毕业设计（论文）10kV变电所进行的初步设计

1、摘 要本设计的主要内容包括：10/0.4kv变电所主变压器选择；变电所电气主接线设计；短路电流计算；负荷计算；无功功率补偿；电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）；配电装置设计；继电保护规划设计；防雷保护设计等。根据电气主线设计应满足可靠性、灵活性、经济性的要求，本变电所电气主接线的高压侧采用单母线接线，低压侧采用单母线分段的电气主接线形式；对低压侧负荷的统计计算采用需要系数法；为减少无功损耗，提高电能的利用率， 本设计进行了无功功率补偿设计，使功率因数从0.69提高到0.9；短路电流的计算包括短路点的选择及其具体数值计算；而电气设备选择采用了按

2、额定电流选择，按短路电流计算的结果进行校验的方法；继电保护设计主要是对变压器进行电流速断保护和过电流保护的设计计算；配电装置采用成套配电装置；本变电所采用避雷针防直击雷保护。本设计十分注重运用我国电气设计的新技术和新的设备，实用性及强，考虑到是实际工程的应用，便以通俗易懂的语言进行阐述。关键词：变电所设计；电气主接线；继电保护abstractthe design on the topic of liaoning institute of technology teaching building substation expansion preliminary design. the main

3、design elements include : 10/0.4kv main transformer substation choice; electrical substation main wiring design; short-circuit current calculation; load calculation; reactive power compensation; electrical equipment (bus, hv circuit breakers, isolation switches, current transformer and voltage trans

4、former, and compensation capacitor moa); distribution equipment design; relay planning and design; lightning protection design. according to the main line of electrical design should meet the reliability, flexibility, economy requirements, the substation main electrical wiring high side single-bus w

5、iring, low voltage side of the single-bus above the main electrical wiring form; the low-pressure side load calculated using the statistical needs coefficient; to reduce the reactive power loss, increased energy utilization, the design of reactive power compensation design, power factor from 0.69 to

6、 0.9; short-circuit current calculations include short-circuit point for the selection and specific numerical calculation; and electrical equipment chosen by the choice of rated current, short-circuit current calculation by the results of the calibration methods; relay design of the main transformer

7、 current protection and over-current protection design; distribution installations complete set of power distribution equipment; the substation using direct lightning stroke prevention lightning protection. the design is very close attention to the use of our electrical design of the new technology

8、and new equipment, practical and strong, taking into account the actual application, in a user-friendly language to describe it. key words：: substation design; electrical wiring; relay .第1章 概 述1.1设计意义经济的迅速发展，科学技术的不断进步促使社会中各行各业都在不断地发展壮大，特别是各种高、新、尖、精的技术应用，而所有的一切都离不开电，而电的中枢变电所更是必不可少，起到至关重要的作用。电是一个广义的范畴

9、，伴随负荷的不同，对电的要求也会随之改变。10kv的变电所应用较为广泛，其涉及工业、农业等诸多领域，所以说对10kv变电所的设计具有十分重要的意义。对此题目的设计除了注重实际应用外，还应考虑可靠性、经济性和电能的质量。如线路保护、接地保护、变压器保护等保护的有关问题及其设备元件的选择。根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过负荷统计、负荷计算、方案比较、供电方式确定、短路电流计算、电气设备选择与继电保护整定等内容。根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过负荷统计、负荷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。1.2设计要求厂区供电工作要很好地为工业生产服务，

10、切实保证系统用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1）安全在电能的供应、配合使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质硬满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4）经济供电系统的投资要少，运费用要低，并尽可能的节约电能和减少消耗量。1.3设计内容此设计的题目是针对10kv变电所进行的初步设计，并把所设计的有关内容做了整体的记录，选择变电所的高低压部分设计，这部分设计相信对自己将来的工作也会有很大的帮助。本设计按照以下的步骤进行：首先，依照主接线的特点，选择各个电压等级的接线方式，进行综合比较，选择最佳接线方式。其次，进行短路电流计算

11、，根据短路点计算三相短路稳态电流和冲击电流。再次，根据所选电气元件，结合实际绘制设计图纸，包括主接线图、二次回路图等。最后进行校验。以上是理论知识的体现而更中要的一点是在设计中培养自己运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观，在设计过程中主要立足于应用所学基本理论和专业知识，大胆地运用新理论、新技术去分析解决实际问题,以便更好地适应工作的需要。所有的设计查阅资料是必不可少的，而资料的获取应以实际为准，做为一名初次设计者，设计之前应具备一定的设计能力，但是由于缺乏经验，知识体系的不够完善等多种原因，适用于估算。在估算的过程中，所得理论结果只要与实际偏差不大，对整个电力系统不产生重大的

12、影响，是可行的。整个设计的目的、内容和基本要求进行设计的资料准备主要通过查阅(包括上网查问)文献资料和参加生产实习两条渠道进行。此设计充分吸收专业理论知识， 考虑自己毕业设计的选题方向，有目的、有计划地查阅与选题方向有关的文献资料。最后对所有收集的资料进行整理。并对其进行完善，对于一个完整的设计而言，文字与图纸并存。文字的详细叙述使内容丰富，而图纸则一目了然。最后由于设计者的水平有限，以及对电气技术日新月异的发展掌握不够，加之国外电气技术和产品的大量引进，我国对电气设计设备技术标准、规范还在不断地改进和完善，所以设计难免有不足，希望老师给予批评指正，使本设计更加完善。第2章 设计方案及论证2.

13、1 设计依据本工程设计参照供配电技术、工厂供电、电力系统分析、电力系统继电保护、10kv及以下变电所设计规范 、工厂电气控制、钢铁企业电气设计参考资料、照明设计手册等有关资料 2.2供配电负荷分级根据负荷资料可知：由用户确定主要为一、二级负荷，根据工业与民用配电设计手册一书我们可以很清楚地看到一级负荷应由两个电源供电，这样当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏，以维持继续供电。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。常用的应急电源有发电机组、干电池、蓄电池或供电网络中有效地独立于正常电源的专用馈电线路。同样，我们也可以看到二级负荷也需要有两个电源供电。做到当发

14、生电力变压器故障或电力线路常见故障时不致中断供电或中断后能迅速恢复。转炉炼钢工程为普通二级负荷，二级负荷由两回线路供电 。2.3供电系统电源由进线端引来经变压器，进入低压配电室进行配电。供电变压器应该为两台，从而做到当电力变压器发生故障或电力线路发生常见故障时，不致中断供电或中断后能迅速恢复。2.4照明系统在没有自然光或在自然光照度底的情况下，使工作人员能够进行正常的工作与设备的管理。照明供配电系统包括照度计算、光源的选用、灯具的选择和布置。照明电压采用380/220vac三相四线制供电，局部检修电气照明电压采用36vac。电气室、操作室采用绿色节能型荧光灯具及光源，根据需要设置一定数量的带镉

15、镍电池的应急照明和标识照明。室外采用绿色高效节能灯具及光源，采用光控或钟控。其它场所（如通廊、泵站等）采用防水防尘灯具和节能型光源。各场所、房间的照度均按国家标准。第3章 供配电系统设计3.1总则本变电所设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。供配电系统设计应根据工程特点、规模和发展规划，做到远近期结合，以近期为主。供配电系统设计应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。本变电所设计设计除应遵守规范外，尚应符合国家现行有关标准和规范的规定。变电所主要给以下几个系统供电: 转炉及车间附属设备、高压吊车(3kv)、 低压

16、吊车(0.4kv) 除尘风机高压电动机、除尘机组低压设备、lf炉设备低压设备、机械化上料及投料、汽化冷却系统设备、燃气一文、二文设备、三电控制系统设备、空调用电量、炼钢车间内照明设备。3.2负荷计算计算负荷的方法有估算法、需要系数法和二项式法。估算法实为指标法，适用于做设计任务书或初步设计阶段进行方案比较时，用估算法比较方便；需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算；二项式法适用于有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。本工程所用的是需要系数法，根据本工程低压配电系统图可进行负荷计算，低压负荷计算如下表1所示表1变电所负荷计算表设 备 组装机容量(kw)工作容量(kw)k

17、xcostgpjs（kw） qjs（kvar） sjs（kva）系统cos转炉及车间附属设备4000.0 4000.0 0.35 0.50 1.73 1400.0 2422.0 2797.5 0.50 高压吊车(3kv)10100.0 10100.0 0.30 0.50 1.73 3030.0 5241.9 6054.6 0.50 低压吊车(0.4kv)1600.0 1600.0 0.25 0.50 1.73 400.0 692.0 799.3 0.50 除尘风机高压电动机3650.0 3650.0 0.80 0.80 0.75 2920.0 2190.0 3650.0 0.80 除尘机组低压

18、设备608.0 608.0 0.30 0.50 1.73 182.4 315.6 364.5 0.50 lf炉设备低压设备400.0 400.0 0.50 0.80 0.75 200.0 150.0 250.0 0.80 机械化上料及投料300.0 300.0 0.35 0.50 1.73 105.0 181.7 209.8 0.50 汽化冷却系统设备1000.0 200.0 0.80 0.80 0.75 160.0 120.0 200.0 0.80 燃气一文、二文设备60.0 60.0 0.50 0.80 0.75 30.0 22.5 37.5 0.80 0.0 0.0 0.35 0.50

19、1.73 0.0 0.0 0.0 #div/0!三电控制系统设备120.0 120.0 0.50 0.80 0.75 60.0 45.0 75.0 0.80 空调用电量250.0 250.0 0.80 0.80 0.75 200.0 150.0 250.0 0.80 炼钢车间内照明设备350.0 350.0 1.00 0.90 0.48 350.0 168.0 388.2 0.90 0.0 0.0 0.0 0.00 补偿前合计22,438.0 21,638.0 9,037.4 11,698.6 14,782.8 0.61 无功补偿容量-7,500.0 补偿后合计22,438.0 21,638.

20、0 9,037.4 4,198.6 9,965.1 0.91 3.3无功补偿本变电所的无功功率补偿计算如下（1）补偿前的计算负荷和功率因数低压侧的算负荷为；低压侧的功率因数为 变压器的功率损耗为 变电所高压侧总的计算负荷 变电所高压侧的功率因数为（2）确定补偿容量现要求在高压侧不低于0.9，而补偿在低压侧进行，所以要虑变压器损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.92来计算需补偿的容量。故选择bw-0.4-14-1型电容器，需要的数量为 实际补偿容量为 qcc=（3）补偿后的计算负荷和功率因数 变电所低压侧视在计算负荷为 此时变压器的功率损耗为 变电所高压侧总的计算负荷为 变电所高压侧的功率因数

21、为 cos2= pc2/sc2符合要求。 通过上述计算可得，需补偿的容量为252kvar,补偿后变电所高压侧功率因数达到0.901,高压侧总视在功率减少了148.84kva。3.4变电所简介变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。按用途可分为电力变电所和牵引变电所（电气铁路和电车用）。电力变电所又分为输电变电所、配电变电所和变频所。这些变电所按电压等级可分为中压变电所（60千伏及以下）、高压变电所（110220

22、千伏）、超高压变电所（330765千伏）和特高压变电所（1000千伏及以上）。按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。3.41变电所类型（1）总降压变电所（2）车间变电所（3）建筑物及高层建筑变电所（4）杆上变电所（5）成套变电站转炉炼钢变电所属于车间变电所3.4.2变压器选择变压器（文字符号为t，双绕组变压器图形符号为）是变电所中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如s9系列或s10系列。高损耗变压器被淘汰，不允许采用。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或

23、防腐型变压器；供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（s9，s10-m，s11，s11-m等）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。在输配电系统中，变压器起到桥梁作用，变压器是借助电磁感应原理，以相同的频率，交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。电力变压器型式选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组型式、绝缘及冷却方式、联结组别等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。 联结组别： 35110/6.310.5kv总降压变压器y,d11 10/0.4kv配电变压器 y,yno、d,yn11从用户所给资料可知，由于本次设

24、计的负荷均为一、二级负荷，根据建筑电气设计规范，我们可以取同时系数为k=0.9，cos_=0.9，根据需要系数法计算出该用户总的计算负荷从而对变压器台数和容量的确定。3.43变压器台数的确定（1）应满足用电负荷对可靠性的要求。在有一、二级负荷的变电所中，选择两台主变压器，当在技术、经济上比较合理时，主变压器选择可多于两台；（2）对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器（3）变压器的事故过负荷能力一般来说，变压器在运行时最好不要过负荷，但是在事故情况下，可以允许短时间较大幅度的过负荷运行，但运行时间不得超过下表所规定的时间。变压器空载运行时需用

25、较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给，变压器容量如选的过大，不但增加投资，而且使变压器长期处于轻载运行，出现“大马拉小车”现象，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。变压器的最佳负载率在40%-70%之间，负载过高，损耗明显增加，另一方面，由于变压器容量裕度小，负载稍有增长，便需要增容，更换大容量的变压器，势必增加投资，且影响供电。总之选择变压器的容量，要以现有的负荷为依据，按照5-10年的发展计划来确定，选用的变压器容量为1000kva。第4章变电所位置及主接线图电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的

26、电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。电气主接线是变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。对电气主接线的基本要求概括地说应包括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。4.1变电所位置选择本设计中变电站位置的选择，应根据下列要求并经过经济分析比较后确定：（1）接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；（2）进出线方便，特别是要便于架空进出线；（3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配

27、电所；（4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低成套配电装置的运输。（5）还应注意防尘、防腐、防火、防爆，防水等。4.2主接线的要求1可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对变电所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性不仅要考虑次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。2灵活性 主接线的灵活性有以下几方面要求； 1)调度要求。可以灵活的投入和切除变

28、压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 2)检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电。 3)扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改建量最小。3经济性经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。4.3主接线的原则1考虑变电所在电力系统中的地位和作用变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不

29、同。2考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据510年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。3考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。4考虑主变台数对主接线的影响变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠

30、性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。5考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电、适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不问。例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。4.4主接线方案确定可拟定若干个主接线方案。因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案(近期和远期)。应依据对主接线的基本要求，从

31、技术上论证各方案的优缺点，淘汰一些明显不合理的方案，最终保留23个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得技术合理、经济可行的主接线方案。主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种形式，分为两大类：有汇流母线的接线形式、无汇流母线的接线形式。变电所电气主接线的基本环节是电源(变压器)、母线和出线(馈线)。各个变电所的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时(一般超过4回)，为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。无汇流

32、母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的变电所。有汇流母线的接线形式主要有：单母线接线和双母线接线。根据本变电站的需要，对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求。在足够技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。 此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便,调度灵活，检修安全。具体分析如下：单母线优点是简单、清晰、设备少，但可靠性与灵活性不高（见下图）。一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。 由于在该设计中用户不仅有二级负荷而且还有一级负荷，可靠性和灵活性显得

33、尤为重要，鉴于这些方面的原因，单母线的优点显然不足以使用户满意，也有背于我们设计无人值班变电所的基本思想和初衷，因此我们这里不考虑单母线的方式。单母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。两路电源一用一备时，分段断路器接通运行。任一段母线故障，分段断路器可在继电保护装置作用下自动断开。两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行。任一电源故障，分段断路器可自动投入。所以选用单母线分段接线。如下图1所示图1单母线分段接线变电所高压为10kv低压为0.4kv，这在主接线的选择上确定了范围。并依据供电情况，拟装设两台主变压器。110kv主接线根据设计要求及综合考虑，10kv侧两条铜电缆，一条运行，

34、一条备用两条电缆的各种参数均相同，来自供电中心的高压电经隔离开关、调相机、电流互感器接到母线上，而后经隔离开关、计量柜进入母线接到两台变压器上，其间由隔离开关和断路器分离。如附录。20.4kv主接线所谓0.4kv是一种电压等级,按正常工作需用380kv，10kv高压经过变压器降压后为0.4kv等级，低压经过隔离开关、电流互感器、高压断路器接到母线上，而后经过隔离开关、仪表通过低压母线接到降压变压器母线上，两台变压器低压分别带有不同的负荷这是0.4kv。如附录所示。4.5变电所结构及平面布置4.5.1变电所的结构1.变压器室变压器室的结构设计要考虑变压器的安装方式.变压器的推进方式等（1）变压器

35、外轮廓与墙壁的净距 油浸室变压器外轮廓与四周墙壁的最小净距如下表2所示。表2油浸室变压器外轮廓与变压器室墙壁和们的最小净距变压器容量10001250变压器外轮廓与后壁 侧壁净距（m）0.600.8变压器外轮廓与门的距离（m）0.81.0(2) 变压器的通风变压器一般采用自然通风，只设通风窗通风窗的面积根据变压器的容量、进风温度及变压器中心标高至出风窗中心标高的距离等因素确定。按通风要求，变压器地坪油抬高和不抬高两种形式。（3）变压器的推进面变压器的推进面有宽面推进和窄面推进。一般变压器的门比变压器的推进宽度宽1、0.5m变压器的室门朝外开。在本设计中变压器为为低式布置，宽面推进。（4）变压器防

36、火设置储油池或拦油设施是防火措施之一，可燃油油浸式变压器室的耐火等级应为一级。 本变电所变压器的平面布局如下图2所示：图2变压器的平面图2.高压配电室的结构高压配电室的结构主要取决于高压开关柜的数量、布置方式、安装方式等因素，为了操作和维护的方便和安全，应留有足够的操作通道和维护通道。 高压配电室高度与开关柜形式及进线情况有关，采用架空进出线时高度为4.2m以上，采用电缆线进线时，高压开关室高度为3.5m。 高压配电室的耐火等级不应低于二级3.低压配电室 低压配电室的结构主要取决于低压开关柜的数量、尺寸、布线方式、安装方式等因素。低压配电室长度超过8m时东西端各设一个门，门向外开，超过15m时

37、还应增加一个出口低压配电室的防火等级不应低于三级。4.5.2变电所的平面布置变电所布置形式为户内式单层布置。布置主要由一个高压配电室，一个低压配电室及两台变压器室。对变电所布置要求如下：（1）变压器室应避免日晒。（2）配电器的设计应符合安全防火要求，对电气设备载流部分应采用金属隔离。（3）变压器室及低压配电室的门应该向外，相邻的配电室的门应双向开启。（4）变电所内不允许采用可燃材料装修。（5）室内布置应紧凑合理，便于操作检修。（6）变电所内不允许采用可燃材料装修，不允许热力管道、可燃气体等各种管道从变压器经过本变电所的设备布置如图3所示图3变电所设备布置图第5章 短路电路的计算5.1短路电路的

38、概述电力系统的状态有三种：正常运行状态、不正常运行状态、短路故障。在电气设计和运行中，不仅要考虑系统正常运行状态，而且要考虑它发生故障时的情况，最严重的故障是电路乃至系统发生短路。电力系统正常运行时，其相与相之间，中性点接地系统的中性线与相线之间，都是通过负荷或阻抗连接的。选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的。电气设备或导体发生短路故障时通过的电流为短路电流。在工业企业供电系统的设计和运行中，不仅要考虑到正常工作状态，而且还要考虑到发生故障所造成的不正常状态。根据电力系统多年的实际运行经验，破坏供电系统正常运行的故障一般最常见

39、的是各种短路。所谓短路是指相与相之间的短接，或在中性点接地系统中单相或几相与大地相接（接地），以及三相四线制系统中相线与中线短接。当发生短路时，短路回路的阻抗很小，于是在短路回路中将流通很大的短路电流（几千甚至几十万安），电源的电压完全降落在短路回路中。5.2短路的原因发生短路的主要原因是由于电力系统的绝缘被破坏。在大多数情况下，绝缘的破坏多数是由于未及时发现和未及时消除设备中的缺陷，以及设计、安装和运行维护不当所，例如：过电压、直接雷击、绝缘材料的陈旧、绝缘配合不好、机械损坏等，运行人员的错误操作，如带负荷拉开隔离开关，或者检修后未拆接地线就接通断路器；在长期过负荷元件中，由于电流过大，载流

40、导体的温度升高到不能容许的程度，使绝缘加速老化或破坏；在某些化工厂或沿海地区空气污秽，含有损坏绝缘的气体或固倍，造成绝缘损坏；在某些化工厂或沿海地区空气污秽，含有损坏绝缘的气体或固体物质，如不加强绝缘，经常进行维护检修或者采取其他特殊防护措施等，都很容易造成短路。此外，在电力系统中，某些事故也可能直接导致短路，如杆塔倒塌导线断线等。动物或飞禽跨接载流导体也会造成短路事故。5.3短路的危害短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏应力，如果导体和它们的支架不够坚固，则可能遭到严重破坏。短路电流越大，通过的时间越长，对故障元件破坏的程度也越大。由于短路电流很大，即使通过的时间很短，也会使短路电流所经过

41、的元件和导体收起不能容许的发热，从而破坏绝缘甚至使载流部分退火、变形或烧毁。既然发生短路时流通很大的短路电流（超过额定电流许多倍），这样大的短路电流一旦流经电气设备的载流导体，必然要产生很大的电动力和热的破坏作用，随着发生短路地点和持续时间的长短，其破坏作用可能局限于一小部分，也可能影响整个系统。5.4短路计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的是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。以及选择电气设备时，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

42、节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。5.5短路计算5.51标幺值用相对值表示元件的物理量，称为标幺值。任意一个物理量的有名值与基准值的比值称为标幺值，标幺值没有单位。即标幺值= 物理量的有名值 /物理量的基准值则容量、电压、电流、阻抗的标幺值分别为 （5-1） （5-2） （5-3） （5-4）基准容量，基准电压，基准电流和基准阻抗也应遵守功率方程=和电压方程= 。因此四个基准值只有两个是独立的，通常选择基准容量和基准电压按下式求出基准电流和基准阻抗 = （5-5） = （5-6）基准值得选择是任意的，但为了计算方便，通常取100mva为基准容量，曲线路平均额定电压为基准电压。表3线路的

43、的额定电压和基准电压对照值额定电压(un)0.3861035110220500平均额定电压（uav）基准电压(ud)0.46.310.537115230550由于基准容量从一个电压等级换算到另一个电压等级时，其数值不变，而基准电压从一个电压等级换算成另一个电压等级时，其数值就是另一个电压等级的基准电压。5.5.2短路回路的标幺值1.线路的电阻标幺值和电抗标幺值线路给定的参数是长度l（km），单位长度的电阻r0和阻抗x0。其电阻标幺值和电抗标幺值分别为 （4-7） （4-8） 式中，为基准容量（mva）; 为线路所在电压等级的基准电压（kv）.2.变压器的电抗标幺值变压器给出的参数是额定容量（m

44、va）和阻抗电压,由于变压器绕组的电阻抗较电抗小的多，在变压器绕组伤的压降可忽略不计。 3.电力系统的电抗标幺值（1）.已知电力系统的出口断路器的断流容量soc即将系统变电所高压馈线出口断路器的断流容量看做系统短路容量来估计系统电抗，即= （4-9） （2）.已知电力系统出口处的短路容量sk 系统电抗标幺值由下式决定 =sd/sk 5.5.3标幺值法计算短路电流标么值法：1.绘计算电路图，选短路计算点。2.设定基准容量和基准电压ud，计算短路点基准电流一般设，（短路计算电压）。短路基准电流按下式计算：3.计算短路回路中各主要元件的阻抗标么值一般只计算电抗。(1)电力系统的电抗标么值式中电力系统

45、出口断路器的断流容量单位为mva)。(2)电力线路的电抗标么值式中uc线路所在电网的短路计算电压(单位为kv)。采用标么值计算时，无论短路计算点在哪里，电抗标么值均不需换算(3)电力变压器的电抗标么值式中：-变压器的短路电压(阻抗电压)百分值：-变压器的额定容童(.单位为 kva，计算时化为与同单位)转炉炼钢炉变电所的短路电流计算如下。图4 供电系统图图5 短路电流计算等效电路图1）由短路电流计算系统图画出短路电流计算等效电路图，如上图所示2）取基准容量=100mva,基准电压= =10.5.两个电压等级的基准电压分别为=10.5kv, =0.4kv.响应的基准电流为,。3）点短路电流计算如下

46、系统s：=100/1000=0.1 线路1wl: =1.814点三相短路时的短路电流和容量计算 (a)短路回路总阻抗标幺值：=1.914(b)点的基准电流：=5.774ka (c)计算点短路电流电流标幺值： = =周期分量有效值： =0.5225.774=3.014ka冲击短路电流： =1.84=5.546ka短路容量： = =100/1.914=52.247mva4）点短路电流计算如下系统s：=100/1000=0.1线路1wl: =1.814 变压器1t和2t：= =3.6点三相短路时的短路电流和容量计算 (a)短路回路总阻抗标幺值： =5.514（b)点的基准电流：=144.3ka (c

47、)计算点短路电流 电流标幺值： = =周期分量有效值： =0.181144.3=26.170ka冲击短路电流： =1.84=48.152ka短路容量： = =100/5.514=18.136mva第6章 电气设备的选择6.1电气设备选择的概述 在各级电压等级的变电所中，使用各种电气设备，诸如变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、补偿电容器等，这些设备的任务是保证变电所安全、可靠的供电，因为选择电气设备时，必须虑及电力系统在正常和故障时的工作情况。所谓电气设备的选择，则是根据电气设备在系统中所处的地理位置和完成的任务来确定它们的型号和参数。电气设备选择的总原则是在保证安全、可靠

48、工作的前提下，适当留有裕度，力求在经济上进行节约6.1.1电气设备的选择原则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；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 与整个工程的建设标准应协调一致；5 同类设备应尽量减少品种；6 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。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。6.1.2电气设备分类电气设备通常分类方法如下：1按电压分 通常把1kv以上的设备称为高压设备，1kv以下的称为低压设备。2按电能质量分 交流设备、直流设备、交直流两用设备。3按设备所属的电路性质分 一次设备、二次设备。4

49、按是否组合分 单元件设备、成套设备。5一次设备按其在一次电路中功能，又可分为发电设备、变换设备、控制设备、保护设备、补偿设备和用电设备。6.1.3电气设备的选择与校验选择电气设备的一般原则，除按正常运行下的额定电压、额定电流等条件外，还应按短路情况下进行校验，但各种电气设备的选择与校验项目也不尽一样，见下表4表4导体和电器的选择与校验项目设备名称选择项目校验项目额定电压（kv）额定电流（a）装置类（户内户外）准确度级短路电流开断能力（ka）热稳定动稳定高压断路器高压负荷开关高压隔离开关高压熔断器电流互感器电压互感器母线电缆6.2高压柜的选择本设计选用kyn28a-12型户内金属铠装抽出式高压开

50、关柜，系3-10kv三相交流50hz单母线及单母线分段系统的成套配电装置。主要用于发电厂、中小型发电机送电、工矿企事业配电以及电业系统的二次变电所的受电、送电及大型高压电动机起动等。实行控制保护、监测之用。本开关柜满足iec298、gb3906等标准要求，具有防止带负荷推拉断路器手车、防止误分合断路器、防止接地开关处在闭合位置时关合断路器、防止误入带电隔离室、防止在带电时误合接地开关的联锁功能，既可配用vd4真空断路器，又可配vs1真空断路器。实为一种性能优越的配电装置。6.3高压断路器的选择与校验高压断路器是高压电气中的重要设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备，它在电网中的作用有两

51、方面，其一是控制作用，即根据电力系统的运行要求，接通或断开工作电路，其二是保护作用，当电力系统中发生故障时，在继电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，以保证无故障部分的正常运行。高压断路器的主要作用是：在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在发生短路故障或严重负荷时，借助继电保护装置用它自动、迅速地切断故障电流，以防止扩大事故范围。断路器工作性能好坏直接关系到供配电系统的安全运行。为此要求断路器具有相当完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。图6高压断路器的qf的型号规格高压断路器是高压电气中的重要设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备，它在电网中的作用有两方面，其一是控制作用，即根据电

52、力系统的运行要求，接通或断开工作电路，其二是保护作用，当电力系统中发生故障时，在继电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，以保证无故障部分的正常运行。高压断路器的主要作用是：在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在发生短路故障或严重负荷时，借助继电保护装置用它自动、迅速地切断故障电流，以防止扩大事故范围。断路器工作性能好坏直接关系到供配电系统的安全运行。为此要求断路器具有相当完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。有本竖炉变电所的建筑要求和负荷计算可知，变压器为10/0.4kv。因为是户内型变电所故选择户内真空断路器。根据实际要求可选择zn63s-12(vs1+)型户内高压真空断路器 。zn63s-12(vs1+)型户内高压真空断路器是三相交流50hz、额定电压为7.212kv户内高压开关设备。作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。断路器符合我国国家标准gb1984-89交流高压断路器、jb3855-963.640.5kv户内交流高压真空断路器、dl403-911035kv户内高压真空断路器订货技术条件和相关的iec标准，并具有可靠的