XD铁合金厂110kV降压变电所的电气设计.doc

内容提要 工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂总降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工厂总降压变电所的电气设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几方面：负荷计算和无功功率补偿，总降压变电所位置的选择, 变压器的台数、容量和型式的选择，短路电流的计算及继电保护, 电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择, 防雷接地装置设计等。本设计在对铝合金厂进行供配电调研、论证的基础上，完成了铝合金厂的负荷计算和无功功率补偿、110kV降压变电所主接线设计；还进行了短路计算、相关电气设备的选择和校验以及继电保护的选择与整定。在设计的最后对该厂的供电系统进行了防雷保护。关键词：无功补偿；短路；电力设备；继电器目录内容提要Abstract1 绪论11.1 工厂供电的意义和要求11.2 工厂供电设计的一般原则21.3 设计原始资料31.4 设计思路52 负荷计算和无功功率补偿72.1 负荷概述72.2 负荷计算的内容和目的72.3 各车间电力负荷计算82.4 无功功率补偿计算92.5 工厂年耗电量的计算93 变电所主变压器的选择103.1 变电所主变压器台数的选择103.2 变电所主变压器容量的选择103.3 主变压器型式的选择104 变电所主接线的设计124.1 主接线设计原则与要求124.2 电气主接线确定135 短路电流的计算175.1 短路计算的意义175.2 短路电流计算的目的及方法175.3 采用标幺制法进行短路计算176 变电所一次设备的需选择与检验226.1 电气一次设备的选择原则226.2 一次设备的选择与检验287 进出线的选择与校验367.1 进出线选择的方法367.2 进出线的校验方法367.3 110kV侧进线的选择377.4 10kV侧出线的选择378 二次回路方案的选择398.1 变电所二次回路设计398.2 变压器的继电保护的整定469 防雷与接地方案的设计489.1 直击雷保护489.2 侵入波保护4810 设计体会50参考文献51致谢521 绪论1.1 工厂供电的意义和要求 工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，同时易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配不仅简单经济，且便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。而今现代社会的信息技术和其它高新技术都是建立在应用电能的基础上。因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用广泛。工厂供配电系统是整个工厂正常生产的动力源的命脉，供配电系统的正常运行直接影响全厂生产生活安全。现代大型工厂供配电系统的主接线及运行方式都非常复杂，各种电器设备的数量和种类繁多，随着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。随着改革开放的不断深化，经济的迅速发展。各电力部门对变电所设计的要求将越来越高。现在所设计的常规变电所最突出的问题是设备落后，结构不合理，占地多，投资大，损耗高，效率低，尤其是在一次开关和二次设备造型问题上，基本停留在5060年代的水平上，从发展的观点来看，将越来越不适应现代工业对电能质量提高的发展要求。现代工业不断发展，对电力能源需求也不断增大，致使变电所数量增加，电压等级提高，供电范围扩大及输配电容量增大，采用传统的变电站一次及二次设备越来越难以满足变电站安全及经济运行，少人值班或无人值班的要求。现在大多采用了微机保护。分级保护和常规保护相比，增加了人机对话功能，自控功能，通信功能和实时时钟等功能，因此如果通过电力监控自动化系统，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电站的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，达到供电系统的管理科学化、规范化，并且还可以做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。 因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。 工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求： （1）安全，在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 （2）可靠，应满足电能用户对供电可靠性的要求。 （3）优质，应满足电能用户对电压和频率等质量的要求.。 （4）经济，供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。例如计划用电问题，就不能考虑一个单位的局部利益，更要有全局观点。1.2 工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB500521995供配电系统设计规范、GB50053199410kv及以下设计规范、GB500541995低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策； 必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（2）安全可靠、先进合理； 应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3）近期为主、考虑发展； 应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4）全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。1.3 设计原始资料工厂总平面图如图1.1所示图1.1 工厂总平面图1.3.1 工厂生产任务及车间组成本厂规模为大型钢铁企业，车间有高炉练钢、高炉练铁、初轧车间、大型车间、中型车间、中板车间、管材车间、机修车间。负荷情况如下表：表1.1 工厂各车间负荷情况车间变电所序号车间名称设备容量（kW）需要系数Kdcostan1高炉练钢车间45000.30.652高炉练铁车间46000.70.653初轧车间45500.60.74大型车间50000.50.55中型车间30000.40.56中板车间34000.450.67管材车间35000.750.758机修车间33000.30.59锅炉房1510.750.810化验室、办公室500.60.6表1.2 工厂转供110kV高压负荷计算数据工厂序号工厂名称设备容量（kW）需要系数Kdcos1石油机械制造厂35000.450.872橡胶厂40000.50.781.3.2 供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂由220/110kV变电所一条110kV双回线架空路引入本厂。其中一路该作为工作电源，另一路作为备用电源，两电源不并联运行。该变电所距厂东侧8km。电力系统短路数据如表1.3所示：表1.3 电力系统短路数据如表电源编号电源来源母线电压短路容量（MVA）距离l（km）继保整定时间（s）U（kV）A变电所1106002808181.3.3 供电技术要求（1） 区域变电所110kV馈出线定时限过电流保护整定时间为了1.8s，要求工厂总配电所过电流保护整定时间为了1.3s。（2） 工厂最大负荷时功率因数不低于0.9。（3） 在总配电所110kV侧进行计量。（4） 供电贴费为750元/（kVA），每月电费按两部电价制：基本电费为18元/（kVA），动力电费为0.4元/（kWA），照明电费为0.5元/（kWA）。（5） 工厂负荷性质。各车间除此而外380V低压负荷外，还有高压负荷。本厂大部分为三班制，少数车间为一、二班制，年最大有功负荷利用小时数为6000h，全年工作时数为8760h。全企业主要车间为一级负荷，80%负荷有备用电源。1.3.4 气象资料本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为23，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8m处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为31天。1.3.5 地质水文资料本厂所在地区平均海拔146m，地层以砂粘土为主，地下水位为3m。1.4 设计思路 该铝合金厂110kV降压变电所的设计，是依据各个车间的负荷情况、生产工艺对负荷的要求以及负荷的布局情况来解决对各个车间的安全可靠运行的电能分配问题。基本内容包括以下几方面：1.4.1 负荷计算和无功功率补偿 全厂110kV降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。根据车间变电所变压器的功率损耗，求出全厂总降压变电所高压侧的计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。1.4.2 工厂总降压变电所主变压器的台数及容量选择 参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。1.4.3 工厂总降压变电所主结线设计 根据总降压变电所配电回路数、负荷要求的可靠性以及计算负荷数，综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对主结线设计的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易且维修方便。1.4.4 短路电流计算 工厂用电通常作为电网的末端负载，它的容量运行小于电网容量，都可以按无限容量系统供电进行短路计算。由系统最大运行方式和最小运行方式下的短路参数，求出两种运行方式下各点的三相及两相短路电流。1.4.5 变电所高、低压侧设备选择 参照短路电流计算数据、各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高压侧和低压侧电气设备，如断路器、隔离开关、母线、电缆、避雷器、绝缘子、互感器、开关柜等设备。根据需要对相关设备进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算来表达设计成果。1.4.6 总降压变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定 为了有效监视、控制和保证安全可靠的运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，都需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和校验灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表、控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。1.4.7 变电所防雷装置设计参考本地区气象资料，设计防雷装置。（1） 防直击的避雷针保护范围计算；（2） 避免产生反击现象的空间距离计算；（3） 按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位；（4） 进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。2 负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷概述负荷指的是导线、电缆或电气设备(变压器，断路器等)中通过的功率和电流。由于用电设备并不同时运行，即使同时运行，也并不是都能同时达到额定容量，因此负荷不是恒定值，它是随时间而变化的。另外，各用电设备的工作制也各有不同，有连续、短时、断续周期之分。工厂的电力负荷，按GB500521995 供配电系统设计规范规定，根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度分为三级：符合下列情况之一时，应为一级负荷： （1） 中断供电将造成人身伤亡时。（2） 中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。（3） 在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。 符合下列情况之一时，应为二级负荷： （1） 中断供电将在政治、经济上造成较大损失者。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。（2） 中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。 三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者均属第三级负荷，该级负荷对供电回路无特殊要求。2.2 负荷计算的内容和目的（1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。（2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。（3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.3 各车间电力负荷计算根据所给资料中全厂各车间负荷情况求出各车间电力计算负荷，按照需要系数法及以下计算公式1：有功功率 视在功率 无功功率 计算电流计算出各车间电力计算负荷如表2.1所示：表2.1 工厂车间负荷计算表编号车间名称设备容量（kW）需要系数Kdcostan计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kWAI30/A1高炉练钢车间45000.30.651.1713501578.322076.923155.552高炉练铁车间46000.70.651.1732203764.64953.857526.63初轧车间45500.60.71.0227302785.1639005925.444大型车间50000.50.51.7325004330.1350007596.715中型车间30000.40.51.7312002078.4624003646.426中板车间34000.450.61.331530204025503874.327管材车间35000.750.750.882625231535005317.78机修车间33000.30.51.739901714.7319803008.39锅炉房1510.750.80.75113.2584.93141.5621510化验、办公500.60.61.3330405075.97合计取，0.614659.4319694.7624551.63表2.2 工厂转供110kV高压负荷计算工厂序号工厂名称设备容量（kW）需要系数Kdcos计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kWA1石油机械制造厂35000.450.871575 1809.91810.342橡胶厂40000.50.7820002564.11604.56合计取，3217.54155.35255.362.4 无功功率补偿计算由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.6，而供电部门要求该厂110kV进线侧在最大负荷时，其功率因素不低于0.9。考虑到变压器的无功功率损耗远远大于有功功率损耗，因此，在变压器的10kV侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cos=0.95。要使低压侧功率因数由0.6提高到0.95，低压侧须装设的并联电容器容量为 取 因此电容器的个数由于电容器是单相的，n应取为3的倍数，以便三相均衡分配，取135正好。无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷1： 变压器的功率损耗为： 变电所高压侧计算负荷为： 补偿后的功率因数为 补偿后的功率因数符合要求。2.5 工厂年耗电量的计算工厂的年耗电量较精准的计算，可利用利用工厂的有功和无功计算负荷。 取，可得年有功电能消耗量：年无功电能消耗量：3 变电所主变压器的选择3.1 变电所主变压器台数的选择据资料分析以及线路来看，为保障对、类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，以便当其中一台主变故障或者检修时，另一台能继续供电约为1.2倍最大负荷的容量。故本设计选取两台主变。3.2 变电所主变压器容量的选择装有两台主变压器的变电所，任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60%至70%的需要，即 同时每台变压器容量不应该小于全部一、二级负荷之和S（I+II），即 为了工厂发展的需要以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：25MVA总装机容量为225MVA=50MVA。考虑周围环境温度的影响,主变的实际容量为：即每台主变容量选取25MVA满足要求。3.3 主变压器型式的选择电力系统中大多数为三相变压器，三相变压器较之于同容量的单相变压器组，其金属材料少20%25%，运行电能损耗少12%15%，并且占地面积少，而工厂变电所通常都采用三相电力变压器，因此考虑优先采用。本变电所设在城郊附近，不受运输条件限制，所以采用三相变压器。3.3.1 绕组的确定 该变电所的设计两个电压等级（110kV和10kV），且自耦变压器一般用在220kV以上的变电所中，所以这里选择双绕组变压器。3.3.2 绕组接线方式的选择 变压器绕组的连接方式必须和系统电压的连接方式相位一致，否则不能并联运行。我国110kV及以上变压器绕组都选用Y连接，35kV及以下电压，绕组都选择连接方式，所以该变电站的两台主变，高压侧（110kV）采用Y连接，低压侧(10kV)采用连接方式。根据110kV变电所设计指导，以上选择符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时，可选择型号为SF9-25000/110的主变，技术参数如下1： 表2.1 主变压器的技术参数型号高压低压空载电流空载损耗负载电流阻抗电压连接组别SF9-25000/11011022.5%1050.225.2110.7105Yn,d114 变电所主接线的设计4.1 主接线设计原则与要求变配电所的主接线，应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求3。4.1.1 安全性(1) 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。(2) 在低压断路器的电源侧及可能反馈的另一侧，必须装设低压刀开关。(3) 在装设高压熔断器负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。(4) 35kV及以上的线路末端，应装设与隔离开关关联锁的接地刀闸。(5) 变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关。接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。4.1.2 可靠性(1) 变电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电源供电。对二级负荷，应由两回路或者一回6kV及以上专用架空线路或电缆供电；其中采用电缆供电时，应采用两根电缆组成的线路，且每根电缆应能承受100%的二级负荷。(2) 变电所的非专用电源进线侧，应装设带短路保护的断路器或负荷开关（串熔断器）。当双电源供多个变电所时，宜采用环网供电方式。(3) 对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变电所采用放射性高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电。(4) 变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压母线分段开关，均应采用低压断路器。4.1.3 灵活性(1) 变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线。(2) 35kV及其以上电源进线为双回路时，宜采用桥形接线或线路变压器组接线。(3) 需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。(4) 主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。(5) 主接线方案应考虑到今后可能的扩展。4.1.4 经济性（1） 主接线方案在满足运行要求的前提下，应力求简单，变电所高压侧宜采用且断路器较少或不用断路器的接线。（2） 变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品。（3） 中小型工厂变电所一般采用高压少油断路器；在需频繁操作的场合，则应采用真空断路器或SF6断路器。（4） 工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电度表用。（5） 应考虑无功功率的人工补偿，是最大负荷时功率因数达到规定的要求。本次设计题目为XD铝合金厂110kV降压变电所的电气设计。其电压等级为110kV/10kV，系统情况为：系统经双回路给变电所供电；取为100MW，系统归算为110kV母线的等值电抗0.2；系统110kV母线电压满足常调压要求。负荷主要为一、二级负，所以选用两台双绕组变压器并联运行。4.2 电气主接线确定 电气主接线是根据电力系统和变电站具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线较多时（一般超出4回），为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。本次所设计的变电所110kV进出线有4回，10kV出线有12回。现在分别对110kV、10kV侧接线方式进行选择。 一、110kV侧 110kV侧进出线4回，选用以下几种方案：方案一：单母线接线3如图4.1所示为单母线接线，其中供电电源高压进线回路。母线即可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一一个电源获得电能。各出线回路输送功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配于母线上，以减少功率在母线上的传输。这种接线的特点是电源和供电线路都连接在统一组母线上。为了便于投入或切除任何一条进、出线，在每条引线上都装有可以在各种运行况下开断或接通电路的断路器（如图中的QF1、QF2等）。当需要检修断路器而又有保证其它线路正常供电时，为此，又在每个断路器的两侧装设隔离开关。它的作用只是保证检修短路器时和其它带电部分隔离，而不能用来切除电路中的电流。从图可以看出，如不设置隔离开关QS21和QS22，在检修短路器QF2时必须使母线完全停电，这显然是不合理的。单母线接线的优点是：接线简单清晰、操作方便、设备少、经济性好；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、母线便于向两端延伸，便于扩建。而缺点是：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，再用隔离开关将母线分开后才能恢复到非故障段的供电。 QF1图 4.1单母线接线 QF2QS22 QS21 方案二：双母线接线如图4.2所示为双母线接线，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QF0两侧的隔离开关，再合上QF0，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QF0及其两侧的隔离开关，即可对原工作母线进行检修。优点：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。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；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。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：增加一组母线和使每回路就需要加一组母线隔离开关；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。QF2IIWBIWBQS01QS02QF0QS22 QS23QS21图4.2 双母线接线 方案三：单母线分段接线如图4.3所示为单母线用分段断路器接线，可以提高供电可靠性和灵活性。对重要的用户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，分段路由器将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；而两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复供电。单母线接线的缺点可以通过分段办法来加以克服，如图所示。当在母线的中间装设一个断路器QF0后，即把母线分为两段，这样对重要用户可以由分别接在两段母线上的两条线路供电，当任一段母线故障时，都不至于使重要用户全部停电。另外，对两段母线可以分别进行清扫和检修可以少对用户停电。由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点，固这种接线一直被广泛应用。特别对中小型发电厂以及出线数目不多的35220kV级的变电所，这种接线方式采用较多。 I段图4.3 单母线分段接线 QF1QF0QS01 段QS13 QS11QF2QS02对比以上三种方案，在本站设计中，由于110kV侧进出线4回，出现故障的概率很低，能够保证高压侧的供电可靠性。而且从操作简便性和投资节约性的角度来考虑，宜采用单母线分段接线运行方式。 二、10kV侧10kV侧出线12回，大部分为类负荷，选用以下几种接线方案：（1）单母线分段接线，它投资少，在10kV配电装置中它基本可以满足可靠性要求。（2）单母线分段带旁路母线，这种接线方式虽然提高了供电可靠性，但增大了投资。采用单母线分段接线亦可满足供电可靠性的要求，且节约了投资。因此，10kV侧采用单母线分段接线。5 短路电流的计算 5.1 短路计算的意义在供电系统中，危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。5.2 短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。 进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。5.3 采用标幺制法进行短路计算4（1）计算电路图如图5.1和图5.2所示（2）确定标幺值基准：设Sd =100MVA，Ud=Uc,式中Uc是线路所在电网的短路计算电压，比所在电网额定电压高5%。即高压侧Ud1=121kV ，低压侧Ud2=10.5kV。则短路基准电流按下式计算 (5.1) (5.2)图5.1 最大运行方式短路电路图（3）计算短路回路中各主要元件的电抗标幺值最大运行方式短路计算：系统最大运行方式时区域变电所短路容量为600兆伏安： (5.3) 总电力系统： 架空线路，查表得LGJ-50/8的由原始资料可得线路长8km: (5.4)电力变压器，查表得 (5.5)（4）计算最大运行方式下d1点（110kV）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 (5.6) 其他短路电流 (5.7) (5.8) (5.9) 三相短路容量 (5.10) （5）计算最大运行方式下d2点（10kV）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值 (5.11) 三相短路电流周期分量有效值 (5.12) 其他短路电流 (5.13) (5.14) (5.15) 三相短路容量 (5.16) （6）计算最小运行方式下d1点（110kV）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量：系统最小运行方式时区域变电所短路容量为280兆伏安： (5.17) 总电力系统： 图5.2 最小运行方式短路电路图 架空线路，查表得LGJ-50/8的由原始资料可得线路长8km: (5.16) 电力变压器，查表得 (5.17)（7）计算最大运行方式下d1点（110kV）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值 (5.18) 三相短路电流周期分量有效值 (5.19)其他短路电流 (5.20) (5.21) (5.22) 三相短路容量 (5.23) （8）计算最小运行方式下d2点（10kV）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值 (5.24) 三相短路电流周期分量有效值 (5.25) 其他短路电流 (5.26) (5.27) (5.28) 三相短路容量 (5.29)表5.1 d1点三相短路计算结果运行方式（kA）（kA）（kA）（MVA）最大运行方式2.532.536.44526.32最小运行方式1.261.263.22263.16表5.2 d2点三相短路计算结果运行方式（kA）（kA）（kA）（MVA）最大运行方式5.315.3113.5596.60最小运行方式2.662.666.7848.31 6 变电所一次设备的需选择与检验6.1 电气一次设备的选择原则6.1.1 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5。 1、按正常工作条件，选择时要根据以下几个方面（1） 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； （2）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：。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； （3）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： (6.1) 式中 IN。et该设备铭牌上标出的额定电流； Igmax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可修正如下： (6.2)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。 （4）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： 2、按短路情况下进行动稳定和热稳定的校验 （1）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 式中， iet为额定动稳定电流，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(3)为冲击电流。 （2）短路情况下的热稳定 热稳定应满足 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。 或按下式进行校验： (6.3)式中， Ift为短路切除时（时刻）短路电流的交流分量； Ift/2为tf/2时刻的短路电流交流分量； T为直流分量等效时间。表6.1 非周期分量等效时间(s)短路点TT0.1变电所各级电压母线及出线0.05 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6，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。通常Ite=Ibre。对于ts内的热稳定电流： (6.4) 对电流互感器则满足下面的热稳定关系：或 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、绝缘水平 在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可行性。它应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。本设计不重点考虑。6.1.2 选择原则 （1）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。电弧的产生过程见电力工程基础。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7。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。 下面来说断路器的选择方式：参数的选择：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。型式的选择：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。一般按下表所列原则选型。表6.2 高压断路器选型原则安装使用场所可选择的主要型式需注意的技术特点配电装置35kV及以下少油断路器真空断路器多油断路器用量大，注意经济实用性，多用于屋内或成套高压开关柜内。35kV220kV少油断路器真空断路器开断220kV空载长线时，过电压水平不应超过允许值。330kV及以上六氟化硫断路器空气断路器少油断路器单相或重合闸时，断路器应能分项操作。 （2）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。 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。这就是通常所说的“先通后断”的原则。 参数的选择：电压、电流、机械荷载。 短路稳定性：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）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100/ V；电流互感器二次侧额定电流为5A或1A，以便于监测设备。 现在分别讨论选择电压互感器和电流互感器。 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；保证在运行方式改变时，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。参数选择：电压互感器应按下表6.3所列技术条件选择表6.3 电压互感器技术条件选择项目参数技术条件正常工作条件一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级、机械荷载承受过电压能力绝缘水平、泄露比距 型式选择：620kV配电装置一般采用油浸绝缘结构。当需要零序电压时，一般采用三相五柱电压互感器。35100kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。由于本设计只涉及10110kV，故110kV以上的选择不在这里赘述。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。表6.4 电流、电压互感器选择与校验附件设备名选择校验电压电流热稳定动稳定电流互感器U1网UNI1网IgmaxW2N/25Z2（krI1N）2tIZ2tjx电压互感器1.1UNU1网0.9UNW2NW2-式中，kr电流互感器热稳定倍数； kdw电流互感器动稳定倍数； W2N、W2分别为互感器二次侧每相额定容量和每相负荷（仪器、仪表）容量； Z2互感器二次侧每相负荷（仪器、仪表）阻抗； UN