《变电所设计正文》word版.doc

环北二次降压变电所电气部分初步设计摘 要电力系统专业的毕业设计是一次比较综合的训练，它是我们将在校期间所学的专业知识进行理论与实践的很好结合。根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及变电所设计等书籍的有关内容，了主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划和防雷保护的规划等主要工作。在此期间，遇到的种种问题均通过反复比较、验算，并请教老师得以解决。毕业设计论文由设计说明书、设计计算书、一套图纸（电气主接线图、总平面布置图、配电装置断面图）组成。内容较为详细，对今后扩建有一定的参考价值。关键词：电力系统 变电所 电气设备 配电装置ABSTRACTThe graduate professional power system design is a more integrated training, it is we will be in school during the schools expertise in theory and practice of good combination. According to the design tasks of the graduation requirements, comprehensive study by the expertise and and other books relating to the contents of the design process to complete the main transformer choice, the main electrical wiring formulation, short-circuit, the choice of electrical equipment, power distribution Device planning, protection and automatic devices for planning and the protection of the mine planning, and other major work. In the meantime, the various problems were encountered by repeated comparison, checking and ask the teacher to solve. Design graduation thesis from design specification, design and calculation on a set of drawings (the main electrical wiring diagram, the general layout plans and distribution devices sections). Content in more detail in the future expansion of a certain value.Key word: power system substation electricity equipment distribution device-I-环北二次降压变电所电气部分初步设计目 录摘 要IABSTRACTII设计引言1第1部分 说明书2第1章 设计引论21.1 电力系统的一般概念21.1.1 对电力系统运行的基本要求21.2 变电所的作用和工作原理及分类31.2.1 变电所的作用和工作原理31.2.2 变电所的分类3第2章 设计任务42.1 设计的基本要求说明42.1.1 设计地区环境42.1.2 系统网络图如下42.1.4 10kV侧用户负荷表52.1.5 其它条件52.2 设计主要内容52.3 设计范围及建设规模5第3章 主变压器及其无功补偿的选择63.1主变压器的选择63.1.1 主变压器台数的确定63.1.2 主变压器容量的确定63.2 功率因数的补偿及电容器的选择73.2.1 提高功率因数的意义73.2.2 电容器组总容量确定的要求73.2.3 并联电容器组的基本接线类型83.2.4 并联电容器组每相内部的接线方式83.2.5 并联电容器组的确定8第4章 电气主接线的选择94.1 对电气主接线的说明94.2 对电气主接线设计的基本要求94.2.1 可靠性94.2.2 灵活性94.2.3 经济性94.3 主接线的选择104.3.1 60kV侧主接线104.3.2 10kV侧主接线104.3.4 主接线方式的确定11第5章 短路电流计算125.1 短路计算概述125.2 短路计算条件125.2.1 电气系统短路电流计算条件125.2.2 一般规定135.2.3 限制措施135.3 短路过程分析145.3.1 由“无限大容量系统”供电的三相短路电流145.3.2 由“有限容量系统”供电时的三相短路电流145.4 短路电流的计算方法145.4.1 标幺值法的基本原理155.5 短路电流的计算16第6章 电气设备的选择176.1 高压电器选择的一般要求176.1.1 一般原则176.1.2 技术条件176.1.3 环境条件186.1.4 环境保护206.1.5 短路点选取206.2 高压断路器的选择206.2.1 按额定电压选择206.2.2 按额定电流选择206.2.3 按开断电流选择216.2.4 按额定关合电流选择216.2.5 动稳定校验216.2.6 热稳定校验216.2.7 高压断路器的确定216.3 高压隔离开关的选择226.4 电流互感器的选择226.4.1 设备种类的选择226.4.2 按一次额定电压和额定电流选择226.5 电压互感器的选择236.5.1 装置种类和型式选择236.5.2 按一次回路电压选择236.5.3 按二次回路电压选择246.5.4 按准确级和容量选择246.6 高压开关柜的选择246.6.1 高压开关柜的介绍246.6.2 高压开关柜结构特点256.6.3 高压开关柜选用指导意见256.6.4 高压开关柜的确定256.7 母线的选择256.7.1 选择条件256.7.2 导体截面选择和校验266.7.3 母线的确定26第7章 配电装置的规划277.1 电工建筑物总平面布置的基本原则277.2 本所电气布置规划方案277.2.1 60kV侧室外部分277.2.2 10kV侧室外部分277.2.3 10kV侧室内部分27第8章 继电保护及自动装置规划设计298.1 继电保护的配置298.1.1 电力系统继电保护的作用298.1.2 继电保护的要求298.1.3 变压器保护的配置298.1.4 10kV侧母线保护308.1.5 10kV侧线路保护318.2 自动装置的配置318.2.1 配置原则318.2.2 自动重合闸的作用318.2.3 自动重合闸装置应符合的基本要求318.2.4 待设变电所自动装置配置328.2.5 备用电源和备用设备自动投入328.3 继电保护与自动装置的确定32第9章 过电压防雷保护的规划设计339.1 避雷器的选择339.1.1 避雷器的选择要求339.1.2 避雷器的确定339.2 雷击过电压保护349.2.1 直击雷的保护范围349.2.2 避雷针的装设原则及接地装置的要求349.2.3 避雷针保护范围计算34第2部分 计算书35第10章 主变压器及功率补偿电容器组的选择3510.1 主变压器的选择3510.1.1 变电所所有负荷的总功率3510.1.2 变电所所有负荷的总容量3510.1.3 主变压器容量的确定3510.2 功率因数的补偿及电容器组的选择3610.2.1 功率因数的补偿3610.2.2 补偿容量的确定3610.2.3 补偿容量的校验36第11章 短路电流的计算3711.1等值系统图化简3711.2各元气件标幺值归算3711.3 60kV侧K1点三相短路的电路图化简计算3811.4 10kV侧K2点三相短路的电路图化简计算4011.5 各点短路电流42第12章 电气设备选择4312.1 60kV侧电气设备选择4312.1.1 60kV侧高压断路器的选择4312.1.2 60kV侧隔离开关的选择4412.1.3 60kV侧电流互感器的选择4412.1.4 60kV侧电压互感器的选择4512.2 10kV侧电气设备选择4512.2.1 10kV侧断路器的选择4512.2.2 10kV侧隔离开关的选择4612.2.3 10kV侧电流互感器的选择4712.2.4 10kV侧电压互感器的选择4812.2.5 10kV侧高压开关柜的选择4812.2.6 10kV侧母线的选择49第13章 防雷保护设计5013.1 避雷器选择5013.2 避雷针选择5013.2.1 避雷针高度选择5113.2.2 保护半径计算5113.2.3 保护范围最小宽度计算51总 结52致 谢53参考文献54附 录55-55-设计引言本毕业设计论文为环北60kV二次降压变电所电气部分初步设计，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、电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、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。目前，电力技术已成为世界能源领域的主流技术，发电、输电、配电技术的进步，提高了供电的能力、质量和可靠性，扩大了电力应用范围，因此，变电所的合理设计也变得尤为重要。设计工作是电力工程建设的关键环节，做好设计工作，对电力工程建设的工期、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。本论文即在遵循原则、合理规划、反复校验的基础上完成。第1部分 说明书第1章 设计引论1.1 电力系统的一般概念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。由于电力电能的重要特点是不能储存，因此电力电能的生产、输送、分配和使用是同时进行的，于是电力电能从生产到使用就构成一个整体，而由电力电能的生产、输送、分配和使用的发电机、变压器、电力线路及各种用电设备联系在一起组成的统一整体就称为电力系统。1.1.1 对电力系统运行的基本要求1.保证供电的可靠性电力系统的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危机人身和设备的安全运行，造成十分严重的后果，给国民经济带来严重的损失，因此，对电力系统的运行首先要保证供电的可靠性。根据用户本身的重要程度可将负荷分为三类：第一类负荷：将中断供电会造成人身事故、设备损坏、产品报废，生产秩序长期不能恢复，人民生活混乱，政治影响大等的用户以及军工系统划属为第一类负荷，是重要负荷；第二类负荷：将中断供电会造成大量减产，人民生活会受到影响的用户划属为第二类负荷；第三类负荷：除一、二类负荷以外的一般用户属于第三类负荷；电力系统供电的可靠性，首先是保证第一类负荷，然后才保证第二类负荷，最后才是第三类负荷。2.保证良好的电能质量良好的电能质量有三个指标:频率、电压、谐波。超过或低于三个指标时，会严重危及系统中电气设备的安全运行而造成设备损坏、人身事故。3.提高系统运行的经济性电能生产的规模很大，消耗的能源在国民经济能源总消耗中占的比重很大，而且电能在生产、输送、分配时损耗的绝对值是相当可观的。因此，提高电力系统运行的经济性具有极其重要的经济意义。电力系统的经济指标一般是指火电厂的煤耗以及电厂用电率和电力网的网损率等。1.2 变电所的作用和工作原理及分类1.2.1 变电所的作用和工作原理变电所是电力系统的重要组成部分，它是变换和调整电压、变换和分配电能的场所，往往担负着向用电设备直接供电的任务。变电所一般由变压器、配电装置（包括高低压开关、电压和电流互感器、避雷器、母线等设备）及相应的各种构筑物，控制和信号设备，继电保护装置和测量仪表，通讯及电源设备，导线及电缆等组成。有些变电所考虑母线的功率因数较低，还装有电力电容器组静止补偿装置或调相机等设备上述设备中，除控制与信号部分，继电保护装置，测量仪表，控制电源和通讯等设备外，其余部分称为一次设备，由一次设备组成的网络系统称为一次系统。1.2.2 变电所的分类按电压的升降分类，分为升压变电所和降压变电所两大类。升压变电所多与发电厂建在一起，又称为发电厂升压站，它把发电机电压升高，经高压输电线路把电能送到远处的负荷区，或与其他的高压变电所联结成统一的电力网系统。降压变电所按性质和规模将划分为区域变电所、地方变电所、终端变电所三种。1.区域变电所（一次变）主要特点是电压等级高，进出回路多，变压器容量大，在系统中地位比较重要。其高压侧均在110kV以上，低压侧也在35kV以上，它由大电网供电，通过降压后主要向地方变电所供电。2.地方变电所（二次变）地方变电所多由区域变电所或发电厂供电，主要向终端变电所供电，它的高压侧一般为10110kV，低压侧多为610kV。3.终端变电所多是工矿企业变电所和农村的乡镇变电所，它的高压侧多为1035kV，低压侧为310kV和0.4/0.22kV系统。终端变电所主要由地方变电所或发电厂供电，降压后直接向各种用电设备供电。本次设计的变电所是高压侧为60kV，低压侧为10kV的二次变电所配电系统和保护系统。第2章 设计任务2.1 设计的基本要求说明2.1.1 设计地区环境本次设计的变电所为地区二次变电所，电压等级为60/10kV，电源进线由两回架空线同来，10kV侧负荷出线路13回。待设计的变电所所处的地区地势平坦，平均海拔高度为350m，最高气温35，最低气温-26，年平均温度为11。周围空气无污染，出线走廊宽阔，交通方便。2.1.2 系统网络图如下2*50MVAcos=0.8Xd=0.1242*63MVAud%=10.52*40km100kmS=220kv2*63MVAud%=14.460kv2*10km待设计变电所2.1.4 10kV侧用户负荷表序号用户名称最大负荷cos回路数长度（km）Tmax附注近远1电机厂300042000.82125000有重要负荷2化肥厂250037000.82156500有重要负荷3家用电器厂200028000.81104000III类负荷4农机厂100015000.81104000III类负荷5糖果厂150025000.82145000有重要负荷6罐头厂100020000.81104000III类负荷7家具厂100025000.8183500III类负荷8水泥厂100020000.82175500有重要负荷9住宅小区80015000.81104500III类负荷2.1.5 其它条件1.线损率取5%。2.负荷的同时系数取0.8。3.有功负荷率取0.75；无功负荷率取0.82。4.要求变电所的平均功率因数补偿到0.95以上。2.2 设计主要内容1.变电所的变压器选定（型式、台数、容量、变压比）2.确定变电所电气主接线型式和绘图3.短路电流计算4.电气设备选择（补偿电容器、母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和高压开关柜）5.配电装置的规划设计6.全所继电保护和自动装置规划设计和整定计算7.全所过电压保护设计2.3 设计范围及建设规模1.60kV室外变电设备2.10kV室内配电设备3.变电所设备继电保护系统4.防雷系统第3章 主变压器及其无功补偿的选择3.1主变压器的选择3.1.1 主变压器台数的确定1.从10kV侧的负荷表中可以看出，每个负荷出线为两回路，负荷可以按两回路进行分配。2.主变压器在满足用户负荷容量的条件下，还应考虑检修、故障情况下的容量备用。3.因此，本次设计的变电所采用两台主变压器。3.1.2 主变压器容量的确定1.远期规划(1)主变压器的容量选择必须满足本次设计的变电所的负荷容量要求，也尽可能考虑变电所建成后510年的规划负荷的要求，也适当考虑到远期的负荷发展，与城市规划相结合。(2)根据变电所所带用户负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级重要负荷。对一般性变电所，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%80%。2.选择主变压器(1)根据10kV侧负荷表计算（详细的计算过程见计算书），最大负荷为： S总=23835kVA （考虑线损和负荷同时率）(2)本次设计采用两台主变压器互相备用运行方式，即当一台变压器停运或故障时，另一台变压器能保证全部负荷的70%重要负荷供电，即： STB=16684.5kVA(3)由10kV侧负荷表计算得重要负荷为：13020kVA，即变电所的重要负荷小于变压器的70%的备用容量（16684.5kVA13020kVA），所以变压器的70%的备用容量完全可以保证重要负荷的运行要求。(4)依据以上的参数选定63kV级变压器，选型号为SFZ7-20000/63，其主要参数见表3-1：表3-1 变压器主要参数表型号SFZ7-20000/63额定容量（kVA）20000额定电压（kV）6381.25%/10.5联接组标号YN,d11 阻抗电压（%）9.0空载电流（%）0.9空载损耗（kW）30.0短路损耗（kW）99.0 总重量(t)45.23.2 功率因数的补偿及电容器的选择3.2.1 提高功率因数的意义在工业企业的电力用户，绝大部分用电设备都具有电感性，需要从电力系统吸取无功功率，架空线路的功率因数均小于1，特别是在空载情况下，功率因数会更低。用电设备功率因数降低之后，由于有功功率需要量保持不变，于是无功功率需要量增加，这将给电力系统带来许多不良的后果。1.增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。2.使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。3.功率因数过低，还将使线路的电压损失增大，结果负荷端的电压就要下降，甚至会低于允许偏移值，从而严重影响异步电动机及其他用电设备的正常运行。所以必须在低压侧装设并联补偿电容器用以补偿无功，提高功率因数。3.2.2 电容器组总容量确定的要求1.并联补偿电容器组的总容量应满足所需的无功功率补偿值，其中串联组数应根据电力网和电容器的额定电压确定。2.串联补偿电容器组的容量应满足补偿度的要求，其中并联台数应按线路正常最大负荷电流选择。3.2.3 并联电容器组的基本接线类型并联电容器组的基本接线分为星形和三角形两种，当单台并联电容器的额定电压不能满足电网正常工作电压要求时，需由两台或多台并联电容器串接后达到电网政党工作电压的要求。为达到要求的补偿容量，又需用若干台并联才能组成并联电容器。3.2.4 并联电容器组每相内部的接线方式1.串接线方式，该接线方式的优点在于当一台故障电容器由于熔断器熔断后退出运行，对该相的容量变化和与故障电容器串整个退出运对行，对该相的容量变化和与故障电容器并联的电容器承受的工作电压影响较小，同时熔断器的选择只需考虑与单台电容器相配合，故工程中普遍采用。2.并接线方式，该接线方式的缺点为，当一台故障电容器由于熔断器熔断退出运行后，对该相的容量变化和剩余串电容器的断口绝缘水平应等于电网的绝缘水平，致使熔断器选择不易，故工程中不采用该接线方式。3.2.5 并联电容器组的确定根据计算得出需要补偿的容量为7150.5kvar因此选择的并联电容组的型号BAM11/-200-1W，Y型连接，数量为36个（3的倍数），其参数如表3-2表3-2 并联电容器组参数型号额定电压(kV)额定容量(kvar)额定电容(F)BAM11/-200-1W11/20015.78第4章 电气主接线的选择4.1 对电气主接线的说明变电所的电气主接线是变电所电气设计的首要部分，也是电力系统的重要部分，它表明了发电机、变压器、线路与断路器等设备的数量和接线方式，从而实现安全的发电、输变电、配电的任务。因电气主接线的重要性，直接影响变电所运行的可靠性、灵活性，并对电器设备的选择、配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的拟定、操作与检修的安全、以及今后的扩建都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。主接线形式的确定，变电所的形式也就随之确定下来了。4.2 对电气主接线设计的基本要求4.2.1 可靠性1.应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。2.主接线的可靠性包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。3.主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。4.要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。4.2.2 灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：1.调度要求，可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。2.检修要求，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。4.2.3 经济性1.投资省(1)主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。(2)要能使断电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。(3)要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。(4)如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。2.占地面积小主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。3.电能损失小经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。4.3 主接线的选择因本次设计为60/10kV电压等级的二次变电所，可分为60kV侧主接线与10kV侧主接线。4.3.1 60kV侧主接线60kV侧主接线共有两种备选方案：单元接线和内桥接线。1.单元接线(1)优点：接线简单，开关设备少，不需高压配电装置，且操作简便。(2)缺点：当线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时，线路停运。(3)适用范围：只有一台变压器和一回线路时。2.内桥接线(1)优点：在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单。(2)缺点：而在变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电，并且操作复杂。(3)适用范围：适用于小容量变电所，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高情况。4.3.2 10kV侧主接线10kV侧主接线共有两种备选方案：单母线分段和双母线接线。1.单母线分段(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：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。当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。(3)适用范围：610kV配电装置出线回路数为6回及以上。3560kV配电装置出线回路数为4-8回。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：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。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。扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。(2)缺点：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；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：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：610kV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时。3560kV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。4.3.4 主接线方式的确定据上述各种母线的接线方式的论述，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侧选择内桥接线方式，而10kV侧选择单母线分段的接线方式。第5章 短路电流计算5.1 短路计算概述计算短路电流的目的是用于电气主接线的选择；导线及电气设备的选择，确定中性点接地方式；计算软导线的短路摇摆；验算接地装置的接触电压和跨步电压；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，将会造成以下后果：1.电流可能达到该回路额定电流的几倍甚至几十倍。短路电流的热效应可能导致导体发热甚至融化；使电气设备绝缘过热而被烧坏。2.短路将使网络电压下降，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。3.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。4.巨大的短路电流将周围空间产生较强的电磁场，尤其是不对称短路所产生的不平衡交变磁场，对周围的通讯网络、信号系统、晶闸管触发系统及自控系统产生干扰。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。5.2 短路计算条件5.2.1 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；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。5.2.2 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。5.2.3 限制措施1.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；(3)采用低压侧为分绕组的变压器；(4)出线上装设电抗器。5.3 短路过程分析5.3.1 由“无限大容量系统”供电的三相短路电流所谓“无限大容量系统”仅为一个相对概念。当电源的容量足够大时，其等值内阻抗就很小，此时若在电源外部发生短路，则整个短路中各个元件的等值阻抗，将此电源的内阻大的多，因而电源母线上的电压变化很小，实际计算时甚至可以认为没有变化，既认为是一个恒压源，这种电源就称为无限大容量电源。1.三相短路电源的变化规律三相短路后，在短路暂态过程中，短路电流等于它的周期分量和非周期分量的瞬间值之和，短路电流的非周期分量是随时间按指数规律衰减的。当非周期分量为零时，短路既进入稳态过程，此时稳态短路电流的大小不再变化，这是这种系统短路的显著特点。2.三相短路冲击电流三相短路电流的最大瞬时值出现在短路发生后约半个周波左右，它不仅与周期分量的幅值有关，也与非周期分量的起始值有关，最严重的短路情况下，三相短路电流的最大瞬时值称为冲击电流ich （5-1）式中： Kch =1+e-td 短路电流冲击系数 I”短路电流周期分量的有效值一般: Kch=1.8 ich=2.55I”3.三相短路冲击电流有效值Ich （5-2）一般： Kch=1.8 Ich=1.52I” 5.3.2 由“有限容量系统”供电时的三相短路电流假如向短路点输送短路电流的电源容量较小，或者短路点离电源较近，在这种情况下称为有限容量系统供电的短路，在此条件下，电源电压的变化并非恒定不变，短路电源周期分量的幅值随电源电压的变化而改变，短路的暂态过程更为复杂，因此，前文所述无限容量系统短路过程的分析和计算方法，已不全适用，此时必须考虑同步发电机在突然短路时的电磁暂态过程。5.4 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，即标幺值法、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，一般采用标幺值法。5.4.1 标幺值法的基本原理标幺制又称为相对单位制，它是各个物理量的实际值与基准值的比值（系数或百分比）采用标幺制，首要的问题是确定基准值：1.基准值：在短路电流的实际计算中，为了方便常选取100MVA或10000MVA作为视在功率基准值，选用某电压等级的平均额定电压作为电压的基准值。所谓线路平均额定电压，系指线路始端最大额定电压与线路末端最小额定电压的平均值。表5-1 线路额定电压与平均额定电压额定电压 UN（kV）103560110154220平均额定电压UN（kV）10.53763115162230若取Sd=100MVA，由可列出不同基准电压Ud下的基准电流Id，与基准电抗Xd值。表5-2 常用基准值表基准电压Ud(kV)10.53763115162230基准电流Id(kA)5.51.560.9170.5020.3560.251基准电抗Xd()1.113.739.71322625292.标幺值标幺值的定义：容量标幺值： （5-3）电压标幺值： （5-4）电流标幺值： （5-5）额定标幺值：在电气设备（如发电机、变压器、电抗器及电动机等）的技术数据中，往往给出以其自身额定参数为基准的标幺值。容量的额定标幺值： （5-6）电压的额定标幺值： （5-7）电抗的额定标幺值： （5-8）电流的额定标幺值： （5-9）5.5 短路电流的计算 （详细计算步骤见计算书）本次设计的变电所距负荷较近，配电线路较短，10kV侧各配电线路末端的短路电流值与变电所二次母线上的短路电流值相差无几，故只计算出变压器一次与二次母线的短路电流既可满足要求 表5-3 短路计算数据表计算内容单位K1（3）K2（3）基准容量SBMVA100100基准电压Uav.nkV6310.5短路电流标幺值ich”15.92252.2431短路电流有效值I”kA5.428012.3342冲击电流ichkA13.841431.4522第6章 电气设备的选择6.1 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。6.1.1 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。6.1.2 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： （6-1）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： （6-2）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，b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： （6-3）式中： Qd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： （6-4）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： （6-5）式中：ich短路电流（冲击）峰值（kA） idf短路主电流有效值（kA） （6-6）式中：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）3.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。6.1.3 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地温度为-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：产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