变电所电气部分设计

1 目 录 引言 3 第一篇 任务说明书 4 第二篇 设计说明书 6 1 概述 6 2 电气主接线设计 7 2 1 电气主接线概述 7 2 2 主接线设计 7 2 4 1 35KV 侧主接线设计 7 7 2 4 2 10KV 侧主接线设计 11 1 3 主变压器数量 台数和型号的选择 12 4 所用变的选择与设计 14 5 短路电流的计算 15 6 电气设备的选择 20 6 1 电气设备选择的一般条件 20 6 2 断路器隔离开关的选择 23 6 2 1 35kV 侧断路器 隔离开关的选择 23 6 2 2 10kV 侧断路器 隔离开关的选择 27 6 3 互感器的选择 31 6 3 1 电流互感器的选择 31 6 3 2 电压互感器的选择 33 6 4 线路参数的选择 34 2 6 4 1 35kV 架空线路的选择 34 6 4 2 10kV 母线和电缆的选择 35 6 5 配电装置的选择 37 6 5 1 35kV 屋外配电装置 37 6 5 2 10kV 高压开关柜 38 7 无功补偿 39 8 变电所的防雷保护规划 41 第三篇 计算书 44 1 主变压器的容量计算 44 2 所用变的容量计算 44 3 短路电流的计算 45 结论 48 参考文献 49 附录 50 50 电气主接线图 50 3 引言 随着电力行业的不断发展 人们对电力供应的要求越来越高 特别是供稳固 性 可靠性和持续性 然而电网的稳固性 可靠性和持续性往往取决于变电所的合理 设计和配置 变电所是电力系统的重要组成部分 它直接影响整个电力系统的安全与经济运行 是联系发电厂和用户的中间环节 起着变换和分配电能的作用 电气主接线是发电厂 变电所的主要环节 电气主接线的拟定直接关系着全厂 所 电气设备的选择 配电 装置的布置 继电保护和自动装置的确定 是变电站电气部分投资大小的决定性因素 一个典型的变电站要求变电设备运行可靠 操作灵活 经济合理 扩建方便 出 于这几方面的考虑 本论文设计了一个 35kV 降压变电站 此变电站有两个电压等级 一个是 35kV 一个是 10kV 同时对于变电站内的主设备进行合理的选型 本设计选择 选择两台主变压器 其他设备如断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 无功 补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型 设计和配置 力求做到运行 可靠 操作简单 方便 经济合理 具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性 使其更加贴合实际 更具现实意义 4 第一篇第一篇 电气工程基础设计任务书电气工程基础设计任务书 一一 设计内容 设计内容 要求设计一 35kv 变电所的电气部分 二二 原始资料 原始资料 1 某企业为保证供电需求 要求设计一座 35KV 降压变电所 以 10KV 电缆给各车间供 电 一次设计并建成 2 距本变电所 7Km 处有一系统变电所 由该变电所用 35KV 双回路架空线路向待定设 计的变电所供电 在最大运行方式下 待设计的变电所高压母线上的短路功率为 1080MVA 3 待设计的变电所 10KV 无电源 4 本变电所 10KV 母线到各个车间 共 8 个车间 均用电缆供电 其中一车间和二车 间为一类负荷 其余为三类负荷 Tmax 4000h 各馈线负荷如表 1 1 序号 车间名称 计算用有功功率 kw 计算用无功功率 kvar 1 一类负荷 1789 898 2 二类负荷 5817 2834 5 所用电的主要负荷见表1 2 序 号 名称额定容量 KW 功率因 数 cos 安装台 数 工作台 数 备注 1主充电机200 8811周期性负荷 2浮充电机5 80 8511经常性负荷 3通风110 7922周期性负荷 4交流焊机10 50 511周期性负荷 5检修试验用电14 60 811经常性负荷 6照明负荷14经常性负荷 7生活水泵等用电11经常性负荷 5 6 环境条件 1 当地最热月平均最高温度29 9 c 极端最低温度 5 9 c 最热月地面0 8m 处土壤 平均26 7 c 电缆出线净距100mm 2 当地海拔高度507 4m 雷暴日数36 9日 年 无空气污染 变电所地处在 P 500m 的黄土上 三 设计任务三 设计任务 1 设计本变电所的主电路 论证设计方案是最佳方案 选择主变压器的容量和台数 2 设计本变电所的自用电路 选择自用变压器的容量和台数 3 计算短路电流 4 选择断路器和隔离开关 四 设计成果四 设计成果 1 设计说明书和计算书各一份 2 主电路和所用电路图各一份 五 主要参考资料 1 水利电力部西北电力设计院编 电力工程电气设计手册 第一册 M 北京 中国 水利电力出版社 1989 12 2 周问俊主编 电气设备使用手册 M 北京 中国水利水电出版社 1999 3 陈化钢主编 企业供配电 M 北京 中国水利水电出版社 2003 9 4 电力专业相关教材和其它相关电气手册和规定 6 第二篇第二篇 35 10KV35 10KV 降压变压所初步设计说明书降压变压所初步设计说明书 1 概述 设计依据 根据设计任务书给出的条件 设计原则 1 要遵守国家的法律 法规 贯彻执行国家经济建设的方针 政策和基本建设程 序 特别是应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针 2 要根据国家规范 标准与有关规定 结合工程的不同性质不同要求 要实行资 源的综合利用 要节约能源 水源 要保护环境 要节约用地并合理使用劳动力 要 立足于自力更生 变电站建设的必要性及规模 1 变电站建设的必要性 为了加强企业供电可靠性 减少线路损耗 适应日益增长的负荷发展需要 35KV 变电所的选址于距离一电力系统变电所6KV 处 其近邻工厂 其主要供电对象是企业的 各个车间 这样设计减小了供电半径 供电线损大幅下降 供电量增加 适应现代化 建设与发展的需要 有利于企业的经济发展 2 本工程建设规模 1 企业变电站为35kV 10kv 降压变电站 该类变电站一般为无人职守的综合自动化 站 容量为2 6300千伏安 企业变电站安装两台 SZ9 6300 35主变压器 35kV 为内桥 接线 2 企业变电站选址在企业附近 地势平缓 海拔高度507 4m 气象条件见 任务 书 的环境条件 10kV 采用屋内配电装置 电缆出线 10kV 电空器室外布置 7 2 电气主接线设计 2 1 电气主接线概述 发电厂和变电所中的一次设备 按一定要求和顺序连接成的电路 称为电气主接 线 也成主电路 它把各电源送来的电能汇集起来 并分给各用户 它表明各种一次 设备的数量和作用 设备间的连接方式 以及与电力系统的连接情况 所以电气主接 线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分 主接线的确定 对电力系统得安全 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 制方法的拟定将会长生直接的影响 1 主接线的原则 1 发电厂 变电所在电力系统中的地位和作用 2 发电厂 变电所的分期和最终建设规模 3 负荷大小和重要性 4 系统备用容量大小 5 系统专业对电气主接线提供的具体资料 2 主接线设计的基本要求 根据我国能源部关于 220 500kV 变电所设计技术规程 SDJ 2 88 规定 变电 所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中地位 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 因此对主接线的设计要求可 以归纳为以下三点 1 可靠性 2 灵活性 3 经济性 2 2 主接线设计 2 2 1 35Kv 侧主接线设计 通过阅读各类相关资料可知 为了降低电能损耗 应选用低损耗节能变压器 在 电压偏差不能满足要求时 35kV 降压变电所的主变压器应首先采用有载调压变压器 35kV 变电所主接线应根据变电所在电力网中的地位 进出线回路数 设备特点及 负荷性质等条件确定 并应满足供电可靠 运行灵活 操作检修方便 节约投资和便 于扩建等要求 变电所主接线要满足安全 可靠 灵活 经济的基本要求 其中 安 全包括设备安全及人身安全 可靠应满足一次接线应符合一 二级负荷对供电可靠性 的要求 灵活即用最少的切换来适应各种不同的运行方式 检修时操作简便 另外 还应能适应负荷的发展 便于扩建 经济尽量做到接线简化 投资省 占地少 运行 费用低 8 在我们这组设计中 35kV 变电所主接线一般有单母线 单母线分段 双母线接线 单元接线 内桥式 外桥式方式可以考虑其可行性 具体分析如下 单母线优点是简单 清晰 设备少 但可靠性与灵活性不高 见下图 1 2 一般 供三级负荷 两路电源进线的单母线可供二级负荷 由于在该设计中用户不仅有二 级负荷而且还有一级负荷 同时可靠性和灵活性也尤为重要 鉴于这些方面的原因 单母线的优点显然不足以使用户满意 也有背于我们设计无人值班变电所的基本思想 和初衷 因此我们这里不考虑单母线的方式 单母线分段 母线分段后 可提高供电的可靠性和灵活性 两路电源一用一备时 分段断路器接通运行 任一段母线故障 分段断路器可在继电保护装置作用下自动断 开 两路电源同时工作互为备用时 分段断路器则断开运行 任一电源故障 分段断 路器可自动投入 见图 2 1 和图 2 2 图图a a 一一路路电电源源图图a a 一一路路电电源源 图图b b 两两路路电电源源一一用用一一备备图图b b 两两路路电电源源一一用用一一备备 图 2 1 一路电源 图 2 2 两路电源一用一备 WB2WB1 出线3出线1出线2 QF QS 出线6 供一级负荷 出线4出线5 QF QS QS1 电源1 QF1 电源2 QF2 QF3 QS2 9 图 2 3 单母线分段 从上图 2 3 可以看出单母线分段虽然也能供给一级负荷 并且由于采用分段形式 变压器一用一备 较之单母线确实也在一定程度上大大提高了供电的可靠性和灵活性 与我们的设计似乎有些相投 但我们也可以看到母线分段后带来的问题 比如母线分 段后 我们需要在母线分段部位采用联络柜 这样就增加了投资经费 而且也会增加 选择时的计算 并且还要考虑到和母线之间的匹配问题 因此我们再将其它几种接线 方式做一翻讨论 看看有没有那一种接线方式能比单母线分段更出色 既能提高供电 的可靠性和灵活性又能使投资建设经费降到最低 使变电所的接线方式尽量在最大程 度上满足设计要求 双母线接线方式能保证所有出线的供电可靠性 用于有大量一 二级负荷的大型 变配电所 但我们也知道 我们设计的变电所并非大型变配电所 而是中小型变配电 所 而且双母线在形式上多了一根母线 这样也增加了投资成本 这也是用户所不愿 意看到的 因此 即使双母线能保证可靠性 并且适用于一 二级负荷 这里也不考 虑采用 单元接线 当有两路电源进线和两台主变压器时 可采用双回线路 变压器组单 元接线 再配以变压器二次侧的单母线分段接线 则可靠性大大提高 见图 2 4 4 所 示 这种接线方式同样也与单母线分段方式相同的是投资成本并不会随着没有母线的 存在而减少 因此我们还有必要继续讨论桥式接线 桥式接线 分内桥式和外桥式两种 能实现电源线路和变压器的充分利用 如变 压器 T1 故障 可以将 T1 切除 由电源 1 和电源 2 并列给 T2 供电以减少电源线路中的 能耗和电压损失 接线方式见图 2 5 但我们也可以从接线图中看出两者之间的区别 内桥式 当变压器发生故障时 倒闸操作多 恢复时间长 而当线路发生故障时 倒闸操作少 恢复时间短 而外桥式的操作特点则恰恰与内桥式相反 因此内桥式接 线适用于线路较长或不需要经常切换变压器的情况 由本次设计的基本思想可以看到 变压器不会有多次的切换操作 而且我们这里 35kV 总降压变电所是由供电部门提供的 因此线路长是在所难免的 加上内桥式接线是无母线制 这样可以省去母线的投资费 用 在形式上 它比单母线分段又少了分段部分的联络部分 这样又可以省去联络柜 同时桥形接线具有接线简单清晰 设备少 造价低 易于发展成为单母线分段或双母 线接线 为节省投资 在发电厂或变电站建设初期 可先采用桥形接线 并预留位置 10 随着发展逐步建成单母线分段或双母线接线 综合以上多方面的因素 我们认为内桥式接线方式基本综合了前面所述的各种接 线方式的优点 满足安全 可靠 灵活 经济的基本要求 因此决定采取内桥式的接 线方式 图图2 2 双双回回线线路路 变变压压器器组组单单元元接接线线图图2 2 双双回回线线路路 变变压压器器组组单单元元接接线线 图 2 4 单元接线 a 内内桥桥a 内内桥桥 b 外外桥桥b 外外桥桥 图 2 5 桥式接线 2 2 2 10Kv 侧主接线设计 10kV 可采用单母线分段连线 对重要用户可从不同段引出两个回路 当一段母线 发生故障 分段断路器自动将故障切除 保证正常母线供电不间断 所以此种接线方 式同时兼顾了可靠性 灵活性 经济性的要求 结论 通过分析比较 35KV 侧接线方式为内桥式为最佳 考虑到供电可靠性和经济性的 11 需要 在 10kV 侧采用单母线分段的接线方式 主接线图如图所示为 12 13 3 主变压器的选择 1 1 主变台数的选择 主变台数的选择 在变电站中 用来向电力系统或用户输送功率的变压器 称为主变压器 35 110KV 变电所设计规范 规定 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条件综合考虑确定 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 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 60 的全部负荷 并应保证用户的一 二级负荷 主变压器台 数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构 正确选择变压器的台数 对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义 目前一 般的选择原则是 一般用户装设 1 2 台变压器 为了提高供电可靠性 对于 级 用户 可设置两台变压器 防止一台主变故障或检修时影响整个变电所的供电 所以 本所选用两台主变 互为备用 当一台变压器故障检修时由另一台主变压器承担全部 负荷的 75 保证了正常供电 根据原始资料 本所主变压器配置两台 2 2 主变容量的确定 主变容量的确定 1 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 10 20 年的负荷发展 2 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变器的容量 对于有重要负 荷的变电所 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后的 允许时间内 应保证用户的一级和二级负荷供电 保证供电可靠性 3 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多 应从全网出发 推行系列 化 标准化 4 装有两台变压器的变电站 采用暗备用方式 当其中一台主变因事故断开 另 一台主变的容量应满足全部负荷的 70 3 3 主变压器接线形式的选择 主变压器接线形式的选择 1 1 变压器绕组的连接方式 变压器绕组的连接方式 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相一致 否则不能并列运行 该变电所有 二个电压等级 所以选用双绕组变压器 连接方式必须和系统电压相位一致 否则不 能并列运行 电力系统采用的绕组连接方式只有星形三角形 高 中 低三侧绕组如何组合要 根据具体工程来确定 我国 110KV 及以上电压 变压器绕组都采用星形连接 35KV 亦采用星形连接 其 中性点多通过消弧线圈接地 35KV 以下电压 变压器绕组都采用三角形连接 由于 35KV 采用星形连接方式与 220KV 110KV 系统的线电压相位角为零度 相位 14 12 点 这样当电压为 220 110 35KV 高 中压为自耦连接时 变压器的第三绕组加 接线方式就不能三角形连接 否则就不能与现有 35KV 系统并网 因而就出现所谓三个 或两个绕组全星形连接的变压器 变压器采用绕组连接方式有 D 和 Y 我国 35KV 采用 Y 连接 35KV 以下电压的变压 器有国标 Y d11 Y Y0 等变电所选用主变的连接组别为 Y d11 连接方式 故本次设计 的变电所选用主变的连接组别为 YN d11 型 2 2 冷却方式的选择 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却 强迫油循环风冷却 强迫油循环水 冷却 本次设计选择的是小容量变压器 故采用自然风冷却 3 3 调压方式的选择 调压方式的选择 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头 从而改变变压器变比来实 现的 切换方式有两种 无激励调压 调整范围通常在 5 以内 另一种是有载调压 调整范围可达 30 设置有载调压的原则如下 3 31 对于 220KV 及以上的降压变压器 反在电网电压可能有较大变化的情况下 采用有载调压方式 一般不宜采用 当电力系统运行确有需要时 在降压变电所亦可 装设单独的调压变压器或串联变压器 3 32 对于 110KV 及以上的变压器 宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压 方式 3 33 接于出力变化大的发电厂的主变压器 或接于时而为送端 时而为受端母线 上的发电厂联络变压器 一般采用有载调压方式 普通型的变压器调压范围小 仅为 5 而且当调压要求的变化趋势与实际相反 如逆调压 时 仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求 另外 普通变 压器的调整很不方便 而有载调压变压器可以解决这些问题 它的调压范围较大 一 般在 15 以上 而且要向系统传输功率 又可能从系统反送功率 要求母线电压恒定 保证供电质量情况下 有载调压变压器 可以实现 特别是在潮流方向不固定 而要 求变压器可以副边电压保持一定范围时 有载调压可解决 因此选用有载调压变压器 故本次设计选用主变的调压方式为有载调压 4 4 结论 结论 综合以上分析 结合技术分析对比及经济可靠性分析对比 根据计算书中主变容 量得出本所宜采用 SZ9 6300 35 型三相双绕组有载调压变压器 其容量以及技术参数 如下 3 所选变压器的型号及技术数据见下表 15 4 所用变的选择与设计 所用变的设计应以设计任务书为依据 结合工程具体的特点设计所用变的接线方 式 因变电站在电力系统中所处的地位 设备复杂程度 电压等级和级次 主变压器 形式 容量及补偿设备有无等 以及电网特性而定 而所用变压器和所用配电装置的 布置 则常结合变电站重要电工构建物的布置来确定 一般有重要负荷的大型变电所 380 220V 系统采用单母线分段接线 两台所用变压器各接一段母线 正常运行情况下 可分列运行 分段开关设有自动投入装置 每台所用变压器应能担负本段负荷的正常 供电 在另一台所用变压器故障或检修停电时 工作着的所用变压器还能担负另一段 母线上的重要负荷 以保证变电所正常运行 一 用电电源和引接原则如下 1 当变电所有低压母线时 2 优先考虑由低压母线引接所用电源 3 所用外电源满足可靠性的要求 4 即保持相对独立 5 当本所一次系统发生故障时 6 不受波及 7 由主变压器低绕组引接所用电源时 8 起引接线应十分可靠 9 避免发生短路使低压绕组承受极大的机械应力 二 所用变接线一般原则 1 一般采用一台工作变压器接一段母线 2 除去只要求一个所用电源的一般变电所外 3 其他变电所均要求安装两台以上所用工作变压器 4 低压 10KV 母线可采用分段母线分别向两台所用变压器提供电源 5 以获得较高的可靠性 所用变设在 10kv 侧 根据计算 所用电计算容量为 121 64kVA 由于需要安装两 台工作变压器 其中一台采用备用方式 当其中一台主变因事故断开 另一台主变的 型号 额定容 量 KVA 额定高 电压 KV 额定低 电压 KV 空载损 耗 KW 负载损 耗 KW 阻抗电 压 空载 电流 连接组 别 变 压 器 S SZ9 6300 3 5 6300 3510 57 0438 77 00 9Y d11 16 容量应满足全部负荷的 70 所用工作变压器的容量应为 85 148KVA 故综上可知可选用两台 S9 100 10 型所用变压器 变压器绕组的连接方式为 Y yn0 5 短路电流的计算 1 概述 在电力系统中运行的电器设备 在其运行中都必须考虑到会发生各种故障和不正 常运行状态 最常见同时最危险的故障是各种形式的短路 它会破坏电力系统对用户 正常供电和电气设备的正常运行 短路是电力系统中的严重故障 所谓短路 是指一切属于不正常运行的相与相间 或相与地间发生通路的情况 产生短路的主要原因是电器设备载流部分的绝缘损坏 绝缘损坏的原因多因设备 过电压 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 线路倒杆也能造成短路事故 在35 10KV 的电力系统中 可能发生短路有三相 两相 两相接地和单相接地的 故障 其中三相短路是对称短路 系统各相与正常运行时一样 仍属对称状态 其他 类型的短路是不对称短路 电力系统中常发生的单相短路占大多数 二相短路较少 三相短路就更少了 三 相短路虽然很少发生 但其后果最为严重 应引起足够的重视 因此本次采用三相短 路来计算短路电流 并检测电气设备的稳定性 2 短路电流计算的目的 短路问题是电力技术的基本问题之一 短路电流及其电动力效应和分效应 短路 时的电力的降低 是电气结线方案比较 电气设备和载流导线选择 接地计算以及继 电保护选择和整定等的基础 在变电站的电气设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 其短路电流计算 的目的主要有以下几方面 在选择电气主接线时 为了比较各种接线方案 或确实某一接线是否需要采取限 制短路电流的措施等 均需要进行必要的短路计算 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 例如 计算某一时刻的短 路电流有效值 用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值 计算短路后较 长时间短路电流有效值 用以校验设备的热稳定 计算短路电流冲击值 用以校验设 17 备动稳定 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对地的安全距 离 在选择继电保护方式和进行整定计算时 需以各种短路时短路电流为依据 接地装置的设计 也需要短路电流 3 一般规定 验算导体和电器动稳定热稳定及电器开断电流 应按本规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 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 步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响 选择导体和电器时 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 出线与厂用分支线回路 除其母线与母线隔 离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点 应选择在电抗器前外 其余导体和电 器的计算短路点一般选择在电抗器后 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 若发 电机出口的两相短路或中性点直接接地系统中及自耦变压器回路中的单相 两相接地 短路较三相短路严重时 则应按严重情况计算 4 短路电流计算方法 电力系统供电的工业企业内部发生短路时 由于工业企业内所装置的元件 其容 量比较小 而其阻抗较系统阻抗大得多 当这些元件遇到短路情况时 系统母线上的 电压变动很小 可以认为电压维持不变 即系统容量为无穷大 所谓无限容量系统是 指容量为无限大的电力系统 在该系统中 当发生短路时 母线电业维持不变 短路 电流的周期分量不衰减 当然 容量所以们 在这里进行短路电流计算方法 以无穷大容量电力系统供电作为前提计算的 其 步骤如下 对各等值网络进行化简 求出计算电抗 求出短路电流的标么值 归算到各电压等级求出有名值 5 短路电流计算条件 短路电流实用计算中 采用以下假设条件和原则 正常工作时 三相系统对称运行 所有电源的电动势相位角相同 18 系统中的同步和异步电机均为理想电机 不考虑电机磁饱和 磁滞 涡流及导 体集肤效应等影响 转子结构完全对称 定子三相绕组空间位置相差 120 度电气角度 电力系统中的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 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行 其中 50 负荷接在高压母线上 50 负荷接在系统侧 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的瞬间 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 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 元件的都略去不计 元件的计算参数均取为额定值 不考虑参数的误差和调整范围 输电线路的电容略去不计 用概率统计法制定短路电流运算曲线 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 而不能用仅在切换过程中可能并联运行的接线方式 计算容量 应按本工程设计的规划容量计算 并考虑电力系统的远景发展规划 短路点的种类 一般按三相短路计算 若发电机的两相短路时 中性点有接地系统的以及自耦变 压器的回路中发生单相 或两相 接地短路较三相短路情况严重时 则应按严重情况 的时候进行计算 短路点位置的选择 短路电流的计算 为选择电气设备提供依据 使所选的电气设备能在各种情况下 正常运行 因此短路点的选择应考虑到电器可能通过的最大短路电流 为了保证选择 的合理性和经济性 不考虑极其稀有的运行方式 取最严重的短路情况分别在 10kV 侧 的母线和 35kV 侧的母线上发生短路情况 点 a 和点 b 发生短路 则选择这两处做短 路计算 19 a b 图 5 1 短路点选择图 6 短路的物理量 短路电流的周期分量 非周期分量 短路全电流 短路冲击电流和稳态电流 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 4 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行 其中 50 负荷接在高压母线上 50 负 荷接在系统侧 5 短路发生在短路电流为最大的一瞬间 6 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 7 原件的计算参数都取额定值 不考虑参数的误差和调整范围 8 输电电缆线的电容略去不计 7 短路电流计算的步骤 1 在已知短路容量时 Sd 1000MVA 选基准容量 Si 100MVA Ui Uav 1 05UN 2 短路点与系统之间电抗标幺值计算 Si Sd s X 3 变压器电抗标幺值计算 U 100 Si Sd B S 4 短路电流基准值计算 Ii Si Vp 3 5 短路点周期分量有效标幺值计算 l d I X 6 三相短路电流有效值计算 IdIj 3 id 7 三相短路冲击电流计算 2 55 3 ich 3 Id 8 三相短路最大 1 51 3 ich 3 Id 20 9 由于计算设为无限容量系统 暂态短路电流 I I 三相短路稳态电流 3 I 3 Id 10 短路容量计算 Sd d 3 3 J p U 8 各母线短路电流列表 根据下图和以上公式计算母线短路电流 图图 5 2 短路计算电路短路计算电路 表表 母线短路电流列表母线短路电流列表 三相短路电流 KA三相短路容量 MVA 短路计算点 I 3 I 3 I 3 3 ishIsh 3 S 3 K 1 7 87 87 819 8911 78500 K 2 6 926 926 9212 7310 45125 79 图图 5 3 短路计算等效电路短路计算等效电路 21 6 电气设备的选择 6 1 电气设备选择的一般条件 6 1 16 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 并考虑远景发展 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 在特殊情况下 选用未经正式鉴定的新产品时 应经上级批准 6 1 26 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 过电流的情况下保持正常 运行 1 1 长期工作条件长期工作条件 1 电压 选用的电器允许最高工作电压 Umax 不得低于该回路的最高运行电压 Ug 即 Umax Ug 2 电流 选用的电器额定电流 I N 不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电 流 Ig 即 I N Ig 由于变压器短路时过载能力很大 双回路出线的工作电流变化幅度也较大 故 其计算工作电流应根据实际需要确定 高压电器没有明确的过载能力 所以在选择其额定电流时 应满足各种可能运 行方式下回路持续工作电流的要求 3 机械负荷 所选电器端子的允许荷载 应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力 电器机械荷载的安全系数 由制造部门在产品制造中统一考虑 2 2 短路稳定条件短路稳定条件 1 校验的一般原则 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 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 22 及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 则应按严重情况校 验 2 短路的热稳定条件 短路电流在导体和电器中引起的热效应 Qk为 Qk Qp Qnp 式中 Qp 为短路电流周期分量引起的热效应 kA2s Qnp 为短路电流非周期分量引起的热效应 kA2s It2t Qk Qdt 在计算时间 t 秒内 短路电流的热效应 kA2s It t 秒内设备允许通过的热稳定电流时间 s tjs 继电器保护装置后备保护动作时间 tb 断路器全分闸时间 tdo 3 短路的动稳定条件 ich idf Ich Idf ich 短路冲击电流峰值 kA Ich 短路全电流有效值 kA idf 电器允许的极限通过电流峰值 kA Idf 电器允许的极限通过电流有效值 kA 3 3 绝缘水平绝缘水平 在工作电压和过电压的作用下 电器的内 外绝缘应保证必要的可靠性 电器的 绝缘水平 应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定 当所选 电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时 应通过绝缘配合计算 选用适当的过电 压保护设备 表 7 1 选择高压电器应校验的项目表 短路电流校验 项目电压电流断流容量 动稳定热稳定 23 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 支柱绝缘子 母线 消弧线圈 避雷器 表中 为应进行校验的项目 6 1 36 1 3 环境条件 环境条件 1 1 温度温度 按 交流高压电器在长期工作时的发热 GB 763 74 的规定 普通高压电器在环 境最高温度为 40 时 允许按额定电流长期工作 当电器安装点的环境温度高于 40 但不高于 60 时 每增高 1 建议额定电流减少 1 8 当低于 40 每 降低 1 建议额定电流增加 0 5 但总的增加值不超过额定电流的 20 2 2 日照日照 屋外高压电器在日照影响下将产生附加温升 但高压电器的发热试验是在避免阳 光直射的条件下进行的 如果制造部门未能提出产品在日照下额定载流量下降的数据 在设计中可暂按电器额定电流的 80 选择设备 3 3 风速风速 一般高压电器可在风速不大于 35m s 的环境下使用 4 4 冰雪冰雪 在积雪和覆冰严重的地区 应采取措施防止冰串引起瓷件绝缘对地闪络 5 5 湿度湿度 选择电器的湿度 应采用当地相对湿度最高月份的平均相对湿度 6 6 污秽污秽 污秽地区内各种污物对电器设备的危害 取决于污秽物质的导电性 吸水性 附 着力 数量 比重及距物源的距离和气象条件 7 7 海拔海拔 24 电器的一般使用条件为海拔高度不超过 1000m 海拔超过 1000m 的地区称为高原地 区 对安装在海拔高度超过 1000m 地区的电器外绝缘一般应予加强 可选用高原产品 或选用外绝缘提高一级产品 8 8 地震地震 地震对电器的影响主要是地震波的频率和地震振动的加速度 9 9 环境保护环境保护 选用电器尚应注意电器对周围环境的影响 1 电磁干扰 频率大于 10kHz 的无线电干扰主要来自电器的电流电压突变和电晕放电 35kV 不 考虑 2 噪音 为了减少噪音对工作场所和附近居民区的影响所选高压电器在运行中或操作时产 生的噪音 在距电器 2 m 处不应大于下列水平 连续性噪音水平 85 dB 非连续性噪音水平 屋内 90 dB 屋外 110 dB 6 2 断路器隔离开关的选择 6 2 1 35kv 侧高压断路器和隔离开关的选择 35kv 侧高压断路器的选择 断路器的选择 除满足各项技术条件和环境条件外 还应考虑到要便于安装调试 和运行维护 并经济技术方面都比较后才能确定 根据目前我国断路器的生产情况 电压等级在 35KV 220KV 的电网一般选用少油断路器 SF6 断路器和空气断路器 这里 可以选用 SF6断路器 开关电器的选择及校验原则 选择较验 电压 1Ne UU 电流 max IKIe 按断开电流选择 INbr ztK II 按短路关合电流来选择 INcl IIztIsh55 2 55 2 按热稳定来选择 Kt QtI 2 25 注 Fzt III 1 1 主变 主变 35kv35kv 侧高压断路器的选择侧高压断路器的选择 kVA KV6300 N S35 1 N U A 9 103 353 6300 3 1 1 N N N U S I 流过断路器的最大持续工作电流 A 095 109 9 10305 1 max I 计算数据表 1 三相短路电流 KA U kV I 3 I 3 I 3 3 ishIsh 3 Imax A 357 87 87 819 8911 78109 095 为了满足计算的各项条件 查 输配电设备手册 参考资料附表 1 4 选择 LW8 35 型户外六氟化硫断路器 其技术参数如下 LW8 35 型户外六氟化硫断路器主要技术参数表 型 号 额定 电压 Ue kV 最高工 作电压 kV 额定 电流 Ie A 额定开 断电流 Iekd kA 额定短 路关合 电流 kA 动稳定 电流 峰值 热稳定 电流 峰值 热稳定 时间 S LW8 353540 51600256363254 开断电流校验 2 26 25 kA I 7 8 kA ekdI 开断电流校验合格 动稳定校验 3 额定开关电流 Igmax 109 095 A Ie 1600 A 额定峰值耐受电流 ish 19 89 kA idw 63 kA 动稳定校验合格 热稳定校验 4 短路电流的热效应 kA2 S 由 电力工程电气设计手册电气一次部分 表 6 5 知 选用高速断路器 取继电保护装置保护动作时间 0 6S 断路器分匝时间 0 03S 则校验热效应计算时间为 0 63S 后面热稳定校验时间一样 设继电保护时间为prt 0 6S 则短路计算时间 0 6 0 03 0 63 S kprbrttt 查短路电流计算曲线数字表得 KA KA 323 2 2 K t I301 3 K t I 由于短路电流切除时间Qk 热稳定校验合格 35KV 侧进线断路器及 35KV 侧桥断路器的最大工作条件与主变压器 35KV 侧满足相 同的要求 故选用相同设备 2 35kv 2 35kv 侧隔离开关的选择 主要计算参数同上 为了满足计算的各项条件 查 输配电设备手册 选择隔离开关 GW5 35IID W 其主要技术参数如下 GW5 35IID W 型隔离开关参数表 型号 额定电压 KV 最高工作电 压 kv 额定电流 A 动稳定电流 峰值 kA 4s 热稳 定电流 kA GW5 35IID W 3540 56305020 动稳定校验 2 额定开关电流 Igmax 109 095 A Ie 630 A 额定峰值耐受电流 ish 19 89 kA idw 50 kA 动稳定校验合格 热稳定校验 3 查短路电流计算曲线数字表得 KA KA 323 2 2 K t I301 3 K t I 由于短路电流切除时间Qk 热稳定校验合格 35KV 侧进线隔离开关及 35KV 侧桥隔离开关的最大工作条件与主变压器 35KV 侧满 足相同的要求 故选用相同设备 6 2 2 10kv 侧断路器和隔离开关的选择 1 10kv 侧断路器的选择 kVA KV6300 N S10 1 N U A 4 7363 103 6300 3 1 1 N N N U S I 流过断路器的最大持续工作电流 A 381 927363 7405 1 max I 计算数据表 1 三相短路电流 KA U kV I 3 I 3 I 3 3 ishIsh 3 Imax A 106 926 926 9212 7310 45381 927 29 为了满足计算的各项条件 查 输配电设备手册 选择 LW8 35 型户外六氟化硫 断路器 其技术参数如下 ZN28 10II 系列真空断路器主要技术参数表 型 号 额定 电压 Ue kV 最高工 作电压 kV 额定 电流 Ie A 额定开 断电流 Iekd kA 额定短 路关合 电流 kA 动稳定 电流 峰值 热稳定 电流 峰值 热稳 定时 间 S ZN28 10II10121000205050204 选用的断路器额定电压为 10kV 最高电压 12kV 系统电压 10kV 满足要求 开断电流校验 2 20 kA I 6 92 kA ekdI 开断电流校验合格 动稳定校验 3 额定开关电流 Igmax 381 927 A Ie 1000 A 额定峰值耐受电流 ish 12 73 kA idw 50kA 动稳定校验合格 热稳定校验 4 查短路电流计算曲线数字表得 KA KA 324 7 2 K t I630 4 K t I 30 由于短路电流切除时间Qk 热稳定校验合格 2 10kv 侧隔离开关的选择 主要计算参数同上 为了满足计算的各项条件 查 输配电设备手册 选择隔离开关 GN19 10 1250 其主要技术参数如下 GW5 35IID W 型隔离开关参数表 型号 额定电压 KV 最高工作电 压 kv 额定电流 A 动稳定电流 峰值 kA 4s 热稳 定电流 kA GN19 10 12501011 5125010040 动稳定校验 2 额定开关电流 Igmax 381 927 A Ie 1250 A 额定峰值耐受电流 ish 12 73 kA idw 100kA 31 动稳定校验合格 热稳定校验 3 查短路电流计算曲线数字表得 KA KA 32 71 2 K t I630 7 K t I 由于短路电流切除时间 1 S 导体发热主要由短路电流周期分量和短路电流kt 非周期分量来决定 KA KA 324 7 2 K t I630 4 K t I 由于短路电流切除时间Qk 热稳定校验合格 32 6 3 互感器的选择 6 3 16 3 1 电流互感器的选择电流互感器的选择 电流互感器的选择和配置应按下列条件 型式 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 可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器 对于 35KV 及以上配 电装置 一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器 有条件时 应尽量采 用套管式电流互感器 35kv 侧电流互感器的选择侧电流互感器的选择 1 1 主变 主变 35KV35KV 侧侧电流互感器电流互感器的选择的选择 1 一次回路电压 Un Uns 35kv 2 一次回路电流 A U S II N N N 64 5138 3 4 353 6300 3 4 3 由此可得 初选 LCZ 35Q 型电流互感器 其参数如下表 额定电流比准确级次1S 热稳定倍数动稳定倍数 56002 0 5 In65 R KIn141 D K 3 动稳定校验 1 2 NesshiIK 19 89 满足动稳定要求 chDN iKI66 2552821386 0 22 4 热稳定校验 KA KA 323 2 2 K t I301 3 K t I 33 由于短路电流切除时间 1 S 导体发热主要由短路电流周期分量和短路电流kt 非周期分量来决定 SKAt III Q k tt kk 4 253 60 12 303 123 23107 8 12 10 2 222 22 2 2 p 8 33363 0 87np 222 SKATIQ RW Qk Qp Qnp 4 25 38 32 42 58 KA 2 S 4225165t 222 t SKAI 4225 kA 2 S 42 58 2 SKA 热稳定校验合格 综上所述 所选 LCZ 35Q 满足要求 10KV10KV 侧的电流互感器的选择侧的电流互感器的选择 1 一次回路电压 Un Uns 10kv 2 二次回路电流 A U S II N N N 363 74 3 4 103 6300 3 根据以上两项 同样选择户外独立式电流互感器 LZZQB6 10 其参数如下表 电流互感器技术参数 额定电流 比 准确级次1S 热稳定倍 数 动稳定倍 数 600 5 0 5 10P 44 580 3 动稳定校验 1 2 NesshiIK 满足要求 KAiKI chDN 12 7341 1480 3637022 1 34 4 热稳定校验 4 热稳定校验 KA KA 324 7 2 K t I630 4 K t I 由于短路电流切除时间I30 120 2A 因此满足 发热条件 再查架空线裸导线的最小截面积参数表可以得知 35kv 铝及铝合金的最小截 面积 Amax 35mm2 钢芯铝线的最小截面积 Amax 25mm2 因此 所选的 LGJ 120 型钢 芯铝绞线也满足机械强度要求 查表得到参数 r1 0 27 km X1 0 40 km 0 4825 km 222 1 2 11 40 0 27 0 xrz Z z1 l 0 4825 7 2 6 756 0 484 96 13 756 6 1 B Z Z Z 10kv10kv 母线选择母线选择 10kV 母线长期工作电流 727 48A NN USI3 2 max 103 63002 选用 LMY 120 10 型立放矩形铝母线 长期允许电流为 1680A 母线平放时乘以 0 95 则允许电流为 1596A 满足要求 动稳定校验 10kV 母线固定间距取 l 2000mm 相间距取 a 300mm 母线短路冲击电流 10 45kA 计算母线受到的电动力 即 sh i 135 87kgf1332 88N 1kgf 9 81N 22 1076 1 a l iF sh 22 10 300 2000 0291 3476 1 计算母线受的弯曲力矩 10 Fl M cmkgf 4 2717 10 20087 135 母线水平放置 截面为 100 6mm2 则 b 6mm h 100mm 计算截面系数 即 2 bh167 0 W02 10106 0167 0 2 计算母线最大应力 即 W M a1081 9 20 271 4 P a10 4 2660 4 P cmkgf 20 271 02 10 4 2717 38 小于规定的铝母线极限应力6860 满足动稳定要求 4 10 热稳定要求最小截面 3 min 10 a t C I S 23 57 35102 0 87 92 6 mm 热稳定要求最小截面 选择