KV变电站电气设计.doc

课题名称：220KV 变电站电气设计指导老师： 设 计 人： 设计时间：2008年10月30日摘 要本说明书以220KV地区变电站设计为例，论述了电力系统工程中变电站部分电气设计（一次部分）的全过程。通过对变电站的主接线设计，站用电接线设计，短路电流计算，电气设备动、热稳定校验，主要电气设备型号及参数的确定，运行方式分析，防雷及过电压保护装置的设计，电气总平面及配电装置断面设计和无功补偿方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。关键词：变电站；短路电流；动稳定；过电压保护装置ABSTRACTThe statement about the 220kv transformer area substation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. Through the main transformer stations wiring design, stations wiring design stations, short circuit current calculations, check electrical equipment moving and thermal stability, set the main electrical equipment models and the parameters, the operating mode, design over-voltage protection and mine devices , design general electric graphic and distribution devices flood, and without power compensation. Lastly,completed substation design in power system. KEY WORDS：Substation； Short circuit currents ；Moving stability；Thermal stability第1章 引言5第2章 . 电气主接线及接线方案选择62.1 概述62.2 主接线接线方式的选择72.3 本章小节14第3章 站用电接线及设备用电源接线方案153.1 所用电源数量及容量153.2 所用电源引接方式153.3 所用变压器低压侧接线153.4本章小结16第4章 短路计算174.1 短路故障产生的原因174.2 短路故障的危害174.3 短路电流计算的目的184.4 短路电流计算的内容194.5 短路电流计算方法194.6三相短路电流周期分量起始值的计算194.7本章小结24第5章 电气设备的选择255.1 概述255.2 断路器的选择265.3 隔离开关的选择275.4 高压熔断器的选择285.5 互感器的选择295.6本章小结37第6章 防雷及过电压保护装置设计386.1避雷针386.2 避雷器396.3 防雷接地406.4 变电所的防雷保护416.5接地装置416.6本章小结42第7章 无功补偿437.1 提高功率因数的意义437.2 补偿装置的确定：437.3 功补偿容量计算447.4本章小结46致 谢47参考文献48附录：149该降压变电所选用主变压器基本参数表1：49该降压变电所选用设备的型号表2：49第1章 引言电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。我国具有极其丰富的能源。这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础。不仅如此，目前我国的电力工业已开始进入“大电网”、“大机组”、“超高压交、直流输电”等新技术发展的新阶段，一些世界水平的先进的高新技术，已在我国电力系统中得到了相应的应用。但是，随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能满足整个社会发展的需要，未能很好起到先行的作用，仅以2004年夏季的供电负荷高峰期为例，全国预计总共缺电3000万KW左右，有24个省区都先后出现拉闸限电的的情况，这样的局面预期还要过23年才可能得到较好的解决 。另外，由于我国人口众多，由此在按人口平均用电方面，迄今不仅仍远远落后于一些发达国家，即使在发展中国家中，也只处于中等水平，尚不及全世界平均人口用电量的一半。因而，要实现在21世纪初全面建设小康社会的要求，我国的电力工业必须持续、稳步地大力发展。展望未来，我们坚信，在新世纪中，中国的电力工业必须持续、高速地发展，取得更加辉煌的成就。第2章 . 电气主接线及接线方案选择2.1 概述电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接线的重要部分，它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路 、无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。 电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。随着电力系统的不断发展、新技术的采用、电气设备的可靠性不断提高 ，设计主接线的观念也应与时俱进、不断创新。变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。 主接线是变电所的电气设备设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，传输强电流、高电压的网络，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定直接影响电力运行的可靠性、灵活性、和经济性，并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系，因此，必须综合处理好各方面的因素。然而，电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。随着电力系统的不断发展、新技术的采用、电气设备的可靠性不断提高，设计主接线的观念也应与时具进、不断进步。电气主接线，它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。因此，设计时必须综合待建变电站的各方面的因素选择出选择出一种最佳设计方案。我国变电所设计技术规程SDJ2-79规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，并便于扩建。一、可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。1、主接线可靠性的具体要求：（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；（2）断路器或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全部和大部分二级负荷的供电；（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。二、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。1、为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；2、为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；3、为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。三、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的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、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；2、占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。3、电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。2.2 主接线接线方式的选择电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）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。而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。在有母线的连接中，合理的布置出现和电源的位置，减少功率在母线上的传输，就能达到减少母线中功率和电压的损耗。2.2.1主接线接线方式分析：1、单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，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，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少。一般只用于一台变压器。单母接线适用于：110220KV配电装置的出线回路数不超过两回，3563KV，配电装置的出线回路数不超过3回，610KV配电装置的出线回路数不超过5回的小型发电或多数箱式变电站，才采用单母线接线方式，故在此不选用。2、单母分段用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，则有两个电源供电以保证对重要用户的正常供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，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，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建.。单母分段接线适用于：110KV220KV配电装置的出线回路数为34回，3563KV配电装置的出线回路数为48回，610KV配电装置出线为6回及以上，每段所接容量不超过25MW，则适宜采用单母分段接线。3、单母分段带旁路母线即单母线分段接线中加装一条旁路母线，在出线隔离开关外侧，加装一条旁路母线，每一回出线通过一旁路隔离开关与旁路母线相连；在每段汇流母线与旁路母线之间加装一台断路器，组成专设旁路断路器的接线，这样旁路母线系统也可以用于检修电源回路中的断路器，单母线分段带旁路母线接线方式简单、清晰，操作方便、易于扩建，当检修出线断路器是可不用停电；但其也有缺点，就是当汇流母线检修或故障时，该段需要母线全段停电。这种接线方式适用于：进出线不多、有不允许停电检修断路器的要求，容量不大的中小型电压等级为35110KV的变电所较为实用，它具有足够的可靠性和灵活性。4、桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线。它只采用三台断路器即可，所用断路器数目最少，根据桥联断路器的位置，可分为内桥接线和外桥接线。（1）、内桥接线：当变压器故障时，只需停掉相应线路的供电；当线路故障时，仅故障线路侧的断路器自动分闸，其余三条回路可继续工作。因此，内桥接线适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。（2）、外桥接线：当变压器故障时，断路器和变压器低压侧断路器自动断开，切除故障变压器。当线路故障时需停相应的变压器。检修断路器LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修LD时使用。因此，外桥接线适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有：使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位。5、一台半断路器（3/2）接线每两个回路用三台断路器接在两组母线上，在两断路器之间引接回路，形成每一回路经一台断路器接至一组母线，两个回路间设一联络断路器，形成一个“串”，这样两回路共用三台断路器称为一台半断路器接线。它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。6、双母线接线它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，采用一条母线工作，另一条母线可实现不停电检修；任何一回路母线隔离开关检修时，通过倒母线使该回路单独在备用母线上停电检修；母线故障时，所有回路能迅速切换到非故障母线上运行；在特殊情况下，可将个别回路接在备用母线上单独工作或实验。当然，此种接法也有不足之处，隔离开光相对较多，配电装置布置比较复杂，投资和占地面积比单母线要大；同时在倒闸操作中也容易出现错误操作，为此在隔离开关和断路器之间需加装闭锁装置。但，当母线故障时，需短时切换较多电源和负荷；当检修出线短路器时，该回路仍会短时停电。此种接线方式适用于：356kv出线数超过8回以上时，或连接电源较多，负荷较大时，一般采用双母线接线；电压等级为110kv出线数目为5回及以上时，还有220kv电压等级出线数目在3回及以上时，都采用双母线接线。 7、双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，还有在610kv 配电装置中，短路电流较大，为选择轻型设备，限制短路电流提高界限的可靠性，常采用母线分段接线，并在分段处加装母线电抗器，提高此种接线的可靠性和灵活性。8、双母线带旁路母线：为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器，这样就可以避免检修短路器造成的短时停电。当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。但这样就会在检修短路器期间把双母线变成但母线运行，并且增加了隔离开关的倒闸操作，可靠性有所降低。2.2.2 待建变电所不同电压等级电气主接线方式的选择：变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。1、220KV侧电气主接线根据设计任务书所知，该降压变所的电源电压将有两回路输入的220KV电压，因此，采用内桥节线方式最为合理，所用的配电装置少，接线简单，又能保变电所电源的可靠性。2、110kv侧电气主接线由于此变电所在城市近邻，向开发区的炼钢厂和附近的地区负荷供电，那么其负荷为地区性负荷。110kv只向炼钢厂一个用户供电，2条输出回路，最大负荷为42000kw，功率因素为0.9，重要负荷百分数65%。则可采用无母线接线方式接线。根据以上分析、并结合实际情况，保留以下两种方案，如图1.1和图1.2所示。图1-1无母线接线中的外侨接线图1-2无母线接线中的内桥接线对图1.1及图1.2所示方案、进行综合比较，见表1-1。表1-1 110KV主接线方案比较表 方案项目方案一单元节线方案二内桥接线技术简单清晰、操作简单、易于发展。降低故障的可能性。可靠性、灵活性差线路投入和切除方便、易于扩建。有较高的灵活性和可靠性。经济单独连接、配电装置结构简单。设备少、投资小。断路器使用相对较多，增加投资成本。占地相对较大。在技术上（可靠性、灵活性）第种方案明显合理，在经济上则方案占优势。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第种方案为设计的最终方案。3、10kv侧电气主接线电压等级为10kv，有6个供电用户，最大负荷为9800kw，功率因素为0.95，重要负荷百分比为62%，共有12条输出回路。低压侧10kv，在系统中处重要地位，因此可采用单母线分段带旁路母线、双母线、及双母线分段接线方式。据以上接线方式分析并结合该所的实际情况，筛选出以下两种方案。如图1.3及图1.4所示。图1-3单母线分段带旁路母线接线。图1-4双母线接线。对图1.3和1.4所示方案、进行综合比较，见表1-21-2 10KV主接线接线方式比较表方案项目方案一单母线带旁路母线接线方案二双母线接线技术优点：简单、清晰，操作方便、易于扩建且具有很高的可靠性。当检修出线断路器时可不停电。当汇流母线检修或故障时，该段母线将全部停电，但这机率很小。优点：运行方式比较灵活，可靠性高、便于扩建。缺点：当检修出现断路器检修时，该回路仍会停电。经济比方案多装2台断路器，增加了投资和配电装置的占地面积。比方案少些投资成本、占地面积稍少，。根据以上分析，并结合实际情况，经综合分析后决定选用方案做为该降压变电所低压侧10KV的主接线方式。2.3 本章小节本章先从大的方面介绍了电气主接线设计的基本要求及原则和主接线的基本接线形式，然后根据设计资料提出了不同的设计方案，最后从技术和经济的角度对这些方案进行了综合比较，得出该降压变电所各个电压等级所需的主接线形式。第3章 站用电接线及设备用电源接线方案3.1 所用电源数量及容量1) 枢纽变电所总容量为60MVA及以上的变电所装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的边点所，均装设两台所用变压器.采用整流操作电源或无人值班的变电所,装设两台所用变压器,分别接在不同等级的电源或独立电源上.如果能够从变电所外引入可靠的380V备用电源，上述变电所可以只装设一台所用变压器.2) 500KV变电所装设两个工作电源.当主变压器为两台时,可以分别接在每一台主变压器的第三绕组上。两台所用变压器的容量应相等,并按全所计算负荷来选择.当建设初期只有一台主变压器时,可只接一台工作变压器.3) 当设有备用所用变压器时,一般均装设备用电源自动投入装置.3.2 所用电源引接方式1) 当所内有较低电压母线时,一般均由这类母线上引接12个所用电源,这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。如能由不同电压等级的母线上可分别引接两个电源,则更可保证所用电的不间断供电.当有旁路母线时,可将一台所用变压器通过旁路隔离开关接到旁路母线上。正常运行时,则倒换到旁路上供电.2) 由主变压器第三绕组引接,所用变压器高压侧要选用大断流容量的开关设备，否则要加装限流电抗器。3) 由于低压网络故障机会较多,从所外电源引接所用电源可靠性较低.有些工程保留了施工时架设的临时线路，多用于只有一台主变压器或一段低压母线时的过度阶段.220KV变电所多由附近的发电厂或变电所引接专用线作为所用电源.3.3 所用变压器低压侧接线所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制,动力与照明合用一个电源。1) 所用变压器低压侧多采用单母线接线方式.当有两台所用变压器时,采用单母线分段接线方式，平时分列运行，以限制故障范围,提高供电可靠性.2)220KV变电所设置不间供电装置，向通讯设备交流事故照明及监控计算机等负荷供电,其余负荷都允许停电一定时间,故可不装设失压启动的备用电源自投装置,避免备用电源投合在故障母线上扩大为全所停电事故.3) 具备条件时,调相机专用负荷优先采用由所用变压器低压侧直接支接供电的方式.3.4本章小结所用电是比较重要的负荷，其电能重要取自电站本身，它的安全运行一定程度上影响着整个变电站的安全运行。为此，我们应谨细的考虑。在本章中重要论述了变电站站用电的电源的选择、引接线及备用电源的设计。第4章 短路计算计算短路电流的目的主要是 为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求；评价确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送电线路对通讯网络设施的影响等。 在电力系统设计中，短路电流的计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平年一般取工程建成后5-10年中的某一年。计算内容为系统在最大运行方式时，个枢纽点的三相短路电流。4.1 短路故障产生的原因 工业与民用建筑中正常的生产经营办公等活动以及人民的正常生活，都要求供电系统保证持续安全可靠地运行.但是由于各种原因，系统会经常出现故障，使正常运行状态遭到破坏。 短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或地与相之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有 ：1）设备原因 电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路的功能。2）自然原因 气候恶劣，由于大风、低温、导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等。 3）人为原因 工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金属性短路；人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物带电设备内形成短路事故等。4.2 短路故障的危害供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果：1）短路电流的热效应 巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。2）短路电流的电动力效应 由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。3） 短路系统电压下降 短路造成系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如，异步电动机的电磁转矩与端电压平方成正比。同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些气体放电灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。4）不对称短路的磁效应 当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的电动势。5）短路时的停电事故 短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及范围越大。6）破坏系统稳定造成系统瓦解 短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。4.3 短路电流计算的目的1）电主接线比选 短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。2）选择导体和电器 如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验短路器的遮断能力等。3）确定中性点接地方式 对于35KV 、10KV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。4） 选择继电保护装置和整定计算 在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。4.4 短路电流计算的内容1） 短路点的选取：各级电压母线、各级线路末端。2） 短路时间的确定：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算短路电流的时间。3） 短路电流的计算：最大运行方式下最大短路电流；最小运行方式下最小短路电流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条件，取决于计算短路电流的目的 。4.5 短路电流计算方法 供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法。1）标幺值法 标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。2） 有名值法 有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1KV以下低压供电系统短路电流的计算。4.6三相短路电流周期分量起始值的计算1短路电流计算的基准值 短路电流的计算通常采用近似标幺值计算。取=100MW，各级基准电压为平均额定电压。2网络模型 计算短路电流对所用的网络模型为简化模型，即：忽略负荷电流；不计各元件的电阻，也不计送电线路的电纳及变压器的导纳；发电机用次暂态电抗表示，并认为发电机电势模值标幺制为1，相角为0。3三相短路电流周期分量起始值的计算步骤1）计算各元件参数标幺值，作出等值电路 前已选出了主变压器（三绕组），其阻抗电压百分比，如下表4-1：表4-1 绕组高-中高-低中-低阻抗电压12-1422-247-9计算每个绕组的短路电压百分数：（）（13238）14 (4-1)（）（13823）-1 (4-2)（） （82313） 9 (4-3)取=100MVA，=计算变压器各绕组的标幺值0.0583 (4-4)-0.0042 (4-5) 0.0375 (4-6)由于该工程，只有两台主变运行。所以，只需考虑2台变压器。2变的参数与1变的参数一致。做出等值电路图4-2所示：图4-2 等值电路2）当（f-1）点（220kv母线）发生短路时的计算55.6 (4-7)有名值：55.655.614（KA） (4-8)冲击电流：142.5535.7（KA） ( 4-9 )图4-33）当（f-2）点（110KV母线）发生短路时的计算图4-40.05830.00420.0541 (4-10)/0.0271 (4-11)0.0180.0271 (4-12)22.17 (4-13)有名值：22.1722.1711.1（KA） (4-14)冲击电流：2.5511.128.3（KA） (4-15)4）当（f-3）点（35KV母线）短路计算图4-50.05830.03750.0958 (4-16)/0.0479 (4-17)0.0180.0479 (4-18)15.2有名值：15.215.223.7（KA） (4-19)冲击电流：2.5523.760.44（KA） (4-20)4.7本章小结 通过对短路计算为下一步设备的选择奠定了基础,比较全面的 计算短路计算。第5章 电气设备的选择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，积极而稳定地采用新技术，并注意节约投资选择合适的电气设备。尽管电力系统中各种电气设备的作用和条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求都是相同的，电气设备设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。5.1.1 一般原则（1）应满足正常进行、检修、短路和过电压情况下地要求，并考虑远景发展（2）应按当地环境条件校验（3）应力求技术先进和经济合理（4）与整个工程地建设标准应协调一致（5）同类设备应尽量减少品种（6）选用新产品为应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格，在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准5.1.2 技术条件1、 按正常工作条件选择导体和电器（1）电压所选电器和电缆允许最高工作电Uymax，不得低于回路所接地网的最高运行电压Ugmax即UymaxUgmax，一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15U，而实际电网运行的Ugmax一般不超过1.1Uco（2）电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度0下，导体和电器的长期允许电流Iy，应不小于该回路的最大持续工作电流Igumax，即IgumasIy由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，按其相应回路的Igumax1.051Ic，（Ic为电器额定电流）（3）按当地环境条件校验当周围环境温度0和导体额定环境温度0不等时，其长期允许电流Iyo，可按下式修正IyoIyKiy其中K修正系数0y导体和电气设备正常发热允许最高温度我国目前生产的电气设备的额定环境温度0040，在环境温度高于+40（但+60），其允许电流一般可按应增高1，校验电流减少1.8%，当环境温度低于+40时环境温度每降低1，额定电流增加0.5%，但最大负荷不得超过额定电流的20%。我国生产的裸导体的额定环境温度00为+25。5.1.3 按短路情况校验电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，检验的短路电流一般取三相短路电流，用熔断器保护继电器，可不验算热稳定，当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。满足热稳定条件为QdQr，或I2I2tQd短路电流产生的热效应Qr短路时导体和电气设备允许的热效应Irt秒内允许通过的短路热电流验算热稳定所用的计算时间约tdztb+tdtb继电保护动作时间当验算裸导体及110KV以下电缆短路热稳定时，一般采用主保护动作时间，110KV以上，一般采用后备保护动作时间。tkd相应断路器的全开断时间（2）短路动稳定校验iejidw 或 IejIdwiej短路冲击电流峰值（KA）Iej短路冲击电流有效值（KA）idw、Idw允许通过动稳定电流的峰值及有效值5.2 断路器的选择电力系统中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常情况下，用来接通和开断负荷电流，在某些电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器还常在继电保护的配合使用下，断开短路电流，切断故障部分，保证非故障部分的正常运行。高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用技术条件等要求选择其种类型，由于SF6断路器灭弧性能好，维护工作量小，故220KV一般采用SF6断路器。5.2.1 按开断电流选择高压断路器的额定开断电流应满足IckdIzIz高压断路器触头实际开断瞬间的短路电流周期分量的有效值5.2.2 短路关合电流的选择在断路器分闸之前，当线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地在接通后又自动跳闸，此时，要求能切断短路电流，因此确定关合电流是断路器的重要参数之一，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流icg不应小于短路电流最大冲击值icj即icgicj5.2.3 关于关合时间的选择关于分合时间，对于110KV以上的电网当电力系统稳定要求快速切除故障，分闸时间不宜大于0.04S，用于电气制动回路的断路器，其分闸时间不宜大于0.040.06S其选择具体过程见计算说明书5.3 隔离开关的选择隔离开关配置在主接线上时，保证了线路及设备检修时形成明显的断口与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵守倒闸操作顺序，送电时，首先合上母线侧隔离开关，其次合上线路侧隔离开关，最后合上断路器，停电则与上述顺序相反。5.3.1隔离开关的配置（1）断路器的两则均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口与电源隔离。（2）中性点直接接地的普通压器，均应通过隔离开关接地（3）接在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装12组接地刀闸或接地器，63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸，应尽量选用一侧式两侧带接地刀闸的隔离开关（4）接在变压器引出线或中性点的避雷器可不装设隔离开关（5）当馈电线路的用户侧没有电源时，断路器通往用户的那一侧可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生过电压，也可以装设。5.4 高压熔断器的选择熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备受过载和短路电流的损害，屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器，配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。5.4.1 按额定电压选择对于一般高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压，另外，对于填充石英沙有限流作用的熔断器，则只能用在等于其额定电压的电网中，因为这种类型的熔断器能在电流达最大值之前就将电流截断，致使熔断器熔断时产生过电压。5.4.2 按额定电流选择熔断器的额定电流选择，为了保证熔断器不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流Ierg应大于或等于熔体的额定电流Iert。IergIert5.4.3 额定电流选择为了纠正熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外短路及电动机的起动等冲击电流时应动作，保护35KV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IertKigumaxK可靠系数（不计电动机自起动时K1.11.3，考虑电动机自起动时K1.52.0）Igumax电力变压器回路最大工作电流项目额定电压额定电流开断电流短路关合电流热稳定动稳定高压断路器eUewIeIgmaxIckdIzigh icjIt Itdwicj隔离开关/高压熔断器IekdIej/ 用于保护电力电容器高压熔器高压熔断器的熔体，当系统电压升高或波形畸变引起回路电流增大或运行过程中产生涌流时不应误动作，其熔体按下式选择IercKiccK可靠系数Icc电力电熔器回路的额定电流5.4.4 熔断器开断开电流检验 IcrdIej对于保护电压互感器的高压熔断器只需按规定电压及断流量来选择高压断路器、隔离开关及高压熔断器的选择校验项目5.5 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，继电器的电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。互感器作用（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，并使其结构轻巧，价格便宜，并便于屏内安装。（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电流互感器的特点：1、一次绕组串联在电路中，并且匝数少，故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关2、电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以在正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行电压互感器的特点：容量很小，类似一台小容量变压器，但结构上要求有较高的安全系数二次侧所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，互感器在近于空载状态下运行。5.5.1电压互感器的配置：1、母线：一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同期，测量仪表和保护装置2、线路：35KV及以上输电线路，当对方带有电源时，为了监视线路有无电压，进行同期和设备重合闸，装有一台单相电压互感器5.5.2电流互感器的配置：1、为了满足测量和保护装置的需要，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，对于大接地短路电流系统，一般按三相配置，对于小接地短路电流系统，依具体要求按二相或三相配置2、对于保护用电流互感器，应尽量消除主保护装置的不保护区5.5.3电流互感器的选择1、电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，使一次电流与-12在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器，应根据测量时误差的大小和准确度来选择2、电流互感器10%误差曲线对保护级（即B级）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同，对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确度，而当其通过故障电流时，则希望电流互感较早饱和，以便保护仪表不受短路电流的损坏，保护级电流互感器主要是在系统短时工作，因此在额定一次电流内的准确度要求不如测量级高，一般只相当于310级，但对可能出现的短路电流范围内，则要求互感器最大误差限值不超过-10%误差线，就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数n与电流互感器允许最大二次负载阻抗ZZ1关系曲线额定容量保证互感器的准确级，互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SC2即 SC2 S2=Ie22Z2rZ2r=rg+rj+rd+rc ()ry测量仪表电流线圈电阻rj继电器电阻rd连接导线电阻re接触电阻一般取0.1按一次回路额定电压和电流选择 当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表得最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。 电流互感器的一次额定电压和电流必须满足 UCUcw UetIgmax为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流Uew电流互感器的一次所在电网的额定电压Uc、Iet电流到感器的一次额定回路最大动作电流种类的型号的选择选择电流互感器种类和型号时，应满足继电保护，自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支瓷式、装入式等）来选择。热稳定校验：电流互感器种类和允许通过一次额定电流IeI 的倍数Kr来表示，故热稳定应按下式校验（KrIel）2I2tdz动稳定校验 电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（ ）的倍数kd 动稳电流倍数，表示其内部稳定能力，故内部稳定可用下式校验Iclkdicj短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其邻相之间电流的相互作用使绝缘瓷帽上受到力的作用，因此，对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管的机械强度，故部动力稳定应满足Fy0.51.73iej210-7 (N)Fy作用于电流互感器帽端部的允许力I电流互感器串线端至最近一个母线超级支柱绝缘子之间的跨距对于瓷绝缘的母线型电流互感器（如LMC型），其端部作用力可用下式计算fy1.731.732cj10-7 (N)二、？电压互感器的准确级和容量1.电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。由于电压互感本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相关有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级，便有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。2.按一次回路电压选择为了确保电压互感器安和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.10.9）UC范围内变动。 即应满足1.1UelUl0.9Uel3.按二次回路电压选择电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准、仪表的要求。电压互感器二次侧额定电压可按下表选择：接线型式电网电压（KV）型式二次绕组电压（V）接成开口三角的辅助绕组电压（V）一台P不完全星形接线方式335单相式100无此绕组YO / YO /110J-500J单相式100/1003-60单相式100/100/33-15三相互柱式100100/34.电压互感器种类及型式的选择电压互感器种类及型式应根据安装地点的使用条件进行选择，例如：在6-35KV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇柱式：110KV-220KV配电装置一般采用串张式或电磁式电压互感器；220KV及以上配电装置，其容量和准确级满足要求时一般采用电容式电压互感器。5.按容量的选择互感器的额定二次容量（对应所要求的准确级）Sc2应不小于互感器的二级负荷S2，即：Sc2S26.母线的选择母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。1、母线及电缆截面的选择除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。（1）按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流应不大于导体长期发热的允许电流即： （5-2）（2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度经济电流密度（J），导体的经济截面可由下式： （5-3） J取0.9A/MM2 （3）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。S = （mm2） （5-4）C 热稳定系数 取 稳态短路电流（KA）tdz 短路等值时间S（4）动稳定校验：动稳定必须满足下列条件即： （5-5） 母线材料的允许应力（硬铅y为69106P硬铜137106Pa，铜为157106Pa）提供电源，以获得较高的可靠5.5.1 一般要求1）裸导体应根据下列技术条件进行选择和校验: (1)工作电流 (2)动稳定和机械强度 (3)热稳定2）裸导体尚应按下列使用环境条件校验: (1)环境温度 (2)日照 (3)风速 (4)海拔高度5.5.2导体的选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。对传输容量不大，可按长期允许电流来选择。5.5.3 截面的选择1）110KV级选择导体A （5-6）按长期发热允许电流选择截面查手册： 选用单条矩形铝导体，竖放允许电流1082A，截面为638（hb）mm, 集肤效应系数1.03 环境温度最高为42C，0.741082800.68A381.82A 满足条件热稳定校验 正常运行时导体温度（） （5-7）式中： 导体要安装实际温度 长期发热允许最高温度42（7042）48.4C查下表，选热稳定系数C 不同温度下裸导体的C值工作温度606570硬铝及铝锰合金918987查得：C89经校验 LGJ-800/100满足动热稳定要求2） 10KV级选择导体A （5-8） 按长期发热允许电流选择截面 查手册选用单条矩形铝导体，竖放允许电流为1807A，截面为10010（hb）mm, 集肤效应系数1.08 环境温度最高为42C，查表修正：0.7418071337A1080A热稳定计算正常运行时导体温度：（）42（7042）54.4C查表得：C89经计算ZLQ2-240满足热稳定要求。 所设备如下表 计算参数设 备KVAAASKAS22084514