单母线接线 图 3-3 单母分段接线 4桥式接线 当只有两台变压器和两条线路时，可采用桥式接线。广泛使用于及以下的变电所 中，具有两路电源的工厂企业变电所也普遍采用，还可以作为建设初期的过度接线。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 10 按桥断路器的位置可分为： （1）内桥式接线。桥断路器在进线断路器的内侧（即变压器侧） 。适用于进线线 路较长，负荷比较平稳，变压器不需经常投切的场合。见图 3-4。 （2）外桥式接线。桥断路器在进线断路器的外侧（即进线侧） 。适用于进线线路 较短，负荷变化较大，变压器需要经常切换或电网有穿越功率经过的的场合。见图 3- 5。 图 3-4 内桥式接线 图 3-5 外桥式接线 3.1.3 主接线方案的选择 1方案比较 以上介绍的常见的几种主接线形式其技术比较见表 3-1。 表 3-1 主接线方案比较 方案 优点 缺点 线-变组接线 接线简单清晰；所使用的设备少，节 约投资。 主接线中任一设备（包括线路）故障 或检修时，全部负荷都将停电，可靠 性差。 单母接线 接线简单清晰；便于进出线；操作方 便。 母线或连接于母线上的任隔离开关故 障或检修时都将响全部负荷的用电， 可靠性和灵活性差。 单母分段接线 接线简单清晰；操作方便；便于扩建； 可靠性和灵活性高。 增加了断路器的数量，投资较大。 内桥接线 接线简单清晰；四条回路使用三台断 路器，线路投切比较方便。 变压器的投切比较复杂。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 11 外桥接线 装置简单清晰；工作可靠灵活变压器 切换比较方便。 不适用于线路需要经常切换的情况。 2方案确定 从表中各种主接线形式的优缺点比较及其适用场合来分析，经济性最好的是线-变 组接线，一台主变只用一个断路器，且由于是双线-变组接线，满足 n-1 供电可靠性要 求，在一台主变停运后均能向用户正常供电，所以 35kv 侧采用线-变组接线。6kv 侧 单母分段接线，用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电，当任一祖母线故 障或检修时，用户仍可通过正常母线继续供电；而两段母线同时故障检修的概率很小， 大大提高了对重要用户的供电可靠性。 3.2 变压器的选择 3.2.1 变压器类型的选择 一般正常环境的变电站，可选用油浸式变压器，且优先选用 sl11 等系列低损耗电 力变压器。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应所用防尘型或 者防腐蚀型变压器，例如：sl15 等系列全密封式变压器，其具有防震、防尘、防腐蚀 的性能，并能与爆炸性气体相隔绝。多层或高层主体建筑内变电所，宜选用干式变压 器，例如环氧树脂浇注干式变压器。 本变电站属于化工企业，选用油浸式低损耗系列变压器。 3.2.2 变压器台数的选择 变压器台数的选择要依据以下原则： 1为满足负荷对供电可靠性的要求，根据负荷等级确定变压器的台数，对具有大 量一、二级负荷或只有大量二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修 时，另一台仍能正常工作。 2负荷容量大而集中时，虽然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。 3对于季节负荷或昼夜负荷变化较大时，从供电的经济角度考虑；为了方便、灵 活地投切变压器，也可选择两台变压器。 由于本变电站是两路电源进线，负荷多为一、二级负荷，因此需要两台变压器。 3.2.3 变压器容量的选择 变压器的选择要考虑到负荷将来可能增加和改造的可能性，必要时最好留有一定 的富余。在负荷系数较低的场合，实际应用中一般都允许变压器超过额定负荷为峰值 提供电力，而不必为短时的峰值负荷让变压器选择特别大的容量。实际应用变压器的 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 12 选择还要考虑到开关电器的电流容量和分断容量以及导体的载流量。 本站装有两台主变压器，且两台变压器互为暗备用。每台主变压器的容量应不小 于总的计算负荷的 60%，一般选取为 70%，即 )(7308.1470akvscant 同时每台主变压器的容量应不小于全部一、二级负荷之和。因此每台主变压器的 容量可选为 8000kva。 综上，可以选择系列低损耗、低噪声三相双绕组有载调压电力变压器,其技术数据 如表 3-2 所示。 由于变压器出线为短线路，仅需补偿一、二次绕组 5%电压损失，所以变压器低压 侧额定电压为 6.3kv。 表 3-2 变压器 sz11-8000/35 的技术数据 额定电压 (kv)型号 额定容量 (kva) 高压 低压 空载 电流 (%) 空载 损耗 (kw) 负载 损耗 (kw) 阻抗 电压 (%) 连结组 标号 sz11-8000/35 8000 35 32.5% 6.3 0.66 9.8 42.6 7.5 yd11 外形尺寸为长 3980mm，宽 2550mm，高 3500mm。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 13 第 4 章 短路电流计算 4.1 短路电流计算的目的和意义 短路电流计算是供配电系统设计与运行的基础，主要用于解决以下问题： 1选择和校验各种电气设备，如断路器、互感器、电抗器、母线等； 2合理配置继电保护和自动装置； 3作为选择和评价电气主接线方案的依据。 4.2 短路点的确定和短路电流计算方法 短路一般用户计算短路电流都是为了选择设备的需要，设备安装在哪里，哪里就 是计算短路电流的短路点。但当一段导体的阻抗比较小，可以忽略不计时，某一范围 内的短路电流值是近似相等的，如高压母线、低压母线、变压器高压侧、变压器低压 侧、设备接入端等；人们也常用几个代表性的点来说明某一供电系统的整体短路水平， 这几个点就是常说的计算短路电流的短路点。因此选择主变压器高低压侧作为短路点。 无穷大容量电源系统的三相短路电流采用标幺值法计算。取元件所在电压等级的 平均额定电压为基准电压，并可以近似认为电气设备（除电抗器外）的额定电压与所 在电压等级的平均额定电压相等。这样对于多电压级电路，各元件阻抗标幺值无需进 行电压换算。 首先要根据原始数据计算短路回路中个元件的阻抗及短路回路中的总阻抗。设基 准功率为 sb，取元件所在电压级的平均额定电压 uav 为基准电压 ub。 本变电站系统图可简化如图 4-1 所示。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 14 图 4-1 变电站系统图 设 sb=100mva，u b=uav， 则有各元件的电抗标幺值如下： 1系统 当系统在最大运行方式下运行时，系统电抗最小，短路电流最大。 x1=x2=x*s1max= x*s2max= = =0.1020max.)3(kbs9801 当系统在最小运行方式下运行时，系统电抗最大，短路电流最小。 x1=x2=x*s1min=x*s2min= = =0.1471min.)3(kbs6801 35kv 架空进线：x 0=0.40/km，l 1=8km。 x3=x4=x*l1=x*l2= 0.23372203714.avbux 2变压器 x5=x6=x*t = = =0.9375ntbks10%815.7 由以上计算可画出对应状态下的等值电路图 4-2。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 15 图 4-2 等值电路图 4.3 最大运行方式下短路电流 系统最大运行方式下具有最大的短路电流，简化电路为： 图 4-3 最大运行方式下等值电路图 主变高压侧短路电流计算： 从上节的计算可知，当主变的高压侧短路，即 k1 点发生短路时，系统至主变高压 侧的总电抗为： x*k1=x1+x3=0.1020+0.2337=0.3357 k1 点的基准电流 ib 为： ib= = =1.56(ka)avus70 所以，k 1 点短路时，其短路电流的次暂态值为： ik1= = =4.65（ka)1kbx357.06 短路电流冲击值为： 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 16 ish= kshik1=2.554.65=11.86(ka)2 次暂态短路功率为： s= uav ik1= 374.65=298.0(mva)33 主变低压侧短路电流计算 主变低压侧短路，即 k2 点发生短路。 k2 点的基准电流 ib 为： ib= = =9.16(ka)avus33.610 短路回路的总阻抗为： x*k2=x1+x3+x5=0.1020+0.2337+0.9375=1.2732 所以，短路电流的次暂态值为： ik2= = =7.19(ka)2kb73.169 短路电流冲击值为： ish= kshik2=2.557.19=18.33(ka) 次暂态短路功率为： s= uav ik2= 6.37.19=78.5(mva) 33 综上所述短路电流计算结果如下表 4-1 所示 表 4-1 最大运行方式下短路电流计算表 短路地点 短路点编号 短路电流次暂态值 （ka）“i 短路电流稳态 值 （ka）i 短路电流冲击 值 （ka）shi次暂态短路功率 “s（mva） 35 kv 母线 k1 4.65 4.65 11.86 298.0 6 kv 母线 k2 7.19 7.19 18.33 78.5 4.4 最小运行方式下短路电流 系统最小运行方式下具有最小的短路电流，简化电路为： 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 17 图 4-4 最小运行方式下等值电路图 主变高压侧短路电流计算： 从上节的计算可知，当主变的高压侧短路，即 k1 点发生短路时，系统至主变高压 侧的总电抗为： x*k1=x1+x3=0.1471+0.2337=0.3808 k1 点的基准电流 ib 为： ib= = =1.56(ka)avus70 所以，k 1 点短路时，其短路电流的次暂态值为： ik1= = =4.10（ka)1kbx380.56 短路电流冲击值为： ish= kshik1=2.554.10=10.46(ka)2 次暂态短路功率为： s= uav ik1= 374.10=262.8(mva)33 主变低压侧短路电流计算 主变低压侧短路，即 k2 点发生短路。 k2 点的基准电流 ib 为： ib= = =9.16(ka)avus33.610 短路回路的总阻抗为： x*k2=x1+x3+x5=0.1471+0.2337+0.9375=1.3183 所以，短路电流的次暂态值为： 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 18 ik2= = =6.95(ka)2kbx318.69 短路电流冲击值为： ish= kshik2=2.556.95=17.72(ka) 次暂态短路功率为： s= uav ik2= 6.36.95=75.8(mva) 33 综上所述短路电流计算结果如下表 4-2 所示。 表 4-2 最小运行方式下短路电流计算表 短路地点 短路点编号 短路电流次暂态值 （ka）“i 短路电流稳态 值 （ka）i 短路电流冲击 值 （ka）shi次暂态短路功率 “s（mva） 35 kv 母线 k1 4.10 4.10 10.46 262.8 6 kv 母线 k2 6.95 6.95 17.72 75.8 最大最小运行方式下短路电流计算表 4-3 如下所示。 表 4-3 短路电流计算表 短路地点 短路点编号 运行方式 短路电流次 暂态值 （ka）“i短路电流稳 态值 i（ka） 短路电流冲 击值 shi（ka） 次暂态短路功率 “s（mva） 最大运行方 式 4.65 4.65 11.86 298.035 kv 母线 k1 最小运行方 式 4.10 4.10 10.46 262.8 最大运行方 式 7.19 7.19 18.33 78.56 kv 母线 k2 最小运行方 式 6.95 6.95 17.72 75.8 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 19 第 5 章 电气设备的选择 电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容之一。安全、可靠、经济、合理是 选择电气设备的基本要求。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、 可靠的前提下，选择合适的电气设备，尽量采用新技术，节约投资。 电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不完全一样，具体选择方法也不完 全相同，但其基本要求是一致的。电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选 择设备的额定电流，额定电压及型号，按短路情况下校验设备的热稳定、动稳定以及 开关的开断能力。 1按正常工作条件选择电器 （1）额定电压的选择 在选择电器时，一般可按照电器的额定电压不低于装置地点的电网额定电压的条 件来选择，即 （5-maxwnu 1） （2）额定电流的选择 电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流应不小于该回 路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即 （5-cani 2） 2按短路情况下校验电器 （1）短路热稳定性的校验 短路电流通过电器时，电器各部分温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为： （5-titima 22 3） 式中 短路电流的稳态值，ka；i 短路电流假想时间，一般取 1.1s；imat 电器允许通过的热稳定电流和时间，ka；ti 设备的热稳定时间，一般厂家提供的热稳定计算时间为 3s 或 4s。 （2）短路动稳定性的校验 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 20 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条 件为 （5-maxish 4） 式中 短路电流冲击值，ka；shi 电器允许通过的动稳定电流，ka。max 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： 1）熔断器保护的电器，其热稳定由熔断器时间保证，故可不校验热稳定。 2）采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动、热稳定。 （3）开关设备断流能力的校验 对要求能开断短路电流的开关设备，如：断路器、熔断器，其断流容量不小于安 装处的最大三相短路容量，即 （5- )3(maxmaxkofkofis或 5） 式中 三相最大短路电流与最大短路容量；max )3(akksi、 断路器的开断电流与开断容量。of、 供配电系统中的各种电气设备由于工作原理和特性不同，选择和校验的项目也有 所不同，常用高压电气设备选择和校验项目如表 5-1 所示。 表 5-1 高压一次设备的选择和校验项目 选择项目 校验项目 短路 电流序 号 设备名称 额定 电压 （kv） 额定 电流 （a） 装置类型 （户内/户外） 准确 度级 热 稳 定 动 稳 定 开断 能力 （ ka ） 二次 容量 1 高压断路器 2 电压互感器 3 电流互感器 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 21 4 高压隔离开关 5 高压负荷开关 6 高压熔断器 7 母线 各电压级线路的计算电流： 35kv 线路计算电流为： )(4.17230.83ausiavcca 6kv 线路计算电流为： )(943.603siavcca 6kv 侧出线最大计算负荷为 )(8.1508222 kvaqpscaca 最大计算电流为 )(93.613uiavcca 5.1 高压断路器的选择 断路器是变配电系统中最重要的开关电器，它不仅能通断正常的负荷电流，而且 能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置的作用下自动跳闸，切除短路故 障。因此它对电力系统的安全、可靠运行起着及其重要的作用。 5.1.1 35kv 进线断路器 35kv 侧线路工作电压为 35kv，线路计算电流为 172.4a，短路电流为 4.65，短路 电流冲击值为 11.86。选用 vd4m-4012-25 手车式断路器。选择结果如下表 5-2 所示。 表 5-2 35kv 进线断路器 vd4m-4012-25 断路器额定值 关系 计 算 值 结论 额定电压 40.5kv 线路工作电压 35kv 合格 额定电流 1250a 线路计算电流 172.4a 合格 额定 开断电流 25ka 短路电流 4.65ka 合格 短路 63ka 短路电流冲击 11.86ka 合格 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 22 关合电流 值 热稳定 校验 ti2ska2504 imarti2ska28.31.65.4满足 热稳定性 要求 5.1.2 6kv 进线断路器 主变压器低压侧选用 vd4/12-1250a-16ka 型真空断路器。选择结果如下表 5-3 所 示。 表 5-3 主变低压侧断路器 vd4 型真空断路器额定值 关系 计 算 值 结论 额定电压 12kv 线路工作电压 6v 合格 额定电流 1250a 线路计算电流 934a 合格 额定开断 电流 16ka 短路电流 7.19ka 合格 短路关合 电流 40ka 短路电流 冲击值 18.33ka 合格 热稳定 校验 ti2ska21046 imarti2ska29.5617满足热稳 定性要求 5.1.3 6kv 出线断路器 6kv 出线侧选用 vd4/12-630a-16ka 型真空断路器。选择结果如下表 5-4 所示。 表 5-4 6kv 出线侧断路器 vd4 型真空断路器额定值 关系 计 算 值 结论 额定电压 12kv 线路工作电压 6v 合格 额定电流 630a 线路计算电流 90a 合格 额定开断 电流 16 ka 短路电流 7.19ka 合格 短路关合 电流 40ka 短路电流 冲击值 18.33ka 合格 热稳定 校验 ti2ska21604 imarti2ska29.5617满足热稳 定性要求 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 23 5.2 电流互感器的选择 选择的电流互感器应满足变电所中电气设备的继电保护、自动装置、测量仪表及 电能计量的要求。 1电流互感器的准确度级 电流互感器的准确度级是在额定二次负载（一般为 5a）下的准确级别，主要有 0.2 级（一般用于精密测量） 、0.5 级（用于电能计量） 、1 级（用于盘式指示仪表） 、3 级（用于过电流保护） 、10 级（用于非精密测量及继电器） 、d 级（用于差动保护） 。 2电流互感器的配置原则 （1）凡装有断路器的回路均装设电流互感器，其数量应满足仪表、保护和自动装 置的要求。 （2）发电机和变压器的中性点侧、发电机和变压器的出口端和桥式接线的跨桥上 等均应装设电流互感器。 （3）对大接地电流系统线路，一般按三相配置；对小接地电流系统线路，依具体 要求按两相或三相配置。 5.2.1 35kv 进线电流互感器 35kv 线路侧选择 ldj1-35 型单相户内环氧树脂浇筑式电流互感器，准确度级为 0.2s（计量） ， 0.5/10p10/10p10。选择结果如下表 5-5 所示。 表 5-5 35kv 线路电流互感器 ldj1-35 型电流互感器 关系 计 算 值 结论 额定电压 35kv = 线路工作电压 35kv 合格 额定电流 400a 线路计算电流 172.4a 合格 极限通过电 流峰值 130ka 短路电流 冲击值 11.86ka 合格 热稳定 校验 ti2ska23961 imarti2ska28.31.65.4满足热稳 定性要求 5.2.2 6kv 进线电流互感器 6kv 线路侧选择 lzzbj9-10 型单相户内环氧树脂浇筑式电流互感器，准确度级为 0.5/10p10/10p10。选择结果如下表 5-6 所示。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 24 表 5-6 6kv 线路电流互感器 lzzbj9-10 型电流互感器 关系 计 算 值 结论 额定电压 10kv 线路工作电压 6kv 合格 额定电流 8002500a 线路计算电流 934a 合格 极限通过电 流峰值 157.5 ka 短路电流 冲击值 18.33ka 合格 热稳定 校验 ti2ska23961 imarti2ska29.5617满足热稳 定性要求 5.2.3 6kv 出线电流互感器 6kv 出线侧 2 号变压器选用 lzzbj9-10 型单相户内环氧树脂浇筑式电流互感器， 准确度级为 0.5/10p30。选择结果如下表 5-7 所示。异步电动机 yr5001-4 电流互感器 额定电流为 75a，异步电动机 y4501-4 电流互感器额定电流为 50a，同步电动机电流 互感器额定电流为 150a，1 号变压器电流互感器额定电流为 100a，3 号变压器电流互 感器额定电流为 100a，4 号变压器电流互感器额定电流为 100a。 表 5-7 6kv 出线电流互感器 lzzbj9-10 型电流互感器 关系 计 算 值 结论 额定电压 10kv 线路工作电压 10kv 合格 额定电流 150200a 线路计算电流 90a 合格 极限通过电 流峰值 56.5ka 短路电流 冲击值 18.33ka 合格 热稳定 校验 ti2ska25.0615. imarti2ska29.5617满足热稳 定性要求 5.3 电压互感器的选择 35110kv 高压配电装置设计规范规定，用熔断器保护的电压互感器可不校 验动稳定性和热稳定性。 南京师范大学电气与自动化工程学院本科毕业设计论文 25 1电压互感器的准确度级 电压互感器的准确度级由最大电压比误差和相位误差来区分。电压互感器用于主 变压器计量时应选用 0.2 级，用于一般电能计量选用 0.5 级，用于测量控制选用 0.5 级， 用于电压测量不应低于 1 级，用于继电保护不应低于 3p 级。 2电压互感器的接线方式 （1）一台单相电压互感器接线 一台单相电压互感器接在两相之间，这种接线在三相线路上，只能测量两相之间 的线电压，用于连接电压表、频率表及电压继电器等。为了安全起见，二次绕组有一 端通常取 x 端接地。 （2）两台单相电压互感器接线 两台单相电压互感器 v/v 形接线。这种接线方式用于表计和继电器的线圈接入 a-b 和 c-b 两相间的线电压。 （3）三台单相电压互感器接成 y0/y0