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电气电子毕业设计论文
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毕业设计2110KV变电所一次系统设计,电气电子毕业设计论文
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长沙电力职业技术学院 毕业设计（论文）课题任务书 （ 2007 - 2008 学年） 系部名称：电力系 课题名称 110KV 变电所一次系统设计 学生姓名 胡欣 专业 发电厂及电力系统 学号 200501040612 指导教师 舒辉 任务书下达时间 2007.11.5 课题概述： （包括设计或论文的课题，设计型课题的原始资料及主要参数要求或论文型课题的论点、论据、逻辑性要求等） 本设计的课题为 110KV 变电所一次系统的设计。设计课题的原始资料如下： 1、 变电所的类型 该变电所为 110KV 终端变电所，进线端电压为 110KV 线路一条， 35KV 出线 4 条， 10KV 出线 5 条。 其中： 110KV 兴城线与朝阳变电所相连， 35KV 线路有：镇南线 -送电至双发乡，镇里线 -送电至卫星牧场，朝阳线 -送朝阳部分负荷，永胜线 -送电至卫星牧场。 10KV 线路分为：城西线、城南线、城东线、城北线、镇北线。 正常运行方式为 110KV 朝阳线送电， 35KV 四条线路， 35KV 分段接线，镇里线及 10KV 单母线接线，所用电源两个，一个由 10KV 母线带出线的 10KV所用变，另一个是 35KV 所用变，由 35KV 镇里线 母线带出。 2、 变电所所处的地理位置 变电所位于城市工业区附近，交通运输方便，变电所所处的地域及自然条件变电所位于省界大庆市肇洲县，海拔 400M，地势平坦，公路交通方便，无污染源，夏季最高温度零上 36 度，冬季最低气温为 -20 度，年平均气温为零上15 度，最大风速为 20M/S，覆冰厚度为 5MM，土壤电阻率为 500，冻土厚nts 度为 1.3M，主导风向：夏季为东南风，冬季为西北风。 3、 负荷资料 有一处为二类负荷，容量为 2500KVA，其余为三类负荷，其中工业负荷比重较大，容量总和为 15000KVA， 10KV 侧有 5 条出线，线 损率为 10%，进线长度为 20KM，其负荷统计如下： 区域 回路名称 用户类型 需用系数 负荷容量（ KVA） 线损率 供电回路 线路长度（ KM） 备注 1 城西线 居民 0.8 2500 10% 一回 30 三类 2 城北线 卫星牧场 0.7 3000 10% 一回 35 三类 3 城东线 居民 0.9 2500 10% 一回 25 三类 4 城南线 卫星牧场 0.9 2700 10% 一回 20 三类 5 镇北线 亚麻厂 0.75 1350 10% 一回 30 三类 6 镇南线 林场 0.9 1500 10% 一回 15 三类 7 镇里线 医院 0.8 2500 10% 一回 20 二类 8 朝阳线 居民 0.8 1000 10% 一回 25 三类 9 永胜线 居民 0.9 800 10% 一回 30 三类 4、 系统资料 变电所有一回 110KV 进线，进线长度为 20KM，系统的基准容量 Sj=100MVA，系统在最大运行方式下，系统电抗标幺值 Xmax=0.04，系统在最小运行方式下系统电抗标幺值 Xmin=0.06。规划年限为 10 年 ,年负荷增长率 5%。 要求 设计变电站的一次系统，设计内容包括 负荷统计 计算，短路电流计算 ， 主变、 主接线、电气 设备 的 选择 。 nts 要求阅读或检索的参考资料及文献 （包括指定给学生阅读的外文资料）： 1、 陈跃 .电气工程专业毕业设计指南 -电力系统分册 .中国水利水电出版社 ,2003 2、 曹绳敏 .电力系统课程设计及毕业设计参考资料 .东南大学出版社 ,水利电力出版社 ,1995 3、李火元 .电力系统继电保护及自动装置 .中国水利水电出版社 ,2006 4、陈光会 ,王敏 .电力系统基础 .中国水利水电出版社 ,2004 5、卢文鹏 ,吴佩雄 .发电厂变电所电气设备 .中国电力出版社 ,2005 设计（论文）成果要求： （包括设计或论文正文的字数和质量等要求等） 毕业设计说明书要求 结构合理、条理清晰、 引用文献数据可靠，计算 正确 ， 书写整齐，图纸规范，格式符合要求，篇幅应在 25 页以上。 进度及要求 起止日期 要求完成的内容及质量 2007.11.26 2008.1.18 1 2007.11.26 12. 2 完成 设计 的开题报告 ， 要求提交开题报告一本 ； 2. 2007.12.3 12.12 完成调研和资料的收集整理； 要求 调研 材料丰富，数据可靠 ； 3. 2007.12.13 12.26 完成 设计 初稿 ，确定主 变压器、主接线及其它主要设备的选择方案 ； 4 2007.12.27 2008.1.13 完成 设计定稿，要求设计说明书 结构合理、条理清晰 ，计算正确，图纸规范，格式符合要求； 5. 2008.1.14 1.18 进行毕业设计答辩 。 审核 （系主任） 批准 （教务处） nts 长沙电力职业技术学院毕业设计（论文）评阅表 指导教师意见 指导教师签名： 200 年 月 日 评阅教师意见 评阅教师签名： 200 年 月 日 答辩成绩 答辩组长签名： 200 年 月 日 总评成绩 指导教师签名： 200 年 月 日 nts 前 言 通过三年的电力专业系统的学习 ,我们已经初步掌握了一些电气方面的知识 ,认识了很多电气设备。老师深刻而形象的传授 ,使我们受益匪浅， 学校丰富多彩的实习使我们不但有理论的优势，也有实践操作能力。这次 110KV 变电所一次系统的设计不但复习总结了以前的知识，而且学习了很多新的知识，培养了很多新的能力，比如上网查阅资料的能力，整理数据、分析数据的能力，使用 AUTO CAD解决实际绘画问题的能力等等。在设计的过程中，为了数据的严肃性，我翻阅了很多参考资料，有时，一个小小的标点也要让我仔细斟酌良久，我知道科学是严肃性的。 本设计的思路秉着经济性，可靠性，可行性原则设计使设计尽量紧凑化。由于这个变电所属于终端变电所，停电只影响到用户侧，而且主要是三类 负荷，对供电的可靠性不是很高，所以只采用了一台主变，对于一处二类负荷，我们采用从其他电源引过来，这样不但节省了备用变压器，断路器，隔离开关等设备的费用，同时还使结构简单，便于操作，节省了运行管理费用等等。 110KV 侧不带负荷，但采用了单母接线，主要考虑是留有发展空间。考虑 10 年以后负荷的增长，容量增加，变电所再增加变压器留有余地。电抗器主要用在 10KV 侧限制短路电流，主要安装在短路电流在 30KA 及以上分段接线的母线上，所以本设计没有考虑。 最后感谢指导老师的悉心指导，设计过程中出现了许多困难，多亏老师的耐心 指点。设计存在很多缺陷，万望专业人士批评指正。 设计者：胡欣 2008 年 1 月 nts 目录 前言 摘要 第 1 章 基本概念 1.1 常用概念 . 1 1.2 变电所分类 . .1 第 2 章 变电所一次系统的设计 2.1 原始材料分析及主变的选择 .2 2.2 电气主接线设计 .4 2.3 所用电设计 .8 2.4 短路电流的计算 .8 2.5 电气设备的选择 .10 2.6 高低压配电装置的设计 .23 第 3 章 计算书 3.1 短路电流计算 .25 3.2 电气设备的选择和校验 .27 附录 后记 致谢 参考资料及文献 nts 摘 要 变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成 。其中，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于 一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装 2 3 台主变压器； 330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入 5 10 年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继 电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。前者指一对一的按纽控制。对于控制对较多的变电所，如采用直接控制方式，则控制盘数量太多，控制监视面太大，不能满足运行要求，此时需采用选控方式。选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面积较小等优点；缺点是直观性较差，中间转换环节多。 随着我国工业的迅猛发展，各行各业对电力系统供电可靠性和稳定性的要求越来越高。变电所是连接电力系统的中间环节，用以汇集电源、升降电压和 分配电能。变电所的安全运行对电力系统至关重要。 本文主要进行 110kv/35kv/10kv 终端变电所的设计。主要内容包括：变电所电气主接线的设计和选择、短路电流的计算、主变压器和电器设备的选择。其中电器设备的选择主要包括：断路器、隔离开关、 PT、 CT、支柱绝缘子、套管、母线导体、避雷器、电抗器、高压熔断器等。 附件包括：电气主接线图、 110kv 侧进线间隔断面图、断路器、隔离开关 关键词 终端变电所；一次设备；主变；主接线；一次系统设计 nts 第 1 章 基本概念 1.1 常用概念 1.1.1 按突然中断供电造 成的损失程度分为：一级负荷、二级负荷、三级负荷。一级负荷中断供电将造成人身伤亡和将在政治经济上造成重大损失，如造成重大设备损坏，打乱重点企业生产次序并需要长时间的恢复，重要铁路枢纽无法工作，经常用于国际活动的场所的负荷。 1.1.2 一级负荷供电可靠性要求高，一般要求有一个以上的供电电源（来自不同的变电所或发电厂，或虽来自同一变电所，但故障时不相互影响不同母线段供电）。 1.1.3 同时率 -各用户负荷最大值不可能在同一时刻出现，一般同时率大小与电力用户多少、各用户的用电特点有关。 1.2 变电 所的分类 对所建变电所在电力系统中的地位、作用和用户的分析，变电所根据它在系统中的地位，可分为以下几类： 枢纽变电所：位于电力系统的枢纽点，连接电力系统的高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为 330-500kv 的变电所，成为枢纽变电所。全所停电后，将引起系统的瘫痪。 中间变电所：高压侧以交流潮流为主，起系统交换功率的作用，或是长距离输电线路分段，一般汇集 2-3 个电源，电压为 220-330kv，同时降压供当地使用，这样的变电所主要起中间环节的作用，所以叫中间变电所。全所停电后将引起区电网瓦解。 地区 变电所：高压侧一般为 110-220kv，向当地用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅使该地区中断供电。 终端变电所：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧多为 110kv 经降压后直接向用户供电的变电所。全所停电后仅使用户中断供电。 nts 第 2 章 变电所一次系统的设计 2.1 原始材料分析及主变的选择 1 由原始资料知 该变电所为 110KV 终端变电所，进线端电压为 110KV 线路一条， 35KV出线 4 条， 10KV 出线 5 条。 其中： 110KV 兴城线与朝阳变电所相连， 35KV 线路有：镇南线 -送电至双发乡，镇里线 -送电至卫星牧场，朝阳线 -送朝阳部分负荷，永胜线 -送电至卫星牧场。 10KV 线路分为：城西线、城南线、城东线、城北线、镇北线。 正常运行方式为 110KV 朝阳线送电， 35KV 四条线路， 35KV 分段接线，镇里线及 10KV 单母线接线，所用电源两个，一个由 10KV 母线带出线的10KV 所用变，另一个是 35KV 所用变，由 35KV 镇里线母线带出。 根据电力工程电气设计手册的要求，并结合本变电所的具体情况及相关要求，选用一台三绕组有载调压的变压器作为主变。 2.1.1 主变容量的确定 1 主变压器容量应根据 5-10 年的发展规划进行。根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变 电所 ，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足 类及类负荷的供电。 对于装设两台变压器的变电所，每台变压器的容量 Sn通常按下式进行初选： Sn Simp 式中： Simp 变电所全部重要负荷容量 变电所某一级电压的最大计算负荷为： Smax=Kt Simp (1+ ) 式中 Kt 同时率； Pmax、 cos各用户的最大有功和功率因数 该电压级电网的线损率 计算如下： nts Simp=2.5*0.8+3.0*0.7+2.5*0.9+2.7*0.9+1.35*0.75+1.5*0.9+2.5*0.8+1.0*0.8+0.8*0.9=14.663MVA Smax=Kt* Simp *(1+ )=0.85*14.663*(1+10%)=13.71MVA 考虑到同一重要负荷不在同一时刻出现，应考虑同时率 Kt=0.85 2 对负荷的逐年增长 ,设计要求取年增长率为 10%,按近期规划 10 年考虑 .预测的最大负荷为 Smax=(1+m)t Smax=(1+5%)10*13.71=22.33MVA 式中 Smax-预测最大负荷 Smax-按负荷 资料统计的最大负荷 ; m-负荷增长率 ,按 10%考虑 t-时间 ,按 10年考虑 . 2.1.2 变压器台数的选择 为保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变压器，以免一台主变故障或检修时中断供电 ,另一台变压器容量在计及过负荷能力和允许时间内保证对类及类负荷的连续供电 ,但是根据设计资料提示 ,该变电所只有一条电源进线 ,且负荷量不是很大 ,负荷类型大多为 三类负荷 ,一台主变足以满足系统和设计的要求 . 根据上述分析 ,选用一台主变 . 2.1.3 变压器相数的选择 对于 330kv 及以下的变电所，在设备运输不受条件限制时，应采用三相变压器。 2.1.4 主变绕组数量的选择 在 330KV 及以下电力系统中，一般都应采用三相变压器。因为单相变压器相对来讲投资大，占地多，运行损耗也大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。若安装或运输受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器组。此为终端变联系三个电压等级，可以 用一台三绕组的变压器 nts 2.1.5 绕组联结方式 我国 110kv 级以上的电压变压器绕组都采用 YN 联接方式， 35kv 及以下电压等级，变压器都采用 D联接方式，考虑三次谐波的影响，故选择 YN， y,D11连接。 2.1.6 冷却方式的选择 该变电所所处位置 ,夏季最高温度零上 36 度，冬季最低气温为 -20 度，年平均气温为零上 15 度，最大风速为 20m/S，覆冰厚度为 5mm，可以采用油浸风冷式 2.1.7 结论 综上所述，根据电压允许波动范围为 5%以内，结合本所实际选择一台三绕组有载调压电力变压器 SFS7-25000/110。 2.1 主变技术参数如下 : 型号 SFS7-25000/110 额定容量 (KVA) 25000 额 定 电压 (KV) 高压 110 2 2.5%或121 中压 38.5 2 2.5%或 35 低压 6.3,6.6,10.5,11 阻 抗 电压 (%) 高 中 高 低 中 低 10.5 (17 18) 10.5(17 18) 6.5 但在实际应用中对于 110kV变电站一般优先选用普通三绕组变压器，因为： 变压器的三个绕组相互独立，彼此间影响不大，而自耦变压器三 绕组彼此共用，绕组间短路时，自耦变压器故障危害 大，且不便于切除，易导致三相停电。 自耦变压器限制短路电流的效果不如普通三绕组变压器，其故短路电流较之三绕组变压器大 自耦变压器比三绕组变压器运行灵活性差。 2.2 电气主接线设计 电气主接线是发电厂、变电所的设计主体。采用何种形式的接线，与电力系统原始资料，发电厂、变电所本身的可靠性、灵活性、经济性的要求密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定都有较大的nts 影响。因此，主接线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电所的具体情况，全面分析，正确地处理好各方面的关系，合理地选 择主接线方案。 电气主接线设计的基本原则 :电气主接线设计应以设计任务为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。 主接线设计的基本要求： 在设计主接线时，应使其满足供电可靠、运行灵活和经济等项基本要求。 1 可靠性 断路器检修时不宜影响对系统的供电； 线路、断路器、母线发生故障或母线检修时，应保证对 重要用户的供电。 2 灵活性 调度灵活，操作简便：应能；灵活地投入（或切除）某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求； 检修安全：应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电； 扩建方便：应能容易地从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，一次和二次设备等所需的改造最少。 3 经济性 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； 占地面积少：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； 电能损耗少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。 nts 2.2.1 110kv 侧接线 110KV 侧只有一回电源进线，一台主变且不带负荷，考虑负荷的增长留有一定的发展空间，只须考虑单母线接线 .。 单母线接线具有结构简单清晰、设备少、投资小、运行操作方，且有利于扩建等优点。恰适用于 6-220KV 系统中只有一台发电机或一台主变压器，且出线回路数 又不多的中、小型发电厂或变电所。有一处二类负荷，考虑经济性，从其它变电所引进电源作为此二类负荷的备用，所以虽然这种接线方式可靠性、灵活性较差，不能满足一、二类用户的要求，在这里无须考虑。故 110KV 侧采用单母接线。 2.2.2 35KV 侧电气主接线的选择 35KV 侧有四回接线，其中工业负荷比较重还有一回是二类负荷，对供电的可靠性要求比较高，故考虑单母分段、单母分段带旁、双母分段。 表 2.2 35kv 主接线的选择方案比较 方案 可靠性 灵活性 经济性 单母接线 不够灵活可 靠，母线或隔离开关故障或检修时均使整个配电装置停电 接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置 较好 单母分段接线 用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两回路，有两个电源；当一段母线故障时分段断路器能将故障切除保证正常段的不间断供电和不致使用户停电 简单经济方便实用，克服了单母接线的缺点 次之 双母线接双母接线的主要设置了两组母线，通过母线联络断路器QFL相联络；每一回进出线都通过一台断路器和两组母线隔离运行方式改变时，需要用母线隔离增加nts 线 开关分别接至两组母线上。正由于每个回路都设置了两组母线隔离开关，可以 在两组母线上之间切换，从而大大地改善了这种接线的供电的可靠性和运行的灵活性。但是双母线接线的主要缺点是： 开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作，导致人身设备事故。 了投资 单母分段接线可以有各母线段并列或者各母线 段分段 运行方式，而且便于分别对各母线段进行检修，减小了母线检修时的停电范围。由于各母线同时发生故障的可能性很小，显然提高了运行的灵活性与供电可靠性。当任一母线故障时，继电保护装置可使分段断路器跳开，将故障母线隔离，保证正常母线的继续运行。若分段断路 器运行时是断开的，那么当任何一段母线失去电源时，可由备用电源自动投入装置使分段断路器自动合闸，恢复母线段的电源，以继续保持母线段的运行。单母线分段接线的缺点是：在任何一段母线故障或检修期间，该母线段上的所有回路必须停电；而任何一台断路器所在回路也必须停电。 单母线分段带旁路母线解决了上述的不足，具有相当高的供电可靠性和运行的灵活性，但只适用于出线回路不多，但负荷比较重要的中小型发电厂及 35 110KV的变电所。 采用双断路器的双母线接线可以解决以上缺点，但因为其投资更大，仅在国外一些特别重要的发电厂、变电所 中使用。 因为终端变电所停电只对用户影响而且这里负荷比较重出线较多，不适宜带旁母，采用双回路投资太大。综合考虑， 35KV 侧宜采用单母分段。 2.2.3 10kv 侧电气主接线的选择 10kv 侧出线有五回，都为三类负荷，主要从经济考虑 ,采用单母接线不但满足要求而且操作简单投资较省，主要还因为： （ 1） 6-10kv 回路供电负荷小，供电距离短，并一般可在网络中取得备用电源； （ 2）向工业供电回路一般比较多，企业内有备用电源，允许一回路停电； （ 3） 6-10kv 大多为电缆出线，事故跳闸次数少。 考虑以上因素 10KV 侧采用单母接线。 nts 2.2.4 结论： 110kv 和 10KV 均采用单母接线， 35kv 采用单母分段接线。 2.3 所用电设计 2.3.1 所用电的设计 1） 确定所用变压器的参数，一般的变电所，均装设有两台变压器，以满足整流操作电源，强迫油循环变压器，无人值班的要求； 2） 确定所用变压器容量：根据所用负荷统计和计算，选用合适的变压器容量； 3） 确定变压器电源引接方式。当变电所内有较低的电压母线时，一般从这类母线引接电源，这种引线具有经济、可靠的优点。 选择结果 1） 所用电的引接：为了保证供电的可靠性，所用电分别从 35kv 和 10kv 母线上引接，为了节省投资，所用变采用隔离开关加高压熔断器与母线连接。 2） 所用电容量：这里选用两台所用变，参数如下： 表 2 .3 所用变压器数据表 电压 KV 额定容量 KVA 连接组别号 空载损耗 KW 负载损耗 KW 空载电流 A 短路阻抗 35 800 Y,yn0 1300 4800 2.0 6 10 50 Y,yn0 0.17 0.87 2.0 4 2.4 短路电流的计算 2.4.1 计算的目的和内容 1） 为了选择断路器等电器设备或对这些设备提出技术要求； 2） 评价并确定网络方 案； 3） 研究限制短路电流的措施； 4） 为继电保护整定和调试提供数据； 5） 分析计算送电线路对通讯设施的影响。 nts 在电力系统设计中，短路电流的计算应按照远景规划水平考虑。计算内容为系统在最大运行方式时各枢纽点的三相短路电流。工程设计中，短路电流计算均采用实用计算法。所谓实用计算法是指在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量，而不是用微分方程求解短路电流的完整表达式。 2.4.2 计算的假设条件 1） 故障前为空载，即负荷略去不计，只计算短路电流的故障分量； 2） 故障前所有电压均等于平均额定电压，其标幺值等于 1； 3） 系统各个元件电阻 略去不计（ 1kv 及以上的高压电网 ） ； 4） 只计算短路电流的基频分量。 2.4.3 各元件参数的计算 选取基准值 Uj=Uav=115KV， Sj=100MVA，已知系统最小电抗标幺值 Xs.max=0.04,线路 xl =0.4 /km，只计算三相短路电流 表 2.4 主变技术参数如下 : 型号 SFS7-25000/110 额定容量 (KVA) 25000 额 定 电压 (KV) 高压 110 2 2.5%或121 中压 38.5 2 2.5%或 35 低压 6.3,6.6,10.5,11 阻 抗 电压 (%) 高 中 高 低 中 低 10.5 (17 18) 10.5(17 18) 6.5 X*=xl*SB/U2av=0.4*20*100/1152=0.06 X *=(Uk - %+Uk - %-U k - %)Sj/200Sn=0.13 X *=(Uk - %+Uk - %-U k - %)Sj/200Sn=0.29 X *=(U k - %+Uk - %-U k - %)Sj/200Sn=0.29 短路电流的计算分为次暂态电流 -短路电流周期分量的有效值和短路冲击电流，前者用于检验断路器开端容量和继电保护的整定热稳定计 算，后者用于动稳定的计算。 2.4.4 短路电流的计算步骤 nts （ 1） 短路电流计算的基准值 Ub= Uav=115kv, Sb=100MVA; （ 2） 计算各元件参数的标幺值，做出等值电路； （ 3） 进行网络简化，求出电源点与短路点之间的电抗，此电抗称为入端电抗； （ 4） 求出短路电流标幺值，进而求出短路电流有名值 ; （ 5） 计算冲击电流有效值。 2.4.5 系统等值图 图 1.1 系统等值图 计算结果如下列表：（计算过程见计算书） 表 2.5 各短路点计算结果 短路点 次暂态电流有效值 (KA) 冲击电流幅值 ish (KA) k1 5.02 12.77 k2 10.62 27.04 k3 3.01 7.67 nts 2.5 电气设备的选择 正确地选择电气设备是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，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，并注意节省投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并 按短路状态进行校验动稳定和热稳定。电气设备选择的一般要求如下： 应满足各种运行、检验、短路和过电压情况的要求，并考虑远景发展； 应按照当地环境条件（如海拔、大气污染程度和环境污染程度等）校验； 应力求技术先进和合理； 与整个工程建设标准应协调一致； 同类设备应尽量减少品种； 选择的新产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 2.5.1 高压断路器的选择 高压断路器的主要功能：正常运行时，用来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起保护作用。高压断路器是开关设备中功能最为完善的一种，其最 大特点是能断开负荷电流和短路电流。 1）断路器种类和型式的选择： 除满足各项技术条件外，还应考虑安装调试和运行维护方便。一般 6-35kv 采用真空断路器， 35-500kv 采用 SF6 断路器。 2) 额定电压的选择： UN UNS UNS-电网额定电压 3）额定电流的选择： IN IMAX IMAX-各种合理方式下最大持续工作电流 4）开断短路电流的选择 INbr IPT（或 I） IPT为实际开断瞬间的短路电流 周期分量，开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故断路器的开断计算时间 t 应为主保护时间和断路器固有分闸时间之nts 和。 5） 热稳定校验 I2t*t QK It、 t-电器允许通过的热稳定电流和时间 QK-短路电流热稳定效应。 6） 动稳定校验 Ies Ish Ies、 Ish-短路冲击电流幅值和电器允许通过的动稳定电流幅值 7） 110kv 侧高压断路器选择结果如下 表 2 .6 列出的断路器 计算数据与所选断路器的参数比较如下 计算数据 SW6 110 UNS 110KV UN 110KV IMAX 137.8A IN 1200A I 5.02KA INbr 15.8KA QK 77.62 (KA)2*S It2*t 998.56(KA)2*S Ish 12.77KA Ies 41KA 由选择可知其结果正确，各项数据均满足要求，故 110KV 侧选用 SW6 110 型断路器。 8） 35kv 侧高 压断路器选择结果如下 表 2.7 列出的断路器计算数据与所选断路器的参数比较如下 计算数据 ZW7-40.5/1250-20 Uns 35KV Un 40.5KV Imax 433A In 1250A I 3.0KA INbr 20KA Qk 27.72 (KA)2*S It2*t 1600(KA)2*S Ish 7.67KA Ies 50KA nts 由选择可知其结果正确，各项数据均满足要求，故 35KV 侧选用 ZW7-40.5/1250-20型断路器。 9） 10kv 侧高压断路器选择结果如下 表 2.8 列出的断路器计算数据与所选断路器的参数比较如下 计算数据 VSm-12/2000-31.5-D UNS 10KV UN 12KV IMAX 1516A IN 2000A I 10.62KA INbr 31.5KA QK 347.4 (KA)2*S It2*t 3969(KA)2*S Ish 27.088KA Ies 80KA 由选择可知其结果正确，各项数据均满足要求，故 10KV 侧选用VSm-12/2000-31.5-D 型断路器。 2.5.2 隔离开关的选择 隔离开关是发电厂和变电所的常用电器，它需要与断路器配套使用。但是隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流、短路电流，其主要用途是： 1） 隔离电源 2） 倒闸操作 3） 拉合小电流 隔离开关的型号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后确定。其选择的具体方法与断路器的 1） 2） 3） 4） 5） 6）相同，不再重复 。根据对隔离开关操作控制的要求，还应选择其配用的操动机构。屋内式 80000A 以下的隔离开关一般采用手动的操作机构； 220KV 及以上高位布置的隔离开关宜采用电动机构和液压机构。 将以上各个选择条件与短路电流的计算结果相比较，经过计算后，设备选型如下： 表 2.9 隔离开关选择结果 nts 设备选型 技术数据 UN（ KV） IN（ A） Ies（ KA） 5s 热稳定电流（ KA） GW5-110/630 110 630 50 20 GW4-35/1000GD 35 1000 29 18 GN2-10/3000 10 3000 100 50 隔离开关的校验： 隔离开关的校验的具体方法与断路器的 1） 2） 3） 4） 5）相同，不再重复。查表得： 110KV 采用 GW5-110/630 型， 35KV 侧采用 GW4-35/1000GD 型， 10KV 采用 GN2-10/3000 型。 2.5.3 互感器的选择 互感器是一次系统和二次系统间联络元件，用以分别向测量仪表、继电器线圈等二次电路供电，以正确反映一次系统正常运行和故障情况。作用是： 在技术方面，互感器 将一次系统的高电压变成低电压（ 100 或 100/1.732）、大电流 变为小电流（ 5A 或 1A），便于实现对一次系统的测量和保护作用 ,也易于实现自动化和远动化。 在经济方面，互感器 使二次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。二次连接可采用低电压、小截面的电缆，使屏内布线简单，安装调试方便，并可降低造价。 在安全方面，互感器 使测量仪表和继保等二次设备与高压的一次系统在电气方面隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身的安全。 2.5.3.1 电流互感器（ CT）的选择 1）型式选择 根据安装的场所和使用条件，选择电流互感器绝缘结构（浇注式、瓷绝缘式、油浸 式），安装方式（户内式、户外式、装入式、穿墙式），结构形式（多匝式、单匝式、母线式），测量特性（测量用、保护用、具有测量暂态特性等）。 一般常用型式为：低压配电屏和配电装置中，采用 LQ 线圈式和 LM 母线式：nts 6-20KV户内配电装置和高压开关柜中，常用的 LD单匝贯穿式或复杂贯穿式： 35KV及以上电流互感器多采用油浸式结构。在条件允许时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节省占地和投资。 2）额定电压和额定电流的选择： UN1 UNS IN1 IMAX 式中 UN1、 IN1-电流互感器的一次额定电压和额定电流 3）二次额定电流的选择 CT 二次额定电流有 5A 和 1A 两种，一般弱电系统用 1A，强电系统用 5A。当配电装置（例如超高压）距离控制系统室较远时，为了能使 CT 能多带二次负荷或减少电缆截面，提高准确级，应尽量采用 1A。 4）按准确度级选择 CT 的准确度应符合二次测量、继电保护等的要求，用于电能计量的 CT，准确度级不应低于 0.5 级，用于继电保护的 CT 误差应在一定的限值内，以保证过电流测量准确度的要求。 5）检验二次负荷的容量 为保证 CT 工作准确度要求， CT 的二次负荷不超过允许的最大负荷， CT 的二次负荷包括测量仪表、继电器电流线圈，二次电缆和接触电阻等电阻；检验二次负荷的公式： 按容量检验： SN2 S2 按阻抗检验： ZN2 Z2 式中 S2-CT 的二次最大一相负荷， VA； SN2-CT 的二次额定负荷， VA； Z2-CT的二次最大一相阻抗，； ZN2-CT 的二次额定阻抗， 。 6）热稳定校验： CT 的内部热稳定能力用热稳定倍数 Kr 表示，热稳定倍数 Kr等于互感器 1s 热稳定电流与一次额定电流 IN1 之比， nts 故热稳定条件为： （ Kr* IN1） 2*1 QK 式中 QK-短路热效应 2） 动稳定校验： CT的内部动稳定能力用动稳定倍数 Kd表示 , Kd 等于 CT 内部允许通过的极限电流（峰值）与一次额定电流 IN1 之比， 故： CT的内部动稳定条件为： （ Kd*1.414*IN1） im 式中 im-通过二次侧绕组的最大冲击电流 3） 综上，经过计算，设备选型如下（计算过程详见计算书） 表 2.10 CT 的选择结果 安装地点 型号 绕次组合 110KV侧 LCW 110 0.5/1 35 KV侧 LCW 35 0.5/1 10KV侧 LAJ 10 1/D 2.5.3.2 电压互感器（ PT）的选择 1）型式选择： 根据安装的场所和使用条件，选择电压互感器绝缘结构和安装方式，一般6-20KV 户内配电装置多用油浸式或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器； 35KV配电装置选用电磁式电压互感器； 110KV 及其以上的配电装置中尽可能地选用电容式电压互感器。 2） 按额定电压选择： 为保证测量的准确性，电压互感器一次额定电压在所安装电网额定电压的90%-110%之间。 PT 二次额定电压应满足测量、继电保护和自动装置的要求。通常，一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压应选为 100/1.732v。当电网为中性点直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为 100/1.732v；当电网为中性点非直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为 100/3v。 3）按容量和准确度级选择： PT 按容量和准确度级选择与 CT 相似，要求互感器二次最大一相负荷 S2 应nts 该不超过设计要求的准确度级的额定二次负荷 SN2，而且 S2 应该尽量最接近 SN2，因 S2 过小也会使误差增大， PT的二次负荷 S2 计算式为： S2=( P0)2+（ Q0)2） 1/2 式中 P0 、 Q0-同一相一表和继电器电压线圈的有功功率、无功功率。 4） PT不校验动稳定和热稳定 5）经过计算，选择结果如下： 表 2.11 PT 的选择结果 型号 额定电压（ KV） 副 绕 组 额 定 容 量(VA) 最大容量 (VA) 原绕组 副绕组 辅助绕组 0.5 1 3 YDR 110 110/1.732 0.1/1.732 0.1 150 220 440 1200 JDJ 35 35/1.732 0.1/1.732 0.1/3 120 180 300 600 JDZJ 10 10/1.732 0.1/1.732 0.1/3 40 60 150 300 备注： YDR 110 Y-电压互感器 D-单相 R-电容式 JDJ 35 J-电压互感器 D-单 相 J-油浸式 JDZJ 10 J-电压互感器 D-单相 Z-环氧浇注绝缘 J-接地保护用 2.5.4 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 支柱绝缘子分为户内和户外绝缘子，户内绝缘子适用于干式工频额定电压高于系统标称电压 1000V 的变电所户内配电装置和户内设备作为导体部分的绝缘和支持，户外支柱绝缘子适用于系统标称电压高于 35KV 到 750KV 的变电、配电装置和电站作为设备绝缘和支持用。穿墙套管只适用于工频交流额定电压在 40.5KV 以下，环境温度在 -40 度到 +40 度，海拔不超过 1000 M 的电站或配电所装置，所以套管只考虑 10KV 侧和 35KV 侧。 支柱绝缘子按额定电压和类型选择，按短路动稳定校验。穿墙套管按额定电压、额定电流和类型选择，按短路电流条件进行动稳定和热稳定校验。 1）按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙套管： nts 支柱绝缘子和穿墙套管的额定电压应大于等于电网额定电压即 Un Uns ； 2）按额定电流选择穿墙套管： 穿墙套管额定电流 In 大于等于回路最大持续工作电流 Imax，即 Imax KIn K-温度修正系数 3) 支柱绝缘子、套 管种类和型式的选择： 根据装置地点、环境、屋内、屋外或防污式满足要求的产品格式。 4) 穿墙套管的热稳定校验： 套管耐受短路电流的热效应 I2t*t 大于等于短路电流通过套管产生的热效应QK。即 I2t*t Qk 5）支柱绝缘子和套管的动稳定校验： 要求： Fmax 0.6Fg Fg -绝缘子抗破坏负荷； Fmax-在短路时作用于绝缘子或穿墙套管的力（不同母线有不同的布置方式和计算公式） 6）经计算支柱绝缘子选择如下 : 表 2.12 支柱绝缘子选择结果 型号 额定电压 (kv) 绝缘子高度 (mm) 机 械 破 坏 负 荷（ kg） FZSW-110/100 110 770 1000 FZSW-35/6 35 450 600 FZSW-12/4 12 215 400 7）经计算 10KV 选用 CM-10 90 母线套管 35KV 选用 CMW-40.5-320 2.5.5 母线导体的选择 一般来说，母线系统包括载流导体和支撑绝缘两部分，载流导体有硬母线和软母线两种形式。 1） 型式： 一般采用铝材，只有当持续工作电 流较大且位置特别狭窄的场所，或nts 者腐蚀严重的场所，才选用铜材， 20KV 及以下且正常工作电流不大于 4000A，首选矩形导体；在 4000A-8000A 时，一般用槽型导体； 8000A 以上工作电流选管型导体或铜芯铝绞线构成的组合导线。 2） 按最大持续工作电流： 导线界面应满足 Iy Imax 式中 Iy-导线的长期允许载流量， A 3） 按经济电流密度选择： Sj= Imax/J (mm2) 4) 热稳定检验应满足条件： Smin= Q1/2K/C 式中 C-母线的热稳定系数 QK-短路电流热效应 (KA)2*s Smin -满足热稳定最小截面， mm2 5）动稳定校验应满足条件： max y 式中 y -母线材料的允许应力，铝为 500-700kg/cm max-母线材料的最大应力 max= 1.732I2sh*L*10-7/a 6） 经过计算： 110KV 侧选择的汇流母线参数如下： 选用 120LGJ 型钢芯铝绞线 单条平放 ,集肤效应系数 KS=1.2 35KV 侧选择的汇流母线参数如下： 选择 40*4 (mm2)单条平放矩形导体 ,集肤效应系数 KS=1.0 10KV 侧选择的汇流母线参数如下： 选择 80*10 (mm2)单条竖放矩形导体，集肤效应系数 KS=1.2 2.5.6 避雷器的选择 避雷器是一类限制入侵波的过电压保护装置。电气设备的绝缘配合基于避雷器的保护水平，其承受的雷电过电 压和操作过电压均由避雷器来限制，即选用设备的绝缘水平取决于避雷器保护性能。目前使用的避雷器主要有四种类型：保护间隙、排气式避雷器、阀式避雷器、氧化锌避雷器
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