毕业设计（论文）-太平66kV变电站电气部分设计.docx

辽宁工程技术大学毕业设计(论文)1 变电所设计背景阜蒙县太平乡供电区域内现有用电容量6775kVA。由66kV于寺变电站配出的1回10 kVA线路供电，供电半径长，供电可靠率和电压合格率低，用电损失大。随着太平乡经济的迅速发展和烤烟种植、铁选的不断扩大规模，将新增用电负荷为7219kW。全套图纸加扣 3012250582太平乡电压合格率低，原有的供电网络已趋于饱和，无法满足太平乡工、农业负荷快速增长的需要。因此需要新增66kV太平变电站为阜蒙县太平乡供电。1.1 所址选择和所区规划本工程站址位于阜蒙县太平乡架木苏村西南，乡路北侧30米建设太平66kV变电站。站址处于负荷中心，供电半径小地势平坦。变电站位于乡镇，对噪音和外观无特殊要求。根据地区情况，66kV线路采用架空进线，10kV采用电缆、架空混合出线。变电站已整体考虑了防洪涝及排水措施。阜新属大陆性气候，年平均气温6.5C7.5C之间，年平均降水在420540mm之间。四季分明，雨热同季，光照充足，风多雨少。（1）工程地质和水文地质由太平66kV变电站工程岩土工程勘查报告可知本其中1层耕土，平均厚度0.8m；2-1层细沙为平均厚度0.9m，；2层为粉土平均厚度3.1m。综合评价该场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为类。属于抗震有利地段。以粉土为基础持力层，fak=180KPA,Es=5.79MPA.钻孔深度内未见水。本场区地形平坦，地貌类型单一，地层结构简单，分布连续，厚度稳定，物理力学性质均匀，无不良地质现象分布，适宜变电站的兴建。（2）水文气象平均年降水量727.5mm，日最多降水量215.5mm。最高温度38.3,最低温度-30.6。历年最低气温月的最低平均气温为12.0。30年一遇最大风速23.3M/S。年平均风速为3.0M/S。冬天主导风向为偏北风。夏天主导风向为偏南。设计风压0.6kN/m2。设计雪压0.4 kN/m2。最大积雪厚度:0.28m。平均雷暴日：26.4天。土层标准冻深1.4m。1.2 电气部分设计原则1.2.1 系统现状及近期发展1.2.1.1 系统现状阜蒙县农网隶属阜新电网，阜蒙县农网66kV供电系统主要有两大电源供电，即以阜新发电厂供电的220kV六家子一次变、水泉一次变、东梁一次变、松涛一次变和阿金一次变作为主要电源，以沈阳新民发电厂供电的220kV彰武一次变作为后备电源。农网现拥有66kV送电线路13回，66kV变电站18座，主变35台，主变容量266兆伏安，其中仅大巴、十家子、务欢池、张九店、泡子、东五一6座变电站为双电源，占变电站总数33.3，剩余他本、福兴地等12座66kV变电站为单电源，不满足N-1准则要求，供电可靠率低，不能满足地方经济发展的供电需求。1.2.1.2 变电站在系统中的作用66kV太平变电站为终端负荷变电站，专为阜蒙县太平乡供电。1.2.2 负荷预测及接网方案1.2.2.1 负荷预测太平乡现有用电容量6775kVA。随着太平乡经济的迅速发展和烤烟种植、铁选的不断扩大规模，原有的供电网络已趋于饱和，无法满足太平乡工、农业负荷快速增长的需要。 阜蒙县太平乡供电区域2011年、2012年在建项目情况如下：表1-1 阜蒙县太平乡供电区域2011年、2012年在建项目情况Table 1-1 Mongolia county TaiPingXiang power supply area in 2011 and 2012 projects under construction 单位：千瓦；负荷同时率：0.9序号项目名称负荷名称设备容量需用系数计算负荷项目用途1阜新恒泰铁选厂加工车间12660.81008冶炼2阜新恒泰铁选厂（采矿点）电动机类20000.751500采矿3龙池有限公司铁选厂加工车间13660.81088冶炼4荣和铁选厂采矿点电动机类16300.751222.5采矿5增益、盛世有限公司铁选厂加工车间30000.82400冶炼6太平乡现有负荷工农业生产及居民生活用电67750.64065最大负荷合计1662511284综合最大负荷10155同时率0.9根据上述统计，至2012年上述工程竣工后，综合最大负荷为10.155兆瓦。表1-2 66kV太平变电站供电负荷预测表 Table 1-2, 66 kV substation power supply load forecast table in peace单位：MW 负荷增长率4% 年度 负荷名称 2013年2014年2015年2016年最大负荷10.15510.5610.9811.42本期取2013年至2017年全地区供电量基本部分的增长率4，预测时考虑电力和电量以相同的速度增长，可算出到2016年最大供电负荷达到11.42MW。1.2.2.2 电网存在的主要问题太平乡没有独立的变电站，供电电源为66kV于寺变电站，于寺变不仅为太平乡供电而且还是于寺镇的供电电源。太平乡10kV线路的供电半径达到28.21km，供电半径已严重超标，供电可靠性比较差，用户电压低非常突出，供电能力不足，不能满足地方经济发展的用电要求，严重制约该乡的经济发展。1.2.2.3 变电站接入系统方案本工程新建66kV变电所位于太平乡架木苏村，66kV新建线路由66kV大五家子变电站引出，向西北方向引入66kV太平变电站，新建单回线路亘长10.908千米，导线型号为LGJ-150/25。图1-1 太平变位置图FIG. 1-1 taiping location map1.2.3 主变压器变电所根据510年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台组主变压器；当技术经济比较合理时,330500kV枢纽变电所也可装设34 台（组）主变压器；终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。主变压器一般采用三相式变压器，装有两台及以上主变压器的变电所，当一台断开时，其余主变压器的容量一般保证70%的全部负荷，但应保证用户的一级和大部分二级负荷。1.2.4 主接线变电所的主接线，是变电所设计的首要部分，应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负载性质等条件确定，电气主接线设计要求概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。 3566kV配电装置中，当出线为两回时，一般采用桥形接线，当出线为两回以上时，一般采用分段单母线或单母线接线。出线回路数较多、连接的电源较多，负荷大或污秽环境中的3566kV屋外配电装置，可采用双母线接线。 6kV和10kV的配电装置中，一般采用分段单母线或单母线接线。配电装置中旁路设施或专用的旁路断路器，应按下列条件设置：3566kV配电装置中，一般不设旁路母线；如线路断路器不允许停电检修，可设置其他旁路设施。当地区电力网或用户不允许停电检修线路断路器时，采用单母线或分段单母线的6kV和10kV配电装置中，可设置旁路母线。66kV规模为2回66kV架空进线采用单母线接线方式， 10kV侧采用单母线分段接线，10kV出线共6回，远期10回，本次设计以远期为标准。2 线路导线的选择导线是架空线路的主要元件之一，在架空线路是将导线悬挂在杆塔上，由于架空线路具有建设投资少，施工、维护和检修方便等特点，因而被广泛采用。铜导线虽然导电性能好，机械强度高，在抗氧化、抗腐蚀能力。但价格较为昂贵，经济性较差，所以不宜采用铜导线。铝导线虽具有很好的导电性，价格低廉，但由于机械强度较差，大约为铜的一半，此外铝易氧化，抗腐蚀性差，因此也不宜采用。架空线路要求有较高的机械性能，耐腐蚀和耐震性能，同时要考虑经济性，即符合国家电线产品的标准，也要符合经济性要求。因此本变电所的架空线路采用钢芯铝绞线。钢芯铝绞线（LGJ）是将多股铝线绕在钢芯外层，铝导线主要起到载流作用，机械荷载由钢芯和铝线共同承担，符号：LGJ#，其中#为导线的标称截面（mm2）。导线截面选择过大，会增加线路的投资，导线截面过小，会增加导线运行中电压和电能损耗，使电能传输质量和运行的经济性变差，所以要选择合适的导线截面。2.1 按经济电流密度选择导线经济截面积使年综合费用最小时所对应的母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。导线截面积大小和电网的运行费用有密切关系，根据经济电流密度选择导线截面，可使用全年综合费用（包括年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等）最低，可以找到一个理想的截面积使年运行费用最低。这是对于电压较高、线路较长、最大负荷利用小时数较多的线路首选此方法。此外，从经济性的角度，可使电网处于最佳经济运行状态，故本次设计按经济电流密度选择导线。其计算公式如下。S=Imax/J（2-1）式中 S导线经济截面（mm2）； Imax线路正常运行时的最大负荷电流（A）； J经济电流密度（A/mm2），可根据经济电流密度曲线查取。2.2 选择导线截面积的步骤选择导线截面积的一般方法： 按经济电流密度初选导线标称截面积； 作热稳定、电压损失、机械强度、电晕电压等技术条件的校验； 确定导线的截面积及型号。2.2.1 10kV线路导线经济截面积计算计算线路的最大长期工作电流：Imax=1.05P3UNcos（2-2）式中 UN线路额定电压（kV）； cos功率因数； P远期最大负荷（kW），对于双回路P=60%Pmax；对于单回路P=Pmax。根据电力工程电气设计手册377页，图8-30软导线经济电流密度查找不同负荷的最大负荷小时数Tmax时的经济电流密度J按下式计算:S=Imax/J2.2.2 按电压损失校验导线截面按电压损失校验导线截面，并不是单纯地为了增大其截面积。对于线路来说，采用增大导线截面积的方法可降低电压损失。这要比提高功率因数、采用有载调压变压器以及改变电网规划方案来满足电压损失来讲，其经济性要好得多，为了保证供电质量，对各类电网规定了最大允许电压损失，本次设计任务要求电压损失不超过9%。其电压损失校验可用下式来校验，即： U=PLUN2(R+Xtan）（2-3）式中 P-有功负荷（kw），对于双回路P=66%Pmax；对于单回路P=Pmax L线路长度（km）；UN-线路额定电压（kV）；R-线路最高温度（+380C）时的电阻；X-线路电抗（）。其中在供用电工程附录A查得+250C时的直流电阻，修正到其实际工作温度时的电阻值，按下式进行修正：Rt=r251+t-20（2-4）式中 -电阻的温度系数。对于铜=0.00382；对于铝=0.0036；r25-导线+250C时的电阻（/km）；t -导线的实际工作温度。当10%时，应选下一等级截面的导线，再进行电压损失校验，直到Imax式中 Iai-导线允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流；K -温度修正系数；Imax-线路可能通过的最大电流（A）。表2-1 10kV线路架空线参数Table 2-1 10 kv line parameters of overhead lines序号负荷名称线路状况型号经济密度电阻值电抗值回数长度1增益、盛世有限公司铁选厂23LGJ- 95151.160.30580.382龙池有限公司铁选厂与容和铁选厂采矿点24LGJ- 95151.180.30580.383阜新恒泰铁选厂（采矿点）15LGJ- 95151.260.30580.384太平乡26LGJ- 185251.160.15420.385阜新恒泰铁选厂18LGJ- 70101.220.42170.383 主变压器容量、台数和型式的选择在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输、电力交换的重要任务。合理地确定变压器容量是变电所安全可靠供电和电网经济运行的基本保证。3.1 变压器选择的规定为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。根据电力系统设计技术规程SKJ16185有关规定：凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及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。根据供配电设计手册P50页规定，选择主变压器台数时应考虑下列原则：（1）应满足供电的可靠性要求。对供有在量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。（2）对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可采用两台变压器。（3）对于集中负荷较大的情况，虽为三级负荷，也应采用两台及以上的变压器。（4）在确定变电所主变压器参数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。综上所述，本变电所设计的主变压器台数应装设两台。3.2 主变压器容量和台数的选择首先应确定变电所的总装设容量。本次变电所总装设容量的确定，根据电力工程电气设计手册P214页规定：一般按变电所建成后1020年的远期规划负荷选择。其容量的大小应为低压侧母线的计算负荷的总和，可按下式确定：Sca=P2+Q2（3-1）式中 P-系统总的有功功率； Q-系统总的无功功率。其中，在总负荷的计算中要先计算线路上的功率损耗，再加上出线负荷，之后乘以同时系数，得出总负荷。线路上的功率损耗可根据供用电工程P41页，公式2-41及式2-42求出，其计算公式如下：PL=P2+Q2U2R10-3（3-2）QL=P2+Q2U2X10-3（3-3）式中 P-有功功率损耗（kW）；Q-无功功率损耗(kVar)；P-负荷有功功率（kW）；Q-负荷无功功率(kVar)；U-线路额定电压（kV）；R、X-线路电阻、电抗（）。根据上述公式计算出P、Q。P=KP(P+P)（3-4）Q=KQ(Q+Q)（3-5）式中 KP-最大负荷时有功负荷的同时系数； KQ-最大负荷时无功负荷的同时系数。每台变压器的容量S的确定：根据电力系统设计技术规程SDJ161-85有关规定：当变电所有两台主变压器时，一台故障或检修时，其另一台主变压器应保证供应全部负荷的70%。 即： SN=70%Sca3.3 变压器型式的选择（1）根据电力工程电气设计手册P216页规定：当不受运输条件限制时，在330kV有以下的发电厂和变电所均采用三相变压器。由于本次设计中电压等级为66kV/10kV，且变电所处于交通方便之地，故选用三相变压器。根据电力工程电气设计手册P217页规定35kV以上的绕组采用Y接线。35kV以下的变压器绕组采用接线，所以本次设计采用的变压器联结组别为Ynd11型。选择两台SF9-1000066型有载调压变压器。主变压器主要参数见下表：表2-1 SF9-1000066有载调压电力变压器技术数据Table 2-1 SF9 -10000/66 load power transformer with technical data型号额定容量电压组合联接组别空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压尺寸轨距高压分接范围低压长宽高SF9-1000066100006610.5YN，d1117800566001.095400373047201475（2）其型号含义说明如下：S-三相电力变压器；F-冷却方式风冷式；9-设计序号；66-高压绕组电压等级（kV）10000-额定容量（kVA）。4 补偿电容器的选择系统无功平衡是一个重要的问题,为维持电压水平就必须为负荷点提供一定的无功功率,如果负荷侧的功率因数过低,会造成诸多不利影响:(1)引起线路电流增大，使线路中功率、电压、电能损失增加。(2)由于电流增大，从而使系统中设备的容量增大，这样会增加总投资。为此，当系统功率因数过低的时候，应增设无功补偿设备来提高功率因数，根据全国供电规则规定“对于新建及扩建的电力用户其功率因数一律不应低于0.9,这与本次设计任务要求相一致，即变电所的功率因数在0.9以上。在电力系统中除了发电机能发出无功功率外，还有同步调相机、静电电容器和静止补偿器三种无功补偿装置。其中调相机、静止补偿器主要用于枢纽变电所中。而静电电容器由于其质量轻、安装方便、投资少、故障少、损耗少、易维护等诸多优点，主要将其安装在中、小型变电所。所以本次设计采用静电电容器作为无功补偿装置。并联电容器使系统总电流相量I与电压相量U的角度减小，因为容性电流ic与感性电流分量il恰好相反，从而抵消一部分感性电流。串联电容器的容抗可以补偿一部分系统电抗，从串联电容补偿的电压损耗计算公式来看，只有负荷蓄在数低，导线为较粗的架空线，采用串联补偿才合适。因此本次设计采用并联方式。并联电容器装置向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电网电压，在本次变电所中可直接连接在低压侧的母线上。根据并联电容器装置设计技术规定第15页第2.2.1条规定“设计安装的10kV电容器应采用星形接线为宜。”三角形接线的主要问题是电容器发生故障时故障电流大，较星形接线发生相间短路的可能性较大。所以本次设计采用星形接线方式，被选择电容器的额定电压应为10kV。综合上述分析，选用TBB310-1500/1500型组合补偿电容设备。表3-1 TBB310-1500/1500型组合补偿电容设备的技术参数Table 3-1 TBB310-1500/1500 type combined compensation capacitor equipment technical parameters型号规格额定电压（kV）标称容量（kVar）相数外形尺寸长*宽*高（mm）重量kgTBB310-1500/15001015003700*174*1010120电容器型号含义：TBB-并联补偿成套装置代号；3-设计序号；10-额定电压（kV）；1500-成套装置总容量（kVar）；1500-所用电容器单台容量；4.1 求出变压器的功率损耗n台容量及参数均相同的变压器并列运行时，其总有功功率损耗和总无功功率损耗可根据下式计算：PT=nP0+nPK(SnSN)2（4-1） QT=nI0%100SN+nUK%SN100(SnSN)2 （4-2）式中 PT-总有功功率损耗(kW)； QT-总无功功率损耗（kVar ）； n -并列运行变压器的台数； P0-空载损耗(kW)； PK-短路损耗(kW)； S-变压器负荷的视在功率（kVA）； SN-变压器的额定容量（kVA） I0%-变压器的空载电流百分数； UK%-变压器的短路电压百分数。将变压器二次侧总功率与变压器的功率损耗相加即得高压侧的总功率。4.2 补偿前平均功率因数计算公式cos1=QTPT2+QT2（4-3）4.3 补偿容量的计算电力电容器补偿容量可按下式确定：QC=P(tan1-tan2)（4-4）式中 -有功负荷率；tan1、tan2-补偿前、补偿后功率因数的正功值；P系统有功负荷(kW)。4.4 确定电容器台数 nQCqc（4-5）式中 QC-计算补偿容量（kVar）；qc- 每台电容器的标称容量（kVar）。根据计算结果，选择电容器为2台。4.5 补偿后总平均功率因数计算公式cos3=P(P)2+QT-Q补2（4-6）经过计算cos30.9，补偿达到要求。5 电气主接线方案设计变电所主接线是指变电所的变压器、输电线路在与电力系统相连接时的连接方式，从而完成输配电任务。变电所的主接线是变电所电气部分组成中的一个重要部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法等的拟定将会产生直接的影响。变电所的电气主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件进行灵活确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求。5.1 主接线设计的基本要求主接线应基本满足供电可靠性、运行灵活性和经济性。（1）可靠性所谓可靠性是指主接续线能可靠的工作，以保护对用户不间断地供电。评价主接线可靠性的标志是：1）断路器检修时是否影响供电；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，以及能保证对用户，特别是重要用户的供电；3）变电所全部停电的可能性。（2）灵活性主接线的灵活性有以下几方面要求：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。可以方便地停运断路器、母线及继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。3）扩建的要求。可以容易的从补期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。（3）经济性经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。5.2 主接线方案根据系统和负荷性质的要求，主接线方案初步给出以下两种：第一方案：高压侧采用内桥接线，低压侧单母线分段的主接线，如图5-1所示。第二方案：高压侧采用单母线分段，低压侧单母线分段的主接线，如图5-2所示。图5-1高压侧采用内桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线Figure 5-1 high side USES the bridge connection, the low voltage side using the main wiring of single busbar section图5-2 高压侧采用单母线分段，低压侧采用单母线分段的主接线Figure 5-2 with one bus section high side, low voltage side with the main wiring of single busbar section5.3 方案的比较与确定以上两个方案中，主接线二次侧方案相同，只比较一次侧方案。第一种方案的特点如下：变压器随负荷变化投切方便；线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障线路运行，严重影响供电可靠性。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。桥形虽然接线节省时占地面积，但是不易在一次侧增加进线或出线回路。第二种方案的特点如下：变压器投切方便；在一次侧容易增设进出线数目，相对桥形占地面积大；使用设备多；综合造价高，但是满足远期改造要求。从经济性来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只是比较综合造价。由于第二种方案比第一种方案所占的面积大、设备多、故不经济。从改变运行方式灵活性来看，第二方案比第一方案投切变压器时，倒闸操作简便。通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小、投资少，供电可靠性高为主要优点。第二方案以改变运行方式灵活为主要优点，最为重要的是符合远期改造要求。考虑综合因素选第二方案为本变电所的主接线方案。5.4 主接线二次方案的说明主接线二次侧采用单母分段的目的是：对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电，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和不致使重要负荷停电，可减小停电范围。但当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线回路都在检修期内停电。单母分段接线简单、经济、方便，而且供电可靠性和灵活性相对较高。6 短路电流的计算6.1 发生短路的原因和短路的定义所谓“短路”即是指载流导体相与相之间发生非正常接通的情况；在中性点直接接地的系统中，还有相与地之间的短路。发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏，发生电力系统意外事故。其次还有气候条件恶化，例如雷击过电压造成的闪络放电，由于风灾引起架空线路断线或导线覆冰引起电杆倒塌等。再其次是人员过失，例如运行人员带负荷拉刀闸，检修线路或设备之后未拆除接地线就合闸供电等。最后是其他原因，例如挖沟损伤电缆、鸟兽或风筝跨接在载流裸导体上等。绝缘损坏的原因多因设备地电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路倒杆也能造成事故。6.2 短路的分类在三相系统中短路的基本形式有：三相短路；两相短路；单相接地短路；以及两相接地短路。当三相短路时，由于短路回路阻抗相等，因此三相电流和电压仍是对称的，所以又称为对称短路。此时三相短路电流同速正常情况一样是对称的，只是线路中电流增大，电压降低而已，而电压和电流之间的相位差一般也较正常情况时大，除了三相短路这外，其它类型的短路皆为不对称短路，此时三相所处的情况不同，各相电流、电压数值不等，其相位角也不同。在这些短路形式中，三相短路其后果一般最为严重。电力网在设计及运行时考虑最严重的故障情况下工作的可能性时，三相短路起着决定性的作用。故在设计中需要计算的是三相短路。6.3计算短路电流的目的短路电流的计算主要是为了解决以下几方面的问题：（1）作为选择电气设备（断路器、隔离开关、母线、互感器等）的主要依据。（2）继电保护的设计和整定（3）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等。在短路电流计算中用到短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。此外在短路电流的计算中，为了能够在工程要求的准确度范围内方便和迅速地计算短路电流，做出下列假设：（1）认为在短路过程中，所有发电机转速和电势相位相同；（2）在考虑磁路饱和，变压器励磁电流可略去不计；（3）一般不计元件的电阻和电容，仅在RX/3时计入电阻，在超高压远距离输电时计入电容。6.4短路电流的计算过程6.4.1根据系统连接图画出等阻抗图图6-1 系统等值阻抗图Figure 6-1 system equivalent impedance diagram6.4.2等值电路中各元件电抗的计算、短路电流的计算根据电力工程电气设计手册P119规定“除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络（1kV以下）的短路电流外，元件的电阻都略去不计”。常用的归算公式如下：变压器：XT*=Ud%100SBSN（6-1）式中 SB-基准容量取1000MVA；SN-额定容量（MVA）；Ud%-短路电压百分数（%）。线路：XL*=X0LSBUav2（6-2）式中 SB-基准容量取1000MVA；X0-线路电抗（）（注：线路单位电抗取0.4/km）；Uav-线路所在电压等级平均标称电压（kV）。由于本次设计中电力系统电源为无限大，所以系统电压标么值为1。经网络化简后求出电源到适中短路点之间的总电抗标么值，计算出短路电流标么值。即：Id*=1X*（6-3）最后将电流标么值化为有名值，运用公式：Id=Id*SB3UB（6-4）式中 UB-平均标称电压(kV)。短路计算点：该点短路时，流过电器或导体的短路电流最大，称为短路计算点。由等值阻抗图可以看出，系统为并列运行，所以分别取d1、d2为短路点，计算出短路电流，为以后选择设备的校验的冲击电流提供数据。所以计算得出：d1点短路电流为3.2kA；d2点短路电流为8.52kA；负荷侧最大短路电流为4.01kA。7 电气设备的选择电器设备的选择是变电所配电电气工程设计的主要内容之一。正确选择电气设备是保证电气主接线和配电装置的安全、经济、可靠运行的重要条件。在高压电器选择中的主要问题有下述各点：（1）高压电器应保证正常工作状态下的电压和电流的要求；（2）高压电器应保证安装地点和使用的环境条件要求；（3）高压电器应保证在短路条件下的热稳定和动稳定要求；（4）高压电器应充分考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质；（5）对于电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别；（6）同类产品应尽量选择同一品种或同一厂家产品。7.1 断路器的选择在各种电压等级变电所的设计中，断路器是最为重要的电气设备，它是通断故障电流和正常负荷电流的元件。在电力系统运行中，对断路器的要求是比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。目前国产高压断路器按其灭弧介质和灭弧方式，一般可分为少油断路器、多油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫(SF6)断路器、真空断路器。高压断路器应根据断路器的安装地点、环境和使用技术条件等要求选择其种类和型式，由于少油断路器制造简单、价格便宜，维护工作量小，故在3220kV电压等级中被广泛采用。7.1.1 按额定电压等级选择断路器断路器的额定电压应满足：UNUNne（7-1）式中 UN-断路器的额定电压； UNne-设备所在电力网的额定电压（kV）。7.1.2 按额定电流选择断路器断路器的额定电流应满足大于系统长期最大工作电流的要求：（7-2）式中 -最大长期工作电流，其计算公式如下：（7-3）式中 -线路额定电压（kV）；S-对于10kV侧时，；即为变压器额定容量；对于66kV侧时，采用外桥接线时，；若采用内桥接线时，应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷电流。7.1.3 按开断电流选择断路器开断电流即在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流，它应满足下式：（7-4）式中 -短路电流周期分量的有效值；7.1.4 按关合电流选择断路器 表征断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流，一般取额定开断电流的1.8倍，即短路电流的最大冲击值。它满足下式：（7-5）式中 -冲击电流（kA）；根据下式计算：（7-6）7.1.5 热稳定的校验 断路器及其它的电器设备通过短路电流时，各部分温度不超过允许值，即应满足热稳定要求。即：（7-7）式中 -短路电流（kA）；-短路等值时间（S）；-t秒内允许通过的短时热电流（或短时耐受电流）。7.1.6 动稳定的校验动稳定即导体和电器承受短路电流机械效应的能力。应满足的动稳定条件为：（7-8）式中 -短路冲击电流幅值（kA）；-允许通过的动稳定电流幅值（kA）。根据以上要求,参照计算书中的计算数据,确定66kV侧选择断路器的型号为：型，该断路器的主要参数见表7-1所示：表7-1 LW9-72.53150断路器参数Table 7-1 LW9 -72.5/3150 parameters of circuit breaker型号UN(kV)IN（A）开断电流（kA）开断容量（MVA）动稳定电流（kA）热稳定电流（kA）4S固有分闸时间(s)合闸时间(s)LW9-72.5315072.5315031.545008031.50.030.15型号含义：LW高压六氟化硫断路器，设计序号为9，额定电压72.5kV, 额定电流3150A。根据以上要求,参照计算书中的计算数据,确定10kV侧选择断路器的型号为：ZN28- 10II1000型和ZN28- 10I630型，该断路器的主要参数见表7-2所示：表7-2 10kV侧断路器参数表Table 7-2 to 10 kv side of circuit breaker parameter table型号UN （kV）IN （A）开断电流（kA）开断容量（MVA）极限通过电流峰值（kA）动稳定电流（kA）热稳定电流（4S）（kA）固有分闸时间（S）合闸时间（S）ZN28- 10II1000101000203005050200.0550.01ZN28- 10I63010630203005050200.0550.01型号含义：真空户内断路器，设计序号为28，额定电压10kV，额定电流1000A630A。7.2 隔离开关的选择隔离开关也俗称刀闸，不能用来开断负荷电流和短路电流。在配电装置中，主要作用是在检修设备时形成可见的空气绝缘间隔。在等电位时可作为操作电器，有时也可切断小电流。7.2.1按额定电压等级选择隔离开关隔离开关的额定电压应满足：（7-9）式中 -隔离开关的额定电压；-设备所在电力网的额定电压（kV）。7.2.2按额定电流选择隔离开关隔离开关的额定电流应满足大于系统长期最大工作电流的要求：（7-10）式中 -最大长期工作电流，其计算公式如下：（7-11）式中 -线路额定电压（kV）；S-对于10kV侧时，；即为变压器额定容量；对于66kV侧时，采用外桥接线时，；若采用内桥接线时，应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷电流。7.2.3热稳定的校验隔离开关及其它的电器设备通过短路电流时，各部分温度不超过允许值，即应满足热稳定要求。即：（7-12）式中 -短路电流（kA）；-短路等值时间（S）；-t秒内允许通过的短时热电流（或短时耐受电流）。7.2.4动稳定的校验动稳定即导体和电器承受短路电流机械效应的能力。应满足的动稳定条件为：（7-13）式中 -短路冲击电流幅值（kA）；-允许通过的动稳定电流幅值（kA）。经过计算和校验，66kV侧隔离开关选为GW5-72.5G。10kV侧隔离开关选为GN6-10T/1000。表7-3 所选隔离开关主要参数Table 7-3 main parameters selected isolating switch型号额定电压额定电流动稳定电流峰值热稳定电流GW5-72.5G72.512008031.5GN6-10T/10001010007530G-隔离开关；W-户外型隔离开关；N-室内型隔离开关；56-设计序号；72.510-额定电压（kV）；GT-改进型；1000-额定电流(A)；7.3 互感器的选择互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统的主要联络元件，分别用于向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，以正常反映电气设备的正常运行及故障情况。互感器的主要作用是：(1)将一次回路的高压和大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，并便于屏内安装。(2)使二次设备与高压部分隔离，且使互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。7.3.1电压互感器的选择7.3.1.1电压互感器的配置原则母线：一般除旁路母线外，工作及备用母线上都装有一组电压互感器用于同期、测量仪表和保护装置。线路：35kV及其以上输电线路，当对端有电源时，为了监控线路有无电压，进行同期和设置重合闸，装有一台或三台单相电压互感器；10kV及其以下架空出线自动重合闸，可利用母线上的电压互感器。在供电部门指定的计量点，一般装有计量之用电压互感器。变压器：变压器的高压侧有时为了保护的需要，设有一组电压互感器。7.3.1.2 电压互感器的选择电压互感器的选择是根据额定电压、装置种类、构造形式、准确度级以及按副边负载选择。电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（1.10.9）范围内变动,即满足下列条件:（7-14）式中 -电压互感器一次侧额定电压。635kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式；110220kV配电装置一般采用串级式电磁式电压互感器；220kV有其有上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。电压互感器准确级的选择：其准确级要高于或等于仪表和继电保护装置的准确级，计量时不低于0.5级，测量时不低于1.0级，继电保护采用P级。根据电力工程电气设计手册P250型式选择规定：620kV配电装置一般采用油浸绝缘结构。在高压开关柜中或布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压时，一般采用三相五柱式电压互感器。三相三柱式接线图无开口三角形。此种接线不能用于供电绝缘检查电压表，不允许将电压互感器高压侧中性点接地。由于10kV为中性点不接地系统，电压互感器除供测量仪表外，还用来作为电网对地绝缘监视，因此本次设计10kV侧采用JSJB-10型三相五柱式电压互感器。其主二次绕组Y型接线用于测量、继电器的电压线圈，开口三角形构成零序电压滤过器，用于绝缘检查，其接线如图所示：经过选择，66kV侧电压互感器为JCC566，10kV母线电压互感器为JSZW-10型。表7-3 电压互感器的主要参数Table 7-3 main parameters of voltage transformer型号最大容量(VA)额定电压试验电压二次负荷剩余电压绕组初级次级剩余1min工频雷电0.20.53P输出VA准确度JCC5-6620001403501502503001003P型号额定电压（kV）最大输出VA二次负荷（VA）连接组标号初级绕组次级绕组辅助绕组0.5级1级3级YN,yn0辅助绕组接成开口三角形JDZX9-10100.10.1/3960120200480（注：由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身并不遭受短路电流的作用，因此不需要校验动稳定与热稳定。）7.3.1.3电压互感器型号含义如下：JCC5-66型电压互感器：J-电压互感器；C-串级绝缘形式；C瓷箱式；5设计序号；66-额定电压（kV）。JSJB-10型电压互感器：J-电压互感器；S-三相；J-油浸式；B-带补偿绕组；10-额定电压（kV）。7.3.2 电流互感器的选择电流互感器的选择应根据电压等级和电流互感器安装处的最大长期工作电流进行选择。电流互感器一次额定电压和电流必须满足下式：（7-15）（7-16）式中 -电流互感器所在电力额定电压；,-电流互感器的一次额定电压和电流；-电流互感器一次回路最大工作电流；7.3.2.1 电流互感器的校验(1) 热稳定校验 电流互感器热稳定能力常以1S允许通过一次额定电流的倍数来表示，故热稳定应按下式校验：（7-17）式中 -短路电流（kA）；-短路等值时间（S）。(2) 动稳定校验电流互感器常以通过一次额定电流最大值（）的倍数，表示其内部动稳定能力，所以内部动稳定可用下式校验：（7-18）式中 -短路冲击电流（kA） -动稳定电流倍数。7.3.2.2 电流互感器的配置(1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线、分段等回路设置电流互感器，一般按三相配置；10kV出线按两相配置。(2）对于保护用电流互感器应尽量消除保护的死区。 电流互感器经过选择校验，66kV侧电流互感器选择LCWD-66，用于安装在变回路和桥型回路。10kV侧电流互感器选用LAJ-