企业变电所设计.doc

山东科技大学学士学位论文 摘要 山 东 科 技 大 学本科毕业设计论文题 目 大型企业变电所设计 专 题 变电所避雷保护学 院 名 称 信息与电气工程学院 专业班级 电气工程及其自动化06-2 学生姓名 郭安明 学 号 0601100709 指 导 教 师 曹娜 摘要企业变电所对总降压变电送的设计要求在不断地提高，尽可能的使用电网和电力系统安全、经济、稳定的运行，才能保证工业生产和人身的安全。本设计说明书是为35KV变电所设计的。通过对设计原始资料的分析，全厂总负荷的计算，选择相应的电缆，变压器的台数和容量，并计算相应的损耗，从而确定具体的供电系统，再对其初选的系统进行相应的短路计算和高压设备的选择和校验，对线路进行选择和校验。结合课本的基础知识，根据我国配电所的运行情况及各种变压器，开关柜，线路等电气设备的标准，进行具体的定量的选择电气设备，并根据变电所的布置规划图做出相应的符合要求的防雷保护，最终得出具体的关于工厂总降压变电所的供电系统图。关键词： 负荷统计 变压器 短路电流 选择校验 防雷保护 山东科技大学学士学位论文 目录ABSTRACTStep-down transformer substation of the total business to send the design requirements are constantly improving, as far as possible the use of grid and power system security, economic, and stable operation, to ensure the industrial production and personal safety. This design manual is 35KV substation design. Through the design of the original data, the whole plant total load calculation, select the appropriate cable, the number and capacity of the transformer station, and calculating the corresponding loss to identify specific power supply system, then the system of their corresponding primary short-circuit calculations and high-pressure equipment selection and validation, selection and validation of the line. Combined with basic knowledge of textbooks, according to the operation of our distribution and by a variety of transformers, switchgears, circuit and other electrical equipment standards for the choice of specific quantitative electrical equipment, and substation layout plan according to accordingly The meet the requirements of lightning protection, eventually come to a specific step-down substation on the total plant power system diagram.Keywords: Load Statistics Transformer Electrical Caution Choose and Checkout Lightning Protection山东科技大学学士学位论文 目录目录第1章 绪论11.1 变电站设计的目的和意义11.2 变电站的发展21.3 本次变电所设计的主要任务4第2章 矿山供电系统简介52.1 矿山供电系统52.2 变电所设计的原始资料62.3 矿山供电的要求6第3章 负荷计算和主变的选择83.1 负荷计算83.2 主变压器的选择83.3 功率因数的改善9第4章 主接线的选择124.1 主接线的设计原则和要求124.2 矿山供电系统的电气主接线14第5章 短路电流的计算175.1 概述175.2 短路电流算法18第6章 电气设备选择206.1 概述206.2 高压电气设备选择的原则24第7章 专题部分 变电站的防雷保护277.1 概述277.2 避雷针的保护27计算书部分30第1章 企业变电所负荷计算301.1 全矿总负荷计算301.2 线路功率损失311.3 全矿总负荷341.4 留有10%裕度后的容量341.5 主变的选择341.6 功率因数的改善36第2章 短路电流计算382.1 绘制计算电路图382.2 绘制短路等值电路图382.3 确定基准值392.4 计算各元件相对基准电抗392.5 短路参数的计算40第3章 电气设备的选择443.1 断路器的选择443.2 隔离开关的选择493.3 互感器的选择533.4 母线的选择563.5 电缆截面校验593.6 避雷器的选择63第4章 专题部分 避雷针的选择65致谢67参考文献69附录70山东科技大学学士学位论文 绪论第1章 绪论1.1 变电站设计的目的和意义随着经济的发展，工业水平的进步，人们生活水平的不断提高，电力系统在整个行业中所占的比例逐渐变大。现代电力系统是一个巨大的，严密的整体，各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。电力系统是国民经济的重要能源部门，而变电站的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于变电站设计的内容多，范围广，逻辑性强不同电压等级，不同类型，不同性质负荷的变电这设计时所侧重的方面是不一样的。设计中要针对变电站的规模和形式，具体问题具体分析。变电站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的电压的电力设施。我国电力工业技术水平和管理水平正在逐步提高，对变电站的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平。供电系统设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资，运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。结合我国电力现状和大型企业工厂的电力需要，给各部门提供充足、可靠、优质、廉价的电能，优化发展变电站，提高电能质量，并根据企业规模和未来的发展，结合当地地理环境，使设计出来的35kv变电站应充分体现出安全性、可靠性、经济性和先进性。1.2 变电站的发展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、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着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，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。变电站接线方案趋于简单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，变电站接线简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到20年不大修，更换部件费时很短。为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专家反复论证，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：我国500kV、330kV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，却可以降低投资。目前在四川二滩水电站的500kV接线中有一串采用3/2断路器接线方式，其他串为3/2断路器接线。在国外某些地区，500kV电压等级广泛采用双重连接方式接线，即3/2及3/2断路器接线，但第1,2组主变经过隔离开关分别接至两组母线，如有第3,4组主变则接入串内，出线回路多时，采用3/2和3/2断路器串，这样可以节约大量投资。另外，国内一些变电站3/2断路器接线中，设计不考虑装设线路侧隔离开关。近期国内新建的许多变电站220kV及110kV电压等级的接线采用双母线而不带旁路母线。采用GIS的情况下，优先采用单母线分段接线。终端变电站中，尽量采用线路变压器组接线等。大量采用新的电气一次设备，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，设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用GIS配电装置。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145-550kV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145kV户外紧凑型组合电器。目前145kV户外紧凑型组合电器主要产品有compass、compact、MCI等。compass在我国已得到广泛应用，有代表性的是2000年4月投产的江阴市南闸110kV变电站。户外插接式智能型组合电器是一种功能更完备的高压和超高压开关系统，它内含电气一次、二次设备，以及相关连的插接式复合光缆等。户外插接式智能型组合电器在国外称为PASS(PlugandSwitchSystem)，西方一些国家已经开始采用，国家电力公司正在积极地推广该系列产品，并在500kV变电站进行工业性应用试验。这些户外高压和超高压组合电器共同特点是以SF6断路器为核心，与其它高压电气设备进行组合，形式繁多，从较简单的145kV户外断路器与电流互感器及隔离开关组合在一起的小车式组合电器，到550kV户外设备本体(包括断路器、隔离开关与接地开关、光电式电流电压互感器等设备的组合)，通过插接式复合光缆，与就地布置的控制保护智能柜连接在一起的完整超高压开关系统。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，价格介于常规电气设备与GIS之间，是电气设备今后发展的一个方向，符合我国目前的国情和技术发展方向。 变电站占地及建筑面积减少 变电站接线方案的简化，组合电器、管母线及钢支架等的采用，使变电站布置更为简单，取消站前区和优化布置使变电站占地大幅度下降。据有关资料介绍，采用GIS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地80%以上。采用PASS的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地40%-60%。即使同样敞开式配电装置，由于简化接线(比如取消旁路母线等)也会减少变电站占地面积。 配合我国经济建设的迅速发展，搞好电网建设尤为重要。其中，变电站设计是电网建设的一个重要环节。研究和分析国内外变电站技术的发展，把握其趋势，对变电站设计是很有必要的。1.3 本次变电所设计的主要任务1.对变电站进行总体分析，进行负荷统计。2.根据负荷情况和有关规程合理选择变压器的台数、容量、型号、参数。3.进行线路的化简和短路电流的计算，合理选择开关设备。4.对变电站布置进行设计，画出总设计图。5.对并其行防雷保护，根据实际情况确定变电站的大小并计算出所用避雷针的根数和选用的型号。73 山东科技大学学士学位论文 矿山供电系统简介第2章 矿山供电系统简介2.1 矿山供电系统煤矿地面降压变电所的受电电源，一般来自电力系统的区域变电所或发电厂，经变压器降压后再分配给煤矿各个用户，组成煤矿供电系统。变电所受电电压为35110kV，是煤矿井型及所在地区电力系统电压而定。降压后电压为310kV,经架空线或电缆向车间、井下变电所及高压用电设备等供电，组成煤矿的高压供电系统；经车间和井下变电所再次降压为380、660、1140V或更高电压后，向低压供电设备供电，又组成了各自的低压供电系统。根据矿井的井田范围、煤层埋藏深度、矿井年产量、开采方式、井下涌水量，以及开采的机械化和电气化程度等的不同，煤矿又分为深井和浅井两大典型供电系统。对于开采煤层深、用电负荷大的矿井，通过井筒将310kV电压经电缆送入井下，一般称为深井供电。如煤层埋藏深度距地表为100150m，且电力负荷较小时，可通过井筒或钻孔将低压电能经电缆直接送入井下，并不需要开放专门的变电所哃室，此种系统称为浅井供电。根据实际情况，也可以采用上述两种方式下同时向井下供电，或开采初期采用浅井供电，后期采用深井供电方式煤矿中有各种不同级别的变电所地面降压变电所是矿山供电的枢纽，它担负着向井上、下配电的任务。井下中央变电所是全矿井下供电中心，接受从地面变电所送来的高压电能后，分别向采区变电所及主排水泵等高压设备转供电能，并通过变电所内的矿用变压器降压后，再向井底车场附近的低压动力和照明供电。中央变电所内的设备主要有高压开关柜、整流设低压配电装置、动力和照明变压器等。配电设备应采用成套的配电装置。采区变电所是采区供电中心，其任务是将中央变电所送来的高压电能变为低压电能，并将电能配送到采掘工作面配电点或用电设备。移动变电站 对于机械化程度较高的采区，特别是综采工作面，它设备多，用电量大，采区范围广、回采速度快，使固定变电所既不经济，又满足不了技术上的要求时，应采用移动变电站。2.2 变电所设计的原始资料本矿山变电站采用两回独立的线路供电，一回路是直接从上级线路引入，长度为10km；另一回路是经一中间变电所引入的，上级线路到中间变电所的距离为8.5km，中间变电所到本变电所的距离为3.5km，上级的35kv母线的最大及最小短路容量分别为1200MVA和800MVA，线路选的型号为LGJ-95型。35KV系统为无限大系统，该地区海拔1000m，地震级5级，最低温度-20，最高温度40，雷电日30天/年，年降水量1000mm/年。负荷及其参数见负荷表，矿山变电站大部分是重要负荷，设计时应着重考虑供电的可靠性和经济表格见附录2.3 矿山供电的要求1.供电可靠供电可靠就是要求不间断的供电。供电中断不仅会影响企业生产，而且可能损坏设备，甚至发生人身事故，严重时会造成矿井的破坏。因此，对工矿企业中的这类负荷，供电应绝对可靠。为了保证对矿山供电的可靠性，本设计的变电站采用了两回独立的电源线路，这样在任何一回路电源发生故障的情况下，仍能保证对生产用户的供电。2.供电安全供电安全就是在电能的分配，供应和使用过程中，不应发生人身触电和设备损坏事故，也不致引起火灾和爆炸事故。因此供电系统的布置和操作必须严格按照煤矿安全规程的有关规定执行，确保供电安全。3.供电质量所有的用电设备都是按照一定的电压和频率设计制造的，用电设备在额定值下运行性能最好。因此要求供电质量方面有稳定的频率和电压，电压和频率是衡量电能质量的重要指标。保证频率和电压符合要求是发电部门的工作任务和职责。对于额定频率为50HZ的工业用交流电，其偏差在0.2到0.5的上下波动。对于供电电压，它一般在额定电压的上下5%偏移。4.供电经济矿山供电的经济性要从下述三个方面着手：尽量降低企业变电所与电网的基本建设投资；尽可能降低设备，材料及有色金属的消耗量；注意降低供电系统的电能损耗及维护费用。此外，矿山企业还要求有足够的电能，这不仅要求电力系统或发电厂能提供充裕的电能，而且要求矿山企业供电系统的各项供电设施具有足够的供电能力。山东科技大学学士学位论文 负荷计算和主变的选择第3章 负荷计算和主变的选择3.1 负荷计算确定用户电力负荷的大小，是正确选择变压器容量、开关设备、导线截面及仪表量程的依据。由于各用电设备在运行中的负荷是随时间变化的且不应超过其额定容量，又由于用电设备一般不同时出现，所以各用电设备的实际负荷之和，总比它们名牌值直接相加的数值低。因此，在选择用电设备前，必须先掌握实际负荷的求取方法。在实际中求取负荷的方法有很多种例如：系数法、二项式法、单位电耗法和需用系数法。在本设计中我们采用的是需用系数法。 需用系数法是一种借助于一些统计数据，通过计算手段，由各种用电设备的额定功率求取计算负荷的方法。由于这种方法计算简便，所采用的数据比较准确，因此在煤矿企业中得到广泛的应用。本次变电所的设计中负荷的计算应力求准确可靠，并应考虑矿井负荷的发展远景。3.2 主变压器的选择工矿企业变电所的主变压器向整个企业的所有用电设备供电，正确选择主变压器的台数和容量对供电的可靠性和经济性都有着重要的意义。主变压器根据负荷的类别，总计算负荷选择其台数和容量，并应考虑留有一定的发展余地。1. 主变压器台数的确定（1）具有一类负荷的变电所具有一类负荷的变电所，应满足用电负荷对供电可靠性的要求。根据煤炭工业设计规范，矿井变电所的主变压器一般选用两台，当其中一台停止运行时，另一台应能保证安全及原煤生产用电，并不得少于全矿计算负荷的80%；工业企业设计规范规定，对具有大量一、二类负荷的变电所，一般选用两台变压器，当其中一台出现故障或检修时，另一台能对全部的一、二类负荷继续供电，并不得小于全部负荷的70%。（2）只有二、三类负荷的变电所对只有二、三类负荷的变电所，可只选一台变压器，但应敷设与其它变电所相联的联络线作为备用电源。对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的及宜于采用经济运行方式的变电所，也可以采用两台变压器。所以，本着安全、可靠的供电，此变电所选用了两台变压器，一台工作，一台备用。2. 变电所主变压器容量的确定当两台变压器采用一台工作，一台备用运行方式时，则变压器的容量应大于全矿的计算负荷，也就是要满足全矿负荷的需要（一般应考虑10%的富裕容量）主变压器型号的选择应尽量采用低损耗，高效率的变压器。本变电所采用的是两台SFL720000/35的变压器。3.3 功率因数的改善功率因数是交流电路的有功功率和视在功率之比，当有功功率为定值时，减少无功功率就能提高功率因数。提高功率因数的实质，就是减少用电设备的无功功率需求量。就整个电力系统来讲，减少用户的无功功率的需求量，具有下述重大意义。1.增加设备的供电能力提高功率因数，能增加电力系统主要组成部分的发电变压器和网络的供电能力。这是因为供电设备的供电能力，是以视在功率来表示的。当无功功率减少，对一个设备来讲它所供应或转送的有功功率就增加了，充分发挥了设备的潜力，提高了电力系统的供电能力。2.减少线路功率损耗当线路的额定电压和输送的有功功率保持恒定时可见，在其他因素相同的情况下，线路的素食与功率因数的平方成反比，即用户的负载的功率因数越低，供电线路的功率损耗越大，这样既浪费能源又增大电费成本。例如，当用户功率因数由0.7提高到1时，则线路的功率损失可减少50%；从0.7提高到0.95时，可减少46%，效果非常明显。3.减少网络电压损失，提高供电质量当网络的电压和输送功率一定时，功率因数越低，通过网络的电流越大。该电流通过网络阻抗时，所产生的电压降也越大。可见，提高用户功率因数，可使供电线路的电压损失减少，从而改善了供电系统的运行水平及用户的供电质量由上述原因可知，提高用户功率因数具有重大的经济意义，所以国家奖励企业用户提高功率因数。为了促进电力用户提高负荷的功率因数，我国电力部门实行电费奖惩制度：对于功率因数高于0.9的用户给予奖励；对于功率因数低于0.9的用户进行罚款。提高功率因数，对充分利用现有的输电，配电及电源设备，保证供电质量，减少电能损耗，提高供电效率，降低产品成本，提高经济效益等具有十分重要的意义。提高功率因数的方法1.提高用电设备的自然功率因数凡未装设人工补偿装置设备的功率因数，称为自然功率因数。自然功率因数的高低，取决于负荷性质。对于电阻性负荷较多的用电企业，自然功率因数较高；对于电感性较多的用电企业，自然功率因数较低。2.人工补偿无功功率并联电容器法 ，一般工矿企业都采用并联电容器法，因为使用电容器具有投资少、用功功率损失少、运行维护方便和故障范围小等优点同步电动机过激法，由于同步电动机消耗的有功功率取决于电动机轴上所带机械负荷的大小，而消耗的无功功率取决于转子中的励磁电流的大小，在欠激状态时，定子绕组从电网收取感性无功功率；在过激状态时，定子绕组向电网送出无功功率，从而提高了全矿的功率因数。目前矿山企业广泛采用并联电容器进行无功功率的补偿。这种补偿具有投资省，有功功率损失少，运行维护方便，故障范围小的特点。山东科技大学学士学位论文 主接线的选择第4章 主接线的选择变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。4.1 主接线的设计原则和要求4.1.1 主接线的设计原则1.考虑变电站在电力系统的地位和作用变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。2.考虑近期和远期的发展规模变电站主接线设计应根据510年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。3.考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。4.考虑主变台数对主接线的影响变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。4.1.2 主接线设计的基本要求根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。1.可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，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。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，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。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可靠性的标志如下：(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，以及能否保证对重要用户的供电；(3)变电站全部停电的可能性。2.灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：(1)调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。(2)检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。(3)扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。3.经济性可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。(1)投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、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；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/610kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。(2)年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。(3)占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。(4)在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。4.2 矿山供电系统的电气主接线变电所的主接线包括一次接线，二次接线和馈出线的接线。1.一次接线变电所一次接线是指供电线路与主变压器之间的接线。变电所一次接线分为线路变压器组接线，桥式接线和单母线分段式接线等几种。(1) 线路变压器组接线当变电所只有一台进线和一台变压器时，宜采用线路变压器组接线。这种接线结构简单，电气设备少，投资省，但供电可靠性差。适用于只有三类负荷的中小型企业变电所。因为本变电所是矿山供电变电所，很多负荷是一类负荷，所以不适宜用这种接线方式，而选用的是桥式接线。(2) 桥式接线为了保证供电的可靠性，工矿企业变电所广泛采用有两路电源进线和两台主变压器的桥型接线。根据桥的横连位置不同，桥式接线又分为全桥，内桥和外侨三种形式。具体接线如图1-1所示：因为矿山变电所的负荷大多数都是重要的一级负荷，虽然全桥接线的设备比较多，投资比较大，但是线路侧、变压器侧和母线桥上都装有断路器，故其具有运行灵活，适应性强的优点，不论是切换变压器还是切换线路都可方便的操作。并易发展成分段单母线的中间变电所。为了矿山用电的安全，我们仍选用全桥接线的形式。 图4.1 全桥接线2.二次接线变电所的二次母线是指主变压器低压侧所连接的母线，主要有三种形式，他们是单母线接线，双母线接线，单母线分段接线，综合整个变电所的考虑，我们采用了单母线分段式的接线方式。具体接线如图1.2所示单母线分段式的接线方式是指电源进线分别接于不同的母线段上。对于变电所的重要负荷，其配出线分别接在两组母线上，构成平行双回路或环形供电方式，以防母线故障中断供电。对于只有一回电源线路的其它负荷，分别接在两段母线上，并尽量使两段母线负荷均匀。这种接线的优点是能保证重要负荷的供电可靠性，与双母线相比所用设备少，经济，系统接线简单，操作安全。图4.2 单母线分段式接线山东科技大学学士学位论文 短路电流的计算第5章 短路电流的计算5.1 概述5.1.1 短路故障的分析在电力系统设计和运行中，不仅要考虑正常工作状态，而且还要考虑到发生故障时所造成的不正常工作状态。实际运行表明，破坏电力系统正常运行的故障，多为各种短路故障。所谓短路，是指供电系统中不等电位的导体在电器上被短接，如相与相之间的短接，或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接以及三相四线制系统中相与零线的短接等。当发生短路时，电源电压被短接，短路回路阻抗很小，于是在回路中流通很大的短路电流。5.1.2. 产生短路的原因和短路的种类供电系统中发生短路的主要原因有：由于电气设备导电部分绝缘老化损坏，电气设备受机械损伤使绝缘损坏，过电压使电气设备的绝缘击穿等所造成；运行人员误操作；线路断线，倒杆，鸟兽跨接裸露的导电部分而发生的短路。在三相供电系统中，破坏供电系统正常运行的故障最为常见而且危害性最大的就是各种短路。对中性点不接地系统有相与相之间的短路和相与地之间的短路。其短路的基本类型有：三相短路，两相短路，单相短路，两相接地短路，单相接地短路等。5.1.3 计算短路电流的目的计算短路电流是为了使供电系统安全，可靠运行，减少短路所带来的损失和影响。所计算短路电流用于解决下列技术问题：1.选择校验电气设备：在选择设备时，需要计算出可能通过电气设备的最大短路电流及其短路电流产生的热效应及电动力效应，以便校验电气设备的热稳定和动稳定性，确保电气设备在运行中不受短路电流的冲击而损坏。2.选择限流装置：当短路电流过大造成电气设备选择困难或不经济时，可在供电线路串接限流装置来限制短路电流。是否采用限流装置，必须通过短路电流的计算来决定，同时确定限流装置的参数。3.选择供电系统的接线和运行方式：不同的接线和运行方式，短路电流的大小不同。在判断接线及运行方式是否合理时，必须计算出在某种接线和运行方式下的短路电流才能确定。5.1.4 计算短路电流时的化简条件因为电力系统的实际情况比较复杂，在实际的计算中常采用近似计算的方法，将计算条件简化。按简化条件计算的短路电流偏大，其误差为10%-15%。其计算简化条件如下：1.不考虑铁磁饱和现象，认为电抗是常数；2.变压器的励磁电流忽略不计；3.除高压远距离输电线路外，一般不考虑电网的电容电流；4.计算短路电流时忽略负荷电流；5.当短路系统中的电阻值小于电抗的1/3时，电阻值忽略；6.在1140V以下的低电网中发生短路时，认为变压器的一次侧电压不变。5.2 短路电流算法5.2.1 相对值法计算短路电流工矿企业供电系统大多属于无限大电源容量系统，对无限大电源容量系统的短路电流的计算方法常用绝对值法和相对值法两种，绝对值法一般用于低压电网的短路电流计算，相对值法则多用于高压电网的短路电流计算。有原始资料可以看出，电源系统可以看作是无限大电源系统，所以我们选用相对值法来计算。在计算短路电流时，常用到四个物理量，即容量，电压，电流和电抗。在三相线路中这四个量遵守欧姆定律和功率方程。用相对值法计算短路电流时，先要计算各量的相对值，因此，先要选定这四个物理量的基准值，即基准容量，基准电压，基准电流和基准电抗。同样这四个基准值也遵守欧姆定律和功率方程，所以在这四个基准值中，只要任意选取两个，另两个也就确定了。所以我们选基准容量是100MVA，基准电压为平均电压。5.2.2 系统各元件相对基准电抗值的计算1.电源系统的相对基准电抗；2.变压器的相对基准电抗；3.电抗器的相对基准电抗；4.线路的相对基准电抗。各计算公式和计算结果短路电流的计算书。有上述可知，各元件的相对基准电抗值与所选的基准容量及元件本身所在线路的平均电压有关，而与短路点的基准电压无关。所以在计算元件的相对基准阻抗时，所取的基准电压应是元件所在线路的平均电压。特别是在多级电压的电网中，计算不同电压等级的各短路点的总阻抗时，若采用相对值法，则可免去阻抗折算的麻烦，只需把短路回路中各元件的相对基准电抗直接相加即可，从而使工作大大简化。所以在短路计算时，常采用相对值法进行计算。山东科技大学学士学位论文 电气设备选择第6章 电气设备选择6.1 概述变电所的高低压电器对电能起着接受，分配，控制和保护的作用，主要有断路器，负荷开关，隔离开关，熔断器，电抗器，互感器，母线装置及成套配电装置等。6.1.1 断路器断路器是电力系统中最重要的一种电器，在正常情况下，用来分，合电路，在故障时，通过继电保护装置使其自动而快速地将故障部分切除，以保证系统的安全运行，或将备用电源自动投入，以提高供电的可靠性。断路器的选择一般情况下式选择真空断路器和六氟化硫断路器。现在很少选择油断路器。对于污秽地点应选用防污型断路器。断路器操作机构的选择应与断路器的控制方式、安装情况及操作电源相适应。应选择段录取的技术参数时，应按额定电流和额定电压选择，按断流能力和短路时的动稳定性和热稳定性来校验。6.1.2 高压隔离开关高压隔离开关的主要功能这是隔离高压电源，以保证其他接线设备和线路的安全检修。因为他的结构有如下特点，断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保证人身和合设备的安全。隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不许带负荷操作。然而可用来通断一定的小电流，如励磁电流不超过2A的空载变压器、电压互感器和避雷器电路等隔离开关的选择按电网电压、长时最大工作电流以及环境条件选型，按短路电流校验其动热稳定性。6.1.3 熔断器熔断器是一种应用最早的保护装置。熔断器是一种当所在电路的电流超过规定值并经过一段时间后，使其融化而分断电流、断开电路的保护电器。熔断器的功能只要是对电路及电路设备进行短路保护，但有时也极有过负荷保护的功能。其优点是构造简单，价格低廉，适用于过流保护。缺点是操作不够方便，保护配合较难满足要求。熔断器分为高压熔断器和低压熔断器。6.1.4 互感器互感器按其作用可分为电流互感器和电压互感器。电流互感器又称为仪用变流器。电压互感器又称为仪用变压器。他们统称为互感器。互感器是一种测量用的电压，电流变换器。根据二次回路的继电器，测量仪表及监视装置的需要设置。一般情况下，每一进，出线回路装设一组电流互感器，每一段母线上装设一组互感器。互感器的主要功能：1.用来使仪表和继电器等二次设备与主电路绝缘。这样既可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电器等二次设备，又可防止仪表、继电器等二次设备的故障影响主电路，提高一、二次电路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。2.用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围。例如用5A的电流表，通过不同变流比的电流互感器就可测量不同值的电流。同样，用100V的电压表，通过不同变压比的电流互感器就可测量不同等级的电压。而且，由于采用互感器，可使二次仪表、继电器等设备的规格统一，有利于这些设备的批量生产。6.1.5 成套配电设备与组合电器成套配电装置是将各种有关的开关电器、测量仪表、保护装置和其他接线辅助设备按照一低昂的方式组装在统一的规格的箱体中，组成一套完整的配电设备。使用成套配电装置，可是变电所布置紧凑，整齐美观，操作和维护方便，并可加快安装速度，保证安装质量，但耗用钢材较多，造价较高。目前变电所10kV以下的配电设备均为成套装置。成套配电装置分为一次电路方案和二次电路方案。一次电路方案是指主回路的各种开关、互感避雷器等元件的接线方式。二次方案是指测量、保护、控制和信号装置的接线方式。电路方案不同，配电装置的功能和安装方式也不相同。用户可根据需要选择不同的一次、二次电路方案。成套配电装置按照电压及用途分，可分为高压开关柜、低压配电屏及动力、照明配电箱等。选择高压开关柜的一次电路方案时，应考虑以下几个因素：1.开关柜的用途。高压开关柜按用途分，可分为进线柜，配出线柜，电压互感器柜，避雷器柜，联络柜和所用变压器柜等多种。开关柜的用途不同，柜内电气元件和用途也不同。确定开关柜的一次电路方案时，应首先考虑其用途。2.负荷情况。对于负荷容量大，继电保护要求较高的用户，必须使用断路器进行控制和保护；对于负荷容量较小，继电保护的动作时限要求不太严格，可采用装有负荷开关与熔断器的高压开关柜。对于单回路供电的用户，开关柜中只要求在断路器靠近母线的一侧装设隔离开关；对双回路供电的用户，断路器的两侧均装设隔离开关。3.开关柜之间的组合情况。变电所的进线柜和联络柜，由于安装需要，往往选用两种不同方案的开关柜组合使用。对组合使用的开关柜，应注意其左右联络的方向。4.进出线及安装布置的情况。对于进线开关柜分电缆进线和架空进线。本变电所使用的是电缆进线。成套配电装置电气参数的选择和校验当高压开关柜的型号和一次方案确定以后，开关柜中所装电器元件的型号也基本确定。下一步应对柜内电器元件的技术参数进行选择和校验。主要开关电气的选择和校验方法如前所述。有些高压配电装置，厂家已经成套生产，具体的设备校验见计算书。6.1.6 电缆线路电力电缆按绝缘材料分，可分为纸绝缘电缆、橡胶绝缘电缆、塑料绝缘电缆等。本次设计使用的纸绝缘电缆。纸绝缘电缆按导电线芯材料分为铜线芯和铝线芯两种。铝芯电缆的接头易氧化造成接触不良，尤其在短路时，短路电弧产生的高温铝粉，很容易引燃易燃易爆气体，所以在有火灾、爆炸危险的场所严禁使用铝芯电缆和铝包电缆，采区中央变电所至采区变电所的电缆可采用铝芯外，其他接线电缆必须采用铜芯电缆。电缆的选择方法输电导线的选择是供电设计的重要内容之一，为保证供电的安全、可靠、经济合理和供电质量，必须正确合理的此案则输电导线的型号和截面。输电导线的型号应根据其所处的电压的等级和使用场所选择。选择导线截面的一般原则有按长时允许电流选择、按允许电压损失、按经济电流密度、按机械强度选择导线的截面按短路时的热稳定条件选择截面及按启动条件校验导线截面等本次设计是按照经济电流密度选择导线的截面。线路的年运行费用包括电能损耗费，折旧费和维修费三部分。线路的年运行费用的大小直接影响供电的经济性，若导线截面选择过小，线路的折旧费和维修费用少，但电耗增加截面选择过大，虽然电耗减少，但折旧费和维修费用增大。因此为使线路的年运行费用最低，应按经济电流密度选择导线的截面。6.2 高压电气设备选择的原则6.2.1 按使用环境选择电气设备的类型为了适应不同的装设地点，电气设备分为户内式和户外式；按不同的工作环境又分为普通型，防污型，湿热型，高原型和矿用型等。矿用型又分为一般型和矿用防爆型。矿用防爆型又分为增安型，隔爆型，本质型和安全型等。此外，还有其它一些分类方法。选择时，应首先根据电气设备工作的环境条件选择出合适的型号。6.2.2 按正常工作参数选择电气设备1. 根据额定电压选择所选电气设备的额定电压应不低于所在电网的额定电压，或电气设备的最高允许电压（1.1UN1.15UN）不小于所在电网的最高电压。即 式中：电气设备的额定电压； 电网的额定电压； 电网的最高电压； 2. 根据额定电流选择电气设备的额定电流不应小于通过它的最大长时工作电流。即 式中：电气设备的额定电流； 电气设备所在线路的最大长时工作电流。国产普通电气设备的额定电流，是在环境温度为40的条件下，长时允许通过的最大电流。如果实际环境温度超过40，电气设备允许的最大长时工作电流将小于额定值。此时为了保证电气设备正常工作时不致过热，应对电气设备原有额定值进行修正。在环境温度不超过60时，电气设备允许的最大长时工作电流确定 式中：实际环境温度下电气设备允许的最大长时工作电流； 电气设备长时允许最高温度，； 电气设备规定的标准环境温度，； 实际环境温度，； 温度修正系数。如果周围环境温度低于40，对于高压电器，每降低1，允许电流比额定值增加5%，但增加的总数不超过20%。6.2.3 按短路条件校验电气设备1.开关电器断流能力的校验当开关电器的额定断流容量大于其所在电路的最大短路容量时，开关电器才能可靠地