电力系统和变电站总体设计书

1、电力系统和变电站总体设计书第 1 章 电力系统和变电站总体分析1.1 电力系统概述电力工业是一种将煤、石油、天然气、水能、核能等一次能源转换成二次能 源的工业，它为国民经济的其它各部门的快速、稳定发展提供足够的动力，是国 民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它的发展水平直接反映着国 家的经济发展水平。随着社会和科学的发展，电能被越来越广泛的应用于工农也生产以及人民的 日常生活中。电能可以方便的转化为其它形式的能源，并且电能的分配和输送易 于实现，可以输送到需要它的工作场合和生活场合。电能也可以促进工农业的机 械化和自动化。1.2 变电站概述变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所，

2、是发电厂和用户联系的中 间环节。变电站按照其升降电压的不同分为升压变电站和降压变电站两大类。升 压变电站是为了减少电能在运输过程中的损耗，将发电厂发出的电升压后输送到 远方，这种变电站通常与发电厂联系在一起；降压变电站与负荷中心比较靠近， 将高压电通过变压器转变为适合的低压电。在这里我们设计的是110K V的变电站通常变电站是由高压配电室、变压器室和低压配电室等组成的。总的来说变电站的总体布置合理，便于设备的操作、搬运、检修和巡视，当 然也要便于未来的扩建性。根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，也就是一级负荷、 二级负荷和三级负荷。等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也

3、不同。一级负荷是指将造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染对工业将造成经济 的巨大损失，如重要的大型的设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量 报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响；二级负荷是指回造成较大的 经济损失，产品大量报废或减产，还可能引起社会秩序的混乱或较严重的政治影 响；三级负荷指造成的损失不大或者直接的经济损失。负荷的等级不同，对供电的要求也不同。对于一级负荷，必须有两个独立电源供电，且任何一个电源失去 后，能保证对全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个独立电源供 电，且一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电；对于三级负荷一般 只需要一个电源供电。1.

4、3 变电站的分类1.3.1 按照变电站在电力系统中的地位和作用一、系统枢纽变电站 枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，它的电压是系统最高输电电压，目前电 压等级有220kv、330kV（仅西北电网）和500kv，枢纽变电站连成环网，全站停电 后，将引起系统解列，甚至整个系统瘫痪，因此对枢纽变电站的可靠性要求较高。枢纽变电站主变压器容量大，供电围广。二、地区一次变电站 地区一次变电站位于地区网络的枢纽点，是与输电主网相连的地区受电端变电站，任务是直接从主网受电，向本供电区域供电。全站停电后，可引起地区电 网瓦解，影响整个区域供电。电压等级一般采用220kv或330kv。地区一次变电站主变压器容量较大

5、，出线回路数较多，对供电的可靠性要求 也比较高。三、地区二次变电站 地区二次变电站由地区一次变电站受电，直接向本地区负荷供电，供电围小，主变压器容量与台数根据电力负荷而定。全站停电后，只有本地区中断供电。四、终端变电站 终端变电站在输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，全站停电后，只是终端用户停电。1.3.2 按照变电站安装位置一、室外变电站室外变电站除控制、直流电源等设备放在室外，变压器、断路器、隔离开关 等主要设备均布置在室外。这种变电站建筑面积小，建设费用低，电压较高的变 电站一般采用室外布置。二、室变电站室变电站的主要设备均放在室，减少了总占地面积，但建筑费用较高，适宜 市

6、区居民密集地区，或位于海岸、盐湖、化工厂及其他空气污秽等级较高的地区。三、地下变电站 在人口和工业高度集中的大城市，由于城市用电量大，建筑物密集，将变电 站设置在城市大建筑物、道路、公园的地下，可以减少占地，尤其随着城市电网 改造的发展，位于城区的变电站乃至大型枢纽变电站将更多的采取地下变电站。 这种变电站多数为无人值班变电站。四、箱式变电站 箱式变电站又称预装式变电站，是将变压器、高压开关、低压电器设备及其 相互的连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式集中布置 在一个或几个密闭的箱壳。箱式变电站是由工厂设计和制造的，结构紧凑、占地少、可靠性高、安装方 便，现在广泛应用于居民

7、小区和公园等场所。箱式变电站一般容量不大，电压等 级一般为3kv35kv，随着电网的发展和要求的提高，电压围不断扩大，现已经制 造出了 132kv 的箱式变电站。箱式变电站按照装设位置的不同又可分为户外和户两种类型。五、移动变电站将变电设备安装在车辆上，以供临时或短期用电场所的需要。1.3.3 按照值班方式一、有人值班变电站 大容量、重要的变电站大都采用有人值班变电站。二、无人值班变电站无人值班变电站的测量监视与控制操作都由调度中心进行遥测遥控，变电站 不设值班人员。1.3.4 根据变压器的使用功能一、升压变电站升压变电站是把低电压变为高电压的变电站，例如在发电厂需要将发电机出 口电压升高至系

8、统电压，就是升压变电站。二、降压变电站与升压变电站相反，是把高电压变为低电压的变电站，在电力系统中，大多 数的变电站是降压变电站1.4本次设计企业变电站情况分析本次设计要为了满足济源钢铁集团生产的供电要求新建一个110K的变电站，其中原始数据有电压等级：110/10KV，线路回数：110KV 2回；10KV 6回，一次 建成。主变容量为：2台31500KVA站址位于厂区外部，临近负荷中心，交通方便， 有充足的水源平均海拔200米，地震烈度为7度，年最高气温：+40C ;年最低气温 -8 °C。该站有2个电源：1个是无穷大系统，通过LGJ185线路传输，长10公里；1个是50M系统，通

9、过LGJ185线路传输，长3公里。系统电抗：0.24。该站10KV则负荷如下表1-1 :表1-1 10KV负荷负荷名称负荷大小炼钢1车间5000KW炼钢2车间5000KW线材1车间4000KW线材2车间4200KW钢铁1车间3800KW钢铁2车间4000KW负荷总计26000KW1.5小结本章主要根据任务设计书给出的负荷资料做出进一步的分析完善，分析的容 包括：各电压等级的负荷名称、生产性质和特点、负荷组成类别的百分比、负荷 的自然力率等，对供电的要求和政策等。最后列出负荷表并附加了必要的说明文 字。对该站的负荷进行总体的分析，为后面的主变压器容量的选择、电气主接线 的设计打下基础。第2章 变

10、电站主变压器的选择2.1 主变选择的一般原则2.1.1 变压器形式的选择一、变压器相数的确定若站址地势开阔，不受运输条件限制时，在 330KV 及其以下的发电厂和变电 所中，均采用三相变压器。二、变压器绕组数量的选择 在具有三种电压的变电所中，如果通过主变压器各绕组的功率达到该主变压 器容量的 15%及以上，或低压侧虽无负荷， 但在变电所需装设无功功率补偿设备时， 主变宜采用三绕组变压器。结合本次设计的具体实际情况，都应选择三绕组变压 器。三、绕组连接方式 参考电力工程电气设计手册和相应的规程中指出：在具有三种电压的变 电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的 15%以上，或在低压侧

11、虽 没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满 足上述情况。故该变电所主变选择为三绕组变压器。参考电力工程电气设计手册和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必 须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式 有Y和型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是型的， 我国 110KV 及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点，所以都需要 选择*的连接方式，而6-10KV侧采用型的连接方式。故济钢110KV变电站主变应采用的绕组连接方式为： YN，。四、调压方式的确定常用的调压方式手动调压和有载调压。手动调压用于调整围土 2X 2

12、.5%以；有 载调压用于调整围可达 30%，其结构复杂，价格较贵，常用于以下情况：1. 接于出力变化大的发电厂的主要变压器。2. 接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作的特点联络变压器。3. 发电机经常在低功率因数下运行时。规程规定，在满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式 （ 手动调压方式 的变压器便于维修）。对于110KV站以往设计由于任务书已经给出系统能保证本站 110KV母线的电压波动在土 5%之所以可以采用手动调压方式。综合以上分析，本设计中基干济钢变电站的主变宜采用有载调压方式。2.1.2 变压器容量和台数的选择一、主变容量的考虑原则（参考电力工程电气设计手册 ）1 .主变容

13、量选择一般应按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择，并适当考虑 到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。2. 根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电 站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时 间，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主 变压器应能保证全部负荷的 60%。3. 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系 列化，标准化。（主要考虑备用品，备件及维修方便）二、主变台数的考虑原则1. 对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。2. 对地

14、区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的 可能性。3. 对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2 级设计，以便负荷发展时更换主变。2.1.3 主变压器的冷却方式根据变压器型号的不同 , 其冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油 循环水冷、强迫导向油循环等。油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠 空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。而油浸风冷式是在油浸自 冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风冷 后可使变压器的容量增加 30%-35%强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油 水冷两

15、种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却 器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。 这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高 3倍，则变压器可增加容量 30%。按一般情况，110K V变电站宜选用风冷式。2.1.4 是否选用自耦变压器选择自耦变压器有许多好处， 1、自耦变压器体积小，质量轻，节省材料。 2、 自耦变压器由于所用材料少，铜耗、铁耗减小，可提高效率。3、安装运输方便。但是自耦变高低压边有直接电的联系，高压边发生故障直接波及低压边，适用于 两个电压级中性点都直接接地的系统中，而本站只有110KV是中性点直接接地系统，且其多用于22

16、0KV及以上变电所，发电机升压及联络变压器。它经小阻抗接 地，短路电流大，造成设备选择困难和对通信线路的危险干扰，且考虑到现场维 护等问题，故不采用自耦变压器。2.1.5 变压器各侧电压的选择作为电源侧， 为保证向线路末端供电的电压质量， 即保证在 10%电压损耗的情 况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按 10%额定电压 选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于 110KV的变电站, 考虑到要选择节能新型的，110K V侧应该选115KV, 10K V侧选10.5KV。2.1.6 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决在110KV及以上的中性点直接接地系统

17、中，为了减小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。110K V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。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。2.2 本次设计变电站主变的确定根据以上设计原则，本次设计变电站主变确定为双绕组有载调压电力变压器，相关数据如下：额定容量： 31500kVA 连接组标号： YN， d11 空载电流： 0.9% 负载损耗： 138kW变压器型号： SFZ7-31500/110额定电压： 110 3 1.25%/10.5kV 短路阻抗： 1

18、0.5 %空载损耗： 36kW轴距（横向/纵向）：2000/1435外形尺寸（长*宽*高， mm）：5600*4380*5330器身重： 27.3t 生产厂家：变压器厂油质量： 12t总重： 49t第3章 电气主接线设计3.1 引言电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、 政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、 满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取 材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美 观的原则。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 电

19、路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求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全部基本组成和连接关系， 代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。3.2 主接线设计的基本要求设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配 电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此， 我们要重视电气主接线的设计。设计时应依据 35110kV变电所设计规原则。第 3.2.1 条：变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、 设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、

20、 节约投资和便于扩建等要求。第条：35110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形线路变压器组或线 路分支接线。 超过两回时， 宜采用扩大桥形单母线或分段单母线的接线，3563kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线，110kV线路为6回及以上时，宜采用 双母线接线。第324条：在采用单母线、分段单母线或双母线的35110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可以设置旁路设施。当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的接 线，当110kV线路为6回及以上，3563kV线路为8回及以上时，可装设专用的 旁路断路器，主变压器 35110kV 回路中的断路器，有条件时，亦可接入

21、旁路母 线，采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。第325条：当变电站装有两台主变时，610kV侧宜采用分段单母线。线路 为 12 回及以上时亦可采用双母线。 当不允许停电检修断路器时， 可设置旁路设施。3.3 电气主接线形式3.3.1 单母线接线单母线接线只有一条母线，且每一支路均有 QF主接线的基本构成：电源一 母线出线。一、简单的单母线接线（单母不分段） 优点：接线简单清晰，设备用量少，经济实用；有利用电源互为备用及负荷间的合理分配；正常投切与故障投切互不干扰，灵活方便。缺点：母线围发生故障或母线及母线 QS检修时，需停止供电；各单元 QF检 修时，该单元中断工作。二、分组单母线接线Q

22、F分段单母线一一用QF将母线分为两组， 缩小了母线故障和母线检修时 的停电围， 有利于电源间的相互备用和负荷的合理分配有两种形式：并列的QF分段单母线 QF合闸，优点：当I组母线发生故障 时，QF跳开，退出故障母线而保证非故障母线继续运行；缺点：短路电流大；在 母线必须装设继保装置。不并列的 QF分段单线线一一用QS断开，当I组母线发 生故障时，可投入QF,使两组母线并列运行，用QS分段单母线一一用QSf将母线 分为两组。与简单的单母线相比： 相同点发生母线故障时会造成全部停电； 不同点一一判明故障后，可恢复非故障母线运行，与QF分段的导母线相比：操作要慎重，步骤复杂。三、单母线接线带旁路四、

23、单线分段带旁路单母线分段加旁路 : 其供电可靠性高 ,运行灵活方便 , 但投资有所增加 , 经济性 稍差。特别是用旁路断路器带路时 , 操作复杂 , 增加了误操作的机会。同时 ,由于加 装旁路断路器 , 使相应的保护及自动化系统复杂化。3.3.2 双母线接线一、不分段的双母线 双母线接线的特点：可轮流检修母线而不影响正常供电。检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电。工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅 速恢复供电。可利用母联断路替代引出线断路器工作。便于扩建。由于双母线接 线的设备较多，配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电路容易引起误操作； 同时投资和占地面积也较大。二、双母线分

24、段接线 一台半断路器接线有两组母线，每一回路经一台断路器接至一组母线，两个 回路间有一台断路器联络，组成一个“串”电路，每回进出线都与两台断路器相 连，而同一“串”支路的两条进出线共用三台断路器。正常运行时，两组母线同 时工作，所有断路器均闭合。接线特点：运行灵活可靠。正常运行时成环形供电，任意一组母线发生短路 故障，均不影响各回路供电。操作方便。隔离开关只起隔离电压作用，避免用隔 离开关进行倒闸操作。任意一台断路器或母线检修，只需拉开对应的断路器及隔 离开关，各回路仍可继续运行。二次接线和继电保护比较复杂，投资较大。注意：为提高运行可靠性，防止同名回路（指两个变压器或两回供电线路） 同时停电

25、，一般采用交替布置的原则。重要的同名回路交替接入不同侧母线；同 名回路接到不同串上；把电源与引出线接到同一串上。3.3.3 组式单元接线一、 发电机变压器组式单元1. 一机一双绕组变 T 高压侧设 QF2. 一机+一三绕组 T T 各侧均设 QF3. 二机+一双绕组 T T 高压侧及发电机出口设 QF 二、变压器线路组式单元具有接线简单 ,开关设备少 ,操作简便 ,宜于扩建 ,以及因为不设发电机出口电 压母线, 发电机和主变压器低压侧短路电流有所减小等特点。三、发电机变压器线路组3.3.4 桥形接线两台主变 +两回出线桥：桥靠近T侧T1T2切投复杂（桥不便）。WL1 WL2切投方便。适用于：T

26、 切投较少的电站，否则会影响 WL正常运行时，无穿越性功率，线路较长。外桥：桥靠近 WL侧T1T2切投方便。WL1 WL2切投不便（外桥外不便）。适3.4本次设计变电站的主接线设计综合以上规程规定，结合本变电站的实际情况，110kV侧有2回进线，10kV侧有6回出线.又由前面的变电站分析部分和负荷情况分析部分，该变电站在整个 电力网络中处于重要的地位，各侧均不允许断电。故可对各电压等级侧主接线设 计方案作以下处理。3.4.1 110kV母线主接线方案确定根据要求可以草拟以下两种方案，列表3-1对以上两种方案进行比较:表3-1 110KV侧主接线经济比较方案、方案 项目'、方案1单母分段

27、方案II桥型接线可靠性 对重要用户可以从不冋段引出两个 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。当一回线路故障时，分段断路器自动将 故障段隔离，保证正常段母线不间断供 电，不致使重要用户停电灵活性当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 期间停电。当出线为双回路时，常 使用架空线路出现交叉跨越。扩建 时需向两个方向均衡扩建。 线路的切除和投入较复杂，需动作两 台断路器，并有一台变压器暂时停运。 桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。变压器侧断路器检修时，变压器需较长时期停运。经济性接线简单

28、，增加了设备，投资要较方案 n高接线简单，运行设备少高压断路器数量 少，四个回路只需三台断路器。由以上比较结果知，这方案 1有较好的可靠性和灵活性。由于本变电站在整 个系统中占有较重要的地位及本站的未来发展计划，要求保证某些重要的车间不 可中断供电，故要求系统有更好的供电可靠性， 综合考虑，110KV侧宜采用方案I3.4.2 10KV母线主接线方案确定根据要求可以草拟以下两种方案，列表3-2对以上两种方案进行比较:表3-2 10KV侧主接线经济比较方案基本要求方案（I）单母分段接线方案（n）双母线可靠性无论检修断路器或变压器故障时，均不会造成重要的电力负荷停电。使用的电气设备比较多， 出现故障

29、的几率 也比较大。具有较强的供电可靠性。选择轻型的电 气设备。使用的设备比较多，出现故障的几率比 较咼。灵活性电气主接线的结构简单，但调度灵活 性较差。易于扩建和扩展。运行方式相对简单，并且具有较好的灵活性。易于扩建和实现自动化。经济性使用的电气设备少，投资小，年运行 费相对低。占地面积比较大。使用的设备相对少，投资少，年运行费 用咼。占地面积比较大。由表中分析可以知道，综合考虑主接线的基本要求，合理考虑厂区电力负荷 的基本情况以及企业的经济状况，通过比较，最后选择第 （I）方案，即采用单母分 段接线形式，足以满足企业电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展， 还有扩建和扩展的可能。因此，

30、选择了单母线分段接线的主接线形式。本次设计主接线图见附录图1所示。3.5所用电接线方式根据设计要求，在本所用电源是从济钢集团变电站主变110K V侧电压母线上引接。3.6 10KV侧限流问题为合理选择10K V侧的电气设备，必须考虑10KV侧的开关柜的能否选用轻型 电器，所以必须考虑10KV侧是否有限流问题，经过短路计算，若需要加限流措施， 对110KV站首先考虑选择Ui 3大的阻抗结构，其二，选择变压器分列运行的方式， 都不满足时再加限流电抗器。经计算后知，10KV侧应采取限流措施，因此所用变 该用接地变，其型号为：KSJD-31.5/80/10.5,所用消弧线圈为：XDJ-300/10。3

31、.7主变中性点接线的方式和设计3.7.1 110KV 侧接地方式根据电力系统的实际情况， 110-500KV 系统为大电流接地系统， 所以变电站主 变的110KV侧的中性点应选择中性点直接接地方式。3.7.2 10KV 侧接地方式610K V侧为中性点不直接接地方式，即应该选用中性点不接地、经高阻接地 或经消弧线圈接地方式。消弧线圈又分为完全补偿和欠补偿方式，为防止出现在 灭接地电容电流出现时电弧谐振，一般选用过补偿方式，具体采用那种接地方式， 应经电容电流计算，对10K V系统若接地电容电流大于30A时，应选经消弧线圈接 地方式。若需要加装消弧线圈时，需要考虑它的引接方式。10KV侧需要加装

32、消弧线圈时，由于主变的10K V侧是接线，没有中性点，故对 10K V侧需加接地变，将中 性点引出用以接消弧线圈， 接地变的容量应大于消弧线圈的容量， 一般应该在 6 10KV的每一段母线上安装型号一样，相同容量的接地变，考虑接地变的低压侧可 以获取380V电源兼作所用电，所以选用接地变后就不用再选用50KVA勺所用变。消弧线圈的容量及型式的选择显然10KV则需要加消弧线圈，但由于主变的10KVW是接线，没有中性点， 故对10KV则需加接地变，将中性点引出以接消弧线圈，接地变的容量应大于消弧 线圈的容量，查发电厂电气部分设计计算资料可选用接地变型号为：KSJD-315/80/10.5,所用消弧

33、线圈为：XDJ-300/10，变比为：10.5/0.4,正序阻抗 电压为： 4%。第4章 短路电流的计算4.1 引言在电力供电系统中，对电力系统危害最大的就是短路。短路的形式可以分为 三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地。在短路电流计算过程中， 以便都以最严重的短路形式为依据。因此，本文的短路电流计算都以三相短路为 例。在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍 至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电 动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆；在短路点附近电压显著 下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地

34、短路时所出现的 不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发 电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。4.2 计算短路电流的目的计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电器设备，避免在短路电流作用 下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装 置的整定计算。为了达到上述目的，须计算出下列各短路参数1一次暂态短路电流，用来作为继电保护的整定计算和校验断路器额定断 流容量。应采用（电力系统在最大运行方式下）继电保护安装处发生短路时的次 暂态短路电流来计算保护装置的整定值。ish 三相短路冲击电流，用来检验电器和母线的动稳定。I 一 三相短路电流有

35、效值，用来检验电器和母线的热稳定。S 次暂态三相短路容量，用来检验断路器的遮断容量和判断母线短路容 量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。4.3 短路电流的计算的规定为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素的 影响，做出以下规定：1. 所有的电源电动势相位角均相等，电流的频率相同，短路前，电力系统的 电势和电流是对称的。2. 认为变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值 不随电流的变化而变化。3. 输电线路的分布电容略去不计。4. 每一个电压级采用平均电压，这个规定在计算短路电流时，所造成的误差 很小。唯一例外的是电抗器，应该采用加于电抗器端点

36、的实际额定电压，因为电 抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多，否则，误差偏大。5. 计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机、变压器、电抗器、线路等 元件的电抗，因为这些元件 X/3>R 时，可以略去电阻的影响。只有在短路点总电 阻大于总电阻的 1/3 时才加以考虑，此时采用阻抗等于电抗计算。6. 短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值的影响。 有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的大容量电动 机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。此时，电动机 将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电势。7. 在简化系统阻抗时，距短路点

37、远的电源与近的电源不能合并。8. 以供电电源为基准的电抗标幺值 >3, 可以认为电源容量为无限大容量的系 统, 短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。4.4 短路电流计算过程4.4.1 系统接线图如图 4-1 ：济®110KV变电站1150MVACO无穷大系统参数计算:11QKV<o图4-1系统接线图所基准值为：Sb =300MVA Um =115KV系统电抗：X=x g Sb = i = x si g-Sn:0.24300 =0X=Xg SB .2 - X S2 g-0.24300=1.152Sn62.5变压器阻抗：Us- 10.5 00X3 -X4 -Us % g

38、SB =0.105300彳=1Sn31.5短路电流计算等效电路图如图4-2 :10KV(4-1)(4-2)(4-3)L1=10KMKIL2=3<M52斗110KV3 5 T1 T2J X4IOKV图4-2等效电路图将X3和X4并联后，得X5=0.5，等效简化图如图4-3 :/7图4-3等效简化图经过查电力系统阻抗表可知（参见供配电设计手册97页）各种线行的单元电抗：LGJ-185所对应的单元电抗为XL =0.416 /mXab为S2对K2的转移阻抗：Xab = XLgLABgS =0.416 3 型=0.943（4-4）U B11521Xbc为S1对匕的转移电抗：Xbc =X5 = -1

39、=0.52XAC 为 S2 对 K1 的转移阻抗：Xac = X ab + Xbc =0.943+0.5=1.443各电源的计算电抗：用是式 人小=兀9殂计算：SBA节点发电机对短路点 匕的计算电抗：XAjs1=1.443625 =0.3300A节点发电机对短路点K2的计算电抗：XAjs2 =0.943625 =0.196j300电源S1对短路点K,的计算电抗：X1js1 =0.5=3001由于X1js1 >3,直接由得I 1K1=0 X 1js1查运算曲线得电源0秒短路电流标幺值：Iak1=3.3，I AK2=5.0 电源2秒短路电流标幺值：I AK1 =2.2，I AK2 =2.55

40、 电源4秒短路电流标幺值：I AK1 =2.25，I AK2=2.762 5K1 点的短路电流：I k1=3.3 一6 5=11.34（ KA）；<3 10.562 5I tk/2=2.2.=7.56（KA）;它3 10.562 5I tk =2.2562.5=7.73（KA）；<3 10.5I sh =1.62 I K1=1.6211.34=18.37 （KA）；i sh=2.69 I K1=2.6911.34=30.5（KA）为了限流，我们还可以采用变压器的分列运行，选用短路点K，但是鉴于上面的计算的得，对于短路点 K1，有I k1=11.34KA，当选择ZN5-10/630型

41、断路器 时，对于10KV电压级I Nbr =20KA>11.34KA故满足要求，无须再进行短路电流的计 算。62 5K2点的短路电流：I k2=5.062.5=1.57（KA）；v'3 11562 5ltk/2=2.5562.5=0.8（KA ；62 5I tk=2.762.5=0.85 （KA）;<3 115I sh =1.62 I K1=1.621.57=2.54 （KA ;i sh=2.69 I K1=2.691.57=4.22（KA）计算结果如表4-4:表4-4短路电流计算结果短路电流短路点I" （ KA）I tk/2（ KA）I tk （ KA）Ish

42、（ KA）K111.347.567.7318.37K21.570.80.852.54第5章高压电气设备的选择5.1引言正确选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的运行的重要条件 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 妥的采用新技术，并注意节约投资，具体选择方法也就不完全一样。但对它们的 要求却是基本相同的。电力系统中的各种电气设备，其运行条件完全一样，选择 方法也不完全相同，但对它们的基本要相同的。电气设备要想能可靠地工作，必 须按正常运行条件进行选择，并且按短路条件校验其热稳定和动稳定。5.2选择导体和电气设备的基本条件按长期工作条件选择依据导体和电

43、器的选择设计技术规定 : 选用的电器允许最高工作电压不 得低于该回路的最高运行电压。即：Ual.m Usm（ 5-1 ）其中， Ual.m 1.15UNUsm 1.1UsN一般按照 UN UsN 选择电气设备的额定电压。对于导体：Ial Im ax（ 5-2 ）对于电器：IN Im ax（5-3 ）Im ax 的计算方法1. 汇流主母线（1）110KV 主母线：按实际功率分布进行计算（2）10kV 主母线：Im ax 1.05IN （10KV ）（5-4）2. 旁路母线回路Im ax 需要旁路回路的最大额 定电流或最大持续工作 电流3. 主变的引下线Im ax 1.05In对应电压侧（5-5）

44、4. 出线单回线： Im ax 最大负荷电流双回线： Im ax （1.2- 2）I 单回线路最大负荷电流5. 母联回路Im ax 母线上最大一台变压器 的 Im ax6. 分段回路Im ax 1.05ITN K（ 5-6 ）其中：K=0.50.8 Tn 变压器额定电流7. 10KV 并联电容器回路Im ax 1.3Ie（ 5-7 ）5.2.2 按经济电流密度选择导体依据导体和电器选择设计技术规定的如下规定：1. 载流导体应选择铝质材料。2. 除配电装置的汇流母线外， 较长导体的截面应按经济密度选择， 导体的经 济电流密度可按照附录四所列数值选取。当无合适规定导体时，导体面积可按经济电流密度计

45、算截面的相邻下一档选 取。选取条件：经济截面SJ Imx（ 5-8）JJ经济电流密度注意：按此法选择导体后，必须按长期发热校验。5.3导体和电气设备的校验条件5.3.1导体的选择一、母线的选择对母线的选择，相应书籍中有的如下归定：1. 载流导体宜采用铝质材料，下列场所可选用铜质材料的硬导体。（1）持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部或采用硬 铝导体穿墙套管有困难时。（2）污秽对铜腐蚀较轻微而对铝有较严重腐蚀的场所。2. 20KV以下回路的正常工作电流在 4000A及以下时，宜采用矩形导体，在 4000-8000A时，宜选用槽形导体。3. 110KV 及以上高压配电装置，当采用

46、硬导体时，宜选用铝合金管形导体。二、10K V出线电缆选择1. 电力电缆应按下列条件选择和校验：（1 ）电缆芯线材料及型号。（2）额定电压。（3）截面选择。（4）允许电压降校验。（5）热稳定校验。（6）电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。2. 电缆芯线材料及型号选择：电缆芯线有铜芯和铝芯，国工程一般选用铝芯，电缆的型号应根据其用途， 敷设方式和使用条件进行选择，济钢变电站10K V出线选用三相铝芯电缆。3. 电压选择：电缆的额定电压应大于等于所在电网的电压。4. 截面选择：电力电缆截面一般按长期发热允许电流选择，当电流的最大负 荷利用小时数大于5000小时且长度超过20m时，应按经济电流密度选

47、择。5.3.2 电器选择的依据一、断路器选择根据规定：35KV及以下，可选用少油、真空、多油断路器等，应注意经济性。 35KV-220KV可选用少油、SF6空气断路器等。综合考虑，尽量利用经过国家鉴定推荐使用的新产品，又110KV为检修方便,选用SF6断路器，10KV侧采用真空断路器。二、隔离开关的选择 隔离开关的型式很多，按安装地点的不同可分为屋式和屋外式；按绝缘支柱数目可分为单柱式和双柱式。它对配电装置的占地面积有很大影响，选型时应根 据配电装置的特点和使用要求以及经济技术条件来确定。由于本设计中均采用手车式断路器，故 10KV侧不用选隔离开关。三、电压互感器选择 电压互感器是二次回路中测

48、量和保护用的电压源，通过它反映系统的运行状况，它的作用是将一次高压变为二次侧的低电压便于测量。依据电力工程设计手册对电压互感器配置的规定：1. 电压互感器的配置与数量和配置、主接线方式有关，并应满足测量、保护 周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压， 周期点的两侧都能提取到电压。2. 6220K V电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否 需要装设压互，应视各回出线外侧装设压互的情况和需要确定。3. 当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设压互。 又根据导体和电器选择技术规定 ：1 .电压互感器应按下列技术条件选择和校验：（1）一次

49、回路电压。（ 2）二次电压。（3）二次负荷。2. 电压互感器的型式应按下列使用条件选择 :（ 1 ）准确度等级。（2）继电保护及测量的要求。（3）320KV屋配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构 的电磁式电压互感器。（4）35KV配电装置宜采用电磁式电压互感器。（5）110KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。3. 用于中型点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V,用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。四、电流互感器选择目前电力系统中用的广泛是电磁式电流互感器，它的原理和变压器相似，他 的特点：一

50、次绕组串联在电路中，并且很少，电流取决于被测试电路的负荷电流， 而与二次侧电流的大小无关；二次侧的电流绕组阻抗很小，所以它在近于短路的 状态下运行。电流互感器的选择应符合以下几点：1. 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。2. 发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等 也应装设电流互感器。3. 对直接接地系统，按三相配置；对非直接接地系统，依具体要求按两相或 三相装配。五、绝缘子和穿墙套管其选择依据如下：1. 屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子；屋外支柱绝缘子需倒装时，可用 悬挂式支柱绝缘子；屋支柱绝缘子宜米用联和胶装的多棱式支柱绝缘子。2. 屋配电装置宜采用铝导体穿

51、墙套管。对于母线型穿墙套管应该校核窗口允 许穿过的母线尺寸。高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种，瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电压635kv系统，油纸电容式绝缘适用于交流电压 60500kv 中性点直接接地系统。5.4 电气设备选择过程消弧线圈的容量及型式的选择1. 消弧线圈一般选用油浸式装设在屋相对80%场所的消弧线圈。2. 消弧线圈的补偿容量，一般按下式计算：Q KIcU|(5-9)Q-补偿容量 K-过补偿系数3. Ue-电网额定电压/KV Ic-电网或发电机回路的电容电流/A电网的电容电流计算(1)架空线路的电容电流可按下式计算：(5-10)Ic (2.7-3.3)UeL 10L-线路

52、的长度Ic-架空线路的电容电流(2)电缆线路的电容电流可按下式计算：Ic 0.1UeL( 5-11 )对于10KV侧：0.1U eL0.1 10 34.5 34.5 30(A)1.351034.5 弓3268.9(KVA)5.4.2 最大长期工作电流I max的计算汇流母线的I110KV 侧：I max =1.05I n=1.0531500=208A<3 115 0.810KV 侧：I max =1.05I N =1.0531500=2273KAV3 10.5 0.85.4.3 母线选择一、110KV母线选择按导体长期发热允许电流选择截面：(5-12)Ik Imaxal式中I max 导

53、体所在回路中最大持续工作电流。I ai 在额定环境温度 025 °C时导体允许电流。K 与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数alal 070 45 如I al40°c=0.81289=234( A) >208A故选择型号为LGJ-70的钢芯铝绞线，长期允许载流量为 289A1.热稳定校验短路电流通过的时间为：tk =t pr +t ab =4S“2I 101 tk2 Itk2222迈 +1.5710 0.80.85tk12124=3.2KA gS因t>1s,故不计算非周期分量的热效应。=Q P =3.22KA gS正常导体运行时导体温度:20822342根据发

54、电厂电气部分查表 4-6，C=91满足短路时发热的最小导体截面为:0+( al -0 )鸟=25 +I al(70 - 25)=60.6 °C91Sm.=巫=32 106 1 =19mm <70mm满足热稳定要求。2.动稳定校验由于所选是软母线，故不进行动稳定校验。二、10KV母线选择按导体长期发热允许电流选择截面：集肤效应系查表可选用两条125 10mm®形铝导体，平放允许电流为 3152A 数Ks=1.45，当环境温度为+40°c时查附表3得修正系数K=0.81。贝U: I al40oc=0.81 3152=2553 (A) >2273A1.热稳定校验短路电流通过的时间为：k =t pr +t ab =4St电流周期分量的热效应:“2I 10Itk2 Itk2 -tk2 2 211.3410 7.567.73124 =2532KA gS因t=1s，故不计算非周期分量的热效应，所以2=Q p =253 KA gS正常运行时导体温度:0) S = 25 + (70 - 25 )I al0 + ( al2273202 =60.