110kv变电站的毕业设计.doc

河南城建学院本科毕业设计（论文） ABSTRACT 110kv变电站的毕业设计河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录 目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11-1-1 ZY市郊变在电力系统中的地位分析11-1-2 ZY市郊变的作用分析11-1-3 规模分析11-2 变电所总体分析11-2-1 设计依据11-2-2 建站的必要性21-2-3 规模设计21-2-4 所址概况21-3 负荷分析21-3-1负荷资料21-3-2 原始资料分析31-3-3 负荷计算3第二章 主变压器选择52-1主变型式的选择52-1-1 变电站变压器台数的选择原则52-1-2 变电站主变压器台数的确定52-1-3 变电所主变压器容量的确定原则52-1-4 待设计变电所主变压器容量的选择及校验62-1-5 主变压器绕组数的确定62-1-6主变压器相数的确定72-1-7主变压器调压方式的确定72-1-8主变压器绕组连接组别的确定72-1-9 主变压器冷却方式的选择72-1-10 容量比82-1-11 各侧额定电压选择82-1-12 中性点绝缘问题9第三章 电气主接线设计103-1主接线的设计原则和要求103-2主接线的拟定113-3主接线的比较与选定153-3-1技术比较153-3-2 经济比较173-4 所用电的设计193-4-1所用电设计的要求19第四章 短路电流的计算224-1短路的基本知识224-2计算短路电流的目的224-3短路电流实用计算的基本假设234-4短路电流的计算244-4-1 电力系统接线简图254-4-2 参数计算254-4-3 短路电流的计算25第五章 主要电气设备选择305-1 母线的选择325-1-1 110kV侧母线选择325-1-2 10kV母线选择及校验345-1-3 10KV侧出线选择及校验355-1-4 35kV侧母线选择355-1-5 35KV侧出线选择及校验365-2 断路器的选择与校验375-2-1 110kV断路器的选择及校验375-2-2 10kV侧断路器的选择及校验385-2-3 35kV断路器的选择及校验395-3 隔离开关的选择与校验405-3-1 110kV侧隔离开关的选择与校验405-3-2 10kV侧进线隔离开关的选择与校验405-3-3 10kV侧出线隔离开关的选择与校验415-3-4 35kV侧进线隔离开关的选择与校验415-3-5 35kV侧出线隔离开关的选择与校验425-4 电力电容的选择435-5 绝缘子及穿墙套管的选择435-5-1 绝缘子的选择435-5-2 穿墙套管的选择455-6 熔断器的选择465-7 互感器的选择与配置485-7-1电流互感器的选择485-7-2电压互感器的选择505-7-3互感器的配置51第六章 配电装置及电气总平面布置设计526-1 配电装置及电气总平面设计的意义526-2 配电装置的设计526-2-1 配电装置设计应满足的基本原则526-2-2 各电压级配电装置型式的选择526-2-3 10KV配电装置选择546-3 总平面布置设计556-3-1 总平面布置的内容和基本要求556-3-2 总平面布置设计的基本原则56第七章 变电站接地与防雷的设计577-1 防雷保护的必要577-2变电所中可能出现大气过电压的种类577-3变电所的直击雷保护587-4 避雷针高度的确定587-5 变电所入侵波的保护607-6 接地体和接地网的设计62结 论64参考文献65致 谢66河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论 第一章 绪论1-1 电力系统分析1-1-1 ZY市郊变在电力系统中的地位分析该所为地区性变电所，处于ZY市近郊，向市区工业、生活及郊区乡镇工业与农业用户供电，为新建变电所。有原始资料（详见说明书）知，有两个系统电源向该所供电，分别为：系统一（S1）和系统二（S2），两系统通过乙变联接成环网。1-1-2 ZY市郊变的作用分析 由于ZY市属于新兴工业城市，根据发展需要，原来的供电量已无法满足发展的需要，因而考虑建设ZY市郊变，并向外对S1、S2供电。1-1-3 规模分析系统容量:Max运行方式下：S1=1500MVA, X1=0.6； S2=200MVA, X2=0.7；Min运行方式下：S1=1300MVA, X1=0.65； S2=170MVA, X2=0.75；电压允许波动：110KV保证 5%之内。1-2 变电所总体分析1-2-1 设计依据根据省电力公司XX号文件，关于ZY变电所设计任务书的规定。1-2-2 建站的必要性 ZY市是一个新型的城市，其工业发展相当迅速，原系统的电力供给已不能满足经济发展的需求。为此，继续建立新的变电站以适应新的经济形势。建成的变电站将满足市区工业、生活及郊区乡镇工业与农业用户的用电需要。1-2-3 规模设计设计的变电所为110KV变电所，由3个电压等级110/35/10KV，分两期完成工程；进出线回路数：110KV，近期2回，远景2回； 35V，近期5回，远景2回； 10KV，近期12，远景2回。 1-2-4 所址概况 在有关部门的大力配合下，根据要求对所址进行考察，基本情况如下：地理位置：该所位于ZY市近郊，海拔200米，地势平坦，非强地震区；地质：年最高气温+40度，年最低气温-20度，年平均气温+15度，最热月平均气温+32度；水文气象:最大覆冰厚度b=10mm,最大风速25m/s,属于我国第六标准气象区；全线为黄土地带，土壤热阻率p=80.cm/w,电阻率为100.cm,地耐力为2.4/cm；天然容重r=2g/cm,内摩擦角=23，地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。综上所述，选该所可满足建所的要求。出线走廊情况：线路从S110KV母线出发至ZY变电所南墙止，全长10。在距离系统2北墙0.25、5、8、9.8处转角90、25、45、78四次进入ZY变电所。1-3 负荷分析1-3 负荷分析1-3-1负荷资料1-3-2 原始资料分析由负荷资料知，35KV、10KV两个电压等级上有负荷，110KV近期无负荷。其中，35KV的负荷中有耐火厂和水泥厂等重要的工业负荷。其负荷组成、类达15%左右，若断电将造成较大的经济损失和资源浪费。而10KV的负荷中有棉纺厂、印染厂、橡胶厂、柴油机厂等、类负荷组成较高的负荷，因而需要保证供电的可靠性；同时，由于10KV承担着市区的供电，市区的一些用户如医院、交通调度等单位对电力供应的可靠性要求也是极高的，故而在设计过程中应尽力保证供电的可靠性。 1-3-3 负荷计算为了最终确定网络结构和主接线的形式，并进一步确定主接线的用电设备，首先应进行负荷计算，这主要是依据：1、相同性质的电能用户具有相似的用电规律；2、由于经济发展，人们生活水平提高所带来的用电需求量的增加。计算负荷是一个假象的持续负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。在供配电系统中，以30min的最大计算作为选择电气设备的依据，并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用，即可在正常情况下长期运行。一般将这个最大计算负荷简称为计算负荷。要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流，首先必须要计算各侧的负荷：35KV侧负荷和10KV侧负荷。 综合最大计算负荷：S=K（）（1+）K同时系数，对于出线回路数较少的情况，可取0.90.95，出线回路数较多时，可取0.850.9；线损，可取5%；对35KV近期：S=K（）（1+）=0.95（）（1+5%）=9.42MVA远期：S=K（）（1+）=0.95（）（1+5%）=18.84MVA10KV近期：S=K（）（1+）=0.85（+）1.05=21.03 MVA远期：S=K（）（1+）=0.85（+）1.05=30.58 MVA综上：近期负荷：S=KS=0.9（9.42+21.03）=27.41 MVA远期负荷：S=KS=0.9（18.84+30.58）=44.48 MVA68河南城建学院本科毕业设计（论文） 第二章 主变压器选择 第二章 主变压器选择2-1主变型式的选择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，变电站以装设两台主变为宜；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12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。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510年的规划负荷选择，并适当考虑1020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选择及校验 按以上条件应选两台主变压器，容量的选择条件是（MVA） 其中，由前面计算结果按远景发展计算： 44.48=22.24MVA基于本变电站的情况，由国家标准容量系列标准，宜选容量为31.5MVA的变压器。以一台变压器停运检修时，保证、级富豪不断电，按近期校验:()0.75,()+；代入数据：131.50.75=0.7527.41，满足；131.5（+）+（+）=18.15MVA,满足。2-1-5 主变压器绕组数的确定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，待设计变电所为35KV降压变电所，在满足供电可靠性的前提下，为减少投资，故选用三相变压器。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22.5%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负荷均为、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0.10.15Mpa，以免水渗入油中。（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。2-1-10 容量比 对于降压变压器，有国标，容量组合有两种可供选择100/100/100，100/100/50，由于变电站10KV侧为主要负荷，且两种的造价相近。 显然，选择100/100/100为宜。2-1-11 各侧额定电压选择 110KV侧：110KV为受端，选110KV；35KV、10KV，选+10%即121KV、38.5KV、11KV。2-1-12 中性点绝缘问题在110KV及以上的中性点直接接地系统中，为了减少单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。35KV及10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。综上所述，选用2台容量为31.5MVA，型号为SFSZ9-31500/110的变压器。调压范围 11081.25%KV 38.522.5%KV 6.3,6.6,10.5,11KV=10.5 =17.5 =6.5河南城建学院本科毕业设计（论文） 第三章 电气主接线设计 第三章 电气主接线设计3-1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，要适当限制经济性，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，要做到经济合理。电气主接线的经济性要求有以下几个方面：（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，一边要使短路电流小，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，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘及安装费用，在运输条件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。3-2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3-1所示图3-1（a）方案一图3-1（b）方案二图3-1（c）方案三图3-1（d）方案四图3-1（e）方案五图3-1（f）方案六3-3主接线的比较与选定3-3-1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，提高了供电可靠性，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，任一支路断路器检修时，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，提高了供电的可靠性，但也带来了一些负面影响，如：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。方案一中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发生故障时，均使整个配电装置停电，且待设变电所的负荷多为类、类负荷，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，都不会中断对重要用户类负荷的供电，可分别在每段母线上都设有一车间与二车间的出线间隔。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线线路上断路器故障或检修时，通过旁路母线使供电不用中断，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。3-3-2 经济比较1、 综合投资比较（3-1）该变电所为35KV等级，故不明显的附加费用比例系数a取100（3-2）式中包括变压器、开关设备及配电装置等设备的费用，由式子可知，综合投资与成正比。方案三与方案二相比，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(3-3)式中为折旧费，为损耗费(3-4)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。(3-5)式中为电能电价（常数）。双绕组主变的年电能损耗(3-6)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。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。(3-7)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，即架空输电线路的年电能损耗相同。由于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3-2所示：图3-23-4 所用电的设计 3-4-1所用电设计的要求 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。 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3-3（a）图3-3（b）图3-3（c）其中图3-3（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3-3（c）的所用变投资成本最低但其可靠性较低；图3-3（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，一号所用变有外电源接入，可以保证变电所的所用电正常。其成本投资低于图3-3（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3-3（b）所示。河南城建学院本科毕业设计（论文） 第四章 短路电流的计算 第四章 短路电流的计算4-1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路故障的各种影响。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；母线校验短路时要能承受最大应力；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时准确动作。由于上述原因，短路电流计算称为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，校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。4-2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要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校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。系统中继电保护配置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。（6） 此外，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。4-3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。（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。4-4短路电流的计算对电力系统网络的短路电流，从50年代以来，我国电力部门曾长期采用从前苏联引进的一种运算曲线来计算任意时刻的短路电流。所谓运算曲线，是按我国电力系统的统计得到汽轮发电机的参数，逐个计算在不同阻抗条件下，某时刻t的短路电流，然后取所有这些短路电流的平均值，作为运行曲线在某时刻t和计算电抗Xjs情况下的短路电流值。运算曲线包括两种方法，即同一变化法和个别变化法。本题目中采用同一变化法对短路电流进行计算。4-4-1 电力系统接线简图4-4-2 参数计算 选择基准值：=1000MVA；=；=。选择短路计算点：在等值网络中选3个短路点，110KV母线（d1处），35KV母线（d2处），10KV母线（d3处）在图141中已分别标出。4-4-3 短路电流的计算电力系统示意图如下：参数计算：选取基值：=1000MVA；=；=。110KV：=5.02KA35KV：=15.60KA10KV：=55.00KA线路阻抗：=0.4 乙段 =0.410=0.3乙段 =0.470=2.1甲段 =0.450=1.5市甲段 =0.410=0.3市系段 =0.410=0.3对于：=0.6=0.4=0.65=0.5对于：=0.7=3.5=0.75=4.4主变：=3.4=0=2.14作系统等值网络图并化简，如下图所示：EEk kE0.41.83.42.142.4kkk3.50.33.42.14E短路点的选择如上图所示点短路电流的计算E0.41.82.4k3.50.30.960.40.123.50.16有源网络并联1.01.11注：公式： 等电势有源网络并联： 查汽轮机运算曲线 =0.54点短路电流计算由上面简化的基础可得下图：1.111.71.01.02.81= 3.45 点短路电流计算由以上化简基础可得下图：1.03.88=3.88 短路电流计算列表短路点(KA)(KA)(KA) (KA)(KA)(KA)i(KA)k0.544.610.524.440.504.2711.76k0.2095.54.02095.540.2095.5414.13k0.15214.210.15214.210.15214.2136.31其中上表中110KV K点短路电流I及I中的t由后面110KV断路器选择时确定 t=0.02+0.03+0.03=0.08s河南城建学院本科毕业设计（论文） 第五章 主要电气设备选择第五章 主要电气设备选择由于电气设备和载流导体的用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载流导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。电气设备选择的一般原则为： 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。 应满足安装地点和当地环境条件校核。 应力求技术先进和经济合理。 同类设备应尽量减少品种。 与整个工程的建设标准协调一致。 选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。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最严重情况的短路电流。 用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 短路的热稳定条件 Qdt在计算时间ts内，短路电流的热效应（KA2S）Itt秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S）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Ts按下式计算t=td+tkd式中td 继电保护装置动作时间（S）tkd断路的全分闸时间（s） 动稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短路时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是：上式中 短路冲击电流幅值及其有效值 允许通过动稳定电流的幅值和有效值 绝缘水平： 在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口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。由于变压器短时过载能力很大，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，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。正确的选择电气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。在进行电气设备选择时必须符合国家有关经济技术政策。技术要先进，经济要合理，安全要可靠，运行要灵活，而且要符合现场的自然条件要求。所选设备正常时应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。电气设备的选择应遵循以下两个原则：按正常工作状态选择；按短路状态校验。按正常工作状态选择的具体条件：（1） 额定电压：电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。一般220KV及以下的电气设备的最高允许工作电压为1.15Ue。所以一般可以按照电气设备的额定电压Ue不低于装设地点的电网的额定电压Uew: UeUew（2） 额定电流：所选电气设备的额定电流Ie不得低于装设回路最大持续工作电流Imax: IeImax。计算回路的Imax应该考虑回路中各种运行方式下的持续工作电流：变压器回路考虑在电压降低5时出力保持不变，所以Imax1.05 Iet;母联断路器回路一般可取变压器回路总的Imax；出线回路应该考虑出线最大负荷情况下的Imax。按短路状态校验的具体条件：（1） 热稳定校验：当短路电流通过所选的电气设备时，其热效应不应该超过允许值：QyQd（2） 动稳定校验：所选电气设备通过最大短路电流值时，不应因短路电流的电动力效应而造成变形或损坏：ichidw5-1 母线的选择110KV侧选择圆形截面，能有效防止电晕，因为圆形母线消除了电场集中的现象,35KV屋外配电装置、10KV的屋内配电装置，选择矩形截面母线，其原因是：同样截面的矩形母线周长比圆形母线的周长要长，散热面积大，冷却条件好；其次，由于集肤效应的影响，矩形母线的电阻比圆形的小，因而，在同一允许工作电流下，矩形母线截面要比圆形母线的截面积小，用金属量少。因此，屋内配电装置中采用矩形截面母线比圆形截面母线优越。导线的选择（1）选择母线的形式：由于钢芯铝绞线的耐张性能比单股铝母线好，在允许电流相同时，其直径比单股母线直径大，其表面附近的电场强度小于单股母线，机械强度较大，集肤效应大，可以防止电晕的产生，并且可以使变电站的屋外配电装置简单、投资少、比较经济，所以可采用钢芯铝绞线。（2）放置形式：水平放置 相间距离： a =0.25m L=1m (3)按经济电流密度法来选择母线截面积5-1-1 110kV侧母线选择按经济电流密度法选择母线截面： 式中： 经济截面 ，：正常工作情况下电路中的最大长期工作电流A J：经济电流密度 ，A/最大长期工用电流=1.05=137.777(A)因为最大利用小时数：(h/a)5000h/a取J=0.9106A/m2=153.085(mm2)查=25时母线载流量表选取截面为153.085mm2钢芯铝绞线LGJ-185,其技术数据见表40-3所示。表40-3 LGJ型钢芯铝绞线参数表标称截面（mm2）结构尺寸（mm）计算截面（mm2）计算外径（mm）铝股钢芯铝股钢芯电线钢芯185282.8772.5181.0034.4019.007.50校验母线的热稳定性：最小允许截面积 =圆形铝和铜母线直径在20mm以下时=1；截面超过以上个数值时值可查设计手册，本母线=1.1。实际环境温度为37，母线平放，母线计算温度为25，允许最高温度为70。温度修正系数为K=0.856室温下母线允许最大电流 =185A实际环境温度为37时母线允许的电流=K=0.856185=158.36A母线运行时的最高温度为37+（7037）=61.979热稳定校验查c=70农村发电厂变电站电气部分表3-5得C=8710主保护动作时间=1.5s,全分闸时间包括断路器固有分闸时间和燃弧时间取=00.4，=0.04；短路时间 t=+=1.5+0.04+0.04=1.58s1s所以要考虑短路电流非周期分量的影响 按三相短路校验热稳定性=1,t=1.58s由短路电流周期分量等值曲线查的=1.3s=1.3s=5.30210/8710=69.474mm2185 mm2所以钢芯铝绞线LGJ-185满足热稳定性的要求5-1-2 10kV母线选择及校验=1515.544(A)因为最大利用小时数：(h/a)3000h/a取J=1.65106A/m2=459.255(mm2)母线截