毕业设计 110kv变电站一次系统设计

沧州职业技术学院沧州职业技术学院 毕业设计毕业设计 110kv 变电站一次系统设计变电站一次系统设计 目录 引言 1 第 1 章 概述 2 第 2 章 负荷计算及变压器选择 4 2 1 负荷计算 4 2 1 1 计算负荷的目的 4 2 1 2 负荷分析 4 2 2 主变压器的选择 5 2 2 1 主变压器台数和容量的确定 5 2 2 2 变压器型号的选择 5 2 3 本变电站站用变压器的选择 6 2 4 小结 7 第 3 章 无功补偿装置的选择 8 3 1 补偿装置的意义 8 3 2 无功补偿装置类型的选择 8 3 2 1 无功补偿装置的类型 8 3 2 2 常用的三种补偿装置的比较及选择 8 3 3 无功补偿装置容量的确定 9 3 4 并联电容器装置的分组 9 3 4 1 分组原则 9 3 4 2 分组方式 9 3 5 并联电容器装置的接线 10 第 4 章 电气主接线设计 11 4 1 主接线的设计原则 11 4 1 1 主接线设计的基本要求 11 4 1 2 主接线的设计依据 12 4 2 110KV 主接线的选择 12 4 3 35KV 主接线的选择 12 4 4 10KV 主接线的选择 13 4 5 所用电设计 13 第 5 章 电路电流计算 14 5 1 节 短路电流计算的目的 14 5 2 短路电流计算的条件 14 5 3 短路电流计算 15 5 3 1 计算步骤 15 5 3 2 变压器参数的计算 16 5 3 3 短路点的确定 16 5 3 4 各短路点的短路计算 17 第 6 章 电气设备选择与校验 22 6 1 电气设备选择的一般规定 22 6 1 1 一般原则 22 6 1 2 有关的几项规定 22 6 2 各回路持续工作电流的计算 23 6 3 高压电气设备选择 23 6 3 1 断路器的选择与校验 23 6 3 2 隔离开关的选择及校验 28 6 3 3 电流互感器的选择及校验 30 6 3 4 电压互感器的选择及校验 35 6 3 5 母线的选择及校验 36 6 3 6 熔断器的选择 39 结论 41 参考文献 42 致谢 43 附录 44 沧州职业技术学院毕业设计 1 引言 电力行业是国民经济的基础工业 它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成 败 它为现代工业 农业 科学技术和国防提供必不可少的动力 电力系统规划设 计及运行的任务是 在国民经济发展计划的统筹安排下 合理开发 利用动力资源 用较少的投资和运行成本 来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要 提 供可靠充足 质量合格的电能 所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步设计 是为了更多的了解现代化变电站的设计规程 步骤和要求 设计出比较合理变电站 根据设计要求的任务 在本次设计中主要通过变电站电气主接线 短路电流计 算 设备选择与校验 无功补偿 主变保护和配电装置部分的设计 使我对四年来 所学的知识更进一步的巩固和加强 并从中获得一些较为实际的工作经验 由于在 设计中查阅了大量的相关资料 所以开始逐步掌握了查阅 运用资料的能力 又可 以总结四年来所学的电力工业的部分相关知识 为我们日后的工作打下了坚实的基 础 沧州职业技术学院毕业设计 2 第 1 章 概述 由于某地区电力系统的发展和负荷增长 拟建一座 110KV 变电站 向该地区用 35KV 和 10KV 两个电压等级供电 本变电站由两个系统 供电 对 35KV 侧来讲 本所供电对象是 A 厂 B 1 S 2 S 厂的厂区和生活区及 A B 两座变电站 10KV 侧供电对象是 a 厂 b 厂 c 厂 d 厂的厂区和生活区及 a b 两个居民区 具体数据如下 表 1 1 系统与线路参数表 系统 1系统 2线路参数 MVA 1 S 1c X MVA 2 S 2c X KM 1 L KM 2 L 60038800453020 表 1 2 35KV 侧负荷资料表 负荷名称最大负荷 MW cos 回路数 A 厂60 92 B 厂60 92 A 变电站50 91 B 变电站30 91 注 35KV 负荷同时系数为 0 9 表 1 3 10KV 侧负荷资料表 负荷名称最大负荷 MW cos 回路数 A 厂20 851 b 厂20 851 c 厂 3 0 852 d 厂30 852 A 居民区30 91 b 居民区30 91 注 10KV 负荷同时系数为 0 85 根据上表所述 一旦停电 就会造成地区断电 断水等后果严重影响人们的正 常生活 还将造成机器停运 整个生产处于瘫痪状态 严重影响各厂生产的质量和 数量 因此对本所得运行可靠性必须保证在非特殊情况下一本不允许对他们断电 鉴于以上情况 110KV 侧线路回数采用 4 回 其中 2 回留作备用 35KV 侧线 路回数采用 6 回 另有 2 回留作备用 A B 厂采用双回路供电 10KV 侧线路回数 沧州职业技术学院毕业设计 3 采用 8 回 另有 2 回留作备用 c d 厂采用双回路供电 以提高供电可靠性 在建站条件方面 本站地势平坦 属轻地震区 年最高气温 40 站最低气温 5 站平均温度 18 属于我国 类标准气象区 本变电站自用电主要负荷如表 1 4 表 1 4 110kV 变电站自用电负荷 序 号设备名称 额定容量 KW cos 安装 台数 工作 台数 备 注 1 主充电机 200 8511 周期性负荷 2 浮充电机 4 50 8511 经常性负荷 3 主变通风 0 150 853232 经常性负荷 4 蓄电池通风 2 70 8511 经常性负荷 5 检修 试验用电 150 85 经常性负荷 6 载波通讯用电 10 85 经常性负荷 7 屋内照明 5 2 8 屋外照明 4 5 9 生活水泵 4 50 8522 周期性负荷 10 福利区用电 1 50 85 周期性负荷 本论文主要通过分析上述负荷资料 以及通过负荷计算 最大持续工作电流及 短路计算 对变电站进行了设备选型和主接线选择 进而完成了变电站一次部分设 计 沧州职业技术学院毕业设计 4 第 2 章 负荷计算及变压器选择 2 1 负荷计算 2 1 1 计算负荷的目的 计算负荷是供电设计计算的基本依据 计算负荷确定得是否正确合理 直接影 响到电器和导线电缆的选择是否经济合理 如计算负荷确定过大 将使电器和导线 选得过大 造成投资和有色金属的消耗浪费 如计算负荷确定过小又将使电器和导 线电缆处子过早老化甚至烧毁 造成重大损失 由此可见正确确定计算负荷重要性 2 1 2 负荷分析 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 首先必须要计算出各侧的负荷 包括 35kV 侧负荷 10kV 侧负荷和站用电负荷 动力负荷和照明负荷 系统负荷的计算公式为 式 2 1 1 cos 1 max n i i i js P KtS 式中 各出线的最大负荷 功率因数 同时系数 maxi P i cos Kt 线损率 取 5 根据第 1 章所给资料 可以计算出以下数据 35KV 侧负荷 MVAS js 6 33 51 9 0 352626 9 0 10KV 侧负荷 MVAS js 75 22 51 9 0 33 85 0 232322 85 0 站用电负荷 照明负荷 动力负荷0 85 S KVA S 0 85 1 524 51152 7320 154 5 204 5 5 2 78 5235KVA 沧州职业技术学院毕业设计 5 变电站的总负荷 33 6 22 75 0 0785 56 428MVA S 2 2 主变压器的选择 2 2 1 主变压器台数和容量的确定 1 主变压器台数的选择 主变压器台数的选择原则 1 对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下 变电所以 装设两台变压器为宜 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 台变压器 3 对于规划只装设两台变压器的变电所 其变压器基础宜按大于变压器容量 的 1 2 级设计 以便负荷发展时 更换变压器的容量 通过上述分析 本变电站硬装设两台主变压器 2 主变压器容量的选择 主变压器容量一般按变电所建成后 5 10 年规划负荷选择 并适当考虑到远期 10 20 年的负荷发展 对于城市郊区变电所 主变压器应与城市规划相结合 根据变电站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 荷的变电站 应考虑当一台主变压器停运时 其余变压器容量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 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保证全部负荷的 70 80 单台变压器的容量 0 7 0 8 T S S 根据负荷计算算出本变电站总的负荷为 56 428MVA S 0 7 56 428 39 43MVA T S 2 2 2 变压器型号的选择 1 绕组数量的确定 根据 电力工程电气设计手册 所述 在具有三种电压的变电所中 如通过主 变压器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 电所内需设无功补偿设备时 主变压器宜采用三绕组变压器 在本变电所中 27 448 0 8 57 5364 0 3816 15 35 S S 沧州职业技术学院毕业设计 6 35 0097 0 8 57 5364 0 4868 15 10 S S 因此 主变压器选为三绕组变压器 2 相数的确定 根据 电力工程电气设计手册 变压器相数选择原则 当不受运输条件限制时 在 330KV 及以下发电厂和变电站 均应选用三相变压器 3 绕组数和接线组别的确定 该变电所有三个电压等级 所以选用三绕组变压器 连接方式必须和系统电压 相位一致 否则不能并列运行 110kV 以上电压 变压器绕组都采用 Y0 连接 35KV 采用 Y 形连接 10KV 采用 连接 4 调压方式的选择 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 5 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 强迫油循环风冷 强迫油循环水 冷 强迫导向油循环冷却 考虑到冷却系统的供电可靠性 要求及维护工作量 首 选自然风冷冷却方式 根基上述条件本变电站应用两台 SFSZ7 40000 110 型有载调压变压器 采用暗 备用方式 查变压器的参数如下 表 2 1 SFSZ7 40000 110 型变压器参数数据 损耗 KW 阻抗电压 额定电压 KV 型号及容量 KVA 高中低 连接组别 空 载 短 路 高 中 高 低 中 低 空 载 电 流 SFSZ7 40000 110 1108 1 25 38 52 2 5 10 5 YN yn0 d1 1 60 2 21 0 10 5 17 1 8 6 5 1 3 2 3 本变电站站用变压器的选择 沧州职业技术学院毕业设计 7 变电站的站用电是变电站的重要负荷 因此 在站用电设计时应按照运行可靠 检修和维护方便的要求 考虑变电站发展规划 妥善解决分期建设引起的问题 积 极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备 使设计达到经济合理 技术先进 保证 变电站安全 经济的运行 一般变电站装设一台站用变压器 对于枢纽变电站 装有两台以上主变压器的 变电站中应装设两台容量相等的站用变压器 互为备用 如果能从变电站外引入一 个可靠的低压备用电源时 也可装设一台站用变压器 根据如上规定 本变电站选 用两台容量相等的站用变压器 站用变压器的容量应按站用负荷选择 78 5235 SKVA 考虑一定的站用负荷增长裕度 站用变 10KV 侧选择两台 S9 100 10 型号 配电变压器 互为备用 根据容量选择 站用电变压器为 S9 100 10 型变压器 其参数如下 表 2 1 SL7 125 10 型变压器参数数据 损耗 W 阻抗电压为 型号容量连接组别 空载负载 S9 100 10100 KVA YN yn030014704 其容量比为 100 100 50 2 4 小结 在本章中 根据本变电站的实际情况选择了变电站的主变压器和站用变压器 主变压器为两台 SFSZ7 40000 110 型有载调压变压器 站用变压器两台 S9 100 10 型号配电变压器 沧州职业技术学院毕业设计 8 第 3 章 无功补偿装置的选择 3 1 补偿装置的意义 无功补偿可以保证电压质量 减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗 同时 对增强系统的稳定性有重要意义 3 2 无功补偿装置类型的选择 3 2 1 无功补偿装置的类型 无功补偿装置可分为两大类 串联补偿装置和并联补偿装置 目前常用的补偿装置有 静止补偿器 同步调相机 并联电容器 3 2 2 常用的三种补偿装置的比较及选择 这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所 的母线上 同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行 它向系统提供无功 功率而起到无功电源的作用 可提高系统电压 装有自动励磁调节装置的同步调相机 能根据装设地点电压的数值平滑地改变 输出或汲取的无功功率 进行电压调节 特别是有强行励磁装置时 在系统故障情 况下 还能调整系统的电压 有利于提高系统的稳定性 但是同步调相机是旋转机 械 运行维护比较复杂 它的有功功率损耗较大 小容量的调相机每千伏安容量的 投入费用也较大 故同步调相机宜于大容量集中使用 容量小于 5MVA 的一般不装 设 在我国 同步调相机常安装在枢纽变电所 以便平滑调节电压和提高系统稳定 性 静止补偿器 静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成 电容器可发出无功功率 电抗 器可吸收无功功率 根据调压需要 通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率 来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向 静止补偿器是一种技术先进 调节性能 使用方便 经纪性能良好的动态无功 功率补偿装置 静止补偿器能快速平滑地调节无功功率 以满足无功补偿装置的要 求 这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷 且调节不能连 续的缺点 与同步调相机比较 静止补偿器运行维护简单 功率损耗小 能做到分 相补偿以适应不平衡负荷的变化 对冲击负荷也有较强的适应性 因此在电力系统 得到越来越广泛的应用 但此设备造价太高 不在本设计中不宜采用 电力电容器 沧州职业技术学院毕业设计 9 电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上 它所提供的无功功率 值与所节点的电压成正比 电力电容器的装设容量可大可小 而且既可集中安装 又可分散装设来接地供 应无功率 运行时功率损耗亦较小 此外 由于它没有旋转部件 维护也较方便 为了在运行中调节电容器的功率 也可将电容器连接成若干组 根据负荷的变化 分组投入和切除 综合比较以上三种无功补偿装置后 选择并联电容器作为无功补偿装置 3 3 无功补偿装置容量的确定 根据现场经验 现场经验一般按主变容量的 10 30 来确定无功补偿装置的容量 此设计中主变容量为 40000KVA 故并联电容器的容量为 4000KVA 12000KVA 为宜 在此设计中取 12000KVA 3 4 并联电容器装置的分组 3 4 1 分组原则 1 并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动 负荷变化 谐波含量 等因素确定 2 对于单独补偿的某台设备 例如电动机 小容量变压器等用的并联电容器装 置 不必分组 可直接与设备相联接 并与该设备同时投切 对于 110KV 220KV 主变代有载调压装置的变电所 应按有载调压分组 并 按电压或功率的要求实行自动投切 3 终端变电所的并联电容器设备 主要是为了提高电压和补偿变压器的无功损 耗 此时 各组应能随电压波动实行自动投切 投切任一组电容器时引起的电压波 动不应超过 2 5 3 4 2 分组方式 1 并联电容器的分组方式有等容量分组 等差容量分组 带总断路器的等差容 量分组 带总断路器的等差级数容量分组 2 各种分组方式比较 a 等差容量分组方式 由于其分组容量之间成等差级数关系 从而使并联电容 器装置可按不同投切方式得到多种容量组合 既可用比等容量分组方式少的分组数 目 达到更多种容量组合的要求 从而节约了回路设备数 但会在改变容量组合的 操作过程中 会引起无功补偿功率较大的变化 并可能使分组容量较小的分组断路 器频繁操作 断路器的检修间隔时间缩短 从而使电容器组退出运行的可能性增加 因而应用范围有限 b 带总断路器的等差容量分组 带总断路器的等差级数容量分组 当某一并联 沧州职业技术学院毕业设计 10 电容器组因短路故障而切除时 将造成整个并联电容器装置退出运行 c 等容量分作方式 是应用较多的分作方式 综上所述 在本设计中 无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式 3 5 并联电容器装置的接线 并联电容器装置的基本接线分为星形 Y 和三角形 两种 经常使用的 还有由星形派生出来的双星形 在某种场合下 也采用有由三角形派生出来的双三 角形 从 电气工程电气设计手册 一次部分 中比较得 应采用双星形接线 因为 双星形接线更简单 而且可靠性 灵敏性都高 对电网通讯不会造成干扰 适用于 10KV 及以上的大容量并联电容器组 中性点接地方式 对该变电所进行无功补偿 主要是补偿主变和负荷的无功功 率 因此并联电容器装置装设在变电所低压侧 故采用中性点不接地方式 10KV 系统的中性点是不接地的 该变电站采用的并联电容器组的中性点也是 不接地的 当发生单相接地故障时 构不成零序电流回路 所以不会对 10KV 系统 造成影响 沧州职业技术学院毕业设计 11 第 4 章 电气主接线设计 4 1 主接线的设计原则 4 1 1 主接线设计的基本要求 主接线的基本要求 应满足可靠性 灵活性和经济性 1 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务 保证供电可靠是电力生产和分配的首要要求 主接线首先应满足这个要求 可靠性的具体要求 1 断路器检修时 不影响对系统和负荷的供电 2 断路器和母线故障以及母线检修应尽量减少停电时间及回数 并要保证一级 负荷及大部分二级负荷的供电 3 尽量避免全所停运 停电的可能性 2 灵活性 主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 1 调度时 应可以灵活地投入和切除变压器和线路 调配电源和负荷 满足系 统在事故运行方式 检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求 2 检修时 可以方便地停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修 而不致影响电力网的运行和对用户的供电 3 扩建时 可以容易地从初期接线过渡到最终接线 在不影响连续供电或停电 时间最短的情况下 投入变压器或线路而不互相干扰 并且对一次和二次部分的改 建工作量最少 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 1 投资省 1 主接线应力求简单清晰 以节省断路器 隔离开关 电流和电压互感器 避雷器等一次设备 2 要能使继电保护和二次回路不过于复杂 以节省二次设备和控制电缆 3 要能限制短路电流 以便于选择价廉的电气设备或轻型电器 4 如能满足系统安全运行及继电保护要求 110kV 及以下终端或分支变电所 可采用简易电器 2 占地面积小 主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件 尽量使占地面积减少 3 电能损失少 经济合理地选择主变压器的种类 容量 数量 要避免因两次变压而增加电能 损失 此外 在系统规划设计中 要避免建立复杂的操作枢纽 为简化主接线 发电 沧州职业技术学院毕业设计 12 厂 变电所接入系统的电压等级一般不超过两种 4 1 2 主接线的设计依据 在选择电气主接线时应以下列各点作为设计依据 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 1 对于一级负荷必须有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能保 证对全部一级负荷不间断供电 2 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能 保证对大部分二级负荷的供电 3 对于三级负荷一般只需一个电源供电 4 系统备用容量大小 装有 2 台组级以上主变压器的变电所 其中一台 组 事故断开 其余主变压 器的容量应保证该所 60 的全部负荷 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 5 系统专业对电气主接线提供的具体要求 4 2 110kV 主接线的选择 根据 变电所设计技术规程 第 22 条 110 220kV 配电装置中 当出线数为 2 回时 一般采用桥形接线 当出线不超过 4 回时 一般采用分段单母线接线 110KV 侧初期设计回路数为 4 回 由 电力工程电气设计手册 第二章第二节中的规定可知 110KV 侧配电装置宜采用单母线分段的接线方式 110KV 侧采用单母线分段的接线方式 有下列优点 1 供电可靠性 当一组母线停电或故障时 不影响另一组母线供电 2 调度灵活 任一电源消失时 可用另一电源带两段母线 3 扩建方便 4 在保证可靠性和灵活性的基础上 较经济 经过比较内桥形接线比单母线接线形式少一组断路器 110KV 处为两回进线 两回出线 该变电所应用两台降压变压器 宜选用内桥形接线 在配电装置的综合 投资 包括控制设备 电缆 母线及土建费用上 在运行灵活性上 桥形接线比单 母线形接线有很大的灵活性 所以经过技术及经济上的比较 桥形接线的优势大于 单母线的接线形式 故 110KV 侧采用内桥式的连接方式 4 3 35kV 主接线的选择 由 电力工程电气设计手册 第二章第二节中的规定可知 当 35 63KV 配电装 置出线回路数为 4 8 回 采用单母分段连接 当连接的电源较多 负荷较大时也可 沧州职业技术学院毕业设计 13 采用双母线接线 变电所设计技术规程 第 23 条 35 60 千伏配电装置中 当出线为 2 回时 一般采用桥形接线 当出线为 2 回以上时 一般采用分段单母线或单母线接线 出 线回数较多 连接的电源较多 负荷大或污秽环境中的 35 60 千伏屋外配电装置 可采用双母线接线 由于 35kV 回路为 8 回 采用双母线接线后 可以轮流检修一组母线及任一回 路的母线隔离开关 一组母线故障后 能迅速恢复供电 各个回路负荷可以任意分 配到某一组母线上 因此就没有必要采用增设旁母 投资也较单母分段带旁母少 因此经过比较后 决定采用双母线接线作为 35kV 侧的主接线 4 4 10kV 主接线的选择 变电所设计技术规程 第 23 条 6kV 和 10kV 配电装置中 一般采用分段单 母线或单母线接线 电气工程设计手册 1 规定 6 10kV 配电装置出线回路数为 6 回以上时 可 采用单母线分段接线 本所 10kV 侧出线数为 10 回 又 c d 厂采用双回路供电 所以采用单母分段 接线方式 该方式具有较高的可靠性和灵活性 双回线路分别接到不同母线上 这 样当一回故障时 另一回可继续对其供电而不至使重要用户停电 4 5 所用电设计 一 所用电源引接方式 在选择所用变时一般情况下 厂家不生产 110 0 4kV 或 35 0 4kV 的双绕组变压 器 又因为网络故障较多 从所外电源引接所用电源可靠性较低 这样所用电必须 从主变 低压侧 10kV 母线不同段上各引接一个 并要加装限流电抗器 二 所用电接线 电力工程设计手册 1 规定 所用变高压侧尽量采用熔断器 所用变的低压 侧采用 380 220V 中性点直接接地的三相四线制 动力与照明合用 且设置一个检修 电源 本所站变电压等级 10 0 4kV 低压侧为三相母线制运行 且 0 4kV 侧采用单母 分段接线方式 以保证所用电的可靠性和灵活性 以维护变电所的正常运行 沧州职业技术学院毕业设计 14 第 5 章 电路电流计算 5 1 节 短路电流计算的目的 在发电厂和变电所的电气设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 其计 算的目的主要有以下几方面 1 在选择电气主接线时 为了比较各种接线方案 或确定某一接线是否需要采 取限制短路电流的措施等 均需进行必要的短路电流计算 2 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都能安全 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 用以校验设备动稳定 3 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 4 在选择继电保护方式和进行整定计算时 需以各种短路时的短路电流为依据 5 接地装置的设计 也需用短路电流 5 2 短路电流计算的条件 基本假定 短路电流实用计算中 采用以下假设条件和原则 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 定子三相绕组空间相差120 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 50 负 荷接在系统侧 6 同步电机都具有自动调整励磁装置 7 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 沧州职业技术学院毕业设计 15 8 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 9 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 元件的电阻都略 去不计 10 元件的计算参数均取其额定值 不考虑参数的误差和调整范围 11 输电线路的电容略去不计 12 用概率统计法制定短路电流运算曲线 一般规定 1 验算导体和电器动稳定 热稳定以及电器开断电流所用的短路电流 应按设 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的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 2 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 3 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 4 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 则应按严重情况计算 5 3 短路电流计算 5 3 1 计算步骤 选择计算短路点 画等值网络图 首先去掉系统中的所有分支 线路电容 各元件的电阻 选取基准容量和基准电压 一般取各级的平均电压 b S b U 将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗 绘制等值网络图 并将各元件电抗统一编号 化简等值网络 为计算不同短路点的短路值 需将等值网络分别化简为以短路 点为中心的辐射形等值网络 并求出各电源与短路点之间的电抗 即转移电抗 nd X 求计算电抗 js X 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值 运算曲线只作到 5 3 js X 沧州职业技术学院毕业设计 16 计算无限大容量 或 的电源供给的短路电流周期分量 3 js X 计算短路电流周期分量有名值和短路容量 计算短路电流冲击值 绘制短路电流计算结果表 5 3 2 变压器参数的计算 基准值的选取 取各侧平均额定电压MVAS j 100 d U 主变压器参数计算 由表2 1查明可知 5 10 12 U17 13 U5 6 23 U 5 10 5 617 5 10 5 0 5 0 2313121 UUUU 0 175 6 5 10 5 0 5 0 1323122 UUUU 5 6 5 105 617 5 0 5 0 1223133 UUUU 电抗标幺值为 263 0 40 100 100 5 10 100 1 1 N B S SU X 0 2 X 163 0 40 100 100 5 6 100 3 3 N B S SU X 站用变压器参数计算 由表2 2查明 4 d U 40 1 0 100 100 4 100 4 N Bd S SU X 系统等值电抗 38 0 1 c X45 0 2 c XMVAS600 1 MVAS800 2 L1 30 L2 20 线路阻抗取0 4 5 3 3 短路点的确定 此变电站设计中 电压等级有四个 在选择的短路点中 其中110KV进线处短路 与变压器高压侧短路 短路电流相同 所以在此电压等级下只需选择一个短路点 沧州职业技术学院毕业设计 17 在另外三个电压等级下 同理也只需各选一个短路点 依据本变电站选定的主接线方式 设备参数和短路点选择 网络等值图如下 图 5 1 系统等值网络图 5 3 4 各短路点的短路计算 1 短路点d 1的短路计算 110KV母线 网络化简如图5 2所示 XL1XL2 4 40 x 3 163 0 x 35KV 110KV d 1 d 2 d 3 d 4 1 S 2 S 1 38 0 c x 2 45 0 c x 1L X 2L X 1 263 0 X 2 0 X 沧州职业技术学院毕业设计 18 图 5 2 d 1 点短路等值图 0633 0 1 1 1 S S XX j c 0563 0 2 2 2 S S XX j c 0907 0 115 100 4 030 2 1 L X 0605 0 115 100 4 020 2 2 L X 154 0 1 1 1 L XXX 1168 0 2 2 2 L XXX KA X I494 6 1 1 1 KA X I562 8 1 2 2 d 1 点短路电流的标幺值 KAId056 15562 8494 6 1 d 1 点短路电流的有名值 KA U S II d j dd 558 7 3 11 基准值 KA U S I d j d 502 0 1153 100 3 稳态短路电流 KAII di 558 7 短路冲击电流 KAIish2729 19558 7 55 2 55 2 短路全电流最大有效值 KAIIsh4882 11558 7 52 1 52 1 2 短路点d 2的短路计算 35KV母线 网络化简为 沧州职业技术学院毕业设计 19 图 5 3 d 2 点短路等值图 0664 0 2211 2211 lclc lclc XXXX XXXX X 0 1979 2 21 2 XX XX d 2 点短路电流的标幺值 KA X Id0531 5 1 2 2 d 2 点短路电流的有名值 KA U S II d j dd 883 7 3 22 基准值 KA U S I d j d 56 1 373 100 3 稳态短路电流 KAII d 883 7 2 短路冲击电流 KAIish10 20883 7 55 2 55 2 短路全电流最大有效值 KAIIsh982 11883 7 52 1 52 1 3 短路点d 3的短路计算 10KV母线 沧州职业技术学院毕业设计 20 网络化简为 图 5 4 d 3 点短路等值图 0664 0 2211 2211 lclc lclc XXXX XXXX X 0 2794 2 31 3 XX XX d 3 点短路电流的标幺值 KA X Id5791 3 1 3 3 d 3 点短路电流的有名值 KA U S II d j dd 68 19 3 33 基准值 KA U S I d j d 499 5 5 103 100 3 稳态短路电流 KAII d 68 19 2 短路冲击电流 KAIish18 5068 1955 2 55 2 短路全电流最大有效值 KAIIsh9136 2968 1952 1 52 1 1 263 0 X 3 163 0 X 3 X 沧州职业技术学院毕业设计 21 4 短路点d 4的短路计算 网络化简只需在图3 4上加站用变压器的电抗标幺值即可 如下图所示 图 5 5 d 4 点短路等值图 0 2794 2 31 3 XX XX 2794 40402794 0 4 X d 4 点短路电流的标幺值 KA X Id0248 0 1 3 4 d 4 点短路电流的有名值 KA U S II d j dd 5797 3 3 44 基准值 KA U S I d j d 3418 144 4 03 100 3 稳态短路电流 KAII d 5797 3 2 短路冲击电流 KAIish1281 9 5797 3 55 2 55 2 短路全电流最大有效值 KAIIsh4411 5 5797 3 52 1 52 1 4 40 x 3 X d 4 沧州职业技术学院毕业设计 22 第 6 章 电气设备选择与校验 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 6 1 电气设备选择的一般规定 6 1 1 一般原则 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 应按当地环境条件校核 应力求技术先进和经济合理 选择导体时应尽量减少品种 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 6 1 2 有关的几项规定 导体和电器应按正常运行情况选择 按短路条件验算其动 热稳定 并按环境 条校核电器的基本使用条件 在正常运行条件下 各回路的持续工作电流 应按下表计算 表 6 1 各回路持续工作电流 回路名称计算公式 变压器回路 nnng USII305 1 05 1 max 馈电回路 COSU P I n n g 3 2 max 注 等都为设备本身的额定值 nnn IUP 各标量的单位为 I A U KV P KW S KVA 验算导体和电器时 所用短路电流见短路电流计算结果表 验算导体和 110KV 以下电缆短路热稳定时 所用的计算时间 一般采用主保护 的动作时间加相应的断路器全分闸时间 断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时 间和电弧燃烧时间 沧州职业技术学院毕业设计 23 环境条件 选择导体和电器时 应按当地环境条件校核 6 2 各回路持续工作电流的计算 依据表 6 1 各回路持续工作电流计算结果见下表 表 6 2 各回路持续工作电流结果表 回路名称计算公式及结果 110KV 母线 I 220 44A max g 1103 4000005 1 3 05 1 n n U S 110KV 进线 I 339 62A max g 85 0 1103 2 10 2035 2 cos3 2 2 3 n U P 35KV 母线 I 692 82A max g 353 4000005 1 3 05 1 n n U S 35KV 出线 I 150 94A max g 85 0 353 9 10352 cos3 10 2 3 n U P 10KV 母线 I 1212 44A max g 103 2000005 1 3 05 1 n n U S 10KV 出线 I 388 13A max g 85 0 103 7 10202 cos3 2 2 3 n U P 0 4KV 母线 I 255 25A max g 38 0 3 16005 1 3 05 1 n n U S 6 3 高压电气设备选择 6 3 1 断路器的选择与校验 断路器型式的选择 除需满足各项技术条件和环境条件外 还考虑便于安装调 试和运行维护 并经技术经济比较后才能确定 根据我国当前制造情况 电压 6 220kV 的电网一般选用少油断路器 电压 110 330kV 电网 可选用 SF6 或空气 断路器 大容量机组釆用封闭母线时 如果需要装设断路器 宜选用发电机专用断 路器 断路器选择的具体技术条件如下 1 电压 ng UU 电网工作电压 式 6 1 沧州职业技术学院毕业设计 24 2 电流 式 6 2 ng II max 最大持续工作电压 3 开断电流 式 6 3 kddt II 式中 断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量 dt I 断路器的额定开断电流 kd I 4 动稳定 式 6 4 max iich 式中 断路器极限通过电流峰值 ch i 三相短路电流冲击值 max i 5 热稳定 式 6 5 tItI tdz 22 式中 稳态三相短路电流 I 短路电流发热等值时间 dz t 断路器 t 秒热稳定电流 t I 其中 由和短路电流计算时间 t 可从 发电厂电气 2 05 0 zdz tt I I 部分课程设计参考资料 第 112 页 图 5 1 中查出短路电流周期分量等值时间 t 从 而计算出 dz t 6 3 1 1 断路器的选择 根据如下条件选择断路器 电压 ng UU 电网工作电压 电流 各回路的见表 4 2 ng II max 最大持续工作电流 max g I 各断路器的选择结果见下表 沧州职业技术学院毕业设计 25 表 6 3 断路器的型号及参数 性能指标 位置 型号 额定 电压 KV 额定 电流 A 额定断 开电流 KA 动稳定 电 流 KA 热稳定 电 流 KA 固有分 闸时间 s 合闸 时间 s 110KV 侧 OFPI 110 110125031 58031 5 3 0 03 12 0 变压器 35KV 侧 HB35361250258025 3 0 06 0 0 6 35KV 出线侧HB35361250258025 3 0 06 0 0 6 变压器 10KV 侧 HB 101012504010043 5 3 0 06 0 0 6 10KV 出线侧 ZN4 10C 1060017 329 417 3 4 0 05 0 2 站用 DW5 400 380 400400 6 3 1 2 断路器的校验 1 校验 110KV 侧断路器 开断电流 kddt II 056 15KAIdt 5 31KAIkd kddt II 动稳定 max iich 2729 19KAich 80 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 1 558 7 558 7 I I 沧州职业技术学院毕业设计 26 03 2 03 0 2st 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 112 页 得 65 1 stz 70 1 05 0 65 1 05 0 stt zdz 1097 9770 1 558 7 222 sKAtI dz 75 29763 5 31 222 sKAtIt 则 tItI tdz 22 经以上校验此断路器满足各项要求 2 校验变压器 35KV 侧断路器 开断电流 kddt II 276 3 KAIdt 25 KAIkd kddt II 动稳定 max iich 354 8 KAich 80 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 1 276 3 276 3 I I 06 2 06 0 2st 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 112 页 得 65 1 stz 70 1 05 065 1 05 0 stt zdz 197 3270 1 276 3 22 sKAtI dz 沧州职业技术学院毕业设计 27 1875325 222 sKAtIt 则 tItI tdz 22 经以上校验此断路器满足各项要求 3 校验 35KV 出线侧断路器 此断路器与 35KV 变压器侧断路器型号相同 且短路电流与校验 35KV 变压 器侧断路器为同一短路电流 则 校验过程与校验 35KV 变压器侧断路器相同 校验变压器 10KV 侧断路器 开断电流 kddt II 845 9 KAIdt 40 KAIkd kddt II 动稳定 max iich 105 25KAich 100 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 1 845 9 845 9 I I 06 2 06 0 2st 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 112 页 得 65 1 stz 70 1 05 065 1 05 0 stt zdz 77 16470 1 845 9 222 sKAtI dz 75 56763 5 43 222 sKAtIt 则 tItI tdz 22 沧州职业技术学院毕业设计 28 经以上校验此断路器满足各项要求 4 校验 10KV 出线侧断路器 开断电流 kddt II 845 9 KAIdt 3 17KAIkd kddt II 动稳定 max iich 105 25KAich 4 29 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 1 845 9 845 9 I I 05 2 03 0 2st 5 查 发电厂电气部分课程设计参考资料 第 112 页 得 65 1 stz 70 1 05 065 1 05 0 stt zdz 77 16470 1 845 9 222 sKAtI dz 16 11974 3 17 222 sKAtIt 则 tItI tdz 22 经以上校验此断路器满足各项要求 6 3 2 隔离开关的选择及校验 隔离开关是高压开关的一种 因为没有专门的灭弧装置 所以不能切断负荷电 流和短路电流 但是它有明显的断开点 可以有效的隔离电源 通常与断路器配合 使用 隔离开关型式的选择 其技术条件与断路器相同 应根据配电装置的布置特点和使 沧州职业技术学院毕业设计 29 用要求等因素进行综合的技术经济比较 然后确定 其选择的技术条件与断路器选 择的技术条件相同 6 3 2 1 隔离开关的选择 根据如下条件选择隔离开关 电压 ng UU 电网工作电压 电流 各回路的见表 4 2 ng II max 最大持续工作电流 max g I 各隔离开关的选择结果见下表 表 6 4 隔离开关的型号及参数 开关编号型号 额定电压 KV 额定电流 A 动稳定电流 KA 热稳定电流 s KA 110KV 侧 GW2 110 1106005014 5 35KV 变压器侧GW4 353510008023 7 4 35KV 出线侧GW8 3535400155 6 5 6 3 2 2 隔离开关的校验 1 110KV 侧隔离开关的校验 动稳定 max iich 713 3 KAich 50 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 由校验断路器可知 604 3 70 1 456 1 22 sKAtI dz 980514 222 sKAtIt tItI tdz 22 经以上校验此隔离开关满足各项要求 2 35KV 变压器侧隔离开关的校验 动稳定 max iich 沧州职业技术学院毕业设计 30 354 8 KAich 80 max KAi max iich 热稳定 tItI tdz 22 由校验断路器可知 197 3270 1 276 3 22 sKAtI dz 76 22464 7 23 222 sKAtIt tItI tdz 22 经以上校验此隔离开关满足各项要求 3 35KV 出线侧隔离开关的校验 动稳定 max iich 354 8