地方降压变电站电气一次系统初步设计毕业论文.doc

地方降压 110KV 变电站电气一次系统初步设 计 摘要 随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起 供电系统的设计越来越全面 系统 工厂用电量迅速增长 对电能质量 技术经济状况 供电的可靠性指标也日益提高 因 此对供电设计也有了更高 更完善的要求 设计是否合理 不仅直接影响基建投资 运 行费用和有色金属的消耗量 也会反映在供电的可靠性和安全生产方面 它和企业的经 济效益 设备人身安全密切相关 变电站是电力系统的一个重要组成部分 由电器设备及配电网络按一定的接线方式 所构成 他从电力系统取得电能 通过其变换 分配 输送与保护等功能 然后将电能 安全 可靠 经济的输送到每一个用电设备的转设场所 作为电能传输与控制的枢纽 变电站必须改变传统的设计和控制模式 才能适应现代电力系统 现代化工业生产和社 会生活的发展趋势 随着计算机技术 现代通讯和网络技术的发展 为目前变电站的监 视 控制 保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础 110kV 变电站属于高压网络 该地区变电所所涉及方面多 考虑问题多 分析变电所 担负的任务及用户负荷等情况 选择所址 利用用户数据进行负荷计算 确定用户无功 功率补偿装置 同时进行各种变压器的选择 从而确定变电站的接线方式 再进行短路 电流计算 选择送配电网络及导线 进行短路电流计算 选择变电站高低压电气设备 为变电站平面及剖面图提供依据 本变电所的初步设计包括了 1 总体方案的确定 2 短路电流的计算 3 高低压配电系统设计与系统接线方案选择 4 防雷保护等内 容 随着电力技术高新化 复杂化的迅速发展 电力系统在从发电到供电的所有领域中 通过新技术的使用 都在不断的发生变化 变电所作为电力系统中一个关键的环节也同 样在新技术领域得到了充分的发展 关键词 变电站 输电系统 配电系统 高压网 Local step down transformer substations electrical system design ABSTRACT Along with the economic development and the modern industry developments of quick rising the design of the power supply system become more and more completely and system Because the quickly increase electricity of factories it also increases seriously to the dependable index of the economic condition power supply in quantity Therefore they need the higher and more perfect request to the power supply Whether Design reasonable not only affect directly the base investment and circulate the expenses with have the metal depletion in colour metal but also will reflect the dependable in power supply and the safe in many facts In a word it is close with the economic performance and the safety of the people The substation is an importance part of the electric power system it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution It obtains the electric power from the electric power system through its function of transformation and assign transport and safety Then transport the power to every place with safe dependable and economical As an important part of power s transport and control the transformer substation must change the mode of the traditional design and control then can adapt to the modern electric power system the development of modern industry and the of trend of the society life The region of 110 voltage effect many fields and should consider many problems Analyse change to give or get an electric shock a mission for carrying and customers carries etc circumstance choose the address make good use of customer data proceed then carry calculation ascertain the correct equipment of the customer At the same time following the choice of every kind of transformer then make sure the line method of the transformer substation then calculate the short circuit electric current choosing to send together with the electric wire method and the style of the wire then proceeding the calculation of short circuit electric current This first step of design included 1 ascertain the total project 2 the calculation of the short circuit electric current 3 the design of an electric shock the system design to connect with system and the choice of line project 4 the contents to defend the thunder and so on Along with the high and quick development of electric power technique electric power system then can change from the generate of the electricity to the supply the power Key words Substation Transmission System Distribution High Voltage Network 目 录 摘要 I ABSTRACT II 前言 1 原始数据 2 一 主变压器容量 台数及形式的选择 43 1 概述 43 2 主变压器台数的选择 43 3 主变压器容量的选择 53 3 1 主变容量的确定计算 54 4 主变压器型式的选择 64 4 1 主变压器相数的选择 64 4 2 绕组数的选择 64 4 3 主变调压方式的选择 75 4 4 连接组别的选择 75 4 5 容量比的选择 76 4 6 主变压器冷却方式的选择 86 二 电气主接线选择 107 1 概述 107 1 1 可靠性 107 1 2 灵活性 107 1 3 经济性 107 2 主接线的接线方式选择 118 2 1 单母线接线 118 2 2 单母分段 118 2 3 单母分段带旁路母线 118 2 4 桥形接线 118 2 5 一个半断路器 3 2 接线 129 2 6 双母接线 129 2 7 双母线分段接线 129 3 主接线比较选择 1310 三 短路电流计算 2616 1 概述 2616 2 短路计算的目的及假设 2616 2 1 短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节 2616 2 2 短路电流计算的一般规定 2616 2 3 短路计算基本假设 2717 2 4 基准值 2717 2 5 短路电流计算的步骤 2717 3 计算变压器各绕组电抗 2818 4 计算系统及线路阻抗 2919 5 等值网络 2919 四 电气设备的选择 3222 1 概述 3222 1 1 一般原则 3322 1 2 技术条件 3322 2 断路器的选择 3423 2 1 按开断电流选择 3423 2 2 短路关合电流的选择 3423 2 3 断路器选择计算 3424 3 隔离开关的选择 3827 3 1 隔离开关选择计算 3928 4 高压熔断器的选择 4231 4 1 按额定电压选择 4231 4 2 按额定电流选择 4231 4 3 高压熔断器的计算 4231 5 互感器的选择 4332 5 1 电流互感器的选择 4332 5 2 电流互感器的计算 4433 5 3 电压互感器的选择 4737 5 4 电压互感器计算 4838 6 母线的选择 4939 6 1 裸导体的选择条件选择和校验 5039 6 2 母线及电缆截面的选择 5039 6 3110kV 35kV 10kV 侧母线及其 10kV 侧电缆出线选择计算 5039 7 支持绝缘子及穿墙套管的选择 5645 7 1 支持绝缘子的选择 5645 7 2 支持绝缘子的计算 5645 7 3 穿墙套管的选择 5746 7 4 穿墙套管的计算 5746 8 主变压器之间的消弧线圈 5747 9 电抗器选择 5847 10 经济性比较 5847 五 电气总平面布置及配电装置的选择 6050 1 概述 6050 2 高压配电装置的选择 6150 六 防雷设计规划 6454 1 防雷保护的设计 6454 2 主变中性点放电间隙保护 6554 3 避雷器的选择 6554 4 避雷针的选择 6756 5 保护全面积的校验 6857 6 接地网的设计 6857 6 1 接地体的设计 6958 6 2 典型接地体接地电阻计算 6958 6 3 接地网设计计算 6958 参考文献 7261 设计图纸说明 7362 致谢 7463 1 前言 目前 我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造 与此相应 城乡变电所 也正不断的更新换代 我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在 小型变电所 微 机监测变电所 综合自动化变电所相继出现 并得到迅速的发展 然而 所有的变化发 展都是根据变电设计的基本原理而来 因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本 本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核 内容为 110kV 终端变 电所电气一次系统设计 正是最为常见的常规变电所 并根据变电所设计的基本原理设 计 务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程 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 避雷针的选择等步骤 最终确定了 110kV 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 通过本次毕业设计 不仅巩固了专业知识 而且培养了我们运用所学知识去分析和 解决与本专业相关的实际问题的能力 由于本人掌握的知识有限 又无设计经验 设计中难免存在不足及错误 恳请各位 老师和同学批评指正 2 原始数据 1 变电站类型 地方降压变电站 2 电压等级 110 35 10kV 3 负荷情况 35kV 最大 3740MW 最小 25MW Tmax 65005000 小时 cos 0 85 10kV 最大 2520MW 最小 1712MW Tmax 60005000 小时 cos 0 85 3 负荷性质 工农业生产及城乡生活用电 Tmax 5400 小时 4 出线情况 1 110kV 侧 2 回 架空线 LGJ 185 15020km 2 35kV 侧 68 回 架空线 3 10kV 侧 812 回 电缆出线 4 回 5 系统情况 1 系统经双回线给变电所供电 该变电所除供地区负荷外 还承担邻近 变电所能量的传输 x 0 11 2 系统 110kV 母线电压满足常调压要求 23 系统 110kV 母线短路电流标幺值为 25 B 100MVA 3 35kV 和 10kV 对端无电源 6 环境条件 1 最高温度 40 最低温度 30 年平均温度 20 2 土壤电阻率 400 欧 米 3 当地雷暴日 40 日 年 7 根据需要 可自行补充其它有关资料 4 一 主变压器容量 台数及形式的选择 1 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 同时兼顾电力系统负荷增 长情况 并根据电力系统 5 10 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 选择主变压器的容量 同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台 数及容量 2 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郊区 110kV 降压变电所 它是以 110kV 受功率为主 把所受的功率通过主变传输至 35kV 及 10kV 母线上 再将电能分配出去 因此选择主变台数时 要确保供电的可靠性 5 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 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 60 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 3 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 5 10 年规划负荷选择 并适当考虑远期 10 20 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 该所最大 负荷给定 所以应按最大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 60 80 该变 电所是按 70 全部负荷来选择 因此 装设两台变压器变电所的总装容量为 3510 3510 3510 coscos kVkV kVkV kVkV PP SSS 总 当一台变压器停运时 可保证对 60 负荷的供电 考虑变压器的事故过负荷能力为 40 则可保证 98 负荷供电 而高压侧 110kV 母线的负荷不需要通过主变倒送 因为 该变电所的电源引进线是 110kV 侧引进 其中 中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器 传输至各母线上 因此主变压器的容量为 0 7SS 总单台 3 1 主变容量的确定计算 本设计任务中 110kV 侧电源为无限大系统 该侧的 2 回出进线负荷功率由该无限大 系统供给 不需通过主变传送 35kV 侧最大负荷 3740MW 最小负荷 25MW 功率因数为 0 85 该侧共 68 回出线 需要由两台主变压器供电 10kV 侧的最大负荷 2520MW 最小 负荷 1712MW 功率因素为 0 85 也需要从 110kV 侧系统通过主变来传送 因此 在正常运 行情况下 主变传送的最大总容量为 6260MVA 已知 35kV 侧最大负荷 3740MW 10kV 侧最大负荷为 2520MW cos0 85 由计算可知单台主变的最大容量为 cos0 85 3510 3510 3510 3725 72 94 coscos0 850 85 kVkV kVkV kVkV PP SSSMVA 总 MVASSS70 58 总总总 则 0 70 7 72 9451 06SSMVA 总单台 MVASS49 4258 707 00 7 总总 所以 选择两台 50MVA 的变压器并列运行 6 4 主变压器型式的选择 4 1 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 而选择主变 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 位于市郊区 负责工农业生产及城乡用电 不受运输的条件限 制 故本次设计的变电所选用三相变压器 4 2 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 而自耦变压器的变化较小 由原始资料可知 该所的电压波动较大 故不选择自耦 变压器 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 7 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 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 所以 本次设计的变 电所 选择普通三绕组变压器 4 3 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 110kV 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 1 1 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 4 4 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 4 5 容量比的选择 1 35kV 侧 kVAMVAS n 7058 847 05884 85 0 40 2 30 06 74 100 500002 7058 84 2 n n S S 2 10kV 侧 kVAMVAS n 4 352925294 32 85 0 02 3 53 32 100 500002 4 35292 3 n n S S 3 因 35kV 侧大于变压器容量的 30 故可选主变容量比为 100 100 50 或 100 100 100 但考虑到为使各绕组能够充分利用 在这里应选用 100 100 100 8 4 6 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 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 综合以上 确定所选变压器型号 SFSZ8 50000 110 9 10 二 电气主接线选择 1 概述 主接线是变电所电气设计的首要部分 它是由高压电器设备通过连接线组成的接受 和分配电能的电路 也是构成电力系统的重要环节 主接线的确定对电力系统整体及变 电所本身运行的可靠性 灵活性和经济性密切相关 并且对电气设备选择 配电装置 继电保护和控制方式的拟定有较大影响 因此 必须正确处理好各方面的关系 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 1 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 主接线可靠性的具体要求 1 断路器检修时 不宜影响对系统的供电 2 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 3 尽量避免变电所全部停运的可靠性 1 2 灵活性 主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 1 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 2 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 3 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 1 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 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 2 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 11 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 3 电能损失少 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 2 主接线的接线方式选择 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 一般超过四回 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 而本所各电压等级进出线均超过四回 采用有母线连接 2 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 2 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 110 220kV 配电装置的出线回路数为 3 4 回 35 63kV 可配电装置的出线回路数 为 4 8 回 6 10kV 配电装置出线为 6 回及以上 则采用单母分段接线 2 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 35 110kV 的变 电所较为实用 具有足够的可靠性和灵活性 2 4 桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时 采用桥式接线 所用断路器数目最少 它可 分为内桥和外桥接线 内桥接线 适合于输电线路较长 故障机率较多而变压器又不需经常切除情况 外桥接线 适合于出线较短 且变压器随经济运行的要求需经常切换 或系统有穿 越功率 较为适宜 12 2 5 一个半断路器 3 2 接线 两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器 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 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 6 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 110 220kV 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 110 220kV 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 2 7 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 13 3 主接线比较选择 由设计任务书给定的负荷情况 110kV 进线 2 回 35kV 出线 68 回 10kV 出线 812 回 该变电所主接线可以采用以下六种方案进行比较 方案 1 14 15 图 2 1 此方案 110kV 侧 35kV 侧和 10kV 侧均选用单母线分段接线 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 故此方案可靠性较高 也较经济 可以考虑此方案 16 方案 2 17 图 2 2 此方案 110kV 侧选用内桥接线 35kV 侧选用双母线接线 10kV 侧选用单母线分段接 线 内桥接线 适合于输电线路较长 故障机率较多而变压器又不需经常切除时 采用 内桥式接线 当变压器故障时 需停相应的线路 使用断路器少 布置简单 造价低等 优点 所以 110kV 侧和 10kV 侧可靠性较高 也比较经济 35kV 侧选用的双母线接线 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 但是不够经济 故不选用此方案 18 方案 3 19 图 2 3 此方案 110kV 侧选用内桥接线 35kV 侧和 10kV 侧选用单母线分段接线 内桥接线 适合于输电线路较长 故障机率较多而变压器又不需经常切除时 采用 内桥式接线 当变压器故障时 需停相应的线路 使用断路器少 布置简单 造价低等 优点 故此方案可靠性和经济性都较高 可以考虑此方案 20 方案 4 21 图 2 4 此方案 110kV 侧和 10kV 侧均选用单母线分段接线 可靠性和经济性都较高 35kV 侧 选用双母线接线 可靠性较高 但是不够经济 故不选用此方案 22 方案 5 23 图 2 5 此方案 110kV 侧和 10kV 侧均选用单母线分段接线 可靠性和经济性都较高 35kV 侧选用单母线分段带旁路母线接线 可靠性较高 但是不够经济 故不选用此方案 24 方案 6 25 图 2 6 此方案 110kV 侧选用内桥接线 10kV 侧选用单母线分段接线 可靠性和经济性都较 高 35kV 侧选用单母线分段带旁路母线接线 可靠性较高 但不够经济 故不选用此方 案 最后选出方案 1 和方案 3 进行进一步比较 26 三 短路电流计算 1 概述 在电力系的电气设备 在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行 状态 最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路 因为它们会破坏对用户的 正常供电和电气设备的正常运行 短路是电力系统的严重故障 所谓短路 是指一切不正常的相与相之间或相与地 对于中性点接地系统 发生通路的情况 在三相系统中 可能发生的短路有 三相短路 两相短路 两相接地短路和单相接 地短路 其中 三相短路是对称短路 系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态 其 他类型的短路都是不对称短路 电力系统的运行经验表明 在各种类型的短路中 单相短路占大多数 两相短路较 少 三相短路的机会最少 但三相短路虽然很少发生 其情况较严重 应给以足够的重 视 因此 我们都采用三相短路来计算短路电流 并检验电气设备的稳定性 2 短路计算的目的及假设 2 1 短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节 其计算目的是 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 3 在设计屋外高压配电装置时 需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距 离 4 按接地装置的设计 也需用短路电流 2 2 短路电流计算的一般规定 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 应按工程的 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后 5 10 年 确定短路电流计算时 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 应按选择在正常接线方式 时短路电流为最大的地点 27 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 2 3 短路计算基本假设 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 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 4 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 5 元件的电阻略去 输电线路的电容略去不计 及不计负荷的影响 6 系统短路时是金属性短路 2 4 基准值 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗 采用标幺值进行计算 为了计算方便 选取如下基准值 基准容量 100MVA B S 基准电压 kV 10 5 37 115 av U 2 5 短路电流计算的步骤 1 计算各元件电抗标幺值 并折算为同一基准容量下 2 给系统制订等值网络图 3 选择短路点 4 对网络进行化简 把供电系统看为无限大系统 不考虑短路电流周期分量的衰减 求出电流对短路点的电抗标幺值 并计算短路电流标幺值 有名值 标幺值 1 I X 有名值 3 B av S II U 5 计算短路容量 短路电流冲击值 短路容量 3 n SIU 短路电流冲击值 2 55 ch i I 28 3 计算变压器各绕组电抗 SFSZ8 50000 110 的技术数据 表 3 1 主变压器 SFSZ8 50000 110 技术数据 额定电压 kV 损 耗 kW 型 号 额定容 量 kVA 高压中压低压 空 载 短 路 阻抗电压 空载 电流 连接组别 SFSZ8 50000 110 50000 110 8 1 25 38 5 15 6 3 6 6 10 5 11 52250 U12 10 5 U13 17 18 U23 6 5 0 6YNyn0d11 取基准容量 基准电压为100 B SMVA 110kV 侧 1 1 2 1 3 2 3 11 10 5 17 56 510 75 22 KKKK UUUU 35kV 侧 2 1 2 2 3 1 3 11 10 56 5 17 50 25 22 KKKK UUUU 10kV 侧 3 2 3 1 3 1 2 11 17 56 5 10 56 75 22 KKKK UUUU 则三绕组变压器电抗分别为 1 1 10 75100 0 2150 10010050 KB T N US X S 2 2 0 25100 0 0050 10010050 KB T N US X S 3 3 6 75100 0 1350 10010050 KB T N US X S 但由于变压器阻抗没有负的 所以 2 0 T X 29 4 计算系统及线路阻抗 系统 110kV 侧母线短路电流标幺值为 25 则 110kV 侧母线短路电抗为 1 0 04 25 110kV 侧 2 回架空线为 LGJ 185 长度为 2420km 查表得电抗为 0 409km 则 240km线路电抗值为 24 0 4099 816 l X 8 180 40920Xi 其标么值为 2 100 9 8160 0742 115 l X 0 0619 115 100 8 18X 2 i 5 等值网络 图 3 1 30 d1 点短路时 等值网络为 d1 0 07420 0742 0 04 0 0771 0 图 3 2 次暂态短路电流标幺值 11 12 9682 0 07711 I X 4321 51 0648 0 11 I X 次暂态短路电流有名值 100 12 96826 5106 33 115 B av S IIkA U kA U S I B 7476 7 1153 100 4321 15 3 I 冲击电流 2 552 55 6 510616 6020 ch iIkA kAI ch 7564 917476 755 2 55 2i 全电流最大有效值 1 521 52 6 51069 8961 ch IIkA kAI ch 7764 117476 752 1 52 1I 短路容量 336 5106 1101240 4359 n SIUMVA MVAIUS n 1161 76411107476 733 31 d2 点短路时 等值网络为 图 3 3 次暂态短路电流标幺值 11 5 4171 0 1846 I X 8038 5 1723 0 11 I X 次暂态短路电流有名值 100 5 41718 4531 33 37 B av S IIkA U kA U S I B 0565 9 373 100 8038 5 3 I 冲击电流 2 552 55 8 453121 5554 ch iIkA kAI ch 094 230565 9 55 2 55 2 i 全电流最大有效值 1 521 52 8 453112 8487 ch IIkA kAI ch 766 130565 9 52 1 52 1 I 短路容量 33 8 4531 35512 4269 n SIUMVA MVAIUS n 005 549370565 9 33 d3 短路时 等值网络为 32 图 3 4 次暂态短路电流标幺值 11 3 9667 0 2521 I X 1701 4 2398 0 11 I X 次暂态短路电流有名值 100 3 966721 8118 33 10 5 B av S IIkA U 9305 22 5 103 100 1701 4 3 I U S I B 冲击电流 2 552 55 21 811855 6202 ch iIkA kAI ch 473 589305 2255 2 55 2 i 全电流最大有效值 1 521 52 21 811833 1539 ch IIkA kAI ch 853 349305 2252 1 52 1I 短路容量 3321 8118 10377 7804 n SIUMVA MVAIUS n 1558 397 5 109305 2233 四 电气设备的选择 1 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 33 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 1 1 一般原则 1 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 2 应按当地环境条件校核 3 应力求技术先进和经济合理 4 选择导体时应尽量减少品种 5 扩建工程应尽量使新老电器的型号一致 6 选用的新品 均应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 1 2 技术条件 1 按正常工作条件选择导体和电气 A 电压 所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高运行电压 maxg U n U 即 n U maxg U 一般电缆和电器允许的最高工作电压 当额定电压在 110KV 及以下时为 1 15 而 n U 实际电网运行的一般不超过 1 1 maxg U n U B 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 应不小于该回路的最大持续工作电流 y I maxg I 即 y I maxg I 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 maxg I 1 05 为电器额定电流 n I n I C 按当地环境条件校核 当周围环境温度和导体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 I 2 1 M M TT K TT 基中为温度修正系数 为最高工作温度 为额定载流量基准下的环境温度 K M T 1 TC 为实际环境温度 对应于所选截面 环境温度为 25时 长期允许载流量 A 2 T y ISC 34 2 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 A 短路热稳定校验 满足热稳定条件为 22 dzt I tI t 验算热稳定所用的计算时间 0 050 05 dzzz I ttt I B 短路的动稳定校验 满足动稳定条件为 max 2 55 ch iIi 2 断路器的选择 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 35 220kV 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 2 1 按开断电流选择 高压断路器的额定开断电流应不小于其触头开始分离瞬间的短路电流即最大持续 N I 工作电流即 maxg I maxNg II 2 2 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 不应小于短路电流最大冲击 值 2 3 断路器选择计算 110kV 侧 选定断路器型号为 6 110LW 表 4 1 断路器型号为的技术数据 6 110LW 35 电压 kV 型号 额定 最大 额定电流 A 额定断开 电流 kA 动稳定电流 峰值 kA 3s 时热稳定电流 kA 6 110LW 11012631504010040 1 电压 110110 gN UkVkVU 2 电流 max 1 051 05 50 1 050 2756 33 110 N gN N S IIkA U max 275 63150 gN IAAI 3 开断电流 7 747640 d tkd IIkAkAI 4 动稳定 max 2 5519 7564100 ch iIkAkAi 则满足动稳定