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毕业设计说明书 企业供电及其相关保护设计 学生姓名： 王雪姣 学号： 1105044206 学 院： 计算机与控制工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 曹凤才 2015 年 06 月 中北大学 2015 届毕业设计说明书 企业供电及其相关保护设计企业供电及其相关保护设计 摘要摘要 电力是现代企业的主要动力和能源，是现代文明的物质技术的基础，没有电力就 没有企业的生产经营。如果电力中断供电，就会对企业造成不可估量的损失。所以本 文就针对企业供电及其相关保护进行了设计。 本文通过对企业用电设备的功率及其分布的分析，并结合用户需求和供电规范， 确定了企业供电及其相关保护的设计方案。 原始资料给出了某企业的规模和电力负荷， 以及与电力系统的连结情况，在充分考虑灵活性、可靠性和经济性之后，确定了发电 厂主接线的形式；利用标幺值法计算各点的短路电流，并在此基础上进行了设备的选 型及布置；在简单分析厂内控制方式与信号之后，主要针对企业主变压器进行继电保 护设计，发电厂与线路的防雷保护设计。 关键词：供电，电气主接线，短路电流，继电保护 中北大学 2015 届毕业设计说明书 Enterprise supply and related protection design Abstract Electricity is the main driving force of modern enterprise and energy, material and technical basis of modern civilization, there is no electricity, there is no production and operations. If the electricity supply interruption will cause incalculable damage to the enterprise. Therefore, this article and its associated power supply protection for enterprise designed. Based on the distribution of power and electrical equipment business analysis, combined with user needs and supply norms, determined to protect the enterprise and its associated power supply design. Sourcebook gives a company the size and power load, and link the case with the power system, taking full account of the flexibility, reliability and economy after determining the form of the form of the main terminal of the power plant; calculate the short-circuit current of each point of use unit value method, and on this basis a selection and arrangement of the apparatus; the simple analysis of plant control and signal after the main transformer protection for business owners design, power plants and lightning protection design circuit . Key words : Power supply，Main electrical wiring，Short-circuit current，Relay 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 I 页 共 III 页 目录目录 摘要 . 2 ABSTRACT 3 目录 I 1. 引言 . 1 1.1 课题研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状 1 2. 接线形式的确定. 4 2.1 供电系统的设计 4 2.1.1 概述 4 2.1.2 供电系统的设计方案 . 4 2.1.3 供电方案的确定 . 11 2.2 电气主接线设计 12 2.2.1 主接线设计的原则 . 12 2.2.2 主接线形式的确定 . 12 3. 短路电流的计算. 14 3.1 短路电流计算的目的 14 3.2 短路点的确定 . 14 3.3 短路电流计算 . 15 3.3.1 等值电路图 15 3.3.2 短路电流计算 . 16 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 II 页 共 III 页 3.4 短路电流计算结果表 20 4. 主要电气设备选择及布置 21 4.1 设备选择概述 . 21 4.2 35KV 侧高压电气设备的选择 21 4.2.1 35KV 断路器选择 . 21 4.2.2 35KV 隔离开关选择 . 21 4.2.3 35KV 电压互感器选择 22 4.2.4 35KV 电流互感器选择 24 4.3 10KV 侧电气设备的选择. 27 4.4 配电装置的设计 28 5. 主变压器继电保护设计 30 5.1 主变压器继电保护设计原则 30 5.2 主变压器继电保护装置 30 5.3 主变压器继电保护说明 32 5.3.1 瓦斯保护 32 5.3.2 纵差动保护 34 5.3.3 电流速断保护 . 35 5.3.4 过电流保护 35 5.3.5 主变绝缘监测 . 36 5.4 主变压器继电保护整定计算 37 6. 防雷保护设计 . 39 7. 结论 . 41 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 III 页 共 III 页 参考文献 42 致谢 . 43 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 1 页 共 43 页 1. 引言引言 1.1 课题研究背景及意义课题研究背景及意义 随着工业时代的发展，电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理的 驾驭电力必须从电力工程的设计原则和方法上理解和掌握其精髓，提高电力系统的安 全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本提高经济效益的目的。电能是发展国民 经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配电和 用电，几乎是在同一时间完成的，须相互协调与平衡。变电和配电在电力系统中占很 重要的地位，是为了电能的传输和合理的分配，都是由电力变压器来完成的，所以在 供电系统中变电所的作用是不言而喻的。 随着高新技术的发展和应用，对电能质量和供电可靠提出了新的要求，因此，改 善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以满足日益增长的社会需 求是电力企业的首要目标。变电所主要安装有变压器及其控制和保护装置，是联系发 电厂和用户的中间环节，将面临电力体制改革和技术创新能力的双重挑战，设计一个 合理的变电所，很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活的用电需要，是这 次设计的主要目的。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电所接线简化 趋于可能。 例如， 断路器是变电所的主要电气设备， 其制造技术近年来有了较大发展， 可靠性大为提高，检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到 20 年不大修，更换部件费时很短。为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专 家反复论证，我国少数变电所设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。 近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备 趋于无油化，采用 SF6 气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产 GIS 向高电压、大 容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、 用户工程都考虑采用 GIS 配电装置。变电所设计的电气设备档次不断提高，配电装置 也从传统的形式走向无油化、 真空开关、 SF6 开关和机电组合一体化的小型设备发展。 近年来世界各国著名的高压电气设备公司都相继开发、研制了各种类型的 145-550kV 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 2 页 共 43 页 户外高压和超高压组合电器，国内一些高压开关厂也已经开始生产 145kV 户外紧凑型 组合电器。目前 145kV 户外紧凑型组合电器主要产品有 compass、compact、MCI 等。 这些设备运行可靠性高、节省占地面积和空间、施工安装简单、运行维护方便，价格 介于常规电气设备与 GIS 之间，是电气设备今后发展的一个方向，符合我国目前的国 情和技术发展方向。 变电所综合自动化系统近几年一直是电力建设的一个热点。无论国内国外，从管 理方法、运行方式及设计单位对于变电所实现综合自动化均取得了共识。伴随着计算 机技术、网络技术和通信技术的发展，变电所综合自动化也采用了新的技术，其技术 动向主要集中在两个方面，全分散式自动化系统和引入先进的网络技术。 人们对电力的需求程度越来越高，所需电力设备也将有明显的增加。为了提高维 修和运行效率， 就需要开发一种维修简便、 省时省力， 能缩短故障停电时间的变电所。 其特点和目标如下： （1）数字化 在控制保护装置使用计算机以及数字化的同时，GIS（气体绝缘开关） 、变压器、 全封闭配电装置等设备的控制电路也采用数字化。由于控制保护电路全部实现无触点 化，因而可以避免接触不良等故障，提高可靠性。此外，计算机不仅可以自校软件， 还可以监示硬件，因而可对全部控制保护电路进行监示和诊断，使维修简便省力。 （2）光通信化 配合控制保护装置以及 GIS 等设备的控制电路的数字化，装置之间的接口、机构 内的信号传输系统都将实现光通信化。因而从前为了对付电磁感应和浪涌电流的大型 化接口部分将得以小型化。 随着数字控制保护装置的进一步小型化， 还将力求大容量、 高可靠地传送情报。此外，由于用光 PT 和光 CT 取代了传统的绕线式 PT 和 CT，因而 传感器也将小型化。 （3）预测维修传感器 在 GIS、变压器、全封闭配电装置等一次设备上装设检测局部放电和溶于油中的 气体等的传感器，希望能早期发现设备异常，以便预防事故，达到提高供电可靠性和 维修简便省力的目的。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 3 页 共 43 页 （4）故障点定位和自动重合闸装置 一旦 GIS、全封闭配电装置等发生故障，目前的办法是从检修值班室向发生故障 的变电所派出检修人员，通过查找、确定故障点后，再向无事故地区送电。然而在未 来的变电所，由于安装有标定故障点位置的传感器，因而在远方就可以确定故障点， 然后向无事故地区送电，大大缩短停电时间。此外，预计将来在变电所内配以自动重 合闸装置，在自动分离故障点之后能自动地给无事故地区送电。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 4 页 共 43 页 2. 主接线形式的确定主接线形式的确定 2.1 供电系统的设计供电系统的设计 2.1.1 概述 高压供配电装置的设计主要以安全、可靠运行为原则，同时兼顾运行的经济性与 灵活性。 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。一、可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电 可靠是电气主接线最基本的要求；二、灵活性：电气主接线应能适应各种运行状态， 并能灵活地进行运行方式的转换；三、经济性：主接线的设计应在满足可靠性和灵活 性的前提下做到经济合理，主要从以下几方面考虑：投资省，占地面积少，电 能损耗少。 根据提供的设计资料，本变电所有两路电源，正常运行时一路运行一路备用。全 所 9 回出线有 7 回为类负荷，且对供电可靠性要求较高，停电时间超过两分钟即会 造成产品报废，停电时间超过半小时主要设备、锅炉将会损坏；全厂停电将造成严重 的经济损失。 本厂为二班工作制， 全年工作时数 8760 小时， 最大负荷利用小时数 5600 小时。另外，备用电源由 B 变电站引入，要求只有在工作电源停电时才允许备用电源 供电。 2.1.2 供电系统的设计方案 1）供电方案的拟定 本所电源进线可为 35kV 或 10kV 的两路，按照要求正常情况下一路运行， 一路备 用。配电母线为 10kV，负荷出线有 9 回，且对供电可靠性要求较高，停电时间超过两 分钟即会造成产品报废，因此考虑配电母线采用单母线分段接线，为了提高供电可靠 性， 10kV 拟采用成套开关柜单层布置。 而对于电源进线， 则可取两路 35kV， 两路 10kV， 一路 35kV、一路 10kV，为此得出了三种不同的方案。 方案一：工作电源与备用电源均采用 35kV 电压供电。在这个方案中，总降压变 电所内装设两台主变压器。工厂总降压变电所的高压侧接线方式可采用单母线分段接 线和内桥接线。显然，从技术经济上比较，内桥接线优于单母线分段接线，故采用内 桥接线作为本方案的接线方式。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 5 页 共 43 页 图 2.1 主接线方案一 方案二： 工作电源与备用电源均采用 10kV 电压供电， 两路进线均用断路器控制。 图 2.2 主接线方案二 方案三：工作电源采用 35kV 电压供电，用架空线路引入总降压变电所，装设一台主 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 6 页 共 43 页 变压器，备用电源采用 10kV 电压供电。35kV 降压后接在 10kV 的一段配电母线上， 备用电源接在 10kV 的另一段配电母线上。 图 2.3 主接线方案三 2）方案优缺点分析 工厂供电设计不仅要满足生产工艺提出的各项具体要求，保证安全可靠的供电， 而且应力求经济合理，投资少，运行维护费用低。对此，需要对上述三个方案进行技 术和经济比较，选择一个经济合理的最佳方案。 技术经济比较一般包括技术指标、经济计算和有色金属消耗量三个方面。 方案的优缺点分析： 方案一：工作电源和备用电源均采用 35kV 供电 供电电压高，线路功率损耗少，电压损失小，调压问题易解决，要求的功率因数 值低，所需补偿容量小，可减少投资，供电的安全可靠性较高。 工厂内要设总降压变电所，占用的土地面积多，总降压变电所要装设两台主变压 器，投资及运行维护费用高。 方案二：工作电源和备用电源均采用 10kV 供电 工厂内不设主变压器，可以简化接线，降低了投资及运行维护费。工厂内不设总 降压变电所，可以减少占地面积，减少管理人员及维护工作量。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 7 页 共 43 页 供电电压低，线路的功率损耗增大，电压损失也大，要求的功率因数值高，需增 加补偿装置及相关的投资，工厂内设总配电所，供电的安全可靠性不如 35kV。 方案三：工作电源采用 35kV 供电，备用电源采用 10kV 供电 本方案的技术经济指标介于方案一和方案二之间。但是由于原始资料要求两路电 源正常时只用一路供电，工作电源停运时方用备用电源供电。因为备用电源供电时间 较少，所以该方案既能满足供电可靠性要求，投资也相对较少。 3）方案经济技术比较 方案一：工作电源和备用电源均采用 35kV 供电 根据原始资料提供全厂计算负荷为 4735.24kVA， 考虑到原始资料要求两路电源正 常时只使用一路供电，工作电源停用才使用备用电源供电。本方案先用 5000kVA 的变 压器两台，型号为 SJL1-5000/35，电压为 35/10kV，查表得变压器的主要技术数据: 空载损耗 0 6.9kWP，短路损耗45kW k P 阻抗电压% 7 k U，空载电流 0% 1.1 I 变压器的有功功率损耗： 2 0 / bkjsbe Pn PP SSn （） 已知：n=2 (n 为变压器台数)，4735.24kVA js S，5000kVA be S 所以， 2 2 6.9454735.24/5000/233.98kW b P （） 变压器的无功功率损耗为： 2 0 2 % 100 %/100 / 210050007/10050004735.24/ / /25000266.96kVar bbeKbejsbe Qn ISUnSSS （）（） （1.1/）（）（） 35kV 线路的功率： 4522344556kW jsjsb PPPVar jsjsb QQQ 2222 455616724853.5kVA jsjsjs SPQ 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 8 页 共 43 页 1 3 4846.53 3580A jsjs ISUe 35kV 线路功率因数: cos / 4549.1/4846.50.94 jsjs PS cos0.94 0.9，合格。 导线在运行中，在电流流过时导线的温度会升高。温度过高将会降低导线的机械 强度， 加大导线接头处的接触电阻， 增大导线的弧垂。 为保证导线在运行中不致过热， 要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即 IyxIjs。 按照国家电线产品技术标准规定，经过查表，35kV 线路选用 LGJ-35 钢芯铝绞线 架设，几何均距确定为 2.5 米。查表得： 0 0.85/rkm， 0 0.417/xkm. 工作电源电压损失： 101011 /? 0.85 4549.1 50.417 1672 5 /35 0.65kV () jsjse urPLxQLU （） 1 35 5%1.75kVu，电压损失合格。 备用电源电压损失： 202021 7 0.85 4549.1 7 0.417 1672 735 0.912 kV jsjs urPLxQLUe Lkm （） （） 2 35 5%1.75 kVu，电压损失合格。 方案二：工作电源和备用电源均采用 10kV 供电 根据全厂计算负荷4735.24kVA js S，可以计算处 10kV 线路的负荷电流。 2 /34735.24/3 10273A jsjs ISUe（） 功率因数：cos / 4522/4735.240.95 jsjs PS，合格。 根据导线的发热条件，10kV 线路选用 LGJ-70 钢芯铝绞线架设，几何均距确定为 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 9 页 共 43 页 1.5 米，查表得到： 0 0.46/kmr , 0 0.365/kmx 。 电压损失： 1002 / 0.46 4522 50.365 1405 5 /10 1. ( k ) 3 V jsjs urPLxQLUe （） 1 1.3 10 5%0.5kVu，电压损失不合格。 电压损失过大，为了降低电压损失，10kV 线路考虑选用 LGJ-120 钢芯铝绞线架 空架设，几何均距确定为 1.5 米。查表得： 0 0.27/kmr , 0 0.335/kmx 。 电压损失： 1002( ) ( /5km 0.27 4522 50.335 1405 5 /10 0.85kV ) jsjs urPLxQLUe L （） 同理： 2 0.27 4522 70.335 1405 7101.18 kVu = （） / 21 10 5%0.5kVuu ，电压损失仍然不合格。 方案三：工作电源采用 35kV 供电，备用电源采用 10kV 供电 35kV 电源供电时： 根据全厂计算负荷为 4735.24kVA，厂内总降压变电所设一台容量为 5000kVA 的 主变压器，型号为 SJL1-5000/35，电压为 35kV/10kV，查表得到变压器的主要技术数 据如下： 空载损耗 0 6.9kWP，短路损耗45kW k P 阻抗电压%7 K U，空载电流 0% 1.1I 变压器的有功功率损耗为： 2 0 / bkjsbe Pn PP SSn （） 已知：n=1(n 为变压器台数)，4735.24kVA js S，5000kVA be S。 所以， 2 1 6.9 1 454735.24/500047kW b P （）。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 10 页 共 43 页 变压器的无功功率损耗为： 2 0 2 %/100 %/100 / 11005000 17/10050004735.24/5000 369.1kVar / bbeKbejsbe Qn ISUSSSn （）（） （1.1/）（）（） 35kV 线路的功率： 4522474569kW jsjsb PPPVar jsjsb QQQ 2222 45694901kVA1774 jjssjs PSQ 1 3 49013 3580.9A jsjs ISUe 35kV 线路功率因数: cos / 4569/49010.93 jsjs PS cos0.93 0.9，合格。 导线在运行中，因其中有电流流过，将使导线稳定升高，温度升高将会降低导线 的机械强度，加大导线接头处的接触电阻，增大导线的垂度。为保证导线在运行中不 致过热，要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即 yx IjsI。 按照国家电线产品的技术标准规定，经过查表，35kV 线路选用 LGJ-35 钢芯铝绞 线架设，几何均距确定为 2.5 米。查表得到： 0 0.85/kmr , 0 0.417/kmx 。 工作电源电压损失： 1001 / 0.85 4569 50.417 1774 5 /35 0.66 () kV jsjs urPLxQLUe （） 1 0.66 35 5%1.75kVu，电压损失合格。 10kV 备用电源供电时： 计算负荷仅考虑一级负荷的使用，根据设计任务书的要求，3724kW js P ， 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 11 页 共 43 页 1407.6kVar js Q ， 2222 27241 3865.5k.VA047 6 jsjsjs QSP,由此可以计算 出 10KV 备用电源供电时线路的负荷电流 Ijs。 /33868.5/3 10223.35A jsjs ISUe（） 根据导体发热条件，10kV 线路考虑选用 LGJ-120 钢芯铝绞线架设，几何均距确 定为 1.5 米， 查表得到 0 0.27/kmr , 0 0.335/kmx 。 由此可以计算出 10kV 备用电 源线路的电压损失: 2002 / 0.27 3724 70.335 1047.6 7 /10 0.95kV jsjs urPLxQLUe （） （） 2 0.95 10 5%0.5kVu， 电压损失有点偏高， 但因作为备用电源， 运行时间短， 可以满足供电要求。 2.1.3 供电方案的确定 通过对三个供电方案进行的经济技术指标的分析技术，可以得出一下结论： 方案一供电可靠，运行灵活，线路损耗小，但因要装设两台主变压器和三台 35kV 高压断路器，使投资较大。 方案二工作和备用电源均采用 10kV 线路供电，无需装设主变压器，投资最少， 但线路损耗较大，电压损失严重，无法满足一级负荷长期正常运行，故方案不可行。 方案三介于方案一和方案二之间，正常运行时由 35kV 线路供电，线路损耗低， 运行方式灵活， 电压损耗小， 能满足和长期正常运行的需要， 35kV 线路检修或故障时， 10kV 备用线路投入运行，期间电源损失较大，但这种情况出现几率很少，且运行时间 也不会很长。从设备投资来说，方案三比方案已减少一台主变压器和两台 35kV 高压 断路器， 占用场地也相对较少， 因此投资也大为降低， 至于备用线路的电压损失问题， 可以采用提高导线截面的办法得到改善。 综上所述，选定方案一及方案三，由经济估算比较可知，方案三的总和投资及运 行维护费用均低于方案一。从供电可靠性、灵活性、经济性三方方面综合考虑，决定 采用方案三， 即采用正常运行时 35kV 单回路供电， 事故或检修时 10kV 备用电源供电 方案作为本次设计的最终方案。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 12 页 共 43 页 2.2 电气主接线设计电气主接线设计 2.2.1 主接线设计的原则 主接线的设计， 必须结合电力系统、 发电厂和变电所的具体情况， 全面总结分析， 经过技术与经济比较，合理地选择主接线方案。电气主接线设计的基本原则是以设计 任务书为依据，执行国家的技术经济政策、技术规定，从全局出发，结合工程的实际 情况，在保证供电可靠、调度灵活、等各项技术要求的前提下，兼顾运行和检修的方 便，尽可能地就地取材，节省投资。 2.2.2 主接线形式的确定 通过对以上资料的分析及方案的比较，为了满足保证供电可靠、调度灵活及各项 技术要求，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，力争设备元件和设计的先进性 与可靠性， 坚持安全可靠与经济适用的前提下， 10kV 配电系统采用单母线分段接线以 提高供电可靠性。 总体来说， 本次设计根据前面的技术经济比较选择方案三， 正常运行时采用 35kV 供电，35kV 供电系统故障或检修时，采用 10kV 备用电源系统供电。10kV 配电系统 采用上述的单母线分段接线。具有如下特点： 总降压变电所设一台主变压器，型号为 SJL15000/35。以 35kV 架空线从电 力网中引入作为工作电源。 在变压器的高压侧装设一台 SW235 型少油断路器， 便于 变电所的控制和维修。 主变压器低压侧经少油断路器（型号为 SN1010）接在 10kV 母线的一个分 段上。 另一路以 10kV 架空线引入作为备用电源， 也经少油断路器 （型号为 SN1010） 接在 10kV 母线的另一个分段上。 总降压变电所的 10kV 侧采用单母线分段接线，选用 LMY 型硬铝母线，用 10kV 少油断路器将母线分段。 各车间的一级负荷都由两段母线供电，以提高供电的可靠性。 根据规定， 备用电源只有在主电源停运及主变压器故障或检修时， 才能投入使 用。因此，在正常运行方式下，主变压器两侧开关合上，10kV 母线分段开关合上，备 用电源开关断开。在备用电源开关上装设备用电源自动投入装置（APD） ，当工作电源 故障时，自动投入备用电源，保证一级负荷车间的正常供电。 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 13 页 共 43 页 主变压器检修时，只需合上 10kV 备用电源进线开关，就可实现一级负荷车间 的正常供电。 图 2.4 电气主接线图 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 14 页 共 43 页 3. 短路电流的计算短路电流的计算 3.1 短路电流计算的目的短路电流计算的目的 在电力系统的运行过程中，常常会受到各种因素而发生各种故障或短路事故。例 如设备绝缘老化造成击穿，发生短路事故，大风造成树枝与高压线路接触造成接地短 路，小动物进入配电设备造成的短路事故，误操作造成的短路事故等等。 电力系统短路事故包括对称短路事故和不对称短路事故，对称短路事故指三相短 路事故，不对称短路事故包括单相接地短路事故，两相短路事故，两相接地短路事故 和三相接地短路事故，还有断相事故。对于电机类设备有匝间短路等。发生短时事故 有时是很难避免的，也是无法预测的。发生短路事故后如何控制停电范围，减少事故 造成的损失就是继电保护的目的。因此短路电流的计算就是继电保护设计的基础，是 使继电保护能够满足要求的关键。 3.2 短路点的确定短路点的确定 为了选择高压电气设备，整定继电保护，需要计算总降压变电所 35kV 侧、10kV 母线以及厂区高压配电线路末端，即车间变电所高压侧的短路电流。但是，由于工厂 厂区不大，总降压变电所到最远的车间距离不过几百米，因此，10kV 母线与 10kV 配 电线路末端的短路电流差别较小。 故只计算主变压器高压侧和低压侧两边的短路电流， 即短路点确定在主变压器的高低压两侧，如图 3.1 示： 图 3.1 短路电流计算接线图 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 15 页 共 43 页 3.3 短路电流计算短路电流计算 3.3.1 等值电路图 图 3.2 基本等值电路图 图 3.3 最大运行方式的等值电路图 图 3.4 最小运行方式的等值电路图 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 16 页 共 43 页 3.3.2 短路电流计算 1) 计算各元件的电抗标么值 设外系统是一个无限大容量电力系统，基准容量为 Sj =1000MVA，35kV 侧的基准 电压 Uj1=37kV，10kV 侧的基准电压 Uj2=10.5kV，根据已知条件就可以求出元件的电抗 标么值： 电源电抗： 1000 0.52 1918 j x d s x s 三圈变压器： 1 21 32 3 1 1 2100 110.5 1761000 210031.5 3.41 j ddd be s uuu x s 1 22 31 3 2 1 2100 110.56 171000 210031.5 0.08 j ddd be s uuu x s 线路： 0 22 1 0.4 5 1000 1.46 37 j L j x LS x U 变压器（双线圈） ： %71000 14 1001005 j d b be S u x S 2) 计算 d1点短路电流（35kV 侧） 最大运行方式下： 短路电流 1d I 111 1 1000MVA,37kV 3 j ddjj j S IISU U 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 17 页 共 43 页 短路电流有效值标么值 d I 1 d d I X 1 1 12 11 11 22 1 0.268 11 0.523.140.08 1.46 22 d d xjjL I X xxxx 最大运行方式下 d1点短路电流： 11 1 1000 0.2694.19kA 33 37 j dd j S II U 最大运行方式下 d1点短路冲击电流： 11 2.552.55 4.210.7kA cd iI 最大运行方式下 d1点短路冲击电流有效值： 11 1.511.51 4.26.3kA cd II 最大运行方式下短路容量： 11 0.269 1000269MVA ddj SIS 最小运行方式下： 短路电流 1d I 111 1 1000MVA,37kV 3 j ddjj j S IISU U 短路电流有效值标么值 d I 1 d d I X 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 18 页 共 43 页 1 1 12 11 11 22 1 0.183 0.523.140.08 1.46 d d xjjL I X xxxx 最大运行方式下 d1点短路电流： 11 1 1000 0.182.85kA 33 37 j dd j S II U 最大运行方式下 d1点短路冲击电流： 11 2.552.55 2.817.27kA cd iI 最大运行方式下 d1点短路冲击电流有效值： 11 1.511.51 2.814.3kA cd II 最大运行方式下短路容量： 11 0.183 1000183MVA ddj SIS 3) 计算 d2点短路电流（10kV 侧） 最大运行方式下： 短路电流 2d I 222 2 1000MVA,10.5kV 3 j ddjj j S IISU U 短路电流有效值标么值 d I 1 d d I X 2 2 12 11 11 22 1 0.056 11 0.523.140.08 1.46 14 22 d d xjjLb I X xxxxx 最大运行方式下 d2点短路电流： 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 19 页 共 43 页 22 2 1000 0.0563.1kA 33 10.5 j dd j S II U 最大运行方式下 d2点短路冲击电流： 22 2.552.55 3.087.91kA cd iI 最大运行方式下 d2点短路冲击电流有效值： 22 1.511.51 3.084.68kA cd II 最大运行方式下 d2短路容量： 22 0.056 100056MVA ddj SIS 最小运行方式下： 短路电流 2d I 222 2 1000MVA,10.5kV 3 j ddjj j S IISU U 短路电流有效值标么值 d I 1 d d I X 2 212 11 1 0.051 0.523.140.08 1.46 14 d dxjjLb I Xxxxxx 最小运行方式下 d2点短路电流： 22 2 1000 0.0512.8kA 33 10.5 j dd j S II U 最小运行方式下 d2点短路冲击电流： 22 2.552.55 2.87.14kA cd iI 最小运行方式下 d2点短路冲击电流有效值： 22 1.511.51 2.814.228kA cd II 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 20 页 共 43 页 最小运行方式下 d2短路容量： 22 0.051 100051MVA ddj SIS 3.3 短路电流计算结果表短路电流计算结果表 表 3.1 短路电流计算结果 序号 短路点 运行方式 短路电流 Id （kA） 冲击电流 ic （kA） 短路容量 Sd （MVA） 1 35kV d1 最大 4.19 10.7 269 最小 2.85 7.27 183 2 10kV d2 最大 3.1 7.91 56 最小 2.8 7.1 51 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 21 页 共 43 页 4 主要电气设备选择及布置主要电气设备选择及布置 4.1 设备选择概述设备选择概述 正确地选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在 进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地 采用新技术、新工艺，并注意节省投资，选择合适的电器。必须遵循国家相关技术规 范和经济政策，项目要技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展 余地，以满足电力系统安全经济运行。 4.2 35kV 侧高压电气设备的选择侧高压电气设备的选择 35kV 侧高压电气设备的选择其主要设备包括：高压断路器、隔离开关、电压互感 器和电流互感器。 4.2.1 35kV 断路器选择 1) 高压断路器的选择及校验原则 高压断路器的选择主要考虑以下五个方面： 断路器种类和型式的选择 一般 35kV 回路的断路器多选用少油断路器，也可用多油断路器或真空断路器。 额定电压选择 NNS UU 额定电流选择 Nmax II 开断电流选择 高压断路器的额定开断电流 Nr I b，不应小于实际开断瞬间的短路次暂态电流 I Nr I b I 短路关合电流选择 保证断路器在关合短路时的安全， 断路器的额定关合电流 1Nc i不应小于短路电流最 大冲击值 im i 1Ncim ii 断路器的校验则需要校验其热稳定和动稳定: 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 22 页 共 43 页 热稳定校验 2 tk I tQ 动稳定校验 esim ii 2) 35kV 断路器的选择 主变 35kV 供电回路最大持续工作电流为： /35000/3 3582.48A NNN ISU 根据规定，在发电机、调相机、变压器回路一般考虑 1.05 倍的额定电流，因此 1.05A max I，86.6A N I，35kV N U 根据 35kV 断路器的 UN、Imax及安装在屋外的要求，选择 SW2-35/600 型断路器。 取短路计算时间4 k ts 根据上面计算出的短路电流值为： 24. 4.2kA ss IIII ，10.7kA C i 短路电流周期分量的热效应 Qp 222 /2 222 2 /1210 44.210 4.24.2/12 70.56kAs Pktktk QtIII 由于设计手册规定：远离发电厂的变电所和配电网无需考虑非周期分量的影响， 故不计非周期热效应。因此短路电流引起的热效应： 2 70.56kA kp QsQ 下表中列出了断路器的有关参数，并与计算数据进行比较。 表 4.1 断路器选择结果 计算数据 SW2-35/600 断路器 UNs 35（kV） UN 35（kV） Imax 86.6（A） IN 600（A） I 4.2（kA） INbr 6.6（kA） 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 23 页 共 43 页 续表 iim 10.7（kA） iNc1 17（kA） Qk 70.56 2 kAs It2t 6.624=174.24 2 kAs iim 10.7（kA） ics 17（kA） Sd 269（MVA） SN 400（MVA） 由选择结果可见各项条件均能满足，故所选 SW2-35/600 型少油断路器合格。 4.2.2 35kV 隔离开关选择 隔离开关是发电厂中常用的电器，它可以在电气设备检修时将被检修设备与电源 电压隔离，以保证检修的安全，也可以与断路器配合使用，根据需要实现发电厂的倒 闸操作，还可以分合一些小电流电路。 1) 选择及校验原则如下: 种类和形式的选择 一般 35kV 及以上的屋外中型配电装置多采用三柱式隔离开关。 额定电压选择 NNS UU 额定电流选择 Nmax II 热稳定校验 2 tk I tQ 动稳定校验 esim iI 由于选择的隔离开关为总降压变电所主变压器回路隔离开关，因此其最大持续工 作电流 max I和短路电流引起的热效应 k Q与上述选择断路器时相同，即 35kV NS U 86.6A max I 2 70.56 kAs k Q （） 2) 35kV 隔离开关的选择 根据总降压变电所主变压器回路隔离开关的 UNS、 Imax及安装在屋外的要求， 查表 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 24 页 共 43 页 可选择 GW5-35G/600-72 型屋外隔离开关。 下表中列出了隔离开关的有关参数，并与计算数据进行比较。 表 4.2 隔离开关选择结果 计算数据 GW5-35G/600-72 型隔离开关 UNs 35（kV） UN 35（kV） Imax 86.6（A） IN 600（A） Qk 2 70.56kAs It2t 2 1024kAs iim 10.7（kA） ies 72（kA） 由表中可以看出，所选 GW5-35G/600-72 型屋外隔离开关合格。 4.2.3 35kV 电压互感器选择 1) 电压互感器应按下列技术条件选择： 一二次电压应满足要求； 应根据装设地点和使用条件选择种类和型式； 应根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确度等级的要求确定 准确度； 容量和二次负荷； 接线方式，在满足二次电压和负荷要求的条件下，电压互感器应尽量采用简 单接线。 2) 35kV 电压互感器的选择 35kV 侧进线装设电流表 3 只，电压表 1 只，功率表 1 只，有功电度表和无功电度 表各 1 只。二次侧负荷如下表所示： 表 4.3 电压互感器二次侧负荷 仪表 名称 仪表 型号 电压 线圈数目 每个线圈 消 耗 功 率 （VA） cos 负荷 AB 相 BC 相 Pab Qab Pbc Qbc 电压表 ITI-V 1 4.5 1 4.5 功率表 IDI-W 2 0.75 1 0.75 0.75 中北大学 2015 届毕业设计说明书 第 25 页 共 43 页 续表 有功电表 DS-I 2 1.5 0.38 0.75 1.39 0.57 1.39 无功电表 DX-I 2 1.5 0.38 0.75 1.39 0.57 1.39 合计 6.39 2.78 1.89 2.78 求各相负荷： 2222 6.392.786.97VA ababab SPQ 2222 1.892.783.36VA bcbcbc SPQ cos/6.39/6.970.92 ababab PS 23.07 ab cos/1.89/3.360.56 bcbcbc PS 55.94 bc A 相负荷为： 1/3cos30 1/3 6.97 cos 23.07303.99W Aabab PS 1/3sin30 1/3 6.97 sin 23.07300.49Var Aabab QS B 相负荷为： 1/3cos30cos30 1/3 6.97 cos 23.07303.36 sin 55.9430 4.16W Bababbcbc PSS 1/3sin30sin30 1/3 6.9