电力系统培训班电气课程设计110kV降压变电站系统设计.doc

华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 武钢电力系统培训班武钢电力系统培训班 电气课程设计电气课程设计 （110kV 变电站电气部分设计）变电站电气部分设计） 学生姓名学生姓名： 郑灿郑灿 指导教师指导教师： 罗毅罗毅 完成日期完成日期： 2011 年年 5 月月 25 日日 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 I 目 录 1 原始资料.1 1.1 待建变电站的建设规模.1 1.2 电力系统与待建变电站的连接情况.1 1.3 待建变电站负荷 .1 1.4 环境条件 .2 1.5 其它 .2 2 设计任务.3 3 负荷计算和主变压器选择.4 3.1 负荷计算 .4 3.2 主变台数、容量和型式的确定.5 3.3 主接线的设计 .8 4 短路电流计算.11 4.1 基准值的选取 .11 4.2 各元件参数标幺值的计算.12 4.3 用于设备选择的短路电流计算.12 5 电气设备选择.14 5.1 电气设备选择的一般条件.14 5.2 各回路的工作电流计算.16 5.3 断路器和隔离开关选择.17 5.4 导线的选择 .24 5.5 限流电抗器的选择 .27 5.6 电流互感器的选择 .27 5.7 电压互感器的选择 .28 5.8 高压熔断器的选择 .29 5.9 支持绝缘子和穿墙套管的选择.29 5.10 避雷器的选择 .31 参考文献.33 附 录.34 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 0 1 原始资料 1.1 待建变电站的建设规模 变电站类型： 110kV 降压变电站 三个电压等级： 110kV、35kV、10kV 110 kV：近期进线 2 回，出线 0 回；远期进线 0 回，出线 2 回 35 kV：近期 4 回；远期 4 回 10 kV：近期 6 回；远期 6 回 1.2 电力系统与待建变电站的连接情况 变电站在系统中地位：地区变电站 变电站仅采用 110kV 的电压与电力系统相连，为变电站的电源 电力系统至本变电站高压母线的标么电抗（Sd=100MVA）为： 最大运行方式时：0.25 ； 最小运行方式时：0.35 ； 主运行方式时：0.3 上级变电站后备保护动作时间为 2s 1.3 待建变电站负荷 110kV 出线：负荷每回容量 10000kVA， cos0.9，Tmax 5500 h 35kV 负荷每回容量 6000kVA， cos0.85，Tmax 5500 h； 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 1 其中，一类负荷 2 回；二类负荷 1 回 10kV 负荷每回容量 2000 kW，cos0.95，Tmax 4500 h； 其中，一类负荷 2 回；二类负荷 2 回 负荷同时率:0.8 1.4 环境条件 当地年最高气温 30，年最低气温-5，最热月平均最高气温 25，年最低气温 -5 当地海拔高度：600m 雷暴日：20 日/年 1.5 其它 变电站地理位置：城郊，距城区约 7km 变电站供电范围： 110kV 线路：最长 80km，最短 40km；35kV 线路：最长 50km，最短 20 km；10kV 低压馈线：最长 30km，最短 10km； 未尽事宜按照设计常规假设。 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 2 2 设计任务 本课程设计只作电气系统的初步设计，不作施工设计和土建设计。 A. 设计的最低要求是：设计的最低要求是： 通过经济技术比较，确定电气主接线； 短路电流计算； 主变压器选择； 断路器和隔离开关选择； 导线（母线及出线）选择； 限流电抗器的选择（必要时） 。 B. 设计的较高要求是：设计的较高要求是： 完成上述设计的最低要求； 选择电压互感器； 选择电流互感器； 选择高压熔断器（必要时） ； 选择支持绝缘子和穿墙套管； 选择消弧线圈（必要时） ； 选择避雷器。 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 3 3 负荷计算和主变压器选择 3.1 负荷计算 电压等级 待建变电所的电压等级为 110kV/35kV/10kV。 合计负载及类型 近期 35kV 侧负载 35 6000 424000 kV SkVAkVA 近期 10kV 侧负载 10 2000 612631.58 0.95 kV SkVAkVA 近期总负载 3510 ()(2400012631.58) 0.829305.26 kVkV SSSkVAkVAkVA 远期 110kV 侧负载 110 10000 220000 kV SkVAkVA 远期 35kV 侧 35 6000 424000 kV SkVAkVA 远期 10kV 侧负载 10 2000 612631.58 0.95 kV SkVAkVA 远期总负载 3510 ()(2400012631.58) 0.829305.26 kVkV SSSkVAkVAkVA 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 4 近、远期总负荷 58610.52 js SSSkVA 其中一、二类负荷即重要负荷合计 2000 6000 340.821136.8 0.95 SkVA 重要 3.2 主变台数、容量和型式的确定 主变台数确定的要求： a.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以 装设两台主变压器为宜； b.对地区性孤立的一次变电站或负荷密度较高的变电站，在设计时应考虑装设 三台主变压器的可能性。 考虑到该变电站是本地区重要电源支撑点，含有较大份额的一、二类负载，故 一期工程选用两台主变压器，并列运行且容量相等。考虑到地区经济发展较快，远 期增加负载较多，负荷密度迅速增大，故二期工程增加一台主变压器。 容量的选择 主变压器容量一般按变电站建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑到 远期 1020 年的负荷发展。 根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负 荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力 后的允许时间内，应满足总计算负荷的 60%70%的要求，并能保证用户全部一、 二级负荷的需要。 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 5 (0.60.7)(17583.1520513.68)SeSkVA: 当一台停运时，另一台则承担 17.6MVA20.5MVA。故近期选两台 25MVA 的主变压器就可满足负荷需求。同时考虑到远期变电站的总负荷增加，新增加的变 压器须与近期的两台并联运行，故近期选择两台 25MVA 的主变压器，远期增加一 台 25MVA 的变压器。 校验变压器的负荷 近期变压器的负荷率 29305.26 100%58.61% 25000 2 远期变压器的负荷率 58610.52 100%78.15% 25000 3 由负荷校验可知，该设计方案中近期主变压器利用率较高，经济性较好。同时 考虑到待建变电所的负载中一、二类负载占了较大份额，这是一种合理的设计方案。 校验事故情况下的过载能力 近期一台主变压器停运 29305.26 100%117.22% 25000 远期一台主变压器停运 58610.52 100%117.22% 25000 2 考虑到变压器有一定的过负荷能力，自然油循环的变压器过负荷不应超过 50%，故该设计的过载能力满足要求。如果故障进一步扩大，如远期两台主变压器 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 6 同时停运，可采取适当的减载措施，切断部分三类负载，用剩下的一台主变压器维 持一、二类负载的供电。 接地方式 我国 110kV 及以上电压变压器绕组都采用 Y 连接；35kV 采用 Y 连接，其 中性点多通过消弧线圈接地。35kV 以下电压变压器绕组都采用 连接。 主变压器型式的确定 具有三种电压等级的变电站中，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% 以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主 变压器采用三绕组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压 方式，且规程上规定对电力系统一般要求 10kV 及以下变电站采用一级有载调压变 压器。故本站主变压器选用有载三绕组变压器。 故选择主变压器参数型式为 SFSZ9 25000/110 型三相三绕组电力变压器。其 容量比为 100/100/50。 详细参数为： 表表 1 所选三相三绕组电力变压器的技术数据所选三相三绕组电力变压器的技术数据 额定电压（kV）阻抗电压（%） 额定容量 （kVA） 高 压 中 压 低 压 高 中 中 低 高 低 空载电 流 （%） 连接组 2500011038.51110.56.5180.6 YN,yn0,d1 1 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 7 3.3 主接线的设计 根据国家标准GB50059-92 35110kV 变电所设计规范 ，变电所的主接线， 应根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负载性质等条件确定。 并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。按照 以上要求对主接线进行选择。 110kV 侧 根据国家标准，35110kV 线路为两回及以下时，宜采用桥型、线路变压器组 或线路分支接线，超过两回时，宜采用扩大桥型接线、单母线或分段单母线接线。 110kV 线路为 6 回以上时，宜采用双母线接线。 待建变电所 110kV 近、远期进线共 2 回，出线共 2 回。此变电站是为了某地 区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。那么其负荷为地区性负荷，且重要负荷较 多，故保留以下两种备选方案： 方案一：单母线带分段接线 方案二：双母线接线 表表 2 待建变电所待建变电所 110kV 侧主接线方案比较侧主接线方案比较 方案方案 项目项目 方案一方案一方案二方案二 1.简单清晰，设备较少3.可靠性高，灵活性好可靠性高，灵活性好 2.可靠性，灵活性较差2.检修断路器不用停电检修断路器不用停电技术方面技术方面 3.操作方便，便于扩建3.倒闸操作复杂，容易误操作倒闸操作复杂，容易误操作 经济方面经济方面设备少、投资小设备少、投资小占地大、投资多占地大、投资多 综合考虑，双母线接线的方案虽然在供电可靠性上显得更满足负荷的要求，但 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 8 占地大，投资多。相反，待建变电所在选择主变压器时留有一定的安全余量，在负 荷较小的季节尚可能退出一台主变压器，用双倍的投资换取略高的可靠性是不划算 的。 综上所述，110kV 侧选用单母线带分段接线。 35kV 侧 待建变电所 35kV 侧近、远期合计出线 8 回，其中一、二类负荷共 3 回，占 总负荷的 3/8，比重不大，结合国家标准，将以下两种可靠性较高的方案列为备选 方案： 方案一：单母线分段接线 方案二：单母线分段带旁母接线 表表 3 待建变电所待建变电所 35kV 侧主接线方案比较侧主接线方案比较 方案方案 项目项目 方案一方案一方案二方案二 1.简单清晰，设备较少1.可靠性高，灵活性好可靠性高，灵活性好 2.可靠性，灵活性较差2.检修断路器不用停电检修断路器不用停电 技术方面技术方面 3.母线分段减少了故障或检修时的停 电范围 3.倒闸操作复杂，容易误操作倒闸操作复杂，容易误操作 经济方面经济方面设备少、投资小设备少、投资小占地大、投资多占地大、投资多 综合以上分析，虽然单母线分段带旁母接线的方案具有供电更可靠，调度更灵 活，但倒闸操作复杂，容易误操作，且当 635kV 配电装置采用手车式高压开关 柜时，不宜设置旁路设施。参考上面 110kV 开关选型考虑，对供电可靠性的影响不 大，在满足重要负荷供电需求的同时应考虑投资的经济性。 综上所述，35kV 侧选用单母线分段接线。 10kV 侧 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 9 根据国家标准，当变电所有两台主变压器时，610kV 侧宜采用分段单母线。 线路为 12 回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁 路设施。 待建变电所 10kV 侧近、远期合计出线 12 回，其中重要负载 4 回。故将以 下两种方案作为备选方案： 方案一：单母线分段接线 方案二：单母线分段带旁母接线 表表 4 待建变电所待建变电所 10kV 侧主接线方案比较侧主接线方案比较 综合以上分析，虽然单母线分段带旁母接线的方案具有供电更可靠，调度更灵 活，但倒闸操作复杂，容易误操作，且当 635kV 配电装置采用手车式高压开关 柜时，不宜设置旁路设施。参考上面 110kV 开关选型考虑，对供电可靠性的影响不 大，在满足重要负荷供电需求的同时应考虑投资的经济性。 综上所述，10kV 侧选用单母线分段接线。 方案方案 项目项目 方案一方案一方案二方案二 1.简单清晰，设备较少3.可靠性高，灵活性好可靠性高，灵活性好 2.可靠性，灵活性较差2.检修断路器不用停电检修断路器不用停电 技术方面技术方面 3.母线分段减少了故障或检修时的停 电范围 3.倒闸操作复杂，容易误操作倒闸操作复杂，容易误操作 经济方面经济方面设备少、投资小设备少、投资小占地大、投资多占地大、投资多 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 10 4 短路电流计算 4.1 基准值的选取 高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、电抗器、线路等） 的电抗，采用标幺值计算。为了计算方便，通常取基准容量 Sj = 100MVA，基准电 压用各级的平均电压，即 Uj= Up =1.05Ue。 当基准容量与基准电压选定后，可根据下式确定基准电流和基准电抗： 基准电流 3 d d d S I U 基准电抗 2 3 d d d d d UU X S 具体各电压等级的基准电压如下： 110kV 侧线路 Ud1 = 115kV 35kV 侧线路 Ud2 = 37kV 10kV 侧线路 Ud3 = 10.5kV 那么基准电流为： 110kV 侧线路 1 1 100 0.502 33 d d d kA S I U 35kV 侧线路 2 2 100 1.56 33 d d d kA S I U 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 11 10kV 侧线路 3 3 100 5.5 33 d d d kA S I U 4.2 各元件参数标幺值的计算 主变压器各侧阻抗的百分值为 1121323 11 %(%)(10.5 186.5)11% 22 kUUUU 2122313 11 %(%)(10.56.5 18)% 22 kUUUU 3231312 11 %(%)(6.5 18 10.5)7% 22 kUUUU 其标幺值为 * 1 1 11100 %0.44 10025 d k e S XU S * 2 2 0100 %0 10025 d k e S XU S * 3 3 7100 %0.28 10025 d k e S XU S 4.3 用于设备选择的短路电流计算 用于设备选择时，短路电流计算按变电所的最终规模考虑。系统的等值电抗图 为： 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 12 d1110kV 0.25 d2 35kV 10kV d3 图图 1 二期工程的等值电抗图二期工程的等值电抗图 在最大运行方式下，d1 点的三相短路电流为 11 * 1 11 0.5022 0.25 kd IIkA X 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 13 11 22.55 25.1 shshk ikIkA 1 1 11 100400 0.25 kd SSMVA X 其他短路点的计算过程详见附录中的短路电流计算书。计算结果如下表所示： 表表 5 系统最大运行方式下的短路电流计算结果系统最大运行方式下的短路电流计算结果 短路电流计算值 短路点编号 (MVA) K S K I I sh I 110kV 母线d1400225.1 35kV 母线d2251.893.933.9310 10kV 母线d3204.0811.2211.2228.62 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 14 5 电气设备选择 5.1 电气设备选择的一般条件 电气设备应能满足正常、短路、过电压和特定条件下安全可靠的而要求， 并力求技术先进和经济合理。通常电气设备选择分三步，第一按正常工作条件 选择，第二按短路情况检验其热稳定性和电动力作用下的动稳定性，第三按实际条 件修正。同时兼顾今后的发展，选用性能价格比高，运行经验丰富、技术成熟的设 备，尽量减少选用设备类型，以减少备品备件，也有利于运行、检修等工作。 电气设备选择的一般原则为： 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 应满足安装地点和当地环境条件校核 应力求技术先进和经济合理 同类设备应尽量减少品种 与整个工程的建设标准协调一致 选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用 未经正式鉴定的新产品应经上级批准 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、过电流的情况下保持 正常运行。 电压 选用的电器允许最高工作电压 Umax 不得低于该回路的最高运行电压 Ug。 电流 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 15 选用的电器额定电流 Ie 不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电 流 Ig。 校验的一般原则： 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路 电流一般取最严重情况的短路电流。 用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 短路的热稳定条件 2(3)2 tima ItIt 在计算时间 ts 内，短路电流的热效应(kA2s) (3)2 ima It It设备允许通过的热稳定电流有效值(kA) t设备允许通过的热稳定电流时间(s) 校验短路热稳定所用的计算时间 Ts 按下式计算 Tima = td + tkd td继电保护装置动作时间(s) tkd 断路器的全分闸时间(s) 动稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。 满足动稳定的条件是： Ish idw , Ish Idw ish Ish 短路冲击电流幅值及其有效值 idw Idw 允许通过动稳定电流的幅值和有效值 绝缘水平 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 16 在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。断口的绝缘水平 应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。 由于变压器短时过载能力很大，双回路出线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，应满足各种可能方 式下回路持续工作电流的要求。 5.2 各回路的工作电流计算 各回路的工作电流的计算原则如下表 表表 7 各回路最大持续工作电流的计算各回路最大持续工作电流的计算 回路名称各回路最大持续工作电流的计算 发电机、调相机、 三相变压器回路 ，如变压器允许过负载时按过载计算 max 1.05 1.05 3 N N NN S II U COS 母线联络断路 Imax 一般为该段母线上所连接的发电机和变压器中单台容量最大设备的持 续工作电流 母线分段电抗器 Imax 按该母线上故障切除最大一台发电机或变压器时，可能通过电抗器的 电流计算，或取最大一台发电机或变压器额定电流的(5080)% 馈电线路 ，按潮流分布计算，当回路中装有电抗器时，Imax 一 max 3 NN P I U COS 般按电抗器 IN计算，还需考虑事故时转移过来的负荷 待建变电站的主变压器的容量比为 100/100/50，计算过程如下： 主变压器 110kV 侧 max1 25000 1.05137.78 3 110 IA 主变压器 35kV 侧 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 17 max2 25000 1.05393.65 3 IA 主变压器 10kV 侧 max3 12500 1.05688.88 3 11 IA 110kV 出线侧 max4 10000 52.49 3 110 IA 35kV 出线侧 max5 6000 89.98 3 38.5 IA 10kV 出线侧 max6 2000 110.5 3.95 IA 5.3 断路器和隔离开关选择 高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器 设备。待建变电站在选择断路器的过程中，尽可能采用同一型号断路器，以减少备 用件的种类，方便设备的运行和检修。 考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无油化目标，且由 于 SF6 断路器已成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。故在 110kV 侧采 用 SF6 断路器。 真空断路器具有噪音小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距 短，灭弧室小巧精确、动作快、适于开断容性负荷电流等特点，因而被大量使用于 35kV 及以下的电压等级中。所以，35kV 侧和 10kV 侧采用真空断路器。 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 18 隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的， 还可以拉、合小电流电路。 选择隔离开关时应满足以下基本要求： 隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。 隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。 隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能 降低操作时的过电压。 根据以上分析，各电压等级的开关器件选择如下： 一、110kV 侧 断路器的选型： 流过主变 110kV 侧断路器和 110kV 侧出线断路器的短路电流与流过 110kV 侧进线断路器和 110kV 侧分段断路器的电流相差不大，故选用同一型号的断路器， 以便于检修和备件更换。 选择详细介绍如下： 型号的选择 选用国产 LW6 110 I 型 SF6断路器，具体参数如下： 表表 8 LW6 110 I 型型 SF6 断路器主要技术参数断路器主要技术参数 额定电压110kV 最高工作电压126kV 额定电流3150A 额定短路开断电流(单分/重合闸)40kA 热稳定电流(3s)40kA 动稳定电流(峰值)100kA 短路关合电流100kA 操动机构液压 全开断时间(不大于)50ms 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 19 额定电压 UN UNS 选择断路器的额定电压 110kV 等于系统母线电压 110kV。 额定电流 IN Imax 根据前面计算的工作电流：主变 110kV 侧：Imax 1 = 137.78 A 110kV 出线： Imax 4 = 52.49 A 选择的断路器的额定电流有 2000A，故两种情况下都满足。 额定开断电流 INbr I 使用快速保护和高速断路器时，其开断时间小于 0.1s，当电源附近短路时，短 路电流中的非周期分量可能超过 20%，因此需采用短路全电流检验。 选择的断路器的额定开断电流 31.5kA，大于系统最大三相短路电流周期分量 有效值 Ik = 2kA，也大于短路全电流的大小,故满足开断电流要求。 5.1 3.6 2 sh kA IkA 短路关合电流 断路器合闸于有潜伏性故障的线路时，经历一个先合后分的操作循环，此时断 路器应能可靠地开断。在电压额定时，能可靠关合、开断的最大短路电流称为额定 关合电流，它是表征断路器灭弧能力、触头和操动机构性能的重要参数之一，用以 下公式校验： iNC1 ish 选择的断路器的短路关合电流 100kA 远远大于短路电流的冲击值 5.1kA，故 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 20 满足短路关合电流的要求。 合、分闸时间选择动稳定 对于 110kV 以上的电力网，系统稳定要求快速切除故障时，断路器的固有分 闸时间不宜大于 0.04s。用于电气制动回路的断路器，其合闸时间不宜大于 (0.040.06)s。 所选的断路器的全开断时间（断路器固有分闸时间+电弧持续燃烧时间）不大 于 0.05s，所以满足合、分闸时间要求。 动稳定校验 短路冲击电流通过电器产生的电动力，应不超过厂家的规定，即应满足动稳定 要求： ies ish Ies Ish 选择的断路器的额定动稳定电流 ies = 100kA ish = 5.1kA ，Ies =56.57kA Ish = 3.6kA 满足动稳定要求。 热稳定校验 所选断路器的全开断时间（断路器固有分闸时间+电弧持续燃烧时间）不大于 0.05s，待建变电所 110kV 进线后备保护动作时间取 2s，所以热效应的等效时间 tk = 2S + 0.05S = 2.05S。110kV 主变侧及出线侧热效应的等效时间为 tk = 1.5 + 0.05S = 1.55S。那么热稳定校验为： 402 3kA2 S 22 2.05kA2 S 402 3kA2 S 22 1.55kA2 S 故满足热稳定要求。 额定容量 所选的断路器额定开断容量 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 21 337621 NNNbr SUIVAMVA 该值大于 110kV 侧三相短路容量，满足要求。 操动机构的选择 断路器的操动机构分为电磁式、弹簧式、液压式、液压弹簧式几种，各种类型 的操动机构都有一定的优缺点。 断路器进行合闸、分闸、重合闸操作，并保持在合、分闸状态，这些功能都是 由操动机构完成的。所以，操动机构是决定断路器性能的关键部件之一，其好坏直 接影响到断路器的技术性能。 110kV 侧断路器选择如下： 表表 9 110kV 侧主变、线路断路器侧主变、线路断路器 设备型号LW6 110 I 型 项目设备参数使用条件 额定电压110kV110kV 额定电流3150A137.78A/52.49A 额定开断容量7621MVA400MVA 额定开断电流40kA2kA 热稳定402 3kA2 S22 2.05kA2 S 动稳定100kA5.1kA 全开断时间0.05s 操动机构液压式 注：额定电流一行中，斜杠左边是 110kV 进线的工作电流，斜杠右边是 110kV 主变侧及出线侧的工作电 流。热稳定校验一行中，斜杠左边是 110kV 进线断路器的热效应，斜杠右边是 110kV 主变侧及出线侧断路器 的热效应。 隔离开关的选型： 隔离开关的选择与断路器的选择过程差不多，唯一的差别就是隔离开关没有开 断短路电流的要求，不必校验开断电流，其他选择项目与断路器相同。 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 22 选择型号如下表所示： 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 23 表表 10 110kV 侧主变、线路隔离开关侧主变、线路隔离开关 设备型号GW4 110W/ 630 50 项目设备参数使用条件 额定电压110kV110kV 额定电流630A137.78A/52.49A 热稳定 （4S） 202 3kA2 S22 2.05kA2 S 动稳定50kA5.1kA 操动机构CS17-G 注：额定电流一行中，斜杠左边是 110kV 进线的工作电流，斜杠右边是 110kV 主变侧及出线侧的工作电 流。热稳定校验一行中，斜杠左边是 110kV 进线刀闸的热效应，斜杠右边是 110kV 主变侧及出线侧刀闸的热 效应。 二、35kV 侧 断路器的选型： 三台主变同时运行时的 35 kV 母线短路电流用以校验 35kV 侧出线断路器， 而一台主变退出运行时的 35kV 母线短路电流用以检验 35kV 侧进线断路器和分 段兼旁路断路器。由于两种情况下的短路电流大小差别不是很大，为了检修方便， 仍然选用同一种型号的断路器。 表表 11 35kV 侧主变、线路断路器侧主变、线路断路器 设备型号ZN39 40.5/1250 16 项目设备参数使用条件 额定电压40.5kV35kV 额定电流1250A393.65A/89.98A 额定开断电流25kA3.93kA/3.32kA 热稳定2522kA2 S3.9321.08kA2 S 动稳定40kA10kA 全开断时间0.08S 操动机构CT19N 注：额定电流一行、额定开断电流一行、热稳定一行以及动稳定一行中，斜杠左边分别是主变 35kV 侧的 工作电流、三台主变运行时三相短路电流、热效应和短路冲击电流，斜杠右边分别是 35kV 出线的工作电流、 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 24 一台主变退出运行时三相短路电流、热效应和短路冲击电流。 三、10kV 侧 10kV 侧采用高压开关柜，高压开关柜是以断路器、开关等主要元件组成的成 套配电装置，它用于配电系统，作接受与分配电能之用。这类装置的各组成元件， 按主接线的要求以一定的顺序布置在一个或几个金属柜内，具有占地少，安装、使 用方便，适用于大量生产等特点，应用广泛。 主变 10kV 侧开关柜的选择： 表表 12 10kV 高压开关柜高压开关柜 项目KYN28-12(Z)型高压开关柜/ ZN63A-12 真空断路器 设备型号设备参数断路器参数使用条件 额定电压10kV10kV10kV 额定电流1250A1250A688.88A 开断电流31.5kA31.5kA11.22kA 母线系统单母线 外型尺寸1500 2300 800 关合电流80kA28.62kA 动稳定80kA28.62kA 热稳定(4S)31.52 4kA2 S11.222 1.1kA2 S 全开断时间0.1s 操动机构弹操 注：额定电流一行、额定开断电流一行、热稳定一行以及动稳定一行中，斜杠左边分别是主变 10kV 侧的 工作电流、三台主变运行时三相短路电流、热效应和短路冲击电流，斜杠右边分别是 10kV 出线的工作电流、 一台主变退出运行时三相短路电流、热效应和短路冲击电流。 至此，所有的断路器都已经选好了，可以估算所有电压等级热效应的等效时间 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 25 表如下： 表表 13 热效应等效时间热效应等效时间 项目参数 10kV 线路0.5+0.1s=0.6s 35kV 线路0.5+0.08s=0.58s 110kV 线路1.5+0.05s=1.55s 主变 10kV 侧1.0+0.1s=1.1s 主变 35kV 侧1+0.08s=1.08s 主变 110kV 侧1.5+0.05s=1.55s 110kV 进线侧2+0.05s=2.05s 5.4 导线的选择 (1) 裸导体一般按下列各项选择和检验： 导体材料，截面的形状，敷设的方式；导体的截面；电晕；热稳定； 动稳定；共振频率。输电线路中的裸导体，还应满足机械强度和电压损失不 超过容许值。 (2) 选择原则： 发热条件：导线在通过正常最大负荷电流时产生的发热温度，不应超过其正 常运行时的最高允许温度。 载流量条件：按周围环境温度校正后的允许载流量不小于最大工作电流。低 压配电线路由于线路短，电压损耗也较小，导线截面主要按允许的载流量条件选取。 电压损失条件:导线在通过正常最大负荷电流时，产生的电压损失不应超过 正常运行时的允许的电压损失。一般 10kV 及以下电压等级的送电线路往往按允许 电压损耗选择导线截面，再按允许载流量、机械强度条件校验。 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 26 经济电流密度条件： ec ec I S j 对 35kV 及以上高压线路或 35kV 以下但距离长，电流大的线路者用此条件 选择；对 10kV 及以下线路，一般不按此条件选择。 机械强度条件：导线截面应不小于其最小允许截面。 检验热稳定时，按公式，取 c97。 minima I SSt c 校验动稳定时，按公式，其中为母线材料允许应力，为母 maxy y max 线材料所受最大应力。 尽量选同型号设备以便于维修。 (3) 10kV 侧出线较多，使用硬母线，按长期发热允许电流选择，须对其进行热 稳定、动稳定校验；35kV 和 110kV 侧使用软导线，按经济电流密度选择。 220kV 及以下的配电装置中，35kV 及以下的配电装置一般都选用矩形的铝母 线，铝母线的允许载流量较铜母线小，但价格便宜，安装、检修简单，连接方便。 10kV 母线的选择情况如下： 主变压器 10kV 侧引出线和 10kV 母线拟采用 LMY 80 8 型矩形铝排、平 置，支持绝缘子间距取 2.5m,相间中心线距为 0.4m。 按最大持续工作电流选择： 平置的 LMY 80 8 型矩形铝排长期允许载流量为 1249A（按最高允许温度 70，基准环境温度 25，无风无日照条件计算） ，大于母线最大工作电流 10 110.5A = 1105A，也大于主变侧最大工作电流 688.88A。 热稳定校验： 10kV 母线最小允许截面 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 27 3 2 min 11.22 10 2.1167.62 97 ima I Stmm C 母线的截面系数平置时 22 3 0.8 8 8.53 66 h b Wcm 母线在短路时的最大电动力 2121 2.5 1.731.73 28.62885.66 0.4 sh l FiN s 母线排受到的最大应力 22 max 885.66 250 /2595.7/ 1010 8.53 Fl N cmN cm W 10kV 高压开关柜硬母线动稳定校验，因为 =1.2m， =0.25m，故ls 2121 1.2 1.73680.18 0.25 sh l FiN s 22 max 680.18 120 /956.88/ 1010 8.53 Fl N cmN cm W 铝母线排的允许应力为 700kg/cm2 = 6860N/ cm2，因此所选硬母线均符合动稳 定要求。 其它导线按类似的方法选择和校验，选择结果如下： 表表 14 导线的选择导线的选择 项目 工作电流 （A） Jec(A/mm2) Sec（mm2 ） I (KA) Smin(mm2) 导线型 号 Ial(A) 主变 110kV 引 线 137.81.15150.95236.21LGJ-150445 110kV 母线2421.15109.56236.21LGJ-150445 110kV 线路421.1554.78225.85LGJ-70275 主变 35kV 引 线 393.71.12431.33.9343.22LGJ-150445 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 28 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 29 5.5 限流电抗器的选择 (1) 限流电抗器的作用: 限制短路电流 维持母线上的残压 (2) 限流电抗器的选择 电抗百分值的选择，需要根据具体要求（如限制短路电流到何值）来确定； 电压损失的校验，要求电抗器的电压损失不应大于电网额定电压的 5%； 母线残压的校验,如不满足残压要求，可增大电抗值或才用瞬时速断保护。 待建变电站中各线路的电流由其他设备的选择保证，不选择限流电抗器。 5.6 电流互感器的选择 电流互感器的形式选择，根据电压等级选电流互感器形式，35kV 室内配电 装置可采用瓷绝缘和树脂绕注式，35kV 以上可采用油浸瓷箱式。 根据使用条件选择电流互感器的一次额定电压和额定电流，二次额定电流可 选 5A 或 1A。 电流互感器的准确级，不低于所供测量仪表的最高准确级。为了保证互感器 的准确级，二次侧负荷 S2,不应大于准确级所规定的准确容量。继电器和自动装置 应该接在不同的二次绕组上，当他们共用同一组二次侧绕组时，应采取措施避免互 相影响。 热稳定和动稳定校验。 电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行，热稳 定能力常以 1s 内通过的热稳定电流 I 表示，互感器内部的动稳定通常允许通过动稳 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 30 定电流 Ies 的倍数表示。 由以上可选出变电站中所用的电流互感器型号如下： 110kV 主变侧电流互感器，选用 LCWD-110 型，Ki=600A/5A，次级 0.5/5p/5p。奇热稳定倍数为 75，动稳定倍数为 150.热稳定和动稳定极端结果如下： 热稳定计算校验：（75600）21=202.5107200021.55=6.2106 动稳定计算校验：600150=1.2710520002 由上可知所选择的互感器符合要求。 主变 35kV 侧电流互感器，LCWD-35 型，Ki=600A/5A，级次 0.5/5P，用于继 电保护和测量仪表回路。 主变 10kV 侧电流互感器，选用 LAG-10 型，Ki=1200/5,次级 0.5/5p。 10kV 出线电流互感器，选择用 200A/5A 的互感器，具体型号由开关柜决定 35kV 出线电流互感器，选用 LCW-35 型 ki=150A/5A。 110kV 出线电流互感器，选用 LCW-110 型，ki=100A/5A。 5.7 电压互感器的选择 （1）电压互感器的选择主要分为两个方面： 额定电压的选择：电压互感器的一次侧有接于相间或接于相对地两种方式， 绕组的额定电压应与接入电网方式和电压相符，为确保互感器的准确级，电网电压 的波动范围满足下列条件： 0.8UN118.321.75。 校验动稳定：F=1.7328.6221.8/0.5/10=510N Fal=4410N 因此热稳定和动稳定都满足要求。 （5）10kV 出线穿墙套管选用 GWLB-10/400 型，5s 热稳定电流 10.5kA,破坏力 为 7350N。 校验动稳定：F=1.73ish2l/s/10=1.7328.6221.725/0.5/10=489N Fal=4410N 华华中中科科技技大大学学培培训训班班课课程程设设计计 33 校验热稳定：10.552518.320.75. 因此，所选设备符合要求。 5.10 避雷器的选择 (1) 概述 避雷器是一种普遍采用的侵入波保护装置，是一种过电压限制器。用来限制沿 线路传来的雷电过电压或由操作引起的内过电压，故也称为过电压限制器。 为了使避雷器能够达到预期保护效果，必须满足下面的基本要求： 具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合。 有较强的绝缘强度自恢复能力，以利于快速切断工频续流，使电力系统得以 继续运行。 (2) 避雷器的选择 电气设备的绝缘配合基于避雷器的保护水平，设备所承受的雷电过电压和操作 过电压均由避雷器来限制。避雷器的选择主要有以下原则： 避雷器额定电压必须与安装避雷器的电力系统的电压等级相等。 35kV 及以下电压等级的系统，避雷器的灭弧电压为系统最大工作线电压的 110%；对 110kV 及以上中性点接地系统的避雷器，其灭弧电压为系统最大工作线 电压的 80%。 对工频放电电压要规定