110KV变电所AⅠ类型电气部分设计毕业设计论文.doc

目 录 摘要 1 绪论 第 1 章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择 1 1 主接线的设计原则和要求 1 1 1 主接线的设计原则 1 1 2 主接线设计的基本要求 1 2 主接线的设计 1 2 1 设计步骤 1 2 2 初步方案设计 1 2 3 最优方案确定 1 3 主变压器的选择 1 3 1 主变压器台数的选择 1 3 2 主变压器型式的选择 1 3 3 主变压器容量的选择 1 3 4 主变压器型号的选择 1 4 站用变压器的选择 1 4 1 站用变压器的选择的基本原则 1 4 3 站用变压器型号的选择 第 2 章 短路电流计算 2 1 短路计算的目的 规定与步骤 2 1 1 短路电流计算的目的 2 1 2 短路计算的一般规定 2 1 3 计算步骤 2 2 变压器的参数计算及短路点的确定 2 2 1 变压器参数的计算 2 2 2 短路点的确定 2 3 各短路点的短路计算 2 3 1 短路点 d 1 的短路计算 110KV 母线 2 3 2 短路点 d 2 的短路计算 35KV 母线 2 3 3 短路点 d 3 的短路计算 10KV 母线 2 3 4 短路点 d 4 的短路计算 2 4 绘制短路电流计算结果表 第 3 章 电气设备选择与校验 3 1 电气设备选择的一般规定 3 1 1 一般原则 3 1 2 有关的几项规定 3 2 各回路持续工作电流的计算 3 3 高压电气设备选择 3 3 1 断路器的选择与校验 3 3 2 隔离开关的选择及校验 3 3 3 电流互感器的选择及校验 3 3 4 电压互感器的选择及校验 3 3 5 母线与电缆的选择及校验 3 3 6 熔断器的选择 第 4 章 无功补偿设计 4 1 无功补偿的原则与基本要求 4 1 1 无功补偿的原则 4 1 2 无功补偿的基本要求 4 2 补偿装置选择及容量确定 4 2 1 补偿装置的确定 4 2 2 补偿装置容量的选择 第 5 章 变电站配电装置的设计 5 1 概述 5 2 高压配电装置的选择 5 3 电气总平面布置 5 3 1 电气总平面布置的要求 5 3 2 电气总平面布置 5 4 本变电站的配电装置 致 谢 参考文献 附 录 110KV110KV 变电所变电所 A A 类型电气部分设计类型电气部分设计 学生 XXX 指导老师 XXX XXX 大学 摘要 摘要 本次毕业设计的题目是 110KV 变电所 A 类型电气部分设计 根据设 计的要求 在设计的过程中 根据变电站的地理环境 容量和各回路数确定变 电站电气主接线和站用电接线 并选择各变压器的型号 进行参数计算 画等 值网络图 并计算各电压等级侧的短路电流 列出短路电流结果表 计算回路 持续工作电流 选择各种高压电气设备 并根据相关技术条件和短路电流计算 结果表校验各高压设备 随着科学技术的发展 网络技术的普及 数字化技术成为当今科学技术发 展的前沿 变电站数字化对进一步提升变电站综合自动化水平将起到极大促进 作用 是未来变电站建设的发展方向 利用数字化技术来解决目前综合自动化 变电站存在的问题已成为可能 本变电站就是利用数字化技术使变电站的信息 采集 传输 处理 输出过程全部数字化 并使通信网络化 模型和通信协议 统一化 设备智能化 运行管理自动化 设计 学习了设计的基本方法 巩固三年以来学过的知识 培养独立分析 问题的能力 而且加深对变电站的全面了解 关键字 关键字 主接线 短路电流 电气设备 主变保护 配电装置 绪论绪论 1 1 设计题目 110KV 变电所 A 类型电气部分设计 根据设计要求的任务 在本次设 计中主要通过变电站电气主接线 短路电流计算 设备选择与校验 无功补偿 主变保护和配电装置部分的设计 使我对三年来所学的知识更进一步的巩固和 加强 并从中获得一些较为实际的工作经验 由于在设计中查阅了大量的相关 资料 所以开始逐步掌握了查阅 运用资料的能力 又可以总结三年来所学的 电力工业的部分相关知识 为我们日后的工作打下了坚实的基础 1 2 我国基本电力情况 我国总装机容量 10 亿 KW 其中火电占 78 水电占 21 核电占 1 还 有风能及一些多能源电站 我国现在是电力大国 变电站总容量为 80 100 亿 KVA 1 2 1 变电所的分类 1 按电压等级可分为超高压 高压 中压变电站和低压变电站 电压在 1kV 以 下的称为低压 电压为 1 10kV 的称为中压 电压高于 10kV 低于 330kV 的称 为高压 电压在 330kV 以上的称为超高压 2 按供电对象的差异可分为城镇变电站 工业变电站和农业变电站 3 根据其在电力系统中的低位和作用 可以分为枢纽变电站 中间变电站 区 域 地方 变电站 企业变电站和末端 用户 变电站 1 枢纽变电站 枢纽变电站位于电力系统的枢纽点 电压等级一般为 330kV 及以上 联系多个电源 出现回路多 变电容量大 全站停电后将造成大面积 停电 或系统瓦解 枢纽变电站对电力系统运行的稳定和可靠性起到重要作用 2 中间变电站 中间变电站位于系统主干环行线路或系统主要干线的接口处 电压等级一般为 330 220kV 汇集 2 3 个电源和若干线路 全站停电后 将 引起区域电网的解列 3 地区变电站 地区变电站是一个地区和一个中 小城市的主要变电站 电 压等级一般为 220kV 全站停电后将造成该地区或城市供电的紊乱 4 企业变电站 企业变电站是大 中型企业的专用变电站 电压等级 35 220kV 1 2 回进线 4 按其容量和馈线的多少可分为大 中 小型变电站 5 按是否有人正常运行值班可分为有人值班变电站和无人值班变电站 目前 我国变电站按电压等级分为 3 5 万伏变电站 11 万伏变电站 22 万 伏变电站和 50 万伏变电站 还有根据变电站围护结构分为土建变电站和箱式变电站 箱式变电站又称户外 成套变电站 也有称做组合式变电站 它是发展于 20 世纪 60 年代至 70 年代 欧美等西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备 由于它具有 组合灵活 便于运输 迁移 安装方便 施工周期短 运行费用低 无污染 免维护等优点 受到世界各国电力工作者的重视 进入 20 世纪 90 年代中期 国内开始出现简易箱式变电站 电力部也相应制定了部颁标准 但应用并不广 泛 到 90 年代末期 特别是农网改造工程启动后 科研开发 制造技术及规 模等都进入了高速发展 被广泛应用于城区 农村 10 110kv 中小型变 配 电 站 厂矿及流动作业用变电站的建设与改造 因其易于深入负荷中心 减少供 电半径 提高末端电压质量 特别适用于农村电网改造 被誉为 21 世纪变电 站建设的目标模式 箱式变电站的分类 1 拼装式 将高 低压成套装置及变压器装入金属箱体 高 低压配电装置间还留有操作走廊 这种型式的箱式变体积较大 现在已较 少使用 2 组合装置型 这种型式的高 低压配电装置不使用现有的成套装 置 而是将高 低压控制 保护电器设备直接装入箱内 使之成为一个整体 由于总体设计是按免维护型考虑的 箱内不需要操作走廊 这样可以减小箱式 变的体积 这种型式是欧式箱变 是目前普遍采用的型式 3 一体型 这种 型式就是所谓的美式箱变 它是在简化高 低压控制 保护装置的基础上 将 高 低压配电装置与变压器主体一齐装入变压器油箱 使之成为一个整体 这 种型式的箱式变体积更小 其体积近似于同容量的普通型油浸变压器 仅为同 容量欧式箱变体积的 1 3 左右 1 2 2 升压站 升压就是用变压器将发的电的电压升高 以便在电线上传输时可以降低线 路损耗 传得更远 电刚发出来 电压不是很高 如果直接传输而不升压 会 损耗很多电量 电压也会将很快 所以必须立即经过升压变压器 1 2 3 降压站 降压用变压器 输入端 额定电压通常为 3 6 10 15 35 66 110 220 330 500kV 升压用变压器额定电压通常 为 发电机变压器 输入端 电压 3 15 6 3 11 10 5 13 8 15 75 18 20 24kV 输出端 电压 38 5 72 5 121 242 363 550kV 升压变压器一般为无载载调压分接开关的变压器 发电机是调节性能优良 的可变无功能源 在一般情况下 发电机的升压变压器没有采用带负荷抽头调 节的必要 甚至可以采用没有电压分接头的变压器 降压变压器一般均为有载调压分接开关的变压器 对于直接向负荷供电的 变压器的电压调节要求与以上两类变压器大不一样 广泛采用带负荷调节电压 抽头是必要的 升压用变压器与降压用变压器的输出端电压是不同的 变压器 输出端电压需比负荷侧电压 如母线电压 高 10 的电压 1 2 4 电站的负荷 本所 35KV 出线 2X3 回 单回最大负荷为 6MW cos 0 9 最大输送距离为 8 5KM 负荷为 级 本所 10KV 出线 2X8 回 其中 4 回备用 单回最大负荷为 2MW cos 0 76 最大输送距离为 2 5KM 负荷为 级 1 2 5 自然条件 1 年最高气温为 40 年最高气温 35 2 本地区多雷地区 多年平均雷暴日 53 日 年 3 所址海拨高度 320M 无不良地质现象 自然条件直接影响输送电能的质量 导体载流量与环境温度有很大的关系 影响导线载流量大小的因素主要有材质 结构 单或多股线 绝缘情况 使用 情况 架空 埋设 穿管 环境温度等 电流本身没有温度系数 回路需要多 少电流 不会因为温度高了电流就少了 但是导电的导线等导体是有温度系数 的 因为导线的允许流过电流量 是与其运行最高温度有关的 由于导线又电 阻 电流流过导线后就会发热 导线的总热量是一定的 当外界温度越高 留 给导线的发热量就少了 所以运行流过的电流量也就少了 将这种现象归纳成 系数后 就是导线载流量的温度系数 导线中的电阻是正温度系数的 受 温度的变化的影响 在计算导线安全载流量时要考虑温度校正系数来确定导线 的直径 设导线在 25 时的安全载流量为 Ia 当敷设处的环境温度不是 25 时 导线的载流量 I0 应乘以温度校正系数 K I0 Ia K K t1 t0 t1 25 0 5 t0 敷设处的环境温度 t1 导线长期允许工作温度 BBLX BLX BLV BV 的 t1 为 65 选择避雷设备也是很重要的 避雷针 直接接地 利用电荷尖端放电现 象不让雷击发生 避雷针和被保护物体是分开的 可以保护比较集中的重要物 体 避雷针实际是引雷针 一般避雷针比所有的被保护物体高 避雷针的顶部 为金属尖端 底部与接地网作良好连接 接地电阻一般在 10 欧姆以下 在雷 雨天气 由于顶部尖端对电场的强烈畸变作用 吸引附近雷云对避雷针尖端放 电 通过良好的接地中和雷云电荷 从而保护其它物体免遭雷击 避雷器 间接接地 利用过电压放电现象让雷击电压通过避雷器进入大 地 避雷器和被保护物体是连接的 可以保护带电物体 如输电线路 在正常 状态下避雷器内部是不导电的 遇到雷击的时候 它是导电的 避雷器实际上 是一种非线性极好的电阻 在高电压下电阻很小 在低电压下电阻很高 作用 类似于稳压二极管 目前避雷器一般为氧化锌避雷器 主要元件为氧化锌阀片 避雷器在电力系统中与被保护设备并联 正常时泄漏电流很小 不影响系统运 行 当系统有过电压时 即超过正常运行电压的高电压 避雷器即呈现低电 阻泄放能量 同时限制系统电压的幅值 确保电气设备的绝缘不被击穿 1 3 设计任务及设计大纲 1 主结线设计 根据设计任务书 分析原始资料与数据 列出技术上可能实 现的多个方案 经过概略分析比较 留下 2 3 个较优方案进行详细计算和分析 比较 经济计算分析时 设备价格 使用综合投资指标 确定最优方案 2 短路电流计算 根据电气设备选择和继电保护的需要 确定短路计算点 计算三相短路电流 计算结果列出汇总表 3 主要电气设备选择 主要电气设备的选择 包括断路器 隔离开关 互感 器 导线截面和型号 绝缘子等设备的选择及效验 选用设备型号 数量 汇 总设备一览表 4 主要设备继电保护设计 包括主变压器 线路等元件的保护方式选择和整 定计算 5 配电装置设计 包括配电装置形式的选择 设备布置图 6 防雷 接地设计 包括直击雷保护 进行波保护和接地网设计 1 4 设计成果 1 4 1 设计说明书 包括对各种设计方案分析比较的扼要说明 并附有必要的计算及表格 1 4 2 设计图纸 1 降压变电所电气主结线图 2 变电所平面布置图 3 主变压器保护原理接线图 第第 1 1 章章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择变电站电气主接线设计及主变压器的选择 1 11 1 主接线的设计原则和要求主接线的设计原则和要求 1 1 11 1 1 主接线的设计原则主接线的设计原则 1 1 考虑变电站在电力系统的地位和作用 考虑变电站在电力系统的地位和作用 变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素 变电站是枢 纽变电站 地区变电站 终端变电站 企业变电站还是分支变电站 由于它们 在电力系统中的地位和作用不同 对主接线的可靠性 灵活性 经济性的要求 也不同 2 2 考虑近期和远期的发展规模 考虑近期和远期的发展规模 变电站主接线设计应根据 5 10 年电力系统发展规划进行 应根据负荷的大 小和分布 负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布 并分析各种可能的运行 方式 来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数 3 3 考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响 考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响 对一 二级负荷 必须有两个独立电源供电 且当一个电源失去后 应保 证全部一 二级负荷不间断供电 三级负荷一般只需一个电源供电 4 4 考虑主变台数对主接线的影响 考虑主变台数对主接线的影响 变电站主变的容量和台数 对变电站主接线的选择将产生直接的影响 通 常对大型变电站 由于其传输容量大 对供电可靠性高 因此 其对主接线的 可靠性 灵活性的要求也高 而容量小的变电站 其传输容量小 对主接线的 可靠性 灵活性要求低 5 5 考虑备用量的有无和大小对主接线的影响 考虑备用量的有无和大小对主接线的影响 发 送 变的备用容量是为了保证可靠的供电 适应负荷突增 设备检修 故障停运情况下的应急要求 电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所 不同 例如 当断路器或母线检修时 是否允许线路 变压器停运 当线路故 障时是否允许切除线路 变压器的数量等 都直接影响主接线的形式 1 1 21 1 2 主接线设计的基本要求主接线设计的基本要求 根据有关规定 变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位 变电 站的规划容量 负荷性质线路变压器的连接 元件总数等条件确定 并应综合 考虑供电可靠性 运行灵活 操作检修方便 投资节约和便于过度或扩建等要 求 1 1 可靠性 可靠性 所谓可靠性是指主接线能可靠的工作 以保证对用户不间断的供电 衡量 可靠性的客观标准是运行实践 主接线的可靠性是由其组成元件 包括一次和 二次设备 在运行中可靠性的综合 因此 主接线的设计 不仅要考虑一次设 备对供电可靠性的影响 还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影 响 同时 可靠性并不是绝对的而是相对的 一种主接线对某些变电站是可靠 的 而对另一些变电站则可能不是可靠的 评价主接线可靠性的标志如下 1 断路器检修时是否影响供电 2 线路 断路器 母线故障和检修时 停运线路的回数和停运时间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 3 变电站全部停电的可能性 2 2 灵活性 灵活性 主接线的灵活性有以下几方面的要求 1 调度灵活 操作方便 可灵活的投入和切除变压器 线路 调配电源和 负荷 能够满足系统在正常 事故 检修及特殊运行方式下的调度要求 2 检修安全 可方便的停运断路器 母线及其继电器保护设备 进行安全 检修 且不影响对用户的供电 3 扩建方便 随着电力事业的发展 往往需要对已经投运的变电站进行扩 建 从变压器直至馈线数均有扩建的可能 所以 在设计主接线时 应留有余 地 应能容易地从初期过度到终期接线 使在扩建时 无论一次和二次设备改 造量最小 3 3 经济性 经济性 可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求 它与经济性之间往往 发生矛盾 即欲使主接线可靠 灵活 将可能导致投资增加 所以 两者必须 综合考虑 在满足技术要求前提下 做到经济合理 1 投资省 主接线应简单清晰 以节约断路器 隔离开关等一次设备投资 要使控制 保护方式不过于复杂 以利于运行并节约二次设备和电缆投资 要 适当限制短路电流 以便选择价格合理的电器设备 在终端或分支变电站中 应推广采用直降式 110 6 10kV 变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧 断路器 2 年运行费小 年运行费包括电能损耗费 折旧费以及大修费 日常小修 维护费 其中电能损耗主要由变压器引起 因此 要合理地选择主变压器的型 式 容量 台数以及避免两次变压而增加电能损失 3 占地面积小 电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件 以便节约 用地和节省架构 导线 绝缘子及安装费用 在运输条件许可的地方 都应采 用三相变压器 4 在可能的情况下 应采取一次设计 分期投资 投产 尽快发挥经济效 益 1 21 2 主接线的设计主接线的设计 1 2 11 2 1 设计步骤设计步骤 电气主接线设计 一般分以下几步 1 拟定可行的主接线方案 根据设计任务书的要求 在分析原始资料的 基础上 拟订出若干可行方案 内容包括主变压器形式 台数和容量 以及各 级电压配电装置的接线方式等 并依据对主接线的要求 从技术上论证各方案 的优 缺点 保留 2 个技术上相当的较好方案 2 对 2 个技术上比较好的方案进行经济计算 3 对 2 个方案进行全面的技术 经济比较 确定最优的主接线方案 4 绘制最优方案电气主接线图 1 2 21 2 2 初步方案设计初步方案设计 根据原始资料 此变电站有三个电压等级 110 35 10KV 故可初选三相 三绕组变压器 根据变电站与系统连接的系统图知 变电站有两条进线 为保 证供电可靠性 可装设两台主变压器 为保证设计出最优的接线方案 初步设 计以下两种接线方案供最优方案的选择 方案一 110KV 侧采用双母线接线 35KV 侧采用单母分段接线 10KV 侧采 用单母分段接线 方案二 110KV 侧采用单母分段接线 35KV 侧采用双母线接线 10KV 侧采 用单母分段 两种方案接线形式如下 图图 1 11 1 方案一方案一 图图 1 21 2 方案二方案二 1 2 31 2 3 最优方案确定最优方案确定 1 技术比较 在初步设计的两种方案中 方案一 110KV 侧采用双母线接线 方案二 110KV 侧采用单母分段接线 采用双母线接线的优点 系统运行 供电可靠 系统调度灵活 系统扩建方便等 采用单母分段接线的优点 接线简 单 操作方便 设备少等 缺点 可靠性差 系统稳定性差 所以 110KV 侧采用双母线接线 在初步设计的两种方案中 方案一 35KV 侧采用单母分段接线 方案二 35KV 侧采用双母线接线 由原材料可知 问题中未说明负荷的重要程度 所以 35KV 侧采用单母分段接线 2 经济比较 对整个方案的分析可知 在配电装置的综合投资 包括控制设备 电缆 母线及土建费用上 在运行灵活性上 35KV 10KV 侧单母线形接线比双母线接线 有很大的灵活性 由以上分析 最优方案可选择为方案一 即 110KV 侧为采用双母线接线 35KV 侧为单母线形接线 10KV 侧为单母分段接线 其接线图见以上方案一 1 31 3 主变压器的选择主变压器的选择 1 3 11 3 1 主变压器台数的选择主变压器台数的选择 为保证供电可靠性 变电站一般装设两台主变 当只有一个电源或变电站 可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时 可装设一台 本设计变电站 有两回电源进线 且低压侧电源只能由这两回进线取得 故选择两台主变压器 1 3 21 3 2 主变压器型式的选择主变压器型式的选择 1 相数的确定 在 330kv 及以下的变电站中 一般都选用三相式变压器 因为一台三相式 变压器较同容量的三台单相式变压器投资小 占地少 损耗小 同时配电装置 结构较简单 运行维护较方便 如果受到制造 运输等条件限制时 可选用两 台容量较小的三相变压器 在技术经济合理时 也可选用单相变压器 2 绕组数的确定 在有三种电压等级的变电站中 如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变 压器额定容量的 15 及以上 或低压侧虽然无负荷 但需要在该侧装无功补偿 设备时 宜采用三绕组变压器 3 绕组连接方式的确定 变压器绕组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接和角接 高 中 低三侧绕组如何组合要根 据具体工程来确定 我国 110KV 及以上电压 变压器绕组都采用星接 35KV 也 采用星接 其中性点多通过消弧线圈接地 35KV 及以下电压 变压器绕组都采 用角接 4 结构型式的选择 三绕组变压器在结构上有两种基本型式 1 升压型 升压型的绕组排列为 铁芯 中压绕组 低压绕组 高压绕组 高 中压绕组间距较远 阻抗较大 传输功率时损耗较大 2 降压型 降压型的绕组排列为 铁芯 低压绕组 中压绕组 高压绕组 高 低压绕组间距较远 阻抗较大 传输功率时损耗较大 3 应根据功率传输方向来选择其结构型式 变电站的三绕组变压器 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 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 无励磁调压变压器分接头较少 且必须在停电情况下才能调节 有载调 压变分接头较多 调压范围可达 30 且分接头可带负荷调节 但有载调压变 压器不能并联运行 因为有载分接开关的切换不能保证同步工作 根据变电所 变压器配置 应选用无载调压变压器 1 3 31 3 3 主变压器容量的选择主变压器容量的选择 变电站主变压器容量一般按建站后 5 10 年的规划负荷考虑 并按其中一台 停用时其余变压器能满足变电站最大负荷的 50 70 35 110KV 变电站为 max S 60 或全部重要负荷 当 类负荷超过上述比例时 选择 即 MVANSSN 1 51 6 0 max 8 1 1 式中 N 变压器主变台数 1 3 41 3 4 主变压器型号的选择主变压器型号的选择 由所给材料可知 10KV 侧 MWPL6 3 max 35KV 侧 MWPL10 max 高压侧 MWPL 6 13106 3 min 变电站用电负荷为 Z P MWPZ16 0 所以变电站最大负荷为 max S MVAS76 1316 0 6 13 max 则 MVANSSN198 12 12 76 136 0 1 51 6 0 max 8 由以上计算 查 发电厂电气部分 第 481 页 选择主变压器型号如下 表表 1 11 1 主变压器型号及参数主变压器型号及参数 损耗 KW 阻抗电压 额定电压 KV 型号及容量 KVA 高中低 连接组 空载 短 路 高中高 低 中 低 空 载 电 流 SFSL1 15000 110121 8 2 5 38 52 2 5 10 5 YN yn0 d1 1 22 712010 517 6 1 3 其容量比为 15000 15000 15000 1 41 4 站用变压器的选择站用变压器的选择 1 4 11 4 1 站用变压器的选择的基本原则站用变压器的选择的基本原则 1 变压器原 副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适 应 2 阻抗电压及调压型式的选择 宜使在引接点电压及站用电负荷正常波 动范围内 站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的 5 0 3 变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率 1 4 31 4 3 站用变压器型号的选择站用变压器型号的选择 参考 发电厂电气部分 第 475 页 选择站用变压器如下 表表 1 21 2 站用变压器型号及参数站用变压器型号及参数 损耗 W 型号 额定容量 KVA 额定电压 KV 连接组 空载短路 阻抗电压 空载电流 SC10 200 1020010 5 0 4Y yn0480186041 3 第第 2 2 章章 短路电流计算短路电流计算 2 12 1 短路计算的短路计算的目的 规定与步骤目的 规定与步骤 2 1 12 1 1 短路电流计算的目的短路电流计算的目的 在发电厂和变电站的电气设计中 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方面 在选择电气主接线时 为了比较各种接线方案 或确定某一接线是否需要 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 在选择电气设备时 为了保证设备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 这就需要进行全面的短路电流计算 例如 计算某一时刻的短路电流有效值 用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器 的电抗值 计算短路后较长时间短路电流有效值 用以校验设备的热稳定 计 算短路电流冲击值 用以校验设备动稳定 在设计屋外高压配电装置时 需按短路条件校验软导线的相间和相相对地 的安全距离 2 1 22 1 2 短路计算的一般规定短路计算的一般规定 计算的基本情况 1 电力系统中所有电源均在额定负载下运行 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时的瞬间 4 所有电源的电动势相位角相等 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才予以 考虑 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 不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 2 1 32 1 3 计算步骤计算步骤 1 选择计算短路点 2 画等值网络图 1 首先去掉系统中的所有分支 线路电容 各元件的电阻 2 选取基准容量和基准电压 一般取各级的平均电压 b S b U 3 将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗 4 绘制等值网络图 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 nd X 4 求计算电抗 js X 5 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值 运算曲线只 作到 5 3 js X 6 计算无限大容量 或 的电源供给的短路电流周期分量 3 js X 7 计算短路电流周期分量有名值和短路容量 2 22 2 变压器的参数计算及短路点的确定变压器的参数计算及短路点的确定 2 2 12 2 1 变压器参数的计算变压器参数的计算 基准值的选取 取各侧平均额定电压MVASb100 b U 1 主变压器参数计算 由表 1 1 查明可知 5 10 12 U17 13 U6 23 U 75 10 617 5 10 5 0 5 0 2313121 UUUU 25 0 176 5 10 5 0 5 0 1323122 UUUU 25 6 5 10617 5 0 5 0 1223133 UUUU 电抗标幺值为 72 0 15 100 100 75 10 100 1 1 N B S SU X 017 0 15 100 100 25 0 100 1 2 N B S SU X 42 0 15 100 100 25 6 100 3 3 N B S SU X 2 站用变压器参数计算 由表 1 2 查明 4 d U 25 16 0 100 100 4 100 4 N Bd S SU X 3 系统等值电抗 197 0 211 b U S lrX B S 2 2 22 2 2 短路点的确定短路点的确定 此变电站设计中 电压等级有四个 在选择的短路点中 其中 110KV 进线 处短路与变压器高压侧短路 短路电流相同 所以在此电压等级下只需选择一 个短路点 在另外三个电压等级下 同理也只需各选一个短路点 依据本变电站选定的主接线方式 设备参数和短路点选择 网络等值图如 下 2 32 3 各短路点的短路计算各短路点的短路计算 2 3 12 3 1 短路点短路点 d 1d 1 的短路计算的短路计算 110KV 110KV 母线母线 网络化简如图 2 2 所示 图图 2 22 2 d 1d 1 点短路等值图点短路等值图 197 0 1 Sf XX 97 1 100 1000 197 0 11 b n fjS S S XX 因为 345 3 1 jS X 所以 290 0 45 3 11 1 2 0 jS X III 502 0 1153 100 3 KA U S I b b b 020 5 100 1000 502 0 KA S S II b n bn 55 2 020 5 508 0 2 02 0 KAIIIIIIIII nnn 50 6 55 2 55 2 55 2 KAIich 876 3 55 2 52 1 52 1 KAIioh 826 48511055 233MVAUIS n 2 3 22 3 2 短路点短路点 d 2d 2 的短路计算的短路计算 35KV 35KV 母线母线 网络化简为 图图 2 32 3 d 2d 2 点短路等值图点短路等值图 18 0 017 0 72 0 017 0 72 0 197 0 21212 XXXXXX Sf 8 1 100 1000 18 0 22 b n fjS S S XX 56 0 8 1 11 2 2 0 jS X III 56 1 373 100 3 KA U S I b b b 6 15 100 1000 56 1 KA S S II b n bn 736 8 6 1556 0 2 02 0 KAIIIIIIIII nnn 28 22736 8 55 2 55 2 KAIich 29 13736 8 52 1 52 1 KAIioh 58 52935736 8 33MVAUIS n 2 3 32 3 3 短路点短路点 d 3d 3 的短路计算的短路计算 10KV 10KV 母线母线 网络化简为 图图 2 42 4 d 3d 3 点短路等值图点短路等值图 462 0 42 0 72 0 42 0 72 0 197 0 31313 XXXXXX Sf 62 4 100 1000 462 0 33 b n fjS S S XX 216 0 62 4 11 3 2 0 jS X III 5 5 5 103 100 3 KA U S I b b b 55 100 1000 5 5KA S S II b n bn 904 1155216 0 2 02 0 KAIIIIIIIII nnn 355 30904 1155 2 55 2 KAIich 094 18904 1152 1 52 1 KAIioh 177 20610904 1133MVAUIS n 2 3 42 3 4 短路点短路点 d 4d 4 的短路计算的短路计算 网络化简只需在图 2 4 上加站用变压器的电抗标幺值即可 如下图所示 图图 2 52 5 d 4d 4 点短路等值图点短路等值图 462 2525462 0 4 f X 62 254 100 1000 462 25 44 b n fjS S S XX 00393 0 62 254 11 4 2 0 jS X III 34 144 4 03 100 3 KA U S I b b b 4 1443 100 1000 34 144KA S S II b n bn 669 5 4 144300393 0 2 02 0 KAIIIIIIIII nnn 46 14669 5 55 2 55 2 KAIich 617 8 669 5 52 1 52 1 KAIioh 731 3 38 0 669 5 33MVAUIS n 2 42 4 绘制短路电流计算结果表绘制短路电流计算结果表 总结以上各短路点短路计算 得如下短路电流结果表 表表 2 42 4 短路电流计算结果表短路电流计算结果表 0S 短路电流周 期分量 稳态短路电流0 2 短路电流 短 路 点 编 号 基值 电压 kVUb 基值 电流 kAIb 支路 名称 支路计 算电抗 js X 额定 电流 标 幺 值 I 有 名 值 kA I 标 幺 值 I 有 名 值 kAI 标 幺 值 2 0 I 有 名 值 2 0 kAI 短路电流 冲击值 kAIch 全电流 有效值 kAIoh 短路容量 MVA S 公 式 b b U S 3 b n b S S I n II n II n II 2 0 2 55 2 7 I 1 52 1 62 I n U I 3 d 11150 502 110kv 1 975 020 5082 550 5082 550 5082 556 53 876485 826 d 2371 56 35kv1 815 60 568 7360 568 7360 568 73622 2813 29529 58 d 3 10 55 510kv 4 62550 216 11 904 0 216 11 904 0 216 11 904 30 35518 094206 177 d 40 4144 340 4kv254 621443 40 00393 5 669 0 00393 5 669 0 00393 5 66914 468 6173 731 第第 3 3 章章 电气设备选择与校验电气设备选择与校验 导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一 正确地选择设备是使电 气主接线和配电装置达到安全 经济的重要条件 3 13 1 电气设备选择的一般电气设备选择的一般规定规定 3 1 13 1 1 一般原则一般原则 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发展的 需要 3 1 23 1 2 有关的几项规定有关的几项规定 导体和电器应按正常运行情况选择 按短路条件验算其动 热稳定 并按 环境条校核电器的基本使用条件 在正常运行条件下 各回路的持续工作电流 应按下表计算 表表 3 13 1 各回路持续工作电流各回路持续工作电流 回路名称计算公式 变压器回路 nnng USII305 1 05 1 max 馈电回路 COSU P I n n g 3 2 max 注 等都为设备本身的额定值 nnn IUP 3 23 2 各回路持续工作电流的计算各回路持续工作电流的计算 依据表 4 1 各回路持续工作电流计算结果见下表 表表 3 23 2 各回路持续工作电流结果表各回路持续工作电流结果表 回路名称计算公式及结果 110KV 母线 Ig max 82 67A 1103 1500005 1 3 05 1 n n U S 110KV 进线 Ig max 89 23A 85 0 1103 2 10 6 310 2 cos3 2 2 3 n U P 35KV 母线 Ig max 259 82A 353 1500005 1 3 05 1 n n U S 35KV 出线 Ig max 58 92A 8 0353 7 10102 cos3 7 2 3 n U P 10KV 母线 Ig max 454 68A 103 750005 1 3 05 1 n n U S 10KV 出线 Ig max 51 96A 8 0103 10 106 32 cos3 10 2 3 n U P 0 4KV 母线 Ig max 255 25A 38 0 3 16005 1 3 05 1 n n U S 3 33 3 高压电器设备选择高压电器设备选择 3 3 13 3 1 断路器的选择与校验断路器的选择与校验 断路器型式的选择 除需满足各项技术条件和环境条件外 还考虑便于安 装调试和运行维护 并经技术经济比较后才能确定 根据我国当前制造情况 电压 6 220kV 的电网一般选用少油断路器 断路器选择的具体技术条件如下 1 电压 3 1 ng UU 电网工作电压 2 电流 3 2 ng II max 最大持续工作电压 3 开断电流 3 3 kddt II 式中 断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量 dt I 断路器的额定开断电流 kd I 4 动稳定 3 4 max iich 式中 断路器极限通过电流峰值 ch i 三相短路电流冲击值 max i 5 热稳定 3 5 tItI tdz 22 式中 稳态三相短路电流 I 其中 由和短路电流计算时间 t 可从 发 2 05 0 zdz tt I I 电厂电气部分课程设计参考资料 第 112 页 查短路电流周期分量等值时间 t 从而计算出 dz t 2 断路器的选择 根据如下条件选择断路器 电压 ng UU 电网工作电压 电流 各回路的见表 3 2 ng II max 最大持续工作电流 max g I 各断路器的选择结果见下表 表表 3 33 3 断路器的型号及参数断路器的型号及参数 性能指标 位置 型号 额定 电压 KV 额定 电流 A 额定断 开电流 KA 动稳定 电 流 KA 热稳定 电 流 KA 固有 分闸 时间 s 合闸 时间 s 110KV 侧 OFPI 110 110125031 58031 5 3 0 03 12 0 变压器 35KV 侧 HB35361250258025 3 0 06 0 06 35KV 出线侧 HB35361250258025 3 0 06 0 06 变压器 10KV 侧 HB 101012504010043 5 3 0 06 0 06 10KV 出线侧 ZN4 10C1060017 329 417 3 4 0 05 0 2 站用 DW5 400380 400400 其中 OFPI 110 号断路器见 发电厂电气部分 第 491 页 HB35 号断路器见 发电厂电气部分 第 490 页 HB 10 号断路器见 发电厂电气部分 第 489 页 ZN4 10C 号断路器见 电力工程电气设备手册 电气一次部分 第 649 页 2 断路器的校验 1 校验 110KV 侧断路器 开断电流 kddt II 55 2KAIdt 5 31KAIkd kddt II 动稳定 max iich 50 6 KAich 80 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 1 55 2 55 2 I I 03 203 02st 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 112 页 得 65 1stz 70 1 05 0 65 1 05 0 stt zdz 24 2070 1 904 11 22 sKAtI dz 75 29763 5 31 222 sKAtIt 则 tItI tdz 22 经以上校验此断路器满足各项要求 2 校验变压器 35KV 侧断路器 开断电流 kddt II 736 8 KAIdt 25 KAIkd kddt II 动稳定 max iich 28 22KAich 80 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 1 736 8 736 8 I I 06 2 06 0 2st 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 112 页 得 65 1stz 70 1 05 065 1 05 0 stt zdz 85 1470 1 736 8 222 sKAtI dz 1875325 222 sKAtIt 则 tItI tdz 22 经以上校验此断路器满足各项要求 3 校验 35KV 出线侧断路器 此断路器与 35KV 变压器侧断路器型号相同 且短路电流与校验 35KV 变压器侧断路器为同一短路电流 则 校验过程与校验 35KV 变压器侧断路 器相同 4 校验变压器 10KV 侧断路器 开断电流 kddt II 904 11KAIdt 40 KAIkd kddt II 动稳定 max iich 355 30KAich 100 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 1 904 11 904 11 I I 06 2 06 0 2st 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 112 页 得 65 1stz 70 1 05 065 1 05 0 stt zdz 9 24070 1 904 11 222 sKAtI dz 75 56763 5 43 222 sKAtIt 则 tItI tdz 22 经以上校验此断路器满足各项要求 5 校验 10KV 出线侧断路器 开断电流 kddt II 904 11KAIdt 3 17KAIkd kddt II 动稳定 max iich 355 30KAich 4 29 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 1 904 11 904 11 I I 05 203 02st 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 112 页 得 65 1stz 70 1 05 065 1 05 0 stt zdz 77 16470 1 904 11 222 sKAtI dz 16 11974 3 17 222 sKAtIt 则 tItI tdz 22 经以上校验此断路器满足各项要求 3 3 23 3 2 隔离开关的选择及校验隔离开关的选择及校验 隔离开关是高压开关的一种 因为没有专门的灭弧装置 所以不能切断负 荷电流和短路电流 但是它有明显的断开点 可以有效的隔离电源 通常与断 路器配合使用 隔离开关型式的选择 其技术条件与断路器相同 应根据配电装置的布置特点 和使用要求等因素进行综合的技术经济比较 然后确定 其选择的技术条件与 断路器选择的技术条件相同 1 隔离开关的选择 根据如下条件选择隔离开关 电压 ng UU 电网工作电压 电流 各回路的见表 3 2 ng II max 最大持续工作电流 max g I 各隔离开关的选择结果见下表 表表 3 43 4 隔离开关的型号及参数隔离开关的型号及参数 开关编号型号 额定电压 KV 额定电 流 A 动稳定电 流 KA 热稳定电流 s KA 110KV 侧 GW2 1101106005014 5 35KV 变压器侧 GW4 353510008023 7 4 35KV 出线侧 GW8 3535400155 6 5 其中 GW2 110 型号隔离开关见 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 165 页 GW4 35 型号隔离开关见 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 165 页 GW8 35 型号隔离开关见 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 165 页 2 隔离开关的校验 1 110KV 侧隔离开关的校验 动稳定 max iich 5 6KAich 50 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 由校验断路器可知 054 1170 1 55 2 222 sKAtI dz 980514 222 sKAtIt tItI tdz 22 经以上校验此隔离开关满足各项要求 2 35KV 变压器侧隔离开关的校验 动稳定 max iich 28 22KAich 80 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 由校验断路器可知 197 3270 1 736 8 222 sKAtI dz 76