毕业设计-66kV变电站设计

I 摘要 电力系统是国民经济的重要能源部门 而变电所的设计是电力工业建设中 必不可少的一个项目 由于变电所的设计内容多 范围广 逻辑性强 因此要 求要有较高的专业水平 并熟悉各种设计规程和设计原理 设计过程中要针对 变电所的规模和形式 具体问题具体分析 本文是对大北 60kv 10kv 二次降压 变电所提供的设计方案 设计分为两部分 第一部分说明书中包括了对原始设计条件的分析 导线的选择 无功补偿 静电电容器的选择 主变压器的选择 电气主接线的确定 短路计算 各种电 气设备的选择与校验 高压配电装置的规划设计 防雷保护的规划设计 在设 计和选择设备中都充分考虑到了可靠性 灵活性和经济性 另外 各种断路器 隔离开关 电流互感器型号的选择要与高压配电装置的布置联系在一起考虑 计算书部分包括了计算变电所的最大负荷容量 无功补偿的计算 计算主 变压器的容量 化简短路阻抗和计算短路电流 电气设备的校验 和防雷保护 保护范围的计算 本设计是有文字说明和图表解释的比较完整的二次降压变电所的设计方案 关键词 电力系统 电气设备 变压器 继电保护 II Abstract The electrical power system is the national economy important energy department but the transformer substation design is in the electric power industry construction an essential project Because transformer substation design content many scope broad logical therefore requests to have to have the high specialized level and the familiar each design regulations and the principle of design in the design process must aim at the transformer substation the scale and the form concrete question concrete analysis The content quite are many the scope is broad different voltage rank different type when heterogeneity load transformer substation design stresses the aspect is dissimilar This book is about mishan 60 10KV Transformer Station Design of Electric Portion The design is divided into two parts The first part description includeddesigned conditional analysis to the originality the choice of transmission line static capacitor and main transformer key diagram finalized ect high pressure in transformer substain In all of the design the equipments choice in consideration of reliability flexibility and economy Moreover all of the circuit breaker disconnecting switch electric current the choice of feeling machine model number want to go together with the decoration of giving or getting an electric shock the device with high pressure to contact to together consider with each other Calculations include the calculation of the maximum load capacity of substations reactive power compensation the calculation of main transformer capacity a short way of calculating the impedance and short circuit current electrical equipment check and the scope of protection lightning protection calculations The design is a text description and a chart to explain the relatively complete secondary step down substation design Key words electrical power system electrical equipment transformer relay protection 目 录 摘要 I Abstract II 第一篇 设计说明书 1 1 变电所设计原则 1 1 1 所址选择和所区规划 1 1 2 电气部分设计原则 1 2 10KV 线路导线的选择 3 2 1 按经济电流密度选择导线经济截面积 3 2 2 选择导线截面积的步骤 3 3 主变压器容量 台数和型式的选择 7 3 1 变压器选择的规定 7 3 2 主变压器容量和台数的选择 7 3 3 变压器型式的选择 8 4 补偿电容器的选择 10 4 1 求出变压器的功率损耗 11 4 2 补偿前平均功率因数计算公式 12 4 3 补偿容量的计算 12 4 4 确定电容器台数 12 4 5 补偿后总平均功率因数计算公式 12 5 电气主接线方案设计 13 5 1 主接线设计的基本要求 13 5 2 主接线方案 14 5 3 方案的比较与确定 15 5 4 主接线二次方案的说明 15 6 短路电流的计算 16 6 1 发生短路的原因和短路的定义 16 6 2 短路的分类 16 6 3 计算短路电流的目的 16 6 4 短路电流的计算过程 17 7 电气设备的选择 19 7 1 断路器的选择 19 7 2 隔离开关的选择 21 7 3 互感器的选择 23 7 4 避雷器的选择 27 7 5 高压开关柜的选择 29 7 6 母线的选择 33 8 继电保护 36 8 1 电力系统继电保护的作用 36 8 2 主变压器的保护 36 8 3 线路保护 38 9 防雷保护 40 9 1 避雷针的装设原则及接地装置的要求 40 9 2 避雷针高度的计算 40 第二篇 设计计算书 42 1 选择 10KV 输电线路导线 42 1 1 选择机械制造厂出线架空线型号 42 1 3 选择织布厂出线架空线型号 46 1 4 选择标准件厂出线架空线型号 48 1 5 选择服装厂出线架空线型号 50 1 6 选择粮食加工厂出线架空线型号 52 1 7 选择汽水厂出线架空线型号 54 1 8 选择化工厂出线架空线型号 55 2 选择主变压器的台数 容量 型号 59 2 1 线路损耗的总功率 59 2 2 线路所有负荷的总功率 59 2 3 计算变压器二次侧总功率 60 2 4 选择变压器型号 60 3 选择补偿电容器的容量 台数 型号 62 3 1 计算变压器功率损耗 62 3 2 计算变压器高压侧功率 62 3 3 计算无功补偿前系统的功率因数 62 3 4 计算需要补偿的无功容量 63 3 5 选择电容器 63 4 电气主接线方案设计 64 5 短路电流的计算 65 5 1 画系统等值阻抗图 65 5 2 求各元件等值电抗 65 5 3 计算各点发生短路时的短路电流 66 6 电气设备的选择 69 6 1 断路器的选择 69 6 2 隔离开关的选择 71 6 2 1 60KV 侧隔离开关的选择 71 6 3 电压互感器的选择 72 6 4 电流互感器的选择 72 6 5 避雷器的选择 74 6 6 高压开关柜的选择 75 6 7 母线的选择 78 7 继电保护 81 7 1 变压器的保护 81 7 2 线路保护设计 83 8 防雷保护设计 85 8 1 范围计算 85 8 2 避雷针高度选择 85 8 3 避雷针的校验 86 8 4 保护半径的计算 86 8 5 保护范围的计算 86 结论 88 致谢 89 参考文献 90 附录 91 1 第一篇 设计说明书 1 变电所设计原则 变电所的设计必须贯彻执行党的有关方针 政策 设计中应不断总结实践 经验 在保证安全运行 经济合理的条件下 力求接线简化 布置紧凑和逐步 提高自动化水平 并积极慎重地采用新技术 变电所设计规程规定电压为 35 330KV 每台变压器容量为 5000KA 及以上新建变电所的设计 扩建工程的 设计可参照行 变电所应根据 5 10 年电力系统发展规划进行设计 1 1 所址选择和所区规划 变电所的所址应符合下列要求 接近负荷中心 不占或少占农田 便于各 级电压线路的引入和引出 架空线路走廊应与所址同时确定 交通运输方便 具有适宜的地质条件 尽量不设在空气污秽地区 否则应采取防污设施或设在 污源的上风侧 所址不应为积水淹浸 山区变电所的防洪设施应满足泄洪要求 具有生产和生活用水的可靠水源 适当考虑职工生活上的方便 确定所址时 应考虑邻近设施的影响 所区内建筑物 构筑物的布置应紧凑合理 充分利用 地形并考虑便于扩建 为了减少所区占地面积或当所区面积受到限制时 配电 装置中应尽量采用减少占地的电器 或在布置上采用高型或半高型方式等 1 2 电气部分设计原则 1 2 1 主变压器 变电所中一般装设两台主变压器 如只有一个电源或变电所可由中 低压 侧电力网取得备用电源 可装设一台主变压器 变电所中主变压器一般采用三 相式变压器 其容量应根据电力系统装 5 10 年的发展规划进行选择 装有两 台及以上主变压器的变电所 当一台断开时 其余主变压器的容量一般保证 70 的 全部负荷 但应保证用户的一级和大部分二级负荷 1 2 2 主接线 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 负载性质等条件确定 并应满足运行可靠 简单灵活 操作方便和节约投资等 要求 2 当能满足运行要求时 变电所高压侧应尽量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 当满足电力系统继电保护的要求时 也 可采用线路分支接线 如有扩建的需要 在布置上应为过渡到最终接线准备条 件 35 60KV 配电装置中 当出线为两回时 一般采用桥形接线 当出线为两回以 上时 一般采用分段单母线或单母线接线 出线回路数较多 连接的电源较多 负荷大或污秽环境中的 35 60KV 屋外配电装置 可采用双母线接线 6KV 和 10KV 的配电装置中 一般采用分段单母线或单母线接线 配电装置中旁路设施或专用的旁路断路器 应按下列条件设置 35 60KV 配电装置中 一般不设旁路母线 如线路断路器不允许停电检修 可设置其他 旁路设施 当地区电力网或用户不允许停电检修线路断路器时 采用单母线或 分段单母线的 6KV 和 10KV 配电装置中 可设置旁路母线 3 2 10KV 线路导线的选择 导线是架空线路的主要元件之一 在架空线路建设投资中占很大比重 铜 导线虽然导电性能好 机械强度高 在抗氧化 抗腐蚀能力 但价格较为昂贵 经济性较差 所以不宜采用铜导线 铝导线虽具有很好的导电性 价格低廉 但由于机械强度较差 大约为铜 的一半 此外铝易氧化 抗腐蚀性差 因此也不宜采用 架空线路要求有较高的机械性能 耐腐蚀和耐震性能 同时要考虑经济性 符合国家电线产品的标准 因此本变电所的架空线路采用钢芯铝绞线 符号 LGJ 其中 为导线 的标称截面 mm2 导线截面选择过大 会增加线路的投资 导线截面过小 会增加导线运行 中电压和电能损耗 使电能传输质量和运行的经济性变差 所以要选择合适的 导线截面 2 1 按经济电流密度选择导线经济截面积 使年综合费用最小时所对应的母线的经济截面 对应的电流密度称为经济 电流密度 按经济电流密度选择导线截面 可使用全年综合费用 包括年电能损耗费 导体投资和折旧费 利息等 最低 对于电压较高 线路较长 最大负荷利用 小时数较多的线路首选此方法 此外 从经济性的角度 可使网络处于最佳经 济运行状态 故本次设计按经济电流密度选择导线 其计算公式如下 2 JIS max 1 式中 S 导线经济截面 mm2 线路正常运行时的最大负荷电流 A max I J 经济电流密度 A mm2 可根据经济电流密度曲线查取 2 2 选择导线截面积的步骤 选择导线截面积的一般方法 先按经济电流密度初选导线标称截面积 然 后作热稳定 电压损失 机械强度 电晕电压等技术条件的校验 最后确定导 线的截面积及型号 2 2 1 10KV 线路导线经济截面积计算 4 计算线路的最大长期工作电流 1 2 cos3 05 1 max N U P I 2 式中 线路额定电压 kV N U 功率因数 cos P 远期最大负荷 kw 对于双回路 P 60 对于单回路 P max P max P 根据 电力工程电气设计手册 377 页 图 8 30 软导线经济电流密度 2 查找不同负荷的最大负荷小时数时的经济电流密度按下式计算 max TJ JIS max 2 2 2 按电压损失校验导线截面 按电压损失校验导线截面 并不是单纯地为了增大其截面积 对于线路来 说 采用增大导线截面积的方法可降低电压损失 虽然增加了投资和金属的消 耗量 但这要比提高功率因数 采用有载调压变压器以及改变电网规划方案来 满足电压损失来讲 其经济性要好得多 本次设计任务中已明确要求电压损失不超过 9 其电压损失校验可用下式来校验 即 2 tan 2 XR U PL U N 3 式中 P 有功负荷 KW 对于双回路 P 60 对于单回路 P max P max P L 线路长度 km UN 线路额定电压 KV R 线路最高温度 380C 时的电阻 X 线路电抗 其中由 供用电工程 附录 A 查得 200C 时的直流电阻 修正到其实际工作 温度时的电阻值 按下式进行修正 2 20 1 20 trRt 4 式中 电阻的温度系数 对于铜 0 00382 对于铝 0 0036 5 导线 200C 时的电阻 km 20 r 导线的实际工作温度 t 当时满足电压损失校 当时 应选下一等级截面的导线 10 10 再进行电压损失校验 直到为止 此时的导线即被选择 10 2 2 3 按载流量校验导线截面积 允许载流量是根据热平衡条件确定的导线长期允许通过的电流 因此所有 线路都必须根据可能出现的长期运行情况作载流量的校验 线路的最大长期工 作电流应不大于导体长期发热的允许电流 即 max IKIal 式中 导线允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流 al I 温度修正系数 K 线路可能通过的最大电流 A max I 按照上述方法选择架空线型号见下表 表 2 1 10KV 架空线型号表 导线阻抗 序 号 负荷名称导线型号 r km X km max AI 0 70 c al I A 1 机械制造 厂 LGJ 120 70 24220 4138 384172 7 2 针织器材 厂 LGJ 120 70 24220 4126 884173 57 3 织布厂 LGJ 120 70 24220 4142 644175 1 4 标准件厂 LGJ 50 80 59460 466 132404 9 5 服装厂 LGJ 70 100 42170 485 582976 4 6 粮食加工 厂 LGJ 95 150 30580 4106 983656 9 6 7 汽水厂 LGJ 50 80 59460 471 322404 44 8 化工厂 LGJ 150 80 19890 4143 984721 5 7 3 主变压器容量 台数和型式的选择 在各级电压等级的变电所中 变压器是主要电气设备之一 其担负着变换 网络电压进行电力传输的重要任务 确定合理的变压器容量是变电所安全可靠 供电和网络经济运行的保证 3 1 变压器选择的规定 为了保证供电的可靠性 变电所一般应装设两台主变 当只有一个电源或 变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时 可装设一台主变 根据 电力系 统设计技术规程 SKJ161 85 有关规定 凡有两台及以上主变的变电所 其中 一台事故停运后 其余主变容量应保证供应该所全部负荷的 70 在计及过负 荷能力后的允许时间内 应保证用户的一级和二级负荷 根据 供配电设计手册 P50 页规定 选择主变压器台数时应考虑下列原 则 1 应满足供电的可靠性要求 对供有在量一 二级负荷的变电所 宜采 用两台变压器 当一台故障或检修时 另一台能对一 二级负荷继续供电 2 对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所 也可采用两台变压器 3 对于集中负荷较大的情况 虽为三级负荷 也应采用两台及以上的变 压器 4 在确定变电所主变压器参数时 应适当考虑负荷的发展 留有一定的 余地 综上所述 本变电所设计的主变压器台数应装设两台 3 2 主变压器容量和台数的选择 首先应确定变电所的总装设容量 变电所总装设容量的确定根据 电力工 程电气设计手册 P214 页规定 一般按变电所建成后 5 10 年的远期规划负荷 选择 其容量的大小应为低压侧母线的计算负荷的总和 可按下式确定 3 22 QPSca 1 8 式中 P 系统总的有功功率 Q 系统总的无功功率 其中 在总负荷的计算中要先计算线路上的功率损耗 再加上出线负荷 之后乘以同时系数 得出总负荷 线路上的功率损耗可根据 供用电工程 P41 页 公式 2 41 及式 2 42 求 出 其计算公式如下 3 3 2 22 10 R U QP PL 2 3 3 2 22 10 X U QP QL 3 式中 P 有功功率损耗 KW Q 无功功率损耗 kvar P 负荷有功功率 KW Q 负荷无功功率 kvar U 线路额定电压 kV R X 线路电阻 电抗 根据上述公式计算出 P Q 3 PPKP P 4 3 QQKQ q 5 式中 最大负荷时有功负荷的同时系数 p K 最大负荷时无功负荷的同时系数 q K 每台变压器的容量 S 的确定 根据 电力系统设计技术规程 SDJ161 85 有关规定 当变电所有两台主 变压器时 一台故障或检修时 其另一台主变压器应保证供应全部负荷的 70 即 caN SS 70 3 3 变压器型式的选择 1 根据 电力工程电气设计手册 P216 页规定 当不受运输条件限制 时 在 330KV 有以下的发电厂和变电所均采用三相变压器 由于本次设计中电 9 压等级为 60KV 10KV 且变电所处于交通方便之地 故选用三相变压器 根据 电力工程电气设计手册 P217 页规定 35KV 以上的绕组采用 Y 接线 35KV 以下的变压器绕组采用 接线 所以本次设计采用的变压器联结组别为 Ynd 11 型 选择两台 SF9 12500 60 型有载调压变压器 主变压器主要参数 见下表 表 3 1 SF9 12500 60 型有载调压变压器参数 电压组合尺寸 mm 型号 额定 容量 KVA 高压 KV 分接 范围 低压 KV 联 接 组 别 空载 损耗 W 负载 损耗 W 空 载 电 流 阻 抗 电 压 长宽高 轨距 mm SF9 12500 60 1250060 8 1 25 10 YN d 11 16800598501 095400373047201475 2 SF9 12500 60 其型号含义说明如下 S 三相电力变压器 F 冷却方式风冷式 9 设计序号 60 高压绕组电压等级 KV 12500 额定容量 KVA 10 4 补偿电容器的选择 系统无功平衡是一个重要的问题 为维持电压水平就必须为负荷点提供一定 的无功功率 如果负荷侧的功率因数过低 会造成诸多不利影响 1 引起线路电流增大 使线路中功率 电压 电能损失增加 2 由于电流增大 从而使系统中设备的容量增大 这样会增加总投资 为此 当系统功率因数过低的时候 应增设无功补偿设备来提高功率因数 根据 全国供电规则 规定 对于新建及扩建的电力用户其功率因数一律不应 低于 0 9 这与本次设计任务要求相一致 即变电所的功率因数在 0 9 以上 在电力系统中除了发电机能发出无功功率外 还有同步调相机 静电电容 器和静止补偿器三种无功补偿装置 其中调相机 静止补偿器主要用于枢纽变 电所中 而静电电容器由于其质量轻 安装方便 投资少 故障少 损耗少 易维护等诸多优点 主要将其安装在中 小型变电所 所以本次设计采用静电 电容器作为无功补偿装置 并联电容器使系统总电流相量 I 与电压相量 U 的角度 减小 因为容性电 流与感性电流分量 恰好相反 从而抵消一部分感性电流 串联电容器的容抗 c i l i 可以补偿一部分系统电抗 从串联电容补偿的电压损耗计算公式来看 只有负 荷蓄在数低 导线为较粗的架空线 采用串联补偿才合适 因此本次设计采用 并联方式 并联电容器装置向电网提供可阶梯调节的容性无功 以补偿多余的感性无 功 减少电网有功损耗和提高电网电压 在本次变电所中可直接连接在低压侧 的母线上 根据 并联电容器装置设计技术规定 第 15 页第 2 2 1 条规定 设计安装 的 10KV 电容器应采用星形接线为宜 三角形接线的主要问题是电容器发生故 障时故障电流大 较星形接线发生相间短路的可能性较大 所以本次设计采用 星形接线方式 被选择电容器的额定电压应为 10KV 综合上述分析 选用 BWF 电容器 W1200311 11 表 4 1 BWF电容器参数W1200311 型号规格 额定电压 KV 标称容量 kvar 标称电 容 F 相 数 外形尺寸长 宽 高 mm 重量 kg BWF11 3 200 1W 11 320015 791700 180 933122 BWF电容器型号含义 W1200311 B 并联电容器 WF 烷基苯浸复合介质 额定电压 KV 311 200 额定电容 Kvar 1 单相 W 户外式电容器 4 1 求出变压器的功率损耗 对于 n 台容量及参数均相同的变压器并列运行 其总有功功率损耗和总无 功功率损耗可根据下式计算 4 2 0 N KT nS S PnPnP 1 4 20 100 100 N NK NT nS SSU nS I nQ 2 12 式中 总有功功率损耗 KW T P 总无功功率损耗 Kvar T Q n 并列运行变压器的台数 空载损耗 KW 0 P 短路损耗 KW K P S 变压器负荷的视在功率 KVA 变压器的额定容量 KVA N S 变压器的空载电流百分数 0 I 变压器的短路电压百分数 K U 将变压器二次侧总功率与变压器的功率损耗相加即得高压侧的总功率 4 2 补偿前平均功率因数计算公式 4 22 1 cos QP P 3 4 3 补偿容量的计算 电力电容器补偿容量可按下式确定 4 tan tan 21 PQC 4 式中 有功负荷率 补偿前 补偿后功率因数的正功值 21 tantan P 系统有功负荷 KW 4 4 确定电容器台数 4 c C q Q n 5 式中 计算补偿容量 kvar C Q 每台电容器的标称容量 kvar c q 由于无功补偿要做到三相对称补偿 所以所选台数应为 3 的整数倍 考虑 到有可能将电容器分成容量相等的两组 所以所选电容器台数应为 6 的整数倍 13 故选择电容器为 24 台 4 5 补偿后总平均功率因数计算公式 4 2 2 3 cos 补 QQP P T 6 经过计算 补偿达到要求 9 0cos 3 14 5 电气主接线方案设计 电所主接线是指变电所的变压器 输电线路怎样与电力系统相连接 从而 完成输配电任务 变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要部分 主 接续线的确定 对电力系统的安全 稳定 灵活 经济运行以及变电所电气设 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 变电所的电气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 并应满足运行可靠 简单灵活 操作方便和节约投 资等要求 5 1 主接线设计的基本要求 主接线应基本满足供电可靠性 运行灵活性和经济性 1 可靠性 所谓可靠性是指主接续线能可靠的工作 以保护对用户不间断地供电 评价主接线可靠性的标志是 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 以及能保证对用户 重要用户 的供电 3 变电所全部停电的可能性 2 灵活性 主接线的灵活性有以下几方面要求 1 调度要求 可以灵活的投入和切除变压器 线路 调配电源和负荷 能 够满足系统在事故运行方式下 检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求 2 检修要求 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 且不致影响对用户的供电 3 扩建的要求 可以容易的从补期过渡到终期接线 使在扩建时 无论一 次和二次设备改造量最小 3 经济性 经济性主要是投资省 占地面积小 能量损失小 15 5 2 主接线方案 根据系统和负荷性质的要求 主接线方案初步给出以下两种 第一方案 高压侧采用内桥接线 低压侧单母线分段的主接线 如图 5 1 所示 第二方案 高压侧采用单母线分段 低压侧单母线分段的主接线 如图 5 2 所示 图 5 1 高压侧采用内桥接线 低压侧采用单母线分段的主接线 图 5 2 高压侧采用单母线分段 低压侧采用单母线分段的主接线 16 5 3 方案的比较与确定 以上两个方案中 主接线二次侧方案相同 只比较一次侧方案 第一种方案的特点如下 变压器随负荷变化投切方便 线路的投入和切除 比较方便 当线路发生故障时 仅线路断路器断开 不影响其他回路运行 但 当变压器发生故障时 与该台变压器相连的两台断路器都断开 从而影响了一 回未发生故障线路运行 由于变压器是少故障元件 一般不经常切换 桥形接 线节省占地面积 不易在一次侧增加进线或出线回路 第二种方案的特点如下 变压器投切方便 在一次侧容易增设进出线数目 相对桥形占地面积大 使用设备多 综合造价高 从经济性来看 由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同 所以只是 比较综合造价 由于第二种方案比第一种方案所占的面积大 设备多 故不经 济 从改变运行方式灵活性来看 第二方案比第一方案投切变压器时 倒闸操 作简便 通过以上分析比较 可以发现第一方案以占地面积小 投资少 供电可靠 性高为主要优点 第二方案以改变运行方式灵活为主要优点 考虑综合因素选 第一方案为本变电所的主接线方案 5 4 主接线二次方案的说明 主接线二次侧采用单母分段的目的是 对重要用户可以从不同段引出两个 回路 有两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故障切除 保证正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电 可减小停电范围 但当一 段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线回路都在检修期内停电 单母 分段接线简单 经济 方便 而且供电可靠性和灵活性相对较高 17 6 短路电流的计算 6 1 发生短路的原因和短路的定义 所谓 短路 即是指载流导体相与相之间发生非正常接通的情况 在中性 点直接接地的系统中 还有相与地之间的短路 发生短路的主要原因是电气设 备载流部分的绝缘损坏 其次还有气候条件恶化 例如雷击过电压造成的闪络 放电 由于风灾引起架空线路断线或导线覆冰引起电杆倒塌等 再其次是人员 过失 例如运行人员带负荷拉刀闸 检修线路或设备之后未拆除接地线就合闸 供电等 最后是其他原因 例如挖沟损伤电缆 鸟兽或风筝跨接在载流裸导体 上等 绝缘损坏的原因多因设备地电压 直接遭受雷击 绝缘材料陈旧 绝缘 缺陷未及时发现和消除 此外 如输电线路断线 线路倒杆也能造成事故 6 2 短路的分类 在三相系统中短路的基本形式有 三相短路 K 3 两相短路 K 2 单 相接地短路 K 1 以及两相接地短路 K 1 1 当三相短路时 由于短路回路阻抗相等 因此三相电流和电压仍是对称的 故又称为对称短路 此时三相短路电流同速正常情况一样是对称的 只是线路 中电流增大 电压降低而已 而电压和电流之间的相位差一般也较正常情况时 大 除了三相短路这外 其它类型的短路皆为不对称短路 此时三相所处的情 况不同 各相电流 电压数值不等 其相位角也不同 三相短路其后果一般最为严重 电力网在设计及运行时考虑最严重的故障 情况下工作的可能性时 三相短路起着决定性的作用 故在设计中需要计算的 是三相短路 6 3 计算短路电流的目的 短路电流的计算主要是为了解决以下几方面的问题 1 作为选择电气设备 断路器 隔离开关 母线 互感器等 的依据 电力系统中的电气设备在短路电流的电动力效应和热效应作用下 必须不受损 坏 以免扩大事故范围造成更大的损失 为此在设计时必须校验所选择的电气 设备的电动力稳定度和热稳定度 因此就需要计算发生短路时流过电气设备的 短路电流 2 继电保护的设计和整定 3 进行电力系统暂态稳定计算 研究短路对用户工作的影响等 18 在短路电流计算中用到短路电流的冲击值 即短路电流最大瞬时值 此外在短路电流的计算中 为了能够在工程要求的准确度范围内方便和迅 速地计算短路电流 做出下列假设 1 认为在短路过程中 所有发电机转速和电势相位相同 2 在考虑磁路饱和 变压器励磁电流可略去不计 3 一般不计元件的电阻和电容 仅在 R X 3 时计入电阻 在超高压远距 离输电时计入电容 6 4 短路电流的计算过程 6 4 1 根据系统连接图画出等阻抗图 图 6 1 系统等值阻抗图 6 4 2 等值电路中各元件电抗的计算 短路电流的计算 根据 电力工程电气设计手册 P119 规定 除计算短路电流的衰减时间常 数和低压网络 1KV 以下 的短路电流外 元件的电阻都略去不计 常用的归算公式如下 变压器 6 N Bd T S SU X 100 1 式中 基准容量取 1000MVA B S 额定容量 MVA N S 短路电压百分数 d U 线路 6 2 0 av B L U S LXX 2 19 式中 基准容量取 1000MVA B S 线路电抗 注 线路单位电抗取 0 4 km 0 X 线路所在电压等级平均标称电压 KV av U 由于本次设计中电力系统电源为无限大 所以系统电压标么值为 1 经网 络化简后求出电源到适中短路点之间的总电抗标么值 计算出短路电流标么值 即 6 3 1 X Id 最后将电流标么值化为有名值 运用公式 6 4 B B dd U S II 3 式中 平均标称电压 KV B U 短路计算点 该点短路时 流过电器或导体的短路电流最大 称为短路计 算点 由等值阻抗图可以看出 系统为并列运行 所以分别取 d1 d2 为短路点 计算出短路电流 为以后选择设备的校验的冲击电流提供数据 所以计算得出 d1 点短路电流为 3 2KA d2 点短路电流为 8 52KA 负荷侧最大短路电流为 4 01KA 20 7 电气设备的选择 电器设备的选择是根据配电变电所电气工程设计的主要内容之一 正确选 择电气设备是保证电气主接线和配电装置的安全 经济 可靠运行的重要条件 在高压电器选择中的主要问题有下述各点 1 高压电器应满足正常工作状态下的电压和电流的要求 2 高压电器应满足安装地点和使用的环境条件要求 3 高压电器应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求 4 高压电器应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质 5 对于电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别 6 同类产品应尽量减少品种 7 1 断路器的选择 在各种电压等级变电所的设计中 断路器是最为重要的电气设备 它是通 断故障电流和正常负荷电流的元件 在电力系统运行中 对断路器的要求是比 较高的 不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力 而且要求其在短路条件下 对短路电流有足够的遮断能力 目前国产高压断路器按其灭弧介质和灭弧方式 一般可分为少油断路器 多油断路器 压缩空气断路器 SF6 断路器 真空断路器 高压断路器应根据 断路器的安装地点 环境和使用技术条件等要求选择其种类和型式 由于少油 断路器制造简单 价格便宜 维护工作量小 故在 3 220KV 电压等级中被广泛 采用 7 1 1 按额定电压等级选择断路器 断路器的额定电压应满足 7 neNN UU 1 式中 断路器的额定电压 N U 设备所在电力网的额定电压 kV neN U 7 1 2 按额定电流选择断路器 断路器的额定电流应满足大于系统长期最大工作电流的要求 21 7 max IIN 2 式中 最大长期工作电流 其计算公式如下 max I 7 N ca U S I 3 05 1 max 3 式中 线路额定电压 KV N U S 对于 10KV 侧时 即为变压器额定容量 对于 60KV 侧时 采用 N SS 外桥接线时 若采用内桥接线时 应考虑事故时由其他回路转移过来 N SS 的负荷电流 7 1 3 按开断电流选择断路器 开断电流即在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电 流 它应满足下式 7 kpocN II 4 式中 短路电流周期分量的有效值 kp I 7 1 4 按关合电流选择断路器 表征断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流 一般取额定开断电 流的 1 8 倍 即短路电流的最大冲击值 它满足下式 2 7 shcl ii 5 式中 冲击电流 KA 根据下式计算 sh i 7 Ksh Ii55 2 6 7 1 5 热稳定的校验 断路器及其它的电器设备通过短路电流时 各部分温度不超过允许值 即 应满足热稳定要求 即 7 tItI heq 22 7 式中 短路电流 KA I 22 短路等值时间 S eq t t 秒内允许通过的短时热电流 或短时耐受电流 h I 7 1 6 动稳定的校验 动稳定即导体和电器承受短路电流机械效应的能力 应满足的动稳定条件 为 7 shstF ii 8 式中 短路冲击电流幅值 KA sh i 允许通过的动稳定电流幅值 KA stF i 根据以上要求 参照计算书中的计算数据 确定 60kV 侧选择断路器的型号为 型 该断路器的主要参数见表 7 1 所示 1600 632 SW 表 7 1 断路器参数表1600 632 SW 型号 UN kV IN A 开断电 流 kA 开断容量 MVA 动稳定电 流 kA 热稳定电流 kA 4S 固有分 闸时间 S 合闸 时间 S SW2 63 160063160020250050200 080 5 型号含义 户外用少油断路器 设计序号为 2 额定电压 1600 632 SW 63kV 额定电流 1600A 根据以上要求 参照计算书中的计算数据 确定 10kV 侧选择断路器的型号为 ZN28 10 型 该断路器的主要参数见表 7 2 所示 表 7 2 10kV 侧断路器参数表 型号 UN kV IN A 开断电 流 kA 开断容 量 MVA 极限 通过 电流 峰值 kA 动稳 定电 流 kA 热稳定电 流 4S kA 固有分 闸时间 S 合闸时 间 S 28 10 1000ZN 10100020300505020 0 055 0 01 23 28 10 630ZN 1063020300505020 0 055 0 01 型号含义 真空户内断路器 设计序号为 28 额定电压28 10 1000ZN 10kV 额定电流 1000A 7 2 隔离开关的选择 隔离开关也称刀闸 不能用来开断负荷电流和短路电流 在配电装置中 主要用来在检修设备时形成可见的空气绝缘间隔 在等电位时可作为操作电器 有时也可切断小电流 7 2 1 按额定电压等级选择隔离开关 隔离开关的额定电压应满足 7 neNN UU 9 式中 隔离开关的额定电压 N U 设备所在电力网的额定电压 kV neN U 7 2 2 按额定电流选择隔离开关 隔离开关的额定电流应满足大于系统长期最大工作电流的要求 7 max IIN 10 式中 最大长期工作电流 其计算公式如下 max I 7 N ca U S I 3 05 1 max 11 式中 线路额定电压 KV N U S 对于 10KV 侧时 即为变压器额定容量 对于 60KV 侧时 采用 N SS 外桥接线时 若采用内桥接线时 应考虑事故时由其他回路转移过来 N SS 的负荷电流 7 2 3 热稳定的校验 隔离开关及其它的电器设备通过短路电流时 各部分温度不超过允许值 24 即应满足热稳定要求 即 7 tItI heq 22 12 式中 短路电流 KA I 短路等值时间 S eq t t 秒内允许通过的短时热电流 或短时耐受电流 h I 7 2 4 动稳定的校验 动稳定即导体和电器承受短路电流机械效应的能力 应满足的动稳定条件 为 7 shstF ii 13 式中 短路冲击电流幅值 KA sh i 允许通过的动稳定电流幅值 KA stF i 经过计算和校验 60KV 侧隔离开关选为 GW5 60G 10KV 侧隔离开关选为 GN6 10T 1000 和 GN6 10T 400 表 7 2 所选隔离开关主要参数 型号 额定电压 KVUN 额定电流 AIN 动稳定电流峰值 KA 热稳定电流 2KAs GW5 60G 600606005014 GN8 10 10001010007530 GN8 10 400104004014 7 2 5 隔离开关型号含义 G 隔离开关 W 户外型隔离开关 5 设计序号 60 额定电压 KV G 改进型 600 额定电流 A 7 3 互感器的选择 互感器包括电压互感器和电流互感器 是一次系统和二次系统的联络元件 分别用于向测量仪表 继电器的电压线圈和电流线圈供电 以正常反映电气设 25 备的正常运行及故障情况 互感器的作用是 1 将一次回路的高压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流 使测 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 并便于屏内 安装 2 使二次设备与高压部分隔离 且互感器二次侧均接地 从而保证了设备 和人身的安全 7 3 1 电压互感器的选择 7 3 1 1 电压互感器的配置原则 母线 一般除旁路母线外 工作及备用母线上都装有一组电压互感器用于 同期 测量仪表和保护装置 线路 35KV 及其以上输电线路 当对端有电源时 为了监控线路有无电压 进行同期和设置重合闸 装有一台或三台单相电压互感器 10KV 及其以下架空 出线自动重合闸 可利用母线上的电压互感器 在供电部门指定的计量点 一般装有计量之用电压互感器 变压器 变压器的高压侧有时为了保护的需要 设有一组电压互感器 7 3 1 2 电压互感器的选择 电压互感器的选择是根据额定电压 装置种类 构造形式 准确度级以及 按副边负载选择 电压互感器一次绕组所接电力网电压应在 1 1 0 9 范围内变动 即 1N U 满足下列条件 7 11 9 01 1 NneNN UUU 14 式中 电压互感器一次侧额定电压 1N U 6 35KV 屋内配电装置中 一般采用油浸式或浇注式 110 220KV 配电装 置一般采用串级式电磁式电压互感器 220KV 有其有上配电装置 当容量和准 确级满足要求时 一般采用电容式电压互感器 电压互感器准确级的选择 其准确级要高于或等于仪表和继电保护装置的 准确级 计量时不低于 0 5 级 测量时不低于 1 0 级 继电保护采用 P 级 根据 电力工程电气设计手册 P250 型式选择规定 6 20KV 配电装置一般采用油浸绝缘结构 在高压开关柜中或布置地位狭 窄的地方 可采用树脂浇注绝缘结构 当需要零序电压时 一般采用三相五柱 式电压互感器 26 三相三柱式接线图无开口三角形 此种接线不能用于供电绝缘检查电压表 不允许将电压互感器高压侧中性点接地 由于 10KV 为中性点不接地系统 电压 互感器除供测量仪表外 还用来作为电网对地绝缘监视 因此本次设计 10KV 侧 采用 JSJB 10 型三相五柱式电压互感器 其主二次绕组 Y 型接线用于测量 继 电器的电压线圈 开口三角形构成零序电压滤过器 用于绝缘检查 其接线如 图所示 经过选择 60KV 侧电压互感器为 JCC5 60 10KV 母线电压互感器为 JSZW 10 型 表 7 3 电压互感器的主要参数 额定电压试验电压二次负荷剩余电压绕组 型号 最大 容量 VA 初级次级剩余 1min 工频 雷 电 0 20 53P 输出 VA 准确度 JCC5 60 2000 3 60 3 1 0 3 1 0 1403501502503001003P 额定电压 KV 二次负荷 VA 连接组标号 型号 初级 绕组 次级 绕组 辅助绕 组 最大 输出 VA 0 5 级 1 级3 级 JSJB 10100 10 1 3960120200480 YN yn0 辅助绕组接成 开口三角形 注 由于电压互感器与电网并联 当系统发生短路时 互感器本身并不遭 受短路电流的作用 因此不需要校验动稳定与热稳定 7 3 1 3 电压互感器型号含义如下 JCC5 60 型电压互感器 J 电压互感器 C 串级绝缘形式 27 C 瓷箱式 5 设计序号 60 额定电压 KV JSJB 10 型电压互感器 J 电压互感器 S 三相 J 油浸式 B 带补偿绕组 10 额定电压 KV 7 3 2 电流互感器的选择 电流互感器的选择应根据电压等级和电流互感器安装处的最大长期工作电 流进行选择 电流互感器一次额定电压和电流必须满足下式 7 neNN UU 15 7 max IIN 16 式中 电流互感器所在电力额定电压 neN U 电流互感器的一次额定电压和电流 N U N I 电流互感器一次回路最大工作电流 max I 7 3 2 1 电流互感器的校验 热稳定校验 电流互感器热稳定能力常以 1S 允许通过一次额定电流的倍数来表示 1N I h K 故热稳定应按下式校验 7 tIK Nh 2 1 eq tI 2 17 式中 短路电流 KA I 短路等值时间 S eq t 动稳定校验 电流互感器常以通过一次额定电流最大值 的倍数 动稳定电 1 2 N I F K 流倍数 表示其内部动稳定能力 所以内部动稳定可用下式校验 28 7 shFN iKI 1 2 18 式中 短路冲击电流 KA sh i 7 3 2 2 电流互感器的配置 1 为满足测量和保护装置的需要 在变压器 出线 母线 分段等回路 设置电流互感器 一般按三相配置 10KV 出线按两相配置 2