电力工程系发电厂及电力系统专业毕业设计1857

1 7 7 8---------------------------22 2 短路的基本知识------------------------------------------------------------------28计算短路电流的目的------------------------------------------------------------29短路电流实用计算的基本假设------------------------------------------------31短路电流的计算步骤------------------------------------------------------------32 3 ------------------------------------68---------------------------------------------------69 405线上的短路功率为。()()6序序额定容量功率因设备名称台数号()数照明负荷．7历年平均最高气温℃，土壤电阻率ρ≤Q•。因此要考虑一次设备和二次部分的故障及其对供电的影响，衡量()断路器检修时，是否影响供电、停电的范围和时间8()线路、断路器或母线故障以及母线检修时，停电出线回路数的()发电厂、变电所全部停电的可能性。、()调度灵活、操作方便，应能灵活地投切某些元件，调配电源和()检修安全，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡占地面积小、电能损耗少，在满足技术要求的前提下，要做到经()投资省，电气主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等图()方案一图()方案一待设计变压所为一座降压变电所，以供电，距改变电所处有一系统变电所，用短路功率为，待设计变电所的高压部分为二进二出回路，为形式初步拟定为种，如下图所示9图图()方案二图()方案三图()方案四图()方案五图()方案六()线路操作方便()正常运行时变压器操作复杂()桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元间失去联系()线路投入与切除时，操作复杂()桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性小和方案二与方案三中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两Z=Z(1+a)电所为等级，故不明显的附加费用比例系数取Z=2Z………②00000综合投资小于方案三的综合投资。U=U+UZAZAZ式中为折旧维护检修费，对主变及配电装置可取对水泥杆线路可取，对铁塔线路可取，故U与成正比。ZU=AAAnPt+P(Sm)2]0KS，故0emA=PLKmm双回架空线路向带设变电所供电。故其P、mUZUAU年运行费高，故方案二与方案三相Z变电所用电系统设计和设备选择，直接关系到变电所的安全运行和：(()图()图()其中图()两台所用变均从外部电源引进，其供电可靠性最高，但由于接入电源电压较高()投资成本也较大；图()的所用变投资成本最低但其可靠性较低；图()的所用电()，是在保证了可靠性的前提下最优经济方案。因此本变电所的所用变接线形式如图()所示。()对于只供给二类、三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压()对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的~选择。()对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环网的情其变压器的基础宜按大于变压器容量的~级设计。待设计变电站由处的系统变电所用双回架空线路供电，()按变电所建成后~年的规划负荷选择，并适当考虑~()对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在~。变电所主变的容量是由供电负荷(综合最大负荷)决定的。每台变压器的容量按计算负荷的选择。T经查表选择变压器的型号为，即额定容量为KVA，因为SN=8000100%=92%＞80%，即选择变压器的容量满足要求。S8671两个电压等级且是一座降压变电所，宜选用双绕组普通式变压置结构复杂，也增加了维修工作量，待设计变电所谓降压变电电力变压器的冷却方式，随其型号和容量不同而异，一般有以()自然风冷却：一般适用于一下小容量变压器，为使热量散发到空气中，装有片状或管型辐射式冷却器，以增大油箱()强迫油循环水冷却：对于大容量变压器，单方面加强表面冷却还打不到预期的冷却效果。故采用潜油泵强迫油循环，让水对采用这种冷却方式极为有利散热效率高、节省材料、减少变压器本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件且对冷却器的密影响油的绝缘性能。故油压应高于水压~，以免水()强迫空气冷却：又简称风冷式。容量大于等于的变压不到要求时，常采用人工风冷。在辐射器管间加装数台电动风扇，用风吹冷却器，使油迅速冷却，加速热量散出，风扇的启()强迫油循环导向风冷却：近年来大型变压器都采用这种冷却方式。它是利用潜油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的二变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器冷却后，再由()强迫油循环风冷却：其原理与强迫油循环水冷相同。()水内冷变压器：变压器绕组用空心导体制成，在运行中将纯水注入空心绕组中，借助水的不断循环将变压器中热量带走，但待设计变电所主变的容量为为使主变的冷却方式既能达到预期的冷却效果，有简单、经济，我们选用强迫空气冷压()器型号量高低()压压空载(％)(％)连≥∑∑式中——所用变压器容量()∑——所用动力负荷之和()——所用动力负荷换算系数，一般取；号及相关参数如下表所示——电热及照明负荷之和()12表损损耗()额定容高压低压 ()空载电流空载负载量基本知识的大小有关等。计算短路电流的目的路电流的方法。定性的效验是以短路电流计算结果为依据()继电保护的配置和整定。系统中影配置哪些继电保护以及继电保护装置的参数整定，都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析，而且不仅要计算短路点的短路电流，还要计算短路()电气主接线方案的比较和选择。在发电厂和变电所的主接线设计中，往往遇到这样的情况：有的接线方案由于短路电流太大但如果适当改变接线或采取限制短路电流的措施就可能得到即可靠又经济的方案，因此，在比较和评价方案时，短路电流计()通信干扰。在设计及以上电压等级的架空输电线时，要计算短路电流，以确定电力线对临近架设的通信线是否存在危()确定分裂导线间隔棒的间距。在配电装置中，普遍采用分裂导线做软导线。当发生短路故障时，分裂导线在巨大的短路电流作用下，同相次导线间的电磁力很大，使导线产生很大的张力和偏移，在严重情况下，该张力值可达故障前初始张力流实用计算的基本假设()短路发生前，电力系统是对称的三相系统。()电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同，频率()电力系统中各元件的磁路不饱和。即各元件的参数不随电流而对负荷只作近似估计，由于负荷电流一般比短路电流小得多，近似计算中，对离短路点较远的负荷忽略不计，只考虑在短路()短路故障时金属性短路，即短路点的阻抗为零。短路电流的计算步骤、把该变电站主接线图中去掉不参与短路电流计算的开关设备，得U1K1U2K2l=6kmN图、求各元件的电抗标么值，取S，U=UBBavr线路：X=XlB=0.46=0.175L*0U2372avrU%S7.5100变压器：X=KB=U%S7.5100T*100S1000.8N1XL*K122XL*X=X//X=0.175=0.0875*L1*L2*2无限大容量电源E=1*E1I//=*==11.4*X0.0875*有名值I//=I//I=I//SB=11.4100=17.8(KA)*B*3U337B冲击电流i=2KI//=21.817.8=45.3(KA)impimpB*XX*L*无限大容量电源E*1I//==5.7有名值I//=I//I=5.7*B冲击电流i=2KI//=21.88.9=22.7(KA)B*1XL*3XT*K122XL*4XT*X=(X+X)//(X+X)=1(0.175+0.94)=0.56*L1*T3*L2*T4*2无限大容量电源E*I//=E*=1=1.79*X0.56*有名值I//=I//I=1.79*B冲击电流i=2KI//=21.89.8=24.9(KA)KAimpimpB**L*T*无限大容量电源E*E*1I//===0.9*有名值I//=I//I=0.9*B冲击电流i=2KI//=21.84.9=12.6(KA)impimpB*冲冲击电短路容流iI()电分式量()()值值值值XX*I//()。器的长期允许电流I(或额定电流I)应不小于该回路的最大持续工ye作电流I，即：II(或I)gmaxyeI；母线分段电抗器的流；出线回路的I除考虑线路正常负荷电流(包括线路损耗)外，体和电器进行种类(屋内或屋外)和型式的选择。网的额定电压U，故所选电器和电缆允许最高工作电压U不得低ewymax电压U，即：UUeegmaxeeewUUeew当周围环境温度9和导体(或电器)额定环境温度9不等时，其长期。允许电流I可按下式修正：yI=Iy=KIy9y9一9Y9——导体或电气设备正常发热允许最高温度，当导体用螺yy。高于40℃(但不大于℃)时，其允许电流一般可按每增高℃，额定电流减少进行修正；当环境温度低于40℃时，环境温度每。。短路电流通过时，导体和电器各部件温度(或发热效应)应不超过允QQ或I2tI2tdrjzrdrI——时间t内允许通过的短时热稳定电流(或短时耐受电流)。r电动力稳定是导体和电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳ii或IIchdwchdw式中i、I——短路冲击电流幅值及其有效值；chi、I——允许通过稳定电流的幅值和有效值。①用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验②采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定；电缆③装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳()工作可靠。断路器应能在规定的运行条件下长期可靠地工作，并能在正常和故障情况下准确无误的完成关合和开断电路的指()具有足够的开断能力。断路器的开断能力是指能够安全切断最大短路电流的能力，它主要决定于断路器的灭弧性能，并保证具有足够的热稳定和动稳定。开断能力的不足可能发生触头跳开后电弧长期的续燃，导致断路器本身爆炸飞狐，引起事故扩()动作快速。在电路发生故障时，快速的切除故障电路，不仅能缩短电力网的故障时间和减轻巨大短路电流对电气设备的损的短路故障大多都是临时性的。()结构简单，经济合理。在满足安全、可靠的同时，还应考虑到SN=IN=I=N1I=NI=I'===N考虑kV母线上的最大出线负荷：I"=maxmax=NI'>I>I"根据设备的额定电压、电流值查附表，得额额压间k (17.8)t：I2t＞I(3)2t即合格twima：i＞i(3)B*得全开间额定电压I(3)=I//(2)(3)=9.8kAk (9.8)t：I2t＞I(3)2t即合格twima：i＞i(3)B*额额定电压最高工作电额定电动稳定电流热稳定电压流流((设t又I2t+2024+tItIt即合格timaA：i＞i(3)即合格maxsh主变二次侧隔离开关选择参数如下图所示(kV侧隔离开关)额额定电压最高工作电额定电动稳定电流热稳定电压流流(I(3)=I//(2)(3)=9.8kA设t=又I2t=2024=tItIt即合格tima：i＞i(3)即合格maxsh项目参数验型果NNi验I2tt项目参数验验NNiI2tt果型计算参数计算参数选择型校验结项目参数项目参数果合格NN验验I2tti项目参数验验果型NNiI2tt技术条正常工作条件件件限流式高压熔断器一般不宜使用在电网工作电压低于熔断器额定电压的电网中，以避免熔断器熔断截流式产生的过电压超过电网跌落式熔断器在灭弧时，会喷出大量游离气体，并发出很大的响熔体的额定电流应按高压熔断器的保护熔断特性选择，应满足保护的可靠性、选择性、灵敏度的要求，非自爆式熔断器都具有反继电保护之间以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。在此前提下，当在本段保护范围内发生故障时，应能在最短时间没切断故障。当电网装有其他接地保护时，回路中最大I=KInc式中K——系数，对于跌落式高压熔断器，取~；对于限流式高压熔断器，当一台电力熔断器时，系当为一组电力电容器时，取~；②当熔体内通过电力变压器的励磁涌流时(一般按熔体通过该电)③当熔体内通过保护范围以外的短路电流及电动机自起动等引起及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流式中K——系数，当不考虑电动机自起动时，可取~；当考虑电动机自起动时，可取~；(6)对没有限流作用的跌落式熔断器，应考虑短路电流的非周期分额额定电压额定电流断流容量器器2ekdZchI>I//ekdZch式中Iekd——额定开断电流I——冲击电流有效值I//——次暂态电流有效值Z可不计非周期分量的影响，而采用I//校验。ZN合格流序计算参数号项目参数压I//ZSI==100kAekdUN2序计算参数号项目参数压I//ZNSI=SI==57kAekdU合格N流大负荷年利用小时数T将有一个年计算费用最低的电流密度—经ISgmaxJ式中I—正常工作时的最大持续工作电流。表缆=I==I=NT=4000h查表得J=1.15(A/mm2)max查电力工程电气设计手册选LGJ70周围空气温度为250时的安全电流为()。该变电所的历年平均最高气温为摄氏度。查电流修正系数表得修正系数K=0.94()发热条件的校验：I=69.7AI=258.5A合格xgmaxgmaxx()电晕损耗条件：产生电晕，因此()及以下线路要考虑电压损耗，允许电压损耗百分数为5%。mm查LGJ-70，几何均距为00U35NyxNLGJ-70满足要求。V()按经济电流密度选择电缆截面：xP2+==N查导体的经济电流密度表得J=1.73A/mm2I500J1.73()发热条件的校验经查表得—型的铝芯电力电缆的允许载流量(摄氏度)为：I=600AKI=IKKK=6000.9541.00.92=527A>I=500AymaxymaxtfRgmax条件的要求表、自动装置的准确度等级和保护装置％误差曲线要求。如果容UTAUNTAN电流，允许为其额定值的％。由于仪表与继电器已经系列化生产，二次标准电流为，电流互感器应与二次标准电流一致，也为。S=i2Z222。，负荷主要决定于外部阻抗Z，其表达2Z=Z+R+R2sdj2sdj所选电压互感器一次侧额定电压必须与安装处电网的额定电压一致，二次侧额定电压一般为。按额定电压选择，应满足UUTVNN根据用途和二次负荷性质，选择电压互感器的类型及二次接线方在变电所的运行中，各种测量仪表及保护装置都要测量得各级的变电所中的各种测量仪表、过流保护装置与差动保护等，都与电()对及以下电网中串联电容补偿装置，主要用于减少线路()对及以上电网中的串联电容补偿装置，利用其电容抵消并联补偿装置分并联电容补偿装置、静补装置、并联电抗补偿装调相机克为专用的也可由同容量的汽轮发电机改造为调相运行以上静补装置都是直接连接或者通过变压器并接于需要补偿无()并联电抗补偿装置。它向电网提供可阶梯调节的感性无功，补大型发电厂或变电所的及以下的电压母线上，在发电厂中它常()超高压并联电抗器，并联在及以上超高压线路上，补偿在高压输电线路上串联电容器补偿装置，利用其电容抵消部分线该变电所为将压变，双回输电线路长，考虑成本投Qc=pfmaxcosp2Qc=pfmaxcp—母线上的最大有功负荷，fmaxp—补偿前的最大功率因数角1p—补偿后的最小功率因数角2Q—由cos补偿到cos时，每千瓦有功负荷所需补偿的容性无功cfo12cosP77400.891S8671查母线允许最低的功率因数不低于，而cos0.89不符合1要求，在母线上的最大有功负荷p1340kw。因此为提高功fmax率因数，在母线并联电容器装置。则当提高功率因数至cc0.8920.952()并联电容器的补偿容量，应安负荷或主变压器需补偿的满足功率因数要求的最大容性无功功率或满足某点符合电压变化范围要求的30%以下。()电容器组的分组容量应满足以下要求：)分组装置在不同组合方式中投切时，不会引起高次谐波谐振和有)投切一组补偿设备所引起的变压器中压侧的线电压变化值不超过)与断路器投切电容器的能力相适应。)不超过单台电容器的爆破容量和熔断器的耐爆容量。()直击雷产生的过电压()雷电感应产生的过电压()雷电波的危害()变电所防雷接线的基本方式()被保护设备包括露天配电装置及变电所中一些重要的隔离设备()在主控制室配电装置的房顶上不宜装设避雷针，主要原因是在这些建筑物上装设避雷针后，防止反击雷有很大困难。因在配电室上装设避雷针，落雷时屋内配电装置会发生反击事故。尤其是有些变电所装用了晶体管保护装置，往往在雷直击时发生()应避免逆闪络或反击。如果避雷针与被保护设备间的绝缘距离不够，就有可能在受雷击后电位升高，使避雷针对保护设备又显而易见，逆闪络仍将高电位加到保护设备上，因此仍然会造直击雷保护。根据最小安全距离确定四根避雷针的具体位置如下图m设避雷针高度小于m，则高度影响系数取D30h=h+12=7.5+=11.8m1207p71D43.9h=h+14=5+=11.3m1407p71独立避雷针的高度为m小于m，原假设成立。即当选择独立避雷针的高度为m时，能有效全保护该变电所。()在过电压作用下，避雷器应该先于被保护设备放电，这主要()避雷器的残压要低于被保护设备的冲击击穿电压。设备，避雷器与所有被保护设备的电气距离均不能超过其最大允许值，若不能满足要求，则应增设避雷器，本设计侧侧()保护间隙和管式避雷器的作用是限制线路上的雷电过电压，主要用于线路的过电压保护，保护间隙主要用以下低压配电网()阀式避雷器和金属氧化物避雷器主要用于发电厂和变电站进线段保护是指在进入变电站有—这一段架空线路上加强，()在变电所进出线端分别装设一组避雷器；()在kV母线上装设一组避雷器；()在主变上分别装设一组避雷器；()该变电所进线为kV双回架空线路，在距离变电所km范围()接地体的设计避雷针的接地体采用长m规格为50505mm的角钢制成独立垂直土壤电阻率取，则接地电阻：从安全的角度考虑，接地体电阻应小于，故采用多根垂直接地()接地网的设计地下。深度不宜小于m。在水平距离与避雷针相距m的地方敷设地网。敷设地网的面积：eS80e根据电力网的结构，为保护系统安全运行和生产单位用电可保护方式，确定整定值。因此，初步设计是确定继电保护设计方根据工程需要，在某些情况下也可以把初步设计和技术设计两个在设计继电保护时应力求简单，采用简单的保护装置来达到系统所提出要求。只有当简单保护不能满足要求时，才考虑采用复杂的保护。运行经验证明：保护装置越简单，调整试验也越简中性点非直接接地电网中，输电线路的相间短路保护必须动作于断路器跳闸。单相接地时，由于故障点的接地电流高3倍。为了防止故障进一步扩大成两点接地或相间短路，应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除。因此，在单相接但当单相接地对人身安全和设备安全构成威胁时，则应动作于跳中性点非直接接地电网，其输电线路应针对相间短对单侧电源线路，一般装设两段式电流保护。第Ⅰ段为不带的线路，必要时也可采用三段式电流保护，即在上述两段式保护的基础上，再增设一段带时限的电流速段保护。无论两段式或三对双侧电源线路，一般装设带或不带方向元件的阶段式电流电压保护。当电流电压保护不能满足灵敏性要求时，可采用