变电站电气部分设计发电厂及电力系统毕业设计.doc

西安电力高等专科学校电力工程 系 届毕业设计题目：变电站电气部分设计（汉中郊区330kV枢纽变电站）学 号： 姓 名： 指导教师： 专 业： 发电厂及电力系统 班 级： 完成时间： 目录第一部分 变电站设计的说明部分4第一章 变电站主接线的选择41.1电气主接线的概况51.2 电气主接线的分类及优缺点51.2.1单母线接线51.2.2单母线分段接线61.2.3单母线分段带旁路母线接线61.2.4双母线接线71.2.5双母线分段接线81.2.6双母线带旁路母线接线91.2.7桥形接线91.2.8一台半断路器双母线接线101.3 主接线的设计111.3.1电气主接线的基本要求111.3.2 330KV侧进线电气主接线的选择131.3.3 110KV侧进线电气主接线的选择131.3.4 10kv侧出线电气主接线的选择131.3.5 此变电站电气主接线图如下14第二章 变电站主变和所用变的选择152.1主变容量及其台数的确定152.2主变压器型式的选择152.3主变压器选择17第三章 变电站短路电流计算193.1. 概论193.2. 短路计算的目的193.3 电力系统短路电流计算的基本假定193.4. 短路电流计算的一般规定203.6短路电流的计算详见计算书21第四章 电气设备的选择及导体的选择224.1. 概论224.2.选择的原则224.3.技术条件224.4 电气设备选择的基本条件234.4.1 按正常工作条件选择电气设备234.4.2 按短路条件校验设备的动稳定和热稳定244.5高压断路器的选择254.6 隔离开关的选择254.7 电流互感器的选择与校验264.7 .1电流互感器的选择原则264.7.2电流互感器的校验26第五章 变电站导体的设计285.1 母线的选择与校验285.1.1母线的分类及特点285.1.2 母线截面的选择295.1.3母线校验的一般条件30第六章 变电站配电装置的选择316.1配电装置特点316.2 配电装置的要求316.3.1 屋外配电装置326.3.2 屋内配电装置326.4配电装置的确定33第七章 变电所的防雷保护347.1 防雷设计347.1.1 避雷针保护及配置347.1.2 避雷器的保护及配置35第八章 变电所的继电保护368.1设置继电保护的目的368.2继电保护的规划368.3 变压器保护的配置368.4 母线保护378.4.1母线保护的分类378.4.2 330kV线路保护388.4.3 110kV线路保护38第二部分 变电站电气部分设计计算书39第一章 变电站短路电流计算391.1当高压侧母线发生三相短路时 ：401.2当中压侧母线发生三相短路时 ：421.3当低压侧母线发生三相短路时：43第二章 变电站高压电器选择计算书472.1断路器和隔离开关的选择472.2 电流互感器的选择512.3电压互感器的选择53第三章 导体计算计算书543.1.高压侧出线的选择543.2中压侧出线的选择553.3低压侧出线的选择563.4高压侧母线的选择583.5中压侧母线的选择603.6 低压侧母线的选择62总结64参考文献65附图66 前 言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站的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（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。本次设计为330KV降压变电站设计，为了使学生树立正确的工程观点，掌握变电所或企业配电系统电气部分的设计，工程计算和主要电气设备的选择原则和方法，并在分析、计算和解决实际工程等方面得到训练，为以后从事设计运行和科研工作打下良好的基础，特此制定本次毕业设计。所涉及的内容力求概念清楚，层次分明。此设计分为两个部分：所有的计算详见第二部分计算书：第一部分：第一章电气主接线的选择及论证；第二章变电站主变和所用变得选择；第三章变电站短路电流计算；第四章变电站电气设备及导体的选择；第五章变电所的防雷保护；第六章变电所的继电保护；第二部分：第一章计算书说明书第二章变电站高压电器选择计算书第三章导体计算计算书该设计由西安电力高等专科学校 共同设计。由西安电力高等专科学校老师杨会贤老师共同完成。此设计可供同类专业的同学参考。由于时间仓促以及设计人员水平和经验的不足，报告中错误和不足之处在所难免，恳请读者批评指正。 第一部分 变电站设计的说明部分第一章 电气主接线的选择变电所的电气主接线是高压电气设备通过接线组成的汇集分配和输送电能的电路，主接线代表了发电厂电气部分的主体构成结构是电力系统网络结构的重要组成部分，电气主接线形式对电气设备选择、配电装置布置、继电保护与自动装置的起着决定性的作用。主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面。1.1电气主接线的概况发电厂，变电站的电气主接线是由发电机、变压器、断路器等一次设备按其功能要求，通过连接线连接而成的用于表示电能的生产、汇集和分配的电路，通常也称为一次接线或电气主系统。1.2 电气主接线的分类及优缺点1.2.1单母线接线 图1-1 单母线接线当进线出线回路数不止一回时，为了适应负荷变化和设备检修的需要，使每一回路引出线均能从任意电源取得电能，或任意电源被切除时，扔能保证供电，在引出回路与电源回路间，用母线连接。优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，投资少，便于扩展。缺点：可靠性和灵活性差。在母线和母线隔离开关检修或故障时，各支路都必须停止工作；引出线的断路器检修时，该支路要停止供电。适用范围：单母线接线不能满足对不允许停电的重要用户的供电要求，一般用于6到220kV系统中，出线回路少，对供电可靠性要求不高的中、小型发电厂和变电站中。1.2.2单母线分段接线当引出线数目较多时，为提高供电可靠性，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线。优点：1. 当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段母线仍继续工作。2. 两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电可靠性，可对重要用户供电。缺点：3. 当一段母线故障或检修时，该段母线上的缩影支路必须断开，停电范围大。4. 任意支路断路器检修时，该支路必须停电。适用范围： 图1-2 单母线分段接线5. 电压为6到10kV时，出线回路数为6回及其以下，每段母线容量不超过25MW；否则影响供电可靠性。6. 电压为35到63 kV时，出线回路在4到8为宜。7. 电压为110到220 kV时，出线回路数为3到4回为宜。1.2.3单母线分段带旁路母线接线当出线回路数不多时，旁路断路器利用率不高，可与分段断路器合用，并有分段断路器兼做旁路断路器接线及旁路断路器兼做分段断路器接线两种接线方式。优点：单母分段带旁路接线与单母线分段相比，带来的唯一好处就是出线断路器故障或检修时可以用旁路断路器代路送电，使线路不停电。适用范围：单母线分段带旁路接线，主要用于电压为6到10 kV出线较多而且对重要负荷供电的装置中；35 kV及以上有重要联络线路或较多重要用户时也采用。 图1-3 单母线分段带旁路母线接线1.2.4双母线接线这种连接线有两组母线，在两组母线之间通过母线联络断路器连接；每一条引出线和电源支路都经一台断路器与两组母线隔离开关分别接至两组母线上。优点：可靠性高，灵活性好，扩建方便。缺点：检修出线断路器时该支路仍会停电，设备较多、配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作；同时投资和占地面积也较大。 图1-4 双母线接线适用范围：1. 电压为6到10kV短路容量大、有出线电抗器的装置。2. 电压为35到60kV出线超过8回或电源较多、负荷较大的装备。3. 电压为110到220kV出线为5回及以上或者在系统中居重要位置、出线为4回及以上的装置。1.2.5双母线分段接线 在6到10kV配电装置中，当进出线回路数或者母线上电源较多，输送的功率较大时，短路电流较大，为了限制短路电流，选择轻型设备，提高接线的可靠性，常采用双母线分段接线，并在分段处装设母线电抗器。采用双母线接线，不带旁路母线，选择该主接线是因为：可以轮流检修母线，而不中断对用户的供电。当一组母线故障时，仍然造成接于该组母线上的支路停电，但可以迅速切换至另一组 图1-5 双母线分段接线母线上恢复工作，从而减少停电时间。检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开该回路和与此隔离开关相连的母线，将其他所有回路部分换到另一组母线上运行，该隔离开关可停电进行检修。检修任一出线断路器时，该支路短时停电，在断路器两侧加上跨条后，将各支路倒控在一条母线上工作，利用母联断路器代替该出线断路器工作，使该回路不必长时间停电。在个别回路需要独立工作或进行试验时，可将该回路分别单独接到一组母线上。双母线扩建方便，向双母线左右任一方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均可分配1.2.6双母线带旁路母线接线 图1-6 双母线带旁路母线接线有专用旁路断路器的双母线带旁路接线，旁路断路器可代替出线断路器工作，使出线断路器维修时，线路供电不受影响。双母线带旁路接线，正常运行多采用两组母线固定连接方式，即双母线同时运行的方式。优缺点：双母线带旁路接线大大提高了主接线系统的工作可靠性，当电压等级较高、线路较多时，因一年中断路器累计检修时间较长，这一优点更加突出。而母联断路器兼做旁路断路器的接线经济性比较好，但是在代路过程中需要将双母线同时运行改成单母线运行，降低了可靠性。适用范围：这种接线一般用于220kV线路4回及以上出线或者110kV线路6回及以上出线的场合。1.2.7桥形接线桥形接线适用于仅有两台变压器和两回出线的装置中。桥形接线仅用三台断路器，根据桥回路断路器的位置不同，可分为内桥和外桥两种接线。桥形接线正常运行时，三台断路器均闭合工作。内桥的特点：线路操作方便；正常运行时变压器操作复杂，桥回路故障或检修时两个单元之间的联系；同时，出线断路器故障检修时，造成该回路停电。为此，在实际接线中可采用设外跨条来提高运行的灵敏性。内桥接线适用于两回进线两回出线且线路较长、故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行的系统中。 图1-7 桥形接线外桥的特点：操作简单方便；线路投入与切除操作复杂；桥回路故障或检修时两个单元之间失去联系，出线侧断路器故障或检修时，造成该侧变压器停电。外桥接线适用于两回进线，出线且线路较短故障可能性较小和变压器需要经常切换，而且线路有穿越功率通过的系统。1.2.8一台半断路器双母线接线两组母线之间接有若干串断路器，每一串有3台断路器，中间一台称为联络断路器，每两台之间接入一条回路，每串共有两条回路。平均每条回路装设一台半（3/2）断路器，故称为一台半断路器接线，又称3/2接线。1、一台半断路器接线的主要优点如下：（1）可靠性高。任何一组母线故障时，只是与故障母线相连的断路器自动分闸，任何回路不会停电，甚至在一组母线检修、另一组母线故障的情况下，仍能继续输送功率；在保证对用户不停电的前提下，可以同时检修多台断路器。（2）运行灵活性好。正常运行时，两条母线和所有断路器都同时工作，形成多环路供电方式，运行调度十分灵活。（3）操作检修方便。隔离开关只用作检修时隔离电源，不用于倒闸操作。另外，当检修任何一组母线或任一台断路器时，各个进出线回路都不需切换操作。 图1-8 一台半接线2、接线的主要缺点为投资大、继电保护装置复杂。3、适用范围：一台半断路器双母线接线用于大型发电厂和330kV及以上、进出线回路数6回及以上的高压、超高压配电装置中，是国内外大机组、超高压电气主接线中广泛采用的一种典型接线形式。1.3 主接线的设计1.3.1电气主接线的基本要求 电气主接线应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。1）可靠性具体要求：1.断路器检修时，不宜影响对系统的供电。2.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，并要保 证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。3.尽量避免发电厂。变电所全部停运的可能性。4.大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。2）灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。1.调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。2.和对用户的供电。3.扩建时，可以容易的从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。3）经济性1.投资省主接线应力求简单，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。要能使继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。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。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.占地面积少主接线要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。3.电能损耗少经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。此外系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。电气主接线关系着全站电气设备的选择，配电装置的布置继电保护及自动装置的确定，关系着电力系统的安全稳定，灵活和经济运行，是本次变电站设计中心的主要环节，我们在电气主接线设计中，依据以下原则：保证必要的供电可靠性和电能质量。具有运行维护的灵活性和方便性，即要适应各种运行方式和检修维护方面的要求，并能灵活地进行运行方式的转换。在操作时简便、安全，不易发生误操作。在满足可靠性、灵活性要求的前提下做好经济性。即投资省，电能损失小，占地面积小。保证电气主接线具有继续发展和扩建的可靠性。1.3.2 330KV侧进线电气主接线的选择330KV本期出线2回，终期出线6回，考虑到该汉中郊区负荷增加较慢，本期出线2回，330KV侧考虑用3/2接线，因为3/2接线运行成本比较小，前期投资相比，较直接接成双母线带旁母线接线要小，况且该地区负荷增加较慢。任意母线或断路故障或检修，均不致引起停电，运行方便，操作简单。将来出线增加到6回时，再考虑将3/2接线改建为双母线带旁母接线。所以综合考虑本期应采用3/2接线，一个半断路器接线，设置两条母线，每两个回路（线路或变压器）用三台断路器接在两条母线上，形成一个完整串。运行时，两组母线和同一串的断路器都投入工作，称为完整串运行，形成多环装供电，具有较高的供电可靠性和运行灵活性。任一母线、断路器故障或检修，均不致引起停电，甚至两组母线（或一组检修时另一组故障）的极端情况下，功率仍能继续输送，运行方便，操作简单，隔离开关只在检修时作为隔离电器。1.3.3 110KV侧进线电气主接线的选择 110KV侧出线共九回，远期出线16回，正常运行时，每回线最大传输功率分别为72MVA、135MVA. .58MVA. 82MVA. 135MVA.每回出线传输功率平衡后通过双母线接线，经过各接线方式的比较以及从供电的可靠性来考虑，应选择双母线接线方式作为本变电站的电气主接线形式，将来远期出线增加时，只需要从母线两端扩建就行，不需要终端其它回路的供电，操作方便。1.3.4 10kv侧出线电气主接线的选择10kv侧出线共六回，每回负荷最大为2000kvA。经比较，从供电可靠性和经济性两方面来考虑，10kv出线侧选取单母线分段的接线形式作为本变站的电气主接线形式。1.3.5 此变电站电气主接线图如下 第二章 变电站主变和所用变的选择2.1主变容量及其台数的确定2.1.1主变压器容量的确定1）主变压器容量一般按变电所建成后年的规划负荷选择，并适当考虑到远期年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台能供给全部一类负荷；在无法确定负荷所占比重时，每台变压器的容量可按照计算负荷的选择。2.1.2主变压器台数的确定对于城市郊区的一次变电所，如果中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台为宜； 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的可能性。3)对于只供给二类、三类负荷的重要变电所，原则上只装设一台变压器。4)对于供电负荷较大的城市变电所或有一类负荷的重要变电所，应选用两台相同容量的主变压器。考虑已知信息是为满足城镇负荷日益增长的需要，在城镇建立的一座区域性降压变电站，所以变电站装设两台变压器为宜。2.2主变压器型式的选择2.2.1主变相数选择 在330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修的工作量。但是由于变压器的制造条件和运输条件的限制，特别是大型变压器，尤其需要考察其运输可能性，考虑周全之后，方可以确定是否满足技术、经济的条件来选用，通过资料不难看出，此城镇离大中型城市较近，技术上和经济上都不存在问题，所以主变的应选用三相变压器。2.2.2变压器绕组数的确定 在具有三种电压的变电所中，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，但在变电所内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。实际应用中的三绕组变压器有：自耦变压器、分裂变压器以及普通三绕组变压器。 （1）自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，除具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。 当中压为110 kV及以上的电压时，降压变压器和联络变压器多采用自耦变压器，因自耦变压器高、中压绕组有直接电气联系，故有巨大的经济优越性。其优点有：消耗材料省，体积小、重量轻、功率损耗低、输电效率高、可扩大变压器的制造容量，便于运输和安装。因此本次设计选择自耦变压器。 （2）分裂变压器：分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。 （3）普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。2.2.3变压器绕组连接方式的选择 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。 我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用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。 根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为Y0/ Y0/接线。接线组别为：YN，a0,d11。2.2.4主变压器调压方式的确定 为了保证变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的分接头切换开关，可改变变压器高（或中）压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。分接头切换开关有两种切换方式：不带电切换，称为无激磁调压，调压范围较小，通常在22.5% 以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调压范围可达30%。 2.2.5主变压器冷却方式的选择 电力变压器的冷却方式有：自然风冷却，强迫风冷却，强迫油循环水冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环导向冷却。 自然风冷却和强迫风冷却适用于中、小型变压器；大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却的散热效率高但是对冷却器的密封性能要求较高。2.3主变压器选择 表2-1 额定电压电压组合及分接范围阻抗电压空载电流连接组高压中压低压高-中高-低中-低330/110/1060012213910.524.512.50.206YN，yn0,d112.4所用变压器的选择：站内用主要负荷容量为S=照明负荷+其余0.85所用电主要负荷统计如表2-2 表2-2序号名称额定容量（kW）功率因数安装台数工作台数备注1充电机200.88116周期性2浮充电机4.50.85116经常性3主变通风0.360.73321经常性4蓄电池及装置通风2.70.89周期性5交流焊机10.50.6913周期性6检修间实验1311经常性7载波远动100.8511经常性8照明141经常性9生活水泵61经常性10采暖及其他13周期性站内主要负荷如下：经过查表得，应选型号为S9-100/35的变压器，其参数为如下表2-3 表2-3变压器型号额定容量（kVA）额定电压（kV）连接组别空载损耗负载损耗阻抗电压空载电流S9-M12510.5/0.4Y.yn00.673.64%2.0%第三章 变电站短路电流计算3.1. 概论 电力系统正常运行方式的破坏，多数是由于短路故障引起的，短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。 变电所中的各种电气设备必须能承受短路电流的作用，不致因过热或电动力的影响造成设备损坏。短路电流的大小也是比较主接线方案、分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。 由于上述原因，短路电流计算成为变电所电气部分设计的基础。选择电气设备时，通常用三相短路电流；校验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或单相接地电流。工程设计中主要计算三相短路电流。3.2. 短路计算的目的 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。3.3 电力系统短路电流计算的基本假定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、电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5、元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计以及不计负荷的影响；6、系统短路时是金属性短路。跨步电压。3.4. 短路电流计算的一般规定 1、验算导体和电气设备动稳定、热稳定以及电气设备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发展规划（一般为本期工程建成后510年）。确定短路电流计算时，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、选择导体和电气设备的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 3、选择导体和电气设备时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。 4、导体和电气设备的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路计算。 5、高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值: 基准容量: 基准电压：B（kV） 10.5 115 3453.5 变电所可采取的限流措施1、变压器分裂运行。2、在变压器回路中装设分裂电抗器或电抗器。3、采用低压侧为三绕组的变压器。4、出线上装设电抗器。3.5 短路电流计算步骤 1、选择计算短路点； 2、画等值网络图； 3、化简等值网络图； 4、计算短路电流周期分量有名值和短路容量 5、计算短路冲击电流和全电流 6、绘制短路电流计算结果表3.6短路电流的计算详见计算书短路电流的计算结果如下表3-1： 表3-1短路点短路电流值基准电流（kA）短路电流（kA）冲击电流（kA）电流最大有效值（kA）0.50220.8152.973631.42241.5638.974399.213458.85055.537.3795.1256.42715.522.4857.21633.944第四章 电气设备的选择及导体的选择4.1. 概论 在发电厂和变电所中，根据电能的转换和分配等各环节的需要，配置了各种电气设备。变电所设计要根据主接线类型，选择各种电器，如母线、断路器、隔离开关等。为使这些电器可靠工作，需要根据正常运行和系统短路时两种情况来正确选择和校验。在进行电气设备的选择时，必须在保证安全、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。4.2.选择的原则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核3）应力求技术先进，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）选用的新产品应具有可靠实验数据，并经正式鉴定合格。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。4.3.技术条件 选择高压电气设备，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况保持正常运行。各种设备的一般技术条件如表43所示：表43 高压电气设备的选择与校验项目表序号电器名称额定电 压kA额定电 流A额定容 量KVA机械荷 载N额定开断电流A热稳定动稳定绝缘水平1断路器2隔离开关3组合电器4负荷开关5熔断器6PT7CT8电抗器9消弧线圈10避雷器11封闭电器12穿墙套管13绝缘子4.4 电气设备选择的基本条件4.4.1 按正常工作条件选择电气设备1、 额定电压 所选电气设备的最高允许电压，必须高于或等于所在电网的最高运行电压。 设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.11.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围，故选择时只要满足下式即可： (5.1)式中 设备所在电网的额定电压，kV； 设备的额定电压，kV；2 、额定电流所选设备的额定电流，应大于或等于所在回路的最大长期工作电流： (5.2)由于高压开路电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。3、 按使用环境选择设备（1）温度和湿度（2）污染情况（3）海拔高度（4）安装地点4.4.2 按短路条件校验设备的动稳定和热稳定1、短路动稳定校验 如果电气设备不够坚固，巨大的短路电流产生的巨大电动力可能要损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路电动力的能力。 制造厂一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流，动稳定条件为： (5.3)式中 所在回路的冲击电流，kA； 设备允许的动稳定电流（峰值），kA。2、短路热稳定校验 如果电气设备散热能力不够，巨大的短路电流产生的巨大热量可能损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路发热的能力。 通常制造厂直接给出设备的热稳定电流(有效值）及允许持续时间t。热稳定条件为： (5.4) 式中 设备允许承受的热效应，； 所在回路的短路电流热效应, 。3、短路计算时间 验算热稳定的短路计算时间为继电保护动作时间和相应断路器的全开断时间之和，即=+ (5.5) 一般取保护装置的后备保护动作时间，这是考虑到主保护有死区或拒动；而是指对断路器的分闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后的电弧完全熄灭为止的时间段。显然，包括两个部分，即 =+ (5.6) 式中，为断路器固有分闸时间，它是由断路器接到分闸命令（分闸电路接通）起，到灭弧触头刚分离的一段时间，此值可在相应手册中查出；为断路器开断时电弧持续时间，它是指由第一个灭弧触头分离瞬间起，到最后一极电弧熄灭为止的一段时间，对少油断路器为0.040.06s，对SF6断路器和压缩空气断路器约为0.020.04s，真空断路器约为0.015s。4.5高压断路器的选择 高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统发生短路故障时迅速的自动断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。灭弧能力是断路器的核心性能。断路器形式的选择，应在全面了解其使用环境的基础上，结合产品的价格和已运行设备的使用情况加以确定。110kV330kV电压等级的可选用户外式少油断路器或断路器；10kV、35kV电压等级可选用户内式少油断路器、真空断路器或断路器4.6 隔离开关的选择 隔离开关（俗称刀闸）没有灭弧装置。它既不能断开正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则即发生“带负荷拉刀闸”的严重事故。此时产生的电弧不能熄灭，甚至造成飞弧（相间或相对地经电弧短路），会严重损坏设备并危及人身安全。 它的选择与断路器的选择条件相同，只是由于隔离开关不能带负荷切换，不能切断短路电流，所以不需校验电流容量。隔离开关的用途有以下几个方面：（1）隔离电压。在检修电气设备时，将隔离开关打开，形成明显可见的断点，使带电部分与被检修的部分隔开，以确保检修安全。 （2）可接通或断开很小的电流。如电压互感器回路，励磁电流不超过2A的空载变压器回路及电容电流不超过5A的空载线路等。 （3）可与断路器配合或单独完成倒闸操作。4.7 电流互感器的选择与校验4.7 .1电流互感器的选择原则 电流互感器TA（又称CT）是将一次系统大电流转变为二次系统小电流的设备。（1）种类和型式的选择。选择电流互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式 、装入式等）选择其型式。选用母线型电流互感器时注意校核窗口尺寸。 当一次电流较小（在400A及以下）时，宜优先采用一次绕组多匝式，以提高准确度；当采用弱电控制系统或配电装置（例如超高压配电装置）距离控制室较远时，为能减小电缆截面，提高带二次负荷能力及准确级，二次侧额定电流应尽量采用1A，而强电系统用5A。（2） 一次回路额定电压和电流的选择。 一次回路额定电压和电流应满足 为确保所供仪表的准确度，电流互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。4.7.2电流互感器的校验 （1）热稳定校验。电流互感器的热稳定校验，应满足以下条件：式中 短路电流在短路作用时间内的热效应， 电流互感器热稳定倍数，即电流互感器1s热稳定电流与一次线圈额定电流的比值。（2）动稳定校验。动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验，以及不同相的电流相互作用产生的外部电动力校验。显然，多匝式一次绕组主要经受内部电动力；单匝式一次绕组不存在内部电动力，则电动力稳定性为外部电动力决定。 内部动稳定校验式为: 式中电流互感器的动稳定倍数。外部动稳定校验式为: 式中作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，由制造厂提供； L电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距； a相间距离； 0.5系数，表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。4.8 电压互感器的选择 电压互感器TV（又称PT）是将高压变成低压的设备，分为电磁式电压互感器和电容分压式互感器。1、型式的选择根据电压互感器安装的场所和使用条件，选择电压互感器的绝缘结构和安装方式。 一般620kV户内配电装置中多采用油浸或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器；35kV配电装置中宜选用电磁式电压互感器；110kV及其以上的配电装置中尽可能选用电容式电压互感器。 在型式选择时，还应根据接线和用途的不同，确定单相式、三相式、三相五柱式、一个或多个副绕组等不同型式的电压互感器。为了节省投资，如有些220kV线路不设电压互感器，利用220kV电流互感器绝缘套管末屏抽取电压。2、按额定电压选择 为保证测量准确性，电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%110%之间。所选电压互感器一次额定电压必须与安装处电网的额定电压一致，二次额定电压一般为100V。要按额定电压选择，应满足 (5.7) 式中 ：选择电压互感器铭牌标出的额定电压，kV； ：电压互感器安装地点的额定电压，kV。3、按容量和准确度级选择 电压互感器按容量和准确度级选择的原则与电流互感器相似，要求互感器二次最大一相的负荷S2，不超过设计要求准确度级的额定二次负荷S2，而且S2应该尽量接近SN2，因S2过小会使误差增大。第5章 变电站导体的设计5.1 母线的选择与校验 在发电厂和变电站中，将发电机、变压器与各种电器连接起来的导体称为母线。母线是电气主接线和各级电压配电装置中的重要环节，它的作用是汇集、传送和分配电能。母线选择的项目一般包括材料、型式、敷设方式和截面选择，并应进行短路热稳定、动稳定校验。5.1.1母线的分类及特点 1、母线按所使用的材料分类 （1）铜母线。铜母线电阻率低、机械强度高、抗腐蚀性强，是很好的导体材料。但铜储量少，属贵重金属，只在含有腐蚀性气体的场合才采用。 （2）铝母线。铝的电阻率比铜高，但储量多，比重小，加工方便，价格便宜，所以通常情况下应尽量采用铝母线。 （3）钢母线。钢母线的优点是机械强度高，价格便宜。但钢的电阻率是铜的7倍，用于交流时会产生很强的集肤效应，所以仅用在高压小容量回路（如电压互感器）和电流在200A以下的低压和直流电路，以及接地装置中。 2、母线按截面形状分类 （1）矩形母线。矩形母线具有集肤效应系数小、散热条件好、安装简单、连接方便等优点。在35kV及以下的户内配电装置中多采用矩形母线。 (2)管型母线。管型母线是空芯导体，集肤效应系数小，且其直径较大、电晕临界点压高。35kV以上的户外配电装置中多采用管型母线。 (3)槽形母线。槽形母线的电流分布较均匀，与同截面矩形母线相比，集肤效应系数小、冷却条件好、金属材料的利用率高、机械强度高。当母线工作电流很大，每相需要三条以上的矩形母线才能满足要求时，一般均选用槽形母线。 (4)圆形母线。屋外高压配电装置大多采用钢芯铝绞线的软母线。如500kV、330kV的母线都用软母线。5.1.2 母线截面的选择 除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。 （1）按导体长期发热允许电流选择，导体中最大持续工作电流I应不大于导体长期发热的允许电流即： (5.8) 与实际环境温度和海拔有关的综合校正系数，在额定环境温度=+25时导体允许电流，A；导体所在回路中最大持续工作电流，A；当导体允许最高温度为+70和不计日照时，K值可用下式计算 (5.9)式中，、分别为导体长期发热允许最高温度和导体安装地点实际环境温度。 （2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度称经济电流密（J），导体的经济截面可按下式计算获得： (5. 10)（3） 热稳定校验： 按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。即导体的截面积应不小于短路热稳定决定的导体最小截面积，用公式表示如下： (5.11) 热稳定系数 肌肤效应系数短路电流的热效应（4）动稳定校验： 当短路冲击电流通过母线时，母线将承受很大的电动力，如果母线间的电动力超过允许值，会使母线变形弯曲，因此必须校验固定于支柱绝缘子上的每跨母线是否满足动稳定要求。要求每跨母线中产生的最大应力计算值不大于母线材料允许的抗弯应力，即动