110kV变电站电气一次部分的初步设计毕业论文.doc

内容提要 深入分析研究目前在接地工程中主要采用的降阻措施以及它们的作用 适用场所 和应该注意的问题 如外延接地 深井接地 接地降阻剂 水下地网和自然接地体的 利用 采用技术经济的分析方法 具体工程 具体对待 在保证设备和人身安全的前 提下 结合地质 地势情况 土壤电阻率分布以及具体的工程要求 确定合理的措施 和方法达到接地网降阻的目的 关键词 降阻剂 短路电流 接地电阻 接地网 Summary In depth analysis in engineering research is currently in the mainly adopts the grounding resistance reduction measures and their function application places and should pay attention to the problems such as grounding deep well grounding extensional grounding resistance reduction agent underwater earth network and the use of natural grounding body Using technology and economic analysis method the concrete engineering specific treat ensure equipment and personal safety combining with the premise geology the topography soil resistivity distribution and specific engineering requirements the determination of reasonable measures and methods to achieve the purpose of ground net through introducing dray reduction Keywords drop photoresist Short circuit current Grounding resistance Ground net through introducing 目 录 内容提要 Summary 第一部分 设计说明书 1 原始资料 1 2 变压器选择 3 2 1 主变压器选择 3 2 2 站用变压器选择 6 3 电气主接线设计 7 3 1 主接线设计的原则和要求 7 3 2 主接线基本接线方式 8 3 3 主接线设计步骤 9 3 4 本站主接线设计方案 12 4 路电流计算短 13 4 1 短路电流计算概述 13 4 2 常见短路电流计算 15 4 3 短路电流计算结果 17 5 高压电器设备选择 18 5 1 电气设别选择一般条件 18 5 2 高压断路器的选择 19 5 3 隔离开关的选择 20 5 4 互感器的选择 21 5 5 绝缘子的选择 21 5 6 母线的选择 23 6 配电装置设计 24 7 防雷保护设计 25 第二部分 设计计算书 8 负荷计算 26 8 1 主变压器负荷计算 26 8 2 站用变压器负荷计算 27 9 短路电流计算 28 9 1 短路电流标幺值的计算 28 9 2 短路电流有名值的计算 35 10 电气设备选择及校验计算 38 10 1 高压断路器选择及校验计算 40 10 2 隔离开关选择及校验计算 41 10 3 互感器选择及校验计算 42 10 4 支持绝缘子选择及校验计算 43 10 5 母线选择及校验计算 46 11 防雷保护计算 47 结论 48 参考文献 49 附录 50 致谢 51 第一部分 设计说明书 1 原始资料 1 建站的必要性 为适应某县区经济发展的需要 满足电力用户需求 优化 电网结构 拟建一座110kV变电站 2 本站电压等级 110 35 10kV 3 系统接入方案及电源情况 110kV 火电厂 系统变110kV 35kV系统变 待建110kV站 10 18km8 19km 6 16km 图1 1 系统接入方案电路图 与本所连接的系统电源共有3个 其中110kV两个 35kV一个 如下所示 110kV系统变电所 该所电源容量为200MVA 在该所110kV侧母线上的短路容量为 634MVA 该所与本站的距离为8 19km 以一回线路与本所连接 升压到母线电压110kV侧火电厂 该厂距离本所10 2km 装有3台机组和两台主变 以一回线路与本所连接 该厂装机容量和主变参数如表1 1所示 表 1 1 火电厂装机容量和主变参数 35kV系统变电所 该所电源容量视为无限大 在该所35kV侧母线上的短路容量为250MVA 该所与本站的距离为6 16km 以一回线路与本站连接 装机容量参数主变压器参数 3 25MW cos 0 8 2 60MVA 121 38 5 10 5kV 14 0 d XkV e 5 10U 17 21 d U6 32 d U5 10 13 d U 4 本站相关负荷资料 本站3个电源 在正常运行时 主要是由 两个110kV级电源供电给本站 35kV变电所与本站相连的线路传输功率较小 为联络用 当3个电源中的某一电 源出现故障 不能供电给本所时 系统通过调整运行方式 基本上能满足本站重要 负荷的用电 110kV侧出线共4回 其中备用2回 35kV侧出线共6回 其中 备用2回 4回出线回路及传输容量如表1 2所示 表 1 2 35kV 侧出线回路及传输容量 10kV侧出线共8回 其中备用2回 6回出线回路及传输容量如表1 3所示 表 1 3 10kV 侧出线回路及传输容量 5 变电站站址选择 当地最高气温40 最低气温 5 最高月平均气温34 年平均温度25 站址海拔高度700m 占地92 75m 地势平坦宽阔 附近无高山 交通运输方便 站址排水系统良好 具有较强的防洪 抗震能力 6 其它参数 本变电站自用负荷约为60kVA 负荷功率因数均取cos 0 85 负荷同期率 回路名称 容量 MW 距离 km 备注 本变 化肥厂 3 5 15 类负荷 本变 养殖厂 4 3 13 类负荷 本变 制药厂 1 8 5 类负荷 本变 郭村变 7 4 类负荷 回路名称 容量 MW 距离 km 备注 本变 纺织厂 1 15 2 5 类负荷 本变 电子厂 0 6 1 9 类负荷 本变 木料厂 0 4 1 86 类负荷 本变 食品厂 0 8 1 56 类负荷 本变 饮料厂 1 05 1 67 类负荷 本变 面粉变 0 3 2 6 类负荷 计算过程中一律取网损率为5 计算基本任务为系统当前水平年 阻抗9 0 Kt 标幺值按基准值为 100MVA 来进行计算 j S avj UU 2 变压器的选择 在各级电压等级的变电所中 变压器是变电所中的主要电气设备之一 其担任 着向用户输送功率 或者两种电压等级之间交换功率的重要任务 同时兼顾电力系 统负荷增长情况 并根据电力系统5 10年发展规划综合分析 合理选择 否则 将造成经济技术上的不合理 如果主变压器容量选的过大 台数过多 不仅增加投 资 扩大占地面积 而且增加损耗 给运行和检修带来不便 设备亦未能充分发挥 效益 若容量选得过小 可能使变压器长期在过负荷中运行 影响主变压器的寿命 和电力系统的稳定性 因此 确定合理的变压器容量是变电站可靠供电和网络经济 运行的保证 2 1 主变压器的选择 2 1 1 变压器容量及台数的选择 主变容量一般按变电站建成近期负荷5 10年规划选择 并适当考虑远期 10 15年的负荷发展 对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合 从 长远利益考虑 本站应按近期和远期总负荷来选择主变的容量 根据变电所带负荷 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 台变压器停运时 其余变压器容量在过负荷能力允许时间内 应保证用户的一级和 二级负荷 所以每台变压器的额定容量按 为变电所最大负荷 见计 mn PS7 0 m P 算说明书第8章 选择 即 0 7 24460 7 17 12kVA这样当一台变压器停用 n S 时 也保证70 负荷的供电 由于一般电网变电所大约有25 的非重要负荷 因此 采用式来计算主变容量对变电所保证重要负荷来说是可行的 通过计算 mn PS7 0 本变电站可选择额定容量为20M的主变压器 为了保证供电可靠性 避免一台主 变压器故障或检修时影响供电 电站中一般装设两台主变压器 当装设三台及三台 以上时 变电所的可靠性虽然有所提高 但接线网络较复杂 且投资增大 同时也 增加了配电设备及用电保护的复杂性 以及带来维护和倒闸操作的复杂化 考虑到 两台主变同时发生故障机率较小 且适用远期负荷的增长以及扩建 故本变电站选 择两台主变压器完全满足要求 2 1 2 主变压器相数的选择 容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下的电力系统 中 一般都选择三相变压器 但是在选择主变压器的相数时 应根据原始资料以及 设计变电所的实际情况来选择 本次设计的变电所 站址海拔高度700m 占地 92 75m 地势平坦宽阔 附近无高山 交通运输方便 站址地势较高 排水系统 良好 具有较强的防洪抗震能力 故本次设计的变电站选用三相变压器 2 1 3 主变压器绕组与结构的选择 在具有三种电压等级的变电所中 如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该 变压器容量的15 以上 或低压侧虽无负荷 但在变电站内需装设无功补偿设备 主变宜采用三绕组变压器 而本变电站具有三种电压等级 考虑到运行维护和操作 的工作量及占地面积等因素 该站选择普通三绕组变压器 生产制造中的三绕组变压器有 自耦变 分裂变以及普通三绕组变压器几种类 型 1 自耦变压器 短路阻抗较小 系统发生短路时 短路电流增大 以及干扰 继电保护和通讯 并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制 自耦变压器 具 有磁的联系外 还有电的联系 所以 当高压侧发生过电压时 它有可能通过串联 绕组进入公共绕组 使其它绝缘受到危害 如果在中压侧电网发生过电压波时 它 同样进入串联绕组 产生很高的感应过电压 自耦变压器 高中压侧的零序电流保 护 应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上 由于本次所设计的变电所 所需装设两台变压器并列运行 电网电压波动范围较大 如果选择自耦变压器 其 两台自耦变压器的高 中压侧都需直接接地 这样就会影响调度的灵活性和零序保 护的可靠性 由原始资料可知不宜选择自耦变压器 2 分裂变压器 分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20 分裂变压器中 对两端低压母线供电时 如果两端负荷不相等 两端母线上的电压也不相等 损耗 也就增大 所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡 又需限制短路电流的供电系统 由于本次所设计的变电所 受功端的负荷大小不等 故不选择分裂变压器 3 三绕组变压器 价格上在自耦变压器和分裂变压器之间 安装以及调试灵 活 供电可靠性高 满足各种继电保护的需求 又能满足调度的灵活性 2 1 4 主变压器接线组别及调压方式的选择 通过计算可选择型号为SFSL7 20000 110型的变压器 选择容量比为 100 100 50 计算过程见8 1节主变容量选择 变压器三相绕组的连接方式必 须和系统电压相位一致 否则不能并列运行 所以选择接线组别为 YN yn0 d11 调压方式分为无激磁调压和有载调压两种类型 不带电切换称为 无激磁调压 调整范围通常在 5 以内 带负荷切换称为有载调压 调整范围可达 30 其结构较复杂 价格昂贵 对于有特殊要求的场合 如要求变压器二次侧电 压维持在一定水平时 或要求母线电压恒定时才使用 由于本变电站所带负荷等级 较低 电压波动较小 故本变电站选择普通三绕组无激磁调压变压器即可满足要求 2 1 5 主变压器冷却方式的选择 主变压器一般采用的冷却方式有 自然风冷却 强迫油循环风冷却 强迫油循 环水冷却 1 自然风冷却 依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动风 扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却 适用于中 小型变压器 2 强迫油循环水冷却 虽然有散热效率高 减少变压器本体尺寸等优点 但它须有一套水冷却系统和相关附件 冷却器的密封性能要求高 维护工作量较大 3 强迫油循环风冷却 实用于大型变压器高效率的冷却方式 本设计主变为中型变压器 发热量不大 况且本变电站地势平坦 通风条件好 为充分利用现有资源可选用自然风冷却方式 综上所述 本变电站选择三绕组无激磁调压自然风冷却方式型号为SFSL7 20000 110型的变压器2台 容量比选择为100 100 50 具体参数如表2 1所 示 表 2 1 主变压器技术参数 型号 SFSL7 20000 110 联接组标号YN yn0 d11 额定容量 kVA 20000 空载电流 4 1 空载损耗 kW 50 2 高 中 高 低 中 低短路损耗 kW 150 7 13194 5 高压 中压低压额定电压 kV 25 1 8110 5 22 5 38 10 5 高 中 高 低 中 低阻抗电压 10 5 17 56 5 2 2 站用变压器选择 变电站的站用负荷 一般都比较小 其可靠性要求也不如发电厂那样高 变电 站的主要负荷是变压器冷却装置 直流系统中的充电装置和硅整流设备 油处理设 备 检修工具以及采暖 通风 照明 供水等 查 电气工程低压电器设备手册 得变电站的站用负荷参数如表2 2所示 1 表2 2 站用变常用负荷参数 这些负荷容量都不太大 因此变电站的站用电压只需0 4kV一级 用动力与照明混合供电方式 380V站用电母线可采用低压断路器 即自动空气开关 或闸刀进行分段 并以低压成套配电装置供电 通过计算变电站的站用负荷容量为 85 14kVA 见设计计算书第8 2节 故选用两台型号为S9 100 10的变压器即 可满足要求 站用变压器参数如表2 3 所示 表2 3 站用变压器技术参数 型号S9 100 10 联接组标号 Y yn0 序号名称台数 运行容量 kVA 1 充电机 1 44 8 2 室内通风机 1 7 5 3通讯 4 3 6 4远动装置 2 2 5 照明 采暖 34 22 额定容量 kVA 100 空载电流 2 空载损耗 kW 0 29 短路损耗 kW 1 5 阻抗电压 4 高压 低压额定电压 kV 10 0 4 3 电气主接线设计 变电站是联系发电厂和用户的中间环节 起着变换和分配电能的作用 为满足 生产需要 变电站中安装有各种电气设备 并依照相应的技术要求连接起来 电气 主接线是由高压电器通过连接线 按其功能要求组成接受和分配电能的电路 成为 传输强电流 高电压的网络 故又称为一次接线或电气主系统 2 用规定的设备文 字和图形符号并按工作顺序排列 详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成 和连接关系的单线接线图 称为主接线电路图 3 1 主接线设计的原则及要求 主接线代表了变电站电气部分主体结构 是电力系统接线的主要组成部分 是 变 电站电气设计的首要部分 它的设计 直接关系着全所电气设备的选择 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 由于电能生产的特点是发电 变电 输电和用电在同一时刻完成 所以主接 线设计的好坏 直接影响到工农业生产和人们的日常生活 为此 主接线的设计必 须在满足国家有关技术经济政策的前提下 正确处理好各方面的关系 全面分析相 关因素 力争使其技术先进 经济合理 安全可靠 3 电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据 以国家经济建设的方针 政策 技术规定 标准为准绳 结合工程实际情况 在保证供电安全可靠 运行灵活 经 济美观等基本要求下 兼顾运行 维护方便 3 2 主接线的基本接线方式 主接线的基本形式 就是主要电气设备常用的几种连接方式 它以电源和出线 为主体 由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同 且每路馈线所传输 的功率也不一样 为便于电能的汇集和分配 常设置母线作为中间环节 使接线简 单清晰 运行方便 有利于安装和扩建 下面介绍几种常用的主接线方式 1 单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配电 装置等优点 但是不够灵活可靠 任一元件故障或检修时 均需使整个配电装置停 电 一般只适用于一台主变压器 2 单母分段 用断路器 把母线分段后 对重要用户可以从不同段引出两个回路 由两个电 源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故障切除 保证正常段母线不间 断供电 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 而出线为双回时 常使架空线路出现交叉跨越 扩建时需向两个方向均 衡扩建 3 单母分段带旁路母线 这种接线方式 适用于进出线不多 容量不大的中小型电压等级为35 110kV 的变电所较为实用 具有足够的可靠性和灵活性 4 一个半断路器 3 2 接线 两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器 它具有较高的供 电可靠性和运行灵活性 任一母线故障或检修均不致停电 但是它使用的设备较多 占地面积较大 增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性 且投资大 一般 在超高压电网中使用 5 双母接线 双目接线有两组母线 并且可以相互备用 每一电源和出线的回路 都装有一 台断路器 有两组母线隔离开关 可分别与两组母线相连 它具有供电可靠 调度 灵活 扩建方便等优点 而且检修另一母线时 不会停止对用户连续供电 但在检 修某线路的断路器时 如果不装设 跨条 则该回路在检修期需要停电 6 桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时 宜采用桥形接线 所用断路器数目最少 它可分为内桥和外桥接线 内桥接线 在线路故障或切除 投入时 不影响其他回路工作 且操作简单 而变压器故障或切除 投入时 要使相应线路短时停电 且操作复杂 适合于输电 线路较长 故障机率较多而变压器又不需经常切除的情况 4 外桥接线 适合于出线较短 且变压器随经济运行的要求需经常切换 或系统 有穿越功率 较为适宜 3 3 主接线的设计步骤 电气主接线的具体设计步骤如下 1 分析原始资料 对变电站主变容量 电力系统情况 负荷情况 环境条 件 设备选择等情况进行分析比较 保证设计的先进性 经济性和可行性 2 拟定主接线方案 在分析原始资料的基础上 可拟定若干个主接线方案 因为对出线回路数 电压等级 主变容量 容量以及母线结构等考虑不同 会出现 多种接线方案 3 短路电流计算 对拟定的主接线 为了选择合理的电器 需进行短路电流 计算 4 主要高压电器设备选择 5 绘制电气主接线图 将最终确定的主接线图 按工程要求绘制 3 4 本变电站电气主接线设计 3 4 1 110kV压侧接线 由原始资料可知 在正常运行时 本变电站110kV侧主要是由110kV系统变和 110kV火电厂两个电源来供电 35kV变电所与本站相连的线路传输功率较小 为 联络用 所以必须考虑其可靠性 35 110kV变电所设计规范 规定 35 110kV线路为两回及以下时 宜 采用桥形 线路变压器组或单母接线 超过两回时 宜采用扩大桥形 双母线或单 母分段的接线 在采用单母线 单母线分段或双母线的35 110kV主接线中 当不 允许停电检修断路器时 可设置旁路设施 本变电站110kV侧线路共有4回 其中 出线2会 备用2回 可选择双母线接线或单母线分段接线两种方案 如图3 1 所示 110kV 110kV 方案一 方案二 图3 1 110kV电压侧接线方案 方案一供电可靠 运行方式灵活 但是倒闸操作复杂 容易误操作 占地面积 大 设备多 投资大 方案二简单清晰 操作方便 不易误操作 设备少 投资小 占地面积小 但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差 本变电站为地区性变电站 火电厂和系统变可以满足地区负荷的需要 基本不需要外系统支援 采用方案二能 够满足本变电站110kV侧对供电可靠性的要求 故选用投资小 节省占地面积的方 案二 设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响 装设 SF6断路器时 因断路器检修周期可长达5 10年甚至20年 可以不设旁路设施 本变电站110kV侧采用SF6断路器 不设旁路母线 所以110kV侧采用方案二单母 线分段接线 3 4 2 35kV电压侧接线 本变电站35kV侧线路有6回 可选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线 两种方案 如图3 2所示 方案一供电可靠 调度灵活 但是倒闸操作复杂 容易 误操作 占地面积大 设备多 配电装置复杂 投资大 方案二简单清晰 操作方 便 不易误操作 设备少 投资小 占地面积小 旁路断路器可以代替出线断路器 进行不停电检修出线断路器 保证重要回路特别是 类负荷不停电 且方案二具有 良好的经济性 供电可靠性也能满足要求 35kV35kV 方案一 方案二 图3 2 35kV电压侧接线方案 方案二为单母线分段带旁路母线接线 当检修出线断路器时可不停电 因其进 行了分段且是断路器分段 所以当一段母线发生故障时 可以保证正常段母线不间 断供电 因为设置旁路母线 可以保证 类用户用电要求 同时它结构简单清 晰 运行也相对简单 便于扩建和发展 它投资小 费用低 运行可靠性和灵活性 比方案一好 可以满足35kV侧用户的要求 故35kV 侧接线采用方案二 3 4 3 10kV电压侧接线 35 110kV变电所设计规范 规定 当变电所装有两台主变压器时 6 10kV侧宜采用单母线分段 线路为12回及以上时 亦可采用双母线 当不允许 停电检修断路器时 可设置旁路设施 本变电站10kV侧线路为8回 可采用双母线 接线或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案 如图3 3 所示 方案一一般用 于出线较多 输送和穿越功率较大 供电可靠性和灵活性要求较高的场合 设备多 投资和占地面积大 配电装置复杂 易误操作 方案二简单清晰 调度灵活 不会 造成全站停电 能保证对重要用户的供电 设备少 投资和占地少 手车式断路器 的出现和运行成功 断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决 而用备用的手 车断路器来替代需要检修的工作的手车断路器 10kV 10kV 方案一 方案二 图3 3 10kV电压侧接线方案 通过以上的分析可知所选方案具备以下优点 110kV侧采用单母线分段接线简单清晰 操作方便 不易误操作 设备少 投资小 占地面积小 况且本变电站基本不需要外系统支援 本变电站110kV侧 采用SF6 断路器 不设旁路母线 单母线分段接线能够满足本变电站110kV侧对 供电可靠性 安全性的要求 35kV侧采用单母线分段带旁母接线 简单清晰 操作方便 不易误操作 设 备少 投资小 占地面积小 旁路断路器可以代替出线断路器 进行不停电检修出 线断路器 保证重要回路特别是 类负荷不停电 且有良好的经济性 供电可靠性 也能满足要求 10kV侧采用单母线分段接线 在这种接线方式下 当一段母线发生故障时 不致造成另一段母线也同时停电 缩小了停电范围 而本站10kV侧出线多 很适合 采用单母线分段接线 这样就能保证本级 类负荷的要求 综上所述 本变电站主接线如图3 4所示 110kV 10kV 1主变 2主变 1站用变 2站用变 35kV 图3 4 电气主接线简图 总而言之 从图3 4可以得知 110kV侧采用单母线分段接线简单清晰 操 作方便 不易误操作 设备少 投资小 占地面积小 为以后的发展和扩建奠定了 基础 35kV侧采用单母线分段带旁路接线 当检修出线断路器时可不停电 因为 进行分段且是断路器分段 所以当一段母线发生故障时 可以保证正常段母线不间 断供电 因为设置旁路母线 可以保证 类用户用电要求 同时它结构简单清 晰 运行也相对简单 便于扩建和发展 10kV侧采用单母线分段接线 当一段母 线发生故障时 不致造成另一段母线也同时停电 缩小了停电范围 所以说本变电站的电气主接线设计是在立足于眼前 兼顾远期发展的基础上完 成的 完全可以满足用户供电要求和以后的扩建发展 4 短路电流计算 电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的 发生短路时 系统从一种 运行状态剧变到另一种运行状态 并伴随产生复杂的暂态现象 短路是电力系统的 严重故障 所谓短路 是指一切不正常的相与相之间或相与地 对于中性点接地系 统 发生通路的情况 6 在三相系统中 可能发生的短路有 三相短路 两相短路 两相接地短路和单 相短路 其中 三相短路是对称短路 系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态 其他类型的短路都是不对称短路 电力系统的运行经验表明 在各种类型的短路中 单相短路占大多数 两相短路较少 三相短路的机会最少 但三相短路情况最严重 破坏最大 应给以足够的重视 因此 我采用三相短路来计算 以此为依据选择和 检验电气设备 以保证其安全可靠 4 1 短路电流计算 4 1 1 短路电流计算目的 1 在选择电气设备时 选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备 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 以此为依据 2 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 7 3 为了合理配置各种继电保护方式和进行整定计算 接地装置的设计等 必 须对电力系统网络中发生的各种短路进行计算和分析 4 在设计屋外高压配电装置时 需按短路条件检验软导线的相间和相对地的 安全距离 4 1 2 短路电流计算的一般规定 1 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 应按 工程的设计规划容量计算 并考虑电力系统的远景发展规划 一般为本期工程建成 后5 10年 确定短路电流计算时 应按可能发生最大短路电流的正常接线方式 而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 2 选择导体和电器用的短路电流 在电气连接的网络中 应考虑具有反馈作 用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响 3 选择导体和电器时 对不带电抗器回路的计算短路点 应按选择在正常接 线方式时短路电流为最大的地点 4 导体和电器的动稳定 热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算 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实用计算曲线法 其具体计算步骤如 下 1 计算各元件电抗标幺值 并折算到同一基准容量下 2 绘制等值网络 进行网络变换 3 选择短路点 4 对网络进行化简 把供电系统看为无限大系统 不考虑短路电流周期分量 的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值 并计算短路电流标幺值 有名值 5 计算短路容量 短路电流冲击值 短路容量 4 1 IVjS 3 短路电流冲击值 4 2 IIcj 55 2 6 列出短路电流计算结果 具体短路电流计算详见计算说明书 4 2 短路类型及其计算方法 电力系统中可能发生的几种形式的短路类型及其计算方法是如下 1 三相短路电流的计算 4 3 1 3 1 X Id 其有名值为 4 4 jdd III 3 3 系统中发生三相短路时 短路点的短路电流标幺值 3 d I 系统中发生三相短路时 短路点的短路电流有名值 3 d I 归算到短路点的综合正序等值电抗 1 X 以下为简便起见 省略下标 2 两相短路电流的计算 4 5 21 2 1 3 XX Id 归算到短路点的负序综合电抗 2 X 两相短路时短路点的全电流 2 d I 其各序分量电流值为 4 6 21 2 2 1 1 XX II dd 分别为两相短路时 短路点短路电流的正负序分量 2 2 2 1 dd II 3 两相接地短路电流计算 4 7 1 1 1 2 02 02 1 1 13 dd I XX XX I 两相短路接地时 短路点故障相全电流 1 1 d I 两相短路接地时 短路点的正序电流分量 1 1 1d I 4 8 011 1 1 1 1 XXX Id 4 9 20 0 1 1 1 1 1 2 XX X II dd 4 10 20 2 1 1 1 1 1 0 XX X II dd 分别为两相接地短路时的负序和零序电流分量 1 1 0 1 1 2 dd II 4 单相接地短路电流的计算 短路点各序分量电流为 4 11 01 1 2 1 1 2 1 xx II dd 4 3 短路电流计算结果 4 3 1 本变电站各支路电抗计算 由原始资料可知 本变电所自用负荷约为60kVA 负荷功率因数均取 cos 0 85 负荷同期率 计算过程中一律取网损率为5 计算基本任务9 0 Kt 为系统当前水平年 阻抗标幺值按基准值为 100MVA 以及所知的 j S avj UU 参数设置短路点以及对各支路电抗进行计算 具体设置及计算过程见设计计算书第 9章 4 3 2 本变电站等值网络图 利用计算出的各支路电抗等相关数据对变电站网络图进行计算化简得变电站等 值网络图如图4 1所示 1 0 16 2 0 16 3 0 23 4 0 03 5 0 55 6 0 35 7 0 03 9 0 35 11 0 16 11 0 40 10 0 03 8 0 55 图4 1 变电站总等值网络图 由原始资料可对110kV火电厂进行等效变换得等值网络图如图4 2所示 12 0 44 13 0 01 14 0 18 15 0 16 0 03 13 0 01 12 0 44 12 0 44 15 0 14 0 18 图4 2 110kV火电厂等值图 对图4 2所示等值网络图进一步化如图4 3所示 17 0 15 18 0 09 16 0 03 图4 3 110kV火电厂等值化简图 由化简后的火电厂等值图4 3和变电站等值网络图4 1进一步等效变换得变电站 最简总等值网络图 并设置相应短路点如图4 4所示 19 0 18 21 0 28 20 0 26 22 0 18 23 0 58 d1 d2 d3 图4 4 变电站总等值网络化简图 4 3 2 短路电流计算结果 本变电站短路电流有名值计算结果如下 计算过程见设计计算书第9章 表4 1 短路电流有名值计算结果 单位kA 短路点时间110kV 火电厂供110kV 系统供35kV 系统供 总短路电流 0s2 112 910 495 51 0 3 s1 422 300 494 21 1 d 0 6 s1 292 150 493 93 0s1 181 692 695 56 0 3 s1 101 612 695 40 2 d 0 6 s1 151 702 695 13 0s6 198 727 2822 19 0 3 s5 598 167 2821 03 3 d 0 6 s5 738 477 2821 48 5 高压电器设备选择 选择正确的电器是保证电气主接线和配电装置达到安全 经济运行的重要条件 在进行电器选择时 应根据工程实际情况 8 在保证安全 可靠的前提下 尽量采 用新技术 并注意节省投资 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热稳定和动稳定 使所选的电器能在长期工作的条件下 及发生过电压 过电流的情况下能保持正常运行 5 1 电器选择的一般条件 1 电器选择的原则 应满足正常运行 检修 短路和过电压等情况下的要求 应按当地环境条件校核 应力求技术先进和经济合理 选择导体时应尽量减少品种 扩建工程应尽量使新老电器的型号一致 选用的新品 均应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 2 电器选择的技术条件 电压 所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高 maxy V 运行电压 即 maxg V 5 1 maxy V maxg V 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 而实际电网运行的一般不超过 Ve15 1 maxg VVe1 1 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 0 Q 长期允许电流应不小于该回路的最大持续工作电流 即 IymaxIg 5 2 IymaxIg 由于变压器在电压降低5 时出力保持不变 故其相应回路的IeIg05 1 max 按当地环境条件校核 当周围环境温度和导体额定环境温度不等时 其长期允许电流可按下Q 0 Q QIy 式修正 5 3 KQy oy y IyIyQ 式中 K 修正系数 导体或电气设备正常发热允许最高温度Qy 按短路情况校验 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动 热稳定校验 一般校验取 三相短路时的短路电流 如用熔断器保护的电器可不验算热稳定 9 当熔断器有限 流作用时 可不验算动稳定 用熔断器保护的电压互感器回路 可不验算动 热稳 定 短路热稳定校验满足热稳定条件为 5 4 QnQk 5 5 tIrtIr k 22 短路电流产生的热效应Qk 短路时导体和电器允许的热效应Qn 验算热稳定所用的计算时间 5 6 k t pr t br t 相应断路器的全开断时间 br t 短路的动稳定校验满足动稳定条件为 5 7 dwcj ii 5 8 dwcj II 短路冲击直流峰 有效值 kA cj i cj I 电器允许的极限通过电流峰值及有效值 kA dw i dw I 5 2 高压断路器的选择 变电所中高压断路器是重要的电气设备之一 它具有完善的灭弧性能 正常运 行时 用来接通和开断负荷电流 故障时 断路器通常与继电保护配合使用 断开 短路电流 切除故障线路 保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性 高压断路器应根据断路器安装地点 环境和使用技术条件等要求选择其种类及 型式 由于真空断路器 SF6断路器比少油断路器可靠性更好 维护工作量更少 灭弧性能更高 目前得到普遍推广 故35 220kV一般采用SF6断路器 本变电站高压断路器选择按以下原则选取 1 按开断电流选择 高压断路器的额定开断电流应不小于其触头开始分离瞬间 的短路电 Nbr I d t 流的有效值 即 5 9 Nbr I z I 高压断路器额定开断电流 kA Nbr I 短路电流的有效值 kA z I 2 短路关合电流的选择 在断路器合闸之前 若线路上已存在短路故障 则在断路器合闸过程中 触头 间在未接触时即有巨大的短路电流通过 预击穿 更易发生触头熔焊和遭受电动力 的损坏 且断路器在关合短路电流时 不可避免地接通后又自动跳闸 此时要求能 切断短路电流 为了保证断路器在关合短路时的安全 断路器额定关合电流不 Ncl I 应小于短路电流最大冲击值 10 即 dwcj ii 短路冲击直流峰 有效值 kA cj i cj I 电器允许的极限通过电流峰值及有效值 kA dw i dw I 3 关于开合时间的选择 对于110kV及以上的电网 当电力系统稳定要求快速切除故障时 分闸时间 不宜大于0 045s 用于电气制动回路的断路器 其合闸时间大于0 04 0 06s 本变电站高压断路器选择如下 选择和校验计算见计算书第10章 1 110kV线路侧及变压器侧选择SW6 110型SF6 户外断路器 表 5 1 110kV 侧计算数据与高压断路器参数表 计算数据 SW6 110 参数 UNS 110 kV UN110 kV Imax0 14 kA IN1200 k A I 2 114 kA Inbr21 kA ish8 65 kA iwt55 kA QK 5 40 kA 2 S It2 t 15 8 4 kA 2 S 2 35kV线路侧及变压器侧 选择SW3 35型真空户外断路器 表 5 2 35kV 侧计算数据与高压断路器参数表 计算数据 SW3 35 600 参数 UNS 35 kV UN35 kV Imax129 6 kA IN600 kA I 2 87 kA Inbr6 6 kA ish7 30 kA iwt17 kA QK 5 32 kA 2 S It2 t 6 62 4 kA 2 S 3 10kV线路侧 选择SN9 9 1000型高压开关柜 表 5 3 10kV 线路侧计算数据与高压断路器参数表 计算数据 SN9 9 1000 参数 UNS 10 kV UN10 kV Imax64 8 kA IN1000 kA I 14 90 kA Inbr28 9 kA ish53 67 kA iwt71 kA QK 126 87 kA 2 S It2 t 292 4 kA 2 S 4 10kV变压器侧 选择SN10 10 1000型高压开关柜 表 5 4 10kV 变压器侧计算数据与高压断路器参数表 计算数据 SN10 10 1000 参数 UNS 10 kV UN12 kV Imax1212 47 kA IN2000 kA I 12 0 kA Inbr31 5 kA ish24 96 kA iwt80 kA QK 111 86 kA 2 S It2 t 3969 kA 2 S 5 3 隔离开关的选择 隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器 它需与断路器配套使用 隔离 开关没有灭弧装置及开断能力低 所以操作隔离开关时 必须遵循倒闸操作顺序 11 本变电站隔离开关选择如下 选择和校验计算见计算书 1 110kV侧 选GW2 110型隔离开关 表 5 5 110kV 侧计算数据与隔离开关参数表 计算数据 GW2 110 参数 UNS 110 kV UN110 kV Imax135 A IN600 A ish8 65 kA ies50 kA QK 5 40 kA 2 S It2 t 142 5 kA 2 S 2 35kV侧 选GW2 35型隔离开关 表 5 6 35kV 侧计算数据与隔离开关参数表 计算数据 GW2 35 参数 UNS 35 kV UN35 kV Imax129 7 A IN600 A ish7 30 kA ies50 kA QK 5 32 kA 2 S It2 t 142 5 kA 2 S 3 10kV侧 选GN6 10 1000型隔离开关 表 5 7 10kV 侧计算数据与隔离开关参数表 计算数据 GN6 10 1000 参数 UNS 10 kV UN10 kV Imax64 8 A IN A ish53 65 kA ies kA QK 126 87 kA 2 S It2 t kA 2 S 5 4 互感器的选择 互感器是电力系统中的测量仪表 继电保护等二次设备获取电气一次回路信息 的传感器 互感器将高电压 大电流按比例变成低电压 100 100 和小电V3 流 5 1A 其一次侧接在一次系统 二次侧接测量仪表业继电保护等 11 1 互感器的作用有 将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流 使测量仪 表和保护装置标准化 小型化 并使其结构轻巧 价格便宜 便于屏内安装 使二次设备与高电压部分隔离 且互感器二次侧均接地 从而保证了设备和 人身的安全 2 互感器的配置 为满足测量和保护装置的需要 在变压器 出线 母线分段及所有断路器回 路中均装设电流互感器 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器 如 发电机和变压器的中性 点 对直接接地系统 一般按三相配制 对三相直接接地系统 依其要求按两相 或三相配制 6 220kV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器 当需要监视和检测线路有关电压时 出线侧的一相上应装设电压互感器 3 本变电站互感器的选择 电流互感器的选择 110kV线路侧及变压器侧选用LCWD 110型瓷绝缘户外电流互感器 35kV 线路侧选用LZZB8 35型支柱式 LRD 35 LR 35型装入式电流互感器 35kV 变压器侧选LRD 35 LR 35型装入式电流互感器 10kV线路侧及变压器侧选用 LA 10型穿墙式电流互感器 电压互感器的选择 110kV出线选用TYD110 3型成套电容式电压互感器 110kV母线选用 JDCF 110型单相瓷绝缘电压互感器 35kV母线选用JDZXW 35型单相环氧浇注 绝缘电压互感器 10kV 母线选用JSZX1 10F型三相环氧浇注绝缘电压互感器 12 5 5 母线的选择 按长期发热允许电流选择截面 因为110kV侧为户外配电装置 所以选用软导 线 通过计算查 电力工程电气设备手册 表5 13初选用型号为LGJ 50的钢芯铝 绞线 13 同理35kV侧初选用LGJ 120型导线 而10kV侧采用室内配电装置 故选 用型号LMY 110 10单条矩形铝母线 选择和校验见计算说明书 6 配电装置设计 配电装置是变电站的重要组成部分 它是根据主接线的连接方式 由开关设备 保 护和测量电路 母线和必要的辅助设备组建而成 用来接受和分配电能的总体装置 14 1 配电装置应满足以下基本要求 必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策 保证运行可靠 按照系统和自然条件 合理选用设备 在布置上力求整齐 清晰 保证具有足够的安全距离 便于检修 巡视和操作 在保证安全的前提下 布置紧凑 力求节约材料和降低造价 安装和扩建方便 2 配电装置设计的基本步骤 根据配电装置的电压等级 电器的型式 出线多少和方式 有无电抗器 地 形 环境条件等因素选择配电装置的型式 拟定配电装置的配置图 按照所选设备的外形尺寸 运输方法 检修及巡视的安全和方便等要求 遵 照 配电装置设计技术规程 的有关规定 并参考各种配电装置的典型设计和手册 设计绘制配电装置的平 断面图 3 配电装置的种类及应用 普通中型配电装置 施工 检修和运行都比较方便 抗震能力好 造价比较 低 缺点是占地面积较大 半高型配电装置 占地面积为普通中型的47 而总投资为普通中型的98 2 同时 该型布置在运行检修方面除设备上方有带电母线外 其余布置情形与中型布 置相似 高型配电装置 一般适用于220kV及以上电压等级 15 4 本变电站配电装置设计 本变电站有三个电压等级 110kV侧单母分段接线 采用屋外中型单列布置 架空进出线 35kV侧单母分段带旁母接线 采用屋外半高型布置 架空进出线 10kV侧单母分段接线 采用屋内成套高压开关柜布置 电缆出线 7 防雷保护设计 在自然界的雷击中 会使设备产生过电压 损坏绝缘等 给电力用户带来严重 危害 因此 必须对变电站采取防雷措施 16 1 变电站防雷保护的特点 变电站属于 集中型 设计 直接雷击防护以避雷针为主 变电站设备与架空输电线相联接 输电线上的过电压波会运动至变电站 对 电气设备过程威胁 因此变电站要对侵入波过电压进行防护 主要手段是避雷器 变电站内都安装有贵重的电气设备 如变压器等 这些电气设备一旦受损 一方面会对人民的生活和生产带来巨大损失 造成严重后果 另一方面 这些设备 的修复困难 需要花费很长时间和大量金钱 给电力系统本身带来重大经济损失 所以变电站要采取周密的过电压防护措施 为了充分发挥防雷设备的保护作用 变电站应有良好的接地系统 2 变电站直击雷防护 户外配电装置一般都采用避雷针做为直击雷保护 本变电站直击雷防护采用避 雷针 变电站围墙四角各布置1支避雷针 共布置4支避雷针 每支避雷针高30m 本站东西向长92m 南北向宽75m 占地面积6900m2 110kV配电装置构架高 12 5m 35kV终端杆高13 5m 屋内配电装置钢筋焊接组成接地网 并可靠接地 3 侵入波过电压防护 已在输电线上形成的雷闪过电压 会沿输电线路运动至变电站的母线上 并对