茅坪35kV变电站系统一次设计毕业论文设计.doc

平顶山工学院学士学位论文 i 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题目 茅坪 35kv 变电站 系统一次设计 平顶山工学院学士学位论文 ii 目 录 摘摘 要要 1 1 第一章第一章 绪绪 论论 3 3 1 1 变电站供配电系统供电设计的一般原则 3 1 2 本设计内容及步骤 3 1 3 原始资料和问题的提出 4 第二章第二章 负荷分析计算负荷分析计算 7 7 2 1 负荷分析 7 2 2 负荷计算 7 第三章第三章 主变压器的选型和确定主变压器的选型和确定 1010 3 1 主变压器台数的确定 10 3 2 变压器容量和型号确定 11 3 3 无功功率补偿 13 第四章第四章 主接线设计主接线设计 1616 4 1 电气主接线概述 16 4 2 主接线设计 16 第五章第五章 短路电流计算短路电流计算 2020 5 1 概 述 20 5 2 短路电流 21 5 3 短路电流计算 21 第六章第六章 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验 2525 6 1 高压一次设备的选择原则 25 6 2 高压断路器的选择 27 6 3 高压隔离开关的选择 30 6 4 高压熔断器的选择 33 6 5 互感器的选择与校验 34 6 6 导线截面的选择与校验 37 第七章第七章 主变压器保护主变压器保护 4141 7 1 概 述 41 7 2 主变压器保护的计算 41 第八章第八章 35kv35kv 茅坪变电站防雷设计茅坪变电站防雷设计 4848 8 1 概 述 48 8 2 茅坪变电站直击雷的防护 48 8 3 雷电侵入波保护 52 结束语结束语 5454 参考文献参考文献 5555 平顶山工学院学士学位论文 1 摘 要 本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数 并通过对负荷 资料的分析 安全 经济及可靠性方面考虑 确定了 35kv 10kv 以及站用变的 主接线 然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数 容量及型号 同时也确定了站用变压器的容量及型号 其次 对高压熔断器 隔离开关 母 线 电压互感器 电流互感器等进行了选型和校验 最后 对主变压器和变电 站进行了继电保护设计 从而完成了茅坪 35kv 变电站电气一次部分的设计 关键词 变电站 变压器 主接线 短路电流计算 平顶山工学院学士学位论文 2 abstract the first of this paper on the basis of the mandate the load line and all the parameters given by the system through the analysis to load data and the considerations of security economic and reliability then identified 35 kv 10kv station changed and the main cable and then through load calculation and the scope of the main electricity identify transformer number capacity and models at the same time identify the station transformer capacity and models secondly select the high voltage fuse isolating switch bus voltage transformers current transformers and then validate them finally the paper designs the main transformer and the substation thus complete a part of the design of the maoping 35 kv electrical substation key words substations transformers main wiring short circuit current calculation 平顶山工学院学士学位论文 3 第一章 绪 论 1 1 变电站供配电系统供电设计的一般原则 按照国家标准 gb50052 95 供配电系统设计规范 gb50053 94 10kv 及以下设计规范 gb50054 95 低压配电设计规范 等的规定 进行供配电 设计必须遵循以下原则 1 遵守规程 执行政策 2 安全可靠 先进合理 3 近期为主 考虑发展 4 全局出发 统筹兼顾 按负荷性质 用电容量 工程特点和地区供电条件等 合理确定设计方案 变电站是整个城区设计中的重要组成部分 变电站供电设计的质量直接影响到 城区发展 作为从事变电站的人员 有必要了解和掌握变电站供电设计的有关 知识 以便适应设计工作的需要 1 2 本设计内容及步骤 变电站及配电系统设计的基本内容有以下几方面 1 改善功率因数装置设计 按变电站的功率因数 通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补 偿 的无功率 由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量 2 变电站的位置和主变压器的台数及容量选择 参考电源进线方向 综合考虑设置变电站的有关因素 确定变压器的台数 和容量 3 变电站主结线设计 根据变电站配电回路数 确定变电站高 低接线方式 对它的基本要求 即要安全可靠又要灵活经济 安装容易维修方便 4 供 配电系统短路电流计算 平顶山工学院学士学位论文 4 本变电站的容量运行小于电网容量 皆可按无限容量系统供电进行短路计 算 由系统不同运行方式下的短路参数 求出不同运行方式下各点的三相短路 电流 5 变电站高 低压侧设备选择 参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值 选择变电站 高 低压侧电器设备 如隔离开关 断路器 母线 电缆 避雷器 互感器 等设备 并根据需要进行热稳定和动稳定检验 6 主变保护及整定 电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备 它的故障对供电可靠 性和系统的正常运行带来严重后果 同时大容量变压器也是非常贵重的元件 因此 必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好 动作可靠的保护 gb50062 92 规定 1000kva 及以上的单独运行变压器和 6300kva 及以上的并列 运行变压器 应装设差动保护 根据以上规范和实际需要 本变电站主变压器 主要装设差动保护 过电流保护和过负荷保护 7 变电站防雷装置设计 雷电所引起的大气过电压将会对电气设备和变电站的建筑物产生严重的危 害 因此 在变电站和高压输电线路中 必须采取有效的防雷措施 以保证电 气设备的安全 参考本地区气象地质材料 设雷装置 进行防直击的避雷针保 护范围计算 避免产生反击现象的空间距离计算 按避雷器的基本参数选择防 雷电冲击波避雷器 并确定其接线部位 1 3 原始资料和问题的提出 1 3 1 原始资料 1 原始资料 35kv 茅坪变电站的选址于秭归县茅坪开发区 并临近三峡库区 其主要供 电对象是居民用电 茅坪开发区工业用电 35kv 变电站的建设将大大提高整体 供电能力和供电可靠性 减小供电半径 供电线损大幅下降 供电量增加 适 应城市现代化建设与发展的需要 满足国民经济增长和人民生活质量提高对电 平顶山工学院学士学位论文 5 力的需求 茅坪变电站为 35kv 10kv 降压变电站 本变电站的负荷资料 1 近期负荷如表 1 1 表 1 1 35kv 茅坪变电站近期负荷 序 号用户名称用类别最大负荷 kw 备 注 1 机械厂 ii345 2 医院 i357 有备用电源 3 河东变 1400 4 铁路用电 i600 有备用电源 5 化工厂 ii705 6 电机厂 ii540 7 水泥厂 716 8 印染厂 893 9 农用电 900 10 造纸厂 720 11 和平商场 i300 有备用电源 12 面粉厂 ii630 2 远期预计尚有 200kv 的新增负荷 其中 35kv 及 10kv 负荷功率因数均取为 cos 0 85 负荷同时率 35kv kt 0 9 10kv kt 0 85 站用变计算负荷 50kw cos 0 87 2 设计基本内容 变电站电气主接线的设计 短路电流计算 主要电气设备选择 3 设计成果 设计说明书一份 电气主接线图一张 平顶山工学院学士学位论文 6 1 3 2 本站环境要求 茅坪变电站选址附近地区地势平缓 海拔高度 1000m 气象条件 历史最 高温度为 37 度 最低为 5 度 最高月平均温度为 27 度 10kv 采用屋外配电 装置 架空出线 10kv 一次设备室外布置 平顶山工学院学士学位论文 7 第二章 负荷分析计算 2 1 负荷分析 2 1 1 负荷计算的目的及依据 系统的构成最终还要依赖于系统中每个设备的确定 这些设备必须满足在 正常负荷电流的作用下长时间安全运行的要求 如何确定系统在建成后实际负 荷的大小呢 这就要求做负荷的预测计算 即负荷计算 由于相同的用户有相 似的用电规律 如住宅类用户的高峰期用电时间在晚上 8 10 点 低谷用电时间 在晚上 12 点至次日凌晨 5 点 不同的住宅用户只是总用电量不同而已 因此可 以根据已知的电能用户的用电规律来推测尚未投入使用的同类型的用户的用电 规律 在负荷计算中 除了以已存在的同类型负荷为依据以外 还应考虑由于经 济的发展 人们的生活水平的提高所带来的用电需求的增加 2 1 2 负荷的分类 1 一类负荷 必须有两个独立电源供电 且当任何一个电源断开后 能 保证对全部一级负荷不间断供电 2 二类负荷 一般要有两个独立的电源供电 且当任何一个电源短开后 能保证全部或大部分二级负荷不间断供电 3 三类负荷 对三级负荷一般只需要一个电源供电 由负荷资料知 10kv 侧用户使用负荷较多 其中有三个一类负荷用户 四个二类负荷用户 五个三类负荷用户 远期还将增加 200kw 的负荷 两侧对 供电可靠性要求也都较高 平顶山工学院学士学位论文 8 2 2 负荷计算 2 2 1 负荷计算的目的 负荷计算主要是确定 计算负荷 计算负荷 是按发热条件选择电气 设备的一个假想的持续负荷 计算负荷 产生的热效应和实际变动负荷产生 的最大热效应相等 所以根据 计算负荷 选择导体及电器时 在实际运行中 导体及电器的最高温升不会超过容许值 计算负荷是确定供电系统 选择变压器容量 电气设备 导线截面和仪表 量程的依据 也是整定继电保护的重要数据 计算负荷确定得是否正确合理 直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理 如计算负荷确定过大 将使 电器和导线选得过大 造成投资和有色金属的消耗浪费 如计算负荷确定过小 又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁 造成重大损失 为此 正确进 行负荷计算是供电设计的前提 也是实现供电系统安全 经济运行的必要手段 2 2 2 负荷计算的方法 若已知一个供电范围的电气设备数量和容量时 负荷计算的方法有 需要 系数法 利用系数法和二项式法 当在电气设备数量和容量都不清楚的情况下 可采用各种用电指标进行负荷计算 其方法有 负荷密度法 单位指标法 住 宅用电指标法等 需要系数法计算简单 是最为常用的一种计算方法 适合用电设备数量较多 且容量相差不大的情况 二项式法其考虑问题的出发点就是大容量设备的作用 因此 当用电设备 组中设备容量相差悬殊时 使用二项式法可以得到较为准确的结果 利用系数法是通过平均负荷来求计算负荷 这种方法的理论依据是概率论 与数理统计 因此是一种较为准确的计算方法 但其计算过程相对繁琐 因本设计的电气设备数量和容量都是确定的 且容量相差不大 所以其负 荷计算方法选择计算较简单的需要系数法 平顶山工学院学士学位论文 9 主要计算公式如下 有功功率 无功功率 n i pc pcikp 1 n i qc qcikq 1 视在功率 计算电流 22 ccc qps u s i c c 3 2 2 3 负荷计算结果 1 本变电站总的总计算负荷 pc 345 357 600 705 540 300 630 1400 716 893 900 720 200 0 9 50 0 87 7518 9kw qc 4659 9kvar sc 8845 8kva ic 510 7a 2 本变电站总一 二级负荷 pc 345 357 600 705 540 300 630 0 9 3129 3 kw qc 1939 3 kvar sc 3681 5kva ic 212 6a 平顶山工学院学士学位论文 10 第三章 主变压器的选型和确定 3 1 主变压器台数的确定 3 1 1 变压器的确定原则 1 应满足用电负荷对供电可靠性的要求 对供有大量一 二级负荷的变电 站 宜采用两台变压器 以便当一台变压器发生故障时或检修时 另一台变压 器能对一 二级负荷继续供电 2 对季节性或昼夜负荷变化较大而宜于采用经济运行方式的变电站 也可 考虑采用两台变压器 3 除上述情况外 一般小容量变电站宜采用一台变压器 但是负荷集中而 容量相当大的变电站 虽为三级负荷也可采用两台或以上变压器 此外 在确 定主变压器台数时 还应适当考虑负荷的发展 留有一定的余地 3 1 2 变压器台数选择比较表 比 较单台变压器两台变压器 供电安全比满足要求满足要求 供电可靠性基本满足要求满足要求 供电质量电压损耗略大电压损耗略小 技 术 指 标灵活方便性灵活性差灵活性好 平顶山工学院学士学位论文 11 扩建适用性稍差好 经 济 指 标 电力变压器的综 合投资 跟两台变压器相比所需要 的花费要少 花费投资比较多 3 1 3 台数的确定 由前设计任务书可知 正常运行时 变电站负荷由 35kv 系统供电 考虑到 有重要一 二级负荷 为提高负荷供电可靠性 并考虑到现今社会用户需要的 供电可靠性的要求更高 应采用两台容量相同的变压器并列运行 变压器并列 运行就是将两台或多台变压器的一次侧以及二次侧同极性的端子之间 通过同 一母线分别互相连接 这种运行方式就是变压器的并列运行 变压器并列运行应满足的条件 1 变压器的接线组别相同 如果联结组别不同 则二次侧电压之间的相位 差会很大 在二次回路中产生很大的循环电流 相位差越大 循环电流越大 会烧坏变压器的 2 变压器的变比相同 允许有 0 5 的差值 也就是说 变压器的额定电 压相等 以上两个条件保证了变压器空载时 绕组内不会有环流 环流的产生 会影响变压器容量的合理利用 如果环流几倍于额定电流 也会烧坏变压器 3 变压器的短路电压相等 允许有 10 的差值 这个条件保证负荷分配 与容量成正比 4 并列变压器的容量比不宜超过 3 1 这样就限制了变压器的短路电压 值相差不致过大 3 2 变压器容量和型号确定 3 2 1 确定原则 1 主变压器容量一般按变电站建成后 5 10 年规划负荷选择 并适当考虑 到远期 10 20 年的负荷发展 对于降压变电站 主变压器应与规划相结合 2 根据变电站站带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量 对于有 重要负荷的变电站应考虑 当一台变压器停止运行时 其余变压器容量在计及 平顶山工学院学士学位论文 12 过负荷能力后的允许时间内应保证用户的一级和二级负荷 对一般性变电站 当一台主变停止运行时 其余变压器应能保证全部负荷的 60 70 3 2 2 主变压器型号的确定 1 相数选择 依据 电力工程设计手册 相数选择原则为 1 当不受运输条件限制时 在 330kv 及以下的变电站均应选用三相变压器 依据以上原则 此 35kv 变电站宜选用三相变压器 2 变压器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 电力系统采用的绕组连接方式只有 和 型两种 高低两侧绕组如何组合 要 根据具体工程来定 我国 110kv 及以上电压 变压器绕组都采用 0 连接 35kv 亦采用 0 型 其中性点通过消弧线圈接地 35kv 以下电压变压器绕组都 采用 连接 此 35kv 变电站电压等级为 35 10kv 接线方式采用 d yn 11 接线方式 2 主变阻抗及调压方式选择 1 主变阻抗的选择 变压器的阻抗实质就是绕组间的漏抗 阻抗的大小主要取决于变压器的结 构和采用的材料 从系统稳定和供电电压质量考虑 希望主变压器的阻抗越小 越好 但阻抗偏小又使系统短路电流增加 高 低压电器设备选择遇到困难 另外阻抗的大小要考虑变压器并联运行的要求 主变阻抗选择原则 各侧阻抗值的选择须从电力系统稳定 无功分配 继 电保护 短路电流 系统内的调压手段和并联运行等方面进行综合考虑 综上 此 35kv 变电站选择 降压型 结构的变压器 2 调压方式的选择 为保证供电站或发电厂的供电质量 电压必须维持在允许的范围内 调压 方式有两种 一种称为无激磁调压 调整范围在 2 2 5 以内 另一种成为有 载调压 调整范围达 30 其结构复杂 价格昂贵 为保证用电质量 要求母 线电压恒定时 且随着各方面的发展 为了保证电压质量及提高变压器分接头 平顶山工学院学士学位论文 13 质量 所以此该 35kv 变电站选用有载调压 3 冷却方式 对 35kv 电压级采用自然风冷却 为使热量散发到空气中 装有片状 或管 形辐射式冷却器 以增大油箱冷却面积 4 各侧额定端电压的选择 变压器 35kv 侧接电源 相当于用电设备与线路额定电压相等 而 10kv 侧 要考虑负荷 线路损耗以及无功补偿等因素 5 绝缘方式的选择 在 110kv 及以上的中性点直接接地系统中 为了减小单相接地时的短路电 流 有一部分变压器的中性点采用不接地的方式 因而需要考虑中性点绝缘的 保护问题 中性点接地主要有以下几种形式 1 对于 3 10 kv 配电网中单相接地电容电流大于 10a 时即要求安装消弧 线圈 2 根据国内已有的中性点经低电阻接地的运行经验 对 6 35kv 主要由电 缆线路构成的系统 其单相接地故障电容电流较大时 可采用低电阻接地的运 行方式 3 对于 6 10kv 系统以及发电厂厂用系统 其单相接地故障电容电流较小 时 为防止谐振 间歇性电弧接地过电压等对设备的损害 可采用高电阻接地 的 运行方式 根据当地的实际情况 决定采用中性点经低电阻接地 6 容量的选择 1 变电站的一台变压器停止运行时 另一台变压器能保证全部负荷的 60 70 即 60 70 3708 4410 kva b ss 2 应保证用户的所有一级和二级负荷 单台运行时 i ii 类负荷的 总和为 pc 345 357 600 705 540 300 630 0 9 3129 3 kw 综合 1 2 并考虑到两台容量之和必须大于 再分析经济问题 查s 表得所选择主变压器容量 sb 6300kva 查 工厂供配电设计手册 选择变压器 的型号为 s7 6300 35 两台 其参数如表 3 1 平顶山工学院学士学位论文 14 表 3 1 变压器各种参数列表 型号 额定容量 kva 额定电压 kv 连接组 标号 损耗 kw 空载电流 阻抗电压 高压低压负载空载 s7 6300 35 6300 3510 5 d yn11 418 1 0 89 0 3 3 无功功率补偿 3 3 1 无功功率补偿的必要性 在工民用电设备中 有大量设备工作需要够过向系统吸收感性的无功功率 来建立交变磁场 这使系统输送的电能容量中无功率的成分增加 功率因数降 低 对系统会造成如下影响 1 使变配电设备的容量增加 2 使供配电系统的损耗增加 3 使电压损失增加 4 使发电机的效率降低 由于无功功率对供电系统有着如上诸多不利的影响 因此必须提高功率因 数 降低无功功率的输送量 提高系统及用户供电质量 保证经济 合理地供 电的需要 3 3 2 无功功率补偿的方法 要使供配电系统的功率因数提高 一般从两个方面采取措施 一是提高用电设备的自然功率因数 自然功率因数是指不采用任何补偿装 置式的功率因数 这种方法只能通过选择功率因数高的电气设备来做到 但不 能达到完全补偿 二是采取人工补偿的方法使总功率因数得以提高 有两种方法 一是采用 同步电动机替代异步电动机工作 由于投资和损耗较大 又不便于维护 检修 供配电系统中很少采用 二是采用并联电容器补偿 采用并联电容器补偿时目 前供配电系统中普遍采用的一种补偿方法 也叫移相电容器静止无功补偿 它 平顶山工学院学士学位论文 15 具有有功损耗小 运行维护方便 补偿容量增减方便 个别电容器损坏不影响 整体使用等特点 所以本设计采用并联电容器补偿 3 3 3 无功功率补偿计算 本设计采用固定补偿 在变电站 6 10kv 高压母线上进行人工补偿时 一般采用固定补偿 即补偿 电容器不随负荷变化投入或者切除 其补偿容量按下式计算 qcc pav tan av1 tan av2 式中 qcc为补偿容量 pav为平均有功负荷 tan av1为补偿前平均功率因数的 正切值 tan av2为补偿后平均功率因数的正切值 补偿前低压侧有功计算负荷 pc pc 345 357 600 705 540 300 630 1400 716 893 900 720 200 0 9 50 0 87 7518 9kw 无功计算负荷 qc 4659 9kvar 视在功率计算负荷 sc 8845 8kva 22 cc pq 低压侧功率因数 cos pc sc 7518 9 8845 8 0 85 变压器功率损耗 pt 0 015 sc 0 015 8845 8 132 7kw qt 0 06 sc 0 06 8845 8 530 7kvar 变压器 10kv 侧总计算负荷为 pc1 pc pt 7518 9 132 7 7651 6kw qc1 qc qt 4659 9 530 7 5190 6kvar sc1 9246 kva 变压器 10kv 侧的功率因数 cos 1 pc1 sc1 7651 6 9246 0 82 平顶山工学院学士学位论文 16 确定补偿容量 qcc pc1 tanarccos0 82 tanarccos0 9 1637 4 查 工厂电气设备手册 选用 bwf10 5 100 1w 型电容器 qr 100kvar 则所需要的电容器个数为 n qcc qr 1637 4 100 17 个 因为是三相 所以 应该是 3 的整数倍 18 个 此时 并联电容的实际值为 18 100 1800kvar 补偿后变压器 10kv 侧视在计算负荷为 sc2 8267 8kva 22 111 t an ccccc ppq 实际平均功率因数为 cos 2 pc1 sc2 7651 6 8267 8 0 92 满足要求 所以变压器选型合理 第四章 主接线设计 4 1 电气主接线概述 电气主接线是发电厂和变电站电气设计的首要部分 也是构成电力系统的 主要环节 主接线是指由各种开关电器 电力变压器 母线 电力电缆或导线 移相电容器 避雷器等电气设备依一定的次序相连接的接受和分配电能的电路 而用规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列 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 主接线可分为有母线接线和无母线接线两类 有母线接线分为单母线接线 和双母线接线 无母线接线分为单元式接线 桥式接线和多角形接线 而在中 低压供配电系统中主要采用单母线接线 单元式接线和桥式接线 主接线的选择直接影响到电力系统运行的可靠性 灵活性 并对电器选择 继电保护 自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系 因此 主接线的正 平顶山工学院学士学位论文 17 确 合理设计 必须综合处理各方面的因素 经过技术 经济比较后方可确定 4 1 1 电气主接线的基本要求 我国 变电站设计的技术规程 规定 变电站的主接线应根据变电站在电 力系统中的地位 回路数 设备特点及负荷性质等条件确定 且应满足运行可 靠 简单灵活 操作方便和节省投资等要求 电气主接线的基本要求 1 安全性 符合国家标准有关技术规范要求 能充分保证人身和设备安全 2 可靠性 应满足电能用户对供电可靠性的要求 3 灵活性 能适应各种不同的运行方式 便于切换操作和检修 4 经济性 尽量使主接线简单 投资少 费用低 4 2 主接线设计 4 2 1 主接线方案选择 对于电源进线电压为 35kv 及以上的变电站 主结线图表示工厂接受和分配 电能的路径 由各种电力设备 变压器 避雷器 断路器 互感器 隔离开关 等 及其连接线组成 通常用单线表示 变电站设备选择和布置 运行的可靠 性和经济性 继电保护和控制方式都有密切关系 是供电设计中的重要环节 4 2 2 主结线方案选择 对该变电站原始材料进行分析 结合对电气主接线的可靠性 灵活性及经 济性等基本要求综合考虑 在满足技术 经济政策的前提下 力争使其技术先 进 供电可靠 经济合理 此主接线还应具有足够的灵活性 能适应各种运行 方式的变化 且在检修 事故等特殊状态下操作方便 调度灵活 检修安全 扩建发展方便 故拟定的方案如下 1 一次侧采用内桥式结线 二次侧采用单母线分段的主结线 平顶山工学院学士学位论文 18 当跨接断路器接于两路电源进线断路器的内侧 靠近变压器 时称为内桥 式结线 如图 4 1 所示 这种主结线的运行灵活性较好 供电可靠性较高 适 用于一 二级负荷工厂 当任一电源进线或进线断路器需要检修时 另一线路 和两台变压器仍可继续供电 如果 1wl 或 1qf 需要检修时 断开 1qf 再打 开 1qs 和 2qs 即可安全检修 两台变压器由 2wl 继续供电 这种内桥式结线多 用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多 并且变电站的变压器 不需要经常切换的降压变电站 2 一次侧采用外桥式结线 二次侧采用单母线分段的主结线主结线如图 4 2 所示 这种主结线 其一次侧的高压断路器 3qf 也跨接在两路电源进线之 间 但处在线路断路器 1qf 和 2qf 的外侧 靠近电源方向 因此称为外桥式结 线 这种主结线的运行灵活性也较好 供电可靠性同样较高 适用于一 二级 负荷的工厂 但与内桥式结线适用的场合有所不同 如果某台变压器例如 t1 停 电检修或发生故障时 则断开 1qf 打开其两侧隔离开关 投入 3qf 其两侧 qs 先合 使两路电源进线又恢复并列运行 这种外桥式适用于电源线路较短 而变电站负荷变动较大 适 用经济运行需经常切换的降压变电站 当一次电源电网采用环行结线时 也宜于采用这种结线 使环行电网的穿越功率不通过进线断路器 1qf 2qf 这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利 3 一 二次侧均采用单母线分段的主结线 主结线如图 4 3 所示 这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性 的优点 但站用高压开关设备较多 可供一 二级负荷 适用于一 二次侧进 出线较多的变电站 4 一 二次侧均采用双母线的主结线 一 二次侧均采用双母线的主结线 供电可靠性和运行灵活性大大提高 但开关设备也大大增加 从而大大增加了初投资 所以双母线结线在 35kv 变电 站中很少运用 而主要用于电力系统的枢纽变电站 图 4 1 一次侧采用内桥式结线 二次侧 采用单母线分段的主结线 图 4 2 一次侧采用外桥式结线 二次侧 采用单母线分段的主结线 平顶山工学院学士学位论文 19 图 4 3 一 二次侧均采用单母线分段的主结线 平顶山工学院学士学位论文 20 4 2 3 最终方案的确定 终上所述 内桥形接线虽然经济 但它们都存在一定缺点 内桥式接线切 换变压器不便 而外桥式接线切换线路不方便 故不宜采用 而本次设计的变 电站是连续运行 负荷变动较小 电源进线较短 主变压器不需要经常切换 另 外再考虑到今后的长远发展 可确定该变电站的主接线方式为一 二次侧均采 用单母线分段的主结线形式 第五章 短路电流计算 5 1 概 述 供配电系统中的短路 是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗 而发生的电气连接 是系统的常见故障之一 在短路回路中短路电流要比额定 电流大几倍至几十倍 短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力 并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆 在短路点附近电压显著下降 造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作 发生接地短路时所出现的不对 称短路电流 将对通信线路产生干扰 平顶山工学院学士学位论文 21 5 1 1 短路电流计算的目的和用途 短路是电力系统的常见故障之一 短路电流是系统重要的技术参数 它与 多 方面的技术措施有关 归纳起来 主要有以下用途 1 校验系统设备能否承受可能发生的最严重短路 2 作为设置短路保护的依据 3 可通过短路电流大小判断系统电气联系的紧密程度 作为评价各种接线 方案的依据之一 5 1 2 短路电流的计算方法 电力系统供电的工业企业内部发生短路时 由于工业企业内所装置的元件 其容量要小 而阻抗则较系统阻抗大得多 当这些元件遇到短路时 系统母线 上的电压变动很小 可以认为电压维持不变 即系统容量为无限大 所以我们 在这里进行短路电流计算方法 以无限大容量电力系统供电作为前提计算的 5 2 短路电流计算 5 2 1 短路点位置的选择原则 1 短路电流的计算 是为了选择电气设备提供依据 使所选的电气设备能 在各种情况下正常运行 因此短路点的选择应考虑到电器可能通过的最大短路 电流 2 为了保证选择的合理性及经济性 不考虑极其稀有的运行方式 5 2 2 短路点选取 因为该设计是茅坪 35kv 变电站设计 需对其内部各种设备进行选取和校验 需对变电站进行各种保护设计 考虑到以上因素 在各个变压器高压侧 低压 侧分别设置一个短路点 具体见短路电流计算等值电路图 5 1 所示 平顶山工学院学士学位论文 22 5 2 3 短路计算的方法 短路电流的计算常用方法有两种 一种是从系统元件阻抗标么值来求短路 电流 适用于一般情况和比较复杂的系统 另一种是用有名值来求短路电流 适用于比较简单的系统 用常规的有名值计算短路电流时 必须将所有元件的 阻抗归算到同一电压等级才能进行计算 显得麻烦和不方便 因此 通常采用 标幺值计算 以简化计算 便于比较分析 考虑到茅坪 35kv 变电站就有 35kv 10kv 两个电压等级 为了简化计算 选择标幺值法进行短路电流的计算 5 3 短路计算 5 3 1 短路电流计算 1 选基准 100mva 为书写简单略去标幺值角注 sbubuav 2 由系统接线图 图 5 1 画出系统等值电抗图 图 5 2 图 5 1 系统接线图 图 5 2 系统等值电抗图 平顶山工学院学士学位论文 23 3 计算短路电抗值 主变压器电抗 22 22 0 1 011 12 1 3537 0 1051 49 1006 3 100 kut rtb r t b uu xx s s 系统电抗 1 1 0 08 4 x 2 1 b s b s x u 2 100 37 线路阻抗 501 22 100 0 365200 596 35 b b s xxl u 站用变压器电抗 18 79 22 0 2 012 7 2 100 ukt rtb r t b uu x s s 22 3537 0 105 0 5100 1 当 k1 点短路时 如图 5 2 0 676x 45 xx 1 1 48 i x 短路电流周期分量有效值 2 31ka k i i sb 3uav 冲击电流 1 8 2 31 5 88ka ish 2 冲击电流有效值 1 51 2 31 3 49ka sh i 短路容量 349mva s i sb 2 当 k2 点短路时 平顶山工学院学士学位论文 24 0 745x 2x3x 12 xx 1 1 34 i x 短路电流周期分量有效值 2 09ka k i i sb 3uav 冲击电流 1 8 1 34 3 41ka ish 2 冲击电流有效值 1 51 1 34 2 02ka sh i 短路容量 134mva s i sb 3 当 k3 点短路时 x7 19 47x 4x3x 1 0 5 i x 短路电流周期分量有效值 0 78ka k i i sb 3uav 冲击电流 1 8 0 78 1 99ka ish 2 冲击电流有效值 1 51 0 78 1 18ka sh i 短路容量 75mva s i sb 平顶山工学院学士学位论文 25 第六章 电气设备的选择与校验 本章的主要任务是完成断路器 隔离开关 负荷开关 熔断器 电压互感 器 电流互感器 母线等电气设备的选择与校验 导体和电器的选择设计 必 须执行国家的有关技术 经济的政策 并做到技术先进 安全可靠 运行方便 和适当的留有发展余地 以满足电力系统安全 经济运行的需求 一般选择原 则如下 1 应力求技术先进 安全适用 经济合理 2 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 5 10 年 3 应按当地环境条件校核 4 应与整个工程的建设标准协调一致 5 选择的导体品种不宜太多 6 选用新产品应有可靠的试验数据 并经主管单位鉴定合格 平顶山工学院学士学位论文 26 6 1 高压一次设备的选择原则 高压一次设备的选择 必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工 作的要求 同时设备应安全可靠 运行维护方便 投资经济合理 6 1 1 按正常工作条件选择 1 满足工作环境要求 选择电气设备时 应考虑其适合运行环境条件要求 2 满足工作电压要求 6 1 nruu 3 满足工作电流要求 6 2 max iir 式中 ur 电气设备额定电压 un 系统的标称电压 ir 电气设备额定电流 imax 电气设备装设处的计算电流 4 满足短路故障时的动 热稳定条件 1 满足动稳定要求 即 或 6 shii maxshi maxi 3 式中 imax 电气设备的极限通过电流峰值 imax 电气设备的极限通过电流有效值 sh 电气设备安装处的三相短路冲击电流 ish 电气设备安装处的三相短路冲击电流有效值 2 满足热稳定要求 电气设备自身可以承受的热脉冲应大于短路时最大可 能出现的热脉冲 即 6 imttiti 2 2 4 式中 it 电气设备的 t 秒热稳定电流有效值 i 电气设备安装处的三相短路电流有效值 5 满足开关电器分断能力的要求 开关电器分断能力用极限分断能力和额定分断能力两个参数来表达 极限 分断能力是指在该条件下开关分断后 不考虑开关电器继续承载额定电流 即 平顶山工学院学士学位论文 27 不考虑其是否还能正常使用 额定分断能力是指在该条件下开关分断后 开关 电器还能继续承载额定电流正常运行 并能反复分断该条件的电路多次 不同 功能的开关电器具有不同的分断能力要求 1 断路器 断路器应能分断最大短路电流 即 或 6 5 max 3 kbriimax 3 kbrss 式中 断路器的额定分断电流bri 断路器的额定分断容量brs 断路器安装处最大运行方式下三相短路电流有效值max 3 ki 断路器安装处最大运行方式下三相短路容量max 3 ks 2 负荷开关 负荷开关应能分断最大负荷电流 即要求 6 6 max1 iibr 式中 负荷开关的额定分断电流 bri 负荷开关安装处的最大负荷电流max1 i 高压一次设备的选择校验项目和条件见表 6 1 表 6 1 高压一次设备的选择校验项目和条件 短路电流校验电气设备 名 称 电压 kv 电流 a 断流能力 ka动稳定度热稳定度 高压熔断器 高压隔离开关 高压负荷开关 高压断路器 电流互感器 电压互感器 平顶山工学院学士学位论文 28 高压电容器 母线 电缆 选择校验的 条件 设备的 额定电 压应不 小于装 置地点 的额定 电压 设备的额 定电流应 不小于通 过设备的 计算电流 设备的最大 开断电流 或功率 应不小于它 可能开断的 最大电流 或功率 一般电器 3 maxshii 或 3 mishaxi 绝缘子 3 fcfal 硬母线 cal 一般电器 imattiti 2 3 2 母线及绝缘导 线 电缆等 kk max 注 表中 表示必须校验 表示不需校验 6 2 高压断路器的选择 高压断路器是供配电系统中最重要的开关设备之一 它不仅能分合负荷电 流 还能分断短路电流 能在事故情况下迅速断开短路电流 防止事故扩大 高压断路器应按装置种类 构造型式 额定电压 额定电流 短路电流或 断流容量来选择 然后作短路动稳定和热稳定校验 6 2 1 35kv 10kv 侧高压断路器的选择 1 该回路为 35 kv 10kv 电压等级 故选用六氟化硫断路器 2 断路器安装在户外 故选用户外式断路器 3 方便运行管理及维护 选同一型号产品 查阅 电气设备使用手册 初选 lw2 35 1250 lw2 10 1250 断路器 其参数 见表 6 2 6 2 lw2 35i 1250 lw2 10 1250 断路器参数 型号 额定额定最大工作 额定开断 极限通过电流 ka 4s 热稳定 固有分闸 平顶山工学院学士学位论文 29 电压 kv 电流 a 电压 kv 电流 ka 有效值峰值 电流 ka 时间 s lw2 35 160035125040 5161640160 06 lw2 10 125010125011 5252563250 06 lw2 35 1250 lw2 10 1250 型户外高压六氟化硫断路器是三相交流 hz 的户外高压电气设备 适用于 35kv 10kv 输配电系统的控制和保护 也可用于 联络断路器及开合电容器组的场合 断路器的三极装在一个箱底上 内部相通 箱内有一根三相连动轴 通过 3 个主拐臂 3 个绝缘拉杆操动导电杆 每级分 上下 2 个绝缘筒 构成断口和对地的外绝缘 内绝缘则用六氟化硫气体 断路 器由瓷套 电流互感器 灭弧室 外壳 吸附器 传动箱 连杆 底架及弹簧 操动机构等部分组成 变压器的最大工作电流为 a kv kva u s i n n kv 2 143 353 8 826705 1 3 05 1 35max a kv kva u s i n n kv 3 477 5 103 8 826705 1 3 05 1 10max 高压断路器的选择校验见表 6 3 和 6 4 选择条件见式 6 1 6 2 6 5 动稳定 热稳定校验计算公式见式 6 3 6 4 表 6 3 35kv 侧断路器选择校验表 装设地点的电气条件lw2 35 1250 型断路器序 号 项 目数 据项 目数 据结 论 1n u 35kvr u 35kv 合格 2max i 143 2an i 1250a 合格 3 3 k i 7 93kabr i 16ka 合格 4 3 sh i 20 2kamax i 40ka 合格 平顶山工学院学士学位论文 30 5 ima ti 2 3 125 1 tit 2 1024 合格 注 设后备保护动作时间 1 9s 所选断路器的固有分闸时间 0 06s 选择熄弧时间 t 0 03s 则短路持续时间 1 9 0 06 0 03 1 99s ima t 由表 6 3 校验结果可知 所选 lw2 35 1250 型断路器满足要求 表 6 4 10kv 侧断路器的选择校验表 装设地点的电气条件lw2 10 1250 断路器序 号 项 目数 据项 目数 据结 论 1n u 10 kvr u 10kv 合格 2max i 477 3an i 1250a 合格 3 3 k i 6 05kabr i 25ka 合格 4 3 sh i 15 4kamax i 63ka 合格 5 ima ti 2 3 72 84 tit 2 2500 合格 注 设后备保护动作时间 1 9s 所选断路器的固有分闸时间 0 06s 选择熄弧时间 t 0 03s 则短路持续时间 1 9 0 06 0 03 1 99s ima t 由表 6 4 校验结果可知 所选 lw2 10 1250 断路器满足要求 6 2 2 母联断路器的选择 母线的最大工作电流为 a kv kva u s i n n kv 2 143 353 8 826705 1 3 05 1 35max a kv kva u s i n n kv 3 477 5 103 8 826705 1 3 05 1 10max 其选择校验同表 6 3 6 4 选用 lw2 35i 1250 lw2 10 1250 型断路器满足要求 平顶山工学院学士学位论文 31 6 3 高压隔离开关的选择 高压隔离开关的主要功能是隔离电源 以保证隔离设备和线路的检修安全 及人身安全 隔离开关断开后又明显的可见断开间隙 绝缘可靠 但隔离开关 没有灭弧装置 不能带负荷分 合闸 1 隔离开关的配置 1 接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关 2 断路器的两侧均应配置隔离开关 以便进出线不停电检修 3 中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地 根据以上配置原则来配置隔离开关 变电站隔离开关的配置详见主接线图 2 高压隔离开关的选择 1 为保证电气设备和母线检修安全 选择隔离开关带接地刀闸 2 该隔离开关安装在户外 故选用户外式 6 3 1 35kv 10kv 侧高压隔离开关的选择 变压器的最大工作电流为 a kv kva u s i n n kv 2 143 353 8 826705 1 3 05 1 35max a kv kva u s i n n kv 3 477 5 103 8 826705 1 3 05 1 10max 查 电气设备使用手册 高压隔离开关的技术数据 初选 gw2 35 gw19 10 600 gw2 35 400 型高压隔离开关 该隔离开关的技术数据见表 6 5 表 6 5 隔离开关的技术数据 型 号额定电压额定电流 最大工作 电压 极限通过电流 峰值 2s 热稳定 电流 单 位 kvakvkaka gw2 35 4003540040 531 512 5 gw19 10 6001060011 531 512 5 平顶山工学院学士学位论文 32 高压隔离开关的选择校验见表 6 6 和表 6 7 选择条件见式 6 1 6 2 动稳定 热稳定校验计算公式见式 6 3 6 4 表 6 6 35kv 侧高压隔离开关的选择校验表 装置地点的电气条件gw2 35 400 型隔离开关序 号项 目数 据项 目数 据结 论 1n u 35kv r u 35kv 合格 2max i 143 2air400a 合格 3 3 sh i20 2ka max i 31 5ka 合格 4 ima ti 2 3 72 84 tit 2 312 合格 据表 6 6 校验的结果可知 所选gw2 35 400 gw19 10 600型隔离开关是满 足要求的 表 6 7 10kv 侧高压隔离开关的选择校验表 装置地点的电气条件gw19 10 600 型隔离开关序 号项 目数 据项 目数 据结 论 1n u 10kv r u 10kv 合格 2max i 477 3air600a 合格 3 3 sh i 15 4kamax i 31 5ka 合格 4 ima ti 2 3 125 1 tit 2 312 合格 据表 6 7 校验的结果可知 所选 gw19 10 600 型隔离开关是满足要求的 6 3 2 35kv 10