110KV变电站负荷及短路电流计算及电气设备的选择及校验

第一章短路电流计算1、短路计算的目的、规定与步骤1.1短路电流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。其计算的目的主要有以下几方面: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。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。例如:计算某一时刻的短路电流有效值,用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离.1。2短路计算的一般规定（1）计算的基本情况1）电力系统中所有电源均在额定负载下运行。2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）.3）短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。4）所有电源的电动势相位角相等。5）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用,仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。(2)接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式(即最大运行方式)，不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。1.3计算步骤(1)画等值网络图。首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。选取基准容量S和基准电压U(—般取各级电压的1。05倍).dc将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。(2)选择计算短路点。(3)化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的总电抗的标幺值X(4)求计算无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值1(3)*。k(5)计算三相短路电流周期分量有效值1(3)和三相短路容量S(3)。kk2、参数计算及短路点的确定基准值的选取：S=100MVAd2。1变压器参数的计算(1)主变压器参数计算由表查明可知：U%=10.5U%=18U%=6。5S=75MVA12 13 23 N

U%=0.5(U%+U%-U%)=0。5*(U%=0.5(U%+U%-U%)=0。5*(18+10。5—6.5)=111121323U%=0.5(U%+U%-U%)=0.5*(10。5+6.5-18)=—0。52 12 23 13U%=0.5(U%+U%-U%)=0。5—18+6。5—10.5)=73 13 23 12电抗标幺值为：X*1U%S 11100+XD=X=0.1467100S 10075NX*2U%S -0.51002xd=x=-0.0067S 100 75N100X*=U3%X玉=ZX型=0.09333 100S100 75N(2)站用变压器参数计算由表查明:U%=4S=500KVA=0.5MVAkNX*4U%S 4100k*亠= * 100 S 1000.5N=83)系统等值电抗架空线：X=X=0.4018*72=28.92960L1 L2所以：X=0.5X二L L1U2=0-5X28-9296X磐=0-10942.2、.短路点的确定此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中110KV进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个

短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点.依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如下:1L0KV"10KV0.IKV图1L0KV"10KV0.IKV图3系统等值网络图X*二X*二X*二0.1094LI(3)*11—9.141kX*工0.1094S100-I—d— —0502KAdV'3UQ3*115c2。3、各短路点短路电流计算⑴短路点d-1的短路计算（110KV母线）网络简化如图所示：图4d—1点短路等值图/⑶二1(3)*xI二9.141x0.502二4.5888k k d

S100S⑶二—二——二914.08MVAkX* 0.1094i=2.55/⑶二2.55x4.5888二11.70144KAsh kI=1.511(3)=1.51x4.5888=6.9291KAsh k⑵短路点d—2的短路电流计算(35KV母线)简化网络如图所示：简化网络如图所示：图5d—2点短路等值图X右=X*+(X*+X*)//(X*+X*)=0.1094+(0.1467-0.0067)//(0.1467-0.0067)=0.1794乙 L 1 2 1 2I(3)*0.1794=5.5741S(3)1000.1794I(3)*0.1794=5.5741S(3)1000.1794=557.41MVA100二1.5604KAI⑶=I(3)*XI二I⑶=I(3)*XII二1.51I(3)二1.51X8.6978二13.1338KAsh ki=2.551⑶二2.55x8.6978二22.1796KAsh k

⑶短路点d—3的短路电流计算（10KV母线）网络简化如图所示：图6d-3点短路等值图X右=X*+(X*+X*)//(X*+X*)=0.1094+(0.1467+0.0933)//(0.1467+0.0933)=0.2294乙 L 1 3 1 3I(3)*= = =4.3592k Xf 0.2294S⑶=-^=100=435.9198MVAk Xf 0.2294100zrxu、3100zrxu、3x10.5=5.4985KAI(3)=I(3)*xI=4.3592x5.4985=23.9691KAkkdi=2.55I(3)=2.55x23.9691=61.1211KAsh k

I二1.51I⑶二1.51x30.6343二36.1933KAshk⑷短路点d-4的短路电流计算（380V母线）网络简化如图所示：网络简化如图所示：图7d-4点短路等值图X*X工=X*+0.2294图7d-4点短路等值图X*X工=X*+0.2294=8.2294I(3)*8.2294=0.1215S(3)100v'3xU运x0.4二144.3375KA1008.2294=12.1515MVAI⑶二I⑶*xI二0.1215x144.3375二17.5392KAkkdi二2.551⑶二2.55x17.5392二44.7251KAshkI二1.51I⑶二1.51x17.5932二26.4843KAshk计算结果如表显示

短路点编号基值电压U(kV)C基值电流I(kA)d支路名称总电抗标幺值X*工短路电流周期分量有效值的标幺值I(3)*K短路电流周期分量有效I(3)值k(KA)短路电流冲击值ish(KA)全电流有效值Ish(KA)短路容量s⑶k(MVA)公式s屈UC1X*工I(3)*XIk d2.551⑶K1.511⑶Ks工d—11150.502110kv0.10949.1414.588811。701446。9291914。08d—2371.560435kv0.17945.37348.697822.179413.1337537。34d-310.55。498510kv0.22944。359123.969161。121136。1933435。91d—40。4144。33750。38kv&22940。121517。539244。725126。484312。15第二章设备选择或校验计算1、断路器的选择和校验1.1、断路1、110KV母线侧断路器的选择及校验110KV母线侧断路器中包括110KV主变侧断路器,110KV母联断路器和110KV双母分段断路器.电压:U110KV,U=110KV，所以U=U。g= N gN电流：查表26可得知110KV母线侧回路持续工作电流1 =220.4A，g.max1 =220.4A<I=1250A，因此选择型号为g.max NSW6-110/1250—15.8的断路器渗数见表.校验：3） 开断电流：I=I⑶=4.5888KA<I=15.8KA，符合dtkkd4） 动稳定：i=11.70144KA<i =41KA，符合。shmax5） 热稳定：Q—t（/"2+1012+12）/12沁12tkk tk/2 tk sh— 6.92912X4—192.0497KA•SQ—12t—15.82X4—998.56KA2•Stt•••Q<Qkt综上校验，所选型号为SW6-110/1250-15.8的断路器符合要求.1。2、110KV进线侧断路器的选择及校验110KV进线侧断路器是指本变到系统两回路的断路器。1） 电压：U110KV，U—110KV，所以U—U。g— NgN2）电流：查表可知110KV进线侧回路持续工作电流1 =37°.5A,g.max1 =370.5A<1=1250A，因此选择型号为g.maxNSW6-110/1250-15.8的断路器，参数见表.校验：此断路器型号与110KV母线侧断路器型号一样，故这里不做重复检验。1。3、110KV出线侧断路器的选择及校验110KV出线侧断路器是指本变到清溪、玉塘、滩岩出线回路的断路器。1）电压：U110KV，U—110KV，所以U—U.g— NgN2）电流渣表可知110KV出线侧回路持续工作电流1 =185.25A,g.max1 =185.25A<I=1250A，因此选择型号为g.max NSW6-110/1250-15.8的断路器渗数见表。校验：此断路器型号与110KV母线侧断路器型号一样，故这里不做重复检验.1。4、35KV母线侧断路器的选择及校验35KV母线侧断路器包括35KV主变侧断路器和35KV单母分段断路器。1） 电压：U35KVU=35KV，所以U=U。g= N gN2） 电流:查表可知35KV母线侧回路持续工作电流I =693A,I =693A<I=1000A，因此选择型号为g.max g.max NSW2-35/1000-24.8的断路器，参数见表。校验：3） 开断电流:I=I（3）=8.6978KA<I=24.8KA，符合。dtkkd4） 动稳定：i=22.1794KA<i=63.4KA，符合.shmaxQ热稳定（：2+1012+12）/12沁12tkk t t shkkQ=/9（783120M斗382/88KA2=13.13372x4=689.9763KA2•Skk tk/2tk shQ=12t=24.82x4=2460.16KA•Stt•••Q<Qkt综上校验，所选型号为SW2-35/1000—24・8的断路器符合要求。1。5、35KV出线侧断路器的选择及校验35KV出线侧断路器是指本变经35KV母线到清溪、赤岩变、外塘变回路的断路器。1） 电压:U35KV,U=35KV，所以U=U。g= N gN2） 电流：查表26可得知35KV出线侧回路持续工作电流I =310.5A,I =310.5A<I=1000A，因此选择型号为g.max g.max NSW2-35/1000-24.8的断路器，参数见表。校验：此断路器型号与35KV母线侧断路器型号一样，故这里不做重复检验.1。6、10KV母线侧断路器的选择及校验10KV母线侧断路器包括10KV主变侧断路器和10KV单母分段断路器。1） 电压：U10KV，U=10KV，所以U=U。g= N g N2） 电流:查表26可得知10KV母线侧回路持续工作电流1 =2423A，g.max1 =2423A<1=3000A，因此选择型号为g.max NSN10—10/3000—43.3的断路器，参数见表。校验：3） 开断电流：I=I（3）=23.9691KA<I=43.3KA，符合。dtkkd4） 动稳定:i=61.1211KA<i=63.4KA，符合.shmax5） 热稳定：Q=t（I"2+1012+12）/12沁121=36.19332x4=5239.8198KA2•Skk tk/2 tk shQ=12t=43.32x4=7499.56KA2•Stt•••Q<Qkt综上校验，所选型号为SN10-10/3000-43.3的断路器符合要求。1。 7、10KV出线侧断路器的选择及校验10KV出线侧断路器是指本变经10KV母线到医院、化工厂等各负荷出线回路的断路器。1） 电压:U10KV,U=10KV，所以U=U.g= N g N2） 电流:查表26可得知10KV出线侧回路持续工作电流I =340A,I =340A<I=1250A，因此选择型号为g.max g.max NSN10—10/1250—43.3的断路器，参数见表。校验：3） 开断电流：I=I（3）=23.9691KA<I=43.3KA，符合.dtkkd4） 动稳定：i=61.1211KA<i=130KA，符合。shmax5） 热稳定：Q=t（I"2+1012+12）/12沁121=36.19332x4=5239.8198KA2•Skk tk/2 tk shQ=12t=43.32x4=7499.56KA2•Stt•••Q<Qkt综上校验，所选型号为SN10—10/1250—43.3的断路器符合要求。2、 隔离开关的选择和校验2。1、110KV母线侧隔离开关的选择及校验110KV母线侧隔离开关中包括110KV主变侧隔离开关,110KV母联隔离开关和110KV双母分段隔离开关.1） 电压：U110KV,U=110KV，所以U=U。g= N gN2） 电流：查表26可得知110KV母线侧回路持续工作电流1 =220.4A，g.maxI =220.4A<I=600A，因此选择型号为GW4-110/600-CJ5g.max N的隔离开关，参数见表。校验：3） 动稳定：i=11.70144KA<i=50KA，符合.shmax4） 热稳定：Q=t（I"2+1012+12）/12a121=6.92912x4=192.0497KA2•Skk tk/2 tk shQ=I2t=162x4=1024KA2•Stt•••Q<Qkt综上校验，所选型号为GW4-110/600―CJ5的隔离开关符合要求.2.2、110KV进线侧隔离开关的选择及校验110KV进线侧隔离开关是指本变到系统两回路的隔离开关。1） 电压：U110KV,U=110KV，所以U=U。g= N g N2）电流：查表26可得知110KV进线侧回路持续工作电流1 =370.5A，g.maxI =370.5A<I=600A，因此选择型号为GW4-110/600-CJ5g.max N的隔离开关，参数见表。校验：此隔离开关型号与110KV母线侧隔离开关型号一样,故这里不做重复检验.2.3、110KV出线侧隔离开关的选择及校验110KV出线侧隔离开关是指本变到清溪、玉塘、滩岩出线回路的隔离开关。1） 电压：U110KV,U=110KV，所以U=U。g= N g N2）电流:查表26可得知110KV出线侧回路持续工作电流1 =185.25A,g.max1 =185.25A<1=600A，因此选择型号为g.max NGW4-110/600-CJ5的隔离开关，参数见表。校验:此隔离开关型号与110KV母线侧隔离开关型号一样，故这里不做重复检验。2.4、35KV母线侧隔离开关的选择及校验35KV母线侧隔离开关包括35KV主变侧隔离开关和35KV单母分段隔离开关。1） 电压：U35KVU=35KV，所以U=U。g= N g N2） 电流渣表26可得知35KV母线侧回路持续工作电流I =693A,I =693A<I=1000A，因此选择型号为g.max g.max NGW4-35/1000的隔离开关,参数见表。校验：3） 动稳定:i=22.1794KA<i=80KA，符合。shmax4） 热稳定：Q=t（I"2+1012+12）/12沁121=13.13372X4=689.9763KA2•Skk tk/2tk shQ=I2t=252X4=2500KA2•Stt•••Q<Qkt综上校验，所选型号为GW4-35/1000的隔离开关符合要求。2。5、35KV出线侧隔离开关的选择及校验35KV出线侧隔离开关是指本变经35KV母线到清溪、赤岩变、外塘变回路的隔离开关。1） 电压：U35KV,U=35KV，所以U=U。g= N gN2） 电流渣表26可得知35KV出线侧回路持续工作电流1 =310・5A，g.max1 =310・5A<1=600A，因此选择型号为GW4-35/1000的隔离g.max N开关，参数见表。校验：3） 动稳定：i二22.1794KA<i二50KA，符合。shmax4） 热稳定：Q=t（I"2+1012+12）/12沁121=13.13372X4=689.9763KA2•Skk tk/2 tk shQ二12t二162X4二1024KA2•Stt•••Q<Qkt综上校验，所选型号为GW4-35/600的隔离开关符合要求.2。6、10KV母线侧隔离开关的选择及校验10KV母线侧隔离开关包括10KV主变侧隔离开关和10KV单母分段隔离开关。1）电压:U10KV，U=10KV，所以U=U。g= N gN2） 电流：查表26可得知10KV母线侧回路持续工作电流1 =2423A,g.max1 =2423A<1=3000A,因此选择型号为GN2-10/3000的隔离g.max N开关,参数见表。校验：3） 动稳定：i二61.1211KA<i二100KA，符合.shmax4） 热稳定：Q=t（I"2+1012+12）/12沁121=36.19332x4=5239.8198KA2•Skk tk/2 tk shQ二12t二702x4二19600KA2•Stt•••Q<Qkt综上校验，所选型号为GN2-10/3000的隔离开关符合要求。2.7、10KV出线侧隔离开关的选择及校验10KV出线侧隔离开关是指本变经10KV母线到医院、化工厂等各负荷出线回路的隔离开关。1） 电压:U10KV，U=10KV，所以U=U。g= N gN2）电流：查表26可得知10KV母线侧回路持续工作电流1 =340A，g.max1 =340A<1=1000A，因此选择型号为GN2-10/3000的隔离开g.max N关，参数见表。校验：3） 动稳定:i=44.7251KA<i=80KA，符合.shmax4)热稳定：Q=t(I"2+1012+12)/12沁121=26.48432x4=2805.6725KA2•Skk tk/2 tk shQ二12t二402x4二6400KA2•Stt•••Q<Qkt综上校验，所选型号为GN2-10/1000的隔离开关符合要求。3、电流互感器的选择及校验(1)110kV进线电流互感器的选择及校验选择LB—110/2x600/5电压:为U=110KV,U=110KV，所以U=Ugngn电流:查表得：Igmax=0。3705KA=370.5A,l1n=2X600=1200A，所以Igmax<I1ng。max '1n g.max1n动稳定：因为LK=\2X(2X600)X75=127279A=127o279KA,i=11o1nes sh70144kA，所以ish—2ImKes热稳定：QkW(I1nKt)2由断路器校验时已算出Qk=192。05(I1nKt)2=[(2X0。6)X75]2=8100所以Qk〈(I1nKt)2110kV出线侧电流互感器的选择及校验选择LB—110/2x600/5

电压：为U=110KV,U=110KV，所以U=Ugngn电流：查表得：lgmax=0.1853KA=185.25A故Igmax<I1n此互感器型号与110KV进线侧互感器型号一样，故这里不做重复检验。110kV母线侧电流互感器的选择及校验选择LB-110/2600/5电压：为U=110KV,U=110KV，所以U=Ug n gn电流：查表得：I=0。2204KA=220。4A故I〈I,g。max g・max 1n此互感器型号与110KV进线侧互感器型号一样，故这里不做重复检验。35kV出线侧电流互感器的选择及校验选择LCWD1—35/400/5型电压：为U=35kV ,U=35kV，所以U=Ug n gn电流：查表得：1"%=0.3105KA=310.5A，而Im=400A，所以^x〈l1n动稳定:因为J2I,K=J2x400X2o动稳定:因为J2I,K=J2x400X2o1nes所以ish<*2IK1nes热稳定:QkW(ImKt)2由断路器校验时已算出Qk=689.9763(I1nKt)2=(0。4X75)2=900所以Qk〈(I1nKt)235kV变压器侧及母线侧电流互感器的选择及校验选择LCWD1-35/800/5型电压：为U=35kV,U=35kV，所以U=Ug n gn电流:查表得：I=0.693KA=693A，而Iq=800A，所以I<hg。max 1n g.max1n动稳定：因为\2LK=/2x800X2.5X56=158392A=158。392kA,i=22o1794kA,1nes sh所以i所以ish"2ImKes热稳定：QkW(lmKt)2由断路器校验时已算出Qk=689.9763(I1nKt)2=(0.8X56)2=2007。04所以Qk<(l1nKt)210kV出线侧电流互感器的选择及校验初步选择LA—10/400/5型电压：为U=10kV,U=10kV,所以U=Ug n gn电流：查表得：Lmaxm^KAT4",而Im=400A ，所以^x<l1n动稳定：迈LK=.2x400X135=763675A=76O3675kA，i=61o1211kA1nes sh所以i所以ish<巨I1nKes热稳定:QkW(I1nKt)2由断路器校验时已算出Qk=2557。3249(ImKt)2=(0。4X75)2=900Qk〉(ImKt)2,不满足热稳定要求,另选择LA-10/800/5动稳定：J2I,K=J2x800X135=152735A=152o735kA>ih=42.7kA，满足要求;1nes sh热稳定：(lmKt)2=(0。8X75)2=3600〉Qk，满足热稳定要求。变压器10kV侧及母线侧电流互感器的选择及校验选电流互感器型号为LAJ—10/3000/5型电压：为U=10kV ,U=10kV，所以U=Ug n gn电流:查表得：I=2.423KA=2423A,而Iq=3000A,所以I<I_,g。max 1n ' g。max1n动稳定：\2LK=\：2x3000X90=381.838kAi=42O7kA1nes sh所以ies〈远I1nKes热稳定：Qk所以ies〈远I1nKes热稳定：QkW(lmKt)2由断路器校验时已算出Qk=5239。8198(I1nKt)2=(3X50)2=22500所以Qk<(lmKt)24、电压互感器的选择及校验110KV母线电压互感器的选择一次电压U:1。1U>U>0.9UU=110kV1 n1 n 1二次电压U2n:U2n=100准确等级：1级选择JCC－110型35KV母线电压互感器的选择一次电压U“：1.1U〉U,>0.9U U,=35kV1 n1 n 1二次电压U2n:U2n=100准确等级：1级选择JDJJ－35型(3)10KV电压互感器的选择Un=110kVUn=110kV1)一次电压6：1.1Un>U_,>0。9U11nU1=10kVUn=10kV2)二次电压U2n：U2n=1003)准确等级：1级选择JDZ－10型5、高压熔断器的选择及校验(1)35KV选熔断器RW10-35型校验：35KV母线短路容量S〃=537.34MVAVSd=2000MVA开断电流lNbr=85kA>lsh=13。1337kA满足要求；(2)10KV选熔断器RN2—10/0.5型校验:10KV母线短路容量S〃=435.91MVAVSd=1000MVA开断电流lNbr=50kA>lsh=36.1933kA满足要求.6、母线选择及校验110kV母线的选择及校验110kV及以上高压配电装置，一般采用软导线.按经济电流密度选择母线截面：查表5得儿吨%=0。2204kA=220。4A。取Tmax=5000h/a可得经济电流密度J=1.08A/mm2则母线经济截面为Sj=I/J=220.4/1.08=204。07.mm2gomax选LGJ—240型取环境温度0二35C，查表，取综合校正系数K=0o88,,长期允许载流量Ial=610A0 al

al35=K0Iar°-88X610=536-8A所以I<Ig。max电晕电压校验:110kV所选型号截面和直径大于LGJ-70/二：，不用进行电晕校验热稳定校验:母线正常运行最高温度为70。C，则正常运行时导体温度:0 al0I2al359=9+(9—9)gmax0 al0I2al35查表得，C=99,由校验断路器可知，短路电流热效应Q=192.05[（KA）2•s]则母线最小截面Smin为:=、.；192.05x106.99=139.98(mm2)<240(mm2)满足热稳定。动稳定校验:软导体不必进行动稳定校验（2）35kV母线的选择及校验按经济电流密度选择：35KV最大持续工作电流查表得，Lmax^。693KA=693A按Tmax=4500h/a，可得经济电流密度J=0。78A/mm2则母线经济截面为：S=lg.max/J=693/）.78=888。46mm2选用（100X8）型单条矩形铝母线，平放时长期允许载流量为Ial=1542A，集肤效应系数K=1.05，取环境温度9=35。C，查表，取综合校正系数K=0.88，则实f 0际允许载流量为I詬5=1542X0。88=1356.96〉lgmax可满足长期发热要求。al35 g。max

热稳定校验:母线正常运行最高温度为70。C，则正常运行时导体温度:I29=9+(9-9)- -=44C0 al0I2al35查表得，C=97,由校验断路器可知，短路电流周期分量Q=Q=689.9763[(KA)2•s]p k则母线最小截面Smin为：=—689.9763x106x1.05「97=277.4853(mm2)<800(mm2)满足热稳定。F =1.73i2Lx10-7=145.8784N动稳定校验： maxsha假设弯曲力FL假设弯曲力FL2 …一=11.66N•m10羔-:了口，L=1。2m,则产生电动力:矩：母线截面系数J母线截面系数J二；二0。167；：-： ；；：■=::> ：r最大计算应变力:W=8.73x105Pa查资料知硬铝线最大应力为69X106Pa，满足动稳定要求。10kV母线的选择及校验按经济电流密度选择：10kV最大持续工作电流查表5得，I=2.423KA=2423A,T=