连山区二次变电所设计.doc

摘要 本文是对连山区 60kv 10kv 二次降压变电所提供的设计方案的说明 说明书中包括了 对原始设计条件的分析 变压器的选择 电气主接线的选择 短路计算 各种电气设备 的选择与校验 防雷保护的规划设计 在设计和选择设备中都充分考虑到了可靠性 灵 活性和经济性 另外 各种断路器 隔离开关 电流互感器型号的选择的要联系在一起 考虑 计算书部分包括了计算变电所的最大负荷容量 计算主变压器的容量 化简短路阻 抗和计算短路电流 电气设备的校验 无功补偿的计算和防雷保护保护范围的计算 在设计中每一步都依据变电所设计的有关技术规程 规定 手册 并应用有关图表 公式进行相关计算 使用了 Word CAXA 等软件代替了手工作图 节省了设计时间并使 整个设计显得更加规范 美观 本设计无论是设计内容 还是设计格式 都具有一定的借鉴 参考价值 最终 本设计将成为一份既有文字说明 又有图表解释的完整的二次降压变电所的 设计方案 关键词 电力系统 变电所 设计 Abstract This book is about LianShan60 10KV Transformer Station Design of Electric Portion Whole book include abstract expatiation every kind of equipments choice of A choice for transformer include Main transformer high pressure in transformer substain back up transformer in number capacity model etc in set data of the transformer to really settle merit and shortcoming for electricity lord connecting line primarily introducing electricity lord connecting linear importance design according to basic request every kind of connecting line form and lords connect the linear choosing more The calculation book include short circuit electric current computing is the most important link this book detailedly introducing calculating purpose term general provision dollar in short circuit electric current a parameter transformation etc In this design everypart all depend on the book of the transformer station design automatic device general provision with the protection of transformer generatrix etc The design has the value of watch and refers to At last the design not only includes the expatiation but also a perfect transformer station design of electric portion Key Words electric power system substation design 第一部分 说明书 1 引 言 随着电网的规模的迅速扩大 电压等级和自动化水平的不断提高 供电部门为适应 市场机制 加强科技进步和提高经济效益就成为电力经营管理关注的重点问题 发展形 式要求城乡变电站尽快实现无人值班 因此 在发达国家或地区的电网中 无人值班变 电站已从 35 110kv 扩大到了 220kv 甚至向更高电压等级的变电站方向发展 由此可见 无人值班变电站是大势所趋 在我国 无人值班运行管理不是个新话题 早在 50 年代末 60 年代初 许多供电局 就曾进行过变电站无人值班的试点 当时采用的是原苏联的技术 并且风行一时 但后 来由于技术的不完善 还有管理和认识上的种种原因 多少地区没有坚持下去 80 年代 以后 随着自动化技术的发展和完善 特别是人们对变电站无人值班认识的提高 郑州 深圳 大连 广州等地区出现了大量的无人值班变电站 就据有关资料介绍 到 1996 年 底 全国已有 600 余座无人值班变电站 而到 1997 年底已达到 1000 余座 近年来 随着电网的发展 原电力工业部和国家电力公司先后颁布了有关变电站无 人值班工作的意见和要求 目前有关无人值班变电站设计规程正在编写之中 不久即将 正式颁发 这些文件的颁布与实施必然大大推动变电站无人值班工作更快发展 待设计变电所是 60 10kv 综合变电所 主要是给工业区的工厂用电 分别有近期负荷 和远期负荷两种负荷方案 其 10KV 侧供电负荷出线共有 12 回 每回线都含有重要负荷 为了保证供电的可靠性和一次性满足远期负荷的要求 本设计将按照远期负荷规划进行 设计建设 从而保证该变电所能够长期可靠供电 本设计是我们在校期间进行的一次比较系统 具体 完整的颇为重要的设计 它是 我们将在校期间所学的专业知识进行理论与实践的很好结合 在我们的大学生活中占有 极其重要的作用 是学生在校期间最后一个重要的综合性实践教学环节 是学生全面运 用所学基础理论 专业知识和基本技能 对实际问题进行设计 或研究 的综合性训练 也是我们将来走向工作岗为奠定良好基石的实践 2 10kv 线路导线选择 2 1 导线材料的确定 导线分为软导线和硬导线 架空线为软导体 而架空线路的型号则由机械强度 价格 和储量等因素选择为钢芯铝绞线 LGJ 2 2 10kv 线路导线选择 除配电装置的汇流母线及较短导体 20m 以下 按最大长期工作电流选择截面外 其余导体的截面一般按经济密度选择 2 2 1 最大长期工作电流选择的计算 母线所在回路的最大长期工作电流 应不大于导体长期发热的允许电流 即 maxwI alI 式中 为相对于母线允许温度和标准环境下导体长期允许电流 K 为综合 maxWlII alI 修正系数 2 2 2 截面积的选择 由于年电能损耗费与年最大负荷利用小时 有关 经济电流密度 J 与 有关 导maxTmaxT 体的经济截面 对应的电流密度称为经济电流密度 供用电工程 给出了 的 f 关系 在给定的 的情况下在图中可查到 J 值 maxT 导体的经济截面可由下式决定 式 maxwISJ 2 1 式中 正常工作时的最大长期工作电流 maxwI J 经济电流密度 2 A 在选择导线截面时 应该尽量接近按式 计算所得到的截面 当无合适规格 maxwISJ 的导体时 为节约投资 允许选择小于经济截面的导体 式 与式 2 1 中的 并不相同 在式 中 要考虑运行方 maxWlKII maxwI axWlKII maxw 式改变后可能出现的最大长期工作电流 而式 2 1 中的 完全指正常运行方式下所对 mw 经济电流密度选择的母线截面还必须满足 的要求 axWlI 修正系数 k 值计算式为 式 2 20lak 所在地区的最高温度 裸导体的额定环境温度 0 025C 导体或电气设备正常发热允许最高温度 一般取 al 07alC 导体 70 的载流量 A I0C 2 3 校验 2 3 1 电阻修正 根据所选导线截面积可以查取相应的 20 时的电阻值 但在计算过程中我们所用的 是 25 时的电阻值 因此在进行校验前应先对电阻进行修正 其计算公式为 式 201trt 2 5 其中 25 时的电阻值 t 20 时的电阻值 20r 为导线电阻温度系数 对铜 铝 钢芯铝线 0 0036 2 3 2 导体长期允许载流量 校验alIC 70 在选择电器时 还要考虑电器安装地点的环境条件 周围环境温度 不等时 其长期 允许电流可按照下式进行修正 式380oalalCl alIkI 2 6 我国生产的裸导体的额定环境温度 如环境温度高于 时 其允许电25C C 40 流一般可按照每增高一度 额定电流减少 1 8 进行修正 2 3 3 电压损耗校验 输电线路首端和末端电压的绝对值之差称为 电压损失 电压损耗有两部分组成 即 式中第一部分与有功功率和电阻有关 第二部分与无功功率和电抗有关 UQXPR 而这些因素对电压损耗的影响程度是有电网的特性决定的 一般说来 在电压不太高 的地区性电网中 由于 的值较大 P R 项的影响将不可忽视 此设计要求所有用户 10kvs 线路入口处电压不超过 8 负荷单回路 双回路供电时 电压损耗的计算式如下 单回路 式2 108 PRQX 2 7 双回路 式27 U 2 8 2 3 4 热稳定校验 出线的载流量在不同温度下有不同的值 因此在进行热稳定校验时应先进行温度修 正 使其满足在最高温度下的载流量大于等于最大长期工作电流 3 静电补偿电容器选择 3 1 补偿前功率因数的计算方法 供电局用有功电能和无功电能计算的均权功率因数 来确定功率因数 用平均有功cosav 功率和平均无功功率计算的平均功率因数 和 一致 因此用总平均功率来确cszavw 定工业企业功率因数 补偿前总平均功率因数计算公式如下 式 222cos 1 caPpQcaP 3 1 式中 全企业的有功平均计算负荷 kw p 全企业的无功平均计算负荷 kvar Q 有功 无功的月平均负荷系数 企业补偿前的视在平均计算负荷 kva s 总降压变电所 10kv 出线上的计算负荷分别相加后 乘以各自最大caP 负荷的同时系数 Kp 或 Kq 总降压变电所 10kv 出线计算负荷 是所有企业负荷与供配电线路中Q 的总功率损耗之和 3 2 功率损耗的计算 单回路有功功率损耗 式RUQPN2 3 2 双回路有功功率损耗 式PN2 1 2 3 3 单回路无功功率损耗 式XUQN2 3 4 双回路无功功率损耗 式 PN2 1 2 3 5 3 3 无功补偿装置 发电机是电力系统的无功电源之一 但只靠发电机提供无功功率是不可能满足电力 系统无功功率平衡需要的 这个不仅因为未经补偿的用户功率因数低于发电机的额定 还由于网络中大量的无功功率不足的系统 其电压水平将会被迫降低 所以为了保证电 压质量 电力系统的无功功率必须平衡 即除了充分利用发电机的无功功率外 还应装 设一些无功补偿装置 无功补偿装置包括调相机 静电电容器及静电补偿器 本设计采用静电电容集中补偿的补偿方式 用静电电容器作为无功补偿以及提高功 率因数的用户 其电力电容器的补偿容量可用下式确定 式12 tant NP 3 6 式中 补偿前后均权功率因数角的正切值 1tan 2 静电电容器容量和个数 电力电容器的个数应为 6 的倍数 因为电容器集中补偿在降压变电所二次侧且主变 压器一般为两合 为了使两合变压器补偿均匀分布 此外电容器台数不易过多 4 主变压器的选择 4 1 主变压器台数的确定 从 10KV 侧的负荷表中可以看出 每个负荷出线为单回路和双回路 负荷可以按双 回路进行分配 主变压器在满足用户负荷容量的条件下 还应考虑检修 故障情况下的 容量备用 为了保证供电的可靠性 变电所一般应装设两台主变 但一般不超过两台主 变 当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时 可装设一台主变 因此 本次设计的变电所采用两台主变压器 4 2 主变压器的选择原则 4 2 1 SJD2 88 规程中的有关变电所主要变压器选择的规定 1 变容量和台数的选择 应根据 电力系统设计规程 及以上主变的变电所 其中 为一台主变压器 2 与电力系统连接的 220 330kv 变压器 若不受运输条件限制 应选用三相变压器 3 主变调压方式的选择 应符合 电力系统设计规程 SDJ 6 的规定 4 2 2 主变压器选择的一般原则 主变一般采用三相变压器 若因制造和运输条件限制 在 220kv 的变电所中 可采 用单相变压器组 当装设一组变压器时 应考虑装设备用相 当主变超过一组 且各组 容量满足全负荷的 70 可不装备用相 4 3 主变压器的选择 主变容量的确定应根据电力系统 5 10 年发展规划进行 装设两台及以上主变压器 的变电所中 当一台断开 其余一台主变压器的容量一般应保证全部负荷的 70 获得供 电 因此对于两台变压器的变电所 每台变压器额定容量可 按式 4 1 选择 式70 NcaS 4 1 式中 所有厂的计算负荷ca 设计时 是总降低压变电所低压侧母线上的计算负荷 如果根据技术经济比较结S 果 决定在总降压变电所 10kv 二次母线侧采用高压电容器进行无功功率补偿 10kv 出线的有功计算负荷为 式NpcapPK 4 2 10kv 出线的无功计算负荷为 式cqQ 4 3 10kv 出线的无功计算负荷为 式2cacacaSP 4 4 高压侧有功计算负荷为 式 caT 4 5 高压侧无功计算负菏为 式 caTQ 4 6 归算到高压侧的计算容量为 式2 cacaSP 4 7 式中 三相绕组变压器总有功功率损耗TP 三相绕组变压器总无功功率损耗Q 补偿后总平均功率因数 cos 式 21 PSQcaCP 4 8 式中 所有负荷补偿后的视在平均计算负荷 kva s 若补偿后总平均功率因数不满足要求 还需要进行无功补偿 补偿后需再次确定变 压器容量 重新计算功率因数直到满足需求 则最终选择的变压器容量作为设计结果 综上所述 本设计选用两台主变压器且为三相绕组变压器 额定容量及参数如下表 表 4 1 变压器参数 额定 容量 KVA 高压 kv 高压分接 范围 低压 kv 联合组 标号 W 空载损 耗 W 负载损 耗 W 空载电 流 12500 60 25 18 10 5 YNd11 20240 73530 1 0 重量 kg 外形尺寸 mm 阻抗 电压 器身 油重 总重 长 宽 高 轨距 mm 9 18530 10820 36750 5490 3916 4850 1475 主变压器的容量选择必须满足本次设计的变电所的负荷容量要求 也尽可能考虑变 电所建成后 5 10 年的规划负荷的要求 也适当考虑到远期的负荷发展 与城市规划相 结合 根据变电所所带用户负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量 对于有重要 负荷的变电所 应考虑当一台主变压器停运时 其余变压器容量在计及过负荷能力后的 允许时间内 应保证用户的一级和二级重要负荷 对一般性变电所 当一台变压器停运 时 其余变压器容量应能保证全部负荷的 70 80 4 3 1 计算功率因数 在没有考虑低压母线 10kv 上装无功补偿装置情况下 只要满足以上的参数即可 选择主变压器 但是根据设计要求 变电所的平均功率因数应达到 0 9 以上 则需计算出 补偿前的变电所平均功率因数 若低于 0 9 则还需在低压母线上装设无功功率补偿装置 以提高变电所的平均功率因数 由于用户负荷多为感性负载 因而造成无功功率在线路 上的损耗 给系统带来不利的经济损失 需要尽可能在负荷末端进行无功功率补偿 补 偿装置选用电力电容器组 安装在 10KV 配电室内 连接在 10kv 母线上 经过计算补偿前变电所的平均功率因数 cos 0 789 经过计算得出需补偿的无功功率为 2984 cQkvar 4 3 2 选择电容器 电容器型号为 BFM10 5 200 1W 型 表 4 2 电容器参数 额定电压 10 5kv 标称容量 200KVA 标称电容 5 77 F 相数 1 外行尺寸 91543 重量 48Kg 由此可见 每台电容器的容量为 200 kvar 则需要电容器 18 台 每相 6 台 并列使用 星型接线 若考虑在变压器的二次侧加电容器进行补偿 则在选定变压器前应减掉补偿的无功 功率 加电容器后应再次经过计算保证变电所的功率因数达到 0 9 以上 变压器选定后 还应验证变压器高压侧母线的功率因数也不应低于 0 9 经过计算 得出高压侧母线的功率因数为 0 92 0 9 则确认所选变压器和电容器能够满足该系统的 正常运行 5 电气主接线的选择 变电所的电气主接线是指变电所的变压器 输电线路怎样与电力系统相连接 从而 完成输配电任务 变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分 主接线 的确定对于电力系统的安全 稳定 灵活 经济运行以及变电所电气设备的选择 配电 装置的布置 继电保护和控制方法的拟订将会产生直接的影响 5 1 设计条件 待设计的变电所是系统之中的一个重要的地区性变电所 由设计任务书可以知道本变 电所 60kv 高压侧有电源线 2 条 10kv 低压侧有出线 12 回 主变压器的容量在前面已经 确定为 12500kva 有两台 5 2 变电所主接线的设计原则 5 2 1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素 变电所是枢纽变电所 地区变电所 终端变电所 企业变电所还是分支变电所 由于它们在电力系统中的地位 和作用不同 对主接线的可靠性 灵活性 经济性的要求也不相同 5 2 2 考虑近期和远期的发展规模 变电所主接线设计应该根据 5 10 年电力系统发展规划进行 应根据负荷的大小和分 布 负荷的增长速度以及地区网络情况和潮流分布 并分析各种可能的运行方式 来确 定主接线的形式以及所连接电源数和出线回路数 5 2 3 考虑负荷的重要性分级和出线回路数的多少对主接线的影响 对于一级负荷必须有两个独立的电源供电 且当一个电源失去电源后 应当保证全 部一级负荷的不间断供电 对于二级负荷 一般要求有两个电源供电 且当一个电源失 去后能够保证大部分二级负荷的供电 三级负荷一般只要求有一个电源供电 5 2 4 考虑主变压器的台数对主接线的影响 变电所主变的台数和容量 对于变电所主接线的选择将产生直接的影响 通常对于大 型的变电所而言 由于其传输容量大 对供电可靠性的要求高 因此 其对接线的可靠 性 灵活性要求低 5 2 5 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 发送变的备用容量是为了保证可靠的供电 适应负荷的突增 设备检修 故障停运 情况下的应急要求 电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同 例如 当断 路器或母线检修时 是否允许线路 变压器停运 当线路故障时允许切除线路 变压器 的数量等 都直接影响主接线的形式 5 3 主接线设计的基本要求 主接线应满足可靠性 灵活性和经济性三项基本要求 5 3 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 并保证对 一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电 3 尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性 4 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求 5 3 2 主接线的灵活性 1 调度时 应可以灵活的投入和切除发电机 变压器和线路 调配电源和负荷 满足 系统在事故运行方式 检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求 2 检修时 可以方便的停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而不致影 响电力网的运行和对用户的供电 3 扩建时 可以容易的从初期接线过度到最终接线 在不影响连续供电或停电时间最 短的情况下 投入新机组 变压器或线路而不互相干扰 并且对一次和二次部分的改建 工作量少 5 3 3 经济性 主接线在满足可靠性 灵活性要求的前提下作到经济性 5 3 3 1 投资省 1 主接线应力求简单 以节省断路器 隔离开关 电流互感器 避雷器等一次设备 2 要能使继电保护和二次回路不过于复杂 以节省二次设备和控制电缆 3 要能限制短路电流 以便于选择价廉的电气设备或轻型电器 4 如能满足系统安全运行及继电保护要求 110kv 及以下终端或分支变电所可采用简 易电器 5 3 3 2 占地面积小 主接线设计要为配电装置布置创造条件 尽量使占地面积减少 5 3 3 3 电能损失少 经济合理的选择主变压器的种类 双绕组 三绕组或自藕变压器 容量 数量 要 避免因两次变压而增加的电能损失 此外 在系统规划设计中 要避免建立复杂的操作枢纽 为简化主接线 发电厂 变电所接入系统的电压等级一般不超过两种 5 4 电气主接线的选择 本设计为 60 10kv 电压等级的二次变电所 可选择的接线方式有 1 有汇流母线的接线 单母线 单母线分段 双母线 双母线分段 增设旁路母线 或旁路开关等 2 无汇流母线的接线 变压器线路单元接线 桥形接线 角形接线等 6 220kv 高 压配电装置的接线方式 主要决定于电压等级及出线回路数 5 4 1 主接线的有关规定 1 变电所的高压侧接线 应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式 如桥形接 线 变压器 线路组等 在满足继电保护的要求下 也可在地区线路上采用分支接线 但 在系统主干网上不得采用分支接线 2 在具有两台主变压器的变电所中 当 35 220kv 线路为双回时 若无特殊要求 该 电压级主接线均采用桥形接线 3 在 35 60kv 配电装置中 当线路为 3 回及以上时 一般采用单母线或单母线分段 接线 若连接电源较多 出线较多 负荷较大或处于污秽地区 可采用双母线接线 4 在 6 10kv 配电装置中 线路回数不超过 5 回时 一般用单母线接线方式 线路在 6 回及以上时 一般采用单母线分段的接线方式 当短路电流较大 出线回路多 功率较 大等情况时 可采用双母线接线方式 一般不装设旁路母线 分段单母线或单母线的 6 10kv 配电装置 一般采用固定式成套开关柜 容易增设 旁路母线 而采用双母线的配电装置则都不设旁路母线 5 4 2 单母线接线 如图 5 1 单母线接线方式所示 1 主要优点 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 2 主要缺点 不够灵活可靠 任一元件故障和检修 均需使整个配电装置停电 虽然 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 3 适用范围 一般适用一台发电机或一台主变的以下三种情况 1 6 10kv 配电装置的出线回路数不超过 5 回 2 35 60kv 配电装置的出线回路数不超过 3 回 5 4 3 单母线分段 如图 5 1 单母线分段接线方式所示 1 优点 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段切除 保证正常段母线不间断供电和不 致使重要负荷停电 图 5 1 单母线接线方式与单母分段线接线方式 2 缺点 1 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停 电 2 当出线为双回路时 常使架空线出现交叉跨越 3 扩建时需向两个方向均衡扩建 3 使用范围 1 6 10kv 配电装置出线回路数为 6 回及以上 2 35 60kv 配电装置出线回图 5 2 内桥与外桥接线方式 图 5 2 内桥接线与外桥接线方式 5 4 4 内桥接线 如图所示 5 2 内桥接线方式 内桥接线的特点 线路的投资和切除比较方便 变压器的投入和切除比较复杂 所 以内桥接线使用与较长线路和变压器不需要经常切换的场合 5 4 5 外桥接线 如图所示 5 2 外桥接线方式 外侨接线特点 它适用于线路较短和变压器需经常切换的场合 此外 当两条线路 间有穿越功率时 也应采用外侨接线 因为这时的穿越功率仅通过桥断路器 而且还要 通过二组成线路断路器 其中任一台断路器检修或故障时 都将影响穿越功率的传送 5 5 母线接线方式的选择 据上述各种母线的接线方式的论述 结合本次变电所的实际情况和负荷分配情况 本次设计的变电所 60kv 选择内桥接线方式 10kv 母线选择单母线分段的接线方式 6 短路电流的计算 6 1 短路电流计算的目的 1 电气主接线的比较 2 选择导体和电器 3 确定中性点接地方式 4 计算软导线的短路摇摆 5 确定分裂导线间隔棒的间距 6 验算接地装置的接触电压和跨步电压 7 选择继电保护装置和进行整定计算 本设计中计算短路电流的目的主要是载流导体和电气设备的选择和校验 6 2 短路计算条件和原则 1 正常工作时 三相系统对称运行 2 所有电源的电动势相位角相同 3 系统中的同步和异步电机均为理想电机 不考虑电机磁饱和 磁滞 涡流及导体集 肤效应的影响 转子结构完全对称 定子三相绕组空间位置相差 1200 电气角度 4 电力系统中各元件的磁路不饱和 即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变 化 5 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行 其中 50 负荷接在高压母线上 50 负 荷接在系统侧 6 同步发电机都具有自动调整励磁装置 7 短路发生在短路电流最大值的瞬间 8 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 9 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外 元件的电阻都略去不计 10 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 11 输电线路的电容略去不计 12 用概率统计法指定短路电流运算曲线 6 3 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 应按本工程的 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 作用的异步电动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 应选择在正常接线方式时短路 电流为最大的地点 对带电抗器的 6 10kv 出线与厂用分支线回路 除母线与母线隔离 开关之间阁板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外 其余导体和电器的计 算短路点一般选择在电抗器后 4 导体和电器的动稳定 热稳定以及电器的开断电流 一按三相短路验算 若发电机出 口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相 两相接地短路较三 相短路严重时 则应按严重情况计算 6 4 计算步骤 1 画等值电抗图 2 首先去掉系统中的所有负荷开关 线路电容 各元件电阻 3 选取基准容量和基准电压 4 计算各元件的电抗标么值 5 选择计算短路点 6 绘画等值电抗图 7 求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流 8 各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量 9 列出短路电流计算数据表 6 5 短路过程分析 6 5 1 由 无限大容量系统 供电的三相短路电流 所谓 无限大容量系统 仅为一个相对概念 当电源的容量足够大时 其等值内阻抗 就很小 此时若在电源外部发生短路 则整个短路中各个元件的等值阻抗将比电源的内 阻大的多 因而电源母线上的电压变化很小 实际计算时甚至可以认为没有变化 既认 为是一个恒压源 这种电源就称为无限大容量电源 1 三相短路电源的变化规律 三相短路后 在短路暂态过程中 短路电流等于它的周期分量和非周期分量的瞬间 值之和 短路电流的非周期分量是随时间按指数规律衰减的 当非周期分量为零时 短 路既进入稳态过程 此时稳态短路电流的大小不再变化 这是这种系统短路的显著特点 2 三相短路冲击电流 id 三相短路电流的最大瞬时值出现在短路发生后约半个周波左右 它不仅与周期分量 的幅值有关 也与非周期分量的起始值有关 最严重的短路情况下 三相短路电流的最 大瞬时值称为冲击电流 ich 式2 5shI 6 1 式中 Kch 1 e td 短路电流冲击系数 I 短路电流周期分量的有效值 一般 高压电网 式1 8ch 2 5chiI 6 2 低压电网 ich 式 3chK 4chiI 6 3 6 6 短路电流的计算方法 电力系统短路电流的计算方法通常有三种 即标么值法 短路容量法 又称 MVA 法 和有名单位制法 又称欧姆法 高压系统中 一般采用标幺值法 标么值法的基本原理 标么值又称为相对单位制 它是各个物理量的实际值与基准值的比值 系数或百分 比 采用标幺制 首要的问题是确定基准值 1 基准值 在短路电流的实际计算中 为了方便常选取 100MVA 或 10000MVA 作为视在功率基 准值 选用某电压等级的平均额定电压作为电压的基准值 所谓线路平均额定电压 系指线路始端最大额定电压与线路末端最小额定电压的平 均值 表 6 1 线路额定电压与平均额定电压 额定电压 kv NU10 35 60 110 154 220 平均额定电压 10 5 37 63 115 162 230 kv NU 若取 可列出不同基准电压 Ud 下的基准电流 Id 与基准电抗 Xd 值 10dSMVA 常用基准值见表 6 2 表 6 2 基准电压值参照表 基准电 Ud kv 10 5 37 63 115 162 230 基准电 Id KA 5 5 1 56 0 917 0 502 0 356 0 251 基准电 Xd 1 1 13 7 39 7 132 262 529 2 标么值 标么值的定义 容量标么值 S S Sd 式 6 4 电压标么值 U U Ud 式 6 5 电流标么值 I I Id I Ud Sd 式3 6 6 额定标么值 在电气设备 如发电机 变压器 电抗器及电动机等 的技术数据中 往往给出以其自身额定参数为基准的标么值 容量的额定标么值 S S SN 式 6 7 电压的额定标么值 UN U UN 式 6 8 电抗的额定标么值 X X XN X SN U2N 式 6 9 电流的额定标么值 I I IN UNI SN 式3 6 10 3 取基准容量 基准电压 计算用公式 10BSMVA Bav 发电机的电抗 式 BGNSx 6 11 变压器的电抗 式 10KBTNUxS 6 12 线路的电抗 式 1BlNSx 6 13 标么值转化为有名值 或 式 23BavIU 23NavSIU 6 14 7 电气设备的选择与校验 7 1 高压电气选择的一般要求 设计原则及技术条件 7 1 1 一般要求 电气设备的选择是发电厂和变电所电气部分设计的重要内容之一 如何正确地选择 电气设备 将直接影响到电气主接线和配电装置的安全及经济运行 因此在进行设备的 选择时 必须执行国家的有关技术经济政策 在保证安全 可靠的前提下 力争做到技 术先进 经济合理 运行方便和留有适当的发展余地 以满足电力系统安全 经济运行 的需要 7 1 2 设计原则 1 照正常工作条件进行选择 按照短路条件进行校验 2 应满足正常工作条件下的电压和电流的要求 3 应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求 4 应满足安装地点和使用环境条件要求 5 应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质 6 对电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别 7 选用的新产品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 未经鉴定的新产品时 应经上级批准 7 1 3 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 过流的情况下 保持正常运 行 1 长期工作条件 电压 选用的电器额定电压 不得低于该回路的最高运行电压 即 NUgUNg 电流 选用的电器额定电流 不得低于所在回路各种可能运行方式的持续工作电流 I I 即 NgI 由于变压器短路时过载能力很大 双回路出现的工作电流变化幅度也较大 故其计 算工作电流应根据实际需要确定 高压电器没有明确的过载能力 所以在选择其额定电流时 应满足各种可能运行方 式回路持续工作电流的要求 机械荷载 选电器端子的允许载应大于电器引线在正常运行和短路时是最大作用力 各种电器的荷载能力 厂家出厂时已做考虑 本设计不再考虑 2 短路稳定条件 检校的一般原则 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 用熔断器保护的电器可不验算热稳定 用熔断器保护的电压互感器回路 可不 验算动 热稳定 短路的热稳定条件 2tkIQ 式中 在计算时间 s 秒内 短路电流的热效应 k 2KAs t 秒内设备允许通过的热稳定电流的有效值 KA I t 设备允许通过的热稳定电流的时间 s 校验短路电流热稳定所用的计算时间 kt按下式计算 kabprtt 式中 继电保护动作时间 s abt 断路器的全开断时间 s pr 采用延时保护时 相应数据为继电保护装置的启动机构和执行机构的动作时间 短kt 路器的固有分闸时间以及断路器触头电弧的持续时间总和 短路的动稳定条件 esim 式中 额定动稳定电流 KA esi 短路电流的最大冲击电流值 KA im 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靠性 电器的绝缘水平 应按电网中出现的各种过电压和保护设备响应的保护水平 确定当所 送电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时 应通过绝缘配合计算 选用适当的过电 压保护设备 综上所述本次变电所设计主要选择两个短路点进行计算 就可以满足选择电气设备 的要求 所以选择高压电气设备 60kv 侧 主要以 点短路电流进行选择 选择低压1d 10kv 侧 电气设备以 点短路电流为基础进行选择 2d 7 2 高压断路器的选择 7 2 1 选择和校验项目 1 型式和种类 2 额定电压 3 额定电流 4 开断能力校验 5 额定关合电流 6 动稳定校验 7 热稳定校验 7 2 2 电器选择的要求 1 满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发展 2 按当地环境条件校核 3 应力求技术先进和经济的合理 4 整个工程的建设标准应协调一致 5 同类设备应尽量减少品种 6 选用的新产品均具有可靠的实验数据并经上级正式签字合格后才能使用 7 2 3 技术要求 选择的高压电器 应能在长期工作发生的过电压 过电流条件下能正常运行 1 电压 先用电器的额定电压 不低于该回路的最高运行电压即 NUNSU 2 电流 选用的电器额定电流 不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工I 作电流 即 对于高压电器没有明确的过载能力 所以在选择其额定电流时 应gINgI 满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求 7 2 4 校验说明 1 电器选定后应按最大可能通过的短路电流进行动 热稳定的校验 校验的短路电 流一般取三相短路电流的最大情况 2 用熔断器保护的电器可以不验算热稳定 当熔断器有限作用时 可不验算动稳定 用熔断器保护的电压互感器回路中 可以不验算动 热稳定 短路的热稳定条件 2tkIQ 动稳定条件 esim 根据以上原则 本设计 60kv 侧选用 LW9 63 型断路器见表 7 1 型号说明 L 六氟化硫断路器 W 户外型 9 设计序号 63 额定电压 kv 60KV 侧断路器 表 7 1 LW9 63 型六氟化硫断路器的主要参数 型号 额定电压 kv 最高工作电压 kv 额定电流 A LW9 63 63 72 5 2500 额定开断电流 A 额定关合电流 峰值 KA 额定动稳定电流 峰值 KA 4s 热稳定电流 KA 31 5 80 80 31 5 10KV 侧出线端断路器 表 7 2 ZNZZ 90II 型真空断路器的主要参数 型号 额定电压 kv 最高工作电压 kv 额定电流 A ZNZZ 90II 10 11 5 1600 额定开断电流 A 额定关合电流 峰值 KA 额定动稳定电流 峰值 KA 4s 热稳定 电流 KA 31 5 80 80 31 5 10KV 侧进线端和母联断路器 表 7 3 ZN 10 型断路器的主要参数 型号 额定电压 kv 最高工作电压 kv 额定电流 A ZN 10 10 11 5 1600 额定开断电流 A 额定关合电流 峰值 KA 额定动稳定 电流 KA 4s 热稳定 电流 KA 31 5 80 80 31 5 经校验此断路器满足要求 详细校验过程参见计算书 7 3 隔离开关的选择 隔离开关的选择 除了不校验开断能力和关合能力外 其余与断路器的选择相同 因为隔离开关与断路器串联在回路中 网络出现短路故障时 对隔离开关的影响完全取 决于断路器的开断时间 故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同 1 型式和结构 2 额定电压 3 额定电流 4 动稳定校验 5 热稳定校验 所以本次设计的珠江变电所 60 千伏侧选择隔离开关型号为 GW5 60 型 所选隔离开关参数见表 7 4 型号说明 G 隔离开关 W 户外型 5 设计序号 60 额定电压 60KV 侧隔离开关 表 7 4 GW5 60 型隔离开关参数表 型 号 GW5 60II 额定电压 kv 60 额定电流 A 630 动稳定电流峰值 KA 150 热稳定电流 KA 4s 20 10KV 侧出线隔离开关 表 7 5 GW 10 型隔离开关的主要参数 型号 额定电压 kv 额定电流 A 动稳定电流峰值 KA 4s 热稳定电流 KA GW 10 10 1000 80 26 10 10KV 侧进线端和母联隔离开关 表 7 6 GN 10 型隔离开关的主要参数 型号 额定电压 KV 额定电流 A 动稳定电流峰值 KA 4s 热稳定电流 KA GN 10 10 1000 80 20 经校验此隔离开关满足要求 详细校验过程参见计算书 7 4 电流互感器的选择 1 种类的选择 对于 6 20 千伏屋内配电装置 可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结 构 对于 35 千伏及以下配电装置 宜采用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器 有条 件时 尽量采用套管式电流互感器 2 按一次额定电压和额定电流选择 1NsU 1maxNgI 3 按准确度级和副边负荷选择 为了保证测量仪表的准确度 电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级 为保证互感器在一定的准确级工作 电流互感器二次侧所接负荷 应不大于该准确级所eS 规定的额定容量 2eS 4 热稳定校验 电流互感器的热稳定能力 以 1 秒钟通过的一次 额定电流倍数 表示 热稳定按下式校验 ehK 221NehkItIt 式中 1s 中允许通过一次额定电流热稳定倍数 5 动稳定校验 内部 112NemidIK 电流互感器动稳定电流倍数emK 所以本次设计珠江变电所 60 千伏侧选择的电流互感器为 LCW 60 型 所选电流互感 器参数见表 7 7 型号说明 L 电流互感器 C 瓷绝缘 W 户外型 60 额定电压 kv 60KV 电流互感器 表 7 7 LCW 60 型电流互感器主要参数表 型 号 LCW 60 额定电压 kv 60 额定电流比 20 40 300 600 5 级次组合 0 5 1 1 秒热稳定倍数 75 动稳定倍数 150 10KV 电流互感器 表 7 8 10 kv 侧 LZZBJ 10 型电流互感器的主要参数表 型号 额定电流比 A 1s 热稳定倍数 倍 准确级次 动稳定倍数 倍 LZZBJ 10 型 1500 5 50 0 5 1 90 经校验此电流互感器满足要求 详细校验过程参见计算书 7 5 电压互感器选择 7 5 1 装置种类和型式选择 电压互感器在主接线的配置和测量仪表 同期点的选择 保护和自动装置的要求 电压互感器形式的 1 6 20kv 配电装置一般使用油浸绝缘机构 在高压开关和布置地位狭窄的地方 可 以采用树脂浇注绝缘机构 当需要零序时 我们使用了三相五柱电压互感器 2 35 110kv 的配电装置使用了油浸绝缘机构或者电磁式的电压互感器 3 220kv 当容量要求较大时 我们一般使用电容式的电压互感器 4 接在 110kv 系统的电压互感器 当线路装有载通信时 应该尽量的选择电容电压 互感器 5 使用的原则用严格电度计量不应低于 0 5 级 用在电压测量的不应低于 1 级 用 在继电保护的不应低于 3 级的原则 7 5 2 电压互感器的配置 1 母线 一般除旁路母线外 工作和备用母线装有一组电压互感器 用在同期 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期 和设置自动重合闸 装有一台或三台单相电压互感器 10kv 及其以下的架空出线自动重 合闸 可以利用母线上的电压互感器 3 在供电部门指定的 一般装有计量专用电压互感器 4 变压器 变压器的高压侧有时为了保护的需要 设有一组电压互感器 7 5 3 电压互感器的选择 电压互感器的选择是根据额定电压 装置种类 构造形式 准确等级以及按副边负 载选择 而副边负载是在确定二次回路方案以后方可以计算 故电压互感器初选形式如 表 6 9 所示 由于电压互感器与电网并联 当系统发生短路时 互感器本身并不遭受短路电流的 作用 因此 不需要校验动稳定与热稳定 在选择完后就可以的 所选电压互感器参数 见表 7 9 60kv 侧电压互感器 表 7 9 电压互感器参数表 额定电压变比 kv 额定容量 VA 电压 等级 型号 最大 容量 KVA 原线圈 副线圈 辅助线圈 0 2级 0 5级 3P级 60KV JCC5 60 2000 60 3 1 30 1 3150 250 300 10kv 侧电压互感器 表 7 10 10 kv 侧 JDZ 10 型电流互感器的主要参数表 额定电压 kv 型号 最大容量 KVA 原绕组 副绕组 1 副绕组 2 剩余绕组 JDZ 10 400 10 3 3 0 30 1 3 额定负荷 KA 副绕组 1 副绕组 2 剩余绕组 0 5 80 3p 800 3p 50 型号说明 J 电流互感器 C 串联绝缘 C 瓷箱式 5 设计序号 60 额定电压 kv 7 6 避雷器的选择 该变电所为中性点非直接接地系统 中性点非直接接地系统中保护变压器中性点绝 缘的应该选择阀型避雷器 本设计 60KV 侧选用了 FZ 60 型阀式避雷器 有关参数见表 7 11 表 7 11 60 kv 侧 FZ 60 型阀式避雷器的主要参数表 型号 额定电压有效值 kv 灭弧电压有效值 kv FZ 60 60 70 5 工频放电电压有效 值 kv 8 20 s 雷电冲击波残压峰 值不大于 kv 不小于 不大于 冲击放电电压峰值 1 5 20 4ss 及 不大于 kv 5KA 10KA 140 173 220 227 250 10KV 避雷器 表 7 12 10 kv 侧 FZ 10 避雷器的主要参数表 型号 额定电压有效值 kv 灭弧电压有效值 kv FZ 10 10 12 7 工频放电电压有效值 kv 8 20 s 雷电冲击波残压 峰值不大于 kv 不小于 不大于 冲击放电电压峰值 1 5 20 4ss 及 不大于 kv 20 31 45 45KA 50KA 7 5 开关柜的选择 6 35KV 高压开关柜主要用于 6 35kv 的电力系统中 作电能的接受 分配的通 断和监视及保护之用 高压开关柜主要分固定式和手车式两种 就结构而言 又分为开启式 半封闭式 封闭式 就使用环境而言 又有户内 户外之分 就操作方式而言 有电磁操作机构 弹簧操作机构和手动操作机构 选择高压开关柜主根据使用环境决定选户内还是户外型 根据开关柜数量的多少和 可靠性的要求 确定使用固定式还是手车式开关柜 固定式开关柜价格便宜 对开关柜 台数少的变电所尽量选用固定式开关柜 结合本变电所主接线方案 结合控制 计量 保护 信号等方面要求选择 10KV 侧开关柜 使设备的型号尽量作到统一 10KV 侧的所 有出线架空线选用一个型号的开关柜 本设计初选三种开关柜 分别为变压器 10KV 侧出 线回路柜 分段母联回路柜 架空出线柜 选用 GG 1A F 型号含义 G 环 境 特 征操 动 机 构 代 号主 电 路 方 案 编 号 母 线 系 统 单 母 线 不 标 注 断 路 器 代 号简 易 五 防 统 一 设 计 特 征设 计 序 号固 定 式 高 压 开 关 柜 G 1A F 其中 环境特征 TA 用于干热带 TH 用于湿热带 G 用于高海拔 操动机构 D 为电磁机构 T 为弹簧机构 断路器代号 少油断路器不表示 真空断路器用 Z 表示 由 高压成套开关设备 P436 图 3 1 10 选取方案如下 高压开关柜里的高压电器设备 均为 10kv 侧的电器设备 用所选择的电器设备代替 原高压开关柜里的电器设备 将其安放在合适的位置 设备的基本参数可参见 计算书 第七部分 电器设备选择 高压开关柜具有 五防 功能 防止误跳 误合断路器 防止带负荷拉 合隔离开关 防止带电挂接地线 防止带接地线合隔离开关 防止人员误入带电间隔 7 8 母线的型式及适用范围 7 8 1 母线的材料 7 8 1 1 硬导体 母线除满足工作电流 机械强度和电晕要求外 导体形状还应满足下列要求 a 电流分布均匀 b 机械强度高 c 散热良好 d 有利于提高电晕起始电压 e 安装 检修简单 连接方便 由于以上条件很难同时满足 本变电所 10kv 侧采用硬导体的形式 7 8 1 2 软导体 一般要求 1 配电装置中软母线的选择 应根据环境条件 环境温度 日照 风速 污秽 海拔高度 和回路负荷电流 电晕 无线电于扰等条件 确定导线的截面和导线的结构 型式 2 在空气中含盐量较大的沿海地区或周围气体对铝有明显腐蚀的场所 应尽量选 用防腐型铝铰线 3 当负荷电流较大时 应根据负荷电流选择较大截面的导线 当电压较高时 为 保持导线表面的电场强度 导线最小截面必须满足电晕的要求 可增加导线外径或增加 每相导线的根数 4 对于 220kv 及以下的配电装置 电晕对选择导线截面一般不起决定作用 故可 根据负荷电流选择导线截面 导线的结构型式可采用单根钢芯铝绞线组成的复导线 本变电所 60kv 侧采用软导体 7 8 2 截面选择说明 1 为了保证母线的长期安全运行 母线在额定环境温度 0 和导体面正常发热允许最 高温度 下的允许电流 应大于或等于流过导体的最大持续工作电流 即 alI maxgI 为温度修正系数 maxgalIKI 0 2 考虑母线长期运行的经济性 除了配电装置的汇流母线以及断续运行或长度在 20 米以下的母线外 一般均应按经济电流密度选择导体的面积 这样可使年运行费用最低 经济电流密度的大小与导体的种类和最大负荷利用小时数 有关 母线经济截面为maxT 本设计不考虑此项内容 max gSIJ 7 8 3 校验说明 1 热稳定校验 根据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 其公式为 minS in ksQKc 式中 根据热稳定决定的导体最小允许截面i 2m 短路周期热效应 k 2AS 集肤效应系数 5K C 热稳定系数 其值与材料及发热温度有关 2 10kv 侧母线动稳定校验 根据 发电电气部分厂 单条矩形导体校验 271 30shphif 导体所受的最大弯矩 210phflM 导体平放时 导体截面系数 26bW 导体最大相间计算应力 ph 满足动稳定校验 alph 经过选择和校验 本设计选用母线结果见表 5 7 各电压等级母线技术数据与计算 数据比较表见表 5 8 表 5 7 母线选用结果表 序号 安装地点 母线类型 截面面积 2m载流量 A 1 10kv 母线 矩形铝母线 3 60 1249 型号说明 L 铝 G 钢芯 J 绞 150 标称截面 低压侧所选母线进行校验 均满足要求 详细校验过程参见计算书 8 避雷针的设计的保护范围 8 1 避雷针的设计 8 1 1 单支避雷针的保护范围 单支避雷针的保护范围的保护范围可以按照下列方法确定 在高度为 hx 水平面上的 保护半径可以按下式计算 当 hx h 2 时 Rx h hx p 当 hx h 2 时 Rx 1 5h 2hx p 式中 h 避雷针的高度 米 p 高度影响系数 当 h 30m 时 p 1 当 30m 所选的电流互感器满足一次回路额定电流的要求 二次电流的校验 所选电流互感器的二次回路额定电流 满足要求 25NIA 3 热稳定校验 所选电流互感