畢業(yè)設計（論文）110kv變電站電氣主接線設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目 110KV變電站電氣主接線設計</p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學生姓名

2、 </p><p>　　指導教師 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)建設的迅速崛起，供電系統(tǒng)的設計越來越全面、系統(tǒng)，工廠用電量迅速增長，對電能質量、技術經(jīng)濟狀況、供電的可靠性指標也日益提高，因此對供電設計也有了更高、更完善的要求

3、。設計是否合理，不僅直接影響基建投資、運行費用和有色金屬的消耗量，也會反映在供電的可靠性和安全生產(chǎn)方面，它和企業(yè)的經(jīng)濟效益、設備人身安全密切相關。</p><p>　　變電站是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，由電器設備及配電網(wǎng)絡按一定的接線方式所構成，他從電力系統(tǒng)取得電能，通過其變換、分配、輸送與保護等功能，然后將電能安全、可靠、經(jīng)濟的輸送到每一個用電設備的轉設場所。作為電能傳輸與控制的樞紐，變電站必須改變傳統(tǒng)的設計

4、和控制模式，才能適應現(xiàn)代電力系統(tǒng)、現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的發(fā)展趨勢。</p><p>　　本次設計為110kV降壓變電站電氣一次部分的初步設計，根據(jù)原始資料，以設計任務書和國家有關電力工程設計的規(guī)程、規(guī)范及規(guī)定為設計依據(jù)。變電站的設計在滿足國家設計標準的基礎上，盡量考慮當?shù)氐膶嶋H情況。在本變電站的設計中，包括對變電站總體分析和負荷分析、變電站主變壓器的選擇、電氣主接線、電氣設備選擇、短路電流計算等部分的分析計

5、算以及防雷設計。在保證供電可靠性的前提下，減少事故的發(fā)生，降低運行費用。</p><p>　　關鍵詞：電力系統(tǒng)；110kV變電站；短路電流；一次部分；設備選擇</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅰ</b></p><p>　　第一部分 設計說明書<

6、/p><p><b>　　1 原始資料1</b></p><p>　　1.1 變電站的基本情況1</p><p>　　1.2 設計任務2</p><p><b>　　2 變壓器選擇3</b></p><p>　　2.1 變壓器繞組與調壓方式的選擇3</p&g

7、t;<p>　　2.2 變壓器相數(shù)的選擇3</p><p>　　2.3 變壓器容量和臺數(shù)的選擇3</p><p>　　2.4 變壓器的冷卻方式4</p><p>　　3 電氣主接線設計5</p><p>　　3.1 主接線的設計原則5</p><p>　　3.2 主接線設計的基本要求

8、6</p><p>　　3.3 主接線方案的比較和確定................................................................7</p><p>　　4 短路電流計算....................................................................................

9、..........11</p><p>　　4.1 短路電流計算的目的11</p><p>　　4.2 短路電流計算的規(guī)定11</p><p>　　4.3 短路電流計算的步驟12</p><p>　　4.4 短路類型及其計算方法12</p><p>　　5 高壓電器選擇14</p>&

10、lt;p>　　5.1 高壓斷路器的選擇14</p><p>　　5.2 隔離開關的選擇14</p><p>　　5.3 各級電壓母線的選擇15</p><p>　　5.4 電流互感器的選擇15</p><p>　　5.5 電壓互感器的選擇16</p><p>　　5.6 避雷器的選擇16&

11、lt;/p><p>　　6 配電裝置設計18</p><p>　　6.1 配電裝置的基本要求.........................................................................18</p><p>　　6.2 配電裝置的種類及應用.......................................

12、..............................18</p><p>　　7 防雷保護設計19</p><p>　　7.1 防雷保護的特點19</p><p>　　7.2 變電站直擊雷防護19</p><p>　　7.3 進線保護................................................

13、............................................19</p><p>　　8 變壓器容量計算及選擇 20</p><p>　　8.1 本站負荷計算20</p><p>　　8.2 變壓器容量及型號的選擇20</p><p>　　9 短路電流計算21</p><p>　

14、　9.1 原始資料21</p><p>　　9.2 短路計算21</p><p>　　10 高壓電器的選擇與校驗27</p><p>　　10.1 最大持續(xù)工作電流計算27</p><p>　　10.2 斷路器的選擇及校驗27</p><p>　　10.3 隔離開關的選擇及校驗30</p&g

15、t;<p>　　10.4 電流互感器的選擇及校驗31</p><p>　　10.5 限流電抗器的選擇及校驗35</p><p>　　10.6 電壓互感器的選擇及校驗35</p><p>　　10.7 導體的選擇及校驗37</p><p>　　10.8 絕緣子及穿墻套管的選擇39</p><

16、p><b>　　總結40</b></p><p><b>　　參考資料41</b></p><p><b>　　致謝42</b></p><p><b>　　1 原始資料</b></p><p>　　1.1變電站的基本情況</p>

17、<p>　　1.1.1變電站建設性質及規(guī)模</p><p>　　本站位于城市邊緣，供給城市和近郊工業(yè)、農業(yè)及生活用電，系新建變電站。</p><p>　　電壓等級：110/10kV</p><p>　　線路回數(shù)：110kV：2回，備用2回</p><p>　　10kV：13回，備用2回</p><p>　

18、　1.1.2 電力系統(tǒng)接線簡圖：</p><p>　　圖1.1 電力系統(tǒng)接線簡圖</p><p>　　1.1.3變電站規(guī)模和電力系統(tǒng)情況</p><p>　　（1）變電站性質：110kV變電站。</p><p>　?。?）110kV最終兩回進線四回出線。每回出線輸送容量為15MVA，本期工程2回進線，2回出線。</p><

19、p>　?。?）10kV出線最終15回，本期13回，備用2回，Tmax=5500 小時，負荷同時率0.85，備用總負荷4MW,COS=0.85。</p><p>　?。?）根據(jù)當?shù)仉娏ο到y(tǒng)的遠景規(guī)劃，110kV和10kV負荷的具體參數(shù)如下表：</p><p>　　表1.1 110kV和10kV負荷具體參數(shù)表</p><p><b>　　1.2 設計任務

20、</b></p><p>　?。?）變電站電氣主接線的設計</p><p>　?。?）主變壓器的選擇</p><p>　?。?）短路電流的計算</p><p>　　（4）電氣設備的選擇</p><p>　?。?）配電裝置及電氣總平面設計</p><p><b>　?。?）防

21、雷保護設計</b></p><p><b>　　1.3本站負荷計算</b></p><p>　　根據(jù)初步設計原始資料計算</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中 ——某電壓等級的計算負荷</p><p>　　Kt——同時系數(shù)

22、10kV取0.85</p><p>　　а%——該電壓等級電網(wǎng)的線損率，一般取5%</p><p>　　P、cos——各用戶的負荷和功率因數(shù)</p><p>　　考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃此變電站10kV側負荷為</p><p>　　考慮到備用情況，因此本變電站的最終綜合用電負荷為：</p><p>　　Sm=SC+2

23、+2=38.77MVA</p><p><b>　　2 變壓器選擇</b></p><p>　　2.1變壓器繞組與調壓方式的選擇</p><p><b>　?。?）繞組連接方式</b></p><p>　　參考《電力工程電氣設計手冊》和相應規(guī)程指出：變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓一致，否則不能并

24、列運行。電力系統(tǒng)中變壓器繞組采用的連接方式有Y和△型兩種，而且為保證消除三次諧波的影響，必須有一個繞組是△型的，我國110kV及以上的電壓等級均為大電流接地系統(tǒng)，為取得中性點，所以都需要選擇的連接方式，而6-10kV側采用△型的連接方式。故該110kV變電站主變應采用的繞組連接方式為：YN，。

25、 </p><p>　　（2）調壓方式的確定</p><p>　　變壓器的電壓調整是用分解開關切換變壓器的分接頭，從而改變變壓器比來實現(xiàn)的。切換方式有兩種：不帶電切換，稱為無勵磁調壓，調壓范圍通常在+5％以內，另一種是帶負荷切換

26、，稱為有載調壓，調壓范圍可達到+30％。對于110kV及以下的變壓器，以考慮至少有一級電壓的變壓器采用有載調壓。</p><p>　　由以上知，此變電所的主變壓器采用有載調壓方式。</p><p>　　2.2 變壓器相數(shù)的選擇</p><p>　　主變壓器采用三相或是單相，主要考慮變壓器的制造條件、可靠性要求及運輸條件等因素。當不受運輸條件限制時，在330kV及以下

27、的發(fā)電廠和變電所，均應采用三相變壓器。社會日新月異，在今天科技已十分進步，變壓器的制造、運輸?shù)鹊纫巡怀蓡栴}，故有以上規(guī)程可知，此變電所的主變應采用三相變壓器。</p><p>　　2.3變壓器容量和臺數(shù)的選擇</p><p>　　主變容量一般按變電站建成近期負荷5～10年規(guī)劃選擇，并適當考慮遠期10～15年的負荷發(fā)展，對于城郊變電所主變壓器容量應當與城市規(guī)劃相結合，從長遠利益考慮，本站應按

28、近期和遠期總負荷來選擇主變的容量，根據(jù)變電所帶負荷的性質和電網(wǎng)結構來確定主變壓器的容量，對于有重要負荷的變電所，應考慮當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量在過負荷能力允許時間內，應保證用戶的一級和二級負荷。所以每臺變壓器的額定容量按，其中為變電所最大負荷選擇，即=0.7×38.77=27.14kVA這樣當一臺變壓器停用時，也保證70%負荷的供電。由于一般電網(wǎng)變電所大約有25%的非重要負荷，因此采用式來計算主變容量對變電所保證重要

29、負荷來說是可行的。通過計算本變電站可選擇額定容量為31.5MVA的主變壓器。為了保證供電可靠性，避免一臺主變壓器故障或檢修時影響供電，變電站一般裝設兩臺主變壓器。當裝設三臺及三臺以上時，變電所的可靠性雖然有所提高，但接線網(wǎng)絡較復雜，且投資增大，同時也增加了配電設備及用電保護的復雜性，以及帶來維護和倒閘操作的復雜化?？紤]到兩臺主變同時發(fā)生故障機率較小，且適用遠期負荷的增長以及擴建，故本變電站選擇兩臺主變壓器</p><

30、p>　　綜上所述根據(jù)以上設計原則，本次設計變電站主變確定為雙繞組有載調壓電力變壓器，相關數(shù)據(jù)如下表所示：</p><p>　　表2.1 主變壓器的相關數(shù)據(jù)</p><p>　　2.4變壓器的冷卻方式</p><p>　　根據(jù)變壓器型號的不同,其冷卻方式有：自然風冷、強迫油循環(huán)風冷、強迫油循環(huán)水冷、強迫導向油循環(huán)等。</p><p>　　

31、油浸自冷式就是以油的自然對流作用將熱量帶到油箱壁和散熱管，然后依靠空氣的對流傳導將熱量散發(fā)，它沒有特制的冷卻設備。而油浸風冷式是在油浸自冷式的基礎上，在油箱壁或散熱管上加裝風扇，利用吹風機幫助冷卻。加裝風冷后可使變壓器的容量增加30%～35%。強迫油循環(huán)冷卻方式，又分強油風冷和強油水冷兩種。它是把變壓器中的油，利用油泵打入油冷卻器后再復回油箱。油冷卻器做成容易散熱的特殊形狀，利用風扇吹風或循環(huán)水作冷卻介質，把熱量帶走。這種方式若把油的循

32、環(huán)速度比自然對流時提高3倍，則變壓器可增加容量30%。</p><p>　　綜上所述，110kV變電站冷卻方式宜采用強迫油循環(huán)風冷。</p><p><b>　　3電氣主接線設計</b></p><p>　　電氣主接線設計的基本原則是以設計任務書為依據(jù)，以國家的經(jīng)濟建設方針、政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電可靠、調度靈活

33、、滿足各項技術要求的前提下、兼顧運行、維護方便，盡可能的節(jié)省投資，就近取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。</p><p>　　電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流，高電壓的網(wǎng)絡，它要求用規(guī)定的設備文字和圖形符號，并按工作順序排列，詳細地表示電氣設備或成套裝置全部基本組成和連接關系，代表該變電站電氣部分的主體結構，是電

34、力系統(tǒng)結構網(wǎng)絡的重要組成部分。</p><p>　　3.1主接線的設計原則</p><p>　?。?）考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用</p><p>　　變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定主接線的主要因素。不論是樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所、企業(yè)變電所還是分支變電所，由于在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求也不同。<

35、/p><p>　?。?）考慮近期和遠期的發(fā)展規(guī)模</p><p>　　變電所主接線設計應根據(jù)5～10年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行。應根據(jù)負荷的大小和分布、負荷增長速度以及地區(qū)網(wǎng)絡情況和潮流分布，并分析各種可能的運行方式來確定主接線的形式以及所連接的電源數(shù)和出線回數(shù)。</p><p>　?。?）考慮負荷的重要性和分級和出線回數(shù)多少對主接線的影響</p><p

36、>　　對一級負荷，必須有兩個獨立電源供電，且當一個電源失去后，應保證全部一級負荷不間斷供電；對二級負荷，一般要有兩個電源供電，且當一個電源失去后，能保證大部分二級負荷供電。三級負荷一般只需一個電源供電。</p><p>　?。?）考慮主變臺數(shù)對主接線的影響</p><p>　　變電所主變的容量和臺數(shù)，對變電所主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響。通常對大型變電所，由于其傳輸容量大，對供電可靠

37、性要求高，因此對主接線的可靠性、靈活性的要求也比較高。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性要求低。</p><p>　?。?）考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響</p><p>　　發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應負荷突增、設備檢修、故障停運情況下的應急要求。電器主接線的設計要根據(jù)備用容量的有無而有所不同。例如，當斷路器或母線檢修時，是否允許線路、變壓

38、器停運；當線路故障時允許切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線的形式。</p><p>　　3.2 主接線設計的基本要求</p><p>　　主接線設計的合理性直接影響電力系統(tǒng)運行的可靠性，靈活性及對電器的選擇、配電裝置、繼電保護、自動控制裝置和控制方式的擬定都有決定性的關系。根據(jù)《電力工程電氣設計手冊(電氣一次部分）》中有關規(guī)定：“變電所的電氣主接線應根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位，

39、變電所的規(guī)劃容量、負荷性質、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設備特點等條件確定。并綜合考慮供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴建等要求”。主接線設計的基本要求如下：</p><p><b>　　3.2.1可靠性</b></p><p>　　所謂可靠性是指主接線能可靠的運行工作，以保證對用戶不間斷供電。衡量可靠性的客觀標準是運行實踐，經(jīng)過長期運行實踐的考驗

40、，對以往所采用的主接線，優(yōu)先采用。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次設備部分在運行中可靠性的綜合。同時，可靠性不是絕對的而是相對的。可能一種主接線對某些變電所是可靠的，而對另一些變電所可能就不是可靠的。評價主接線方式可靠的標志是：</p><p>　?。?）線路、母線（包括母線側隔離刀閘）等故障或檢修時，停電范圍的大小和停電時間的長短，能否保證對一類、二類負荷的供電。</p><p&

41、gt;　　（2）線路、斷路器、母線故障和檢修時，停運線路的回數(shù)和停運時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。</p><p>　?。?）變電所全部停電的可能性。</p><p>　?。?）大型機組突然停電，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響與后果。</p><p><b>　　3.2.2靈活性</b></p><p>　　電氣主

42、接線應能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行運行方式的轉換，靈活性主要包括以下幾個方面：</p><p>　?。?）操作的方便性：電氣主接線應該在滿足可靠性的條件下，接線簡單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不致在操作過程中出差錯。</p><p>　?。?）調度的方便性：電氣主接線在正常運行時，要能根據(jù)調度要求，方便地改變運行方式，并且在發(fā)生事故時，要能盡快地切除故障，使

43、停電時間最短，影響范圍最小，不致過多地影響對用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。</p><p>　　（3）擴建的方便性：對將來要擴建的發(fā)電廠，其接線必須具有擴建的方便性。尤其是火電廠，在設計主接線時應留有發(fā)展擴建的余地。設計時不僅要考慮最終接線的實現(xiàn)，還要考慮到從初期接線到最終接線的可能和分段施工的可行方案，使其盡可能地不影響連續(xù)供電或在停電時間最短的情況下，將來能順利完成過渡方案的實施，使改造工作量最少。<

44、/p><p><b>　　3.2.3經(jīng)濟性</b></p><p>　　主接線的經(jīng)濟性和可靠性之間經(jīng)常存在矛盾，所以應在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟合理。經(jīng)濟性主要從以下幾個方面考慮：</p><p>　?。?）節(jié)省一次投資。主接線應簡單清晰，并要適當采取限制短路電流的措施，以節(jié)省開關電器數(shù)量、選用價廉的電器或輕型電器，以便降低投資。<

45、/p><p>　?。?）占地面積少。主接線設計要為配電裝置布置創(chuàng)造節(jié)約土地的條件，盡可能使占地面積少；同時應注意節(jié)約搬遷費用、安裝費用和外匯費用。對大容量發(fā)電廠或變電站，在可能和允許條件下，應采取一次設計，分期投資、投建，盡快發(fā)揮經(jīng)濟效益。</p><p>　?。?）電能損耗少。在發(fā)電廠或變電站中，電能損耗主要來自變壓器，應經(jīng)濟合理地選擇變壓器的形式、容量和臺數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗

46、。</p><p>　　3.3主接線方案的比較和確定</p><p>　　根據(jù)《電力工程電氣設計手冊(電氣一次部分)》的相關要求，110kV配電裝置出線回路數(shù)4回時，可采用單母線分段的接線、雙母線接線、單母線分段帶旁路接線，10kV配電裝置出線回路數(shù)10回及以上時，可采用單母線分段的接線和雙母線接線，在采用單母線分段或雙母線的35～110kV主接線中，當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路設

47、施。當有旁路母線時，首先宜采用分段斷路兼作旁路斷路器的接線。當110kV線路6回及以上，35～6kV線路8回及以上時，可以裝設專用的旁路斷路器。</p><p>　　3.3.1 110kV側主接線設計</p><p><b>　?。?）初選方案</b></p><p>　　因本所初期設計2回進線2回出線，最終2回進線4回出線，故110kV變電站

48、電氣主接線可采用單母線分段接線或單母線分段帶旁路接線。下面以這兩個方案進行分析比較，確定其主接線的具體形式。</p><p>　　單母線分段接線如圖2.1所示：</p><p>　　圖3.1 單母線分段接線 </p><p>　　單母線分段帶旁路接線圖如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 單母線分段分段斷路兼作旁路斷路器的接線&l

49、t;/p><p><b>　?。?）方案比較</b></p><p>　　單母線分段接線：

50、 </p><p>　　①當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常母線不間斷供電，不致使重要用戶停電。</p><p>　?、趦啥文妇€同時發(fā)生故障的機率甚小，可以不予考慮。</p><p>　　③在可靠性要求不高時，可使用隔離分段開關。任一段母線故障時，將造成兩段母線同時停電，在判

51、斷故障后，斷開分段隔離開關，完好段即可恢復供電。</p><p>　　單母線分段帶旁路接線： </p><p>　?、偻ㄟ^倒閘操作，可檢修與旁路母線相連的任一回路的出線斷路器而不停電，因固定式斷路器檢修時間較長，不重要負荷停電時間長。</p><p>　?、谌我怀鼍€斷路器故障時，通過倒閘操作，

52、可在較短時間內恢復對該線路的供電。進線斷路器故障時，不重要負荷停電時間較長。檢修母線時，非檢修段可以照常供電，并可對雙回路線路通過其一回給Ⅰ、Ⅱ類負荷供電，還可通過倒閘操作經(jīng)旁路母線對檢修段出線負荷最重要的一個用戶繼續(xù)供電。</p><p>　?、蹘缀鯚o線路全部停運的可能，若出線全部停運的情況，因固定式斷路器的檢修時間長，則全部停運時間長。</p><p>　　④正常運行時，QFd作為分段

53、斷路器工作，一段母線故障，QFd跳開，不會影響正常段母線供電。檢修出線斷路器，可以通過倒閘操作而不是切除線路。運行方式改變時，倒閘操作繁瑣，不夠靈活。</p><p>　?、菰O備少，投資少，土建工作和費用較少，可以兩個方向均衡擴建。</p><p><b>　?。?） 方案確定</b></p><p>　　從技術性角度而言，兩種方案均能滿足11

54、0kV級供電可靠性和靈活性的要求，且具有擴建方便的優(yōu)點，但由于斷路器經(jīng)過長期運行和切斷次數(shù)都需要檢修，為了使檢修時不至于中斷回路供電，故采用分段斷路器兼作旁路斷路器的接線方式?！　?lt;/p><p>　　綜合比較，本次設計在110kV母線上采用單母線分段帶旁路母線接線的形式。</p><p>　　3.3.2 10kV側主接線設計</p><p><b>　　

55、（1）初選方案</b></p><p>　　10kV側出線回路數(shù)本期為13回，最終15回，根據(jù)規(guī)程要求和本所實際情況，10kV電氣主接線可以采用單母線分段接線或雙母線接線。</p><p><b>　?。?）方案比較</b></p><p><b>　　雙母線接線特點：</b></p><p

56、>　　①檢修任一組母線，不會中斷對用戶的連續(xù)供電（利用母聯(lián)倒換操作）。 </p><p>　?、谝唤M母線故障后，該母線上的所有進出線都要停電，但能迅速恢復供電。</p><p>　?、蹤z修任一回路中的母線側QS，僅該回路停電，其余線路照常工作。</p><p>　?、苋我换芈分械腝F，如拒動或因故不能操作時，可用母聯(lián)代替操作。</p><p

57、>　?、菰谔厥庑枰獣r，可以用母聯(lián)與系統(tǒng)進行同期或解列操作</p><p>　　⑥QS不僅用來隔離電壓，而且還用來倒換操作</p><p><b>　?、邤U建方便。 </b></p><p><b>　?。?）方案確定：</b></p><p>　　10kV側采用單母線分段接線，供電距離短，且對

58、重要負荷采用雙回路供電。接線簡單清晰，操作方便，不易誤操作，設備少，投資小，占地面積小，為以后的發(fā)展和擴建奠定了基礎。故采用單母線分段接線的接線方式</p><p>　　基于上述理由，再考慮到該變電站在電力系統(tǒng)中的地位、建設規(guī)模、負荷性質等情況，在保證供電可靠性的前提下,運行靈活性、操作檢修方便，節(jié)約投資，確定：110kV接線采用單母線分段帶旁路母線的接線，10kV接線采用單母線分段接線。</p>

59、<p><b>　　4 短路電流計算</b></p><p>　　在電力供電系統(tǒng)中，對電力系統(tǒng)危害最大的就是短路。短路的形式可以分為三相短路、兩相短路、兩相短路接地、單相短路接地。在短路電流計算過程中，以便都以最嚴重的短路形式為依據(jù)。因此，本文的短路電流計算都以三相短路為例。</p><p>　　在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，在短路回路中短路電流要比額定電流大

60、幾倍至幾十倍，通常可達數(shù)千安，短路電流通過電氣設備和導線必然要產(chǎn)生很大的電動力，并且使設備溫度急劇上升有可能損壞設備和電纜；在短路點附近電壓顯著下降，造成這些地方供電中斷或影響電動機正常工作；發(fā)生接地短路時所出現(xiàn)的不對稱短路電流，將對通信線路產(chǎn)生干擾；當短路點離發(fā)電廠很近時，將造成發(fā)電機失去同步，而使整個電力系統(tǒng)的運行解列。</p><p>　　4.1短路電流計算的目的</p><p>　

61、　計算短路電流的目的是為了正確選擇和校驗電器設備，避免在短路電流作用下?lián)p壞電氣設備，如果短路電流太大，必須采用限流措施，以及進行繼電保護裝置的整定計算。為了達到上述目的，須計算出下列各短路參數(shù)</p><p>　　I″— 次暫態(tài)短路電流，用來作為繼電保護的整定計算和校驗斷路器額定斷流容量。應采用（電力系統(tǒng)在最大運行方式下）繼電保護安裝處發(fā)生短路時的次暫態(tài)短路電流來計算保護裝置的整定值。</p>&l

62、t;p>　　ish— 三相短路沖擊電流，用來檢驗電器和母線的動穩(wěn)定。</p><p>　　I — 三相短路電流有效值，用來檢驗電器和母線的熱穩(wěn)定。</p><p>　　S″— 次暫態(tài)三相短路容量，用來檢驗斷路器的遮斷容量和判斷母線短路容量是否超過規(guī)定值，作為選擇限流電抗器的依據(jù)。</p><p>　　4.2短路電流計算的規(guī)定</p><p&

63、gt;　　為了簡化短路電流的計算方法，在保證計算精度的情況下，忽略次要因素的影響，做出以下規(guī)定：</p><p>　　（1）所有的電源電動勢相位角均相等，電流的頻率相同，短路前，電力系統(tǒng)的電勢和電流是對稱的。</p><p>　?。?）認為變壓器是理想變壓器，變壓器的鐵心始終處于不飽和狀態(tài)，即電抗值不隨電流的變化而變化。</p><p>　?。?）輸電線路的分布電容

64、略去不計。</p><p>　?。?）每一個電壓級采用平均電壓，這個規(guī)定在計算短路電流時，所造成的誤差很小。唯一例外的是電抗器，應該采用加于電抗器端點的實際額定電壓，因為電抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多，否則，誤差偏大。</p><p>　?。?）計算高壓系統(tǒng)短路電流時，一般只計及發(fā)電機、變壓器、電抗器、線路等元件的電抗，因為這些元件X/3>R時，可以略去電阻的影響。只有在短路點

65、總電阻大于總電阻的1/3時才加以考慮，此時采用阻抗等于電抗計算。</p><p>　?。?）短路點離同步調相機和同步電動機較近時，應該考慮對短路電流值的影響。有關感應電動機對電力系統(tǒng)三相短路沖擊電流的影響：在母線附近的大容量電動機正在運行時，在母線上發(fā)生三相短路，短路點的電壓立即降低。此時，電動機將變?yōu)榘l(fā)電機運行狀態(tài)，母線上電壓低于電動機的反電勢。</p><p>　?。?）在簡化系統(tǒng)阻抗

66、時，距短路點遠的電源與近的電源不能合并。</p><p>　　（8）以供電電源為基準的電抗標幺值>3,可以認為電源容量為無限大容量的系統(tǒng),短路電流的周期分量在短路全過程中保持不變。</p><p>　　4.3短路電流計算的步驟</p><p>　　在工程設計中，短路電流的計算通常采用實用計算曲線法。其具體計算步驟如下：</p><p>

67、　?。?）計算各元件電抗標幺值，并折算到同一基準容量下；</p><p>　?。?）繪制等值網(wǎng)絡，進行網(wǎng)絡變換；</p><p><b>　?。?）選擇短路點；</b></p><p>　?。?）對網(wǎng)絡進行化簡，把供電系統(tǒng)看為無限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對短路點的電抗標幺值，并計算短路電流標幺值、有名值；</p>

68、<p>　?。?）計算短路容量，短路電流沖擊值：</p><p>　　短路容量： （4.1） 短路電流沖擊值: （4.2）</p><p>　　（6）列出短路電流計算結果。</p><p>　　4.4

69、短路類型及其計算方法</p><p>　　電力系統(tǒng)中可能發(fā)生的幾種形式的短路類型及其計算方法是如下：</p><p>　?。?）三相短路電流的計算： （4.3）</p><p>　　其有名值為： （4.4）</p><

70、;p>　　—系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時，短路點的短路電流標幺值</p><p>　　—系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時，短路點的短路電流有名值</p><p>　　—歸算到短路點的綜合正序等值電抗。</p><p>　　以下為簡便起見，省略下標 * 。</p><p>　　（2）兩相短路電流的計算： （4.5）&l

71、t;/p><p>　　—歸算到短路點的負序綜合電抗</p><p>　　—兩相短路時短路點的全電流</p><p>　　其各序分量電流值為： </p><p>　　(4.6) </p><p>　　—分別為兩相短路時，短路點短路電流的正負序分量</p><p&

72、gt;　　（3）兩相接地短路電流計算：</p><p>　?。?.7） 　　 </p><p>　　—兩相短路接地時，短路點故障相全電流</p><p>　　—兩相短路接地時，短路點的正序電流分量</p><p>　?。?.8） </p><p>　　（4.9） </p>

73、;<p>　?。?.10）—分別為兩相接地短路時的負序和零序電流分量。</p><p>　?。?）單相接地短路電流的計算：</p><p>　　短路點各序分量電流為： （4.11）</p><p>　　4.5 短路電流計算過程</p><p>　　

74、4.5.1 原始資料</p><p>　　系統(tǒng)供電到110kv母線上，10kV側無電源，系統(tǒng)阻抗歸算到110kV側母線上UB=Uav, SB=100MVA.</p><p>　　取基準容量為：SB=100MVA，基準電壓為UB=Uav，又依公式： ；，計算基準值如出下表所示4.1：</p><p>　　表4.1 變電站網(wǎng)絡等值電路參數(shù)基準值取值 <

75、;/p><p>　　4.5.2 短路計算</p><p>　?。á瘢?短路計算過程</p><p>　　說明：在變電站的電氣設計中，短路電流計算是其中一個重要環(huán)節(jié)，在選擇和校驗電器設備時，需要用到短路電流。其中一定要注意以下幾點：</p><p>　?。?）接線方式：計算短路電流時式，應是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，即最大運行方式。&l

76、t;/p><p>　?。?）短路種類：一般按三相短路計算，在三繞組變壓器回路中單相或兩相接地短路較三相短路嚴重時，則應按最嚴重的情況進行校驗。</p><p>　?。?）短路計算點的選擇：短路計算點是指在正常接線方式時，通過電氣設備的短路電流為最大的地點。在該系統(tǒng)中分別選擇了110kV高壓側母線d1、d2、d4、, 10kV低壓側母線d3，系統(tǒng)等值網(wǎng)絡圖如圖4.1。</p>

77、<p>　　圖4.1 系統(tǒng)等值網(wǎng)絡圖</p><p>　　將三角形化為Y形可得其系統(tǒng)等值網(wǎng)絡圖如下：</p><p>　　圖4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡接線簡圖</p><p>　?。á颍?各短路點電流短路電流計算</p><p>　　d1點短路時，Up=115kV,等值網(wǎng)絡如圖4.3。</p><p>　　圖4.3

78、 d1點短路等值網(wǎng)絡圖</p><p>　　等值網(wǎng)絡電抗的標幺值：</p><p>　　次暫態(tài)短路電流標么值：</p><p><b>　　====20.83</b></p><p>　　次暫態(tài)0s和4s時的短路電流相等，三相短路電流有名值為：</p><p><b>　　==</

79、b></p><p><b>　　沖擊電流為：</b></p><p>　　kim——沖擊系數(shù)，取1.9。 </p><p>　　短路全電流最大有效值為：</p><p><b>　　=1.51 </b></p><p><b>　　短路容量為：</b

80、></p><p><b>　　S=</b></p><p>　?。?）d2點短路時，UP=10.5kV，等值網(wǎng)絡如圖4.4。</p><p>　　圖4.4 d2點短路等值網(wǎng)絡圖</p><p>　　等值網(wǎng)絡電抗的標幺值：</p><p>　　次暫態(tài)短路電流標么值的計算：</p>

81、;<p><b>　　====1.67</b></p><p>　　次暫態(tài)0s和4s時的短路電流相等，三相短路電流有名值為：</p><p>　　== =9.18kA</p><p><b>　　沖擊電流為：</b></p><p>　　短路全電流最大有效值為：</p>

82、<p><b>　　=</b></p><p><b>　　短路容量為：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　?。?）d3點短路時，UP=110kV，等值網(wǎng)絡如圖4.5。</p><p>　　圖4.5 d3點短路等值網(wǎng)絡圖</p&g

83、t;<p>　　等值網(wǎng)絡電抗的標幺值：</p><p>　　次暫態(tài)短路電流標么值：</p><p><b>　　=== </b></p><p>　　次暫態(tài)0s和4s時的短路電流相等，三相短路電流有名值為：</p><p><b>　　== </b></p><p&

84、gt;<b>　　沖擊電流為：</b></p><p>　　短路全電流最大有效值為：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　短路容量為：</b></p><p><b>　　= </b></p><p>

85、;　?。?）d4點短路時，UP=115kV，等值網(wǎng)絡如圖4.6。</p><p>　　圖4.6 點短路等值網(wǎng)絡圖</p><p>　　等值網(wǎng)絡電抗的標幺值：</p><p>　　次暫態(tài)短路電流標么值：</p><p><b>　　=== </b></p><p>　　次暫態(tài)0s和4s時的短路電流相

86、等，三相短路電流有名值為：</p><p><b>　　== </b></p><p><b>　　沖擊電流為：</b></p><p>　　短路全電流最大有效值為：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　短路容量

87、為：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　（Ⅲ） 短路電流計算結果表</p><p>　　表4.1短路電流計算結果</p><p>　　5 高壓電氣設備的選擇與校驗</p><p>　　5.1 電氣設備選擇的一般原則</p><p&g

88、t;　　由于電氣設備和載流導體得用途及工作條件各異,因此它們的選擇校驗項目和方法也都完全不相同。但是，電氣設備和載留導體在正常運行和短路時都必須可靠地工作，為此，它們的選擇都有一個共同的原則。</p><p>　　電氣設備選擇的一般原則為：</p><p>　　1.應滿足正常運行檢修短路和過電壓情況下的要求并考慮遠景發(fā)展。</p><p>　　2.應滿足安裝地點和當

89、地環(huán)境條件校核。</p><p>　　3.應力求技術先進和經(jīng)濟合理。</p><p>　　4.同類設備應盡量減少品種。</p><p>　　5.與整個工程的建設標準協(xié)調一致。</p><p>　　6.選用的新產(chǎn)品均應具有可靠的試驗數(shù)據(jù)并經(jīng)正式簽訂合格的特殊情況下選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品應經(jīng)上級批準。</p><p>　

90、　5.2 最大持續(xù)工作電流計算</p><p>　?。á瘢?110kV側電網(wǎng)額定電壓 </p><p>　　進線最大持續(xù)工作電流</p><p>　　實際工程設計中需要考慮規(guī)劃遠景母線穿越功率的因素，而根據(jù)《國家電網(wǎng)工</p><p>　　程典型設計》110kV穿越功率一般設定為2倍變壓器容量，則</p><p>　

91、　比較上述結果，考慮到在電器設備選擇中，同一電壓等級同類電器的型號不宜過多，可以選取其中最大值作為該側各回路的最大持續(xù)工作電流值，即： I(110)=347.21A。</p><p><b>　?。á颍?10kV側</b></p><p>　　電網(wǎng)額定電壓 </p><p>　　由于10kV側加上了電抗

92、器，工作電流按電抗器額定電流確定，則進線最大持續(xù)工作電流為 </p><p>　　出線最大持續(xù)工作電流應按本側最大負荷進行考慮和選擇</p><p>　　即：I(10)=3000A。</p><p>　　5.3 高壓斷路器的選擇及校驗</p><p>　　高壓斷路器在高壓回路中起著控制和保護的作用，是高壓電路中

93、最重要的電器設備。本次在選擇斷路器，考慮了產(chǎn)品的系列化，既盡可能采用同一型號斷路器，以便減少備用件的種類，方便設備的運行和檢修。</p><p>　　選擇斷路器時應滿足以下基本要求：</p><p>　　（1）在合閘運行時應為良導體，不但能長期通過負荷電流，即使通過短路電流，也應該具有足夠的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）在跳閘狀態(tài)下應具有良好的絕緣

94、性。</p><p>　?。?）應有足夠的斷路能力和盡可能短的分段時間。</p><p>　　（4）應有盡可能長的機械壽命和電氣壽命，并要求結構簡單、體積小、重量輕、安裝維護方便。</p><p>　　考慮到可靠性和經(jīng)濟性，方便運行維護和實現(xiàn)變電站設備的無由化目標，且由于SF6斷路器以成為超高壓和特高壓唯一有發(fā)展前途的斷路器。故在110kV側采用六氟化硫斷路器，其滅

95、弧能力強、絕緣性能強、不燃燒、體積小、使用壽命和檢修周期長而且使用可靠，不存在不安全問題。真空斷路器由于其噪音小、不爆炸、體積小、無污染、可頻繁操作、使用壽命和檢修周期長、開距短，滅弧室小巧精確，所須的操作功小，動作快，燃弧時間短、且于開斷電源大小無關，熄弧后觸頭間隙介質恢復速度快，開斷近區(qū)故障性能好，且適于開斷容性負荷電流等特點。因而被大量使用于35kV及以下的電壓等級中。所以，10kV側采用真空斷路器。</p><

96、;p><b>　　選擇及校驗計算過程</b></p><p>　?。á瘢?110kV側斷路器</p><p>　?。?）額定電壓的選擇</p><p>　　UN——電氣設備額定電壓，UNS——電網(wǎng)額定工作電壓，電氣設備最高工作電壓Umax≥Ug=1.15UN（Ug為電網(wǎng)最高額定工作電壓）。</p><p>　?。?

97、）額定電流的選擇</p><p>　　IN——電氣設備額定電流，Imax——電器所在回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流，則</p><p><b>　?。?）開斷電流選擇</b></p><p>　　根據(jù)UN、Imax、INbr以及安裝條件，查設備手冊，可選LW6-110/1600SF6斷路器。</p><p>

98、　?。?）根據(jù)熱穩(wěn)定要求 </p><p>　　對選定斷路器進行熱穩(wěn)定校驗：</p><p>　　取繼電保護后備保護動作時間為最不利時間tpr =3.9s[9]，tin =0.03s，ta=0.04s，</p><p>　　計算時間為tk=tpr+tin+ta=3.9+0.03+0.04=3.97s＞1s所以可忽略非周期分量熱效應，只需取周期分量熱效應，即QK =

99、 QP。</p><p><b>　　(5)動穩(wěn)定校驗</b></p><p>　　校驗計算結果與所選斷路器列表比較見表10.1</p><p>　　表5.1 校驗計算結果與所選斷路器參數(shù)比較表</p><p>　　由以上可知，所選斷路器校驗全部合格。</p><p>　?。á颍?10kV側斷路

100、器</p><p>　?。?）額定電壓的選擇</p><p>　?。?）額定電流的選擇</p><p><b>　?。?）開斷電流選擇</b></p><p>　　根據(jù)UN、Imax、INbr以及安裝條件，查設備手冊，可選ZN-10/3150-40真空斷路器。</p><p>　?。?）根據(jù)熱穩(wěn)定

101、要求</p><p>　　對選定斷路器進行熱穩(wěn)定校驗：</p><p>　　取繼電保護后備保護動作時間為最不利時間tpr =3.9s，tin =0.04s，ta=0.06s，</p><p>　　計算時間為tk=tpr+tin+ta=3.9+0.04+0.06=4.0s＞1s所以可忽略非周期分量熱效應，只需取周期分量熱效應，即QK = QP。 </p>

102、<p><b>　　（5）動穩(wěn)定校驗</b></p><p>　　校驗計算結果與所選斷路器列表比較見表5.2。</p><p>　　表5.2 校驗計算結果與所選斷路器參數(shù)比較表</p><p>　　由以上可知，所選斷路器校驗全部合格。</p><p>　　5.4隔離開關的選擇及校驗</p>&l

103、t;p>　　隔離開關是高壓開關設備的一種，它主要是用來隔離電源，進行倒閘操作的，還可以拉、合小電流電路。</p><p>　　選擇隔離開關時應滿足以下基本要求：</p><p>　?。?）隔離開關分開后應具有明顯的斷開點，易鑒別設備是否與電網(wǎng)隔開。</p><p>　?。?）隔離開關斷開點之間應有足夠的絕緣距離，以保證過電壓及相間閃絡的情況下，不致引起擊穿而危

104、及工作人員的安全。</p><p>　?。?）隔離開關應具有足夠的熱穩(wěn)定性、動穩(wěn)定性、機械強度和絕緣強度。</p><p>　?。?）隔離開關在跳、合閘時的同期性要好，要有最佳的跳、合閘速度，以盡可能降低操作時的過電壓。</p><p>　?。?）隔離開關的結構簡單，動作要可靠。</p><p>　?。?）帶有接地刀閘的隔離開關，必須裝設連鎖

105、機構，以保證隔離開關的正確操作。</p><p><b>　　選擇及校驗計算過程</b></p><p>　　5.4.1 110kV側隔離開關</p><p>　　（1）額定電壓的選擇</p><p>　?。?）額定電流的選擇</p><p>　?。?）極限通過電流選擇</p>&l

106、t;p>　　根據(jù)UN、Imax、ies以及安裝條件，查設備手冊，可選GW4-110D/1250-80 戶外型高壓隔離開關。</p><p>　?。?）根據(jù)熱穩(wěn)定要求</p><p>　　對選定隔離開關進行熱穩(wěn)定校驗：</p><p>　　取繼電保護后備保護動作時間為最不利時間tpr =3.9s，tin =0.04s，ta=0.06s，計算時間為tk

107、=tpr+tin+ta=3.9+0.04+0.06=4.0s＞1s所以可忽略非周期分量熱效應，只需取周期分量熱效應，即QK = QP。 </p><p>　　校驗計算結果與所選隔離開關列表比較見表10.3。</p><p>　　表5.3 校驗計算結果與所選隔離開關列表比較表</p><p>　　由以上可知，所選隔離開關校驗全部合格。</p><

108、p>　　5.4.2 10kV側隔離開關</p><p>　?。?）額定電壓的選擇 </p><p>　　（2）額定電流的選擇</p><p>　?。?）極限通過電流選擇</p><p>　　根據(jù)UN、Imax、ies以及安裝條件，查設備手冊，GN10-10T/3000戶內型高壓隔離開關。</p><p>　　（4

109、）根據(jù)熱穩(wěn)定要求</p><p>　　對選定隔離開關進行熱穩(wěn)定校驗：</p><p>　　取繼電保護后備保護動作時間為最不利時間tpr =3.9s，tin =0.04s，ta=0.06s，</p><p>　　計算時間為tk=tpr+tin+ta=3.9+0.04+0.06=4.0s＞1s所以可忽略非周期分量熱效應，只需取周期分量熱效應，即QK = QP。 <

110、/p><p>　　校驗計算結果與所選隔離開關列表比較見表10.4。</p><p>　　表5.4 校驗計算結果與所選隔離開關列表比較表</p><p>　　由以上可知，所選隔離開關校驗全部合格。</p><p>　　5.5各級電壓母線的選擇及校驗</p><p>　　選擇配電裝置中各級電壓母線，主要應考慮如下內容：<

111、;/p><p>　?。?）選擇母線的材料，結構和排列方式；</p><p>　?。?）選擇母線截面的大?。?lt;/p><p>　?。?）檢驗母線短路時的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定；</p><p>　?。?）對35kV以上母線，應檢驗它在當?shù)鼐μ鞖庀髼l件下是否發(fā)生電暈；</p><p>　?。?）對于重要母線和大電流母線，由于電力網(wǎng)母線

112、振動，為避免共振，應校驗母線自振頻率。</p><p>　　110kV母線一般采用軟導體型式。根據(jù)設計要求，本變電所10kV的最終回路較多，因此10kV母線應選硬導體為宜。故所選LMY-125型矩形鋁導線滿足熱穩(wěn)定要求。 </p><p><b>　　選擇及校驗計算過程</b></p><p>　　5.5.1 110kV母線的選擇及校驗<

113、;/p><p>　?。?）型號的選擇 </p><p>　　在當?shù)爻豻=+16℃時最大持續(xù)工作電流為：</p><p><b>　　根據(jù)公式 </b></p><p>　　式中K——裸導體載流量在不同海拔高度及溫度下的綜合校正系數(shù)?？紤]導體最高允許溫度為+80℃，適應于海拔高度為1500m及以下計及日照屋外的軟導體，K

114、=0.79[6]。</p><p>　　歸算到溫度為t=+16的最大電流：</p><p>　　110kV母線可選用采用LGJ-400/95鋼芯鋁絞，其技術參數(shù)見10.10表：</p><p>　　表5.10 LGJ-400/95鋼芯鋁絞參數(shù)表</p><p>　　（2）根據(jù)公式 進行熱穩(wěn)定校驗</p&

115、gt;<p>　　式中 QK—短路電流的熱效應；</p><p>　　C—與導體材料及發(fā)熱溫度有關的系數(shù)，</p><p>　　S——導體載流截面(mm2)。</p><p>　　計算導體最小載流截面為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　而S=400mm2

116、，顯然S＞Smin 滿足要求。</p><p>　　（1）根據(jù)公式 進行電暈電壓校。 </p><p>　　式中 k——三相導體等邊三角形布置取1，水平布置時取0.96；</p><p>　　mr——導線表面粗糙系數(shù)，管型母線及單股導線取=0.98～0.93，多股膠線取mr =0.87～0.83；</

117、p><p>　　δ——空氣相對密度；</p><p>　　r——導線半徑（cm），矩形母線為四角的曲率半徑；</p><p>　　a——相間距離（cm），其中對于該110kV變電站，結合實際變電站設計知：</p><p>　　對于 110kV：=2.2m，35kV：=1.3m，10kV：=0.75m。</p><p>　　

118、取k=0.96，mr =0.95，=1，a=220cm，r=2.914cm，</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　顯然：U0＞UNS滿足要求。</p><p>　　5.5.2 10kV母線選擇及校驗</p><p><b>　?。?）型號的選擇</b></p>

119、<p>　　當?shù)爻豻=+16℃時10kV側主變進線最大持續(xù)工作電流為：</p><p>　　歸算到溫度為t=+10℃時，則：</p><p>　　選用矩形鋁導體，查《電力工程電氣設計手冊》，10kV母線選用型號為LMY－125×10導體，其豎放載流量為4243A，集膚效應系數(shù)Kf=1.8。</p><p><b>　?。?）熱穩(wěn)定校

120、驗</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　而</b></p><p>　　顯然S＞Smin 滿足要求。</p><p>　　5.6 電流互感器的選擇及校驗</p><p>　　5.6.1 110kV側TA</p>