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重庆技术学院专科生毕业设计 题目:35kV降压变电站设计 系 别 电气工程系 专 业 发电厂及电力系统目 录第一章 引言41.1 原始资料分析5第二章 电气主接线的设计42.1电气主接线设计概述42.2电气主接线的基本形式及特点52.3电气主接线的选择7第三章 主变器的选择113.1主变台数的拟定113.2主变相数的选择113.3主变压器选择的成果12第四章 短路电流计算144.1 电路各元件、参数、标幺值的计算144.2 三相短路电流计算14第五章 电气设备选择175.1断路器、隔离开关的选择变压器保护165.2电流互感器的选择母线保护255.3电压互感器的选择315.4导体的选择和校验自动装置335.5互感器在主接线中的配备38第六章 高压配电系统及配电装置的设计356.1 配电装置的规定356.2 配电装置的分类366.3 配电装置的应用366.4 屋内配电装置布置原则386.5 本设计中配电装置的拟定40第七章防雷和接地设计417.1防雷设计467.2接地设计46第八章继电保护配备478.1变压器的保护配备478.2母线的保护配备47第九章设计总结49第十章道谢49第十一章参照文献51一引言 电力是以电能作为动力的能源。发明于19世纪70年代,电力的发明和应用掀起了第二次工业化高潮。成为人类历史18世纪以来,世界发生的三次科技革命之一,从此科技变化了人们的生活。20世纪浮现的大规模电力系统是人类工程科学史上最重要的成就之一,是电力发电、输电、变电、配电和用电等环节构成的电力生产与消费系统。它将自然界的一次能源通过发电动力装置转换成电力,再经输电、变电和配电将电力供应到各顾客。1.1 原始资料简要分析1.建设规模:该变电所电压级别为35/10KV 10KV进出线8回根据建厂规模,对本变电站的电气主接线进行设计拟定出23种方案,进行技术和经济比较,拟定出最优方案。2.该地区的负荷状况: 10KV恻的浮现容量为6400 kw,每条容量为800kw3.系统短路容量为无穷大根据以上两系统的短路容量,可计算两系统的综合电抗标幺值。进而进行短路电流的计算。收集国内外电气设备的现状和发展趋势,理解设备和导体选择的条件,对本变电站进行电气设备和导体的选择。4.本设计中各级电压侧年最大负荷运用小时数为: 10KV侧 Tmax=4000小时/年根据以上最大负荷小时数,可查表得出导体经济电流密度,进而按照经济电流密度进行母线截面的选择。5.所址概括:该变电所地势交平,交通便利,环境无污染,位于市郊区荒土地。根据以上所址概述,可理解到该设计中变电所的周边环境状况,可推测该所地处平原地区,占地面积大,由此根据变电所配电系统和配电装置的设计原则,对本变电所进行高压配电系统及配电装置设计,接近负荷中心,则规定供电的可靠性,调度的灵活性更高。二 电气主接线的设计发电厂和变电站的电气主接线是指由发电机,变压器,断路器,隔离开关,互感器,母线和电缆等电气设备,按一定顺序连接的,用以表达生产,汇集和分派电能的电路。电气主接线又城为一次接线或电气主系统,代表了发电厂和变电所电气部分的主体构造,直接影响着配电装置的布置,继电保护配备,自动装置和控制方式的选择,对运营的可靠性,灵活性和经济性起决定性的作用。2.1 电气主接线设计概述2.1. 1 对电气主接线的基本规定电气主接线应根据系统和顾客的规定,保证供电的可靠性和电能质量,对类负荷单个电源供电即可。对类负荷和类负荷占大多数的顾客应由两个独立电源供电,其中任一电源必须在另一种电源不能供电时,能保证向重要负荷供电。电压和频率是电能质量的基本指标,在拟定电气主接线时应保证电能质量在容许的变动范畴之内。电气主接线应具有一定的灵活性和以便性,一适应电气装置的多种运营状态。不仅规定在正常运营时能安全可靠地供电,并且在系统故障或设备检修及故障时,也能适应调度的规定,并能灵活,简便,迅速地倒换运营方式,使停电时间最短,影响范畴最小。电气主接线应在满足上述规定的前提下,尽量经济。应尽量减少设备投资费用和运营费用并尽量减少占地面积,同步注意搬迁费用,安装费用和外汇费用。具有发展和扩建的也许性。电气主接线在设计时应尽量留有发展余地,不仅要考虑最后接线的实现,同步还要兼顾到从初期接线过度到最后接线的也许和分阶段施工的可行方案,是其尽量的不影响持续供电或在停电时间最短的状况下完毕过度的实行。2.1. 2 变电所电气主接线的设计原则变电所主接线的设计必须满足上述四个基本规定,以设计任务书为根据,一国家经济建设方针,政策及有关技术规范为准则,结合工程具体特点,精确的掌握基本资料,做到及要技术先进又要经济使用。在工程设计中,经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的。它将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划,给出所设计的变电所的容量,电压级别,出线回路数。重要是负荷规定,电流系统参数和对变电所的而具体规定,以及设计的内容和范畴,这些原始资料是设计的根据,必须进行具体的分析和研究,从而可以初步拟定某些主接线方案,国家方针政策,技术规范和原则是根据国家实际状况,结合电流工业的技术特点而制定的准则,设计时必须严格遵循。结合对主接线的基本规定,设计的主接线应供电可靠,灵活,经济,留有扩建和发展的余地。设计时,在进行论证分析阶段,更应当辩证的批准供电可靠性与经济性的关系,以使设计的主接线具有先进性和可靠性。在满足运营规定使,变压器高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。旁路设施可按主接线基本形式中所述的状况设立。2.1. 3 电气主接线的设计环节电气主接线的设计随着着发电厂或变电所的整体设计,即按照工程基本建设程序,经历可行性研究阶段,技术设计阶段和施工设计等四个阶段,在各阶段中随规定,任务的不同,其深度,广度也有所差别,但总的设计思路,措施和环节相似。对变电站进行综合分析: 变电所的状况,涉及变电所的类型,在电力系统中的地位和作用,近期及远景规划容量,近期和远景与电力系统的连接方式和各级电压中性点接地方式,最大负荷运用小时数及也许运营的方式等。 负荷状况,涉及负荷的性质及地理位置、输电电压级别、出线回数及输送容量等。电力负荷的原始资料室设计主接线的基本数据,应在电力负荷预测的基本上拟定,其精确性直接影响主接线的设计质量。 环境条件,涉及本地的气温,湿度,风向,水文,递质,海拔高度及地震等因素,这些对主接线中电器的选择和配电装置的实行均有影响,必须予以注重;此外对重型设备的运送,也应充足考虑。 设备状况,为使所设计的主接线可行,必须对各重要电器的性能,制造能力,供货状况和价格等资料汇集并进行分析比较,保证设计具有先进性和可行性。拟定变压器的容量和台数 变电所主变压器的容量,一般应按5规划负荷来选择,根据都市规划,负荷性质、电网构造等综合考虑拟定,对重要变电所,应考虑当一台变压器停运时;其他变压器容量在记及过负荷能力容许时间内,应满足类及类负荷的供电;对一般性变电所,当1台主变压器停运时,其他变压器容量应能满足所有负荷的70%至80%。 变电所主变的台数,对于枢纽变电所在中,低压测以形成环网的状况下,以设立2台主变压器为宜;对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,可设3台主变压器,以提高供电可靠性。 主接线方案的拟定与选择 根据设计任务书的规定,在变电站资料分析的基本上,根据对电源和出线回数,电压级别,变压器台数,容量以及母线构造等,可拟定出若干个主接线方案,根据对主接线的基本规定,从技术上论证并裁减某些明显不合理的方案,最后保存23各技术相称,又都能满足任务规定的方案,在进行经济比较,对于在系统中占有重要地位的大容量变电所的主接线,还应进行可靠性定量分析计算比较,最后拟定在技术上合理,经济上可行的最后方案。 所用电源的引线,拟定所用电源的引线方式。 短路电流计算和重要电气选择,对所选的电气主接线进行短路电流计算,并选择合理的电气设备。 绘制电气主接线图,对最后拟定的主接线,按工程规定绘制工程图。2.2 主接线的基本接线形式及其特点电气主接线的型式是多种多样的,按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型的主接线两大类。2.2. 1 有母线型的电气主接线1、单母线接线及单母线分段接线(1)单母线接线单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作,又能使任一条出线都可以从任一种电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等,应尽量使负荷均衡地分派在各出线上,以减少功率在母线上的传播。单母接线的长处:接线简朴清晰、设备少、操作以便、经济性好,并且母线便于向两端延伸,扩建以便和采用成套配电装置。缺陷:可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时,所有回路都要停止工作,也就成了全厂或全站长期停电。调度不以便,电源只能并列运营,不能分列运营,并且线路侧发生短路时,有较大的短路电流。合用范畴:一般只合用于一台发电机或一台主变压器的如下三种状况: 610kV配电装置的出线回路数不超过5回; 3563kV配电装置的出线回路数不超过3回; 110220kV配电装置的出线回路数不超过两回。(2)单母分段接线单母线用分段断路器进行分段,可以提高供电可靠性和灵活性;对重要顾客可以从不同段引出两回馈电线路,由两个电源供电;当一段母线发生故障,分段断路器自动将顾客停电;两段母线同步故障的几率甚小,可以不予考虑。在可靠性规定不高时,亦可用隔离开关分段,任一母线故障时,将导致两段母线同步停电,在鉴别故障后,拉开分段隔离开关,完毕即可恢复供电。单母线分段接线的缺陷是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;当出线为双回路时,常使架空线路浮现交叉跨越;扩建时需向两个方向均衡扩建。(3)单母线带旁路母线的接线为了检修出线断路器,但不中断对该出线的供电,可增设旁路母线。当检修电源回路断路器期间不容许断开电源时,旁路母线还可以与电源回路连接,此时还需在电源回路加装旁路隔离开关。有了旁路母线,提高了供电的可靠性,但旁路系统造价昂贵,同步使配电装置运营复杂化,此外检修母线或母线故障期间中断供电。2、双母线接线及分段接线(1)双母线接线双母接线有两组母线,并且可以互为备用。每一种电源和出线的回路,都装有一台断路器,有两组母线隔离开关,可分别与两组母线连接。两组母线之间的联系,通过母线联系断路器来实现。由于有了两组母线,时运营的可靠性和灵活性大为提高。其长处重要有:检修母线时不影响正常供电;检修任一组母线隔离开关时,只需断开此隔离开关所属回路和与此隔离开关相连的该组母线,其她回路均可通过另一组母线继续运营;工作母线发生故障后,所有回路能迅速恢复供电;检修任一出线断路器时,可用母联断路器替代检修的断路器,回路只需短时停电;调度灵活;扩建以便等特点。缺陷:在倒母线的操作过程中,隔离开关作为操作电器,容易发生误操作;检修任一回路的断路器或母线故障时,仍将短时停电;所使用的设备多(母线隔离开关的数目多),并且使配电装置构造复杂,因此经济性能差。(2)双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范畴,可采用双母线分段接线,用分段断路器将工作母线分为两段,每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连,电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。这种接线具有单母线分段和双母线的特点,较双母线接线具有更高的可靠性和灵活性。正常运营时工作母线工作,备用母线不工作,它是单母线分段接线方式,当一段工作母线发生故障后,在继电保护作用下,分段断路器先自动跳开,而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开,该段母线所连的出线回路停电;随后,将故障段母线所连的电源回路和出线回路倒至备用母线上,即可恢复供电,这样,只是部分短时停电,而不必短期停电,仍是单母线分段运营方式。双母线分段接线重要用于大容量进出线较多的配电装置中,如220KV进出线达1014回时,就可采用双母线三分段的接线。在330500KV的配电装置中,也有采用双母线四分段的。(3)双母线带旁路母线的接线为了不断电检修出线断路器,双母线可以带旁路母线,用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作,使该回路不致停电。这种接线运营操作以便,不影响双母线正常运营,但多装了一组断路器和隔离开关,增长了投资和配电装置的占地面积,然而这对于接于旁路母线的线路回数较多,并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。2.2. 2 无母线型的电气主接线无母线型的电气主接线在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线连接,常用的有桥型接线、多角形接线和单元接线。1、桥型接线合用于仅有两台变压器和两条引出线的发电厂和变电所中。因此,它不适合本设计中对主接线进出线的规定。2、多角形接线没有集中地母线,相称于将单母线用断路器按电源和引出线的数目分段,且连接成环形的接线。这种接线一般合用于最后规模已拟定的110kV及以上的配电装置中,且以不超过六角形为宜。多角形接线的缺陷之一就是扩建困难,因此,此接线型式亦不适合本设计的规定。3、单元接线一般合用于只有一台变压器和一回线路时的小容量终端变电所和小容量的农村变电所,因此,此接线也不适合本设计的规定。2.3 电气主接线的选择根据对原始资料的分析以及对主接线的结识,现列出如下三种主接线方案。方案一: 10KV侧单母线分段接线。10KV进出线8回,可向重要顾客采用双回路供电。选择单母线分段接线方式。方案二: 10KV侧单母线带旁路母线接线。10KV侧单母线带旁路母线接线,检修出线断路器时,可不中断对该出线的供电,提高了供电的可靠性。方案三: 10KV侧单母线分段接线。现对三种方案列表2-1比较如下:表2-1 电气主接线方案比较项目方案可靠性灵活性经济性方案一: 35KV侧单母线分段接线可靠性高1.检修、调试相对灵活;2.多种电压级接线都便于扩建和发展。设备相对多,投资较大,经济性较差,但对供电可靠性的特殊需要是必要的。方案二:、35KV侧单母线带旁路母线接线。1. 可靠性较高;2. 单母线带旁路母线接线,检修母线或母线故障期间中断供电。1.灵活性较好;2.扩建以便1.设备相对多,投资较大;2. 旁路系统造价昂贵,同步使配电装置运营复杂化方案三: 35KV侧单母线接线。1.可靠性高;2. 构造简朴,有一定的供电可靠性1.各电压级接线方式灵活性都好;2. 多种电压级接线都便于扩建和发展。1.设备相对少,投资较小;2.减少占地面积。综合考虑三种电气主接线的可靠性,灵活性和经济性,结合实际状况,拟定第三种种方案为设计的最后方案.三 主变压器的选择在发电厂和变电站中,用来向电力系统或顾客输送功率的变压器,称为主变压器;用于两种电压级别之间互换功率的变压器,称为联系变压器;只供本所(厂)用的变压器,称为站(所)用变压器或自用变压器。3.1 主变压器台数和容量的拟定3.1. 1 主变压器台数的拟定(1)对大都市郊区的一次变电所,在中、低侧已构成环网的状况下,变电因此装设两台主变压器为宜。(2)对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,在设计时应考虑装设三台主变压器的也许性。(3)对于规划只装设两台主变压器的变电所,以便负荷发展时,更换变压器的容量。根据以上主变压器台数的选择原则以及本设计的规定,该变电所装设2台主变压器。3.1. 2 主变压器容量的选择主变压器容量的拟定原则(1)主变压器容量一般按变电所建成后5的规划负荷选择,并合适考虑到远期10的负荷发展。对于城郊变电所,主变压器容量应与都市规划相结合。(2)根据变电所所带负荷的性质和电网构造来拟定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所,应考虑当一台主变压器停运时,其他变压器容量在计及过负荷能力后的容许时间内,应保证顾客的一级和二级负荷;对一般性变电所,当一台主变压器停运时,其他变压器容量应能保证所有负荷的70%80%。(3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不适宜太多。应从全网出发,履行系列化、原则化。根据主变压器容量的拟定原则,当一台主变压器停运时,其他变压器容量应能保证所有负荷的70%80%,可以拟定单台变压器的额定容量。S总的容量为800*8=6400kwA综合考虑以上选择原则和本变电所的负荷状况,拟定变电所单台主变压器的额定容量:SN=4000KVA.3.2 主变压器型式的选择3.2.1 主变压器相数的的选择选择主变压器的相数,需考虑如下原则:1、当不受运送条件限制时,在330KV及如下的发电厂和变电站,均应选用三相变压器。2、当发电厂与系统连接的电压为500KV时,已经技术经济比较后,拟定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升压到500KV的,宜选用三相变压器。3、对于500KV变电所,除需考虑运送条件外,应根据所供负荷和系统状况,分析一台(或一组)变压器故障或停电检修时对系统的影响。特别在建所初期,若主变压器为一组时,当一台单相变压器故障,会使整组变压器退出,导致全网停电;如用总容量相似的多台三相变压器,则不会导致所停电。为此要通过经济论证,来拟定选用单相变压器还是三相变压器。在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等,拟定与否需要备用相。对于容量、阻抗、电压等技术参数相似的两台或多台主变压器,一方面应考虑共用一台备用相。备用相与否需要采用隔离开关和切换母线与工作相相连接,可根据备用相在替代工作相的投入过程中,与否容许较长时间停电和变电所的布置条件等工程具体状况拟定之。根据以上选择原则以及原始资料分析,本变电站选用双绕组变压器作为主变压器。3.2. 2绕组数量和连接方式的选择 在具有三种电压级别的变电所中,如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上,或低压侧虽无负荷,但在变电所内需要装设无功补偿设备时,主变压器一般选用三绕组变压器。变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运营。电力系统采用的绕组连接方式只有丫和,国内110KV及以上电压,变压器绕组多采用丫连接;35KV亦采用丫连接,其中性点多通过消弧线圈接地。35KV如下电压,变压器绕组多采用连接。本设计中变电所具有两种电压级别,即35kV和10kV,需选用二绕组变压器,变压器绕组的连接方式为丫/3.3主变压器的选择成果查电力工程电气设备手册:电气一次部分,选定变压器的额定容量为4000KVA。这里选择三绕组变压器,所选变压器的技术参数如下所示:型号:GB -4000/35额定容量(kVA):4000额定电压(kV): 高压3581.25% ;低压10.5连接组标号:Y d11空载损耗(kW):4.52负载损耗(kW):28.80阻抗电压(%):高-低:22.8因此选择两台GB-4000/35 型变压器为主变压器。四 短路电流计算高压短路电流计算一般只计及各元件(即发电机、变压器、电抗器、线路等)的电抗,采用标幺值计算。在为选择电气设备而进行的短路电流计算中,如果系统阻抗(即等值电源阻抗)不超过短路回路总阻抗的5%10%,就可以不考虑系统阻抗,将系统作为“无限大”电力系统解决,按这种假设所求得的短路电流虽较实际值偏大某些,但不会引起明显误差以致影响所选电气设备的型式。此外,由于按无限大电力系记录算得到的短路电流是电气装置所通过的最大短路电流,因此,在初步估算装置通过的最大短路电流或缺少必需的系统参数时,都可觉得短路回路所接的电源容量是无限大电力系统。本系统作无限大电源系统。4.1 电路各元件参数标幺值的计算主变压器的各绕组电抗标幺值计算如下:取,计算各元件参数,做等值电路。 发电机:4.2 三相短路电流计算4.2.1 35KV母线发生三相短路时的短路电流计算:短路点对电源的电抗为:短路电流周期分量的标幺值为: 短路点的短路电流周期分量的有名值为: 取冲击系数为1.80,短路冲击电流有名值为:短路电流的最大有效值:短路容量:4.2.2 10KV母线发生三相短路时的短路电流计算:图及简化过程如下图4-2所示。图4-3 等效电路图及化简过程短路点对电源的电抗为:短路电流周期分量的标幺值为: 短路点的短路电流周期分量的有名值为: 取冲击系数为1.80,短路冲击电流有名值为:短路电流的最大有效值:短路容量:短路电流计算成果列表于4-1下:表4-1 短路电流计算成果表短路点基准电压(kV)短路电流(kA)冲击电流(kA)短路容量(MVA)K1359.9430.95172K2109.7530.36168五 导体和电气设备的选择对的选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运营的重要条件。在进行电器选择时,应根据工程实际状况,在保证安全、可靠的前提下,积极而稳妥地采用新技术,并注意节省投资,选择合适的电气设备。尽管电力系统中多种电器的作用和工作条件并不同样,具体选择措施也不完全相似,但对它们的基本规定确是一致的。电气设备要可靠地工作,必须按正常工作条件进行选择,并按短路状态来校验动、热稳定性。本设计中,电气设备的选择涉及:断路器和隔离开关的选择,电流、电压互感器的选择、避雷器的选择,导线的选择。电气设备选择的一般原则:(1)应满足正常运营、检修、短路和过电压状况下的规定,并考虑远景发展;(2)应按本地环境条件校核;(3)应力求技术先进和经济合理;(4)与整个工程的建设原则应协调一致;(5)同类设备应尽量减少品种;(6)扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致;(7)选用新产品,均应具有可靠的实验数据,并经正式鉴定合格。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、过电流的状况下保持正常运营。同步,所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。多种高压设备的一般技术条件如下表5-1所示:表5-1 高压电气技术条件序号电器名称额定电 压(kA)额定电 流(A额定容 量(kVA)机械荷 载(N)额定开断电流(kA)短路稳定性绝缘水平热稳定动稳定1断路器2隔离开关3组合电器4负荷开关5熔断器6电流互感器7电压互感器8电抗器9消弧线圈10避雷器11封闭电器12穿墙套管13绝缘子5.1 断路器和隔离开关的选择断路器的选择,除满足各项技术条件和环境条件外,还应考虑到要便于安装调试和运营维护,并在经济技术方面都比较后才干拟定。根据目前国内断路器的生产状况,现一般选用真空、SF6、少油和压缩空气等断路器作为10kV220kV的开关电器。表5-2 高压断路器、隔离开关的选择及其校验项目项目额定电压额定电流开断电流额定关合电流热稳定动稳定高压断路器隔离开关同样,隔离开关的选择校验条件与断路器相似,其型式应根据配电装置的布置特点和使用规定等因素,进行综合技术经济比较后拟定。5.1.1 35kV主变侧:主变断路器的选择与校验流过断路器的最大持续工作电流:具体选择及校验过程如下:(1)额定电压选择:(2)额定电流选择:(3)额定开端电流选择:选择LW835/1600,技术数据如下表5-9所示:表5-9 技术数据表型号额定工作电压(kV)最高工作电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(kA)额定关合电流(峰值)(kA)4s热稳定电流(kA)额定动稳定电流(峰值)(kA)全开断时间(s)固有分闸时间(s)LW8-35/16003540.51600256320630.10.06(4)热稳定校验:,设主保护和后备保护的动作时间为0s和1.5s,则热稳定计算时间:由于是无限大电源系统,因此因此,满足热稳定校验。(5)动稳定校验:由于,因此满足动稳定校验。其具体参数如下5-10表:表5-10 具体参数表由表可知,所选断路器满足选择规定:主变侧隔离开关的选择与校验(1)额定电压选择:(2)额定电流选择:选择GW535/1600,其技术参数如下5-12表。表5-12 GW535/1600技术参数表型号额定电压kV额定电流A5s热稳定电流(kA)动稳定电流峰值(kA)GW535/16003516002050(3)热稳定校验:由于,因此,满足热稳定校验。(4)动稳定校验:具体参数如下5-13表:表5-13 具体参数表计算数据GW535/160035kV35kV826.66A1600A132.6230.95kA50kA由表可知,所选隔离开关满足选择规定。5.1.2 10kV主变侧:主变10kV侧断路器的选择与校验流过断路器的最大持续工作电流:具体选择及校验过程如下:(1)额定电压选择:(2)额定电流选择:(3)额定开断电流选择:选择LW310型断路器,其技术数据如下表5-14所示:表5-14 技术数据表型号额定电压(kV)最高工作电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(kA)4s热稳定电流(kA)额定动稳定电流(峰值)(kA)合闸时间(s)分闸时间(s)LW3101011.5300088200.060.04(4)热稳定校验:设主保护和后备保护的动作时间为0s和1.5s,则校验短路热稳定的计算时间:由于是无限大电源系统,因此因此,满足热稳定校验。(5)动稳定校验:由于,因此满足热稳定校验。具体参数如下表5-15所示。表5-15 具体参数表计算数据LW31010kV10kV2427A3000A1.62kA8kA9.36kA20 kA134.92由表可知,所选断路器满足选择规定。: 主变隔离开关的选择与校验流过回路的最大持续工作电流:(1)额定电压选择:(2)额定电流选择:选择GN10-10/3000型隔离开关,其技术参数如下5-16表:表5-16 GN10-10/3000技术参数表型号额定电压kV额定电流A5s热稳定电流(kA)动稳定电流峰值(kA)GN10-10/300010300075160(3)热稳定校验:由于因此,满足热稳定校验。(4)动稳定校验:,因此,满足动稳定校验。具体参数如下5-17表:表5-17 具体参数表计算数据GN10-10/300010kV10kV2427A3000A134.9223.75kA160kA由表可知,所选隔离开关满足选择规定。3. 10kV母联断路器及隔离开关的选择与校验选用LW310型六氟化硫断路器和GN10-10/3000型隔离开关。5.2 电流互感器的选择电流互感器按如下技术条件进行选择:一、按一次回路额定电压和电流选择电流互感器的一次回路额定电压和电流必须满足:式中 二、电流互感器种类和型式的选择在选择时,应根据安装地点(如屋内、屋外)和安装方式(如穿墙式、支持式、装入式等)选择型式。35kV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘构造的独立式电流互感器,常用L(C)系列。35kV屋内配电装置常采用瓷绝缘构造或树脂浇注绝缘构造,如LZ系列的树脂浇注绝缘构造只合用于屋内配电装置。三、精确级的选择互感器的精确级不得低于所供测量仪表的精确级,0.51级的电流互感器用于变电所的测量仪表,电能表必须用0.5级的电流互感器。 四、热稳定校验 电流互感器热稳定能力常以1s容许通过一次额定电流来表达,故热稳定按下式校验:五、动稳定校验电流互感器的内部动稳定性常以额定动稳定倍数表达,校验式如下:外部动稳定校验重要是校验互感器出线端受到的短路作用力不超过容许值。有的产品样本未标明出线端部运营作用力,而只给出动稳定倍数。一般是在相间距离为40cm,计算长度为50cm的条件下获得的。按下式校验:5.2.1 35KV侧电流互感器的选择:主变侧电流互感器的选择:(1)按一次回路额定电压和电流选择电流互感器一次回路最大持续工作电流电流互感器的一次回路额定电压和电流必须满足:(2)电流互感器种类和型式选择采用油浸瓷箱式绝缘构造的独立式电流互感器,安装地点是屋外。(3)精确级的选择 作电流、电能测量及继电保护用,精确级选择0.5级。综上,初选LCWD135/ 1200型电流互感器,其技术数据如下表5-20所示:表5-20 技术数据表型 号额定电流(A)级次组合精确级次二次负荷()10%倍数1S热稳定倍数(倍)动稳定倍数(倍)0.5级1级3级二次负荷()倍数(倍)LCWD1-35/120012000.5 /B0.5/B2215452.545(4)热稳定校验: 因此,满足热稳定校验。(5)动稳定校验:内部动稳定校验:由于因此,满足内部动稳定校验。外部动稳定校验:因此,满足外部动稳定校验。综上,因此LCWD235/1200满足规定。具体数据见下5-21表:表5-21 具体数据表 数据项目LCWD135/ 1200计算数据35kV35kV1200A639.36A134.9276140kA25.23kA87.514.915.2.3 10KV侧电流互感器的选择1、主变35kV侧断路器的选择与校验流过回路的最大持续工作电流:(1)额定电压选择:(2)额定电流选择:(3)额定开断电流选择:(2)电流互感器种类和型式选择35KV如下屋内配电装置的电流互感器,根据安装使用条件及产品状况,采用瓷绝缘构造或树脂浇注绝缘构造。35KV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘构造的独立式电流互感器,常用L(C)系列。树脂浇注绝缘的LZ系列只合用于35KV屋内配电装置。采用树脂浇注绝缘构造的电流互感器,安装地点是屋内。(3)精确级的选择 作电流、电能测量及继电保护用,精确级选择0.5级。选择LZZB10-12(Q)/型电流互感器,本型电流互感器为环氧树脂浇注绝缘全封闭支柱式构造。合用于额定电压为35kV及如下,额定频率为50Hz或60Hz的户内电力系统中作电流、电能计量和继电保护使用。本产品的特点为动热稳定参数高,二次输出容量大,绝缘性能稳定,耐污秽等,可完全取代LCZ-35Q、LZZ-35Q等老式同类产品。该型互感器为支柱式构造,采用环氧树脂浇注,属大爬距加强型绝缘,耐污秽,耐潮湿,适合污染重湿度大的地区使用。是全封闭式浇注构造。该产品具有高动热稳定性,适合短路电流较大的系统。其技术数据如下表5-22所示:表5-22 技术数据表型 号 精确级次额定二次负荷cos=0.9(滞后)(VA)1S热稳定电流(KA有效值)动稳定电流(KA峰值)0.20.5LZZB10-100.2/0.510152152.5(4)热稳定校验:因此,满足热稳定校验。(5)动稳定校验:。,因此满足动稳定校验。2、10kV母联电流互感器的选择由于10kV母联只在一台主变停运时才有大电流通过,与10kV母线侧电流互感器相似,因此同样选择LZZB10-10/3000型电流互感器。5.3 电压互感器的选择电压互感器的选择和配备按下列条件:型式:35kV110kV配电装置一般采用油浸绝缘构造电磁式电压互感器;220kV及以上的配电装置,当容量和精确级别满足规定期,一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时,应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。按一次回路电压选择:按二次回路电压选择:二次回路电压必须满足测量电压为100V。电压互感器接线不同,二次电压各不相似。精确级别:电压互感器在哪一精确级别下工作,需根据接入的测量仪表,继电器和自动装置等设备对精确级别的规定拟定。5.3. 1 35kV侧母线电压互感器的选择型式:采用串级绝缘瓷箱式电压互感器,作电压、电能测量及继电保护用。额定电压:精确级别:用于保护,测量、计量用,其精确级别为0.5级。查发电厂电气部分,选定PT的型号为:JDX6-35型。5.3.3 10kV母线设备电压互感器的选择型式:采用油浸式绝缘构造电磁式PT,供电压、电能和功率测量以及继电保护用。额定电压: 精确级别:用于保护、测量以及计量用,其精确级别为0.5级。查发电厂电气部分 ,选定PT型号:JDX105.4导体的选择与校验母线一般按母线材料、类型和布置方式;导体截面;电晕;热稳定;动稳定;共振频率等项进行选择与校验。母线一般为硬母线,而架空线则是软导线。常用的硬母线截面有矩形、槽型和管型。单片矩形导体具有集肤效应系数小、散热条件好、安装简朴、连接以便等长处,一般用于工作电流不不小于A的回路中。矩形母线为了增长散热面积,将矩形的厚和高的差距加大,在相似截面状况下,散热面积增大,但同步应兼顾机械强度和集肤效应的影响,一般厚与高的比例取151/12。为避免集肤效应系数过大,单条矩形截面积最大不超过。当工作电流超过最大截面单条母线容许电流时,可将几条矩形母线并列使用,但是由于邻近效应和散热的影响,多条母线并列的运营载流量并不成比例增长,故一般避免采用4条以上矩形母线并列。矩形母线常用于35KV及如下,电流在4000A及如下的配电装置中。槽形母线机械强度好,载流量较大,散热条件好,集肤效应系数小,安装也比较以便,在回路持续电流为40008000A时,一般用双槽形导体,不小于上述电流值时,由于会引起钢件构造严重发热,故不推荐使用。管形母线集肤效应系数小,机械强度高,管内可通水和通风冷却,因此,可用在8000A以上的大电流母线。户外配电装置使用管形导体,具有占地面积小、构造简要、布置清晰等长处。此外,由于圆形表面光滑,电晕放电电压高,因此可用于110KV及以上的配电装置中。母线截面的选择:除配电装置的汇流母线及较短导体(20m如下)按最大长期工作电流选择截面外,其他导体的截面一般按经济电流密度选择。按经济电流密度选择母线截面可使年综合费用最低。年综合费用涉及电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等,综合这些因素,使年综合费用最小时所相应的母线截面称为经济截面,相应的电流密度称为经济电流密度。本设计母线的截面按经济电流密度选择。母线的经济截面可由下式决定:式中 经济截面(); J经济电流密度()。经济电流密度J与年最大负荷运用小时数Tmax有关,本设计中各级电压侧年最大负荷运用小时数为:35kV侧 Tmax=4000小时/年5.4. 1 35kV母线的选择与校验按经济电流密度选择导体截面积:正常工作时的最大长期工作电流:查经济电流密度曲线,当Tmax =4000h时,经济电流密度,则选择LF21圆管形铝锰合金导体作为母线,其技术数据如下表5-24所示:表5-24 技术数据表导体尺寸D1D2(mm)导体截面()导体最高容许温度为下值时的载流量(A)截面系数W()惯性半径惯性矩J()质量(kg/m)708080729541900154517.32.6969.42.61)当环境温度为40时,导体最高容许温度为70时,查表得综合修正系数为K=0.81,则按长期发热容许电流校验:(2)热稳定校验。正常运营时导体温度:查电力工程电气设计手册表89,供用电工程表91,C=95,则满足短路时发热的最小导体截面为:因此满足热稳定规定。5.4.3 10KV母线的选择与校验按经济电流密度选择导体截面积:正常工作时的最大长期工作电流:查经济电流密度曲线,当Tmax =4000h时,经济电流密度,则 查电力工程电气设备手册-电气一次部分及电力工程电气设计手册-电气一次部分中表,选用二片矩形硬铝导体并列使用,矩形母线的布置采用截面的长边垂直布置,以提高导体的散热率。有关数据如下:导体尺寸bh(mmmm):2(12510);导体截面S():2500;集肤效应系数: Kf =1.45;竖放容许电流: 3152A(1) 当环境温度为40时,导体最高容许温度为70时,查表得综合修正系数为K=0.81,则按长期发热容许电流校验(2)热稳定校验。正常运营时导体温度:查电力工程电气设计手册表89,得C=91,则满足短路时发热的最小导体截面为:因此满足热稳定规定。(3)动稳定校验导体短路时产生的机械应力一般均按三相短路校验。校验应满足的规定为: 对于三相导体布置在同一平面的矩形导体,相间应力按下式计算:式中 l绝缘子间跨距(cm); a相间距离(cm);W导体的截面系数(),见电力工程电气设计手册电气一次部分表8-12及8-13; 振动系数相间距离:a=0.5m,冲击电流:绝缘子的最大容许跨距取绝缘子跨距l=1.5m。对于三相母线布置在同一平面,母线的自振频率为:式中 可见f在35155Hz范畴内,应考虑振动系数,查供用电工程表8-14的曲线,相应f=80.24Hz,=1.32。则相间作用应力为:母线同相两条间作用应力计算如下:当每相为两片时,片间中心距离为a=2b(根据供用电工程中描述),则 , 时,由矩形导体形状系数曲线得,增长片间衬垫的数量可以减少各片间的应力,但会使母线散热条件变坏,根据经验一般每隔3050cm设一衬垫,因此衬垫跨距可取,则短路时同相导体片间互相作用的应力为:因此,满足动稳定校验规定。综上,所选的二片矩形硬铝导体满足规定5.5互感器在主接线中的配备互感器在主接线中的配备如下所述:1、电压互感器的配备:(1)母线。除旁路母线外,一般工作及备用母线都装有一组电压互感器,用于同步、测量仪表和保护装置;(2)线路。35kV及以上输电线路,当对端有电源时,为了监视线路有无电压,进行同步和设立重叠闸,装有一台单相电压互感器;(3)变压器。变压器低压侧有时为了满足同期和继电保护的规定,设有一组电压互感器。2、电流互感器的配备:(1)为了满足测量和保护配备的需要,在变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统,一般按三相配备;对于中性点非直接接地系统,依具体状况按二相或三相配备;(2)保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的死区来设立。如有两组断路器,应尽量设在断路器两侧,使断路器处在交叉保护范畴之中;(3)电流互感器一般布置断路器的出线或变压器侧,即尽量不在紧靠母线侧装设电流互感器。六 高压配电系统及配电装置设计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、自然环境特点和运营、检修、施工方面的规定,合理制定布置方案和选用设备,积极谨慎地采用新布置、新设备、新材料、新构造,使配电装置设计不断创新,做到技术先进、经济合理、运营可靠、维护以便。变电所的配电装置型式选择,应考虑所在地区的地理状况及环境条件,因地制宜,节省用地,并结合运营、检修和安装规定,通过技术经济比较予以拟定。在拟定配电装置型式时必须满足如下四点规定:(1)节省用地;(2)运营安全和操作巡视以便;(3)便于检修和安装;(4)节省材料,减少造价。6.1 配电装置的规定配电装置是根据电气主接线的连接方式,由开关电器、保护和测量装置,母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置,是发电厂和变电站的重要构成部分,其作用是在正常状况运营下,用来接受和分派电能,而在系统发生故障时,迅速切断故障部分,维持系统正常运营。为此,配电装置应满足下述基本规定。1、保证运营可靠配电装置中引起事故的重要因素是,绝缘子因污秽而闪络,隔离开关因误操作而发生相间短路,断路器因开断能力局限性而发生爆炸等。因此,要按照系统和自然条件以及有关规程规定合理选择电气设备,使选用电气设备具有对的的技术参数,保证具有足够的安全净距;还应采用防火、防爆、蓄油和排油措施,考虑设备防水、防风、抗震、耐污等性能。2、便于操作、巡视和检修配电装置的构造应使操作集中,尽量避免运营人员在操作一种回路时需要走几层楼或几条走廊。配电装置的构造和布置应力求整洁、清晰,便于操作巡视和检修;还应装设防误操作的闭锁装置及连锁装置,以防带负荷拉合隔离开关、带电拉接地线、误拉合断路器、误入屋内有电间隔。3、保证工作人员安全为了保证工作安全,对配电装置应采用一系列措施,例如用隔墙把相邻电路的设备隔开,以保证电气设备检修时安全;设立遮拦;留出安全距离,以防触及带电部分;设立合适的安全出口;设备外壳和底座都采用保护接地等;在建筑构造等方面还应考虑防火等安全措施。4、力求提高经济性在满足上述规定的前提下,电气设备的布置应紧凑,节省占地面积,节省钢材、水泥和有色金属等原材料,并减少造价。5、具有扩建也许要根据发电厂和变电站的具体状况,分析与否有发展和扩建的也许。如有,在配电装置构造和占地面积等方面要留有余地。6.2 配电装置的分类配电装置按电气设备装设地点不同,可分为屋内配电装着和屋外配电装置;按其组装方式,又可分为装配式和成套式。在现场将电气组装而成的称为装配配电装置;在制造厂按规定预先将开关电气、互感器等构成多种电路成套后运至现场安装使用的称为成套配电装置。(1)屋内配电装置的特点:由于容许安装净距小和可以分层布置而使占地面积较小;维修、巡视和操作在室内进行,可减小维护工作量,不受气候影响;外界污秽空气对电气设备影响较小,可以减少维护工作量;房屋建筑投资较大,建设周期长,但可采用价格较低的户内型设备。(2)屋外配电装置的特点:土建工作量和费用较小,建设周期短;与屋内配电装置相比,扩建比较以便;相邻设备之间距离较大,便于带电作业;与屋内配电装置相比,占地面积大;受外界环境影响,设备运营条件较差,须加强绝缘;不良气候对设备维修和操作有影响。(3)成套配电设备的特点:电气设备布置在封闭或半封闭的金
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