35KV企业变电所电气一次设计毕业论文.doc

1 35KV35KV 企业变电所电气一次设计毕业企业变电所电气一次设计毕业 论文论文 目 录 原始资料分析原始资料分析 6 7 第一章第一章 主接线的选择主接线的选择 8 1 11 1 主接线的设计原则和要求主接线的设计原则和要求 9 1 21 2 主接线的拟定主接线的拟定 10 11 12 13 1 31 3 主接线的比较与选定主接线的比较与选定 13 1 3 1 技术比较 13 14 15 16 1 3 2 经济比较 1617 18 19 1 41 4 所用电的设计所用电的设计 19 1 4 1 所用电设的要求设计 19 20 21 第二章第二章 变压器的选择变压器的选择 21 2 12 1 主变的选择主变的选择 21 2 1 1 变电站变压器台数的选择原则 21 22 2 1 2 变电站主变压器台数的确定 22 2 1 3 变电所主变压器容量的确定原则 22 23 2 1 4 待设计变电所主变压器容量的计算和确定 23 24 2 1 5 主变压器绕组数的确定 24 2 1 6 主变压器相数的确定 24 2 2 1 7 主变压器调压方式的确定 24 2 1 8 主变压器绕组连接组别的确定 24 25 2 1 9 主变压器冷却方式的选择 25 26 2 22 2 所用变的选择所用变的选择 27 2 2 1 所用变台数的选择 27 2 2 2 所用变容量的选择 27 28 29 第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算 29 3 13 1 短路的基本知识短路的基本知识 29 30 3 23 2 计算短路电流的目的计算短路电流的目的 30 31 32 3 33 3 短路电流实用计算的基本假设短路电流实用计算的基本假设 32 33 3 43 4 短路电流的计算步骤短路电流的计算步骤 33 34 35 36 37 28 第四章第四章 设备的选择与校验设备的选择与校验 38 4 14 1 电气选择的一般条件电气选择的一般条件 38 4 1 1 按正常工作条件选择导体和电器 38 39 40 41 4 1 2 按短路情况校验 41 42 4 24 2 高压断路器的选择及校验高压断路器的选择及校验 42 4 2 1 对高压断路器的基本要求 42 43 4 2 2 额定电流的计算 43 44 4 2 3 高压断路器的选择结果及校验 44 45 46 47 48 49 50 51 4 2 4 高压熔断器的选择及校验 51 52 53 54 55 56 4 34 3 进线与出线的选择与校验进线与出线的选择与校验 56 57 58 4 3 1 35 kV 架空线路的选择与校验 58 59 60 3 4 3 2 10 kV 电缆的选择与校验 60 61 4 44 4 互感器的选择与配置互感器的选择与配置 61 4 4 1 电流互感器的选择 61 62 63 4 4 2 电压互感器的选择 63 64 4 4 3 互感器的配置 64 65 第五章第五章 补偿装置补偿装置 65 5 15 1 补偿装置的种类和作用补偿装置的种类和作用 65 67 68 5 25 2 并联电容器容量的计算并联电容器容量的计算 68 69 5 35 3 并联电容器装置容量选择和主要要求 并联电容器装置容量选择和主要要求 69 70 第六章第六章 变电站接地与防雷的设计变电站接地与防雷的设计 70 6 16 1 防雷保护的必要防雷保护的必要 70 6 26 2 变电所中可能出现大气过电压的种类变电所中可能出现大气过电压的种类 70 71 6 46 4 避雷针高度的确定避雷针高度的确定 72 73 74 6 56 5 变电所入侵波的保护变电所入侵波的保护 74 75 76 77 6 66 6 接地体和接地网的设计接地体和接地网的设计 77 78 第七章第七章 继电保护的配置继电保护的配置 78 7 17 1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 78 79 80 7 27 2 输电线路的保护配置输电线路的保护配置 80 81 7 2 1 相间短路保护的配置 81 82 7 2 2 过负荷保护的配置 82 7 2 3 单相接地保护 82 83 7 2 4 输电线路的保护配置结果 83 4 7 37 3 变压器的保护变压器的保护 83 84 85 86 7 47 4 母线保护母线保护 86 87 7 5 1 备用电源自动投入装置的含义和作用 87 88 7 5 2 自动重合闸装置 88 89 参考文献参考文献 90 致致谢谢 91 附附 图 主接线图 主接线 图图 92 92 平面平面 图图 93 93 断面断面 图图 94 94 5 原始资料分析原始资料分析 一 设计任务 35KV 企业变电所电气一次设计 二 待建变电所基本资料 1 某企业为保证供电需要 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 距离本变电所 6KM 处有一系统变电所 用 35KV 双回架空线路向 待设计的变电所供电 在最大运行方式下 待设计变电所高压 母线上的短路功率为 1000MVA 3 待设计变电所 10KV 侧无电源 考虑以后装设两组电容器 提高 6 功率因数 故要求预留两个间隔 4 本变电所 10KV 母线到各车间均用电缆供电 其中一车间和二车 间为 类负荷 其余为 类负荷 Tmax 4000h 各馈线负荷如 下表所示 序号车间名称 有功功率 KW 无功功率 KVAR 1 一车间 1040470 2 二车间 740490 3 机加工车间 818560 4 装配车间 1000495 5 锻工车间 925280 6 高压站 1360310 7 高压泵房 730504 8 其他 935680 5 所用电的主要负荷如下表所示 序 号 设备名称 额定容量 KW 功率因 数 台数 1 主充电机 190 881 2 浮充电机 4 10 851 3 蓄电池室通风 3 00 881 7 4 屋内配电装置通风 1 50 792 5 交流电焊机 100 51 6 检修试验用电 12 50 81 7 载波 0 950 691 8 照明负荷 14 5 9 生活用电 11 6 环境条件 当地海拔高度 507 4m 年雷电日 36 9 个 空气质量优良 无污染 历年平均最高气温 29 9 土壤电阻率 500 m 第一章第一章 主接线的选择主接线的选择 1 11 1 主接线的设计原则和要求主接线的设计原则和要求 发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠 经济运行 的关键 是电气设备布置 选择 自动化水平和二次回路设计的原 则和基础 电气主接线的设计原则 应根据发电厂和变电所所在电力系统的地位和作用 首先应满 足电力系统的可靠运行和经济调度的要求 根据规则容量 本期建 设规模 输送电压等级 进出线回路数 供电负荷的重要性 保证 供需平衡 电力系统线路容量 电气设备性能和周围环境及自动化 8 规则与要求等条件确定 应满足可靠性 灵活性和经济型的要求 电气主接线的主要要求 1 可靠性 可靠性的客观衡量标准时运行实践主接线的可靠性 是其组合元件 包括一次不分和二次部分 在运行中可靠性的综 合 因此要考虑一次设备和二次部分的故障及其对供电的影响 衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是 1 断路器检修时 是否影响供电 停电的范围和时间 2 线路 断路器或母线故障以及母线检修时 停电出线回路数的 多少和停电时间长短 能否保证对重要用户的不间断供电 3 发电厂 变电所全部停电的可能性 2 灵活性 投切发电机 变压器 线路断路器的操作要可靠方 便 调度灵活 电气主接线的灵活性要求有以下几方面 1 调度灵活 操作方便 应能灵活地投切某些元件 调配电源和 负荷能满足系统在事故 检修及特殊运行方式下的调整要求 2 检修安全 应能容易地从初期过渡到最终接线 并在扩建过渡 时使一次和二次设备等所需的改造最少 3 控制 保护方式不过于复杂 以利于运行并节约二次设备和 电缆投资 要适当限制经济型 通过优化比选 应尽力做到投资 省 占地面积小 电能损耗少 在满足技术要求的前提下 要做 9 到经济合理 1 投资省 电气主接线应简单清晰 以节省断路器 隔离开关等 一次设备投资 要使短路电流 一边选择价格合理的电气设备 2 占地面积小 电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件 以便节约地和节省架构 导线 绝缘小及安装费用 在运输调 节许可的地方都应采用三相变压器 3 电能损耗少 经济合理的选择变压器的型式 容量和台数 避 免因两次变压而增加投资 1 21 2 主接线的拟定主接线的拟定 待设计变压所为一座 35KV 降压变电所 以 10KV 电缆线各车间 供电 距改变电所 6KM 处有一系统变电所 用 35KV 双回架空线向待 设计的变电所供电 在最大运行方式下 待设计变电所高压母线上 的短路功率为 1000MVA 待设计变电所的高压部分为二进二出回路 为减少断路器数量及缩小占地面积 可采用内桥接线和外桥接线 变电所的低压部分为二进八处回路 同时考虑以后装设两组电容量 要预留两个出线间隔 故 10KV 回路应至少设有 10 回出线 其中 一车间和二车间为 类负荷 其余为 类负荷 其主接线可采用单 母不分段接线 单母分段接线和单母分段带旁路接线 综上所述 该变电所的主接线形式初步拟定为 6 种 如下图 2 1 所示 10 图 2 1 a 方案一 图 2 1 b 方案二 11 图 2 1 c 方案三 12 图 2 1 d 方案四 图 2 1 e 方案五 13 图 2 1 f 方案六 1 31 3 主接线的比较与选定主接线的比较与选定 1 3 1 技术比较 1 内桥线路的特点 1 线路操作方便 2 正常运行时变压器操作复杂 3 桥回路故障或检修时全厂分列为两部分 使两个单元间失去联 系 内桥接线试用于两回进线两回出线且线路较长 故障可能性较大和 变压器不需要经常切换运行方式的发电厂和变电站中 2 外桥接线的特点 1 变压器操作方便 2 线路投入与切除时 操作复杂 3 桥回路故障或检修时全厂分列为两部分 使两个单元之间失去 联系 外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性小和 14 变压器需要经常切换 且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中 待设变电所 35KV 回路进线为 6KM 进线较长 且没有穿越功率通过 正常运行时两台变压器不需要经常切换 经比较 内桥接线的线路 投入与切除操作方便 故以上 6 种设计方案中 方案一 方案二和 方案三为优 3 单母线不分段接线的特点 接线简单 清晰 设备少 操作方便 投资少 便于扩建 但 其不够灵活可靠 接到母线上任一元件故障时 均使整个配电装置 停电 4 单母线分段接线的特点 单母线分段接线也比较简单 清晰 当母线发生故障时 仅故 障母线段停止工作 另一段母线仍继续工作 两段母线可看成是两 个独立的电源 挺高了供电可靠性 可对重要用户供电 当一段母 线故障或检修时 必须断开接在该段母线上的所有支路 使之停止 工作 任一支断路器检修时 该支路必须停止工作 5 单母线分段带旁路接线的特点 在母线引出各元件的断路器 保护装置需停电检修时 通过旁 路木母线由旁路断路器及其保护代替 而引出元件可不停电 加旁 路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电的问题 提高了供 15 电的可靠性 但也带来了一些负面影响 a 旁路母线 旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关 增加了 配电装置的设备 增加了占地 也增加了工程投资 b 旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂 容易产生误 操作 酿成事故 c 保护及二次回路接线复杂 d 用旁路代替个回路断路器的倒闸操作 需要人来完成 因此 带旁路母线的界限不利于实现变电所的无人值班 方案一种采用单母线不分段接线 虽然简单灵活 但其可靠性 不高 当接到母线上任一元件公章时 均使整个配电装置停电 且 带设变电所的符合均为 类 类中药符合 因此方案一种的单母 线不分段接线不能满足 类 类负荷供电可靠性的要求 方案二与方案三中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两 个独立的电源 提高了供电的可靠性 为了确保当任何一路电源发 生故障或检修时 都不回中断对重要用户 类负荷的用电 可分别 在每段母线上都设有一车间与二车间的出现间隔 方案二与方案三 的可靠性都较高 加设旁路母线的方案三可使出现线路上断路器故 障或检修时 通过旁路母线使用电不用中断 相比之下 方案三的 供电可靠性要比方案二高 但由于加设旁路母线也带来了倒闸操作 复杂等负面影响 即方案三灵活性要低于方案二 为最终确定带设 变电所的主接线方式 下面对方案二与方案三进行经济比较 16 1 3 2 经济比较 1 综合投资比较 100 1 0 a ZZ 该变电所为 35KV 等级 故不明显的附加费用比例系数 a 取 100 0 2ZZ 式中包括变压器 开关设备 配电装置等设备的费用 由式子 0 Z 可知 综合投资与成正比 0 Z 方案三语方案二相比 方案三多设了一条 10KV 母线 1 台旁路母联 断路器及隔离开关 即方案三中的大于方案二中的 故方案二 0 Z 0 Z 的综合投资 Z 小于方案三的综合投资 Z 2 年运行费用 U 的比较 AZ UUU 式中为折旧费 为损耗费 Z U A U CZUZ 式中 C 为折旧维护检修费 对主变及配电装置可取 8 10 对水泥 杆线路可取 5 对铁塔线路可取 4 故与 Z 成正比 Z U A A U 式中为电能电价 常数 17 双绕组主变的年电能损耗 2 0 e m K S S PtPn A 该变电所采用 2 台主变 故 n 2 式中为主变压器的空载损耗和短路损耗 0 P t 为变压器年运行小时数 为变压器的额定容量 为变压器持续最大负荷 e S m S 为最大负荷年损耗小时数 决定于最大负荷年利用小时数 T 与平 均功率因数 COS 由于方案二与方案三都选用同样两台型号相同的主变 故主变的年 电能损耗相同 架空输电线路的年电能损耗 LKPm A 式中为通过线路的最大持续功率 L 为线路长度 K 为线路有功损 m P 耗系数 方案二与方案三中都从距变电所 6KM 处的系统变电所用 35KV 双回架空线路向带设变电所供电 故其 L K 相同 即架空 m P 输电线路的年电能损耗相同 由于 U Z U A U 当损耗费用相同时 大的年运行费高 故方案二与方案三相 Z U 比 方案二的经济性较优 而且近年来 系统的发展 电力系统接 线的可靠性有了较大提高 220KV 以下电网建设的目标是逐步实现 N 1 或 N 2 的配置 这样有计划地进行设备检修 不会对用户的供 电产生影响 不需要通过旁路断路器来代替检修断路器 由于设备 18 制造水平的提高 高质量的断路器不断出现 例如现在广泛采用的 SF6 断路器 真空断路器 运行可靠性大幅度提高 使旁路母线的 使用几率也在逐年下降 由于现今的变电站都有向无人值班方式设 计趋势 旁路母线给无人值班带来不便 故新建工程中基本上不再 采用带旁路母线的接线方式 所以经综合分析比较后 最终确定方 案二为该变电所的电气主接线方式 即 35KV 高压部分采用内桥接线 10KV 低压部分采用单母分段接线方式 如下图所示 图 2 2 1 41 4 所用电的设计所用电的设计 1 4 1 所用电设的要求计 变电所用电系统设计和设备选择 直接关系到变电所的安全运行和 设备的可靠 19 最近几年设计的变电所大都不采用蓄电池作为直流电源 而是广泛 采用晶闸管整流或复式整流装置取得直流电源 这就要求交流所用 电源可靠连续 电压稳定 因此要求有两个电源 其电源的引入方 式有内接和外接两种 其接入方式有三种 如下图 2 3 所示 图图 2 3 a 图图 2 3 b 20 图图 2 3 c 其中图图 2 3 a 两台所用变均从外部电源引进 其供电可靠性 最高 但由于接入电源电压较高 35KV 投资成本也较大 图 2 3 c 的所用变投资成本最低但其可靠性较低 图图 2 3 b 的所用 电源接入形式 当该变电站的两台主变压器都发生故障时 一号所 用变又外不电源接入 可以保证变电所的所用电正常 其成本投资 低于图图 2 3 a 是在保证了可靠性的前提下最优经济方案 因此 本变电所的所用变接线形式如图图 2 3 b 所示 第二章第二章 变压器的选择变压器的选择 2 12 1 主变的选择主变的选择 21 2 1 1 变电站变压器台数的选择原则 1 对于只供给二类 三类负荷的变电站 原则上只装设一台变压 器 2 对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站 应选用两台两台相同容量的主变压器 每台变压器的容量应满足一 台变压器停运后 另一台变压器能供给全部一类负荷 在无法确定 一类负荷所占比重时 每台变压器的容量可按计算负荷的 70 80 选择 3 对大城市郊区的一次变电站 如果中 低压侧已构成环网的情 况下 变电站以装设两台为宜 对地区性孤立的一次变电站 在设 计时应考虑装设三台主变的可能性 对于规划只装两台主变的变电 站 其变压器的基础宜按大于变压器容量的 1 2 级设计 2 1 2 变电站主变压器台数的确定 待设计变电站由 6KM 处的系统变电所用 35KV 双回架空线路供电 以 10KV 电缆供各车间供电 该变电所的一车间和二车间为 类负荷 其余的为 类负荷 类负荷要求有很高的供电可靠性 对于 类 用户通常应设置两路以上相互独立的电源供电 同时 类负荷也要 求有较高的供电可靠性 由选择原则的第 2 点结合待设计变电站的 实际情况 为提高对用户的供电可靠性 确定该变电站选用两台相 同容量的主变压器 22 2 1 3 变电所主变压器容量的确定原则 1 按变电所建成后 5 10 年的规划负荷选择 并适当考虑 10 20 年的负荷发展 2 对重要变电所 应考虑一台主要变压器停运后 其余变压器在 计算过负荷能力及允许时间内 满足 类负荷的供电 对一般 性变电所 一台主变压器停运后 其余变压器应能满足全部供电负 荷的 70 80 2 1 4 待设计变电所主变压器容量的计算和确定 变电所主变的容量是由供电负荷 综合最大负荷 决定的 3910700530320300500580500480 7740950750140095010008507401100 KWQ KWP 867139107740 2222 KVAQPS 每台变压器的容量按计算负荷的 80 选择 KVA 6937 808671 80 SST 经查表选择变压器的型号为 SZ9 8000 35 即额定容量为 8000 因为 即选择变压器的容量KVA 92 100 8671 8000 S SN 80 满足要求 2 1 5 主变压器绕组数的确定 23 国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式 三绕组式 自耦式以及低压绕组分裂式等变压器 待设计变电所有 35KV 10KV 两个电压等级且是一座降压变电所 宜选用双绕组普通 式变压器 2 1 6 主变压器相数的确定 在 330KV 及以下电力系统中 一般都应选用三相变压器 因为 单相变压器组相对来说投资大 占地多 运行规模也较大 同时配 电装置结构复杂 也增加了维修工作量 待设计变电所谓 35KV 降压 变电所 在满足供电可靠性的前提下 为减少投资 故选用三项变 压器 2 1 7 主变压器调压方式的确定 为了确保变电所供电量 电压必须维持在允许范围内 通过变 压器的分接头开关切换 改变变压器高压侧绕组匝数 从而改变其 变比 实现电压调整 切换方式有两种 不带电切换 称为无励磁 调压 调整范围通常在 2 2 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 但其结构较复杂 价格较贵 由于 待设计变电所的符合均为 类重要负荷 为确保供电质量 有 较大的调整范围 我们选用有载调压方式 2 1 8 主变压器绕组连接组别的确定 24 变压器的连接组别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和三角形两种 因此 对于三相双绕组变压器的高压侧 110KV 及以上电压等级 三相绕 组都采用 YN 连接 35KV 及以下采用 Y 连接 对于三相双绕 组变压器的低压侧 三相绕组采用 d 连接 若低电压侧电压等级 为 380 220V 则三相绕组采用 yn 连接 在变电所中 为了限制 三次谐波 我们选用 Ynd11 常规连接的变压器连接组别 2 1 9 主变压器冷却方式的选择 电力变压器的冷却方式 随其型号和容量不同而异 一般有以 下几种类型 1 自然风冷却 一般适用于 7500KVR 一下小容量变压器 为使热 量散发到空气中 装有片状或管型辐射式冷却器 以增大油箱 冷却面积 2 强迫油循环水冷却 对于大容量变压器 单方面加强表面冷却 还打不到预期的冷却效果 故采用潜油泵强迫油循环 让水对 油管道进行冷却 把变压器中热量带走 在水源充足的条件下 采用这种冷却方式极为有利散热效率高 节省材料 减少变压 器本体尺寸 但要一套水冷却系统和有关附件且对冷却器的密 封性能要求较高 即使只有极微量的水渗入油中 也会严重地 影响油的绝缘性能 故油压应高于水压 0 1 0 15Mpa 以免 水渗入油中 25 3 强迫空气冷却 又简称风冷式 容量大于等于 8000KVA 的变压 器 在绝缘允许的油箱尺寸下 即使有辐射器的散热装置仍达 不到要求时 常采用人工风冷 在辐射器管间加装数台电动风 扇 用风吹冷却器 使油迅速冷却 加速热量散出 风扇的启 停可以自动控制 亦可人工操作 4 强迫油循环导向风冷却 近年来大型变压器都采用这种冷却方 式 它是利用潜油泵将冷油压入线圈之间 线饼之间和铁芯的 油管中 使铁芯和绕组中的热量直接由具有一定流速的油带走 二变压器上层热油用潜油泵抽出 经过水冷却器冷却后 再由 潜油泵注入变压器油箱底部 构成变压器的油循环 5 强迫油循环风冷却 其原理与强迫油循环水冷相同 6 水内冷变压器 变压器绕组用空心导体制成 在运行中将纯水 注入空心绕组中 借助水的不断循环将变压器中热量带走 但 水系统比较复杂且变压器价格比较高 待设计变电所主变的容量为 8000KVA 为使主变的冷却方式既 能达到预期的冷却效果 有简单 经济 我们选用强迫空气冷 却 简称风冷却 综表表 2 12 1 变压器型号 额定容 量 KVA 额定电 压 KV 连 接组 损耗 KW 阻抗 电压 空载 电流 26 高 压 低 压 标号 空 载 负载 SZ9 8000 35 8000 3 5 10 5 Ynd1 1 9 8 4 42 7 5 7 50 9 2 22 2 所用变的选择所用变的选择 目前可供选择的所用变压器的型式有油浸式和干式两种 后者 又分为普通干式和环氧树脂浇注式等 三种变压器作为自用变各具 有特点 油浸式的特点是过载能力强 屋内外均可布置 维修简便 价格便宜 但由于采用油为绝缘和冷却介质 屋内外必须要有防火 防爆小间 同时检修 维护复杂 干式变压器的特点是无油 防火 性能较好 布置简单 可就近布置在中压开关柜附近 缩短了电缆 长度并提高供电可靠性 还可节省间隔及土建费用 但过载能力低 绝缘余度小 在有架空线路直接连接的场合不宜使用 一面遭受感 应雷过电压 环氧树脂浇注式的特点是具有一定的防尘耐潮和难燃 的优点 比普通干式变更佳 但价格相对昂贵 随着干式变压器生 产技术的不断进步 已能生产出散热性能更好 体积小 过载能力 大的干式变压器 由于油浸式变压器屋内布置需要防火防爆小间 且要考虑通风 散热以及事故排油设施 因此 待设计变电所采用干式变压器 2 2 1 所用变台数的选择 27 待设计的变电所中采用 2 台所用变 且分别接在两个独立引接 点 正常运行时各分担一半的自用负荷 当其中一个电源停电或发 生故障时 由另一台所用变担负全部自用负荷 2 2 2 所用变容量的选择 所用变压器负荷计算采用换算系数法 不经常短时及不经常断 续运行的负荷均可不列入计算负荷 当有备用所用变压器时 其容 量应与工作变压器相同 所用变压器容量按下式计算 S K1 P1 P2 式中 S 所用变压器容量 KVA P1 所用动力负荷之和 KW K1 所用动力负荷换算系数 一般取 K1 0 85 上得该变电所的主变型号及相关参数如下表 1 1 所示 P2 电热及照明负荷之和 KW 经分析 我们把所用电的主要负荷中 主充电机 浮充电机 蓄电池室通风 屋内配电装置通风归为动力负荷 把交流电焊机 检修实验用电 载波 照明负荷和生活用电归为电热及照明负荷 则 28 5 3025 10 35 420 1 KWP 95 5112 0 1595 0 0 1311 2 KWP KVA 88 7795 5185 0 5 30 211 PPKS 由以上数据查表得选择所用变的型号及相关参数如下表 1 2 所示 表表 2 22 2 额定电压 kV 损耗 KW 型号 高压低压 额定容 量 KVA 连接 组别 空载负载 阻抗 电压 空 载 电 流 S9 100 35 535 0 4100Yyn00 32 036 5 2 1 S910 50 480Yyn00 241 254 0 1 8 第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算 3 13 1 短路的基本知识短路的基本知识 电力系统正常运行方式的破坏多数是由于短路故障引起的 系 统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流 其数值 可达几万甚至几十万安 因此 在变电所设计中必须全面地考虑短 29 路故障各种影响 变电所中各种电器设备必须能承受短路电流的作用 不致因过热或 电动力的影响而损坏 例如 断路器必须能断开可能通过的最大短 路电流 电流互感器应有足够的过电流倍数 母线效验短路时要承 受最大应力 接地装置的选择也与短路电流的大小有关等 短路电流的大小也是比较主接线方案 分析运行方式时必须考 虑的因素 系统短路时还会出现电压降低 靠近短路点处尤为严重 这将直接危害用户供电的安全性及可靠性 为限制故障范围 保护 设备安全 继电保护装置必须整定在主回路通过短路电流的准确动 作 由于上述原因 短路电流计算称谓变电所电气部分设计的基础 选 择电气设备时通常用三相短路电流 效验继电保护动作灵敏度时用 两相短路 单相短路电流或单相接地电流 工程设计主要计算三相 短路电流 3 23 2 计算短路电流的目的计算短路电流的目的 短路故障对电力系统的正常运行影响很大 所造成的后果也十 分严重 因此在系统的设计 设备的选择以及系统运行中 都应该 着眼于防止短路故障的发生 以及在短路故障发生后腰尽量限制所 影响的范围 短路的问题一直是电力技术的基本问题之一 无论从 设计 制造 安装 运行和维护检修等各方面来说 都必须了解短 30 路电流的产生和变化规律 掌握分析计算短路电流的方法 短路电流计算具体目的是 1 选择电气设备 电气设备 如开关电气 母线 绝缘子 电缆 等 必须具有充分的电动力稳定性和热稳定性 而电气设备的 电动力稳定性和热稳定性的效验是以短路电流计算结果为依据 的 2 继电保护的配置和整定 系统中影配置哪些继电保护以及继电 保护装置的参数整定 都必须对电力系统各种短路故障进行计 算和分析 而且不仅要计算短路点的短路电流 还要计算短路 电流在网络各支路中的分布 并要作多种运行方式的短路计算 3 电气主接线方案的比较和选择 在发电厂和变电所的主接线设 计中 往往遇到这样的情况 有的接线方案由于短路电流太大 以致要选用贵重的电气设备 使该方案的投资太高而不合理 但如果适当改变接线或采取限制短路电流的措施就可能得到即 可靠又经济的方案 因此 在比较和评价方案时 短路电流计 算是必不可少的内容 4 通信干扰 在设计 110KV 及以上电压等级的架空输电线时 要 计算短路电流 以确定电力线对临近架设的通信线是否存在危 险及干扰影响 5 确定分裂导线间隔棒的间距 在 500KV 配电装置中 普遍采用 31 分裂导线做软导线 当发生短路故障时 分裂导线在巨大的短 路电流作用下 同相次导线间的电磁力很大 使导线产生很大 的张力和偏移 在严重情况下 该张力值可达故障前初始张力 的几倍甚至几十倍 对导线 绝缘子 架构等的受力影响很大 因此 为了合理的限制架构受力 工程上要按最大可能 出现的短路电流确定分裂导线间隔的安装距离 短路电流计算还有很多其他目的 如确定中性点的接地方式 验算接地装置的接触电压和跨步电压 计算软导线的短路摇摆 输 电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等 3 33 3 短路电流实用计算的基本假设短路电流实用计算的基本假设 考虑到现代电力系统的实际情况 要进行准确的短路计算是相 当复杂的 同时对解决大部分实际问题 并不要求十分精确的计算 结果 例如 选择效验电气设备时 一般只需近似计算通过该设备 的最大可能的三相短路电流值 为简化计算 实用中多采用近似计 算方法 这种近似计算法在电力工程中被称为短路电流实用计算 它是建立在一系列的假设基础上的 其计算结果稍偏大 短路电流 实用计算的基本假设如下 1 短路发生前 电力系统是对称的三相系统 2 电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同 频率 与正常工作时相同 32 3 变压器的励磁电流和电阻 架空线的电阻和相对地电容均略去 都用纯电抗表示 次假设将复数运算简化为代数运算 4 电力系统中各元件的磁路不饱和 即各元件的参数不随电流而 变化 计算可应用叠加原理 5 对负荷只作近似估计 由于负荷电流一般比短路电流小得多 近似计算中 对离短路点较远的负荷忽略不计 只考虑在短路 点附近的大容量电动机对短路电流的影响 6 短路故障时金属性短路 即短路点的阻抗为零 短路故障称为电力系统的横向故障 由断线造成的故障 称为 电力系统的纵向故障 电力系统中仅有一处出现故障称简单故障 若同时有两处或两处以上发生故障 称复杂故障 3 43 4 短路电流的计算步骤短路电流的计算步骤 1 把该变电站主接线图中去掉不参与短路电流计算的开关设备 得 到短路电流计算图如 3 1 所示 35kv 10 kV 1 U 1 K 2 U 2 K 33 电力系统 架空线路 变压器 Skml6 kvASN8000 kmX 4 0 5 7 k U 图 3 1 2 求各元件的电抗标么值 取 100MVA B S avr UUB 线路 175 0 37 100 64 0 22 0 avr B L U S lXX 变压器 94 0 8 0 100 100 5 7 100 N BK T S SU X 3 当在 K1 处发生三相短路时 作出等值电路图 如图 3 2 所示 0 175 L X 1 1 K 0 175 L X 2 最大运行方式下电源至短路点的总电抗为 34 0875 0 175 0 2 1 21 LL XXX 无限大容量电源1 E 短路电流周期分量的标么值 4 11 0875 0 1 X E I 有名值 8 17 373 100 4 11 3 KA U S IIII B B B 冲击电流 3 45 8 178 122 KAIKi impimp 短路全电流最大有效值 9 26 18 1 21 8 17 1 21 22 KAKII impimp 短路容量 1140 4 11100 MVAISS B 最小运行方式下电源至短路点的总电抗为 0 175 X L X 无限大容量电源 1 E 短路电流周期分量的标么值 7 5 175 0 1 I 35 有名值 9 8 373 100 7 5 KAIII B 冲击电流 7 229 88 122 KAIKi impimp 短路容量 5707 5100 MVAISS B 4 当在 K2 处发生三相短路时 作出等值电路图如下 3 3 所示 0 175 0 94 L X 1 T X 3 1 K 0 175 0 94 L X 2 T X 4 最大运行方式下电源至短路点的总电抗为 0 560 94 0 175 2 1 X XX XX T4L2T3L1 无限大容量电源 1 E 短路电流周期分量的标么值 79 1 56 0 1 I X E 36 有名值 8 9 5 103 100 79 1 KAIII B 冲击电流 9 248 98 122 KAIKi impimp 短路全电流最大有效值 8 14 18 1 218 9 1 21 22 KAKII impimp 短路容量 17979 1 100 MVAISS B 最小运行方式下电源至短路点的总电抗为 115 1 94 0 175 0 TL XXX 无限大容量电源 1 E 短路电流周期分量的标么值 9 0 115 1 1 X E I 有名值 9 4 5 103 100 9 0 KAIII B 冲击电流 6 129 48 122 KAIKi impimp 短路全电流最大有效值 4 7 18 1 219 4 1 21 22 KAKII impimp 37 短路容量 909 0100 MVAISS B 5 短路电流计算结果表 短路点 运行方 式 电源至 短路点 电 抗标么 值 X 短路电 流周期 分 量有名 值 KA I 冲击电 流 KA imp i 全电流 KA imp I 短路容 量 S MVA 最大 0 087517 845 326 91140 K1 最小 0 1758 922 713 4570 最大 0 569 824 914 8179 K2 最小 1 1154 912 67 490 第四章第四章 设备的选择与校验设备的选择与校验 4 14 1 电气选择的一般条件电气选择的一般条件 正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全 经济运 行的重要条件 在进行设备选择时 应根据工程实际情况 在保证 38 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 尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样 具体选 择方法也不完全相同 但对它们的基本要求却是相同的 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 校验其热稳定和动稳定 4 1 1 按正常工作条件选择导体和电器 额定电流 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度下 导体和 电器的长期允许电流 或额定电流 应不小于该回路的最大持 y I e I 续工作电流 即 maxg I 或 yg II maxe I 由于发电机 调相机和变压器在电压降低 5 时 出力保持不变 故 其相应回路的 1 05 为电机的额定电流 母联断路器回路 maxg I e I e I 一般可取母线上最大一台发电机或变压器的 母线分段电抗器 maxg I 的应为母线上最大一台发电机跳闸时 保证该段母线负荷所需 maxg I 的电流 出线回路的除考虑线路正常负荷电流 包括线路损耗 maxg I 外 还应考虑事故时 由其他回路转移过来的负荷 39 此外 还应按电器的装置地点 使用条件 检修和运行等要求 对 导体和电器进行种类 屋内或屋外 和型式的选择 额定电压和最高工作电压 导体和电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化 常高于 电网的额定电压 故所选电器和电缆允许最高工作电压不得 ew U maxy U 低于所接电网的最高运行电压 即 maxg U maxmaxgy UU 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 15 额定电压为 330 500KV 时为 1 1 而实际电 e U e U 网运行的一般不超过 1 1 因此在选择设备时 一般可按照 maxg U e U 电器和电缆的额定电压 不低于装置地点电网额定电压的条件 e U ew U 选择 即 ewe UU 按当地环境条件校核 在选择电器时 还应考虑电器安装地点的环境条件 当温度 风速 湿度 污秽等级 海拔高度 地震强度和覆冰厚度等条件超 过一般电器使用条件时 应向制造部门提出要求或采取相应的措施 例如 当地海拔高度超过制造部门规定之值时 由于大气压力 空 气密度和湿度相应减小 是空气间隙和外绝缘的放电特性下降 一 般当海拔在 1000 3500m 范围内 若海拔比厂家规定值每升高 40 100m 则最大工作电压要下降 1 当最高工作电压不能满足要求 时 应采用高原型电气设备 或采用外绝缘提高一级的产品 对于 110KV 以下电气设备 由于外绝缘裕度较大 可在海拔 2000m 以下 使用 当周围环境温度 和导体 或电器 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 y y yy KIII 式中 K 修正系数 导体或电气设备正常发热允许最高温度 当导体用螺 y 栓连接时 70 y 我国目前生产的电气设备的额定环境温度 40 如周围环 境高于 40 但不大于 60 时 其允许电流一般可按每增高 1 额定电流减少 1 8 进行修正 当环境温度低于 40 时 环境温度每 降低 1 额定电流可增加 0 5 但其最大负荷不得超过额定电流 的 20 我国生产的裸导体的额定环境温度为 25 当装置地点环境温度 在 5 50 范围内变化时 导体允许通过的电流可按上式修正 此外 当海拔高度上升时 日照强度相应增加 故屋外载流导体如计及日 照影响时 应按海拔和温度综合修正系数对载流量进行修正 41 4 1 2 按短路情况校验 短路热稳定校验 短路电流通过时 导体和电器各部件温度 或发热效应 应不超过 允许值 既满足热稳定的条件为 或 rd QQ tItI rjz 22 式中 短路电流产生的热效应 d Q 短路时导体和电器设备允许的热效应 r Q 时间 t 内允许通过的短时热稳定电流 或短时耐受电流 r I 电动力稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短路电流机械效应的能力 亦称动稳 定 满足动稳定的条件是 或 dwch ii dwch II 式中 短路冲击电流幅值及其有效值 ch i ch I 允许通过稳定电流的幅值和有效值 dw i dw I 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定 用熔断器保护的电器 其热稳定由熔断时间保证 故可不验 42 算热稳定 采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定 电缆 印有足够的强度 亦可不校动稳定 装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动 热稳 定 4 24 2 高压断路器的选择及校验高压断路器的选择及校验 4 2 1 对高压断路器的基本要求 断路器在电路中担负特别重要的任务 必须满足一下基本要求 1 工作可靠 断路器应能在规定的运行条件下长期可靠地工作 并能在正常和故障情况下准确无误的完成关合和开断电路的指 令 其拒动或误动都将造成严重的后果 2 具有足够的开断能力 断路器的开断能力是指能够安全切断最 大短路电流的能力 它主要决定于断路器的灭弧性能 并保证 具有足够的热稳定和动稳定 开断能力的不足可能发生触头跳 开后电弧长期的续燃 导致断路器本身爆炸飞狐 引起事故扩 大的严重后果 3 动作快速 在电路发生故障时 快速的切除故障电路 不仅能 缩短电力网的故障时间和减轻巨大短路电流对电气设备的损害 而且能增加电力系统的稳定性 提高系统的供电可靠性 4 具有自动重合闸性能 输电线路的短路故障大多都是临时性的 43 为了提高电力系统运行的稳定性和供电可靠性 线路保护多采 用自动重合闸方式 即在发生短路故障时 继电保护动作使断 路器跳闸 切除故障点的短路电流 经很短时间后断路器又自 动重合闸 恢复正常供电 若故障仍存在 则断路器必须立即 跳闸 再次切断短路电流 这要求断路器在第一次大电流灭弧 后很快恢复灭弧能力 完成后续次的灭弧 5 结构简单 经济合理 在满足安全 可靠的同时 还应考虑到 经济性 故要求断路器的结构力求简单 尺寸小 重量轻 价 格合理 4 2 2 额定电流的计算 变压器一次侧额定电流 1 1 3 I N N c U S A97 131 353 8000 AIc g 57 13897 13105 1 05 1 I 1max 变压器二次侧额定电流 A U S I N N c 89 461 103 8000 3 2 2 AIc g 98 48489 46105 1 05 1 I 2max 当按运行负荷计算时 44 A U QP I N g500 103 39107740 3 22 22 max 考虑 10母线上的最大出线负荷 kV A U QP I N g 9 82 103 3201400 3 22 2 max 2 max max maxmax maxggg III 考虑今后便于安装 调试和检修 同电压等级侧均选用同一型号的 断路器和隔离开关 与相差不大 以下均已为基准选 maxg I maxg I maxg I 设备 4 2 3 高压断路器的选择结果及校验 1 根据设备的额定电压 电流值查附表 31 得 主变一次侧的断路器选择参数如下图所示 35侧断路器 kV 型号 额 定 电 压 最高 工作 电压 额定 电流 额定 开断 电流 额定短 时耐受 电流 额定 峰值 耐受 电流 额定 关合 电流 额定 合闸 时间 全开 断时 间 LW8 40 5 35 KV 40 5 KV 1600 KA 25 KA 25KA 4S 63 KA 63 KA 0 1s 0 06 s 热稳定的校验 45 s KAII 8 17 3 1 3 13 0 k t 0 13 0 050 18s 2 3 1 05 0 I I tt kima 2 8 17 8 17 skAtI ima 03 5718 0 8 17 2 2 3 又2500 4252 2t ItskA 即合格 tIt 2 ima tI 2 3 动稳定的校验 kAi63 max kAI 8 171 又 kAIish39 45 8 1755 2 55 2 1 3 即合格 max i 3 sh i 开断能力 即合格 kAI 8 171 kA25 短路容量 56000 即合格 1140 4 11100 MVAISS B MVA 2 根据设备的额定电压 电流值经查表 得 主变二次侧的断路器选择参数如下图所示 10侧断路器 kV 46 型号 额 定 电 压 KV 最高 工作 电压 KV 额定 电流 KA 额定 开断 电流 KA 额定短 时耐受 电流 KA 额定峰 值耐受 电流 KA 额定关 合电流 KA 额定 合闸 时间 s 全 开 断 时 间 s ZN28 12 10 12 630 20 20 4S 50 50 0 06 0 0 3 热稳定的校验 s kAII8 9 3 2 3 13 0 k t 0 13 0 050 18s 2 3 2 05 0 I I tt kima 2 8 9 8 9 skAtI ima 3 1718 0 8 9 2 2 3 又1600 4202 2t ItskA 即合格 tIt 2 ima tI 2 3 动稳定的校验 kAi50 max kAI8 92 又 kAIish99 248 955 2 55 2 2 3 47 即合格 max i 3 sh i 开断能力 即合格 kAI8 92 kA20 短路容量 6300 即合格 17979 1 100 MVAISS B MVA 3 主变一次侧隔离开关选择参数如下图所示 35侧隔离开关 kV 型号 额定电压 kV 最高工作电 压 kV 额定电 流 KA 动稳定电流 KA 热稳定电 流 KA GW2 35G35 40 5 60048 20 4s 热稳定的校验 KAII 8 17 3 1 3 设 0 18s dz t s