毕业设计（论文）-采用半屋内GIS配电装置的TQ化肥厂110kV降压变电所设计.doc

采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 i 摘要摘要 变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济 运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接 线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选 择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小 的决定性因素。 本次设计建设一座采用屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所。 首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式， 在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。 其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击 电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳 态电流和冲击电流的值。 最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后 进行校验。 同时在设计过程中还要进行主变继电保护的整定计算和防雷保护的设计，以 保证本变电所能可靠安全的运行。 关键词：关键词：降压变电所 变压器 电气主接线 短路电流 设备选择 防雷 继电保护 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） ii abstractabstract substation is an important part of the power system, which directly affects the entire power systems security and economic operation. its the middle part to contact power plants and the user, which plays the role of transformation and distribution of electric energy. electrical power main connection is the major component of plant substation. the development of main power line is directly related to the choice of all the electrical equipment, power distribution equipment layout, relay protection and automatic device identification, which is part of the size of investment of the electrical substation decisive factor. this design is a power distribution with the houses tq gis 110kv step-down substation for fertilizer plant. first, according to the economic and reliable operation and flexible requirements of the main power line it will select various voltage levels of wiring, and after technical and economic aspects in the comparison, the optimal flexible wiring should be selected. second, the short-circuit current calculates. according to the points it calculates short circuit current and steady-state impact of short-circuit current , and its steady-state current and the impact of short-circuit current value is obtained from the three-phase short-circuit calculation when short-circuit occurs in the working bus of every voltage level. finally, according to the voltage level of the rated voltage and maximum continuous operating current, equipment will be selected, and then checked. at the same time in the design process the main transformers relay protection setting calculation and design of lightning protection will be done to ensure the safety of the reliable operation of substation. keywords：step-down substation transformer electrical power main connection short-circuit current equipment selection lightning protection relay protection 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 iii 前言前言 经过三年的系理论知识的学习及各种实习操作，并在老师精心培育下，对电 力系统各部分有了初步的认识与了解。 在认真阅读原始材料，分析材料，参考阅读电力系统分析 、 发电厂电气 主系统和电力系统继电保护以及高电压技术等书籍，在指导老师的指 导下，经过周密的计算和系统的分析，完成了此次毕业设计。 毕业设计是一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解变电所 设计的基本方法，了解变电所电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实 际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的 了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后从事供电技术工 作奠定基础。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） iv 目录目录 摘要摘要.i a abstbstr ractact. 前言前言.iii 1 1 绪论绪论.1 2 2 负荷分析计算及主变选择负荷分析计算及主变选择.2 3 3 电气主接线设计电气主接线设计.7 3.1 对电气主接线的基本要求对电气主接线的基本要求7 3.2 对电气主接线方案的初步设计对电气主接线方案的初步设计7 3.3 几种方案的比较及最终接线几种方案的比较及最终接线 9 4 4 短路电流计算短路电流计算.11 4.1 画等值电路画等值电路11 4.2 计算短路电流计算短路电流12 4.3 短路电流计算结果汇总短路电流计算结果汇总 14 5 5 配电装置的配置及主要电气设备的选择配电装置的配置及主要电气设备的选择.15 5.1 配电装置的配置配电装置的配置 15 5.2 选择导体和电气设备的一般原则选择导体和电气设备的一般原则 16 5.3 110kv 半屋内半屋内 gis 配电装置的选择配电装置的选择.19 5.4 6kv 高压开关柜的选择高压开关柜的选择21 6 6 电气总平面布置设计电气总平面布置设计.31 7 7 防雷保护设计防雷保护设计.34 8 8 继电保护整定及配置继电保护整定及配置.38 结论结论.45 谢辞谢辞.46 参考文献参考文献.47 附录附录 外文资料翻译外文资料翻译.48 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 v a1.1 译文：通过分析变压器中溶解气体而进行故障诊断的专家系统译文：通过分析变压器中溶解气体而进行故障诊断的专家系统.48 a1.2 原文：原文：an expert system for transformer fault diagnosis using dissolved gas analysis52 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 1 - 1 1 绪论绪论 电力负荷按其重要性可分为三类。一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重 大设备损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负 荷要求有两个独立电源供电。二级负荷：中断供电将造成设备局部破坏或生产流 程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负 荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区） ，允许有 一回专用架空线路供电。三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负 荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。 在设计主接线时，对于一类负荷必须要两个独立的电源供电，并且当任何一 个电源失去后，能保证对全部一类负荷不间断供电；对于二类负荷，一般要由两 个独立电源供电，并且当任何一个电源失去后，能保证对大部分二类负荷的供电； 对于三类负荷，一般只需一个电源供电。 本变电所为 tq 有天附近的大型化肥厂的新建变电所，供给本厂工业及生活 用电，为一终端变电所，有两个电压等级，分别为 110 kv 和 6kv。本变电所地 位重要，一旦停电会造成化肥厂不能连续生产，生产紊乱，造成经济损失：此外， 从电力系统接线图上看本变电所起着联系系统的作用，一定程度上保证了电力系 统的稳定。 本变电所 110kv 进出线共有两回，分别与系统 s1 和 s2 相连，穿越功率近 期 5mw，远景 10mw；6kv 线路近期 9 回，远景发展 2 回，每个负荷中都包含 有一级负荷。对同名双回线路，应分别接在两段母线上。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 2 - 2 2 负荷分析计算及主变选择负荷分析计算及主变选择 一、变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配 电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积，同时也可减少运行 电能损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。 (1)主变压器台数： 1）对于大城市郊区的一次变电所在中、低压侧已构成环网的情况下，变电 所以装设两台变压器为宜。 2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设 三台变压器。 3）对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容 量的 12 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。 (2)变压器容量： 装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变因事故断开， 另一台主变的容量应满足全部负荷的 70%，考虑变压器的事故过负荷能力为 40%，则可保证 80%负荷供电。 (3)在 330kv 及以下电力系统中，一般选为三相压器，采用降压结构的线圈， 排列成：铁芯低压中压高压线圈，高与低之间阻抗最大。 (4)绕组数和接线组别的确定： 该变电所有两个电压等级，所以选用双绕组变压器，连接方式必须和系统电 压相位一致，否则不能并列运行，110kv 及以上电压等级，变压器绕组都采用 yn 连接，6kv 采用 连接。 (5)调压方式的选择： 普通型的变压器调压范围小，仅为5%，而且当调压要求的变化趋势与实际 相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外， 普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范 围较大，一般在 15%以上，有载调压变压器可以保证母线电压恒定，保证供电质 量，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器副边电压保持一定范围的情况下， 有载调压可以解决，因此选用有载调压变压器。 (6)冷却方式的选择： 主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环 水冷、强迫导向油循环冷却等。小容量变压器一般采用自然风冷却。大容量变压 器一般采用强迫油循环风冷却方式。 考虑到冷却系统的供电可靠性、要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式。 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 3 - 综合以上，本变电所为一终端变电所，考虑供电可靠性，采用两台主变压器。 最大综合计算负荷的计算： mva p ks n i i i t 759.22 1 . 2 05 . 0 1 8 . 0 118 . 08 . 18 . 159 85. 0 1 cos 0 0 1 max max ）（ 式中各出线的远景最大负荷； maxi p cosi各出线的自然功率因数； kt同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小， 一般在 0.80.95 之间； %线损率，取 5%. 由 max 2ssn （2.2） 得mvasn380.11 另由单台故障时 iiin ssss及 maxn 7 . 06 . 0s （2.3） 得 mvasn931.15 查询双绕组电力变压器技术参数表，选择主变为 sfz7-16000/110，油浸风冷 有载调压变压器，绕组材料为铜，额定容量为 16000kva，高压侧额定电压为 110kv，低压侧额定电压为 6.6kv，联接组别 yn d11；阻抗电压 10.5%。 二、站用电设计 在有两台及以上主变压器的变电站中，宜装设两台容量相同可互为备用的站 用变压器。每台站用变压器容量按全站计算负荷选择。两台站用变压器可分别接 自主变压器最低电压不同段母线，如有可靠的 10kv35kv 电源联络线时，亦可 一台接入联络线断路器的外侧。 本变电所没有电源联络线，固本变电所采用两台站用变压器，其容量： 50kva；站用变压器应选用低损耗节能型产品。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 4 - （ （ （ （ （ （ c c 3 30 0a a 6 6 1 10 0k kv v i i 1 10 0a a 2 20 0 6 63 3k kv v 三、主变中性点接地方式设计 1）110kv500kv 侧中性点直接接地。本变电所高压侧为 110kv 电压等级， 可以采用全绝缘。 2）6(10)kv63kv 侧中性点不接地或经消弧线圈接地； a、当单相接地故障电容电流采用消弧线圈。 b、10kv 在局部条件成熟的区域，可试用中性点经低电阻接地方式。 的计算方法： c i 架空线： （2.4）)(10) 3 . 37 . 2( 3 alui nc 式中：系数有架空地线取 3.3；无架空地线取 2.7； ue 线电压 kv； l 线路长度 km 。 电缆： （2.5）)(1 . 0alui nc 表 2.1：厂站母线增加的电容电流： 电网电压 kv6103563110 1816131210 先假设本变电所 6kv 出线都是架空线，则有： （2.6） a ic 30a163. 018 . 0 1105 . 1 2 . 12 . 111113 . 03 . 0(67 . 2 3 ）（） 所以主变低压侧中性点不需要经消弧线圈接地，既不接地。 四、无功补偿设计： 1）无功补偿关系到电力系统的电压质量、安全及经济运行，无功补偿可以 减少无功功率的传输，提高电压质量和减小电能损耗。 2）电网的无功补偿应按分层分区和就地平衡原则配置，采取用户端分散就 地补偿与地区变电站集中补偿相结合的方式，以利于降低电网损耗和有效控制电 压质量。 3）220 千伏及 110 千伏变电站，应根据设计计算，配置适当容量的无功补 偿装置，并满足在主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于 0.95；在低谷 负荷时功率因数不应高于 0.95，不低于 0.92。 (%) c i 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 5 - 4）一般情况下，220 千伏变电站容性补偿容量按主变压器容量的 10%25% 配置；110 千伏及以下变电站容性无功补偿容量按主变压器容量的 15%30%配置。 机组关停集中地区及电网末端地区新建变电站无功补偿容量宜按高限配置。 5）110 千伏变电站采用并联电容器补偿，补偿电容器分别安装在 610 千伏 的分段母线上。 6）变电站中主变低压侧所采用的并联电容器应根据占地、谐波等情况综合 考虑，宜优先采用组合式电容器组，单只容量优先采用 100 千乏。在用地面积受 限的地区，也可采用集合式电容组。在谐波严重的地点，宜采用组合式电容器组。 7）110 千伏变电站无功补偿（河南电网发展技术原则 ） （1）变电站低压电容器补偿按补偿主变损耗、留足备用的原则，经调相调 压计算后，宜按如下配置： 40 兆伏安主变：2.4 兆乏+3.6 兆乏 50 兆伏安主变：3 兆乏4.8 兆乏 63 兆伏安主变：24.8 兆乏 （2）对于电缆出线较多的变电站，应考虑配置适当低压电抗器。 本变电所为 110kv 变电所，则按主变容量的 1530来确定无功补偿装置 的容量。此设计中主变容量为 16000kva*2=32000kva，故并联电容器的容量为： 4800kvar9600kvar 为宜，在此设计中取 9600kvar。 并联电容器装置的分组原则：并联电容器装置的分组原则： 1）并联电容器装置的分组主要由系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波 含量等因素确定。 2）对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容 器装置，不必分组，可直接与设备相联接，并与该设备同时投切。 对于 110kv220kv、主变代有载调压装置的变电所，应按有载调压分 组，并按电压或功率的要求实行自动投切。 3）终端变电所的并联电容器设备，主要是为了提高电压和补偿变压器的无 功损耗。此时，各组应能随电压波动实行自动投切。投切任一组电容器时引起的 电压波动不应超过 2.5。 并联电容器分组方式：并联电容器分组方式： 1）并联电容器的分组方式有等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等 差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。 2）各种分组方式比较 a、等差容量分组方式：由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联 电容器装置可按不同投切方式得到多种容量组合。既可用比等容量分组方式少的 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 6 - 分组数目，达到更多种容量组合的要求，从而节约了回路设备数。但会在改变容 量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能使分组容量较小 的分组断路器频繁操作，断路器的检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出运行 的可能性增加。因而应用范围有限。 b、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组：当某一 并联电容器组因短路故障而切除时，将造成整个并联电容器装置退出运行。 c、等容量分作方式，是应用较多的分作方式。 综上所述，在本设计中，无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式。 并联电容器装置的接线并联电容器装置的接线 并联电容器装置的基本接线分为星形（y）和三角形（）两种，星形接线 的电容器额定电压应该为所接母线电压的相电压，而三角形接线的电容器额定电 压应该为所接母线电压的线电压。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，以 便采用中性线不平衡电流保护，双星形台数为 12 的倍数，单星形台数为 6 的倍 数。在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。 本变电所应采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性 都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于 6kv 及以上的大容量并联电容器组。电 容器个数：9600kvar100=96，则电容器个数应该为 96 个，每段母线装设 48 个， 既共装设 8 个双星形。 中性点接地方式：对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功 功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。 并联电容器对并联电容器对 6kv 系统单相接地电流的影响系统单相接地电流的影响 6kv 系统的中性点是不接地的，该变电站采用的并联电容器组的中性点也是 不接地的，当发生单相接地故障时，构不成零序电流回路，所以不会对 6kv 系统 造成影响。 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 7 - 3 3 电气主接线设计电气主接线设计 3.1 对电气主接线的基本要求对电气主接线的基本要求 发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气 主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明 各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。 所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力 系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、 继电保护和控制方式的拟定有较大影响。 3.1.1 可靠性 1)断路器检修时，能否不影响供电。 2)断路器或母线故障以及母线或母线隔离开关检修时，停运的回路数的多少和 停电的时间的长短，能否保证对 i 类负荷和大部分 ii 类负荷的供电。 3)发电厂、变电所全部停运的可能性。 4)大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求。 3.1.2 灵活性 1)调度灵活 2)检修安全、方便 3)扩建方便 3.1.3 经济性 1)投资省。 2)主接线力求简单，以节省一次设备。 3)二次回路简单。 4)能限制短路电流，以便选择价廉的设备。 5)占地面积小。 6)电能损失少。 主接线除应满足以上技术经济方面的基本要求外，还应有发展和扩建的可能 性，以适应发电厂和变电所可能扩建的需要。 3.2 对电气主接线方案的初步设计对电气主接线方案的初步设计 6220kv 高压配电装置的基本接线方式： （1）有汇流母线的接线：单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 8 - 旁母线或旁路隔离开关等。 （2）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。 6-220kv 高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。 采用分段单母线或双母线的 110220kv 配电装置，当短路点不允许停电检 修时，一般需设置旁路母线。对于屋内配电装置或采用 sf6全封闭电器的配电装 置，可不设旁母。356kv 配电装置中，一般不设旁路母线，因为重要用户多是 双回路供电，且断路器检修时间短，平均每年约 23 天。如线路断路器不允许 停电检修时，可设置其它旁路设施。610kv 配电装置，可不设旁路母线，对于 初线回路数多或多数线路向用户单独供电，以及不允许停电的单母线、分段单母 线的配电装置，可设置旁路母线，采用双母线 610kv 配电装置多不设旁路母线。 对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器 较少或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护 要求时，也可采用线路分支接线。 拟定可行的主接线方案 23 种，内容包括主变的形式，台数以及各级电压 配电装置的接线方式等，并依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优 缺点，淘汰差的方案，保留一种较好的方案。 3.2.1 110kv 侧主接线设计 本变电所 110kv 侧供电线路只有两回，线路较长，故选用单母线分段接线 与内桥接线这两种方案进行比较。 图 3.1 内桥接线 图 3.2 单母线分段接线 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 9 - 3.2.2 6kv 侧主接线设计 610kv 系统中，出线在 6 回或以上时一般使用单母线分段接线形式，当用 户要求不能停电时可装设旁路母线。故选用手车式单母线分段接线与单母线分段 带旁母接线两种方案进行比较决定。 图 3.3 手车式单母线分段接线 图 4.4 单母线分段带旁母 3.3 几种方案的比较及最终接线几种方案的比较及最终接线 表 3.1：根据以上几点要求对主接线的初设方案进行比较，结果如下： 方案一：为“单母线分段接线”方案二：为“内桥接线” 110kv 比单母线接线多投入一个断路器和两个 隔离开关，不仅便于检修母线而减少母 线故障影响范围，对于重要用户可从不 同段引两个回路，而使重要用户有两个 电源供电，当一段母线发生故障时，分 段断路器自动将故障段隔离，保证正常 段母线不间断供电，不致使重要用户停 电，可提高供电可靠性和灵活性。 优点：接线简单、清晰，使用开关 量相对较少。线路正常投切或故障 切除时不影响其他回路运行，具有 一定的可靠性和灵活性。 缺点：不适用于主变经常投切的情 况，主变投切需要短时停电。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 10 - 方案一：为“手车式单母线分段接线”方案二：为“单母线分段带旁母接 线” 6kv 同上所述，而且由于采用手车式开关柜， 供电可靠性进一步提高，检修非常方便， 只需要一个备用的手车式断路器即可。 优点：具有单母线分段的全部优点， 并在检修断路器时不至于中断对用 户供电。供电可靠性高。 缺点：占地面地大，刀闸多，投资 较多。 110kv 侧只有两条进线，穿越功率并不是很大，且进线线路较长，故障率较 高，考虑供电可靠性及经济性，故采用内桥接线。 6kv 侧方案一比较经济，而且现在多采用手车式开关柜，可靠性也较高，可 以满足要求，故采用手车式单母线分段接线。 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 11 - 4 4 短路电流计算短路电流计算 4.1 画等值电路画等值电路 图:4.1 图 4.2 图 4.3 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 12 - 短路电流按短路最严重情况计算。当选择最大运行方式时，短路电流是最大 的。上图为短路等值电路及其化简过程，其中 k1，k2 为高压侧与低压侧三相短 路时短路电流最大的点，由于低压侧分列运行发生三相短路时短路电流没有 k2 点的严重，固不予考虑。下面开始计算各回路电抗（取基准功率 sd = 100mva ud=uav） 根据任务书中的数据及所选变压器的参数有： 图 4.1 中： （4.1）8 . 0 11 s xx （4.2）75 . 0 22 s xx （4.3）1512 . 0 115 100 504 . 0 22 03 d d u s lxx 同理有 2117. 00907 . 0 54 xx （4.4） （4.5）65625 . 0 16 100 100 5 . 10 100 % *76 n ds t s su xxx 此计算过程中略去了各元件的电阻、输电线路的电容和变压器的励磁支路。 等值电路的化简如图 4.2、图 4.3 所示，其中： (4.9) 3281.0 2 1 )8.4(0423.0 )7.4(0706.0 )6.4(0302.0 611 543 54 10 543 53 9 543 43 8 xx xxx xx x xxx xx x xxx xx x （4.10） 4550 . 0 / 10928112 xxxxxx 等值容量为 mvasss1100900200 max2max1 4.2 计算短路电流计算短路电流 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 13 - 短路电流的计算方法有：同一变换法和个别变换法。本次计算用同一变换法， 将电源合并成，求等值电抗。在合并过程中，需要注意： 1)此电源对短路点的短路电流的变化规律是否相同或相近； 2)距短路点的电气距离。 说明： 1)距短路点电气距离相差很大的电源，即使是同类型电源不能合并； 2)直接接于短路点的发电机（或发电厂）应单独处理； 3)无限大容量电源不能合并，必须单独计算。 (4)等值电源的容量等于提供短路电流的所有电源的额定容量之和。 对于短路点 k1： 等值电抗为 (4.11) 4550. 0 12*1 xx k 计算电抗：发电机的纵轴次暂态电抗和归算到发电机额定容量的外接电抗标 幺值之和。 计算电抗为 (4.12) 005 . 5 100 1100 4550 . 0 *11 d kjsk s s xx 对于短路点 k2： 等值电抗为 (4.13) 7831 . 0 1211*2 xxx k 计算电抗为 (4.14) 6141 . 8 100 1100 7831 . 0 *22 d kjsk s s xx 本变电所 110kv 侧后备保护时间取为 4s，6kv 侧后备保护时间取为 2s。对 于短路点 k1、k2，由于电源对其的计算电抗 xjs 3.45，近似认为短路电流周期 分量的幅值已不随时间变化，则有： 110kv 侧： (4.15) 1998 . 0 1 1 *4*2 “ * jsk ss x iiii (4.16) 4 . 1103 101153 101100 1998 . 0 3 1 3 6 1 42 “ a u s x iiii av jsk ss 6kv 侧： (4.17) 1161 . 0 1 2 *2*1 “ * jsk ss x iiii 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 14 - (4.18) 7 . 11703 103 . 63 101100 1161. 0 3 1 3 6 2 21 “ a u s x iiii av jsk ss 4.3 短路电流计算结果汇总短路电流计算结果汇总 表 4.1：短路电流计算结果： 短路点 (a) “ i (a) 2 tk i （a） tk i （a） sh i 110kv 母线1104.31104.31104.32816.0 6kv 母线（并列）11703.711703.711703.729844.4 “552i.ish 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 15 - 5 5 配电装置的配置及主要电气设备的选择配电装置的配置及主要电气设备的选择 5.1 配电装置的配置配电装置的配置 发电厂和变电站主接线中，所装开关电器、载留导体以及保护和测量电器等 设备，按一定要求建设而成的电工建筑物，称为配电装置。它的作用是接受电能 和分配电能，发生故障时通过自动或手动操作，迅速切出故障部分，恢复正常运 行。可以说，配电装置是具体实现电气主接线功能的重要装置。 5.1.1 屋内外配电装置的最小安全净距 1)最小安全净距的含义是：在此距离下，无论是处于最高工作电压之下，还 是处于内外过电压之下，空气间隙均不致被击穿。 2)敞露在空气中的屋内和外配电装置的各种间距中，最基本是： a1 值：带电部分对接地之间的空间最小安全净距。 a2 值：不同相带电部分之间的空间最小安全净距。 3)b、c、d、e 等值均系在 a1 值基础上再考虑一些其他实际因素得出的。 5.1.2 屋内外配电装置间隔的概念 1）间隔：配电装置通常由数个不同的间隔组成，所谓间隔是指一个具有特 定功能的完整的电气回路，包括断路器、隔离开关、电流互感器、高压熔断器、 电压互感器、避雷器等中不同数量的电器设备。一般由架构（屋外配电装置）或 隔板（或墙体）来分界，使不同电气回路互相隔离，故称为间隔。 2）间隔的类型：根据其功能，间隔可分为进线（发电机、变压器引出线回 路）间隔、出线间隔、旁路间隔、母联间隔、分段间隔、电压互感器和避雷器间 隔等。对成套式配电装置，如果采用的是高压开关柜，则每个开关柜为一个间隔。 3）列：各间隔依次排列起来即为列，屋外配电装置的布置通常按断路器的 列数分为单列布置、双列布置和三列布置。采用高压开关柜的屋内配电装置则按 开关柜布置的列数分为单列布置和双列布置。 5.1.3 配电装置的要求 1）配电装置的设计和建设，应认真贯彻国家的技术经济政策和有关规程的 要求，特别注意应节约用地，争取不占或少占良田。 2）保证运行安全和工作可靠。设备要注意合理选型，布置应力求整齐、清 晰。 3）便于检修、操作和巡视。 4）便于扩建和安装。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 16 - 5）在保证上述条件下，应节约材料，减少投资。 5.1.4 配电装置的分类及使用范围 配电装置按电气设备装置的地点，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按 组装的方式，可分为在现场组装而成的装配式配电装置，以及在制造厂将开关电 器等按接线要求组装成套后运至现场安装用的成套配电装置。 屋内配电装置是将电气设备安装在屋内，它的特点是占地面积小，运行维护 和操作条件较好，电气设备受污秽和气候条件影响较小；但需建造房屋，投资较 大。 屋外配电装置是将电气设备装置在屋外，它的特点是土建工程量小，投资小， 建造工程短，易扩建，但占地面积大，运行维护条件较差，易受污秽和气候条件 影响。 在发电厂和变电所中，一般 35kv 及以下的配电装置采用屋内配电装置， 110kv 及以上的配电装置多采用屋外配电装置。但 110kv 及以上的配电装置，在 严重污秽地区，如海边和化工厂区或大城市中心，当技术经济合理时，也可采用 屋内配电装置。 成套配电装置一般布置在屋内，特点是结构精密，占地面积小，建设期短， 运行可靠，维护方便，但耗用钢材较多，造价较高。目前我国生产的 335kv 各 种成套配电装置，在发电机和变电站中已广泛应用。 由以上各种方案比较得：在本设计中，6kv 采用屋内配电装置，手车式高压 开关柜。.由于本变电所为给 tq 化肥厂供电，为避免化学腐蚀，则 110kv 采用半 屋内 gis 配电装置。 5.2 选择导体和电气设备的一般原则选择导体和电气设备的一般原则 电气设备的选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是 使电气主接线和配电装置达到安全运行的重要条件，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，积极而稳妥地采用新技术并注意节约， 必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。 5.2.1 选择导体和电器的一般原则如下： 1)应力求技术先进、安全适用、经济合理； 2)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； 3)应按当地环境条件校核； 4)应与整个工程的建设标准协调一致； 5)选择的导体品种不宜太多； 6)选用新产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 17 - 合格。 5.2.2 设备的选择和校验 电气设备和载流导体选择的一般条件 （1）按正常工作条件选择 a)额定电压：所选电气设备和电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路 的最高运行电压 ueuew. b)额定电流：所选电气设备的额定电流 io，或载流导体的长期允许电流 iy， 不得低于装设回路的最大持续工作电流 i gmax 。 说明：计算回路的最大持续工作电流 i max 时，应考虑回路在各种运行方式 下的持续工作电流，选用最大者。 最大持续工作电流的计算如下： 110kv 侧主变压器进线 (5.1) 18.88 1103 1600005 . 1 3 05. 1 max a u s i n n g 110kv 侧出线 (5.2) 4 . 220 1103 1000032000 3 )2( max a u ss i n n g 穿 6kv 主母线 (5.3) 6 .1616 63 1600005 . 1 3 05 . 1 max a u s i n n g 6kv 母线分段回路 (5.4) 3 . 12938 . 0 63 1600005 . 1 8 . 0 3 05 . 1 max a u s i n n g 6kv 侧主变引下线 (5.5) 6 . 1616 63 1600005 . 1 3 05 . 1 max a u s i n n g 110kv 侧联络回路 (5.6) 5 . 136 1103 1000016000 3 )( max a u ss i n n g 穿 用户线路： 合成氨 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 18 - )7 . 5( 3 . 909%)1 ( cos3 8 . 0 max a u p i n g 尿素 )8 . 5(2 .505%)1 ( cos3 8 . 0 max a u p i n g 辅助车间 )9 . 5( 9 . 181%)1 ( cos3 8 . 0 max a u p i n g 包装 )10 . 5 (9 .181%)1 ( cos3 8 . 0 max a u p i n g 生活区 )11 . 5 (04.101%)1 ( cos3 max max a u p i n g 备用 )12 . 5 ( 3 . 126%)1 ( cos3 max max a u p i n g （2）按短路状态校验 a.热稳定校验： 当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值 qdqy，qdi2t t，t=tpr+tab 校验裸导体的短路热稳定时，tpr 宜采用主保护动作时间，如主保护有死区时，则 采用能对该死区起保护作用的后备保护动作时间；校验电器的短路热稳定时，tpr 宜采用后备保护动作时间。 b.动稳定校验： ichidw， ichidw 用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定。 （3）按经济电流密度选择导体 采用半屋内 gis 配电装置的 tq 化肥厂 110kv 降压变电所设计 - 19 - 除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面宜按经济电流密度选择，即： (5.13) max j i ss g j 接近 （4）按当地环境条件校验 (5.14) max 0 0 gal al al alal ikiii 式中 k 修正系数； 导体或电器长期发热允许最高温度； al 安装地点周围环境温度； 额定环境温度。 0 *周围环境温度的确定： 裸导体 屋外：最热月平均最高温度；屋内：最热月平均最高温度+5 度。 电器 屋外： 年最高温度； 屋内：最热月平均最高温度+5 度。 （5）电晕电压校验 1)导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声、无线电干扰和金属腐蚀等不良影 响。 2)为了防止发生全面电晕，要求 110kv 及以上裸导体的电晕临界电压 ucr 应大于其最高工作电压 umax，即：。 maxrc uu 说明：在海拔不超过 1000m 的地区：下列情况可不进行电晕电压校验： 1)110kv 采用了不小于 lgj-70 型钢芯铝绞线和外径不小于 20 型管形导体 时； 2)220kv 采用了不小于 lgj-300 型钢芯铝绞线和外径不小于 30 型的管形 导体时。 5.3 110kv 半屋内半屋内 gis 配电装置的选择配电装置的选择 本变电所高压侧为 110kv，可以选择 zf7a-126 型 sf6 全封闭组合电器 （gis） ，该电气设备为全三相共箱式结构，灵活的模块化设计可以满足各种主接 线的布置，各功能单元间隔具有运输方便、安装调试周期短优点，一般间隔宽度 为 1.5 米。zf7a-126 型 gis 配电装置的断路器配用电动弹簧机构，隔离开关、接 地开关、快速接地开关配用电动及电动弹簧机构。 5.3.1选型须注意事项 1)该选型是按照双母线、单母线、内桥、线路变压器组主接线常见的方式， 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 20 - 设计相应的间隔布置及基础要求。如果接线方式或布置结构变动，基础图相应变 更。 2)选型时请明确断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关配用机构类型。 3)选型时请明确户内、户外产品，户外产品在表面涂装、防雨等方面技术要 求与户内不同，价格有所区别。选型时请注意额定短时耐受电流、额定电流等主 要技术参数选择，额定短时耐受电流 31.5 ka 和额定短时耐受电流 40ka，额定电 流 2000a 和额定电流 2500a 以上产品有区别，如价格有所区别。 表 5.1：该产品主要技术参数 序号名称单位参数 1 额定电压 kv 126 2 额定电流 a 2000、2500、3150 3 额定频率 hz 50 4 额定短时耐受电流 (3s) ka 31.5、40 5 额定峰值耐受电流 (峰值) ka 80、100 6 额定短路开断电流 ka 31.5、40 7 额定短路关合电流 (峰值) ka 80、100 8 额定绝缘水平 额定雷电冲击耐受电压 短时工频耐受电压 1min kv kv 550 230 9 sf6 额定气压 断路器气室 其余气室 mpa 0.5 0.4 5.3.2 设备参数的选择及校验 本变电所 110kv 侧采用内桥形式的主接线，可以采用该形式的基础图。考虑 防污，固该装置布置在屋内，3s 额定短时耐受电流选择为 31.5 ka，额定电流选 择为 2000a。由短路电流计算可知该参aaiai sh 4 . 220i 0 .2816 3 . 1104 gmax “ 数满足热、动稳定要求。 断路器的三极灭弧室呈品字形布置装在一个底板上面后，共同放在一个金属 外壳内，通过装在该底板下面的拐臂盒内的连动机构实现三极灭弧室的机械联动 操作；该 gis 的断路器为单断口结构，配电动弹