110kV变电站设计毕业设计

- 1 - 1 广西电力职业技术学院电力工程系 毕业设计说明书 题 目 110kV变电站设计 专 业 发电厂及电力系统 班 级 电力903 学 号 201090312 学 生 姓 名 指 导 教 师 2011年 12 月 14 日 - 2 - 2 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、深化和扩展所学的专业理论知 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、继电保护的选择及CAD 制图等内容。 经过五个星期的努力，我们A1组终于完成了这次毕业设计。在 此过程中，我们从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究， 我们有了不少的收获，巩固了在大学期间的专业知识，并对以前的 基础理解的更加透彻，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。 - 3 - 3 目 录 前言 第1章 毕业设计任务书 .1 1.1.设计题目 .1 1.2.所址概况 .1 1.3.负荷资料： .1 1.4.毕业设计的任务： .1 1.5.毕业设计的成果要求： .2 第2章 主变压器的选择 .3 2.1.负荷计算 .3 2.2.变压器台数的确定 .3 2.3.主变容量的确定 .4 2.4.主变相数的选择 .4 2.5.主变绕组数量 .4 2.6.主变型号的选择 .5 2.7.连接组别的选择 .5 2.8.变压器冷却方式选择 .5 第3章 电气主接线的选择 .7 3.1.电气主接线的基本要求 .7 3.2.主接线的接线方式选择 .7 3.2.1 110kV侧主接线选择方案 .9 3.2.2 35kV侧主接线方案选择 .10 3.2.3 10kV侧主接线方案选择 .11 3.2.4 变电站主接线图 .11 第4章 短路电流计算 .13 4.1 .概述 .13 4.2.短路计算的目的及假设 .13 4.2.1.短路计算的目的 .13 4.2.2.短路电流计算的一般规定 .13 4.2.3.短路计算基本假设 .14 4.2.4.基准值的选取 .14 4.2.5.短路电流计算的步骤 .14 4.3.三相短路的计算 .16 4.3.1母联断开和闭合时110kV侧的情况是一样的 .16 4.3.2 35kV侧 .17 4.3.3 10kV侧 .19 4.3.4结论 .20 - 4 - 4 第5章 电气设备选择 .21 5.1.概述 .21 5.1.1.一般原则 .21 5.1.2.技术条件 .21 5.2.断路器的选择 .22 5.2.1 对断路器的基本要求 .22 5.2.2 断路器选择 .22 5.3.隔离开关的选择 .27 5.3.1隔离开关的作用 .27 5.3.2 隔离开关的选择 .27 5.4.互感器的选择 .31 5.4.1. 互感器的概述 .31 5.4.2. 电流互感器选择 .31 5.5母线的选择 .36 5.6. 电缆的选择 .38 第六章 保护 .41 6.1. 继电保护配置规划 .41 6.1.1.变压器的继电保护： .41 6.1.2.主变压器保护： .41 6.2. 防雷保护及其配置 .42 6.2.2.主接地网 .44 6.6.3.主变中性点放电间隙保护 .44 主要参考文献、资料： .46 致谢 .47 附录1 .48 - 1 - 1 第1章 毕业设计任务书 1.1.设计题目 某110kV降压变电站电气部分初步设计 1.2.所址概况 110kV 变电站坐落在一个工业园，有2回线与系统相连，变电站与系统的架空线长度50 km，系统最大方式容量为3000MVA，相应的系统电抗为0.46，系统最小方式容量 为2500MVA,系统电抗为0.4（以系统容量及电压为基准的标幺值）。 变电站地址条件较好，地势较为平坦，属于5级地震区，冻土层深1.8m，复 冰厚度10mm，最大风速25m/s，年平均温度5，最高气温38，最低气温 1。 1.3.负荷资料： 表1-1 35kV负荷情况表 用户名 容量（MVA） 负荷性质 距离（km） 水泥厂 10 2 15 化肥厂 10 2 10 机械厂 10 1 12 钢铁厂 5 1 12 表1-2 10kV负荷情况表 用户 容量（MV A） 负荷性质 线路类型 距离（km ） 自来水厂 5 1 架空 2 糖厂 3.5 2 架空 2 医院 1.0 1 电缆 1.5 纺织厂 3.0 3 架空 2 农机厂 3.0 2 架空 1 造纸厂 1.0 2 架空 2 市政府 2.5 2 电缆 1 1.4.毕业设计的任务： - 2 - 2 1） 进行技术、经济比较，选择电气主接线方案。 2） 选择变压器的台数、容量、型号、参数。 3） 计算短路电流，选择电气设备（断路器、隔离开关、母线、电压互感器、电流 互感器、避雷器）。 4） 变电站主接线图 1张。 1.5.毕业设计的成果要求： 1）变电所电气主接线图1张（A3纸）（包括避雷器、电流互感器、电压 互感器等的配置）。（要求电气CAD出图）。 2）设计说明书一份（包括短路电流计算的过程及等值电路图）。 - 3 - 3 第2章 主变压器的选择 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。 2.1.负荷计算 1、35kV侧负荷统计 一类负荷： MVAS150 二类负荷： 2 2、10kV侧负荷统计 一类负荷： VAS615 二类负荷： M105.23. 三类负荷： 表2-1 负荷统计表 电压等级 一类负荷 (MVA) 二类负荷 (MVA) 三类负荷 (MVA) 35 kV 15 20 0 10 kV 6 10 3 小计 21 30 3 汇总 54 (MVA) - 4 - 4 2.2.变压器台数的确定 1、选择原则 （1）对于只供电给二类，三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。 （2）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、主变压器台数的选择 根据原始资料可知，本次所设的变电站是110kV降压变电站，所设计变电站 的电压等级为三个等级，分别为110kV、35kV、10kV，供电负荷大，一类二类负 荷占大部分，属于有一类负荷的重要变电站。 根据规定选择两台主变时供电可靠性较高，所以选用两台主变压器。 2.3.主变容量的确定 1确定原则：主变压器容量一般按变电站建成后510年的规划负荷选择 并适当考虑到远期1020年的负荷发展。 2. 容量确定：根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对 于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能 满足全部负荷的60%70% ，S=54MVA或者用户的一类负荷和二类负荷。由于上述条件限制，所以，两台主 变压器各自承担27MVA，当一台停运时，另一台则承担60%的负荷 ，单台变压器运行也要满足一级和二级负荷的供电MVAS4.325%60 需要，10+10+10+5+5+3.5+1+3+1+2.5=51MVA。故选择两台63MVA的主变压器就可 以满足负荷要求 2.4.主变相数的选择 在330kV及以下的发电厂和变电所中，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3台单相式投资小，占地少，损耗小，同时配电装置结 构比较简单，运行维护比较方便。如果受到制造、运输条件等条件的限制时， 可选用单相变压器组。而我们所设计的变电站，地址条件较好，不存在运输条 件限制问题，故选择三相电力变压器 2.5.主变绕组数量 绕组的形式主要有双绕组和三绕组 规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器，因为一台 三绕组变压器的价格及所用的控制电路和辅助设备，比两台双绕组变压器都较 - 5 - 5 少。 三绕组变压器通常应用下列场合： （1）在发电厂内。除发动机电压外，有两种升高电压与系统连接或向用户 供电。 （2）在具有三种电压等级的降压变电站中，需要向高压中压和低压供电或 高压和中压向低压供电。 （3）在枢纽变电站中，两种不同的电压等级的系统需要相互连接。 （4）在星形星形接线的变压器中，需要一个三角形连接的等三绕组。 本待建变电站具有110kV，35kV，10kV三个电压等级，所以拟用三绕组变压 器。 2.6.主变型号的选择 本待建变压器有一、二类负荷，当调整电压时，需要带负荷调整。所以采 用有载调压变压器，SFSZ9- 63000/110,额定容量63000kVA，高压121kV，中压38.5kV，低压10.5kV。 表2-2 主变压器型号及相关参数 额定电压（kV） 负载损耗（kW） 阻抗电压(%)变压 器型 号 额容 量VAk 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 6300 0 110 81. 25% 38.5 2 2. 5% 10.5 51.5 270.0 降压型 高中：10.5 高低：17.5 中低：6.5 0.32 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。 2.7.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 接线。10ndyY - 6 - 6 2.8.变压器冷却方式选择 （1）自然风冷却。无风扇，仅借助冷却器（又称散热器）热辐射和空气自 然对流，额定容量在10000kVA及以下。 （2）强迫空气冷却。简称风冷式，在冷却器间加装数台电风扇，使油迅速 冷却，额定容量在8000kVA。 （3）强迫油循环风冷却。采用潜油泵强迫油循环，并用风扇对油管进行冷 却，额定容量在40000kVA及以上。 （4）强迫油循环水冷却。采用潜油泵强迫油循环，并用水对油管进行冷却 ，额定容量在120000kVA及以上。由于铜质量不过关，国内已很少应用。 （5）强迫油循环导向冷却。采用潜油泵将油压入线圈之间、线饼之间和铁 芯预先设计好的油道中进行冷却。 （6）水内冷。将纯水注入空心绕组中，借助水的不断循环，将变压器的热 量带走。 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，所以选用强迫油循环风冷却方式 - 7 - 7 第3章 电气主接线的选择 3.1.电气主接线的基本要求 1、可靠性。安全可靠是电力生产的首要任务，衡量电气主接线运行可靠性 的一般准则： （1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电； （2）断路器或者母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运 时间并要求保证对一级负荷和大部分二级负荷的供电； （3）尽量避免变电所全部停运。 2、灵活性。投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便，调度灵 活： （1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路。 （2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备进行检修而 不致影响电力系统的运行，和对用户的供电。 （3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。 3、 经济性。(1)投资少；(2)占地面积小；(3)电能损耗小；(4)发展性好。 3.2.主接线的接线方式选择 表3-1 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 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。 （1）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；（2 ）引出线的断路器检修时 适用于不重要负荷和 中、小容量的水电站 和变电站中。 - 8 - 8 ，该支路要停止供电。 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，使 之停止工作。（2）任一 支路断路器检修时，该支 路必须停止工作。（3） 当出线为双回路时，常使 架空线路出线交叉跨越， 扩建时需向两个方向均衡 扩建。 (1) 610kV，每段母线容 量不超过25MW；35kV 配电装置的出线回路 数为48回为宜。（2 ）110kV配电装置的出 线回路数为小于8回。 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。 (1)用于出线不多，容 量不大的中、小型发 电厂；(2)35110kV 变电站；（3）主要用 于电压为610kV出线 较多的而且对重要负 荷供电的装置中。 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110kV220k V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。 - 9 - 9 双母 线分 段接 线 具有更高的可靠性 和更大的灵活性。 增加母联断路器和分段断 路器数量，配电装置投资 较大。 （1）电压为220kV进 出线为1014回的装 置。（2）电压为61 0kV进出线回路数或母 线上电源较多、输出 功率较大、短路电流 较大的装置。 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。 3.2.1 110kV侧主接线选择方案 根据发电厂变电站电气设备中可有：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。 跨 条跨 条 QSQSFF 图3-2 方案1内桥接线 图3-3 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两个单元之间失去联系；同时，出现断路器故障或 - 10 - 10 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全厂分裂为两部分，使两个单元之间失去联系；同 时，出线侧断路器故障或检修时，造成该侧变压器停电。此外，在实际接线中 可采用设内跨条来提高运行灵活性。 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。 以上两种方案比较：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。结 合原始材料可知待设计变电所有两回进线两回出线，线路为50km属于短距离输 电线路，所以110kV侧采用外桥接线方式。 注：长距离输电线路-线路长度超过300km以上； 中距离输电线路- 线路长度在100km以上，300km以下的架空输电线路和不超过100km的电缆线路； 短距离输电线路-线路长度不超过100km。 3.2.2 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： L13QS0QFF21S 段 段L15QS253F0641QS2 段 段 L13QS4QF2L4 - 11 - 11 图3-4 依据以上三种接线方式的特点作出主接线方案比较如下表所示： 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。 可靠性 较好 较差 高 灵活性 较好 较差 较好 维护性 较好 较差 较好 技 术 比 较 二次保 护 一般 简单 复杂 经济比较 略有增加 投资少 投资大 结论 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。 选择方案 单母线分段接线（方案1） 3.2.3 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 - 12 - 12 3.2.4变电站主接线图 根据以上分析结果得出变电站主接线图3-5所示 - 13 - 13 第4章 短路电流计算 4.1 .概述 所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超 出规定值的大电流。主要有三相短路、两相短路和单相短路。一般情况下，三 相短路电流都大于两相和单相短路电流。 短路电流的大小也是比较主接线方案，分析运行方式时必须考虑的因素。 系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供 电的安全性及可靠性。 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.短路计算的目的及假设 4.2.1. 短路计算的目的 1、选择电气设备：电气设备，如开关电气、母线、绝缘子、电缆等，必须 具有充分的电动力稳定性和热稳定性，而电气设备的电动力稳定性和热稳定性 的校验是以短路电流计算结果为依据的。 2、继电保护的配置和整定：系统中影配置继电保护以及继电保护装置的参 数整定，都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析算。 3、电气主接线方案的比较和选择：在发电厂和变电站的主接线设计中，比 较和评价方案时，短路电流计算是必不可少的内容。 4、通信干扰：在设计110kV及以上电压等级的架空输电线时，要计算短路 电流，以确定电力线对临近架设的通信线是否存在危险及干扰影响。 5、短路电流计算还有很多其他目的，如确定中性点的接地方式，计算软导 线的短路摇摆，输电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等。 4.2.2.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5- 10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。 - 14 - 14 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 作用的导部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。 4.2.3.短路计算基本假设 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。 4.2.4.基准值的选取 每个元件电气量的标幺值的基准值都可以任意选定。若选取的基准功率为 和基准电压为 ，由于4个电气量仅两个是独立量，其基准电流 和基准电BSBUBI 抗可通过功率关系和欧姆定律求得，即 和 。BUSI3BSUIZ23 4.2.5.短路电流计算的步骤 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。考虑1 0kV和35kV侧母联断开与闭合的情况，故作出短路系统电抗标幺值等效电路图， 母联断开时如图4-1所示，母联闭合时如图4-2所示。 - 15 - 15 图4-1 标幺值等效电路图 图4-2 标幺值等效电路图 2.元件电抗 求各元件的电抗标幺值： MVASB10kV15avUB 变电站与系统的架空线长度50km，系统最大方式容量为3000MVA，相应的系 统电抗为0.46。 (1)系统最大运行方式下的阻抗计算 015.346.01SBX (2) 线路总阻抗计 (3) 变压器各侧阻抗计算 高压侧： 75.10).657.10(2%)(21%313 KKKUU 中压侧： 2,121 低压侧： .).()(2323 KKK 变压器容量为 MVASNT617.0175.10BITUX4632%2 NTKS 0756.4.222BLL - 16 - 16 107.631075.%3NTBKTSUX48.2.21BT 59.010.22BTSX.47.223BTU 4.3.三相短路的计算 4.3.1母联断开和闭合时110kV侧的情况是一样的 系统到110kV侧 MVASB10kV15avUB 当在 （ ）处发生三相短路时1K4 最大运行方式下，作出等值电路图如下图4-3所示 图4-3标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为： 096.75.01.1 LSfX 系统电阻为： 85.134.6. 2s2SUs 电源至短路点的总电阻： .085.1f%6.85.1%0fsX45.372039.BSff - 17 - 17 所以110kV侧为有限大系统 T=0s时。 37.0B 短路周期分量的有效值： AUSBNf k678.53107.3 短路冲击电流： kiMk 4.68.512f 短路最大有效值： AIf7.5.1 短路容量： MVfB 9.303f T=0.1s时。 6.0 短路周期分量的有效值： kAUSBNf 94.53165.03 短路冲击电流： kiMk 97.4.812f 短路最大有效值： AIf5.5.1 短路容量： MVfB 3.03f T=4s时， 78.0B 短路周期分量的有效值： kAUSBNf 96.531078.3 短路冲击电流： kAiMk 4.69.512f 短路最大有效值： If 8.5.1 短路容量： MVfB 37.3f 4.3.2 35kV侧 MVASB10kV7avUB 母联闭合时 当在 处发生三相短路时 5K 最大运行方式下，作出等值电路图如下图4-4所示 - 18 - 18 图4-4 标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为： 1736.0)4.17.0(256.01. 2TLSf XX 电源至短路点的总电阻： 38.259.821085.21TLsf XX%3.038.5%10fS 45.2176.*f BNfI 所以35kV侧是无限大系统 短路周期分量的有效值： 标幺值： 76.513.0*f fI 有名值： kAUSBff 9.830. 短路冲击电流： iMk .2.12f 短路最大有效值： kIf 6985.1 短路容量： MVAfB3.733f 母联断开时 当在 处发生三相短路时 2K 最大运行方式下，作出等值电路图如下图4-5所示 - 19 - 19 图4-5标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为： 256.04.17.056.01. TLSf XX 短路周期分量的有效值： 标幺值： 9.3256.0*ffI 有名值： kAUSBff 09.671. 短路冲击电流： iMk 5.82f 短路最大有效值： kIf 26905.1. 短路容量： MVAfB.373f 4.3.3 10kV侧 MVASB10k5.10avUB 1、母联闭合时 当在 处发生三相短路时 6K 最大运行方式下，作出等值电路图如下图4-6所示 图4-6标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为： 291.0)7.1.0(2756.01. 3TLSf XX - 20 - 20 电源至短路点的总电阻： 17.3025.48.1085.231TLsf XX%.607.85%10fS 45.387.13.*f BNfI 所以10kV侧是无限大系统 短路周期分量的有效值： 标幺值： 36.4291.0*f fI 有名值： kAUSBff 97.235.0. 短路冲击电流： iMk 0.61.812f 短路最大有效值： kIf 43972.1 短路容量： MVAfB .5.503f 2、母联断开时 当在 处发生三相短路时 3K 最大运行方式下，作出等值电路图如下图4-7所示 图4-7标幺值等效电路图 电源至短路点的总电抗的标幺值为： 367.01.7.056.01. TLSf XX 短路周期分量的有效值： 标幺值： 2.673.0*ffI - 21 - 21 有名值： kAUSIBff 96.1435.072.3* 短路冲击电流： iMk 08.8f 短路最大有效值： kIf 742961.2.1 短路容量： MVAfB .503f 4.3.4结论 经过以上计算的结果，从中可以知道，当母联闭合时在最大运行方式下的 三相短路电流值最大，所以根据母联闭合时在最大运行方式下的三相短路电流 来选择并校验电气设备。 第5章 电气设备选择 5.1.概述 电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。正确的选择 电气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 电气设备选择时必须符合国家有关经济技术政策。技术要先进，经济要合理， 安全要可靠，运行要灵活，而且要符合现场的自然条件要求。所选设备正常时 应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。 5.1.1.一般原则 1、设备按照主接线形式进行配置 2、按装置位置及系统正常运行情况进行选择，按短路情况进行校验 3、所选择设备在系统中最恶劣运行方式下仍能可靠工作，动作。 4、同类设备尽量同一型号，便于设备的维护，订货和相互备用 5、考虑近期5年发展的要求 5.1.2.技术条件 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， - 22 - 22 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 (电网额定电压)NSU （2）额定电流 电气设备的额定电流 是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流NI 。 应不小于该回路在各种合理方式下的最大持续工作电流 。NI maxI 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 。ktQI2 式中 -短路电流产生的热效应； 、t -I 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 或 。sheisheI 式中 -短路冲击电流幅值及其有效值； -shIi、 esIi、 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 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 - 23 - 23 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侧断路器选择 110kV侧最大持续工作电流 )(60.29713540.5.I 3m AUSNax 式中 -指变电站总负荷的容量，MVA。 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678.5fI 电流最大值为 kA。45.1mi 根据电流值查附表初步选型号为LW24-126的断路器，其技术参数如下表5- 1所示： 表5-1 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 流（kA ） 额定 关合 电流 （kA ） 额定 合闸 时间 （s） 全开 时间 （s） LW24-126 110 126 1250 31.5 31.5 80 80 0.1 0.06 （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 最大持续持续工作 ；AIN1250 AI60.297max （3）断路器额定开断电流 三相短路周期分量有效值k.3keAIfk678.5 （4）动稳定校验 额定峰值耐受电流 ，短路冲击电流最大值 ，即kAi80max kAim45.1 满足要求。miax （5）热稳定校验 设 ,其中 ( 为保护动作时间， 为断路器分闸时间。)ste40ttrer 0t - 24 - 24 时间 内电气设备允许通过的热稳定电流有效值，则有etsk39645.122 AIt 时间 内短路电流的热效应e sk5.12946.5224fk AtQ 则 ，即满足要求。ktQI2 故LW24-126的断路器，可满足技术条件要求 2、 35kV侧断路器选择 35kV侧最大持续工作电流 AUSIN21.60350.135.max 式中 -指变电站 35kV侧总负荷的容量，MVA。 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AIfk9.8 流最大值为 。Aimk8.2 根据电流值查附表初步选型号为ZN12-40.5的断路器，其技术参数如下表5- 2所示： 表5-2 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（k A） 额定 关合 电流 （kA ） 额定 合闸 时间 （s） 全开 断时 间（s ） ZN12-40.5 35 40.5 1250 25 25 63 63 0.1 0.06 （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 最大持续持续工作AIN1250 AI21.60max （3）断路器额定开断电流 三相短路周期分量有效值keAIfk9.8 （4）动稳定校验 额定峰值耐受电流 ，短路冲击电流最大值 ，即kAi63max kAim8.2 满足要求。miax - 25 - 25 （5）热稳定校验 设 ,其中 ( 为保护动作时间， 为断路器分闸时间。)ste40ttrer 0t 时间 内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 skAIt 25042 时间 内短路电流的热效应et s8.349.8t2 IQk 则 ，即满足要求。kQI2t 故ZN12-40.5的断路器，可满足技术条件要求。 3、10kV侧断路器选择 10kV侧最大持续工作电流 AUSNax 8.150395.10.I 3m 式中 -指变电站 10kV侧总负荷的容量，MVA。 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kAIf97.23 流最大值为 。kAim02.61 根据电流值查附表初步选型号为ZN11-12的断路器，其技术参数如下表5- 3所示： 表5-3 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 流（kA ） 额定 关合 电流 （kA ） 额定 合闸 时（s ） 全开 断时 间（s ） ZN12-12 10 12 1250 31.5 31.5 80 80 0.06 0.03 （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 最大持续持续工作 ；AIN1250 AI8.15max （3）断路器额定开断电流 三相短路周期分量有效值.3ke ；AIfk97. （4）动稳定校验：额定峰值耐受电流 ，短路冲击电流最大值kAi80max ，即 满足要求。im02.61miax - 26 - 26 （5）热稳定校验：设 ,其中 ste40ttre ( 为保护动作时间， 为断路器分闸时间)rt 0 时间 内电气设备允许通过的热稳定电流有效值etsk39645.122 AIt 时间 内短路电流的热效应e skAtIQk 2224.987.3 则 ，即满足要求，故ZN12-12的断路器符合要求。kQtI2 4、选择校验结果列表如下 表5-4 110kV侧断路器 校验项目 计算参数 选择LW24-126 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 297.60 额定电流 1250 合格 动稳定校验 kA 短路冲击电流最大值 14.45 额定峰值耐受电流 80 合格 热稳定校 sk短路电流的热效应 kQ129.5 tI23969 合格 额定开断电流（kA ） 三相短路周期分量有效 值 5.678 额定开断电流 31.5 合格 表5-5 35kV侧断路器 校验项目 计算参数 选择ZN12-40.5 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 606.21 额定电流 1250 合格 - 27 - 27 动稳定校验kA 短路冲击电流最大值 22.88 额定峰值耐受电流 63 合格 热稳定校 skA短路电流的热效应 kQ323.28 tI22500 合格 额定开断电流（kA ） 三相短路周期分量有效 值 8.99 额定开断电流 25 合格 表5-6 10kV侧断路器 校验项目 计算参数 选择ZN12-12 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 1151.8 额定电流 1250 合格 动稳定校验kA 短路冲击电流最大值 61.02 额定峰值耐受电流 80 合格 热稳定校 sk短路电流的热效应 kQ2298.42 tI23969 合格 额定开断电流（kA ） 三相短路周期分量有效 值 23.97 额定开断电流 31.5 合格 5.3.隔离开关的选择 5.3.1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。 5.3.2 隔离开关的选择 - 28 - 28 1、110kV侧隔离开关的选择 110kV侧最大持续工作电流 AUSNax 60.29713540.5.I 3m 式中 -指变电站 10kV侧总负荷的容量，MVA。 110kV侧三相短路电流周期分量有效值 kA，冲击电流 kA678.5fI 45.1mi 。 根据电流值查附表初步选型号为GW5-110D630的隔离开关。 其技术参数如下表5-7所示： 表5-7 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） 动稳定电 流（kA） 热稳定试验 电流kA（4s ） GW5-110D630 110 126 630 50 20 （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 最大持续持续工作 ；IN630 AI60.297max （3）动稳定校验 动稳定电流 kAi50max ，短路冲击电流最大值 ，即 满足要求。i4.1miax （4）热稳定校验 设 ,其中 ( 为保护动作时间， 为断路器分闸时间。)ste0ttrer 0t 时间 内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 skAtI221640 时间 内短路电流的热效应e skAtIQfk 5.12946.5224 则 ，即满足要求，故选择GW5-110D630的隔离开关kQtI2 2、 35kV侧隔离开关选择 35kV侧最大持续工作电流 - 29 - 29 AUSIN21.60350.135.max 式中 -指变电站 35kV侧总负荷的容量，MVA。 35kV侧三相短路电流周期分量有效值 ，冲击电流kIf9.8kAim8.2 根据电流值查附表初步选型号为GN16- 35G1250的隔离开关，其技术参数如下表5-8所示： 表5-8 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） 动稳定电 流（kA） 热稳定试验 电流kA（4s ） GN16-351250 35 37 1250 63 25 （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 最大持续持续工作 ；IN1250 AI12.60max （3）动稳定校验 动稳定电流 kAi63max ，短路冲击电流最大值 ，即 满足要求。i8.2miax （4）热稳定校验 设 ,其中 ( 为保护动作时间， 为断路器分闸时间。)ste0ttrer 0t 时间 内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 skAtI2254 时间 内短路电流的热效应 ，则e skAtQ222k 8.349.8 ，即满足要求，故选择GN16-351250的隔离开关。kQtI2 3、10kV侧隔离开关选择 10kV侧最大持续工作电流 AUSNax 8.150395.10.I 3m 式中 -指变电站 10kV侧总负荷的容量，MVA。 10kV侧三相短路电流周期分量有效值 ，冲击电流Ifk97.23Aimk02.61 - 30 - 30 根据电流值查附表初步选型号为GN22- 102000的隔离开关，其技术参数如下表5-9所示： 表5-9 10kV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） 动稳定电 流（kA） 热稳定试验 电流k（4s ） GN22-102000 10 10.5 2000 100 40 （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 最大持续持续工作IN20 AI8.15max （3）动稳定校验 动稳定电流 kAi1max ，短路冲击电流最大值 kA，即 满足要求。2.60i miax （4）热稳定校验 设 ,其中 ( 为保护动作时间， 为断路器分闸时间。)ste0ttrer 0t 时间 内电气设备允许通过的热稳定电流有效值 skAtI22640 时间 内短路电流的热效应 ，则e skAtQ222k 4.987.3 ，即满足要求。kQtI2 故GN22-102000的隔离开关，可满足技术条件要求。 4、选择校验结果列表： 表5-10 110kV侧隔离开关 校验项目 计算参数 选择GW5-110D600 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 297.60 额定电流 630 合格 动稳定校验kA 短路冲击电流最大值 14.45 动稳定电流 50 合格 热稳定校验sk 短路电流的热效应 kQ129.5 tI21600 合格 - 31 - 31 表5-11 35kV侧隔离开关 校验项目 计算参数 选择GN16-351250 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 606.12 额定电流 1250 合格 动稳定校验kA 短路冲击电流最大值 22.88 动稳定电流 63 合格 热稳定校验sk 短路电流的热效应 kQ323.28 tI22500 合格 表5-12 10kV侧隔离开关 校验项目 计算参数 选择GN22-102000 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 1151.8 额定电流 2000 合格 动稳定校验kA 短路冲击电流最大值 61.02 动稳定电流 100 合格 热稳定校验sk 短路电流的热效应 kQ2298.42 tI26400 合格 5.4.互感器的选择 5.4.1. 互感器的概述 互感器是变换电压、电流的电气设备，它的主要功能是向二次系统提供电 压、电流信号也反映一次系统地工作状况，前者称为电压互感器，后者称为电 流互感器。 互感器包括电流互感器和电压互感器两类。前者将大电流变成规定的小电 流（5A或1A）；后者将高电压变成规定的低电压（100V）。测量仪表和继电器 的线圈与互感器的二次线圈相连，互感器的二次线圈应有可靠的接地。采用互 感器的目的，除了将二次回路与一次回路隔离，以保证运行人员和设备的安全 外，还使由它供电的二次设备标准化、小型化，从而个给运行维护提供方便。 5.4.2. 电流互感器选择 在110kV侧每条进线路上和变压器110kV侧与断路器之间装设四组三相电流互 感器，一组用于测量，一组用于计量，一组用于保护，另一组备用。在变压器35k V侧及其每条出线路上和母联断路器分别装设三组电流互感器，一组用于测量，一 - 32 - 32 组用于保护，另一组计量。在变压器10kV侧及其每条线路和母联断路器上分别装 设两组电流互感器，只装在线路的A、C相上，在不同的线路发生两点接地故障时 ，可统计2/3的几率只切除一条线路，另一条线路可继续运行，提高供电可靠性， 而且比三相都安装电流互感器简单经济，在中性点非直接接地系统中，广泛采用 两只在A、C相上安装电流互感器的形式。 1.110kV侧电流互感器的选择 (1)110kV侧属于户外配电装置 (2)110kV侧额定电压 =110kVU (3)110kV侧最大持续工作电流 A6.29731054.305.1ImaxNS 式中 -指变电站 110kV侧总负荷的容量，MVA。 110kV侧三相短路电流周期分量有效值 ，冲击电流Ifk69.5Aimk48.1 根据电流值查附表初步选型号为LB1- 110W1300的电流互感器，其技术参数如下表5-13所示： 表5-13 110kV侧的电流互感器参数表 型号 额定电流 (A) 级别组合 额定 输出V A 10%倍数 1s热稳定试 验电流kA 1s动稳定电流kA LB1-110W1300 2 300/50.5/10P/10P /10P 40 15 21 55 (4)热稳定校验sk69.3.01222 A75tfkkt 2 符合要求 (5) 动稳定校验 kA3.25.02eskAik48.1 - 33 - 33 es2ki 符合要求 通过以上校验可知，选择LB1-110W1300电流互感器符合要求 2.35kV侧电流互感器的选择 (1)35kV侧属于户内配电装置 (2)35kV侧额定电压 =35kVU (3)35kV侧最大持续工作电流 A21.60350.1305.1ImaxNS 式中 -指变电站 35kV侧总负荷的容量，MVA。 35kV侧三相短路电流周期分量有效值 ，冲击电流Ifk9.8Aimk8.2 根据电流值查附表初步选型号为LAB- 35800的电流互感器，其技术参数如下表5-14所示： 表5-14 35kV侧的电流互感器参数表 型号 额定电 流(A) 级别组 合 额定 输出V A 10%倍数 1s热稳定试 验电流kA 1s动稳定电流kA LAB-35800 2 800/50.5/10P 0.2/10P 40 15 16.5 42 (4)热稳定校验s4.178.0516222 kA9tfkkt 2 符合要求 (5) 动稳定校验 kA5.4728.02eskAik. - 34 - 34 es2ki 符合要求 通过以上校验可知，选择LAB-35800电流互感器符合要求 3.10kV侧电流互感器的选择 (1)10kV侧属于户内配电装置 (2)10kV侧额定电压 =10kVU (3)10kV侧最大持续工作电流 A8.153095.130