毕业设计（论文）-110KV降压变电所电气设计.doc

前前 言言 通过三年的学习和两次简单的课程设计，为毕业设计打下了坚实的理论基 础。此次我们进行了为期十三周的毕业设计，设计题目“110kv 降压变电所电 气设计，它主要包括电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选型、所用电 设计、配电装置设计继电保护整定计算、防雷及接地装置设计七个部分。 此次设计的特点是：对专业知识进行更好的巩固与吸收。 参考了电力工程电气设计手册 1,2 、 新编工厂电气设备手册 、 现代 建筑电气设计施工手册 、 发电厂电气等书籍来完成这次设计，受益匪浅。 目录目录 第一章第一章 原始材料分原始材料分 析析（3） 第 1.1 节 原始材 料（3） 第 1.2 节 原始材料分 析（3） 第二章第二章 电气主接线的设电气主接线的设 计计（4 4） 第 2.1 节 主接线设计的原 则（4） 第 2.2 节 本变电所的主接 线（4） 第 2.3 节 方案比 较（5） 第 2.4 节 主接线中的设备配 置（6） 第 2.5 节 电网中性点接 地（7） 第 2.6 节 主变压器的选 择（9） 第三章第三章 短路电流计算短路电流计算 （1212） 第 3.1 节 短路电流计算的目的.规定和步骤（12） 第四章第四章 电气主要接线的选择及校验电气主要接线的选择及校验 （1616） 第 4.1 节 电气设备选择的基础知识 （16） 第 4.2 节 电气设备选择及校验 （18） 第五章第五章 防雷及接地装置防雷及接地装置 （3131） 第 5.1 节 接地装置 （33） 第 5.2 节 防雷保护 （33） 参考文献参考文献 （3838） 第一节第一节 原始材料原始材料 1.1.11.1.1 题目：高压配电网题目：高压配电网 a a 变电所电气一次部分设计变电所电气一次部分设计 (1) 原始资料： （1）高压变电所设计的有关原始资料如下： 1）发电厂、变电所地理位置，见图 1。 2）原有发电厂设备数据。 3）待建变电所有关部分资料，见表 1。 4）典型日负荷曲线如图 3 所示。 5）其他说明：功率初步平衡，最大负荷利用小时数 tmax=5000h，厂用电 率为 7%，线损率为 6%；各负荷最大同时系数据取 1.0；本高压配电网多余 功率送回系统，功率缺额由系统供给；除特别说明之外，高压侧均按屋外布 置考虑配电装置，待设计各变电所低压出线回路数。电压为 10kv 时，每回出 线按 15002000kw 考虑；已有发电厂和变电所均留有间隔，以备发展；区 域气温最高为 40，年平均气温为 25，最热月平均最高气温 32。 。 表 1： 编号 最大负荷 （mw） 功率因数 二次侧电 压 调压要求负荷曲线 重要负荷 （%） a36 09 10 顺 a75 b200.910 逆 b65 c250.910 顺 a60 d230.910 顺 b75 (2)原有发电厂主设备数据如下： 1）发电机 g1、g2：qf2-25-2；qfq-50-2。 2）变压器 t1、t2：sfz7-31500/110；t3：sfz7-63000/110。 s g e(110kv) c d f(110kv) b a 50 25 20 30 40 25 45 23 50 25 s g 说明： 发电厂 系统 a，b，c，d为待建变电所。e，f为已有变电 所，连线上的数字为路径公里数。 图1 发电厂、变点所地理位置图 图 3 典型日负荷曲线 （a）典型日负荷曲线 a； （b）典型日负荷曲线 b： 第第 1.21.2 节原始资料分析节原始资料分析 1.2.11.2.1 主变选择主变选择 (1)由参考书可知变电所的最大负荷为 pm=2500kv (2)接线组别为：y0/型 (3)额定电压比为： 121/11 1.2.31.2.3 负荷分析负荷分析 (1)110kv 侧 进线 2 回，在 110kv 及以上的供电要求有一定的可靠性。 (2)10kv 侧 出线 10 回，并且、类负荷占 70，对变电所的可靠性、灵 活性要求较高. 1.2.41.2.4 气象分析气象分析 当地年最高气温 40 摄氏度，年最低气温 25 摄氏度，最热月平均温度 37 摄氏 度， ，气象条件一般，根据电力工程设计手册故选用设备时不做考虑，选普 通设备即可。 第第 2 2 章章 电气主接线的设计电气主接线的设计 第第 2.12.1 节节 主接线设计的原则主接线设计的原则 2.1.12.1.1 设计主接线的要求设计主接线的要求 在设计电气主接线时，要使其满足供电可靠性、运行的灵活性和经济性等项 基本要求。 (1)可靠性: 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。电气主接线也必须满足这个要 求。 衡量主接线运行可靠性的标志是: 断路器检修时，能否不影响供电。 线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多 少和停电范围的大小和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 变电所全部停电的可能性（应尽量避免） 。 (2)灵活性: 调度灵活，操作简便。 检修安全。 扩建方便。 (3)经济性: 投资省，主接线应简单清晰，以节约一次设备投资为主。 占地面积小。 电能损耗少。 第第 2.22.2 节节 本变电所的主接线本变电所的主接线 2.2.12.2.1 设计步骤设计步骤 (1)设计步骤: 拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，从技术上论证各方案 的优、缺点，淘汰一些较差的方案，保留 2 个技术上相当的较好方案。 对 2 个技术上较好的方案进行经济计算，选择出经济上的最佳方案。 技术，经济比较和结论：对个方案进行全面的技术，经济比较，确定 最优的主接线方案。 绘制电气主接线单线图。 综上所述，根据主接线的各项要求，结合我们设计的具体情况，设计出以下两 种方案进行比较，选出最合理的作为本次设计的主接线图。 2.2.22.2.2本变电所主接线方案的确定本变电所主接线方案的确定 (1) 110kv 侧主接线设计 两个方案 110 侧都采用内桥接线： 特点： a：造价低、并且容易发展为单母分段接线 b：两条线路上都装一台断路器，线路的切除和投入都比较方便，当线 路发生短路时，仅故障线路断路器跳开，仅停该线路，其他 3 个回路仍可继续 工作，适应于故障机率较多，而变压器又不需要经常切除的情况。而外桥则相 反，当线路故障时，两断路器都要跳开，要影响同组变压器的工作。 根据以上内桥与外桥的特点分析，出于对经济性与实用性的角度来考 虑，选择内桥是比较可行的。 (2) 适用范围 6-10kv 配电装置，当短路电流较大，出线需要加装电抗器时。 35-63kv 配电装置，当出线回路超过 8 回时。 110-220kv 配电装置，出线回路为 4 回及以上时。 (3) 10kv 侧主接线 单母分段带旁： 6-10kv 配电装置，对于出线回路数或多数线路系向用户单独供电，以及 不允许停电的单母线，单母分段装置，可设置旁路母线。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使重 要用户停电。供电可靠，调度灵活。 第第 2.32.3 节节 方案比较方案比较 2.3.12.3.1可靠性的比较：可靠性的比较： (1)110kv 侧两个方案都是用的内桥接线，故不再做比较。 (2)(2)10kv 侧、类负荷占 70%，要求可靠性较高，不充许停电。方案一带 着旁路可以不停电检修断路器，而方案二检修断路时必须停电。 (3)(3)上述方案一的可靠性要比方案二的可靠性好。 2.3.2灵活性的比较：灵活性的比较： (1) 110kv 对灵活性要求不高。 (2) 10kv 侧类负荷占 70%灵活性要求较高，明显带旁路比不带旁路灵活。 2.3.32.3.3 经济性比较：经济性比较： 方案 1：10kv 侧单母分段带旁 方案 2：10kv 侧单母分段不带旁 根据以上比较，方案 1 比方案 2 更为经济，所以选用方案 1 第第 2.42.4 节节 主接线中的设备配置主接线中的设备配置 2.4.12.4.1 隔离开关的配置隔离开关的配置 (1)断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。 (2)中性点直接接地的普通变压器应通过隔离开关接地。 (3)桥接线中的跨条宜用两组隔离开源串联，以便于进行不停电检修。 (4)接在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。 (5)接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。 2.4.22.4.2 接地刀闸或接地器的配置接地刀闸或接地器的配置 (1)35kv 及以上每段母线根据长度宜装设 12 组接地刀闸或接地器，两组接 地刀闸间的距离应保持适中。母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离 开关上和母线隔离开关上，也可装在其他母线隔离开关的基座上。必要时可设 置独立式母线接地器。 (2)63kv 及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配 置接地刀闸。 (3)旁路母线一般装设一组接地刀闸，设在旁路回路隔离开关的旁路母线侧。 (4)63kv 及以上主变压器进线隔离开关的变压器侧宜装设一组接地刀闸。 2.4.32.4.3 电压互感器的配置电压互感器的配置 (1)电压互感器的数量和配置与主接线有关，应满足测量、保护和自动装置的 要求。应能保证在运行方式改变时，保护装置不失压。 (2)6110kv 级每组主母线的三相上应装设电压互感器。 (3)当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 (4)兼作并联电容器组泄能和兼作限制切空线过电压的电磁式电压互感器，其 与电容器组之间和与线路之间主应有断开点。 2.4.42.4.4 电流互感器的配置电流互感器的配置 (1)装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和 自动装置的要求。 (2)变压器的中性点、变压器的出口、桥形接线的跨条上，虽未设断路器，也 应装设电流互感器 (3)对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，可按两相或三相 配置。 2.4.52.4.5 避雷器的配置避雷器的配置 （1） 配电装置的每组母线上，应装设避雷器。 （2） 110kv 及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附 近增设一组避雷器。 （3） 直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时，变压 器中性点应装设避雷器。变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线 且为单台变压器运行时，变压器中性点应装设避雷器。 （4） 不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点应装 设避雷器 （5） 变电所 35kv 及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷 器。 （6） 变电所的出线如有架空线路出线时，在架空线出线处应装设避雷器。 第第 2.52.5 节节 电网中性点接地电网中性点接地 电网中性点接地方式与电网的电压等级、单相接地故障电流、过电压水 平以及保护配置等有密切关系。电网中性点接地方式直接影响电网的绝缘水 平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信 线路的干扰等。 2.5.12.5.1 中性点非直接接地中性点非直接接地 (1)中性点不接地: 中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供 电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。但由于过电压水平高， 要求有较高的绝缘水平，不宜用于 110kv 及以上电网，在 6-63kv 电网中， 则采用中性点不接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不 易自熄，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网。 (2)中性点经消弧线圈接地: 当接地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地 电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。 (3)中性点经高电阻接地: 当接地电容电流超过允许值时，也可采用中性点经高电阻接地方式。 此接地方式和经消弧线圈接地方式相比，改变了接地电流相位，加速泄放 回路中的残余荷，促使接地电弧自熄，从而可提供足够的电流和零序电压， 使接地保护可靠动作，一般用于大型发电机中性点。 2.5.22.5.2 中性点直接接地中性点直接接地 直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备须立即切除，增加断路 器负担， 降低供电连续性。但由于过电压较低，绝缘水平可下降，减少了设备造价， 特别是在高压和超高压电网，经济效益显著。故适用于 110kv 及以上电网中。 此外，在雷电活动较强的山岳丘陵地区，结构简单的 110kv 电网，如采用直 接接地方式，不能满足安全供电要求和对联网影响不大时，可采用中性点经 消弧线圈接地方式。 2.5.32.5.3 中性点接地方式中性点接地方式 电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。 （1） 变压器的 110-500kv 侧采用中性点直接接地方式 自耦变压器，其中性点须要直接接地或经小阻抗接地。 凡中、低压有电源的升压站和降压变电所至少有一台变压器直接 接地。 终端变电所的变压器中性点一般不接地。 变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗 与综合正序电抗之比 x0/x1小于 3，以使单相接地时健全相上工 频过电压不超过阀型避雷器的灭弧电压；x0/x1尚应大于 1- 1.5，以使单相接地短路电流不超过三相短路电流。 所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调度 灵活选择接地点。当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器 中性点绝缘不是按线电压设计，应在中性点装设避雷器保护。 选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点 不接地的系统。 （2） 主变压器 6-63kv 侧采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式 6-63kv 电网采用中性点不接地方式，但当单相接地故障电流大于 30a， 或 10a 时，中性点应经消弧线圈接地。采用消弧线圈接地时，应注意以 下几点： 6-63kv 电网中需要安装的消弧线圈应由系统统筹规划，分散布 置。应避免整个电网只装一台消弧线圈，也应避免在一个变电所 中装设多台消弧线圈。在任何运行方式下，电网不得失去消弧线 圈的补偿。 在变电所中，消弧线圈一般装在变压器中性点中，6-10kv 消弧 线圈也可装在调相机的中性点上。 当两台变压器合用一台消弧线圈时，应分别经隔离开关与变压器 中性点相连。平时运行只合其中一组隔离开关，以避免在单相接 地时发生虚幻接现象。 如变压器无性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器。其容 量应与消弧线圈的容量相配合，选择接地变压器容量时，可考虑 变压器的短时过负荷能力。 第第 2.62.6 节节 主变压器选择主变压器选择 2.6.12.6.1 台数和容量的选择台数和容量的选择 （1） 主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电 容量和运行方式等综合考虑确定。 （2） 主变压器容量一般按变电所、建成后 510 年的规划负荷选择， 并适当考虑到远期的负荷发展。对于城网变电所，主变压器容量应与城 市规划相结合。 （3） 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济 比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力 网取得跔容量的备用电源时，可装设一台主变压器。 （4） 装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压 器的容量不应小于 70%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 （5）当一台事故停用时，另一台变压器事故过负荷能力查表得出过负 荷倍数为 1.3，允许时间为 2 小时。 2.6.22.6.2 主变压器型式的选择主变压器型式的选择 （1） 110kv 主变压器一般均应选用双绕组变压器。 （3） 具有两个电压等级的变电所，如通过主变压器各侧绕组的功率均 达到该变压器容量的 15%以上，主变压器宜采用双绕组变压器。 2.6.32.6.3本变电所主变压器容量的确定本变电所主变压器容量的确定 变压器最大负荷按下式确定： pmkop 式中：ko -负荷同时系数 对于装设两台或三台主变的变电所，每台变压器的额定容量sn通常 按下式进行初选： sn0.7 smax smax-变电所的最大计算负荷 对于此次设计的 110 kv 变电所，当一台变压器故障时，另外一台 承担 70%的负荷， sn= 0.7sm=0.7*27500=19250kva 两台变压容量相同 选一台容量为 20mva 的双绕组变压器 查表 2-5，故选择一台双绕组变压器。其参数： 表 2.1 额定容量额定电压 （kv） 阻抗电压 （%） 连接组标号 20mva1110.5y0/-11 2.6.42.6.4 所用电设计所用电设计 降压变电所的所用电负荷一般容量都不太大，对其可靠性的要求远不如 发电厂的厂用电那样高，因此，变电所的所用电接线简单，所用电压也只需 380/220 v 级，且动力与照明合用。 所用电设计的要求及原则 (1)所用电设计要求： 所用电设计应按照运行，检修和施工的需要，考虑全厂发展规划，积极慎 重的采用经过试验鉴定是新技术和新设备，使设计达到技术先进，经济合理。 所用电接线应满足正常运行的安全，可靠，灵活，经济和检修，维护方便等一 般要求外，还应满足下列特殊的要求： 尽量缩小所用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。 便于全期扩建连续施工，对公用负荷的供电要结合远景规划。 所用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全所发展的规划，积 极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备，使设计达到技术先进， 经济合理。 在选择所用电设备的形式时，应结合所用配电装置的布置。 (2)所用电的设计原则： 所内有较低电压母线时，可将一台变压器通过旁母断路器开关接到旁路 母线上。正常运行时，由工作母线供电，在工作检修或进行试验时，则 倒换旁路母线上供电 由主变压器的低压侧引接，所用变压器要选用大断流容量开关设备，否 则还要加电抗器。 所用电设备的布置应符合电力生产的工艺流程的要求，作到设备布局和 空间利用合理。 变电所的安全运行和维护创造良好的工作环境，巡回检查道路畅通，设 备的布置满足安全净距并符合防火、防暴、防潮、防冻和防尘的要求。 设备的检修和搬运不影响运行设备的安全。 在选择所用电设备的形式时，应结合所用配电装置的布置特点，择优选 用适当的产品。 。 本变电所所用电的设计 对于本次设计总容量为 20mva,枢纽变电所、总装机容量在 60mva 及以 上的变电 应装设两台变压器一台所用一台备用，应装设备用电源自动投入装置。当一 台变压器出现故障时，另一台利用空气开关自动投入。所用电占总负荷的 0.5%。 （1）所用变压器的选择： s 所用=pmax0.5% =200.5% =0.1mva =100kva 查表 3-6。故选择一台双绕组标准容量电力变压器。其参数： 表 2.2 型号容量低压侧额定电压 （kv） 连接组标号 sjl1-1000.4y/y0-12 两台双绕组标准容量电力变压器,一台投入一台备用。 第第 3 3 章：短路电流计算章：短路电流计算 第第 3.13.1 节节 短路电流计算的目的、规定和步骤短路电流计算的目的、规定和步骤 3.1.13.1.1 短路电流计算的目的：短路电流计算的目的： 变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目 的主要有以下几方面： （1） 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否 需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 （2） 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、 可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计 算。 （3） 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相 对地的安全距离。 （4） 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流 为依据。 （5 5） 接地装置的设计，也需用短路电流。 3.1.23.1.2 短路电流计算的一般规定短路电流计算的一般规定 (1) 计算的基本情况 电力系统中所有电源均在额定负载下运行。 所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁） 。 短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。 所有电源的电动势相位角相等。 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。 对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以 考虑。 (2) 接线方式： 计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线 方式（即最大运行方式） ，不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 (3) 计算容量： 应按本工程设计规划容量计算，考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑 工程建成后 510 年） 。 (4) 短路种类： 一般按三相短路计算。若自耦变压器等回路中单相（或两相）接地短路较 三相短路情况严重时，则应该按严重情况的进行校验 (5) 短路计算点： 在正常接线方式中，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计 算点。对于带电抗器的 610kv 出线与厂用分支线回路母线至母线隔离开关之 间的引线、套管时，短路计算点应该取电抗器前。选择其导体和电器时，短路 计算点一般取在电抗器后。 3.1.33.1.3 计算步骤计算步骤: : (1) 选择计算短路点: (2) 画等值网络（次暂态网络）图 首先去掉系统中的所有负荷分支，线路电容、各元件的电阻，发电机 电抗用次暂态电抗 xd“。 选取基准容量 sb和基准电压 ub(一般取后级的平均电压) 将各元件电抗换算为同一基准值的标么值 给出等值网络图，并将各元件电抗统一编号 (3) 化简等值网络，为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别 化简为以短路点为中心的辅射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电 抗，即转移电抗 xnd。 (4) 求计算电抗 xjs (5) 由运算曲线查出(各电源供给的短路电流周期分量标幺值运算曲线只作 到 xjs=3.5)。 (6) 计算无限大容量(或 xjs=3)的电源供给的短路电流周期分量。 (7) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 (8) 计算短路电流冲击值。 (9) 计算异步电动机供给的短路电流。 (10) 绘制短路电流计算结果表。 表 3-2 常用基准值 电气量 关系式基准值 sb(mav)100(或 1000,或某元件的额定容量) ub(kv)3.156.310.5 15.75 37115230345 ib(ka) ib=sb/(ub)318.39.165.53.661.56 0.502 0.251 0.167 xb() xb=ub/(ib)=ub2/sb30.09950.397 1.10 2.4913.7 1325301190 有功功率平衡 有功功率平衡 i.在最大负荷情况下的发电负荷 新建电网 pl1=(30+18+32+22)/(1-0.07-0.06)=117.24(mw) 原有电网 pl2=(121.5+210)/(1-0.07)=40.86(mw) 总的发电负荷 pl=pl1+pl2=117.24+40.86=158.10（mw） 发电机发出的功率 pg=252+50=100(mw) 联络线上的潮流 ps=pg- pl=100-158.10=-58.10(mw) 系统向该高压配电网送电 58.10mw。 ii.在最小负荷情况下的发电负荷 新建电网 pl1=(300.7+180.5+320.7+220.5)/(1-0.07-0.06) =72.87(mw) 原有电网 pl2=40.860.5=20.43(mw) 总的发电负荷 pl=pl1+pl2=72.87+20.43=93.30(mw) 发电机发出的功率 pg=225+40=90(mw) 联络线上的潮流 ps=pg- pl=90-93.30=-3.30(mw) 系统向该高压配电网送电 3.30mw。 高压配电网电压等级的选择 网电压等级决定于输电功率和输电距离，还要考虑到周围已有电网的电压 等级。本设计选择 220kv。 变电所主变容量 se需同时满足以下两个条件： i. se(0.60.7)smax; i. sesimp 其中，smax为变电所的最大负荷容量；simp为变电所的全部中药负荷容量。 因为 a、b、c、d 四个变电所都有重要负荷，所以每个变电所都选择两台主变。 a 变电所 se(0.60.7)30/0.9=2023.33(mva) se0.7530/0.9=25(mva) 选取两台 sfz9-25000/110。 b 变电所 se(0.60.7)18/0.9=1214(mva) se0.5018/0.9=10(mva) 选取两台 sfz9-16000/110。 b 变电所 se(0.60.7)32/0.9=21.3324.89(mva) se0.6532/0.9=23.11(mva) 选取两台 sfz9-25000/110。 c 变电所 se(0.60.7)22/0.9=14.6717.11(mva) se0.5018/0.9=10(mva) 选取两台 sfz9-20000/110。 查附表 25，以上四种型号变压器的阻抗参数的计算结果如下： sfz9-16000/110：rt=pku2n /1000sn=771102/1000162=3.64 xt=uk%un2/100sn=10.51102/10016=79.41 sfz9-20000/110：rt=2.84；xt=63.53。 sfz9-25000/110： sfz9-31500/110： 选择导线截面 首先计算不同负荷曲面的最大负荷小时数 tmax。 负荷曲线 a： tmaxa=24365(0.76+0.810+0.92+1.06)/24=7300(h) 负荷曲线 b： tmaxb=24365(0.516+0.84+0.62+1.02)/24=5256(h) (一)方案 1 (1)忽略变压器损耗，其功率因数为 0.9，计算各变电所的最大负荷如下： 变电所 a sa=pa+jqa=30+j14.53(mva) 变电所 b sb=pb+jqb=18+j8.72 (mva) 变电所 c sc=pc+jqc=32+j15.50(mva) 变电所 d sd=pd+jqd=22+j10.66(mva) (2)每段导线流过的最大电流。在正常情况下，a 变电所 110kv 侧分断路器闭 合 10kv 侧分段断路器分开；b 变电所 110kv 侧的桥断路器闭合和 10kv 侧分断 路器分开；c、d 变电所网接线开环运行。 根据每段导线的 tmax查表，且应用直线插值发得到的经济电流密度如下： ga：ga 段的 tmax取变电所 a 和 b 负荷的 tmax加权平均数。 tmax=(525618+730030)/(18+30)=6533.5 (h)；j= ab：tmax= tmax.b=5256(h),j=1.064(a/mm2) gc：tmax= tmax.c=0.816(a/mm2) gd：tmax= tmax.d=1.064(a/mm2) 表 8-9 经济电流密度 j(a/mm2) 最大负荷利用小时数 tmax(h)线路电压 （kv） 导线型号 2000300040005000600070008000 l11.481.191.000.860.750.670.6010 lgj1.721.401.171.000.870.780.70 35220 lgj,lgjq1.871.531.281.100.960.840.76 每段导线流过的最大电流、经济截面和选择的导线型号如下： ga:双回线中的一回线 i=0.5(18+30)1000/(1100.9)139.93(a),3 s=139.93/0.96145.76(mm2),选取的导线型号为 lgj-185。 ab:双回路中的一回线 i=0.5181000/(1100.9)52.49(a),3 s=52.49/1.06449.33(mm2),选取的导线型号为 lgj-120。 gc： i=321000/(1100.9)186.62(a),s=186.62/0.816228.71(mm2),3 选取的导线型号为 lgj-185。 gd： i=221000/(1100.9)128.30(a),s=128.30/1.064120.58(mm2),3 选取的导线型号为 lgj-120。 cd：与 gd 段相同，选取的导线型号为 lgj-120。 (2)校验。 分几种情况进行校验。 1) 按机械强度校验导线的界面积。为保证架空线路具有必要的机械强度， 相关规程规定，110kv 不得采用单股线，其最小截面如表 8-10 所示。 对于更高等级线路，规程未作规定，一般则认为不得小于 35 mm2。因此， 所选的全部导线满足机械强度的要求。 表 8-10 满足机械强度要求的导线最小截面(mm2) 导线类型通过居民区通过非居民区 铝绞线 3525 钢芯铝线 2516 钢线 1616 2）按电晕校验导线截面积。 表 8-11 不必验算电晕临界电压的导线最小直径和相应型号 330 额定电压 (kv) 110220 单导线双分裂 500 (四分裂) 750 (四分裂) 导线外径 (mm2) 9.621.433.1 相应型号 lgj-50lgj-240lgj-6002lgj- 240 4lgjq- 300 4lgjq- 400 校验时注意：对于 330kv 及以上电压的超高压线路，表中所列仅供参考； 分裂导线次导线间距为 400 mm2所选的全部导线满足电晕要求。 2)按允许载流量校验导线截面积。允许载流量根据热平衡条件确定的导线长期处 于通过的电流。因此，所有线路都必须根据可能出线的长期运行情况作载流量 校验。相关规定规程，进行这种校验时，钢芯铝绞线的允许温度一般取 70.按 此规定并取导线周围环境温度为 25 时，各种导线的长期允许通过电流如表 8- 12 所示。 表 8-12 导线长期允许通过电流(a) 截面积(mm2) 标号 35507095120150185240300400 lj170215265325375440500610680830 lgj170220275335380445515610700800 如果最高气温的最高平均温度不用于 25，则还应该按表 8-13 所列修改正 系数对表 8-12 中的数据进行修正。 表 8-13 不同周围环境温度下的修正系数 环境温度 -505101520253035404550 修正系数 1.291.241.201.151.111.051.000.940.880.810.740.67 按经济电流密度选择的导线截面积一般都比按正常运行情况下的允许载流 量计算的截面积大，所以不必作校验。只有在故障情况下，例如环式网络近电 源端线段断开或双回线肿一回断开时，才可能使导线过热。 本电压配电网所在地区的最高气温月的最高平均温度为 32，应用插值法得 到温度修正系数取 0.916。 ga：双回路断开一回，流过另一回的最大电流为 2139.93=279.86a，小 于 0.916515a。lgj-185 导线满足要求。 ab：双回线断开一回，流过另一回的最大电流为 257.44=114.88a，小于 0.916380a。lgj-120 导线满足要求。 gc：gd 断开，由 c 变电所通过路线 cd 给 d 变电所供电，流过 gc 的最大电 流为 186.62+128.30=314.92a，小于 0.916515a。lgj-185 导线满足要求。 gd：gc 断开，由 d 变电所通过路线 cd 给 c 变电所供电，流过 gd 的最大电 流为 186.62+128.30=314.92a，小于 0.916380a。lgj-120 导线满足要求。 (3) 计算正常和故障情况下的电压损耗umax。其线路参数如下： lgj-120/25：r1=0.263/km,x1=0.421/km,qc,l=3.572mvar/100km。 lgj-185/30：r1=0.170/km,x1=0.410/km,qc,l=3.675mvar/100km。 lgj-300/40：r1=0.105/km,x1=0.395/km,qc,l=3.820mvar/100km。 分别计算变电所 a、b、c、d 的运算负荷，再计算发电厂的运算功率。应用潮流 计算程序可以得到的结果见表 8-14 至表 8-17。 表 8-14 方案 1 在正常情况下的节点电压 节点电压(kv)最大电压损耗 (%) 运行情 况 abcdgss-bs-b 最大负 荷 111.65110.52111.73112.00113.98115.504.5%- 最小负 荷 108.60107.81108.34108.96109.93110.00-2.0% 表 8-15 方案 1 在故障情况下的节点电压 节点电压(kv)最大电压损 耗(%) 运行方式 abcdgss-bs-c 断开 ga- 回路 109.08107.91111.62111.89113.88115.504.5%- 断开 gc, 连接 cd 111.54110.40106.49109.45113.87115.50-8.2% (二) 方案 2 方案 2 的 c.d 变电所接线与方案一完全相同。下面只列出与方案一的变电所 a、b 接线部分。在正常情况下，变电所 b 的高压侧由变电所 a 送电的线路断路 器断开，变电所 a、b 的桥断路器皆合上。故障(或检修)情况是指线路 gb 退出 运行，变电所 b 的高压侧由变电所 a 送电的线路断路器合上，变电所 a 向 b 送 电，变电所 a、b 的桥断路器皆合上。 1. 计算各变电所的最大负荷 变电所 a： sa=pa+jqa=30+j14.53(mva) 变电所 b sb=pb+jqb=18+j8.72 (mva) 2每段导线流过的最大电流 线路 ga 的负荷曲线类型是(a)型，tmaxa=7300(h)；线路 gb 的负荷曲线类型是(b)型， tnaxb=5256(h)。每段导线流过的最大电流和选择的经济截面如下： ga：单回线 i=301000/(1100.9)174.96(a),3 s=174.96/0.916=191(mm2) gb：单回线 i=181000/(1100.9)104.98(a),3 s=104.98/1.064=98.66(mm2) 3.计算正常和故障情况下的电压损耗umax 应用潮流计算程序得到的结果见表 8-16 和表 8-17。 表 8-16 方案 2 在正常情况下的节点电压 节点电压(kv)最大电压损耗 (%) 运行情况 abcdgss-bs-b 最大负荷 111.31110.32111.72112.00114.00115.504.7%- 最小负荷 108.63107.36108.34108.94109.93110.00-2.4% 表 8-17 方案 2 在故障情况下的节点电压 节点电压(kv)最大电压损耗 (%) 运行方式 abcdgss-bs-c 断开 ga- 98.69103.27112.42112.70114.66115.5014.5%- 回路 断开 gc, 连接 cd 110.86109.87106.13109.10113.43115.50-8.2% 4.通过技术经济比较确定最佳方案 (1)通过最大负荷损耗时间法计算电网电能损耗。最大负荷损耗时间 max与最 大负荷利用小时数 tmax的关系见表 2-9。 (2)计算年费用和抵偿年限。其中： 1)线路的电能损耗： 方案 1： ga: p=0.65mw, max=4500h；a=6504500kwh=292.5104(kwh) ab: p=0.14mw, max=6250h；a=1406250kwh=87.5104(kwh) gc: p=0.28mw, max=6250h；a=2806250kwh=175104(kwh) gd: p=0.27mw, max=3682h；a=2706250kwh=99.41104(kwh) a1=292.5+87.5+175+99.41=654.41104(kwh) 方案 2： ga: p=0.54mw, max=3682h；a=5403682kwh=198.83104(kwh) gb: p=0.46mw, max=6250h；a=4606250kwh=287.5104(kwh) gc，gd：与方案 1 相同。 a2=198+287.5+175+99.41=760.74104(kwh) 方案 2 与方案 1 的线损之差为 760.74-654.41=106.33104(kwh) 2) 线路投资： 方案 1：变电所 a、b 的接线：lgj-185 双回路 23km；lgj-120 双回路 25km。 17.78231.8+14.75251.8=1399.84(万元) 变电所 c、d 的接线：lgj-185 线路 25km；lgj-120 线路 45km。 17.7825+14.7545=1152.5(万元) 线路投资=1399.84+1152.5=2552.34(万元) 方案 2：变电所 a、b 的接线：lgj-185 线路 23km；lgj-150 双回路 75km。 17.78231.8+14.75251.8=1399.84(万元) 变电所 c、d 的接线：lgj-185 线路 25km；lgj-120 线路 45km。 17.7825+14.7545=1152.5(万元) 线路投资=1399.84+1152.5=2552.34(万元) 方案 2 与方案 1 的线路投资之差为 2693.94-2552.34=141.60(万元) 3)变电所投资： 方案 1：变电所 a 高压侧采用单母线分段，变电所 b 高压侧采用内桥接线。 。 方案 2：变电所 a、b、c、d 均采用内桥接线。 。 4)年运行费。维修电力网正常运行每年所指出的费用，成为电力网的年运行费。 年运行费包括电能损耗费，折旧费，小修费，维修管理费。电力网的年运行费 可以计算为 u=a+z pz 100 z px 100 z pw 100 =a+(+)z (8-1) 100 pz 100 px 100 pw 式中 计算电价，元/ kwh； a每年电能损耗，kwh； z电力网工程投资，元； pz折旧费百分数； px小修费百分数； pw维护管理费百分数； 电力网的折旧、小修和维护管理费占总投资的百分数由主管部门制定，表 8-18 可以作为参考。 表 8-18 电力网的折旧、小修和维护管理费占总投资的百分数 设备名称折旧费(%)小修费(%)维护管理费(%)总计(%) 木杆架空线 铁杆架空线 钢筋混凝土架空线 电缆线路 15mva 以下的变电所 1540mva 的变电所 4080mva 的变电所 80150mva 的变电所 8 4.5 4.5 3.5 6 6 6 6 1 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 4 2 2 2 7 6 5 4.5 13 7 7 6 14 13 12 11.5 本设计采用钢筋混凝土架空线，变电所容量在 1540mva 之间。 方法二：抵偿年限法。在电力网设计方案选择时，如果两个方案的其中一个工 程投资大而年运行费用小；另一个方案工程投资小而年运行费用大时，那么用 抵偿年限法来判断。 抵偿年限法的含义是：若方案 1 的工程投资大于方案 2，而方案 1 的年运行费 小于方案 2，则由于方案 1 的年运行费的减少，在多少年内能够抵偿所增加的 投资，用公式表示 t= (z1-z2)/(u1-u2) 式中 z1 、z2方案 1、方案 2 的工程投资； u1、 u2方案 1、方案 2 的年运行费； 一般标准抵偿年限为 68 年。负荷密度大的地区取较小值；负荷密度小的地区 取较大值。按照抵偿年限法进行设计方案比较时，当 t 小于标准抵偿年限时， 选取投资大年费用小的方案；当 t 大于抵偿年限时，选择投资小运行费用大的 方案。 本设计方案的抵偿年限为 t= (z1-z2)/(u1-u2)=90.8/16.92=5.37(年) 因此，选取投资大，年运行费小的方案 1。 第第 4 4 章章 主要电气设备选择及校验主要电气设备选择及校验 导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术经济政策，并应 做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当留有发展余地，以满 足电力系统安全经济运行的需要。 第第 4.14.1 节节 电气设备选择的基础知识电气设备选择的基础知识 4.1.14.1.1 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，并考虑发展。 (2) 应按当地环境条件校核。 (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