MT 110kV变电站电气部分设计

1、目录目录 摘摘 要要 .i abstract.ii 1 1 绪论绪论.1 1.1 我国电力工业发展现状.1 1.2 设计的背景及意义.1 1.3 原始资料分析.1 2 2 主变压器的选择主变压器的选择.2 2.1 主变压器台数和容量的选择.2 2.2 主变压器型式选择.3 3 3 电气主接线设计电气主接线设计.5 3.1 变电所主接线设计的基本原则.5 3.2 电气主接线方案设计.6 3.3 电气主接线的设备配置.8 4 4 短路电流计算短路电流计算.10 4.1 概述.10 4.2 短路电流计算.10 5 5 电气设备选择电气设备选择.15 5.1 电气设备选择概要.15 5.2 高压断路器

2、的选择与校验.17 5.3 隔离开关的选择与校验.18 5.4 电流互感器的选择与校验.20 5.5 电压互感器的选择.21 5.6 避雷器的选择.22 5.7 母线的选择.23 5.8 绝缘子和穿墙套管的选择与检验.26 6 6 继电保护设置与整定计算继电保护设置与整定计算.28 6.1 变电站继电保护的整体配置.28 6.2 主变压器继电保护整定.29 6.3 10kv 线路保护.33 7 7 电气设备布置及电气设备布置及配电装置配电装置.36 7.1 概述.36 7.2 电气总平面布置.36 7.3 配电装置.37 8 8 变电站的防雷保护设计变电站的防雷保护设计.39 8.1 防雷保护

3、概述.39 8.2 防雷保护的设计.39 总总 结结.41 致致 谢谢.42 参考文献参考文献.43 附附 录录.44 mt 110kv 变电站电气部分设计 i mt 110kv 变电站电气部分设计 摘 要 本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。 从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向 来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了 110kv， 10kv 以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变 压器台数，容量及型号，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔 断器，隔离开关，母线

4、，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型， 最后根据相关行规规程进行了变电站防雷设计，从而完成了 110kv 电气一次部分和 二次部分的设计。 关键词 变电站 变压器 电气主接线 继电保护 mt 110kv 变电站电气部分设计 ii electric design of the mt 110-voitage substation abstract firstly, according to the task given system and line book and all the parameters, the analysis of load development tren

5、d. from the load increasing illustrates the necessity of the establishment of construction, and then through the generalization of substation and outlet to consider, and through the analysis of the data of load, safety, economy and reliability into consideration, determine the 110 kv power station,

6、consumers 10kv and main connection, and then through the load calculation and scope of supply determined, and the main transformer capacity model, according to the maximum continuous working current and short circuit calculation results of high-pressure fuse, isolating switch, bus, insulator and wea

7、r casing wall, voltage transformer, current transformer, the selection of the stock-in-trade according to relevant regulations, thereby completed substations lightning protection design of 110 kv electric is a part and the second part of the design. key words the transformer substation,the transform

8、er,the main electrical connection, protective relaying mt 110kv 变电站电气部分设计 1 1 绪论 1.11.1 我国电力工业发展现状我国电力工业发展现状 建国以来，我国的电力工业发展迅速。目前，我国的总装机容量和发电量均居 世界第四位。但是我国目前的电力还不能满足国民经济发展的需要，必须加快发展。 我国电力工业自动化水平正在逐年提高。20 万 kw 及以上大型机组已采用计算机监 控系统，许多变电站已装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统 已实现调度自动化。我国电力工业已进入大机组、大电厂、大电力系统、高电压和 高自动

9、化的新阶段。 1.21.2 设计的背景及意义设计的背景及意义 随着工业的发展和人们生活用电需求不断的增加，现有的电网已经不能满足用 户负荷的需求。为了适应负荷发展的需求，需要新建一个 110 kv 的降压变电站。此 变电站除了能够供给城区工业与生活用电外，并以 110 kv 线路向其它变电所供电。 本课题结合实际的负荷状况的基础上进行的工程设计。通过本设计，从总体上掌握 了电力工程设计的过程，并熟悉了一些设计方法，为以后从事电力工程设计工作打 下一定的基础。 1.31.3 原始资料分析原始资料分析 待建 mt 地区 110 kv 变电所位于开发区，属于建变电站，因此要考虑变电站 负荷的发展需要

10、。除供给城区工业与生活用电之外，并以 110 kv 线路向其它变电所 供电。两回 110 kv 电源引自 30km 外系统变电站。系统容量按无穷大。 本变电站有 110、10kv 两个电压等级，110 kv 室外布置，出线回路数有 4 回； 10 kv 室内布置， 出线回路数有 16 回。总进出线回路数较多，宜采用单母分段接 线式接线。该地区环境条件一般，常规电气设备的安装，使实际操作更方便。资料 中所给 10kv 线路的功率因数为 0.8，为满足电力系统对无功的需要，需要在用户侧 装设电容器，进行无功补偿，使用户的功率因数提高，10kv 线路用户功率因数应不 低于 0.9。 mt 110kv

11、 变电站电气部分设计 2 2 主变压器的选择 2.12.1 主变压器台数和容量的选择主变压器台数和容量的选择 2.1.1 主变压器数量的选择 在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。 35110 kv 变电所设计规范规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条 件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。在有一、二级负荷的变 电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。 装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于 60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 发电厂、变电所主变台数一般在 1 台至 4

12、台之间。变压器台数越多，供电可靠 性越高，但设备投资大，运行费用高。因此，在满足供电可靠性要求的前提下，变 压器台数越少越好。在确定变压器台数时，还应适当考虑负荷的发展，留有一定余 地。具体台数的确定与电压等级、接线形式、传输容量以及与系统的联系有密切关 系。对于简易接线变电所通常装设一台或两台变压器；大型枢纽变电所尤其是超高 压变电所，在同一电压等级下主变台数不应少于 2 台。为保证供电可靠性，本变电 所装设有两台主变压器。 2.1.2 主变压器容量的选择 主变压器的台数、容量直接影响着主接线的形式和配电装置的结构。若主变压 器容量选择过大或台数过多，会使设备能力无法充分利用，不仅造成投资的

13、浪费， 还会引起系统运行费用的增加；反之，若主变压器容量选择过小或台数过少，将无 法满足负荷供电需求，同时也会使发电机的发电能力不能得到充分利用。考虑到变 电站投资的经济性及建设周期，变电站主变容量要以变电站设计时 510 年的规划 负荷为依据进行选择。本次变电站设计考虑 5 年的发展。 为了减少输送无功功率引起的网损，我国现行规程规定，以 35 kv 及以上电压 等级直接供电的工业负荷，功率因数不得低于 0.9,对其它负荷功率因数不得低于 0.85，因此，本次设计任务书中所给的 0.8 的功率因数不能满足要求，需要在线路 中进行无功功率补偿以提高功率因数。这里采用并联电容器来补偿无功功率。

14、在负荷计算时，一般需要考虑同时系数 k,同时系数一般为 0.71,。用电设备 mt 110kv 变电站电气部分设计 3 多时，取较大值；用电设备较少时，取较小值。当计算负荷超过 1000kw 时取 0.8。 10kv 侧总负荷为： = 0.8240016kw = 39207.37 kw 30 p 5 1 0.05 功率因数从 0.8 提高到 0.9 时必须装设的无功补偿容量为： = （tan-tan）= 39207.37（0.75-0.484）= 10429.16 kvar c q 30 p 1 若选择 bwf10.5-30-1 型电容器，则所需要电容器的个数为 n = =347.6，取 10

15、429.16 30 n = 348。则实际补偿容量为= 34830 kvar =10440 kvar 。 c q 补偿前无功功率为： = tan=39207.370.75 kvar = 29405.52 kvar 30 q 30 p 补偿后无功功率为： = - = 18965.52 kvar 1 30 q 30 q c q 补偿后总计算负荷为： = =43553.52 kva 1 30 s 21 2 3030 pq 根据变压器容量的选择原则，当装有两台变压器的变电所，每台变压器的容量 应满足以下两个条件： t s 任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷大约 70%的需要，即 30 s t s

16、 。 30 s 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要。 所以，有 0.7 = 30487.46 kva nt s 30 s 故本次变电站设计的变压器容量应该选择 31.5mva，查阅有关手册可知可选用 sfz9-31500110 型三相双绕组电力变压器，其额定电压为 12181.25%10.5，接线 方式采用 yn d11，短路电压% = 10.5 。 k u 2.22.2 主变压器型式选择主变压器型式选择 变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置 mt 110kv 变电站电气部分设计 4 的结构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积，同时也可减少

17、运行电能损耗， 提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。在确定了主变压器的台数和容量后， 还应考虑变压器型式的选择，保证变压器能可靠的运行。 主变压器的相数：在 330 kv 及以下电力系统中，一般选三相为压器，采用降 压结构的线圈，排列成铁芯低压中压高压线圈，高与低之间阻抗最大。 绕组数和接线组别的确定：该变电所有两个电压等级，所以选用双绕组变压 器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，110 kv 以上电压，变 压器绕组都采用 yn 连接，10 kv 采用 连接。 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

18、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。 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等方式。考虑到冷却系统的供电可靠性， 要求及维护工作量，首选自然风冷却方式。 mt 110kv 变电站电气部分设计 5 3 电气

19、主接线设计 电力系统是有发电厂，变电所，线路及用户组成。变电所是联系发电厂和用户 的中间环节，起着变换和分配电能的作用，而主接线代表了变电所的电气部分的主 体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电所设计的首要部分。关系着电力 系统的安全和稳定，灵活经济运行。由于电能生产的特点是：发电，变电，输电， 用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏也影响工、农业生产和人民生活。 因此，主接线的设计是一个综合性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提 下正确处理好各方面的关系，全面分析有关因素，力求使其技术先进，经济合理， 安全可靠。同时，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

20、， 选择自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 3.13.1 变电所主接线设计的基本原则变电所主接线设计的基本原则 电气主接线，又叫一次接线，是由各种开关电气、变压器、互感器、线路、电 抗器、母线等按一定的顺序连接而成的接受和分配电能的总电路。通过它可以了解 各种电气设备的规范、数量、连接方式、作用和运行状态等。因此，主接线的连接 方式对供电的可靠性、运行灵活性、维护检修的方便及经济性等起着决定性的作用。 在选择电气主接线时，应以下各点作为设计依据：变电所在电力系统中的地位和作 用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性等多项基本 要求。 （1） 运行的可靠性：断路器检修时

21、是否影响供电；设备和线路故障检修时， 停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 （2）具有一定的灵活性：主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运 行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切 除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安 全。 （3）操作应尽可能简单、方便：主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作 步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人 员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且 也会给运行造成不便或造成不必要的停电。 mt 110

22、kv 变电站电气部分设计 6 （4）经济上合理：主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投 资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。 （5）应具有扩建的可能性：由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。 因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择， 主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电 网的结构等。 变电所的主接线设计应根据负荷大小、负荷性质、电源条件、变压器台数和容 量以及进出线回路数等综合分析来确定。 对于进线电压为 35kv 及以上的变电站，总降压变电所的主接线设计原则如下： （1）一次侧无母线、二

23、次侧采用单母线界限 适用于只有一回电源进线和一 台变压器的总降压变电所。这种接线简单经济、使用设备少、基建快、投资费用低。 但当线路或变压器发生故障或检修是时，需全部停电，故供电可靠性不高，只能用 于三类负荷的企业。 （2）一次侧采用内桥或外桥接线、二次侧采用单母分段接线 适用于具有两 台变压器和两回进线的总降压变电所。这种接线所用设备少、结构简单、占地面积 小、供电可靠性高，可用于一、二类负荷的企业。 （3）一、二次侧均采用单母分段接线 适用于具有两回及以上电源进线或一、 二次侧进出线较多的总降压变电所。这种接线的供电可靠性高、运行灵活，但所用 高压开关设备较多、投资大，可用于一、二类负荷的

24、企业。 （4）一、二次侧均采用双母线接线 这种接线的供电可靠性高、运行灵活， 但设备投资大、配电装置复杂、占地面积大，适用于负荷容量大，进出线回路多的 发电厂或区域变电所。 3.23.2 电气主接线方案设计电气主接线方案设计 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， 在进出线较多时，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。本变电站 110 kv 进出线有 4 回，10 kv 有 16 回，所以采用有母线的连接方式。 3.2.1 110kv 侧电气主接线设计 110 kv mt 市变电站主要担负着为 mt 市开发

25、区供电的重任，主供电源由引自 mt 110kv 变电站电气部分设计 7 30km 外系统变电站的两回 110 kv 电源，因此有三个方案可供选择：单母线分段接 线；单母带旁路母线接线；双母线接线。 方案：采用单母线分段接线 优点： 1）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； 2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间 断供电和不致使重要用户停电。 缺点： 1）当一段母线或母线隔离开关故或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内 停电； 2）当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越； 3）扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围：1

26、10-220 kv 配电装置的出线回路数为 3-4 回时。 方案：采用单母分段带旁路母线接线 优点：当任一出线断路器故障或检修时,可用旁路断路器代替,不使该回路停电。 缺点：需要增加一组母线、专用的旁路断路器和旁路隔离开关等设备，使配电 装置复杂，投资增大，且隔离开关要用来操作，增加了误操作的可能性。 适用范围：一般用在 110 kv 及以上的高压配电装置中。 方案：双母线接线 优点： 1）轮换检修母线而不致中断供电； 2）检修任一回路的母线隔离开关是仅使该回路停电； 3）工作母线发生故障时，经倒闸操作这一段停电时间后可迅速恢复供电； 4）检修任一回路断路器是，可用母联断路器来带替，不至于使该

27、回路的供电长 期中断。 缺点： 1）在倒闸操作中隔离开关作为操作电器使用，容易误操作； 2）工作母线发生故障时会引起整个配电装置短时停电； 3）使用的隔离开关数目多，配电装置结构复杂，占地面积大，投资较高。 mt 110kv 变电站电气部分设计 8 适用范围：多用于电源和引出线较多的大中型发电厂和电压为 220 kv 及以上的区域 变电所。 在本变电站设计中，由于该变电站是市开发区新建变电站，经以上论证和经济 角度分析，选用单母线分段接线就可以满足需求。 3.2.2 10 kv 侧主接线设计 从给定的原始资料可以知道，本变电站 10 kv 侧进出线回路有 16 回，由于回路 数较多则可以考虑架

28、设专用的旁路母线。如果采用单母分段带旁路母线接线，则可 以提高供电的可靠性性和灵活性，并可以通过旁路母线在保证向负荷不间断供电的 情况下检修出线上的断路器。但这种接线一旦母线故障，有 50%的停电率，这种接 线增加了一格旁路断路器的投资，并且在检修断路器时其倒闸操作繁琐，根据长期 的运行经验可以知道，变电所，发电厂出现的事故，多数是由人为误操作所致。单 母线分段带旁路的接线出现误操作的几率很大，所以本设计不予采纳。为了使本变 电站更加经济可靠的运行，10kv 侧主接线也采用单母线分段接线。 3.33.3 电气主接线的设备配置电气主接线的设备配置 3.3.1 断路器的配置 在 110kv 进线和

29、出线侧装有电流互感器和隔离开关时，都需要装上断路器。 3.3.2 隔离开关的配置 接在母线上的避雷器和电压互感器，可合用一组隔离开关。对装在变压器引 出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。 安装在出线上的耦合电容器、电压互感器以及接在变压器引出线或中性点上 的避雷器不应装设隔离开关。 断路器两侧应配置给离开关，以便在断路器检修时隔离电源。 中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关。 3.3.3 电压互感器配置 6220 kv 电压等级的每组主母线的三相上均应装设电压互感器。 110 kv 及以上配电装置的电压互感器配置，可以采用按母线配置方式，也可 采用按回路配置方式。 mt 110kv 变电

30、站电气部分设计 9 3.3.4 电流互感器的配置 凡装有断路器的装置均应装设电流互感器，其数量应满足继电保护装置、计 量和自动装置要求。 在未装设断路器的回路均应装设电流互感器，变压器的的中性点、变压器的 出口等。 3.3.5 避雷器的配置 配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器除外。 全封闭电气的架空线路侧必须装设避雷器。 6 sf mt 110kv 变电站电气部分设计 10 4 短路电流计算 4.14.1 概述概述 短路是电力系统中出现最多、情况最严重的一种故障，其故障形式是相与相之 间的短接或在中性点直接接地系统中一相或多相接地。最常见的短路类型有：三相 短路、两相短路

31、、单相接地短路、两相接地短路等。在中性点直接接地系统中，单 相接地短路占短路故障的 65%70%，两相短路占 10%15%，三相短路约占 5%。 产生短路的主要原因是电气设备及载流部分的绝缘被破坏，如绝缘部分老化、 遭受机械损伤，过电压、设备直接遭雷击及设计、安装和运行维护不良所造成等。 发生短路故障是，网络的总阻抗突然间小，短路回路中的电流可能达到该回路额定 电流的几倍到几十倍，短路电流和热效应可能使导体熔化，电气设备绝缘因过热而 烧毁，巨大的短路电流将在电气设备中产生强大的电动力，可能使导体变形或支架 损坏。短路发生时还会引起网络电压急剧下降，特别是靠近短路点处电压降低的更 多，其结果可能

32、导致部分或全部用户的供电遭到破坏。因此，短路发生时电压下降 的越大，持续时间越长，整个系统稳定运行被破坏的可能性就越大。 为了减轻短路故障的危害，需要采取相应限制短路电流的措施。如装设电抗器， 使多台变压器、多条供电线路分裂运行，对大容量机组采用单元制的发电机变 压器组接线方式。另一方面要正确选择电气设备、载流导体和继电保护装置，以防 止故障的扩大，保证电力系统安全运行。为此，选择主接线方案，选择电气设备和 载流导体，选择和整定继电保护装置，都必须事先进行短路电流计算。 4.24.2 短路电流计算短路电流计算 有原始资料可知，该变电站处在无限大容量系统中。所谓无限大容量系统，是 指当电力系统的

33、电源距短路点的电气距离较远时，由短路引起电源送出的功率变化 s 远小于电源的容量 s，即可认为 s=，称该系统为无限大容量系统。由于无限 mt 110kv 变电站电气部分设计 11 大容量系统具有足够的有功和无功功率，这样在短路过程中无限大容量系统电源的 频率及其端电压可认为是恒定的，即认为是无限大容量系统的内阻抗为零，即 =0。 s z 根据系统接线图可绘制出短路等效电路图如图 4.2 所示。取基准容量 =100mva，基准电压=115 kv ，=10.5 kv，则由=可知 d s d1 u d2 u d i d d s 3u = ka = 0.5 ka d1 i 100 3*115 = k

34、a = 5.5 ka d2 i 100 3*10.5 图 4.2 系统短路等效电路图 各元件电抗标幺值计算如下： 进线线路电抗标幺值 =0.430=0.091 * 1 x * 2 x 2 100 115 变压器各绕组电抗标幺值 =0.333 * 3 x * 4 x k u % 100 d n s s 10.5 100 100 31.5 系统在最大运行方式下，本变电站两台主变压器并列运行时的短路电流计算 在系统最大运行方式下，系统两根 110kv 进线和两台主变压器同时投入运行， mt 110kv 变电站电气部分设计 12 短路等效电路图如图 3.2。 点短路 1 k 进线 1 向点提供的短路电

35、流为： = = ka = 5.495 ka 1 k k1 i d1 * 1 i x 0.5 0.091 进线 2 向点提供的短路电流为： = = ka = 5.495 ka 1 k k2 i d1 * 2 i x 0.5 0.091 则点短路时的短路电流为： = + = 10.99 ka 1 k k i k1 i k2 i 由于变电站处于无限大容量系统中，故有 = i i 0.2 i p i k i 所以点短路电流峰值为：= = 2.55 = 28.02 ka 1 k sh i2 sh k p i p i 点短路 2 k 点短路时，系统等效电路图可化简成如图 4.3 所示。 2 k 图 4.3

36、 点短路时等效电路图 2 k 图中, 电抗是由与并联而得到的，则 * 5 x * 1 x * 2 x = = 0.091 =0.0455 * 5 x 1 2 * 1 x 1 2 电抗是由与并联而得到的，则 * 6 x * 3 x * 4 x = = 0.333 = 0.0165 * 6 x 1 2 * 3 x 1 2 mt 110kv 变电站电气部分设计 13 系统总电抗： = + = 0.212 * c x * 5 x * 6 x 所以，两路进线向点提供的短路电流为： 2 k = = ka = 25.94 ka k i d2 * c i x 5.5 0.212 由于该变电站处在无限大容量系统

37、中，故有 = i i 0.2 i p i k i 所以点短路电流峰值为： 2 k = 2.55 = 66.16 ka sh i p i 系统在最小运行方式下，也就是只有一条进线和一台变压器运行时系统短路 电流的计算。等效电路图如图 4.4 所示。 图 4.4 最小运行方式下系统等效电路图 图中系统电抗 = = 0.091 * 7 x * 1 x = = 0.333 * 8 x * 3 x 点短路 1 k 短路电流为： = = ka = 5.495 ka k i d1 * 7 i x 0.5 0.091 由于该变电站处在无限大容量系统中，故有 = i i 0.2 i p i k i mt 110

38、kv 变电站电气部分设计 14 所以点短路电流峰值为： 1 k = 2.55 = 14.01 ka sh i p i 点短路 2 k 短路电流为： = = ka =12.97 ka k i d2 * 78 i x +x 5.5 0.091+0.333 由于该变电站处在无限大容量系统中，故有 = i i 0.2 i p i k i 所以点短路电流峰值为： 1 k = 2.55 = 33.08 ka sh i p i 表 4-1 电路电流计算结果汇总表 系统最大运行方式系统最小运行方式运行 方式三相短路电流ka三相短路电流ka 短路点 i i 0.2 i sh i i i 0.2 i sh i k

39、110.9910.9910.9928.025.4955.4955.49514.01 k225.9425.9425.9466.1612.9712.9712.9733.08 mt 110kv 变电站电气部分设计 15 5 电气设备选择 5.15.1 电气设备选择概要电气设备选择概要 电气设备的选择是变电所电气设计的主要内容之一。正确选择电气设备是电气 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。所选设备应能可靠工作，短路时应能承受多种短路 效应。所以，电气设备选择应遵

40、循按正常工作条件运行选择，在短路情况下进行校 验。 在变电所中，电气设备的种类很多，它们的工作条件和运行要求各不相同，但 选择这些电气设备的基本要求却是一致的。 5.1.1 电气设备选择的一般原则 按正常工作条件选择 电气设备按正常工作条件选择，主要包括以下两个方面： 使用环境条件 主要包括设备的安装地点（室内或室外）、环境温度、海拔、 相对湿度等，还应考虑防尘、防爆、防火等的要求。 额定电压 电气设备的额定电压应不小于设备安装地点电网的最高工作电 n u 压，即。 w.max u n u w.max u 额定电流 电气设备的额定电流应不小于设备正常工作时的最大负荷电流 n i ，即。 w.m

41、ax i n i w.max i mt 110kv 变电站电气部分设计 16 电气设备的最大长期工作电流一般取线路的计算电流或变压器的额定 w.max i 30 i 电流。 nt i 按短路情况进行校验 动稳定校验 动稳定是指电气设备承受短路电流力的能力，满足动稳定的条 件是 或 max i sh i max i sh i 式中，、分别是电气设备允许通过的最大电流峰值和有效值：、 max i max i sh i 分别为设备安装地点短路冲击电流的峰值和有效值。 sh i 热稳定校验 热稳定是指电气设备承受短路热效应的能力，满足热稳定的条 件是 t 2 t i 2 i ima t 式中，为电气设

42、备在 t 秒时间内的热稳定电流；为三相短路稳态短路电流； t ii t 为厂家给出的热稳定试验时间；为假想时间。 ima t 5.1.2 常用一次设备的选择方法 各种高低压电气设备的选择和检验项目如表 5-1。 表 5-1 高低压电气设备的选择和校验项目表 短路电流效应校验 设备名称电压电流断流容量 动稳定热稳定 高压断路器 高压隔离开关 高压负荷开关 熔断器 低压刀开关 低压负荷开关 电流互感器 电压互感器 mt 110kv 变电站电气部分设计 17 限流电抗器 消弧线圈 母线 电缆、绝缘导线 支柱绝缘子 穿墙套管 低压断路器 注：表中“”表示选择此项，“”表示不选此项。 假想时间的确定 i

43、ma t 假想时间等于周期分量假想时间和非周期分量假想时间之和。非 ima t ima.p t ima.np t 周期分量假想时间可以忽略不计（因短路时间均大于 1s），因此，假想时间 ima.np t 就等于周期分量假想时间。不同地点的假想时间如表 4-2 所示。 ima t ima.p t 表 5-2 假想时间的大小 ima t 地点 后备保护动作 时间s pr t 断路器跳闸时 间s qf t 短路持续时间 s k t 周期分量假想 时间s ima.p t 假想时间 s ima t 主 110kv侧40.14.13.83.8 110 kv母线 分段 4.50.14.64.34.3 主变

44、10kv 侧30.23.22.62.6 10kv 母线分 段 2.50.22.72.22.2 5.25.2 高压断路器的选择与校验高压断路器的选择与校验 5.2.1 电力系统对高压断路器的要求 基于高压断路器在系统中所起的重要作用，为保证电力系统的可靠运行，对高 压断路器的关合、开断方面提出了一些特殊要求，如： 在正常情况下能开短和关合电路。主要指开断和关合负载电流。要考虑关合、 开断空载长线或电容器组等电容负荷以及开断空载变压器、高压电动机等小电感负 mt 110kv 变电站电气部分设计 18 荷的情况。 在电力系统发生故障时应以较短时间将故障部分从电力系统中切除，以减轻 故障对设备的情况。

45、 应能配合自动重合闸进行多次关合和开断。 5.2.2 主变 110kv 侧高压断路器的选择与校验 选择 主变 110kv 侧的计算电流=a = 165.34 a，且 110 kv 侧的配电装置 30 i 31500 3 110 为室外配置。所以预选 lw6-1103150 型高压断路器。其=110 kv; =3150a; n u n i =31.5ka;=125ka; t =3s=7500s oc i max i 2 t i 2 50k 2 ak 2 a 校验 动稳定校验 因为断路器=31.5ka，系统最大三相短路电流=10.99ka.所以，有 oc i k i ，满足校验条件。 oc i k

46、 i 热稳定校验 因为断路器=7500s，而系统三相最大短路容量 oc sk 2 a =3.8=458.96s。所以，有，满足校验条件。 k s 2 i ima t 2 10.99k 2 a oc s k s 5.2.3 10kv 侧高压断路器的选择与校验 选择 10kv 侧的计算电流=a = 1732.1 a ，且 10 kv 侧的配电装置为室内 30 i 31500 3 10.5 配置。所以，10 kv 侧预选 zn12-101250 型高压断路器。其=10 kv；=1250a; n u n i =31.5 ka；=80ka; t =4s=3969s。 oc i max i 2 t i 2

47、 31.5k 2 ak 2 a 校验 动稳定校验 因为断路器=31.5ka，系统最大三相短路电流=25.94 ka。所以，有 oc i k i oc i mt 110kv 变电站电气部分设计 19 ，满足校验条件。 k i 热稳定校验 因为断路器=3969s，而系统三相最大短路容量 oc sk 2 a =2.6=1749.96s。所以，有，满足校验条件。 k s 2 i ima t 2 25.94k 2 a oc s k s 5.35.3 隔离开关的选择与校验隔离开关的选择与校验 5.3.1 电力系统对隔离开关特殊要求 为了确保检修工作的安全以及倒合闸操作的简易运行，隔离开关在结构上应满 足以

48、下要求： 隔离开关在分闸状态时应有明显可见的断口，使运行人员能明确区分电气是 否与电网断开，但在全封闭式配电装置中除外； 隔离开关断点之间应有足够的距离，可靠的绝缘，在任何状态下都不能被击 穿而引起过电压危机工作人员安全； 具有足够的短路稳定性，包括动稳定和热稳定； 隔离开关应结构简单，动作可靠； 带有接地闸刀的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置，一共安全检修和检 修完成后恢复正常工作。 5.3.2 110kv 侧隔离开关的选择与校验 选择 110 kv 侧的计算电流=a = 165.34 a，且 110 kv 侧的配电装置为室 30 i 31500 3 110 外配置。所以预选 gw4-11

49、0d600 型高压隔离开关。其=110kv;=600a; n u n i =50ka; t =5s=980s。 max i 2 t i 2 14k 2 ak 2 a 校验 动稳定校验 因为高压隔离开关=50ka，系统的短路冲击电流=28.02 ka。所以，有 max i sh i ，满足校验条件。 max i sh i mt 110kv 变电站电气部分设计 20 热稳定校验 因为高压隔离开关=980s，而系统三相最大短路容量= oc sk 2 a k s 2 i ima t 3.8=458.96s。所以，有，满足校验条件。 2 10.99k 2 a oc s k s 5.3.3 10kv 侧隔

50、离开关的选择与校验 选择 10kv 侧的计算电流=a = 1732.1 a ，且 10kv 侧的配电装置为室内 30 i 31500 3 10.5 配置。所以，10kv 侧预选 gn10-10t3000 型隔离开关。其=10kv；=3000a; n u n i =160ka; t =5s=28125s。 max i 2 t i 2 75k 2 ak 2 a 校验 动稳定校验 因为隔离开关=160ka，系统的短路冲击电流=66.16 ka。所以，有 max i sh i max i ，满足校验条件。 sh i 热稳定校验 因为隔离开关=28125s，而系统三相最大短路容量 oc sk 2 a =

51、2.6=1749.96s。所以，有，满足校验条件。 k s 2 i ima t 2 25.94k 2 a oc s k s 5.3.4 主变压器中性点接地隔离开关的选择 主变压器中性点电压为 63.1kv,为满足校验时电压的需要，选择隔离开关的额 定电压为 72.5kv，在此隔离开关选择 gw13-72.5/630a。 5.45.4 电流互感器的选择与校验电流互感器的选择与校验 5.4.1 电流互感器的选择要求 选择电流互感器时，应根据安装地点（室内、室外）和安装方式（穿墙式、支 持式、母线式）选择器类型，其选择项目如下： 一次绕组的额定电压 应不低于安装地点的额定电压。 一次绕组的额定电流

52、去线路最大工作电流或变压器额定电流的 1.21.5 倍。 mt 110kv 变电站电气部分设计 21 准确度等级与二次侧负荷选择 为了保证电流互感器的准确度，其二次侧的 实际负荷必须小于其准确度等级所规定的额定二次负荷。 5.4.2 110kv 侧电流互感器的选择与校验 选择 110kv 侧的计算电流=a = 165.34 a，且 110kv 侧的配电装置为室外 30 i 31500 3 110 配置。所以预选 lcd2-110 型电流互感器。其=110kv;=800/5a;级次组合为 n u n i 0.5/d/d;动稳定倍数取 65，1s 热稳定倍数取 35； t =1s =784 2 t

53、 i 2 (35 0.8)k 2 ak s。 2 a 校验 动稳定校验 因为电流互感器=650.8ka=73.53 ka，系统的短路冲击电流=28.02 max i2 sh i ka。所以，有，满足校验条件。 max i sh i 热稳定校验 因为电流互感器=784s，而系统三相最大短路容量 oc sk 2 a =3.8=458.96s。所以，有，满足校验条件。 k s 2 i ima t 2 10.99k 2 a oc s k s 5.4.3 10kv 侧电流互感器的选择与校验 选择 10kv 侧的计算电流 = a = 1732.1 a ，且 10kv 侧的配电装置为室 30 i 31500

54、 3 10.5 内配置。所以，10kv 侧预选 laj-10 型电流互感器。其=10kv；=1000/5a; n u n i 动稳定倍数取 90，1s 热稳定倍数取 50； t =1s=2500s。 2 t i 2 (50 1)k 2 ak 2 a 校验 动稳定校验 因为电流互感器=650.8ka=127.26ka，系统的短路冲击电流=66.16 max i2 sh i ka。所以，有，满足校验条件。 max i sh i mt 110kv 变电站电气部分设计 22 热稳定校验 因为电流互感器=2500s，而系统三相最大短路容量 oc sk 2 a =2.6=1749.96s。所以，有，满足校

55、验条件。 k s 2 i ima t 2 25.94k 2 a oc s k s 5.55.5 电压互感器的选择电压互感器的选择 5.5.1 电压互感器的选择方法 电压的选择 电压互感器一次绕组的额定电压应与安装地点电网的额定电压相同，二次绕组 的额定电压通常为 v。 准确度等级和二次侧负荷的选择 为了保证电压互感器的准确度，其二次侧的实际负荷必须小于其准确度等级所 规定的额定二次负荷。 5.5.2 110kv 侧电压互感器的选择 110kv 侧的计算电流=a = 165.34 a，且 110kv 侧的配电装置为室外 30 i 31500 3 110 配置。所以预选 lcd2-110 型电压互

56、感器。其=/0.1kv。 n u 110 3 0.1 3 5.5.3 10kv 侧电压互感器的选择 10kv 侧的计算电流=a = 1732.1 a ，且 10kv 侧的配电装置为室内 30 i 31500 3 10.5 配置。所以，10kv 侧预选 jdzj-10 型电压互感器。其=/kv。 n u 10 3 0.1 3 0.1 3 5.65.6 避雷器的选择避雷器的选择 5.6.1 避雷器的选择方法 避雷器是用来限制过电压幅值的保护电器，并联在被保护电器与地之间。当雷 电波沿线路侵入，过电压的作用使避雷器动作，使导线通过电阻或直接与大地相连 接，雷电流经避雷器泄入大地，从而限制了雷电过电压

57、的幅值，使避雷器上的残压 不超过被保护电器的冲击放电电压。为了保证电力系统的安全运行，避雷器应满足 mt 110kv 变电站电气部分设计 23 的基本要求是： 当过电压超过一定值时，比诶去应动作，使导线与地直接或经电阻相连接， 以限制过电压。 在过电压作用之后，能够迅速截断工频电流所产生的电弧，使电力系统恢复 正常运行。 5.6.2 110kv 侧避雷器的选择 根据 110kv 侧额定电压为 110kv，所以选用 fz-110 型避雷器。 5.6.3 10kv 侧避雷器的选择 根据 10kv 侧额定电压为 10kv，所以选用 fz-10 型避雷器。 5.75.7 母线的选择母线的选择 5.7.

58、1 母线的选择方法 母线的材料、类型和布置方式 配电装置的母线主要用铜和铝作成。选择母线的材料时，应遵循“以铝代铜” 的方针，除了在有关规定必须采用铜的特殊环境和场所外，应采用铝。室外配电装 置的母线多采用钢芯铝绞线，由于是软导线，所以不需要校验动稳定；室内配电装 置由于线间距较小，布置紧凑，采用硬母线。常用的硬母线截面有矩形、槽形和管 形，在中小型变电所和发电厂多采用矩形铝排。矩形母线散热较好，有一定的机械 强度，便于固定和安装，但集肤效应大。为了避免集肤效应，单条矩形的截面积不 应大于 10001700mm，当工作电流大时，可采用 23 条矩形母线并联使用。 母线截面的选择 按发热条件选择

59、 为使正常运行时母线的发热温度不超过允许值，必须满足 以下条件: al i w.max i 式中，为铝母线允许载流量。 al i 按经济电流密度选择 对年平均负荷较大、母线较长、传输容量较大的回路， 为了降低年运行费用，可按经济电流密度选择母线截面积。母线的经济截面积按下 式确定： mt 110kv 变电站电气部分设计 24 a= w.max ec i j 式中，为母线的最大工作电流，即计算电流;为经济电流密度。 w.max i 30 i ec j 动稳定校验 当短路冲击电流通过母线时产生的最大计算应力应不大于母线所允许的应力， 即 al c 如不满足要求,则需要减小,常用的方法有:限制短路电

60、流;减小支持绝缘子之间 c 的距离;变更母线放置方式,增大相间距;增大母线截面等.其中最经济有效的方法是 减小绝缘子之间的跨距。 热稳定校验 母线在热稳定时满足热稳定的最小允许截面积为： = min a i c ima t 因此，满足热稳定的条件是：a。 min a 5.7.2 110kv 汇流母线的选择与校验 由于 110kv 侧是室外布置，因此采用钢芯铝绞线。 按经济电流密度选择导线截面积 110kv 母线的最大工作电流为 165.34a，年最大负荷利用小时数=4500h， max t 查有关资料得经济电流密度=1.15a/，则导线的经济截面积为： ec j 2 mm =143.77 ec