35KV变电站一次设计.doc

20072007 级级高职毕业设计高职毕业设计 题题 目目 35KV 企业变电所电气一次设计 教学系部教学系部 电力工程系 专专 业业 发电厂及电力系统 年年 级级 2007 级 指指导导教教师师 学学生生姓姓名名 学学 号号 20102010 年年 1 1 月月 1010 日日 目 录 201070341 卓福春 3 原始资料分析原始资料分析 5 第一章第一章 主接线的选择主接线的选择 6 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 6 1 21 2 主接线的拟定主接线的拟定 7 1 31 3 主接线的比较与选定主接线的比较与选定 11 1 3 1 技术比较 11 1 3 2 经济比较 12 1 41 4 所用电的设计所用电的设计 14 1 4 1 所用电设的要求计 14 第二章第二章 变压器的选择变压器的选择 16 2 12 1 主变的选择主变的选择 16 2 1 1 变电站变压器台数的选择原则 16 2 1 2 变电站主变压器台数的确定 17 2 1 3 变电所主变压器容量的确定原则 17 2 1 4 待设计变电所主变压器容量的计算和确定 17 2 1 5 主变压器绕组数的确定 18 2 1 6 主变压器相数的确定 18 2 1 7 主变压器调压方式的确定 18 2 1 8 主变压器绕组连接组别的确定 18 2 1 9 主变压器冷却方式的选择 19 2 22 2 所用变的选择所用变的选择 20 2 2 1 所用变台数的选择 20 2 2 2 所用变容量的选择 20 第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算 21 3 13 1 短路的基本知识短路的基本知识 21 3 23 2 计算短路电流的目的计算短路电流的目的 23 3 33 3 短路电流实用计算的基本假设短路电流实用计算的基本假设 23 3 43 4 短路电流的计算步骤短路电流的计算步骤 23 第四章第四章 设备的选择与校验设备的选择与校验 28 4 14 1 电气选择的一般条件电气选择的一般条件 28 4 1 1 按正常工作条件选择导体和电器 29 4 1 2 按短路情况校验 30 4 24 2 高压断路器的选择及校验高压断路器的选择及校验 31 4 2 1 对高压断路器的基本要求 32 4 2 2 额定电流的计算 32 4 2 3 高压断路器的选择结果及校验 33 201070341 卓福春 4 4 2 4 高压熔断器的选择及校验 38 4 34 3 进线与出线的选择与校验进线与出线的选择与校验 42 4 3 1 35 kV 架空线路的选择与校验 43 4 3 2 10 kV 电缆的选择与校验 44 4 44 4 互感器的选择与配置互感器的选择与配置 45 4 4 1 电流互感器的选择 45 4 4 2 电压互感器的选择 47 4 4 3 互感器的配置 48 第五章第五章 补偿装置补偿装置 49 5 15 1 补偿装置的种类和作用补偿装置的种类和作用 49 5 25 2 并联电容器容量的计算并联电容器容量的计算 50 5 35 3 并联电容器装置容量选择和主要要求 并联电容器装置容量选择和主要要求 51 第六章第六章 变电站接地与防雷的设计变电站接地与防雷的设计 52 6 16 1 防雷保护的必要防雷保护的必要 52 6 26 2 变电所中可能出现大气过电压的种类变电所中可能出现大气过电压的种类 52 6 46 4 避雷针高度的确定避雷针高度的确定 53 6 56 5 变电所入侵波的保护变电所入侵波的保护 54 6 66 6 接地体和接地网的设计接地体和接地网的设计 56 第七章第七章 继电保护的配置继电保护的配置 57 7 17 1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 58 7 27 2 输电线路的保护配置输电线路的保护配置 58 7 2 1 相间短路保护的配置 59 7 2 2 过负荷保护的配置 59 7 2 3 单相接地保护 59 7 2 4 输电线路的保护配置结果 60 7 37 3 变压器的保护变压器的保护 60 7 47 4 母线保护母线保护 62 7 5 1 备用电源自动投入装置的含义和作用 63 7 5 2 自动重合闸装置 63 参考文献参考文献 65 致致谢谢 66 附附 图 主接线图图 主接线图 67 67 平面布置图平面布置图 68 68 断面图断面图 69 69 原始资料分析原始资料分析 201070341 卓福春 5 一 设计任务 35KV 企业变电所电气一次设计 二 待建变电所基本资料 1 某企业为保证供电需要 要求设计一座 35KV 降压变电所 以 10KV 电缆给各车间供 电 一次设计并建成 2 距离本变电所 6KM 处有一系统变电所 用 35KV 双回架空线路向待设计的变电所供 电 在最大运行方式下 待设计变电所高压母线上的短路功率为 1000MVA 3 待设计变电所 10KV 侧无电源 考虑以后装设两组电容器 提高功率因数 故要求 预留两个间隔 4 本变电所 10KV 母线到各车间均用电缆供电 其中一车间和二车间为 类负荷 其 余为 类负荷 Tmax 4000h 各馈线负荷如下表所示 序号车间名称 有功功率 KW 无功功率 KVAR 1 一车间 1100480 2 二车间 740500 3 机加工车间 850580 4 装配车间 1000500 5 锻工车间 950300 6 高压站 1400320 7 高压泵房 750530 8 其他 950700 5 所用电的主要负荷如下表所示 序号 设备名称 额定容量 KW 功率因数台数 201070341 卓福春 6 1 主充电机 200 881 2 浮充电机 4 50 851 3 蓄电池室通风 3 00 881 4 屋内配电装置通风 1 50 792 5 交流电焊机 110 51 6 检修试验用电 13 00 81 7 载波 0 950 691 8 照明负荷 15 0 9 生活用电 12 6 环境条件 当地海拔高度 507 4m 年雷电日 36 9 个 空气质量优良 无污染 历年平均最高气温 29 9 土壤电阻率 500 m 第一章第一章 主接线的选择主接线的选择 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 发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠 经济运行的关键 是电气设备 布置 选择 自动化水平和二次回路设计的原则和基础 电气主接线的设计原则 应根据发电厂和变电所所在电力系统的地位和作用 首先应满足电力系统的可靠运 行和经济调度的要求 根据规则容量 本期建设规模 输送电压等级 进出线回路数 供电负荷的重要性 保证供需平衡 电力系统线路容量 电气设备性能和周围环境及自 动化规则与要求等条件确定 应满足可靠性 灵活性和经济型的要求 电气主接线的主要要求 1 可靠性 可靠性的客观衡量标准时运行实践主接线的可靠性是其组合元件 包括一 次不分和二次部分 在运行中可靠性的综合 因此要考虑一次设备和二次部分的故 障及其对供电的影响 衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是 1 断路器检修时 是否影响供电 停电的范围和时间 201070341 卓福春 7 2 线路 断路器或母线故障以及母线检修时 停电出线回路数的多少和停电时间长 短 能否保证对重要用户的不间断供电 3 发电厂 变电所全部停电的可能性 2 灵活性 投切发电机 变压器 线路断路器的操作要可靠方便 调度灵活 电气主 接线的灵活性要求有以下几方面 1 调度灵活 操作方便 应能灵活地投切某些元件 调配电源和负荷能满足系统在 事故 检修及特殊运行方式下的调整要求 2 检修安全 应能容易地从初期过渡到最终接线 并在扩建过渡时使一次和二次设 备等所需的改造最少 3 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 经济型 通过优化比选 应尽力做到投资省 占地面积小 电能损耗少 在满足技 术要求的前提下 要做到经济合理 1 投资省 电气主接线应简单清晰 以节省断路器 隔离开关等一次设备投资 要 使短路电流 一边选择价格合理的电气设备 2 占地面积小 电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件 以便节约地和节 省架构 导线 绝缘小及安装费用 在运输调节许可的地方都应采用三相变压器 3 电能损耗少 经济合理的选择变压器的型式 容量和台数 避免因两次变压而增 加投资 1 21 2 主接线的拟定主接线的拟定 待设计变压所为一座 35KV 降压变电所 以 10KV 电缆线各车间供电 距改变电所 6KM 处有一系统变电所 用 35KV 双回架空线向待设计的变电所供电 在最大运行方式下 待设计变电所高压母线上的短路功率为 1000MVA 待设计变电所的高压部分为二进二出 回路 为减少断路器数量及缩小占地面积 可采用内桥接线和外桥接线 变电所的低压 部分为二进八处回路 同时考虑以后装设两组电容量要预留两个出线间隔 故 10KV 回 路应至少设有 10 回出线 其中 一车间和二车间为 类负荷 其余为 类负荷 其主 接线可采用单母不分段接线 单母分段接线和单母分段带旁路接线 综上所述 该变电 所的主接线形式初步拟定为 6 种 如下图 2 1 所示 201070341 卓福春 8 图 2 1 a 方案一 图 2 1 b 方案二 201070341 卓福春 9 图 2 1 c 方案三 图 2 1 d 方案四 201070341 卓福春 10 图 2 1 e 方案五 图 2 1 f 方案六 201070341 卓福春 11 1 31 3 主接线的比较与选定主接线的比较与选定 1 3 1 技术比较 1 内桥线路的特点 1 线路操作方便 2 正常运行时变压器操作复杂 3 桥回路故障或检修时全厂分列为两部分 使两个单元间失去联系 内桥接线试用于两回进线两回出线且线路较长 故障可能性较大和变压器不需要经常切 换运行方式的发电厂和变电站中 2 外桥接线的特点 1 变压器操作方便 2 线路投入与切除时 操作复杂 3 桥回路故障或检修时全厂分列为两部分 使两个单元之间失去联系 外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性小和变压器需要经常切换 且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中 待设变电所 35KV 回路进线为 6KM 进线较 长 且没有穿越功率通过 正常运行时两台变压器不需要经常切换 经比较 内桥接线 的线路投入与切除操作方便 故以上 6 种设计方案中 方案一 方案二和方案三为优 3 单母线不分段接线的特点 接线简单 清晰 设备少 操作方便 投资少 便于扩建 但其不够灵活可靠 接 到母线上任一元件故障时 均使整个配电装置停电 4 单母线分段接线的特点 单母线分段接线也比较简单 清晰 当母线发生故障时 仅故障母线段停止工作 另一段母线仍继续工作 两段母线可看成是两个独立的电源 挺高了供电可靠性 可对 重要用户供电 当一段母线故障或检修时 必须断开接在该段母线上的所有支路 使之 201070341 卓福春 12 停止工作 任一支断路器检修时 该支路必须停止工作 5 单母线分段带旁路接线的特点 在母线引出各元件的断路器 保护装置需停电检修时 通过旁路木母线由旁路断路 器及其保护代替 而引出元件可不停电 加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修 不停电的问题 提高了供电的可靠性 但也带来了一些负面影响 a 旁路母线 旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关 增加了配电装置的设备 增加了占地 也增加了工程投资 b 旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂 容易产生误操作 酿成事故 c 保护及二次回路接线复杂 d 用旁路代替个回路断路器的倒闸操作 需要人来完成 因此带旁路母线的界限 不利于实现变电所的无人值班 方案一种采用单母线不分段接线 虽然简单灵活 但其可靠性不高 当接到母线上 任一元件公章时 均使整个配电装置停电 且带设变电所的符合均为 类 类中药符 合 因此方案一种的单母线不分段接线不能满足 类 类负荷供电可靠性的要求 方案二与方案三中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源 提高 了供电的可靠性 为了确保当任何一路电源发生故障或检修时 都不回中断对重要用户 类负荷的用电 可分别在每段母线上都设有一车间与二车间的出现间隔 方案二与方 案三的可靠性都较高 加设旁路母线的方案三可使出现线路上断路器故障或检修时 通 过旁路母线使用电不用中断 相比之下 方案三的供电可靠性要比方案二高 但由于加 设旁路母线也带来了倒闸操作复杂等负面影响 即方案三灵活性要低于方案二 为最终 确定带设变电所的主接线方式 下面对方案二与方案三进行经济比较 1 3 2 经济比较 1 综合投资比较 100 1 0 a ZZ 该变电所为 35KV 等级 故不明显的附加费用比例系数 a 取 100 0 2ZZ 201070341 卓福春 13 式中包括变压器 开关设备 配电装置等设备的费用 由式子 可知 综合投资与 0 Z 成正比 0 Z 方案三语方案二相比 方案三多设了一条 10KV 母线 1 台旁路母联断路器及隔离开关 即方案三中的大于方案二中的 故方案二的综合投资 Z 小于方案三的综合投资 Z 0 Z 0 Z 2 年运行费用 U 的比较 AZ UUU 式中为折旧费 为损耗费 Z U A U CZUZ 式中 C 为折旧维护检修费 对主变及配电装置可取 8 10 对水泥杆线路可取 5 对铁 塔线路可取 4 故与 Z 成正比 Z U A A U 式中为电能电价 常数 双绕组主变的年电能损耗 2 0 e m K S S PtPn A 该变电所采用 2 台主变 故 n 2 式中为主变压器的空载损耗和短路损耗 0 P t 为变压器年运行小时数 为变压器的额定容量 为变压器持续最大负荷 e S m S 为最大负荷年损耗小时数 决定于最大负荷年利用小时数 T 与平均功率因数 COS 由于方案二与方案三都选用同样两台型号相同的主变 故主变的年电能损耗相同 架空输电线路的年电能损耗 LKPm A 式中为通过线路的最大持续功率 L 为线路长度 K 为线路有功损耗系数 方案二与 m P 方案三中都从距变电所 6KM 处的系统变电所用 35KV 双回架空线路向带设变电所供电 201070341 卓福春 14 故其 L K 相同 即架空输电线路的年电能损耗相同 m P 由于 U Z U A U 当损耗费用相同时 大的年运行费高 故方案二与方案三相比 方案二的经济 Z U 性较优 而且近年来 系统的发展 电力系统接线的可靠性有了较大提高 220KV 以下 电网建设的目标是逐步实现 N 1 或 N 2 的配置 这样有计划地进行设备检修 不会对用 户的供电产生影响 不需要通过旁路断路器来代替检修断路器 由于设备制造水平的提 高 高质量的断路器不断出现 例如现在广泛采用的 SF6 断路器 真空断路器 运行可 靠性大幅度提高 使旁路母线的使用几率也在逐年下降 由于现今的变电站都有向无人 值班方式设计趋势 旁路母线给无人值班带来不便 故新建工程中基本上不再采用带旁 路母线的接线方式 所以经综合分析比较后 最终确定方案二为该变电所的电气主接线 方式 即 35KV 高压部分采用内桥接线 10KV 低压部分采用单母分段接线方式 如下图 2 2 所示 图 2 2 1 41 4 所用电的设计所用电的设计 1 4 1 所用电设的要求计 201070341 卓福春 15 变电所用电系统设计和设备选择 直接关系到变电所的安全运行和设备的可靠 最近几年设计的变电所大都不采用蓄电池作为直流电源 而是广泛采用晶闸管整流或复 式整流装置取得直流电源 这就要求交流所用电源可靠连续 电压稳定 因此要求有两 个电源 其电源的引入方式有内接和外接两种 其接入方式有三种 如下图 2 3 所示 图图 2 3 a 图图 2 3 b 201070341 卓福春 16 图图 2 3 c 其中图图 2 3 a 两台所用变均从外部电源引进 其供电可靠性最高 但由于接入电 源电压较高 35KV 投资成本也较大 图 2 3 c 的所用变投资成本最低但其可靠性 较低 图图 2 3 b 的所用电源接入形式 当该变电站的两台主变压器都发生故障时 一 号所用变又外不电源接入 可以保证变电所的所用电正常 其成本投资低于图图 2 3 a 是在保证了可靠性的前提下最优经济方案 因此本变电所的所用变接线形式如图图 2 3 b 所示 第二章第二章 变压器的选择变压器的选择 2 12 1 主变的选择主变的选择 2 1 1 变电站变压器台数的选择原则 1 对于只供给二类 三类负荷的变电站 原则上只装设一台变压器 2 对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站 应选用两台两台相 同容量的主变压器 每台变压器的容量应满足一台变压器停运后 另一台变压器能供给 全部一类负荷 在无法确定一类负荷所占比重时 每台变压器的容量可按计算负荷的 201070341 卓福春 17 70 80 选择 3 对大城市郊区的一次变电站 如果中 低压侧已构成环网的情况下 变电站以装 设两台为宜 对地区性孤立的一次变电站 在设计时应考虑装设三台主变的可能性 对 于规划只装两台主变的变电站 其变压器的基础宜按大于变压器容量的 1 2 级设计 2 1 2 变电站主变压器台数的确定 待设计变电站由 6KM 处的系统变电所用 35KV 双回架空线路供电 以 10KV 电缆供各 车间供电 该变电所的一车间和二车间为 类负荷 其余的为 类负荷 类负荷要求 有很高的供电可靠性 对于 类用户通常应设置两路以上相互独立的电源供电 同时 类负荷也要求有较高的供电可靠性 由选择原则的第 2 点结合待设计变电站的实际情况 为提高对用户的供电可靠性 确定该变电站选用两台相同容量的主变压器 2 1 3 变电所主变压器容量的确定原则 1 按变电所建成后 5 10 年的规划负荷选择 并适当考虑 10 20 年的负荷发展 2 对重要变电所 应考虑一台主要变压器停运后 其余变压器在计算过负荷能力及 允许时间内 满足 类负荷的供电 对一般性变电所 一台主变压器停运后 其余 变压器应能满足全部供电负荷的 70 80 2 1 4 待设计变电所主变压器容量的计算和确定 变电所主变的容量是由供电负荷 综合最大负荷 决定的 3910700530320300500580500480 7740950750140095010008507401100 KWQ KWP 867139107740 2222 KVAQPS 每台变压器的容量按计算负荷的 80 选择 KVA 6937 808671 80 SST 201070341 卓福春 18 经查表选择变压器的型号为 SZ9 8000 35 即额定容量为 8000 因为KVA 即选择变压器的容量满足要求 92 100 8671 8000 S SN 80 2 1 5 主变压器绕组数的确定 国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式 三绕组式 自耦式以 及低压绕组分裂式等变压器 待设计变电所有 35KV 10KV 两个电压等级且是一座降压 变电所 宜选用双绕组普通式变压器 2 1 6 主变压器相数的确定 在 330KV 及以下电力系统中 一般都应选用三相变压器 因为单相变压器组相对来 说投资大 占地多 运行规模也较大 同时配电装置结构复杂 也增加了维修工作量 待设计变电所谓 35KV 降压变电所 在满足供电可靠性的前提下 为减少投资 故选用 三项变压器 2 1 7 主变压器调压方式的确定 为了确保变电所供电量 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 改变变压器高压侧绕组匝数 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 称为无励磁调压 调整范围通常在2 2 5 以内 另一种是带负荷切换 称为有载调压 调整范围可达 30 但其结构较复杂 价格较贵 由于待设计变电所的 符合均为 类重要负荷 为确保供电质量 有较大的调整范围 我们选用有载调压 方式 2 1 8 主变压器绕组连接组别的确定 变压器的连接组别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两种 因此对于三相双绕组变压器的高压侧 110KV 及以上电压等级 三相绕组都采用 YN 连接 35KV 及以下采用 Y 连接 对于三相 双绕组变压器的低压侧 三相绕组采用 d 连接 若低电压侧电压等级为 380 220V 则三相绕组采用 yn 连接 在变电所中 为了限制三次谐波 我们选用 Ynd11 常 规连接的变压器连接组别 201070341 卓福春 19 2 1 9 主变压器冷却方式的选择 电力变压器的冷却方式 随其型号和容量不同而异 一般有以下几种类型 1 自然风冷却 一般适用于 7500KVR 一下小容量变压器 为使热量散发到空气中 装有片状或管型辐射式冷却器 以增大油箱冷却面积 2 强迫油循环水冷却 对于大容量变压器 单方面加强表面冷却还打不到预期的冷 却效果 故采用潜油泵强迫油循环 让水对油管道进行冷却 把变压器中热量带 走 在水源充足的条件下 采用这种冷却方式极为有利散热效率高 节省材料 减少变压器本体尺寸 但要一套水冷却系统和有关附件且对冷却器的密封性能要 求较高 即使只有极微量的水渗入油中 也会严重地影响油的绝缘性能 故油压 应高于水压 0 1 0 15Mpa 以免水渗入油中 3 强迫空气冷却 又简称风冷式 容量大于等于 8000KVA 的变压器 在绝缘允许的 油箱尺寸下 即使有辐射器的散热装置仍达不到要求时 常采用人工风冷 在辐 射器管间加装数台电动风扇 用风吹冷却器 使油迅速冷却 加速热量散出 风 扇的启停可以自动控制 亦可人工操作 4 强迫油循环导向风冷却 近年来大型变压器都采用这种冷却方式 它是利用潜油 泵将冷油压入线圈之间 线饼之间和铁芯的油管中 使铁芯和绕组中的热量直接 由具有一定流速的油带走 二变压器上层热油用潜油泵抽出 经过水冷却器冷却 后 再由潜油泵注入变压器油箱底部 构成变压器的油循环 5 强迫油循环风冷却 其原理与强迫油循环水冷相同 6 水内冷变压器 变压器绕组用空心导体制成 在运行中将纯水注入空心绕组中 借助水的不断循环将变压器中热量带走 但水系统比较复杂且变压器价格比较高 待设计变电所主变的容量为 8000KVA 为使主变的冷却方式既能达到预期的冷却效 果 有简单 经济 我们选用强迫空气冷却 简称风冷却 综上得该变电所的主变型号及相关参数如下表 1 1 所示 表表 2 12 1 额定电压 KV 损耗 KW 变压器型号 额定容量 KVA 高压低压 连 接组 标号 空载负载 阻抗电 压 空载电 流 201070341 卓福春 20 SZ9 8000 3580003510 5Ynd119 8442 757 50 9 2 22 2 所用变的选择所用变的选择 目前可供选择的所用变压器的型式有油浸式和干式两种 后者又分为普通干式和环 氧树脂浇注式等 三种变压器作为自用变各具有特点 油浸式的特点是过载能力强 屋 内外均可布置 维修简便 价格便宜 但由于采用油为绝缘和冷却介质 屋内外必须要 有防火防爆小间 同时检修 维护复杂 干式变压器的特点是无油 防火性能较好 布 置简单 可就近布置在中压开关柜附近 缩短了电缆长度并提高供电可靠性 还可节省 间隔及土建费用 但过载能力低 绝缘余度小 在有架空线路直接连接的场合不宜使用 一面遭受感应雷过电压 环氧树脂浇注式的特点是具有一定的防尘耐潮和难燃的优点 比普通干式变更佳 但价格相对昂贵 随着干式变压器生产技术的不断进步 已能生产 出散热性能更好 体积小 过载能力大的干式变压器 由于油浸式变压器屋内布置需要防火防爆小间 且要考虑通风散热以及事故排油设 施 因此 待设计变电所采用干式变压器 2 2 1 所用变台数的选择 待设计的变电所中采用 2 台所用变 且分别接在两个独立引接点 正常运行时各分 担一半的自用负荷 当其中一个电源停电或发生故障时 由另一台所用变担负全部自用 负荷 2 2 2 所用变容量的选择 所用变压器负荷计算采用换算系数法 不经常短时及不经常断续运行的负荷均可不 列入计算负荷 当有备用所用变压器时 其容量应与工作变压器相同 所用变压器容量按下式计算 S K1 P1 P2 式中 S 所用变压器容量 KVA P1 所用动力负荷之和 KW 201070341 卓福春 21 K1 所用动力负荷换算系数 一般取 K1 0 85 P2 电热及照明负荷之和 KW 经分析 我们把所用电的主要负荷中 主充电机 浮充电机 蓄电池室通风 屋内 配电装置通风归为动力负荷 把交流电焊机 检修实验用电 载波 照明负荷和生活用 电归为电热及照明负荷 则 5 3025 10 35 420 1 KWP 95 5112 0 1595 0 0 1311 2 KWP KVA 88 7795 5185 0 5 30 211 PPKS 由以上数据查表得选择所用变的型号及相关参数如下表 1 2 所示 表表 2 22 2 额定电压 kV 损耗 KW 型号 高压低压 额定容量 KVA 连接 组别 空载负载 阻抗电 压 空载 电流 S9 100 35 535 0 4100Yyn00 32 036 5 2 1 S910 50 480Yyn00 241 254 0 1 8 第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算 3 13 1 短路的基本知识短路的基本知识 电力系统正常运行方式的破坏多数是由于短路故障引起的 系统中将出现比正常运 行时的额定电流大许多倍的短路电流 其数值可达几万甚至几十万安 因此 在变电所 设计中必须全面地考虑短路故障各种影响 变电所中各种电器设备必须能承受短路电流的作用 不致因过热或电动力的影响而损坏 例如 断路器必须能断开可能通过的最大短路电流 电流互感器应有足够的过电流倍数 母线效验短路时要承受最大应力 接地装置的选择也与短路电流的大小有关等 201070341 卓福春 22 短路电流的大小也是比较主接线方案 分析运行方式时必须考虑的因素 系统短路 时还会出现电压降低 靠近短路点处尤为严重 这将直接危害用户供电的安全性及可靠 性 为限制故障范围 保护设备安全 继电保护装置必须整定在主回路通过短路电流的 准确动作 由于上述原因 短路电流计算称谓变电所电气部分设计的基础 选择电气设备时通常用 三相短路电流 效验继电保护动作灵敏度时用两相短路 单相短路电流或单相接地电流 工程设计主要计算三相短路电流 3 23 2 计算短路电流的目的计算短路电流的目的 短路故障对电力系统的正常运行影响很大 所造成的后果也十分严重 因此在系统 的设计 设备的选择以及系统运行中 都应该着眼于防止短路故障的发生 以及在短路 故障发生后腰尽量限制所影响的范围 短路的问题一直是电力技术的基本问题之一 无 论从设计 制造 安装 运行和维护检修等各方面来说 都必须了解短路电流的产生和 变化规律 掌握分析计算短路电流的方法 短路电流计算具体目的是 1 选择电气设备 电气设备 如开关电气 母线 绝缘子 电缆等 必须具有充分 的电动力稳定性和热稳定性 而电气设备的电动力稳定性和热稳定性的效验是以 短路电流计算结果为依据的 2 继电保护的配置和整定 系统中影配置哪些继电保护以及继电保护装置的参数整 定 都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析 而且不仅要计算短路点的 短路电流 还要计算短路电流在网络各支路中的分布 并要作多种运行方式的短 路计算 3 电气主接线方案的比较和选择 在发电厂和变电所的主接线设计中 往往遇到这 样的情况 有的接线方案由于短路电流太大以致要选用贵重的电气设备 使该方 案的投资太高而不合理 但如果适当改变接线或采取限制短路电流的措施就可能 得到即可靠又经济的方案 因此 在比较和评价方案时 短路电流计算是必不可 少的内容 4 通信干扰 在设计 110KV 及以上电压等级的架空输电线时 要计算短路电流 以 确定电力线对临近架设的通信线是否存在危险及干扰影响 5 确定分裂导线间隔棒的间距 在 500KV 配电装置中 普遍采用分裂导线做软导线 当发生短路故障时 分裂导线在巨大的短路电流作用下 同相次导线间的电磁力 201070341 卓福春 23 很大 使导线产生很大的张力和偏移 在严重情况下 该张力值可达故障前初始 张力的几倍甚至几十倍 对导线 绝缘子 架构等的受力影响很大 因此 为了 合理的限制架构受力 工程上要按最大可能 出现的短路电流确定分裂导线间隔的安装距离 短路电流计算还有很多其他目的 如确定中性点的接地方式 验算接地装置的接触 电压和跨步电压 计算软导线的短路摇摆 输电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力 等 3 33 3 短路电流实用计算的基本假设短路电流实用计算的基本假设 考虑到现代电力系统的实际情况 要进行准确的短路计算是相当复杂的 同时对解 决大部分实际问题 并不要求十分精确的计算结果 例如 选择效验电气设备时 一般 只需近似计算通过该设备的最大可能的三相短路电流值 为简化计算 实用中多采用近 似计算方法 这种近似计算法在电力工程中被称为短路电流实用计算 它是建立在一系 列的假设基础上的 其计算结果稍偏大 短路电流实用计算的基本假设如下 1 短路发生前 电力系统是对称的三相系统 2 电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同 频率与正常工作时相同 3 变压器的励磁电流和电阻 架空线的电阻和相对地电容均略去 都用纯电抗表示 次假设将复数运算简化为代数运算 4 电力系统中各元件的磁路不饱和 即各元件的参数不随电流而变化 计算可应用 叠加原理 5 对负荷只作近似估计 由于负荷电流一般比短路电流小得多 近似计算中 对离 短路点较远的负荷忽略不计 只考虑在短路点附近的大容量电动机对短路电流的 影响 6 短路故障时金属性短路 即短路点的阻抗为零 短路故障称为电力系统的横向故障 由断线造成的故障 称为电力系统的纵向故障 电力系统中仅有一处出现故障称简单故障 若同时有两处或两处以上发生故障 称复杂 故障 3 43 4 短路电流的计算步骤短路电流的计算步骤 201070341 卓福春 24 1 把该变电站主接线图中去掉不参与短路电流计算的开关设备 得到短路电流计算图 如 3 1 所示 35kv 10 kV 1 U 1 K 2 U 2 K 电力系统 架空线路 变压器 Skml6 kvASN8000 kmX 4 0 5 7 k U 图 3 1 2 求各元件的电抗标么值 取 100MVA B S avr UUB 线路 175 0 37 100 64 0 22 0 avr B L U S lXX 变压器 94 0 8 0 100 100 5 7 100 N BK T S SU X 3 当在 K1 处发生三相短路时 作出等值电路图 如图 3 2 所示 0 175 L X 1 1 K 201070341 卓福春 25 0 175 L X 2 最大运行方式下电源至短路点的总电抗为 0875 0 175 0 2 1 21 LL XXX 无限大容量电源1 E 短路电流周期分量的标么值 4 11 0875 0 1 X E I 有名值 8 17 373 100 4 11 3 KA U S IIII B B B 冲击电流 3 45 8 178 122 KAIKi impimp 短路全电流最大有效值 9 26 18 1 21 8 17 1 21 22 KAKII impimp 短路容量 1140 4 11100 MVAISS B 最小运行方式下电源至短路点的总电抗为 201070341 卓福春 26 0 175 X L X 无限大容量电源 1 E 短路电流周期分量的标么值 7 5 175 0 1 I 有名值 9 8 373 100 7 5 KAIII B 冲击电流 7 229 88 122 KAIKi impimp 短路容量 5707 5100 MVAISS B 4 当在 K2 处发生三相短路时 作出等值电路图如下 3 3 所示 0 175 0 94 L X 1 T X 3 1 K 0 175 0 94 L X 2 T X 4 最大运行方式下电源至短路点的总电抗为 0 560 94 0 175 2 1 X XX XX T4L2T3L1 201070341 卓福春 27 无限大容量电源 1 E 短路电流周期分量的标么值 79 1 56 0 1 I X E 有名值 8 9 5 103 100 79 1 KAIII B 冲击电流 9 248 98 122 KAIKi impimp 短路全电流最大有效值 8 14 18 1 218 9 1 21 22 KAKII impimp 短路容量 17979 1 100 MVAISS B 最小运行方式下电源至短路点的总电抗为 115 1 94 0 175 0 TL XXX 无限大容量电源 1 E 短路电流周期分量的标么值 9 0 115 1 1 X E I 有名值 9 4 5 103 100 9 0 KAIII B 冲击电流 6 129 48 122 KAIKi impimp 201070341 卓福春 28 短路全电流最大有效值 4 7 18 1 219 4 1 21 22 KAKII impimp 短路容量 909 0100 MVAISS B 5 短路电流计算结果表 短路点运行方式 电源至 短路点电 抗标么值 X 短路电 流周期分 量有名值 KA I 冲击电流 KA imp i 全电流 KA imp I 短路容量 S MVA 最大 0 087517 845 326 91140 K1 最小 0 1758 922 713 4570 最大 0 569 824 914 8179 K2 最小 1 1154 912 67 490 第四章第四章 设备的选择与校验设备的选择与校验 4 14 1 电气选择的一般条件电气选择的一般条件 正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全 经济运行的重要条件 在进 行设备选择时 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 并注意节约投资 选择合适的电气设备 尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样 具体选择方法也不完全相同 但对它们的基本要求却是相同的 电气设备要能可靠的工作 必须按正常工作条件进行 选择 并按短路状态来校验其热稳定和动稳定 201070341 卓福春 29 4 1 1 按正常工作条件选择导体和电器 额定电流 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度下 导体和电器的长期允许电流 或额定电流 应不小于该回路的最大持续工作电流 即 y I e I maxg I 或 yg II maxe I 由于发电机 调相机和变压器在电压降低 5 时 出力保持不变 故其相应回路的 1 05 为电机的额定电流 母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机 maxg I e I e I 或变压器的 母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机跳闸时 保证该 maxg I maxg I 段母线负荷所需的电流 出线回路的除考虑线路正常负荷电流 包括线路损耗 外 maxg I 还应考虑事故时 由其他回路转移过来的负荷 此外 还应按电器的装置地点 使用条件 检修和运行等要求 对导体和电器进行种类 屋内或屋外 和型式的选择 额定电压和最高工作电压 导体和电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化 常高于电网的额定电压 ew U 故所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压 即 maxy U maxg U maxmaxgy UU 一般电缆和电器允许的最高工作电压 当额定电压在 220KV 及以下时为 1 15 额定电压为 330 500KV 时为 1 1 而实际电网运行的一般不超过 1 1 e U e U maxg U 因此在选择设备时 一般可按照电器和电缆的额定电压 不低于装置地点电网 e U e U 额定电压的条件选择 即 ew U ewe UU 201070341 卓福春 30 按当地环境条件校核 在选择电器时 还应考虑电器安装地点的环境条件 当温度 风速 湿度 污秽等 级 海拔高度 地震强度和覆冰厚度等条件超过一般电器使用条件时 应向制造部门提 出要求或采取相应的措施 例如 当地海拔高度超过制造部门规定之值时 由于大气压 力 空气密度和湿度相应减小 是空气间隙和外绝缘的放电特性下降 一般当海拔在 1000 3500m 范围内 若海拔比厂家规定值每升高 100m 则最大工作电压要下降 1 当最高工作电压不能满足要求时 应采用高原型电气设备 或采用外绝缘提高一级的产 品 对于 110KV 以下电气设备 由于外绝缘裕度较大 可在海拔 2000m 以下使用 当周围环境温度和导体 或电器 额定环境温度不等时 其长期允许电流可按下 y I 式修正 Y y y yy KIII 式中 K 修正系数 导体或电气设备正常发热允许最高温度 当导体用螺栓连接时 y 70 y 我国目前生产的电气设备的额定环境温度 40 如周围环境高于 40 但不 大于 60 时 其允许电流一般可按每增高 1 额定电流减少 1 8 进行修正 当环境 温度低于 40 时 环境温度每降低 1 额定电流可增加 0 5 但其最大负荷不得超过 额定电流的 20 我国生产的裸导体的额定环境温度为 25 当装置地点环境温度在 5 50 范围内变 化时 导体允许通过的电流可按上式修正 此外 当海拔高度上升时 日照强度相应增 加 故屋外载流导体如计及日照影响时 应按海拔和温度综合修正系数对载流量进行修 正 4 1 2 按短路情况校验 201070341 卓福春 31 短路热稳定校验 短路电流通过时 导体和电器各部件温度 或发热效应 应不超过允许值 既满足热稳 定的条件为 或 rd QQ tItI rjz 22 式中 短路电流产生的热效应 d Q 短路时导体和电器设备允许的热效应 r Q 时间 t 内允许通过的短时热稳定电流 或短时耐受电流 r I 电动力稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短路电流机械效应的能力 亦称动稳定 满足动稳定的条 件是 或 dwch ii dwch II 式中 短路冲击电流幅值及其有效值 ch i ch I 允许通过稳定电流的幅值和有效值 dw i dw I 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定 用熔断器保护的电器 其热稳定由熔断时间保证 故可不验算热稳定 采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定 电缆印有足够的强度 亦可不校动稳定 装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动 热稳定 4 24 2 高压断路器的选择及校验高压断路器的选择及校验 4 2 1 对高压断路器的基本要求 201070341 卓福春 32 断路器在电路中担负特别重要的任务 必须满足一下基本要求 1 工作可靠 断路器应能在规定的运行条件下长期可靠地工作 并能在正常和故障 情况下准确无误的完成关合和开断电路的指令 其拒动或误动都将造成严重的后 果 2 具有足够的开断能力 断路器的开断能力是指能够安全切断最大短路电流的能力 它主要决定于断路器的灭弧性能 并保证具有足够的热稳定和动稳定 开断能力 的不足可能发生触头跳开后电弧长期的续燃 导致断路器本身爆炸飞狐 引起事 故扩大的严重后果 3 动作快速 在电路发生故障时 快速的切除故障电路 不仅能缩短电力网的故障 时间和减轻巨大短路电流对电气设备的损害 而且能增加电力系统的稳定性 提 高系统的供电可靠性 4 具有自动重合闸性能 输电线路的短路故障大多都是临时性的 为了提高电力系 统运行的稳定性和供电可靠性 线路保护多采用自动重合闸方式 即在发生短路 故障时 继电保护动作使断路器跳闸 切除故障点的短路电流 经很短时间后断 路器又自动重合闸 恢复正常供电 若故障仍存在 则断路器必须立即跳闸 再 次切断短路电流 这要求断路器在第一次大电流灭弧后很快恢复灭弧能力 完成 后续次的灭弧 5 结构简单 经济合理 在满足安全 可靠的同时 还应考虑到经济性 故要求断 路器的结构力求简单 尺寸小 重量轻 价格合理 4 2 2 额定电流的计算 变压器一次侧额定电流 1 1 3 I N N c U S A97 131 353 8000 AIc g 57 13897 13105 1 05 1 I 1max 变压器二次侧额定电流 A U S I N N c 89 461 103 8000 3 2 2 201070341 卓福春 33 AIc g 98 48489 46105 1 05 1 I 2max 当按运行负荷计算时 A U QP I N g500 103 39107740 3 22 22 max 考虑 10母线上的最大出线负荷 kV A U QP I N g 9 82 103 3201400 3 22 2 max 2 max max maxmax maxggg III 考虑今后便于安装 调试和检修 同电压等级侧均选用同一型号的断路器和隔离开关 与相差不大 以下均已为基准选设备 maxg I maxg I maxg I 4 2 3 高压断路器的选择结果及校验 1 根据设备的额定电压 电流值查附表 31 得 主变一次侧的断路器选择参数如下图所示 35侧断路器 kV 型号 额定 电压 最高工 作电压 额定 电流 额定开 断电流 额定短时 耐受电流 额定峰 值耐受 电流 额定关 合电流 额定合 闸时间 全开断 时间 LW8 40 5 35 KV 40 5 KV 1600 KA 25 KA25KA 4S 63 KA63 KA0 1s0 06s 热稳定的校验 s KAII 8 17 3 1 3 13 0 k t 201070341 卓福春 34 0 13 0 050 18s 2 3 1 05 0 I I tt kima 2 8 17 8 17 skAtI ima 03 5718 0 8 17 2 2 3 又2500 4252 2t ItskA 即合格 tIt 2 ima tI 2 3 动稳定的校验 kAi63 max kAI 8 171 又 kAIish39 45 8 1755 2 55 2 1 3 即合格 max i 3 sh i 开断能力 即合格 kAI 8 171 kA25 短路容量 56000 即合格 1140 4 11100 MVAISS B MVA 2 根据设备的额定电压 电流值经查表 得 主变二次侧的断路器选择参数如下图所示 10侧断路器 kV 型号 额定 电压 最高工 作电压 额定 电流 额定开 断电流 额定短时 耐受电流 KA 额定峰值 耐受电流 KA 额定关合 电流 KA 额定合 闸时间 s 全开 断时 间 s 201070341 卓福春 35 KVKVKAKA ZN28 1210 12 630 20 20 4S 50 50 0 060 03 热稳定的校验 s kAII8 9 3 2 3 13 0 k t 0 13 0 050 18s 2 3 2 05 0 I I tt kima 2 8 9 8 9 skAtI ima 3 1718 0 8 9 2 2 3 又1600 4202 2t ItskA 即合格 tIt 2 ima tI 2 3 动稳定的校验 kAi50 max kAI8 92 又 kAIish99 248 955 2 55 2 2 3 即合格 max i 3 sh i 开断能力 即合格 kAI8 92 kA20 短路容量 6300 即合格 17979 1 100 MVA