毕业设计（论文）-砂岭二次60KV降压变电所电气工程（部分）初步设计.doc

沈阳工程学院毕业设计 i 摘摘 要要 本毕业设计论文是砂岭二次变电所电气工程（部分）初步设计。 它主要包括电气设 备的选择，主接线的比较，短路计算，配电装置的布置以及防雷保护等。其中电气主接 线是电气设计中最为重要的一环，文中通过对两种主接线的经济性、可靠性以及优缺点 的比较，得出最适合本所要求的主接线；短路计算是设备选择的基础，网络变换，短路 点的选择，以及元件参数的计算，每一步都需要严密、谨慎，不能有一丝一毫的马虎大 意，否则可能对设备的选择造成极大的影响；电气设备主要是针对高压电气设备而言， （包括母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、补偿电容器 等） ，文中详细介绍了各种电气设备的选择方法和校验方式；配电装置的布置和防雷保护 是息息相关的，根据配电装置的设计原则和本所的具体情况，本次设计采用的是普通中 型布置；而根据这种配电布置方式和面积，对于防雷保护的设计决定采用避雷针和避雷 器来构成。当然文中也涉及了自动装置和继电保护的配置，并在适当位置附加了图纸 （主接线图、平面图、断面图、防雷保护图等）以及表格、插图等方便阅读、理解。 由于时间紧张和能力有限，此论文中难免会出现遗漏和错误，希望老师给予指点和 更正。最后，感谢各位老师给予我的帮助和大力支持，正因为你们精心的指导本次论文 才得以更好的完成。十分感谢！ 关键字：电力系统 短路计算 设备选择 校验 沈阳工程学院毕业设计 ii abstract the graduation thesis is about initial designing of electrical engineering (part) for the substation in shaling. it mainly includes the comparison of chief wiring, the calculating for shorting-current, the choice for the electrical equipment, the arrangement for the distribution device and etc. the electrical chief wiring is one of the most important links in the electrical designing. in the text, by comparing the economic, reliability, advantage (disadvantage) for the two kinds of chief wirings, in order to get the most being required; network transformation, the choice for the point of short-circuit, the calculating for the parameter of device and etc, in these steps, each one needs to be cautious, otherwise it will bring tremendous effect to the choice of equipment; electrical equipment (high voltage) includes bus, high voltage breaker, ct, pt, lightning arrester and compensate-capacitor. in this text all kinds of equipments choosing and proofreading methods are introduced detailedly; the arrangement for the distribution device is integrate with the protection for defending thunder and lightning, so according to the principle of plan and the concrete situation of this substation, i choose a arrangement plan of ordinary and medium-sized, while adopt lightning rod and lightning arrester to constitute the protection for defending thunder and lightning. of course, this article also simply introduces the designing for the automatic device and the relays protection, meanwhile it adds up some design drawing (chief wirings drawing, plane figure, section diagram, the drawing of protection for defending thunder and lightning and etc) table and illustration in order to read and understand more easily. because time strain with ability limited, this thesis inside difficult do not need to will appear the lapse with mistake, hope the teacher give to point out with make correction. finally, thanks for each teacher to give my help with support strongly , because of your meticulous care of leading this thesis just can better complete. key words: power system short circuit calculation the choice of the equipments proofreading 沈阳工程学院毕业设计 iii 目目 录录 摘 要.i abstract ii 目 录iii 引 言1 第一部分 砂岭 60kv 降压变电所设计说明书2 第一章 任务书2 第二章 主变压器的选择4 2.1 变电所主变压器的容量和台数4 2.1.1 变压器容量的确定 4 2.1.2 主变压器的台数的确定 4 2.2 主变压器型式的选择5 2.2.1 相数的选择 5 2.2.2 主变压器绕组的数量 5 2.2.3 绕组连接方式 5 第三章 电气主接线的选择6 3.1 主接线的设计原则及基本要求6 3.2 主接线的选择7 3.2.1 60kv 侧主接线的选择7 3.2.2 10kv 侧主接线的选择8 第四章 短路电流计算10 4.1 计算短路电流的目的:.10 4.2 计算条件10 4.2.1 电气系统短路电流计算条件 .10 4.2.2 一般规定 .11 4.2.3 限制措施 .11 4.3 短路电流的计算方法12 4.4 短路电流的计算（详细计算步骤见计算书）12 第五章 变电所设备的选择与校验13 5.1 电器设备选择的一般问题13 沈阳工程学院毕业设计 iv 5.2 高压电器选择的一般要求13 5.2.1 一般原则 .13 5.2.2 技术条件： .14 5.2.3 绝缘水平： .15 5.2.4 环境条件 .15 5.2.5 环境保护： .16 5.3 60kv 侧高压电器的选择 .16 5.3.1 60kv 侧高压断路器的选择16 5.3.2 60kv 侧高压隔离开关选择.17 5.3.3 电流互感器的选择 .18 5.3.4 电压互感器的选择 .19 5.3.5 高压侧避雷器选择 .20 5.4 10kv 侧主要电气设备选择20 5.4.1 高压开关柜的选择 .21 5.4.2 开关柜内各电器设备的配置 .21 5.5 母线的选择23 5.5.1 母线的型式及适用范围 .23 5.5.2 截面选择说明 .23 5.5.3 校验说明 .24 5.6 主要设备表 5.1525 第六章 继电保护和自动装置的规划和设计26 6.1 继电保护及自动装置配置总则26 6.2 一般规定26 6.3 主变压器的保护27 6.4 60kv 侧保护28 6.4.1 60kv 侧线路保护.28 6.4.2 60kv 母线保护：.29 6.5 10kv 侧保护29 6.5.1 10kv 侧线路保护.29 6.5.2 10kv 母线保护：.29 6.6 安全自动装置29 第七章 高压配电装置31 7.1 总的原则：31 7.2 设计要求31 7.2.1 满足安全净距的要求 .31 7.2.2 施工、运行和检修的要求 .31 沈阳工程学院毕业设计 v 7.2.2.1 施工要求 .32 7.2.2.2 运行要求 .32 7.2.2.3 检修要求32 7.2.3 噪音的允许标准及限制措施.32 第八章 防雷保护33 8.1 直击雷的保护范围和保护措施33 8.2 避雷针、避雷线的装设原则及接地装置的要求33 8.3 避雷针保护范围计算34 第二部 计算书35 第一章 变电所负荷情况35 1.1 变电所的负荷情况35 第二章 主变压器、电容器 容量和台数的确定36 2.1 变压器的选择36 2.2 补偿容量的确定36 第三章 电气主接线的选择38 第四章 短路电流计算39 4.1 求各元件电抗值39 4.2 短路计算过程39 第五章 主要设备的选择43 5.1 60kv 母线选择：43 5.2 60kv 侧断路器的选择（通过最大长期工作电流选取）43 5.3 60kv侧隔离开关的选择：.44 5.4 60kv 电流互感器的选择：45 5.5 60kv 电压互感器的选择46 5.6 10kv 开关柜的选择：46 第六章 避雷装置的选择50 6.1 避雷针50 总 结51 致 谢52 参考文献53 附 录54 沈阳工程学院毕业设计 vi 附录 a1.1 变电所电气主接线图 54 附录 a1.2 变电所平面图 54 附录 a1.3 变电所断面图 54 附录 a1.4 变电所防雷保护图 54 沈阳工程学院毕业设计 1 引引 言言 电能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要的能源，电力工业在国民经济中占 有十分重要的地位，电能是由发电厂供给，因为考虑经济原因，发电厂大多建在动力资 源比较丰富的地方，而这些地方又常远离大中性城市和工厂企业，这样需要远距离输送， 经过升、降压变电所进行转接，在进一步的将电能分配到用户和生产企业。 本毕业设计论文为砂岭 60/10kv 降压变电所电气部分设计，要求所设计的变电所能 长期可靠为其负荷供电。设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的 方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、 安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约能源和用地，对生产工艺、主要 设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。 在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、 短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划设 计、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的论文。 设计工作是工程建设的关键环节。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资 费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。在设 计过程中，通过参考一系列相关书籍，并在指导教师的耐心帮助下圆满完成设计任务， 在此表示衷心的感谢。 沈阳工程学院毕业设计 2 第一部分第一部分 砂岭砂岭 60kv 降压变电所设计说明书降压变电所设计说明书 第一章第一章 任务书任务书 一 设计题目：砂岭 60/10 二次降压变电所电气部分设计 二 原始资料及依据 （一）变电所概况介绍： 1、待设计变电所为沙岭地区公用变电所，电压等级为 60/10kv，60 kv 侧有 4 回进线， 接引于张家一次变，10kv 侧有配出线段 13 回。 2、所处地区地势平坦，海拔高度为 400m，交通方便，周围空气无污染，最高气温 38，最低气温-26，年平均气温 14。 （二）变电所 10kv 侧用户负荷表 序号负荷名称 远期最大 负荷 （kw） 功率 因数 tmax(h) 重要荷 所占比 例 回路 数 出线 方式 11 号水源地52000.906500402架空线 22 号水源地37000.916000452架空线 3电瓷厂32000.903500302架空线 4砂轮厂22000.902500101架空线 5矿山机械厂27000.885000502架空线 6挖掘机厂12000.884000151架空线 7东郊变7000.85550001架空线 8西郊变12000.855500102架空线 （三） 其他条件： 1、线损率取 5%。 2、负荷的同时系数取 0.9。 3、有功负荷率取 0.75；无功负荷率取 0.8。 4、要求变电所的平均功率因数补偿到 0.9 以上。 沈阳工程学院毕业设计 3 （四）系统网络图如下所示： 待设计变电所 2*50mva cos=0.8 xd=0.124 2*63mva ud%=14.4 xd=0.124 2*63mv a ud%=14. 4 s=1200mva xd=0.48 70km 80km30km70km 2*120mva ud%=14.3 2*63mva ud%=14.4 2*31.5mva ud%=13.9 60kv 50km 35km 15km 220kv 沈阳工程学院毕业设计 4 第二章第二章 主变压器的选择主变压器的选择 2.1 变电所主变压器的容量和台数变电所主变压器的容量和台数 2.1.1 变压器容量的确定变压器容量的确定 在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，担负着变换网络电压、 进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运 行的保证。 对于一般性的地区变电所，一般按变电所建成后 510 年的规划负荷选择，并要适 当考虑到远期 1020 年负荷发展。在原始材料中给出了 10kv 侧远期负荷表、变电所的 平均功率因数，线损率为 5%。由此已知条件可得出远期最大总负荷： p p总负荷 cos %05 . 1 对于该变电所，当一台主变压器停运时，另一台变压器应能保证全部负荷的 70%80%， 所以总负荷乘以 70%，得出得结果为一台变压器所要保证的负荷容量，根据该容量确定变 压器的容量。 2.1.22.1.2 主变压器的台数的确定主变压器的台数的确定 发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联 系有密切关系。通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和枢纽变电所，在这种电压等 级下，主变压器应不少于 2 台；而对弱联系的中、小型电厂和低压侧电压为 610kv 的 变电所或与系统联系只是备用性质时，可只装 1 台主变压器；对地区性孤立的一次变电 所或大型工业专用变电所，可设 3 台主变压器。 由于该变电所为一般的终端变电所，所以装设两台主变压器为宜。 沈阳工程学院毕业设计 5 2.2 主变压器型式的选择主变压器型式的选择 2.2.1 相数的选择相数的选择 根据主变压器相数选择原则可知：当不受运输条件限制时，330kv 及以下（待设变电 所为 60/10kv）的变电所，均应选用三相变压器。所以，最终确定选择三相双绕组电力变 压器。 2.2.2 主变压器绕组的数量主变压器绕组的数量 待设变电所深入引进至负荷中心，是具有直接从高压降为低压供电条的变电所，所 以为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。 2.2.3 绕组连接方式绕组连接方式 我国 35kv 以上采用 y 连接，其中中性点通过消弧线圈接地。35kv 以下采用 连接。 综上所述，该变电所主变压器选用 sfz9-16000/63 sfz9-20000/63 概述： 该电力变压器用于额定频率 50hz，电压等级为 63kv，容量为 16000kva 的输变电线 或变电所中，作传输电能和改变电压用，可在户外连续工作。 油浸式变压器的基本组成有铁心、线圈、器身、油箱、调压装置、冷却装置、出线装置 及测量保护装置等部分。 线圈高压部分采用多层分段连式，低压部分采用螺旋式结构。 冷却装置为三相风冷。联结组标号为 yn, d11 沈阳工程学院毕业设计 6 第三章第三章 电气主接线的选择电气主接线的选择 我国变电所设计技术规程sdj2-79 规定：“变电所的主接线根据变电所在电力系 统的地位、回路数、设计特点及负荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠、简单灵活、 操作方便和节约投资等要求。 ” 3.1 主接线的设计原则及基本要求主接线的设计原则及基本要求 电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容 器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电 路。将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为 电气主接线图。变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。主接线的确定对变电 所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定 等都有着密切的关系。由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计 的好坏不仅影响电力系统和变电所本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。因此， 主接线设计是一个综合性问题。 主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三相基本要求。 （1）保证必要的供电可靠性 供电可靠性是电力生产和电能分配的首要任务。由于电力系统的发电、送电和用电 是同时完成的，并且在任何时候都保持平衡关系，无论哪部分故障，都将影响整个电力 系统的正常运行。 电气主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一次部分和二次部分综合。因此除了 尽可能选用工作可靠的一次设备和二次设备外，还应设计这些设备的合理连接方式。 可靠性的具体要求： 、断路器检修时，不宜影响对系统和设备供电。 、断路器或母线故障，以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并 保证对一般负荷及全部或部分二级负荷的供电。 、尽量避免变电所全部停运的可能性。 （2）灵活性 电力系统是一个紧密联系的整体。变电所电气主接线的运行方式随整个电力系统的 运行要求而改变。因此，所设计的电气主接线应能灵活地投入和切除某些变压器、线路 等，从而达到调配电源和负荷的目的；并能满足电力系统在事故运行方式、检修运行方 式和特殊运行方式下的调度要求。当需要检修某些设备时，应能够很方便地使断路器、 沈阳工程学院毕业设计 7 母线及继电保护设备退出运行进行检修，而不影响电力网的运行或停止对用户的供电。 此外，电气主接线方案还必须能够容易的从初期接线过度到最终接线，以满足扩建的要 求。 （3）经济性 主接线在满足可靠性、灵活性的前提下要做到经济合理。 、主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等 一次设备。 、要使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次控制设备、电缆。 、要限制短路电流，以便于选择廉价的电气设备和轻性设备。 、节省占地面积、合理使用资源。 、电能损失减少到最低程度。并且，为简化主接线，变电所接入系统的电压等级 一般不超过两种 3.2 主接线的选择主接线的选择 本设计为 60/10kv 电压等级的二次变电所，可选择的接线方式有： 、有汇流母线的接线。单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母 线或旁路开关等。 、无汇流母线的接线。变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。 3.2.1 60kv 侧主接线的选择侧主接线的选择 1 单母线接线 如图 3.1 （1）主要优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置 （2）主要缺点：不够灵活可靠，任一元件故障和检修，均需使整个配电装置停电。 虽然可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电 （3） 适用范围：一般适用于 6-220kv 系统中只有一台发电机或一台主变的，且出 线回路数又不多的中小型发电厂或变电所。 图 3.1 单母线接线 图 3.2 单母分段接线 沈阳工程学院毕业设计 8 2 单母线分段 如图 3.2 （1） 优点： 用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供 电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电 和不致使重要负荷停电 （2） 缺点： 1 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停 电 2 当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越 3 扩建时需向两个方向均衡扩建 （3） 使用范围： 1 6-10kv 配电装置出线回路数为 6 回及以上 2 35-60kv 配电装置出线回路数为 4-8 回 根据以上比较可知，单母分段形式主接线更能保证供电的可靠性，灵活性，更适合 题目要求。所以 60kv 侧选用单母分段主接线形式。 3.2.2 10kv 侧主接线的选择侧主接线的选择 1 单母分段 优缺点及使用范围同上。 2 双母线接线 双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在 两组母线上 1） 优点 (1) 供电可靠性 通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一 组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路 (2) 调度灵活 各个电源和回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行 方式调度和潮流变化的需要 (3) 扩建方便 (4) 便于试验 2） 缺点 (1) 增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关，投资增大 (2) 当母线故障和检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作 3) 适用范围 沈阳工程学院毕业设计 9 当出线回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复 供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性 有一定要求时采用。各级电压采用如下： 1 6-10kv 配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时 2 35-60kv 配电装置，当出线回路数超过 8 回数时；或连接的电源较多、负荷较大 时 根据以上比较分析可知，双母线接线虽然从供电可靠性、灵活性等各方面都比较好 但双母线接线投资比较大，根据变电所的情况可知，单母分段已经能够满足要求，又比 较经济，所以 10kv 侧选用单母分段主接线形式。 根据以上比较分析，考虑到供电的可靠性、经济性、灵活性的要求，及变电所扩建 等要求，结合本次变电所的实际情况和负荷分配情况，结合本次变电所的实际情况和负 荷分配情况，本次设计的变电所 60kv 和 10kv 母线均采用单母线分段的接线方式。 图 3.3 母线接线图 沈阳工程学院毕业设计 10 第四章第四章 短路电流计算短路电流计算 4.1 计算短路电流的目的计算短路电流的目的: （1）用于电气主接线的选择； （2）导线及电气设备的选择，确定中性点接地方式； （3）计算软导线的短路摇摆； （4）验算接地装置的接触电压和跨步电压； （5）选择继电保护装置和进行整定计算 供电系统的设计和运行中，不仅要考虑到正常工作状态，而且还需考虑到可能发生 的短路故障以及正常运行情况。多年运行经验表明，供电系统的故障，大多数是由短路 引起的，短路故障的基本类型有四种：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地 短路 三相短路时，由于短路回路的三相电流基本相等。因此，三相电流和电压仍是对称 的，故又称为对称短路，其他类型的短路均为不对称短路。统计资料表明，在大接地电 流系统中，以单相接地故障最多；小接地电流系统中，主要是相间短路故障 发生短路故障后，将会使电气设备绝缘过热而被烧坏严重时影响电机、照明、生产 和家用电器等电气设备正常运行，甚至破坏发电机的并列运行，造成系统解列和电压崩 溃，导致大面积停电。巨大的短路电流将在电气设备中产生很大的电动力，可能使导体 变形、扭曲或损坏。 正因为短路故障对电力系统可能造成极其严重的后果，所以一方面采取限制短路电 流的措施；另一方面要正确选择电气设备载流导体和继电保护装置，以防止故障的扩大， 保证电力系统的安全运行。只有正确计算出各种网络结构不同短路点的短路电流才能正 确地选择各种电气设备，并对继电保护进行整定. 4.2 计算条件计算条件 4.2.1 电气系统短路电流计算条件电气系统短路电流计算条件 基本假定： (1)正常工作时三相系统对称运行； (2)所有电源的电动势相位角相同； 沈阳工程学院毕业设计 11 (3)系统中的同号和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体 肌肤效应等影响，转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差 120电角度； (4)电力系统中个元件的磁路不饱和，既有铁芯的电器社别电抗值不随电流大小发生 变化； (5)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中 50负荷接在高压母线上，50 负荷接在系统侧； (6)不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流； (7)短路发生在电流为最大值是瞬间； (8)除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外,元件的电阻都略去不 计 (9)元件的计算参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围； (10)输电线路的电容略去不计。 4.2.2 一般规定一般规定 (1)验算倒替和电器动稳定，热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的 设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景规划发展。 确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换 过程中可能并列运行的接线方式。 (2)选择导体和电器用的短路电流，在电器连接网络中，应考虑具有反馈作用的异步 电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 (3)选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算电路点，应选择在正常接线方式短 路电流的最大的地点。 (4)导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算，若发 电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地 系统短路较三相短路严重时，应按严重情况计算。 4.2.3 限制措施限制措施 1 电力系统可以采取的限制短路电流的措施： (1) 提高电路系统的电压等级； (2) 采用直流输电方式； (3) 在电力系统的主网加强联系后，将次级电网解列运行； (4) 在允许的范围内，增大系统的零序阻抗。 2 变电所可以采取的限流措施： (1) 变压器分列运行； (2) 在变压器回路中装设分裂电抗器； 沈阳工程学院毕业设计 12 (3) 采用低压侧为分绕组的变压器； (4) 出线上装设电抗器。 4.3 短路电流的计算方法短路电流的计算方法 电力系统短路电流的计算方法通常有三种，即标么值法、短路容量法（又称 mva 法） 和有名单位制法（又称欧姆法） ，高压系统中，一般采用标么值法。 1网络变换：如图 4.1 图 4.1 网络变换 (1)/y 变换 x1=x13x12/(x13+x12+x23) x2=x12x23/(x12+x13+x23) x3=x13x23/(x13+x12+x23) (2) y/变换 x12=x1+x2+x1x2/x3 x13=x1+x2+x1x3/x2 x23=x2+x3+x2x3/x1 2 短路计算点的选择 在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。根 据所选取的各短路点短路电流的分析比较可知高低压侧母线上短路时短路电流最大，故 本设计选择两个短路计算点，分别在 60kv 母线上和 10kv 母线上。即可满足其它各点短 路时的要求。 4.4 短路电流的计算（详细计算步骤见计算书）短路电流的计算（详细计算步骤见计算书） 沈阳工程学院毕业设计 13 第五章第五章 变电所设备的选择与校验变电所设备的选择与校验 5.1 电器设备选择的一般问题电器设备选择的一般问题 高压电器的选择的主要任务是选择满足变电所及输、配电线路正常和故障状态下工 作要求的合理的电器，以保证系统安全可靠、经济的运行条件。在高压电器选择中的主 要问题有下述各点： 1、高压电器应满足正常工作状态下的电压和电流要求。 2、高压电器应满足安地点和使用的环境条件要求。 3、高压电器应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。 4、高压电器应考虑操作的频繁程度和开断负荷性质。 5、对于电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别。 6、对于熔断器的选择应考率其上、下级的配合。 7、对于电抗器的选择应校验其正常情况时的电压损失和短路时的母线残压值。 5.2 高压电器选择的一般要求高压电器选择的一般要求 电气设备的选择是发电厂和变电所电气部分设计的重要内容之一。如何正确地选择 电气设备，将直接影响到电气主接线和配电装置的安全及经济运行。因此在进行设备的 选择时，必须执行国家的有关技术经济政策，在保证安全、可靠的前提下，力争做到技 术先进、经济合理、运行方便和留有适当的发展余地，以满足电力系统安全、经济运行 的需要。 5.2.1 一般原则一般原则 1 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展； 2 应按当地环境条件校验； 3 应力求技术先进和经济合理； 4 与整个工程的建设标准应协调一致； 5 同类设备应尽量减少品种； 6 选用的新产品均应具有可靠的试验依据，并经正式鉴定合理，在特殊情况下，选 用未经正式鉴定的新产品时应经上级批准。 沈阳工程学院毕业设计 14 5.2.2 技术条件：技术条件： 选择的高压电器应能在长期工作条件下和发生过电压、过流的情况下，保持正常运 行。 （1）长期工作条件： 电压：选用的电器在允许最高工作电压 umax 不得低于该回路的最高运行电压 ug 即：umaxug 式(5.1) 电流：选用的电器额定电流 ie 不得低于所在回路各种可能运行方式的持续工作电流 ig 即：ieig 式(5.2) 由于变压器短路时过载能力很大，双回路出现的工作电流变化幅度也较大，故其计 算工作电流应根据实际需要确定。 高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方 式回路持续工作电流的要求。 机械荷载：选电器端子的允许载应大于电器引线在正常运行和短路时是最大作用力。 各种电器的荷载能力，厂家出厂时已做考虑，本设计不再考虑。 （2）短路稳定条件： 检校的一般原则： 1） 、电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行行动、热稳定校验。 2） 、用熔断器保护的电器可不验算热稳定，用熔断保护的电压互感器回路，可不验 算动、热稳定。 短路的热稳定条件： it2tqdt 式(5.3) 式中： qdt在计算时间 tjs秒内，短路电流的热效应；（ka2s ） itt 秒内设备允许通过的热稳定电流的有效值（ka） t设备允许通过的热稳定电流的时间（s） ； 校验短路电流热稳定所用的计算时间 tjs按下式计算： tjs=tb+td 式(5.4) 式中：tb继电保护装置后备保护动作时间（s） td断路器的和分闸时间（s） 采用延时保护时，tjs相应数据为继电保护装置的启动机构和执行机构的动作时间， 短路器的固有分闸时间以及断路器触头电弧的持续时间总和。 短路的动稳定条件： ichidf 式(5.5) 沈阳工程学院毕业设计 15 ichidf 式(5.6) 式中：ich短路电流（冲击）峰值（ka） idf短路主电流有效值（ka） ich电器允许的极限通过电流峰值（ka） idf电器允许的极限通过电流有效值（ka） 5.2.3 绝缘水平：绝缘水平： 在工作电压和过电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。 电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备响应的保护水平，确定 当所送电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的 过电压保护设备。 5.2.4 环境条件环境条件 (1) 温度：按交流高压电器在长期工作时的发热的规定，普通高压电器在环境 最高温度为+40时允许按额定电流长期工作，当电器在安装点的环境温度高于+40， 但不高于+60时，每增高 1，建议额定电流减少 1.8，当低于+40时，每降低 1， 建议额定电流增加 0.5% 普通高压电器一般可在环境最低温度为-30时正常工作，在高寒地区应选择能适应 环境最低温度为-40的高寒电器。 (2) 日照：户外高压电器设备在日照下将产生附加温升，如果设备制造部门未能提 出产品在日照下额定载流量的下降数据，在设计中可按电器额定电流的 80%选择设备。 (3) 风速：一般高压电器可去风速不大于 35m/s 的环境下使用。 选择电器时用的最大风速，可去高地 10m 高，30 年一遇的 10 m 平均最大风速，阵风 对外电器及电瓷产品的影响，已由制造厂考虑，不作为选择条件。 对于台风经常侵袭或最大风速超过 35m/s 的地区，除向制造部门提出特殊定货外， 在设计布置时应采取有效的防护措施。如降低安装高度，加强基础固定等。 (4) 冰雪：在积雪覆冰严重的地区，应采取措施防止冰串引起瓷线绝缘对地网络。 隔离开关的破冰厚度一般为 10mm，在冰雪区，所选择隔离开关的破冰厚度，应大于 安装场所的最大覆冰厚度。 (5) 湿度：选择电器用的湿度，应采用当地相对湿度最高月份的平均相对湿度对湿 度较高的场所，应采用该处实际相对湿度。 一般高压电器可使用在 20相对湿度为 90%（电流互感器为 85%）的环境中。 (6) 污秽：在距离海岸 12km 或盐厂附近的盐雾场所在火电厂、炼油厂、冶炼厂、 石油化工厂和水泥厂等附近含有由工厂排出的二氧化硫、硫化氢、氨、氮等成分烟气， 粉尘等场所，在湿气候下将形成腐蚀性或导电的物质，污秽地区内各种污秽物对电器设 沈阳工程学院毕业设计 16 备的危害，取决于误会物质的导电性、吸水性随着力数量，比重及距污物源的距离和气 象条件，在工程设计中，应根基污秽情况选用下到措施。 增大电瓷外绝缘的有效泄漏比距或选用利于防污的电瓷造型，如果用半导体、大小 伞大倾角、钟罩式等制造绝缘子。 采用屋内配电装置，二级及以上，污秽区 63110kv 配电装置采用屋内型。当技术合 理时，污秽区 220kv 配电装置也可采用屋内型。 (7) 海拔：电器的一般使用条件为海拔不超过 1000m 海拔超过 1000m 地区称为高原 地区。 本设计变电所不属高原地区，因而不考虑此项因素。 (8) 地震：地震对电器的影响主要是地震波的频率和地震震动的加速度。 选择电器时，应根据当地震烈度选取用能够满足地震需求的产品，电器的辅助设备 各应具有与主设备相同的抗震能力，一般电器产品可以耐受地震烈度 8 度的地震度，在 安装时，应考虑到指甲对地震力的放大作用根据有关规定。地震基本烈度为 7 度及以下 地区的电器可不采用防震措施。 5.2.5 环境保护：环境保护： 选用电器尚应注意电器对周围环境的影响，根据周围环境的控制标准，要对制造部 门提出必要的技术要求。 (1)电磁干扰：频率大于 10khz 的无线电干扰主要来自回线的电流，电压突变和电晕 放电，它会损害或破坏电磁信号的正常接收及电子设备的正常运行，因此电器及金具的 最高工作电压下，晴天的夜晚不应出现可见电晕 110kv 及以上电器户外晴天无线电干扰 电压不应大于 2500uv 根据运行校验和现场实测结果，对于 110kw 以下的电器在一般可不校验无线电干扰 电压。 (2)噪音：为了减少噪音对工作场所和附近居民区的影响，所选高压电器在运行中或 操作时产生的噪音，在距电器 2 米处不应大于下列水平： 连续性噪音水平：85db 非连续性噪音水平：屋内：90 db 屋外：110 db 本次变电所设计主要选择两个短路点进行计算，就可以满足选择电气设备的要求。 所以选择高压电气设备（60kv 侧）主要以 k1 点电路电流进行选择。选择低压（10kv 侧） 电气设备以 k2 点短路电流为基础进行选择 5.3 60kv 侧高压电器的选择侧高压电器的选择 沈阳工程学院毕业设计 17 5.3.1 60kv 侧高压断路器的选择侧高压断路器的选择 高压断路器，是高压系统中最重要的电气设备之一，高压断路器能在负荷的情况下 接通或断开电路，在供电系统中发生短路故障时迅速切断短路电流 1)、按额定电压选择 高压断路器的额定电压 ue 应大于或等于所在电网的额定电压 uew ueuew 式(5.7) 2） 、按额定电流选择 高压断路器的额定电流 ie 应大于它的最大持续工作电流 igmax ieigmax 式(5.8) 3） 、按开断电流选择 在给定的电网电压下，高压断路器的开断电流 iekd 应满足 iekd ixt 式(5.9) 式 ixt-断路器实际开断时间 tk秒的短路电流周期分量的有效值 断路器实际开断时间 tk等于继电保护主保护动作时间与断路器的固有分闸时间之和 4） 、按额定关合电流选择 断路器的额定关合电流 ieg应不小于最大短路电流冲击值 ici iegici 式(5.10) 5） 、动稳定校验 高压断路器的极限通过电流峰值 idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流 ici 即 idwici 式(5.11) 6） 、热稳定校验 高压断路器的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量 据上述参数选择高压断路器型号为：sw2-63 型如表 5.1 表 5.1 计算数据与实际参数比较 计 算 数 据sw2-63 u 60kvue 63kv igmax 154aie 1600a i 4.72kaiekd 20ka ish 17.9kaiegd 50ka ish 17.9kaidw 80ka qk 145.024ka2.sqz= 20*20*4=1600ka2.s 沈阳工程学院毕业设计 18 5.3.2 60kv60kv 侧高压隔离开关选择侧高压隔离开关选择 1 参数的选择 隔离开关的选择除了不校验开断电流以外，其余与断路器选择相同，因为隔离开关 与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的 开断时间，估计算数据与断路器的计算数据完全相同。 2 隔离开关的选择 (1) 种类和形式的选择 隔离开关的形式较多，按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目 又分为单柱式、双柱式和三柱式。隔离开关的形式，应根据配电装置的布置特点和使用 要求等因素，进行综合技术经济比较后确定。 1、额定电压选择：ununs 2、按额定电流选择：inimax 3、动稳定校验：iesish 4、热稳定校验：ir2tqk 5、操动机构选择： 屋内式 8000a 以下隔离开关一般采用手动操作机构，8000a 及以上采用电动机构。 屋外式 220kv 及以下隔离开关和接地刀闸一般采用手动操作机构；220kv 高位布置的 隔离开关和 330kv 及以上的隔离开关宜采用电动机构或液压机构，当有压缩空气系统时， 也可采用气动机构。 本次设计 60kv 侧选择 gw463 型隔离开关 60kv 隔离开关的各项技术数据与各项计算数据比较如表 5.2 表 5.2 计算数据与实际参数比较 计 算 数 据gw463 技术数据 u 63kvue 63kv igmax 154aie 630a ish 17.9kaiegd 50ka qk 145.024ka2.sqz 1600ka2.s 5.3.3 电流互感器的选择电流互感器的选择 1 参数的选择 (1)电流互感器的二次额定电流有 5a 和 1a 两种，一般弱电系统用 1a，强电系统用 5a。 沈阳工程学院毕业设计 19 (2)二次级的数量决定于测量仪表、保护装置和自动装置要求。 2形式的选择 35kv 以下屋内配电装置的电流互感器根据安装使用条件及产品情况采用瓷绝缘结构 或树脂浇注绝缘结构，一般常用型式为： (1) 低压配电屏和配电装置中 lq 线圈式，lm 母线式。 (2) 620kv 屋内配电装置和高压开关柜中 ld 单匝贯穿式，lf 复匝贯穿式。 (3) 一次额定电流选择 1) 当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电 流大 1/3 左右。 2) 电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按变压器额定电流的 1/3 进行 选择。 3) 压器零序差动保护装置各臂正常工作电流平衡，供该保护用的高、中压侧和中 性点电流互感器，变比应一致，按电流较大的中压侧额定电流来选择。 (4)稳定校验： 1) 热稳定校验：(ktiel)2t2 dz it 2) 动稳定校验：icjielkdw2 5.3.4 电压互感器的选择电压互感器的选择 (1) 参数的选择 表 5.3 项目参数 正常工作条 件 一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确定等级 技术 条件承受过电压 能力 绝缘水平、泄露比距 环境条件环境温度、最大风速、海拔高度、地震烈度 (2) 型式的选择 1) 620kv 配电装置一般采用油浸绝缘结构，当需要零序电压时，一般采用三相五 柱电压互感器。 2) 35110kv 配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。 3) 220kv 以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互 感器。 4) 兼作为泄能用的电压互感器，应