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毕业设计
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某220KV变电站工程电气毕业设计,毕业设计
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1 目 录 前言 原始材料 第 一 章 电气主接线的设计及主变选择 第一节 电气主接线设计 3 第二节 所用电的设计 10 第 二 章 短路电流计算 第一节 概述 12 第二节 短路计算说明 15 第 三 章 导体和电器的选择计 第一节 总则 24 第二节 母线的选择设计 26 第三节 断路器选择设计 31 第四节 隔 离开关选择设计 33 第五节 互感器的选择设计 35 第六节 引下线的选择设计 38 第七节 支持绝缘子及穿墙套管选择设计 38 第 四 章 防雷保护 第一节 直击雷防 护 40 第二节 雷电过电压的防护 42 第 五 章 继电保护及自动装备配置 第一节 概 述 46 第二节 继电保护的一般规定 47 第三节 电力变压器保护 48 第四节 自动重合闸配置 50 附录 ( ) 53 参考文献 nts 2 前 言 毕业设计是四川某学院电气工程系供用技术专业一门专业课程 .为了提高毕业生专业知识的综合运用能力 .本设计详细介绍了 220KV 枢纽变电站的设计过程 . 第一章电气主接线的设计及主变的选择 ,对主接线的设计提出了多种方案 ,并进行了论述 ,分析比较了各种主接线形式的优缺陷 ,选择最佳主案 ;第二章短路电流的计算 ,第三章导体及电器的选择 ,本章详细介绍了变电站中的设备选取 ,对设备的参数进行了校验论证 .第四章防雷保护 ,对变电站的直击雷防护、雷电过电压防护进行了比较全面的介绍 .第五章继电保护及自动装备的配置 ,结合相关规范对变电站的设备保护做了系统的分析论述 .本设计中的文字符号和图形符号采用了新的国家标准 . 本设计在设计过程中参考了大量的参考资料 ,如 :发电厂变电所电气部分、电力系统继电保护 (增订版 )、供配电系统、 220 500KV 变电所设计技术规程、中国电力百科全书、毕业设计指导书等 . 本设计在设计中大力得到了四川某学院电气工程系的大力支持 ,他们对本设计提出了宝贵的意见 ,在此对他们一并致谢 . 由于设计 水平有限 ,书中谬误之处在所难免 ,恳请批评指正 . 2006.5 nts 3 原始材料 1 变电站的建设规模 （ 1）类型： 220kV枢纽变电站 （ 2）最终容量：根据工农业负荷的增长，需要安装两台 220/110/10KV， 120MVA 的主变压器，容量比为 100/100/50，一次设计，两期建成。 2电力系统与本所连接情况 （ 1）新建的 220KV变电站，连接着 220KV 和 110KV两个电力系统，担负着一个地区的供电，是一座枢纽变电站。 （ 2）变电站与 220KV 电力系统连线有两回，与 110KV 电 力系统连线有三回 。 （ 3）电力系统总装机容量为 464 万千瓦，本变电站在系统最大运行方式下，系统的正序、负序、零序阻抗见下图：（此阻抗值为 Sj=100MVA 时的数值，括号内的数值为零序阻抗）。 （ 4）变电站在地理学中所处的地理位置、供电范围示意图如下图： nts 4 3电力负荷水平 （ 1） 220KV进出线回路数最终 5 回，本期 2 回，其中线路（一）、（二）的最大输送容量为 250MVA，其余 3回线路每回的最大输送容量为 180MVA，最大负荷利用小时数 Tmax=5000h，为一级负荷。 （ 2） 110KV 进出 线回路数最终 8 回，本期 5 回，其中（一） 、 （二） 、 （三）的最大输送容量为 40MVA， Tmax=5000h，为一级负荷，其余线路每回的输送容量均按 30MVA设计， Tmax=3000h 以上。 （ 3） 10KV 出线最终 4 回，本期一次建成。每回线的最大输送容量为 2MVA，10KV无电源，设计 10KV配电装置时予留两个扩建空间，作为备用。 （ 4）本变电站的自用电负荷可按下式近视计算： 计算负荷 =照明负荷 +其余负荷 0.85 4环境条件 （ 1）当地年最高温度 41.70C ,年最低温度为 -20.60C，最热月平均最高温度32.50C. （ 2）当地海拔高度 396.8m,P=97332.7Pa. （ 3）当地雷电日数 15.4日 /年 nts 5 第 一 章 电气主接线的设计及主变选择 第一节 电气主接线设计 一、 概述 电气主接线又称一次接线，它是电厂变电所，电力系统传递电能的通路，主接线是发电厂变电站电气部分的主体，其中包括发电机，变压器，母线，断路器，隔离开关，电抗器等主要设备， 变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行 灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求 . 220kV 变电所中的 110kV 配电装置，当出线回路数在 6 回以下时宜采用单母线或分段单母线接线， 6 回及以上时，宜采用双母线接线。 220kV 终端变电所的配电装置，当能满足运行要求时，宜采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。当能满足电力系统继电保护要求时，也可采用线路分支接线。 220kV 配电装置出线在 4 回及以上时，宜采用双母线或其他接线。采用双母线或单母线的 110 220kV 配电装置，当断路器为少油 (或压缩空气 )型时，除断路器有条件停 电检修外，应设置旁路母线，当 110kV 出线回路数为 6 回及以上， 220kV 出线为 4 回及以上时，可装设专用旁路断路器。 110 220kV 母线避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关 ,安装在出线上的耦合电容器、电压互感器以及接在变压器引出线或中性点上的避雷器，不应装设隔离开关 ,在一个半断路器接线中，前两串的线路和变压器出口处应装设隔离开关。各级电压配电装置，初期回路数较少时，应采用断路器数量较少的简化接线，但在布置上应考虑 过 渡到最终接线方便。 二、 220KV 侧 主接线方 案 本变电站高压侧 220KV 出 线回路数 5 回，本 期建成 两 回 ,其中线路 (一 )， (二 )的最大输送容量为 250MVA，其余 3 回线路每回的最大输送容量为 180MVA，最大符合利用小时数 Tmax=5000h，为一级 负荷根据 以上原始资料拟定了两个主接线方案，具体分析如下： 方案一： nts 6 如图是单断 路器不分段双母线接线，其中 母线处于工作状态，组母线处于备用状态，组与组 母线之间由母联断 路器 QF 进行联络，正常运行时 ，母联断路器 QF 是断开的，每一回进出线接到 I 短母线上的隔离开关 是 闭合的，接到 II 短母线上的隔离开关是断开的，双母线接线最主要的优点是灵活性高，它 具有以下五个功能： 检修任意一组母线可不中断供电 检修任意回路的断路器，只中断该回路供电。 工作母线发生故障可通过倒闸 操作将所有回路转移到备用母线上，使装置迅速恢复 供电。 检修任一回路隔离开关，可用母线联络断路器代替它的工作，不至于使该回路供电长时间中断。 在个别回路 发生故障，断路器因故不能跳闸时，可用母线联络断路器 QF代替切断该回路。 上图这种双母线不分段接线的主要优点是灵活性高，便于扩建 ，但此种接线 的主要缺点有： 增加了一组母线 ,就需要使每回路增加一组母线隔离开关。 当母线故障检修时，隔离开关作为倒换操 作电器，容易误操作，为了 免隔离开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设联锁装置 . 根据以上分析 及相关规范，本方案满足 该变电站 220KV 侧主接线的 要求 . nts 7 方案二： 方案二是在 方案一的基础上增设了一条旁路母线，其目的是为了在出线断路器检修时 不中断该回路的供电，提高了供电可靠性，但是比起方案一来说增加了一条旁路母线，旁路短路器，隔离开关等设备，扩大了占地面积，投资增加 。 综合考虑本次设计 220KV 高压侧 接线 方式采用方案一 ,即 双母线接线。 三、 110KV 侧主接线方案 方案一： nts 8 如图， 本方案为双母线接线，其优缺，在高压侧 主接线方案中以作分析，这种主接线运 用到中压侧 110KV 主接线当中，设计运行方式为双母线同时工作方式，这样可以大大提高双母线的供电可靠性，所谓双母线同时工作，是指两段母线同时带电，母线联络断路器 QF 闭合的运行， 合理分配 负荷 ,这种方式减少了单组 母线上 的汇流量 ，如果一段母线故障，只造成 部分的 线路短时间停电，双母线同时工作这种运行方式适用于一、二、 三级负荷，目前在我国 35-220KV的配电装置中采用较多。这种工作方式的缺点是平时没有备用母线。 nts 9 方案二： 方案二为带 双母线 带旁路母线 接线 ，与方案一双母线接线相比较供电可靠性提高了，从经济上分析比较 ,由于 110KV 侧出线回路多 ,方案二 投资比方案一大 ,设计中断路器选用六氟化硫断路器 ,检修周期长 ,综合分析本设计选择方案一作为站内中压侧 110KV 主接线 方案 . 四、 10KV 主接线设计方案 nts 10 如图本方案采用的是单母线分段接线，其优点如下： 用断路器把母线分段后，对重要的负荷可以从不同段引出两个回路 ,由 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段自动切除，保证正常母 线不间断供电和不至使重 要负荷 停电。 缺点： 当一段母线或者母线隔离开关故障或检修时，该段母线的 回路 都要在 检 修期间停电。 当出线为双回时，常使 架空线路出现交叉跨越。 扩建时需要向两个方向均衡扩建。 母线用断路器 QF 分为 I， II 段，电源和引出线大体上平均分配在两段母线上，母线分段的目的是：减少母线故障时停电范围，例如在 II 段母线上短路时，接在 II 短母线上有电源的断路器，包括分段断路器 QF 在继电保护装置的作用下均自动断开，因而 I 段母线可以继续供电，提高了可靠性，另外，在检修母线时也可以分段检修，提高了灵活性。 本变电站的同步 调相机接在 10KV 母线上 , 这样接线的方式使主变 10KV 侧出线上接线简单化了 ,这样有提高供电可靠性的优点 ,设备故障与接线的灵活性和复杂成度 ,对供电的可靠性因素影响很大 ,本设计中采取的接线方式能使主变10KV 侧出线上串联的电抗器减少两个 ,对可靠性有所提高 .因为母线上的负荷跟为集中 ,所以同步调相机接在母线上无功补偿也能取得比较明显 的效果 ,但是这nts 11 样的接线的缺陷是使主变 10KV 侧出线的线径同 10KV 母线截面有所增大 . 同步调相机也可以并接在主变 10KV 侧出线上 ,这种接线方式可以减少主变10KV 侧出线的线径 ,但是 使接线复杂化了 ,但串接在主变 10KV 侧出线上的设备增加两个电抗器 ,降低了 10KV 侧供电的可靠性 . 经过以上分析讨论 ,选择将同步调相机接在 10KV 侧母线上的方案为该变电站内低压侧 10KV 主接线选择本方案 . 本变电站的主接线设计方案 (见图 LC6-2) 五、 主变压器的选择 1台数： 2 台 2.容量： 120MVA 3.型号： SFPSZ7-120000（三相强迫油循环风冷三绕组有载调压变压器）4.容量比： 100/100/50 5.变比： 220/121/11 空载损耗（ KW） 负载损耗（ KW） 空 载电流（ %） U1-2% U1-3% U2-3% 118 425 0.8 14.0 23.0 7.0 六、 调相机的选择 1型号： TT-15-8 UN=11KV， Xd%=16， IN=788A nts 12 第二 节 所用电的设计 一、 站用电接线 的选择 如图为站用电 接线 方案 ，站用 电 电源取自 10KV I 段母线和 10KV II 段母线，保证了两个独立电源供电，低压侧采用单母线分段 的接线 形式，部分重要负荷可在低压侧 I 段母线， II 段母线各 取一回，保证供电的可靠性。 二、 站用电负荷计算及 变 压器选择 1.站用电负荷计算 P1=215.2KVA P2=41KVA Sis =0.85P1+P2 =0.85215.2+41=223.9KVA P1 =215.2 P2 =44KVA Sis =0.85 P1 + P2 nts 13 =0.85215.2+44=213.5KVA 2站用变压器选择（ S Sis） 抬数： 2 台 容量： 315KVA 型号： SJL1-315（三相油浸自冷铝芯变压器） 变比（ KV） 组别 空载损耗（ KW） 短路损耗（ KW） 阻抗电压 （ %） 空载电 流（ %） 10/0.4 /Y0-12 0.8 5 4 2.4 nts 14 第二章 短路电流计算 第一节 概述 短路是电力系统中最严重的故障，他能破坏对用户的正常 供电 和电气设备正常工作，因此变电所电气部分 的设计和运行，都必须靠到可能发生的各种故障情况，本设计以三相对称 短路情况作为分析计算 一、 短路的危害 电力系统发生短路时，电压严重下降，可能破坏各电厂并联运行的稳定性，使整个系统被解列成 为几个 异步运行的部分 ，这时某些发电厂 可能过负荷，因而使频率下降，供电频率下降导 致包括锅炉 给水 的水泵电动机在内的所有异步电动机转速下降，锅炉打不进水，发电厂出力也进一步 下降，直至无法运行。为了保证发电厂的运行，不 得 不切除一部分负荷 。短路时电压下降的越大持续时间越长，破坏整个系统稳定运行的可能性越大。 为了保证电力系统安全可靠运行，减轻短路的影响，必须努力设法消除可能引起短路的隐患，还必须快速切除 故障部分，使系统电压在较短时间 内恢复到正常值，为此，可采用快速动作的继电保护和断电器，在发电厂 应装设自动电压调整器，还可以采用限制短路电流的措施，如装设电抗器 . 二、 短路计算的基本假设 计算短路 电流的目的是为了在电器装置的设计中用来选择电气设备、 选择限制短路电流的方式 、设计继电保护装置和分析电力系统的故障等 ,选择 电气设备时，一般只需 近似计算该设备的最大可能三相短路电流值，设计继电保护 和分析电力系统故障时 ,必须计算各种短路情况下系统各 支路 中的电流和各点的电压 。 考虑到现 代电力系统的实际情况，要进行极准确的短路计算非常复杂的，同时对决大部分实际问题，并不需要十分精确的计算结果，为了使计算 简化 ,多采用近似计算方法。这种方法是建立在一系列假定的基础上的，并且使计算结果稍微偏大一点 ,一般误差为 10-15%,计算短路电流的基本假设如下： 认为在短路过程中，所以发电机的转速相同，电 势相位相同，即发电机nts 15 无摇摆现象。 不考虑磁系统的饱和，因此可以认为短路回路 各元件的感抗为常数，这将使短路电流的计算分析大大简化，并可应用重叠原理。 变压器的励磁电流略去不计。 所有 元件的电容略去不计。 认为三相系统是对称的 . 元件的电阻一般忽略不计，以简化计算，对电压为 1KV 以上的高压装置，这种假设是合理的，因为这些装置中，各元件的电阻比它们的电抗小的多，对短路电流周期分量的计算影响小 ,只有当回路中电阻很大时才考虑，例如很长的 架空线路和电缆线 路，一般当短路回路中总电阻 R 大于总电抗的三分之一 时，在计算周期分量时才考虑电阻，在计算短路电流周期分量时，为了确定衰减时间常数要考虑个元件的电阻，计算电压为1KV一下低压装置总的短路时因为元件的电阻较大，除了考虑电抗之外，还必须计算电阻 . 三 、 短路电流的计算程序 在进行短路电流计算时，应该根据计算要求收集 有关资料，如电力系统接线图，运行方式和各元件的技术参数等，首先做 出计算电路图，再 做出 针对各短路点的等值电路图，然后利用网络简化规则 ，化简等值 电路，求出短路总电抗，最后根据总电抗即可求出短路 电流值，下面分别 讨论 计算电路图，等制电路图以及短路总电抗的决定。 1、 计算电路图 计算短路电流用的计算电路图是一种简化了的单线图，图中只 需要画出与计算短路电流有关的元件以及它们之间的连接，并在各元件旁注明它们的参数 ,为了计算方便 ,图中 按顺序编号，计算电路图中各元件的接线方式，应根据电气装置的运行方式和计算短路电流的 目的 决定。 设计继电保护装置时，要计算电气装置或整个电力系统在不同运行方式时的短路电流，这些都应在计算电路图中反映出来。 短路时 ， 同步 补偿机和同步电机也向短 路点共给短路电流，在计算电路图中应把它看 作附加的电源，在距离较远 和同步电动机的总功率在 1000KVA 以下时，对短路电流影响较小，可不予考虑，计算电路图 中可能有几个用变压器联系起来的电级，在使用计算中，为了计算方便 ,各电压级均用与之相 应的平均额nts 16 定电压代替，并注明在计算电路图中母线上，平均额定电压见下表： 额定电压（ KV） 500 330 220 110 60 35 15 13 10 6 平均电压（ KV） 525 346 230 115 63 37 15.75 13.8 10.5 6.3 2、 等值电路图 由于短路电流是对各短路点分别进行计算 的，所以等值电路图必须按照指定的各短路点参照计算电路图分别 做出 ，等值电路中各元件用它的等值电抗标么值表示 ,并注明元 件的顺序编号，横线下表示电抗标么值。 在 画 某一短路点的等值电路图时，只需表示该点短路时短路电流所通过的元件的电抗。 3、 短路回路总电抗的计算 先求出各元件的电抗，再算出该 元件的平均额定电压的标么值，根据所求得的各元件电抗标么值便可做出 等值电路图，利用网络化简规则求出总电抗的标么值。 nts 17 第二 节 短路计算说明 因为 短路计算主要用于设备的选择及校验，因此 选 择 三相对称短路作为分析计算， 本变电站设计分两种情况进行分析计论 ：一、 10KV 母线上的母联断 路器合闸运行 ;二、 10KV 母线上的母联断路器分闸运行。以下分别进行讨论分析。 一 、 10KV 母线 的母联断路器合闸运行 1.计算电路图如下： 选择 k1,k2,k3 作为短路点分析计算。计算各元件的标么值，（ Sb=100MVA。Ub=Uav）由原始材料已知可得 X1*=0.094 X4*=0.1199 变压器的标么值计算 : nts 18 2 1 * 1 2 1 3 2 32 2 * 1 2 2 3 1 32 3 * 2 3 1 3 1 21 1 1 0 0( % % % ) ( 1 4 2 3 7 ) 0 . 1 2 52 2 0 0 1 2 01 1 1 0 0( % % % ) ( 1 4 7 2 3 ) 0 . 0 0 8 32 2 0 0 1 2 01 1 1 0 0( % % % ) ( 7 2 3 1 4 ) 0 . 0 6 6 72 2 0 0 1 2 0 bebebeSX U U USSX U U USSX U U USX3-1=X2-1=0.125 X3-2=X2-2=-0.0083 X3-3=X2-3=0.0667 同步调相机的电抗标么值计算： 225*5 * 6 *1 6 1 0 0 1 1X = ( ) ( ) 1 . 1 7 0 71 0 0 1 0 0 1 5 1 0 . 51 . 1 7 0 7d b NNbX S USUXX 2、 K3点短路分析 （ 1） K3 点发生短路时其等值电路图如下： 图一 中 A， B 为等 电位点，所以经变换得图二 nts 19 图 (二 )经 化 简得 : 2 - 1 * 3 - 1 *7*2 - 1 * 3 - 1 *2 - 2 * 3 - 2 *8*3 - 2 * 2 - 2 *2 - 3 * 3 - 3 *9*2 - 2 * 3 - 3 *5 * 6 *10*6 * 6X . X 0 . 1 2 5 0 . 1 2 5X = 0 . 0 6 2 5X + X 0 . 1 2 5 + 0 . 1 2 5X . X - 0 . 0 0 8 3 ( - 0 . 0 0 8 3 )X = 0 . 0 0 4 2X + X - 0 . 0 0 8 3 - 0 . 0 0 8 3X . X 0 . 0 6 6 7 0 . 0 6 6 7X = 0 . 0 3 3 4X + X 0 . 0 6 6 7 0 . 0 6 6 7X . XX=X + X *1 . 1 7 0 7 1 . 1 7 0 70 . 5 8 5 41 . 1 7 0 7 1 . 1 7 0 7根据图三可求出短路回路总的电抗标么值： X *=0.0853 ( 3 )K 3 *11I = 1 1 . 7 2 3 3X 0 . 0 8 5 3 ( 3 ) ( 3 ) bK 3 K 3 *avS 100I I 1 1 . 7 2 3 3 6 4 . 4 6 3 33 U 3 1 0 . 5 KA 根据图三算出 : ( 3 )9 K 30 . 5 8 5 4I I 5 5 . 0 6 6 1 A0 . 5 8 5 4 0 . 0 9 9 9 ( 3 )9 K 30 . 0 9 9 9I I 9 . 3 9 7 2 A0 . 5 8 5 4 0 . 0 9 9 9 当 K3 点发生短路时， 流过两个变压器低压侧出线的短路电流及两个同步调nts 20 相机出线的短路电流分别为： 9 1 02 - 3 3 - 3 5 6III = I = = 2 7 . 5 3 3 K A I = I = = 4 .6 9 8 6 K A22 短路容量 : k a vS 3 U 3 6 4 . 4 6 3 3 1 0 . 5 1 1 7 2 . 3 3 M V A 短路冲击电流 : ( 3 )i m p K 3i 2 . 5 5 I 2 . 5 5 6 4 . 4 6 3 3 1 6 4 . 3 8 K A 根据主变 1#， 2#低压侧 10KV 出口断路器 的额定开断电流 容量 ,考虑在低压侧 10KV 出口断路器前串联一个 电抗器，其型号选择如下： 最大负荷电流的计算 由原始资料科知 10KV 侧 4 回，每回出线最大输送容量 2MVA，站用电容量按站用电变压器容量考虑 630 2KVA。同步调相机额定电流为 788A. 最大负荷电流：L m a x8 . 6 3I 1 0 0 . 7 8 8 2 2 . 0 4 7 k A3 所选择限流 电抗的额定电压为： 10KV,额定电流为： 3000A 电抗器百分电抗值的选择 变压器 10KV 出口短路器容量按 750MVA 考虑 DdbS 750S 6 . 2 5S 1 2 0 X= 1Sd =0.16 电抗器电抗标么值 : DKX X X 0 . 1 6 0 . 0 8 5 3 0 . 0 7 4 7 2 2D K D K *1 0 . 5 3 3X % = X 1 0 0 0 . 0 7 4 7 1 0 0 4 . 2 7 91 0 0 1 0a v D K Nb D K NUISU gg 选型为 NKL-10-3000-12 的水泥柱式电抗器 ,所选限流电抗基准标么值为 : * 22% 1 2 1 0 1 0 0 0 . 2 0 9 41 0 0 1 0 0( ) ( 1 0 . 5 )3 3 3NbDKD K b avNUSXXUI 加入限流电抗器后等值电路为 nts 21 根据图 (四 )化简 可得 : 1 * 7 * 4 * 8 *1 * 7 * 4 * 8 *1 4 * * *1 4 * 1 0 *1 5 *1 4 * 1 0 * 1 5 *( ) ( ) ( 0 . 0 9 4 0 . 0 6 2 5 ) ( 0 . 1 1 9 9 0 . 0 0 4 2 )0 . 0 6 6 60 . 0 9 4 0 . 0 6 2 5 0 . 1 1 9 9 0 . 0 0 4 20 . 0 6 6 6 0 . 1 3 8 0 . 2 0 4 60 . 2 0 4 6 0 . 5 8 5 40 . 2 0 4 6 0 . 5 8 5 40 . 1 5 1bbaX X X XXX X X XX X XXXXXXXX ( 3 )3*( 3 ) ( 3 )3 3 *6116 . 5 9 60 . 1 5 1 61006 . 5 9 6 3 6 . 2 6 93 3 1 0 . 5KbKKavIXSI I K AU 短路冲击电流和短路容量 : ( 3 )3( 3 )32 . 5 5 2 . 5 5 3 6 . 2 6 9 9 2 . 4 91 . 7 3 2 3 6 . 2 6 9 6 . 5 6 5 9 . 5 9i m p KK K a vi I K AS I U M V A 短路全电流最大有效值 : ( 3 ) ( 3 )i m p K 3I 1 . 5 1 I 5 4 . 7 7 K A 电抗器校验 : 2 3 * 1 2 * 3 3 * 1 3 *2 3 * 1 2 * 3 3 * 1 3 *( ) ( ) ( 0 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4 ) ( 0 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4 ) 0 . 1 3 80 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4 0 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4aX X X XXX X X X nts 22 a、 动稳定校验 ,该电抗器动稳定电流为 100.1KA,大于三相冲短路击电流92.49KA,故动稳定合格 . b、 校验短路时母线的残余电压 ( 3 )3 3 2 . 2 6 9% % 1 2 1 4 5 . 1 7 03KDK D K EIU X K AI g 合格 c、 校验正常运行时电压损耗 : m a x 2 . 0 7 6% % s i n 1 2 0 . 6 4 . 9 53lDKDKEIUX I g 合格 根据 图五可得 ( 3 )1 0 *1 4 31 0 * 1 4 *0 . 5 8 5 4 3 6 . 2 6 9 2 6 . 8 70 . 5 8 5 4 0 . 2 0 4 6KXI I K AXX g ( 3 )1 0 3 1 4 9 . 3 9 3KI I I K A 故加入 限流电抗器后 K3点短路时 ,两 变压器 低压侧 10KV出线与两同步调相机出线的电流分别为 : 2 3 3 3 5 61 3 . 4 4 4 . 6 9 6I I K A I I K A 变压器低压侧 10KV 出线上的短路冲击电流为 34.267KA,同步调相机出线 的短路冲击电流为 11.976KA，则出口断路器能够满足要求。 3、 K1点短路 分析 等值电路图如下 : 化简可得 : nts 23 2 3 * 1 2 * 3 3 * 1 3 * 5 * 6 *7*2 3 * 2 * 3 3 * 1 3 * 5 * 6 *2 2 * 3 2 *9 * 4 *2 2 * 3 2 *( ) ( )( 0 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4 ) ( 0 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4 ) 1 . 1 7 0 7 1 . 1 7 0 70 . 6 6 7 7 0 . 2 0 6 4 0 . 6 6 7 0 . 2 0 9 4 1 . 1 7 0 7 1 . 1 7 0 70 . 7 3 3 50 . 0 0 8 3 ( 0 . 0 00 . 1 1 9 9X X X X X XXX X X X X XXXXXXX 8 3 )0 . 1 1 5 80 . 0 0 8 3 0 . 0 0 8 3继续化简可得 : ( 3 )* 1 *( 3 ) ( 3 )1 1 *( 3 )1( 3 )1( 3 )1110 . 0 5 9 6 1 6 . 7 90 . 0 5 9 61001 6 . 7 9 4 . 2 1 53 3 2 3 02 . 5 5 2 . 5 5 4 . 2 1 5 1 0 . 7 4 84 . 2 1 5 2 3 0 1 . 7 3 2 1 6 4 3 . 2 3 51 . 1 5 1 1 . 5 1 4 . 2 1 5 6 . 3 6 5KbKKavi m p KK K a vi m p KXIXSI I K AUi I K AS I U M V AI I K A 4、 K2点短路 分析 K2点短路时等值 电路图如下 : 2 2 * 3 2 *7*2 3 * 3 2 *0 . 0 0 8 3 ( 0 . 0 0 8 . 3 ) 0 . 0 0 4 20 . 0 0 8 3 0 . 0 0 8 3XXX g nts 24 2 1 * 3 *9 * 1 *2 1 * 3 1 *0 . 1 2 5 0 . 1 2 50 . 0 0 9 4 0 . 1 5 6 50 . 1 2 5 0 . 1 2 5XXXX XX g 经化简可 得： * 0.0613X ( 3 )2*11 1 6 . 3 1 30 . 0 6 1 3KI X ( 3 ) ( 3 )2 2 * 1001 6 . 3 1 3 8 . 1 91 . 7 3 2 1 1 53 bKKavSI I K AU ( 3 )22 . 5 5 2 . 5 5 8 . 1 9 2 0 . 8 8i m p ki I K A ( 3 )23 1 . 7 3 2 8 . 1 9 1 1 5 1 6 3 1 . 2 8K k a vS I U M V A ( 3 )21 . 5 1 1 . 5 1 8 . 1 9 1 2 . 3 6 7i m p kI I K A 5、 短路计算成果表 ( 100bS MVA) 短路点 基准电压 (KV) 基准电流(KA) 短路冲击电流(KA) 短路电流 (KA) 短路容量 (MVA) 短路全电流最大有效值 (KA) 公式 b avUU 3bb bSIU(3)2.55 KI ( 3 ) ( 3 )3 3 * 3KKavSbIIU g( 3 )3K K avS I U (3)91.51impII K1 230 0.251 10.748 4.251 1643.235 6.365 K2 115 0.502 20.88 8.19 1631.25 12.367 K3 10.5 5.499 92.49 36.269 659.59 54.766 二 10KV 母线的母联断路器分闸运行 1、计算电路图如下 : nts 25 10KV 母线 分段 运行 ， 在此选 K1 点为短路计算点分析讨论： 2、 等值电路图 及化简 (见附录 ) 总电抗的标么值 : * 0.113X 短路电流的标么值 :( 3 )1*11 8 . 8 50 . 1 1 3kI X ( 3 ) ( 3 )1 1 * 1008 . 8 5 4 8 . 6 8 73 3 1 0 . 5bkkavSI I K AU 又 前面分析中 设置了限流电抗器。 在分段 运行时， 10KV 母线上发生三相对称短路时的短路电流为： 2 0 1 7 6*2 0 1 7 6() ( 0 . 0 6 2 7 0 . 0 6 2 3 0 . 2 0 9 4 ) 1 . 1 7 0 7 0 . 2 6 0 10 . 0 6 2 7 0 . 0 6 2 3 0 . 2 0 9 4 1 . 1 7 0 7DKDKX X X XX X X X X g g ( 3 )1*11 3 . 8 4 50 . 2 6 0 1kI X ( 3 ) ( 3 )1 1 * 1003 . 8 4 5 2 1 . 1 4 33 3 1 0 . 5bkkavSI I K AU ( 3 )12 . 5 5 2 1 . 1 4 3 2 . 5 5 5 3 . 9i m p Ki I K A ( 3 )13 1 . 7 3 2 2 1 . 1 4 3 1 0 . 5 3 8 4 . 5K K a vS I U M V A 在两台主变压器低压侧 10KV 出线上都串有一台限流电抗器。 10KV 母线上发生三相短路电流应该小于 21.143KA。根据以上数据分析，10KV 母线上可以分段 运行 . nts 26 第三章 导体和电器的选择设计 第一节 总则 一 、 一般规定 导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术政策，并应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运 行方便和适当的留有余地，以满足电力系统安全运行的需要，对导体和电器选择设计规定简述如下： 1.一般原则 应满足正常行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 应按当地环境条件检验。 应与整个工程的建设标准协调一致，尽量 使新老电器型号一致。 选择导线时应尽量减少品种。 选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠试验数据，并经 主管部门鉴定 合格。 2.有关的几项规定： 导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动稳定和热稳定，并按环境条件校核电器的基本使用条件 ： 在 正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按有关规定进行计算。 验算导体和电器用的短路电流，按下列情况进行计算： 除计算 短路电流的衰减时间常 数和低压网络的短路电流外，元 件的电阻 都略去不计。 在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容 补偿装置放电电流的影响。 在变电所中，应考虑如果安 有同步调相机时，应将其视作附加电源，短 路电流的计算方法与发电机相同。 对 不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为 最大的地点，对带电抗器的 6 10KV出线的计算点，除其母线隔离开关 前的引线和套管应选择在电抗器前外，其余导线和电器宜选择在电抗器 之后 验算导体和 110KV 以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般用主 保护的动作时间加相应在的断路器全分闸时间，如主保护有死区时，则采 用能对该处死区起 作用的后备保护动作时间，并采用 相应处的短路电流 值。 电器和 110KV及以上充油电缆和短路电流计算时是，一般须用后备保 nts 27 护动作时间加相应的短路器全分闸时 间。 导体和电器的动稳定，热稳定以及电器开断电流，可按三相短路验算，若 发机出口两相短路或中性点直接接地系统，自耦变压器等回路中的单相， 两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况验算。 环境条件：选择导体和电路时，应按当地环境条件校核，当气温、风速、 湿度 、污秽、 海 拔、 覆冰等环境条件超出一般电器的基本使用条件时，应通过经济 技术 比较分别采取下列措施： 向制造部门提出补充要求，订制符合该环境条件的产品。 在设计或运行中采取相应的防护 措施，如采用屋内配电装置、水冲洗、 减震器等。 二、 按额定电压选择的要求是： 要求设备的额定电压不低于设备安装地点的电网的额定电压，由于线路 供电端额定电压比受电端额定电压高 10-5%,因此设备必须能够长期承受这个电压值，电器能够长期承受的最高电压称为最高工作电压，对 220KV及以 下设备其最高工作电压额 定电压高 15%， 330 及 500KV 设备的最高工作电压比额定工作电压高 10%，由此可知，只要设备的额定电压不小于该 处电网的额定电压，其最高工作电压不小于该处电网的额定电压，其最高 工作电压一定能满足电网首端电压要 求。 三、按额定 电流选择的要求是： 设备的额定电流不小于流过设备的最大长期负荷电流，当周围介质的温度不等于规定值时，设备的容许电流应进行修正。 四、 短路热稳定校验的要求是： 导体的 最高短时温度不大于短时允许最高温度，对于电器来说，是短路电流热脉冲不大于电器允许的热脉冲 2tIt,tI是 t 秒钟的热稳定电流。tI和 t 值可由电器的铭牌或手册中查出。 五、 校验动稳定校验的 要求是： 对导体 (母线 )来说，其中通过三相短路冲击电流时产生的应力不小大于材料的允许应力，对于电器来说，是通过它的三相短路冲击电流不大于它的最大允许动稳定电流。 nts 28 第二节 母线的选择设计 一母线材料的选择 配电装置中所用母线材料有铜、铝、钢三种，铜的电阻率低 ，机械强度大，抗腐蚀性强，但铜的贮量少，价格贵，一般不建议采用，只在空气中有腐蚀性气体的户外配电装置中才用，铝的电阻率较高，较易腐蚀，但贮量多，价格便宜，广泛用作配电装置中的母线，钢的电阻率更大，还有很大的磁滞损耗和涡流损 耗，但它的优点是机械强度高和价格便宜，通常用于高压小容量电路，工作电流不大于 300 400A的低压电路以及直流路中，本 设计 中的母线均选铝质材料。 二 母线截面形状选择 要求母线的截面形状应 使集肤效应小，散热良好，机械强度高，安装简单和连接方便，实际上常采用的母线截面形状有圆形、矩形 (单条、双条、三条的 )、管形、双槽 形等 圆形母线只适用于小功率的电气装置中，矩形母线常用于 35KV 及以下的户内配电装置中，为了增大散热面面积，减小集肤效 应，应兼顾机械强度。矩形母线的边 比通常是 1/12 1/15,为避免集肤效应过大 ，单条母线的截面积不应大于 1000 1200 2。当单条矩形的最大容许电流不满足要求时可采用两条矩形母线，条间的距离一般取为一条母线的厚度，以保证散热良好，当工作电流更大时，可采用三条矩形母线，当每相有三条矩形母线时，中间一条中的电流占总电流的 20%，两边的每条占总电流的 40%,可见母线材料的利用率低，通常不宜采用每相有四条以上的矩形母线。 在工作电流很大的装置中，可采用双 槽 形母线和管形母线，双 槽 形母线集肤效应较小，散热面大，机械强度高，适用于工作电流很大 (4000 8000A)。短路电流也较 (150kA及 以上 )大 的场合，管形母线的机械强度大，但内表面的散热条件差，如果管内采用通风冷却或通水冷却，其载流能力可较普通母线提高几倍或几十倍，管形母线多用作绝缘封闭水内冷母线作为巨大容量发电机的连接线，硬管及软管母线也可用于户外高压配电装置中，本设计中 220KV、 110KV 母线形状选管型， 10KV 母线选矩形母线。 三 220KV母线选择 根据本变电站的设计资料知道 220KV母线上所有负荷出线容量为 790MVA，每台主变压器容量比为 100/100/50，所以母线所通过的功率为 790 100 2990MVA。由此推出最 大工作持续电流为g.maxavS 9 9 0I 2 . 4 8 5 K A3 U 3 2 3 0= = = 。 1.按经济电流密度选择母线截面积： 最大负荷利用小时数 Tmax 5000 h。查手册可得导体的电流密度 J取 0.775。nts 29 所以导体截面积 g.max 2g.maxII m m ( J 0 . 7 7 5 )J2485= = = 3 2 0 7 =0 . 7 7 5固母线型号选择 130/116 的铝锰合金管形导体。 2.校验 ： （ 1） 热稳定校验： SiSmin 导体最小允许截面 : m i n d zIStC=式中 :I -稳态短路电流 .(A) C -热稳定系数 . (取 :87) tdz -短路电流等值时间 . (S) tdz=tz+0.05 由 IIb= 计算时间 t 可查表查出短路电流周期分量等 值时间 tz，取 =1根据短路电流计算时间 t 4S，查出 tz=3.5S,所以 tz=3.5+0.05 1=3.55S , 2m i n d zI 4215S t 3 . 5 5 1 7 2 m mC 8 7= = ? ,Si Smin，满 足要求 . （ 2） 动稳定校验 :maxssSmin 导体最小截面 : m i n d zIStC=,式中 :C-热稳定系数 ,取 C=87, tdz=tz+0.05 ,取 1b= ,根据 110KV短路电流计算时间 t 3S查出 tz 2.55S， tdz 2.55+0.05 1=2.6 S 2m i n d zI 8190S t 2 . 6 1 5 1 . 8 m mC 8 7= = ? ,Si Smin，满足要求
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