毕业设计（论文）-35kV变配电所一次设计.doc

某用户 35kV 变配电所一次设计 XXXXXXXXXXXXXXXXXX 学校学校 毕业设计毕业设计 论论文 文 题题目目 某用户某用户 35kV35kV 变配电所变配电所 一次部分设计一次部分设计 系系 别别 专专 业业 风风能与能与动动力技力技术术 班班 级级 姓姓 名名 学学 号号 指指导导教教师师 职职称 称 日日 期期 某用户 35kV 变配电所一次设计 I 35kV 变配电所一次设计 某用户 35kV 变配电所一次设计 II 摘摘 要要 本设计参考类似工程而做 共分三个部分 第一部分为设计任务书 主要介绍新建 变电所的基本资料 35kV 和 10kV 用户负荷统计资料 主电路的设计 待建变电所与电力 系统的连接情况 设计任务及要求 第二部分为变电所计算部分 包括负荷计算 无功 补偿计算 主变容量选择计算 所用电容量选择计算 短路电流计算 以及新建变电所 主方案的确定 主要设备选择过程及结果等 第三部分包括图纸和参考文献 关键词 变电所设计 设计说明书 短路电流计算 设备选择与设计 某用户 35kV 变配电所一次设计 III Abstract This reference design similar projects to do is divided into three parts The first part of the design task introduces the basic information of the new substation 35kV and 10kV user load statistics the main circuit design to be built substation and power system connection the design tasks and requirements Substation computing part of the second part including load calculations reactive power compensation calculation select the computing capacity of the main transformer the power capacity you choose to calculate short circuit current calculation new substation program major equipment selection process and the results The third section includes drawings and references Keywords substation design design specification short circuit current computing equipment selection and design 某用户 35kV 变配电所一次设计 IV 目目 录录 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 1 选题背景 1 1 2 选题意义 1 1 3 变电所发展概况 1 1 4 设计内容 2 1 5 原始资料 2 第第 2 章章 主接线的选择主接线的选择 3 2 1 主接线的设计原则和要求 3 2 2 电气主接线的主要要求 3 2 3 主接线的拟定 3 2 3 1 内桥线路的特点 3 2 3 2 外桥接线的特点 4 2 3 3 单母线分段带旁路接线的特点 5 2 3 4 单母线不分段接线的特点 5 2 3 5 单母线分段接线的特点 6 2 4 主接线的比较与选定 6 2 5 所用电的设计 6 第第 3 章章 变压器的选择变压器的选择 9 3 1 主变的选择 9 3 1 1 主变压器的选择原则 9 3 1 2 主变压器的选择 9 3 2 所用变的选择 11 第第 4 章章 短路电流的计算短路电流的计算 12 4 1 短路的基本知识 12 4 1 1 计算短路电流的目的 12 4 1 2 短路电流实用计算的基本假设 13 4 2 短路电流的计算 13 第第 5 章章 设备的选择与校验设备的选择与校验 18 5 1 电气选择的一般条件 18 5 1 1 按正常工作条件选择导体和电器 18 5 1 2 按短路情况校验 18 5 2 高压断路器的选择及校验 19 5 2 1 对高压断路器的基本要求 19 5 2 2 额定电流的计算 19 5 2 3 高压断路器的选择结果及校验 20 5 3 高压隔离开关的选择与校验 22 5 3 1 主变一次侧隔离开关选择与校验 22 某用户 35kV 变配电所一次设计 V 5 3 2 主变二次侧隔离开关选择与校验 23 5 4 高压熔断器的选择及校验 24 5 4 1 参数的选择 24 5 4 2 熔体的选择 25 5 4 3 高压熔断器选择结果表 25 5 4 4 高压熔断器的校验 26 5 5 互感器的选择与配置 27 5 5 1 电流互感器的选择 27 5 5 2 电压互感器的选择 28 5 6 导体的选择与校验 29 5 6 1 母线及电缆的选择原则 29 5 6 2 敞母线及电缆的选型 29 5 6 3 母线及电缆截面的选择 29 第第 6 章章 补偿装置补偿装置 32 6 1 补偿装置的分类 32 6 1 1 串联补偿装置 32 6 1 2 并联补偿装置 32 6 2 并联电容器装置容量选择和主要要求 33 6 3 并联电容器容量的计算 33 第第 7 章章 变电站防雷与接地的设计变电站防雷与接地的设计 35 7 1 防雷保护 35 7 1 1 防雷保护的必要性 35 7 1 2 变电所中可能出现大气过电压的种类 35 7 1 3 雷电波的危害 35 7 1 4 变电所的直击雷保护 35 7 1 5 变电所入侵波的保护 37 7 1 6 变电站的进线段保护 37 7 2 接地体和接地网的设计 38 7 2 1 接地体的设计 38 7 2 2 接地网的设计 38 附录附录 40 致谢致谢 41 参考文献参考文献 42 毕业设计 论文 评语毕业设计 论文 评语 43 某用户 35kV 变配电所一次设计 0 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 选题背景选题背景 电力已成为人类历史发展的主要动力资源 要科学合理的使用及分配电力 必须从 工程的设计来提高电力系统的可靠性 灵活性和经济运行效率 从而达到降低成本 提 高经济效益的目的 变电所是电力系统配电传输不可缺少的重要组成部分 它直接影响 整个电力网络的安全和电力运行的经济成本 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 电气主接线是发电厂变电所电气部分的主体 电气主接线的拟定 直接关系着全厂 所 电气设备的选择 配电装置的布置 继电保护和自动装置方式的 确定 对电力系统的可靠 灵活 经济运行起着决定的作用 目前 35kV 常规变电所在城农网中仍占有较大的比重 其一次 二次设备都比较落 后 继电保护装置多为电磁式继电器组合而成 一般只具有当地控制功能 多为有人值 班运行方式 随着电网运行自动化系统的提高 变电所综合自动化系统发挥着越来越强大 的作用 少人或无人值守变电所将成为今后变电运行的主流方式 对原有电站及新建电站 实现无人值守势在必行 对设计人员来讲 我们只有不断提高自身素质 才能跟得上电 力系统的飞速发展 为电力事业的兴盛尽一点微薄之力 1 2 选题意义选题意义 变电所是电力系统中变换电压 接受和分配电能 控制电力的流向和调整电压的电 力设施 它通过其变压器将各级电压的电网联系起来 变电所起变换电压作用的设备是 变压器 除此之外 变电所的设备还有开闭电路的开关设备 汇集电流的母线 计量和 控制用互感器 仪表 继电保护装置和防雷保护装置 调度通信装置等 有的变电所还 有无功补偿设备 本设计针对变电所进行设计 设计内容包括 变压器台数和容量的选择 主接线的 选择 短路电流的计算 主要电器设备的选择和校验 继电保护及变电所防雷等 通过 对变电所电气部分的设计 使我明白其目的在于使我们通过这次毕业设计 能够得到各 方面的充分训练 结合毕业设计任务加深了对所学知识内在联系的理解 并能灵活的运 用 1 3 变电所发展概况变电所发展概况 随着计算机技术的飞速发展 微型计算机技术在电力系统中得到了越来越广泛的应 用 它集变电所中的控制 保护 测量 中央信号 故障录波等功能于一身 替代了原 常规的突出式和插件式电磁保护 晶体管保护 集成电路保护 常规控制 保护装置已 逐步从电力系统中退出 取而代之的则是这种新型的微机监控方式 它运用了自动控制 技术 微机及网络通信技术 经过功能的重新组合和优化设计 组成计算机的软硬件设 备代替人工 利用变电所中的远动终端设备来完成对站中设备的遥信 遥测 遥调 遥控 即四遥功能 这就为实现变电所无人值守提供了前提条件 变电所 所综合自动化和无 人值守是当今电网调度自动化领域中热门的话题 在当今城 农网建设改造中正被广泛 采用 某用户 35kV 变配电所一次设计 1 1 4 设计内容设计内容 本次设计的题目是 某用户 35kV 配变电所一次部分设计 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 1 5 原始资料原始资料 表 1 1 35kV 用户负荷统计资料 用户名 称 最大负荷 kW 功率因数回路数 重要负荷 炼钢厂 420000 95265 表 1 2 10kV 用户负荷统计资料 序号 用户名 称 最大负荷 kW 功率因 数 回路 数 重要负荷 1 用户 1 18002 2 用户 2 9002 3 用户 3 21002 4 用户 4 24002 5 用户 5 20002 6 用户 6 600 0 95 2 62 某用户 35kV 变配电所一次设计 2 第第 2 章章 主接线的选择主接线的选择 2 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 2 1 电气主接线的主要要求电气主接线的主要要求 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 断路器检修时 是否影响供电 停电的范围和时间 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 发电厂 变电所全部停电的可能性 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 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 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 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 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 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 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 某用户 35kV 变配电所一次设计 3 2 1 主接线的拟定主接线的拟定 2 3 1 内桥线路的特点 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 其内桥接线图如图 2 1 所示 2 1 内桥接线图 2 3 1 外桥接线的特点 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 其外桥接线图如图 2 2 所示 某用户 35kV 变配电所一次设计 4 图 2 2 外桥接线图 2 3 1 单母线分段带旁路接线的特点 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 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 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 单母线分段带旁路接线如图 2 3 所示 图 2 3 单母线带旁路接线图 2 3 1 单母线不分段接线的特点 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 单母线不分段接线图如图 2 4 所示 某用户 35kV 变配电所一次设计 5 图 2 4 单母线不分段接线图 2 3 1 单母线分段接线的特点 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 停止工作 任一支断路器检修时 该支路必须停止工作 2 1 主接线的比较与选定主接线的比较与选定 首先 内桥接线图和外桥接线图线简单 但是操作复杂 易出现误操作的 所以方 案一和方案二被否定 将不采用 单母线分段带旁路接线图结杂 虽然可靠性好 但是 对于 35KV 线路来说建造成本太过庞大 不经济所以方案三被否定 单母线不分段接线图 和单母线分段都比较符合建造条件 但是相对来说 方案五较方案四可靠性更好 所以 最终主接线将采用单母线分段 即选择单母线分段接线图 如图 2 5 所示 某用户 35kV 变配电所一次设计 6 图 2 5 单母线分段接线图 2 1 所用电的设计所用电的设计 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 6 所 示 图 2 6 a 接线方式 1 某用户 35kV 变配电所一次设计 7 图 2 7 接线方式 2 图 2 8 接线方式 3 其中图 2 6 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 7 的所用变投资成本最低但其可靠性较低 图 2 8 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 2 6 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 2 7 所示 某用户 35kV 变配电所一次设计 8 第第 2 章章 变压器的选择变压器的选择 3 1 主变的选择主变的选择 3 1 1 主变压器的选择原则主变压器的选择原则 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 70 80 选择 某用户 35kV 变配电所一次设计 9 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 3 1 1 主变压器的选择主变压器的选择 1 变电站主变压器台数的确定 根据用电用户是炼钢厂考虑到供电可靠性保证炼钢厂正常的工作避免给工厂造成损 失 确定该变电站选用两台相同容量的主变压器 2 变电所主变压器容量的确定 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 3 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 42000 kw Pn 4421095 0 KVAPnS 4 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 5 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 6 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 由于待设计变电所承担 为炼钢厂供电的责任 为确保供电质量 应有较大的调整范围 故我们选用有载调压方 式 7 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 8 主变压器冷却方式的选择 某用户 35kV 变配电所一次设计 10 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 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 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 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 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 强迫油循环风冷却 其原理与强迫油循环水冷相同 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 3 1 所示 表 3 1 变压器参数表 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 ZS9 8000 3580003510 5Ynd119 8442 757 50 9 3 1 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 考虑到其中某台变压器的暂停运行时另外一台变压器要承担所有负荷 所以两台变 某用户 35kV 变配电所一次设计 11 压器用量均要满足能够带动所有负荷而不超载 故变压器容量计算如下 Pn 1800 900 2100 2400 2000 600 9800kW Sn Pn 0 95 9800 0 95 10315kVA 由以上数据查表得选择所用变的型号及相关参数如下表 3 2 所示 表 3 2 变压器型号及参数表 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 3535 5 0 4100Yyn00 32 036 5 2 1 S910 50 480Yyn00 241 254 0 1 8 第第 3 章章 短路电流的计算短路电流的计算 4 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 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 某用户 35kV 变配电所一次设计 12 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 4 1 1 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 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 4 1 1 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 短路发生前 电力系统是对称的三相系统 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 某用户 35kV 变配电所一次设计 13 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 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 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 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 4 1 短路电流的计算短路电流的计算 图 4 1 短路电流计算等值网络图 1 基本值选取 Sb 100MVA Ub 为各侧平均额定电压 1 主变压器参数的计算 5 10 12 U18 13 U5 6 23 U 11 5 6185 10 2 1 1 U 5 0 185 6 5 10 2 1 2 U 11 5 6185 10 2 1 1 U 2 电抗标幺值 某用户 35kV 变配电所一次设计 14 27 0 40 100 100 11 100 1 1 N B S SU X 01 0 40 100 100 5 0 100 2 2 N B S SU X 17 0 40 100 100 7 100 3 3 N B S SU X 3 电流等值电抗计算 05 0 8 0 50 4 100 124 0 4 f X 30 0 85 0 20 2 100 1423 0 2 f X 04 0 100 1 4 N b b S SU X 04 0 100 1 2 N b b S SU X 08 0 2 1 4 B B X U S YLX 11 0 2 2 2 B B X U S YLX 17 0 4441 XBFZ XXXX 18 0 2222 XBFZ XXXX 07 0 2 1 4 B B U S YLX 1 0 2 1 5 B B U S YLX 3 3 2 3 6 B B U S YLX 2 当 K1 点发生短路时 某用户 35kV 变配电所一次设计 15 2 3 1 图 4 2 K1 点等值网络图 11 图 4 3 K1 点等值网络简化图 09 0 18 017 0 18 0 17 0 6 z X 短路回路总电抗 06 0 1 0 07 009 0 01 0 07 009 0 z X 电源总额定容量 297 85 0 20 2 8 0 50 40 MVASNZ 计算电抗 18 0 100 297 06 0 js X 6 5 1 JS X I 74 0 231 3 297 KAINE 14 4 74 0 6 5 KAI 某用户 35kV 变配电所一次设计 16 56 1014 4 55 2 KAICH 29 6 52 1 KAIIOH 6 1577 3 MVAUIS N 当 K2 发生短路时 22 图 4 4 K2 点等值网络图 26 0 217 XXX 短路回路总电抗 2 013 0 26 0 1 0 16 0 Z X 计算电抗 6 0 100 297 2 0 js X 7 1 1 JS X I 6 4 37 3 297 KAINE 82 7 7 1 6 4 KAI 94 1982 7 55 2 KAICH 89 1182 7 55 1 KAIOH 6 474 3 MVAUIS N 当 K3 点发生短路时 某用户 35kV 变配电所一次设计 17 3 3 0 1 3 图 4 5 K3 点等值网络图 44 0 318 XXX 28 0 22 0 26 0 1 0 16 0 22 0 1 0 16 0 Z X 计算电抗 83 0 100 297 28 0 js X 2 1 1 JS X I 3 16 5 10 3 297 KAINE 6 192 1 3 16 KAI 9 49 6 19 55 2 KAICH 8 29 6 19 52 1 KAIOH 48 339 3 MVAUIS N 3 短路电流计算结果表 表 4 1 短路电流计算结果 数值 各量 X kA I kA Ish kA Ich kA S MVA 220kV5 64 1410 566 291577 6 35kV1 77 8219 9411 89474 06 10kV1 219 649 929 8339 48 某用户 35kV 变配电所一次设计 18 第第 3 章章 设备的选择与校验设备的选择与校验 5 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 5 1 1 按正常工作条件选择导体和电器按正常工作条件选择导体和电器 5 1 1 按短路情况校验按短路情况校验 1 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 2 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 某用户 35kV 变配电所一次设计 19 5 1 高压断路器的选择及校验高压断路器的选择及校验 5 2 1 对高压断路器的基本要求对高压断路器的基本要求 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 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 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 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 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 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 5 2 1 额定电流的计算额定电流的计算 1 变压器一次侧的额定电流 1 1 3 I N N c U S A97 131 353 8000 AIc g 57 13897 13105 1 05 1 I 1max 2 变压器二次侧的额定电流 A U S I N N c 89 461 103 8000 3 2 2 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 某用户 35kV 变配电所一次设计 20 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 5 2 1 高压断路器的选择结果及校验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 5 1 得 表 5 1 主变压器一次侧断路器参数 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 1 热稳定的校验 S 0 13 0 050 18s KAII 8 17 3 1 3 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 2 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 3 开断能力 即合格 kAI 8 171 kA25 4 短路容量 56000 即合格 1140 4 11100 MVAISS B MVA 5 选择校验结果如表 5 2 所示 表 5 2 选择校验表 计算参数选择 LW8 40 5 型 序号 项目参数项目参数 校验结果 某用户 35kV 变配电所一次设计 21 1 工作电压 35kV UN 35kV 合格 2 工作电流 138 57A IN 1600 kA 合格 3 断流容量1140MVASKN56000MVA合格 4 动稳定校验 kAish39 45 3 max ikA63合格 5 热稳定校验 skAti ima 03 57 2 3 tIt 2 2500skA 合格 6 开断能力 17 8 kA 额定开断 能力 25kA 合格 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 表 5 3 主变压器二次侧断路器选择表 型号 额定 电压 kV 最高工 作电压 kV 额定 电流 kA 额定开 断电流 kA 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 ZN28 1210 12 630 20 20 4S 50 50 0 060 03 1 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 2 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 3 开断能力 某用户 35kV 变配电所一次设计 22 即合格 kAI8 92 kA20 4 短路容量 6300 即合格 17979 1 100 MVAISS B MVA 5 主变二次侧的断路器 表 5 4 主变压器二次侧断路器选择表 计算参数选择 ZN28 12 型 序号 项目参数项目参数 校验结果 1 工作电压 10kV UN 10kV 合格 2 工作电流 468 98A IN 630 kA 合格 3 断流容量179MVASKN6300MVA合格 4 动稳定校验 kAish99 24 3 max ikA50合格 5 热稳定校验 skAti ima 3 17 2 3 tIt 2 1600skA 合格 6 开断能力 9 8kA 额定开断 能力 20kA 合格 5 1 高压隔离开关的选择与校验高压隔离开关的选择与校验 5 3 1 主变一次侧隔离开关选择与校验主变一次侧隔离开关选择与校验 主变一次侧隔离开关选择参数如表 5 5 所示 表 5 5 主变压器一次侧隔离开关选择表 型号额定电压 kV 最高工作电压 kV 额定电流 kA 动稳定电流 kA 热稳定电流 kA GW2 35G35 40 5 60048 20 4s 1 热稳定的校验 KAII 8 17 3 1 3 设 0 18s dz t skAtI dz 03 5718 0 8 17 2 2 3 某用户 35kV 变配电所一次设计 23 又1600 4202 2t ItskA 即合格 tIt 2 ima tI 2 3 2 动稳定的校验 kAi48 max kAI 8 171 又 kAIish39 458 1755 2 55 21 3 即合格 max i 3 sh i 3 主变一次侧隔离开关 表 5 6 主编一次侧隔离开关选择表 计算参数选择 GW2 35G 型 序号 项目参数项目参数 校验结果 1 工作电压 35kV UN 35kV 合格 2 工作电流 138 57A IN 600kA 合格 3 动稳定校验 kAish39 45 3 max ikA48合格 4 热稳定校验 skAti ima 03 57 2 3 tIt 2 1600skA 合格 5 3 1 主变二次侧隔离开关选择与校验主变二次侧隔离开关选择与校验 主变二次侧隔离开关选择参数如下图所示 10侧隔离开关 kV 表 5 7 主变压器隔离开关选择表 型号额定电压 kV 最高工作电压 kV 额定电流 kA 动稳定电流 KA 热稳定电流 kA GN 810 11 5 600 52 20 4s 1 热稳定的校验 kAII8 9 3 2 3 设0 18s dz t skAtI dz 3 1718 0 8 9 2 2 3 又1600 4202 2t ItskA 即合格 tIt 2 ima tI 2 3 某用户 35kV 变配电所一次设计 24 2 动稳定的校验 kAi25 max kAI8 92 又 kAIish99 248 955 2 55 2 2 3 即合格 max i 3 sh i 3 主变二次侧隔离开关 表 5 8 主变压器二次侧隔离开关的选择表 计算参数选择 GN 8 型 序号 项目参数项目参数 校验结果 1 工作电压 10kV UN 10kV 合格 2 工作电流 484 98A IN 600 kA 合格 3 动稳定校验 kAish99 24 3 max ikA25合格 4 热稳定校验 skAti ima 3 17 2 3 tIt 2 1600skA 合格 5 1 高压熔断器的选择及校验高压熔断器的选择及校验 5 4 1 参数的选择参数的选择 表 5 9 参数选择表 项目参数 正常工作条件电压 电流 技术条件 保护特性断流容量 最大开断电流 熔断特性 最小熔断电流 环境条件 环境温度 最大风速 污秽 海拔高度 地震烈度 当在屋内使用时 可不校验 1 限流式高压熔断器一般不宜使用在电网工作电压低于熔断器额定电压的电网中 以避免熔断器熔断截流式产生的过电压超过电网允许的 2 5 倍工作相电压 当经过验算 电器的绝缘强度可允许使用高一级电压的熔断器时 则应 按电压比折算 降低其额定的断流容