变电所电气部分设计

摘要 电气主接线的设计与供电运行的安全性、可靠性有密切关系,设计时要综合考虑多方因素,在遵循实际需求的前提下,选择最佳设计方式.本次研究对某地区35KV变电站主接线进行初步设计,在结合变电站具体情况的前提下,对其主接线的设计、主变压器的选择和短路计算进行了简单解析.变电站电气主接线的设计要综合考虑变电站的容量、运行需求、长远发展空间等因素综合进行选择,主变压器的台数、容量、型式的选择要合理、慎重,兼顾实用性与效益,短路计算要全面、深入以检验电气设备的稳定性,确保其工作性能,从而顺利完成变电站电气主接线的设计工作.关键词35kv变电站主接线 电流 设备选择目录中文摘要11引言12 变电站总体电力分析22.1 变电站主要构成与分类2变电站构成：2 变电站的分类22.2 变电站设计原则与必要性3 变电站设计原则: 3 变电站建设的必要性32.3 设计变电站总体分析33 变压器选择43.1主变压器台数的选择 43.2 主变容量的确定43.3 主变容量的计算52.4 选择各类电气设备的特别的要求64 电气主接线的设计64.1.单母线7单母线接线7单母线分段7单母线分段带旁路接线84.2.双母线8双母线接线8双母线分段9 双母线分段带旁路94.3主线设计原则104.4 主接线选择104.5 变电所主接线方案的设计105 短路电流的容量计算125.1 概 述125.2短路电流计算的目的125.3 造成短路故障的原因135.4 短路的物理量135.5短路电流计算的步骤136 电气设备的选择176.1 电气设备选择的一般条件17 电气设备选择的一般原则17 电气设备选择的技术条件176.2 断路器隔离开关的选择196.2.1 35kV侧进线断路器、隔离开关的选择196.2.2 35kV主变压器侧断路器、隔离开关的选择206.2.3 10kV侧断路器、隔离开关的选择206.3 母线的选择与校验22 母线导体选择的一般要求226.3.2 35kV母线的选择226.3.3 10kV母线的选择24 母线选择结果246.4 互感器的选择24 电流互感器的选择24 电压互感器的选择266.5 熔断器的选择26 熔断器概述266.5.2 35kV侧熔断器的选择276.5.3 10kV侧熔断器的选择277 防雷保护计算277.1 防雷保护277.2 防雷的装置与防雷计算28参考文献2927 / 291引言所谓电力系统,就是包括不同类型的发电机,配电装置,输、配电线路,升压与降压变电所和用户,组成的一个整体,对电能进行不间断的生产和分配.工厂供电,就是指工厂所需电能的供应和分配,亦称工厂配电.工厂供电系统是电力系统的一个组成部分,它主要反映工厂用户的特点和要求. 电能是现代工业的主要能源和动力,做好工厂供电工作对发展工业生产,实现工业现代化,有十分重要的意义.电能的输送和分配既简单经济,又便于控制、调节和测量,有利于实现生产过程自动化.因此,电能在现代工业生产与整个国民经济生活中和国家经济建设中应用极为广泛.随着现代文明的发展与进步,社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求.作为电能传输与控制的中间枢纽,变配电所必须改变传统的设计和控制模式,才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势.近年来,微电子技术、微机控制与应用技术、计算机通信与网络技术的高速发展和应用,为变电所的自动化和自能化提供了强大的技术支持.随着国民经济的持续发展,电网装机容量迅速增长,电力供应紧张状况已得到缓解.目前存在的主要问题是变配电网薄弱,难以满足用户对供电质量越来越高的要求,由此,只有加大变电所的科技含量,汲取国内外先进技术,向自动化、现代化、智能化发展,才能更好的为社会主义现代化建设服务.电气主接线是一次设备的连接线路,也叫做主电路或一次电路,它是以电能的产生、传输、汇集、分配关系为主体所构建而成的服务线路.电气主接线工作在国民生产与生活中占据着重要地位,它连接发电厂与变电所,是二者沟通交汇的主体部分,直接表明了众多电气设备的连接状况与数量,其接线方式与质量直接与运行安全性、可靠性、灵活性挂钩,不同的接线方式对电气设备的选择、配电装置的布置也有不同需求,在继电保护和控制方面同样如此.可以说,电气主接线的设计除了要综合考虑设计需求,满足系统运行需要和客户服务需求,保证供电运行的安全性、可靠性与灵活性、方便性外,还要尽可能的考虑经济成本,降低运行成本与损失,并为未来电力负荷的增长预留一定的扩建空间.总之,电气主接线的设计是一项复杂的工程,需要综合考虑多方面因素,本次我们以某地区220kV变电站为设计对象,对电气主接线进行初步设计,主要以主接线的设计、主变压器的选择和电气的短路计算三项内容为主.2 变电站总体电力分析2.1 变电站主要构成与分类变电站构成：变电站由一次回路和二次回路构成.一次回路：配电系统中承担输送和分配电能任务的电路,称为一次回路,也称为主电路或主接线.一次电路中所有的设备称为一次设备,如变压器、断路器、互感器等.1变换设备.按电力系统的要求,改变电压或电流大小的设备,如变压器、断路器、互感器等.2控制设备.用来控制一次电路通断的设备,如高低压断路器、开关等.3保护设备.用来对电力系统进行过电流和过电压保护的设备,如熔断器、避雷器等.4补偿设备.用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备.如并联电容器等. 5成套设备.为了节省空间,按一次电路接线方案的要求,将有关的一次设备与其二次设备组合成一体的电气装置,如高低压开关柜、低压配电箱等.二次回路：凡用到来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路,称为二次回路,也叫二次接线.二次回路中所有的电气设备称为二次设备,如仪表、继电器、操作电源等. 变电站的分类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330500kV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23个电源,电压为220330kV,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110220kV,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 变电站设计原则与必要性 变电站设计原则:1、 必须严格遵守国家的法律、法规、标准和规范,执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序,特别是应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针.2、必须从全局出发,按照负荷的等级、用电容量、工程特点和地区供电规划统筹规划,合理确定整体设计方案.3、应做到供电可靠、保证人身和设备安全.要求供电电能质量合格、优质、技术先进和经济合理.设计应采用符合国家现行标准的效率高、能耗低、性能先进的设备.4、应根据整体工程的特点、规模和发展规划,正确处理工程的近、远期的建设发展关系,以近期为主,远、近结合,适当考虑扩建的可能性. 变电站建设的必要性为了加强企业供电可靠性,减少线路损耗,适应日益增长的负荷发展需要,35KV变电所的选址于距离一电力系统变电所6KV处,其近邻工厂,其主要供电对象是企业的各个车间,这样设计减小了供电半径,供电线损大幅下降,供电量增加,适应现代化建设与发展的需要,有利于企业的经济发展2.3 设计变电站总体分析一、所址概况与所址条件1 所址概况所处地区地势平坦,海拔高度为200m,交通方便,周围空气无污染,年最高气温+40,年最低气温-20,年平均气温+15, 最热月平均最高温度+32.最大风速25m/s,最大覆冰厚度b10mm.土壤热阻系数120.cm/W,土温+20.2 所址条件依据35110kV变电站设计规范第条,变电站所址的选择,根据下列要求综合考虑确定：1 靠近负荷中心.2 节约用地,不占或少占耕地与经济效益高的土地.3 与乡或工矿企业规划相协调,便于架空线和电缆线路的引入和引出.4 交通运输方便.5 具有适应地形,地貌,地址条件.XF市110kV变电站所址在市区东郊,临近公路,交通方便,地价相对较便宜,是供地方用电的地区变电站.在建站时应遵循节约用地,少占良田的原则,可建成中型规模变电站.3 变压器选择电力变压器power transformation文字符号T或TM,是变电所中最关键的一次设备,其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低,以利于电能的合理输送,分配和和适用.3.1主变压器台数的选择 正确选择变压器的台数,对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义.选择主变压器台数时应考虑原则是：1应满足用电负荷对供电可靠性的要求.对供有大量一二级负荷的变电所,应采用两台变压器,以便一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一、二级负荷继续供电.对只有二级负荷而无一级负荷的变电所,也可以只采用一台变压器,但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源,或另有自备电源.2对季节性负荷或负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所,可以考虑采用两台变压器.3除上述两种情况外,一般车间变电所宜采用一台变压器.但是负荷集中而容量相当大的变电所,虽为三级负荷,也可采用两台或多台变压器.4在确定变电所主变压器台数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的余地.3.2 主变容量的确定1、 主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10-20年的负荷发展.2、装有两台主变压器的变电站,每台主变压器容量S应同时满足以下两个条件： 1任意一台变压器单独运行时,宜满足总计算负荷S的60%70%的需要,即 S= S2任意一台变压器单独运行时,应满足全部一、二级负荷 S的需要,即 SS3、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变器的容量.对于有重要负荷的变电所,应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量在计与过负荷能力后的允许时间内,应保证用户的一级和二级负荷供电,保证供电可靠性. 4、 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.3.3 主变容量的计算1、根据任务书提供的资料,主变容量的计算如下：Pi=1046+735+808+1000+920+1350+737+931=7527Qi=471+487+572+491+276+297+496+675=3765根据计算结果应选择SZ9-6300/35型变压器.2、根据任务书提供的资料,站用变容量的计算如下：根据计算结果应选择S9-100/10型变压器.3、所选变压器的型号与技术数据见下表：变压器型号额定容量KVA额定高电压KV额定低电压KV空载损耗KW负载损耗KW阻抗电压%空载电流%连接组别SZ9-6300/3563003510.57.0438.77.00.9Y/d11S9-100/10100100.40.291.504.01.6Y/yn02.4 选择各类电气设备的特别的要求1、 断路器 负荷开关,高压断路器是供电系统中最重要的开关电器,它不仅能安全的切合负荷电流,而且更重要的是它能可靠的和迅速的切除短路电流,所以高压断路器的额定容量必须大于或者等于其安装处的短路容量,其额定的断流能力必须大于或者等于其安装处的短路电流.2、 隔离开关 ：隔离开关在供电系统中只用于接通和开断没有负荷电流流过的电路,它的作用是为保证电气设备检修时,使要检修的设备与处于电压下的其余部分构成明显的隔离.它没有灭弧装置,所以它的接通和切断必须在断路器分断后才能进行.隔离开关因为无切断故障电流的要求,所以它只根据一般条件进行选择,并按照短路情况下作力稳定和热稳定的校验.3、电流互感器 ：在高压电网中,计量仪表的电流线圈和继电保护装置中断电器的电流线圈都是通过电流互感器供电的.这样可以隔离高压电,有利于运行人员的安全,同时可以使仪表与继电器等制造的标准化.它的准确度与它的二次侧所接的负荷大小有关,即与它接入的阻抗大小有关.4、电压互感器：电压互感器是测量高压用的,其一次绕组与高压电路并联,额定电压与电路电压同一等级,二次绕组额定电压均为100v,它的二次侧不能短路运行,所以它的两侧要装熔断器来切除内部故障.5、母线：常用的母线材料是铜、铝和钢.目前变电所的母线除因大电流用铜的以外,一般尽量用铝母线,而电流不大的支干线或低压系统的零线则有时用钢母线.4 电气主接线的设计电气主接线的基本形式主要按照有无汇流母线分为两类,根据不同电压等级需求,接线形式也会有所不同.使用母线与连接的方式将电能运送到母线上的方式对于进出线路较多的情况在可靠性有很好的保障,且简单的接线方式在运行、维护上也较为方便,对于后期进行扩建、升级安装来说益处多多,不过同时也存在着占地面积达与开关设备多等缺点,需要在具体接线过程中进行筛选调整.基本接线形式中有汇流母线的接线形式主要包括单母线与双母线两大类,单母线包括单母线、单母线分段、单母线分段带旁路,双母线包括双母线、双母线分段、双母线分段带旁路、3/2断路器接线、变压器母线组接线等.下面我们选取其中较为常见的几种进行简要分析.4.1.单母线4.1.1单母线接线单母线是最简单、最原始的一种接线方式见图1,通过平均分布负荷的方式来减少母线上功率的传输,具有操作方便、经济性好等优点,不过在可靠性上有所欠缺,后期调度工作也较为麻烦,一般来说,在出现回路较少、电压负荷较为轻松的地区选择这种方式较为划算.图1 单母线接线方式4.1.2单母线分段单母线分段方式见图2解决了前一种方式中可靠性较低、灵活性较差的问题,单母线分段方式随之出现,它通过应用断路器进行分段实现对重要用户的电路回馈,一旦其中一段母线发生故障,将会自动断电从而不会对其他线路造成影响,在不遭遇多段母线同时故障的情况下,运行良好,且在断电后重新恢复供电也较为简便快速.这种接线方式较为适合发电功率较小5-10KV的变电站和发电厂,在供电量较大时不予考虑.图2 单母线分段接线方式4.1.3单母线分段带旁路接线此种接线方式主要是针对分段设计出现短路致使机械性能和灭弧性能下降后停电检修所设计出的解决方案,通过加装旁路母线的方式进行旁路电路器供电,保证检修工作顺利进行的同时也不中断供电.单母线带旁路见图3.单母线分段带旁路见图4.图3 单母线带旁路接线方式图4 单母线分段带旁路接线方式4.2.双母线4.2.1双母线接线双母线接线方式主要是针对单母线可靠性能低等问题所提出的进一步解决方案,因为唯一的回路连接在唯一的一套母线上因而隐患较大,为保证安全与稳定,采取双回路、双母线的接线方式,借由电路器来实现联络,这种方式调度灵活,后期扩建方便,且具有充足的可靠性.其具体可应用于10kV配电装置、35kV出线、110kV出线.双母线接线方式见图5.图5 双母线接线方式4.2.2双母线分段双母线分段接线是为了一旦发生断电情况是缩小肉停电范围,通过将工作母线分为两段与备用母线相连来降低安全隐患,同时在断路器或分段母线发生故障时将危害压制到最小范围内,在需切断线路进行故障检修时也只需要分段部分停电保障其他地区的顺利供电.这种接线方式在发电厂、变电站的电压配置中较为常见,适合大容量变电、配电接线.4.2.3 双母线分段带旁路旁路母线的存在能够使用断路器替代检修中的断路器工作,为其他回路提供电力,虽然在经济成本上略高,但是在线路运行的畅通度、供电保障方面较为优越,适合一些对供电持续性、可靠性有特殊要求的部门或场所.WL/WL2：线路出线QS1/QS2：电源隔离开关QS3：母线隔离开关QS4/QS6：线路隔离开关QF1/QF2：电源断路器QF3：出线断路器WB：母线QS5：接地开关表1：图1、图5中标识说明4.3主线设计原则主接线的设计要在充分考虑变电站、发电厂、电力系统各个部门与环节的具体情况下形成经济成本合理、技术优势最大的接线方案.设计基本原则以遵守国家相关法律依据为基础,符合各项政策与技术规定,结合工程实际情况与运行需求,在保证可靠性、安全性与经济合理性的前提下,尽量就地取材,保持便利性,以可靠、使用为核心,先进、美观、经济为指导原则.4.4主接线选择结合本次变电站的具体情况,在主接线设计方面,考虑到三条线路至少需要设置三台主变压器,根据运行容量采用双母线接线方式,不带旁路,保证可靠性、灵活性的同时预留后期扩建、升级空间.在200KV高压侧尽量不采用断路器接线；110kV侧同样采用双母接线；35kV侧采用单母线分段接线.4.5 变电所主接线方案的设计变电所的主接线,应根据变配电所在供电系统中的地位进出线回路设备特点与负荷性质等条件来确定.其主结线方案的设计原则与一般要求为：安全性、可靠性、灵活性和经济性.必须注意几点：安全性在高压断路器的电源侧与可能反馈电能的另一侧,必须装设高压隔离开关.在低压短路器的电源侧与可能反馈电能的另一侧,必须装低压刀开关.在装设高压熔断器和负荷开关的出线柜母线侧,必须装设高压隔离开关.35KV与以上的线路末端,应装上与隔离开关联锁的接地铡刀.可靠性1 变电所的主结线方案,必须与其负荷级别相适应.对一级负荷,应由两个电源供电,对二级负荷,应由两回路或者一回6kv与以上专用架空线或电缆供电.其中采用电缆供电时,应采用两根电缆组成的线路,且每根电缆应承受100% 的二级负荷.2 变电所低压侧的总开关,宜采用低压断路器,当有继电器保护或自动切换电源要求时,低压侧总开关和低压侧母线分段开关,均应采用低压断路器.3 变电所的非专用电源进线侧,应装设带短路保护的断路器或负荷开关.当双电源供多个变电所时,宜采用环网供电方式.4 对一般生产区的车间变电所,宜工厂总变电采放射高压配电,以1确保供电可靠,但辅助生产区和生活区的变电所,可采用树干式.灵活性变配电所的高低压母线,一般采用母线或单母线分段结构.35KV与以电源进线为双母线时,宜采用桥型接线或线路变压器组接线.需带负荷切换主变压器的变电所,高压侧应装设高压断路电器高压负荷开关.主接线方案应与变压器经济运行的要求适应.经济性主结线方案应力求简单,采用的一次设备特别是高压断路器应较少或不用断路器的接线变配电所的电器设备应选用技术先进、经济适用的节能产品,不得选用国家明令淘汰的产品中小工厂变电所一般采用高压少油断路器；在需要频繁操做的场合,则采用真空断路器或SF6断路器工厂的电源进线上应装设专用的计量柜,其中的电流、电压互感器只供计费的电度表用主接线方案应与变压器经济运行的要求相适应,还要考虑到今后的发展.负荷切换主变压器的变电所高压侧还应装设高压断路器和高压负荷开关.几种常用的高压电器有如下功能和特点：高压隔离开关的功能主要是：隔离高压电源,以保证其它设备和线路的安全检修.结构特点：即断开有明显可见的断开间隙,而断开间隙的绝缘与相间绝缘都是足够可靠的.它能够保证人身和设备的安全.因为隔离开关没有专门的灭弧装置,因此不允许带负荷操作. 高压断路器的功能是：不仅能通断正常电流,而且能接同和承受一定时间的短路电流,并能在保护装置作用下自动跳闸,切除短路故障.高压熔断器是：一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后,使其熔体熔化而分断断开电路的一种保护电器.熔断器的功能主要是对电路与电路设备进行短路保护,但也具有过负荷保护的功能.本设计主变压器的主进电源线引自电网的35KV高压供电线路.供电系统在实际设计中一般都在总降压变压器的一次侧和二次侧设有隔离开关、断路器、电流互感器和电压互感器.当总降压变压器的一次侧附有电流互感器时,则可装设三只电流表.通过电流表监测负荷是否均匀,并可判断某一相线是否缺相要求在35KV电源侧进行电能测量,所以要装设电度表、功率表和功率因数表,以便对其电能、功率因数进行测量和补偿.这时必须在总降压变压器的一次侧附设电压互感器和电流互感器.在总降压变电所供电引向各车间变电所时,在总降压变电所或配电所的高压开关柜内,仅装设电流表和电度表即可,电流表可装一只,电度表装一只,如果有必要可装设计量无功电能的仪表和有功电度表.5 短路电流的容量计算5.1 概 述在电力系统中运行的电器设备,在其运行中都必须考虑到会发生各种故障和不正常运行状态,最常见同时最危险的故障是各种形式的短路,它会破坏电力系统对用户正常供电和电气设备的正常运行.短路short circuit是电力系统中的严重故障,所谓短路,是指一切属于不正常运行的相与相间或相与地间发生通路的情况.在35KV的电力系统中,可能发生短路有三相、两相、两相接地和单相接地的故障,其中三相短路是对称短路,系统各相与正常运行时一样,仍属对称状态,其他类型的短路是不对称短路.电力系统中常发生的单相短路占大多数,二相短路较少,三相短路就更少了.三相短路虽然很少发生,但其后果最为严重,应引起足够的重视.因此本次采用三相短路来计算短路电流,并检测电气设备的稳定性.5.2短路电流计算的目的短路问题是电力技术的基本问题之一.短路电流与其电动力效应和分效应,短路时的电力的降低,是电气结线方案比较,电气设备和载流导线选择、接地计算以与继电保护选择和整定等的基础.在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；5.3 造成短路故障的原因短路的主要原因是电力系统中电力设备截流导体的绝缘损坏.主要有设备长期运行,绝缘自身老化,操作过电压,雷电过电压,绝缘受到机械损伤等.运行人员不遵守操作规程发生的误操作,如带负荷拉、合隔离开关,检修后忘记拆除地线合闸等,或者鸟兽跨越在赤裸导体上也是引起短路的原因.5.4 短路的物理量短路电流的周期分量、非周期分量、短路全电流、短路冲击电流和稳态电流.1、正常工作时,三相系统对称运行；2、所有电源的电动势相位角相同；3、电力系统中各元件的磁路不饱和；4、电力系统中所有电源都在额定负荷下运行,其中50%负荷接在高压母线上,50%负荷接在系统侧；5、短路发生在短路电流为最大的一瞬间；6、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；7、原件的计算参数都取额定值,不考虑参数的误差和调整范围；8、输电电缆线的电容略去不计；5.5短路电流计算的步骤1、在已知短路容量时：Sd=1000MVA 选基准容量Si=100MVAUi=Uav=1.05UN2、短路点与系统之间电抗标幺值计算： =Si/Sd3、变压器电抗标幺值计算: = 4、短路电流基准值计算：Ii=Si/ Vp5、短路点周期分量有效标幺值计算： =l/ 6、三相短路电流有效值计算： =IdIj7、三相短路冲击电流计算： =2.558、三相短路最大： =1.52 9、由于计算设为无限容量系统：暂态短路电流I=I,三相短路稳态电流： =10、短路容量计算：Sd=d为选择1035KV配电装置的电器和导体,需计算在最大运行方式下流过电气设备的短路电流,选两个短路点,如图：设系统为无限大容量：,选100MVA 变压器的电抗标幺值：电力系统的电抗标幺值：1、K1点短路时： 三相短路标幺值有效值：化为有名值为： 三相短路最大瞬时值 冲击电流：三相短路最大电流有效值 ：取 =1.8三相短路稳态短路电流 ：对于无穷容量系统中,其计算公式为：三相短路容量Sd的计算：2、K2点短路时 短路电流的标幺值：三相短路的基准电流：三相短路电流：三相冲击电流：三相短路最大有效电流：三相稳态短路电流：三相短路容量：短路是变电站运行过程中常见问题和严重故障,设计时要综合考虑到会影响短路的诸多因素,比如天气因素、设备因素、维护检修等,设计出最佳方案,将短路故障的发生率降至最低.一般来说,短路的发生以单相最为频繁,其次分别为两相短路和三项短路,其严重程度与危害也呈直线上升趋势.关于短路的计算,主要是为了检验电气设备的稳定性,确保其在任何故障下都能够保持一定的安全与可靠的工作性能,短路电流计算工作因此十分重要.短路电流的计算主要以假定的方式为主,涉与多个因素,计算方法多种多样,计算过程也较为复杂,下面我们选取其中一个进行示范性解析.计算首先要选取短路故障点,然后进行基准值选择与系统电抗标幺值计算,应用计算公司对故障点的短路电流进行计算.比如基准值选择：基准容量：基准电压：kV37 115 230由基准电流公式可得同理可得各基准电流：kA1.56 0.50 0.25接下来是系统短路容量的计算：系统电抗标幺值： 则短路容量： 在短路母线上选定一个短路点进行具体计算,比如220kV母线上k1点短路电流的计算：三相短路电流周期分量有效值三相短路电流周期分量稳态值三相短路冲击电流最大值三相短路冲击电流有效值三相短路容量由此就得到了三项短路的负荷容量.6 电气设备的选择6.1 电气设备选择的一般条件 电气设备选择的一般原则1 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求,并考虑远景发展；2 应按当地环境条件校核；3 应力求技术先进和经济合理；4 与整个工程的建设标准应协调一致；5 同类设备应尽量减少品种；6 选用的新产品均应具有可靠的试验数据,并经正式鉴定合格.在特殊情况下,选用未经正式鉴定的新产品时,应经上级批准. 电气设备选择的技术条件选择的高压电器,应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行.1长期工作条件1电压 选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug,即UmaxUg2电流选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig,即IeIg由于变压器短时过载能力很大,双回路出线的工作电流变化幅度也较大,故其计算工作电流应根据实际需要确定.高压电器没有明确的过载能力,所以在选择其额定电流时,应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求.3机械荷载所选电器端子的允许荷载,应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力. 2短路稳定条件1校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验.校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流,若发电机出口的两相短路,或中性点直接接地系统与自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时,应按严重情况校验. 用熔断器保护的电器可不验算热稳定.当熔断器保护的电压互感器回路,可不验算动、热稳定. 2短路的热稳定条件式中 在计算时间t秒内,短路电流的热效应kA*S； It秒内设备允许通过的热稳定电流有效值kA； t设备允许通过的热稳定电流时间s. 3短路的动稳定条件I 式中短路冲击电流峰值kA； I短路全电流有效值kA；电器允许的极限通过电流峰值kA；电器允许的极限通过电流有效值kA.3绝缘水平在工作电压和过电压的作用下,电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性.电器的绝缘水平,应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定.当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时,应通过绝缘配合计算,选用适当的过电压保护设备.表6.1 选择高压电器应校验的项目表项目电压电流断流容量短路电流校验动稳定热稳定断路器PPPPP负荷开关PPPPP隔离开关PPPP熔断器PPP电抗器PPP电流互感器PPPP电压互感器PP支柱绝缘子P母线PPP消弧线圈PP避雷器P表中P为应进行校验的项目6.2 断路器隔离开关的选择6.2.1 35kV侧进线断路器、隔离开关的选择流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流 = 额定电压选择 35kV 额定电流选择 开断电流选择 本设计中35kV侧采用SF6断路器,因为与传统的断路器相比,SF6断路器采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质,这种断路器具有断口耐压高,允许的开断次数多,检修时间长,开断电流大,灭弧时间短,操作时噪声小,寿命长等优点.因此可选用LW835A型户外高压SF6断路器.表6-2 LW835A具体参数比较表计算数据LW835A35kV35kV247.44A1600A13.3447kA31.5kA34.0291kA80kA112.19kA2S3969kA2S隔离开关选择GW1435/630型号隔离开关选用的隔离开关额定电压为35kV,系统电压35kV满足要求.选用的断路器额定电流630A,去除1.8%的温度影响为618.7A,大于最大持续工作电流,满足要求.动稳定校验=34.0291kA=40kA,满足要求.热稳定校验Qk=112.19kA2S,设备=162=1024kA2S,满足要求.表6-3 GW1435/630具体参数比较表计算数据GW1435/63035kV35kV247.44A630A34.0291kA40kA112.19kA2S1024kA2S6.2.2 35kV主变压器侧断路器、隔离开关的选择 流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流 =129.90A额定电压选择 35kV 额定电流选择 开断电流选择 由上面表格知LW835A型断路器和GW1435/630型隔离开关同样满足主变侧断路器和隔离开关的要求,动、热稳定校验也一样,所以选择同样的型号.这也满足了选择设备同类设备应尽量较少品种的原则.6.2.3 10kV侧断路器、隔离开关的选择流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流=866.03A额定电压选择 10kV 额定电流选择 开断电流选择 10kV侧选用真空XGN210开关柜中的ZN2810型真空断路器选用的断路器额定电压为10kV,最高电压11.5kV,系统电压10kV满足要求.选用的断路器额定电流1600A,去除1.8%的温度影响为1571A,大于最大持续工作电流,满足要求.选用的断路器额定短路开断电流20kA,大于短路电流周期分量有效值8.9155kA,满足要求.动稳定校验.ish =22.7346kA=50kA,满足要求.热稳定校验.Qk=8.915520.63=50.08kA2S.电气设备=2024=1600kA2S.满足要求.表6-4 ZN2810具体参数比较表计算数据ZN281010kV10kV866.03A1600A8.9155kA20kA22.7346kA50kA50.08kA2S1600kA2S 隔离开关选择GN2510型隔离开关 选用的隔离开关额定电压10kV,最高工作电压11.5kV系统电压10kV,满足要求. 选用的隔离开关额定电流2000A,去除1.8%的温度影响为1964A,大于最大持续工作电流,满足要求.动稳定校验.ish =22.7346kA=100kA,满足要求.热稳定校验.Qk=8.915520.63=50.08kA2S.电气设备=4024=6400kA2S.满足要求.表6-5 GN2510具体参数比较表计算数据GN251010kV10kV866.03A2000A22.7346kA100kA50.08kA2S6400kA2S6.2.4 选择的断路器、隔离开关型号表表6-6 断路器-隔离开关选择一览表断路器隔离开关35kV进线侧LW835AGW1435/63035kV主变侧LW835AGW1435/63010kV侧ZN2810GN25106.3 母线的选择与校验6.3.1 母线导体选择的一般要求1一般要求裸导体应根据具体情况,按下列技术条件分别进行选择或校验： 1工作电流； 2经济电流密度； 3电晕； 4动稳定或机械强度； 5热稳定.裸导体尚应按下列使用环境条件校验：1环境温度；2日照；3风速；4海拔高度.2按回路持续工作电流导体回路持续工作电流,单位为A；相应于导体在某一运行温度、环境条件与安装方式下长期允许的载流量,单位为A.3按经济电流密度选择一般母线较长,负荷较大,在综合考虑减少母线的电能损耗.减少投资和节约有色金属的情况下,应以经济电流密度选择母线截面.可按下式计算,即其中经济截面,单位为mm2；回路持续工作电流,单位为A；经济电流密度,单位为A/ mm2.6.3.2 35kV母线的选择 35kV的长期工作持续电流=35kV主母线一般选用矩形的硬母线,选择LMY1006立放矩形铝母线+40时长期允许电流为1155A,母线平放时乘以0.95,则允许电流为1097A,满足35kV主母线持续电流247.44A的要求.主母线动稳定校验35kV母线固定间距取l=2 000mm,相间距取a=300mm,母线短路冲击电流=34.0291kA,计算母线受到的电动力,即=135.87kgf1332.88N1kgf=9.81N计算母线受的弯曲力矩,母线水平放置,截面为1006mm2,则b=6mm,h=100mm,计算截面系数,即计算母线最大应力,即小于规定的铝母线极限应力6860,满足动稳定要求. 热稳定要求最小截面选择LMY1006矩形母线截面大于热稳定要求最小截面68.60mm2,故满足要求.在选择35kV主变进线时往往选用钢芯铝绞线,选择LGJ150/20型钢芯铝绞线,因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子,所以不必校验其机械强度.环境温度为+40时,长期允许载流量计算,即0.81为温度修正系数由最大负荷利用小时数为T=4800H,查曲线得j=1.11A/mm2.经济截面,经济输送电流,经济输送容量,都大于35kV主变的持续工作电流和容量.满足经济运行的要求.6.3.3 10kV母线的选择10kV母线长期工作电流=866.03A选用LMY12010型立放矩形铝母线,长期允许电流为1680A,母线平放乘以0.95,则允许电流为1596A,满足要求.同35kV母线动稳定校验最后,小于规定的铝母线极限应力6860,故满足动稳定要求.热稳定要求最小截面,选择的LMY120型矩形母线截面大于热稳定最小截面要求45.83mm2,故满足要求6.3.4 母线选择结果表6-7 母线选择结果35kV母线LMY100635主变进线LGJ150/2010kV母线LMY1206.4 互感器的选择6.4.1 电流互感器的选择1电流互感器选择的原则电流互感器的选择应满足变电所中电气设备的继电保护、自动装置、测量仪表与电能计量的要求.选择的电流互感器一次回路允许最高工作电压Umax应大于或等于该回路的最高运行电压,即式中电流互感器最高电压,单位为kV；回路工作电压,即系统标称电压,单位kV.电流互感器的一次额定电流有：5、10、15、20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、12000、15000、2000、3000、4000、5000、6000、8000、10000、15000、20000、25000A.其一次侧额定电流应尽量选择得比回路正常工作电流大1/3以上,以保证测量仪表的最佳工作,并在过负荷时使仪表有适当的指示.二次额定电流有5A和1A两种,强电系统一般选5A,弱电系统一般选用1A.电流互感器动稳定可按来下式校验式中为电流互感器允许通过的最大动稳定电流,单位kA；系统短路冲击电流,单位kA.电流互感器短时热稳定应大于或等于系统短路时的短时热稳定电流.2 35kV侧电流互感器的选择35kV 级电流互感器分为户外型和户内型两类.户外电流互感器,一般选用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器,常用LB系列、LABN系列.选用LCZ35型浇注绝缘加强型电流互感器,作为保护、测量、计算之用.电流互感器额定电压为42kV,大于系统标称电压35kV.额定二次电流5A.主变进线电流为129.90A,额定一次电流选用600A,大于主变电流.选用LCZ35Q型电流互感器,0.2级25VA为计量,0.5级40VA为测量,10P15级50VA为保护.动稳定校验,电流互感器动稳定电流为120kA,大于短路冲击电流34.0291kA,满足要求.热稳定校验,电流互感器的热稳定,Qk=13.344720.63=112.19kA2S.电气设备= kA2S.满足要求.3 10kV侧电流互感器的选择10kV进线选用LQZBJ10型电流互感器.额定电压10kV,最高工作电压11.5kV,大于系统标称电压10kV,额定电流1500A ,大于10kV侧负荷电流866.03A,满足要求.额定二次电流为5A.电流互感器额定动稳定电流140kA,大于10kV侧三相短路冲击电流22.7346kA.热稳定校验Qk=8.915520.63=50.08kA2S.电气设备= kA2S,满足要求.故选择的电流互感器满足要求.6.4.2 电压互感器的选择1电压互感器选择的原则电压互感器正常工作条件时,按一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级、机械荷载条件选择. 10kV配电装置一般采用油浸绝缘结构；在高压开关柜中,可采用树脂浇注绝缘结构.当需要零序电压时,一般采用三相五柱电压互感器. 35110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器.目前采用电容式电压互感器,实现无油化运行,减少电磁谐振.表6-8 电压互感器额定电压选择表型式一次电压/V二次电压/V第三绕组电压/V单相接于一次线电压上如V/V接法100接于一次相电压上/100/中性点非直接接地系统100/3,100/中性点直接接地系统100三相100100/36.5 熔断器的选择6.5.1 熔断器概述熔断器是最简单的保护电器,它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害.熔断器的主要元件是一种易于熔断的熔断体,简称熔体,当通过熔体的电流达到或超过一定值时,由于熔体本身产生的热量,使其温度升高,达到金属的熔点时,熔断切除电源,因而完成过载电流或短路电流的保护.按安装条件与用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌开式、屋内式.对于一般的高压熔断器,其额定电压必须大于或等于电网的额定电压,额定电流必须大于回路的最大工作持续电流,开断电流必须大于或等于短路冲击电流.在本站中,熔断器只用于保护电压互感器 ,其只需按额定电压与断流容量S两项来选择.当短路容量较大时,可考虑在熔断器前串联限流电阻.6.5.2 35kV侧熔断器的选择选择RW535/600型跌开式熔断器,额定电压35kV,满足要求,断流容量600MVA,需加一定得限流电阻方满足要求.最大开断电流100kA,大于短路冲击电流34.0291kA,满足校验.6.5.3 10kV侧熔断器的选择 选择RN210/0.5型户内熔断器,额定电压10kV,满足要求,断流容量1000MVA,大于短路容量162.1429MVA,满足要求.最大开断电流50kA,大于短路冲击电流22.7346kA,满足校验.7 防雷保护计算7.1 防雷保护对直击雷的保护一般来用避雷针或避雷线.由线路入侵的雷电波电压；其主要防护措施是在发电厂,变电所内装设阀型避雷器.以限制入侵雷电波的幅值.使设备上的过电压不超过其冲击耐压值.在变电所60KV侧和10KV侧母线分别设置阀型避雷器,其型号分别为FZ60 ,FZ10对于3560KV的配电装置中,以防止雷击时引起的反击,闪络可能一般采用独立避雷针进行保护.并应满足不发生反击要求,并且使所有的电气设备都在避雷针的保护范围之内,为了防止避雷针与被保护设备之间的空气间隙被击穿,而造成反击事故.110kv 的屋外配电装置,将避雷针装在配电装置的构架上,对于10kv 和35kv 的屋内配电装置,为防止雷击时引起反击闪络的可能,采用独立的避雷针.主变压器用独立的避雷针.屋外组合导线,采用独立的避雷针.变电站的保护范围分为三种：1电工装置,包括屋内外配电装置、主控制楼、组合导线和母线桥等.2需要采取防雷措施的建筑物和构造物,按着在发生火花时能否引起爆炸或火灾.凡是在建筑物长期保存或经常发生瓦斯、蒸汽、尘埃与空气的混合物,可能引起电火花发生爆炸,以与引起房屋破坏和人身事故者.但在因电火花发生爆炸时,不致引起巨大的破坏或人身事故者.凡遭受直击雷时,仅有火灾与机械破坏危害,且对建筑物内部的人有危害者.3不需专门防雷保护的建筑物.在变电站中的建筑物装设直击保护装置,诸如屋内外配电装置,主控室等.变电站遭受雷害可能来自两个方面：雷直击于变电站,雷击线路,沿线路向变电所入侵的雷电波.1应该采用避雷针或避雷线对高压配电装置进行直击雷保护并采取措施防止电击.2应该采取措施防止或减少发电厂和变电所近区