110KV降压变电所电气设计

1 前前 言言 通过三年的学习和两次简单的课程设计 为毕业设计打下了坚实的理论基础 此次 我们进行了为期十三周的毕业设计 设计题目 110KV 降压变电所电气设计 它主要包括 电气主接线设计 短路电流计算 电气设备选型 所用电设计 配电装置设计继电保护 整定计算 防雷及接地装置设计七个部分 此次设计的特点是 对专业知识进行更好的巩固与吸收 参考了 电力工程电气设计手册 1 2 新编工厂电气设备手册 现代建筑电气设 计施工手册 发电厂电气 等书籍来完成这次设计 受益匪浅 2004 年 6 月 1 日 2 目录目录 第一章第一章 原始材料分析原始材料分析 3 第 1 1 节 原始材料 3 第 1 2 节 原始材料分析 3 第二章第二章 电气主接线的设计电气主接线的设计 4 4 第 2 1 节 主接线设计的原则 4 第 2 2 节 本变电所的主接线 4 第 2 3 节 方案比较 5 第 2 4 节 主接线中的设备配置 6 第 2 5 节 电网中性点接地 7 第 2 6 节 主变压器的选择 9 第三章第三章 短路电流计算短路电流计算 1212 第 3 1 节 短路电流计算的目的 规定和步骤 12 第四章第四章 电气主要接线的选择电气主要接线的选择 1616 第 4 1 节 电气设备选择的基础知识 16 第 4 2 节 电气设备选择 18 第五章第五章 配电装置设计配电装置设计 2626 第 5 1 节 配电装置的特点 26 第 5 2 节 配电装置的安全净距 27 第 5 3 节 本变电所的配电装置 29 第 5 4 节 中央信号设计 29 第六章第六章 防雷及接地装置防雷及接地装置 3131 第 6 1 节 接地装置 33 第 6 2 节 防雷保护 33 第七章第七章继电保护整定计算继电保护整定计算 3535 第 7 1 节 变压器保护 38 参考文献参考文献 3838 3 第第 1 1 章章 原始资料分析原始资料分析 第第 1 11 1 节节 原始资料原始资料 1 1 11 1 1 题目 题目 110 10KV110 10KV 枢纽变电站枢纽变电站 1 原始资料 电压等级 110 10KV 回路数 110KV 进线 2 回 10V 出线 10 回 10kv 负荷情况 2 回 2KM 线 每回送 2500KW cos 0 9 Tmax 6900h 年 2 回 1 5KM 线 每回送 2600KW cos 0 9 Tmax 6900h 年 4 回 2 5KM 线 每回送 2300KW cos 0 9 Tmax 6900h 年 2 回 2KM 线 每回送 2675KW cos 0 9 Tmax 6900h 年 并且 类负荷占 70 自然条件 当地年最高气温 37 摄氏度 年最低气温 10 摄氏度 当地海拔 1000 米 当地雷暴日 30 日 年 地震裂度 3 5 级 污秽等级 0 级 相对湿度 65 土壤电阻 率 0 1 104 地多人少 交通方便 枢纽变电站离化工厂 50 KM 系统 Sd 500MW X1 1 主变过流保护整定时间为 2S 主保护开断时间 tk tb tgf 0 04 0 06 0 1S 第第 1 21 2 节原始资料分析节原始资料分析 1 2 11 2 1 主变选择主变选择 1 由参考书可知变电所的最大负荷为 PM 27500KV 2 接线组别为 Y0 型 3 额定电压比为 121 11 1 2 31 2 3 负荷分析负荷分析 1 110KV 侧 进线 2 回 在 110KV 及以上的供电要求有一定的可靠性 2 10KV 侧 出线 10 回 并且 类负荷占 70 对变电所的可靠性 灵活性要求 较高 1 2 41 2 4 气象及地形分析气象及地形分析 当地年最高气温 37 摄氏度 年最低气温 10 摄氏度 最热月平均温度 25 摄氏度 当地 海拔 1000 米 当地雷暴日 30 日 年 气象条件一般 根据 电力工程设计手册 故选用 设备时不做考虑 选普通设备即可 4 第第 2 2 章章 电气主接线的设计电气主接线的设计 第第 2 12 1 节节 主接线设计的原则主接线设计的原则 2 1 12 1 1 设计主接线的要求设计主接线的要求 在设计电气主接线时 要使其满足供电可靠性 运行的灵活性和经济性等项基本要求 1 可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求 电气主接线也必须满足这个要求 衡量主接线运行可靠性的标志是 断路器检修时 能否不影响供电 线路 断路器或母线故障时 以及母线检修时 停运出线回路数的多少和停电范 围的大小和时间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 变电所全部停电的可能性 应尽量避免 2 灵活性 调度灵活 操作简便 检修安全 扩建方便 3 经济性 投资省 主接线应简单清晰 以节约一次设备投资为主 占地面积小 电能损耗少 第第 2 22 2 节节 本变电所的主接线本变电所的主接线 2 2 12 2 1 设计步骤设计步骤 1 设计步骤 拟定可行的主接线方案 根据设计任务书的要求 从技术上论证各方案的优 缺点 淘汰一些较差的方案 保留 2 个技术上相当的较好方案 对 2 个技术上较好的方案进行经济计算 选择出经济上的最佳方案 技术 经济比较和结论 对 个方案进行全面的技术 经济比较 确定最优的主接 线方案 绘制电气主接线单线图 综上所述 根据主接线的各项要求 结合我们设计的具体情况 设计出以下两种方案进行 比较 选出最合理的作为本次设计的主接线图 5 2 2 22 2 2 本变电所主接线方案的确定 本变电所主接线方案的确定 1 110KV 侧主接线设计 两个方案 110 侧都采用内桥接线 特点 a 造价低 并且容易发展为单母分段接线 b 两条线路上都装一台断路器 线路的切除和投入都比较方便 当线路发生短 路时 仅故障线路断路器跳开 仅停该线路 其他 3 个回路仍可继续工作 适应于故障机 率较多 而变压器又不需要经常切除的情况 而外桥则相反 当线路故障时 两断路器都 要跳开 要影响同组变压器的工作 根据以上内桥与外桥的特点分析 出于对经济性与实用性的角度来考虑 选择内 桥是比较可行的 2 适用范围 6 10KV 配电装置 当短路电流较大 出线需要加装电抗器时 35 63KV 配电装置 当出线回路超过 8 回时 110 220KV 配电装置 出线回路为 4 回及以上时 3 10KV 侧主接线 单母分段带旁 6 10KV 配电装置 对于出线回路数或多数线路系向用户单独供电 以及不允许停电 的单母线 单母分段装置 可设置旁路母线 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段 切除 保证正常段母线不间断供电和不使重要用户停电 供电可靠 调度灵活 第第 2 32 3 节节 方案比较方案比较 2 3 12 3 1可靠性的比较 可靠性的比较 1 110KV 侧两个方案都是用的内桥接线 故不再做比较 2 2 10KV 侧 类负荷占 70 要求可靠性较高 不充许停电 方案一带着旁路可以 不停电检修断路器 而方案二检修断路时必须停电 3 3 上述方案一的可靠性要比方案二的可靠性好 2 3 2灵活性的比较 灵活性的比较 1 110KV 对灵活性要求不高 2 10KV 侧 类负荷占 70 灵活性要求较高 明显带旁路比不带旁路灵活 2 3 32 3 3 经济性比较 经济性比较 方案 1 10KV 侧单母分段带旁 6 断路器 线路上采用普通断路器 1100 元 个 1100 5 5500 元 4170 3 12510 元 5500 12510 18010 元 隔离开关 84 元 个 84 14 1176 元 140 4 560 元 1176 560 1736 元 旁母 假设母线长 45M 2 16Kg m 5270 元 T 选择 45 2 16 5 27 512 244 元 总计 18010 1736 512 244 20258 元 方案 2 10KV 侧单母分段不带旁 断路器 为了不停电检修断路器 只能采用手车式断路器 总计 50550 元 根据以上比较 方案 1 比方案 2 更为经济 所以选用方案 1 2 3 42 3 4 综合投资综合投资 方案一 综合投资为 Z 43 4632 万元 年运行费用为 U 20 474 万元 方案 1 与方案 2 维护费 小修 折旧费 变压器年电能损失总值均相等 所以 只需计算一个年运行费即可 计算步骤见计算书 第第 2 42 4 节节 主接线中的设备配置主接线中的设备配置 2 4 12 4 1 隔离开关的配置隔离开关的配置 1 断路器的两侧均应配置隔离开关 以便在断路器检修时隔离电源 2 中性点直接接地的普通变压器应通过隔离开关接地 3 桥接线中的跨条宜用两组隔离开源串联 以便于进行不停电检修 4 接在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关 5 接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关 2 4 22 4 2 接地刀闸或接地器的配置接地刀闸或接地器的配置 1 35kV 及以上每段母线根据长度宜装设 1 2 组接地刀闸或接地器 两组接地刀闸间的 距离应保持适中 母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母线隔离开关 上 也可装在其他母线隔离开关的基座上 必要时可设置独立式母线接地器 2 63kV 及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀 闸 7 3 旁路母线一般装设一组接地刀闸 设在旁路回路隔离开关的旁路母线侧 4 63kV 及以上主变压器进线隔离开关的变压器侧宜装设一组接地刀闸 2 4 32 4 3 电压互感器的配置电压互感器的配置 1 电压互感器的数量和配置与主接线有关 应满足测量 保护和自动装置的要求 应 能保证在运行方式改变时 保护装置不失压 2 6 110kV 级每组主母线的三相上应装设电压互感器 3 当需要监视和检测线路侧有无电压时 出线侧的一相上应装设电压互感器 4 兼作并联电容器组泄能和兼作限制切空线过电压的电磁式电压互感器 其与电容器 组之间和与线路之间主应有断开点 2 4 42 4 4 电流互感器的配置电流互感器的配置 1 装有断路器的回路均应装设电流互感器 其数量应满足测量仪表 保护和自动装置 的要求 2 变压器的中性点 变压器的出口 桥形接线的跨条上 虽未设断路器 也应装设电 流互感器 3 对直接接地系统 一般按三相配置 对非直接接地系统 可按两相或三相配置 2 4 52 4 5 避雷器的配置避雷器的配置 1 配电装置的每组母线上 应装设避雷器 2 110kV 及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时 应在变压器附近增设一 组避雷器 3 直接接地系统中 变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时 变压器中性点应 装设避雷器 变压器中性点为全绝缘 但变电所为单进线且为单台变压器运行时 变压器中性点应装设避雷器 4 不接地和经消弧线圈接地系统中 多雷区的单进线变压器中性点应装设避雷器 5 变电所 35kV 及以上电缆进线段 在电缆与架空线的连接处应装设避雷器 6 变电所的出线如有架空线路出线时 在架空线出线处应装设避雷器 第第 2 52 5 节节 电网中性点接地电网中性点接地 电网中性点接地方式与电网的电压等级 单相接地故障电流 过电压水平以及保 护配置等有密切关系 电网中性点接地方式直接影响电网的绝缘水平 系统供电的可 靠性和连续性 主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等 2 5 12 5 1 中性点非直接接地中性点非直接接地 1 中性点不接地 中性点不接地方式最简单 单相接地时允许带故障运行两小时 供电连续性好 接地电流仅为线路及设备的电容电流 但由于过电压水平高 要求有较高的绝缘水平 8 不宜用于 110KV 及以上电网 在 6 63KV 电网中 则采用中性点不接地方式 但电容 电流不能超过允许值 否则接地电弧不易自熄 易产生较高弧光间歇接地过电压 波 及整个电网 2 中性点经消弧线圈接地 当接地电容电流超过允许值时 可采用消弧线圈补偿电容电流 保证接地电弧瞬间熄 灭 以消除弧光间歇接地过电压 3 中性点经高电阻接地 当接地电容电流超过允许值时 也可采用中性点经高电阻接地方式 此接地方式 和经消弧线圈接地方式相比 改变了接地电流相位 加速泄放回路中的残余荷 促使 接地电弧自熄 从而可提供足够的电流和零序电压 使接地保护可靠动作 一般用于 大型发电机中性点 2 5 22 5 2 中性点直接接地中性点直接接地 直接接地方式的单相短路电流很大 线路或设备须立即切除 增加断路器负担 降低供电连续性 但由于过电压较低 绝缘水平可下降 减少了设备造价 特别是在 高压和超高压电网 经济效益显著 故适用于 110KV 及以上电网中 此外 在雷电活 动较强的山岳丘陵地区 结构简单的 110KV 电网 如采用直接接地方式 不能满足安 全供电要求和对联网影响不大时 可采用中性点经消弧线圈接地方式 2 5 32 5 3 中性点接地方式中性点接地方式 电力网中性点的接地方式 决定了主变压器中性点的接地方式 1 变压器的 110 500KV 侧采用中性点直接接地方式 自耦变压器 其中性点须要直接接地或经小阻抗接地 凡中 低压有电源的升压站和降压变电所至少有一台变压器直接接地 终端变电所的变压器中性点一般不接地 变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正 序电抗之比 X0 X1小于 3 以使单相接地时健全相上工频过电压不超过阀型 避雷器的灭弧电压 X0 X1尚应大于 1 1 5 以使单相接地短路电流不超 过三相短路电流 所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地 以便于运行调度灵活选择 接地点 当变压器中性点可能断开运行时 若该变压器中性点绝缘不是按 线电压设计 应在中性点装设避雷器保护 选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地的 系统 2 主变压器 6 63KV 侧采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式 9 6 63KV 电网采用中性点不接地方式 但当单相接地故障电流大于 30A 或 10A 时 中性点应经消弧线圈接地 采用消弧线圈接地时 应注意以下几点 6 63KV 电网中需要安装的消弧线圈应由系统统筹规划 分散布置 应避免 整个电网只装一台消弧线圈 也应避免在一个变电所中装设多台消弧线圈 在任何运行方式下 电网不得失去消弧线圈的补偿 在变电所中 消弧线圈一般装在变压器中性点中 6 10KV 消弧线圈也可装 在调相机的中性点上 当两台变压器合用一台消弧线圈时 应分别经隔离开关与变压器中性点相 连 平时运行只合其中一组隔离开关 以避免在单相接地时发生虚幻接现象 如变压器无性点或中性点未引出 应装设专用接地变压器 其容量应与消 弧线圈的容量相配合 选择接地变压器容量时 可考虑变压器的短时过负 荷能力 第第 2 62 6 节节 主变压器选择主变压器选择 2 6 12 6 1 台数和容量的选择台数和容量的选择 1 主变压器的台数和容量 应根据地区供电条件 负荷性质 用电容量和运 行方式等综合考虑确定 2 主变压器容量一般按变电所 建成后 5 10 年的规划负荷选择 并适当考 虑到远期的负荷发展 对于城网变电所 主变压器容量应与城市规划相结合 3 在有一 二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器 当技术经济比较合理 时 可装设两台以上主变压器 如变电所可由中 低压侧电力网取得跔容量的备 用电源时 可装设一台主变压器 4 装有两台及以上主变压器的变电所 当断开一台时 其余主变压器的容量 不应小于 70 的全部负荷 并应保证用户的一 二级负荷 5 当一台事故停用时 另一台变压器事故过负荷能力查表得出过负荷倍数为 1 3 允许时间为 2 小时 2 6 22 6 2 主变压器型式的选择主变压器型式的选择 1 110kV 主变压器一般均应选用双绕组变压器 3 具有两个电压等级的变电所 如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变 压器容量的 15 以上 主变压器宜采用双绕组变压器 2 6 32 6 3 本变电所主变压器容量的确定 本变电所主变压器容量的确定 10 变压器最大负荷按下式确定 PM KO P 式中 KO 负荷同时系数 对于装设两台或三台主变的变电所 每台变压器的额定容量Sn通常按下式进 行初选 Sn 0 7 Smax Smax 变电所的最大计算负荷 对于此次设计的 110 kV 变电所 当一台变压器故障时 另外一台承担 70 的 负荷 Sn 0 7Sm 0 7 27500 19250KVA 两台变压容量相同 选一台容量为 20MVA 的双绕组变压器 查表 2 5 故选择一台双绕组变压器 其参数 表 2 1 额定容量额定电压 KV 阻抗电压 连接组标号 20MVA1110 5Y0 11 2 6 42 6 4 所用电设计所用电设计 降压变电所的所用电负荷一般容量都不太大 对其可靠性的要求远不如发电厂的 厂用电那样高 因此 变电所的所用电接线简单 所用电压也只需 380 220 V 级 且动力 与照明合用 所用电设计的要求及原则 1 所用电设计要求 所用电设计应按照运行 检修和施工的需要 考虑全厂发展规划 积极慎重的采用经 过试验鉴定是新技术和新设备 使设计达到技术先进 经济合理 所用电接线应满足正常 运行的安全 可靠 灵活 经济和检修 维护方便等一般要求外 还应满足下列特殊的要 求 尽量缩小所用电系统的故障影响范围 并应尽量避免引起全厂停电事故 便于全期扩建连续施工 对公用负荷的供电要结合远景规划 所用电设计应按照运行 检修和施工的要求 考虑全所发展的规划 积极慎重的采 用经过实验鉴定的新技术和新设备 使设计达到技术先进 经济合理 在选择所用电设备的形式时 应结合所用配电装置的布置 2 所用电的设计原则 所内有较低电压母线时 可将一台变压器通过旁母断路器开关接到旁路母线上 正 常运行时 由工作母线供电 在工作检修或进行试验时 则倒换旁路母线上供电 11 由主变压器的低压侧引接 所用变压器要选用大断流容量开关设备 否则还要加电 抗器 所用电设备的布置应符合电力生产的工艺流程的要求 作到设备布局和空间利用合 理 变电所的安全运行和维护创造良好的工作环境 巡回检查道路畅通 设备的布置满 足安全净距并符合防火 防暴 防潮 防冻和防尘的要求 设备的检修和搬运不影响运行设备的安全 在选择所用电设备的形式时 应结合所用配电装置的布置特点 择优选用适当的产 品 本变电所所用电的设计 对于本次设计总容量为 20MVA 枢纽变电所 总装机容量在 60MVA 及以上的变电 应装设两台变压器一台所用一台备用 应装设备用电源自动投入装置 当一台变压器出 现故障时 另一台利用空气开关自动投入 所用电占总负荷的 0 5 1 所用变压器的选择 S 所用 Pmax 0 5 20 0 5 0 1MVA 100KVA 查表 3 6 故选择一台双绕组标准容量电力变压器 其参数 表 2 2 型号容量低压侧额定电压 KV 连接组标号 SJL1 1000 4Y Y0 12 两台双绕组标准容量电力变压器 一台投入一台备用 12 第第 3 3 章 短路电流计算章 短路电流计算 第第 3 13 1 节节 短路电流计算的目的 规定和步骤短路电流计算的目的 规定和步骤 3 1 13 1 1 短路电流计算的目的 短路电流计算的目的 变电所的电气设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 其计算的目的主要有以 下几方面 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 需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安 全距离 4 在选择继电保护方式和进行整定计算时 需以各种短路时的短路电流为依据 5 5 接地装置的设计 也需用短路电流 3 1 23 1 2 短路电流计算的一般规定短路电流计算的一般规定 1 计算的基本情况 电力系统中所有电源均在额定负载下运行 所有同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 短路发生在短路电流为最大值时的瞬间 所有电源的电动势相位角相等 应考虑对短路电流值有影响的所有元件 但不考虑短路点的电弧电阻 对异步电 动机的作用 仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑 2 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式 应是可能发生最大短路电流的正常接线方式 即最 大运行方式 不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 3 计算容量 应按本工程设计规划容量计算 考虑电力系统的远景发展规划 一般考虑工程建成后 13 5 10 年 4 短路种类 一般按三相短路计算 若自耦变压器等回路中单相 或两相 接地短路较三相短路情 况严重时 则应该按严重情况的进行校验 5 短路计算点 在正常接线方式中 通过电器设备的短路电流为最大的地点 称为短路计算点 对于 带电抗器的 6 10KV 出线与厂用分支线回路母线至母线隔离开关之间的引线 套管时 短 路计算点应该取电抗器前 选择其导体和电器时 短路计算点一般取在电抗器后 3 1 33 1 3 计算步骤计算步骤 1 选择计算短路点 2 画等值网络 次暂态网络 图 首先去掉系统中的所有负荷分支 线路电容 各元件的电阻 发电机电抗用次暂 态电抗 Xd 选取基准容量 Sb和基准电压 Ub 一般取后级的平均电压 将各元件电抗换算为同一基准值的标么值 给出等值网络图 并将各元件电抗统一编号 3 化简等值网络 为计算不同短路点的短路电流值 需将等值网络分别化简为以 短路点为中心的辅射形等值网络 并求出各电源与短路点之间的电抗 即转移电抗 Xnd 4 求计算电抗 Xjs 5 由运算曲线查出 各电源供给的短路电流周期分量标幺值运算曲线只作到 Xjs 3 5 6 计算无限大容量 或 Xjs 3 的电源供给的短路电流周期分量 7 计算短路电流周期分量有名值和短路容量 8 计算短路电流冲击值 9 计算异步电动机供给的短路电流 10 绘制短路电流计算结果表 表 3 2 常用基准值 电气量关系式基准值 Sb MAV 100 或 1000 或某元件的额定容量 Ub KV 3 156 310 5 15 7537115230345 Ib KA Ib Sb Ub 318 39 165 53 661 56 0 5020 2510 167 14 Xb Xb Ub Ib Ub2 Sb30 09950 3971 10 2 4913 7 1325301190 3 1 43 1 4 短路电流计算以短路电流计算以 d1d1 点短路为例 点短路为例 1 等值电路图 2 短路计算 短路电流计算标幺值由下式计算 I z I 1 X 1 Xjs 其有名值为 Iz I I0 2 I I z Ib KA Ib Sb Ub Ub Ub 33 式中 X 为无限大容量电源到短路点之间的总电抗 标幺值 Iz 0 秒钟短路电流周期分量 KA I 0 秒钟短路电流 KA I 无空大时间的先短路电流 KA d 1 点短路 110KV 母线 Sb 500MVA Ub Uav 1 等值网络图 2 计算 X S XS 1 基值电压 Ub 115KV 基值电流 Ib Sb Ub 500 115 2 624KA33 额定电流 In Ib Sn Sb 2 624 500 500 2 624KA 支路计算电抗 XjS Xmd Snm Sb 1 500 0 9 500 0 9 0S 短路电流周期分量 查图 4 5 I 1 14 有名值 I I In 1 14 2 624 2 99KA 15 稳态短路电流 查图 4 7 I 1 29 有名值 I I In 3 38KA 2 秒短路电流分量 查图 4 6 I0 2 1 04 有名值 I0 2 I0 2 In 2 73 短路电流冲击值 Ich 2 55I 2 55 0 99 7 62KA 全电流最大有效值 Ioh 1 52 1 52 2 99 4 55KA 短路容量 S I Un 2 99 110 569 65MVA33 3 1 53 1 5 本变电所的短路电流计算结果表本变电所的短路电流计算结果表 16 第第 4 4 章章 主要电气设备选择主要电气设备选择 导体和电器的选择设计 同样必须执行国家的有关技术经济政策 并应做到技术 短路点编号公式d 1d 2 基值电压KV Ub11510 5 基值电流KA IbSb Ub32 62427 49 支路名称110KV系统10KV系统 支路计算电抗0 92 08 标幺值 I 1 140 49Os短路电流 周期分量 有名值 I I Ib2 990 54 标幺值 I 1 290 49稳定短路电 流 有名值 I I Ib3 380 54 标幺值 I0 2 1 040 460 2s短路电 流 有名值 I0 2I0 2 Ib2 730 51 短路电流冲击值 Ich2 55 2 7 I 7 621 377 全电流最大有效值Ioh1 52 1 62I 4 550 82 短路容量 S I Un3569 659 35 17 先进 经济合理 安全可靠 运行方便和适当留有发展余地 以满足电力系统安全经 济运行的需要 第第 4 14 1 节节 电气设备选择的基础知识电气设备选择的基础知识 4 1 14 1 1 一般原则一般原则 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑发展 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 与整个工程的建设标准应协调一致 5 同类设备应尽量减少品种 6 选用的新产品均应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 4 1 24 1 2 技术条件技术条件 选择的高压电器 应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运 行 1 长期工作条件 电压 选用的电器在允许最高工作电压 Umax不低于该回路的最高运行电压 Ug 即 Umax Ug 电流 选用的电器额定电流 In不得低于所在回路在各种可能方式下的持续工作电流 Ig max 即 In Igmax 表表 4 14 1 各回路持续工作电流各回路持续工作电流 IgmaxIgmax 回路名称计算公式 发电机或同期调相机回 路 Igmax 1 05In 1 05Pn 3UnCos n 三相变压器回路Igmax 1 05In 1 05Pn 3UnCos n 母线分段断路器或母联 断路器回路 Igmax 为该母线上最大一台发电机或一组变压器的持续工 作电流 母线分段电抗器回路Igmax 为该母线上事故切除最大一台发电机时 可能能过 电抗器的电流计算 一般取该台发电机 50 80 In 18 分裂电抗器回路Igmax 一般按发电机或主变压器额定电流的 70 计算 主母线按潮流分布情况计算 馈电回路Igmax 2P 3UnCOS 2 短路稳定条件 校验的一般原则 1 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动稳定校验 校验的短路 电流一般取三相短路时的短路电流 若发电机出口的两相短路 或中性点直接接 地系统及自耦变压器等回路中的单相 两相接地短路较三相严重时 则应按严重 情况校验 2 用熔断器保护的电器可不校验热稳定 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 可不验算动 热稳定 短路的热稳定条件 It t I tdz It t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值 kA t 设备允许通过的热稳定电流时间 s 校验短路热稳定所用的计算时间 tdz按下式计算 tdz tb td tb 继电保护装置后备保护动作时间 s td 断路器全分闸时间 s 注 验算导体和 110KV 以下电缆适中热稳定时 用的计算时间釆用主保护的动作时 间加相应的断路器全分闸时间 短路的动稳定计算 imax ich ich 短路冲击电流峰值 kA imax 电器允许的极限通过电流峰值 kA 表表 4 24 2 导体和电器的选择与校验项目导体和电器的选择与校验项目 按下表进行选按下表进行选 19 正常工作条件短路条件环境条件项目 电器 额定 电压 KV 额定 电流 A 开 断 容 量 KVA 准确 等级 二次 负荷 动稳定热稳定温度 海拔 高度 其他 断 路 器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电 抗 器 电流互感器 电压互感器 支持绝缘子 穿墙套管 导 线 电 缆 用于切断长 线时应校验 过电压 选择保护熔 断特性 选择电抗百 分值 电晕及允许 电压校验 允许电压 校验 第第 4 24 2 节节电气设备选择电气设备选择 4 2 14 2 1 断路器的选择断路器的选择 断路器型式的选择 除需满足各项技术条件和环境条件外 还考虑便于安装调试和运 行维护 并经技术经济比较后才能确定 断路器服选择的具体技术条件如下 1 电压 Ug Un Ug 电网工作电压 2 电流 Ig max In Ig max 最大持续工作电流 3 开断电流 Ip t Inbr 20 Ipt 断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量 Inbr 断路器额定开断电流 4 动稳定 ich imax imax 断路器极限通过电流峰值 ich 三相短路电流冲击值 5 热稳定 I tdz It t I 稳态三相短路电流 tdz 短路电流发热等值时间 It 断路器 t 秒热稳定电流 其中 tdz tz 0 05 由 I I 和短路电流计算时间 t 可从 发电厂 电气部分课程设计参考资料 P112 图 5 1 查出短路电流周期分量等值时间 从而可 计算出 tdz 具体选择计算见毕业设计计算书 4 2 24 2 2 隔离开关的选择隔离开关的选择 隔离开关形式的选择 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 术经济比较然后确定 参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件 1 选择的具体技术条件如下 电压 Ug Un Ug 电网工作电压 电流 Ig max In Ig max 最大持续工作电流 动稳定 ich imax 热稳定 I tdz It t 具体选择计算见毕业设计计算书 4 2 34 2 3 高压熔断器的选择高压熔断器的选择 1 参数的选择 高压熔断器应按所列技术条件选择 并按使用环境条件校验 熔断器是最简单的保 护电器 它用来保护电气设备免受过载电流的损害 屋内型高压熔断器在变电所中常用 于保护电力电容器配电线路和配电变压器 而在电厂中多用于保护电压互感器 2 熔体的选择 熔体的额定电流应按高压熔断器的保护熔断特性选择 应满足保护的可靠性 选择 性和灵敏度的要求 保护 35kV 及以下电力变压器的高压熔断器熔体的额定电流可按下式选择 InR kIbgm k 1 1 1 3 Ibgm 电力变压器回路最大工作电流 A 21 保护电力电容器的高压熔断器额定电流按下式选择 InR kInC InC 电力电容器回路 的额定电流 保护电压互感器的熔断器 只需按额定电流和断流容量选择 不必校验额定电流 具体选择计算见毕业设计计算书 4 2 44 2 4 互感器的选择互感器的选择 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间的联络元件 用以分 别向测量仪表 继电器的电压线圈和电流线圈供电 正确反映电气设备的正常运行和故障 情况 互感器的作用 1 一次回路的高电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 使二次设备与高电压部分隔离 且互感器二次侧均接地 从而保证了设备和人 身的安全 具体选择计算见毕业设计计算书 1 电流互感器的选择 电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择 对于 6 20KV 屋内配电装置 可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器 对于 35KV 及以上配电装置 一般 用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器 有条件时 应尽量釆用套管式电流互感器 电流互感器的二次侧额定电流有 5A 和 1A 两种 一般弱电系统用 1A 强电系统用 5A 当配电装置距离控制室较远时 亦可考虑用 1A 一次额定电流的选择 当电流互感器用于测量时 其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大 1 3左右 以保证测量仪表有最佳工作 并在过负荷时 使仪表有适当的指示 电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择 一般情况下 可按变压器额定电流的1 3进行选择 电缆式零序电流互感器窗中应能通过一次回路的所有电缆 当保护和测量仪表共用一组电流互感器时 只能选用相同的一次电流 准确级的选择 与仪表连接接分流器 变送器 互感器 中间互感器不低于以下要求 用于电能测量的互感器准确级 0 5功电度表应配用0 2级互感器 1 0级有功电度表应配用0 5级互感级 2 0级无 功电度表也应配用0 5级互感器 2 0级有功电度表及3 0级无功电度表 可配用1 0级级互 22 感器 一般保护用的电流互感器可选用3级 差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D 级 零序接地保护可釆用专用的电流互感器 保护用电流互感器一般按10 倍数曲线进行 校验计算 一次侧额定电压 Un Ug Ug为电流互感器安装处一次回路的工作电压 Un为电流互感器额定电压 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I1n来校验 I1n Kt I tdz Kt为CT的1s热稳定倍数 动稳定校验 内部动稳定可用下式校验 I1nKdw ich2 I1n 电流互感器的一次绕组额定电流 A Ich 短路冲击电流的瞬时值 KA Kdw CT的1s动稳定倍数 2 电压互感器的选择 电压互感器的型式应根据使用条件选择 6 20KV屋内配电装置 一般釆用油浸绝 缘结构 也可釆用树脂绕注绝缘结构的电压互感器 35 110KV的配电装置 一般釆用油浸绝缘结构的电压互感器 220KV以上 一般釆 用电容式电压互感器 当需要和监视一次回路单相接地时 应选用三相五柱式电压互感器 或有第三绕组 的单相电压互感器组 电压互感器三个单相电压互感器接线 主二次绕级连接成星形 以 供电给测量表计 继电器以及绝缘电压表 对于要求相电压的测量表计 只有在系统中性 点直接接地时才能接入 附加的二次绕组接成开口三角形 构成零序电压滤过器供电给继 电器和接地信号 绝缘检查 继电器 一次电压U1 1 1Un U1 0 9Un Un为电压互感器额定一次线电压 1 1和0 9是 允许的一次电压波动范围 即 10 Un 二次电压 电压互感器二次电压 应根据使用情况 按下表选用所需的二次额 定电压 表表4 34 3 绕组主二次绕组附加二次绕组 高压侧接接于线电接于相电用于中性点直用于中性点不接地或 23 入方式压上压上接接地系统中经消弧线圈接地系统 中 二次额定 电压 V 100 100 3 100100 3 准确等级 电压互感器的准确度是在二次负荷下的准确级 用于电度表准确度不低于0 5级 用于电压测量 不应低于1级 用于继电保护不应低 于3级 二次负荷 Sn是对应于在测量仪表所要求的最高准确级下 电压互感器的额定容量 S2是二次负荷 它与测量仪表的类型 数量和接入电压互感器的接线方式有关 电 压互感器的三相负荷经常是不平衡的 所以通常用最大一相的负荷和电压互感器一相的 额定容量相比较 具体选择计算见毕业设计计算书 4 2 54 2 5 避雷器的选择避雷器的选择 避雷器是一种保护电器 用来保护配电变压器 电站和变电所等电器设备的绝缘免受 大气过电压或某些操作过电压的危害 大气过电压由雷击或静电感应产生 操作过电压一 般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡所致 避雷器有两种 1 阀型避雷器 按其结构的不同 又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器 2 管型避雷器 利用绝缘管内间隙中的电弧所产生的气体把电弧吹灭 用于线路作为 防雷保护 1 阀型避雷器应按下列条件选择 额定电压 避雷器的额定电压应与系统额定电压一致 灭弧电压 按照使用情况 校验避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地压 是 否等于或小于避雷器的最大容许电压 灭弧电压 在中性点非直接接地的电网中应不低 于设备最高运行线电压 在中性点直接接地的电网中应取设备最高运行线电压的80 具体选择计算见毕业设计计算书 工频放电电压 Ugf Umi Ugf为工频放电电压 Umi为灭弧电压 在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中 工频放电电压一般应大于最大运行相电压的3 5 倍 在中性点直接接地的电网 工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍 工频放电电 压应大于灭弧电压的1 8倍 冲击放电电压和残压 一般国产阀型避雷器的保护特性与各种电器的绝缘均可配合 24 故此 项校验从略 4 2 64 2 6 母线的选择母线的选择 1 选型 载流导体一般都采用铝质材料 对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机 变 压器出线端部 或采用硬铝导体穿墙套管有困难时 以及对铝有严重腐蚀场所 可选用铜 质材料的硬导体 回路正常工作电流在 4000A 及以下时 一般选用矩形导体 矩形母线散热好 有一 定的机械强度 便于固定连接 但集肤效应系数大 一般只用于 35kv 及以下 在 4000 8000A 时 一般选用槽形导体 槽形母线机械强度较好 载流量大 集肤效应系数小 110kv 及以上高压配电装置 一般采用软导线 当采用硬导体时 宜用铝锰合金管形 导体 2 截面选择 软母线的截面选择 按照经济电流密度选择的母线都能满足导体长期发热条件 故按经济电流密度选择 S Imax J Imax 正常工作时的最大持续工作电流 J 经济电流密度 对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数 Tmax 将 有不同取值 硬母线的截面选择 硬母线一般用于电压较低的配电装置中 所以 可以按最大持续工作电流选择导线 截面积 Igmax K Iy Iy 相应于某一母线布置方式和环境温度为 25oC 时的导体长期允许载流量 K 温度修正系数 热稳定校验 1 软母线不需热稳定的校验 2 硬母线的热稳定校验 Smin I C Tdz C 热稳定系数 与导体材料及温度有关 动稳定校验 1 软母线无需动稳定校验 2 硬母线的动稳定校验 25 各种形状的硬母线通常都安装在支柱绝缘子上短路冲击电流产生的电动力将使导体发 生弯曲 因此 导体应按弯曲情况进行应力计算 110 及以上单根圆管母线上产生的应力 不能忽略不计 槽形母线的动稳定校验 max y 式中 y 母线材料的允许应力 硬铝 y 为 69X106Pa max 作用在母线上的最大计算应力 max 值与母线的截面形状有关 对于重要的回路硬导体的应力计算 还 考虑共振的影响 max s 1 73ich2 L2 w 10 1 s 4 16ich2L2 hWy 10 9 式中 W 母线截面系数 与母线布置方式有关 查表 5 15 当双槽 Y 轴 弯曲时 W 2Wx 振动系数 振动系数的确定 对于三相母线布置在同一平面时 母线自振频率 fm 按下式计算 fm 112ri L2 HZ 式中 ri 母线惯性半径 CM 材料系数 为避免导线发生共振的危险 fm 不应在下列范围内运行 则可使 1 即 槽形 fm 30 60 HZ 4 2 74 2 7 电缆的选择电缆的选择 应按下列条件进行选择及校验 1 型式 应根据敷设环境及使用条件选择电缆型式 2 按额定电压选择 Ug max Un 3 按最大持续工作电流选择电缆截面 S Igmax Kiy K Tm T2 Tm T1 K 温度修正系数 Tm 电缆芯最高工作温度 T1 对应额定载流量的基准环境温度 T2 实际环境温度 Iy 对应于所选用电缆截面环境温度为 25oC 时 电缆长期允许载流量 A 26 4 按经济电流密度选择导体截面及允许电压降的校验 与裸导体计算相同 5 热稳定校验 S Smin I C tdz C 热稳定系数 具体选择计算见毕业设计计算书 表 4 4 设备选择结果表 1 名称断路器隔离开关电流互感器电压互感器避雷器 110KV 侧 进线 SW4 110GW2 110LQZ 110 110KV 侧 分段断路器 SW4 110GW2 110LQZ 110 JCC1 110FZ 110 变压器低压 侧断路器 SN3 10GW2 10LQZ 110 10KV 母联 断路器 SN3 10GW2 10LDZJ 10 10KV 侧 出线 SN1 10GN1 10LFZ 10 JSJW 10FZ 10 表 4 4 设备选择结果表 2 名 称穿墙套管支柱绝缘子 10KV 母线CLB 10 150ZA 10 27 第第 5 5 章章 配电装置设计配电装置设计 配电装置按电气设备地点不同 可分为屋内 屋外配电装置 按组成方式有可分 为 由电气设备在现场组装配电装置称为装配式 若在制造厂预先将开关电器 互感 器等安装成套 然后运至安装地点 则称为成套配电装置 第第 5 15 1 节节 配电装置的特点配电装置的特点 5 1 15 1 1 屋内配电装置的特点 屋内配电装置的特点 1 由于允许安全净距小和可以分层布置 故占地面积较小 2 维修 巡视和操作在室内进行 不受气候影响 3 外界污秽空气对电气设备影响较小 可减少维护工作量 4 房屋建筑投资较大 5 1 25 1 2 屋外配电装置的特点 屋外配电装置的特点 1 土建工程量和费用较小 建筑周期较短 2 扩建比较方便 3 相邻设备之间距离较大 便于带电作业 4 占地面积大 5 受外界空气影响 设备运行条件较差 须加强绝缘 6 外界气象变化对设备维修和操作有影响 大 中 小型发电厂和变电所中 35KV 及以下的配电装置多采用屋内配电装置 110KV 及以上多为屋外配电装置 但 110 220KV 装置 当有特殊要求成处 于严重污秽地区时 经过经济技术比较 也可以采用屋内布置 5 1 35 1 3 成套配电装置的特点 成套配电装置的特点 1 电气设备不止在封闭或半封闭的金属外壳中 相间和对地距离可以缩小 结构紧凑 占地面积小 2 所有电器电器元件已在工厂组装成一个整体 大大减少现场安装工作量 有利于缩短建设周期 也便于扩建和搬迁 3 运行可靠性高 维护方便 4 耗用钢材较多 造价较高 5 1 45 1 4 配电装置应满足以下基本要求配电装置应满足以下基本要求 28 1 保证运行可靠 按照系统和自然条件 合理选择设备 在布置上力求整齐 清晰 保证具有足够的安全距离 2 便于检修 巡视和操作 3 在保证安全的前提下 布置紧凑 力求节约材料和降低造价 4 安装和扩建方便 第第 5 25 2 节节 配电装置的安全净距配电装置的安全净距 5 2 15 2 1 屋内配电装置的安全净距屋内配电装置的安全净距 配电装置的整个结构尺寸 是综合考虑设备的外形尺寸 检修和运输的安全 距离等因素而决定的 对与敞露在空气中的配电装置 在各种间隔距离中最基本的 是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的最小安全净距 即所谓 A1 和 A2 值 在这一距离下 5 15 1 10KV10KV 屋内配电装置的安全净距 屋内配电装置的安全净距 mmmm 符号适应范围额定净距 A11 带电部分至接地部分之间 2 网 板状遮栏向上延伸线距地 2 3M 处 与遮栏上方带电部分之间 125 A21 不同相的带电部分之间 2 断路器和隔离开关大案断口两侧带电部分之间 125 B11 栅