毕业设计（论文）-10KV变电所供配电设计.doc

目目 录录 1.引言.1 1.1 本课题研究的目标和意义.1 1.2 设计的目的及基本要求 .1 1.3 本变电所设计的基本概况 .2 2.10KV 及以下变电所设计规范 .3 2.1 总则 .3 2.2 所址选择.3 2.3 变压器选择 .4 2.4 配变电装置 .5 3.电力负荷及其计算.8 3.1 电力负荷及负荷曲线 .8 3.2 负荷计算 .13 4.短路电流计算.14 4.1 短路计算目的及步骤 .14 4.2 短路电流计算 .16 5.电气主接线的设计.17 5.1 电气主接线设计的重要性 .17 5.2 变电所电气主接线图 .18 5.3 供电系统主接线方案设计与分析 .20 5.4 主变压器的确定 .22 6.电气设备的选择.23 6.1 电气设备选择的原则 .23 6.2 设计中 10KV 侧设备选择列表.29 6.3 设计中 0.4KV 侧设备选择列表.30 7.无功补偿.30 7.1 提高功率因数的意义 .30 7.2 设计中补偿装置的确定 .30 7.3 无功补偿容量的计算 .31 8.防雷与接地装置.32 8.1 接地装置 .32 8.2 防雷保护 .34 9.二次回路及继电保护.34 9.1 二次回路 .34 9.1.1 二次回路定义及分类 .35 9.1.2 二次回路的操作电源 .35 9.2 继电保护 .35 9.2.1 继电保护装置的任务与要求 .35 9.2.2 继电保护的工作原理 .38 9.2.3 继电保护的分类及用途 .39 9.2.4 继电保护选择要求 .40 9.2.5 系统保护 .41 结论 .42 致谢 .43 参考文献 .44 1 1 1引言引言 1.11.1 本课题研究目的和意义本课题研究目的和意义 随着经济的发展和人民生活水平的提高，对供电质量的要求日益提高。国 家提出了加快城网和农网建设及改造，拉动内需的发展计划，城网和农网变电 所的建设迅猛发展。在城市人口集中、高楼大厦林立、用地十分紧张的情况下， 城市的高低压线路走廊受到限制，给城市高低压网络的发展和变电所建设带来 一定困难。农村自身的特点也给农网和变电所建设带来一定困难。如何设计城 网和农网变电所，是城网和农网建设、改造中需要研究和解决的一个重要课题。 变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所， 是电力系统中电能传输必不可少的环节，起着桥梁的作用。变电所是电力配送 的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到 电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。为满足城镇负荷日益增长的需要， 提高对用户供电的可靠性和电能质量，就需要做到变电所整体的稳定、可靠并 采取相应的措施提高供电可靠性和提高电能质量。变电站是电网建设和电网络 改造中非常重要技术环节，所以做好变电站的设计是我国电网建设的重要环节。 现在根据电力系统和配电设计手册与规范，拟在某有限公司新建 10kV 的变电站， 并对其进行供配电设计。 1.21.2 设计的目的及基本要求设计的目的及基本要求 以电作为动力，可以促进工农业生产的机械化和自动化，保证产品质量，大幅 提高劳动生产率。同时提高电气化程度，以电能代替其他形式的能源，是节约 能源消耗的一个重要的途径。本次所设计的供电系统是非常重要的，如果系统 出故障了，将影响所有设备的供电，所以可靠性要求很高。所以这次设计必须 考虑到供电系统的安全性、可靠性及经济性。在电力系统设计中，应贯彻国家 个项方针政策，遵照有关的设计技术规定。从整体出发，深入论证电源布置的 合理性，论证其安全可靠性和经济性，并对此进行必要的计算。尚需注意近期 与远期的关系，发电、输电、变电工程的协调，并为电力系统继电保护、安全 2 自动装置及以下一级电压的系统设计创造条件。 1.31.3 本变电所设计的基本概况本变电所设计的基本概况 1.3.1 变电所概况 1、本变电所建于建筑物地下一层，规模为 2 台 400KVA SC(B)10 干式变压器； 两路 10KV 电源供电，一主一备，主用 800KVA，备用 400KVA；采用高供高计计 量方式。 2、10KV 为电缆进线，0.4KV 采用电缆出线。 3、变电所高压侧为单母线接线方式，柜型为 KYN28(44)型中置式开关柜，共有 进线柜 2 台、进线柜 2 台、PT 避雷器兼联络柜 1 台、出线柜 2 台、分段柜 1 台， 共计 8 台开关柜，本期全部实施。 4、低压侧为单母线分段接线方式，低压配电屏为 MNS 型，共有 7 面，其中次总 屏 2 面、无功补偿屏 2 面(MNS 型)、出线屏 2 面、分段联络屏 1 面，本期全部 实施。 5、无功自动补偿成套装置须具备过零投切、分相补偿功能。分相补偿容量不得 小于总补偿容量的 40%。 6、变电所内抬高 0.8 米做防静电地板，高低压电缆均由防静电地板下进出。 7、负控装置的天线通道由用户考虑预留。 1.3.2 其他 1、变电所的安装应满足电气安装工程施工及验收规范执行。 2、接地工程应配合土建施工一起完成。 3、其他说明见各图纸。 3 2 210KV10KV 及以下变电所设计规范及以下变电所设计规范 2.12.1 总则总则 1、为使变电所设计做到保障人身安全、供电可靠、技术先进、经济合理和 维护方便，确保设计质量，制订本规范。 2、本规范适用于交流电压 10kV 及以下新建、扩建或改建工程的变电所设 计。 3、变电所设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远 期发展的关系，远近结合，以近期为主，适当考虑发展的可能。 4、变电所设计应根据负荷性质、用电容量、工程特点、所址环境、地区供 电条件和节约电能等因素，合理确定设计方案。 5、变电所设计采用的设备和器材，应符合国家或行业的产品技术标准，并 应优先选用技术先进、经济适用和节能的成套设备和定型产品，不得采用淘汰 产品。 6、10kV 及以下变电所的设计，除应执行本规范的规定外，尚应符合国家 现行的有关设计标准和规范的规定。 2.22.2 所址选择所址选择 1、变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定： 一、接近负荷中心； 二、进出线方便； 三、接近电源侧； 四、设备运输方便； 五、不应设在有剧烈振动或高温的场所； 六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染 源盛行风向的下风侧； 七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场 所相贴邻； 八、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险 环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合 4 现行国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定； 九、不应设在地势低洼和可能积水的场所。 2、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等 级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措 施。 3、多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层 靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的 两旁。 4、高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所， 当受条 件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场 所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准高层民 用建筑设计防火规范有关规定，采取相应的防火措施。 5、 露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所： 一、有腐蚀性气体的场所； 二、挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁； 三、附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场； 四、容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安 全运行的场所。 2.32.3 变压器选择变压器选择 1、变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一 时，宜装设两台及以上变压器： 一、有大量一级或二级负荷； 二、季节性负荷变化较大； 三、集中负荷较大。 2、装有两台及以上变压器的变电所，当其中任一台变压器断开时，其余变 压器的容量应满足一级负荷及二级负荷的用电。 3、变电所中单台变压器（低压为 0.4kV）的容量不宜大于 1250kVA。当用 电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。 4、在一般情况下，动力和照明宜共用变压器。当属下列情况之一时，可设 5 专用变压器： 一、当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯 泡寿命时，可设照明专用变压器； 二、单台单相负荷较大时，宜设单相变压器； 三、冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。 四、在电源系统不接地或经阻抗接地，电气装置外露导电体就地接地系统 （IT 系统）的低压电网中，照明负荷应设专用变压器。 5、多层或高层主体建筑内变电所，宜选用不燃或难燃型变压器。 6、在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用防尘型 或防腐型变压器。 2.42.4 配变电装置配变电装置 2.4.1 型式与布置 1、变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下 列规定： 一、负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所； 二、负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车 间内变电所或组台式成套变电站； 三、高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站； 四、负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有 条 件时也可设附设变电所或户外箱式变电站； 五、环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在 315kVA 及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。 2、带可燃性油的高压配电装置，宜装设在单独的高压配电室内。当高压开 关柜的数量为 6 台及以下时，可与低压配电屏设置在同一房间内。 3、不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，可设置在同 一房间内。 具有符合 IP3防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸 的电力变压器，当环境允许时，可相互靠近布置在车间内。 4、室内变电所的每台油量为 100kg 及以上的三相变压器，应设在单独的变 6 压器室内。 5、在同一配电室内单列布置高、低压配电装置时，当高压开关柜或低压配 电屏顶面有裸露带电导体时，两者之间的净距不应小于 2m；当高压开关柜和低 压配电屏的顶面封闭外壳防护等级符合 IP2级时，两者可靠近布置。 6、有人值班的配电所，应设单独的值班室。当低压配电室兼作值班室时， 低压配电室面积应适当增大。 高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室应有直接通向户外或 通向走道的门。 7、变电所宜单层布置。当采用双层布置时，变压器应设在底层。 设于二层的配电室应设搬运设备的通道、平台或孔洞。 8、高（低）压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。 9、高压配电装置的柜顶为裸母线分段时，两段母线分段处宜装设绝缘隔板， 其高度不应小于 0.3m。 10、由同一配电所供给一级负荷用电时，母线分段处应设防火隔板或有门 洞的隔墙。供给一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时， 该电缆沟内的两路电缆应采用阻燃性电缆，且应分别敷设在电缆沟两侧的支架 上。 11、户外箱式变电站和组合式成套变电站的进出线宜采用电缆。 12、 配电所宜设辅助生产用房。 2.4.2 通道与围栏 1、室内、外配电装置的最小电气安全净距，应符合规定。 室内、外配电装置的最小电气安全净距（mm） 额定电压（kV） 符号适用范围场所 0.53610 室内 屏前 2500 屏后 2300 250025002500 无遮栏裸带电部分至地（楼） 面之间 室外2500270027002700 有 IP2防护等级遮栏的通道净 高 室内1900190019001900 室内2075100125 A 裸带电部分至接地部分和不同 相的裸带电部分之间室外75200200200 7 室内100175200225 B 距地（楼）面 2500mm 以下裸 带电部分的遮栏防护等级为 IP2时，裸带电部分与遮护物 间水平净距 室外175300300300 室内1875187519001925 不同时停电检修的无遮栏裸导 体之间的水平距离室外2000220022002200 裸带电部分至无孔固定遮栏室内50105130155 室内800825850875 C 裸带电部分至用钥匙或工具才 能打开或拆卸的栅栏室外825950950950 低压母排引出线或高压引出线 的套管至屋外人行通道地面 室外3650400040004000 2、露天或半露天变电所的变压器四周应设不低于 1.7m 高的固定围栏（墙） 。变压器外廓与围栏（墙）的净距不应小于 0.8m，变压器底部距地面不应小于 0.3m，相邻变压器外廓之间的净距不应小于 1.5m。 3、当露天或半露天变压器供给一级负荷用电时，相邻的可燃油油浸变压器 的防火净距不应小于 5m，若小于 5m 时，应设置防火墙。防火墙应高出油枕顶 部，且墙两端应大于挡油设施各 0.5m。 4、可燃油油浸变压器外廓与变压器室墙壁和门的最小净距，应符合规定。 可燃油油浸变压器外廓与变压器室墙壁和门的最小净距（mm） 变压器容量（kVA）10010001250 及以上 变压器外廓与后壁、侧壁净 距 变压器外廓与门净距 600 800 800 1000 5、设置于变电所内的非封闭式干式变压器，应装设高度不低于 1.7m 的固 定遮栏，遮栏网孔不应大于 40mm40mm。变压器的外廓与遮栏的净距不宜小于 0.6m，变压器之间的净距不应小于 1.0m。 6、配电装置的长度大于 6m 时，其柜（屏）后通道应设两个出口，低压配 电装置两个出口间的距离超过 15m 时，尚应增加出口。 7、高压配电室内各种通道最小宽度，应符合表 4.2.7 的规定。 高压配电室内各种通道最小宽度（mm） 柜前操作通道开关柜布置方式柜后维 护通道固定式手车式 单排布置8001500单车长度1200 8 双排面对面布置8002000双车长度900 双排背对背布置10001500单车长度1200 8、当电源从柜（屏）后进线且需在柜（屏）正背后墙上另设隔离开关及其 手动操动机构时，柜（屏）后通道净宽不应小于 1.5m，当柜（屏）背面的防护 等级为 IP2时，可减为 1.3m。 9、低压配电室内成排布置的配电屏，其屏前、屏后的通道最小宽度，应符 合规定。 配电屏前、后通道最小宽度（mm） 型式布置方式屏前通道屏后通道 单排布置15001000 双排面对面布置20001000 固 定 式双排背对背布置 15001500 单排布置18001000 双排面对面布置23001000 抽 屉 式双排背对背布置 18001000 3 3电力负荷及其计算电力负荷及其计算 3.13.1 电力负荷与负荷曲线电力负荷与负荷曲线 3.1.1 电力负荷分级及对供电电源的要求 （一）电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成 损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定： 一、一级负荷： 1中断供电将造成人身伤亡时。 2中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产 品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过 程被打乱需要长时间才能恢复等。 3中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要 交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大 量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断 供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断 供电的负荷，应视为特别重要的负荷。 9 二、二级负荷： 1中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产 品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。 2中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用 电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多 人员集中的重要的公共场所秩序混乱。 三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。 （二）各级电力负荷对供电电源的要求 1一级负荷属于重要负荷，应由两个独立电源供电；当一个电源发生故障时， 另一个电源不应同时受到损坏。 一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源。可 作为独立电源的有：独立于正常电源的发动机组；独立于正常电源的专用 馈电线路；蓄电池；干电池。 2. 对二级负荷，由于其停电造成的损失较大，其包括的范围也比一级负荷广。 工程设计时，应根据供电系统的停电几率，停电带来的损失，电源条件，供电 系统各方案所需投资等诸多因素综合考虑。 二级负荷设备的供电有多种可选择的方案，工程设计者应尽量选择安全可靠、 经济合理的方案，有条件时采用双电源供电。 3. 三级负荷虽然对供电的可靠性要求不高，只需一路电源供电。但在工程设计 时，也要尽量使供电系统简单，配电级数少，易管理维护。 3.1.2 电力负荷的类别 1、连续运行工作制 S1 在恒定负载（如额定功率）下连续运行相当长时间，可以使设备达到热平衡 的工作条件。这类工作制的用电设备长期连续运行，负荷比较稳定，如通风机、 水泵、空气压缩机、电炉和照明等。 2、短时工作制： 这类设备的工作时间较短，而停歇时间较长，例如机床上的某些辅助电动机 （进给电动机、升降电动机） 3、断续周期工作制 10 这类工作制的用电设备周期性的工作、停歇，反复运行，而且工作和停歇 的时间都很短，周期一般不超过 10min，使设备既不能在一个工作时间内升温 到额定值，也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度，如电焊机和电梯电动机 等设备。 3.1.3 用电设备负荷持续率及负荷系数 断续周期工作制的用电设备可用“负荷持续率” （又称暂载率）来表征其工作性 质。 负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，即： 式中 T工作周期； tg工作周期内的工作时间； t0工作周期内的停歇时间。 负荷系数也即负荷率，它是指用电设备的实际负荷与该设备的额定容量 的比值。 3.1.4 负荷曲线 1、负荷曲线有关概念 负荷曲线是指在某一时间段内描绘负荷随时间的推移而变化的曲线。 2.分类 （1）按负荷性质可绘制有功和无功的负荷曲线； （2）按负荷持续时间可绘制日、月和年的负荷曲线； （3）按负荷在电力系统内的地点可绘制个别用户、电力线路、变电所、发 电厂乃至整个地区、整个系统的负荷曲线。 将这几方面负荷曲线综合在一起就可表明负荷曲线发与供的全部特性。有的 负荷曲线是按一定时间为间隔绘制出来的。但是逐点描绘的负荷曲线为依次连 续的折线，不适于实际应用。为了计算简单起见，往往将逐点描绘的负荷曲线 用等效的阶梯曲线来代替 。 3.负荷曲线 11 有功功率负荷曲线对电力系统的运行十分有用，电力系统的设计生产主要 是建立在预测的有功负荷曲线的基础之上的。以下介绍几种典型的负荷曲线。 （一）日负荷曲线 日负荷曲线表示一天 24h 内负荷变化的情况，如图所示，此曲线可用于决 定系统的日发电量 （二）年最大负荷 可根据典型日负荷曲线间接制成，表示从年初到年终的整个 1 年内的逐月 （或逐日）综合最大负荷的变化情形，如图 12 4、负荷曲线的特征指标分析 分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律。从工厂来说，可以合理地、有计划 地安排车间、班次或大容量设备的用电时间，从而降低负荷高峰，填补负荷低 谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，调整负荷既提高了供电 能力，也是节电的措施之一。 从负荷曲线上还可以求得一些有用的参数。 （1）年最大负荷 Pmax，负荷曲线上的最高点，见上图。 （2）年最小负荷 Pmin，负荷曲线上的最低点，见上图。 （3）全年消耗的电量 AY 为 全日消耗的电量 AD 为 （4）年最大负荷利用小时数 Tmax 13 （5）平均负荷 Pav （6）负荷率，平均负荷与最大负荷的比值 有功负荷率 无功负荷率 3.23.2 负荷计算负荷计算 3.2.1 概述 所谓计算负荷，就是在已知用电设备性质、容量等条件的情况下，按照一 定的方法和规律，通过计算确定的电力负荷。它包括有功计算负荷、无功计算 负荷、视在计算负荷和计算电流、尖峰电流等内容。求计算负荷的这项工作称 作为负荷计算。 3.2.2 计算负荷意义 计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷。计算负荷产生的热 效应需和实际变动负荷产生的最大热效应相等。所以根据计算负荷来选择导线 及设备，在实际运行中它们的最高温升就不会超过容许值。 通常我们把根据半小时（30min）的平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大 负荷”称为计算负荷，并作为按发热条件选择电气设备的依据。 3.2.3 需要系数法确定计算负荷 在设备额定功率 PN 已知的条件下，只要实测统计出用电设备组（车间、全 厂）的计算负荷 Pca，即在典型的用电设备组负荷曲线上出现 30min 的最大负 荷 Pmax，就可以求出需要系数 Kd ，定义如下 1 max P Pav 1 max Q Qav max d N P K P 负荷曲线最大有功负荷 设备容量 14 各用电设备组的负荷计算式 有功功率计算 PjS=kxPe 无功功率计算 QjS=PjStg 视在功率计算 SjS=JSJSQP 22 式中 Pjs用电设备组的有功计算负荷 kW； Qjs用电设备组的无功计算负荷 kVar； SjS用电设备组的视在计算负荷 kVA； Kd用电设备组的需要系数 3.2.4 企业计算负荷的确定 逐级计算法：企业的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算 负荷； 用电设备组的计算负荷车间变压器低压母线车间变压器高压母线车 间变电所高压母线总降压变电所出线总降压变电所低压母线企业总计算 负荷。 4 4短路电流计算短路电流计算 4.14.1 短路计算的目的及步骤短路计算的目的及步骤 4.1.1 短路电流计算的目的 在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。 其计算的目的主要有以下几个方面： 1.校验电气设备和载流导体时需要计算三相短路电流 2.整定供电系统的继电保护装置需要计算三相短路电流 3.在校验继电保护装置的灵敏度时计算不对称短路的短路电流值 4.校验电气设备及载流导体的力稳定和热稳定就要用到短路冲击电流、稳 态短路电流、短路容量 5.接地装置的设计，也需用短路电流。 4.1.2 短路电流计算的一般规定 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； 15 （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）所有电源的电动势相位角相同； （5）应考虑对短路电流值有影响的所有的元件，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安全电流有效值时 才予以考虑。 2.接线方式：计算短路电流时所用的接线方式，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），而不能仅在切换过程中可能并列运行 的接线方式。 3.计算容量：按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划 （一般为本工程建设后 510 年） 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，或直接接 地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）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。 5.短路计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地 点，称为短路计算点。 4.1.3 短路电流计算的步骤 在工程设计中，短路电流的计算通常采用使用曲线法。步骤如下： 1.选择计算短路点 2.画等值网络（次暂态网络）图 （1）首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机 电抗用次暂态电抗。 （2）选取基准容量和基准电压（一般取各级的平均电压）。 （3）将各元件电抗换算为同一基准值的标幺电抗。 （4）绘出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。 3.化简等值网络：为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化 简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗， 即转移电抗。 4.求计算电抗。(将各转移阻抗按各发电机额定功率归算) 16 5.查运算曲线查出各供给的短路电流周期分量标幺值。 6.计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量。 7.计算短路电流周期分量有名值。 4.24.2 短路电流的计算短路电流的计算 4.2.1 短路电流计算过程 XT X1 XT XT1 XT1 Xs 110kV10.5kV10kV 380V d1 d2 系统电抗: 22 115 6.3 2100 av s k U X S 变压器电抗: 22 %/10010.5 110/ 100 4031.76 tknn XUUS 折算到 10kV 等级电抗 2 2 2 1 12 31.7610.5 6.322.18 0.83360.185 2115 av dt av U XXX U 110kV 变电站到短路点 d1 的电抗 2 2 11 12 0.1850.160.345 av dt av U XXX U 短路点 d1 的短路电流 kA 11 /( 3)10.5/(0.3453)17.57 davd IUX kA 1 2.552.55 17.5744.8 sh iI kA 1 1.521.52 17.5723.6 sh II MVA (3) 11 33 10.5 17.57318 davd SU I 110kV 变电站到短路点 d2 的电抗 17 X2=（Xd1+Xt/2） =(0.345+1.72) (0.4*0.4/10.5*10.5) 2 2 1 Uav Uav （） =2.065 0.029=0.006() 短路点 d2 的短路电流 kA 21 /( 3)0.4/(0.0063)38.49 davd IUX kA 2 2.552.55 38.4998.1 sh iI kA 2 1.521.52 38.4998.1 sh II MVA (3) 22 330.4 38.4926.6 davd SU I 4.2.1 短路电流计算说明 计算各电源提供的短路电流，并以此考虑在各个短路情况下流过各断路器 的短路电流，并以流过的最大的短路电流来校验各个短路器，看是否满足动热 稳定校验。若不满足，则应提高设备档次或加限流电抗器。 5 5电气主接线的设计电气主接线的设计 5.15.1 电气主接线设计的重要性电气主接线设计的重要性 发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变 压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完 成发电、变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、 配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、 灵活和经济运行。 5.1.1 电气主接线设计的步骤 1.根据下达的供电方案的要求，在分析原始资料的基础上，并依据主接线 的设计原则从技术上论证各方案的优、缺点，选出 23 个较佳的方案。 2.对拟订的 23 个方案进行技术、经济比较，选出最好的方案。各主接线 方案都应该满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定何种方案，要通过 经济比较，选年运行费用最小的作为最终方案，当然，还要兼顾到今后的扩容 和发展。 5.1.2 对电气主接线设计的基本要求 主接线应满足可靠性、灵活性、经济性等要求。 18 （1）可靠性：为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这 一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研 工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠的定量计算分析的基础数据尚不完善 的情况，充分做好调查研究工作显的尤为重要。 为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼 顾可靠性和经济性两方面，作出切合实际的决定。 （2）灵活性：电气主接线的设计，应当在运行、热备用、冷备用和检修等 各种方式下的运行要求。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和 线路等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线 及二次设备，并方便设备的安全措施，不影响电网正常运行和对其他用户的供 电。 （3）经济性：方案的经济性体现在以下三个方面。 采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。在投资初期回路数较少 时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。能缓装的设备，不提前采购装设； 在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小， 以高代低；在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减 少占地，节省配电装置的征地费用。 5.25.2 变电所电气主接线图变电所电气主接线图 对于大中型企业，通常是经总电压变电所 610KV 的高压配电电压，然后经 车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如 220V/380V。 变电所常见的几种主接线： 19 电源电源 WB L1L2L3 L4 QF QSB QSL 图5-1 不分段的单母线接线 电源电源 WB L2L1L3 QSB QF QSL L4 QFd 段段 图5-2 单母线分段接线 1.单母线接线： 适用范围： 一般只适用于一台发电机或一台主变压器，出线回路数少，并且没有重要 负荷的发电厂和变电站中。 2.单母线分段接线： 适用范围： a. 610kV 配电装置出线回路数为 6 回及以上 b. 3563kV 配电装置出线回路数为 48 回 c. 110220kV 配电装置出线回路为 34 回 L1L2L3L4 电源 段 段 QFj1QFj2 电源 图5-9 双母线分段接线 20 电源 L1 段 段 电源 L2L3 QFa WB WBa 图5-10 双母线带旁路接线 (a) (a)标准接线 3.双母线接线 适用范围： 610kV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时;3563kV 配 电装置，当出线回路数超过 8 回时，或连接的电源较多，负荷较大时; 110220kV 配电装置出线回路数为 5 回及以上时，或当 110220kV 配电装置 在系统中居重要地位，出线回路数为 4 回及以上。 4.双母线分段接线： 分段原则：当进出线回路数为 1014 回时，在一组母线上用断路器分段; 当进出线回路数为 15 回及以上时，两组母线均用断路器分段 5.增设旁路母线或旁路隔离开关的接线 为了保证采用单母线分段或双母线的配电装置在进出线断路器检修时，不 中断对用户的供电时采用。 5.35.3 供电系统主接线方案设计与分析供电系统主接线方案设计与分析 5.3.1 步骤 第一步：确认计量（高供高计、高供低计） 用户计量方式的确定，应符合下列规定： 1 1、受电变压器容量在 630kVA 及以上的电力用户应采用高供高计方式。 受电变压器容量在 315kVA 500kVA 电力用户宜采用高供高计方式。 21 2 2、受电变压器容量在 315kVA 以下的电力用户应采用高供低计方式。 3 3、单电源装设二台及以上变压器的电力用户应采用高供高计方式。 第二步：确认供电方式，即供电电源数量及电压等级（结合区域供电情况 确认） 第三步：根据用电负荷等级确认供电方式，即单电源、两路同供、一主一 备。 备注：一主一备（一路正常主供，另一路作备用）： 1）主供电源失电后，备用电源自动投入； 适用于允许极短时间中断供电的一级负荷。 2）主供电源失电后，备用电源经操作投入。 适用于允许稍长时间（手动投入时间）中断供电的一二级负荷。 5.3.2 方案设计 方案一：10kV 侧母线采用单母线分段接线形式。10kV 母线 I 段接 110kV 变 电站 10kV 母线 I 段，10kV 母线 II 段接 110kV 变电站 10kV 母线 II 段。 380V 侧母线采用单母线分段接线形式。 方案二：10kV 侧母线采用单母线分段接线形式。10kV 母线 I 段接开闭所 10kV 母线 I 段，10kV 母线 II 段接开闭所 10kV 母线 II 段。 380V 侧母线采用单母线分段接线形式。 5.3.3 分析 1、本工程为某有限公司新建 10KV 变电所一座，两路电缆进线，两路电源 一主一备，高供高计，主用 800KVA，备用 400KVA。 2、10KV 为单母线分段接线方式，两台进线开关及分段开关之间实行四锁 两钥匙机械联锁，其中备用进线（2#进线）开关设置两个锁位。主供电源（1# 进线）供两路出线，备用电源（2#进线）仅供 2#出线。 3、0.4KV 为单母线分段接线方式。1#与 2#次总开关与分段开关之间采用三 锁两钥匙加电气联锁。 4、次总开关的智能控制器带接地故障保护，实现报警和脱扣。 22 对原始资料进行详尽分析，关注电力市场化改革，对草拟的主接线方案进 行比较，围绕着可靠性和经济性之间的协调，使主接线方案保证供电可靠和技 术先进，且最终又尽可能的满足经济原则。因此变电所高压侧 10KV 为单母线分 段接线方式，低压侧 0.4KV 为单母线分段接线方式。主接线图的概况如下图， 电气一次主接线图见下图： 5.45.4 主变压器的确定主变压器的确定 1.相数的确定 变压器的相数形式有单相和三相，主变压器是采用三相还是单相，主要考 虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。规程上规定，当不受运 输条件限制时，容量为 300MW 及以下机组单元连接主变压器和 330kV 及以下的 发电厂用变电站，一般选用三相变压器。因为单相变压器组相对来讲投资大、 占地多、运行损耗也较大，而不作考虑。 2.绕组数的确定 绕组的形式主要有双绕组、三绕组或更多绕组等型式。根据本变电所的条 件，主要是把 10kV 电压变为 380V。所以选择双绕组变压器。 3.绕组接线组别的确定 23 变压器的三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列 运行。对于 10kV 变电所，主变压器一般采用 常规接线。 4.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 分接头开关切换，改变变压器高压部分绕组匝数，从而改变变压器高压部分绕 组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：不带电切换，称 无励磁调压，调整范围通常在% 以内；另一种是带负荷切换，称为有5 . 22 载调压，调整范围可达 30%。其结构复杂，价格较贵，主要适用接于出力变化 大的发电厂的主变压器和接于时而为送端，时而为受端，要求母线电压恒定时。 本变电站选用有载调压。 5.冷却方式 电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、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。自然风冷却及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。在水源充足的条件下，为压缩占地面积，也可采用 强迫油循环水冷却方式。 根据上述对变压器选择的分析，在每个配电室中装设两台主变压器，采用常规 接线。当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的 70%。 根据设计规范及电力工程电气设备手册，选择变压器为：SC(B)10- 400/10 技术参数如下： 调压方式：%5 . 22 联结组别：D,yn11 阻抗:Uk=4% 变压器罩壳尺寸依据设计图纸订货，并有温控器、电磁锁及相关配套附件。 6 6电气设备的选择电气设备的选择 6.16.1 各电气设备选择的原则各电气设备选择的原则 6.1.1 断路器的选择 24 断路器是重要的电气设备之一，能够关合、承载和开断正常回路条件下的 电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件(包括短路条件)下 的电流的开关装置。 断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较 模糊，一般将 3kV 以上的称为高压电器。 低压断路器又称自动开关，俗称空 气开关也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、 欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动 机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压 等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组 合。低压断路器产品中以常熟开关厂和施耐德公司的产品应用比较广泛。 高压断路器是电力系统中重要的控制和保护设备具有两方面的作用，一是 控制，根据电网运行要求将一部分电气设备及线路投入或退出运行状态、转为 备用或检修；另一方面，电气设备或线路发生故障时，通过继电保护装置及自 动装置使断路器动作，将故障部分从电网中迅速切除，防止事故扩大，保证电 网无故障部分正常运行。 1.额定电压和电流选择 U U （2-2） N Ns I I （2-3） N max U 、U -分别为电气设备和电网的额定电压，kV； NNs I、Imax-分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流，A N 2.开断电流选择 高压断路器的额定开断电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期 Nbr I 分量，即 。 pt I Nbr I pt I 3.断路器关合电流的选择 为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流不应 Ncl i 小于短路电流最大冲击值，即 sh i Ncl i sh i 25