KV变电站的研发设计

1、刖言原始材料第一章电气主接线的设计及主变选择第一节电气主接线设计3第二节所用电的设计 10第二章短路电流计算第一节概述 12第二节短路计算说明 15第三章导体和电器的选择计第一节总则 24第二节母线的选择设计26第三节断路器选择设计31第四节隔离开关选择设计33第五节互感器的选择设计35第六节引下线的选择设计 38第七节支持绝缘子及穿墙套管选择设计38 第四章防雷保护第一节直击雷防护 40第二节雷电过电压的防护 42第五章继电保护及自动装备配置第一节概述 46第二节继电保护的一般规定 47第三节电力变压器保护48第四节自动重合闸配置50附录(I ) 53参考文献、八刖毕业设计是四川某学院电气工

2、程系供用技术专业一门专业课程 为了提高 毕业生专业知识的综合运用能力本设计详细介绍了 220KV枢纽变电站的设计 过程.第一章电气主接线的设计及主变的选择，对主接线的设计提出了多种方案 并进行了论述，分析比较了各种主接线形式的优缺陷 ，选择最佳主案；第二章短 路电流的计算，第三章导体及电器的选择，本章详细介绍了变电站中的设备选取 对设备的参数进行了校验论证第四章防雷保护，对变电站的直击雷防护、雷电 过电压防护进行了比较全面的介绍.第五章继电保护及自动装备的配置，结合相 关规范对变电站的设备保护做了系统的分析论述 本设计中的文字符号和图形 符号采用了新的国家标准.本设计在设计过程中参考了大量的参

3、考资料，如：发电厂变电所电气部分、电力系统继电保护（增订版）、供配电系统、220500KV变电所设 计技术规程、中国电力百科全书、毕业设计指导书等.本设计在设计中大力得到了四川某学院电气工程系的大力支持，他们对本设计提出了宝贵的意见，在此对他们一并致谢.由于设计水平有限，书中谬误之处在所难免，恳请批评指正.2006.5原始材料1变电站的建设规模(1) 类型：220kV枢纽变电站(2) 最终容量：根据工农业负荷的增长，需要安装两台220/110/10KV, 120MVA的主变压器，容量比为100/100/50 , 次设计，两期建成。2. 电力系统与本所连接情况(1) 新建的220KV变电站，连接

4、着220KV和 110KV两个电力系统，担负着一 个地区的供电，是一座枢纽变电站。(2) 变电站与220KV电力系统连线有两回，与110KV电力系统连线有三回。(3) 电力系统总装机容量为464万千瓦，本变电站在系统最大运行方式下， 系统的正序、负序、零序阻抗见下图：(此阻抗值为S=100MVA寸的数 值，括号内的数值为零序阻抗)。(4) 变电站在地理学中所处的地理位置、供电范围示意图如下图:3. 电力负荷水平（1） 220KV进出线回路数最终5回，本期2回，其中线路（一）、（二）的最 大输送容量为250MVA其余3回线路每回的最大输送容量为180MVA最 大负荷利用小时数TmaX=5000h

5、,为一级负荷。（2） 110KV进出线回路数最终8回，本期5回，其中（一）、（二）、（三）的 最大输送容量为40MVA Tmax=5000h,为一级负荷，其余线路每回的输送 容量均按30MVA设计，Tmax=3000h以上。（3） 10KV出线最终4回，本期一次建成。每回线的最大输送容量为2MVA 10KV无电源，设计10K V配电装置时予留两个扩建空间，作为备用。（4）本变电站的自用电负荷可按下式近视计算：计算负荷二照明负荷+其余负荷X 0.854. 环境条件（1）当地年最高温度41.70C,年最低温度为-20.6 °C,最热月平均最高温度 32.50C.（2）当地海拔高度 396

6、.8m,P=97332.7Pa.（3）当地雷电日数15.4日/年第一章电气主接线的设计及主变选择第一节电气主接线设计一、概述电气主接线又称一次接线，它是电厂变电所，电力系统传递电能的通路， 主接线是发电厂变电站电气部分的主体，其中包括发电机，变压器，母线，断 路器，隔离开关，电抗器等主要设备，变电所的电气主接线应根据该变电所在 电力系统中的地位、变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总 数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、 投资节约和便于过渡或扩建等要求.220kV变电所中的110kV配电装置，当出线回路数在 6回以下时宜采用单 母线或分段单母线接线

7、，6回及以上时，宜采用双母线接线。220kV终端变电所 的配电装置，当能满足运行要求时，宜采用断路器较少的或不用断路器的接线， 如线路变压器组或桥形接线等。当能满足电力系统继电保护要求时，也可采用 线路分支接线。220kV配电装置出线在4回及以上时，宜采用双母线或其他接 线。采用双母线或单母线的110220kV配电装置，当断路器为少油（或压缩空 气）型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路母线，当110kV出线回路数为6回及以上，220kV出线为4回及以上时，可装设专用旁路断路器。110220kV母线避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关，安装在出线上 的耦合电容器、电压互感器以及接在变压器

8、引出线或中性点上的避雷器，不应 装设隔离开关，在一个半断路器接线中，前两串的线路和变压器出口处应装设隔 离开关。各级电压配电装置，初期回路数较少时，应采用断路器数量较少的简 化接线，但在布置上应考虑过渡到最终接线方便。二、220KV侧主接线方案本变电站高压侧220KV出线回路数5回，本期建成两回，其中线路（一）,（二） 的最大输送容量为250MVA，其余3回线路每回的最大输送容量为 180MVA, 最大符合利用小时数 Tmax=5000h,为一级负荷根据以上原始资料拟定了两个主 接线方案，具体分析如下： 方案一:如图是单断路器不分段双母线接线，其中I母线处于工作状态，H组母线 处于备用状态，1

9、组与H组母线之间由母联断路器QF进行联络，正常运行时，母联断路器QF是断开的，每一回进出线接到I短母线上的隔离开关是闭合的， 接到II短母线上的隔离开关是断开的，双母线接线最主要的优点是灵活性高， 它具有以下五个功能： 检修任意一组母线可不中断供电 检修任意回路的断路器，只中断该回路供电。 工作母线发生故障可通过倒闸操作将所有回路转移到备用母线上，使装置迅速恢复供电。 检修任一回路隔离开关，可用母线联络断路器代替它的工作，不至于使该回路供电长时间中断。 在个别回路发生故障，断路器因故不能跳闸时，可用母线联络断路器QF代替切断该回路。上图这种双母线不分段接线的主要优点是灵活性高，便于扩建，但此种

10、接 线的主要缺点有： 增加了一组母线，就需要使每回路增加一组母线隔离开关。 当母线故障检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作，为了免隔离开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设联锁装置.根据以上分析及相关规范，本方案满足该变电站 220KV侧主接线的要求.方案二:方案二是在方案一的基础上增设了一条旁路母线，其目的是为了在出线断 路器检修时不中断该回路的供电，提高了供电可靠性，但是比起方案一来说增 加了一条旁路母线，旁路短路器，隔离开关等设备，扩大了占地面积，投资增 加。综合考虑本次设计220KV高压侧接线方式采用方案一，即双母线接线。三、110KV侧主接线方案方案一:如图，本方案为双母

11、线接线，其优缺，在高压侧主接线方案中以作分析， 这种主接线运用到中压侧110KV主接线当中，设计运行方式为双母线同时工作 方式，这样可以大大提高双母线的供电可靠性，所谓双母线同时工作，是指两 段母线同时带电，母线联络断路器 QF闭合的运行，合理分配负荷，这种方式减 少了单组母线上的汇流量，如果一段母线故障，只造成部分的线路短时间停电， 双母线同时工作这种运行方式适用于一、二、三级负荷，目前在我国35-220KV的配电装置中采用较多。这种工作方式的缺点是平时没有备用母线。方案二:iii1iiiii旁路母 1I方案二为带双母线带旁路母线接线，与方案一双母线接线相比较供电可靠 性提高了，从经济上分析

12、比较，由于110KV侧出线回路多，方案二投资比方案一 大,设计中断路器选用六氟化硫断路器，检修周期长，综合分析本设计选择方案一 作为站内中压侧110KV主接线方案.四、10KV主接线设计方案如图本方案采用的是单母线分段接线，其优点如下： 用断路器把母线分段后，对重要的负荷可以从不同段引出两个回路，由两个电源供电。 当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段自动切除，保证正常母 线不间断供电和不至使重要负荷停电。缺点： 当一段母线或者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。 当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越。 扩建时需要向两个方向均衡扩建。 母线用断路器QF分为1,1

13、1段，电源和引出线大体上平均分配在两段母线上，母线分段的目的是：减少母线故障时停电范围，例如在II段母线上短路时，接在II短母线上有电源的断路器，包括分段断路器 QF在继 电保护装置的作用下均自动断开，因而I段母线可以继续供电，提高了可 靠性，另外，在检修母线时也可以分段检修，提高了灵活性。本变电站的同步调相机接在10KV母线上，这样接线的方式使主变10KV侧 出线上接线简单化了，这样有提高供电可靠性的优点，设备故障与接线的灵活性 和复杂成度,对供电的可靠性因素影响很大，本设计中采取的接线方式能使主变 10KV侧出线上串联的电抗器减少两个，对可靠性有所提高因为母线上的负荷跟 为集中，所以同步调

14、相机接在母线上无功补偿也能取得比较明显的效果，但是这 样的接线的缺陷是使主变10KV侧出线的线径同10KV母线截面有所增大.同步调相机也可以并接在主变 10KV侧出线上，这种接线方式可以减少主变 10KV侧出线的线径，但是使接线复杂化了，但串接在主变10KV侧出线上的设备 增加两个电抗器，降低了 10KV侧供电的可靠性.经过以上分析讨论，选择将同步调相机接在10KV侧母线上的方案为该变电 站内低压侧10KV主接线选择本方案.本变电站的主接线设计方案(见图LC6-2)五、主变压器的选择1. 台数：2台2.容量：120MVA3. 型号：SFPSZ7-12OOOO (三相强迫油循环风冷三绕组有载调压

15、变压器)4. 容量比：100/100/505.变比：220/121/11仝载损耗(kw)负载损耗(KW)空载电流(%)U1-2%U1-3%U2-3%1184250.814.023.07.0六、调相机的选择1. 型号：TT-15-8Un=11KV , Xd%=16, |n=788A第二节所用电的设计如图为站用电接线方案，站用电电源取自10KV I段母线和10KV II段母线，保证了两个独立电源供电，低压侧采用单母线分段的接线形式，部分重 要负荷可在低压侧I段母线，II段母线各取一回，保证供电的可靠性。二、站用电负荷计算及变压器选择1站用电负荷计算P=215.2KVAP2=41KVASs=0.85

16、R+P2=0.85 老15.2+41=223.9KVAPi' =215.2住 =44KVASs' =0.85 Pi' + P2=0.85 05.2+44=213.5KVA2. 站用变压器选择（S>Sis）抬数：2台容量：315KVA型号：SJL-315 （三相油浸自冷铝芯变压器）变比（KV）组别仝载损耗（KW）短路损耗（KW）阻抗电压（%）空载电流（%）10/0.4 /Yo-120.8542.4第二章短路电流计算第一节 概述短路是电力系统中最严重的故障，他能破坏对用户的正常供电和电气设备 正常工作，因此变电所电气部分的设计和运行，都必须靠到可能发生的各种故 障情况

17、，本设计以三相对称短路情况作为分析计算一、短路的危害电力系统发生短路时，电压严重下降，可能破坏各电厂并联运行的稳定性， 使整个系统被解列成为几个异步运行的部分，这时某些发电厂可能过负荷，因 而使频率下降，供电频率下降导致包括锅炉给水的水泵电动机在内的所有异步 电动机转速下降，锅炉打不进水，发电厂出力也进一步下降，直至无法运行。 为了保证发电厂的运行，不得不切除一部分负荷。短路时电压下降的越大持续 时间越长，破坏整个系统稳定运行的可能性越大。为了保证电力系统安全可靠运行，减轻短路的影响，必须努力设法消除可 能引起短路的隐患，还必须快速切除故障部分，使系统电压在较短时间内恢复 到正常值，为此，可采

18、用快速动作的继电保护和断电器，在发电厂应装设自动 电压调整器，还可以采用限制短路电流的措施，如装设电抗器 .二、短路计算的基本假设计算短路电流的目的是为了在电器装置的设计中用来选择电气设备、选择 限制短路电流的方式、设计继电保护装置和分析电力系统的故障等，选择电气设备时，一般只需近似计算该设备的最大可能三相短路电流值，设计继电保护和 分析电力系统故障时，必须计算各种短路情况下系统各支路中的电流和各点的电 压。考虑到现代电力系统的实际情况，要进行极准确的短路计算非常复杂的，同时对决大部分实际问题，并不需要十分精确的计算结果，为了使计算简化，多采用近似计算方法。这种方法是建立在一系列假定的基础上的

19、，并且使计算结 果稍微偏大一点，一般误差为10-15%,计算短路电流的基本假设如下： 认为在短路过程中，所以发电机的转速相同，电势相位相同，即发电机无摇摆现象。 不考虑磁系统的饱和，因此可以认为短路回路各元件的感抗为常数，这 将使短路电流的计算分析大大简化，并可应用重叠原理。 变压器的励磁电流略去不计。 所有元件的电容略去不计。 认为三相系统是对称的. 元件的电阻一般忽略不计，以简化计算，对电压为1KV以上的高压装置， 这种假设是合理的，因为这些装置中，各元件的电阻比它们的电抗小的 多，对短路电流周期分量的计算影响小 ，只有当回路中电阻很大时才考 虑，例如很长的架空线路和电缆线路， 一般当短路

20、回路中总电阻 R”大于 总电抗的三分之一时，在计算周期分量时才考虑电阻，在计算短路电流 周期分量时，为了确定衰减时间常数要考虑个元件的电阻，计算电压为 1KV 一下低压装置总的短路时因为元件的电阻较大， 除了考虑电抗之外， 还必须计算电阻.三、短路电流的计算程序在进行短路电流计算时，应该根据计算要求收集有关资料，如电力系统接 线图，运行方式和各元件的技术参数等，首先做出计算电路图，再做出针对各 短路点的等值电路图，然后利用网络简化规则，化简等值电路，求出短路总电 抗，最后根据总电抗即可求出短路电流值，下面分别讨论计算电路图，等制电 路图以及短路总电抗的决定。1、计算电路图计算短路电流用的计算电

21、路图是一种简化了的单线图，图中只需要画出与 计算短路电流有关的元件以及它们之间的连接，并在各元件旁注明它们的参数 , 为了计算方便，图中按顺序编号，计算电路图中各元件的接线方式，应根据电气 装置的运行方式和计算短路电流的目的决定。设计继电保护装置时，要计算电气装置或整个电力系统在不同运行方式时 的短路电流，这些都应在计算电路图中反映出来。短路时，同步补偿机和同步电机也向短路点共给短路电流，在计算电路图 中应把它看作附加的电源，在距离较远和同步电动机的总功率在 1000KVA以下 时，对短路电流影响较小，可不予考虑，计算电路图中可能有几个用变压器联 系起来的电级，在使用计算中，为了计算方便，各电

22、压级均用与之相应的平均额定电压代替，并注明在计算电路图中母线上，平均额定电压见下表:额定电压（KV）50033022011060351513106平均电压（KV）525346230115633715.7513.810.56.32、等值电路图由于短路电流是对各短路点分别进行计算的，所以等值电路图必须按照指 定的各短路点参照计算电路图分别做出，等值电路中各元件用它的等值电抗标 么值表示，并注明元件的顺序编号，横线下表示电抗标么值。在画某一短路点的等值电路图时，只需表示该点短路时短路电流所通过的 元件的电抗。3、短路回路总电抗的计算先求出各元件的电抗，再算出该元件的平均额定电压的标么值，根据所求 得

23、的各元件电抗标么值便可做出等值电路图，利用网络化简规则求出总电抗的 标么值。第二节短路计算说明因为短路计算主要用于设备的选择及校验，因此选择三相对称短路作为分 析计算，本变电站设计分两种情况进行分析计论：一、10KV母线上的母联断路 器合闸运行；二、10KV母线上的母联断路器分闸运行。以下分别进行讨论分析。一、10KV母线的母联断路器合闸运行1.计算电路图如下：(S=100MVA。选择ki,k2,k3作为短路点分析计算。计算各元件的标么值,Ub=Uav）由原始材料已知可得Xi*=0.094X4*=0.1199变压器的标么值计算X21|(U1% U；% U2)1X22 (U% U2；% -山；)

24、2x2$ =丄(u2s% S,% -u%)2Sb1Se '_ 200Sb1Se-200Sb1Se_ 200(1423 -7) 100 = 0.125120100(14 7 - 23)0.0083120(723 -14)100 = 0.0667120X 3-1=X2-1=0.125X3-2=X2-2=-0.0083X3-3=X2-3=0.0667同步调相机的电抗标么值计算:5*些 100 (卫)2 -1.仃071001510.5.X5* =X6* =1.17072、K3点短路分析(1) K3点发生短路时其等值电路图如下:图图一中A，B为等电位点，所以经变换得图二220KV系统110KV

25、Q系统2 1同步调相机图（二）经化简得:7X2-1*3-1*X7*XX2-1*+X3-1*0.125 0.1250.06250.125+0.125X8*2-2*.X3-2*3-2*+X 2-2*-0.0083 (-0.0083)二-0.0042X9* = 0667O.。667 =0.0334X 2-2* +X 3-3*0.0667 +0.066710* X 5* .X 6*X 6* +X 6*1.17071.1707二 0.5854根据图三可求出短路回路总的电抗标么值:X “0.0853 1IK3*K3*0.5854根据图三算出:I- 0,854 . 0.0999"(K3 =55.0

26、661 KA0.0999190.5854 0.0999IK3 =9.3972 A当K3点发生短路时，流过两个变压器低压侧出线的短路电流及两个同步调相机出线的短路电流分别为:1 9Iiol2-3=l3-3二-=27.533KAI 5=I6= 10 =4.6986KA2 2短路容量：Sk 二、.3.禅Uav »：3 64.4633 10.5 = 1172.33MVA短路冲击电流:iimp =2.55唱=2.55 64.4633= 164.38KA根据主变1#, 2#低压侧10KV出口断路器的额定开断电流容量，考虑在低压 侧10KV出口断路器前串联一个电抗器，其型号选择如下： 最大负荷电流

27、的计算由原始资料科知10KV侧4回，每回出线最大输送容量2MVA，站用电 容量按站用电变压器容量考虑 630 X 2KVA。同步调相机额定电流为788A.8 63二最大负荷电流： Lmax 二.-10 0.788 2 =2.047kAV3二所选择限流电抗的额定电压为：10KV,额定电流为：3000A 电抗器百分电抗值的选择变压器10KV出口短路器容量按750MVA考虑Sd 750Sd 'Sb 120= 6.25'1X 刀=Sd =0.16二电抗器电抗标么值：Xdk =X-XW=0.16-0.0853 =0.0747iUJ IdKN10.52 433Xdk%=Xdk* av 鸣

28、100=0.0747100 =4.279Sb "Udkn10010选型为NKL-10-3000-12的水泥柱式电抗器，所选限流电抗基准标么值为XDK*bXDK % _U N_Sb100，3In(Uav)212 10 100 Jx.100 3.3 (10.5)2二 0.2094加入限流电抗器后等值电路为2-1.2 2 0KV系统同歩调相机110KV系统图（四）根据图（四）化简可得:7 (X2 d + X12* )(X3* + X13*)(0.0667 + 0.2094)(0.0667+ 0.2094) M “ “Xa*0.138X2 _3* + X12* + X3 _3* + X13*

29、0.0667 + 0.2094 + 0.0667 + 0.20947 (X,*+X7*)(X4* +X8*)(0.094 + 0.0625)(0.1199+0.0042) c 心“Xb*0.0666bX,* X7*X4* X8*0.094 0.0625 0.1199 0.0042x14* 二 Xb* Xa* 二 0.0666 0.138 二 0.2046X15*X14* X10*0.2046 0.5854X14*X10* 一 0.2046 0.58541'I K3*-X15*1-0.1516X 7*-6.596 0.1516-K3*1 K3= lK3* 空 =6.596 100= 36

30、.269KAV3UavV10.5短路冲击电流和短路容量iimp： =2.551 驚：-2.55 36.269 = 92.49KASK T K33 U av = 1.732 36.269 6.5 二 659.59MVA短路全电流最大有效值：Ip -1.51IK3'-54.77KA 电抗器校验:a、动稳定校验，该电抗器动稳定电流为100.1KA,大于三相冲短路击电流92.49KA,故动稳定合格.b、校验短路时母线的残余电压合格U% 二XDK%Ld=12 32.269 =145.1KA 70I DKE3c、校验正常运行时电压损耗：.：UXDK%.Ilmaxs in 12 2.076 0.6

31、=4.9：51 DKE3合格根据图五可得X10*(3)-X Ik3 10* X14*0.5854X 36.269 =26.87KA 0.5854 0.2046二 lio =1鳥-Ii4 =9.393KA故加入限流电抗器后K3点短路时，两变压器低压侧 机出线的电流分别为：10KV出线与两同步调相12彳=13； =13.44KA I5 =l6 =4.696KA变压器低压侧10KV出线上的短路冲击电流为34.267KA,同步调相机出线的短路冲击电流为11.976KA，则出口断路器能够满足要求。3、Ki点短路分析等值电路图如下：0.125220KV系统2-3120-06670. 02 9 4系统2T1

32、10KV0.119)-o. oon、一、n0.0067H94同涉调相机化简可得:3=(X 2J3* Xi2* )(X3 $x13* 必 5*X6*_X5*X6*X7*X9*=X4*十X2_2*X3_2*X 2 _2* ' X 3 2*"1199+弓需离牆1158继续化简可得.X" 0.0596_ -K1 一 I K1*Sb116.79X 三 0.0596100= 16.794.215KAJ3 汉 230(3)-I K1*imp= 2.55 IK3) =2.554.215 =10.748 KA=lK1Uav =4.215230 1.732 =1643.235 MVAl

33、imp =1.151 I K31 -1.514.215 = 6.365 KASk4、K2点短路分析K2点短路时等值电路图如下X2 _3* X2* X3 _3*X13*(0.0667 0.2094)( 0.0667 0.2094)1.1707 1.1707-0.6677 0.2064 0.667 0.20941.1707 1.1707220KY系统1 10KV系统X7*X 2 2*2*X 2 -3*X3 -2*P。083(-。008.3)= _0.0042-0.0083 -0.0083= 0.733577- - 2 J - 3_*X9* 二 X1* “X 2* + X 3 _1*X2Lx=0.0

34、0940.15650.125+0.1250.125 0.125经化简可得:lK2* =才盘"6.313二 Xz =0.0613K21 K2*= 16.313100= 8.19KA1.732 115iimp =2.551 k? =2.55 8.19 = 20.88KASK =叩3 l(23)Ua 亍 1. 732 8. 1 9 115 1I6VA. 2 8Iimp =1.511：? =1.51 汉 8.19 = 12.367KA5、短路计算成果表(Sb =100MVA)短路点八、基准电压(KV)基准电流(KA)短路冲 击电流(KA)短路电流(KA)短路容量(MVA)短路全 电流最 大有

35、效 值(KA)公式Ub=UavSb_b2.55IK3)I| Sb丨 K3 丨 K3*l- LV3UavSk =V3| K)U av加1.田3)K12300.25110.7484.2511643.2356.365K21150.50220.888.191631.2512.367K310.55.49992.4936.269659.5954.76610KV母线的母联断路器分闸运行1、计算电路图如下22 0KV系统230KVSPPSZ7-12CMVA5PPSZ?-120M3LL5KVX=0. JI J9non系统10. 5KV 叫5KVl=753ATT-lj-3Un-J Jlcv18.850.113短路

36、电流的标么值：1；3* =6 Url IkvI-738 A10KV母线分段运行，在此选K1点为短路计算点分析讨论: 2、等值电路图及化简（见附录I ）总电抗的标么值：X= =0.1131XrikJLik 上3)氏一=8.85 r10°48.687KA、3Uav3 10.5又T前面分析中设置了限流电抗器。在分段运行时，10KV母线上发生二相对称短路时的短路电流为：、,(X20 - X17 Xdk)LX6 (0.0627 0.0623 0.2094)_1.1707X 申0.2601- X20 X17 XDK X6 0.0627 0.0623 0.2094 1.1707lk3* 二二 13

37、.845I3 = Ik 1(*3) S -3.84510°=21.143KAXJ 0.2601. 3U av3 10.5imp =2.55lK3) =21.143 2.55=53.9KA£ 3lK31Uav =1.732 21.143 10.5 =384.5MVAT在两台主变压器低压侧10KV出线上都串有一台限流电抗器。二10KV母线上发生三相短路电流应该小于21.143KA。根据以上数据分析,10KV母线上可以分段运行.第三章导体和电器的选择设计第一节总则一、一般规定导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术政策，并应做到技 术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适

38、当的留有余地，以满足电力系统 安全运行的需要，对导体和电器选择设计规定简述如下：1. 一般原则<1>应满足正常行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 <2>应按当地环境条件检验。<3>应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致。<4>选择导线时应尽量减少品种。<5>选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠试验数据，并经主管部门鉴定 合格。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稳定和热稳定， 并按环境条件校核电器的基本使用条件：<1>在正常运行条件下，各回路的持续工作电

39、流，应按有关规定进行计算。 <2>验算导体和电器用的短路电流，按下列情况进行计算： 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。 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。 在变电所中，应考虑如果安有同步调相机时，应将其视作附加电源，短 路电流的计算方法与发电机相同。 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，对带电抗器的6 10KV出线的计算点，除其母线隔离开关 前的引线和套管应选择在电抗器前外，其余导线和电器宜选择在电抗器 之后<3>验算导体和110KV以

40、下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般用主 保护的动作时间加相应在的断路器全分闸时间，如主保护有死区时，则采 用能对该处死区起作用的后备保护动作时间，并采用相应处的短路电流 值。电器和110KV及以上充油电缆和短路电流计算时是，一般须用后备保 护动作时间加相应的短路器全分闸时间。<4>导体和电器的动稳定，热稳定以及电器开断电流，可按三相短路验算，若 发机出口两相短路或中性点直接接地系统，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，则应按严重情况验算。<5>环境条件：选择导体和电路时，应按当地环境条件校核，当气温、风速、 湿度、污秽、海拔、覆冰等环境条件超

41、出一般电器的基本使用条件时，应 通过经济技术比较分别采取下列措施： 向制造部门提出补充要求，订制符合该环境条件的产品。 在设计或运行中采取相应的防护措施，如采用屋内配电装置、水冲洗、二、按额定电压选择的要求是：要求设备的额定电压不低于设备安装地点的电网的额定电压，由于线路 供电端额定电压比受电端额定电压高 10-5%，因此设备必须能够长期承受这个电压 值，电器能够长期承受的最高电压称为最高工作电压，对220KV及以下设备其最高工作电压额定电压高15% 330及500KV设备的最高工作电压比额定工作电 压高10%由此可知，只要设备的额定电压不小于该处电网的额定电压，其最高工作电压不小于该处电网的

42、额定电压，其最高工作电压一定能满足电网首端电 压要求。三、按额定电流选择的要求是：设备的额定电流不小于流过设备的最大长期负荷电流，当周围介质的温度 不等于规定值时，设备的容许电流应进行修正。四、短路热稳定校验的要求是：导体的最高短时温度不大于短时允许最高温度，对于电器来说，是短路电 流热脉冲不大于电器允许的热脉冲i2t, it是t秒钟的热稳定电流。it和t值可由 电器的铭牌或手册中查出。五、校验动稳定校验的要求是：对导体（母线）来说，其中通过三相短路冲击电流时产生的应力不小大于材 料的允许应力，对于电器来说，是通过它的三相短路冲击电流不大于它的最大 允许动稳定电流。第二节母线的选择设计一、母线

43、材料的选择配电装置中所用母线材料有铜、铝、钢三种，铜的电阻率低，机械强度大， 抗腐蚀性强，但铜的贮量少，价格贵，一般不建议采用，只在空气中有腐蚀性 气体的户外配电装置中才用，铝的电阻率较高，较易腐蚀，但贮量多，价格便 宜，广泛用作配电装置中的母线，钢的电阻率更大，还有很大的磁滞损耗和涡 流损耗，但它的优点是机械强度高和价格便宜，通常用于高压小容量电路，工 作电流不大于300 400A的低压电路以及直流路中，本设计中的母线均选铝质 材料。二、母线截面形状选择要求母线的截面形状应使集肤效应小，散热良好，机械强度高，安装简单 和连接方便，实际上常采用的母线截面形状有圆形、 矩形（单条、双条、三条的）

44、、 管形、双槽形等圆形母线只适用于小功率的电气装置中，矩形母线常用于35KV及以下的户内配电装置中，为了增大散热面面积，减小集肤效应，应兼顾机械强度。矩形 母线的边比通常是1/12 1/15,为避免集肤效应过大，单条母线的截面积不应大 于10001200伽2。当单条矩形的最大容许电流不满足要求时可采用两条矩形 母线，条间的距离一般取为一条母线的厚度，以保证散热良好，当工作电流更 大时，可采用三条矩形母线，当每相有三条矩形母线时，中间一条中的电流占 总电流的20%两边的每条占总电流的40%可见母线材料的利用率低，通常不 宜采用每相有四条以上的矩形母线。在工作电流很大的装置中，可采用双槽形母线和管

45、形母线，双槽形母线集 肤效应较小，散热面大，机械强度高，适用于工作电流很大（4000 8000A）。短路电流也较（150kA及以上）大的场合，管形母线的机械强度大，但内表面的散热 条件差，如果管内采用通风冷却或通水冷却，其载流能力可较普通母线提高几 倍或几十倍，管形母线多用作绝缘封闭水内冷母线作为巨大容量发电机的连接 线，硬管及软管母线也可用于户外高压配电装置中，本设计中220KV 110KV母线形状选管型，10KV母线选矩形母线。三、220KV母线选择根据本变电站的设计资料知道 220KV母线上所有负荷出线容量为790MVA每台主变压器容量比为100/100/50，所以母线所通过的功率为79

46、0+ 100X 2 =990MVA由此推出最大工作持续电流为ig.maxS3 Uav990.3 X 2302.485KA。1. 按经济电流密度选择母线截面积:最大负荷利用小时数Tmax= 5000 h。查手册可得导体的电流密度J取0.775所以导体截面积 Igmax =山=485 = 3207 mrm (J = 0.775) gJ 0.775固母线型号选择 130/116的铝锰合金管形导体。2. 校验：(1)热稳定校验：Si >Smin导体最小允许截面：Smin ='。乙C式中：| g - 稳态短路电流.(A)C -热稳定系数.(取:87)tdz -短路电流等值时间.(S)tdz

47、=tz+0.05 B 由 b ii =- 计算时间t可查表查出短路电流周期分量等1 Y值时间tz，取B =1根据短路电流计算时间t = 4S,查出t z=3.5S ,所以I 4215t z=3.5+0.05 x 仁3.55S , Sm =, tdz =? 3.55172mrn,Si > Smin ,满C8/足要求.6(2)动稳定校验：Smax < s(硬铝最大允许应力、69x 10 Pa)母线单位长度所受的作用力有 短路电动力：fd = 1.73i Ch b? 10-7 (N/m)a短路冲击电流.(10748A)式中：a -相间距离，取(3m) ich-B 振动系数.取(1)fd

48、= 1.73i Ch ? 10-7(N/m)二 1.73 创 107482 c aV2 最大风压力：fv = aKD面(Nm)式中：a -风速不均匀系数,(取a =1)K-空气动力系数(取K= 1.2)D-管型母线外径(D=0.13m)V-风速(m/s)V2 aKD = 1 ?.21.63取 V= 10 m/s.13 ?1021.639.57(N m)自重：g0 = 12(N m)式中：S-管形母线截面(m)(2705mm)g。r-Sr=102 =比重(取r=2.7)2750 ?0-6?2.7 =102 =0.07 ? 10-3(N.'m)220KV母线设计跨距L= 10m,所以一个跨

49、距的母线受的合力为：F? = 、g2 + (fd + fv)2 ? L (0.07 ? 10-3)2(6.66 + 9.57)2 ? 0 = 162.3 N220KV母线长度为90m跨数N设计9跨，所以受到的最大应力为smax1QW3式中:W-截面系数，取W=79cmSmax匚N =10W =162.3 ' 9=10 创 7©一 1产=1.85 ? 106 PaSmax < s = 69? 106Pa满足要求.四、110KV母线选择110K V母线材料选择铝锰合金管，采用支柱绝缘子支持水平排列，根据变电站设计资料可以知道110KV母线上所有负荷容量为190M VA每台主

50、变压器容量比为100/100/50，所以母线所通过的功率为 190 + 50 X 2 = 290MVA最大工作持续电流1 maxS =290 3Uav "3 '1151.455 KA最大负荷利用小时数 :T ma= 3000h根据导体经济电流密度曲线查得经济电流密度J = 1.07.1、按经济电流密度J选择导体截面S = 1 g.max = 1455 = 1360(mm),母线型号选择80/72mm的铝锰合金管. J 1.072. 校验：(1 )热稳定校验：S >Smin导体最小截面：Smin =嶋伍,式中:C-热稳定系数，取C=87,tdz二tz+0.05 (3 ,取

51、bii = 1,根据110KV短路电流计算时间t = 3S查出tz = 2.55S, tdz= 2.55+0.05 X 1=2.6 S短路电动力：fd = 1.73i Ch b? 10-7 (N/m)a式中：a -相间距离，取(1.6m) ich-3 振动系数.取(1)fd = 1.73i 2h b? 10- 7 (N m) = 1.73 创208802a短路冲击电流.(20880A)11.6? 10- 7Smin =.td；= 警？、2.6151.8 mm,Si >Smin，满足要求.C87(2)动稳疋校验：Smax < S(硬铝最大允许应力、 母线单位长度所受到的作用力有：66

52、9 X 10 Pa)最大风压力：fv = aKDiZm）1.00式中：a -风速不均匀系数,（取a =1）K-空气动力系数（取K= 1.2）D-管型母线外径（D=0.08m）V-风速(m 取 V= 10 m/saKD1.631 ? .2 创 0.081021.635.9(N, m)自重：式中:g0 = 102(N m)S-管形母线截面(m2)(954mm)r-比重(取 r=2.7)g。=Sr _ 954 ? 0-6 ? 2.7102 = 1022.5 ? 10- 5(N m)110KV母线设计跨距L= 10m,所以一个跨距的母线所受的合力为：F? =、g0+ （f+一fv）2 ? L.（47.

53、1 + 5.9） 2 ? 0 = 530 N110KV母线长度为72m,跨数N设计8跨，所以受到的最大应力为S max10W式中:W-截面系数，取W=17.3cmS maxFN = iQW530 ' 8=10 仓卿7.310-6 =24.5 ? 106 PaSmax < s = 69? 106Pa满足要求.五、10KV母线选择根据设计资料可以知道10KV母线上的最大负荷容量为8.63MVA,两个同步 调相机的额定电流为788A.最大工作持续电流：1 max二+ 21 TN =+ 2 ? 7882074 KA（3UavV3 z 10.51. 按最大持续工作电流选择母线截面 S应满足I g.max £ KJ y式中：K。 温度修正系数，取 如1Iy -相应