110KV变电站毕业设计说明书

1 1 广西电力职业技术学院电力工程系 毕业设计说明书毕业设计说明书 题题目目110kV110kV 变电站设计变电站设计 专业发电厂及电力系统 班级电力 903 学号201090312 学生姓名吕冀涛 指导教师赵树宗蔡红梅 20112011 年年 1212 月月 1414 日日 2 2 前言 毕业设计是高等工程教育最重要的实践性教学环节 它是由我们 独立完成的一项综合性 创造性 设计性的大型作业 开展毕业设计 课题至关重要并具有深远的意义 不仅培养我们分析和解决各种实际 问题的能力 也进一步巩固 深化和扩展所学的专业理论知识 我们这次设计的主要内容是对某 110kV 降压变电站的电气部分 进行初步设计 包括了 负荷统计分析 主变的选择 电气主接线方 案选择 短路电流的计算 电气设备的选择和校验 继电保护的选择 及 CAD 制图等内容 经过五个星期的努力 我们 A1 组终于完成了这次毕业设计 在 此过程中 我们从对变电站的生疏 到了解 再到深入研究 我们 有了不少的收获 巩固了在大学期间的专业知识 并对以前的基础理 解的更加透彻 掌握的更加熟练 锻炼了自己的实际应用能力 将课 本上学到的理论知识和实际生产联系了起来 增强了自己独立解决问 题的能力以及团队合作精神 培养实事求是 全面科学 严肃认真的 工作作风 为今后从事本专业工作打下坚实牢固的基础 但由于时间和水平的局限 设计中难免会有不妥之处 敬请老 师多批评指导 3 3 目录 前言 第 1 章 毕业设计任务书 1 1 1 设计题目 1 1 2 所址概况 1 1 3 负荷资料 1 1 4 毕业设计的任务 1 1 5 毕业设计的成果要求 2 第 2 章主变压器的选择 3 2 1 负荷计算 3 2 2 变压器台数的确定 3 2 3 主变容量的确定 4 2 4 主变相数的选择 4 2 5 主变绕组数量 4 2 6 主变型号的选择 5 2 7 连接组别的选择 5 2 8 变压器冷却方式选择 5 第 3 章 电气主接线的选择 7 3 1 电气主接线的基本要求 7 3 2 主接线的接线方式选择 7 3 2 1 110kV 侧主接线选择方案 9 3 2 2 35kV 侧主接线方案选择 10 3 2 3 10kV 侧主接线方案选择 11 3 2 4 变电站主接线图 11 第 4 章 短路电流计算 13 4 1 概述 13 4 2 短路计算的目的及假设 13 4 2 1 短路计算的目的 13 4 2 2 短路电流计算的一般规定 13 4 2 3 短路计算基本假设 14 4 2 4 基准值的选取 14 4 2 5 短路电流计算的步骤 14 4 3 三相短路的计算 16 4 3 1 母联断开和闭合时 110kV 侧的情况是一样的 16 4 3 2 35kV 侧 17 4 3 3 10kV 侧 19 4 3 4 结论 20 4 4 第 5 章 电气设备选择 21 5 1 概述 21 5 1 1 一般原则 21 5 1 2 技术条件 21 5 2 断路器的选择 22 5 2 1对断路器的基本要求 22 5 2 2断路器选择 22 5 3 隔离开关的选择 27 5 3 1 隔离开关的作用 27 5 3 2 隔离开关的选择 27 5 4 互感器的选择 31 5 4 1 互感器的概述 31 5 4 2 电流互感器选择 31 5 5 母线的选择 36 5 6 电缆的选择 38 第六章保护 41 6 1 继电保护配置规划 41 6 1 1 变压器的继电保护 41 6 1 2 主变压器保护 41 6 2 防雷保护及其配置 42 6 2 2 主接地网 44 6 6 3 主变中性点放电间隙保护 44 主要参考文献 资料 46 致谢 47 附录 1 48 1 1 第第 1 1 章章 毕业设计任务书毕业设计任务书 1 1 设计题目设计题目 某 110kV 降压变电站电气部分初步设计 1 2 所址概况所址概况 110kV 变电站坐落在一个工业园 有 2 回线与系统相连 变电站与系统的架 空线长度 50km 系统最大方式容量为 3000MVA 相应的系统电抗为 0 46 系统 最小方式容量为 2500MVA 系统电抗为 0 4 以系统容量及电压为基准的标幺值 变电站地址条件较好 地势较为平坦 属于 5 级地震区 冻土层深 1 8m 复冰厚度 10mm 最大风速 25m s 年平均温度 5 最高气温 38 最低气 温 1 1 3 负荷资料 负荷资料 表 1 135kV 负荷情况表 用户名容量 MVA 负荷性质距离 km 水泥厂10215 化肥厂10210 机械厂10112 钢铁厂5112 表 1 210kV 负荷情况表 用户容量 MVA 负荷性质线路类型距离 km 自来水厂51架空2 糖厂3 52架空2 医院1 01电缆1 5 纺织厂3 03架空2 农机厂3 02架空1 造纸厂1 02架空2 市政府2 52电缆1 1 4 毕业设计的任务 毕业设计的任务 1 进行技术 经济比较 选择电气主接线方案 2 2 2 选择变压器的台数 容量 型号 参数 3 计算短路电流 选择电气设备 断路器 隔离开关 母线 电压互感器 电流互感器 避雷器 4 变电站主接线图1 张 1 5 毕业设计的成果要求 毕业设计的成果要求 1 变电所电气主接线图 1 张 A3 纸 包括避雷器 电流互感器 电压 互感器等的配置 要求电气 CAD 出图 2 设计说明书一份 包括短路电流计算的过程及等值电路图 3 3 第第 2 2 章章主变压器的选择主变压器的选择 主变压器的选择与变压器的台数 形式 连接组别 电压等级 调压等级 冷却方式 运输条件以及变电站的容量有关 它的确定除了依据基本原始资料外 还应根据电力系统 5 10 年的发展规划 输送功率大小 馈线回路数 电压等级 及接入系统的紧密程度等因素 进行综合分析和合理选择 根据变电站所带负荷 性质和电网结构来确定主变压器的容量 在选择主变压器时 要根据原始资料和设计变电站的自身特点 在满足可靠 性的前提下 要考虑到经济性来选择变压器 选择主变压器的容量 同时要考虑到该变电站的扩建情况来选择主变压器的 台数及容量 2 1 负荷计算负荷计算 1 35kV 侧负荷统计 一类负荷 MVAS15510 二类负荷 MVAS201010 2 10kV 侧负荷统计 一类负荷 MVAS615 二类负荷 MVAS105 2135 3 三类负荷 MVAS3 表 2 1 负荷统计表 电压等级一类负荷 MVA 二类负荷 MVA 三类负荷 MVA 35 kV15200 10 kV6103 小计21303 汇总54 MVA 2 2 变压器台数的确定变压器台数的确定 1 选择原则 1 对于只供电给二类 三类负荷的变电站 原则上只装设一台变压器 4 4 2 对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的变电站 应选用两台 相同容量的主变压器 2 主变压器台数的选择 根据原始资料可知 本次所设的变电站是 110kV 降压变电站 所设计变电站 的电压等级为三个等级 分别为 110kV 35kV 10kV 供电负荷大 一类二类负 荷占大部分 属于有一类负荷的重要变电站 根据规定选择两台主变时供电可靠性较高 所以选用两台主变压器 2 3 主变容量的确定主变容量的确定 1 确定原则 主变压器容量一般按变电站建成后 5 10 年的规划负荷选择 并适当考虑到远期 10 20 年的负荷发展 2 容量确定 根据变电站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站 应考虑当一台主变压器停运时 其余变压器容量 应能满足全部负荷的 60 70 S 54MVA 或者用户的一类负荷和二类负荷 由 于上述条件限制 所以 两台主变压器各自承担 27MVA 当一台停运时 另一台 则承担 60 的负荷MVAS4 3254 60 60 单台变压器运行也要满足一级和 二级负荷的供电需要 10 10 10 5 5 3 5 1 3 1 2 5 51MVA 故选择两台 63MVA 的主变压器就可以满足负荷要求 2 4 主变相数的选择主变相数的选择 在 330kV 及以下的发电厂和变电所中 一般都选用三相式变压器 因为一台 三相式变压器较同容量的 3 台单相式投资小 占地少 损耗小 同时配电装置结 构比较简单 运行维护比较方便 如果受到制造 运输条件等条件的限制时 可 选用单相变压器组 而我们所设计的变电站 地址条件较好 不存在运输条件限 制问题 故选择三相电力变压器 2 5 主变绕组数量主变绕组数量 绕组的形式主要有双绕组和三绕组 规程上规定在选择绕组形式时 一般应优先考虑三绕组变压器 因为一台三 绕组变压器的价格及所用的控制电路和辅助设备 比两台双绕组变压器都较少 三绕组变压器通常应用下列场合 1 在发电厂内 除发动机电压外 有两种升高电压与系统连接或向用户 供电 2 在具有三种电压等级的降压变电站中 需要向高压中压和低压供电或 高压和中压向低压供电 5 5 3 在枢纽变电站中 两种不同的电压等级的系统需要相互连接 4 在星形 星形接线的变压器中 需要一个三角形连接的等三绕组 本待建变电站具有 110kV 35kV 10kV 三个电压等级 所以拟用三绕组变压 器 2 6 主变型号的选择主变型号的选择 本待建变压器有一 二类负荷 当调整电压时 需要带负荷调整 所以采用 有载调压变压器 SFSZ9 63000 110 额定容量 63000kVA 高压 121kV 中压 38 5kV 低压 10 5kV 表 2 2主变压器型号及相关参数 变压 器型 号 额 容 量 VAk 额定电压 kV 空载 损耗 kW 负载损耗 kW 阻抗电压 空载 电流 高压中压低压 高 中 高低 中 低 高 中 高 低 中 低 SFSZ9 6300 0 110 6300 0 110 8 1 25 38 5 2 2 5 10 551 5 270 0 降压型 高中 10 5 高低 17 5 中低 6 5 0 32 注 该型号变压器为三绕组有载调压变压器 在电网电压波动时 它能在负 荷运行条件下自动或手动调压 保持输出电压的稳定 从而提高供电质量 2 7 连接组别的选择连接组别的选择 变压器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星型和三角型 我国 110kV 及以上电压 变压器绕组都 采用星型连接 35kV 亦采用星型连接 其中性点多通过消弧线圈接地 故本变 电站 110kV 侧采用星型接线 35kV 侧采用星型连接 10kV 侧采用三角型接线 即可确定本 110kV 降压变电站所选择变压器绕组接线方式为 110n dyY n 接线 2 8 变压器冷却方式选择变压器冷却方式选择 1 自然风冷却 无风扇 仅借助冷却器 又称散热器 热辐射和空气自 然对流 额定容量在 10000kVA 及以下 2 强迫空气冷却 简称风冷式 在冷却器间加装数台电风扇 使油迅速 冷却 额定容量在 8000kVA 6 6 3 强迫油循环风冷却 采用潜油泵强迫油循环 并用风扇对油管进行冷 却 额定容量在 40000kVA 及以上 4 强迫油循环水冷却 采用潜油泵强迫油循环 并用水对油管进行冷却 额定容量在 120000kVA 及以上 由于铜质量不过关 国内已很少应用 5 强迫油循环导向冷却 采用潜油泵将油压入线圈之间 线饼之间和铁 芯预先设计好的油道中进行冷却 6 水内冷 将纯水注入空心绕组中 借助水的不断循环 将变压器的热 量带走 根据待设计变电站主变的容量为 63000kVA 为使主变的冷却方式既能达到 预期的冷却效果 又简单 经济 所以选用强迫油循环风冷却方式 7 7 第第 3 3 章章 电气主接线的选择电气主接线的选择 3 1 电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求 1 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务 衡量电气主接线运行可靠性 的一般准则 1 断路器检修时 不宜影响对系统的供电 2 断路器或者母线故障以及母线检修时 尽量减少停运的回路数和停运 时间并要求保证对一级负荷和大部分二级负荷的供电 3 尽量避免变电所全部停运 2 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 1 调度时 应可以灵活地投入和切除发电机 变压器和线路 2 检修时 可以方便地停运断路器 母线及其继电保护设备进行检修而 不致影响电力系统的运行 和对用户的供电 3 扩建时 可以容易地从初期接线过渡到最终接线 3 经济性 1 投资少 2 占地面积小 3 电能损耗小 4 发展性好 3 2 主接线的接线方式选择主接线的接线方式选择 表 3 1主接线常用基本接线方式 接线 方式 优点缺点适用范围 单 母 线 接 线 单母线接线简单 清 晰 采用设备少 操 作方便 投资少 便 于扩建 1 供电可靠性和灵活性 较差 在母线及母线隔离 开关检修或故障时 各支 路都必须停止工作需使整 个配电装置停电 2 引 出线的断路器检修时 该 支路要停止供电 适用于不重要负荷和 中 小容量的水电站和 变电站中 单 母 线 分 段 接 线 1 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 2 两段母线可看成是 两个独立的电源 提 1 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 2 任一支路 断路器检修时 该支路必 须停止工作 3 当出线 1 6 10kV 每段母 线容量不超过 25MW 35kV 配电装置的出线 回路数为 4 8 回为宜 2 110kV 配电装置的 出线回路数为小于 8 8 8 高供电可靠性 可对 重要用户供电 为双回路时 常使架空线 路出线交叉跨越 扩建时 需向两个方向均衡扩建 回 单 母 线 分 段 带 旁 路 母 线 接线 与单母线分段相比 唯一的好处是出线 断路器故障或检修 时可以用旁路断路 器代路送电 使线路 不停电 1 增加了配电装置的设 备 增加了占地 也增加 了工程投资 2 旁路断 路器代替个回路断路器的 倒闸操作复杂 容易产生 误操作 酿成事故 3 保护及二次回路接线复 杂 1 用于出线不多 容 量不大的中 小型发电 厂 2 35 110kV 变电 站 3 主要用于电压 为 6 10kV 出线较多的 而且对重要负荷供电 的装置中 双 母 线 接 线 1 可靠性高 2 灵活性好 3 扩建方便 1 检修出线断路器时该 支路仍然会停电 2 设备较多 配电装置 复杂 运行中需要用隔离 开关切换电路 容易引起 误操作 同时投资和占地 面积较大 1 电压为 6 10kV 短路容量大 有出线电 抗器的装置 2 电压 为35 60kV出线超过8 回或电源较多 负荷较 大的装置 3 电压为 110kV 220kV 出线为 5 回及以上或者在系统 中居重要位置出线为 4 回及以上的装置 双 母 线 分 段 接 线 具有更高的可靠性 和更大的灵活性 增加母联断路器和分段断 路器数量 配电装置投资 较大 1 电压为 220kV 进 出线为 10 14 回的装 置 2 电压为 6 10kV 进出线回路数或母线 上电源较多 输出功率 较大 短路电流较大的 装置 桥形 接线 桥形接线配电装置 的结构比较简单 造 价便宜 运行中具有 一定的可靠性 灵活 性 便于扩展 1 内桥接线正常运行时 变压器操作复杂 同时 出现断路器故障或检修 时 造成该回路停电 2 线路投入与切除时 操作 复杂 在具有两台主变压器 的双回线路中变电站 中得到广泛应用 9 9 3 2 13 2 1 110kV110kV 侧主接线选择方案侧主接线选择方案 根据 发电厂变电站电气设备 中可有 当有两台主变压器和两回线路时可 采用桥式接 桥式接线可分为内桥接线和外桥接线 以后随着发展 过渡到单母 线分段和双母线接线 本变电站 110kV 侧有两回进线 初步拟定方案为桥式接线 即有内桥和外桥接线两种方案 跨条 跨条 QSQS QSQS QF QF QF QFQF QF 图 3 2方案 1 内桥接线图 3 3方案 2 外桥接线 方案 1 内桥接线特点 1 线路操作方便 如线路发生故障 仅故障线路的断路器跳闸 其余三回 路可继续工作 并保持相互的联系 2 正常运行时变压器操作复杂 3 桥回路故障或检修时两个单元之间失去联系 同时 出现断路器故障或 检修时 造成该回路停电 为此 在实际接线中可采用设外跨条来提高运行灵活 性 内桥接线使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 需要经常切换的运行方式的变电站中 方案 2 外桥接线特点 1 变压器操作方便 2 线路投入与切除时 操作复杂 如线路检修或故障时 需断开两台断路 器 并使该侧变压器停止运行 需经倒闸操作恢复变压器工作 造成变压器短时 停电 3 桥回路故障或检修时全厂分裂为两部分 使两个单元之间失去联系 同 时 出线侧断路器故障或检修时 造成该侧变压器停电 此外 在实际接线中可 采用设内跨条来提高运行灵活性 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 而且线路有穿越功率通过的变电站中 10 10 以上两种方案比较 两种方案均具有接线简单清晰 设备少 造价低 易于 发展成为单母线分段或双母线接线 为了节省投资 变电站建设初期 可先采用 桥形接线 并预留位置 随着发展逐步建成单母线分段或双母线接线 结合原始 材料可知待设计变电所有两回进线两回出线 线路为 50km 属于短距离输电线路 所以 110kV 侧采用外桥接线方式 注 长距离输电线路 线路长度超过 300km 以上 中距离输电线路 线路长度在 100km 以上 300km 以下的架空输电线 路和不超过 100km 的电缆线路 短距离输电线路 线路长度不超过 100km 3 2 23 2 2 35kV35kV 侧主接线方案选择侧主接线方案选择 根据实际情况初步拟定三种方案 如下各图所示 L L1 1 1 13 3Q QS S 1 11 1Q QS S 0 0Q QF F 1 1Q QF F2 2Q QF F 0 01 1Q QS S0 02 2Q QS S 段段 段段 L L1 1L L2 2 1 15 5Q QS S2 25 5Q QS S 1 13 3Q QS S2 23 3Q QS S 1 1Q QF F2 2Q QF F 0 05 5Q QS S0 06 6Q QS S 0 03 3Q QS S 0 04 4Q QS S 0 01 1Q QS S0 02 2Q QS S 0 0Q QF F 1 11 1Q QS S 2 21 1Q QS S 段段 段段 L L1 1 1 13 3Q QS S 1 11 1Q QS S 4 4Q QF F 1 1Q QF F2 2Q QF F L L2 2L L3 3L L4 4L L2 2L L3 3 图 3 4 依据以上三种接线方式的特点作出主接线方案比较如下表所示 接线方式 单母线分段接线 方案 1 单母线接线 方案 2 单母分段带旁路接线 方 案 3 优 缺点 1 一段母线故障停止 工作 另一段母线仍可 工作 两段接线可提高 供电可靠性 2 当一 段母线故障时 该母线 上所有支路必须断开 停电范围较大 任一支 路断路器检修时 该支 路必须停电 1 单母线接线简 单 清晰 采用设备 少 操作方便 投资 少 便于扩建 2 可靠性和灵活性较 差 在母线和母线隔 离开关检修或故障 时 各支路都停电 引出线的断路器检 修时 该支路要停 1 单母线分段相比 唯一 的好处是出线断路器故障 或检修时可以用旁路断路 器代路送电 使线路不停 电 2 增加了配电装置的 设备 增加了占地 也增 加了工程投资 3 旁路断路器代替个回 路断路器的倒闸操作复 杂 容易产生误操作 酿 11 11 电 成事故 4 保护及二次回 路接线复杂 技 术 比 较 可靠性较好较差高 灵活性较好较差较好 维护性较好较差较好 二 次 保 护 一般简单 复杂 经济比较略有增加投资少 投资大 结论 通过以上的比较 单母线分段接线方式与单母线接线方式在可靠性 和灵活性方面比单母线较好 维护方便性好 经济方面有点增加 但不 起主导地位 单母线分段接线方式与单母分段带旁路接线相比 在可靠 性 灵活性和维护方面都差不多 但是单母分段带旁路接线增加了配电 装置的设备 增加了占地 也增加了工程投资 所以综合考虑 选择单 母线分段接线 方案 1 较为合理 选择方案单母线分段接线 方案 1 3 2 33 2 3 10kV10kV 侧主接线方案选择侧主接线方案选择 10kV 侧主接线方案选择的分析过程同 35kV 侧主接线方案选择相同 故选择 单母线分段接线比较合理 3 2 43 2 4 变电站主接线图变电站主接线图 根据以上分析结果得出变电站主接线图 3 5 所示 12 12 13 13 第第 4 4 章章 短路电流计算短路电流计算 4 1 概述概述 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 主要有三相短路 两相短路和单相短路 一般情况下 三相短 路电流都大于两相和单相短路电流 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 选择电气设备时 通常用三相短路电流 校验继电保护动作灵敏度时用两相 短路 单相短路电流或或单相接地电流 工程设计中主要计算三相短路电流 4 2 短路计算的目的及假设短路计算的目的及假设 4 2 1 4 2 1 短路计算的目的短路计算的目的 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 校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算 3 电气主接线方案的比较和选择 在发电厂和变电站的主接线设计中 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 5 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 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 2 2 4 2 2 短路电流计算的一般规定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 作用的导部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 14 14 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 2 3 4 2 3 短路计算基本假设短路计算基本假设 短路电流实用计算中 采用以下假设条件和原则 1 正常工作时 三相系统对称运行 2 所有的电源的电动势相位角相同 3 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 4 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 5 元件的计算参数均取其额定值 不考虑参数的误差和调整范围 6 输电线路的电容略去不计 4 2 4 4 2 4 基准值的选取基准值的选取 每个元件电气量的标幺值的基准值都可以任意选定 若选取的基准功率为 B S和基准电压为 B U 由于 4 个电气量仅两个是独立量 其基准电流 B I和基准电 抗可通过功率关系和欧姆定律求得 即 B B B U S I 3 和 B B B B B S U I U Z 2 3 4 2 5 4 2 5 短路电流计算的步骤短路电流计算的步骤 1 短路点的选择 一般发生在母线上的短路电流较大 故短路点选择在各侧的母线上 考虑 10kV 和 35kV 侧母联断开与闭合的情况 故作出短路系统电抗标幺值等效电路图 母联断开时如图 4 1 所示 母联闭合时如图 4 2 所示 图 4 1 标幺值等效电路图图 4 2 标幺值等效电路图 15 15 2 元件电抗 求各元件的电抗标幺值 MVASB100 kV115 av UUB 变电站与系统的架空线长度 50km 系统最大方式容量为 3000MVA 相应的系 统电抗为 0 46 1 系统最大运行方式下的阻抗计算 015 0 3000 100 46 0 1 1 S B S S S X 2 线路总阻抗计 3 变压器各侧阻抗计算 高压侧 75 10 5 65 175 10 2 1 2 1 2313121 KKKKUUUU 中压侧 25 0 5 175 65 10 2 1 2 1 1323122 KKKKUUUU 低压侧 75 6 5 105 65 17 2 1 2 1 1223123 KKKKUUUU 变压器容量为MVASNT63 17 0 63 100 100 75 10 100 1 NT BKI T S SU X 004 0 63 100 100 25 0 100 2 2 NT BK T S SU X 107 0 63 100 100 75 6 100 3 3 NT BK T S SU X 48 22 100 115 17 0 2 2 11 B B TT S U XX 529 0 100 115 004 0 2 2 22 B B TT S U XX 15 14 100 115 107 0 2 2 33 B B TT S U XX 0756 0 115 100 504 0 2 1 2 1 22 B B L L U S LXX 16 16 4 3 三相短路的计算三相短路的计算 4 3 14 3 1 母联断开和闭合时母联断开和闭合时 110kV110kV 侧的情况是一样的侧的情况是一样的 系统到 110kV 侧MVASB100 kV115 av UUB 当在 1 K 4 K 处发生三相短路时 最大运行方式下 作出等值电路图如下图 4 3 所示 图 4 3 标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为 0906 00756 0015 011 LSfXXX 系统电阻为 855 1 3000 110 46 046 0 2 s 2 s S U Xs 电源至短路点的总电阻 855 1110855 1 f X 10 6 15 855 11 855 1 100 f s X X 45 37 2 100 3000 0906 0 B S ff S S XX 所以 110kV 侧为有限大系统 T 0s 时 377 0 B 短路周期分量的有效值 A U S B N Bf k678 5 3115 3000 377 0 3 短路冲击电流 kAi Mk 45 14678 58 122 f 短路最大有效值 kAI fk 63 8678 552 152 1 短路容量 MVAIU fB 98 1130678 511533 f T 0 1s 时 365 0 B 短路周期分量的有效值 kA U S B N Bf 94 5 3115 3000 365 0 3 17 17 短路冲击电流 kAi Mk 975 1349 58 122 f 短路最大有效值 kAI fk 34 849 552 152 1 短路容量 MVAIU fB 53 109349 511533 f T 4s 时 378 0 B 短路周期分量的有效值 kA U S B N Bf 96 5 3115 3000 783 0 3 短路冲击电流 kAi Mk 48 1469 58 122 f 短路最大有效值 kAI fk 48 1469 552 152 1 短路容量 MVAIU fB 37 113369 511533 f 4 3 24 3 235kV35kV 侧侧 MVASB100 kV37 av UUB 母联闭合时 当在5K处发生三相短路时 最大运行方式下 作出等值电路图如下图 4 4 所示 图 4 4 标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为 1736 0 004 017 0 2 1 0756 0015 0 2 1 211 TTLSfXXXXX 电源至短路点的总电阻 38 22 2 529 048 22 10855 1 2 21TT Lsf XX XXX 10 13 8 100 38 22 855 1 100 f S X X 18 18 45 32 5 100 3000 1736 0 f B N f S S I 所以 35kV 侧是无限大系统 短路周期分量的有效值 标幺值 76 5 1736 0 11 f f I I 有名值 kA U S II B ff 99 8 337 100 76 5 3 短路冲击电流 kAi Mk 88 2299 88 122 f 短路最大有效值 kAI fk 66 1399 852 152 1 短路容量 MVAIU fB 13 57699 83733 f 母联断开时 当在 2 K处发生三相短路时 最大运行方式下 作出等值电路图如下图 4 5 所示 图 4 5 标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为 2566 0004 017 00756 0015 0 2111 TTLSfXXXXX 短路周期分量的有效值 标幺值 90 3 2566 0 11 f f I I 有名值 kA U S II B ff 09 6 337 100 90 3 3 短路冲击电流 kAi Mk 50 1509 68 122 f 短路最大有效值 kAI fk 26 909 652 152 1 19 19 短路容量 MVAIU fB 28 39009 63733 f 4 3 34 3 3 10kV10kV 侧侧 MVASB100 kV5 10 av UUB 1 母联闭合时 当在 6 K处发生三相短路时 最大运行方式下 作出等值电路图如下图 4 6 所示 图 4 6 标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为 2291 0 107 017 0 2 1 0756 0015 0 2 1 3111 TTLSfXXXXX 电源至短路点的总电阻 17 30 2 15 1448 22 10855 1 2 31TT Lsf XX XXX 10 15 6 100 17 30 855 1 100 f S X X 45 387 6 100 3000 3676 0 f B N f S S I 所以 10kV 侧是无限大系统 短路周期分量的有效值 标幺值 36 4 2912 0 11 f f I I 有名值 kA U S II B ff 97 23 35 10 100 36 4 3 短路冲击电流 kAi Mk 02 6197 238 122 f 20 20 短路最大有效值 kAI fk 43 3697 2352 152 1 短路容量 MVAIU fB 94 43597 235 2033 f 2 母联断开时 当在 3 K处发生三相短路时 最大运行方式下 作出等值电路图如下图 4 7 所示 图 4 7 标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为 3676 0107 017 00756 0015 0 3111 TTLSfXXXXX 短路周期分量的有效值 标幺值 72 2 6763 0 11 f f I I 有名值 kA U S II B ff 96 14 35 10 100 72 2 3 短路冲击电流 kAi Mk 08 3896 148 122 f 短路最大有效值 kAI fk 74 2296 1452 152 1 短路容量 MVAIU fB 07 27296 145 2033 f 4 3 44 3 4 结论结论 经过以上计算的结果 从中可以知道 当母联闭合时在最大运行方式下的三 相短路电流值最大 所以根据母联闭合时在最大运行方式下的三相短路电流来选 择并校验电气设备 21 21 第第 5 5 章章 电气设备选择电气设备选择 5 1 概述概述 电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一 正确的选择电 气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 在进行电气 设备选择时必须符合国家有关经济技术政策 技术要先进 经济要合理 安全要 可靠 运行要灵活 而且要符合现场的自然条件要求 所选设备正常时应能可靠 工作 短路时应能承受多种短路效应 5 1 1 5 1 1 一般原则一般原则 1 设备按照主接线形式进行配置 2 按装置位置及系统正常运行情况进行选择 按短路情况进行校验 3 所选择设备在系统中最恶劣运行方式下仍能可靠工作 动作 4 同类设备尽量同一型号 便于设备的维护 订货和相互备用 5 考虑近期 5 年发展的要求 5 1 2 5 1 2 技术条件技术条件 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 1 按正常工作条件选择电气设备 1 额定电压 通常 规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的 1 1 1 15 倍 而电气设备所在电网的运行电压波动 一般不超过电网的额定电压的 1 15 倍 即 NSN UU 电网额定电压 2 额定电流 电气设备的额定电流 N I是指在额定环境温度下 电气设备的长期允许电流 N I应不小于该回路在各种合理方式下的最大持续工作电流 max I 2 按短路状态校验 1 短路热稳定校验 短路电流通过电器时 电气设备各部件温度 或发热效应 应不超过允许值 满足热稳定的条件为 kt QI 2 22 22 式中 k Q 短路电流产生的热效应 t I t 电气设备允许通过的热稳 定电流和时间 2 动稳定校验 动稳定是电器承受短路电流机械效应的能力 满足动稳定的条件为 shes ii 或 shes II 式中 shsh Ii 短路冲击电流幅值及其有效值 eses Ii 电气设备允许 通过的动稳定电流幅值及其有效值 5 2 断路器的选择断路器的选择 5 2 15 2 1对断路器的基本要求对断路器的基本要求 1 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 2 具有足够的开断能力 断路器的开断能力是只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 3 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 4 结构简单 经济合理 在满足安全 可靠的同时 还考虑到经济性 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 25 2 2断路器选择断路器选择 1 110kV 侧断路器选择 110kV 侧最大持续工作电流 60 297 1103 105405 1 3 05 1 I 3 mA U S N N ax 式中 N S 指变电站总负荷的容量 MVA 110kV 侧电压等级下的三相短路电流周期分量有效值为678 5 fIkA 冲击电 流最大值为45 14 mikA 根据电流值查附表初步选型号为LW24 126 的断路器 其技术参数如下表5 1 所示 23 23 表 5 1 110kV 侧的断路器参数表 型号 额定 电压 kV 最高 工作 电压 kV 额定 电流 A 额定 开断 电流 kA 额 定 短 时 耐 受 电流 kA 4s 额 定 峰 值 耐 受 流 kA 额定 关合 电流 kA 额定 合闸 时间 s 全开 时间 s LW24 126110126125031 531 580800 10 06 1 断路器最高工作电压 126kV 大于系统额定电压 110kV 2 断路器额定电流AIN1250 最大持续持续工作AI60 297 max 3 断路器额定开断电流AIk5 31 ke 三相短路周期分量有效值 AIfk678 5 4 动稳定校验 额定峰值耐受电流kAi80 max 短路冲击电流最大值kAim45 14 即 m ii max 满足要求 5 热稳定校验 设ste4 其中 0 ttt re r t为保护动作时间 0 t为断路器分闸时间 时间 e t内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 则有 sk396945 31t 2 2 AIt 时间 e t内短路电流的热效应 sk5 129469 5 22 4fk AtQ 则 kt QI t 2 即满足要求 故 LW24 126 的断路器 可满足技术条件要求 2 35kV 侧断路器选择 35kV 侧最大持续工作电流 A U S I N N 21 606 353 103505 1 3 05 1 3 max 式中 N S 指变电站 35kV 侧总负荷的容量 MVA 35kV 侧电压等级下的三相短路电流周期分量有效值为AIfk99 8 冲击电流 最大值为Aimk88 22 24 24 根据电流值查附表初步选型号为 ZN12 40 5 的断路器 其技术参数如下表 5 2 所示 表 5 2 35kV 侧的断路器参数表 型号 额定 电压 kV 最高 工作 电压 kV 额定 电流 A 额定 开断 电流 kA 额 定 短 时 耐 受 电流 kA 4s 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 ZN12 40 53540 51250252563630 10 06 1 断路器最高工作电压 40 5kV 大于系统额定电压 35kV 2 断路器额定电流AIN1250 最大持续持续工作AI21 606 max 3 断路器额定开断电流AIk25 ke 三相短路周期分量有效值AIfk99 8 4 动稳定校验 额定峰值耐受电流kAi63 max 短路冲击电流最大值kAim88 22 即 m ii max 满足要求 5 热稳定校验 设ste4 其中 0 ttt re r t为保护动作时间 0 t为断路器分闸时间 时间 e t内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 skAtIt 25004252 2 时间 e t内短路电流的热效应 sk28 323499 8t 2 2 AIQk 则 k QtI 2 t 即满足要求 故 ZN12 40 5 的断路器 可满足技术条件要求 3 10kV 侧断路器选择 10kV 侧最大持续工作电流 A U S N N ax8 1151 103 101905 1 3 05 1 I 3 m 式中 N S 指变电站 10kV 侧总负荷的容量 MVA 10kV 侧电压等级下的三相短路电流周期分量有效值为kAIf97 23 冲击电 流最大值为kAim02 61 25 25 根据电流值查附表初步选型号为 ZN11 12 的断路器 其技术参数如下表 5 3 所示 表 5 310kV 侧的断路器参数表 型号 额定 电压 kV 最高 工作 电压 kV 额定 电流 A 额定 开断 电流 kA 额 定 短 时 耐 受 电流 kA 4s 额 定 峰 值 耐 受 流 kA 额定 关合 电流 kA 额定 合闸 时 s 全开 断时 间 s ZN12 121012125031 531 580800 060 03 1 断路器最高工作电压 12kV 大于系统额定电压 10kV 2 断路器额定电流AIN1250 最大持续持续工作AI8 1151 max 3 断路器额定开断电流AI5 31 ke 三相短路周期分量有效值 AIfk97 23 4 动稳定校验 额定峰值耐受电流kAi80 max 短路冲击电流最大值 Aimk02 61 即 m ii max 满足要求 5 热稳定校验 设ste4 其中 0 ttt re r t为保护动作时间 0 t为断 路器分闸时间 时间 e t内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 sk396945 31t 2 2 AIt 时间 e t内短路电流的热效应 skAtIQk 22 2 42 2298497 23 则 k QtI 2 t 即满足要求 故 ZN12 12 的断路器符合要求 4 选择校验结果列表如下 26 26 表 5 4110kV 侧断路器 校验项目计算参数选择 LW24 126校验结果 工作电压 kV系统电压110额定电压110合格 最大持续工作电流 A 最大持续工作电流297 60额定电流1250合格 动稳定校验 kA短路冲击电流最大值14 45 额定峰值耐受电 流 80合格 热稳定校 sk A短路电流的热效应 k Q 129 5tI 2 t 3969合格 额定开断电流 kA 三相短路周期分量有效 值 5 678额定开断电流31 5合格 表 5 535kV 侧断路器 校验项目计算参数选择 ZN12 40 5校验结果 工作电压 kV系统电压35额定电压35合格 最大持续工作电流 A 最大持续工作电流606 21额定电流1250合格 动稳定校验 kA短路冲击电流最大值22 88 额定峰值耐受电 流 63合格 热稳定校 sk A短路电流的热效应 k Q 323 28tI 2 t 2500合格 额定开断电流 kA 三相短路周期分量有效 值 8 99额定开断电流25合格 表 5 610kV 侧断路器 校验项目计算参数选择 ZN12 12校验结果 工作电压 kV 系统电压10额定电压10合格 最大持续工作电流 A 最大持续工作电流1151 8额定电流1250合格 动稳定校验 kA短路冲击电流最大值61 02 额定峰值耐受电 流 80合格 热稳定校 sk A短路电流的热效应 k Q 2298 42tI 2 t 3969合格 额定开断电流 kA 三相短路周期分量有效 值 23 97额定开断电流31 5合格 27 27 5 3 隔离开关的选择隔离开关的选择 5 3 15 3 1 隔离开关的作用隔离开关的作用 高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备 以及对被检 修的高压母线 断路器等电气设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备 其作 用如下 1 隔离电源 保证安全 利用隔离开关将高压电气装置中需要检修的部 分与其它带电部分可靠隔离 使工作人员可以安全的进行作业 不影响其余部分 的正常工作 2 倒闸操作 隔离开关经常用来进行电力系统运行方式改变时的倒闸操 作 3 接通或切断小电流电路 可以利用隔离开关接通或切断下列电路 电 压互感器 避雷器 长度不超过 10km 的 35kV 空载线路或长度不超过 5km 的 10kV 空载线路 35kV 1000kVA 及以下和 110kV 3200kVA 以下的空载变压器 隔离开关的型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素 进行综合的 技术 经济比较 再根据其校验计算结果后确定 5 3 25 3 2 隔离开关的选择隔离开关的选择 1 110kV 侧隔离开关的选择 110kV 侧最大持续工作电流 A U S N N ax60 297 1103 105405 1 3 05 1 I 3 m 式中 N S 指变电站 10kV 侧总负荷的容量 MVA 110kV 侧三相短路电流周期分量有效值678 5 fIkA 冲击电流45 1