毕业设计（论文）-110kV变电所电气部分初步设计（含图纸）

前言前言 毕业设计，是我们学生独立完成的一项综合性、创造性 、设计性的大型作 业。也是我们学生必须综合运用多门基础理论课和专业课的知识，将所学的理 论知识融会贯通地应用于整个设计过程中。通过毕业设计，能使我们真正感受 到学以致用的快乐，培养我们的分析和解决各种实际问题的能力，也进一步巩 固、深化和拓展所学的理论知识。提高了们综合实践能力、奠定从事科研的初 步基础、增强我们综合素质、实现从学生到工程技术人员的过渡和角色转换等 方面，具有无可代替的作用，是培养我们实践能力和创新能力，培养高级应用 型工程技术人才的最重要的环节。 我们毕业设计的课程任务是 110kV 变电所电气部分初步设计。在经济的发展 和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统。工厂用电量 迅速增长，对电能质量、技术经济状况，供电的可靠性指标也日益提高，因此 对供电设计也有了更高，更完善的要求。设计合理，不仅直接影响基建投资， 运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠行和安全生产方面，它 和企业的经济效益，设备人身安全密切相关。 变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电气设备及配电网络按一定的接 线方式所构成，它从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功 能，将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能 转输与控制的枢纽，变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、现代工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术，现代通讯和 网络技术的发展，为目前变电所的监视、控制、保护盒计量装置及系统分隔的 状态提供优化组合和系统集成的技术基础。 随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有 领域中，通过新技术的使用，都在不断的发展变化。变电所作为电力系统中一 个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。 如需图纸，联系如需图纸，联系 QQ153893706QQ153893706 目录目录 前言 第一章：原始资料第一章：原始资料4 4 原始资料：.4 第二章：电气主接线及其设计方案第二章：电气主接线及其设计方案4 4 2.1：概述4 2.2 电气主接线方案5 2.3 主接线方案的技术比较.7 2.4 对三种方案的进行技术比较7 第三章第三章 主变压器的选择主变压器的选择8 8 3.1 概述8 3.2.主变压器的选择与确定.8 根据以上条件变压器选择如下：.9 第四章：短路电流计算第四章：短路电流计算1010 4.1 概述.10 4.2 短路计算的目的.10 4.2.110 4.2.2短路电流计算的一般规定11 4.2.3基准值11 4.2.4短路电流计算的步骤：11 4.2.5具体短路电流计算具体见计算说明书。12 4.3 短路计算12 4.3.1 基准值及短路点选取12 4.3.2.计算各元件的电抗标么值.12 第五章第五章 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验1717 5.1 电气选择的一般条件17 5.2 断路器的选择和校验18 5.2.1 对断路器的基本要求18 5.2.2 断路器选择18 5.3 隔离开关的选择22 5.3.1 隔离开关的作用.22 5.3.2 隔离开关的选择22 5.4 互感器的选择24 一、电流互感器的选择24 110kV 侧电流互感器的24 35kV 侧电流互感器的25 二、电压互感器的选择26 第六章：继电保护配置第六章：继电保护配置2727 6.1 继电保护配置的基本知识.27 6.2 线路继电保护配置.28 6.3 主变压器保护配置.28 （1）瓦斯保护29 （2）纵联差动保护29 （3）变压器的接地保护31 6.4.母线保护.31 6.5.线路速段保护整定.31 6.6 继电保护及综合自动化装置.32 6.7 自动装置.32 第七章：变电所防雷措施第七章：变电所防雷措施3333 7.1：变电所的防雷措施：33 7.2：输电线路防雷措施：34 第八章第八章 参考文献参考文献3434 第九章第九章 致致 谢谢3434 附录附录 1 变电站主接线附图变电站主接线附图3535 第一章：原始资料第一章：原始资料 原始资料：原始资料： 1、本变电站所建成后向本地用户供电，预计变电所今后不再扩建。 2、本所与电力系统连接情况：本所需设 1103510KV 三个电压等级。 110KV 侧：设有两回架空线路与 110KV 系统相连接； 35KV 侧：共有四回架空线路，有两回线路连至 35KV 系统，35KV 系统装机总 容量为 67MVA,最大等值阻抗 5.2 欧，最小等值阻抗为 4.5 欧，35KV 系统发 电机主要为水轮机。 110KV 系统距离本所 55KM,35KV 系统距离本所 20KM,镇变电站距离本所 30KM。 3、负荷情况： 35KV 侧有两回架空线路供给某镇变电所供电，最大负荷为 13.7MW,且该变电 站无其他电源。 10KV 侧有 18 回电缆出线，电缆总长度为 6.6KM,最大综合用电负荷为 25.3MW。 正常运行时，预计有穿越功率最小为 13MW，最大为 9.7MW,由 110KV 送入 35KV 电网。 4、环境情况：年最高温度为 38.5，年最低气温为-2.8；海拔高度为 80.6 米；年平均雷暴日数为 77.5 日年。 5、其他：所有架空线路的正序阻抗可取 0.4 欧公里；所有负荷的平均功 率因数为 0.85 第二章：电气主接线及其设计方案第二章：电气主接线及其设计方案 2.1：概述：概述 电气主接线代表了变电站的主体结构，起着分配电能的作用。主接线将直 接影响系统运行的可靠性、灵活性和经济性。因此必须正确处理好各方面的关 系，全面分析有关影响，通过技术经济比较，合理确定主接线。在选择电气主 接线时，应与以下各点作为设计依据：变电所在电力系统中的地位和作用，负 荷大小和重要性等条件确定，并满足可靠性、灵活性和经济性等多项基本要求。 为此，电气主接线应满足以下基本要求： （1） 、可靠性 为了供应持续、优质的电力、主接线首先必须满足这一可靠性的要求，可靠 性的衡量标准是运行实践要充分地做好调研工作，力求避免决策失误。 （2）灵活性：电气主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活要求。在调 度时，可以灵活地投入或切换变压器和线路等元件、合理调配电源和负荷，在检 修时，可以方便地停运断路器、母线及二次设备、并方便地高置安全措施、不影 响正常运行供电。 （3）经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下尽量做到经济合理。 投资省。主接线要为求简单，尽量通过节约一次设备、简化二次部分、限 制短路电流以及采用简易电器以节约投资。 占地面积小，要为配电装置布置创造条件，尽量减少占地面积。 电能损耗小。经济合理地选择变压器的类型、容量、数量，避免因为二次 变压而导致电能损耗增加。 2.2 电气主接线方案电气主接线方案 电气主接线设计的基本原则为：以达到的设计任务书为依据，根据国家现行 的安全可靠、经济适用、符合国情的电力建设与发展的方针、严格按照技术规定 和标准、结合工程实际的具体特点，准确的掌握原始资料，保证设计方案的可靠 性、灵活性和经济性。 方案一方案一 110KV110KV 为外桥接线、为外桥接线、35KV35KV 和和 10KV10KV 都为单母线分段接线都为单母线分段接线 图表图表 1 1 主接线方案一主接线方案一 优点：110KV 侧：高压断路器数量少，两个回路只需三台断路器。 35KV、10KV 侧： 用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段 引出两个回路，有两个电源供电。 当一段母线发生故障，分段断路器自动将 故障切除，保证正常段不间断供电和不致使重要用户停电。 缺点：110KV 侧：线路的切换和投入较复杂，需动作两台断路器；并有一台变压 器暂时停运。桥形断路器检修时，两个回路需解列运行。变压器侧断路器检修时， 变压器需较长时期停运。 35KV、10KV 侧：当母线故障或检修时，故障母线上所有支路必须停电， 范围较大。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉踌越。扩建时需向两个方 向均衡建 方案二方案二 110KV110KV 为内桥接线、为内桥接线、35KV35KV 和和 10KV10KV 都为单母线分段接线都为单母线分段接线 图表图表 2 2 主接线方案二主接线方案二 优点：110KV 侧：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。 35KV 侧：接线简单清晰，设备少，操作方便，投资少，便于扩建。 10KV 侧：当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段仍继续工作， 两段母线看成两个独立电源，提高供电可靠性。 缺点：110KV 侧：线路的切换和投入较复杂，需动作两台断路器；并有一台变压 器暂时停运。桥形断路器检修时，两个回路需解列运行。变压器侧断路器检修时， 变压器需较长时期停运。 35KV 侧：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， 各支路都必须停止工作，引出线的断路器检修时，该支路要停止供电。 10KV 侧：当母线故障或检修时，故障母线上所有支路必须停电，范围较大。 当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉踌越。扩建时需向两个方向均衡建 方案三方案三 110KV110KV、35KV35KV 为单母线分段接线为单母线分段接线,10kv,10kv 为单母线接线为单母线接线 图表图表 3 3 主接线方案三主接线方案三 优点：110KV、35KV 侧：当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段仍 继续工作，两段母线看成两个独立电源，提高供电可靠性。 10KV 侧：接线简单清晰，设备少，操作方便，投资少，便于扩建。 2.3 主接线方案的技术比较主接线方案的技术比较 一、根据上述拟定的方案，从技术上应考虑如下几个问题： 1、保证系统运行的稳定性。 2、保证供电的可靠性及电能质量，特别是对重要负荷的供电可靠性。 3、运行的安全和灵活性，包括调度灵活，检修操作安全方便，设备停运或检修 时影响范围小。 4、自动化程度 5、电器设备制造水平、质量和新技术的应用 对于中小型变电所来说，要考虑继电保护及二次接线的复杂性。为此，必须 认真地分析系统及负荷资料，根据发变电所在系统的地位和作用、电压等级的高 低、容量的大小、和负荷的性质等方面来进行分析论证。 2.4 对三种方案的进行技术比较对三种方案的进行技术比较 1、方案比较：10kV 侧接线方式比较 （1）方案三 10kV 的出线采用单母线的接线方式，缺乏灵活性，当母线或母线 隔离开关检修时，不使整个装置停电，不适合用于二台主变压器运行情况。 （2）方案一、方案二 10kV 的出线都是采用的是单母线分段接线，它们克服了 上述方案单母线方案的缺点。 综合单母线分段接线和单母线接线的优、缺点，为保证供电的灵活性与灵活 性。方案三有明显的不足。为此 10KV 接线选择方案一或方案二采用单母线分段 接线的方式。 2、方案比较：35kV 侧接线方式比较 （1）方案二 35kV 的出线采用单母线的接线方式，缺乏灵活性，当母线或母线 隔离开关检修时，不使整个装置停电，不适合用于二台主变压器运行情况。 （2）方案一、方案三采用单母线分段接线。单母线分段接线与单母线接线相比 提高了供电可靠性和灵活性。而 35KV 出线为 4 回用单母线分段接线更胜优势。 综合整理 35KV 接线采用单母线分段接线的方式。 3、方案比较：110kV 侧接线方式比较 （1）方案三 110KV 接线为单母线分段对于线路有穿越功率不适用。 （2）方案二与方案三都为桥形接线。同样适合 110KV 出线仅有两回的线路中， 他们的优缺点也相似。但是内桥接线不能满足线路有穿越功率的 110KV,而外桥 接线有此功能。 所以 110KV 侧接线方式采用方案一外桥接线的方式。 综合主接线方案与主接线方案的比较，最优选择了方案一综合主接线方案与主接线方案的比较，最优选择了方案一 110KV110KV 接线为外接线为外 桥接线、桥接线、35KV35KV 为单母线分段接线为单母线分段接线 、10KV10KV 为单母线分段接线。这样的选择方式在为单母线分段接线。这样的选择方式在 可靠性、经济性、灵活性方面都能满足要求。可靠性、经济性、灵活性方面都能满足要求。 第三章第三章 主变压器的选择主变压器的选择 3.1 概述概述 主变压器是变电站（所）中的主要电气设备之一，它的主要作用是变换电 压以利于功率的传输，电压经升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高了 经济效益，达到远距离送电的目的。而降压变压器则将高电压降低为用户所需 要的各级使用电压，以满足用户的需要。主变压器的容量、台数直接影响主接 线的形式和配电装置的结构。因此，主变的选择除依据基础资料外，还取决于 输送功率的大小，与系统的紧密程度，同时兼顾负荷性质等方面，综合分析， 合理选择。 3.2.主变压器的选择与确定主变压器的选择与确定 容量的确定。本次设计的是 110KV 变电所,建成后主要直接向当地用户供电, 预计今后不再扩建。变电所的容量是由综合最大负荷决定的，则变电所的容量 为 S cos（13.725.3+13）0.8561.18MVA，任一台主变单 Tca 独运行时，应满足全部总计算负荷 70%的需要，即 SNT=0.7 ST 。而变压器的容量要满足变电所的最大容量，因此)(826.4218.617 . 0MVA 变压器容量要比 42.826MVA 大，选 50MVA。 式中变电站总负荷（MW）; cos平均功率因数，取 0.85。 ca 台数的确定。为了保证供电可靠性防止因一台主变故障或检修时影响整 个 变电所的供电，所以变电所中装设两台主变压器，互为备用，可以避免因主变 故障或检修而造成对用户的停电。每台变压器的容量应满足一台停运后另一台 能供给全部计算负荷的 60%80%选择。由原始资料可知，我们本次设计的 110kV 变电所，110KV 变电所有 2 回架空线与系统相连，35KV 侧共有四回架 空线路，有两回线路连至 35KV 系统，有两回架空线路供给某镇变电所供电，最 大负荷为 13.7MW,且该变电站无其他电源。10KV 侧有 18 回电缆出线,最大综合 用电负荷为 25.3MW。所以选择两台等容量的变压器。 相数的确定。在 330KV 及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。 因为单相变压器组相对来说投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置 结构复杂也增加了维修工作量。为了保证供电可靠性、考虑负荷和系统情况， 进行了综合分析，在满足技术、经济的条件下确定选用三相变压器。 绕组数的确定。本变电所设有 110KV、35KV、10KV 三个电压等级，为 满足系统需要因此选择两台同等容量的三绕组变压器。 绕组连接组别的确定。变压器三相绕组的连接组组别必须和系统电压相 位一致，否则，不能并列运行。变压器的连接方式应根据具体工程来确定。本 变电所选用的三相变压器 调压方式的确定。为了保证变电站的供电质量，电压必须维持在允许范 围内。因此，本变电所为了更好调整电压，是通过改变绕组匝数来实现。切换 方式选用带负荷切换，称有载调压方式。 冷却方式的选择。为了能更好的维护变压器的正常运行和维护系统的正常 运作。变压器选用强迫油循环风冷却方式。 根据以上条件变压器选择如下： 型号 SFPSL1-50000/110 联接组标号YN，yn0，d11 空载电流% 1 空载损耗(kw) 62.2 高压中压低压额定电压(KV) 12138.510.5 额定容量 MVA 100100100 高中高低中低阻抗电压 10.517.56.5 第四章：短路电流计算第四章：短路电流计算 4.1 概述概述 在电力系统中运行的电气设备，在其运行中都必须考虑到发生的各种故障 和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路。因为它 们会破坏对用户正常供电和电气设备的正常运行，使电气设备受到破坏。 短路是电力系统的严重故障。所谓短路是指一切不属于正常运行的相与相之间 或相与地之间（对于中性点接地系统）发生通路的情况。 在三相系统中，可能发生的有对称的三相短路和不对称的两相短路、两相 接地短路和单相接地短路。在各种类型的短路中，单相短路占多数，三相短路 几率最小，但其后果最为严重。因此，我们采用三相短路（对称短路）来计算 短路电流，并检验电气设备的稳定性。 4.2 短路计算的目的短路计算的目的 4.2.14.2.1短路电流计算是变电站电气设计中的一个重要环节。其计算目的 是： 1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要 采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、 可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地 的安全距离。 4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为 依据。 5）按接地装置的设计，也需用短路电流。 4.2.24.2.2短路电流计算的一般规定短路电流计算的一般规定 1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应 按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工 程建成后 510 年） 。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常 接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈 作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常 接线方式时短路电流为最大的地点。 4）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。 4.2.34.2.3基准值基准值 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了 计算方便选取如下基准值： 基准容量：SB= 100MVA 基准电压：UB= 10.5 37 115kV 4.2.4.2.4 4短路电流计算的步骤：短路电流计算的步骤： 1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下； 3）选择短路点； 4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分 量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。 标幺值：Id* = * 1 X 有名值：= f I*f I 3Uav SB 5）计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量：S =3 Nf I 短路电流冲击值： M i2 Mf 6）列出短路电流计算结果 4.2.4.2.5 5具体短路电流计算具体见计算说明书。具体短路电流计算具体见计算说明书。 4.3 短路计算短路计算 等值电路图 注：在本次计算中，在注：在本次计算中，在 k3k3 处发生短路时处发生短路时 10kv10kv 线路是采用了单母分段的接线方线路是采用了单母分段的接线方 式，而在计算中我们考虑到线路正常运行时，母联是合上的，是因为我们考虑式，而在计算中我们考虑到线路正常运行时，母联是合上的，是因为我们考虑 了自动重合闸的合闸。了自动重合闸的合闸。 4.3.14.3.1 基准值及短路点选取基准值及短路点选取 4.3.1.1在短路计算的基本假设前提下，选取基准容量 SB = 100MVA，UB 为各 级电压平均值（115，37，10.5kV） 。 4.3.1.2短路点分别选取变电站的三级电压汇流母线：110kVd1，35kV d2，10kVd3。 4.3.24.3.2. .计算各元件的电抗标么值计算各元件的电抗标么值 4.3.2.1. 计算变压器各绕组电抗标么值： 高中高低中低 阻抗电压 10.517.56.5 4.3.2.2.1.各绕组等值电抗 (1-2)10.5，（1-3）17.5，（2-3）6.5 k V k V k V 高压侧：%= （(1-2)% +(1-3)%(2-3)%） 1k V 1 2 k V k V k V = （10.5+ 17.56.5） 1 2 =10.75 中压侧：% = （(1-2)% + (2-3)%(1-3)%） 2k V 1 2 k V k V k V = （10.5+ 6.517.5） 1 2 =-0.25 低压侧：% = （(1-3)% +(2-3)%(1-2)%） 3k V 1 2 k V k V k V = （6.5+17.5-10.5） 1 2 =6.75 4.3.2.2.2 各绕组等值电抗标么值为： 高压侧： X3* = = %/100SB/SN=（10.75/100）（100/50） *6 X 1k V 0.215 中压侧：X4* = =Vk2%/100SB/SN（-0.25/100）（100/50） *7 X 0.005 低压侧：X5* = = Vk3%/100SB/SN（6.75/100）（100/50） *8 X 0.135 (1)短路电路中元件的电抗 35KV 电力系统的电抗 X=（）=0.022 *102 min k X BU Ss 2 2 2 35 110 5 . 4 2 37 67 输入架空线路等郊电抗 X =X L=0.455100115115=0.166 *1*2 X 1 B B U S 2 = X L=0.50.4201003737=0.292 *9 X 2 1 2 B B U S 2 当在 K 处发生短路时有等效电路阻抗图： 1 = X /=0.083 *11 X *1*2 X 2 166 . 0 =(X3*+ X4*/+0.105 *12 X *6 X *7 X 2 21 . 0 可等效为： =+ X+=0.105+0.022+0.292=0.419 *13 X *12 X *10*9 X 由于 35KV 侧为有源系统，求得的转移电抗为按事先选定的基准值的标幺 B S 值，必须把转移电抗归算到以发电机容量 67MVA 为基准的标幺值算出短路点的 计算电抗。 即：=0.419=0.281 *13JS X *13 X B s S S 100 67 根据水轮发电机运算曲线图可知，当 t=0s 时，=0.281，则=4 *13JS X *1f I 因为 110KV 系统为无限大电源则：在 K 处的短路电流为 1 =+=+4=10.23 KA 1f I *11 1 X3Uav SB *1f I av S U S 3083. 0 1 1153 100 373 67 当 t=4s 后可近似地认为短路电流交流分量的幅值已不随时间而变化， =0.281，则=2.4,所以： *13JS X *1f I I=+=+2.4=8.56KA )4(1stf *11 1 X3Uav SB *1f I av S U S 3083. 0 1 1153 100 373 67 冲击电流： =26.04KA 1m i 1 2 fmI K23.108 . 12 短路电流最大有效值：=1.51=15.45KA 1K I 2 ) 1(21 M K 1f I23.10 短路容量:S=2037.67MVA 1K1 3 f IUav23.101153 注：-短路电流冲击系数，当短路发生在母线上时，取=1.8 M K M K -短路电流周期分量有效值 1f I 当在处发生短路时有： 2 K =( X + X3*+ X4*（+）=（0.166+0.215+0）2=0.188 *14 X *1*2 X *6 X *7 X 可等效为： =+ X=0.292+0.022=0.314 *15 X *9 X *10 =0.314=0.21 *15 js X *15 X B s S S 100 67 根据水轮发电机运算曲线图可知，当 t=0s 时， =0.21，则=5.3 *15 js X *2f I 因为 110KV 系统为无限大电源则：在 K 处的短路电流为 2 =+=+5.3=8.21KA 2f I *14 1 X3Uav SB *2f I av S U S 3188. 0 1 1153 100 373 67 当 t=4s 后可近似地认为短路电流交流分量的幅值已不随时间而变化， =0.21，则=2.5,所以: =+= *15 js X *2f I )4(2stf I *14 1 X3Uav SB *2f I av S U S 3 +2.5=5.28KA 188. 0 1 1153 100 373 67 冲击电流： =1.88.21=20.899KA 2m i 2 2 fMI K2 短路电流最大有效值： =1.518.21=12.397KA 2 K 2 ) 1(21 M K 2f I 短路容量:S=378.21=526.15MVA 2K 3 av U 2f I3 注：-短路电流冲击系数，当短路发生在母线上时，取=1.8 M K M K -短路电流周期分量有效值 2f I 当在 K 处发生短路时有： 3 X=(X +X)(X+X)=(0.166+0.215)2=0.1905 *16*1*3*2*6 X=XX=0 *17*4*7 X=XX=0.1352=0.0675 *18*5*8 可等效为： X= X+X+X=0+0.292+0.022=0.314 *19*17*9*10 根据星三角变化得： X= X+ X+=0.1905+0.0675+=0.27 *a*16*18 *19 *18*16 X XX 314 . 0 0675 . 0 1905 . 0 X= X+ X+=0.314+0.0675+=0.493 *b*19*18 *16 *18*19 X XX 1905 . 0 0675 . 0 314 . 0 根据水轮发电机运算曲线图可知，当 t=0s 时，X =0.33，则 I=3.4 *bjs*3f 因为 110KV 系统为无限大电源则：在 K 处的短路电流为 3 I=+ I=+3.4=5.42KA 3f * 1 a X3Uav SB *3f av S U S 327 . 0 1 1153 100 373 67 当 t=4s 后可近似地认为短路电流交流分量的幅值已不随时间而变化，X *bjs =0.33，则 I=2.3,所以 I=+ I= *3f)4(3stf * 1 a X3Uav SB *3f av S U S 327 . 0 1 +2.3=4.27KA 1153 100 373 67 冲击电流： =1.88.21=20.899KA 3m i 2 2 fMI K2 短路电流最大有效值： =I=1.515.42=8.184KA 3 K 2 ) 1(21 M K 3f 短路容量:S= I=375.42=98.57MVA 3K 3 av U 3f 3 注：-短路电流冲击系数，当短路发生在母线上时，取=1.8 M K M K I -短路电流周期分量有效值 3f 第五章第五章 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验 5.1 电气选择的一般条件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 通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的 1.11.15 倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网的额定 电压的 1.15 倍。即 UNUNS(电网额定电压) （2）额定电流 电气设备的额定电流 IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。 IN 应不小于该回路在各种合理方式下的最大持续工作电流 Imax。 2、按短路状态校验 （1）短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许 值。满足热稳定的条件为 I2tt Qk。 式中 Qk -短路电流产生的热效应； It、t -电气设备允许通过的热稳定电流 和时间。 （2）动稳定校验 动稳定是电器承受短路电流机械效应的能力。满足动稳定的条件为 iesish 或 Ies Ish。 式中 ish 、Ish-短路冲击电流幅值及其有效值；ies 、Ies-电气设备允许通过的动稳定电流 幅值及其有效值。 5.2 断路器的选择断路器的选择和校验和校验 5.2.15.2.1 对断路器的基本要求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。 5.2.25.2.2 断路器选择断路器选择 1 1、110kV110kV 侧断路器选择侧断路器选择 110kV 侧最大持续工作电流 )(292.143 11032 100052 05 . 1 32 05 . 1 ImA U S N C ax 式中 -指变电站总负荷的容量，MVA。NS 110kV 侧电压等级下的三相短路电流周期分量有效值为kA，冲击电流23.10fI 最大值为 kA。037.26mi 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 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 Imax=143.292A； （3）断路器额定开断电流 Ike=31.5kA三相短路周期分量有效值kA23.10fI （4）动稳定校验 额定峰值耐受电流 ，短路冲击电流最大值kA，即kAi80 max 037.26mi imaxim满足要求。 （5）热稳定校验 设 te=4s,其中 te=tr+t0(tr为保护动作时间，t0为断路器分闸时间。) 时间 te内电气设备允许通过的热稳定电流有效值，则有 It2t= Ike2t=31.524=3969(kA2s) 时间 te内短路电流的热效应 Qk=I2 t=10.2324=418.612(kA2s) 则 It2t Qk，即满足要求。 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 )(649.118 3532 1000 7 . 13 05 . 1 32 05 . 1 ImA U S N N ax 式中 -指变电站 35kV 侧总负荷的容量，MVA。NS 35kV 侧电压等级下的三相短路电流周期分量有效值为kA，冲击电流最21 . 8 fI 大值为kA。896.20mi 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 所示： 表 6-2 35kV 侧的断路器参数表 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 35371250161640400.10.06 （1） 断路器最高工作电压 37kV 大于系统额定电压 35kV； （2）断路器额定电流 IN=1250A最大持续持续工作 Imax=118.649A； （3）断路器额定开断电流 Ike=16kA三相短路周期分量有效值kA21 . 8 fI （4）动稳定校验 额定峰值耐受电流 ，短路冲击电流最大值kA，即kAi40 max 896.20mi imaxim满足要求。 （5）热稳定校验 设 te=4s,其中 te=tr+t0(tr为保护动作时间，t0为断路器分闸时间。) 时间 te内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 It2t= Ike2t=1624=1024 (kA2s) 时间 te内短路电流的热效应 Qk=I2 t=8.2124=269.616(kA2s) 则 It2t Qk，即满足要求。 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 )(888.766 1032 10003 .25 05 . 1 32 05 . 1 ImA U SN ax 式中 -指变电站 10kV 侧总负荷的容量，MVA。NS 10kV 侧电压等级下的三相短路电流周期分量有效值为kA，冲击电流最42. 5fI 大值为 13.795kA。 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 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） ZN18-121010.5125031.531.580800.060.03 （1）断路器最高工作电压 10.5kV 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 Imax=766.888A； （3）断路器额定开断电流 Ike=31.5kA三相短路周期分量有效值kA；42. 5fI （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 kA，即 imaxim满足要求。795.13mi （5）热稳定校验：设 te=4s,其中 te=tr+t0(tr为保护动作时间，t0为断路器分闸时 间) 时间 te内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 It2t= Ike2t=31.524=3969(kA2s)； 时间 te内短路电流的热效应 Qk=I2 t=5.4224=117.506(kA2s)。 则 It2t Qk，即满足要求，故 ZN18-12 的断路器符合要求 4 4、选择校验结果列表如下、选择校验结果列表如下 表6-4 110kV侧断路器 校验项目计算参数选择 LW25-126校验结果 工作电压 kV系统电压 110 额定电压 110 合格 最大持续工作电流 A最大持续工作电流 143.292 额定电流 1250 合格 动稳定校验 kA短路冲击电流最大值 26.07 额定峰值耐受电流 80 合格 热稳定校验(kA2s)短路电流的热效应 Qk 2418.61It2t3969 合格 额定开断电流（kA）三相短路周期分量有效值 10.23 额定开断电流 31.5 合格 表 6-5 35kV 侧断路器 校验项目计算参数选择 LW8-40.5校验结果 工作电压 kV系统电压 35 额定电压 35 合格 最大持续工作电流 A最大持续工作电流 118.64 9 额定电流 1250 合格 动稳定校验 kA短路冲击电流最大值 20.896 额定峰值耐受电流 40 合格 热稳定校验(kA2s)短路电流的热效应 Qk 269.61 6 It2t1024 合格 额定开断电流（kA）三相短路周期分量有效值 8.21 额定开断电流 16 合格 表6-6 10kV侧断路器 校验项目计算参数选择 ZN18-12校验结果 工作电压（kV）系统电压 10 额定电压 10 合格 最大持续工作电流 A最大持续工作电流 766.888 额定电流 1250 合格 动稳定校验 kA短路冲击电流最大值 13.795 额定峰值耐受电流 80 合格 热稳定校验(kA2s)短路电流的热效应 Qk 117.506It2t3969 合格 额定开断电流（kA）三相短路周期分量有效值 5.42 额定开断电流 31.5 合格 5.3 隔离开关的选择隔离开关的选择 5.3.15.3.1 隔离开关的作用隔离开关的作用 高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被 检修的高压母线、断路器等电气设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备； 其作用如下： （1）隔离电源、保证安全，利用隔离开关将高压电气装置中需要检修的部分与 其它带电部分可靠隔离。使工作人员可以安全的进行作业，不影响其余部分的 正常工作。 （2）倒闸操作，隔离开关经常用来进行电力系统运行方式改变时的倒闸操作。 （3）接通或切断小电流电路，可以利用隔离开关接通或切断下列电路：电压互 感器、避雷器、长度不超过 10km 的 35kV 空载线路或长度不超过 5km 的 10kV 空载线路、35kV/1000kVA 及以下和 110kV/3200kVA 以下的空载变压器。 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，进行综合的技术、经 济比较，再根据其校验计算结果后确定。 5.3.25.3.2 隔离开关的选择隔离开关的选择 1 1、110kV110kV 侧隔离开关的选择侧隔离开关的选择 110kV 侧最大持续工作电流 )(292.143 8 . 011032 8 . 0100052 05 . 1 cos3 05 . 1 ImA U P N N ax 式中 -指变电站 10kV 侧总负荷的容量，MVA。NS 110kV 侧三相短路电流周期分量有效值kA，冲击电流kA。23.10fI037.26mi 根据电流值查附表初步选型号为 GW5-110GK600 的隔离开关。 其技术参数如下表： 表 6-7 110kV 侧的隔离开关参数表 型号 额定电 压(kV) 最高工作 电压(kV) 额定电 流 （A） 极限电流 峰值 （kA） 热稳定试验 电流 kA（4s） 操动机构 GW5-110GK6001101266007216CS1-XG （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=600A最大持续持续工作 Imax=143.292A； （3）动稳定校验 极限电流峰值 ，短路冲击电流最大值kA，即kAi72 max 037.26mi imaxim满足要求。 （4）热稳定校验 设 te=4s,其中 te=tr+t0(tr为保护动作时间，t0为断路器分闸时间。) 时间 te内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 It2t= Ike2t=1624=1024(kA2s)； 时间 te内短路电流的热效应 Qk=I2 t=10.2324=418.612(kA2s)；则 It2t Qk，即满足要求，故选择 GW5-110GK600 的隔离开关。 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 )(649.118 8 . 03532 8 . 01000 7 . 13 05 . 1 cos3 05 . 1 ImA U P N N ax 式中 -指变电站 35kV 侧总负荷的容量，MVA。NS 35kV 侧三相短路电流周期分量有效值kA，冲击电流kA21 . 8 fI896.20mi 根据电流值查附表初步选型号为 GW5-35G1000 的隔离开关，其技术参数如下 表： 表 6-8 35kV 侧的隔离开关参数表 型号 额定电 压(kV) 最高工作 电压(kV) 额定电 流 （A） 极限电流 峰值 （kA） 热稳定试验 电流 kA（4s） 操动 机构 GW5-35G1000 353710005025 CS- 17 （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=1000A最大持续持续工作 Imax=118.649A； （3）动稳定校验 极限电流峰值 ，短路冲击电流最大值kA，即kAi50 max 896.20mi imaxim满足要求。 （4）热稳定校验 设 te=4s,其中 te=tr+t0(tr为保护动作时间，t0为断路器分闸时间。) 时间 te内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 It2t= Ike2t=2524=2500(kA2s)； 时间 te内短路电流的热效应 Qk=I2 t=8.2124=269.616(kA2s)，则 It2t Qk，即满足要求，故选择 GW5-35G1000 的隔离开关。 5.45.4 互感器的选择互感器的选择 互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元 件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，能正确反映电 气设备的正常运行和故障情况，其作用有： （1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流， 使测量仪表和保护装置标准化、小型化。 （2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了 设备和人身的安全。 一、电流互感器的选择一、电流互感器的选择 电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于 620kV 屋 内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于 35kV 及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。 电流互感器二次额定电流有 5A 和 1A 两种，强电系统一般选 5A，弱电系统 一般选用 1A。 （1 1）110kV110kV 侧电流互感器的选择侧电流互感器的选择 LCWB6-110W2户外油浸瓷箱式绝缘结构电流互感器的技术参数如图所示 型号 额定电压 （kV） 一次额定 电流（A） 额定热稳定 电流(kA) 额定动稳定 电流(kA) LCWB6-110W2110230031.580 技术参数选择的详细介绍： 按额定电压选择：因为电流互感器额定电压110kV等于110kV系统额定电 压110kV，满足要求； 按额定电流选择：因为电流互感器一次额定电流2300=600A110kV侧 最大持续工作电流143.292A，所以满足要求； 110kV侧电流互感器的校验 热稳定：因为电流互感器额定热稳定电流31.5kA110KV侧（）短路 )3( 1 k 电流周期分量稳定值= =10.23kA，所以满足要求； )3( 1k I )3( 1k I 动稳定：因为电流互感器额定动稳定电流80kA110KV侧（）短路冲 )3( 1 k 击电流峰值26.037kA,所以满足要求。 （2 2）35kV35kV 侧电流互感器的选择侧电流互感器的选择 LCW1-35户外油浸瓷箱式绝缘结构电流互感器的技术参数如图所示 型号 额定电压 （kV） 一次额定 电流比 （A） 额定热稳定 电流(kA) 额定动稳定 电流(kA) LCW1-353575045115 技术参数选择的详细介绍： 按额定电压选择：因为电流互感器额定电压35kV等于35kV系统额定电压 35kV，所以满足要求； 按额定电流选择：因为电流互感器一次额定电流750A35kV侧最大持续 工作电流118.649A，所以满足要求； 35kV侧电流互感器的校验 热稳定：因为电流互感器额定热稳定45kA35kV侧（）短路电流周 )3( 2 k 期分量稳定值= =8.21kA，所以满足要求； )3( 2k I )3( 2k I 动稳定：因为电流互感器额定动稳定电流115kA35kV侧（）短路冲 )3( 2 k 击电流峰值20.896kA,所以满足要求。 （3 3）10kV10kV 侧电流互感器的选择侧电流互感器的选择 LDJ2-10 户内型环氧树脂浇注绝缘全封闭结构电流互感器的技术参数如图所示 型号 额定电压 （kV） 一次额定 电流（A） 额定热稳定 电流(kA) 额定动稳定 电流(kA) LDJ2-1010250080130 技术参数选择的详细介绍： 按额定电压选择：因为电流互感器额定电压10kV等于10kV系统额定电压 10kV，所以满足要求； 按额定电流选择：因为电流互感器额定电流2500A10kV侧最大持续工作 电流766.888A，所以满足要求； （2）10kV侧电流互感器的校验 热稳定：因为电流互感器的额定热稳定电流80kA10kV侧（）短路 )3( 3 k 电流周期分量稳定值= =5.42kA，所以满足要求； )3( 3k I )3( 3k I 动稳定：因为电流互感器的额定动稳定电流130kA10kV侧（）短路 )3( 3 k 冲击电流峰值13.795kA,所以满足要求。 二、电压互感器的选择二、电压互感器的选择 额定一次电压：作为电压互感器性能基准的一次电压值。供三相系统相 间连接的单相电压互感器，其额定电压应为国家标准额定线电压；对于接在三 相系统相与地间的单相电压互感器，其额定一次电压应为上述值的，即相 3 1 电压。 额定二次电压：额定二次电压按互感器使用场合的实际情况来选择，标准值 为 100v；供三相系统中相与地之间用的单相互感器，当其额定一次电压为某一 数值除以时，额定二次电压必须除以，以保持额定电压比不变。接成开33 口三角形的辅助二次绕组额定电压：用于中性点有效接地系统的互感器，其辅 助二次绕组额定电压为 100v；用于中性点非有效接地系统的互感器，其辅助二 次绕组额定电压为 100v 或是。 3 100V 种类：按安装地点可以分为户内式和户外式两种。35kv 电压等级以下一般 为户内式；35kv 及以上电压等级一般 制成户外式。 按绝缘方式可以分为干式、浇注式、油浸式和气体绝缘式等几种。 干式多用于低压，浇注式用于 335kv，油浸式多用于 35kv 及以上电压等级。 按绕组数可以分为双绕组、三绕组和四绕组式三种。三绕组式电 压互感器有两个二次绕组，一个为基本二次绕组，另一个为辅助二次绕组。辅 助二次绕组供绝缘监察或是单相接地保护用。 按相数可以分为单相式和三相式两种。一般 20kv 以下制成三相式， 35kv 及以上均制成单相式。 按结构原理分为电磁式和电容式两种。电磁式又可分为单级式和串 级式。在我国，电压 35kv 以下时均用单级式，电压 63kv 以上时为串级式。 型式：（1）6-20kV 配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝 缘结构的电磁式电压互感器，当需要零序电压时，一般采用三相五柱电压互感 器。 （2）35110kV 配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器， 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。 准确等级：测量用电压互感器的准确度等级有 0.1、0.2、0.5、1、1.3 级， 保护用电压互感器的准确度等级