长风小区变电站及直流系统设计毕业论文.doc

长风小区变电站及直流系统设计毕业论文目录摘 要IAbstractII第一章 电气主接线方案设计1第一节 主变压器容量、台数及形式的选择1一、概述1二、主变压器台数的选择1三、主变压器容量的选择1四、主变压器型式的选择2第二节 主接线方案的拟定4一、概述4二、主接线的基本形式和要求4三、主接线的接线方式比较5五、电气主接线方案比较9第三节 电气主接线方案确定10一、220kV电压等级10二、110kV电压等级10三、10kV电压等级10第二章 短路电流的计算11第一节 系统等值网络图及标幺值计算11第二节 各点短路电流的计算13一、D1点短路时（220KV侧短路）13二、D2点短路时（110KV侧短路）14三、D3点短路时（10KV侧短路）15第三章 电气设备的选择16第一节 概述16一、一般原则17二、技术条件17第二节 断路器隔离开关的选择18一、概述18二、各电压等级的选择19第二节 电流互感器的选择22一、概论22二、电流互感器的选择规则22第三节 各级电流互感器的选择24第四节 电压互感器的选择规则25第五节 各级电压互感器的选择26第六节 母线的选择30第四章 变电站直流系统的设计33第一节 概述33一、直流系统接线33二、直流系统额定电压33三、蓄电池充电设备选择34第二节 直流馈电网络34第三节 直流系统方案拟定34第四节 直流系统的负荷统计35一、概念35二、直流负荷统计35三、事故负荷计算时间37第五节 直流系统的设备选择38一、常用蓄电池的分类及其特点38二、蓄电池组选择39三、充电装置容量选择41第六节 变电站直流系统运行及注意事项42一、直流系统的运行方式42二、在变电所应注意的几个问题42三、结论43结 论44主要参考文献（资料）45致 谢46附录一：外文翻译4778 第一章 电气主接线方案设计第一节 主变压器容量、台数及形式的选择一、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。它的确定出了依据传递容量等基本原始资料外，还应同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统510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。对重要的变电站，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I类和类负荷的供电；对一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%80%。二、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省会地区220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至110KV及10KV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，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。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。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。三、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，510年规划负荷选择，并适当考虑远期1020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，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期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70%80%。该变电所是按70%全部负荷来选择。因此，本变电站主变容量应满足：S0.7260=182MVA 所以选择容量为180MVA或240MVA的变压器。选用240MVA的变压器虽然在一台主变故障退出运行时可承担全部负荷的90%，却大大提高了一次投资。考虑变压器的事故过负荷能力为40%，即，发生事故时，允许变压器短时过载运行。选用180MVA的变压器，在一台变压器故障退出运行时，另一台主变能承担全部负荷的69%，考虑变压器短时过载运行能力，则一台主变故障时可保证对全部负荷的正常供电。故选择每台主变容量为180MVA。四、主变压器型式的选择（一）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。当选择变压器的相数时，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，位于省会地区，不受运输的条件限制，而应尽量少占用土地，故本次设计的变电所选用三相变压器。（二）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。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。1.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。2.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。主变的型式还要根据经济性、可靠性、安全性等等综合考虑。因此，主变型式在经过经济性方案比较后确定。（三）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，220KV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11.3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。（四）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。玩过110KV及以上电压，变压器三项绕组都采用“Yn”连接，35KV以下高压电压，变压器三项绕组都采用“d”连接。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响因素，主变压器接线组别一般都选用YN,d11常规接线。（五）容量比的选择 由原始资料可知，220KV侧最大输入功率为260MVA。110KV侧最大负荷为260MVA，最小负荷为130MVA。10KV侧最大负荷70MVA，最小负荷25MVA。可见110KV中压侧为主要受功率绕组，而10KV侧主要用于所用电以及无功补偿装置，所以容量比选择为：180/180/60。（六）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：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。(七)主变压器的确定根据设计任务书的要求，该变电站拟安装两台有载调压主变压器，其中一台主变压器退出运行时另一台主变压器承担70%的全部负荷。变电站总容量为260MVA，每台主变压器容量应为2600.7=182MVA；低压侧负荷最大容量为70MVA，每台主变压器低压侧容量应为700.7=49MVA。通过比较自耦变压器与三绕组变压器各自具有的优缺点，并结合设计任务书中要求，主变压器拟采用SFPSZ10-180000/220型强迫油循环风冷三相三绕组有载调压降压变压器，其主要参数如下：容量（MVA）：180/180/60；额定电压（kV）：22081.25%/121/11；短路电压百分值（%）：高压-中压（U1-2%）1214；高压-低压（U1-3%）2224；中压-低压（U2-3%）79；接法：YN yn0 d11。第二节 主接线方案的拟定一、概述主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、互感器和电缆等组成的产生、汇集和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，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、灵活性并对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。电气主接线图一般以单线表示，单线图是表示三相交流电气装置中一相的连接关系。只有局部不对称时，用三线图表示。如有中性线时，在图中用虚线单独表示。二、主接线的基本形式和要求 主接线的基本形式，就是主要设备常用的连接方式，它以电源和出线为主题。分为有汇流母线和无汇流母线两种形式。有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。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。1、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。 （1）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。 （2）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。 （3）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。 节省一次投资：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；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，都采用三相变压器，以简化布置。 电能损耗少：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损失。三、主接线的接线方式比较电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时，为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。1、单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。 图1-1 单母接线单母接线适用于：110200KV配电装置的出线回路数不超过两回，3563KV，配电装置的出线回路数不超过3回，610KV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，故不选择单母接线。2、单母分段用断路器，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，单母分段适用于：110KV220KV配电装置的出线回路数为34回，3563KV配电装置的出线回路数为48回，610KV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。 图1-2 单母分段接线3、单母分段带旁路母线这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 图1-3 单母接线带旁路接线4、桥形接线当只有2台变压器和2跳线路时，宜采用桥形接线。根据桥断路器的位置，可以分为内桥接线和外桥接线。内桥接线在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单；适用于线路较长（相对来说线路故障几率较大）和变压器不需要经常切换的情况。外桥接线适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。桥形接线使用断路器少、布置简单、造价低但可靠性较差 图1-4 内桥接线 图1-5 外桥接线5、双母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。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110K220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110KV220KV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110KV）或5回（220KV）时，一般应装设专用旁路母线。图1-6 双母线接线6、双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。图1-7 双母线分段接线7、旁路母线设置原则110KV及以上高压配电装置中，因电压等级高，输送功率大，送电距离较远，停电影响大，检修时间长，所以不允许因检修断路器而长期停电，故需设置旁路母线。当110KV出线在6回以上、220KV出线在4回以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。在一下情况下，可不设置旁路设施。当系统条件允许断路器停电检修时（如双回路供电的负荷）当接线允许断路器停电检修时（每条回路有两台断路器供电，与角形、一台半断路器接线等）；中小型水电站枯水季节允许停电检修出线断路器时。采用高可靠性的六氟化硫断路器及全封闭组合电器时。随着高压配电装置广泛采用六氟化硫断路器及国产断路器、隔离开关的质量逐步提高，同时系统备用容量的增加、电网结构趋于合理与联系紧密、保护双重化的完善以及设备检修逐步由计划检修向状态检修过度，为简化接线，总的趋势将逐步取消旁路设施。四、 本变电所主接线方案的拟定本变电站是为地区人口约150万，有大量工业和商业企业的集中地区供电的枢纽站。供电对象为包括政府、学校、医院、企业和军事部门等重要用户。要求供电可靠高质量。故不能采用单母接线、桥形接线等可靠性较低的接线方式。考虑到我国经济正在飞速发展时期，用电负荷与日俱增，变电站在设计时必须考虑到扩建的可能性，故不采用多角形接线方式。220KV侧，由于进线仅两回。拟采用双母接线或四角形接线。110KV侧，为保证对重要企业、军事部门的供电可靠性。采用可靠性较高的双母接线方式或单母分段接线方式。10KV侧，由于供电对象为包括企业、学校、医院的重要一类负荷，对供电质量有很高的要求，而且要保证其可扩建性，综合考虑，采用单母分段带旁路的接线方式。因此，拟定采用如下两种主接线方案：1、220kV电压等级该电压等级配电网络连接着变电站的电源端，供电的可靠性十分重要。鉴于该侧共有两回进线并连接两台主变压器高压侧，可以考虑采用供电可靠性较高的双母线接线或一台半接线。2、110kV电压等级该电压等级配电网络承担着为本站主要负荷供电的任务（110kV负荷最大为本占全容量），共有四回出线，室外布置，应在保证供电可靠性的同时，采用简洁的接线方式，以减少土地占用量，节约建设投资。可以考虑采用双母线接线或单母线分段接线，以减小故障停电范围。3、10kV电压等级该电压等级配电网络通常采用室内布置，出线回路数较多（七回出线与两回备用线），为了缩小故障停电的影响范围，宜采用带有分段的接线形式。本设计中考虑采用单母线分段接线。表1-1列出了变电站电气主接线拟采用的两种方案。表1-1 长风小区220kV变电站电气主接线备选方案项 目方案A方案B220kV电压等级双母线接线一台半断路器接线110kV电压等级双母线接线单母线分段接线10kV电压等级单母分段接线单母线分段接线主变压器三绕组变压器自耦变压器五、电气主接线方案比较从主接线的可靠性、灵活性和经济性对方案A方案B做定性比较。1、220kV电压等级方案一优点：有两组母线，可以互为备用，供电可靠性较高；各电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；扩建方便，向左右任何方向扩建均不会影响两组母线的电源和负荷自由分配，在施工中不会造成原有回路停电。缺点：所使用设备数量较多，占地面积较大，建设成本较高。方案二优点：它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多。缺点：但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。2、110kV电压等级方案一优点及缺点与220kV电压等级方案A相同，故不再赘述。方案二优点：接线简单，操作方便，占用土地面积小，建设成本低。缺点：可靠性较方案A差，一组母线发生故障将导致与该组母线连接的所有负荷回路断电，将对单回路供电负荷造成很大影响。3、10kV电压等级方案一优点：具有双母线接线的各种优点，并且任何时候都有备用母线，可靠性和灵活性较高。缺点：使用断路器数量较多，配电装置投资较大。方案二优缺点同上第三节 电气主接线方案确定在对方按A与方案B从可靠性、灵活性和经济性各方面进行比较后，确定变电站电气主接线方案。一、220kV电压等级拟采用双母线接线，正常运行时两组母线同时工作，各连接一回路进线和主变压器；当单回线路容量足够大时，也可以采取单回路供电方式，另一回路和母线备用。为了限制短路电流，便于选择价格较低廉的电气设备，母联断路器应断开。二、110kV电压等级拟采用双母线接线，正常运行时两组母线同时工作；一组母线发生故障时，可将该母线所带重要负荷移至另一母线上。为了限制短路电流，便于选择价格较低廉的电气设备，母联断路器应断开三、10kV电压等级拟采用双母线分段接线。正常运行时分段断路器断开，用于限制变电站内部故障及馈线故障时的短路电流，以便选用轻型断路器。当在220kV及110kV电压等级配电装置中使用高可靠性的六氟化硫（SF6）断路器及全封闭组合电器（GIS）时，可以不设置旁路母线。这样做虽然会增加断路器的投资，但在保障供电可靠性的前提下，减少了母线设施及其占用土地面积，降低了建设和运行维护成本。10kV配电装置采用手车式成套开关柜时，可不设旁路设施。 所以主接线设计图可设计为图1-8 图1-8第二章 短路电流的计算 第一节 系统等值网络图及标幺值计算将系统简化后为图2-1系统简化图220KV侧系统容量为3000MW，功率因数取为cos=0.95，则容量为=30000.95=3157.89MVA。选取基准容量为=3000MVA，为各级电压平均值（230，115，10.5KV)根据题意，所给出的1号线和2号线的参数均是1、2号线路全长的电阻、电抗值，而不是每公里的电阻电抗值，无需再乘以线路长度。故：1 号线X=4.60 R=0.742号线X=4.42 R=1.01归算到=3000MVA下的标么值为X1= Z1=4.6=0.264X2= Z2=4.42=0.257计算变压器各绕组电抗标么值阻抗电压百分数高中高低中低14239各绕组等值电抗计算：=14% ， =23% ， =9%高、中、低压侧各绕组短路电压为=（）=（14239）%=14%=（）=（14923）%=0=（）=（23914）%=9%变压器各绕组等值电抗标么值为：=第二节 各点短路电流的计算一、D1点短路时（220KV侧短路） 图2-2. 220kV系统图10KV侧无法向短路点提供短路电流，可略去不计。当断路器外侧短路时，由110KV侧提供的短路电流显然远小于断路器内侧短路时由220KV侧提供的短路电流。220KV分裂运行故等值电路可画为下图：图2-3 化简图 计算电抗X1js=0.257=2.70查运算曲线可知, =3.89t=2s时 =3.95t=4s时 =3.95则点短路电流标么值为I=3.89=29.945KAI= I=3.953=30.41KA短路冲击电流I=（1.81.9）I=1.829.954=76.25KA二、D2点短路时（110KV侧短路）图2-4 110kV系统图10KV侧无法向短路点提供短路电流，可略去不计110KV分裂运行故等值电路可画为下图：等值电路可画为下图： 图2-5 化简图 =+=0.257+2.25=2.507X2js=2.507则点短路电流标么值为t=2s时 =0.40t=4s时 =0.40短路电流有名值：I= I=0.40=6.02KA短路冲击电流I=（1.81.9）I=1.86.01=15.29KA三、D3点短路时（10KV侧短路）图2-6 10kV系统图10KV分裂运行故等值电路可画为下图 图2-7 化简图 则点短路电流标么值为t=2s时 =0.245t=4s时 =0.245短路电流有名值：短路冲击电流I=（1.81.9）I=1.840.41=102.86KA第三章 电气设备的选择第一节 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。一、一般原则(一)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；(二)应按当地环境条件校核；(三)应力求技术先进和经济合理；(四)选择导体时应尽量减少品种；(五)扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；(六)选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。二、技术条件(一)按正常工作条件选择导体和电气1.电压：所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax即 VymaxVgmax一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Vgmax一般不超过1.1Ve。2.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Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax即 IyIgmax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Igmax = 1.05Ie（Ie为电器额定电流）。3.按当地环境条件校核当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q 0不等时，其长期允许电流Iy Q可按下式修正Iy Q = Iy = Kiy基中K 修正系数Q y导体或电气设备正常发热允许最高温度我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。= 40，裸导体的额定环境温度为+25。(二)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。1.短路热稳定校验 QdQr满足热稳定条件为 Ir2tdzIr2tQd 短路电流产生的热效应Qr 短路时导体和电器允许的热效应Ir t秒内允许通过的短时热电流验算热稳定所用的计算时间：tdz = tb+toLtb 断电保护动作时间110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间toL 相应断路器的全开断时间2.短路的动稳定校验满足动稳定条件为： ichidf IchIdfIch 短路冲击直流峰值 （KA）Ich 短路冲击电流有效值 （KA）idf、Idf 电器允许的极限通过电流峰值及有效值（KA）第二节 断路器隔离开关的选择一、概述变电所中，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35220KV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。(一) 按开断电流选择高压断路器的额定开断电流Iekd应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值Ie(td)即：IekdIz（KA）Iekd 高压断路器额定开断电流（KA）Iz 短路电流的有效值（KA）(二) 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ieg 不应小于短路电流最大冲击值。即：iegicj 或 idwicjieg 断路器额定关合电流idw 额定动稳定电流icj 短路冲击电流(三) 关于开合时间的选择对于110KV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于0.04 0.06s。其选择具体过程见计算说明书隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。隔离开关的配置：断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设12组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。二、各电压等级的选择(一) 220KV侧合理运行方式下，最大持续工作电流I=484.97A最大冲击电流I=76.25KA短路电流计算时间取为4s周期分量热效应：Q=(I+10I+I)t =(29.945+1030.41+30.41) =3689.71(KAS)因为t1s，故不计非周期分量热效应根据U、I及安装在屋外的要求，查电力工程设计手册可初步选出表3-1 断路器、隔离开关选择结果表断路器选择比较结果 隔离开关选择比较结果计算数据LW1-220/2000计算数据GW4-220/1250220KV220KV220KV220KV484.97A2000A484.97A125029.954KA31.5KA29.954KA76.25KA80KA76.25KA3689.71=31.54=39693689.71=31.54=396976.25KA=80KA76.25KA=80KA(二) 110KV侧合理运行方式下，最大持续工作电流I=948.86A最大冲击电流I=15.29KA短路电流计算时间取为4s周期分量热效应：Q=(I+10I+I)t =(6.01+106.02+6.02) = 144.48(KAS)因为t1s，故不计非周期分量热效应根据U、I及安装在屋外的要求，查电力工程设计手册可初步选出表3-2 断路器、隔离开关选择结果表断路器选择比较结果隔离开关选择比较结果计算数据SW4-110/1250计算数据GW5-110/1250110KV110KV110KV110KV948.86A1000A948.86A12506.01KA18.4KA6.01KA15.29KA55KA15.29KA134.44=2124=1764134.44=2024=160015.29KA=55KA15.29KA=50KA（三） 10KV侧合理运行方式下，最大持续工作电流I=4330.13A最大冲击电流I=102.86KA短路电流计算时间取为4s周期分量热效应：Q=(I+10I+I)t =(40.41+1040.41+40.41) = 144.48(KAS)因为t1s，故不计非周期分量热效应根据U、I及安装在屋外的要求，查电力工程设计手册可初步选出表3-3 断路器、隔离开关选择结果表断路器选择比较结果隔离开关选择比较结果计算数据VS1-12/T4000-50计算数据GN10-10T/500010KV10KV10KV10KV4330.13A5000A4330.13A500040.41KA105KA40.41KA102.86KA300KA102.86KA6001.02=12024=576006001.02=10024=40000102.86KA=300KA102.86KA=200KA第二节 电流互感器的选择一、概论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，其作用有：1. 将一次回路的高电压和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，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。电流互感器的特点：1. 一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2. 电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电压互感器的特点：1. 容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；2. 二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。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、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2. 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点；3. 对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；4. 6220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5. 当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。二、电流互感器的选择规则1. 电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流I1与-I2在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。2. 电流互感器10%误差曲线：是对保护级（BlQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过-10%。电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗Z2f关系曲线。3. 额定容量为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。即：Se2 S2 = Ie22z2f z2f = Vy + Vj + Vd + Vc（） Vy 测量仪表电流线圈电阻