华北水利水电大学电气工程毕业设计

华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 第 1 章 主接线的设计 1.1 主接线的设计依据 1.1.1 变电所在电力系统中的地位和作用 电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三 种类型。 一般系统枢纽变电所汇集多个大电源， 进行系统功率交换和以中压供电， 电压 330500KV；地区重要变电所，电压为 220330KV；一般变电所多为终 端和分支变电所，电压为 110KV，但也有 220KV。 1.1.2 变电所的分期和最终建设规模 变电所根据 510 年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台（组）主 变压器；当技术比较合理时，330500KV 枢纽变电所也可装设 34 台（组） 主变压器；终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。 1.1.3 负荷大小和重要性 对一级负荷必须有两个独立的电源供电，且当一个电源失去后，应保证全 部一级负荷不间断供电；对二级负荷一般要求有两个电源供电，且当一个电源失 去后，能保证大部分二级负荷供电。对于三级负荷一般只需一个电源供电。 1.1.4 系统备用容量的大小 装有 2 台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故断开，其 余主变压器的容量应保证该所 70%的全部负荷， 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负荷；系统备用容量的大小将会影响运行方式的变 化。 1.1.5 系统专业对电气主接线提供的具体资料 出线电压等级、回路数、出线方向、每回路输送容量和导线面积等；主变 压器的台数、容量和型式等；调相机、静止补偿装置、并联电抗器、串联电容补 偿装置等型式、 数量、 容量和运行方式的要求； 系统的短路容量或归算的电抗值； 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 变压器中性点接地方式及接地点的选择；系统内过电压数值及限制内过电压措 施； 为保证大系统的稳定性， 提出对大机组超高压电气主接线可靠性的特殊要求； 初期及最终变电所与系统的连接方式（包括系统单线接线和地理接线）及推荐的 初期和最终主接线方案。 1.2 主接线设计的基本要求 主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 1.2.1 可靠性 主接线可靠性具体要求：断路器检修时不宜影响对系统的供电；断路器或母线检 修时，尽量减少停运的回路数和停运时间,并要保证一级负荷及全部或大部分二 级负荷的供电；尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。 1.2.2 灵活性 主接线灵活性应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 1.2.3 经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理，投资省；占地面积小 电能损失少。 1.3 主接线方案比较与确定 1.3.1110KV 侧主接线设计 方案一：双母线接线 如图 1.3.1(a) 图 1.3.1(a) 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 方案二：单母线分段 如图 1.3.1(b) 图 1.3.1(b) 表 1.3.1110KV 侧主接线方案比较表 方案一方案二 技术 1供电可靠 2调度灵活 3扩建方便 4便于试验 5易误操作 6检修任一回路的断路 器，该回路仍停电 7当一组母线故障时仍 短时停电，影响范围 较大 1分段后提高了供电的 可靠性和灵活性 2对重要用户可以从不 同段引出两回馈电线 路，分由两个电源供 电 3一段母线发生故障， 分段断路器自动将故 障段隔离，保证正常 段母线不间断供电 4某段母线故障或检修 仍有停电问题 5某 回路 的断 路器 检 方 案 项 目 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 修，该回路停电 6扩建时，需向两端均 衡扩建 经济1设备多、配电装置复 杂 2投资和占地面大 增加了分段设备的投资 和占地面积 结论综合考虑采用方案一双母线接线 1.3.235KV 侧主接线设计 方案一：分段的单母线接线 如图 1.3.2(a) 图 1.3.2(a) 方案二：不分段的单母线接线如图 1.3.2(b) 1.3.2(b) 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 表 1.3.235KV 侧主接线方案比较表 方案一方案二 技术1检修一段母线仅造成 本段母线局部停电。 2一段母线短路，仅造 成该段母线停电 1接线简单， 2操作方便 3扩建方便 4可靠性差 5调度不方便 经济增加了分段设备的投资 和占地面积 占地少 设备少 结论综合考虑采用方案一分段的单母线接线 1.3.3 10KV 侧主接线设计 方案一：分段的单母线接线如图 1.3.3（a） 图 1.3.3（a） 方 案项 目 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 方案二：不分段的单母线接线如图 1.3.3（b） 图 1.3.3(b) 表 1.3.310KV 侧主接线方案比较表 方案一方案二 技术3检修一段母线仅造成 本段母线局部停电。 4一段母线短路，仅造 成该段母线停电 6接线简单， 7操作方便 8扩建方便 9可靠性差 10调度不方便 经济增加了分段设备的投资 和占地面积 占地少 设备少 结论综合考虑采用方案一分段的单母线接线 方 案项 目 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 第 2 章 主变的选择 2.1 变电所主变压器容量和台数的选择 2.1.1 主变压器容量的确定 主变压器容量一般按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择， 并适当考虑到 远期 10-20 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.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。 对于有重要负荷的 变电所，应考虑到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负荷；对一般性变电所，按照当一台主 变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的 70-80选择。即 Sn=(0.6-0.7) Smax/(n-1) (MVA) 式中 n变电所变压器台数 MVAS2825 . 725 . 6 35 MVAS83.2292. 0/ )65 . 162( 10 MVASSS694.37)9 . 085. 085. 0 1035max （ MVASSn3858.26) 12/(7 . 0 max 因此，本次变电所主变压器容量确定为 SFSZ7-31500/110。 2.1.2 主变压器台数的确定 为了为保证供电可靠性，变电所一般装设 2 台主变压器；枢纽变电所装 设 24 台；地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可装设 3 台。 因此，本次变电所主变压器台数确定为 2 台。 2.2 主变压器型式的选择 2.2.1 相数的确定 在 330KV 及以下的发电厂和变电所中，一般选用三相式变压器。因为一台 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 三相式较同容量的三台单相式投资小、 占地少、 损耗小， 同时配电装置结构简单， 运行维护较方便。 因此，本变电所主变压器相数确定为三相。 2.2.2 绕组数的确定 在有三种电压的变电所中，如变压器各侧绕组的通过哦容量均达到变压器 额定容量的 15%及以上，或低压侧虽无负荷，但需在该侧装无功补偿设备时，宜 采用三绕组变压器。 当变压器需要与 110KV 及以上的两个中性点直接接地系统相 连接时，可优先选用自耦变压器。 因此，本变电所主变压器相数确定为三绕组。 2.2.3 绕组接线组别的确定 变压器的绕组连接方式必须使得其线电压与系统线电压电压相位一致，否 则不能并列运行。 电力系统变压器采用的绕组连接方式有星形 “Y” 和三角形 “D” 两种。我国电力变压器的三绕组所采用的连接方式为：110KV 及以上电压侧均为 “YN” ，即有中性点引出并直接接地；35KV 作为高、中压侧时都可能采用“Y”， 其中性点不接地或经消弧线圈接地，作为低压侧时可能用“Y”或“D” ；35KV 以 下电压侧（不含 0.4KV 及以下）一般为“D”,也有“Y”方式。 因此，本变电所主变压器绕组接线组别确定为 YN,yn0,d11。 2.2.4 结构型式的选择 应根据功率的传输方向来选择其结构型式。 变电所的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电 为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也 可选用“升压型” 。 因此，本变电所主变压器结构型式确定为降压型。 2.2.5 调压方式的确定 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头， 从而改变其变比来 实现。无励磁调压变压器的分接头较少，调压范围只有 10%（2*2.5%） ，且分 接头必须在停电的情况下才能调节；有载调压变压器的分接头较多，调压范围可 达 30%， 且分接头可在带负荷的情况下调节， 但其结构复杂、 价格贵。 对于 110KV 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 及以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式。 因此，本变电所主变压器调压方式确定为有载调压。 2.2.6 冷却方式的选择 电力变压器的冷却方式，随其型式和容量不同而异。小容量变压器一般采 用自然风冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却变压器。 因此，本变电所主变压器冷却方式确定为强迫油循环风冷却。 2.3 主变的最终确定 查设备手册，选择 SFSZ7-31500/110 型变压器 表 2.3SFSZ7-31500/110 型变压器参数表 型号额定电压（KV）空载电 流（%） 阻抗电压（%） 高压中压低压高中高低中低 SFSZ7-31500/11011035101.310.5186.5 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 第 3 章 短路电流计算 3.1 短路电流计算的主要目的 （1）电气主接线的比较与选择； （2）选择断路器等电气设备，或对这些设备提出技术要求； （3）为继电保护的设计以及调试提供依据； （4）评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施； （5）分析计算送电线路对通讯设施的影响。 3.2 短路电流计算一般规定 3.2.1 计算的基本情况 （1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。 （2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁） 。 （3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 （4）所有电源和电动势相位角相同。 （5）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予以 考虑。 3.2.2 接线方式 计算短路电流所用的接线方式，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） ，而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 3.2.3 计算容量 应按工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般取 工程建成后 510 年。 3.2.4 短路种类 一般按三相短路计算。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、两相接地短路较三相短路情况严重时，则应按严 重情况进行校验。 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 3.2.5 短路计算点 按正常接线方式时，通过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，在选择母线至母线隔离 开关之间隔板前的引线、套管时，短路计算点应选在短路计算点前。选择其余导 体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。 3.2.6 短路计算方法 在工程设计中，短路电流计算均均采用实用计算法。所谓实用计算法，是 指在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量，而不是用微分方程去求 解短路电流的完整表达式。 3.3 三相短路电流计算步骤 本次设计采用工程实用计算的运算曲线法，其计算步骤简述如下： （1） 选择计算短路点 （2） 绘制等值网络（次暂态网络图） ，并将各元件电抗统一编号。 （3） 化简等值网络：将等值网络化简为以短路点为中心的辐射形等值网路，并 求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗 X 。 （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的标幺值。 （6） 计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标幺值。 （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。 3.4 不对称短路电流计算 不对称短路的类型包括：单相接地短路、两相短路、两相接地短路。 计算方法：对称分量法、正序增广网络法。 故障相短路电流的值和正序分量有一定关系，即 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 ZZ U I f f )1( | 0 | )1( )1(ff MII 式中： Z为正序增广网络中的附加阻抗； M 为故障相短路电流对正序分量的倍数。 表 3.41 列出了各种短路时 Z和 M 的值，对于两相接地短路，表中的 M 值 只适用于纯电阻的情况。 表 3.41各种短路时的 Z和 M 值： 短路类型 Z M 单相短路 )0()2( ZZ 3 两相短路 )2( Z 3 两相短路接地 )0()2( )0()2( ZZ ZZ 2 )0()2( )0()2( )( 13 xx xx 表 3.4.2最大运行方式下短路电流计算结果（KA） 短路方式 短路点 三相短路单相短路两相短路两相短路接地 110KV 母线3.3743.192.8232.87 35KV 母线4.77604.114.11 10KV 母线12.5010.83210.83 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 表 3.4.2最小运行方式下短路电流计算结果（KA） 短路方式 短路点 三相短路单相短路两相短路两相短路接地 110KV 母线2.982.872.4152.46 35KV 母线4.42603.813.81 10KV 母线11.8010.21710.22 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 第 4 章 电气设备选择 4.1 电气设备选择的一般条件 4.1.1 按正常工作条件选择 （1）按额定电压选择： NSN UU 式中 N U电气设备额定电压,KV NS U电网额定电压 , KV （2）按额定电流选择： max IKII N al 式中alI长期运行电流 max I最大持续工作电流,A K综合修正系数 （3）对于裸导体和电缆： 25 al al K ； 对于电器：6040时，018. 0)40(1K 400时，005. 0)40(1K 0时，2 . 1K 式中实际环境温度，； al为裸导体或电缆芯正常最高允许温度，裸导体的al一般取 70；电 缆芯的al与电缆结构有关，其值在 5090间。 （4）选择设备的种类和型式：应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等 要求，对设备进行种类和型式的选择。 4.1.2 按短路情况校验 （1）短路电流的计算条件 为使所选电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时间内能适应 系统发展的需要，作为校验用的的短路电流应按下述条件确定：容量和接线、短 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 路种类、短路计算点。 （2）短路计算时间 校验电器设备的热稳定和开断能力时，必须合理地确定短路计算时间。 校验热稳定的短路计算时间 k t ) ainprabprk tttttt（ 式中 pr t后备继电保护动作时间； ab t断路器开全断时间； in t断路器固有分闸时间； a t断路器开断时电弧持续时间。 校验开断电器开断能力的短路计算时间 br t： inprbr ttt 1 式中 1pr t为主继电保护动作时间。 4.1.3 热稳定和动稳定校验 （1）热稳定校验。热稳定就是要求所选的电气设备能承受短路电流所产生 的热效应。 导体和电缆满足热稳定的条件为 minSS ( 2 mm) 式中S为按正常工作条件选择的导体或电缆截面积， 2 mm minS按热稳定确定的导体或电缆最小截面积， 2 mm。 电器满足热稳定的条件为 k t QtI 2 2 SKA 式中 t I为允许通过电器的热稳定电流,KA； t允许通过电器的热稳定时间,S； KQ短路电流通过电器时所产生的热效应,SKA 2 。 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 （2）动稳定校验。动稳定就是要求电气设备能承受短路冲击电流所产生的 电动力效应。 硬导体满足动稳定的条件为 maxal（Pa） 式中al导体材料最大允许应力，Pa； max导体最大计算应力，Pa。 电器满足动稳定的条件为 sh ii es（KA） 式中esi电器允许通过的动稳定电流幅值，KA； shi短路冲击电流幅值，KA。 4.2 敞露母线及电缆的选择 4.2.1 敞露母线的选择 （1）材料：一般情况下采用铝母线；在持续工作电流较大、且位置特别狭 窄的发电机、变压器出口处，以及污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所， 采用铜母线。 （2）截面形状：35kV 及以下、持续工作电流在 4000A 及以下，一般采用 矩形母线；在 35KV 及以下、持续工作电流在 40008000A 时，一般采用槽型母 线，35kV 及以上的屋外配电装置，可采用钢芯铝绞线；110kV 及以上、持续工 作电流在 8000A 以上的屋内、屋外配电装置，采用管型母线。 （3）布置方式：钢芯铝绞线、管型母线一般采用三相水平布置。矩形、双 槽型母线常见布置方式有三相水平布置和三相垂直布置。 导体的布置方式应根据 载流量的大小、短路电流水平和配电装置的具体情况而定。 4.2.2 母线截面选择 （1）按最大持续工作电流选择。导体截面应满足 max IKII N al 其中 2570 70 K 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 （2）按经济电流密度选择 在选择导体截面时，除配电装置的汇流母线外，长度在 20m 以上的导体， 其截面一般按经济电流密度选择，先求出经济截面 1 S,即 j I S max j )mm( 2 式中 j经济电流密度，A/mm 2,可由相应曲线查出。 x I ma 正常时最大持续电流 （3）热稳定校验 满足热稳定要求的母线最小截面积为 CKQS k / Smin （ 2 mm） 式中 C热稳定系数，由母线材料及其正常运行最高工作温度 W 查表得出， 2max )( al alW I I （） 式中 W 母线通过持续工作电流 max I时的温度， 实际环境温度， al 母线正常最高允许温度 al ，一般为 70 al I母线对应于的允许电流，A。 只要实际选用的母线截面积 min SS ，母线便是热稳定的。 （4）硬母线的共振校验 当未知绝缘子跨距 L 时，令Hzf160 1 ，计算导体不发生共振所允许的最大 绝缘子跨距 m EJ f N L f 1 max （m）其中一般取56. 3 f N (5) 硬母线的动稳定校验 如果毎相为两条及以上导体，当短路冲击电流通过母线时，导体的横截面同 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 时受到相间弯矩 ph M和条间弯矩 b M的作用，即同时存在相间应力 ph 和条间应 力 b 。设 ph 和 b 方向相同（这种情况最严重） ，则最大应力 max 为 max = b b ph W M W M ph ph + b （Pa） 式中 ph M、 b M导体所受到的相间和条间的最大弯矩，mN ph W、 b W导体相间和条间抗弯截面系数， 3 m。 对于矩形母线，不论毎相条数多少，不论平方还是竖放，也不论条间距离 多少，条间作用力总是作用在 h 边这个面上，所以， b W与三相水平位置、单条 竖放的 ph W相同，即 b W= 6 2h b （ 3 m） 求出的 max 满足式 max al 则称母线满足动稳定。 1.矩形母线的应力计算 每相为单条导体 导体所受最大弯距为： 10 2 Lf M ph ph )(mN 而 271 1073. 1 shph i a f )/(mN 式中 ph f单位长度导体上所受到的相间电动力 ，N/m; L支持绝缘子间的跨距，m。 导体最大相间计算应力为 ph ph ph ph ph W Lf W M 10 2 max )(Pa 设计时，一般 L 为未知，为满足动稳定，常根据材料的允许应力 al 来确定 绝缘子间的最大允许跨距 max L，即令 ph = al ，则 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 ph al f W L ph max 10 （m） 只要选择 max LL ,必满足动稳定。 每相为多条导体 a.相间应力 ph 的计算。同上 b. 同相条间应力 b 的计算。由于同相的条间距离很近， b 通常很大。为了减 小 b ，在同相各条导体间每隔 3050cm 设一衬垫。 同相中，边条导体所受的条间作用力最大。边条导体所受的最大弯矩为 12 2 bb b Lf M)m(N 式中 b f单位长度导体上所受到的条间电动力，N/m; b L衬垫跨距，m。 每相两条时，ba2，并认为相电流在两条间平均分配。即 )/( 1 1025. 0 2 )5 . 0( 102 12 27 12 2 7 b mNKi b K b i f sh sh 当每相为三条时，1、2 条间距离为ba2，1、3 条间距离为ba4，并认 为两边条各通过相电流的 40%，中间条通过相电流的 20%。即 )( 1 1008. 0 4 )4 . 0( 102 2 )2 . 0)(4 . 0( 102 1312 27 13 2 7 12 7 b KKi b K b i K b ii f sh shshsh 上两式中， 12 K、 13 K分别为第 1、2 条和第 3、4 条导体的截面形状系数。 先计算 h b 及 bh ba ，然后查图，可求得 hb Lf W M bb b b b 2 2 2 )(Pa 在计算 ph 的基础上，可计算满足动稳定要求的最大允许衬垫跨距 maxb L。 bphalb fhbL/(2 max （m） 设 1max /CLL b , 1 C一般为小数，设其整数部分为 n,则不管小数点后面是多 少，n+1 即为每跨内满足动稳定所必须用的最少衬垫数。因为，实际上 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 ) 1/( nLLb，n+1 1 C,所以 maxbb LL 从而满足动稳定要求。 另外，当 b L较大时，在条件作用力 b f作用下，同相的各条导体可能因弯曲 而互相接触。为防止这种现象发生，要求 b L必须小于另一个允许的最大跨距 临界跨距 cr L。 4 b cr f h bL（m） 式中系数，毎相为二条导体时铜的系数为 1144，铝为 1003；毎相为三条 导体时铜的系数为 1335，铝为 1197。 2.槽形母线的应力计算 相间应力 ph 的计算。同上 同相条间应力 b 的计算。当条间距离为 h（槽型导体高）时，1 12 K,于是有 h i h i f shsh b 2 7 2 7 105 . 0 )5 . 0( 102 （N/m） y bb b b b W Lf W M 12 2 (Pa) 4.2.3 电力电缆的选择 电力电缆应按下列条件选择和校验：电缆芯材料及型号、额定电压、截面选 择、允许电压损失校验、热稳定校验。 （1）结构类型的选择 即根据电缆的用途、敷设方法和场所，选择电缆的芯数、芯数材料、绝缘 种类、保护层以及电缆的其他特征，最后确定电缆型号。 （2）额定电压选择 额定电压应满足 NSN UU 式中 N U、 NS U电缆及其所在电网的额定电压，KV。 （3）截面选择 电力电缆截面 S 的选择原则和方法与裸母线基本相同。 根数的确定。可以是一根截面大的或多根界面小的，一般按如下原则确定 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 根数： 当 2 150mmS 时，用一根；当 2 150mmS 时，用（ 2 150/mmS）根。 综合修正系数 K。 空气中敷设： 1 KKK t 空气中穿管敷设： 2 KKK t 直接埋地敷设： 43K KKK t 式中 t K环境温度修正系数； 1 K空气中多根电缆并列敷设的修正系数； 2 K中穿管敷设的修正系数； 3 K电缆因土壤热阻不同的修正系数； 4 K土壤中多根电缆并列敷设的修正系数。 （4）允许电压损失校验 对供电距离较远、容量较大的电缆线路，应校验其电压损失%U。对于三 相交流电路，一般应满足： %5% U NSgUxrLIU/ )sincos(173%max 式中axmI电缆线路最大持续工作电流。A； L线路长度； r、x电缆单位长度的电阻和电抗； cos功率因素； NSU电缆线路额定线电压，V。 （5）热稳定校验 电缆的热稳定校验与裸母线相同，但其中的1Ks。 4.2.4 选择结果 母线选择结果如表 3.2.4 所示。 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 表 3.2.4母线选择结果 设备名称选择结果 110kV 母线LGJ-150/30 35kV 母线毎相单条 hb=80mm10mm 矩形铝导体 LMY 10kV 母线每相两条 hb=100mm8mm 矩形铝导体 LMY 35kV 架空出线LGJ-150 的钢芯铝绞线 10kV 架空出线LGJ-240 的钢芯铝绞线 10kV 电缆出线 YJLV22 型 截面为 S=240 2 mm电缆 详细计算内容请参见计算书 4.3 绝缘子和穿墙套管的选择 支柱绝缘子按额定电压和类型选择，并按短路校验动稳定；穿墙套管按额定 电压、额定电流和类型选择，并按短路校验热、动稳定。 4.3.1 绝缘子和穿墙套管的选择 额定电压应满足： NSN UU 式中 N U、 NS U支柱绝缘子（或穿墙套管）及其所在电网的额定电压，KV。 发电厂和变电站的 320kV 屋外支柱绝缘子和套管，当有冰雪或污秽时， 宜选用高一级额定电压的产品。 4.3.2 种类和型式 选择支柱绝缘子和穿墙套管时应按装置种类（屋内、屋外） 、环境条件选择 满足使用要求的产品。 屋内配电装置宜采用联合胶装多棱柱式支柱绝缘子；屋外配电装置支柱绝 缘子宜采用棒式支柱绝缘子。在有严重的灰尘或对绝缘有害的气体存在的环境 中，应选用防污型绝缘子。悬式绝缘子主要应用在 35kV 及以上屋外配电装置和 架空线路上。 穿墙套管一般采用铝导体穿墙套管。 4.3.3 按最大持续工作电流选择穿墙套管 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 穿墙套管的最大持续工作电流应满足： max IKII N al 式中K温度修正系数，当环境温度6040时，-85149. 0K； 当温度环境40及符合套管长期最高允许发热温度的情况下，允 许其长期过负荷，但不应大于 1.2NI。 N I、 max I穿墙套管的额定电流及其所在回路的最大持续工作电流，A 。 4.3.4 校验穿墙套管热稳定 穿墙套管的热稳定应满足： Kt QtI 2 )( 2 SKA 式中 t I允许通过穿墙套管的热稳定电流，A； t 允许通过穿墙套管的热稳定时间，s。 4.3.5 校验支柱绝缘子和穿墙套管的动稳定 支柱绝缘子和穿墙套管的动稳定应满足： dc FF6 . 0（N） 支柱绝缘子的 c F计算： H H FFc 1 max (N) 2/ 1 hbHH 式中 1 H绝缘子底部到导体水平中心线的高度,mm； H绝缘子的高度, mm； b导体支持器下片厚度， mm,一般平放矩形导体及槽型导体取 12mm； h母线的总高度, mm。 三相短路时绝缘子（或套管）所受的电动力： 2721 max 1073. 1 2 sh c i a LFF F 式中 c L绝缘子计算跨距 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 4.3.6 选择结果 绝缘子选择结果如表 3.3.5 所示。 表 3.3.5(a)绝缘子选择结果 设备名称选择结果 110kV 悬式绝缘子盘形悬式瓷绝缘子 XP-70，7 片 35kV 支柱绝缘子ZS-35/4 10kV 支柱绝缘子ZL-10/8 详细计算内容请参见计算书 穿墙套管选择结果如表 4-3 所示： 表 3.3.5(b)穿墙套管选择结果 设备名称选择结果 10kV 穿墙套管CLD-10 详细计算内容请参见计算书 4.4 高压断路器的选择 4.4.1 型式选择 除满足各项技术条件和环境条件外， 还应考虑安装调试和运行维护的方便。 一般 635KV 选用真空断路器，35500KV 选用 6 SF断路器。 4.4.2 额定电流选择 额定电压应满足： NSN UU 4.4.3 额定电流选择 额定电流应满足： max IKII N al 3.4.4 额定开断电流的校验条件为 tNbr II 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 式中 t I断路器实际开断时间 t 的短路电流周期分量。 实际开断时间 K t，为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。 4.4.5 热稳定校验： 热稳定应满足： kt QtI 2 4.4.6 动稳定校验： 动稳定校验应满足： shes ii 4.4.7 选择结果 高压断路器选择结果如表 3.4.7 所示。 表 3.4.7高压断路器选择结果 设备名称选择结果 110kV 高压断路器OFPI-110 35kV 高压断路器DW8-35 10kV 高压断路器ZN12-10 详细计算内容请参见计算书 4.5 隔离开关的选择 负荷开关的选择与高压断路器类似，但由于其主要是用来接通和断开正常工 作电流，而不能开断短路电流，所以不校验短路开断能力。 4.5.1 种类和型式的选择 应根据环境条件、使用技术条件及各种负荷开关的不同特点进行选择。 4.5.2 额定电流选择 额定电压应满足： NSN UU 4.5.3 额定电流选择 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 额定电流应满足： max IKII N al（A） 式中K温度修正系数 4.5.4 额定短路关合电流的选择 额定短路关合电流应满足： shNcl ii（KA） 4.5.5 热稳定校验 热稳定应满足： kt QtI 2 )( 2 SKA 4.5.6 动稳定校验 动稳定应满足： shes ii （KA） 4.5.7 选择结果 隔离开关选择结果如表 3.5.7 所示。 表 3.5.7隔离开关选择结果 设备名称选择结果 110kV 隔离开关GW4-110/1250 35kV 隔离开关GW4-35/1250 10kV 隔离开关GN2-10/2000 详细计算内容请参见计算书 4.6 高压熔断器的选择 熔断器是用于保护短路和过负荷的最简单的电器。但其容量小，保护特性较差，一般仅 适用于 35kV 及以下电压等级，在发电厂中主要用于电压互感器短路保护。 4.6.1 保护电压互感器的高压熔断器 保护电压互感器的高压断路器，一般选 2 RN型，其额定电压应高于或等于所 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 在电网的额定电压（但限流式则只能等于电网电压）,额定电流通常均为 0.5A。 其开断电流 br I应满足： “IIbr 4.6.2 保护一般回路的熔断器 除同样选择额定电压和开断能力外， 还要选择熔体的额定电流和熔断器的额 定电流： （1）熔体的额定电流应该为回路负荷电流的 1.52.5 倍； （2）熔断器的额定电流应大于熔体的额定电流； （3）上、下熔断器的安-秒特性要相互配合。上级的安秒特性必须高于下级 的安秒特性，即当流过相同的短路电流时，下级先熔断。 4.6.3 选择结果 高压熔断器选择结果如表 3.6.3 所示。 表 3.6.3高压熔断器选择结果 设备名称选择结果 35kV 高压熔断器RW10-35 10kV 高压熔断器RN2-10 详细计算内容请参见计算书 4.7 电流互感器的选择 4.7.1 一次回路额定电压和电流的选择 应满足下式，即 NSN UU max1 IKII Nal （A） 式中K温度修正系数； 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 1N I电流互感器一次额定电流，A 。 4.7.2 额定二次电流选择 额定二次电流 2N I有 5A 和 1A 两种， 一般弱电系统用 1A， 强电系统用 5A。 当配电装置距离控制室较远时， 为能使电流互感器能多带二次负荷或减小电缆面 积，提高准确度，应尽量采用 1A。 4.7.3 种类和型式选择 应根据安装地点（如屋内、屋外） 、安装方式（如穿墙式、支持式、装入式 等）及产品情况来选择电流互感器的种类和型式。 （1）620kV 屋内配电装置和高压开关柜：一般用 LA、LDZ、LFZ 型； （2）发电机回路和 2000A 以上回路：一般用 LMZ、LAJ、LBJ 型等； （3）35kV 及以上配电装置：一般用油浸瓷箱式结构的独立式电流互感器， 常用 LCW 系列。 4.7.4 准确级选择 准确级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准确级不得低于所 供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪 表来确定电流互感器的准确级。 （1） 用于测量精度要求较高的大容量发电机、 变压器、 系统干线和 500KV 电压级的电流互感器，宜用 0.2 级； （2） 供重要回路（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等）中的 电能表和所有计费用的电能表的电流互感器，不应低于 0.5 级； （3） 供运行监视的电流表、功率表、电能表的电流互感器，用 0.51 级； （4） 供估计被测量值的仪表的电流互感器，可用 3 级； （5） 供继电保护用的电流互感器，应用 D 级或 B 级。 4.7.5 热稳定校验 热稳定应满足： kt QtI 2 或 k NtQIK 2 1)()( 2 SKA 4.7.6 动稳定校验 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 动稳定校验应满足： shesNshes iKIii 1 2或（KA） 4.7.7 选择结果 电流互感器选择结果如表 3.7.8 所示。 表 3.7.8电流互感器选择结果 设备名称选择结果 110kV 电流互感器LCWD-110 级次组合 D/1 35kV 电流互感器LCWD-35 级次组合 D/0.5 10kV 电流互感器LAJ 详细计算内容请参见计算书 注：L-电流互感器（第一字母）或电容式（第三字母） ；B-支持式有保护级； R-装入式；D-单匝式（第二字母）或差动保护用；F-复匝数式；M-母线式；Q 线圈式；C-瓷绝缘或差动保护用；W-屋外型；J-加大容量或油浸式或接地保护。 4.8 电压互感器的选择 4.8.1 额定电压的选择 电压互感器的一次绕组的额定电压必须与实际承受的电压相符；电压互感 器二次绕组的额定电压应能使所接表计承受 100V 电压。 （1）三相式电压互感器（用于 315kV 系统） ，其一、二绕组均接成星型， 一次绕组三个引出端跨接于电网上，额定电压均以线电压表示，分别为 Ns U和 100V。 （2）单相式电压互感器：单台使用或两台接成不完全星形（用于 335kV 系统） ，一、二次绕组额定电压均以线电压表示，分别为 Ns U和 100V；三台单 相互感器的一、二次绕组分别接成星形（用于 3kV 及以上系统） ，每台一次绕组 接于电网相电压上，单台的一、二次绕组的额定电压均以相电压表示，分别为 3/ Ns U 和 3/100 。第三绕组的额定电压，对中性点非直接接地系统为 3/100 ， 对中性点直接接地系统为 100V。 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 4.8.2 种类和型式的选择 电压互感器的种类和型式应根据安装地点（如屋内和屋外）和使用技术条件 来选择。 （1）320kV 屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘 结构的电磁式电压互感器； （2）35kV 配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器； （3）110220kV 配电装置，用电容式或串级电磁式电压互感器。为避免铁 磁谐振，当容量和准确度级满足要求时，宜优先采用电容式电压互感器； （4）330kV 及以上配电装置，宜采用电容式电压互感器； （5） 6 SF全封闭组合电器应采用电磁型电压互感器。 4.8.3 准确级的选择 电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择，用于继电 保护的电压互感器不应低于 3 级。 4.8.4 选择结果 电压互感器选择结果如表 3.8.3 所示。 表 3.8.3电压互感器选择结果 设备名称选择结果 110kV 电压互感器 JCC-110 型，额定电压：kV1 . 0/ 3 1 . 0 / 3 110 35kV 电压互感器 JDJJ-35 型，额定电压：kV 3 1 . 0 / 3 1 . 0 / 3 35 10kV 电压互感器 JSJW-10 型，额定电压：kV 3 1 . 0 /1 . 0/10 详细计算内容请参见计算书 注：J-电压互感器（第一字母） ，油浸式（第三字母） ，接地保护用（第四字 母） ；T-成套式；Y 电容式；D-单相；S-三相或三绕组结构；G-干式或改进型； C-串级绝缘（第二字母） ，瓷箱式（第三字母） ；Z-浇注绝缘；W-五柱三绕住（第 四字母） ，防污型（在额定电压后） ；N-浇注绝缘 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 第 5 章 继电保护 5.1 继电保护规划设计及主变压器保护整定计算 电力系统继电保护是电力系统自动化的重要组成部分，一旦系统发生故障， 需要由安装在各个电气元件上的继电保护装置自动、迅速、有选择性地切除故障 元件， 保证系统无故障部分继续运行。因而继电保护对电力系统的安全运行起着 至关重要的作用。 当系统发生故障时，必须迅速而有选择性的将故障设备从系统中切除，以保 证无故障部分正常运行，尽可能地缩小故障影响范围。为保证设备的安全及系统 的稳定，切除故障的时间常常要控制在几十毫秒内。要完成这个任务，只有借助 于安装在每一台设备上的特殊是自动装置继电保护装置。 继电保护装置， 就是能迅速反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行 状态，并动作于跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是： （1）对故障特征量进行提取、分析，自动、迅速，有选择性的将故障设备 从电力系统中切除，保证无故障部分迅速恢复正常运行。 （2）反应电气元件的不正常工作状态，并根据运行维护条件分别动作于发 信号、减负荷或跳闸。反应比正常工作状态的保护装置允许带一定的延时动作。 5.2 继电保护的基本原理 当系统发生短路时，线路中的电流由负荷电流上升为短路电流；电压由额定 电压下降为残余电压；测量阻抗由负荷阻抗降低为由母线到故障点的线路阻抗。 因此， 利用正常运行与故障时这些特征量的变化，便可以构成各种不同原理的继 电保护。 5.3 继电保护的基本要求 在一般情况下，动作于跳闸的继电保护装置，应满足四个基本要求，即选择 性，速动性，灵敏性和可靠性。 （1）选择性是指当发生故障时，保护装置仅将故障设备从系统中切除，使 停电范围尽量减少，保证非故障部分仍能继续运行。 （2）速动性就是快捷切除故障设备。对动作于跳闸的保护，要求动作迅速 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 的原因是：减少用户在电压降低的条件下的运行时间，降低短路电流及其引起的 电弧对故障设备的损坏程度，以及保证电力系统并列运行的稳定性。由于故障切 除时间等于保护装置动作时间与断路器动作时间之和。因而要快速切除故障，必 须同时采用快速动作的保护装置和断路器。目前，高压电网中保护动作最快的为 0.01s，断路器的动作时间最快的为 0.02s。 （3）灵敏性是指对其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。 满足灵敏性要求的保护装置，应在保护范围内部故障时，不论故障点的位置，故 障的类型及系统运行方式如何，都能灵敏的反应。保护装置的灵敏度一般用灵敏 系数来衡量。 反应数值上升的保护装置，其灵敏系数为 保护装置的动作参数 值时故障参数的最小计算保护范围内金属性短路 S K 反应数值下降的保护装置，其灵敏系数为 值时故障参数的最小计算保护范围内金属性短路 保护装置的动作参数 S K （4）可靠性是指在保护范围内发生了它应该动作的故障时，保护应可靠的 动作，即不拒动；而在任何其他不应该动作的情况下，保护应可靠不动作，即不 误动。 5.4 线路保护 5.4.1 110220KV 中性点直接接地电网线路保护配置 在 110220KV 中性点直接接地电网， 线路的相间短路及单相接地短路保护 均应动作于断路器跳闸。 在下列情况下，应装设一套全线速动保护： （1)根据系统稳定要求有必要时 （2)线路发生三相短路，如使发电厂厂用母线电压允许值，且其他保护不 能无时限和有选择地切除短路时。 （3)如电力网的某些主要线路采用全线速动保护后，不仅改善本线路保护 性能，而且能够改善整个电网保护的性能时。 华北水利水电学院毕业华北水利水电学院毕业设计设计 110KV220KV 线路保护可按下列原则配置： 1.反映接地短路的保护配置 对 110KV 线路，如不需要装设全线速动保护，则宜装设阶段式或反时限零序 电流保护作为接地短路的主保护及后备保护； 也可采用接地距离保护作为主保护 及后备保护，并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。 2.反映相间短路的保护配置 对单侧电源单回 110220kV 线路，如不装设全线速动保护，可装设三相多段 式电流电压保护作为本线的主保护及后备保护， 如不能满足灵敏性及速度性的要 求时，则应装设相间距离保护作为本线路的主保护和后备保护。 正常运行方式下，保护安装处短路，电流速断保护的灵敏系数在 1.2 以上时， 可装设电流速断保护作为后备保护。 对于平行线路的相间短路，一般可装设横差动电流方向保护或电流平衡保护 作为主保护。当灵敏度和速动性不能满足时，应在每一回线路上装设纵联保护作 为主保护。装设带方向或不带方向的多段式电流保护或距离保护作为后备保护， 并作为单回线运行时的主保护和后备保护。当采用近后备方式时，后备保护分别 接于每一回线路上；当采用远后备方式时，则应接入双回线路的和电流。 对于平行线路的接地短路宜装设零序电流横差动保护作为抓保护；装设接于 每一回线路的带方向或不带方向的多段式零序电流保护作为后备保护， 当做远后 备保护时，可接两线路零序