110kV降压变电所完全版.doc

毕毕 业业 设设 计计 论文论文 题 目 系 别电力工程系 二二 一三年六月一三年六月 110kV 降压变电所电气一次 系统设计 110 35 10kV 进 出线回数 2 4 8 电缆 最大负荷 77MW 最小负 荷 50MW 摘 要 随着社会的现代化水平不断提高 在经济发展到了一定程度时 国民经济发展的步 伐受到电力发展程度的制约 电能已成为国家发展的主要能源和动力 社会生产和生活 对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求 变电所是供电系统的核心部分 在整 个电网中起着举足轻重的作用 电力工业迅猛发展的同时 人们对变电所的安全性 可 靠性 稳定性以及经济性都提出了更深层次的要求 变电所的安全运行 直接关系到电 网的安全运行 因而 对其设计也就提出了更高的要求 在本设计中 除了注重变电所设计的基本计算外 对于主接线的选择与论证等都作了 充分的说明 其主要内容包括 变电所主接线方案的选择 进出线的选择 变电所主变 压器台数 容量和型式的确定 短路点的确定与短路电流的计算 电气设备的选择 断 路器 隔离开关 电压互感器 电流互感器 避雷器等 配电装置设计和总平面布置 防雷保护与接地系统的设计等 最后 并绘制了电气主接线 电气总平面图 防雷保护配置图等相关设计图纸 关键词 电气主接线设计 短路电流计算 电气设备选择 ELECTRIC DESIGN of 110 KV STEP DOWN SUBSTATION ABSTRACT Along with the continuously improvement of the level of social modernization while the national economy develops to a certain degree the pace of national economic development will be restricted by the level of electric power development Electricity has become the main energy and power for the national development social production and life call for high quality of power supply and management the desire becomes more and more exigent Substation is the core part of the power supply system which plays an important role in the whole power grid Together with the rapidly developing of power industry people call for further requires on the safety reliability stability and economical efficiency of substation The safe operation of substation relate directly to the security level of the whole power grid So we have higher requirements on the design of substation Except the basic calculation of substation design this design has specification for the selection of the main electrical wiring It includes the selection of the main electrical wiring the selection of inlet and outlet wire selection of the number capacity and type of main transformer The determination of short circuit point and the calculation of short circuit current the choice of electrical equipment including circuit breakers switches voltage transformer current transformer lightning arrester etc the design of power distribution equipments general layout for the substation The design of lightning protection and grounding system At last there are graphs for main connection of the electrical wiring general layout map for electrical equipment lightning protection and other related design drawings Key words Electrical main wiring design short circuit current calculation electrical equipment selection 目 录 摘 要 I Abstract II 1 前 言 1 1 1 设计的背景及意义 1 1 2 变电站的现状和发展趋势 1 1 3 本文主要研究内容 2 2 电气主接线的设计 4 2 1 主接线的设计原则 4 2 2 主接线设计的基本要求 4 2 2 1 主接线可靠性的要求 4 2 2 2 主接线灵活性的要求 5 2 2 3 主接线经济性的要求 5 2 3 电气主接线的选择和比较 5 2 3 1 主接线方案的拟订 5 2 3 2 主接线各方案的讨论比较 8 2 3 3 主接线方案的选择 9 3 主变压器的选择 10 3 1 主变压器台数的选择 10 3 2 主变压器型式的选择 10 3 3 变电站自用电接线设计 11 3 3 1 站用变压器的选择和接线方式 11 3 3 2 站用电的接线形式 12 3 3 3 负荷供电回路 12 4 短路电流的计算 13 4 1 短路电流计算的目的 13 4 2 短路电流计算的一般规定 13 4 3 计算步骤 14 5 电气设备的选择 18 5 1 断路器与隔离开关的选择 18 1 1 110kV 断路器选择 19 5 1 2 35kV 断路器的选择 21 5 1 3 10kV 侧断路器选择与校验 22 5 2 隔离开关的选择 25 5 2 1 110kV 侧隔离开关的选择 25 5 2 2 35kV 隔离开关的选择 26 5 2 3 10kV 侧隔离开关的选择 28 5 3 母线的选择 29 5 3 1 母线选择原则 29 5 3 2 35kV 侧母线的选择 30 5 3 3 10kV 侧母线的选择 32 5 3 5 10kV 侧出线电缆的选择及校验 32 5 4 电流互感器及其选择原则 33 5 4 1 110kV 出线电流互感器的选择 34 5 4 2 110KV 内桥侧电流互感器 34 5 4 3 35kV 母线电流互感器的选择 34 5 4 4 35kV 变压器侧电流互感器 35 5 4 5 35kV 出线电流互感器 35 5 4 6 10kV 变压器回路的电流互感器的选择 35 5 4 7 10kV 母联电流互感器的选择 36 5 4 8 10kV 出线电流互感器 36 5 5 电压互感器的选择 37 5 6 绝缘子和穿墙套管的选择 38 5 6 1 支柱绝缘子的选择 38 5 6 2 穿墙套管的选择 38 6 防雷及接地系统 40 6 1 变电所防雷保护 40 6 2 变电所接地 40 6 3 避雷针 40 6 4 避雷器的选择 41 6 5 主变中性点放电间隙保护 42 7 接地网的设计 43 7 1 设计说明 43 7 2 接地体的设计 43 7 3 典型接地体的接地电阻计算 43 7 4 接地网的布置应遵守的原则 44 7 5 接地网的设计 44 8 屋内外配电装置设计 46 8 1 配电装置的设计 46 8 1 1 配电装置的分类与选型 46 8 1 2 对配电装置的基本要求 46 8 1 3 配电装置的安全净距 46 8 2 屋外配电装置的选型 布置 47 8 2 1 屋外配电装置分类 47 8 2 2 屋外配电装置选择 47 8 3 屋内配电装置的选型 布置 47 9 经济性比较 48 结 论 49 参考文献 50 致 谢 51 1 前 言 1 1 设计的背景及意义 电能是发展国民经济的基础 是一种无形的 不能大量存储的二次能源 同时也是 现代社会中最重要也是最方便的能源 我国电力建设经过多年的发展 系统容量越来越 大 短路 电流不断增大 对电气设备等要求越来越高 要科学合理的驾驭电力 必须 从电力工程的设计原则和方法上理解和掌握其精髓 提高电力系统的安全可靠性和运行 效率 从而达到降低生产成本提高经济效益的目的 本课题研究的是 110kV 变电站一次部分设计 变电站是电力系统的重要组成部分 它直接影响了电力系统的安全与经济运行 是联系发电厂和用户的中间环节 起着交换 和分配电能的作用 这就要求科学的设计变电站的一次部分 采取合理的电气主接线形 式 从数量和质量上选择最优的电气设备 变电站平面布置和配电装置也要符合国家规 定标准 只有这样变电站才能正常的运行工作 为国民经济服务 故本次 110kV 变电站 电气部分设计主要为电气一次部分设计 1 2 变电站的现状和发展趋势 目前 我国变电站发展的又一新趋势是大量新型电气一次设备的应用 近年来电气 一次设备制造有了较大发展 大量高性能 新型设备不断出现 变电站设计的电气设备 档次不断提高 配电装置也从传统的形式走向无油化 真空开关 SF6 开关和机 电组合 一体化的小型设备发展 近年来世界各国著名的高压电气设备公司都相继开发 研制了 各种类型的户外高压和超高压组合电器 国内一些高压开关厂也已经开始生产户外紧凑 型组合电器 这些设备运行可靠性高 节省占地面积和空间 施工安装简单 运行维护 方便等 为了改变我国城网变电所设备陈旧 占地面积大 与现代的城市建设不相适应 的情况 如今的城网方面的变电所已经向小型化发展 逐步采用组合式电器 即 GIS 成 套设备 从某种程度上说 GIS 即由 SF6气体的出现而发展的一种新型高压成套设备 是 有包括断路器 隔离开关 接地开关 断流互感器 电压互感器 避雷器 母线等 按 设备主接线要求 依次连接组合成一个整体 随着 GIS 封闭组合电器的不断完善和电力 系统的需要 全国各地区 110kV 及 110kV 电压等级以上变电站超高压开关设备选用 GIS 已成为主要发展趋势 在我国变电站的建设过程中仍然存在一些问题 比如由于经济步伐与农村变电站建 设步伐不一致 可以减少线路功率损耗 提高电力系统的稳定性的 深入市区 农村的 变电站远远不够 即使在建设这些变电站的过程中 也会常常面临站址选取 管理等诸 方面困难 二是城区地价昂贵 环境要求严格 在稠密的市区选择变电站址相当困难 在农村 农田的保护非常严格 我国开始开发新的技术 即建设地下变电站 而建设地 下变电站可以利用城市绿化带或者利用大厦的地下室 例如前者有上海人民广场 北京 王府井 220kV 变电站 还有北京西单 110kV 变电站 随着新的科学技术的高速发展 制造 材料行业 尤其是计算机及网络技术的迅速 发展 其在电力系统中的应用使变配电技术也有了新的飞跃 如出现了无人值班或少人 值班变电所 3 这种新形式的变电站通常采用远动 RTU 方式或综合自动化技术 现在最常 见的无人值班变电站主要在传统的继电保护体制基础上 配合集中式 RTU 或者分布式 RTU 实现老站改造 这种新型变电站的功能除了有数据采集与处理 运行日志及报表生 成等正常运行功能外 还具有安全监视 保护 电量计算 遥控 远动 自诊断和自恢 复等功能 智能化正在逐步扩大其在电力系统应用领域的覆盖面 随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加 变电站发展的另一 个趋势是其接线趋于简化 我国少数变电站设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线方 案 简化接线方案集中在这些方面 如我国 500kV 330 kV 电压等级的接线较多采用 3 2 断路器接线 但现在有些设计院提出 根据工程情况 可采用 3 2 断路器变压器 母线组 接线 可靠性与 3 2 断路器接线基本相同 却可以降低投入 1 3 本文主要研究内容 本次设计主要是 110kV 电压等级的降压变电所一次接线设计 主要任务如下 1 根据原始资料选择 5 7 种合理的电气主接线 主接线的基本要求是安全性 可靠性 灵活性 经济性 可采用的接线形式有单母 线 单母线分段 双母线 双母分段和增设旁路母线的接线 2 进行初步技术 经济比较 选择较好的电气主接线 由初步技术 经济比较结果选择出较好的两种电气主接线进行进一步的设计 3 选择主变压器的容量和型号 变压器的选择原则 根据地区供电条件 负荷性质 用电容量 负荷性质和运行方 式等综合考虑确定 保证每年电容按 10 的增长 并在 10 年内能满足要求 并按下例 方案进行综合考虑 1 明备用方式 即 2 台主变压器的容量都满足要求 任何情况下都只有 1 台运行 两台主变压器互相备用 2 暗备用方式 即 2 台主变压器的容量之和满足要求 正常情况下两台主变运行 故障情况下一台运行 因此 每台变压器的容量应满足安全用电的要求 即保证 类 负荷的供电 一般要求能满足全部负荷的 70 80 4 计算两种主接线的短路电流 供电系统应该正常的不间断地可靠供电 以保证生产和生活的正常进行 但是供电 系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏 所谓短路 就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值 的大电流 造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏 误动作 雷击或过电压击穿 等 短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍 当它通过电气设备时 设 备的载流部分变形或损坏 选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定 短路电流在线路 上产生很大的压降 离短路点越近的母线 电压下降越厉害 从而影响与母线连接的电 动机或其它设备的正常运行 5 根据短路电流计算结果选择电气设备 由短路电流计算结果选择高压侧配电系统设备的选择 如高压断路器 高压隔离开 关 高压熔断器 低压侧配电系统设备的选择 如低压断路器 低压隔离开关 低压熔 断器 电流互感器 电压互感器等 6 通过技术经济比较确定最佳方案 7 防雷系统设计 防雷保护包括直击雷保护 入侵雷保护 还有接地装置的设计等 由于雷电参数和 电气设备的冲击放电特性具有统计性 故防雷措施也是相对的 而不是绝对的 屋内外配电装置设计和总平面布置 对于接受和分配电能的电气装置 在放置开关设备 联接母线 保护电器 测量 仪表和其他辅助设备时 应遵循安全可靠 便于操作 维护 检修 再之前基础上 考 虑其经济性并留有可扩建的裕度 9 绘制图纸 电气主接线 电气总平面布置 防雷与接地各一张 配电装置断面图 3 4 张 2 电气主接线的设计 2 1 主接线的设计原则 变电站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 直接关系着全站电器设备的选择 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 主接线的设计是一个综 合性的问题 必须在满足国家有关技术经济政策的前提下 力争使其技术先进 经济合 理 安全可靠 对于 6 220kV 电压配电装置的接线 在具体确定接线时 以电源和出线为主体 一 般分两类 一为母线类 包括单母线 单母线分段 双母线 双母线分段和增设旁路母 线的接线 其二为无母线类 包括单元接线 桥形接线和多角形接线等 在进出线回路 数多时 为便于电能的汇集和分配 通常采用有母线类 旁路母线的设置原则 1 采用分段单母线或双母线的 110kV 配电装置 当断路器不允许停电检修时 一 般需设置旁路母线 因为 110kV 线路输送距离长 功率大 一旦停电影响范围大 且断 路器检修时间较长 平均每年 5 7 天 故设置旁路母线为宜 当有旁路母线时 应首 先采用以分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线 2 35kV 配电装置中 一般不设旁路母线 因重要用户多系双回路供电 且断路器 检修时间短 平均每年 2 3 天 如线路断路器不允许停电检修时 可设置其它旁路设施 3 10kV 配电装置 可不设旁路母线 对于出线回路数多或多数线路系向用户单独 供电 以及不允许停电的单母线 分段单母线的配电装置 可设置旁路母线 对于变电站的电气接线 当能满足运行要求时 其高压侧应尽量采用断路器少的接 线 当出线为 2 回时 一般采用桥形接线 2 2 主接线设计的基本要求 变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位 变电站的规划容量 负荷性质 线路 变压器连接元件总数 设备特点等条件确定 并应综合考虑供电可靠 运行灵活 操作检修方便 投资节约和便于过渡或扩建等要求 8 2 2 1 主接线可靠性的要求 可靠性的工作是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 主接线的可靠性是它的各组成元件 包括一 二次部分在运行中可靠性的综合 因此 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 评价主接线可靠性的标志是 1 断路器检修时是否影响停电 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 能否对重要用户的供电 3 变电站全部停电的可能性 2 2 2 主接线灵活性的要求 主接线的灵活性有以下几个方面的要求 1 调度要求 可以灵活的投入和切除变压器 线路 调配电源和负荷 能够满足 系统在事故运行方式下 检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求 2 检修要求 可以方便的停运断路器 母线及其继电保护设备进行安全检修 且 不致影响对用户的供电 3 扩建要求 可以容易的从初期过渡到终期接线 使在扩建时 无论一次和二次 设备改造量最少 2 2 3 主接线经济性的要求 在满足技术要求的前提下 做到经济合理 1 投资省 主接线简单 以节约断路器 隔离开关等设备的投资 占地面积小 电气主接线设计要为配电装置布置创造条件 以节约用地 架构 导线 绝缘子及安装 费用 2 电能损耗少 经济选择主变压器型式 容量和台数 避免两次变压而增加电能 损失 2 3 电气主接线的选择和比较 2 3 1 主接线方案的拟订 高压侧是 2 回出线 可选择线路变压器组 接线可选 双母线 单母分段带旁路 桥型接线 中压侧有 4 回出线 低压侧有 8 回出线 均可以采用单母线 单母分段 单母分段 带旁路和双母线接线 在比较各种接线的优缺点和适用范围后 根据以上规定提出如下方案 方案一 如图 110kV 高压侧 内桥型接线 35kV 中压侧 单母线分段 10kV 低压 侧 单母线分段 图 2 1 方案一主接线 方案二 如图 110kV 高压侧 内桥接线 35kV 中压侧 双母线 10kV 低压侧 单 母线分段 2 2 方案二主接线 110kV侧 35kV侧10kV侧 四回四回 四回 110kV侧 35kV侧 10kV侧 四回四回 方案三 如图 110kV 高压侧 外桥接线 35kV 中压侧 单母线分段 10kV 低压侧 单母线分段 图 2 3 方案三主接线 方案四 如图 110kV 高压侧 单母分段接线 35kV 中压侧 单母线分段带旁路 10kV 低压侧 单母线分段 图 2 4 方案四主接线 110kV侧 35kV侧10kV侧 四回四回 110kV侧 35kV侧10kV侧 四回四回 方案五 如图 110kV 高压侧 内桥接线 35kV 中压侧 单母线分段带旁路 10kV 低压侧 单母线分段 图 2 5 方案五主接线 方案六 如图 110kV 高压侧 单母线分段 35kV 中压侧 单母线分段 10kV 低 压侧 单母线分段 图 2 6 方案六主接线 2 3 2 主接线各方案的讨论比较 方案一 110kV侧 35kV侧10kV侧 四回四回 110kV侧 10kV侧35kV侧 四回四回 110kV 侧 采用内桥法接线 该接线形式所用断路器少 四个回路只需三个断路器 具有可观的经济效益 连接桥断路器接在线路断路器的内侧 因此 线路的投入和切除 时 不影响回路的正常运行 操作比较方便 但是当变压器故障被切除时 会使得高压 侧两出线都停电 由于变压器是少故障元件 一般不经常切换 故内桥接法适用于输电 线路较长 故障几率较大而变压器又不经常切除的的情况 35kV 和 10kV 侧 采用单母分段接线的形式使得重要用户可从不同线分段引出两个 回路 使重要用户有两个电源供电 单母线分段接法可以提供单母线运行 各段并列运 行 各段分列运行等运行方式 便于分段检修母线 减小母线故障影响范围 任一母线 发生故障时 继电保护装置可使分段断路器跳闸 保证正确母线继续运行 方案二 110kV 侧采用单母线分段接线形式 描述同上 35k 侧 采用双母线接线 变电所经两回线从系统获得电源 采用双母线接线具有供 电可靠 调度灵活 扩建方便的优点 任一线路或断路器检修均不会造成停电 任一线 路 断路器故障只会引起短时停电 任一进线故障不会造成停电 10kV 与方案一相同 当然这种接线也有它本身的缺点 那就是在检修母线或断路器 时会造成停电 特别在夏季雷雨较多时 断路器经常跳闸 因此要相应地增加断路器的 检修次数 这使得这个问题更加突出 方案三 110kV 侧 采用外桥法接线 与内桥法一样 该接线形式所用断路器少 四个回路只 需三个断路器 具有可观的经济效益 而与内桥接法不同的是 外桥接线适用于输电线 路较长 且变压器随经济运行的要求需要经常切换 或系统有穿越功率的较为适用 35kV 和 10kV 与方案 A 一致 方案四 110kV 侧 采用单母分段接线 描述同上 35kV 中压侧 采用单母线分段带旁路 该种接线适用于进出线回路数不多 容量不 大的中小型电压等级为 35 110kV 的变电所 具有足够的可靠性和灵活性 旁路断路器在 正常运行时全部断开 对分段母线上各出线断路器的检修处于 热备用状态 10kV 侧 单母线分段 描述同上 方案五 方案六 描述同上 2 3 3 主接线方案的选择 通过分析原始资料 可以知道该变电站在系统中地位较重要 年运行小时数较高 支持 工农业生产及城乡生活用电 因此主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性 根据以上 各个方案的初步经济与技术性综合比较 兼顾可靠性 灵活性 最终选择方案一和方案六 3 主变压器的选择 3 1 主变压器台数的选择 变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构 在确定时要结合 负荷情况综合分析 合理选择 主变压器的台数和容量 应根据地区供电条件 负荷性质 用电容量和运行方式等 综合考虑确定 2 主变压器容量一般按变电所 建成后 5 10 年的规划负荷选择 并适当考虑到 远期的负荷发展 对于城网变电所 主变压器容量应与城市规划相结合 3 在有一 二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器 当技术经济比较合理时 可装设两台及以上主变压器 本设计主要负荷为工农业生产及城乡生活用电 4 装有两台互为备有或两台以上的主变压器的变电所 当断开一台时 其余主变 压器应能够承担 60 80 的全部负荷 并应保证用户的一 二级负荷 本设计按 70 计 算 3 2 主变压器型式的选择 在生产上 电力变压器制成有单相 三相 双绕组 单绕组 自耦以及分裂变压器 等 1 110kV 及 10kV 主变压器一般均应选用三相双绕组变压器 2 在具有三种电压的变电所 如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 主变压器宜采用三相三绕组变压器 故本设计中主变压器宜采用三相三 绕组变压器 3 110kV 及以上电压的变压器绕组一般均为 YN 连接 本设计中 35kV 采用 YN 连接 其中性点通过消弧线圈接地 6 选择主变压器型式时 应考虑以下问题 相数 绕组数与结构 绕组接线组别 在 电厂和变电站中一般都选用 YN d11 常规接线 调压方式和冷却方式 本变电站具有 三个电压等级 110kV 35kV 10kV 装设两台变压器变电所的总装容量为 S总 S35kV S10kV P35kV cos P10kV cos 3 1 当一台变压器停运时 可保证对 70 的负荷供电 设变压器的事故过负荷能力为 40 则可保证 98 负荷供电 其中 中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输到各母 线上 因此主变压器容量为 S 0 7 S总 3 2 为保证供电质量 降低线路的损耗此变压器采用的是有载调压方式 在运行中可改 变分接头开关的位置 而且调节范围大 由于本地区的自然地理环境的特点 故冷却方 式采用风冷却方式 7 要选择主变压器 确定变压器各出线侧的最大持续工作电流 首先必须要计算 10kV 负荷和 35kV 的负荷 S P cos P S cos 3 3 P1 P2 Pe 3 4 Pe Smax cos Smax cos 55 0 85 22 0 85 90 588MVA S 0 7 S总 90 588 0 7 63 416 根据主变容量 所以选择的主变压器为 SFPSZ7 75000 110 型变压器 查表的其参数 如下 高压 110 8 1 25 中压 38 5 5 低压 10 5 空载损耗 80 0kW 负载损耗 38 5kW 阻抗电压 高 中 22 5 1 2 高 低 13 1 3 中 低 8 2 3 I0 1 3 Y0 Y0 12 11 3 3 变电站自用电接线设计 自用电接线包括从电源引接至站用电的全部网络 其中高压部分也是电站主接线的 组成部分 站用电接线的基本要求与主接线大体相同 其中最主要的是供电的可靠性 对小电站还要力求接线简单 清晰 运行方便 并合理节省费用 现主要以电源的引接 方式 接线的形式的供电网络三个层次给予说明 站用变压器选择 3 3 1 站用变压器的选择和接线方式 为保证重要变电所的安全用电 所以需装设所用变以备用 为了保证供电的可靠性 应 在 10kV 的两段母线上装设一台变压器 若只在一段母线上接所用电源 由于低压线路故障 率较高 不能保证变电所的不间断供电 所用变容量为总容量的 0 3 S 90 588 0 3 271 764KVA 故选用 SJL1 315 10 型所用变压器 其参数见表 3 1 为保证变电所安全可靠 选择所用变压器 分别挂在 10KV 分段母线上 表 3 1 变压器参数表 额定容量 KVA 变压比空载损耗 W 负载损 耗 短路阻抗 空载电流 接线 W 315105 0 4 800500042 4Y yn12 3 3 2 站用电的接线形式 站用电的低压电路还具有相应的接线形式以满足可靠性等方面的要求 由前面一 章知 单母线分段有较高的可靠性 现决定采用单用单母线分段 二分段母线用自动开 关和闸刀开关相联 分段自动开关在正常情况下处于分闸位置 当因故失去一个电源时 投入分段自动开关 由另一电源带全部负荷 这就是暗备用 为了满足 I 类负荷对恢复 供电的紧迫要求宜设置 BZT 备用电源自动投入 装置 以加速成切换过程和避免匆忙 中的人为操作 两电源不允许在低压侧并列 3 3 3 负荷供电回路 站用负荷的供电回路常用以下四种形式 直接或间接地从低压母线取电 1 一级辐射式供电 每个回路有单独的隔离引接 保护和操作电器以避免影响主母线的正常运行 供电 可靠性较高 一般只限于某些容量较大或较重要的公共负荷 2 二级辐射式供电 二级辐射式供电的前提是负荷的分组 采用分组二级供电方式的优点是 便于供电 的分组管理 方便运行维护 B 减小主盘的供电回数 提高一级辐射供电的可靠性 C 就地设置可大量节约电缆 向 II 类负荷供电的分盘应采用有独立的引接闸刀开关 的配电盘 以保证供电的可靠性和灵活性 3 干线式供电 对一些相邻近的小容量 III 类负荷或同一用电设备的不同负荷可共 用一组供电回路和电源电缆 直接在各负荷的操作电器的电源侧并接电源 4 环网式供电 将干线式供电回路的末端接至另一电源 构成环式供电 环式供电 用于重要负荷 但同样也禁闭环运行 综合考虑供电的可靠性 安全性 技术性和经济性决定采用 高压部分采用单母线分 段 负荷配电采用一级辐射式 环网式混合供电 4 短路电流的计算 4 1 短路电流计算的目的 在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 以下几方面 1 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 2 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 3 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 4 接地装置的设计 也需用短路电流 9 4 2 短路电流计算的一般规定 1 计算的基本情况 电力系统中所有电源均在额定负载下运行 所有同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 短路发生在短路电流为最大值时的瞬间 所有电源的电动势相位角相等 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 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 不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 3 计算容量 应按本工程设计规划容量计算 考虑电力系统的远景发展规划 一般考虑工程建成 后 5 10 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中性点直接接地系统及自耦变压 器等回路中单相 或两相 接地短路较三相短路情况严重时 则应该按严重情况的进行 校验 5 短路计算点 在正常接线方式中 通过电器设备的短路电流为最大的地点 称为短路计算点 对于带电抗器的 6 10kV 出线与厂用分支线回路母线至母线隔离开关之间的引线 套管时 短路计算点应该取电抗器前 选择其导体和电器时 短路计算点一般取在电抗 器后 4 3 计算步骤 1 选择计算短路点 2 画等值网络 次暂态网络 图 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 Xd 选取基准容量 Sb和基准电压 Ub 一般取后级的平均电压 将各元件电抗换算为同一基准值的标么值 给出等值网络图 并将各元件电抗统一编号 3 求计算电抗 Xjs 4 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 Xjs 3 5 5 计算短路电流周期分量有名值和标幺值 6 计算短路电流冲击值 7 计算全电流最大有效值 8 计算短路容量 4 44 4 短路电流计算短路电流计算 取 变压器各绕组的短路电压分别为 MVASB100 avB UU Uk1 Uk 1 2 Uk 3 1 Uk 2 3 22 5 13 8 13 75 4 1 2 1 2 1 Uk2 Uk 1 2 Uk 2 3 Uk 3 1 22 5 8 13 8 75 2 1 2 1 Uk3 Uk 2 3 Uk 3 1 Uk 1 2 13 8 22 5 0 75 2 1 2 1 各绕组的电抗标幺值计算如下 100 SB SN 13 75 100 100 75 0 183 4 2 1T X 1s U 100 SB SN 8 75 100 100 75 0 117 2T X 2s U 100 SB SN 0 75 100 100 75 0 01 0 3T X 3s U 由于阻抗值没有负值 故 XT3 0 对于线路 因为系统经双回线 LGJ 185 24km 给变电所供电 则线路阻抗为 Uav 1 05UN 1 05 110 115 5KV 4 3 XL x0 l SB Uav2 0 4 24 100 115 52 0 07 当系统母线高压侧 110kV 母线的短路电流标幺值为 25 SB 100MVA 其中 故 X12 2 0 092 1T X X23 2 0 0585 2T X X31 2 0 005 3T X Xl XL 2 0 035 Xd 0 04 25 1 图 4 1 d1 短路时变压器的等值网络 1 当 f1 点短路时 100 0 502kA 1f I B S B U3 B U3 次暂态短路电流标幺值 kA33 13 04 0 035 0 11 1 dl f XX I 短路电流的有名值 kAIII fff 69 6 502 0 33 13 11 1 冲击电流 kAIi ffsh 03 1769 6 28 128 1 11 0 1830 183 0 04 0 0 117 0 0 117 o 110kV 10kV 35kV 0 07 0 07 0 04 d1 0 07 0 07 0 04 0 07 2 0 075 d2 d1 d3 1 2 3 全电流最大有效值 Ich 1 51 6 69 1 51 10 17kA 1f I 短路容量 SF UB 6 69 115 1332 55 MVA3 1f I3 2 当 d2 点短路时 其等值网络图见图 4 2 图 4 2 KAUSI BBf 56 1 373 100 3 2 次暂态短路电流标幺值 44 4 225 0 1 117 0 183 0 117 0 183 0 035 0 04 0 1 1 321d 2 XXXXX I l f 次暂态短路电流的有名值 1 56 4 44 6 928 kA 2f I 2f I 2f I 冲击电流 kAIi ffsh 667 17928 6 28 128 1 22 全电流最大有效值 Ich 1 51 1 51 6 928 10 461 kA 2f I 短路容量 SF 37 6 928 444 MVA3 3 当 d3 点短路时 其等值网络图见图 4 3 0 1830 183 0 04 0 1170 117 o d2 110kV 35kV 0 07 0 07 0 30 3 0 04 d2 110kV 35kV 0 07 0 07 0 225 图 4 3 kAUSI BBf 5 5 5 103 100 3 3 次暂态短路电流标幺值 kA006 6 0183 0 0183 0 035 0 04 0 1 1 132 3 XXXXX I ld f 次暂态短路电流的有名值 kAIII fff 02 335 5006 6 33 3 冲击电流 kAIi ffsh 201 8402 3328 128 1 33 全电流最大有效值 Ich 1 51 1 51 33 02 50 19 kA 3f I 短路容量 SF 33 02 10 5 600 52 kA3 0 1830 183 0 04 00 o d3 110kV 10kV 0 07 0 07 0 1830 183 0 04 d3 110kV 10kV 0 07 0 07 0 1665 5 电气设备的选择 导体和电器的选择设计 必须执行国家的有关技术经济政策 并应做到技术先进 经济合理 安全可靠 允许方便和适当的留有发展余地 以满足电力系统安全经济运行 的需要 由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异 因此它们的选择校验项目和方 法也都完全不相同 但是 电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作 为此 它们的选择都有一个共同的原则 10 电气设备选择的一般原则为 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 应满足安装地点和当地环境条件校核 3 应力求技术先进和经济合理 4 同类设备应尽量减少品种 5 与整个工程的建设标准协调一致 6 选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未 经正鉴定的新产品应经上级批准 5 1 断路器与隔离开关的选择 SF6 断路器的特点 安全性高 适用于电压等级高的输电线路 少油断路器 油量少 重量轻 不用采用特殊的防火措施 尺寸小 占地面积小 造价低运行经验丰富 易于维护 噪音低 适用于电压等级低的输电线路 9 11 按额定 电压进行选择时 所选用的电气和电缆允许最高工作电压 Ugmax 不得低于回路所接电网 的最高运行电压 Un 即 Un Uns 5 1 一般电缆和电气允许的最高工作电压 当额定电压在 110kV 及以下时 为 1 15 Un 而实际一般不超过 1 1 Un 按额定电流进行选择时 导体和电气的额定电流是指在额定周围环境温度 Q0下 导 体和电气的长期允许电流 In 应不小与该回路的最大持续工作电流 即 In Igmax 5 2 由于变压器在电压降低 5 时 出力保持不变 故其相应的回路的 Ig 1 05IN IN为电气的 额定电流 其中为各回路持续工作电流 按表 5 1 进行选取 maxg I 校验 额定开断电流的校验条件 断路器的额定开断电流 不应小于实际开断电流的周期分量 慢速断路器开断 Nbr I pt I 时间长 0 1s 非周期分量衰减较多 可以不记 即 ptNbr II 热稳定校验应满足 其中 短路电流热效应 当时不记非周期分量 kt QtI 2 k QStk1 t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值 t I 设备允许通过的热稳定电流时间 t 动稳定校验应满足 Nclsh II 三相短路电流冲击电流最大值 sh I 断路器极限通过电流峰值 Ncl I 5 1 持续工作电流计算表 回路名称计算公式 馈线回路 cos3 max N g U P I 三相变压器回路 n n g U S I 3 05 1 max 其中 Sn 为变压器各侧绕组容量 母线分段断路器回路或母联 断路器回路 Igmax 一般为该母线上最大一台 发电机或一组变压器的持续工作 电流 1 1 110kV 断路器选择 110kV 断路器有三种选择 分别是 1 110kV 出线断路器 流过其的负荷功率为本站的全部最大负荷 5 3 59 90 max MVAS A kV kVA U P I N g 38 559 85 0 1103 1059 90 cos3 3 max 根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求 选择 SW4 110 型断路器 表 5 2 SW4 110 型断路器参数 型号额定电压 kV 额定电流 A 额定开断电流 kA 极限通过电 流 kA 峰 值 热稳定电流 kA 5s SW4 110110100018 45521 校验 高压断路器的额定开断电流 kAINbr 4 18 短路电流周期分量 kAIpt928 6 满足要求 ptNbr II 热稳定校验 5 4 dzk tIQ 2 tItI tdz 22 由断路器的热稳态短路电流的时间 t 查表的 Stz4 4 5 5 1 I I 45 4 05 0 zdz tt 短路电流发热等值时间 dz t 短路电流热效应 SkAtIQ dzk 222 587 21345 4 928 6 SKAtIt 222 2205521 热稳定校验满足要求 tIQ tk 2 动稳定校验 2 55 6 928 17 667 动稳定校验满足要求 55 2 55 shNcl ikAI f I shNcl iI 校验满足要求 所以断路器满足要求 2 110kV 变压器回路断路器 变压器回路的最大工作电流 A kV kVA U S I N N g 33 413 1103 107505 1 3 05 1 3 max 根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求 选择 SW4 110 型断路器 校验同 上 3 110kV 内桥断路器 母联回路的最大工作电流 A KV kVA U P I N g 69 279 85 011032 1059 90 cos32 3 max 根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求 选择 SW4 110 型断路器 校 验同上 5 1 2 35kV 断路器的选择 35kV 断路器有三种选择 分别是 1 35kV 侧出线上的断路器 35kV 侧出线的最大工作电流 A KV KVA U P I N g 267 85 0 3534 1055 cos34 3 max 根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求 选择 SW2 35 型断路器 表 5 3 SW2 35 型断路器参数 型号额定电压 kV 额定电流 A 额定开断电流 kA 极限通过电 流 kA 峰 值 热稳定电流 kA 4s SW2 3535150024 863 424 8 校验 高压断路器的额定开断电流 kAINbr8 24 短路电流周期分量 故满足条件 kAI pt 928 6 ptNbr II 热稳定校验 5 6 dzk tIQ 2 5 7 tItI tdz 22 由断路器的热稳态短路电流的时间 t 查表的 Stz5 3 1 I I 55 305 0 zdz tt 短路电流发热等值时间 dz t 短路电流热效应 SkAtIQ dzk 222 39 17055 3 928 6 SkAtIt 222 16 24604 8 24 热稳定校验满足要求 tIQ tk 2 动稳定校验 17 67 动稳定校验满足要求 55 2 4 63 shNcl ikAI f I shNcl iI 校验满足要求 所以断路器满足要求 2 35kV 侧的变压器回路断路器 35kV 变压器回路的最大工作电流 A KV KVA U S I N N g 1299 353 107505 1 3 05 1 3 max 根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求 选择 SW2 35 型断路器 其校验 同上 3 35kV 母联断路器 35kV 母线的最大工作电流 A kV kVA U P I N g 37 560 85 0 3532 105505 1 cos32 05 1 3 max 根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求 选择 SW2 35 型断路器 校验同上 5 1 3 10kV 侧断路器选择与校验 10kV 侧断路选择有三种选择 分别是 1 10kV 侧出线上的断路器 10kV 侧出线的最大工作电流 A kV kVA U P I N g 79 186 85 0 1038 1022 cos38 3 max 根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求 选择 ZN