毕业设计-110kV 变电站电气一次设计.doc

成人教育毕业设计成人教育毕业设计 论文论文 论文题目 论文题目 110kV110kV 变电站电气一次设计变电站电气一次设计 年级 专业 层次 11 级电气工程及其自动化专升本 学生姓名 学号 11201280 函授站 河南郑州电力高等专科学校 指导教师姓名 2 2 0 0 1 1 3 3 年年8 8 月月 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 I 摘要摘要 能源是社会生产力的重要基础 随着社会生产的不断发展 人类使用能源不仅在数 量上越来越多 在品种及构成上也发生了很大的变化 人类对能源质量也要求越来越高 电力是能源工业 基础工业 在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位 是实 现国家现代化的战略重点 电能也是发展国民经济的基础 是一种无形的 不能大量存 储的二次能源 电能的发 变 送 配和用电 几乎是在同时瞬间完成的 须随时保持 功率平衡 要满足国民经济发展的要求 电力工业必须超前发展 这是世界发展规律 因此 做好电力规划 加强电网建设 就尤为重要 而变电站在改变或调整电压等方 面在电力系统中起着重要的作用 它承担着变换电压 接受和分配电能 控制电力的流向 和调整电压的责任 通过对 110kV 变电站电气部分设计使我对变电站有了一个整体的了解 认识上上升了一个高度 该毕业设计主要包括以下任务 1 主变压器的选择 2 主接线和所用电设计 3 短 路电流计算 4 电气设备选择 6 配电装置设计 7 防雷及接地设计 8 相关图纸 关键词 能源 变电站 电网 配电系统 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 II Abstract Energy is the important foundation of social productivity with the continuous development of social production human energy use not only in quantity more and more also on the variety and composition great changes have taken place in human on energy demand is higher and higher quality Electric power is the energy industry basic industries in the national construction and national economic development occupies an important position is the realization of the strategic focus of modernization of the country Electricity is the basis for the development of national economy is a kind of invisible not a large number of secondary energy storage The hair of electricity change send distribution and utilization is almost at the same time instantaneous must be a balance of power at any time To meet the requirements of the development of national economy electric power industry must develop in advance this is the law of development Electricity planning well therefore to strengthen the construction of power grid it is particularly important and in such aspects as change or adjust the voltage transformer substation in electric power system plays an important role it bear the voltage transform accept and distribution of electrical energy control the flow of electricity and adjust the voltage of the responsibility based on the 110 kv transformer substation electrical part of the design that I have a whole understanding of substations meet up on a high The graduation design mainly includes the following tasks 1 the choice of the main transformer 2 main wiring and electrical design 4 3 short circuit current calculation electrical equipment selection 6 lightning protection and grounding design design of power distribution unit 7 8 the related drawings Keywords energy Substation Grid The power distribution system 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 III 目 录 摘要摘要 I I 前言前言 1 1 第一章第一章 原始数据原始数据 2 2 第二章第二章 主变压器容量 型号和台数的选择主变压器容量 型号和台数的选择 3 3 2 1 概述 3 2 2 主变压器台数的选择 3 2 3 主变压器容量的选择 3 2 4 主变压器型式的选择 4 第三章第三章 主接线的设计主接线的设计 7 7 3 1 主接线概述 7 3 2 单母线接线及单母线分段接线 8 3 3 双母线接线及分段接线 9 3 4 主接线设计原则 10 3 5 主接线比较选择 10 第四章第四章 短路电流计算短路电流计算 1414 4 1 概述 14 4 2 短路计算的目的及假设 14 4 3 计算变压器各绕组电抗 15 4 4 计算系统及线路阻抗 16 4 5 等值网络 17 第五章第五章 电气设备的选择电气设备的选择 2020 5 1 概述 20 5 2 断路器的选择 21 5 3 隔离开关的选择 25 5 4 高压熔断器的选择 29 5 5 互感器的选择 29 5 6 母线的选择 36 5 7 支持绝缘子及穿墙套管的选择 43 5 8 主变压器之间的消弧线圈 44 5 9 电抗器选择 44 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 IV 5 10 经济性比较 45 第六章第六章 电气总平面布置及配电装置的选择电气总平面布置及配电装置的选择 4747 6 1 概述 47 6 2 高压配电装置的选择 47 第七章第七章 防雷接地设计防雷接地设计 5151 7 1 防雷设计 51 7 2 接地设计 58 参考文献参考文献 6060 致谢致谢 6161 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 1 前言 目前 我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造 与此相应 城乡变电所 也正不断的更新换代 我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在 小型变电所 微 机监测变电所 综合自动化变电所相继出现 并得到迅速的发展 然而 所有的变化发 展都是根据变电设计的基本原理而来 因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本 本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核 内容为 110kV 终端变 电所电气一次系统设计 正是最为常见的常规变电所 并根据变电所设计的基本原理设 计 务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程 通过对原始资料的分析 主接线的选择及比较 短路电流的计算 主要电器设备的选择及校验 线路图的绘制以 及避雷器 避雷针的选择等步骤 最终确定了 110kV 变电站所需的主要电器设备 主接 线图以及变电站防雷保护方案 通过本次毕业设计 不仅巩固了专业知识 而且培养了我们运用所学知识去分析和 解决与本专业相关的实际问题的能力 由于本人掌握的知识有限 又无设计经验 设计中难免存在不足及错误 恳请各位 老师和同学批评指正 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 2 第一章 原始数据 1 1 变电站类型 110kV 降压变电所 1 2 电压等级 110 35 10kV 1 3 负荷情况 35kV 侧 最大 40MW 最小 25MW Tmax 5000 小时 cos 0 85 10kV 侧 最大 20MW 最小 12MW Tmax 5000 小时 cos 0 85 1 4 出线情况 110kV 侧 2 回 架空线 LGJ 185 20km 35kV 侧 8 回 架空线 10kV 侧 12 回 电缆 1 5 系统情况 1 系统经双回线给变电所供电 2 系统 110kV 母线电压满足常调压要求 3 系统 110kV 母线短路电流标幺值为 25 B 100MVA 1 6 环境条件 1 最高温度 40 最低温度 30 年平均温度 20 2 土壤电阻率 400 欧米 3 当地雷暴日 40 日 年 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 3 第二章 主变压器容量 型号和台数的选择 2 1 概述 在各级电压等级的变电所中 变压器是变电所中的主要电气设备之一 其担任着向 用户输送功率 或者两种电压等级之间交换功率的重要任务 同时兼顾电力系统负荷增 长情况 并根据电力系统 5 10 年发展规划综合分析 合理选择 否则 将造成经济技 术上的不合理 如果主变压器容量造的过大 台数过多 不仅增加投资 扩大占地面积 而且会增加损耗 给运行和检修带来不便 设备亦未能充分发挥效益 若容量选得过小 可能使变压器长期在过负荷中运行 影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性 因此 确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证 在生产上电力变压器制成有单相 三相 双绕组 三绕组 自耦以及分裂变压器等 在选择主变压器时 要根据原始资料和设计变电所的自身特点 在满足可靠性的前提下 要考虑到经济性来选择主变压器 选择主变压器的容量 同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台 数及容量 2 2 主变压器台数的选择 由原始资料可知 我们本次所设计的变电所是郊区 110kV 降压变电所 它是以 110kV 受功率为主 把所受的功率通过主变传输至 35kV 及 10kV 母线上 再将电能分配出去 因此选择主变台数时 要确保供电的可靠性 为了保证供电可靠性 避免一台主变压器故障或检修时影响供电 变电所中一般装 设两台主变压器 考虑到两台主变同时发生故障机率较小 适用远期负荷的增长以及扩 建 而当一台主变压器故障或者检修时 另一台主变压器可承担 60 70 的负荷保证全 变电所的正常供电 故选择两台主变压器互为备用 提高供电的可靠性 2 3 主变压器容量的选择 主变容量一般按变电所建成近期负荷 5 10 年规划负荷选择 并适当考虑远期 10 20 年的负荷发展 对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合 该所最大 负荷给定 所以应按最大总负荷来选择主变的容量 根据变电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所 应考虑当一台变压器停运时 其 余变压器容量在过负荷能力后允许时间内 应保证用户的一级和二级负荷 对一般性能 的变电所 当一台主变压器停运时 其余变压器容量应保证全部负荷的 60 80 该变 电所是按 70 全部负荷来选择 因此 装设两台变压器变电所的总装容量为 3510 3510 3510 coscos kVkV kVkV kVkV PP SSS 总 当一台变压器停运时 可保证对 60 负荷的供电 考虑变压器的事故过负荷能力为 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 4 40 则可保证 98 负荷供电 而高压侧 110kV 母线的负荷不需要通过主变倒送 因为 该变电所的电源引进线是 110kV 侧引进 其中 中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器 传输至各母线上 因此主变压器的容量为 0 7SS 总单台 2 3 1 主变容量的确定计算 本设计任务中 110kV 侧电源为无限大系统 该侧的 2 回出进线负荷功率由该无限大 系统供给 不需通过主变传送 35kV 侧最大负荷 40MW 最小负荷 25MW 功率因数为 0 85 该侧共 8 回出线 需要由两台主变压器供电 10kV 侧的最大负荷 20MW 最小负荷 12MW 功率因素为 0 85 也需要从 110kV 侧系统通过主变来传送 因此 在正常运行情况 下 主变传送的最大总容量为 60MVA 已知 35kV 侧最大负荷 40MW 10kV 侧最大负荷为 20MW cos0 85 cos0 85 由计算可知单台主变的最大容量为 MVASSS70 58 总总总 则 MVASS49 4258 707 00 7 总总 所以 选择两台 50MVA 的变压器并列运行 2 4 主变压器型式的选择 2 4 1 主变压器相数的选择 当不受运输条件限制时 在 330kV 以下的变电所均应选择三相变压器 而选择主变 压器的相数时 应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择 单相变压器组 相对来讲投资大 占地多 运行损耗大 同时配电装置以及断电保 护和二次接线的复杂化 也增加了维护及倒闸操作的工作量 本次设计的变电所 位于市郊区 负责工农业生产及城乡用电 不受运输的条件限 制 故本次设计的变电所选用三相变压器 2 4 2 绕组数的选择 在具有三种电压等级的变电所 如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器 容量的 15 以上 或低压侧虽无负荷 但在变电所内需装设无功补偿设备 主变宜采用三 绕组变压器 一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备 比相对的两台双绕组变压器都 较少 而且本次所设计的变电所具有三种电压等级 考虑到运行维护和操作的工作量及 占地面积等因素 该所选择三绕组变压器 在生产及制造中三绕组变压器有 自耦变 分裂变以及普通三绕组变压器 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 5 自耦变压器 它的短路阻抗较小 系统发生短路时 短路电流增大 以及干扰继电 保护和通讯 并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制 自耦变压器 具有磁的联 系外 还有电的联系 所以 当高压侧发生过电压时 它有可能通过串联绕组进入公共 绕组 使其它绝缘受到危害 如果在中压侧电网发生过电压波时 它同样进入串联绕组 产生很高的感应过电压 由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系 有共同的接地中性点 并直接接地 因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同 自耦变压器 高中压侧的零序电 流保护 应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上 由于本次所设计的变电所 所需装设两台变压器并列运行 电网电压波动范围较大 如果选择自耦变压器 其两台 自耦变压器的高 中压侧都需直接接地 这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠 性 而自耦变压器的变化较小 由原始资料可知 该所的电压波动较大 故不选择自耦 变压器 分裂变压器 分裂变压器约比同容量的普通变压器贵 20 分裂变压器 虽然它的短路阻抗较大 当低压侧绕组产生接地故障时 很大的电流向一侧绕组流去 在分裂变压器铁芯中失去 磁势平衡 在轴向上产生巨大的短路机械应力 分裂变压器中对两端低压母线供电时 如果两端负荷不相等 两端母线上的电压也不相等 损耗也就增大 所以分裂变压器适 用两端供电负荷均衡 又需限制短路电流的供电系统 由于本次所设计的变电所 受功 率端的负荷大小不等 而且电压波动范围大 故不选择分裂变压器 普通三绕组变压器 价格上在自耦变压器和分裂变压器中间 安装以及调试灵活 满足各种继电保护的需求 又能满足调度的灵活性 它还分为无激磁调压和有载调压两 种 这样它能满足各个系统中的电压波动 它的供电可靠性也高 所以 本次设计的变 电所 选择普通三绕组变压器 2 4 3 主变调压方式的选择 为了满足用户的用电质量和供电的可靠性 110kV 及以上网络电压应符合以下标准 1 枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压 降而定 可为电网额定电压的 1 1 3 倍 在日负荷最大 最小的情况下 其运行电压控 制在水平的波动范围不超过 10 事故后不应低于电网额定电压的 95 2 电网任一点的运行电压 在任何情况下严禁超过电网最高电压 变电所一次侧母 线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的 95 100 调压方式分为两种 不带电切换 称为无激磁调压 调整范围通常在 5 以内 另 一种是带负荷切换称为有载调压 调整范围可达 30 由于该变电所的电压波动较大 故选择有载调压方式 才能满足要求 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 6 2 4 4 连接组别的选择 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致 否则不能并列运行 2 4 5 主变压器容量比的选择 1 35kV 侧 kVAMVAS n 7058 847 05884 85 0 40 2 30 06 74 100 500002 7058 84 2 n n S S 2 10kV 侧 kVAMVAS n 4 352925294 32 85 0 02 3 53 32 100 500002 4 35292 3 n n S S 3 因 35kV 侧大于变压器容量的 30 故可选主变容量比为 100 100 50 或 100 100 100 但考虑到为使各绕组能够充分利用 在这里应选用 100 100 100 2 4 6 主变压器冷却方式的选择 主变压器一般采用的冷却方式有 自然风冷 强迫油循环风冷 强迫油循环水冷 强迫导向油循环冷却 考虑到冷却系统的供电可靠性 要求及维护工作量 首选自然风 冷冷却方式 综合以上 确定所选变压器型号 SFSZ8 50000 110 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 7 第三章 主接线的设计 3 1 主接线概述 电气主接线是由电气设备通过连接线 按其功能要求组成接受和分配电能的电路 成为传输强电流 高电压的网络 用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序 排列 详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图 主接 线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构 是电力系统网络结构的重要组成部分 直接影响运行的可靠性 灵活性并对电器选择 配电装置布置 继电保护 自动装置和 控制方式的拟定都有决定性的关系 我国 变电所设计技术规程 SDJ2 79 规定 变电所的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确定 并且满足运行可靠 简单灵 活 操作方便和节约投资等要求 便于扩建 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务 保证供电可靠和电能质量是对主接线最 基本要求 而且也是电力生产和分配的首要要求 主接线可靠性的具体要求 断路器检修时 不宜影响对系统的供电 断路器或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 保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电 尽量避免变电所全部停运的可靠性 灵活性 主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 为了调度的目的 可以灵活地操作 投入或切除某些变压器及线路 调配电源和 负荷能够满足系统在事故运行方式 检修方式以及特殊运行方式下的调度要求 为了检修的目的 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 而不致于影响电力网的运行或停止对用户的供电 为了扩建的目的 可以容易地从初期过渡到其最终接线 使在扩建过渡时 无论 在一次和二次设备装置等所需的改造为最小 经济性 主接线在满足可靠性 灵活性要求的前提下做到经济合理 投资省 主接线应简单清晰 以节约断路器 隔离开关 电流和电压互感器 避 雷器等一次设备的投资 要能使控制保护不过复杂 以利于运行并节约二次设备 和控制电缆投资 要能限制短路电流 以便选择价格合理的电气设备或轻型电器 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 8 在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器 占地面积小 主接线要为配电装置布置创造条件 以节约用地和节省构架 导线 绝缘子及安装费用 在不受运输条件许可下 都采用三相变压器 以简化布置 电能损失少 经济合理地选择主变压器的型式 容量和数量 避免两次变压而增 加电能的损失 3 2 单母线接线及单母线分段接线 3 2 1 单母线接线 单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路 母线既可保证电源并列工 作 又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能 各出线回路输入功率不一定相等 应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上 以减少功率在母线上的传输 单母接线的优点 接线简单 操作方便 设备少 经济性好 并且母线便于向两端 延伸 扩建方便 缺点 可靠性差 母线或母线隔离开关检修或故障时 所有回路都 要停止工作 也就成了全厂或全站长期停电 调度不方便 电源只能并列运行 不能 分列运行 并且线路侧发生短路时 有较大的短路电流 综上所述 这种接线形式一般只用在出线回路少 并且没有重要负荷的发电厂和变电站 中 单母线接线适用于 110 220kV 配电装置的出线回路数不超过两回 35 60kV 配电 装置的出线回路数不超过 3 回 6 10kV 配电装置的出线回路数不超过 5 回 才采用单母 线接线方式 故不选择单母线接线方式 3 2 2 单母分段接线 单母线用分段断路器进行分段 可以提高供电可靠性和灵活性 对重要用户可以从 不同段引出两回馈电线路 由两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将 用户停电 两段母线同时故障的几率甚小 可以不予考虑 在可靠性要求不高时 亦可用隔离开关分段 任一母线故障时 将造成两段母线同 时停电 在判别故障后 拉开分段隔离开关 完成即可恢复供电 这种接线广泛用于中 小容量发电厂和变电站 6 10KV 接线中 但是 由于这种接 线对重要负荷必须采用两条出线供电 大大增加了出线数目 使整体母线系统可靠性受 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 9 到限制 所以 在重要负荷的出线回路较多 供电容量较大时 一般不予采用 单母线分段适用于 110kV 220kV 配电装置的出线回路数为 8 10 回 35 60kV 配 电装置的出线回路数为 4 8 回 6 10kV 配电装置出线为 6 回及以上 则采用单母线分 段接线 3 2 3 单母线分段带旁路母线的接线 单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性 但这增加了 一台旁路断路器 大大增加了投资 3 3 双母线接线及分段接线 3 3 1 双母线接线 双母接线有两种母线 并且可以互为备用 每一个电源和出线的回路 都装有一台 断路器 有两组母线隔离开关 可分别与两组母线接线连接 两组母线之间的联络 通 过母线联络断路器来实现 其特点有 供电可靠 调度灵活 扩建方便等特点 由于双母线有较高的可靠性 广泛用于 出线带电抗器的 6 10KV 配电装置 35 60KV 出线数超过 8 回 或连接电源较大 负荷较大时 110 220KV 出线数为 5 回及 以上时 3 3 2 双母线分段接线 为了缩小母线故障的停电范围 可采用双母分段接线 用分段断路器将工作母线分 为两段 每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连 电源和出线回路均匀地分 布在两段工作母线上 双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高 当一段工作母线发 生故障后 在继电保护作用下 分段断路器先自动跳开 而后将故障段母线所连的电源 回路的断路器跳开 该段母线所连的出线回路停电 随后 将故障段母线所连的电源回 路和出线回路切换到备用母线上 即可恢复供电 这样 只是部分短时停电 而不必短 期停电 双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中 同时在 220 550KV 大容量 配电装置中 不仅常采用双母分段接线 也有采用双母线分四段接线的 一般当连接的 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 10 进出线回路数在 11 回及以下时 母线不分段 3 3 3 双母线带旁路母线的接线 双母线可以带旁路母线 用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作 使该回路不 致停电 这样多装了价高的断路器和隔离开关 增加了投资 然而这对于接于旁路母线 的线路回数较多 并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的 3 4 主接线设计原则 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题 它与电力系统 电厂动能参 数 基本原始资料以及电厂运行可靠性 经济性的要求等密切相关 并对电气设备选择 和布置 继电保护和控制方式等都有较大的影响 因此 主接线设计 必须结合电力系 统和发电厂和变电站的具体情况 全面分析有关影响因素 正确处理它们之间的关系 经过技术 经济比较 合理地选择主接线方案 电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据 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 实用 经济 美观的原则 3 5 主接线比较选择 由设计任务书给定的负荷情况 110kV 进线 2 回 35kV 出线 8 回 10kV 出线 12 回 该变电所主接线可以采用以下六种方案进行比较 方案 1 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 11 图 3 1 此方案 110kV 侧 35kV 侧和 10kV 侧均选用单母线分段接线 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 不致使重要用户停电 但是 一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的回路 都要在检修期间内停电 而出线为双回时 常使架空线路出现交叉跨越 扩建时需向两 个方向均衡扩建 故此方案可靠性较高 也较经济 可以考虑此方案 方案 2 图 3 2 此方案 110kV 侧选用内桥接线 35kV 侧选用双母线接线 10kV 侧选用单母线分段接 线 内桥接线 适合于输电线路较长 故障机率较多而变压器又不需经常切除时 采用 内桥式接线 当变压器故障时 需停相应的线路 使用断路器少 布置简单 造价低等 优点 所以 110kV 侧和 10kV 侧可靠性较高 也比较经济 35kV 侧选用的双母线接线 它 具有供电可靠 调度灵活 扩建方便等优点 而且 检修另一母线时 不会停止对用户 连续供电 但是不够经济 故不选用此方案 方案 3 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 12 图 3 3 此方案 110kV 侧选用内桥接线 35kV 侧和 10kV 侧选用单母线分段接线 内桥接线 适合于输电线路较长 故障机率较多而变压器又不需经常切除时 采用 内桥式接线 当变压器故障时 需停相应的线路 使用断路器少 布置简单 造价低等 优点 故此方案可靠性和经济性都较高 可以考虑此方案 方案 4 图 3 4 此方案 110kV 侧和 10kV 侧均选用单母线分段接线 可靠性和经济性都较高 35kV 侧 选用双母线接线 可靠性较高 但是不够经济 故不选用此方案 方案 5 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 13 图 3 5 此方案 110kV 侧和 10kV 侧均选用单母线分段接线 可靠性和经济性都较高 35kV 侧选用单母线分段带旁路母线接线 可靠性较高 但是不够经济 故不选用此方案 方案 6 图 3 6 此方案 110kV 侧选用内桥接线 10kV 侧选用单母线分段接线 可靠性和经济性都较 高 35kV 侧选用单母线分段带旁路母线接线 可靠性较高 但不够经济 故不选用此方 案 最后选出方案 1 和方案 3 进行进一步比较 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 14 第四章 短路电流计算 4 1 概述 在电力系的电气设备 在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行 状态 最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路 因为它们会破坏对用户的 正常供电和电气设备的正常运行 短路是电力系统的严重故障 所谓短路 是指一切不正常的相与相之间或相与地 对于中性点接地系统 发生通路的情况 在三相系统中 可能发生的短路有 三相短路 两相短路 两相接地短路和单相接 地短路 其中 三相短路是对称短路 系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态 其 他类型的短路都是不对称短路 电力系统的运行经验表明 在各种类型的短路中 单相短路占大多数 两相短路较 少 三相短路的机会最少 但三相短路虽然很少发生 其情况较严重 应给以足够的重 视 因此 我们都采用三相短路来计算短路电流 并检验电气设备的稳定性 4 2 短路计算的目的及假设 4 2 1 短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节 其计算目的是 1 在选择电气主接线时 为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制 短路电流的措施等 均需进行必要的短路电流计算 2 在选择电气设备时 为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全 可靠地工 作 同时又力求节约资金 这就需要进行全面的短路电流计算 3 在设计屋外高压配电装置时 需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距 离 4 按接地装置的设计 也需用短路电流 4 2 2 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异 步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 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 15 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 短路计算基本假设 1 正常工作时 三相系统对称运行 2 所有电源的电动势相位角相同 3 电力系统中各元件的磁路不饱和 即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生 变化 4 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 5 元件的电阻略去 输电线路的电容略去不计 及不计负荷的影响 6 系统短路时是金属性短路 4 2 4 基准值 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗 采用标幺值进行计算 为了计算方便 选取如下基准值 基准容量 100MVA B S 基准电压 kV 10 5 37 115 av U 4 2 5 短路电流计算的步骤 1 计算各元件电抗标幺值 并折算为同一基准容量下 2 给系统制订等值网络图 3 选择短路点 4 对网络进行化简 把供电系统看为无限大系统 不考虑短路电流周期分量的衰减 求出电流对短路点的电抗标幺值 并计算短路电流标幺值 有名值 标幺值 1 I X 有名值 3 B av S II U 5 计算短路容量 短路电流冲击值 短路容量 3 n SIU 短路电流冲击值 2 55 sh i I 4 3 计算变压器各绕组电抗 SFSZ8 50000 110 的技术数据 表 3 1 主变压器 SFSZ8 50000 110 技术数据 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 16 额定电压 kV 损 耗 kW 型 号 额定容 量 kVA 高压中压低压 空 载 短 路 阻抗电压 空载 电流 连接组别 SFSZ8 50000 110 50000 110 8 1 25 38 5 15 6 3 6 6 10 5 11 52250 U12 10 5 U13 17 18 U23 6 5 0 6YNyn0d11 取基准容量 基准电压为100 B SMVA 110kV 侧 1 1 2 1 3 2 3 11 10 5 17 56 510 75 22 KKKK UUUU 35kV 侧 2 1 2 2 3 1 3 11 10 56 5 17 50 25 22 KKKK UUUU 10kV 侧 3 2 3 1 3 1 2 11 17 56 5 10 56 75 22 KKKK UUUU 则三绕组变压器电抗分别为 1 1 10 75100 0 2150 10010050 KB T N US X S 2 2 0 25100 0 0050 10010050 KB T N US X S 3 3 6 75100 0 1350 10010050 KB T N US X S 但由于变压器阻抗没有负的 所以 2 0 T X 4 4 计算系统及线路阻抗 系统 110kV 侧母线短路电流标幺值为 25 则 110kV 侧母线短路电抗为 1 0 04 25 110kV 侧 2 回架空线为 LGJ 185 长度为 20km 查表得电抗为 0 409km 则 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 17 20km线路电抗值为 8 180 40920Xi 其标么值为 0 0619 115 100 8 18X 2 i 4 5 等值网络 图 4 1 d1 点短路时 等值网络为 图 4 2 次暂态短路电流标幺值 4321 51 0648 0 11 I X 次暂态短路电流有名值 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 18 kA U S I B 7476 7 1153 100 4321 15 3 I 冲击电流 kAI7564 9 17476 7 55 2 55 2 ish 全电流最大有效值 kAI ch 7764 1 17476 7 52 1 52 1 I 短路容量 MVAIUS n 1161 76411107476 733 d2 点短路时 等值网络为 图 4 3 次暂态短路电流标幺值 8038 5 1723 0 11 I X 次暂态短路电流有名值 kA U S I B 0565 9 373 100 8038 5 3 I 冲击电流 kAI sh 094 230565 9 55 2 55 2 i 全电流最大有效值 kAI ch 766 130565 9 52 1 52 1 I 短路容量 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 19 MVAIUS n 005 549370565 9 33 d3 短路时 等值网络为 图 4 4 次暂态短路电流标幺值 1701 4 2398 0 11 I X 次暂态短路电流有名值 9305 22 5 103 100 1701 4 3 I U S I B 冲击电流 kAI sh 473 589305 2255 2 55 2 i 全电流最大有效值 kAI sh 853 349305 2252 1 52 1 I 短路容量 MVAIUS n 1558 397 5 109305 2233 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 20 第五章 电气设备的选择 5 1 概述 导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一 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 电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策 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发展余地 以满足电力系统安全经济运行的需 要 电气设备要能可靠的工作 必须按正常工作条件进行选择 并按短路状态来校验热 稳定和动稳定后选择的高压电器 应能在长期工作条件下和发生过电压 过电流的情况 下保持正常运行 5 1 1 一般原则 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发展的需要 2 应按当地环境条件校核 3 应力求技术先进和经济合理 4 选择导体时应尽量减少品种 5 扩建工程应尽量使新老电器的型号一致 6 选用的新品 均应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 5 1 2 技术条件 1 按正常工作条件选择导体和电气 A 电压 所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高运行电压 maxg U n U 即 n U maxg U 一般电缆和电器允许的最高工作电压 当额定电压在 110KV 及以下时为 1 15 而 n U 实际电网运行的一般不超过 1 1 maxg U n U B 电流 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度 Q 0下 导体和电器的长期允许电流 应不小于该回路的最大持续工作电流 y I maxg I 即 y I maxg I 由于变压器在电压降低 5 时 出力保持不变 故其相应回路的 maxg I 1 05 为电器额定电流 n I n I 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 21 C 按当地环境条件校核 当周围环境温度和导体额定环境温度不等时 其长期允许电流 可按下式修正 y I y I 2 1 M M TT K TT 基中为温度修正系数 为最高工作温度 为额定载流量基准下的环境温度 K M T 1 TC 为实际环境温度 对应于所选截面 环境温度为 25时 长期允许载流量 A 2 T y ISC 2 按短路情况校验 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动 热稳定校验 一般校验取三相 短路时的短路电流 如用熔断器保护的电器可不验算热稳定 当熔断器有限流作用时 可不验算动稳定 用熔断器保护的电压互感器回路 可不验算动 热稳定 A 短路热稳定校验 满足热稳定条件为 2 kal QQI t 验算热稳定所用的计算时间 prab ttt 公式中 短路电流热效应 k Q 电气设备和载流导体允许的热效应 al Q 设备给定时间 t 内允许的热稳定效应 t I 继电保护动作时间 pr t 断路器全分闸时间 ab t B 短路的动稳定校验 满足动稳定条件为 max 2 55 shes iIii 公式中 三相短路冲击电流的幅值或有效值 sh i 设备允许通过的动稳定电流 极限电流 峰值或有效值 es i max i 5 2 断路器的选择 变电所中 高压断路器是重要的电气设备之一 它具有完善的灭弧性能 正常运行 时 用来接通和开断负荷电流 在某所电气主接线中 还担任改变主接线的运行方式的 任务 故障时 断路器通常继电保护的配合使用 断开短路电流 切除故障线路 保证 非故障线路的正常供电及系统的稳定性 高压断路器应根据断路器安装地点 环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式 由于真空断路器 SF6断路器比少油断路器 可靠性更好 维护工作量更少 灭弧性能更 高 目前得到普遍推广 故 35 220kV 一般采用 SF6断路器 真空断路器只适应于 10kV 电压等级 10kV 采用真空断路器 5 2 1 按开断电流选择 高压断路器的额定开断电流应不小于其触头开始分离瞬间的短路电流即最大持续 N I 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 22 工作电流即 maxg I maxNg II 5 2 2 短路关合电流的选择 在断路器合闸之前 若线路上已存在短路故障 则在断路器合闸过程中 触头间在 未接触时即有巨大的短路电流通过 预击穿 更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏 且断路器在关合短路电流时 不可避免地接通后又自动跳闸 此时要求能切断短路电流 为了保证断路器在关合短路时的安全 断路器额定关合电流 不应小于短路电流最大冲击 值 5 2 3 断路器选择计算 110kV 侧 选定断路器型号为 6 110LW 表 4 1 断路器型号为的技术数据 6 110LW 电压 kV 型号 额定 最大 额定电流 A 额定断开 电流 kA 动稳定电流 峰值 kA 3s 时热稳定电流 kA 6 110LW 11012631504010040 1 电压 110110 gN UkVkVU 2 电流 max 1 051 05 50 1 050 2756 33 110 N gN N S IIkA U max 275 63150 gN IAAI 3 开断电流 7 747640 d tkd IIkAkAI 4 动稳定 max 2 5519 7564100 sh iIkAkAi 则满足动稳定 5 热稳定 取继电保护动作时间为为 1 2s 断路器全分闸时间为 0 05s 则 pr t ab t 1 2 0 05 1 25s prab ttt 75 03 kA S k Q 2 7 74761 25 2 22 4034800 al kA SQ 则满足热稳定 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 23 变压器 35kV 侧 选定断路器型号为 技术数据见下文 8 35LW 1 电压 3535 gN UkVkVU 表 4 2 断路器型号为的技术数据 8 35LW 电压 kV 型号 额定最大 额定电 流 A 额定断开 电流 kA 动稳定电流 峰值 kA 4s 热稳定电 流 kA 8 35LW 3540 51600256325 2 电流 max 1 051 05 50 1 050 8661 33 35 N gN N S IIkA U max 86