35KV变站电气主接线设计说明书

/XX大学网络教育学院毕业设计〔论文题目35kV变电站电气主接线设计学生所在校外学习中心：XXXX校外学习中心批次层次专业：201601本科二学历电气工程及其自动化学号：W14207002学生：田芝莉助理指导教师：赵鹏起止日期：2016年3月8日至2016年4月13日摘要随着工业时代的不断发展,人们对电力供应的要求越来越高,特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。然而对电网的这些要求取决于变电站的设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。在电力系统中变电站是其中一个重要部分。本次设计的降压变电站有两个电压等级高压侧电压为35kV低压侧电压为10kV。论文中首先对提供的原始负荷资料进行分析采用同时系数法对用电负荷进行计算以确定变电站所需的主变容量及台数。本设计选择两台SZ9-6300/35主变压器。然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计选用了桥型接线和单母线分段接线方式。考虑到短路对系统的严重影响以及设备选型的需要设计中对短路电流进行了计算主要是三相短路电流的计算。通过计算所得的短路电流值对断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等高压电气设备进行选择。最后对无功补偿进行了设计力求做到运行可靠操作简单、方便经济合理。关键词：变电站主接线设计短路计算ABSTRACTAlongwiththecontinuousdevelopmentoftheindustrialage,thepeopletothepowersupplyofdemandishigherandhigher,especiallythestabilityofthepowersupply,reliability,andsustainability.Howevertheserequirementsdependsonthesubstationofpowergriddesignandconfiguration.Atypicalsubstationsubstationequipment,reliableoperation,flexibleoperation,economicandreasonable,easyexpansion.Intheelectricalpowersystem,thetransformersubstationisanimportantpart.ThistimeIdesignthevoltagedroppingtransformersubstationhastwovoltageclasses:thehighis35kv,andthelowis10kv.Inthedesign,Ianalysistheoriginalloaddatafirst,thencalculatetheelectricityloadwiththesimultaneousfactortodeterminethecapacityandquantityofmaintransformerwhicsubstationsneed.InthisdesignIchoosetwoSZ9-6300/35maintransformer.Nextdesignthemainelectricalconnectionschemeaccordingtotheloadnatureandtherequireofthepowersupplyreliability,Ichoosecontributestowardaestheticallypleasingconnectionandsinglebuslinesegmentalconnection.Consideredtheshort-circuittosystem'sseriousinfluenceaswellasthechoosingequipment'sneed,inthedesignIcalculatetheshort-circuitcurrent,themainlyisthethree-phaseshort-circuitcurrentcalculation.Ichoosetheelectricaldevicesuchasthecircuitbreaker,thedisconnector,thecurrenttransformerandthepotentialtransformerthroughtheshort-circuit.Intheend,Idesignthereactivecompensationandthelightningprotection,tomakesurethesystemisreliable,simple,convenientandeconomical.Keywords:Mainsubstationpreliminarydesignshort-circuitcalculation目录摘要IIABSTRACTIII目录i1绪论11.1课题背景11.2变电站设计原则11.3本课题主要设计内容22变电所在电力系统中的重要性22.1变电所在电力系统中的地位22.2电力系统供电要求32.3电力系统运行的特点33变电站主变压器的选择43.1主变压器选择原则43.1.1主变容量选择原则43.1.2主变台数选择原则43.2变压器的连接方式43.3主变阻抗及调压方式选择53.3.1主变阻抗的选择53.3.2调压方式的选择53.3.3变压器冷却方式53.4变压器中性点接地方式和中性点设计53.5主变压器的选择64主接线设计74.1对电气主接线的基本要求74.2基本接线的适应范围及本变电站的设计74.2.1单母线接线74.2.2单母线分段带旁路母线的接线84.2.3双母线接线84.2.4外桥型接线84.2.5内桥型接线94.3所要选择的主接线形式95短路电流的计算115.1计算短路电流的目的115.2短路电流的计算条件115.3短路电流计算的规定115.4冲击系数的选择125.5短路点的选择126电气设备的选择156.1电气设备选择的一般原则156.1.1按环境条件选择156.1.2按电网电压选择156.2隔离开关的选择156.2.1隔离开关的作用156.2.235kV侧隔离开关的选择156.2.310kV侧隔离开关的选择166.3电压互感器的选择166.3.135kV侧电压互感器的选择176.3.210kV侧电压互感器的选择176.4电流互感器的选择176.4.135kV侧电流互感器的选择176.4.210kV侧电流互感器的选择176.5电抗器的选择19普通电抗器的选择原则196.5.2本设计中电抗器的选择196.6断路器的选择206.6.1断路器的选择原则201按工作环境选型202按额定电压选择203按额定电流选择204校验断路器的热稳定205校验断路器的动稳定216.6.235kV侧断路器216.6.310kV侧断路器216.7高压熔断器的选择226.7.1熔断器的作用226.7.2熔断器的选择226.8无功补偿236.8.1无功补偿装置的作用237变电站的防雷保护257.1变电站对直击雷的的防护257.2装设避雷针〔线的原则257.3直击雷防护装置的原理267.4避雷针保护范围的计算方法277.4.1单支避雷针的保护范围277.4.2两支等高避雷针287.4.3本设计中避雷针的选择287.5对雷电入侵波的防护297.5.1避雷器的作用297.5.2对避雷器的基本要求297.5.3避雷器的选择298配电装置的设计318.1配电装置的要求318.2配电装置设计的基本步骤318.3各种配电装置的特点31结论33参考文献34附录A:主接线图35致谢361绪论1.1课题背景目前国内外较先进的是变电站综合自动化,其一般为无人值班,少人值守,四遥设计,采用了综合自动化实现控制、保护、测量以及远动等功能。微机控制,通过"远方"、"就地"转换开关实现就地、远方两种控制方式,用微机实现模拟操作,等确认后再执行控制命令。测件和保护元件接各自独立的CT,全部四遥量送至调度中心,站内通信采用大量通信网等。变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置,这似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护,并且,现在的跳闸保护整定时间已经很短,在故障解除后,系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电,这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全和延长了其使用寿命,降低设备投资,而且提高了供电的可靠性,这对于提高工农业生产效率是十分有效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低,市场竞争力增大,进而可以使企业效益提高,为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性,可以提高人民生活质量,改善生活条件等。可见,变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。1.2变电站设计原则1变电站全部按无人值班变电站设计,设备选型原则是高可靠性、高技术含量、少维护或免维护、无油化、小型化。根据电网现状及规划,变电站主接线力求简单、可靠。2主接线及设备选型应满足遥控实现运行方式改变和电能质量调整的需要,减少运行人员的现场操作。3在主接线、设备选型及平面布置上,应考虑电网现状及规划,城市中心区、城区及城郊等不同地域的负荷密度和性质,变电站在电网中的重要性及投资效益等因素,通过经济技术分析,选取优化方案。4变电站主变压器一般为2或3台,在负荷密度较大且重要的地区,宜采用3台,并应满足当一台停运〔故障时,其余主变容量应不小于60%的全部负荷。5短路电流的确定,按可能发生最大短路电流的正常接线方式确定,不考虑切换过程中并列运行方式。变电站在允许电压波动范围内,主变压器低压侧最大短路电流应控制在：10kV不大于16kA,否则应采取降低短路电流的措施。6变电站宜采用电气闭锁或机械闭锁,实现完善的五防闭锁功能。条件允许时也可采用微机五防闭锁。7>变电站应设置防火、防盗设施。8>变电站应合理控制工程造价,尽量减少占地面积,弱化室内装饰,外装饰应与当地环境相协调。1.3本课题主要设计内容变电站是电力网中线路的连接点,作用是变换电压、交换功率和汇集、分配电能,它直接影响影响整个电力系统的安全与经济运行。变电站中的电气部分通常被分为一次部分和二次部分。电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的,具有同时性。本次设计为我们走上工作岗位前对工程设计有细致的了解,并为掌握一定的工程设计方法打下了基础。根据有关规定,依据安全、可靠、优质、经济、合理等的要求,为保证对用户不间断地供给充足、优质又经济的电能设计方案。本次设计主要包括变电站总体分析、电力系统分析、主接线选择、主变选择、无功补偿设备选择、短路电流的计算、电气设备的选择、防雷设计、配电装置和平面设置等。2变电所在电力系统中的重要性2.1变电所在电力系统中的地位电力系统是由变压器,输电线路,用电设备〔负荷组成的网络,它连件的方式包括通过电的或机械的,它们对电能进行生产〔发电机,变换〔变压器,整流器,逆变器,输送与分配〔电力传输线,配电网,消费〔负荷；另外一类是控制元件,它们能改变系统的运行状态,就好比同步发电机的励磁调节器,调速器以及继电器等。其中变电所是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。变电所根据它在系统中的地位,可分为下列几类：1枢纽变电所：位于电力系统的枢纽点,连接电力系统高压和中压的几个部分,汇集多个电源,电压为330~500kV的变电所,称为枢纽变电所。全所停电后,将引起系统解列,甚至出现瘫痪。2中间变电所：高压侧以交换潮流为主,起系统交换功率的作用,或使长距离输电线路分段,一般汇集2~3个电源,电压为220~330kV,同时又降压供当地用电,这样的变电所起中间环节的作用,所以叫中间变电所。全所停电后,将引起区域电网解列。3地区变电所：高压侧一般为110~220kV,向地区用户供电为主的变电所,这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后,仅使该地区中断供电。4终端变电所：在输电线路的终端,接近负荷点,高压侧电压为110kV,经降压后直接向用户供电的变电所,即为终端变电所。全所停电后,只是用户受到损失。2.2电力系统供电要求1保证可靠的持续供电：供电的中断会使生产停顿,生活混乱,甚至危及到人身和设备安全,造成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失要远远超过电力系统本身的损失。因此,电力系统运行首先要满足可靠,持续供电的要求。2保证良好的电能质量：电能质量包含电压质量,频率质量,和波形质量三个方面,电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定值来衡量,例如给定的允许电压偏移为额定值的,给定的允许频率偏移为等,波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。所有这些质量指标,都必须采取一切手段来予以保证。3保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大,消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为1/3,而且电能在变换,输送,分配时的损耗绝对值也相当客观。因此,降低每生产一度电能消耗的能源和降低变换,输送,分配时的损耗,有极其重要的意义。2.3电力系统运行的特点1电能生产的重要性：电能与其它能量之间转换方便,易于大量生产,集中管理,远距离输送,自动控制,因此电能是国民经济各部门使用的主要能源,电能供应的中断或不足将直接影响国民经济各部门的正常运行。这就要求系统运行的可靠性。2系统暂态过程的快速性：发电机,变压器,电力线路,电动机等原件的投入和退出,电力系统的短路等故障都在一瞬间完成,并伴随暂态过程的出现,该过程非常短促,这就要求系统有一套非常迅速和灵敏的监视,检测,控制,和保护装置。3电能发,输,配,用的同时性：电能的生产,分配,输送和使用几乎是同时进行,即发电厂任何时候生产的电能必须等于该时刻用电设备使用的电能与分配,输送过程中损耗的电能之和,这就要求系统结构合理,便于运行调度。3变电站主变压器的选择3.1主变压器选择原则3.1.1主变容量选择原则主变容量选择一般按变电所建成以后5～10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10～20年发展。对城郊变电所,主变容量应与城市规划相结合。根据变电所带负荷性质及电网结构决定主变容量。对有重要负荷变电所考虑一台主变停运时,其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内,保证用户的一、二级负荷；对一般性变电所当一台主变停运时,其余主变应能保证其余负荷的60%。同级电压的单台降压容量的级别不易太多,应从全网出发,推行标准化、系列化〔主要考虑备品、备件和检修方便。3.1.2主变台数选择原则对企业中的一次变,在高、低压侧构成环网情况下,装两台主变。对地区性孤立的一次变或大工业的专用变电所,装三台主变。对规划只装两台主变的变电所,其主变基础按大于主变容量的1～2级设计,以便负荷发展时更换主变。在本变电站设计中,具有2个电压等级,由于本变电站为地区性变电站,所以主变台数选择2台,两台同时运行。由任务书的得,一车间和二车间属于类负荷,为了保证供电可靠,本设计采用两台变压器。要求当两台变压器中的任意一台停运或损坏时,另一台变压器应带动全部负荷的。3.2变压器的连接方式依据《电力工程设计手册》规定指出：第条变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Ｙ和△型两种。高低双绕组如何组合,要根据具体工程来定。我国110kV及以上电压,变压器绕组都采用Ｙ0连接,35kV亦采用Ｙ型,其中中性点通过消弧线圈接地。35kV以下电压变压器绕组都采用△的方式连接。本设计中变电站电压等级为35/10kV,接线方式采用YN/d11的接线方式。3.3主变阻抗及调压方式选择3.3.1主变阻抗的选择根据《电力工程电气设计手册》〔电气一次部分,变压器的阻抗实质就是绕组间的漏抗,阻抗的大小主要取决于变压器的结构和采用的材料。从系统稳定和供电电压质量考虑,希望主变压器的阻抗越小越好；但阻抗偏小又使系统短路电流增加,高、低压电器设备选择遇到困难；另外阻抗的大小要考虑变压器并联运行的要求。主变阻抗选择原则：①各侧阻抗值的选择须从电力系统稳定、潮流计算、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并联运行等方面进行综合考虑；②对普通两绕组变,一般选择"降压型"这一种。3.3.2调压方式的选择为保证供电所或发电厂的供电质量,电压必须维持在允许的范围内,调压方式有两种,一种称为无激磁调压,调整范围在±2×2.5%以内；另一种成为有载调压,调整范围达30%,其结构复杂,价格昂贵,在下例情况下选用：接于时而为送端,时而为受端,具有可逆工作特点的联络变压器,为保证用电质量,要求母线电压恒定时,且随着各方面的发展,为了保证电压质量及提高变压器分接头质量。所以选用有载调压。3.3.3变压器冷却方式主变压器一般采用的冷却方式有自然风冷却,强迫油循环风冷却,强迫油循环水冷却,本次设计选择的是大容量变压器,故采用自然风冷却。3.4变压器中性点接地方式和中性点设计电力网中性点的接地方式,决定了主变压器中性点的接地方式。电力网中性点的接地方式有：a.中性点非直接接地b.中性点经消弧线圈接地c.中性点经高阻抗接地d.中性点直接接地10～35KV侧采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地方式。10～63KV电网采用中性点不接地方式,但当单相接地故障电流大于30A〔10KV或10A〔35KV时,中性点应经消弧线圈接地。装消弧线圈时,它可直接接到35KV侧中性点,且两台主变可共用一台消弧线圈。10KV侧由于是"⊿"型接线,无中性点,故需加接地变,将中性点引处,以接消弧线圈,接地变的容量应大于消弧线圈的容量,一般,应在10KV级的每一段母线上安装型号一样,容量相同的接地变。但是电容电流不能超过允许值,否则接地电弧不易自熄,易产生较高的弧光间隙接地过电压,波及整个电网,所以可采用消弧线圈补偿电容电流,即经消弧线圈接地。3.5主变压器的选择表3.1变压器参数：型号额定容量<KVA>额定电压〔kV损耗〔kW>连接组别空载电流〔%阻抗电压〔%高压低压空载短路630010.56.56360.77.54主接线设计4.1对电气主接线的基本要求电气主接线是通过高压电器连接,根据功能需求组成接受和分配电能的电路,成为一个强大的电流、高电压输电网络,因此又称为一次接线或电气主系统。主接线设计代表了变电所电气部分的主体结构,是电力系统网络结构的一个重要组成部分。它直接影响运行的可靠性,灵活性,并对选择电器,配电装置布置,继电保护和自动装置及控制方式的拟定都起着决定性的作用,对电气主接线的基本要求,简而言之,包括可靠性,灵活性和经济性三个方面。电气主接线的设计原则是根据设计任务书,以国家经济建设的方针,政策,技术规定为准绳,结合项目实际情况,确保供电可靠,灵活调度,满足一些技术要求的前提下,兼顾操作维修方便,尽量节省投资,就地取材,力求设备元件先进性和可靠性,坚持先进,适用,可靠,美观的原则。4.2基本接线的适应范围及本变电站的设计根据变电站的性质可以选择单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、外桥型接线、内桥型接线、五种主接线方案,以下说明各接线的利弊。4.2.1单母线接线单母线连接每一次线路的特点是通过一个断路器和隔离开关连接在一组母线上。优点：1布线简单明了、设备少、操作方便。2投资少,易于扩展和使用成套配电设备。缺点：1可靠性和灵活性比较差。任一元件〔母线和母线隔离开关等故障或检修都需要使整个配电装置停电。2单母线可用隔离开关分段,但当一段母线故障时,所有回路仍然会停电,在用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复非故障段的供电。适用范围：单母线接线不能满足对不允许停电的重要用户的供电要求,一般用于6-220kV系统中,线循环少,对供电可靠性要求不高的中、小型发电厂与变电站中。4.2.2单母线分段带旁路母线的接线为了克服出线断路器检修该回路必须停电的缺点,可以采用的方法加入旁路总线。当母线回路数不多时,旁路断路器利用率不高,可以与分段断路器合用,有以下两种连接形式。1分段断路器兼作旁路断路器接线。2旁路断路器兼作分段断路器接线。优点：单母分段带旁路接线和单母分段比较,出线断路器故障或检修时可以用旁路断路器代路送电,使线路不停电,这是带来的唯一好处。单母线分段带旁路部分接线,主要用于电压为6～10kV出线较多且对重要负荷供电的装置中；35kV及以上有重要的联络线路或较多重要用户时也使用。单母线分段接线,虽然降低了母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围,在一定程度上,提高了供电可靠性,但在母线或者母线隔离开关检修期间,连接在该段母线上的所有回路都将停电很长一段时间,这一缺点,对于重要的变电站和用户是不允许的。4.2.3双母线接线优缺点分析：1可靠性高。可以轮流来检修母线而不影响正常的供电。当采用一组母线工作,一组母线备用方式运行时,工作母线需要检修,可将工作母线转换为备用状态后,便可进行母线停电检修工作；检修任一母线侧隔离开关时,只影响该回路的供电；工作母线发生故障后,所有回路短时间停电并能迅速的恢复供电；可以利用母联耦合断路器代替引出线断路器工作,使引出线断路器检修期间能继续供电负荷。2良好的灵活性。单母线分段接线为了克服以上缺点,发展了双母线接线。根据断路器连接的数量不同,双母线接线有单断路器双母线接线、双断路器双母线接线、一台半断路器接线〔因为两个回路,有三台断路器,又称二分之三接线三种基本形式。后两个又称双重连接的接线,这意味着一个回路与两台断路器相连接,已经越来越广泛地应用于特高压配电设备。。4.2.4外桥型接线外桥接线,桥回路置于线路断路器的外侧,变压器经断路器和隔离开关连接到桥接电,而线分支只有通过隔离开关连接到桥接点。外桥接线的特点:1变压器操作方便。故障发生时,仅故障变压器回路的断路器才会自动跳闸,其余三个循环可以继续工作,并保持彼此联系。2线路投入与切除时,操作复杂。如线路维护或故障时,需要断开两台断路器,并停止该侧变压器的运行,需要经倒闸操作来恢复变压器工作,造成变压器短时间停电。3桥电路故障或检修时两个单元之间失去了联系,出线侧断路器故障或检修时,使该侧变压器停电,在实际接线中可采用设置内跨条来解决这个问题。外桥接线适用于两回进线、两回出线、线路较短且故障可能性小和变压器需经常切换,而且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。4.2.5内桥型接线内桥接线,桥回路置于线路断路器内侧〔靠近变压器侧,此时线路经断路器和隔离开关连接至桥接点,构成独立单元；而变压器支路只经隔离开关与桥接电相连,是一个非独立的单元。内桥接线的特点：1线路操作方便。如线路发生故障时,仅有故障线路的断路器跳闸,其余三个回路可以继续工作,并保持相互联系。2正常运行时变压器操作复杂。3桥回路故障或检修时两个单元之间失去了联系；同时,出线断路器故障或检修时,造成该回路的停电。为此,在实际接线中可采用设外跨条来提高运行的灵活性。内桥接线适用于两回进线、两回出线且线路较长、故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的发电厂和变电站中。桥形接线具有接线简单明了、设备更少、成本低、容易发展成为一个单母线分段或双母线接线,为了节省投资,开始时发电厂或变电站建设,可以先采用桥形接线,并预留位置,随着发展逐步建成单母线分段或双母线接线。4.3所要选择的主接线形式本期35kV出线回路数为2回,可采用单母线分段。综合考虑35kV站的投资规模,故而在设计过程中应在保证供电的可靠性的基础上考虑经济因素。表4.1接线形式方案对比单母线分段Ⅰ双母线分段Ⅱ供电可靠性对重要用户可以从不同分段引出两回馈电线路,由两个电源供电。当一条母线发生故障是还能保证另一条母线的正常供电。供电可靠性较高。供电可靠,母线分段使检修任一回路都不用停电。运行灵活性接线简单清晰,运行操作方便。接线相对复杂,调度灵活节约投资少用了断路器、隔离开关,占地面积小,较经济。双母分段占地面积大,土建投资大,所用的隔离开关多。不够经济。经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好,且调度灵活也可保证供电的可靠性。所以选用方案Ⅰ。主接线图见附录A。5短路电流的计算5.1计算短路电流的目的短路电流计算的目的主要有以下几方面：1选择导体和电气设备,如断路器、互感器、电抗器、母线等；2在设计和选择电力系统和电气主接线时,为了比较各种不同的方案的接线图,确定是否采用限制短路电流的措施等,都要进行必要的短路计算；3为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确确定其参数,必须对电力网发生的各种短路进行计算和分析；4验算接地装置的接触电压和跨步电压；5为确定送电线路对附近通信线路电磁危险的影响提供计算资料。5.2短路电流的计算条件1假设系统有无限大的容量.用户处一旦短路后,系统母线的电压会维持不变.即计算阻抗要远远大于系统阻抗.而具体规定:对于3~35kV级的电网中短路电流的计算,可认为110kV及以上系统的容量为无限大.只需要计算35kV以及以下网络元件的阻抗即可。2在计算高压电器中的短路电流时,只需要考虑其发电机、电抗器、变压器的电抗,而忽略它的电阻;对于电缆和架空线,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般情况下也只会计电抗而忽略电阻。3短路电流的计算图表或计算公式,都应该以三相短路的计算条件为准.因为三相短路电流比单相短路或二相短路时的短路电流都大.如果有能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。5.3短路电流计算的规定验算导体的稳定性和电器的动稳定热稳定以及电器开断电流的能力,应按本设计的设计规划容量来计算,并考虑到电力系统的5-10发展规划〔一般应按本工程的建成之后的5-10年。在确定短路电流时应按可能发生的短路电流的正常接线方式,而不应按照仅在切换时过程中的可能的并列运行方式的接线方式。选择导体和电器时所用的短路电流,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。选择导体和电器时,对不带电抗的回路的计算短路点,应选择在正常接线方式时短路电流最大的地点,对带电抗器6～10kv出线与厂用分支回路,除其母线与隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器之前外,其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。导体和电器的动稳定,热稳定以及电器的开断电流,一般按三相短路验算。若发电机的出口的两相短路或中性点直接接地系统及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,则应按严重情况计算。5.4冲击系数的选择冲击系数的变化范围为:在实用计算中,当短路发生在单机容量为12MW及以上的发电机母线上时取Km=1.9,当短路发生在其他地点时Km=1.8,当发生在发电厂高压母线侧取Km=1.85。本设计冲击系数取1.8。5.5短路点的选择本设计短路电流的计算选择两个短路点,即35kV侧的短路点和10kV侧的短路点,如图5.1所示图5.1短路点图设系统为无线大容量,选为标准值由设计任务书知：待设计的变电所高压母线上的短路功率为系统的电抗：变压器电抗：短路时：短路电流标幺值：三相短路电流：冲击电流：短路容量：全电流最大有效值：点短路时：等值电抗值：短路电流标幺值：基准电流：三相短路电流：冲击电流：短路容量：全电流有效最大值：表5.135kV侧d1和10kV侧d2短路点：短路点基准电压〔kV基准电流〔kA>短路电流标幺值短路电流〔kA>冲击电流〔kA>全电流最大有效值〔kA>d1371.561015.639.7823.71d47.9220.212.046电气设备的选择6.1电气设备选择的一般原则6.1.1按环境条件选择电气产品在制造上分户外、户内两大类。户外设备的工作条件较恶劣,故各方面要求较高,成本也高。户内设备不能用于户外；户外设备虽可用与户内,但不经济。6.1.2按电网电压选择电气可在高于10%到15%设备额定电压的情况下长期运行,故所选设备的额定电压应不小于装设处电网的额定电压,即：按长时工作电流选,电器的额定电流In是指周围环境温度为θ℃时,电器长期允许通过的最大电流。它应大于负载的长时最大工作电流,即：6.2隔离开关的选择6.2.1隔离开关的作用它的主要用途是隔离电源,保证电气设备与线路在检修时与电源有明显的断口。隔离开关无灭弧装置,和断路器配合使用时,合闸操作应先和隔离开关,后合断路器,分闸操作应先断开断路器,后断开隔离开关。运行中必须严格遵守"倒闸操作规定",并应在隔离开关与断路器之间设置闭锁机构,以防止误操作。隔离开关按电网电压,长时最大工作电流及环境条件选择,按短路电流校验其动、热稳定性。6.2.235kV侧隔离开关的选择查《电力工程电气设备手册》电气一次部分上册表5-2-2,选用GW—35GD/600隔离开关。其技术数据：额定电压额定电流动稳定峰值电流4秒热稳定电流校验：动稳定：热稳定：<为后备保护时间取=2s>在点短路时,隔离开关各项指标都满足要求,热稳定和动稳定也都满足要求,故选用隔离开关：表6.135kV侧隔离开关：型号额定电压〔KV额定电流〔A最大工作电压〔KV动稳定峰值电流〔KA4S热稳定电流〔KA3560040.542206.2.310kV侧隔离开关的选择查《电力工程电器设备手册》电气一次部分上册,表5—1—7,选用GN510/400型隔离开关：其技术数据如下：额定电压：额定电流：动稳定电流峰值：5秒热稳定电流有效值：校验:动稳定热稳定<为后备保护时间取=2s>在点短路时,隔离开关GN—10/400各项指标都满足要求,动稳定、热稳定也都满足要求。表6.210kV侧隔离开关：型号额定电压〔KV额定电流〔A动稳定峰值电流〔KA5S热稳定电流〔KAGN—10/4001040052146.3电压互感器的选择电压互感器是一次系统和二次系统间的联络元件,用以分别向继电器、测量仪表的电流线圈和电压线圈供电,正确反应电气设备的正常运行和故障情况。电压互感器的作用是：1能将一次回路的大电流和高电压变为二次回路标准的小电流和低电压,使测保护装置和量仪表小型化、标准化,并且使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装。2使二次设备与高电压部分隔离,且互感器二侧均接地,从而保证了设备和人身的安全。6.3.135kV侧电压互感器的选择35kV设备为户外设备,故选择户外型电压互感器JDJJ—35型单相户外油濅式电压互感器。表6.335kV电压互感器技术数据：型号额定电压副绕组额定容量最大容量JDJJ-35一次绕组二次绕组三次绕组0.5级1级3级15025060012006.3.210kV侧电压互感器的选择10kV母线电压互感器除供测仪表外还用来作交流电网绝缘,查《发电厂电器部分》附表9。选JSJW-10型三相五柱式电压互感器。表6.410kV电压互感器技术数据：型号额定电压〔kV副绕组额定容量最大容量〔VA一次绕组二次绕组三次绕组〔VA0.5级1级3级JSJW-10100.11202004809606.4电流互感器的选择6.4.135kV侧电流互感器的选择主变35kV侧的最大负荷电流查《电力工程电气设计电气设计手册》选用LRD—35套管式电流互感器。6.4.210kV侧电流互感器的选择1主变10kV分段和10kV侧断路器的最大负荷电流：查《电力工程电气设计电气设计手册》选用LFZH—10型电流互感器,其技术数据如下表6.5LFZH—10的技术数据：安装地型号额定电流级数组合二次负荷〔Ω热稳定倍数动稳定倍数0.5级1级3级D级主变10KV侧LFZH-10400/50.5/3级0.80.817513010KV分段LFZH-10400/50.80.8175130所以,动稳定,热稳定都满足要求。故选用 LFZH—10型电流互感器。210kV出线电流互感器的选择10KV出线回路电流取最大负荷电流为：查《电力工程电气设计电气设计手册》选用LFZH—10型电流互感器,其技术数据如下：表6.6LFZH—10的技术数据：安装地型号额定电流级数组合二次负荷〔Ω热稳定倍数动稳定倍数0.5级1级3级D级10KV馈线LFZH-10200/50.5/3级0.80.81120210动稳定,热稳定都满足要求。表6.7电流互感器负荷〔V.A仪表电流线圈名称A相C相电流表〔46L1-A型0.35功率表〔46D1-W型0.60.6电能表〔DS1型0.50.5总计1.451.1根据电流和互感器安装处的电网电压最大工作电流和安装地点的要求。查附表8电流互感器技术数据选LFZH—10型屋内型电流互感器变比为400/5,由于供给计费电能表故选0.5级,二次负荷额定阻抗0.8Ω,动稳定倍数,热稳定倍数。选择电流互感器连接导线截面已知0.5级准备的允许最大负荷,最大相负荷阻抗为：计入接触电阻0.1Ω则连接导线电阻不得超过：,若按机械强度要求的最小截面和标准为的铜线,其接线电阻为：虽然用的铜线,电流互感器负荷已超过额定值,不要足要求。满足准确度额定容量要求的连线允许最小截面积为：则选用标准截面为的铜线其接线电阻为：此时二次负荷满足0.5级的允许最大符合的要求。故LFZH-10型电流互感器满足要求。6.5电抗器的选择6.5.1普通电抗器的选择原则1电抗器几乎没有过负荷的能力,所以主变压器或出线回路的电抗器,应按回路最大工作电流选择,而不能用正常工作电流选择。2变电站母线分段回路的电抗器应满足用户的一级负荷和大部分二级负荷的要求。6.5.2本设计中电抗器的选择根据本设计中,在10KV母线段加装型号为OKSQ-87.5<45>/11-4.5%的电抗器。先进行电压损失校验：,即满足要求。热稳定应满足：,其中式中——给定的热稳定电流；——给定的持续电流；——短路电流的稳定值；——短路电流假想作用时间；——保护装置动作时间；——断路器分断时间；根据计算,,即满足要求。动稳定校验：即满足要求。6.6断路器的选择6.6.1断路器的选择原则选择高压断路器时,除按电气设备一般原则选择外,由于断路器还要切断短路电流,因此必须校验断流容量〔或开断电流、热稳定及动稳定等各项指标。1按工作环境选型根据使用地点的条件选择,如户外式、户内式,若工作条件特殊,尚需选择特殊型式〔如防爆型。2按额定电压选择高压断路器的额定电压,应等于或大于所在电网的额定电压,即式中,——断路器的额定电压；——高压断路器所在电网的额定电压。3按额定电流选择高压断路器的额定电流,应大于或大于负载的长时最大工作电流,即式中——断路器的额定电流；——负载的长时最大工作电流。4校验断路器的热稳定高压断路器的热稳定校验要满足下式要求：式中——断路器的热稳定电流；——断路器热稳定电流所对应的热稳定时间；——短路电流稳定值；—作用下的假想时间。断路器通过短路电流的持续时间按下式计算：式中——断路器通过短路电流的持续时间；——断路器保护动作时间；——断路器的分闸时间。断路器的分闸时间,包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间,一般对快速动作的断路器,可取0.11到0.16s,对中,低速动作的断路器,可取0.18到0.25s。5校验断路器的动稳定高压断路器的动稳定是指承受短路电流作用引起的机构效应的能力,在校验时,须用短路电流的冲击值或冲击电流的有效值与制造厂规定的最大允许电流进行比较,即式中、——设备极限通过的峰值电流及其有效值；、——短路冲击电流极其有效值。6.6.235kV侧断路器最大持续电流：Imax==109.12A短路时：短路电流：I=15.6kA短路冲击电流：=39.78kA短路容量：S=999.7MvA查《发电厂电气部分》附表6选用SW－35/1000型少油断路器。可知其技术数据如下：断流容量：=1500MVA额定电流;=1000A极限通过电流峰值：=63.4kA4秒热稳定电流：=24.8kA固有分闸时间：0.06s由上知:高压少油断路器SW2—35/100的各相指数都满足要求,热、动稳态也满足要求,故选用高压断路器SW2—35/1000。表6.835kv侧断路器：型号额定电压〔kV额定电流〔A动稳定峰值〔kA4S热稳定电流〔KA固有分闸时间-35/10003560042200.066.6.310kV侧断路器点短路时最大持续工作电流：点短路时短路电流：冲击电流：短路容量：查《电力工程电气设备手册》电气一次部分上册表4-1-1,初选户内高压少油断路器,其技术指标如下：额定电压：额定电流：额定断路器容量：极限通过电流峰值：2s热稳定电流：点短路时,户内高压少油断路器的技术指标都满足要求,热动稳定也满足要求。表6.910kv侧断路器：型号额定电压〔KV额定电流〔A极限通过电流峰值〔KA2S热稳定电流〔KA1060040166.7高压熔断器的选择6.7.1熔断器的作用高压熔断器是一种过流保护元件,由熔件与熔管两部分组成。当过载或短路时,电流增大,熔件熔断,达到切除故障保护设备的目的。熔件通过的电流越大,其熔断时间越短。电流与熔断时间的关系曲线叫熔件的安-秒特性曲线。在选择熔件时,除保证在正常工作条件下熔件不被熔断外,为了使保护具有选择性,还应使其安-秒特性符合保护选择性的要求。户外式高压熔断器在变电站中常用与保护电力电容器、配电线路和配电变压器。6.7.2熔断器的选择熔断器的选择主要指标是指选择熔件和熔管的额定电流,熔断器额定电流按下式选取式中——熔管额定电流〔即熔断器额定电流；——熔件额定电流；——通过熔断器的长时最大工作电流。所选熔件应在长时最大工作电流及设备起动电流的作用下不熔断,在短路电流作用下可靠熔断；要求熔断器特性应与上级保护装置的动作时限相配合,以免保护装置越级动作,造成停电范围的扩大。本设计中35kV和6kV中加装高压熔断器,用来保护变压器和电压互感器,采用高压熔断器的型号为RN2型户外高压熔断器,其基本参数如下表6.10所示表6.10RN2型户外高压熔断器基本参数：型号额定电压〔KV额定电流〔A三相断流容量〔MVA最大开断电流有效值〔KA开断最大短路电流时,最大电流峰值〔A熔体管电阻值〔RN2-35350.51000177001007RN2-10100.5100085300142146.8无功补偿目前农村35kV变电站功率因数普通较低〔在10kV母线一侧一般为0.6~0.7左右,主要原因是过去兴建变电站对没有考虑无功补偿及相应的配套设备,而电厂的发电机不可能也不应该发大量的无功上网长距离送给用户,所以提高功率因数可以采取以下的措施：1.新建和在建的35kV变电站一定按规定,在设计时配置相应的无功补偿设备装置。2.已建的35kV变电站要强制性地搞好无功设备配置。3.本着无功功率就地补偿的原则,可在变电站装设电力电容补偿、调相机等设备进行集中补偿,在负荷集中的厂矿,有条件的可利用异步电动机同步运行,这种方法即不影响电动机的出力,又可以发出无功功率进行就地补偿,提高功率因数和供电末端电压水平,这是行之有效的节能节省投资的方法。4.为了提高无功补偿的效益,应装设无功自动补偿装置,做到随负荷和电压变动时,补偿电容能分组投入和切出,这样可以避免无功不足和无功过剩的现象。6.8.1无功补偿装置的作用无功功率补偿装置的主要作用是：提高负载和系统的功率因数、减少设备的功率损耗、稳定电压、提高供电质量；在长距离输电线路中,提高系统输电稳定性和输电能力、平衡三相负载的有功和无功功率等。所以系统的无功补偿可以采用分散补偿的方式。因为电力系统的无功负荷主要是感性功率,所以具体无功补偿就是在高压电网的低压侧加并联电容器,利用阶梯式调节的容性无功补偿感性无功。《并联电容器装置设计技术规程》第1.0.3条规定：电容器装置的总容量根据电力系统无功规划设计,调相调压计算及技术经济比较确定,对35-110kV变电站中的电容器总容量,按无功功率就地平循的原则,可按主变的10%-30%考虑。一般取主要容量的15%,分在6-10kV两段母线上安装。故35kV变电站按主变容量的10%选择,无功补偿选用密集型电容器。7变电站的防雷保护7.1变电站对直击雷的的防护变电站对直击雷防护主要措施是装设避雷针或避雷线,并配以良好的接地体。根据《高压配电装置技术规程》规定：第70条独立避雷针〔线宜设独立的接地装置,独立避雷针不应设在人经常通行的地方,避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜超过,否则应采取均压措施,或铺设砾石或沥青地面。第71条35kV及以下的配电装置架构和房顶不宜装设避雷针。第72条35kV配电装置,在土壤电阻率不大于的地区,允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上,但应装设集中接地装置。第78条变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器,应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接,同时应在其附近架设集中接地装置。第80条大接地短路电流系统中的中性点不接地变压器如中性点绝缘按线电压设计,应在中性点装设保护装置。第83条连接的三绕组变压器的35kV绕组,如有开路运行的可能,应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施。在其一相出线上装设一只阀型避雷器。7.2装设避雷针〔线的原则1所保护对象均应在避雷针〔线的保护范围之内。2防止避雷针〔线现在受到雷击时对保护对象的闪络〔即反击。此类放电现象不但会在避雷针〔线与被保护对象之间的空气中发生,而且还会在它们的地下接地装置间发生。一旦出现反击,高电位就将加到被保护对象〔如电器设备上。因此,防止反击与保护范围同样重要。也就是说,被保护对象既要在保护范围内,又不会发生避雷针〔线对它们的反击,这样避雷针〔线的保护才是可靠的〔运行经验表明,100个变电所每年发生绕击和反击约0.3次。出于对反击问题的考虑,避雷针按安装方式可分为独立式避雷针和架构式避雷针两种。a．独立式避雷针由于避雷针的引雷作用,当雷击避雷针时,雷电流经避雷针及其接地体流入大地。为了防止避雷针对被保护对象发生反击,避雷针与被保护对象之间的空气间隙应具有足够的距离,两者接地体之间的间距也应具有足够的距离。b.架构式避雷针接闪器引下线接地装置接闪器引下线接地装置图7.1直击雷防护装置的组成架构式避雷针同样需要考虑防止反击问题。装有避雷针的架构上,接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度。同时此架构应就近埋设辅助接地装置,此接地装置与变电所接地网的连接点离主变压器接地装置与变电所接地网的连接点之间的距离不应小于。这样雷击避雷器时,在避雷针接地装置上产生的高电位电压波,沿接地网向变压器连接点传播过程中逐渐衰减,到达变压器接地点时才不会造成对变压器的反击。7.3直击雷防护装置的原理对直击雷的防护措施是让雷电在人为设置的直击雷防护装置上放电置泻入地中,以免被保护的设备或建筑物受到损坏。如图7.1所示,直击雷防护装置由二个主要的部分组成。1接闪器：直接遭受雷电打击的避雷针、避雷网、避雷带<线>以及作接闪的金属屋面和金属构件等。避雷针、避雷网、避雷带<线>一般以钢管、钢筋或扁钢等制成。2引下线：连接接地装置和接闪器的金属导体。一般以钢筋或扁钢等制成,也可以利用建筑物结构柱内的钢筋兼作。3接地装置：接地线与接地体的总和。可以以钢筋、扁钢和各种型钢制成,也可以利用建筑物基础内的钢筋荣作。其防护原理是：在雷电先导的初始阶段．因先导离地面较高．故先导发展的方向不受地面物体的影响,但当其向下至某一高度时,地面上的接闪器将会影响先导的发展方向,使先导向接闪器方向发展．这是由于接闪器较高并具有良好的接地,在其上因静电感应而积聚了与先导相反极性的电荷使其附近的电场强度显著增强的缘故,此时先导放电电场即开始被接闪器所歪曲,将先导放电的途径引向接闪器本身,从而达到保护被保护物的目的。7.4避雷针保护范围的计算方法7.4.1单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围如图7.2所示。在被保护物高度hx水平面上、其保护半径rx可按下式计算当hx≥时,rx＝<h—hx>P当hx<时,rx＝<1.5h—2hx>P式中h——避雷针高度,单位为m；Hx——被保护物高度,单位为m；P——高度修正系数．当h≤30m时,P=1；当30m＜h≤120m时,P＝。θ=45°θhrhxθ=45°θhrhxhh/2rxhPhPrx图7.2单根避雷线的保护范围7.4.2两支等高避雷针两支等高避雷针联合的保护范围要比两针各自保护范围的叠加还要大。两针联合保护范围如图7.3所示。两针外侧的保护范围按单针的方法确定。两针之间的保护范围由通过1、0、2三点的圆弧画出,O点的高度h0按下式计算：式中D——两针之间的距离,mP——高度影响系数,其值的确定同上。在O—O’截面上高度为hx的水平保护宽度为2bx,bx由下式计算hhx水平面上保护范围的截面1.5hPDbxbxrxh/2O’Oh0D/7PrxhhxhaHa图7.3两等高避雷针的保护范围当bx0时,两针联合保护范围比两单针保护范围叠加还有所扩大。由此可见,要使两针能有效构成联合保护,两针间的距离太大是不行的。即使被保护高度为0,两针的距离必须小于7hP,而当被保护物高度为hx时,两针间的距离必须小于7<h-hx>P。7.4.3本设计中避雷针的选择根据本设计变电站的大小D=38.94m；所内最高建筑物高度hx=7.5m；取避雷针的高度为h=30m。保护简图如图7.3所示,我们采用两支等高的避雷器对建筑物进行保护。保护计算：得：p=1hx=7.5mho=h-D/7=30-38.94/7=24.43m则：bx=1.5<ho-hx>=1.5×<24.43-7.5>=25.395mrx=<1.5h-2hx>P=1.5×30-2×7.5=30m经过上述计算,采用两支等高的避雷针可保护变电站全站。7.5对雷电入侵波的防护7.5.1避雷器的作用变电站内安装着类型繁多的高、低压变、配电设备,这些设备均直接和供电系统的线路相连,而线路上发生雷电过电压的机会较多,因此入侵波常常是变电站的主要雷害,所以必须对入侵波有足够的防护措施。变电站中防护入侵波的主要装置是安装阀型避雷器,避雷器的作用是限制过电压以保护电器设备,它实质上是一个放电器,当雷电入侵波或操作过电压超过某一电压值时,避雷器将先于与其并联的被保护设备放电,使电压值被限制,从而使电气设备得到有效保护。7.5.2对避雷器的基本要求图7.4避雷器与被保护设备伏秒特性的配