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I 摘 要 电力生产过程有别于其他工业生产过程的一个重要特点 就是它的生产 输送 变换 分配 消费的几个环节是在同一个时间内同步瞬间完成 随着计算机技术 通 信技术 信息技术惊人的发展 变电站综合自动化技术进一步优化 整个电网运行的 安全性和经济效益得到大幅提升 这项技术将引起电力行业有关部门的重视 成为变 电站设计核心技术之一 本次 220KV 变电站的设计包括负荷统计计算 主变压器台数和容量的选择 主接 线方案的确定 高压开关设备的选择 应用需要系数法对整个变电所的电力负荷进行 重新统计计算 并考虑今后发展需要 最终确定主变压器的容量同时选择相应的电气 设备 利用标幺值法对所选短路点进行短路计算 并校验电气设备的安全 可靠性 同时对 220kV 及 60kV 侧可装设的继电保护方案及防雷措施进行了综合论述 关键词 负荷计算关键词 负荷计算 变压器变压器 短路计算短路计算 变电所变电所 II Abstract Electricity production process has an important feature that is different from others whose production Transmission transformation distribution and consumption are nearly completed at the same time with alarming development of computer technology communications technology and information technology substation automation technology optimizes further The safety and economic benefits of the operation of power are substantial upgrade grids This technology will give rise to the relevant departments of the power industry and become one of the core technologies substation designs The designation of 220 kV substations includes statistics calculated load capacity and the number of Taiwan s main transformer the determination of the main cable programme and high voltage switch equipment selection re calculation of statistics of the entire substation load with law need to factor and determine the capacity of the main transformer at the same time select the appropriate electrical equipment to consider the future needs Uses of per unit value of the selected short circuit points short circuit and check the safety and reliability of electrical equipment At the same time there is a comprehensive exposition of 220 kV and 60 kV side of the protection programme can be installed lightning protection measures Key words load calculation transformer short circuit calculation Substation III 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 引言 1 1 1 变电所概况 1 1 1 1 变电所概况介绍 1 1 1 2 原始资料分析 1 1 2 变电所选址的条件和选址程序 2 1 2 1 所址选择的条件 2 1 2 2 变电所选址程序 2 第 2 章 负荷计算及主变压器的选择 4 2 1 电力负荷及电力负荷计算 4 2 2 变压器的选择 6 2 2 1 主变压器容量的确定 6 2 2 2 主变压器台数的确定 6 第 3 章 电气主接线选择 8 3 1 概述 8 3 2 电气主接线选择总的要求 8 3 2 1 主接线的基本形式及预定方案 8 3 2 2 对 220 千伏侧接线方式的论证 9 3 2 3 60 千伏侧接线方式的论证 9 3 2 4 经济比较 9 第 4 章 短路电流的计算 11 4 1 概述 11 4 2 短路电流的计算法 11 4 2 1 短路计算数据说明 11 4 2 2 短路计算基本原则 13 4 2 3 计算规定 14 4 2 4 短路计算点的选择 14 4 2 5 短路计算方法 14 第 5 章 电气设备的选择与校验 21 5 1 设计原则 21 5 2 母线的选择 21 5 2 1 母线的型式及适用范围 21 5 2 2 截面选择 21 IV 5 2 3 校验项目 21 5 3 高压断路器的选择 23 5 3 1 高压断路器的选择原则 23 5 3 2 校验 24 5 4 隔离开关的选择 25 5 4 1 选择和校验项目 25 5 4 2 选型说明 25 5 5 互感器的选择 25 5 5 1 电流互感器的选择 26 5 5 2 按准确度级及副边负荷选择 27 5 5 3 校验 27 5 5 4 电压互感器的选择 28 5 6 高压配电装置的规划设计 29 第 6 章 继电保护和自动装置的规划设计 31 6 1 瓦斯保护 31 6 2 差动保护 32 6 3 过电流保护 过负荷保护及温度保护 32 6 4 220KV 侧线路保护 33 6 5 60kV 侧线路保护 33 6 6 自动装置的配置 34 第 7 章 防雷保护的设计 36 7 1 击雷保护计算 36 7 2 入侵波及内部过电压的保护 36 第 8 章 结论 39 参 考 文 献 40 致 谢 41 沈阳工业大学专科生毕业设计 1 第第 1 1 章章 引言引言 电力工业是国民经济的重要部门之一 它是负责把自然界提供的能源转换 为供人们直接使用的电能的产业 它即为现代工业 现代农业 现代科学技术 和现代国防提供不可少的动力 又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系 电力是工业的先行 电力工业的发展必须优先于其他的工业部门 整个国民经 济才能不断前进 因而 要实现在 21 世纪初全面建设小康社会的要求 我国的 电力工业必须持续 稳步地大力发展 本次所设计的课题是本溪县地区 220 60kV 降压变电所设计 该变电所是一 个地区性重要的降压变电所 通过对原始资料的分析 主接线的选择及比较 短路电流的计算 主要电器设备的选择及校验 线路图的绘制以及避雷器针高 度的选择等步骤 最终确定了 220 60kV 变电站所需的主要电器设备 主接线图 以及变电站防雷保护方案 1 1 变电所概况 1 1 1 变电所概况介绍 220 60kV 变电所位于本溪县谭家堡南一公里处 本变电所主要是给下属变 电所及工业区的工厂供电 变电所的电压等级为 220 60kV 本变电所 220 千伏 电源进线两回 60 千伏出线为 12 回 占地面积 25600 平方米 设计容量为 12 万千伏安 建有主控楼一座 内设监控室 继电保护室 电缆间室 所内办公 室 运行员休息室等 220 千伏场区采用单母线带旁路接线方式 共有 10 个间 隔 配出 220 千伏出线 2 回 预留 5 个间隔 60 千伏场区采用双母线带旁路接 线方式 共有 20 个间隔 本期出线 6 回 预留 6 个出线间隔 所址地区的年平 均温度为 10 最高温度为 40 最低温度为 35 变电所出线走廊宽阔 地势平坦 空气无特殊污染 交通方便 1 1 2 原始资料分析 本设计变电所为一次降压变电所 所址地区出线走廊宽阔 地势平坦 空 气无特殊污染 交通方便 最高气温 40 最低为温度为 35 年平均温度 为 10 C 变电所电源由 2 回 220kV 线路与力系统联接 60kV 侧负荷共有 8 个用户 分别通过单回架空线路供电 60kV 侧最大综合 负荷为 93MW COS 0 92 无扩建要求 沈阳工业大学专科生毕业设计 2 最大负荷利用小时数 T 5000 小时 负荷同时系数 0 9 线损率为 5 重要 负荷占 65 1 2 变电所选址的条件和选址程序 1 2 1 所址选择的条件 1 所址靠近供电区域负荷中心 供电半径不能超过以下要求 0 4kV 线路不大于 0 5km 10kV 线路不大于 15km 35kV 线路不大于 40km 110kV 线路不大于 150km 2 便于进出线的引入 并根据发展规划预留扩建位置 高压架空进出线路 走廊的位置应同时确定 3 节约用地 交通运输便利 周围环境应无明显污秽 具有适宜的地质 地形和地貌条件 1 2 2 变电所选址程序 变电所所址的选择应结合一定的变电所模式及基本平面布置 一般的初选 址应做在可行性研究之前 因此 工程技术人员应充分考虑规划时期的设备发 展方向和变电所建设模式 并基本选定电气布置方案 然后据此进行选址 见 表 1 1 表 1 1 高压架空输电线路走廊宽度表 单位 m 线路杆塔结构布置6 10kV 走廊35kV 走廊110kV 走廊 单回路三角排列 单杆 无拉 线 6 单回路三角排列 双杆 无拉 线 单回路水平排列 双杆 无拉 线 91518 单回路上型排列 单杆 无拉 线 12 同时应考虑一定的发展余地 要有总体规划 考虑扩建的可能性 具体选 址程序有 沈阳工业大学专科生毕业设计 3 1 确定电压等级和接入系统方案 进行负荷预测 2 在行政区域图上 画出 进行五年负荷预测的 负荷密度分布示意图 找 出负荷中心 3 在负荷中心区域进行所址初选 利用 1 50000 地形图 将初选结果标示 于图上 然后进行踏测 4 将选址方案在 1 10000 地形图上标示 实地核准 同时 向当地气象 地质 文物等部门搜集资料 在此基础上 写出选址报告 报告包括以下内容 所址所在村 组 占地类型 面积 当地风速 风向 日照 积雪 覆冰 冻 土层等项目 所内基本模式和电气布置 进出线走廊情况和有关证明文件 影 响环保内容及解决措施 5 提出选址报告 经县 乡 土地 城建 计划等部门复查 核实 批准 6 将选址报告及相关文件内容形成档案资料后 随电网规划方案存档 4 根据本设计工程需要综合各用户的实际情况 最终确定的变电所与各用户 间的相对位置见图 1 1 图 1 1 变电所位置图 沈阳工业大学专科生毕业设计 4 第第 2 2 章章 负荷计算及主变压器的选择负荷计算及主变压器的选择 2 1 电力负荷及电力负荷计算 电力负荷又称电力负载 有两种含义 一是指耗用电能的用电设备或用户 如说重要负荷 一般负荷 动力负荷 照明负荷等 另一是指用电设备或用户 耗用的功率或电流大小 电力负荷的具体含义视情况而定 1 电力负荷按 GB50052 95 规程规定可分为三级 一级负荷 二级负荷 三级负荷 一级负荷属于重要负荷 应有两个独立电源供电 当一个电源发生故障时 另一个电源不应同时受到损坏 二级负荷宜由两回线路供电 供电变压器一般应有两台 三级负荷属不重要负荷 对供电电源无特殊要求 1 2 电力负荷计算的目的 变电所的负荷计算应力求准确 可靠 并应考虑今后发展远景 计算负荷 是供配电设计计算的基本依据 各类工厂由于其设备容量 数量及生产方式的 差异 计算负荷的方法各不相同 常见的负荷计算方法有两种 需要系数法 二项式系数法 目前需要系数法是世界各国普遍采用的确定计算负荷的基本方法 它简单 方便 本设计也采用此方法进行负荷计算 即 P30 Kd Pei 2 1 其中 ei 级设备的额定有功功率 P30 计算负荷 Kd 级设备的需要系数 总计算负荷 P30 K P30i 2 zp 沈阳工业大学专科生毕业设计 5 2 Q K Q30i 2 30zp 3 其中 Kzp 有功功率同时系数 0 85 0 95 Kzq 无功功率同时系数 0 90 0 97 计算负荷为 2 cos 30 30 P S 4 其中 用电设备组的平均功率因数 cos 用电设备组的设备容量 30 P 根据负荷统计 本变电所承担的电力负荷见表 2 1 S1 P1 cos 1 10000 0 95 kVA32 10526 S2 P2 cos 2 10000 0 95 kVA32 10526 S3 P3 cos 3 12000 0 95 kVA58 12631 S4 P4 cos 4 12000 0 90 kVA33 13333 S5 P5 cos 5 12000 0 90 kVA33 13333 S6 P6 cos 6 10000 0 90 kVA11 11111 S7 P7 cos 7 12000 0 90 kVA33 13333 S8 P8 cos 8 15000 0 95 kVA47 15789 S1 S2 S8 S kVA79 100584 3 总计算容量 2 i SKS 5 表 2 1 电力负荷表 最大负荷 KW 序号负荷名称 近期五年规划 功率因 数 出线方 式 出线回 数 1 机械厂 500010000 0 95架空 1 2 东科科技院 500010000 0 95架空 1 3 数字机床厂 600012000 0 95架空 2 沈阳工业大学专科生毕业设计 6 4 高压电气厂 800012000 0 9架空 1 5 111 变电所 800012000 0 9架空 2 6 112 变电所 600010000 0 9架空 2 7 113 变电所 1200012000 0 9架空 2 8 县工业院 800015000 0 95架空 1 其中 同时系数 0 9 K kVAS 3 9052679 1005849 0 2 2 变压器的选择 变电所主变压器选择的依据 根据 电力工程设计手册 7 中规定选择变 压器的台数及容量 选择原则 供电安全 可靠 经济为前提 同时考虑发展 余地 2 2 1 主变压器容量的确定 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压器的容量 对一般 性变电所 当一台主变压器停运时 其余变压器容量应能保证全部负荷的 70 80 3 变压器最大负荷按下式确定 2 PKPm 6 2 me PS7 02 7 其中 变电所最大负荷 m P 同时率 K 按负荷等级统计的综合用电负荷P 4 主变压器容量的选择 根据主变压器容量选择原则及工程要求 每台变压器的容量为 沈阳工业大学专科生毕业设计 7 2 SK PK S sb sb T cos 8 其中 故障保证系数 规程规定取 0 75 sb K 根据公式 2 8 7 67894 3 9052675 0 kVASKS sbT 查设计手册 导体和电器选择设计技术规定 6 初选 SFPZ 80000 220 型 变压器 其主要技术数据见表 2 2 所示 2 2 2 主变压器台数的确定 1 为保证供电可靠性 避免一台主变故障或检修时影响供电 变电所一般 应装设两台主变 2 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所 在设计时应考虑装 设三台主变的可能 表 2 2 变压器型号及主要技术参数 型号 额定容量 kVA 额定电压 高 kV 额定电压 低 kV 阻抗电压 ud 连接组别 SFPZ 80000 22080000220 8 1 46 69kV13 5YN d11 3 对于规划只装设两台主变的变电所 基础宜大于变压器容量的 1 2 级设 计 以便负荷发展时 更换主变容量 4 变电所的主变压器一般不宜超过两组 当变电所只有一个电源或变电所 的重要负荷另有备用电源保证供电时 变电所也可装一组变压器 由于 所选变压器的容量kVAS 3 90526 kVAST80000 所以 8 88 100 3 90526 80000 100 S ST 说明 两台的变压器同时工作 当一台发生故障或检修 另一台 kVA80000 单独工作也能满足保证系数要求 满足供电的可靠性和安全性 沈阳工业大学专科生毕业设计 8 第第 3 3 章章 电气主接线选择电气主接线选择 3 1 概述 电气主接线是多种主要电气设备 如发电机 变压器 开关 互感器 线 路 电容器 电抗器 母线 避雷器等 按一定顺序要求连接而成的 是分配 和传送电能的总电路 变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分 主接 线的确定对变电所的安全 稳定 灵活 经济运行以及对电气设备选择 配电 装置布置 继电保护拟定等都有着密切的关系 由于发电 变电 输配电和用 电是同时完成的 所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身 同 时也影响到工农业生产和人民生活 因此 主接线设计是一个综合性问题 3 2 电气主接线选择总的要求 我国 变电所设计技术规程 SDJ2 79 规定 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 其中考虑可靠 性 灵活性 经济性 3 2 1 主接线的基本形式及预定方案 1 单母线接线 单母线接线又可分为单母线不分段和单母线分段两种 当只有一路电源进 沈阳工业大学专科生毕业设计 9 线时 常用这种接线 优点 接线简单清晰 使用设备少 经济性好 由于接线简单 操作人员 发生误操作的可能性小 缺点 可靠性和灵活性差 因为 当母线或母线隔离开关发生故障 或进 行检修时 必须断开供电电源 而造成全部用户供电中断 适用范围 可用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户 或有备用电源 的二级负荷用户 2 单母线分段接线 当有双电源供电时 常采用高压侧单母线分段接线 优点 供电可靠性高 操作灵活 除母线故障或检修外 可对用户连续供 电 缺点 母线故障或检修时 仍有约 50 左右的用户停电 3 桥式接线 所谓桥式接线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器 犹如一座桥 主 要有内桥式接线和外桥式接线 断路器跨在进线断路器的内侧 靠近变压器 称为内桥式接线 若断路器跨在进线断路器的外侧 靠近电源侧 称为外桥式 接线 优点 接线简单 使用经济节约投资 安全可靠 设备检修安全 操作灵 活 缺点 内桥接线适用于电源进线较长 故障检修机会较多 且变压器不需 经常切换的总降压变电所 外桥接线适用于电源进线较短 故障检修机会较少 且需经常切换变压器的总降压变电所 本变电所电压等级为 侧进线为两回 侧出线为 12kV60 220kV220kV60 回 根据主接线设计必须满足供电可靠性 保证电能质量 满足灵活性和方便 性 保证经济性的原则 初步拟定两种主接线方案 第一方案 侧采用单母分段接线 侧采用双母线接线 kV220kV60 第二方案 侧采用单母线带旁路接线 侧采用单母线分段带旁kV220kV60 路接线 3 2 2 对 220 千伏侧接线方式的论证 单母分段接线 优点 接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成套的配电装 置 缺点 不够灵活 当母线与母线刀闸故障或检修时 将造成整个配电 装置停电 当进出线断路器检修时 中断该回路工作 沈阳工业大学专科生毕业设计 10 3 2 3 60 千伏侧接线方式的论证 单母线分段带旁路 优点 用断路器把母线分段后 对重要负责用户可以从不同的母线段引出 两个回路 有两个电源 具有供电可靠性操作灵活 缺点 配电装置复杂 接线复杂 运行操作复杂 3 2 4 经济比较 单母线分段与单母线分段带旁路接线所用一次设备统计见表 3 1 图 3 1 从 上表对比可以看出 单母线分段接线较单母线分段带旁路母线接线节省设备 单母线分段带旁路母线接线电气设备使用多 占地面积大 投资大 所以从经 济角度来看 采用单母线分段接线较为经济 a 单母线分段 b 单母线分段带旁路 图 3 1 电气主接线图 表 3 1 设备统计结果表 接线方式断路器隔离 开关 电流 互感器 电压 互感器 避雷器母线 单母线 分段 少少少相同 相同少 单母线分 段带旁路 多多多相同相同多 根据电压等级 进线回路数 单母分段的优点以及它的经济性 本变电所 主接线方案选择第二种 沈阳工业大学专科生毕业设计 11 第第 4 4 章章 短路电流的计算短路电流的计算 4 1 概述 在供电系统中比较常见的 而且危害较大的故障就是短路 根据短路的情况 不同 可分为三相短路 两相短路 两相接地短路和单相接地短路 造成短路的主 要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏 误操作 雷击或过电压击穿等 由于 误操作产生的故障占全部短路故障的 70 4 2 短路电流的计算法 供配电系统某处发生短路时 要算出短路电流必须首先计算出短路点到电 源的回路总阻抗值 电路元件电气参数的计算有两种方法 标幺值法和有名值 法 1 标幺值法 标幺制就是某一物理量的实际值与选定一个同单位的固定数值进行比较 他们的比值就是这个物理量的标幺值 2 有名值法 有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数 这种方法通常用于 1KV 以下低压供电系统短路电流的计算 对于高压供电系统采用标幺植来计算短路电流 这种方法比较简单 便于 计算 因此 用标幺值表示电气参数时 首先选择基准值 本设计采用标么值法进行短路计算 沈阳工业大学专科生毕业设计 12 4 2 1 短路计算数据说明 按标幺制法进行短路计算时 首先确定短路点 本设计短路点分别设在 和母线处之后确定基准容量和基准电压 kV220kV60 d S d U 1 选定的基准容量和基准电压后 基准电流和基准电抗按下式计算 Id 4 d d U S 3 1 Xd 4 d d I U 3 d d S U 2 2 基准容量 工程设计中通常取MVASd100 基准电压 通常取元件所在处的短路计算电压 即 cd UU 基准电压 kVUd230 1 kVUd63 2 所以根据公式 4 1 和 4 2 基准电流 kA U S I d d d 25 0 2303 100 3 1 1 kA U S I d d d 91 0 633 100 3 2 2 2 电抗标幺值的计算 取 则MVASd100 cd UU 电力系统电抗标幺值 Xs 4 oc d S S 3 其中 断路容量 oc S 电力变压器电抗标幺值 XT 4 100 k U N d S S 4 其中 变压器的短路电压 k U 电力线路电抗标幺值 XWL 4 2 0 c d U lSX 5 沈阳工业大学专科生毕业设计 13 其中 导线电缆单位长度电抗 0 X 线路长度 l 电抗器电抗标幺值 XR 4 100 R X N N I U 2 3 c d U S 6 3 三相短路电流分量有效值 4 22 3 3 3 XR U Z U I d k d k 7 其中 和 短路电路的总阻抗和总电阻 总电抗值 k Z R X 短路点的短路计算电压 c U 如果不计电阻 则三相短路电流周期分量有效值为 4 X U I d k 3 3 8 三相短路容量为 4 33 3 kdk IUS 9 4 短路电流周期分量为 4 k tkp Ii sin 10 其中 短路电流周期分量幅值 k mk Z U I 3 短路电路的总阻抗 22 rrk XRZ 短路电路的阻抗角 r r k R X arctan 5 短路冲击电流计算 4 IKi shsh 2 11 其中 短路电流冲击系数 sh K 沈阳工业大学专科生毕业设计 14 在高压电路发生三相短路时 一般可取 因此8 1 sh K 4 Iish 55 2 12 4 IIsh 51 1 13 6 电力系统的电抗 4 oc d s S U X 2 14 其中 电力系统馈电线的短路计算电压 d U Soc 系统出口断路器的断流容量 4 2 2 短路计算基本原则 基本原则 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 系统中的电机均为理想电机 转子结构完全对称 定子三相绕组空间位 置相差 1200电气角度 4 电力系统中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 5 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 6 同步电机都具有自动调励装置 包括强行励磁 4 2 3 计算规定 1 验算导体和电器的动稳定 热稳定以及电器的开断电流时 所有的短路 电流应按本设计规划容量计算 并考虑电力系统远景规划 2 确定短路电流时 应按可能发生最大短路电流的接线方式选择 4 2 4 短路计算点的选择 在正常接线方式时 通过电气设备的最大短路电流的地点 称为短路计算 点 本设计选择两个短路计算点 分别在 220KV 母线上 60KV 母线 系统计算 沈阳工业大学专科生毕业设计 15 电路图如图 4 1 所示 等值电路图如图 4 2 所示 图 4 1 系统计算电路图 4 2 5 短路计算方法 本设计利用分布系数法进行网络化简 求出转移电抗 应用 导体和电器 选择设计技术规定 6 SDGJ 14 86 所提供的运算曲线求取短路电流 查 工厂 供用电实用手册 9 得电感系数为 0 016 9 计算时取基准容量为 100MVA 沈阳工业大学专科生毕业设计 16 图 4 2 等值电路图 1 各元件的阻抗标么值计算如下 图 4 3 阻抗标么值图 本设计 220KV 线路采用架空线路 查手册 工厂供用电实用手册 9 沈阳工业大学专科生毕业设计 17 km X 4 0 0 0 4 100 100 220 0 0826 1l X 0 4 70 100 220 0 0579 2l X 0 4 80 100 220 0 0661 3l X 根据公式 4 4 得 100 240 0 0583 1T X 2T X 3T X 100 14 根据公式 4 6 0 14 100 0 85 200 0 0595 1G X 2G X 3G X 化简 图 4 4 化简图 a 0 0583 0 019 4T X 3 1 4T X 3 1 0 0595 0 02 5G X 3 1 5G X 3 1 进一步化简为 0 02 0 019 0 039 d X 1T X 1G X 0 00478 0 2066 0 0231 a X 3 2 1 2 1 lll ll XXX XX 沈阳工业大学专科生毕业设计 18 0 00546 0 2066 0 0264 b X 3 2 1 3 1 lll ll XXX XX 0 00383 0 2066 0 0185 c X 3 2 1 3 2 lll ll XXX XX 图 4 5 化简图 b 再化简为 图 4 6 化简图 c 0 016 Xa 0 016 0 0231 0 0391 1 X Xb Xd 0 0264 0 039 0 0656 2 X 0185 0 3 c XX 沈阳工业大学专科生毕业设计 19 星角变换为 2433 0 3 1 3 3 2 2 1 4 X XXXXXX X 0686 0 2 1 3 3 2 2 1 5 X XXXXXX X 1151 0 1 1 3 3 2 2 1 6 X XXXXXX X 图 4 7 星角变换图 由于两侧发电机容量分别为 S2 3 705 9 MVA 85 0 200 S1 250MVA 所以各支路的计算电抗标么值为 0 0686 250 100 0 1715 1js X 0 1151 0 8125 2js X 85 0 100 600 2 三相对称短路kV220 1 电机向短路点提供的短路电流 查 工厂供用电实用手册 9 汽轮发电机运算曲线 T 0 秒时 28 1 I 沈阳工业大学专科生毕业设计 20 暂态短路电流 kAI608 2 3220 88 70528 1 T 4 秒时 42 1 I 稳态短路电流 kAI63 2 3220 88 705 42 1 2 系统向短路点提供的短路电流 kAI53 1 3220 100 1715 0 1 3 经短路点 暂态短路电流 kAI138 4 53 1 608 2 3 稳态短路电流 kAI16 4 53 1 63 2 3 4 短路点冲击电流 不对称短路 两相短路 kAich5519 10138 4 55 2 3 3 60KV 母线上短路点时 2 K 图 4 8 星角变换图 0 169 T X 100 5 13 80 100 XT 0 0686 0 169 0 1531 s X s X 2 1 2 1 X6 XT 0 1151 0 169 0 1996 6 X 2 1 2 1 沈阳工业大学专科生毕业设计 21 Xj1 0 1531 250 100 0 3828 Xj2 0 1996 600 100 0 85 1 4089 1 发电机向短路点提供的短路电流 查 工厂供用电实用手册 9 汽轮发电机运算曲线 T 0 秒时 I 0 75 暂态短路电流 kVI63 4 360 88 705 75 0 T 4 秒时 I 0 76 稳态短路电流 kVI69 4 360 88 705 76 0 2 无穷大系统向短路点提供的短路电流 kAI29 2 360 100 3828 0 1 3 流经短路点的 暂态短路电流 kAI92 6 29 2 63 4 1 稳态短路电流 kAI98 6 29 2 69 4 1 4 短路点冲击电流 kAIch646 1792 6 55 2 4 点母线短路电流 1 KkV220 kAI14 4 kAI16 4 3 kAich5519 10 5 点母线短路电流 2 KkV60 kAI92 6 kAI98 6 3 kAich646 17 3 因为对称短路电流大于不对称短路电流 所以变电所的设备选择按对称的 短路电流选择 表 4 1 短路电流计算表 短路点短路电流 kA 冲击电流 kA 短路容量 MVA K1 4 1610 551657 K2 6 9817 65760 6 沈阳工业大学专科生毕业设计 22 第第 5 5 章章 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验 5 1 设计原则 1 总的原则 按照正常工作条件进行选择 按照短路条件进行校验 2 一般原则 应满足正常工作条件下的电压和电流的要求 应满足在短路 条件下的热稳定和动稳定要求 应满足安装地点和使用环境条件要求 应考虑 操作的频繁程度和开断负荷的性质 对电流互感器的选择应计及其负载和准确 度级别 选用的新产品应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 在特殊情 况下 选用未经鉴定的新产品时 应经上级批准 5 2 母线的选择 5 2 1 母线的型式及适用范围 母线除满足工作电流 机械强度和电晕要求外 导体形状还应满足下列要 求 电流分布均匀 机械强度高 散热良好 有利于提高电晕起始电压 安装 检修简单 连接方便 由于以上条件很难同时满足 故本变电所采用软母线形式 5 2 2 截面选择 1 为了保证母线的长期安全运行 母线在额定环境温度和导体面正常发 0 热允许最高温度下的允许电流应大于或等于流过导体的最大持续工作电流 e e I 即 为温度修正系数 max I max I e IK K 2 为了考虑母线长期运行的经济性 除了配电装置的汇流母线以及断续运 行或长度在 20 米以下的母线外 一般均应按经济电流密度选择导体的面积 这 样可使年运行费用最低 经济电流密度的大小与导体的种类和最大负荷利用小 时数 Tmax有关 母线经济截面为 5 JIS max 1 其中 最大长期工作电流 max I J 导体的经济电流密度 沈阳工业大学专科生毕业设计 23 5 2 3 校验项目 1 电晕电压校验 电晕放电会造成电晕损耗 无线电干扰 噪音和金属腐蚀等许多危害 因 此 110 220 千伏裸母线晴天不发生可见电晕的条件是 电晕临界电压 Uli应大 于最高工作电压 即 max U max11 UU 220 千伏软母线不校验电晕的最小截面为 300 mm 2 热稳定校验 根据上述情况选择的导体截面 S 还应校验其在短路条件下的热稳定 其 公式为 S 5 min S fdzK t c I 3 2 其中 根据热稳定决定的导体最小允许截面 mm 2 min S I 稳定短路电流 A dz t 短路电流等值发热时间 集肤效应系数 f K C 热稳定系数 其值与材料及发热温度有关 3 母线选择 kV220 1 由计算知母线最大长期工作电流 根据公式 4 1 得 A U S I e g 6 237 2203 3 90526 3 max 查 工厂供用电实用手册 9 得出导体的经济电流密度 J 1 00 A mm2 年最大负荷利用小时 T 5000 再查 设备手册下 2 根据公式 5 1 得出母线计算截面 S 1 00 mm2 JI max 6 237 6 237 选 LGJ 240 型铜芯铝线 使用环境温度为 36 温度的修正系数为 k 0 89 613 A e I 2 热稳定校验 根据 k 0 89 故有 QF Q0 Qe Q0 2 eI max 36 80 36 220 4 0 89 613 2 36 7 43 查 导体和电器选择设计技术规定 6 导线热稳定系数 C 98 满足短路 时发热的最小导体截面为 沈阳工业大学专科生毕业设计 24 根据公式 5 2 得出 Smin 98 116 67 276 mm2 6 100 172 130 满足热稳定要求 4 侧母线选择 kV60 1 根据公式 4 1 得 A U S I e T g 8 769 603 80000 3 max J 1 00 A mm2 S Igmax J 769 8 1 00 769 8 mm2 固选 LGJQ 600 钢芯铝绞线 根据温度为 36 温度修正系数为 k 0 89 1047 A e I 2 热稳定校验 根据 k 0 89 故有 QF Q0 Qe Q0 Igmax Ie 2 36 80 36 808 13 0 89 1047 2 36 27 63 查 导体和电器选择设计技术规定 6 导线热稳定系数 C 89 满足短路 时发热的最小导体截面为 根据公式 5 1 Smin 89 171 87 539 mm2 6 100 198 233 故所选母线满足要求 经过选择和校验 本设计选用母线结果 表 5 1 母线选择结果表 序号安装地点母线类型截面面积 mm2 载流量 A 1 母线kV220LGJ 240 244 29 31 67613 2 母线kV60LGJQ 600 6001047 5 3 高压断路器的选择 5 3 1 高压断路器的选择原则 高压断路器按下列项目选择和校验 沈阳工业大学专科生毕业设计 25 1 型式和种类 2 额定电压 3 额定电流 4 开断能力校验 5 额定 关合电流 6 动稳定校验 7 热稳定校验 1 按种类和型式选择 高压断路器的种类和型式的选择 除满足各项技术 条件和环境条件外 还应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 据规程规定 35KV 220KV 配电装置可选少油断路器 六氟化硫断路 器 空气断路器 而用于一次变电所的断路器要求动作可靠 能快速的自动重 合闸 并且能开断近距以及能够切断空载变压器 空载长线 发展性故障 而 六氟化硫断路器具有断口耐压高 开断容量大 检修间隔周期长 开断性能优 异等优点 2 按额定电压选择 高压断路器的额定电压应大于或等于所在电网的额 e U 定电压 Uew 即 5 ewe UU 3 其中 额定电压 所在电网的额定电压 e U ew U 3 按额定电流选择 高压断路器的额定电流应大于或等于它的最大持续 e I 工作电流 当断路器使用环境温度不等于设备基准环境温度时 应对断路 maxg I 器的额定电流进行修正 即 5 maxge II 4 其中 额定电流 e I 最大持续工作电流 maxg I 4 按开断电流选择 在给定的电网电压下 高压断路器的额定开断电流 应满足 ekd I 5 tekd II 5 其中 断路器实际开断时间 tk秒的短路电流全电流有效值 t I 额定开断电流 ekd I 5 按额定关合电流选择 要求断路器的额定开合电流应不小于最大短路 eg i 电流冲击值 即 c i 5 ceg ii 6 其中 最大短路电流冲击值 c i 额定开合电流 eg i 沈阳工业大学专科生毕业设计 26 5 3 2 校验 1 动稳定校验 高压断路器的极限通过电流峰值应不小于三相短路时通 dw i 过断路器的冲击电流 即 cj i cjdw ii 5 3 其中 极限通过电流峰值 dw i 冲击电流 cj i 2 热稳定校验 高压断路器的短路时允许发热量应不小于三相短路电 rrt I 2 流发出的热量 即 dz tI 2 dzrr tItI 22 5 4 其中 短路时允许发热量 rrt I 2 三相短路电流发出的热量 dz tI 2 根据以上原则 本设计选用断路器结果见表 5 2 和 5 3 5 4 隔离开关的选择 5 4 1 选择和校验项目 隔离开关应根据下列条件选择 1 型式和种类 2 额定电压 3 额定电 流 4 动稳定校验 5 热稳定校验 表 5 2 220kV 侧断路器结果表 型号额定 电压 最高工作 电压 额定 电流 额定开 断流 额定 关合 流 额定 稳定 电流 3S 热稳 定电流 SFMT 220 22025220004010080 31 5 额定开断时间固有分闸时间后备保护时间 0 06s0 03s 3s 表 5 3 60kV 侧断路器结果表 额定 电压 额定工作 电流 额定 电流 额定开 断流 额定关 合流 额定稳定 电流 4S 热稳定 电流 6372 52000401008040 额定开断时间固有分闸时间后备保护时间 0 06s0 03s 3s 沈阳工业大学专科生毕业设计 27 5 4 2 选型说明 隔离开关的型式和种类的应根据配电装置的布置特点和使用条件等因素 进行综合技术经济比较后确定 其它四项技术条件要求与高压断路器相同 本设计 220KV 侧配电装置可采用分相中型布置 故 220KV 侧母线隔离开关选 用 GW6 220D 型单柱剪刀式 该产品为偏折式结构 分闸后形成垂直方向的绝 缘断口 具有断口清晰可见 便于监视及有效地减少变电所的占地面积等优点 220KV 线路侧隔离开关选用 GW7 220 D 型 60KV 配电装置拟采用户外普通中型 布置 故 60KV 侧母线隔离开关选用 GW5 60 GD 型 其技术参数见表 5 4 5 5 互感器的选择 互感器是电力系统中测量仪表 继电保护等二次设备获取电气一次回路信 息的传感器 互感器将高电压 大电流按比例变成低电压 100 和3 100 小电流 5 1A 其一次侧接在一次系统 二次侧接测量仪表与继电保护等 隔离开关的热 动稳定校验类似于断路器的热 动稳定校验 其计算数据 与技术参数比较见表 5 5 表 5 4 GW5 60 GD 型技术参数表 型号额定电压 KV 额定电 流 A 动稳定电流 峰值 KA 热稳定电流 KA 安装地点 GW6 220 D 2202000100 40 3s 母线侧 GW7 220 D 22060055 16 4s 线路侧 60100050 14 5s 进线GW5 60 GD 6060050 14 5s 出线 表 5 5 60kV 侧隔离开关选择结果表 计算数据GW5 60 GD NS U kA60 N U 60 kV maxg I 808 13 A 287 2A N I 1000A 600 k Q skA 2 98 233 tIt 2 skA 2 980 imp I kA52 19 es i kA50 沈阳工业大学专科生毕业设计 28 通过上表的比较可知 所选用的隔离开关都符合要求 5 5 1 电流互感器的选择 选择电流互感器应满足继电保护 自动装置和测量仪表的要求 1 型式和种类 电流互感器的型式和种类应根据使用环境条件和产品情况选择 按一次额定电压和额定电流选择 电流互感器的一次额定电压和额定电流必须满足 5 ewe UU max1ge II 5 其中 电流互感器一次额定电压和额定电流 e U 1e I 电流互感器安装处一次回路工作电压和一次回路最大工作电 ew U maxg I 流 变压器中性点引出的电流互感器只取额定电流的 30 5 5 2 按准确度级及副边负荷选择 为了保证测量仪表的准确度 电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表 的准确级 具体要求如下 1 装设在发电机 电力变压器 调相机 厂用馈线 出线等回路中的电度 表及所有用于计算电费的电度表用电流互感器 其准确等级应为 0 5 级 2 供运行 监视 估算电能的电度表 功率表和电流表用电流互感器 其 准确等级应为 1 级 3 供指示被测数值是否存在或大致估计被监测数值的表计用的电流互感器 其等级为 3 级和 10 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 2 2 222 ZISS ee 5 6 其中 Z2 二次负荷阻抗 Ie2 二次额定电流 由于本次设计中外接阻抗 Z2未作规定 因此本项可 略去 5 5 3 校验 1 热稳定校验 电流互感器的热稳定能力 以 1 秒钟通过的一次额定电流倍 沈阳工业大学专科生毕业设计 29 数 Kt表示 热稳定按下式校验 dzet tIIK 2 2 1 1 5 7 其中 中允许通过一次额定电流热稳定倍数 t K 2 动稳定校验 dwecj KIi 1 2 5 8 其中 电流互感器动稳定倍数 dw K 3 侧电流互感的选择 kV220 由于本设计中选用了 SFMT 220 型高压六氟化硫断路器 它本身带有电流 互感器 因此不必再选侧电流互感器 kV220 表 5 8 60kV 侧电流互感的选用 LCWB5 63 型参数表 安装 地点 额定电流比 A 二次组合准确级短时 1s 热电流 kA 动稳定电流 kA 进线 2 400 50 5 B B0 5 B 25 5062 5 125 出线 2 150 50 5 B B0 5 B 15 8 31 540 80 4 侧电流互感的选择 kV60 流过主要低压侧的电流 808 13 A maxg I 流过最大负荷出线的电流 287 2 A maxg I 因此选用 LCWB5 63 型电流互感器 表 5 9 LCWB5 63 型参数表 安装 地点 额定电流比 A 二次组合准确级短时 1s 热电流 KA 动稳定电流 KA 进线 2 400 50 5 B B0 5 B 25 5062 5 125 出线 2 150 50 5 B B0 5 B 15 8 31 5