10kV城市箱变的设计-山东电力专科学校毕业论文

山东电力高等专科学校 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 论文题目： 10kV 城市箱变的设计城市箱变的设计 班级学号：_ 姓名：_ 专 业名 称：_ 2011 年 12 月 26 日 林雨 发电厂及电力系统 DZ09-4 班 33 号 2 山东电力高等专科学校毕业设计（论文）山东电力高等专科学校毕业设计（论文） 毕业设计题目：毕业设计题目：10kV 城市箱变的设计 作者：作者：_ 指指 导导教教 师：师：单位：单位： 协助指导教师：协助指导教师：单位：单位： 单位：单位： 完成日期：完成日期：2011 年 12 月 26 日 孙承海 林雨 摘摘要要 箱式变电站又称户外成套变电站，也有称做组合式变电站，它是一 种高压开关设备、配电变压器和低压配电装置，按一定接线方案排成一 体的工厂预制户内、 户外紧凑式配电设备， 即将高压受电、 变压器降压、 低压配电等功能有机地组合在一起，安装在一个防潮、防锈、防尘、防 鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化， 全封闭运行，特别适用于城网建设与改造，是继土建变电站之后崛起的 一种崭新的变电站。 10kV 箱式变电站的设计高压侧额定电压为 10kV，低压侧额定电压 为0.4kV，主变压器容量为 1 600kVA。主接线采用单母线分段接线。本 课题的主要内容包括箱式变电站的发展应用，箱式变电站的结构分类， 以及箱式变电站一次系统设计及其设备选型，二次系统设计，以及箱式 变电站的智能监控系统。 关键词：关键词：箱式变电站箱式变电站结构结构一次系统一次系统二次系统二次系统 2 Abstract Box-type transformer substation, calls again outdoora transformersubstation, also call to do the sectional transformer substation, it is a high-voltage switchgear, distribution transformers and low voltage distribution equipment, wiring scheme according to certain pre-arranged one indoor plants, outdoor compact with electrical equipment, high pressure will be electric, step-down transformers, low voltage power distribution and other functions together organically, installed in a moisture-proof, rust, dust, vermin, fire, theft, insulated, fully enclosed, mobile steel cabinets, mechanical and electrical integration, fully enclosed run, especially for urban network construction and transformation, following the construction of a substation after the rise of the new substation. The design high pressure side sum of box-type transformer substation settleselectric voltage as 10 kV, the low-pressure side sumsettles electric voltage as 0.4KVs, main transformer capacity is 1 600 kVA. Sub main wiring connection using a single bus. The main topics include the development and application of box-type substation, box-type substation structure classification, as well as a box-type substation system design and equipment selection, the second system design, and box-type substation intelligent monitoring system. Key Word:box-typetransformersubstationconstruction first systemsecond system. 3 目目录录 前言.1 第一章第一章绪论绪论. . .2.2 1.1 箱式变电站的概述.2 1.2 箱式变电站的类型、结构.2 1.2.1 箱式变电站的类型.2 1.2.2 箱式变电站的结构.2 1.3 箱式变电站的特点.错错 误！未定义书签。误！未定义书签。 第二章第二章 10kV10kV 箱式变电站的总体箱式变电站的总体结结构构.4 4 2.1 电气主接线的确定.4 2.1.1 主接线的基本形式与选择.4 2.1.2 高压接线方式.6 2.1.3 主接线的基本要求、设计依据、原则及步骤. .6 2.2 变压器的选择.7 2.2.1 变压器台数和接线组别的确定.7 2.2.2 变压器容量的确定.8 2.2.3 变压器型号说明.8 2.2.4 变压器的散热处理.9 2.2.5 采用负荷开关熔断器组合电器保护变压器.9 2.3 电力电缆的选择.9 2.3.1 电力电缆选择的一般原则.10 2.3.2电力电缆的选择应满足的条件.11 2.4 箱式变电站总体置.12 第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算.错错 误！未定义书签。误！未定义书签。 3.1 短路电流的定义.13 3.2 短路电流的危害.13 4 3.3 短路电流计算的目的.13 3.4 短路电流的计算.13 第第四四章章 1010k kV V 箱式变电站一次系统设计与设备选型箱式变电站一次系统设计与设备选型.错错 误！未定义书签。误！未定义书签。 4.1 10kV 箱式变电站一次系统设计.18 4.1.1 概述.18 4.1.2 一次系统设计原则.18 4.1.3 一次系统设计.18 4.2 设备选型.18 4.2.1 设备选型的基本原理.18 4.2.2 高低压电器设备选择的要求.20 4.2.3 断路器的选型.21 4.2.4 高压熔断器的选择.22 4.2.5 10KV 负荷开关和熔断器组合的选择.22 4.2.6 互感器的选型.23 4.2.7 隔离开关的选型.24 4.2.8 开关柜的选型.24 4.2.9 高低压母线选择.26 第五章第五章 10kV10kV 箱式变电站继电保护方案设计箱式变电站继电保护方案设计.27.27 5.1 箱变的继电保护作用及原理 .27 5.1.1 箱变继电保护的作用.27 5.1.2 箱变继电保护的工作原理.27 5.2 箱变的继电保护设计.27 5.2.1变压器保护.27 5.2.2线路保护.28 5.2.310kV 电容器保护.30 5.2.4备用电源自投装置.30 第六章第六章箱式变电站的防雷保护和接地装置的设计箱式变电站的防雷保护和接地装置的设计.31.31 5 6.1箱变防雷保护的必要性.31 6.2 箱变的防雷保护措施.31 6.2.1箱变防雷分析 .31 6.2.2 箱变防雷措施.31 6.3接地装置.32 结论结论.35 参考文献参考文献 .36 引引言言 现代工业的连续生产和人民生活水平的日益提高，人们对供电质量尤其是供电 的可靠性要求越来越高，箱式变电站以其成套性强、投资见效快，体积小、占地少， 可深入负荷中心、提高末端电能质量，安装使用方便，易与周围环境相协调等优点 获得了快速的发展和广泛的应用。 其次，随着社会发展和城市化进程的加快，负荷密度越来越高，城市用地越来 越紧张，城市配电网逐步由架空向电缆过渡，架杆方式安装的配电变压器越来越不 适应人们的要求。 箱式变电站适用于住宅小区、城市公用变、繁华闹市、施工电源 等， 用户可根据不同的使用条件、 负荷等级选择箱式变。箱式变电站发展极为迅速， 在欧洲发达国家已占配电变压器的 70%， 美国已占90%。 中国城市现代化建设的飞速 发展， 城市配电网的不断更新改造， 必将得到广泛的应用。 同时要求具有 “四遥” (遥 测、遥信、遥调、遥控)的智能化功能。这种智能箱式变电站(简称智能箱变)环网供 电时，在特定自主软件配合下，能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、 网络重构等功能，从而保证在一分钟左右恢复送电。 箱式变电站智能化的定位是 10/ 0. 4kV、35/ 0. 4kV 的配电变压器, 其负荷随时 间变化大, 峰谷差距较大,因此, 从运行管理角度而言, 对其监测应详细、全面。 采用配电自动化技术的智能箱式变电站可以保证供电的连续性，提高供电可靠 性和电能质量、 实现无人值守和远程监控与管理。 箱式变电站的智能化就是将计算 机技术，微电子技术，电力电子技术，网络技术等应用于断路器等开关电器及配电 设备，实现系统的智能化，使之具备控制、测量、工作状态远传、保护参数远方设 定、事故故障判定、保护及记录等功能，并结合网络技术、无线传输技术等实现远 方集中监控和分层分级管理，取代人工值班、查抄仪表，故障即时判断、切除和记 录等人工工作，增强箱式变电站的供电可靠性、安全性，提高电能质量。将电力设 备运行和管理与工厂集散控制系统 DCS， 企业资源计划 EPR 融合在一起， 以达到高 效、统一的管理是一个现代化企业的发展要求，而对于一个智能化的小区或楼宇， 智能化的变配电系统已成为一种必然的配备和选择。 2 第一章箱式变电站简介 1.11.1 箱式变电站的概述箱式变电站的概述 箱式变电站是将配电网末端变电站与现在工厂内制造装配，包括变压器、高压 断路器设备和控制设备、低压开关设备和控制设备、内部接线（电缆、母排等）、 计量、补偿、避雷器等辅助设备组合而成的一种成套变电站设备。并安装在一个防 潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机 电一体化，全封闭运行。 箱式变电站具有节地、节电、紧凑型、小型化、安全、无人值守和“四遥”(遥 测、遥讯、遥调、遥控)的智能化功能。这种智能箱式变电站环网供电时，在特定自 主软件配合下，能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能， 从而保证在一分钟左右恢复供电，特别适用于城网建设与改造，是继土建变电站之 后崛起的一种崭新的变电站。 1.21.2 箱式变电站的类型、结构与特点箱式变电站的类型、结构与特点 1.2.11.2.1 箱式变电站的类型箱式变电站的类型 箱式变电站分为两大流派： 欧式箱变和美式箱变。 欧式箱变是将中压开关设备、 变压器、低压配电设备各自分隔并排列成“目”字型或“品”字型，通过电缆或母 线来实现电气连接；美式箱变则以变压器为主体，将负荷开关、后备保护熔断器、 分接开关和变压器装在变压器油箱内，插入式熔断器、电缆和低压配电部分围绕变 压器油箱排列，构成整体布置。用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质。 1.2.21.2.2 箱式变电站的结构箱式变电站的结构 箱式变电站的结构主要是指作为箱式站的3 个主要部分-高压开关设备、 变 压器及低压配电装置的布置方式。 美式预装式变电站的结构型式大致有三种： （1）变压器和负荷开关、熔断器共用一个油箱； （2）变压器和负荷开关、熔断器分别装在上下两个不同的油箱内； （3）变压器和负荷开关、熔断器分别装在左右两个不同的油箱内。 其中 （1） 为美式箱变的原结构， 特点是结构紧缩、 简洁、 体积小、 重量轻。 （2） 和（3）为（1）型的变形。这种变形的依据是：开关操作和熔断器的动作造成的游 离碳会影响整个箱变的寿命。 （3）型由于采用普通油和难燃油作为绝燃介质，使之 3 既可用于户外，又可用于户内，适用于住宅小区、工矿企业及各种公共场所，如机 场、车站、码头、港口、高速公路、地铁等。 欧式预装式变电站的总体结构包括三个主要部分：高压开关柜、变压器及低压 配套装置，其总体结构主要有两种形式：一种为组合式；另一种为一一体式。组合式 布置是高压开关设备、变压器和低压配电装置三部分个为一室，即由高压室、变压 器室和低压室三个隔室组成，可按“目字型”或“品字型”布置，如图 1 所示。 “目 字型”布置与“品字型”布置相比，“目字型”接线较为方便，故大多采用“目字 型”布置。但“品字型”布置结构较为紧凑，特别是当变压器室排布多台变压器时， “品字型”布置较为有利。 HVTMLVTM HV LV TM HVLV HVTM LV ZL LV HV TM LV HV TMLV a目字布置 b品字布置 图1欧式预装式变电站的整体布置形式 HV高压室；LV低压室；TM变压器室；ZL操作走廊 1.31.3 箱式变电站的特点箱式变电站的特点 箱式变电站主要由多回路高压开关系统、铠装母线、变电站综合自动化系 统、通讯、远动、计量、电容补偿及直流电源等电气单元组合而成，安装在一 个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱 体内，机电一体化，全封闭运行，主要有以下特点： （1）技术先进安全可靠（2）自动化程度高（3）工厂预制化（4）组合方式灵 活 （5）投资省、见效快（6）占地面积小 （7）外形美观，易与环境协调 4 第二章 10kV 箱式变电站的总体结构设计 2.12.1 电气主接线的确定电气主接线的确定 2.1.2.1.1 1 主接线的主接线的基本接线方式基本接线方式与选择与选择 主接线的基本形式，概括为无母线的接线形式和有母线的接线形式。 A A、无母线电气主接线、无母线电气主接线 （1） 桥形接线： 当具有两条变压器和两条线路时， 在变压器线路接线的基础上， 在其中间架一连接桥，则成为桥形接线。 (2)单元接线：发电机与变压器直接连成一个单元，组成发电机。 B B、有母线的电气主接线有母线的电气主接线 （1 1）单母线接线是一种原始、最简单的接线，所有电源及出线均接在同一母线 上。 优点： 接线简单清晰， 设备用量少， 操作方便、 便于扩建和采用成套配电装置。 缺点：供电可靠性低，运行不够灵活，当母线及母线隔离开关等设备故障或检 修时，均需将整个配电装置停电，影响供电。 因此， 单母线接线方式一般只在发电厂或变电所建设初期无重要用户或出线回 路数不多的单电源小容量的厂中采用。 （2）单母线分段接线是采用断路器（或隔离开关）将母线分段，通常是分成两 段。母线分段后可进行分段检修，对于重要用户，可以从不同段引出两个回路，当 一段母线发生故障时，由于分段断路器在继电保护作用下自动将故障段迅速切除， 从而保证了正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。两段母线自动同时故障的 机遇很小，可以不予考虑。在供电可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一 段母线发生故障时，将造成两断母线同时停电，在判断故障后，拉开分段隔离开关， 完好段即可恢复供电。 在主接线中，断路器是电力系统的主开关；隔离开关的主要功能是隔离高压电源以 保证其他设备和线路的安全检修。例如，固定式开关柜中断路器需要检修，在断路 器断开电路的情况下，拉开隔离开关；恢复供电时，应先合隔离开关，然后合断路 器。这就是隔离开关和断路器配合操作的原则。由于隔离开关无弧装置，断流能力 差，所以不能带负荷操作。 优点：该接线方式由双电源供电，故供电可靠性较高，同时具有接线简单、操 作方便、投资少等。当一段母线发生故障时，分段断路器将故障切除，保证正常段 母线不间断地供电。 5 缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修 期间内停电。 单母线接线单母线接线单母线分段接线单母线分段接线 （3）双母线接线）双母线接线 优点：可轮换检修母线或母线隔离开关而不致供电中断；检修任一回路的母线 隔离开关时，只停该回路；母线发生故障后，能迅速恢复供电；各电源和回路的负 荷可任意分配到某一组母线上，可灵活调度以适应系统各种运行方式和潮流变化； 便于向母线左右任意一个方向顺延扩建。 缺点：造价高；当母线发生故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易 误动作。但可加装断路器的连锁装置或防误操作装置加以克服 当进线回路数或母线上电源较多时，输送和穿越功率较大，母线发生事故后要 求尽快恢复供电，母线和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时采用双母线接线。 6 电源1电源2 QF1QF3QF2 WB1 WB2 QFQFQFQF 出线1 出线2 出线3 出线4 双母线接线 2.1.2.1.2 2 高压接线方式高压接线方式 高压接线采用负荷开关+限流熔断器作为就压器的主保护， 一般有环网、 双电源 和终端三种供电方式，有两组插入式熔断器和后备保护熔断器串联进行分段范围保 护。限流熔断器一相熔断时必须能联动跳开三相负荷开关，不发生缺相运行。线路 侧负荷开关必须配有直流电源电动操作机构， 可实现无外来交流电源状态下自启动。 环网回路必需配置检测故障电流用的电流互感器或传感器。 高压开关选用可靠性高和具有自动化装置及智能化接口的先进的产品：SF6 负 荷开关、压气式负荷开关、真空负荷开关等。 环网供电单元一般至少由三个间隔组成，即二个环缆进出间隔和一个变压器回 路间隔。其中，负荷开关 QLA 和QLB 在隔离故障线段时，能及时恢复回路的连续供 电；同负荷开关 QLC 相连的熔断器在中压/低压变器发生内部故障时起保护作用； QLC 对溶断器和变压器还起隔离和接地作用。 综上可知，单母线接线造价低而供电稳定性低，双母线供电稳定性高但其造价 高且接线线路复杂，而单母线分段接线一方面线路简单，造价低，另一方面其供电 稳定性也能在一定程度上能够得以保证。 所以10kV 母线选用单母线接线方式， 0.4kV 采用单母线分段接线。 2.1.32.1.3 主接线的设计依据、原则及步骤主接线的设计依据、原则及步骤 主接线设计的基本要求 电气主接线的基本要求：可靠性、灵活性、经济性、安全性。主接线的设计应 满足可靠性和灵活性的前提下，做到经济合理。主要应从投资声、占地面积少、电 能损耗小等几个方面综合考虑。 7 主接线的设计依据 电气主接线通常是根据变电所在电力系统中的地位和作用，首先满足电力系统 的安全运行与经济调度的要求，然后根据规划容量、供电负荷、电力系统短路容量、 线路回路数以及电气设备特点等条件确定， 并具有相应的可靠性、 灵活性和经济性。 电气主接线的设计原则 电气主接线设计的基本原则为：已下达的设计任务书为依据，根据国家现行的 “安全可靠、经济实用、符合国情”的电力建设与发展的方针，严格按照技术规定 和标准，结合工程实际的具体特点，准确地掌握原始资料，保证设计方案的可靠性、 灵活性和经济性。 电气主接线设计的一般步骤 a.原始资料分析 b.对拟订的各方案进行技术、经济比较,选择最好的方案 c.绘制电气主接线图 2.22.2 变压器变压器 2.2.12.2.1箱式变电站主变压器台数和容量的选择箱式变电站主变压器台数和容量的选择 1.主变压器台数的选择 主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。当符合下列条件之一 时，宜装设两台及以上变压器： （1）有大量一级或二级负荷。 （2）季节性负荷变化较大，适于采用经济运行方式。 （3）集中负荷较大，例如大于 1250kVA。 2.主变压器容量的选择 （1） 装有一台主变压器的变电所主变压器容量 .N T S应不小于总的计算负荷S， 即: .N T SS(2.1) （2）装有两台主变压器的变电所每台主变压器容量应不小于总的计算负荷的60%, 最好为总负荷的 70%左右，即: . (0.60.7) N T SS(2.2) 主变压器单台容量上限单台配电变压器（低压为 0.4kV）的容量议案不宜大 于 1250kVA。当用电设备容量较大，负荷集中且运行合理时，一般选用较大容量的 配电变压器。所以根据引言中各个地区负荷大小及其性质，主变压器容量及台数的 选择如表 2.1 所示。 8 表表 2.1 变压器选择表变压器选择表 供电区域主变压器容量及台数主变压器型号箱变数量 住宅小区1315kVAS9315103 座(13) 化工园区2630kVAS9630103 座(46) 汽车厂区2630kVAS9630103 座(79) 机械厂区2500kVAS9630103 座（1012） 2.2.22.2.2 变压器连接组别的确定变压器连接组别的确定 10kV 箱式变电站变压器的容量确定为1600kVA， 因为三相五拄 Dyn11 连接变压 器带三相不对称负载能力强，不会因三相负载不对称造成中性点电压偏移，负载电 压质量可得到保证；此外，这种变压器还具有很好的耐雷特性。因此变压器的连接 组别为三相五柱 Dyn11，阻抗电压为U d =7.0%，采用油浸式变压器。由于三相五 拄 Dyn11 联结，如果熔断器一相熔断后，会造成低压侧两相电压不正常，为额定电 压的1/2，会使负载欠压运行。因此将熔断器连接在“”内部。因为这样如果熔 断器一相熔断后不会造成低压侧两相电压不正常，熔断器所对应的低压侧相电压几 乎为零， 其它两相电压正常。 而站用变压器容量确定为 50kVA， 连接组别采用 Dyn11， 接在10kV 母线上将10kV 电压降低为 0.2kV 供箱式变电站本身使用。 . . A B C a b c UA UCUB UAB Ua Uc Ub Uab Uab UAB . . UA=UAB UCUB Ua Uc Ub Uab Uab 变压器Yyn0联结组 变压器Dyn11联结组 2 2.2.3.2.3 型号说明型号说明 9 YB -/ (F.R) / T- 变压器额定容量（kVA） 变压器 主开关为带弹簧储能操动机构的负荷开关和熔断器组 合配置 变压器低压侧额定电压（kV） 变压器高压侧额定电压（kV） 改进次数（以英文字母 A, B, 表示） 设计序号（以阿拉伯数字表示） 结构特征（M 表示“目”字型，P 表示“品”字型） 预装式变电站 2.2.2.2.4 4 变压器的散热处理变压器的散热处理 变压器设置有二种方式：一种将变压器外露，另一种将变压器安装在封闭隔室 内。10kV 箱式变电站变压器采用第二种接线方式，将变压器安装在封闭的变压器隔 室内。为防日照辐射使室温升高，采用四周壁添加隔热材料、双层夹板结构，顶盖 设计成带空气垫或隔热材料的气楼结构，内设通风道，装有自动强迫排气通风装置 (轴流风机或幅面风机)。装置的开启和停止，由变压器室的温度监控装置自控，其 温度的整定值按允许温度的 80%90%设定；室内正常温度下，靠自然通风来散热。 有为防止灰尘对绝缘的影响，在变压器连接处加上绝缘防护罩。室内温度不正常的 情况下采用机械强迫通风，以变压器油温不超过95作为动作整定值。 2.2.2.2.5 5 采用负荷开关采用负荷开关熔断器组合电器保护变压器熔断器组合电器保护变压器 负荷开关是用来开、合负载电流的开关装置，它一般具有关合短路电流能力， 但是它不能开断短路电流。负荷开关可以单独使用在远离电源中心、且容量较小的 终端变电站，用于投切无功补偿回路、并联电抗器及电动机等。熔断器结构简单、 价格便宜、维护方便，仍然具有发展前途。熔断体是熔断器的主要元件，当熔断体 通过的电流超过一定值时，熔断体本身产生的焦耳热，使本身温度升高，在达到熔 10 断体熔点时，熔断体自行熔断切断过载电流或短路电流。限流熔断器切断短路电流 的电流波形如图 6 所示 1 2 时间 燃弧时间 tb1tb2 图6限流熔断器切断短路电流时电流波形 1切断前电流波形 2切断过程中电流波形 Ik1截止电流；tb2动作时间 负荷开关熔断器组合电器中使用限流型高压熔断器，这种熔断器是依靠填充 在熔体周围的石英砂冷却电弧，达到有效熄灭电弧，用于在强力冷却熄弧过程中建 立起高于工作电压的电弧电压，因而具有很强限流能力。由曲线可见到，短路开始 后电流上升，熔体发热，温度上升，电流升到a 点，熔体熔化，由于熔断器的限流 作用，电流上升停止，开始沿 ab 线段下降，在b 点电流下降到零，此时完成熄弧。 这种熔断器的整个动作过程发生在密封的瓷管中，在熄灭电弧时，巨大气流不会冲 出管外。 负荷开关与熔断器配合使用于箱变可替代断路器， 作为变压器的保护开关设备。 当变压器内部发生故障，为使油箱不爆炸，故障切除时间必须限在 20ms 内。采用断 路器保护的话，断路器最快全开断时间(继电保护动作时间+断路器固有动作时间+ 燃弧时间)一般需要23 个周波(40ms60ms)左右，而限流熔断器则可保证在 10ms 以内切除故障。由于同电压等级负荷开关的价格大约是断路器的价格的 1/41/5， 而负荷开关+熔断器的价格仅仅是断路器的价格的 1/3，因此采用负荷开关+熔断器 有较大经济性。由于断路器是用于开断短路故障电流、大负荷电流、容性电流等通 用的开关设备，因此体积大、笨重，结构也复杂。相比之下负荷开关体积小，简单 易开发。 2.32.3 电力电缆的选择电力电缆的选择 2.3.12.3.1 电力电缆选择的一般原则电力电缆选择的一般原则 11 在选择电线电缆时，一般要注意电线电缆型号、规格（导体截面）的选择。 （1）电线电缆型号的选择 选用电线电缆时，要考虑用途，敷设条件及安全性；例如： 根据用途的不同，可选用电力电缆、架空绝缘电缆、控制电缆等； 根据敷设条件的不同，可选用一般塑料绝缘电缆、钢带铠装电缆、钢丝铠装电 缆、防腐电缆等； 根据安全性要求，可选用不延燃电缆、阻燃电缆、无卤阻燃电缆、耐火电缆等。 （2）电力电缆规格的选择 确定电线电缆使用规格 （导体截面）时，一般应考虑发热，电压损失，经济电 流密度，机械强度等选择条件。根据经验，低压动力线因其负荷电流较大，故一般 先按发热条件选择截面，然后验算其电压损失和机械强度；低压照明线因其对电压 水平要求较高，可先按允许电压损失条件选择截面，再验算发热条件和机械强度； 对高压线路， 则先按经济电流密度选择截面， 然后验算其发热条件和允许电压损失； 而高压架空线路，还应验算其机械强度。若用户没有经验，则应征询有关专业单位 或人士的意见。 说明： （1）同一规格铝芯导线载流量约为铜芯的 0.7 倍，选用铝芯导线可比铜芯导线 大一个规格，交联聚乙烯绝缘可选用小一档规格，耐火电线电缆则应选较大规格。 （2）本表计算容量是以三相 380V、Cos0.85 为基准，若单相220V、Cos 0.85，容量则应1/3。 （3）当环境温度较高或采用明敷方式等，其安全载流量都会下降，此时应选用 较大规格；当用于頻繁起动电机时，应选用大23个规格。 （4）本表聚氯乙烯绝缘电线按单根架空敷设方式计算，若为穿管或多根敷设， 则应选用大23个规格。 （5）以上数据仅供参考，最终设计和确定电缆的型号和规格应参照有关专业资 料或电工手册。 2.3.22.3.2电力电缆的选择应满足电力电缆的选择应满足 (1)首先应根据用途,敷设方式和使用条件来选择电力电缆的类型，YJV 型交联聚乙 烯电缆和 VV 型聚氧乙烯电缆是目前工程建设中普遍选用的两种电缆，YJV 型电缆和 VV 型电缆相比，YJV 型电缆虽然价格略高，但具有外径小、重量轻、载流量大、寿 命长的显著优点，因此在工程设计中应尽量选用YJV 型交联聚乙烯电缆。 (2)电缆的额定电压选择 电缆的额定电压 UnU 安装点供电系统的额定电压 U。 12 (3)按长期发热允许电流选择电缆的截面，但当电缆的最大负荷利用小时数 Tmax5000h，且长度超过 20 米时，则应按经济电流密度来选择。即： )( 2 e mm J I S g 式中 ： g I正常工作时母线回路的最大长期工作电流（A） J经济电流密度 (4)允许电压降的校验 对供电距离较远，容量较大的电缆线路，应满足： U%=173ImaxL(rcos+xsin)/U5% 式中 ： U线路工作电压（线电压）；L线路长度； cos为功率因数； r、x 为电缆单位长度的电阻和电抗。 根据电缆长度验算电压降是否符合要求； (5)热稳定的校验 电缆应满足的条件为：所选电缆截面 SQd/C X 100(m ) 式中 ：Qd 为短路电流的热效应；C 为热稳定系数。 2.2.4 4 箱式变电站总体布置箱式变电站总体布置 10kV 箱式变电站高压室额定电压 10kV ，低压室额定电压0.4kV。主变压器额 定容量为 1600kVA，接在 10kV 母线上。采用电缆或架空进、出线。在结构设计上具 有防压、防雨和防小动物等措施及占地面积小、操作方便，安全可靠、可以移动等 特点。箱式变电站主要包括4 部分，分别为框架、高压室、低压室、变压器室。 （1）框架：基本结构是由槽钢、角钢和钢板焊接而成，外股、门和顶盖用新材料色 彩钢板制作。 （2）高压室： 装备真空断路器。 包括三工位负荷开关、 熔断器、 互感器、避雷器等。 （3）低压室：装备全国统一设计的 GGD型固定式低压配电屏、包括主开关柜、计量 柜、多路出线柜、耦合电容器。 （4）变压器室： 配备 1600kVA 油浸式变压器。 室顶装有温度监控仪启动的轴流风扇。 13 第三章第三章短路电流短路电流 3.13.1 短路电流的定义短路电流的定义 电力系统在运行中相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接(短路) 时流过的电流称为短路电流。在三相系统中发生短路的基本类型有三相短路、两相 短路、单相对地短路和两相对地短路。 3.23.2 短路电流的危害短路电流的危害 短路电流将引起下列严重后果：短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故 障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。巨大的短路电流通过导体时， 一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大 的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。短路也同时引 起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部 分用户或全部用户的供电遭到破坏。网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到 损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。电力系统中 出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂 并联运行的稳定性，使整个系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切 除部分用户。短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行 的可能性愈大。 3.33.3短路电流计算的目的短路电流计算的目的 为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经电气设 备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住 突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供 电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选 择，也需要准确的短路电流数据。 3.43.4 短路电流的计算短路电流的计算 在故障系统中危害最大的故障是短路，为了正确选择和检验电气设备，须计算 短路电流。 在10kV 变电站的短路电流计算中， 一般将三相短路电流作为重点， 为了简化短 路电流计算方法，在保证计算精度的情况下，可忽略一些次要因素的影响。其规定 有： 14 （1)所有电源的电动势相位角相同，电流的频率相同，短路前电力系统的电势和 电流是对称。 （2)认为变压器为理想变压器，变压器的铁芯始终处于不饱和状态，即电抗值不 随电流大小发生变化。 （3)输电线路的分布电容略去不计。 （4)每一个电压级均采用平均额定电压， 只有电抗器采用加于电抗器端点的实际 额定电压。 （5)一般只计发电机、变压器、电抗器、线路等元件的电抗。 （6)在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合并。 1.最大运行方式最大运行方式短路电流计算短路电流计算 最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路 后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值 来校验所选用的开关电器的稳定性。 1.计算电路，如图 3.1 所示 图图3.13.1 短路计算原始图短路计算原始图 2.取基准值：设 Sd=100MVA,Ud=Uc,即高压侧 Ud110.5kV,低压侧Ud20.4kVA 则： A U S I d d d k5 . 5 5 .103 100 3 1 1 (3.1) kA U S I d d d 144 4 . 03 100 3 2 2 (3.2) 3.计算短路电路中各原件的标幺值 (1) 电力系统 15 1 . 0 1000 100 * 1 MVA MVA S S X oc d (3.3) (2) 电缆线路1 03. 0 )37( 100 )508. 0( 2 2 10 * 2 kV MVA U S LXX d d (3.4) (3) 电力变压器 1T,2T 4 . 1 5 100 100 7 100 % * 4 * 3 kVA MVA S SU XX N dK (3.5) (4) 电缆线路2WL 4 . 0 )5 .10( 100 )5087. 0( 2 2 20 * 5 kV MVA U S LXX d d (3.6) (5) 电力变压器 3T 7 .12 315. 0 100 100 4 100 % * 6 kVA MVA S SU X N dK (3.7) 因此绘制等效电路图，如图 3.2 所示。 图图3.2 等值电路图等值电路图 4.计算k1点（10kV 侧）的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 (1) 总电抗标幺值 16 23. 14 . 0 2 4 . 1 03. 01 . 0 2 * 5 * 3* 2 * 1 * 1 X X XXX K (3.8) (2) 三相短路电流周期分量有效值 kA X I I K d 5 . 4 23. 1 5 . 5 * 1 1)3( 1 (3.9) (3) 其他短路电流 kAIII K 5 . 4 )3( 1 )3()3( (3.10) kAkAIish5 .115 . 455. 255. 2 )3()3( (3.11) kAkAIIsh8 . 65 . 451. 151. 1 )3(3 (3.12) (4) 三相短路容量 MVA MVA X S S K K 3 .81 23. 1 100 * 1 d)3( 1 (3.13) 5.计算k2点（0.4kVA 侧）的短路电流总电抗及三相短路电流和短路容量 （1） 总电抗标幺值 93.137 .1223. 1 * 6 * 1 * 2 XXX KK (3.14) (2) 三相短路电流周期分量有效值 kA X I I K d 3 .10 93.113 144 * 2 2)3( 2 (3.15) (3) 其他短路电流 kAIII K 3 .10 )3( 2 )3()3( (3.16) kAkAIish193 .1084. 184. 1 )3()3( (3.17) kAkAIIsh2 .133 .1009. 109. 1 )3(3 (3.18) (4) 三相短路容量 MVA MVA X S S K K 2 . 7 93.13 100 * 2 d)3( 2 (3.19) 6.计算k3点（10kV 侧）的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 (1) 总电抗标幺值 17 83. 0 2 4 . 1 03. 01 . 0 2 * 3* 2 * 1 * 3 X XXX K (3.20) (2) 三相短路电流周期分量有效值 kA X I I K d 6 . 6 83. 0 5 . 5 * 3 1)3( 3 (3.21) (3) 其他短路电流 kAIII K 6 . 6 )3( 1 )3()3( (3.22) kAkAIish8 .166 . 655. 255. 2 )3()3( (3.23) kAkAIIsh0 .106 . 651. 151. 1 )3(3 (3.24) (4) 三相短路容量 MVA MVA X S S K K 120 83. 0 100 * 1 d)3( 1 (3.25