毕业设计（论文）-10KV变电所电气部分初步设计（含图纸）

广西电力职业技术学院电力工程系 毕业设计说明书毕业设计说明书 题题 目目: 10KV 变电所电气部分初步设计 专专 业业: 发电厂及电力系统 班班 级级: 电力 904 班 学学 号号: 姓姓 名名: 指导老师指导老师: 如需图纸，联系如需图纸，联系 QQ153893706 2011 年年 11 月月 18 日日 前 言 毕业设计是高等工程教育最重要的实践性教学环节，它是由我 们独立完成的一项综合性、创造性、设计性的大型作业。开展毕业 设计课题至关重要并具有深远的意义，不仅培养我们分析和解决各 种实际问题的能力，也进一步巩固、深化和扩展所学的理论知识。 我们这次设计的主要内容是对某 110kV 降压变电站的电气部分 进行初步设计,包括了：负荷统计分析、主变的选择、电气主接线方 案选择、短路电流的计算、电气设备的选择和校验、防雷设施以及 继电保护的选择等内容。 经过五个星期的努力，我终于完成了这次毕业设计。在此过程 中，我从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究， 我有了不少的 收获： 巩固了以前学的专业知识，并在以前的基础上理解的更加透彻， 掌握的更加熟练；锻炼了自己的实际应用能力，将课本上学到的理 论知识和实际生产联系了起来；增强了自己独立解决问题的能力以 及团队合作精神，培养实事求是、全面科学、严肃认真的工作作风， 为今后从事本专业工作打下坚实牢固的基础。 但由于时间和水平的局限，设计中难免会有不妥之处，敬请老 师多批评指导。 2011 年 11 月 18 日 目 录 前前 言言 第第 1 章章 原始材料原始材料1 1.1 变电站基本资料1 1.2 变电站负荷情况1 2.1 负荷的概述1 2.1.1 负荷分类.2 第第 2 2 章章 主变压器的选择主变压器的选择3 2.1 概述3 2.2 主变压器台数的原则及选择3 2.3 主变压器容量的选择4 2.3 主变压器形式的选择5 第第 3 3 章章 电气主接线选择电气主接线选择6 3.1 概述6 3.2 电气主接线的基本要求6 3.3 变电站主接线基本接线方式7 3.4 变电站主接线选择8 3.4.1 110kV 侧主接线选择方案.8 3.4.2 35kV 侧主接线方案选择.9 3.4.3 10kV 侧主接线方案选择.10 3.4.4 变电站主接线图.10 3.4.5 变电站的站用电.11 3.4.6 最终电气主接线方案.12 第第 4 4 章章 短路电流的计算短路电流的计算13 4.1 概述13 4.2 目的13 4.3 方法13 4.4 基本假定14 4.5 短路电流的计算步骤14 4.5.1 短路点的选择.14 4.5.2 元件电抗.15 4.5.3 三相短路电流计算.16 第第 5 5 章章 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验21 5.1 电气选择的一般条件21 5.2 断路器的选择和校验22 5.2.1 对断路器的基本要求.22 5.6.2 断路器选择.22 5.3 隔离开关的选择25 5.3.1 隔离开关的作用.25 5.3.2 隔离开关的选择.26 5.4 熔断器的选择28 5.5 高压开关柜的选择29 5.6 架空导线、母线和电缆的选择30 5.6.1 选择原则.30 5.6.2110kV 架空导线选择.31 5.6.3 10kV 侧母线的选择.32 5.6.4 10kV 侧电缆的选择.33 5.7 电气设备汇总表34 第第 6 章章 互感器配置互感器配置34 6.1 概述34 6.2 互感器的配置要求35 6.3 电流互感器配置原则35 6.4 电压互感器配置原则35 6.5 配置的结果36 6.5.1 电流互感器.36 6.5.2 电压互感器.36 第第 7 7 章章 变电站的防雷保护变电站的防雷保护36 7.1 防雷保护的必要36 7.2 变电站的直击雷保护37 7.3 变电站入侵波的保护37 7.4 变电站的进线段保护38 第第 8 8 章章 继电保护的配置继电保护的配置38 8.1 概述38 8.2 继电保护的重要性38 8.3 继电保护的基本要求39 8.4 本变电站的保护配置39 8.4.1 变压器保护配置.39 8.4.2 母线保护.40 8.5 输电线路的保护装置41 8.6 自动装置41 参考文献参考文献43 致致 谢谢44 附录附录 1 1 变电站主接线图变电站主接线图.45 第 1 章 原始材料 1.11.1 变电站基本资料变电站基本资料 1、本变电所建成后主要向本地用户供电，预计变电所今后不再扩建； 2、本变电所与电力系统连接情况： 本变电所需设 110/35/10KV 三个电压等级。 （1）110KV 侧：设有两回架空线路与 110KV 系统相连；110KV 系统可以视为无 限大电源。 （2）35KV 侧：共有四回架空线路，其中两回线路连至 35KV 侧系统，35KV 系统总装机容量为 87MVA，最大等值阻抗为 4.9，最小等值阻抗为 3.7（均 已归算至 110KV） ，35KV 系统发电机主要为水轮发电机。 （3）环境情况：本变电站位于工业园区，地势平坦，年最高温度为 38.5，年 最低气温为2.8；海拔高度为 80.6 米；年平均雷暴日数位 77.5 日/年。 （4）变电所在系统中的地理位置如图所示： 1.2 变电站负荷情况变电站负荷情况 1、35KV 侧有两回架空线路给某城镇变电站供电，最大负荷为 12.5MW，且该变 电站无其他电源。 2、10KV 侧有 26 回电缆出线，电缆长度为 170km，最大综合用电负荷为 35MW。 3、正常运行时，预计有穿越功率最小为 10MW，最大为 13MW，由 110KV 系统送 入 35KV 电网。 2.12.1 负荷的概述负荷的概述 由于电能的生产、输送和使用本身所固有的特点，以及保证连续不断地为 用户提供电能。对用户的分析及计算是必要的，是选择变压器、电气主接线、 计算短路电流等提供依据。 2.1.1 负荷分析负荷分析 表 2-1 负荷统计表 电压等级负荷(MW) 110KV13 35KV12.5 10KV35 汇总60.5 注：以上负荷的统计是根据第一章的原始资料来汇总。 负荷统计分析： 根据以上的得出结果，若中断供电，可能影响人身或设备安全，使变 电站无法正常运行或发电量大幅度下降，必须保证用户供电可靠性，所以要求 有两个及两个以上独立电源供电，当任何一个电源失去后，能保证全部负荷不 间断供电。 第 2 章 主变压器的选择 2.1 概述 主变压器的选择与变压器的台数、形式、连接组别、电压等级、调压等级、 冷却方式、运输条件以及变电站的容量有关。它的确定除了依据基本原始资料 外，还应根据电力系统 510 年的发展规划，输送功率大小、馈线回路数、电 压等级及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。根据变电站 所带负荷性质和电网结构来确定主变压器的容量。 在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电站的自身特点，在满足可 靠性的前提下，要考虑到经济性来选择变压器。 选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电站的扩建情况来选择主变压器 的台数及容量。 2.2 主变压器台数的原则及选择 1、选择原则 （1）对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的变电站，应选用两台相同 容量的主变压器。 （2）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况下，变电 站以装设两台为宜，对于地方性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在 设计时应考虑装设三台主变压器的可能性；对于规划只装设两台主变压器的变 电站，其变压器的基础宜按大于变压器容量的 12 级设计。 2、主变压器台数的选择 根据原始资料，有两回架空线路与 110KV 系统相连，还有两回架空线路与 35KV 系统相连，所以选择两台变压器。 2.3 主变压器容量的选择 1、变压器容量选择原则 （1）只有一台主变压器的变电站，选择主变容量 SNT应大于总视在计算容量， 即 STS。 （2）对装有两台主变压器的变电站，任一台主变单独运行时，应满足全部总计 算负荷 70%的需要，即 ST=0.7S。 2、主变压器容量的确定 （1）主变压器容量一般按变电站内建成后 5-10 年的发展规划负荷选择，本变 电站主变压器容量应留有 10%的裕度，以备加接临时负荷之用。 （2）容量计算过程： Cos P T ca S 式中 变电站计算负荷(kw)；ca P 平均功率因数，取 0.85。 Cos （选自发电厂变电站电气设备 ，P315 页） MVAST18.71 85.0 5.60 考虑负荷的发展，留有 10%的裕度，则有 MVAss T 298.781 . 118.71%)101 ( 任一台主变单独运行时，应满足全部总计算负荷 70%的需要 MVAssT 8 . 54298.787 . 07 . 0 按单台变压器容量选择为 ST=63MVA 验证： 因为此变电站主变选择是两台变压器,单台变压器容量按一台主变压器停运 T S 时,其余变压器容量不应小于 70%的全部负荷或全部重要负荷大于MVAST63 ,满足了任一台主变单独运行时，应满足全部总计MVAS8 .54298.787 . 07 . 0 算负荷 70%的需要，则单台变压器容量的选择为 63MVA。 2.4 主变压器形式的选择 1、主变相数的选择 当不受运输条件限制时，在 330kV 以下的变电所均应选择三相变压器。而 选择主变压器的相数时，应根据原始资料及设计变电所的实际情况来选择。 本次设计的变电站，考虑运输的条件和占地面积，选用三相变压器。 2、主变绕组数的选择 在具有三种电压等级的变电站，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到 该变压器容量的 15%以上的主变宜采用三绕组变压器。 本次所涉及的变电站具有三种电压等级，且通过主变压器的各侧绕组的功率 均达到该变压器容量的 15%以上，所以选用三绕组变压器。 3、主变调压方式的选择 为了保证变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的 分接头开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现变压调 整。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在 以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%,但%5 . 22 其结构复杂、价格较贵。 对于 110kV 及以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调 压方式，所以本变电站采用有载调压方式。 4、主变连接组别的选择 变压器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星型和三角型。我国 110kV 及以上电压，变压器绕 组都采用星型连接；35kV 亦采用星型连接，其中性点多通过消弧线圈接地，故 本变电站 110kV 侧采用星型接线，35kV 侧采用星型连接，10kV 侧采用三角型接 线。即可确定本 110kV 降压变电站所选择变压器绕组接线方式为 Ynyn0d11接线。 5、主变冷却方式的选择 （1） 自然风冷却，一般适用于 7500kVA 以下小容量变压器。 （2）强迫风冷却，适用于容量大于等于 8000kVA 的变压器。 （3）强迫油循环水（风）冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺 寸等优点，但是它要有一套冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高， 维护工作量较大。 （4）油浸风冷，适用于容量在 8000kVA 以上的变压器。 根据待设计变电站主变的容量为 63000kVA，为使主变的冷却方式既能达 到预期的冷却效果，又简单、经济，所以选用油浸风冷却方式。 综上可得该变电站的主变压器型号及相关参数如下表所示 表 3-1 主变压器型号及相关参数 额定电压（KVA) 负载损耗 （KW） 阻抗电压(%) 变压器 型号 额定 容量 (KVA)高压中压低压 空载 损耗 KW 高 中 高低 中 低 高 中 高 低 中 低 空载 电流 （%） SFSZ9- 63000 /110 63000 1108 1.25 % 38.52 25% 10.551.5270.0 降压型 高中：10.5 高低：17.5 中低：6.5 0.32 (选自电力系统P269 附表 B-4） 注：该型号变压器为三绕组有载调压变压器，在电网电压波动时，它能在负荷 运行条件下自动或手动调压，保持输出电压的稳定，从而提高供电质量。 第 3 章 电气主接线及设计 3.1 概述 发电厂、变电站的电气主接线是由发电机、变压器、断路器等一次设备按 其功能要求，通过连接线连接而成的用于表示电能的生产、汇集和分配的电路， 通常也称之为一次接线或电气主系统。电气主接线中一次设备的数量、类型、 电压等级、设备之间的相互连接方式，以及电力系统的连接情况，反应出该电 厂或变电站的规模和在电力系统中的地位。电气主接线直接影响系统运行的可 靠性、灵活性、经济性。 3.2 电气主接线的基本要求 电气主接线应满足一下基本要求：电气主接线应满足一下基本要求： （1）保证必要的供电可靠性。 （2）具有一定的灵活性。 （3）保证维修及检修似的安全、方便。 （4）尽量减少一次投资和降低年运行费用。 （5）必要时能满足扩建的要求。 3.3 变电站主接线基本接线方式 表 4-1 主接线常用基本接线方式 接线 方式 优点缺点适用范围 单母线 接线 接线简单清晰， 设备少，操作方便， 投资少，便于扩建。 供电可靠性和灵活性较 差，在母线及母线隔离开关 检修或故障时，各支路都必 须停止工作需使整个配电装 置停电；引出线的断路器检 修时，该支路要停止供电。 适用于对供电可靠性 要求不高的中、小型发电 厂与变电站中。 单母线 分段 接线 （1）当母线发生故障 时，仅故障母线段停 止工作，另一段母线 仍继续工作。 （2）两 段母线可看成是两个 独立的电源，提高供 电可靠性，可对重要 用户供电。 （1）当一段母线故障或检修 时，必须断开接在该段母线 上的所有支路，停电范围教 大。 （2）任一支路断路器检 修时，该支路必须停电。 (1) 610kV，出线 6 回 以上，每段母线容量不超 过 25MW；（2）3563KV, 出线回路数为 48 回为 宜。 （3）110220KV 配电 装置的出线回路数为 34 回为宜。 单母线 分段带 旁路母 线接线 与单母线分段相比， 唯一的好处是出线断 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。 （1）增加了配电装置的设备， 增加了占地，也增加了工程 投资。 （2）旁路断路器代替 个回路断路器的倒闸操作复 杂，容易产生误操作，酿成 事故。 （3）保护及二次回路 接线复杂。 用于电压为 610KV 出线 较多且对重要负荷供电的 装置中；35KV 及以上有重 要联络线路或较多重要用 户时也采用。 双母线 接线 （1）可靠性高。 （2）灵活性好。 （3）扩建方便。 （1）检修出线断路器时该支 路仍然会停电。 （2）设备较多、配电装置复 杂，运行中需要用隔离开关 切换电路，容易引起误操作； 同时投资和占地面积较大。 （1）电压为 610kV 短 路容量大、有出线电抗器 的装置。 （2）电压为 3560kV 出线超过 8 回或 电源较多、负荷较大的装 置。 （3）电压为 110kV220kV 出线为 5 回 及以上或者在系统中居重 要位置出线为 4 回及以上 的装置。 双母线 分段 接线 大大提高了主接 线系统的工作可靠性。 增加母联断路器和分段 断路器数量，配电装置投资 较大。 用于 220KV 线路 4 回 及以上出线或者 110KV 线 路有 6 回及以上出线的场 合 桥形 接线 桥形接线配电装置的 结构比较简单，造价 便宜，运行中具有一 定的可靠性、灵活性、 便于扩展。 （1）内桥接线正常运行时变 压器操作复杂。同时，出现 断路器故障或检修时，造成 该回路停电。(2) 线路投入 与切除时，操作复杂。 在具有两台主变压器的双 回线路中变电站中得到广 泛应用。 （参照发电厂变电站电气设备 。 ） 3.4 变电站主接线选择 3.4.1 110kV 侧主接线选择方案 当有两台主变压器和两回线路时可采用桥式接，桥式接线可分为内桥接线 和外桥接线，以后随着发展，过渡到单母线分段和双母线接线。本变电站 110kV 侧有两回进线，初步拟定方案为桥式接线,即有内桥和外桥接线两种方案。 图 4-1 方案 1 内桥接线 图 4-2 方案 2 外桥接线 方案 1 内桥接线特点： (1)线路操作方便。如线路发生故障，仅故障线路的断路器跳闸，其余三回 路可继续工作，并保持相互的联系。 (2)正常运行时变压器操作复杂。 (3)桥回路故障或检修时全厂分裂为两部分，使两个单元之间失去联系；同 时，出现断路器故障或检修时，造成该回路停电。为此，在实际接线中可采用 设外跨条来提高运行灵活性。 内桥接线使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 不需要经常切换的运行方式的变电站中。 方案 2 外桥接线特点： (1)变压器操作方便。 (2)线路投入与切除时，操作复杂。如线路检修或故障时，需断开两台断路 器，并使该侧变压器停止运行，需经倒闸操作恢复变压器工作，造成变压器短 时停电。 (3)桥回路故障或检修时两个单元之间失去联系，出线侧断路器故障或检修 时，造成该侧变压器停电，在实际接线中可采用设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且线路较短故障可能性小和变压器需要 经常切换，而且线路有穿越功率通过的变电站中。 两种方案均具有接线简单清晰、设备少、造价低、易于发展成为单母线分 段或双母线接线，为了节省投资，变电站建设初期，可先采用桥形接线，并预 留位置，随着发展逐步建成单母线分段或双母线接线。 根据综上所述，110kV 侧采用方案 2 外桥接线方式。 3.4.2 35kV 侧主接线方案选择 根据实际情况初步拟定三种方案，如下各图所示： 表4-2 主接线方案比较 接线方式单母线分段接线（方案 1） 单母线接线（方案 2）单母分段带旁路接线（方案 3） 优、缺点 (1)一段母线故障停止工 作，另一段母线仍可工作。 两段接线可提高供电可靠 性。(2)当一段母线故障 时，该母线上所有支路必 须断开，停电范围较大； 任一支路断路器检修时， 该支路必须停电 (1) 单母线接线简单、清 晰，采用设备少，操作方 便，投资少，便于扩建。 (2)可靠性和灵活性较差。 在母线和母线隔离开关检 修或故障时，各支路都停 电，引出线的断路器检修 时，该支路要停电。 (1)单母线分段相比，唯一的好 处是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。(2)增加了配电 装置的设备，增加了占地，也 增加了工程投资。 (3)旁路断路器代替个回路断路 器的倒闸操作复杂，容易产生 误操作，酿成事故。(4)保护及 二次回路接线复杂。 二次保护一般简单复杂 维护性较好较差较好 灵活性较好较差较好 技 术 比 较 可靠性较好较差高 经济比较略有增加投资少投资大 通过以上的比较，单母线分段接线方式与单母线接线方式在可靠性和灵活 性方面比单母线较好，维护方便性好。经济方面有点增加，但不起主导地位； 单母线分段接线方式与单母分段带旁路接线相比，在可靠性、灵活性和维护方 面都差不多，但是单母分段带旁路接线增加了配电装置的设备，增加了占地， 也增加了工程投资。所以综合考虑，选择单母线分段接线（方案 1）较为合理。 3.4.3 10kV 侧主接线方案选择 10kV侧主接线方案选择的分析过程同35kV侧主接线方案选择相同，故选择 单母线分段接线比较合理。 3.4.4 变电站主接线图 根据以上分析结果得出变电站主接线图4-6所示: 第 4 章 短路电流的计算 4.1 概述 所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地(或中性线） 之间的非正常连接。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、 两相接地短路和单相接地短路。 选择电气设备时，通常用三相短路电流；校验继电保护动作灵敏度时用两 相短路、单相短路电流或或单相接地电流。工程设计中主要计算三相短路电流。 4.2 目的 短路电流计算主要是为了解决以下几个问题： （1）电气设备的选择。电力系统中的设备在短路电流的作用下会发热，会 受到电动力的冲击，为此必须计算短路电流，以校验设备的动、热稳定性，并 保证所选择的设备在短路电流热效应和力效应作用下不受到损坏。 （2）继电保护的设计和整定。电力系统中应配置什么样的保护，以及这些 保护装置应如何整定，都需要对电力网中发生的各种短路进行分析和计算。在 这些计算中要知道故障支路的短路电流值，还要知道短路电流在网络中的分布 情况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。 （3）接线方案的比较和选择。在设计电力网的接线图和发电厂以及变电所 的电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否增加限制短路电 流的设备等，都必须进行短路电流计算。 此外，在分析输电线路对通信线路的干扰时，必须进行短路电流计算。 4.3 方法 1、有名值法 2、标幺值法 3、短路功率法 结合本设计的实际情况，采用标幺值法进行计算较为方便，即标幺值=实际 有名值基准值（与实际有名值同相量）。 4.4 基本假定 短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则： 1、正常工作时，三相系统对称运行。 2、所有的电源的电动势相位角相同。 3、短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 4、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 5、元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 6、输电线路的电容略去不计。 4.5 短路电流的计算步骤 4.5.1 短路点的选择 一般发生在母线上的短路电流较大，故短路点选择在各侧的母线上。然而 当母连开关闭合时短路电流最大，如图 5-1 所示： 图 5-1 标幺值等效电路图 4.5.2 元件电抗 1 1、求各元件的电抗标幺值、求各元件的电抗标幺值： MVASB100 avB UU 变电站与 110KV 系统的架空线长度为 55km，110KV 侧为无限大电源;与 35KV 系统的架空线长度为 47km，总装机容量为 87MVA,最大等值阻抗为 4.9，最小等值阻抗为 3.7。 由于选择的变压器型号为 SFSZ963000/110,查表可得： 5 . 10% 12 k U5 . 6% 23 K U 5 . 17% 13 K U 110KV 线路电抗： (电力系统P41)1664 . 0 554 . 0 115115 100 121 B B U S LXXX 75.10) 5 . 6 5 . 175 .10(%)%(% 2 1 2313122 1 1 KKKK UUUU 25. 0) 5 .175 . 6 5 . 10(%)%(% 2 1 1323122 1 2 KKKK UUUU 25. 0) 5 .175 . 6 5 . 10(%)%(% 2 1 1213232 1 3 KKKK UUUU 变压器高压侧电抗： 171 . 0 63 100 100 75.10 100 % 43 1 T BK S SU XX 变压器中压侧电抗： 004 . 0 63 100 100 25 . 0 100 % 65 2 T BK S SU XX 变压器低压侧电抗： 1071. 0 63 100 100 75 . 6 100 % 87 3 T BK S SU XX 35KV 线路电抗： 687 . 0 474 . 0 3737 100 2 1 9 X 2、求各短路点在、求各短路点在 t 等于零和无穷大时的短路电流、短路冲击电流等值等于零和无穷大时的短路电流、短路冲击电流等值。 （1）当短路点发生在 K1 时，如图 52 所示： 图 52 K1 的短路点 35KV 系统本身电抗标幺值： （电力系统P36 页） 235 . 0 22 37 7 . 387 10 B BB U ZS X 110KV 侧： 0832. 01664. 0 2 1 12 1 110 XX kv 35KV 侧： 0055. 1235 . 0 687. 0 )004 . 0 171 . 0 ()004 . 0 171 . 0 ( )004 . 0 171 . 0 )(004. 0171 . 0 ( 109)()( )( 35 6453 6453 XXX XXXX XXXX kv 875 . 0 0055. 1 100 87 35 35 B kv S S kvjs XX 因为 110KV 系统可视为无限大电源，35KV 系统发电机主要为水轮发电机， 由电力系统P22 表图 D8 可查 t=0 时,3.1 * I )(064 . 8 029. 2035 . 6 3 . 1 373 100 1153 100 0832 . 0 1 1 KAI f 当时，由表图 D9 可查，t6.1 * I )(532. 8497. 2035. 66 . 1 373 100 1153 100 0832. 0 1 1 KAI f 当 t=0 时，稳态短路电流 )(064 . 8 1 KAI f 短路冲击电流： )(53.20064 . 8 8 . 122 11 KAIKi fmm 短路电流最大有效值： )(18.12064. 851 . 1 ) 1(21 1 2 1 KAIKI fmm 短路容量： )( 2 . 1606064 . 8 11533 1 MVAIUS favf 当时，稳态短路电流t )(532 . 8 1 KAI f 短路冲击电流： )(72.21532.88.122 11 KAIKi fmm 短路电流最大有效值： )(88.12532. 851. 1) 1(21 1 2 1 KAIKI fmm 短路容量： )( 5 . 1699532 . 8 11533 1 MVAIUS favf （2）当短路点发生在 K2 时，如图 53 所示： 图 53 K2 的短路点 110KV 侧： 1667. 0 3334 . 0 3334 . 0 3334 . 0 3334 . 0 )()( )( 110 642531 642531 XXXXXX XXXXXX KV X 35KV 侧： 922 . 0 235 . 0 687 . 0 10935 XXX KV 802 . 0 922 . 0 100 87 35 35 N S S KVjs XX 因为 110KV 系统可视为无限大电源，35KV 系统发电机主要为水轮发电机， 由电力系统P277 图 D8 可查。当 t=0 时，。35. 1 * I )(119. 535 . 1 373 100 1153 100 1667. 0 1 1 KAI f 当时，。t75 . 1 * I )(743. 575 . 1 373 100 1153 100 1667 . 0 1 1 KAI f 当 t=0 时,稳态短路电流)(119 . 5 1 KAI f 短路冲击电流： )(03.13119. 58 . 122 11 KAIKi fmm 短路电流最大有效值： )(730 . 7 119 . 5 51 . 1 ) 1(21 1 2 1 KAIKI fmm 短路容量： )(06.328119. 53733 11 MVAIUS favf 当时，稳态短路电流。t)(743 . 5 1 KAI f 短路冲击电流： )(59.14743 . 5 8 . 122 11 KAIKi fmm 短路电流最大有效值： )(672 . 8 743 . 5 51 . 1 ) 1(21 1 2 1 KAIKI fmm 短路容量： )(05.368743. 53733 1 MVAIUS favf （3）当短路点发生在 K3 时，如图 54 所示： 图 54 K3 的短路点 110KV 侧： 2223 . 0 0536 . 0 1687. 0 110 KV X 35KV 侧： 9736.0536.092.0 35 KV X 847.09736.0 100 87 js X 因为 110KV 侧可视为无限大电源，35KV 系统发电机为水轮发电机，由电力 系统P275 图 D9 可查，当 t=0 时，。3 . 1 * I )(287 . 4 3 . 1 373 100 1153 100 2223 . 0 1 1 KAI f 当时,由表 D6 可查。t6 . 1 * I )(755. 46 . 1 373 100 1153 100 2223 . 0 1 1 KAI f 当 t=0 时，稳态短路电流)(287.4 1 KAI f 短路冲击电流： )(91.10287 . 4 8 . 122 11 KAIKi fmm 短路电流最大有效值: )(473 . 6 287. 451 . 1 ) 1(21 1 2 1 KAIKI fmm 短路容量： )(97.77287. 4 5 . 1033 1 MVAIUS favf 当时,稳态短路电流t)(755.4 1 KAI f 短路冲击电流： )(102.12755. 48 . 122 11 KAIKi fmm 短路电流最大有效值： )(180 . 7 755. 451 . 1 ) 1(21 1 2 1 KAIKI fmm 短路容量： )(47.86755. 4 5 . 1033 1 MVAIUS favf 3、综上所得三相短路电流计算结果如下综上所得三相短路电流计算结果如下 表 5-1 三相短路电流计算值 短路电流周期分量 有效值（KA) 短路冲击电流 （KA) 短路容量 （MVA) 短 路 点 编 号 短路点 额度电 压 （KV) 短路 点平 均电 压 （KV) t=0tt=0tt=0t K11101158.0648.53220.5321.721606.21699.5 K235375.1195.74313.0314.59328.06368.05 K31010.54.2874.75510.9112.10277.9786.47 4、结论结论 经过以上表格的对比，从中可得当时三相短路电流值最大，所以根据t 时的三相短路电流值来选择并校验电气设备。t 第 5 章 电气设备的选择与校验 5.1 电气选择的一般条件 正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条 件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下， 积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 1、按正常工作条件选择电气设备 (1)额定电压； （2）额定电流。 2、按短路状态校验 （1）短路热稳定校验； （2）动稳定校验。 5.2 断路器的选择和校验 5.2.1 对断路器的基本要求 1、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令，其拒动或误动都将造成严 重的后果。 2、具有足够的开断能力。断路器的开断能力是只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。 3、具有自动重合闸性能、输电线路的短路故障大多都是临时性的。为了提高电 力系统运行的稳定性和供电可靠性，线路保护多采用自动重合闸方式。 4、结构简单，经济合理。在满足安全、可靠的同时，还考虑到经济性，故要求 断路器的结构力求简单、尺寸小、重量轻、价格合理。 5.2.2 断路器选择 1、110KV 侧最大持续工作电流 )(715.166 11032 1000 5 . 60 05 . 1 32 05 . 1 ImA U S N C ax 110kV 侧电压等级下的三相短路电流周期分量有效值为，冲击电流KAIf532 . 8 最大值为 。KAim72.21 根据电流值查附表初步选型号为 LW25-126 的断路器，其技术参数如下表： 表 6-1 110kV 侧的断路器参数表(选自发电厂变电站电气设备P333 页） 型号 额定 电压 (KV) 最高工 作电压 (KV) 额定 电流 （A ） 额定开 断电流 （KA） 额定短时 耐受电流 KA（4s） 额定峰值 耐受电流 （KA） 额定关 合电流 （KA ） 额定合 闸时间 （s） 全开断 时间 （s） LW25-126 110126125031.531.580800.10.06 （1）断路器最高工作电压 126kV 大于系统额定电压 110kV； （2）断路器额定电流 IN=1250A最大持续持续工作；AI715.166 max （3）断路器额定开断电流三相短路周期分量有效值KAIke 5 . 31 KAI f 532 . 8 （4）动稳定校验 额定峰值耐受电流 ，短路冲击电流最大值，即kAi80 max KAim72.21 满足要求。 m ii max （5）热稳定校验 设,其中(为保护动作时间，t0为断路器分闸时间。) ste4 0 ttt re r t 时间内电气设备允许通过的热稳定电流有效值，则有 e t It2t= Ike2t=31.524=3969(kA2s) 时间内短路电流的热效应 e t)(18.2914532 . 8 22 2 SKAtIQk 则 It2t ，即满足要求。 k Q 故LW25-126的断路器，可满足技术条件要求。 2 2、 35kV 侧侧断路器选择断路器选择 35kV 侧最大持续工作电流 )(256.108 3532 1000 5 . 1205 . 1 32 05 . 1 ImA U S N N ax 35kV 侧电压等级下的三相短路电流周期分量有效值为，冲击电流KAIf743 . 5 最大值为。KAim59.14 根据电流值查附表初步选型号为 LW8-40.5 的断路器，其技术参数如下: 表 6-2 35kV 侧的断路器参数表(选自发电厂变电站电气设备P333 页） 型号 额定 电压 (KV) 最高工 作电压 (KV) 额定 电流 （A ） 额定开 断电流 （KA ） 额定短时 耐受电流 KA（4s） 额定峰值 耐受电流 （KA） 额定关 合电流 （KA ） 额定合 闸时间 （s） 全开断 时间 （s） LW8-40.5 3540.51600252563630.10.06 （1）断路器最高工作电压 40.5kV 大于系统额定电压 35kV； （2）断路器额定电流 IN=1600A最大持续持续工作；AI256.108 max （3）断路器额定开断电流三相短路周期分量有效值KAIke25KAIf743 . 5 （4）动稳定校验 额定峰值耐受电流 ，短路冲击电流最大值，即kAi63 max KAim59.14 满足要求。 m ii max （5）热稳定校验 设,其中(为保护动作时间，t0为断路器分闸时间。) ste4 0 ttt re r t 时间内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 e t ，时间内短路电流的热效应)(2500425 22 22 SKAtItI ket e t )(928.1314743 . 5 22 2 SKAtIQk 则 It2t ，即满足要求。 k Q 故LW8-40.5的断路器，可满足技术条件要求。 3 3、10kV10kV 侧断路器选择侧断路器选择 10kV 侧最大持续工作电流 )(91.1060 1032 100035 05 . 1 32 05. 1 ImA U SN ax 10kV 侧电压等级下的三相短路电流周期分量有效值为，冲击电流KAIf755 . 4 最大值为 。KAim102.12 根据电流值查附表初步选型号为 ZN18-12 的断路器，其技术参数如下表: 表 6-3 10kV 侧的断路器参数表(选自发电厂变电站电气设备P334 页） 型号 额定 电压 (KV) 最高工 作电压 (KV) 额定 电流 （A ） 额定开 断电流 （KA ） 额定短时 耐受电流 KA（4s） 额定峰值 耐受电流 （KA） 额定关 合电流 （KA ） 额定合 闸时间 （s） 全开断 时间 （s） ZN18-121012125031.531.580800.060.03 （1）断路器最高工作电压 12kV 大于系统额定电压 10kV； （2）断路器额定电流 IN=1250A最大持续持续工作；AI91.1060 max （3）断路器额定开断电流三相短路周期分量有效值；KAIke5 .31KAIf755 . 4 （4）动稳定校验：额定峰值耐受电流 ，短路冲击电流最大值kAi80 max ，即满足要求。KAim102.12 m ii max （5）热稳定校验：设,其中(为保护动作时间，t0为断路器 ste4 0 ttt re r t 分闸时间) 时间内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 It2t= Ike2t=31.524=3969(kA2s)； e t 时间内短路电流的热效应。 e t)(44.904755 . 4 22 2 SKAtIQk 则 It2t ，即满足要求，故 ZN18-12 的断路器符合要求。 k Q 5.3 隔离开关的选择 5.3.1 隔离开关的作用 (1)隔离电源。 (2)倒换线路或母线。 (3)关和与开断小电流电路。 12KV 的隔离开关，容许关和和开断 5km 以下的空载架空线路；40.5KV 的隔 离开关，容许关合和开断 10km 以下空载架空线路和 110KVA 以下的空载变压器； 126KV 的隔离开关，容许关合和开断 320KVA 以下的空载变压器。 5.3.2 隔离开关的选择 1 1、110kV110kV侧隔离开关的选择侧隔离开关的选择 )(715.166 8 . 011032 8 . 010005 .60 05 . 1 cos3 05 . 1 ImA U P N N ax 110kV 侧三相短路电流周期分量有效值，冲击电流。KAIf532 . 8 KAim72.21 根据电流值查附表初步选型号为 GW5-110D(W)的隔离开关。 其技术参数如下表： 表 6-4 110kV 侧的隔离开关参数表(选自发电厂变电站电气设备P335 页） 型号 额定电 压(KV) 最高工作 电压(KV) 额定电 流 （A） 动稳定电 流（KA） 热稳定试验 电流 KA（4s） 操动机构 GW5-110D(W)1101266305020V 形 （1）隔离开关额定电压 110kV 等于系统额定电压 110kV； （2）隔离开关额定电流 IN=630A最大持续持续工作；AI715.166 max （3）动稳定校验 动稳定电流 ，短路冲击电流最大值，即kAi50 max KAim72.21 满足要求。 m ii max （4）热稳定校验：设,其中(为保护动作时间，t0为断路器 ste4 0 ttt re r t 分闸时间)时间内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 e t ；时间内短路电流的热效应)(1600420 22 22 SKAtItI ket e t 。)(180.2914532 . 8 22 2 SKAtIQk 则 It2t ，即满足要求，故 GW5110D(W)的断路器符合要求。 k Q 2 2、 35kV35kV 侧隔离开关选择侧隔离开关选择 35kV 侧最大持续工作电流 )(256.108 8 . 03532 8 . 01000 5 . 12 05 . 1 cos3 05. 1 ImA U P N N ax 35kV 侧三相短路电流周期分量有效值，冲击电流KAIf743 . 5 KAim59.14 根据电流值查附表初步选型号为 GW4-35 的隔离开关，其技术参数如下表： 表 6-5 35kV 侧的隔离开关参数表(选自发电厂变电站电气设备P335 页） 型号 额定电 压(KV) 最高工作 电压(KV) 额定电 流 （A） 动稳定电 流（KA） 热稳定试验 电流 KA（4s） 操动机构 GW4-353540.56305020双柱式 （1）隔离开关额定电压 35kV 等于系统额定电压 35kV； （2）隔离开关额定电流 IN=630A最大持续持续工作；AI256.108 max （3）动稳定校验 动稳定电流 ，短路冲击电流最大值，即满足要kAi50 max KAim59.14 m ii max 求。 （4）热稳定校验：设,其中(为保护动作时间，t0为断路器 ste4 0 ttt re r t 分闸时间)时间内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 e t ；时间内短路电流的热效应)(1600420 22 22 SKAtItI ket e t 。则 It2t ，即满足要求，故 GW4)(93.1314743 . 5 22 2 SKAtIQk k Q 35 的断路器符合要求。 3 3、10kV10kV 侧隔离开关选择侧隔离开关选择 10kV 侧最大持续工作电流 )(91.1060 8 . 01032 8 . 0100035 05 . 1 cos32 05 . 1 ImaxA U P N N 10kV 侧三相短路电流周期分量有效值，冲击电流。KAIf755 . 4 KAim102.12 根据电流值查附表初步选型号为 GN2210 的隔离开关，其技术参数如下表： 表 6-6 10kV 侧的隔离开关参数表(选自发电厂变电站电气设备P335 页） 型号 额定电 压(KV) 最高工作 电压(KV) 额定电 流 （A） 动稳定电 流（KA） 热稳定试验 电流 KA（4s） 操动机构 GN22-101011.5200010040 （1）隔离开关额定电压 10kV 等于系统额定电压 10kV； （2）隔离开关额定电流 IN=2000A最大持续持续工作；AI91.1060 max （3）动稳定校验 动稳定电流 ，短路冲击电流最大值，即满足kAi100 max KAim102.12 m ii max 要求。 （4）热稳定校验：设,其中(为保护动作时间，t0为断路器 ste4 0 ttt re r t 分闸时间)时间内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 e t ；时间内短路电流的热效应)(6400440 22 22 SKAtItI ket e t 。则 It2t ，即满足要求，故)(4401.904755 . 4 22 2 SKAtIQk k Q GW2210 的断路器符合要求。 5.4 熔断器的选择 高压熔断器按额定电压、额定电流、额定开断电流和选择性等项来选择和校 验。 1、额定电压的选择:额定电压必须大于等于电网的额定电压UNS N U 2、额定电流的选择:熔断器开断电流校验: mNbr II 3、熔断器选择性校验：对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压 及断流容量两项来选择。 表 6-7 高压熔断器选择结果表(选自发电厂变电站电气设备P336 页） 型号 额定电压 （KV） 额定电流（KA） 断流容量 S（MVA） 备注 RN2-10100.51000 保护户内电压互感器用 RW9-35350.52000 保护户外电压互感器用 3、高压熔断器的校验 （1）开断电流的校验 1) 35kV侧 冲击电流的有效值=14.59(KA),熔断器开断电流 所以mI)(57 35 2000 KAI N N U S Nbr ,满足条件。 mNbr II 2)10kV侧 冲击电流的有效值=12.102（kA）熔断器开断电流mI 所以，满足条件。)(100 10 1000 KAI N N U S Nbr mNbr II 5.55.5 高压开关柜的选择高压开关柜的选择 1、高压开关柜的选择 对于110kV变电站，其10kV侧通常采用室内布置形式。在这里选用了GFC- 10型手车式开关柜，操作方便，断路器维修方便，具有一定的限制故障扩大的 能力。 开关柜配装ZN18真空断路器，与之前所选的10kV侧断路器型号匹配，其技 术参数如下表： 表6-8 开关柜技术参数表 型号 GFC10 额定电压10kV 最高工作电压12kV 额定电流2000A 额定开断电流31.5kA 操作方式弹簧 2、高压开关柜的校验 由于对10kV测高压开关柜只对断路器进行校验，其情况如下： （1）对电压：最高工作电压；12kV10kV 符合条件； N UU （2）对电流：最大持续工作 )(88.1060 1032 100035 05 . 1 32 05 . 1 10 max A U S I N kVN 额定电流；即2000A1060.88A ，符合条件； max IIe （3）热稳定电流 ；额定开断电流, 符合条)(638.27 )3( kAIIf kAIkA Ir 638.27 5 . 31 )3( 件。 故选用了GFC10型固定式开关柜。 5.6 架空导线、母线和电缆的选择 5.6.15.6.1 选择原则选择原则 1、母线及电缆的选择 敞露母线一般按下列各项进行选择和校验：导体材料、类型和敷设方法；导 体截面；机械强度；电晕；热稳定；动稳定。电缆则按额定电压、电晕导体材 料、类型和敷设方法、导体截面及允许的电压降选择和校验。 2、敞母线及电缆的选择 35kV及以下，一般用三相铝芯电缆；110kV及以上采用单相充油电缆；直 埋地下，一般选用钢带铠装电缆；敷设在高差较大地点，应采用不滴流或塑料 电缆。 3、 母线及电缆截面的选择 除配电装置的汇流母线及较短导线按长期发热允许电流选择外，其余导体 截面一般按经济电流密度选择。部分导体的经济电流密度,见下表: 表6-9 导线、母线及电缆的经济电流密度（）J 2 /mmA 最大负荷年利用小时数 max T 导体材料 3000以下300050005000以上 铝裸导线及母线1.651.150.9 铝芯电缆1.921.731.54 表 6-10 温度校正系数 K 值 母线最高允许温度（70）实际环 境温度 （） -505101520253035404550 K1.291.241.201.15.1.111.051.000.940.880.810.740.67 表 6-11 母线、电缆线、导线的热稳定系数 C 值（Amm2）S 母线材料最大允许温度（）C 值 铜 320175 铝22097 不直接与设备连接42066 直接与设备连接32062 注：以上表格出自变电所及电力网设计与应用-中国电力出版社 导体的经济截面由决定，正常工作是