110降压变电所电气部分设计.doc

目录 摘 要 5 ABSTRACT 5 第 1 章 绪论 6 1 1 变电所的发展历史 6 1 1 1 城网变电所的发展 6 1 2 本设计选题意义 7 第 2 章 电气主接线的设计 7 2 1 变电所主接线设计的基本要求与设计原则 8 2 1 1 变电所主接线设计的基本要求 8 2 1 2 变电所主接线设计原则 9 2 2 电气主接线的方案论证 9 2 2 1 35kV 侧主接线方案选取 9 2 2 2 10kV 侧主接线方案选取 11 2 2 3 两种接线方案比较 11 第 3 章 变压器的选择 13 3 1 变电所主变压器容量及台数的确定 14 3 1 1 变电所主变压器容量的确定 14 3 1 2 变电所主变压器台数的选择 14 3 2 变电所主变压器型式及调压方式的选择 14 3 2 1 主变压器型式的确定 14 3 2 2 绕组连接方式确定 15 3 2 3 调压方式的选择 15 第 4 章 短路电流的计算 16 4 1 概述 16 4 1 1 短路计算的目的 17 4 1 2 计算短路电流的基本假定 18 4 1 3 计算短路电流的基本步骤 18 4 2 等值电路图及其各元件电抗计算 19 4 2 1 基准值计算 19 4 2 2 各元件标幺值的计算 19 4 2 3 等值电路简化 19 4 3 三相短路电流的计算 22 4 3 1 概述 22 4 3 2 短路点的选取及计算 23 第 5 章 电气设备的选择与校验 26 5 1 电气设备选择的原则及条件 26 5 1 1 电气设备选择的一般原则 26 5 1 2 电气设备选择的一般条件 27 5 2 载流导体的设计 29 5 2 1 导体选型 30 5 2 2 导体截面的选择与校验 31 5 2 3 110 侧主变压器引接线的选择 34 5 2 4 35KV 母线选择与校验 35 5 2 5 35KV 主变压器引接线的选择 36 5 2 6 35KV 出线的选择 37 5 2 7 10KV 母线的选择 38 5 2 8 10KV 主变压器引接线的选择 39 5 2 9 10KV 电缆的选择 39 5 3 断路器的选择与校验 40 5 3 1 断路器种类和型式选择 40 5 3 2 性能选择 41 5 3 3 高压断路器的选择 42 5 4 隔离开关的选择与校验 51 5 4 1 隔离开关的主要用途 51 5 4 2 隔离开关选择和校验原则 51 5 4 3 110KV 侧的高压隔离开关选择 52 5 4 4 35kV 主变侧隔离开关的选择 52 5 4 5 35kV 母线分段隔离开关的选择 53 5 4 6 35kV 出线隔离开关的选择 54 5 4 7 10kV 主变侧隔离开关的选择 54 5 4 8 10kV 母线分段隔离开关的选择 55 5 4 9 10kV 出线隔离开关的选择 55 5 5 互感器的选择 57 5 5 1 互感器其作用是 58 5 5 2 电压互感器选择 58 5 5 3 电流互感器的选择 60 5 5 4 110KV 进线电流互感器的选择 62 5 5 5 35KV 主变侧电流互感器选择 63 5 5 6 35KV 母线分段电流互感器选择 64 5 5 7 35KV 出线的电流互感器选择 64 5 5 8 10KV 主变压器侧的电流互感器的选择 65 5 5 9 10KV 母线分段处的电流互感器的选择 66 5 5 10 10KV 出线的电流互感器的选择 66 5 6 高压熔断器选择 68 5 7 防雷保护设计 68 5 7 1 雷电过电压的形成与危害 69 5 7 2 电气设备的防雷保护 69 5 7 3 避雷器的配置 70 5 7 4 避雷线的配置 70 5 7 5 避雷器的选择 70 第 6 章 无功功率补偿 71 6 1 概述 71 6 2 功率因数计算 72 6 2 1 静电电容器的补偿 72 6 2 2 静电电容器的补偿计算 72 第 7 章 继电保护 74 7 1 概 述 74 7 1 1 继电保护的任务 74 7 1 2 对继电保护装置的基本要求 75 7 2 主变压器的保护装置的配置 75 7 2 1 变压器保护装设的一般原则 75 7 2 2 瓦斯保护 75 7 2 3 纵联差动保护 75 7 2 4 相间后备保护 76 7 2 5 零序后备保护 77 7 3 变压器保护的整定计算 77 7 3 1 瓦斯保护的整定 77 7 3 2 BCH 2 型差动继电器构成的纵联差动保护的整定计算 77 7 3 3 变压器的过电流保护的整定计算 79 7 3 4 复合电压起动的过电流保护 81 7 3 5 过负荷保护整定计算 81 总结 82 致谢 82 参考文献 83 摘 要 本次设计为 110kV 变电站的设计书 共分为任务书 说明书二部分 同时还附有 3 张图纸加以说明 该变电站有 2 台主变压器 分为三个电压等级 110kV 35kV 10kV 35kV 10kV 均采用单母分段的主接线方式供电 本次设计中进行 了短路电流计算 主要设备选择及校验 包括断路器 隔离开关 电流互感器 电压 互感器 母线等 并同时略带介绍了防雷保护 主变保护等相关方面的知识 关键词 110kV110kV 变电站 母线 变压器 短路电流 主变保护 AbstractAbstract This paper is a 110kV substation design book including assignment paper explanation paper and three graphs The substation have two primary transformers including 3 voltage degree 110kV 35kV and 10kV 35kV and 10kV adopted sectioned single bus primary connection model to supply power In this paper we have computed short circuit current designed and tested the primary electric equipments circuit breaker isolation switcher current transfer voltage transfer bus etc at the same time we also introduced the prevent thunder protection primary protection and other knowledge relevant Keyword 110kV substation short circuit current bus transformer primary protection 第 1 章 绪论 1 1 变电所的发展历史 由于现代科学技术的发展 电力系统容量的增大 电压等级的升高 综合自动化 水平的需求 使变电所设计问题变得越来越复杂 除了常规变电所之外 还出现了微 机变电所 综合自动化变电所 小型化变电所和无人值班变电所等 当前随着我国城乡电网建设与改造工作的发展 对变电所设计提出了更高 更新 的要求 变电所分为系统枢纽变电所 地区重要变电所和一般变电所三大类 本设计 110kv 降压变电所属于一般变电所 由于变电所设计与占地面积多少和加强网架可靠性直接相关 变电所的发展经过 了一段发展历史 1 1 1 城网变电所的发展 我国常规城网变电所的主要问题是设备陈旧 占地面积大与现代化的城市建设不 相适应 为了改变这种面貌 城网变电所已向小型化方向发展 开始采用全封闭组合 电器 即 GIS 成套设备 全封闭组合电器 GIS 就是由于 SF6 气体的出现而发展的一 种新型高压成套设备 它包括断路器 隔离开关 接地开关 电流互感器 电压互感 器 霹雷器 母线 出现套管或电缆终端 这些设备按变电所主接线的要求依次连接 组成一个整体 各元件的高压带电部位均封闭于接地的金属壳内 并充以 SF6 气体 作为绝缘的灭弧介质 称之为 SF6 气体绝缘变电站 简称 GIS 目前 GIS 的发展趋向 是将变压器一 二次开关全部合为一体 为气体绝缘组合 的供电系统 今后其将向小型化 智能化 免维护 易施工的方向发展 一 农村变电所的发展 建国以来 我国农电事业得到迅速的发展 随着改革开放的形势发展 现有农村 电网已经适应不了农电负荷迅速增长的要求 二十年来 全国各地农网 特别是对农 村变电所重点进行技术改造 取得了可靠的成绩 但 农村变电所仍存在一些问题 近年来 有关科研设计单位和农电部门做了大量的工作 经过多次的论证与实践 确 定了农村变电所的建设 应遵循 小容量 密布点 短半径 的原则和 户外式 小 型化 造价化 安全可靠 技术先进 的发展方向 二 变电所综合自动化的发展 自从计算机技术深入到电力系统以来 微机监测技术获得了迅速的发展 变电所 综合自动化系统 集保护 远动 监控为遗体 是一种分布式的综合自动化装置 其 把继电保护 远动技术 参数监测等各种功能分布在各个单片机上 而这些单片机通 过计算机网络连接起来一个有机的自动化装置 三 无人值班变电所 变电所实现无人值班是一项涉及面广 技术含量高 要求技术和管理工作相互配 套的系统工程 它包括电网 一 二次部分 变电所装备水平 通信通道建设 调度 自动化系统的建立以及无人值班变电所的运行管理工作 1 2 本设计选题意义 本设计 110kv 降压变电所属于一般变电所 是在校期间最后一个重要综合性实践 教学环节 是全面运用所学基础理论 专业知识和基本技能对实际问题进行设计的综 合性训练 通过设计可以培养运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神 增强工 程观念 以便更好的适应工作需要 通过毕业设计可以熟悉国家有关技术规程 规定等 树立工程设计必须安全 可 靠 经济的观点 能巩固并充实所学基础理论和专业知识 能够灵活运用 解决实际 问题 初步掌握电气工程专业工程的设计流程和方法 独立完成工程设计 工程计算 工程绘图等相关设计任务 培养严肃认真 实事求是和刻苦钻研的工作作风 第 2 章 电气主接线的设计 电气主接线是变电站设计的首要任务 也是构成电力系统的重要环节 主接线方 案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性 灵活性和经济性密切相关 并对电器设 备选择 配电装置布置 继电保护和控制方式的拟定有较大影响 因此 主接线的设 计必须正确处理好各方面的关系 全面分析论证 通过技术经济比较 确定变电所主 接线的最佳方案 2 1 变电所主接线设计的基本要求与设计原则 2 1 1 变电所主接线设计的基本要求 一 可靠性 保证必要的供电可靠性 要充分考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的 影响 供电可靠性是电力系统的首要要求 主接线首先应该满足这个要求 断路器检修时 不宜影响对系统的供电 断路器检修或母线故障以及母线检修时 尽量减少停运的回数和停运的时间 并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电 尽量避免变电所全部停运的可能性 二 灵活性 调度时 应可以灵活的投入或切除变压器和线路 调配电源和负荷 满足系统 在事故的运行方式 检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求 检修时 可以方便地停运断路器 母线以及其继电保护设备 进行安全检修而 不影响电力网的运行和对用户的供电 扩建时 可以容易的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 投入新机组 变压器或线路而不相互干扰 并对一次或二次部分的 改建工作量最少 三 主接线应力求简单清晰 尽量节约一次设备的投资 节约占地面积 减少电 能损失 即具有经济性 主接线力求简单 以节省断路器 隔离开关 电流和电压互感器等一次设备 要能使继电保护和二次设备不过于复杂 以节省二次设备和控制电缆 要能限制断路电流 以便于选择廉价的电气设备和轻型电器 四 应能容易地从初期过渡到最终接线 并在扩建过度时 一次和二次设备所需 的改造最小 即具有发展和扩建的可能性 2 1 2 变电所主接线设计原则 1 变电所的高压侧接线 应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式 在满足继电保护的要求下 也可以在地区线路上采用分支接线 但在系统主干网上不 得采用分支接线 2 在 35 60kV 配电装置中 当线路为 3 回及以上时 一般采用单母线或单母 线分段接线 若连接电源较多 出线较多 负荷较大地区 可采用双母线接线 3 在 6 10kV 配电装置中 线路回数不超过 5 回时 一般采用单母线接线方 式 线路在 6 回以上时 采用单母分段接线 当短路电流较大 出线回路较多 功率 较大时 可采用双母线接线 4 110 220kV 配电装置中 线路在 回以上时 一般采用双母线接线 5 当采用 SF6等性能可靠 检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式断路 器时 均可不设旁路设施 总之 以设计原始材料及设计要求为依据 以有关技术规范 规程为标准 结合 具体工作的特点 准确的基础资料 全面分析 做到既有先进技术 又要经济实用 2 2 电气主接线的方案论证 2 2 1 35kV 侧主接线方案选取 根据任务书要求 40km 架空出线 6 回 每回平均输送容量 7MW 最大负荷 50MW 最小负荷 40MW 最大负荷运行时间 Tmax 5500h cos 0 85 一 二类负荷占 55 本设计提出两种方案进行经济和技术比较 单母线分段接线和双母线接线 一 单母线分段接线 如图 2 1 1 优点 1 用断路器把母线分段后 对重要用户可以从不同段引出两条回路 有两个电源 供电 2 当一段母线发生故障 分断断路器会自动将故障段切除 保证正常段母线不间 断供电和不致使重要用户停电 2 缺点 1 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 2 当出线为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 3 扩建时需向两个方向均衡扩建 3 适用范围 1 6 10KV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时 2 35 63KV 配电装置出线回路数为 4 5 回时 3 110 220KV 配电装置出线回路数为 3 4 回时 1234 W OQF 图 2 1 单母线分段接线 二 双母线接线 如图 2 2 TQF W 1234 图 2 2 双母线接线 TQF 母线联络断路器 双母线接线 其中一组为工作母线 一组为备用母线 并通过母线联路断路器并 联运行 在进行倒闸操作时应注意 隔离开关的操作原则是 在等电位下操作或先通 后断 如检修工作母线时其操作步骤是 先合上母线断路器 TQF 两侧的隔离开关 再 合上 TQF 向备用线充电 这时两组母线等到电位 为保证不中断供电 应先接通备用 母线上的隔离开关 再断开工作母线上隔离开关 完成母线转换后 再断开母联断路 器 TQF 及其两侧的隔离开关 即可对原工作母线进行检修 1 优点 1 供电可靠 通过两组母线隔离开关的倒换操作 可以轮流检修一组母 线而不致使供电中断 一组母线故障后 能迅速恢复供电 检修任一回路的母线隔离开 关 只停该回路 2 调度灵活 各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活地 适应系统中各种运行方式调度和潮流变化约需要 3 扩建方便 向双母线的左右任何一个方向扩建 均不影响两组母线单位电 源和负荷均匀分配 不会引起原有回路的停电 当有双回架空线路时 可以顺序布置 以至接线不同的母线短时不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越 4 便于实验 当个别回路需要单独进行实验时 可将该回路分开 单独接至 一组母线上 2 缺点 1 增加一组母线和使每回路就需要加一组母线隔离开关 2 当母线故障或检修是隔离开关作为倒换操作电器 容易误操作 为了避免隔 离开关误操作 需要隔离开关和短路器之间装设连锁装置 3 适用范围 当出线母线数式母线电源较多 输送和穿越功率较大 母线故障后要求迅速恢复供 电 系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用 各级电压采用的具体条件如下 1 6 220KV 配电装置 当短路电流较大 出线需要带电抗器时 2 35 63KV 配电装置 当出线回路数超过 8 回路或连接的电源较多负荷较大时 3 110 220KV 配电装置 出线回路数为 5 回及以上时 或 110 220KV 配电装 置 在系统中居重要地位出线回路在 4 回路以上时 2 2 2 10kV 侧主接线方案选取 根据任务书要求 10kV 侧进出线共计 10 回 均为电缆出线其中一 二类负荷占总 最大负荷的 45 预选方案为 单母线接线 双母线接线 由于单母线接线 双母线接线第一节均已列出 故在此不再重复 2 2 3 两种接线方案比较 方案一 110kv 10kv 共10回 35kv 共6回 110kv 110KV 电压等级采用双母线接线 10KV 电压等级采用双母线接线 方案二 10kv10kv 110kv110kv 35kv35kv 110KV 电压等级采用单母分段接线 10KV 电压等级采用单母分段接线 表 2 12 1 两种方案进行比较 方案一方案二 可 靠 性 可靠性较高 双母线 接线能满足这一要求 通 过两组母线隔离开关的倒 换操作 可以轮流检修一 组母线而不致使供电中断 与方案一比起来 高 压侧采用这种接法可靠性 相对低一些 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 灵 活 性 调度灵活 操作方便 调度灵活 操作方便 经 济 性 高压侧配电装置复杂 使建造费用增多 经济性 不好 高压侧接线简单 清 晰 采用设备少 经济性 相对好一些 可便于扩建高压侧扩建不方便 扩 建 性 要考虑平衡扩建 经过上述综合比较 作为一般的变电所 对可靠性要求不是很高 综合经济性及 灵活性 因此采用方案二 第 3 章 变压器的选择 主变压器的选择主要包括变压器的容量 变压器的台数 变压器的形式 绕组连 接方式 变压器的调压方式选择 以下分别根据本次设计进行详细的阐述 3 1 变电所主变压器容量及台数的确定 3 1 1 变电所主变压器容量的确定 主变压器的容量一般按变电所建成 5 10 年的规划负荷选取 并适当的考虑到远期 10 20 年的负荷发展 再者 可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 应考虑当一台主变故障或检修停运时 其余主变 容量在计及过负荷能力后的允许时间内 应能保证用户的一级和二级负荷 一般性变 电所 应能保证全部负荷的 70 80 根据设计任务 S S35KV S10KV 0 7 50 20 0 85 57650 kVA 3 1 2 变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数应考虑下列原则 1 应满足用电负荷对供电可靠性的要求 对供有大量一 二级负荷的变电所 宜采用两台变压器 以便当一台故障或检修时 另一台能对一 二级负荷供电 对只 有二级负荷而无一级负荷的变电所 也可以只用一台变压器 但在低压侧应敷设与其 他变电所相连的联络线作为备用电源 2 对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所 也可 考虑采用两台变压器 综上所述 选用两台 31500 kVA 主变压器 当一台突然故障切除 在最大负荷情 况下 另一台变压器过负荷倍数 70 0 85 31 5 2 61 允许过载时间接近 2 小时 在此时间处理事故 调整发电功率 3 2 变电所主变压器型式及调压方式的选择的确定 3 2 1 主变压器型式的确定 变压器采用三相或单相 主要考虑变压器的制造条件 可靠性及运输条件等因素 在不受运输条件限制时 330kV 及以下的变电所均应选用三相变压器 对具有三种电压 的变电所 如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15 以上时 采 用三绕组变压器 本变电所变压器各侧绕组的功率均已达到了总容量的 15 故选三 相三绕组变压器 3 2 2 绕组连接方式确定 主变压器中性点接地方式选择 由设计规程知 中性点不接地方式最简单 单相接地时允许带故障运行两小时 供电连续性好 接地电流仅为线路及设备的电容电流 但由于过电压水平高 要求有 较高的绝缘水平 不宜用于 110KV 及以上电网 在 6 63KV 电网中 则采用中性点不 接地方式 但电容电流不能超过允许值 否则接地电弧不易自熄 易产生较高弧光间 歇接地过电压 波及整个电网 中性点经消弧线圈接地 当接地电容电流超过允许值 时 可采用消弧线圈补偿电容电流 保证接地电弧瞬间熄灭 以消除弧光间歇接地过 电压 中性点直接接地 直接接地方式的单相短路电流很大 线路或设备须立即切除 增加了断路器负担 降低供电连续性 但由于过电压较低 绝缘水平下降 减少了设 备造价 特别是在高压和超高压电网 经济效益显著 故适用于 110KV 及以上电网中 主变压器中性点接地方式 是由电力网中性点的接地方式决定 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致 否则 不能并列运行 电力系 统采用的绕组连接方式只有星形和三角形 如何组合要根据具体工程来确定 我国 110kV 及以上电压变压器绕组都采用 Y0 连接 35kV 采用 Y 连接 35kV 以下电压等级 变压器绕组都采用 连接 所以本变电所主变压器绕组连接方式为 Y0 Y 3 2 3 调压方式的选择 普通型的变压器调压范围很小 仅为5 而且当调压要求的变化趋势与实际相反 如逆调压 时 仅靠调整普通变压器的分接头就无法满足要求 有载调压它的调整 范围较大 一般在 15 以上 而且 既要向系统传输功率 又可能从系统倒送功率 要求母线电压恒定保证供电质量的情况下 有载调压变压器可以实现 设置有载调压的原则如下 对于 220kv 及以上的降压变压器 仅在电网电压可能有较大变化的情况下 采 用有载调压方式 一般不宜采用 对于 110kv 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 因此选用有载调压变压器 综上所述 选择 SFSZL 31500 110 型变压器 型号含义如下 S 三相 F 风冷式 S 三绕组 Z 有载调压 L 绕组导线材料为铝 31500 容量 110 额定电压 所选主变压器的特性数据如表 3 13 1 所示 损耗 KW 型号 额定容量 KVA 各侧容 量比为 调压范围 空载损 耗 负载 损耗 阻抗 电压 连接 组别号 SFSZL7 31500 11 0 31500 100 100 50 高压 1108 1 25 kV 中压 38 52 2 5 kV 低压 11kV 50 3175高 中 17 5 高 低 10 5 中 低 6 5 Yn yn0 d 11 第 4 章 短路电流的计算 4 1 概述 所谓短路 是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地 或中性线 之间的连接 在电力系统正常运行时 除中性点外 相与相或相与地之间是相互绝缘的 如果 由于绝缘破坏而构成通路 电力系统就发生了短路故障 通常引起绝缘损坏的原因由 绝缘材料的自然老化 机械损伤 雷电造成过电压等 此外 运行人员的误操作 如 带负荷拉隔离刀闸 设备检修后遗忘拆除临时接地线而误合刀闸均克造成短路 另外 鸟兽跨接在裸露的载流部分以及风 雪 雹等自然灾害也会造成短路 在三相系统中 可能发生的短路由 三相短路 f 3 两相短路 f 2 两相短路 接地 f 1 1 以及单相接地短路 f 1 三相短路时系统三相电路仍然是对称的 称为对称短路 其它几种短路均使三相 电路不对称 称为不对称短路 电力系统短路故障大多数发生在架空部分 发生短路时 由于供电回路的阻抗减小以及突然短路时暂态过程 使短路点及附 近电力设备流过的短路电流可能达到额定值的几倍甚至十几倍 从而引起导体及绝缘 的严重发热甚至损坏 同时 在短路刚开始 电流瞬时值达到最大时 电力设备的导 体间将受到很大的电动力 可能引起导体或线圈变形以致损坏 在电流急剧增加的同 时 系统中的电压突然降低 短路点附近电压下降得最多 这将影响用户用电设备得 正常工作 为了减少短路故障对电力系统的危害 一方面必须采取限制短路电流的措施 合 理设计电网 另一方面是迅速将发生短路的部分与系统其它部分隔离开来 使无故障 部分恢复正常运行 这就要依靠继电保护装置检测除故障 并有选择地使最接近短路 点的 流过短路电流的断路器断开 系统中大多数的电流都是瞬时性的 因此架空线 路普遍采用自动合闸装置 在变电所可能发生的各种故障中 对系统危害最大 而且发生概率最高的是短路 故障 短路电流的计算是一个重要环节 我在设计时是按照三相短路来计算的 4 1 1 短路计算的目的 1 在选择电气主接线时 为了比较各种接线方案 确定某接线方案是否需要采 取限制短路电流的措施等 均需进行必要的短路电流计算 2 在选择电气设备时 为了保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情况下都 能安全 可靠地工作 同时又力求节约资金 这就需要用短路电流对所选电气设备进 行动稳定和热稳定校验 3 在选择继电保护方法和整定计算时 需以各种短路时的短路电流为依据 为了达到上述目的 对应系统最大运行方式 按无限大容量系统 进行相关短路 点的三相短路电流计算 算出下列各短路参数 I 三相短路电流 用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流容量 应采用继电保护安装处发生短路的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值 ish 三相短路冲击电流 用来校验电器和母线的动稳定 Ish 三相短路全电流最大有效值 用来校验电器和载流导体的的热稳定 Sd 三相短路容量 用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值 Sj 基准容量 MVA Uav 所在线路的平均电压 kV 4 1 2 计算短路电流的基本假定 为了简化短路电流计算的方法 在保证计算精度的情况下 忽略了一些次要因素 的影响 作出如下规定 1 电源的电动势相位角相同 电流的频率相同 短路前 变电所的电势和电流是 对称的 2 变压器是理想变压器 变压器的铁心始终处于不饱和状态 即电抗值不随电流 大小发生变化 3 线路的分布电容略去不计 不计磁路饱和 认为各元件为线性元件 4 个电压级采用平均额定电压 这个规定在计算短路电流时 所造成误差很小 5 在短路电流计算中 由于短路电流比正常负荷电流大得多 多数情况下可不考 虑负荷 6 忽略元件的电阻及并联支路 只考虑元件的感抗 7 系统中的短路为金属性短路 即过度电阻为零 8 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 9 考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 4 1 3 计算短路电流的基本步骤 1 照供电系统图绘制等效电路图 要求在图上标出各元件的参数 对复杂的供电 系统 还要绘制出简化的等效图 2 定基准容量和基准电压 并按照公式求出基准电流和基准电抗 3 出供电系统中各元件电抗标幺值 4 制相应的短路电流计算阻抗图 5 出由电源至短路点的总阻抗 X 5 根据需要取不同的短路电点进行短路电流计算 6 列出短路电流计算结果图 4 2 等值电路图及其各元件电抗计算 4 2 1 基准值计算 高压供电系统通常采用标幺值的方法来计算短路电流 所以 应求出供电系统中 各元件的电抗标幺值 为了计算方便 取基准容量 Sd 100MVA 基准电压 Uav一般取用各级的平均额定电 压 基准容量 Sd MVA 和基准电压 Ud KV 选定以后 基准电流 Id KA 和基准电 抗 Xd 欧姆 便可用下式决定 基准电流 Id Sd Ud3 基准电抗 Xd Ud Id3 4 2 2 各元件标幺值的计算 在用标幺值 相对值 进行计算时 电路中全部元件的电抗 必须换算到选定的 基准容量下的标幺值 标幺值 某电气量的实际值 同单位同电气量的基准值 对于不同电量 计算公式如下 电压标幺值 Ud U Ud 容量标幺值 Sd S Sd 电流标幺值 Id I Id I Ud Sd3 电抗标幺值 Xd X Xd 4 2 3 等值电路简化 为了计算不同短路点的短路电流值 需要将等值网络分别化简为以短路点为中心 的等值网络 常常采用的方法有 网络等值变换 利用网络的对称性简化并联电源支 路的合并和分布系数法四种 根据本次设计所选主接线方式和长期运行方式 两台主变压器并联运行 对网 络图进行简化 选取基准容量为 Sj 100MVA Uj Uav 变压器电抗的计算 X Ud1 Sj 100 Sje 根据所选主变压器型号 查表得 阻抗电压分别为 U13 18 U12 10 5 U23 6 5 US1 U12 U13 U23 2 10 5 18 6 5 2 11 US2 U12 U23 U13 2 10 5 6 5 18 2 0 US3 U13 U23 U12 2 18 6 5 10 5 2 7 式中 Uk 变压器短路电压的百分数 Se 最大容量绕组的额定容量 MVA Sj 基准容量 MVA 阻抗的标幺值 X 1 0 55 je S S SU 100 1 20100 10011 X 2 0 je s S SU 100 2 X 3 0 35 je s S SU 100 3 20100 1007 由于是本次设计是两台变压器并联运行 所以 X 1 X 2 0 55 2 0 275 X 3 X 4 0 X 5 X 6 0 35 2 0 175 在没有选择线路的情况下 各类元件可以取电抗平均值 架空线 X 0 4 Km 电缆线 X 0 08 Km 线路电抗的计算 X 2 U SX X 7 X 8 0 39 2 0 4 100 40 115 X 9 1 17 2 37 401004 0 X 10 0 8 2 5 10 1110008 0 绘制网络等值电路如下 图 4 1 X 11 X 12 0 04 X 13 0 22 2 04 0 39 0 X 14 0 14 2 1 X 2 275 0 X 15 0 09 2 5 X 2 175 0 X 16 0 2 3 X 电路图化简为 图 4 2 4 3 三相短路电流的计算 4 3 1 概述 本变电所可以考虑成为无限大容量供给的短路电流计算 其实无限大容量是个相 对概念 它是指电源距短路点较远时 电源的额定容量远大于系统供给短路点功率 所以 在短路过程中认为电源电压不变 也就是说电源的内阻为零 但实际上电源的 阻抗仍有一定数值 只要电源的阻抗不超过短路回路总阻抗的 10 时 就可以忽略电 源的阻抗 为了设计需要共选 5 个短路点 即 d1 d 2 d 3 d4 d5 如图所示 以下不 考虑短路电流周期分量的衰减 所以只算 It时刻短路电流周期分量的起始值 因此对于无限大容量系统 Ij j j U S 3 基准电流 E 1 I I 1 X I 0 秒短路电流周期分量的标幺值 X 电源对短路点的等值电抗标幺值 I 时间为 短路电流周期分量的标幺值 短路冲击电流 ish Ksh I 2 在使用计算中 当短路发生在发电厂高压侧母线时 取 Ksh 1 85 因此 在本设计中可取 Ksh 1 8 所以 ish 2 55I 4 3 2 短路点的选取及计算 一 d1 点短路 Up 115kV 等值电路如图 图 4 3 d1点转移阻抗 S1对 d1点总的转移阻抗 X d1 X13 0 22 Ij 0 502 p U S 31153 100 短路电流标么值 I d1 1 X d1 1 0 2 4 55 有名值 Id1 2 28KA 1 3 d P I U S 1153 10055 4 冲击值 ich Ksh Id1 1 8 2 28 5 8KA22 短路容量 Sd1 Up Id1 115 2 28 454MVA33 全电流最大有效值 Ich 1 52 Id1 1 52 2 28 3 47KA 二 d2 点短路 Up 37 kV 等值电路如图 图 4 3 d2点的转移阻抗 S1对 d2点 X 13 X 14 X 16 0 22 0 14 0 0 36 I2 1 56 p U S 3373 100 短路电流标么值 I d1 2 77 1 1 d X36 0 1 有名值 Id2 4 32KA 2 3 d P I U S 373 10077 2 冲击值 ich Ksh Id1 1 8 4 32 11KA22 短路容量 Sd1 Up Id1 37 4 32 277MVA33 全电流最大有效值 Ich 1 52 Id1 1 52 4 32 6 6KA 三 d3 点短路 Up 10 5 kV 等值电路如图 图 4 4 d3点的转移阻抗 S1对 d3点 X d3 X 13 X 14 X 15 0 22 0 14 0 09 0 45 I3 5 5 p U S 3 5 103 100 短路电流标么值 I d1 2 22 1 1 d X45 0 1 有名值 Id2 12 2KA 2 3 d P I U S 2 22 100 3 10 5 冲击值 ich Ksh Id1 1 8 12 2 31 1KA22 短路容量 Sd1 Up Id1 10 5 12 2 232 8MVA33 全电流最大有效值 Ich 1 52 Id1 1 52 12 2 18 5KA 四 d4 点短路 Up 37 kV 等值电路如图 图 4 5 d4点的转移阻抗 S1对 d4点 X d4 X 13 X 14 X 16 X 9 0 22 0 14 0 1 17 1 53 I4 1 56 p U S 3 100 3 37 短路电流标么值 I d1 0 65 1 1 d X53 1 1 有名值 Id2 1 01KA 2 3 d P I U S 373 10065 0 冲击值 ich Ksh Id1 1 8 1 01 2 57KA22 短路容量 Sd1 Up Id1 37 1 01 64 7MVA33 全电流最大有效值 Ich 1 52 Id1 1 52 1 01 1 54KA 五 d5 点短路 Up 10 5kV 等值电路如图 X10 图 4 6 d5点的转移阻抗 S1对 d5点 X d4 X 13 X 14 X 15 X 10 0 22 0 14 0 09 0 8 1 25 短路电流标么值 I d1 0 8 1 1 d X25 1 1 有名值 Id2 4 4KA 2 3 d P I U S 5 103 1008 0 冲击值 ich Ksh Id1 1 8 4 4 11 2KA22 短路容量 Sd1 Up Id1 10 5 4 4 80MVA33 全电流最大有效值 Ich 1 52 Id1 1 52 4 4 6 69KA 对所有计算结果统计如下 短路电流计算结果表 4 1 4 1 Sj 100MVA 短路形式三相短路电流 短路点编号 d1d2d3d4d5 基准电流 0 5021 565 51 565 5 基准电压 1153710 53710 5 计算电抗全标么值 0 220 360 451 531 25 短路电流计算有名值 KA 2 284 3212 201 014 40 短路电流计算标幺值 4 552 771 220 650 80 短路冲击电流 ich KA 5 801131 12 5711 2 全电流最大有效值 KA 3 476 618 51 546 69 短路容量 MVA 454227232 864 780 第 5 章 电气设备的选择与校验 5 1 电气设备选择的原则及条件 5 1 1 电气设备选择的一般原则 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 应与整个工程的建设标准协调一致 尽量使新老电器型号一致 3 为了选择导线时应尽量减少器种 4 所选导体和电器力求技术先进 安全适用 经济合理 贯穿以铝铜 节约占地 等国策 选用新产器应积极慎重 新产品应有可靠的试验数据 并经主管部门鉴定合 格 5 在选择导体和电器时 应按正常工作条件进行选择 并按短路情况校验其动稳 定和热稳定 以满足正常运行 检修和短路情况下的要求 6 验算导体和电器动稳定 热稳定以及电器开断电流所用的短路电流 按本工程 的设计容量计算 并考虑电力系统的远景发展规划 按可能发生最大短路电流的正常 接线方式进行计算 7 所选的导体和电器应按当地的气温 风速 覆冰 海拔等环境条件校核电器的 基本使用条件 按正常运行条件进行选择 按短路条件进行校验 是选择电气设备的一般原则 5 1 2 电气设备选择的一般条件 本设计涉及的电气设备主要指的是断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 母线 电缆 熔断器 避雷器等 各种电气设备的功能尽管不同 但都在供电系统中工作所以在选择时必然有相同 的基本要求 在正常工作时必需保证工作安全可靠 运行维护方便时 投资经济合理 在短路情况下 能满足动稳定和热稳定要求 一 按正常工作条件 选择时要根据以下几个方面 1 环境 产品制造上分户内型和户外型 户外型设备工作条件较差 选择时要 注意 此外 还应考虑防腐蚀 防爆 防尘 防火等要求 2 电压 选择设备时应使装设地点和电路额定电压 UN小于或等于设备的额定电压 UN et 即 UN et UN 但设备可在高于其铭牌标明的额定电压 10 15 情况下安全运行 3 电流 电气设备铭牌上给出的额定电流是指周围空气温度为时电气设备长期 允许通过的电流 选择设备或载流导体时应满足以下条件 IN et Ig max 式中 IN et 该设备铭牌上标出的额定电流 Ig max 该设备或载流导体长期通过的最大工作电流 4 按断流能力选择 设备的额定开断电流 Ico或断流容量 SOC不应小于设备分断瞬 间的短路电流有效值 Ik或短路容量 SK 即 Ico Ik Soc Sk 二 按短路情况下进行动稳定和热稳定的校验 1 短路情况下的动稳定 所谓动稳定校验是指在冲击电流作用下 断路器的载流部分所产生的电动力是否 能导致断路器的损坏 为防止这种破坏 断路器极限电流必须大于三相短路时通过断 路器的冲击电流 即以制造厂的最大试验电流幅值与短路电流的冲击电流相比 且 iet ish 式中 iet 额定动稳定电流 用来表征断路器和承受短路电流电动力的能力 用来选择断路器时的动稳定校验 ish 冲击电流 短路电流的冲击电流相比 且 iet ish 3 式中 iet 额定动稳定电流 用来表征断路器和承受短路电流电动力的能力 用来选择断路器时的动稳定校验 ish 3 冲击电流 2 短路情况下的热稳定 所谓热稳定校验是指稳态短路电流 I 在假象时间内通过短路器时其各部分的发热 量不会超过规定的最大容许温度 可以采取两种方法进行校验 1 热稳定应满足 I2tt I2 tjx It 短路电流瞬时值 kA t 短路电流热效应计算时间 s I 时间为 短路电流周期分量 tjx 短路电流的假想时间 tjx tj tdl 0 05 s tj 继电保护整定时间 s tdl 断路器动作时间 s 0 05 考虑短路电流非周期分量热稳定 的等效时间 2 按下式进行校验 I2tt Qd 式中 Qd Qp Qnp Qp 交流分量的热效应 Qp I 2 10I2ft 2 I2ft tf 12 I 2 T Qnp 直流分量的热效应 Qnp I 2 T Ift 为短路切除时 时刻 短路电流的交流分量 Ift 2 为 tf 2 时刻的短路电流交流分量 T 为直流分量等效时间 查表可得 直流分量等效时间表 5 15 1 T s 短路点 td 0 1s td 0 1s 发电机出口及母线 0 15 0 2 发电厂升高电压母线及出线 发电机电压电抗器后 0 08 0 1 变电站各级电压母线及出线 0 05 热稳定电流 Ite是断路器能承受短路电流热效应的能力 按照国家标准规定 断路 器通过热稳定电流在 4S 时间内 温度不超过允许发热温度 且无触头熔解和妨碍其正常 工作的现象 则认为断路器是热稳定的 通常 Ite Ibre 对于 ts 内的热稳定电流 Itet Ite t 4 对电流互感器则满足下面的热稳定关系 KtIN1 TA 2 I2 或 KtIN1 TA I t tj 式中 Kt 由产品目录给定的热稳定倍数 IN1 TA 电流互感器一次侧额定电流 t 由产品目录给定的热稳定时间 tj 短路电流的假想时间 Qd 热效应通常分为短路电流交流分量有关的热效应 Qp 和与直流分量有关的 热效应 Qnp两部分 5 2 载流导体的设计 由电气设备选择的基本原则可以看出 要正确选择电气设备需要计算出各回路的 最大工作电流 下面计算出各回路最大持续工作电流 110KV 侧主变压器回路 Ig max110 1 05 1 05 173 6A e e U S 3 31500 3 110 35KV 侧主变压器回路 Ig max135 1 05 1 05 545 6A e e U S 3 31500 3 35 10KV 侧主变压器回路 Ig max10 1 05 1 05 1910A e e U S 3 31500 3 10 10KV 侧出线 Ig max10 1 05 1 05 1426A e e U S 3 20000 3 110 85 0 1 35KV 侧出线 Ig max35 1 05 1 05 1019A e e U S 3 50000 3 35 85 0 1 5 2 1 导体选型 一 导体材料的基本特性 导体通常由铜 铝 铝合金及钢材料制成 各种导体材料的基本特性不同 载流 导体一般使用铝或者铝合金材料 纯铝的成型导体一般为矩形 槽形和管形 由于纯 铝的管形导体强度稍低 110KV 及以上的配电装置不宜采用 铝合金导体有铝锰合金和 铝镁合金两种 形状均为管形 铝锰合金导体载流量大 但强度较差 采用一定的补 强措施后可广泛使用 铝镁合金导体机械强度大 但载流量小 主要缺点是焊接困难 因此使用受到限制 铜导体一般在下列情况下使用 位于化工厂附近的屋外配电装置 发电机出线端子处位置特别狭窄以及铝排截面太大穿过套管有困难时 持续工作电流 在 4000A 以上的矩形导体 由于安装有要求且采用其它型式的导体有困难时 二 导体型式及适用范围 我国目前常用的硬导体型式有矩形 槽形和管形等 单片矩形导体具有集肤效应系数小 散热条件好 安装简章 连接方便等优点 一般适用于工作电流 I 2000A 的回路中 多片矩形导体集肤效应系数比单片矩形导体 的大 所以附加损耗增大 因此载流量不是随导体片数增加而成倍增加的 在工程实 用中多片矩形导体适用于工作电流 I 4000A 的回路 槽形导体的电流分布比较均匀 与同截面的矩形导体相比 其优点是散热条件好 机械强度高 安装也比较方便 它 适用于工作电流 I 4000A 8000A 时 管形导体是窍导体 集肤效应系数小 且有利 于提高电晕的起始电压 户外配电装置使用管形导体 具有占地面积小 架构简明 布置清晰等到优点 但导体与设备端子连接较复杂 用于户外时易产生微风振动 5 2 2 导体截面的选择 一 一般要求 1 工作电流 2 经济电流密度 3 电晕 4 动稳定或机械强度 5 热稳定 二 按回路持续工作电流选择 IX Ig max 式中 IX 相应于导体在某一运行温度 环境条件及安装方式下长期允许的载 流量 A Ig max 导体回路持续工作电流 A 三 按经济电流密度选择 当输电线路输送电能时会产生电能损耗 此损耗的大小及相应的费用与导线及电 缆的截面有关 增大导线截面虽然可以使电能损耗费用减小 却增加了线路的投资 因此总可以找到一个理