课程设计---110KV变电站电气主接线设计.doc

1 110KV110KV 变电站电气主接线设计变电站电气主接线设计 摘摘 要要 本次设计为 110kV 变电站电气主接线的初步设计，并绘制电气主接线图。 该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为 110kV、35kV 和 10kV 三个电压等 级。110KV 电压等级采用双母线接线，35KV 和 10KV 电压等级都采用单母线分段 接线。 本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校 验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、熔断器等） 、各电压等 级配电装置设计以及防雷保护的配置。 关键词：降压变电站；电气主接线；变压器；设备选型；无功补偿 Abstract 2 目目 录录 1.电气主接线设计 1.1 110KV 变电站的技术背景 3 1.2 主接线的设计原则 3 1.3 主接线设计的基本要求 3 1.4 高压配电装置的接线方式 4 1.5 主接线的选择与设计 8 1.6 主变压器型式的选择 9 2.短路电流计算 2.1 短路电流计算的概述 11 2.2 短路计算的一般规定11 2.3 短路计算的方法12 2.4 短路电流计算12 3.电气设备选择与校验 3.1 电气设备选择的一般条件15 3.2 高压断路器的选型16 3.3 高压隔离开关的选型17 3.4 互感器的选择17 3.5 短路稳定校验18 3.6 高压熔断器的选择18 4.屋内外配电装置设计 4.1 设计原则19 4.2 设计的基本要求20 4.3 布置及安装设计的具体要求20 4.4 配电装置选择21 5.变电站防雷与接地设计 5.1 雷电过电压的形成与危害22 5.2 电气设备的防雷保护22 5.3 避雷针的配置原则23 5.4 避雷器的配置原则23 5.5 避雷针、避雷线保护范围计算23 5.6 变电所接地装置24 6.无功补偿设计 6.1 无功补偿的概念及重要性24 6.2 无功补偿的原则与基本要求24 7.变电所总体布置 7.1 总体规划26 7.2 总平面布置26 结束语 27 参考文献 27 3 1.1.电气主接线设计电气主接线设计 1.11.1 110KV110KV 变电站的技术背景变电站的技术背景 近年来，我国的电力工业在持续迅速的发展，而电力工业是我国国民经济的一个重要 组成部分，其使命包括发电、输电及向用户的配电的全部过程。完成这些任务的实体是电 力系统，电力系统相应的有发电厂、输电系统、配电系统及电力用户组成。110KV 变电所 一次部分的设计，是主要研究一个地方降压变电所是如何保证运行的可靠性、灵活性、经 济性。而变电所是作为电力系统的一部分，在连接输电系统和配点系统中起着重要作用。 我们这次选题的目的是将大学四年所学过的电力工程 、 电力系统自动化 、 电机学 、 电路等有关电力工业知识的课程，通过这次毕业设计将理论知识得以应用。 1.21.2 主接线的设计原则主接线的设计原则 在进行主接线方式设计时，应考虑以下几点： 变电所在系统中的地位和作用； 近期和远期的发展规模； 负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响； 主变压器台数对主接线的影响； 备用容量的有无和大小对主接线的影响。 1.31.3 主接线设计的基本要求主接线设计的基本要求 根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容 量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行 灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。 a.a.可靠性可靠性 所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客 观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可 靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑 继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的， 一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可 靠性的标志如下： (1)断路器检修时是否影响供电； (2)线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否 保证对重要用户的供电； (3)变电站全部停电的可能性。 b.b.灵活性灵活性 主接线的灵活性有以下几方面的要求： (1)调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够 满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。 (2)检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不 影响对用户的供电。 (3)扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压 器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期 4 过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。 c.c.经济性经济性 可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾， 即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术 要求前提下，做到经济合理。 (1)投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、 保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以 便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/610kV） 变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。 (2)年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其 中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避 免两次变压而增加电能损失。 (3)占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省 架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。 (4)在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。 1.41.4 高压配电装置的接线方式高压配电装置的接线方式 a.a.单母线接线单母线接线 图 1 单母线接线方式 优点：接线简单清晰、设备少、操作方便；隔离开关仅在检修设备时作隔离电压用， 不担任其它任何操作，使误操作的可能性减少；此外，投资少、便于扩建。 缺点：不够灵活可靠，任意元件的故障或检修，均需使整个配电装置停电，单母线可 用隔离开关分段，但当一段母线故障时各部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母 线分开后才能恢复到非故障段的供电。 适用范围：只有一台主变压器，10KV 出线不超过 5 回，35KV 出线不超过 3 回，110KV 出线不超过 2 回。 5 b.b.单母线分段接线单母线分段接线 图 2 单母线分段接线 优点： (1)用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两条回路，有两个电源供电； (2）当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断 供电和不致使重要用户停电。 缺点： (1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停 电； (2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越； (3） 、扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围： (1） 610KV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时； (2） 3563KV 配电装置出线回路数为 48 回时； (3） 110220KV 配电装置出线回路数为 34 回时。 c.c.双母线接线双母线接线 TQF W 1234 1234 W OQF 6 图 3 双母线接线（TQF-母线联络断路器） 双母线接线，其中一组为工作母线，一组为备用母线，并通过母线联路断路器并联运 行，电源与负荷平均分配在两组母线上，由于母线继电保护的要求，一般某一回路母线连 接的方式运行。 在进行倒闸操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操作应先通后断。如 检修工作母线时其操作步骤是：先合上母线断路器 TQF 两侧的隔离开关，再合上 TQF，向 备用线充电，这时两组母线等到电位。为保证不中断供电，应先接通备用母线上的隔离开 关，再断开工作母线上隔离开关。完成母线转换后，再断开母联断路器 TQF 及其两侧的隔 离开关，即可对原工作母线进行检修。 优点： (1)供电可靠 通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母 线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关,只停该回路。 (2)调度灵活 各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活地适应系统中各种运行方 式调度和潮流变化的需要。 (3)扩建方便 向双母线的左右任何一个方向扩建,均不影响两组母线单位电源和负荷均匀分配，不会 引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以至接线不同的母线短时不 会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。 (4)便于实验 当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。 缺点： (1)增加一组母线和使每回路就需要加一组母线隔离开关。 (2)当母线故障或检修是隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作。为了避免隔离开关 误操作,需要隔离开关和短路器之间装设连锁装置。 适用范围：出线带电抗器的 610KV 出线，3560KV 配电装置出线超过 8 回或连接电源 较多，负荷较大时，110KV220KV 出线超过 5 回时。 d.d.双母线分段接线双母线分段接线 7 图 4 双母线分段接线 220KV 进出线回路数较多,双母线需要分段,其分段原则是： (1)当进线回路数为 1014 时,在一组母线上用断路器分段； (2)当进线回路数为 15 回及以上时，两组母线均用断路器分段； (3)在双母线接线中,均装设两台母联兼旁断路器； (4)为了限制 220KV 母线短路电流或系统解列运行的要求,可根据需要将母线分段。 e.e.桥形接线桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时，可采用桥形接线，分为内桥与外桥形两种接线。 （一）内桥形接线 优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。 缺点： (1）变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运。 (2）桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。 (3）出线断路器检修时，线路需较长时期停运。为避免此缺点，可加装正常断开运行的 跨条，为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条上须加装两组隔离开关。桥连断路器 检修时，也可利用此跨条。 适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长， 故障率较高情况。 （二）外桥形接线 优点：同内桥形接线 缺点： (1）线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。 (2）桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。 (3）变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。为避免此缺点，可加装正常断 开运行的跨条，桥连断路器检修时，也可利用此跨条。 适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器切换或线路短时，故障率 较少情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线。 8 图 5 桥形接线 f.f.角形接线角形接线 多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。为减少因断路器检 修而开环运行的时间，保证角形接线运行可靠性，以采用 35 角形接线为宜，并且变压器 与出线回路宜对角对称分布。 优点 (1） 投资少，平均每回只需装设一台断路器。 (2） 没有汇流母线，在接线的任意段上发生故障，只需切除这一段及与其相连接的元 件，对系统运行的影响较小。 (3） 接线成闭合环形，在闭环运行时，可靠性灵活性较高。 (4） 每回路由两台断路器供电，任一台断路器检修，不需中断供电，也不需旁路设施。 隔离开关只作为检修时隔离之用，以减少误操作的可能性。 (5） 占地面积少。多角形接线占地面积约是普通中型双母线带旁路母线的 40% ，对 地形狭窄地区和地下洞内布置较合适。 缺点： (1） 任一台断路器检修，都成开环运行，从而降低了接线的可靠性。因此，断路器数 量不能多，即进出线回路数受到限制。 (2） 每一进出线回路都江堰市连接着两台断路器，每一台断路器又连着两个回路，从 而使继电保护和控制回路较单、双母线接线复杂。 (3） 对调峰电站，为提高运行可靠性，避免经常开环运行，一般开停机需由发电机出 口断路器承担，由此需要增设发电机出口断路器，并增加了变压器空载损耗。 适用范围 适用于最终进出线为 35 回路的 110KV 及以上配电装置。不宜用于有再扩建可能的发 电厂，变电所中。 12 QF1QF2 TQF BQS1BQS2 T1T2 外桥式内桥式 9 图 6 角形接线 1.51.5 主接线的选择与设计主接线的选择与设计 本设计中电压等级为 110/35/10KV，出线情况为 110KV 出线两回，35KV 出线 4 回（架 空） ，10KV 出线 10 回（电缆） 。根据各种接线方式的优缺点拟定两种接线方案： 方案一：110KV 侧采用内桥形接线，35KV 侧采用单母分段接线，10KV 侧采用单母分段 接线。 方案二：110KV 侧采用单母分段接线，35KV 侧采用双母线接线，10KV 侧采用单母分段 接线。 a.a.技术比较技术比较 对于 110KV 侧，由于负荷供电要求高，为了保证供电的可靠性和灵活性所以选择内桥 形接线形式。对于 35KV 电压侧，供电可靠性要求很高，同时全部采用双回线供电，为满足 供电的可靠性和灵活性，应选择单母分段接线形式。 b.b.经济比较经济比较 对整个方案的分析可知，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建 费用上，在运行灵活性上 35KV、10KV 侧单母线形接线比双母线接线有很大的灵活性。 由以上分析，最优方案可选择为方案一，其接线如图 7 所示。 三角形接 线 四角形接 线 10 KV KV KV 图 7 方案一接线方式 1.61.6 主变压器型式的选择主变压器型式的选择 1.6.11.6.1 选择原则选择原则 (1）为保证供电可靠性，在变电所中，一般装设两台主变压器； (2）为满足运行的灵敏性和可靠性，如有重要负荷的变电所，应选择两台三绕组变压 器，选用三绕组变压器占的面积小，运行及维护工作量少，价格低于四台双绕组变压器， 因此三绕组变压器的选择大大优于四台双绕组变压器； (3）装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故后其余主变压器的容量应保证 该所全部负荷的 70%以上，并保证用户的一级和二级全部负荷的供电。 1.6.21.6.2 台数的确定台数的确定 为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧 电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。本设计变电站有两回电源进线，且低 压侧电源只能由这两回进线取得，故选择两台主变压器。 1.6.31.6.3 相数的确定相数的确定 在 330kv 及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同 容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护 较方便。如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术 经济合理时，也可选用单相变压器。 11 1.6.41.6.4 绕组数的确定绕组数的确定 在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容 量的 15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组 变压器。 1.6.51.6.5 绕组连接方式的确定绕组连接方式的确定 变压器绕组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形接法和三角形接法，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程 来确定。我国 110KV 及以上电压，变压器绕组都采用星形接法，35KV 也采用星形接法，其 中性点多通过消弧线圈接地。35KV 及以下电压，变压器绕组都采用三角形接法。 结构型式的选择 1.6.61.6.6 三绕组变压器在结构上的基本型式三绕组变压器在结构上的基本型式 (1)升压型。升压型的绕组排列为：铁芯中压绕组低压绕组高压绕组，高、中压 绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。 (2)降压型。降压型的绕组排列为：铁芯低压绕组中压绕组高压绕组，高、低压 绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。 应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中 压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向 中压侧供电为辅，也可选用升压型。 1.6.71.6.7 调压方式的确定调压方式的确定 系统 110KV 母线电压满足常调压要求，且为了保证供电质量，电压必须维持在允许范 围内，保持电压的稳定，所以应选择有载调压变压器。 1.6.81.6.8 主变压器容量的确定主变压器容量的确定 主变压器容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷选择，亦要根据变电所所带负 荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对装设两台主变压器的变电所，每台变压器 容量应按下式选择：Sn=0.6PM。因对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器 容量应能保证 7080%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力 40%。由于一般电网变电 所大约有 25%为非重要负荷，因此，采用 Sn=0.6 PM 确定主变是可行的。 已知：35KV 侧 Pmax=54 MW，cos=0.80 10KV 侧 Pmax=20 MW，cos=0.80 所以，在其最大运行方式下： Sn=0.6*(54/0.80+20/0.80)=55.5 MVA 选择变压器的主要参数为 额定电压：11081.25%KV，38.522.5%KV，10.5KV 空载损耗：84.7KW 空载电流：1.2% 接线组别：Yn，yn，d11 阻抗电压：U（1-2）%=17.5% ，U（1-3）%=10.5% ，U（2-3）%=6.5% 2.2.短路电流计算短路电流计算 2.12.1 短路电流计算的概述短路电流计算的概述 2.1.12.1.1 概述概述 短路是电力系统中最常见和最严重的的一种故障，所谓短路，是指电力系统正常情况 以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。 12 引起短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。引起绝缘顺坏的原因有：过电压、 绝缘材料的自然老化、机械损伤及设备运行维护不良等。此外，运行人员的误操作、鸟兽 跨接在裸露的载流部分以及风、雪、雨、雹等自然现象均会引起短路故障。 在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地 短路。运行经验表明，在电力系统各种故障中，单相接地短路占大多数，两相短路较少， 而三相短路的机会最少，但三相短路的短路电流最大，故障产生的后果也最为严重，必须 给予足够的重视。因此采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。 2.1.22.1.2 短路计算的意义短路计算的意义 在供电系统中，危接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。造成短路的主要原因 是电气设害最大的故障就是短路。所谓短路就供电系统是一相或多相载流导体备载流部分 的绝缘损坏、误操作、雷击或过电压击穿等。由于误操作产生的故障约占全部短路故障的 70%在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍甚至大几十倍，通可达数千安，短路电流通 过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和 电缆。在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电机正常，发生接地短 路时所出现的不对称短路电流，将对通信工程线路产生干扰，并且短路点还可使整个系统 运行解列。 2.1.32.1.3 短路计算的目的短路计算的目的 a.a.对所选电气设备进行动稳定和热稳定校验。 b.b.进行变压器和线路保护的整定值和灵敏度计算。 c.c.在选择继电保护和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 2.22.2 短路计算的一般规定短路计算的一般规定 2.2.12.2.1 计算的基本情况计算的基本情况 (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。 2.2.22.2.2 接线方式接线方式 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。 2.2.32.2.3 基本假定基本假定 a.a.正常工作时，三相系统对称运行。 b.b.所有电源的电动势相位角相同。 c.c.短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 d.d.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 2.32.3 短路计算的方法短路计算的方法 对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算， 求得 I、ish、Ish值。 I三相短路电流。 ish三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。 Ish三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的的热稳定。 13 Sd三相短路容量，用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值，作为 选择限流电抗的依据。 2.42.4 短路电流计算短路电流计算 a.a.选择计算短路点选择计算短路点 在下图中，d1，d2，d3 分别为选中的三个短路点 b.b.画等值网络图画等值网络图 XS 110KV d1 X1 X1 X2 35KV X2 X3 X3 d2 d3 10KV 图 8 等值网络通 c.c.计算计算 已知：（1）系统电压等级为 110KV、35KV、10KV，基准容量 Sj=100MVA，系统 110KV 母线系统短路容量为 3000MVA，110KV 侧为双回 LGJ-185/30KM 架空线供电。 （2）视系统为无限大电流源，故暂态分量等于稳态分量，即 I=I，S= S （3）主变压器，基准容量 Sj=100 MVA 基准电压 Uj=1.05 Ue =115 KV 基准电流 KAU S I j j j 502 . 0 3*115 100 3 基准电抗 132 100 115 3 2 2 j j j j j S U I U X 所以： 对侧 110kv 母线短路容量 Skt 的标幺值为 30 100 3000 * b kt kt S S S 对侧 110kv 母线短路电流标幺值 30 * ktkt SI 14 对侧 110kv 系统短路阻抗标幺值 0333. 0 30 11 * * kt s I X 对于 LGJ-185 线路 X=0.382/KM 则 XS*=0.0333+(0.38235)/132/2=0.084 d1，d2，d3 点的等值电抗值计算公式： X1=1/2U（1-2）%+ U（1-3）%- U（2-3）% X2=1/2U（1-2）%+ U（2-3）%- U（1-3）% X3=1/2U（1-3）%+ U（2-3）%+ U（1-2）% 由变压器参数表得知，绕组间短路电压值分别为： U（1-2）%=17.5% U（1-3）%=10.5% U（2-3）%=6.5% 主变额定容量 SN=63 MVA 所以 X1=1/2(17.5+10.5-6.5)=10.75 X2=1/2(17.5+6.5-10.5)=6.75 X3=1/2(10.5+6.5-17.5)= - 0.25 标么值: X1* = X1 /100( Sj / SN)=10.75/100(100/63)=0.17 X2* = X2 /100( Sj / SN)=6.75/100(100/63)=0.11 X3* = X3 /100( Sj / SN)=-0.25/100(100/63)=-0.004 已知 110KV 系统折算到 110KV 母线上的等值电抗 Xs* =0.084 （1 1）当）当 d1d1 点短路时点短路时 图 9 d1 点短路等值电路 905.11 084 . 0 11 * 1* s d X I KA U S I j j j 502 . 0 1153 100 3 KAIII jdd 976 . 5 502 . 0 905.11 1* 1 IId 1 KAII dch 239.15967 . 5 28 . 128 . 1 MVAIUS jk 3 . 1190976 . 5 11533 其中 Id短路电流周期分量有效值 15 Id起始次暂态电流 I t=时稳态电流 Sk短路容量 （2 2）当）当 d2d2 点短路时点短路时 0.084 0.17 0.17 0.084 0.224 0.14 d2 0.11 0.11 d2 d2 图 10 d2 点短路等值电路 46 . 4 224 . 0 11 2* 2* d d X I KA U S I j j j 56 . 1 373 100 3 KAIIII jdd 958 . 6 56 . 1 46 . 4 2* 2 KAII dch 74.17958 . 6 28 . 128 . 1 2 MVAIUS jk 9 .445958 . 6 3733 （3 3）当）当 d3d3 点短路时点短路时 0.084 0.17 0.17 0.167 0.083 -0.004 -0.004 d3 d3 d3 16 图 11 d3 点短路等值电路 998 . 5 167. 0 11 3* 3* d d X I KA U S I j j j 5 . 5 5 . 103 100 3 KAIIII jdd 9 . 325 . 5988 . 5 3* 3 KAII dch 84 9 . 3228 . 128 . 1 3 MVAIUS jk 598 9 . 32 5 . 1033 额定电流计算 因为 IN=IjSN /Sj (SN =63MVA，Sj=100MVA，Ij1=0.502KA，Ij2=1.56KA，Ij3=5.5KA) 所以 IN1=0.50263/100=0.32 KA IN2=1.5663/100=0.98 KA IN3=5.563/100=3.47 KA 3.3.电气设备选择与校验电气设备选择与校验 3.13.1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 各种电气设备的功能尽管不同，但都在供电系统中工作所以在选择时必然有相同的基 本要求。在正常工作时必需保证工作安全可靠，运行维护方便时，投资经济合理。在短路 情况下，能满足动稳定和热稳定要求。 （一）按正常工作条件，选择时要根据以下几个方面 a.环境 产品制造上分户内型和户外型，户外型设备工作条件较差，选择时要注意。 此外，还应考虑防腐蚀、防爆、防尘、防火等要求。 b.电压 选择设备时应使装设地点和电路额定电压 UN小于或等于设备的额定电压 UN.et，即：UN.etUN。 但设备可在高于其铭牌标明的额定电压 1015%情况下安全运行。 c.电流 电气设备铭牌上给出的额定电流是指周围空气温度为时电气设备长期允许通 过的电流，选择设备或载流导体时应满足以下条件：IN.etIg.max 式中 IN.et该设备铭牌上标出的额定电流. Ig.max该设备或载流导体长期通过的最大工作电流。 目前我国规定电器产品的 0=40，如果电气设备或载流导体所处的周围环境温度是 1时，则设备或载流导体允许通过电流 IN.et可修为 0 1 . N N NeN II 式中 N、1分别为设备或载流导体的在长期工作时允许温度和实际环境温度。 d.按断流能力选择 设备的额定开断电流 Ico或断流容量 SOC 不应小于设备分断瞬间 的短路电流有效值 Ik或短路容量 SK，即：IcoIk，SocSk。 (二)按短路情况下进行动稳定和热稳定的校验 17 a.按短路情况下的动稳定，即以制造厂的最大试验电流幅值与短路电流的冲击电流相 比，且 ietish。 式中 iet额定动稳定电流，用来表征断路器和承受短路电流电动力的能力，用来选 择断路器时的动稳定校验。 ish冲击电流。 b.短路情况下的热稳定 热稳定应满足 jxt tItI 22 It短路电流瞬时值（kA） ； t短路电流热效应计算时间（s） ； I 时间为短路电流周期分量；tjx短路电流的假想时间； tjxtjtdl0.05（s） ； tj继电保护整定时间（s） ； tdl断路器动作时间（s） ； 0.05考虑短路电流非周期分量热稳定的等效 时间。 热稳定电流 Ite是断路器能承受短路电流热效应的能力。按照国家标准规定，断路器 通过热稳定电流在 4s 时间内,温度不超过允许发热温度,且无触头熔解和妨碍其正常工作的 现象,则认为断路器是热稳定的。 对电流互感器则满足下面的热稳定关系： 2 1 2)( ITIK ANt 或 I t t TIK j ANt1 式中 Kt由产品目录给定的热稳定倍数； IN1TA电流互感器一次侧额定电流； t由产品目录给定的热稳定时间； tj短路电流的假想时间； Qd 热效应通常分为短路电流交流分量有关的热效应 Qp，和与直流分量有关的 热效应 Qnp两部分。 3.23.2 高压断路器的选型高压断路器的选型 高压断路器是最重要的开关电器，对其基本要求是：具有足够的开断能力和尽可能短 的动作时间，并且要有高度的工作可靠性。断路器最重要的任务是熄灭电弧。 当用断路器开断有电流通过的电路时，在开关触头分离的瞬间，触头间会出现电弧， 电弧的温度可达 50007000，常常超过金属气化点，如不采取措施，则可能烧坏触头及 电器部件绝缘，危害电力系统的运行。 按照灭弧介质的灭弧方式，高压断路器一般可分为：油断路器、压缩空气断路器、SF6 断路器、真空断路器等。 断路器的选择考虑电压、电流、频率、机械荷载、动稳定电流、热稳定电流以及持续 时间和开断电流等参数。在满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运 行维护，并经技术经济比较后确定。 3.33.3 高压隔离开关的选型高压隔离开关的选型 隔离开关的主要用途是保证高压装置中检修工作的安全，在需要检修的部分和其它带 电部分之间用隔离开关形成一个可靠且明显的断开点，还可用来进行短路的切换工作。 18 离开关没有灭弧装置，所以不能开断负荷电流和短路电流，否则将造成严重误操作， 会在触头间形成电弧，这不仅会损坏隔离开关，而且能引起相间短路。因此，隔离开关一 般只有在电路已被断路器断开的情况下才能接通或断开。 高压隔离开关的选择要考虑电压、电流、机械荷载等参数，及动稳定电流、热稳定电 流和持续时间。隔离开关的型式，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综 合技术经济比较后确定。 3.43.4 互感器的选择互感器的选择 互感器是变换电压、电流的电气设备，是发电厂、变电站内一次系统和二次系统间的 联络元件。互感器的主要用途是： 将测量仪表、保护电器与高压电路隔离，以保证二次设备和工作人员的安全。 将一次回路的高电压和大电流转换成二次回路的低电压和小电流，使测量仪表和保 护装置标准化、小型化。电压互感器二次侧额定电压为 100V，或V；电流互感器3/100 二次侧额定电流为 5A 或 1A，以便于监测设备。 a.a.电压互感器电压互感器 电压互感器的配置原则是：应满足测量、保护、同期和自动装置的要求；在运行方式 改变时，保证装置不失压、同期点两侧都能满方便地取压。通常如下配置： 6220KV 电压级的每组主母线的三相应装设电压互感器，旁路母线则视各回路出 线外侧装设电压互感器的需要而确定。 需要监视和检测线路断路器外侧有无电压，供同期和自动重合闸使用，该侧装一台 单相电压互感器，用与 100%定子接地保护。 电机 一般在出口处装两组，一组（/Y 接线）用于自动调整励磁装置，一组供测 量仪表、同期和继电保护保护使用。 正常工作条件，应考虑参数一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级、机械 荷载等；承受过电压能力，应考虑绝缘水平与泄露比距。 由于电压互感器是与电路并联联接的，当系统发生短路时，互感器本身两侧装有断路 器，并不受短路电流的作用，因此不需校验动稳定与热稳定。 b.b.电流互感器电流互感器 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。电流互感器应按下列原则配置。 每条支路的电源均应装设足够数量的电流互感器，供该支路测量、保护使用。 变压器出线配置一组电流互感器供变压器差动使用，相数、变比、接线方式与变压 器的要求相符合。 动保护的元件，应在元件各端口配置电流互感器，各端口属于同一电压级时，互感 器变比应相同，接线方式相同。 一般应将保护与测量用的电流互感器分开，尽可能将电能计量仪表互感器与一般测量 用互感器分开，前者必须使用 0.5 级互感器，并应使正常工作电流在电流互感器额定电流 的左右。保护用互感器的安装位置应尽量扩大保护范围，尽量消除主保护的不保护区。 正常工作条件，应考虑参数一次回路电压、一次回路电流、二次回路电流、二次侧负 荷、暂态特性、准确度等级、机械荷载等；短路稳定性应考虑动稳定倍数及热稳定倍数； 承受过电压能力应考虑绝缘水平及泄露比距。 3.53.5 短路稳定校验短路稳定校验 动稳定校验是对产品本身带有一次回路导体的电流互感器进行校验，对于母线从窗口 19 穿过且无固定板的电流互感器可不校验动稳定。热稳定校验则是验算电流互感器承受短路 电流发热的能力。 a.a.动稳定校验动稳定校验 电流互感器的内部稳定性通常以额定动稳定电流或动稳定倍数 Kd表示。Kd等于极限通 过电流峰值与一次绕组额定电流峰值之比。校验按下式计算： e sh dw I i K 2 式中 Kdw动稳定倍数，由制造部门提供； Ie电流互感器的一次绕组额定电流。 b.b.热稳定校验热稳定校验 制造部门在产品型录中一般给出 t=1s 或 3s 的额定短路时热稳定电流或热稳定电流 倍数 Kr，校验按下式进行： N d r I tQ K / 式中 t制造部门提供的热稳定计算采用的时间(一般取 1s)。 3.63.6 高压熔断器的选择高压熔断器的选择 a.a.选择原则选择原则 （一）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以 避免熔断器熔断截流时产生的电网过电压超过电网允许的 2.5 倍工作相电压。 当经过演算，电器的绝缘强度允许使用高一级电压的熔断器时，则应该按电压比 折算，降低其额定断流容量。 （二）高压熔断器熔管的额定电流应大于或小于熔体的额定电流。 （三）跌落式熔断器在灭弧时，会喷出大量游离气体，并发出很大响声，故一般只在 屋内使用。 b.b.熔体的选择熔体的选择 （一）熔体的额定电流应该按高压熔断器的保护熔断特性选择，应满足保护的可靠性、 选择性和灵敏度的要求。非自爆式熔断器具有反时限的电流时间特性。熔体额定电流选择 的过大，将延长熔断时间，降低灵敏度；选得过小，则不能保证保护的可靠性和选择性。 选择熔体时应保证前后两级熔断器之间、熔断器于电源侧继电保护之间、以及熔断器 与负荷侧继电保护之间的动作选择性。在此前提下，当在本段保护范围内发生短路时，应 能在最短的时间内切断故障， 。当电网装有其它接地装置时，回路中最大接地电流与负荷电 流之和应不超过最小熔断电流。 （二）保护 35KV 及以下电力电压器的高压熔断器熔体，在下列正常工作情况下不应误 熔断： 当熔体内通过电力变压器回路最大工作电流时。 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流时的熔体时间不小 于 0.5S 校验） 。 当熔体内通过保护范围以外的短路电流及电动机自启动等引起的冲击电流时。 保护 35KV 及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择： nRbgm IKI 式中 K系数，当不考虑电动机自启动时，可取 1.11.3；当考虑电动机自启动时， 可取 1.52.0； 20 bgm I -电力变压器回路最大工作电流（A） 。 （三）保护电力电容器的高压熔断器熔体，在下列正常工作情况下不应误熔断： 由于电网电压升高、波形畸变等原因引起电力电容器回路的电流增大时。 电力电容器运行过程中的涌流。 保护电力电容器高压熔断器熔体的额定电流可按下式选择： nRnc IKI 式中 K系数，对于跌落式高压熔断器，取 1.21.3；对于限流式高压熔断器，当 为一台时，系数取 1.52.0,当为一组电力电容器时，系数取 1.31.8； nc I -电力电容器回路的额定电流（A） 。 （四）保护电压互感器的熔断器，只需按额定电流和断流容量选择，不必校验额定电 流。 （五）除保护防雷用电容器的熔断器外，当高压熔断器的熔断电流不能满足被保护回 路中装设限流电阻等措施限制短路电流。 （六）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量，用全电流进 行断流容量的校验。同时，尚需用系统最小运行放式下的短路电流检验三相断流的下限值， 以保证熔断器有足够的熔断电流。 4.4.屋内外配电装置设计屋内外配电装置设计 4.14.1 设计原则设计原则 高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级颁发的有关规程、 规范及技术规定，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求， 合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配 电装置不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。 火电厂及变电所的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地 制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配 电装置型式时，必须满足下列四点要求。 （一）节约用地 我国人口众多，但耕地不多。因此节约用地是我国现代化建设的一项战略性方针。配 电装置少占地，不占良田和避免大量开挖土石方，是一项必须认真贯彻得重要政策。 （二）运行安全和操作巡视方便 配电装置布置要整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求，如保证各种 电气安全净距，装设防误操作的闭锁装置，采取防火、防暴和储油、排油措施，考虑设备 防冻、防阵风、抗震、耐污等性能。使配电装置一旦发生事故时，能将事故限制到最小范 围和最低程度，并使运行人员在正常操作和处理事故的过程中不致发生意外情况，以及在 检修过程中不致损害设备。此外，还应重视运行维护时的方便条件，如合理确定电气设备 的操作位置，设置操作巡视通道，便利于主控制室联系等。 （三)便于检修和安装 对于各种型式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装条件。如高型及半高型布置时， 要对上层母线和上层隔离开关的检修、试验采取适当的措施；目前不少地区已经开发带电 检修作业，在布置于架构荷载方面需为此创造条件；要考虑构件的标准化和工厂化，减少 21 架构类型；设置设备搬运道路、起吊设施和良好的照明条件等。此外，配电装置的设计还 必须考虑分期建设和扩建过渡的便利。 （四）节约三材，降低造价 配电装置的设计还应采取有效措施，减少三材消耗，努力降低造价。 4.24.2 设计的基本要求设计的基本要求 a.其设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，节约土地。 b.保证运行可靠合理选择设备，布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。 c.便于安装、检修，操作巡视方便。 d.在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。 4.34.3 布置及安装设计的具体要求布置及安装设计的具体要求 （一）屋内配电装置部分（一）屋内配电装置部分 a.6-35KV 两层配电装置中，为了便于运行人员在底层操作时能够观察到楼层母线隔 离开关的开合情况，以往的设计考虑隔离开关间内的楼板上开设孔洞。但是开设孔洞曾发 生事故伤亡，现行设计采取了改进措施。 b.相邻间隔均为架空出线时，必须考虑当一回路带电、另一回检修时的安全措施，如 将出线悬挂点偏移，两回出线间加隔离板凳。 c.双母线系统的隔离开关操动机构在间隔正面的布置一般按做工作母线右备用母线的 原则考虑。 d.对于间隔内带油位指示器的电器设备，在布置时要考虑观察油位的便利，如设备窥 视窗；当设备正反面均带油位指示器时，尽可能在其两侧分别设置巡视通道，若无条件时， 可装设反光镜或采取其它措施。 e.充油套管的储油器应装设在便于监视油位和运行中加油的地方。 f.充油套管应有取油样的设施，取样阀门一般装设在地层 1.2m 处，并应防止漏油。 g.隔离开关操动机构的安装高度，摇式一般为 0.9m,上下板式一般为 1.05m。 h.隔离开关转动系统的设计，必须防止出现操作死点。同时，设计中应留有余度，以 适应施工误差所引起的变化。 i.安装带放油阀的油浸式电压互感器的基础，要求高出地面不小于 0.1 m,以便于放油 取样。 j.电抗器垂直布置时，B 相必须放在中间；品字形布置时，不得将 A、C 两相叠在一起。 k.电抗器垂直布置时，应考率吊装高度。若高度不够时，其上方应设吊装孔。 l.矩形母线的不线应尽量减少母线的弯曲，尤其是多片母线的立弯。建议采取以下一 些措施： 同一回路内相间距离的变化尽量减少； 回路内设备、绝缘子的中心线错开次数尽量减少； 当前后两中心线错开很多，中间又必须加一个绝缘子时，则中间绝缘子设在两个立 弯的直线段上，此时其固定金具与母线呈一个夹角。 母线穿过母线式套管时，在其前后应只有一个大弯曲时，如在布置中不能避免出现 两个大弯曲，则应采取措施以免母线配好后穿不进套管。 m.矩形母线弯曲处至最近绝缘子的母线固定金具边缘的距离应不小于 50mm，但至最近 的绝缘子中心线的距离应不大于该档母线跨距的四分之一。 n.母线与母线、引下线或设备端子连接时，一般按通过电流及所连接的金属材料的电 22 流密度计算所需的接触面积，以免接头过热。 （二）屋外配电装置部分（二）屋外配电装置部分 a.当电厂具有二级升高电压配电装置时，一般要预留安装第二台三卷变压器的位置和 引线走廊。 b.当发电厂、地区降压变电所具有中性店非直接接地系统的电压级时，设计中要考虑 预留消弧线圈的安装位置及其引线方式。 c.断路器和避雷器等设备采用低位布置时，围栏内宜作成高 100mm 的水泥地平，以便 于排水和防止长草。 d.35KV-110KV 隔离开关的操作机构宜布置在边相。操作机构的安装高度一般为 1m。 e.隔离开关引线的对地的安全净距 C 值得校验，应考虑电缆沟凸出地面的尺寸。 f.为了便于上人便于检修，对钢筋混凝土架构要设置脚钉或爬梯，其位置对于单独构 架可在一个支柱上设置，对于连续排架可在两相邻间隔的中间支柱上设置，同时，必须对 上人时检修人员与周围导体及设备的安全净距进行校验。 g.对于物外的母线桥，为了防止从厂房顶上掉落金属物体或因鸟害等导致母线短路， 应根据具体情况采取防护措施，如在母线桥上部假设钢板护罩等，至于其它各侧是否需要 加设护网，可根据工程具体情况确定。 h.建设在林区的屋外的配电装置，应在电气设备的周围留有 20M 宽度的空地。 i.在带旁路母线的配电装置的设计中，一般将旁路母线布置在出线门型架的外侧。此 时，为了保持送电线路与旁路母线之间的安全距离，线路的终端杆塔必须有一定的高度。 因此，可以考虑将旁路母线布置在出线架的内侧。这样，可以缩小出线门型架到线路终端 塔的距离，使架构简化并节省钢材。 4.44.4 配电装置选择配电装置选择 （一）（一）6-10KV6-10KV 配电装置配电装置 610KV 配电装置一般均为屋内布置。当出线不带电抗器时，一般采用成套开关柜单 层布置，由于受国产开关柜的限制，这种布置仅用于中小型变电所及单机容量为 12MW 及以 下的小型发电厂。当出线带电抗器时，一般采用三层或两层装配式布置，近年来还有采用 两层装配与成套混合式布置，这些布置使用于大中型配电装置。成套开关柜布置，只要合 理选用制造厂生产的各种标准单元的开关柜按照明电气主接线的要求进行配置组合即可。 则 10KV 侧采用单层屋内布置。 （二）（二）35KV35KV 配电装置配电装置 屋外配电装置，在现有的 35KV 屋外配点装置中，其布置型式多为中型，虽有采用高型、 半高型及低型的胆为数不多，35KV 侧采用中型布置。 （三）（三）110KV110KV 配电装置配电装置 a.普通中型配电装置 普通中型配电装置是将所有电气设备都安装在地面设计支架上，母线下不布置任何电 气设备。采用软母线的该型配电装置在我国已有三十多年的历史，都积累了比较丰富的经 验。但因其占地面积多所以在目前的设计中一般不采用。 b.半高型配电装置 半高型配电装置是将母线及母线隔离开关抬高，将断路器、电流互感器等电气设备布 置在母线的下面。该配电装置具有布置紧凑清晰、占地少、钢