MW风电场变电所电气部分设计.doc

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 原创论文 题 目：49.5MW风电场变电所电气部分设计学习中心： 河北奥鹏学习中心20层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2009 年 秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 2011年09月10日 III49.5MW风场升压变电所电气部分设计目 录内容摘要1 绪论11.1 风能的发展现状与趋势11.2 风电场变电站的研究背景11.3 本次论文的主要工作22 风场升压变电站电气设计的主要内容32.1 变电所的总体分析及主变选择32.2 电气主接线的选择32.3 短路电流计算32.4 电气设备选择32.5 配电装置设计32.6 防雷与接地43 变电所的总体分析及主变选择53.1 变电所的总体情况分析53.2主变压器容量的选择53.3主变压器台数的选择54 电气主接线设计74.1 引言74.2 电气主接线设计的原则和基本要求74.3 电气主接线设计说明85 短路电流计算135.1 短路电流计算的目的135.2 变电所短路电流计算136 电气设备的选择186.1 电气设备选择的依据186.2 开关设备的选择216.3 开关设备的校验277 配电装置307.1 配电装置的图示307.2 配电装置的设计要求307.3 配电装置的分类318 升压变电站的防雷与接地358.1 直击雷保护358.2 雷电入侵波保护358.3 接地电阻设计标准358.4 本变电站防雷与接地设计369 结论38参考文献39内容摘要根据设计任务书的要求及结合工程实际,本次设计为典型的49.5MW风电场升压变电站电气部分设计。本期按发电机单台容量1500kW计算，装设风力发电机组33台。每台风力发电机接一台1600kVA升压变压器，将机端690V电压升至35kV并接入35kV集电线路，经3回35kV架空线路送至风电场110kV升压站。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。电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定顺序连接而成的,电气主接线的不同形式，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响。本次设计变电站有1台主变压器，1个出线间隔、1个主变进线间隔、1个PT间隔、35kV配电装置一列、无功补偿装置一套。变电站内分为110kV、35kV、0.69kV、0.4kV共四个电压等级。本文是在刘凤丽恩师的精心指导下完成的。刘老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向,在设计思路上给了我很多的指导和帮助。刘老师一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了深刻的印象。在此，我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！关键词：主接线；短路电流；电气设备；配电装置；架空线路；防雷与接地1 绪论 1.1 风能的发展现状与趋势风能是可再生能源技术中最成熟的一种能源技术,对于应对那些与传统能源有关的迫在眉睫的环境和社会影响,风电是个切实可行,立竿见影的解决方案。风力发电就是利用风力机获取风能并转化为机械能，再利用发电机将风力机输出的机械能转化为电能输出的生产过程。目前风电场的分布已遍布全球，风电场的数目已成千上万，最大规模的风电场可上百万千瓦级，例如我国甘肃玉门的特大型风电项目。截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。从2005年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番。风电场所发出的绿色无污染电力，可改善当地电力系统的能源结构，实现电力供应的多元化，提高电网中可再生能源发电的比例，优化电源结构，为社会和经济的可持续发展提供保证。风能是清洁的、可再生的能源，开发风能符合国家环保、节能政策，风电场的开发建设可有效减少常规能源尤其是煤炭资源的消耗，保护生态环境，营造出山川秀美的旅游胜地。风电场本身也可以成为一个独特的旅游景点，促进当地旅游业的发展。1.2 风电场变电站的研究背景随着风电场规模的不断扩大，风电场与电网或电力用户的相互联系越来越紧密。掌握风电场电气部分具有相当重要的意义。单台风力发电机组的发电能力是有限的，大规模风力发电都是在风电场中实现的，风电场是在一定的地域范围内，由同一单位经营管理的所有风力发电机组及配套的输变电设备、建筑设施、运行维护人员等共同组成的集合体。变电站是整个电力系统的基本生产单位，变电站将电能变换后分配电网。变电站不仅仅包括电能生产、变换的部分，还包括其自身消耗电能的部分，即所用电。风电厂的所用电包括维持风电场正常运行及安排检修维护等生产用电和风电场运行维护人员在风电场内的生活用电等。风电场电气系统可以分为4个主要部分：风电机组、集电线路、升压变电站及所用电系统。风电机组除了风力机和发电机以外，还包括变频器和对应的机组升压变压器，目前风电场的风力发电机本身输出电压为690V，经过机组升压变压器将电压升高到35kV；集电线路将风电机组生产的电能按组收集起来，每组包含的风电机组数目大体相同，一般可由每台35kV升压变压器高压侧经高压电缆直接并联，汇集到35kV架空线路输送到升压变电站；升压变电站的主变压器将集电系统汇集的电能再次升高到110kV接入电力系统。目前我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备及系统内大量信息的实时性等要求越来越高，并表现出接线方案趋于简单；大量采用新的电气一、二次设备；综合自动化技术得到广泛应用的趋势。中国正在提高风力发电场的并网能力，目标是到2015年使风力发电并网能力达90GW。风力发电是目前新能源开发技术最为成熟、最具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式。已成为公认的战略替代能源之一，是实现能源可持续发展的重要举措1。1.3 本次论文的主要工作 了解风电场的电气特点，学习风电场电气部分的接线及设计方法，学习风电场电气设备的选择方法，对于风电场的安全运行与可靠供电具有相当重要的意义。本次论文进行了变电站110kV升压变电站主变压器的选择、电气主接线方案的确定、短路电流计算、电气设备的选择（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、导线的选择及其校验）、配电装置的设计、防雷与接地的设计，绘制了110kV升压变电站的一次系统的主接线图，设计过程中力求做到变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。 412 风场升压变电站电气设计的主要内容经济发展电力先行,电力在经济发展和国计民生中的作用越来越受瞩目,其中变电所是电力系统中不可缺少的一个重要环节,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。变电所电气部分设计包括变电所总体分析、主变选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电装置设计、防雷与接地设计等。2.1 变电所的总体分析及主变选择本升压变电站规划占地面积为150*125mm2，有新建泥结石道路可以直通县道。站内主要有综合控制楼、汽车与材料库、110kV屋外配电装置、主变压器、35kV配电装置、无功补偿装置、消防水泵房、污水处理装置、事故油池等建筑物。用来向电力系统或用户输送功率的变压器称为主变压器。主变压器是变电站中最为主要的电气设备之一，在电气设备的投资中占有较大比例，同时它还影响与之相配套的电气装置的投资。因此，对主变压器的台数、容量和型式的选择至关重要。同时，它也是主接线方案确定的基础。本期工程因风机装机容量为49.5MW,所以设计一台容量为50MVA的主变压器。2.2 电气主接线的选择 电气主接线是变电所的主要环节，电气主接线直接影响运行的可靠性、灵活性，它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、自动装置和控制方式的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。2.3 短路电流计算 拟定主接线后，为了合理的选择电气设备，就必须进行短路电流计算。短路计算点为通过电器设备的最大短路电流的地点，一般按三相短路电流计算。2.4 电气设备选择选择适合本地使用的电气设备，不仅需要考虑电气设备的电气参数要满足正常工作时流过的电流，承载的电压以及故障时所受到的高温和电动力的影响（短路后的大电流造成），还需要综合考虑电气设备所处的环境因素，如海拔、环境温度、日照及风速等。此外，也要注意电气设备运行可能给环境带来的影响，如噪声和电磁干扰等。2.5 配电装置设计配电装置可以理解为接受和分配电能的装置，它是电气主接线的具体实现，用于完成进出线回路之间的连接。2.6 防雷与接地升压变电站一旦遭受雷击，电气设备的绝缘会毁坏，不但修复困难，而且会导致风电场发出的电能不能外送，可能会造成供电区域内大面积、长时间停电，波及电网，给国民经济和人民生活带来严重损失。3 变电所的总体分析及主变选择3.1 变电所的总体情况分析本期为一期工程，建设规模为49.5MW。本期工程发电机单台推荐容量1500kW，共33台。每台风力发电机接1台1600kVA箱式变压器，将机端690V电压升至35kV，接入35kV集电线路，经35kV架空线路送至风电场升压站。升压变电站经过1台升压主变压器将电压提高到110kV送至地方110kV电网。变压器容量过大或台数过多，会造成投资的浪费，占地和运行损耗增加；容量过小，则发出的电能就无法全部送出到电力系统或满足风电场内部负荷需求。因此，应该合理地选择变压器的容量和台数3.2 主变压器容量的选择 主变压器容量的选择应根据在正常运行时有最大功率通过时不过载的原则来确定，避免出现功率的“瓶颈现象”。同时过大的容量不仅会增加投资，而且还会加大有功和无功的损耗，增加运行费用，出现“大马拉小车”的现象。考虑到风力发电场负荷率较低的实际情况，及风力发电机组的功率因数在1左右，可以选择等于风电场发电容量的主变压器2。实际选择变压器容量是在根据上述原则选择的的基础上取相近并稍大的标准值。本期工程发电机容量为49.5MW, 所以选用一台容量为50MVA的三相油浸式双绕组有载调压变压器作为主变压器。3.3 主变压器台数的选择3.3.1主变台数的考虑原则: 变电站主变压器的台数可按如下原则确定：(1)对大城市郊区的一次变电所,在中、低压侧已经构成环网的情况下,以装两台主变为宜；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,设计时应考虑装三台主变压器的可能性；对规划只装两台主变的变电所,其主变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主变。(2) 对于只供电给二类、三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。(3) 对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，应选用两台相同容量的主变压器，每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台变压器能供给全部一类负荷的需要；在无法确定一类负荷所占比重时，每台变压器的容量按计算负荷的60%-80%选择。3.3.2本升压变电站主变压器具体分析情况如下：（1）本升压变电站因目前只规划一期工程，加之主变压器运行可靠性高，发生故障的几率小，检修周期长，损耗低，所以在选择时一般不考虑主变压器的备用,故按一台主变压器进行配置；（2）因风场是将35kV电压升至110kV，只有两种电压，所以选双绕组变压器即可满足要求；（3）我国110kV及以上的电压等级变压器均采用Y形连接，35kV电压采用连接，所以联结组别选用；在变电站中,主变压器接线组别采用,能限制三次谐波。如接线组别高、低压侧均采用全星形，则三次谐波无通路，因此将会引起正弦波电压畸变，并对通信设备发生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均会有影响3。（4）由于风场发电多入地方电网，而地方多力多供应不足，电网电压波动较大，所以主变压器可采用有载调压装置。高压侧有载调压是改善电压质量、减少电压波动最有效的手段。（5）凡是能够采用三相变压器时都应首先三相变压器，在330kV及以下的电力系统中，一般都应选用三相变压器4。（6）对于三相双绕组变压器的高压侧，110kV及以上电压等级均为中性点直接接地系统。（7）由于风场升压变电站多处于风场中心位置，常年风资源盛行，散热条件良好，冷却方式采用自然风冷即可满足要求。综合上述分析，本变压站主变压器选择参数如下：型号额定 容量 KVA额定 电压 -高压（KV）额定 电压 -低压（KV）空载 损 耗kw空载电流 %负载损耗kw连接组别短路阻抗 %SZ11-50000/110500001108*1.25%38.5420.418410.54 电气主接线设计4.1 引言电气主接线是变电站电气部分的主体,是电力系统中电能传递通道的重要组成部分之一；其连接方式的确定对电力系统整体以及变电站本身的供电可靠性、运行灵活性、检修方便与否和经济合理性起着决定性的作用,同时也对变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有着很大的影响。电气主接线设计是一项繁琐而复杂的综合性工作，必须遵循国家的有关法律、法规、方针、政策，依据相应的国家规范、标准和设计规程，结合具体工程的不同情况、不同要求、按照严格的设计程序，由宏观到微观，逐步细化和充实，反复地比较和优化，最后提出技术上先进可靠、经济上合理的电气主接线设计方案。4.2 电气主接线设计的原则和基本要求4.2.1电气主接线设计的原则： 电气主接线设计是变电站电气设计的主体，必须以设计任务书为依据，以国家相关的法规、规程为准则，结合工程的具体特点，全面地、综合地加以分析，设计出可靠性高，运行方便灵活而又经济合理的最佳方案。4.2.2主接线设计的基本要求：（1）可靠性 供电可靠性是电力生产的基本要求，运行实践是电气主接线可靠性的客观衡量标准，国内外长期积累的运行实践经验在评价可靠性时起决定性的作用。目前，常被选用的主接线类型并不很多。在主接线设计中可以从以下几方面加以考虑：1)任一断路器检修时，尽量不会影响其所在回路供电。2)断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少停运回路数和停运时间，并保证对一级负荷及全部二级负荷或大部分二级负荷的供电。3)尽量减少变电所全部停电的可能性。（2）灵活性 主接线应该满足在调度、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变压器和线路，灵活调配电源和负荷，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度要求。2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修不致影响电力系统的运行和对用户的供电。3）扩建时，可以容易地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，并对一次和二次系统的改建工作量最小。（3）经济性 在满足可靠性、灵活性要求的前提下，还应尽量做到经济合理。对于经济性的考虑主要包括下列内容：1）投资省 主接线力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备；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；采取限制短路电流的措施，以便选取价格较低的电气设备或轻型电器。2）占地面积小。主接线设计中要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积小。3）电能损失少。在变电站中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，并尽量避免因两次变压而增加的电能损失。（4）其它方面的综合考虑 其他应考虑因素也很多，如:主要设备的供货厂家、交通运输、环境、气象、地震、地质、地形及海拔高度等都会影响电气主接线的设计，须综合加以考虑5。4.3 电气主接线设计说明4.3.1 电气主接线形式主接线形式可以分为两大类：有汇流母线和无汇流母线。汇流母线，简称母线，是汇集和分配电能的设备。有汇流母线的接线形式便于实现多回路的集中。由于有母线作为中间环节，使接线简单、清晰、运行方便，有利于安装和扩建。一般进出线数目大于4回。有汇流母线的接线形式包括：单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、带旁路母线等。无汇流母线的接线形式使用开关电器较少，占地面积少，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的变电站。无汇流母线的接线形式包括：单元接线、桥形接线、角形接线、变压器-线路单元接线等。不同的接线方式决定于电压等级及出线回路数。按电压等级的高低和出线回路的多少，不同的接线形式有其大致的使用范围。电气主接线的常见形式：（1）单元接线 单元接线是最简单的接线形式，即发电机和主变压器组成一个单元，发电机生产的电能直接输送给变压器，经过变压器升压后送给系统。（2）桥形接线 当变配电装置中只有两条线路连接站内两台主变压器时，常采用桥形接线，此时这两回进线分别和两条线路连接，形成了两条线路-变压器的供电路径，在这两条供电路径由桥形断路器联络，根据桥形断路器相对于变压器和线路的安装位置，又分为内桥接线和外桥接线。内桥接线的桥断路器靠近变压器，对于变压器的投切需要操作两台断路器，对于线路的操作只需要一台断路器，而外桥接线则相反，对于变压器的投切操作一台断路器，线路则操作两台断路器。可以看出，内桥接线对于线路的操作较为简单，而外桥接线则易于操作主变，因此内桥接线适用于变压器不经常切换，而线路较长，故障概率较高所造成的线路需要经常操作的场合；外桥接线适用于变压器切换频繁，或线路较短，故障概率小的场合，此外，当线路有穿越功率时，也宜采用外桥接线。桥形接线采用的高压断路器数量小，4个回路只需要3台断路器，在容量较小的发电厂、变电站经常采用。（3）单母线接线 单母线接线以一条母线用为配电装置中的电能汇集节点，是有母线接线形式中最简单的接线形式。单母线接线的优点是：接线简单清淅、设备少、操作简单、便于扩建和采用成套配电装置。但是单母线接线的可靠性较低，当其中的任一断路器检修停运，其所在回路必须停电，而当母线或母线隔壁离开关故障或检修的时候，由于母线停运，整个配电装置都需要停电，也就有可能造成整个厂站的停电。单母线接线适用于电源数目较少、容量较波折场合，例如母线上只有一个电源的情况，也就是只有一台发电机或一台变压器的时候：1）6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回。2）35-66KV配电装置的出线回路数不超过3回3）110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回（4）单母线分段接线 在配电装置中有多个电源存在的时候，单母线不在适用，此时可以将单母线根据电源的数目进行分段，这就是单母线分段接线形式。单母线分段的数目由电源的数量和容量决定，分段数目越多，母线停电的范围越小，但是断路器的数目也越多，配电装置和运行也越复杂。因此一般以2-3段为宜；同时也需要注意，为了减少功率在分配断路器上的流动，电源和负荷要尽量分配到每条母线上，以保证母线间的功率平衡。单母线分段接线具有以下优点：1） 重要用户可以从两段母线上引出两个回路，由不同的电源供电。2） 当一段母线发生故障或需要要检修的时候，分段断路器可以断开，保证另一段母线的正常运行。由此可见，单母线分段接线相对单母线接线，可靠性和灵活性都有提高。但是此时，当一段母线故障的时候，其所连接的回路依然需要停电；同时重要负荷采用双回线时，常使得架空线路出线交叉跨越，为了使得两段母线负荷和电源均衡配置，在扩建的时候需要向两个方向均衡扩建。单母线分段接线的适用范围如下：1）6-10KV配电装置的出线回路数为6回及以上。2）35-66KV配电装置的出线回路数为4-8回。3）110-220KV配电装置的出线回路数为3-4回。（5）双母线接线 单母线分段接线在母线故障的时候虽然保证了部分负荷的供电，但是故障母线所连的回路依然需要停运，在可靠性要求较高的情况下无法满足要求，而双母线接线可以解决上述问题。每个回路通过一个断路器和两个隔离开关和两条母线相连，母线之间通过母线联络断路器连接，此时回路的分合由断路器来实现，而回路运行于那条母线则由母线隔离开关决定。除了母线检修情况以外，双母线接线在运行时一般采用固定连接运行方式，即两条母线运行，通过母线并列，电源和负荷平均分配在两条母线上。相对于单母线接线及单母线分段接线，双母线接线具有以下优点：1）供电可靠，由于任意回路可以和两条母线联系，通过两个母联隔离开关的倒闸操作，可以使得回路灵活地在两条母线间切换，也就使得检修任一母线只停母线本身，不至于造成供电中断，而当故障的时候，可以迅速地将停电回路倒到另一条带电母线上，减少了故障的影响。2）调度灵活，每个回路都可以运行于任一母线，也就使得电源和负荷可以录活地在母线上分配，这就可以灵活地适应系统中的各种运行方式的调度及潮流变化的需求。3）扩建方便，相对于单母线分段接线，向任一方向扩建都不影响电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电；当存在双回架空线时可以顺序布置，不会出现单母线分段接线所导致的交叉跨越。4）便于试验，当个别回路需要单独试验的时候，可以将该回路单独接于一条母线进行试验。双母线接线适用于回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率大、母线故障后要求迅速恢复供电、母经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的情况下采用，各个电压等级采用的具体条件如下：1）6-10KV配电装置，当短路电流较大的时候，出线需要加装电抗器时。2）35-66KV配电装置，当出线回路数超过8回时；或连接电源较多，负荷较大时。3）110-220KV配电装置，当出线回路数在5回及以上时，或在系统中具有重要地位，出线回路数为4回及以上。（6）双线线分段接线 当220KV进出线回路数甚多时，为了减少母线故障时候的停电范围，需要对双母线进行分段，原则如下：1）当进出线回路数为10-14回时，在一组母线上用断路器分段。2）当进出线回路数为15回及以上时，两组母线都分段。3）为限制220KV母线短路电流或系统解列运行的要求，可根据需要将母线分段6。4.3.2风电场电气主接线设计：（1）风电机组的电气接线 这里的风电机组除了包括风力机和发电机以外，还包括变频器和对应的机组升压变压器。目前，风电场的主流风力发电机本身输出电压为690V，经过机组升压变压器将电压升高到35kV。这样风电机组的接线大都采用单元接线。一般情况下，多采用一机一变，即一台风力发电机组配备一台箱式变压器。（2）集电线路及其接线 集电系统将风电机组生产的电能按组收集起来。分组采用位置就近原则，每组包含的风电机组数目大体相同，多为11台。多组机群的输出汇集到35kV母线，再经35kV架空线路输送到升压变电站。当然，采用地下电缆还是架空线，还要看风电场的具体情况。架空线路投资低，但在风电场内需要条形或格形布置，不利于设备检修，也不美观；采用直埋电力电缆敷设，风电场景观较好，但投资较高。就接线形式而言，风电场集电环节的接线多为单母线分段接线。每段母线的进线，是各箱式变电所汇集的多台风电机组的并联输出，每一组机群的箱式变电所提供汇流母线的一条进线，每段母线的出线是一条通向升压变电站的35kV输出线路。（3）升压变电站的主接线 升压变电站的主变压器将集电线路汇集的电能再次升高到110kV接入电力系统。就接线形式而言，风电场升压站的主接线多为单母线接线或单母线分段接线（有扩建工程时），取决于风电机组的分组数目。（4）风电场所用电的主接线 风电场的所用电包括维持风电场正常运行及安排检修维护等生产用电和风电场运行维护人员在风电场内的生活用电等，也就是风电场内自用电的部分，电压为400V的电压等级，主接线采用单母线分段接线，负荷分配在两段母线上，两段母线通过母线桥连接起来。5 短路电流计算5.1 短路电流计算的目的5.1.1短路电流的计算目的有以下几点:1）电气接线方案的比较和选择2）选择和校验电气设备3）选择和校验载流导体4）继电保护的选择与整定5）接地装置的设计及确定中性点接地方式6）计算软导线的短路摇摆7）确定分裂导线间隔棒的间距8）验算接地装置的接触电压和跨步电压5.1.2概念短路：是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。其值可远远大于额定电流 ，大小并取决于短路点距电源的电气距离。5.1.3分类三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时,电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需35秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电气设备在发生短路时机械应力的动稳定性。5.2 变电所短路电流计算5.2.1计算条件（1）假设系统有无限大的容量。用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多。具体规定: 对于335KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。（2）在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般情况下也只计电抗而忽略电阻。（3）短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件。因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流。能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。5.2.2简化计算法即使设定了上述假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要.一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册就可以借助“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.下面先了解一些基本概念. （1）主要参数三相短路容量 (MVA) 简称短路容量校核开关分断容量 三相短路电流周期分量有效值(KA ) 简称短路电流校核开关分断电流和热稳定三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定 X电抗() 其中系统短路容量和计算点电抗X是关键. （2） 标么值计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz)。将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值。基准容量： Sjz =100 MVA基准电压： Ujz规定为8级： 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 kV有了以上两项, 由公式S=1.73*U*I，所以各级电压的基准电流即可计算出来。1） 标么值计算容量标么值 S* =S/.例如:当10KV母线上短路容量为200 MVA时,其标么值容量S* = 200/100=2.电压标么值 U*= U/ ; 电流标么值 I* =I/2）无限大容量系统三相短路电流计算公式短路电流标么值: I*d = 1/X* (总电抗标么值的倒数).短路电流有效值: = * I*d=/ x*(KA)当1000KVA以上变压器二次侧短路时,冲击系数,取1.8冲击电流有效值: = 1.52 冲击电流峰值: =1.41* *=2.55 (kA)当1000KVA及以下变压器二次侧短路时,冲击系数,取1.3冲击电流有效值: =1.09 (kA)冲击电流峰值: =1.84 (kA)掌握了以上知识,就能进行短路电流计算了.公式不多,又简单.关键在于知道短路点的总电抗，一种方法是查有关设计手册,从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标么值.求得总电抗后,再用以上公式计算短路电流；设计手册中还有一些图表,可以直接查出短路电流.（3） 口诀式简化算法1）系统电抗的计算方法：系统电抗，百兆为一。容量增减，电抗反比。100除以系统容量例：基准容量 100MVA。当系统容量为100MVA时，系统的电抗为*=100/1001；当系统容量为200MVA时，系统的电抗为*=100/2000.5；当系统容量为无穷大时，系统的电抗为*=100/0 系统容量单位：MVA系统容量应由当地供电部门提供。当不能得到时，可将供电电源出线开关的开断容量作为系统容量。如已知供电部门出线开关为W-VAC 12KV 2000A 额定分断电流为40KA。则可认为系统容量S=1.73*40*10=692MVA, 系统的电抗为*=100/6920.144。2）变压器电抗的计算110KV, 10.5除以变压器容量；35KV, 7除以变压器容量；10KV(6KV), 4.5除以变压器容量。例：一台35KV 3200KVA变压器的电抗X*=7/3.2=2.1875一台10KV 1600KVA变压器的电抗X*=4.5/1.6=2.813变压器容量单位：MVA这里的系数10.5，7，4.5 实际上就是变压器短路电抗的数。不同电压等级有不同的值3）电抗器电抗的计算电抗器的额定电抗除以额定容量再打九折。例：有一电抗器 U=6KV I=0.3KA 额定电抗 X=4%。额定容量 S=1.73*6*0.3=3.12 MVA. 电抗器电抗X*=(4/3.12)*0.9=1.15电抗器容量单位：MVA4）架空线路及电缆电抗的计算架空线：6kV，等于公里数；10KV，取1/3；35kV，取 3；电缆：按架空线再乘0.2。例：10KV 6km架空线。架空线路电抗X*=6/3=210KV 0.2km电缆。电缆电抗X*=(0.2/3)*0.2=0.013。这里作了简化，实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关，截面越大电抗越小5）短路容量的计算电抗之和，去除100。例：已知短路点前各元件电抗标么值之和为 X*=2, 则短路点的短路容量：=100/2=50 MVA。短路容量单位：MVA6）短路电流的计算6KV，9.2除以电抗；10KV，5.5除以电抗；35KV，1.6除以电抗； 110KV，0.5除以电抗。0.4KV，150除以电抗例：已知一短路点前各元件电抗标么值之和为 X*=2, 短路点电压等级为6KV,则短路点的短路电流 Id=9.2/2=4.6kA。短路电流单位：KA7）短路冲击电流的计算当1000KVA以上变压器二次侧短路时, 冲击电流有效值: = 1.52 冲击电流峰值: =2.55 (kA)当1000KVA及以下变压器二次侧短路时, 冲击电流有效值: =1.09 (kA)冲击电流峰值: =1.84 (kA)例：已知短路点(1600KVA变压器二次侧)的短路电流 Id=4.6KA，则该点冲击电流有效值=1.521.52*4.66.992kA,冲击电流峰值 =2.55=2.55*4.6=11.73kA。可见短路电流计算的关键是算出短路点前的总电抗(标么值)，但一定要包括系统电抗7。5.2.3本风场升压变电站短流电流计算根据接入系统数据分析,经过短路电流计算，风场升压变电站接入电力系统后，电网短路水平不大，不影响相关变电站的设备选型。风电场110kV母线远景最大三相短路电流为6.26kA，35kV母线最大三相短路电流7.5kA。故本期工程110kV设备短路水平按31.5kA设计；35kV短路电流水平也按31.5kA设计。6 电气设备的选择6.1 电气设备选择的依据电气主接线是由导体和电气设备连接而构成的电路。选择适合本地使用的导体和电气设备，不仅需要考虑电气设备的电气参数，要满足正常工作时流过的电流，承载的电压以及故障时所受到的高温和电动力的影响（短路后的大电流造成），还需要综合考虑电气设备所处的环境因素，如海拔、环境温度、日照及风速等。此外，也要注意电气设备运行可能给环境带来的影响，如噪声和电磁干扰。6.1.1电气设备选择的一般条件选择适用的电气设备，首先要确定其额定参数，使其可以长期承载流过它的电流而不过热，可以承受加于其上的电压而不致使设备绝缘受到损坏。同时，还要考虑设备安装地点的环境因素以应对工作现场实际情况，只有这样才能保证电气设备的长期稳定工作。此外，必须考虑电力系统中短路所造成的巨大短路电流对系统的损害，要使电气设备本身可以承受短路时的短时发热和电动力对设备的影响。在选择电气设备时，必须考虑下列各项原则：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，因地因网制宜原则；3）应力求技术先进和经济合理；4）与整个工程的建设标准协调一致；5）同类设备尽量减少品种，应采取“一次配置到位，并留有裕度”的原则；6）重要技术参数指标从严把关原则，如为保证整个电网协调发展，在选用550kV断路器时，其额定开断电流一般应不超过63kA；252kV断路器，开断电流不超过50kA；126kV断路器，开断电流不超过40（31.5）kA。对126kV支柱绝缘子强度应选4-6kN；对252kV支柱绝缘子强度应选6-8kN；对550kV支柱绝缘子强度应选8-12kN8；7）选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格；8）金属封闭开关设备宜选用加强绝缘型金属封闭式高压开关柜，柜体宜选用母线和断路器具有独立隔室的开关柜，柜内绝缘件应采用阻燃绝缘材料，应完备“五防”功能。6.1.2电气设备选择的技术条件（1）按照正常工作状态选择 对电气设备来说，首先要考虑其是否可以承受流过的电流和加于其上的电压：1）额定电压 即电气设备的额定电压要大于设备安装处的电网额定电压2）额定电流 即运行中的电气设备额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流不同回路的持续电流需要分别计算。对于变压器，其回路最大持续工作电流按照其额定电流的1.05倍计算，如果变压器可能过负荷运行则按照1.3-2倍的变压器额定电流确定；对于母联断路器回路，一般按照母线上最大一台变压器的确定；对于母线分段电抗器，应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该母线负荷所需电流，或最大一台发电机额定电流的50-80%；出线回路的除考虑正常电流外，还应考虑事故时由其回路转移过来的负荷。高压电气设备没有明确的过载能力，所以在选择额定电流的时候，应满足各种可能运行方式在回路持续工作电流的要求。此外，对于套管和绝缘子等承力设备还需要考虑其机械负载能力。（2）按照短路状态校验由于短路以后电气设备将承受比正常时候大很多的热积累和电动力，虽然时间很短，但仍可能对设备造成巨大破坏，因此，按照正常条件选出的电气设备必须要校验一下其热稳定和动稳定能力。一般来说，电气设备在出厂时都会给定以下参数：1）设备允许通过的热稳定电流和时间t，并以此校验其热稳定性是否满足要求： 式中，为实际计算得到的短路电流热效应。2）设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值，以此校验电气设备是否可以满足动稳定的要求： 或式中，或为实际计算得到的冲击电流幅值（kA）及其有效值（kA）和 需要由短路电流计算求得。计算短路电流时，需要考虑系统远景发展规划，按照最终的容量计算；计算时应按能造成最大的短路电流的接线形式进行分析；短路种类一般取最严重的三相短路；同时需要考虑短路点的选取，要选能使通过设备的短路电流最大的情况。在计算时，需要选取合适的短路时间，一般考虑短路时间为保护动作时间和断路器全开断时间之和即考虑到主保护可能拒动，使得通过电气设备的短路电流持续时间较长，一般采用后备保护动作时间；而断路器全开断时间为断路器分闸命令发出促使断路器机构的跳闸线圈动作，由此引发断路器的各相触头分离直至触头间电弧完全熄灭的过程所需的时间，即：式中，为断路器的固有分闸时间，指断路器从接受跳闸命令到跳闸机构拉开触头的时间；为断路器触头开始拉开直至触头间电弧完全熄灭为止。对于以下几种情况，也可以不去校验动稳定和热稳定性：1） 用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。2） 采用有限流电阻的熔断器保护的设备，其回路电流被电阻限制。3） 装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备。6.1.3电气设备选择的环境因素电气设备必须能够适应工作场所的实际环境，因此，应根据具体工作场院所的实际情况有针对性地选择电气设备的结构和、型式。对环境因素的考虑主要涉及以下方面：（1）温度 目前我国生产的电气设备，在设计时一般按周围的介质温度为 40考虑。当环境温度高于40时，每增高1，设备允许电流减少1.8%；当环境温度低于40是每降低1,设备的允许电流可增加0.5%，但是总的增量不能超过20%。在高寒地区,应选择可以适应最低温度为-40的高寒电气设备。在最高温度超过40、长期处于低湿度的干热地区，应选用型号后带“TA”字样的干热型产品。（2）日照 屋外高压电气设备在日照的作用下将产生附加温升，由于电气凤备的发热试验是在避免阳光直射的条件下进行的，因此当设备提供的额定载流量未考虑日照时，在电气设计中可以按电气设备额定电流值的80%满足电流要求来选择设备。（3）风速 一般高压电气设备可在风速不大于35m/s的环境下正常运行。当最大风速超过35m/s时，除向向制造厂商提出特殊订货外，还应在设计和布置时采取有效防护措施，如降低安装高度、加强基础固定。（4）冰雪 在积雪和覆冰严重的地区，应采取措施防止冰串引起瓷件绝缘发生对地闪络。（5）湿度 一般高压电气设备可在环境温度为20、环境湿度为90%的环境中使用。在沿海地区，当相对湿度超过一般产品使用标准的时候，可选用型 号后标有“TH”的湿热带型高压电气设备。（6）污秽 电气设备工作于污秽环境时，要考虑环境可能给电气设备带来的化学腐蚀。根据盐密和泄漏比距，变电所的污秽等级可以分为：1、2、3级。根据实际情况，应采取以下措施：增大电瓷绝缘的有效泄漏比距或选用有利于防污的电瓷造型，如采用半导体、大小伞、大倾角、钟罩等特制绝缘子；采用屋内配电装置，2级及以上污秽区的66-110KV配电装置采用屋内型。（7） 对安装在海拔高度超过1000m地区的电气设备外绝缘一般应预以加强，可选用高原型产品或选用外绝缘提高一级的产品。（8）地震 选择电气设备时要考虑本地地震烈度，选用可以满足地震要求的产品9。6.1.4环境保护选择电气设备时，还应考虑电气设备对周围环境的影响，主要考虑电磁干扰和噪声。（1） 电磁干扰会损害或破坏电磁信号的正常接收及电气设备、电子设备的正常运行。无线电干扰主要来自电气设备的电流、电压突变和电晕放电。因此，要求电气设备及金具在最高工作相电压下，晴天的夜晚不应出现可见电晕，110kV及以上的电气设备、户外晴天无经理发干扰电压不应大于2500Uv。对于是110kV以下的电气设备，一般可不校验无线电干扰电压。（2） 电气设备的噪声水平应控制在以下水平：在距电气设备2m处，连续性噪声不应大于85dB；非连续性噪声，屋内设备不应大于90dB，屋外设备不应大于110dB。6.2 开关设备的选择6.2.1断路器的选择 断路器应选用无油化产品。真空断路器应选用本体和机构一体化设计和制造的产品。投切电容器组的开关应选用开断时无重燃及适合于频繁操作的开关设备。40.5kV及以上投切容性或感性负载的断路器宜采用SF6断路器。（1）断路器的型式 根据灭弧介质，断路器可以分为：油断路器（多油、少油）、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器。SF6（纯净的SF6气体是无色、无味、无毒的，不支持燃烧、也不支持呼吸的气体）断路器，虽造价高，但此开关性能好、可靠性高、使用方便。SF6断路器，宜选取配用优质弹簧机构、模块化设计的液压机构或弹簧储能的液压机构。252kV母联断路器、变压器出口断路器尽量选用机械联动机构。选用断路器时，其控制回路应尽可能简单，不宜选用“控制线圈串RC回路的结构10。（2）断路器的电气参数 高压断路器的作用是分合电路，不仅需要分合正常的负荷电流，而且要能分合故障时的短路电流。因此选择高压断路器时不仅要考虑其额定电压和额定电流的大小，还要考虑其对故障电流的开合能力，即考虑其额定开断电流和短路关合电流。1）额定电流和电压 断路器的额定电压要大于其安装位置的电网额定电压，断路器的额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流。2）额定开断电流 额定开断电流是表明断路器灭弧能力的