《kV變電站設計》word版

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1、前言電能在現(xiàn)代社會中是最方便，也是最重要的能源。因此合理的設計220kV變電站是個很重要的問題，電力要先行于經(jīng)濟的發(fā)展，這樣才能給經(jīng)濟留有足夠的發(fā)展空間，需要我們予以高度重視。本次設計的主要內(nèi)容是220kV變電站設計，通過去圖書館借閱資料，了解主要的設備選取和短路電流的整定計算，從中讓我學習了很多書本上沒有的東西，這對我以后的工作至關重要。隨著大電網(wǎng)建設的逐步推進，一方面是要大力加強電源建設，以確保電力先行，另一方面，要繼續(xù)深化電力體制改革，實施廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)，并建立起規(guī)范的電力市場。有競爭才有進步的空間，我們不能固步自封，隨著1000kV特高壓的示范工程的推廣，我國電力的發(fā)展水平已經(jīng)躍居

2、世界前列。作為一名電力工作人員，我一定要把基本的知識融會貫通。通過我們的努力，我堅信，在接下來的時間里，中國的電力工業(yè)必能持續(xù)、高速地發(fā)展，取得更加輝煌的成就。摘要本設計書主要介紹了220kV區(qū)域變電所電氣一次部分的設計內(nèi)容和設計方法。設計的內(nèi)容有220kV區(qū)域變電所的電氣主接線的選擇，主變壓器、所用變壓器的選擇，母線、斷路器和隔離開關的選擇，互感器的配置，220kV、110kV、35kV線路的選擇和短路電流的計算。設計中還對主要高壓電器設備進行了選擇與計算，如斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器等。此外還進行了防雷保護的設計和計算，提高了整個變電所的安全性。關鍵詞：變電站，主接線，變壓器

3、ABSTRACTThedesignofthebookintroducestheregional220kVelectricalsubstationdesignapartofthecontentanddesign.Thedesignofthecontentsoftheelectricalsubstation220kVmainregionalcablechoice,themaintransformer,thetransformerusedinthechoiceofbus,circuitbreakersandisolationswitchoption,theconfigurationoftransfo

4、rmer,220kV,110kV,35kVlinechoiceandshort-circuitcurrentcalculations.Thedesignofthemainhighpressurealsohadachoiceofelectricalequipmentandcomputing,suchascircuitbreakers,isolatingswitches,voltagetransformers,currenttransformersandsoon.Inaddition,alightningprotectiondesignandcomputing,increasedthesafety

5、oftheentiresubstation.Keywords:substation;mainconnection;transformer目 錄第一章 原始資料分析51.1 設計任務51.2 原始資料5第二章 主變壓器的選擇72.1 概述72.2 主變壓器臺數(shù)的選擇72.3 主變壓器容量的選擇82.4 主變壓器型號的選擇82.5 所用變壓器的選擇12第三章 電氣主接線選擇143.1 概述143.2 主接線的選擇173.3 所用電接線的選擇19第四章 短路電流計算214.1 短路計算的目的及假設214.2 短路電流計算24第五章 電氣設備與母線的選擇285.1 概述285.1.1 電氣設備選擇的一

6、般規(guī)則285.1.2 電氣選擇的條件285.2 10kV電壓等級電抗器的選擇305.3 高壓斷路器和隔離開關的選擇325.3.1 斷路器的選擇325.3.2 隔離開關的選擇355.4 互感器的選擇375.4.1 電流互感器的選擇385.4.2 電壓互感器的選擇385.4.3 互感器的選擇結果表415.5 母線的選擇425.5.1 裸導體的選擇及校驗原則425.5.2 220kV側母線的選擇445.5.3 110kV側母線的選擇455.5.4 10kV硬母線選擇46第六章 配電裝置496.1 概述496.1.1 配電裝置特點496.1.2 配電裝置的基本要求496.1.3 配電裝置的最小安全凈距

7、506.1.4 配電裝置的設計原則及步驟536.2 屋內(nèi)配電裝置536.2.1 屋內(nèi)配電裝置的總體布置原則546.2.2 屋內(nèi)配電裝置的布置546.3 屋外配電裝置55第七章 防雷保護567.1 直擊雷防護577.3 雷電過電壓的防護60第八章畢業(yè)小結65第九章 參考文獻66第十章 圖紙67第一章 原始資料分析1.1 設計任務由于洛陽南部電網(wǎng)的迅速發(fā)展，伊川、汝陽、嵩縣的供電就慢慢有了很大的缺口，因此需要在水寨附件建一座變電站，起點供電和聯(lián)絡作用。根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃需新建一座220kV區(qū)域變電所，該所變電站建成后與110kV和220kV電網(wǎng)相連，近期10kV沒有出線，只帶站用電和無功補償裝置。1

8、.2 原始資料1、按規(guī)劃要求，該所有220kV、110kV和10kV三個電壓等級。220kV出線9回（其中備用2回），110kV出線12回（其中備用2回）。2、110kV側作為一些地區(qū)變電所進線。、類用戶占60%，最大一回出線負荷為3000kVA，變電站總的所用最大負荷為,250kVA。3、各級電壓側功率因數(shù)和最大負荷利用小時數(shù)為： 220kV側 0.9 3800小時/年110kV側 0.85 4200小時/年 10kV側 0.8 9760小時/年4、220kV和110kV側出線主保護為瞬時動作，后備保護時間分別為2 s 、1.5s。5、系統(tǒng)阻抗：220kV側電源近似為無窮大系統(tǒng)，歸算至本所2

9、20kV母線側阻抗為0.16 (=100MVA)，110kV側電源容量為1000MVA，歸算至本所110kV母線側阻抗為0.32（=100 MVA），10kV側沒有電源。6、該地區(qū)最熱月平均溫度為38，年平均氣溫20，絕對最高氣溫為40，土壤溫度為18，海拔100m。7、該變電所位于市郊半山坡上，地勢比較高，無洪澇現(xiàn)象。交通便利，由于附件有幾座火電廠和工業(yè)群，環(huán)境污染比較嚴重。第二章 主變壓器的選擇2.1 概述變壓器是變電所中的主要電氣設備之一，其擔任著向用戶輸送功率，或者兩種電壓等級之間交換功率的重要任務，同時兼顧電力系統(tǒng)負荷增長情況，并根據(jù)電力系統(tǒng)510年發(fā)展規(guī)劃綜合分析，合理選擇，否則，

10、將造成經(jīng)濟技術上的不合理。如果主變壓器容量造的過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，擴大占地面積，而且會增加損耗，運行和檢修不便，設備亦未能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，可能使變壓器長期在過負荷中運行，影響主變壓器的壽命和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，確定合理的變壓器的容量是變電所安全可靠供電和網(wǎng)絡經(jīng)濟運行的保證。在選擇主變壓器時，要根據(jù)原始資料和設計變電所的自身特點，在滿足可靠性的前提下，要考慮到經(jīng)濟性來選擇主變壓器。2.2 主變壓器臺數(shù)的選擇由原始資料可知，我們本次所設計的變電所是市郊220kV降壓變電站，它是以220kV受功率為主。把所受的功率通過主變傳輸至110kV及10kV母線上。若全所停電后，將

11、引起下一級變電所與地區(qū)電網(wǎng)瓦解，影響整個市區(qū)的供電，因此選擇主變臺數(shù)時，要確保供電的可靠性。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，變電所中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，且投資和占用面積增大，以及帶來維護和倒閘操作等許多復雜化。故選擇兩臺主變壓器互為備用，提高供電的可靠性。2.3 主變壓器容量的選擇主變?nèi)萘恳话惆醋冸娝ǔ山谪摵桑?10年規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮遠期1020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。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后允

12、許時間內(nèi)，應保證用戶的一級和二級負荷，對一般性能的變電站，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應保證全部負荷的70%80%。該變電站是按70%全部負荷來選擇。即：（0.70.8） (MVA)變電所最大負荷，MVA，n變電所主變壓器臺數(shù)由于變電所最大負荷為180，因此主變壓器容量為：（0.70.8）180（2-1）=（126144）(MVA)在滿足可靠性的前提下，結合經(jīng)濟性，選擇容量為150MVA的主變壓器。2.4 主變壓器型號的選擇2.4.1 主變壓器相數(shù)的選擇當不受運輸條件限制時，在330kV以下的變電所均應選擇三相變壓器。單相變壓器組，相對來講投資大，占地多，運行損耗大，也增加了維護及倒閘

13、操作的工作量。本次設計的變電所，位于市郊區(qū)，稻田、丘陵，交通便利，不受運輸?shù)臈l件限制，故本次設計的變電所選用三相變壓器。2.4.2 繞組數(shù)的選擇在具有三種電壓等級的變電所，如通過主變壓器的各側繞組的功率均達到該變壓器容量的15%以上，或低壓側雖無負荷，但在變電所內(nèi)需裝設無功補償設備，主變宜采用三繞組變壓器。一臺三繞組變壓器的價格及所用的控制和輔助設備，比相對的兩臺雙繞組變壓器都較少，而且本次所設計的變電所具有三種電壓等級，該所選擇三繞組變壓器。2.4.3 主變調壓方式的選擇調壓方式分為兩種，不帶電切換，稱為無勵磁調壓，調整范圍通常只有10%（22.5%），另一種是帶負荷切換稱為有載調壓，調整范

14、圍可達30%。由于該變電所的電壓波動較大，故選擇有載調壓方式，才能滿足要求。2.4.4 連接組別的選擇和中性點接地方式的設計變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接有星形“Y”和三角形“D”。在變電站中，一般考慮系統(tǒng)的同步并列以要求限制3次諧波對電源等因素。根據(jù)以上原則，主變一般是Y，D11常規(guī)接線。根據(jù)原始資料，本站選用YNyn0d11連接組別。在63kV及以下的系統(tǒng)，由于單相接地時，接地電流小，采用不接地的運行方式較為適宜。電壓為110kV系統(tǒng)，為了減少設備和線路的投資，大多不采用中性點經(jīng)消弧線圈的接地方式。目前我國220kV及以上都采用中性點直

15、接接地的運行方式。220kV、110kV接地設備有隔離開關、避雷器和保護間隙(在QF非全相運行時，工頻電壓升高)，可選用避雷器額定電壓不低于變壓器最大工作相電壓的避雷器保護，也可用棒間隙保護。綜上所述，本設計中的主變220kV、110kV中性點均采用直接接地的運行方式。在本所中選用無隙的氧化鋅避雷器，防止雷電入侵波對中性點絕緣的危害。2.4.5 主變壓器冷卻方式的選擇主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風冷卻，強迫油循環(huán)風冷卻，強迫油循環(huán)水冷卻。自然風冷卻：一般只適用于小容量變壓器。強迫油循環(huán)水冷卻，雖然散熱效率高，節(jié)約材料減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點。但是它要有一套水冷卻系統(tǒng)和相關附件，冷卻器的密

16、封性能要求高，維護工作量較大。本設計主變?yōu)榇笮妥儔浩?，發(fā)熱量大，散熱問題不可輕視，強迫油循環(huán)冷卻效果較好，再根據(jù)變電站建在郊區(qū)，通風條件好，可選用強迫油循環(huán)風冷卻方式。2.4.6 主變型號選擇根據(jù)以上條件選擇，確定采用型號為SFPSZ7-150000/220的220kV三繞組有載調壓電力變壓器，其具體參數(shù)如下：表2-1型號SFPSZ7-150000/220額定容量kVA1500000容量比（%）10010050空載電流（%）0.8損耗(kw)空載短路144480額定電壓(kV)高壓中壓低壓22081.25%12111聯(lián)接組標號YN，yn0，d11阻抗電壓高中高低中低12.622.07.6型號中

17、各符號表示意義：從左至右為S：三相 F：風冷卻 P：強迫油循環(huán) S：三繞組 Z：有載調壓7：性能水平號 120000：額定容量 220：電壓等級2.5 所用變壓器的選擇2.5.1 所用變壓器臺數(shù)的選擇220kV變電站，有兩臺及以上主變壓器時，宜從主變壓器低壓側分別引接兩臺容量相同、互為備用、分裂運行的所用工作變壓器，每臺工作變壓器按全所計算負荷選擇。根據(jù)本次設計的情況，選用兩臺容量相同的站用變壓器。2.5.2 所用變壓器容量的選擇所用變壓器容量（kVA）的計算公式為： 式中所用動力負荷換算系數(shù)，一般取0.85、所用動力、電熱、照明負荷之和，KW。由于本次設計的變電站總的所用最大負荷為250kV

18、A，所以250kVA，根據(jù)經(jīng)濟性、可靠性、靈活性，又由于這次選擇關系到以后近20年的發(fā)展，一臺檢修的時候怕另一臺長時間高大負荷運行比較危險，因此選擇=400kVA的所用變壓器。2.5.3 所用變壓器型號的選擇根據(jù)以上分析計算，查表，本次設計所用變選用型號為S740010的干式變壓器。表2-2型號額定容（kVA）額定電壓(kV)連接組損耗（KW）空載電流（%）阻抗電壓(%)高壓低壓空載短路S7-400/10400100.4DYn110.481.861.04S：三相 7：特殊用途或特殊結構代號400：額定容量400kVA 10：電壓等級10kV第三章 電氣主接線選擇3.1 概述變電所的電氣主接線是

19、電力系統(tǒng)接線的重要組成部分。一個變電所的電氣主接線因各側所接的系統(tǒng)情況不同，進出線回路數(shù)不同，其接線方式也不同。電氣主接線的設計與所在電力系統(tǒng)及所采用的設備密切相關。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展、新技術的采用、電氣設備的可靠性不斷提高 ，設計主接線的觀念也應與時俱進、不斷創(chuàng)新。3.1.1 電氣主接線的基本要求1、可靠性：安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務，保證供電可靠和電能質量是對主接線最基本要求，而且也是電力生產(chǎn)和分配的首要要求。主接線可靠性的具體要求：（1）斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電；（2）斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數(shù)和停運時間，并要求保證對重要用戶的供電；（3）盡量避

20、免變電所全部停運的可靠性。2、靈活性：主接線應滿足在調度、檢修、事故處理及擴建時的靈活性。3、經(jīng)濟性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟合理。（1）投資?。?）占地面積?。?）電能損失少。電氣主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性是一個綜合概念，不能單獨強調其中的某一種特性，也不能忽略其中的某一種特性。但根據(jù)變電所在系統(tǒng)中的地位和作用的不同，對變電所主接線的性能要求也不同的側重。3.1.2 主接線選擇的主要原則1.變電所主接線要與變電所在系統(tǒng)中的地位、作用相適應。根據(jù)變電所在系統(tǒng)中的地位，作用確定對主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求。 2.變電所主接線的選擇應考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求，

21、還應滿足電網(wǎng)出故障時應處理的要求。3.各種配置接線的選擇，要考慮該配置所在的變電所性質，電壓等級、進出線回路數(shù)、采用的設備情況，供電負荷的重要性和本地區(qū)的運行習慣等因素。 4.近期接線與遠景接線相結合，方便接線的過程。5.在確定變電所主接線時要進行技術經(jīng)濟比較。3.1.3 主接線的類型單母線接線優(yōu)點：接線簡單清晰，設備少，操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置。缺點：不夠靈活可靠，任一元件故障或檢修，均需使整個配電裝置停電。使用范圍：一般適應一臺主變的以下情況。 610kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過5回。 3563kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過3回。 110kV220kV配電裝置的出線路數(shù)不超過

22、2回。單母分段接線優(yōu)點：母線分段后，對主要用戶可從不同段供電，保證供電的可靠性，另外，當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電。缺點：當母線故障時，該段母線的回路都要停電，同時擴建時需向兩個方向均衡擴建。適用范圍： 610kV配電裝置的出線回路數(shù)為6回及以上時。 3563kV配電裝置的出線回路數(shù)為48回時。 110kV220kV配電裝置的出線路數(shù)為34回時。單母分段帶旁路母線這種接線方式：適用于進出線不多、容量不大的中小型電壓等級為35110kV的變電所較為實用，具有足夠的可靠性和靈活性。雙母線接線優(yōu)點：具有供電可靠，調度靈活，擴建方便，便于試驗。缺點：增加一組

23、母線，每一回路增加一組母線隔離開關，從而增加投資，也容易造成誤操作。適用范圍： 610kV配電裝置當短路電流較大，出線需要裝設電抗器時。 3563kV配電裝置的出線回路數(shù)超過8回路時。 110kV220kV配電裝置的出線回路數(shù)為5回及以上時。5.雙母線分段帶旁路接線優(yōu)點：出線回路數(shù)較多時，提高了雙母線工作的可靠性和靈活性缺點：占地面積大，增加投資適用范圍：110kV出線在6回以上，220kV出線在4回以上時，宜采用帶專用旁路QF的旁路母線。但當采用可靠性較高的SF6斷路器時可不設置旁路母線。3.2 主接線的選擇3.2.1 220kV側表3-1方案 項目方案雙母線接線方案雙母線接線帶旁路可靠性母

24、線檢修時，電源和出線可繼續(xù)工作，不會中斷對用戶供電。檢修任一母線QS，只需斷開這一回路。工作母線故障時，所有回路能迅速恢復工作任一出現(xiàn)故障或檢修，均不致停電，其他任何QF故障或檢修都不會中斷供電。靈活性母聯(lián)QF可以斷開運行，一組母線工作，另一組母線備用。也可以閉合母聯(lián)QF，雙母線同時工作運行調度靈活，但二次接線和繼電保護較復雜經(jīng)濟性經(jīng)濟性較好，便于擴建設備多，占地面積大，投資大由以上比較結果，經(jīng)過綜合判斷，定性分析，220kV側主接線宜采用方案。3.2.2 110kV側表3-2方案項目方案雙母線接線方案雙母帶旁路接線可靠性較高的可靠性可靠性很高靈活性靈活性較高靈活性很高經(jīng)濟性經(jīng)濟性較好，便于擴

25、建增加了設備和投資由以上比較結果，經(jīng)過綜合判斷，由于資金有限，定性分析，110kV側主接線宜采用方案1。3.2.3 10kV側表3-3方案項目方案單母分段接線方案單母接線可靠性可以是重要負荷從不同的母線分段取得，可靠性較高可靠性不高，任一元件故障或檢修均使該回路停電靈活性分段QF可以接通及斷開運行，靈活性較高靈活性差經(jīng)濟性設備和投資增加設備少，投資小由以上比較結果，經(jīng)過定性分析，10kV側主接線宜采用方案。綜合以上分析可知，根據(jù)設計任務書的原始資料可知：該變電所220kV側采用雙母線接線方式，110kV側采用雙母接線方式，10kV側用單母線分段接線方式。3.3 所用電接線的選擇所用電接線應按照

26、運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，積極慎重地采用成熟的新技術和新設備，使設計達到經(jīng)濟合理、技術先進、安全、經(jīng)濟地運行。3.3.1 所用電源引接方式當所內(nèi)有較低電壓母線時,一般均較低電壓母線上引接12個所用變壓器,這一所用電源引接方式具有經(jīng)濟和可靠性較高的特點。當有可靠的635kV電源聯(lián)絡線時，可將一臺所用變壓器接到聯(lián)絡變壓器外側，更能保證所用電的不間斷供電。 由主變壓器第三繞組引接,所用變壓器高壓側要選用大斷流容量的開關設備，否則要加裝限流電抗器。3.3.2 所用電接線的確定由于本所內(nèi)有較低電壓（10kV）母線時,所以從10kV母線上引接2臺所用變壓器,分別接于10kV母線的段和段，互

27、為備用，平時運行當一臺故障時另一臺能承受變電所的全部負荷。10kV南南母線10kV 圖3-1第四章 短路電流計算4.1 短路計算的目的及假設短路是電力系統(tǒng)中最嚴重的故障，他能破壞對用戶的正常供電和電氣設備正常工作，因此變電所電氣部分的設計和運行，都必須靠到可能發(fā)生的各種故障情況，本設計以三相對稱短路情況作為分析計算。4.1.1 短路電流計算的目的電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，電壓嚴重下降，可能破壞各電廠并聯(lián)運行的穩(wěn)定性，使整個系統(tǒng)被解列成為幾個異步運行的部分，這時某些發(fā)電廠可能過負荷，因而使頻率下降，供電頻率下降導致包括鍋爐給水的水泵電動機在內(nèi)的所有異步電動機轉速下降，鍋爐打不進水，發(fā)電廠出力也進一步下

28、降，直至無法運行。為了保證發(fā)電廠的運行，不得不切除一部分負荷。短路時電壓下降的越大持續(xù)時間越長，破壞整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的可能性越大。為了保證電力系統(tǒng)安全可靠運行，減輕短路的影響，必須努力設法消除可能引起短路的隱患，還必須快速切除故障部分，使系統(tǒng)電壓在較短時間內(nèi)恢復到正常值，為此，可采用快速動作的繼電保護和斷電器，在發(fā)電廠應裝設自動電壓調整器，還可以采用限制短路電流的措施，如裝設電抗器。4.1.2 短路電流計算的一般規(guī)定計算短路電流的目的是為了在電器裝置的設計中用來選擇電氣設備、選擇限制短路電流的方式、設計繼電保護裝置和分析電力系統(tǒng)的故障等,選擇電氣設備時，一般只需近似計算該設備的最大可能三相短路

29、電流值，設計繼電保護和分析電力系統(tǒng)故障時,必須計算各種短路情況下系統(tǒng)各支路中的電流和各點的電壓?？紤]到現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實際情況，要進行極準確的短路計算非常復雜的，同時對決大部分實際問題，并不需要十分精確的計算結果，為了使計算簡化,多采用近似計算方法。這種方法是建立在一系列假定的基礎上的，并且使計算結果稍微偏大一點,一般誤差為10-15%,計算短路電流的基本假設如下：認為在短路過程中，所以發(fā)電機的轉速相同，電勢相位相同，即發(fā)電機無搖擺現(xiàn)象。不考慮磁系統(tǒng)的飽和，因此可以認為短路回路各元件的感抗為常數(shù)，這將使短路電流的計算分析大大簡化，并可應用重疊原理。變壓器的勵磁電流略去不計。所有元件的電容略去不計

30、。認為三相系統(tǒng)是對稱的.元件的電阻一般忽略不計，以簡化計算，對電壓為1kV以上的高壓裝置，這種假設是合理的，因為這些裝置中，各元件的電阻比它們的電抗小的多，對短路電流周期分量的計算影響小,只有當回路中電阻很大時才考慮，例如很長的架空線路和電纜線路，一般當短路回路中總電阻R大于總電抗的三分之一時，在計算周期分量時才考慮電阻，在計算短路電流周期分量時，為了確定衰減時間常數(shù)要考慮個元件的電阻，計算電壓為1kV一下低壓裝置總的短路時因為元件的電阻較大，除了考慮電抗之外，還必須計算電阻。4.2 短路電流計算的步驟 各電廠電抗標幺值A棉山電廠：B伊川二電廠：C曙光變電站：D伊川二電廠： 主變各繞組的等值電

31、抗標幺值 各線路等值電抗標幺值(取架空輸電線路單位電抗為XL=0.4/km)（4） 總的短路等值電路圖圖4-1 短路等值電路總圖（5） 220kV母線短路點d1的短路電流計算 220kV母線短路等值電路圖如圖4.2和4.3。圖4-2 220kV母線短路等值電路圖1 圖4-3 220kV母線短路等值電路圖2 各電廠對短路點d1的轉移電抗值 將A、B兩廠合并，求其對短路點d1的轉移電抗值 將C、D兩廠合并，求其對短路點d1的轉移電抗值 將A、B、C、D四廠合并，求其對短路點d1的轉移電抗值 四廠合并后對短路點d1的計算電抗為 通過查計算曲線得04s內(nèi)不同時間短路電流標幺值，然后求其有名值表4-1

32、短路點d1的短路電流表時間(s)00.511.5234標幺值0.4090.4090.4100.4100.4100.4100.410有名（kA）6.7766.7766.7936.7936.7936.7936.793（6） 110kV母線短路點d2的短路電流計算 等值電路圖如圖4.4和圖4.5。圖4-4 110kV母線短路等值電路圖1 圖4-5 110kV母線短路等值電路圖2 全部電廠（站）對短路點d2的轉移電抗值及計算電抗值轉移電抗：計算電抗： 通過查計算曲線得到04s內(nèi)不同時間短路電流標幺值，然后求其有名值表4-2 短路點d2的短路電流表時間(s)00.511.5234標幺值0.180.180

33、.180.180.180.180.18有名值（kA）5.9645.9645.9645.9645.9645.9645.964（7） 10kV母線短路點d3的短路電流計算（未裝設電抗器之時）a、 等值電路圖如圖4.6和圖4.7。圖4-6 10kV母線短路等值電路圖1 圖4-7 10kV母線短路等值電路圖2 b、 全部電廠對短路點d2的轉移電抗值及計算電抗值轉移電抗：計算電抗：c、 通過查計算曲線得到04s內(nèi)不同時間短路電流標幺值，然后求其有名值短路電流標幺值計算公式：有名值計算公式：表4-3 短路點d3的短路電流表時間(s)00.511.5234標幺值0.1030.1030.1030.1030.1

34、030.1030.103有名值（kA）37.3837.3837.3837.3837.3837.3837.38第五章 電氣設備與母線的選擇5.1 概述導體和電氣設備的選擇是變電所設計的主要內(nèi)容之一，正確地選擇設備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟的重要條件。在進行設備選擇時，應根據(jù)工程的實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設備。電氣設備的選擇同時必須執(zhí)行國家的有關技術經(jīng)濟政策，并應做到技術先進、經(jīng)濟合理、安全可靠、運行方便和適當?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的需要。電氣設備要能可靠的工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀

35、態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定后選擇的高壓電器，應能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下都能保持正常運行。5.1.1 電氣設備選擇的一般規(guī)則 應能滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展； 應按當?shù)丨h(huán)境條件校核； 應力求技術先進和經(jīng)濟合理； 與整個工程的建設標準應協(xié)調一致； 同類設備應盡量減少品種； 選用新產(chǎn)品均應具有可靠的實驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品時，應經(jīng)過上級批準。5.1.2 電氣選擇的條件正確的選擇電器是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應根據(jù)工程實際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的

36、采用新技術，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。盡管電力系統(tǒng)中各種電器的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求卻是一致的。電器要能可靠的工作，必須按正常條件下進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。 按正常工作條件選擇電氣設備 額定電壓和最高工作電壓所選用的電器允許最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓，即Ualm Usm 一般電器允許的最高工作電壓：當額定電壓在220kV及以下時為1.15UN；額定電壓是330500kV時是1.1UN。而實際電網(wǎng)的最高運行電壓Usm一般不會超過電網(wǎng)額定電壓的1.1UNs，因此在選擇電器時，一般可按電器額定電壓UN不低于裝置地

37、點電網(wǎng)額定電壓UNS的條件選擇,即UNUNs 額定電流電器的額定電流IN是指在額定周圍環(huán)境溫度0下，電器的長期允許電流。IN不應該小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax，即IN Imax 由于發(fā)電機、調相機和變壓器在電壓降低5%時，出力保持不變，故其相應回路的Imax為發(fā)電機、調相機或變壓器的額定電流的1.05倍；若變壓器有過負荷運行可能時，Imax應按過負荷確定；母聯(lián)斷路器回路一般可取母線上最大一臺發(fā)電機或變壓器的Imax；母線分段電抗器的Imax應為母線上最大一臺發(fā)電機跳閘時，保證該段母線負荷所需的電流，或最大一臺發(fā)電機額定電流的50%80%；出線回路的Imax除考慮正常

38、負荷電流外，還應考慮事故時由其他回路轉移過來的負荷。此外，還與電器的裝置地點、使用條件、檢修和運行等要求，對電器進行種類和形式的選擇。 按當?shù)丨h(huán)境條件校核在選擇電器時，還應考慮電器安裝地點的環(huán)境（尤須注意小環(huán)境）條件，當氣溫，風速，溫度，污穢等級，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等環(huán)境條件超過一般電器使用條件時，應采取措施。我國目前生產(chǎn)的電器使用的額定環(huán)境溫度 040，如周圍環(huán)境溫度高于40（但60）時，其允許電流一般可按每增高1，額定電流減少1.8進行修正，當環(huán)境溫度低于40時，環(huán)境溫度每降低1，額定電流可增加0.5，但其最大電流不得超過額定電流的20%。 按短路狀態(tài)校驗 短路熱穩(wěn)定校驗 短路電

39、流通過電器時，電器各部分的溫度應不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定的 條件為：It2 t Qk ；式中 Q k 短路電流產(chǎn)生的熱效應 It、t電器允許通過的熱穩(wěn)定電流和時間。 電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機械效應的能力，亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定條件為：IesIsh ；式中Ish短路沖擊電流有效值； Ies電器允許的動穩(wěn)定電流的有效值。5.2 10kV電壓等級電抗器的選擇 額定電壓和額定電流的選擇 電抗百分數(shù)的選擇 按將短路電流限制到一定數(shù)值的要求來選擇。設要求將電抗器后的短路電流限制到。以額定參數(shù)下的百分電抗表示，則應選擇電抗器的百分電抗為式中基準電壓；基準電流；電源至電抗器前的系統(tǒng)電抗標幺

40、值；。曾選用4%的電抗，但校驗中不符合要求，現(xiàn)該選XKGKL1020006型電抗器，其中。圖5-1 加電抗器后10kV側的等值電路圖 正常運行時電壓損失校驗。普通電抗器在運行時，電抗器的5%，考慮到電抗器電阻很小，且主要是由電流的無功分量產(chǎn)生，故電壓損失為: 母線殘壓校驗。當線路電抗器后短路時，母線殘壓應不低于電網(wǎng)電壓額定值的60%70%，即70%）其中裝設電抗器后，系統(tǒng)對短路點d3的轉移阻抗為：，從而計算電抗為，短路電流標幺值為：，短路電流有名值為：。5.3 高壓斷路器和隔離開關的選擇5.3.1 斷路器的選擇變電所中，高壓斷路器是重要的電氣設備之一，它具有完善的滅弧性能，正常運行時，用來接通

41、和開斷負荷電流，在變電所電氣主接線中，還擔任改變主接線的運行方式的任務，故障時，斷路器通常以繼電保護的方式配合使用，斷開短路電流，切除故障線路，保證非故障線路的正常供電及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。高壓斷路器應根據(jù)斷路器安裝地點，環(huán)境和使用技術條件等要求選擇其種類及型式，由于真空斷路器、SF6斷路器比少油斷路器，可靠性更好，維護工作量更少，滅弧性能更高，目前得到普遍推廣，故35kV220kV一般采用SF6斷路器。10kV采用少油斷路器。 220kV電壓等級斷路器的選擇1）額定電壓和電流選擇 額定電壓UN=220kV； 額定電流IN=2kA；其中；故有：INImax 。2）開斷電流的選擇高壓斷路器的額定開斷電

42、流INbr不應小于實際開斷瞬間的短路電流周期分量IPt,為了簡化計算可應用此暫態(tài)電流I進行選擇,即INbrI。INbr=40kAI=6.776kA3）短路關合電流的選擇為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器的額定關合電流INcl 不應小于短路電流最大沖擊值Ish，即INclIsh ；INcl=100kAIsh=kimI=6.776KA1.85=17.725kA4）熱穩(wěn)定校驗It2tQk；取Tk(短路切除時間)=4s；Qk = (+ 10I22+ I42)Tk/12=（6.7762+106.7932+6.7932）4/12=184.503 (kA)2sIt2t=4024=6400 (kA)2s

43、5）動穩(wěn)定校驗ies =100kAish =17.725kA 110kV電壓等級斷路器的選擇1）額定電壓和電流選擇 額定電壓UN=110kV； 額定電流IN=3kA；其中；故有：INImax 。2）開斷電流的選擇高壓斷路器的額定開斷電流INbr不應小于實際開斷瞬間的短路電流周期分量IPt,為了簡化計算可應用此暫態(tài)電流I進行選擇,即INbrI。INbr=40kAI=5.964kA3）短路關合電流的選擇為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器的額定關合電流INcl 不應小于短路電流最大沖擊值Ish，即INclIsh ；INcl=100kAIsh=kimI=5.964kA1.85=15.601kA4

44、）熱穩(wěn)定校驗It2tQk；取tk(短路切除時間)=4s；Qk= (+ 10I22+ I42)Tk/12 =(5.9642+105.9642+5.9642) 4/12=142.277 (kA)2sIt2t=4024=6400 (kA)2s5）動穩(wěn)定校驗ies =100kAish =15.601kA 10kV電壓等級斷路器的選擇1）額定電壓和電流選擇 額定電壓UN=10kV； 額定電流IN=3kA；其中；故有：INImax 。2）開斷電流的選擇高壓斷路器的額定開斷電流INbr不應小于實際開斷瞬間的短路電流周期分量IPt,為了簡化計算可應用此暫態(tài)電流I進行選擇,即INbrI。INbr=31.5kAI

45、=24.315kA3）短路關合電流的選擇為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器的額定關合電流INcl 不應小于短路電流最大沖擊值Ish，即INclIsh ；INcl=80kAIsh=kimI=24.315kA1.85=63.606kA4）熱穩(wěn)定校驗It2tQk；取tk(短路切除時間)=4s；Qk= (+ 10I22+ I42)Tk/12 =(24.3152+1024.3152+24.3152) 4/12=2364.877 (kA)2sIt2t=31.524=3967 (kA)2s5）動穩(wěn)定校驗ies =80kAish =63.606kA。5.3.2 隔離開關的選擇隔離開關配制在主接線上時，保

46、證了線路或設備檢修時形成明顯的斷口，與帶電部分隔離，由于隔離開關沒有滅弧裝置及開斷能力低，所以操作隔離開關時，必須遵守倒閘操作順序。送電時首先合上母線隔離開關，其次合上線路側隔離開關，最后合上斷路器，停電則與上述相反。隔離開關的配置：斷路器的兩側均應配置隔離開關，以便在斷路器檢修時形成明顯的斷口，與電源側隔離；中性點直接接地的普通型變壓器均應通過隔離開關接地；接在母線上的避雷器和電壓互感器宜合用一組隔離開關，為了保證電器和母線的檢修安全，每段母線上宜裝設12組接地刀閘或接地器。63kV及以上斷路器兩側的隔離開關和線路的隔離開關，宜裝設接地刀閘。應盡量選用一側或兩側帶接地刀閘的隔離開關；按在變壓

47、器引出線或中性點上的避雷器可不裝設隔離開關；當饋電線的用戶側設有電源時，斷路器通往用戶的那一側，可以不裝設隔離開關，但如果費用不大，為了防止雷電產(chǎn)生的過電壓，也可以裝設。 220kV電壓等隔離開關選擇1）額定電壓和電流選擇 額定電壓UN=220kV； 額定電流IN=1.6kA；其中；故有：INImax 。2）熱穩(wěn)定校驗It2tQk ，取tk(短路切除時間)=3sQk= (+ 10I1.52+ I32)Tk/12 =(6.7762+106.7932+6.7932) 3/12=138.377 (kA)2sIt2t=4023=4800 (kA)2s3）動穩(wěn)定校驗ies =100kAish =kimI

48、=6.776kA1.85=17.725kA 110kV電壓等級隔離開關選擇1）額定電壓和電流選擇 額定電壓UN=110kV； 額定電流IN=1.6kA；其中；故有：INImax 。2）熱穩(wěn)定校驗It2tQk ，取tk(短路切除時間)=3s；Qk= (+ 10I1.52+ I32)Tk/12=(5.9642+105.9642+5.9642) 3/12=106.708 (kA)2sIt2t=4023=4800 (kA)2s3）動穩(wěn)定校驗ies =100kAish =kimI=5.964kA1.85=15.601kA 10kV電壓等級隔離開關的選擇1）額定電壓和電流選擇 額定電壓UN=10kV； 額

49、定電流IN=3.15kA；其中；故有：INImax 。2）熱穩(wěn)定校驗It2tQk ，取tk(短路切除時間)=4s；Qk= (+ 10I22+ I42)Tk/12=(24.3152+1024.3152+24.3152) 4/12=2364.877 (kA)2sIt2t=5024=10000(kA)2s3）動穩(wěn)定校驗ies =125kAish =kimI=24.315kA1.85=63.606kA表5-1 斷路器、隔離開關選擇的結果表器件電壓等級(kV)型號額定電壓(kV)最高電壓(kV)額定短路開斷電流（kA）額定關合電流（kA）額定電流(kA)動穩(wěn)定電流峰值(kA)4S熱穩(wěn)定電流(kA)斷路器

50、220LW12-2202202524010031.510030110LW11-110(P)110126401001.61004010SN10-101011.531.58038031.5隔離開關220GW6-220G2202521.610040110GW6-110G1101261.61004010GN25-10/31501011.53.15125505.4 互感器的選擇互感器包括電壓互感器和電流互感器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡元件，用以分別向測量儀表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電，正確反映電氣設備的正常運行和故障情況，其作用是： 將一次回路的高電壓和電流變?yōu)槎位芈窐藴实牡碗妷汉托‰娏?，?/p>

51、測量儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結構輕巧、價格便宜，便于屏內(nèi)安裝。 使二次設備與高電壓部分隔離，且互感器二次側均接地，從而保證了設備和人身的安全。5.4.1 電流互感器的選擇 概論1）電流互感器的特點： 一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，故一次繞組中的電流完全取決于被測量電路的負荷，而與二次電流大小無關； 電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。2）一次額定電流的選擇 在現(xiàn)在電流互感器的一次額定電流應大于所在回路可能出現(xiàn)的最大的負荷電流。確定最大負荷電流時，應考慮回路可能出現(xiàn)的過負荷、近5年之內(nèi)負荷的增長等情況。如果沒有條件確定最

52、大負荷電流時，也可以考慮與所在回路的其他電氣設備，如斷路器、隔離開關等設備的額定電流相諧調一致。 應滿足短時熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定電流的要求。一般來說，電流互感器的一次額定電流越大，所能承受的短時熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定電流值也越大。有的電流互感器所在回路正常電流并不大，但短路電流很大，為了滿足短時熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定電流的要求，不得不加大電流互感器的一次額定電流。 由同一母線引出的各回路，電流互感器的變比盡可能相同，以方便維護和實現(xiàn)母線差動保護。 選取的電流互感器一次額定電流值應與國際規(guī)定的一次電流標準值相一致，盡量不采用非標準值。3）二次額定電流的選擇GB 12081987規(guī)定標準的電流互感器二次電流為1A和5A

53、。電流互感器的二次額定電流采用1A還是5A，需經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定。采用1A時，電流互感器本身的投資略有增加，而電流互感器回路的控制電纜投資減少；相反，采用5A時，電流互感器本身的投資降低，而二次電纜的投資會增加。一般來說，在220kV及以下電壓等級小容量變電所，特別是戶內(nèi)變電所中，220kV回路數(shù)不多，而1066kV回路數(shù)較多，電纜長度較短。按規(guī)定，電流回路電纜不得小于2.5mm2，采用數(shù)字式保護和測量表計，電路回路功耗很小，采用2.5mm2電纜就可滿足要求，因此電流互感器二次額定電流采用5A是經(jīng)濟的。在220kV及以上電壓等級大型變電所，220kV及以上回路數(shù)較多，電流回路電纜較長，采用5A

54、導線截面要大于2.5mm2，電流互感器二次額定電流采用1A是經(jīng)濟的。 220kV電壓等級電流互感器的選擇1）一次回路額定電壓和電流的選擇 額定電壓UN=220kV； 額定電流I1NImax=444A。2）熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗 只對本身帶有一次回路導體的電流互感器進行熱穩(wěn)定校驗。電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過的熱穩(wěn)定電流It或一次額定電流I1N的倍數(shù)Kt來表示，熱穩(wěn)定校驗式為It2Qk或（KtI1N）QkQk= (+ 10I0.5+ I12)T1/12=(6.7762+106.7762+6.7932)1/12=45.933 (kA)2sIt2=31.52=992.25 (kA)2s 內(nèi)部動穩(wěn)

55、定校驗式為iesish 或I1NKesish式中ies、Kes電流互感器的動穩(wěn)定電流及動穩(wěn)定電流倍數(shù)，由制造廠家提供。ies=80kAish=17.725kA；符合要求。 110kV電壓等級電流互感器的選擇1）一次回路額定電壓和電流的選擇 額定電壓UN=110kV； 額定電流I1NImax=794.92A。2）熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗 只對本身帶有一次回路導體的電流互感器進行熱穩(wěn)定校驗。電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過的熱穩(wěn)定電流It或一次額定電流I1N的倍數(shù)Kt來表示，熱穩(wěn)定校驗式為It2Qk或（KtI1N）QkQk= (+ 10I0.5+ I12)T1/12=(5.9642+105.9642

56、+5.9642) 1/12 =35.369(kA)2sIt2=31.52=992.25 (kA)2s 內(nèi)部動穩(wěn)定校驗式為iesish 或I1NKesish式中ies、Kes電流互感器的動穩(wěn)定電流及動穩(wěn)定電流倍數(shù)，由制造廠家提供。ies=80kAish=15.601 kA；符合要求。 10kV電壓等級電流互感器的選擇1）一次回路額定電壓和電流的選擇 額定電壓UN=10kV； 額定電流I1NImax=2.014 kA。2）熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗 只對本身帶有一次回路導體的電流互感器進行熱穩(wěn)定校驗。電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過的熱穩(wěn)定電流It或一次額定電流I1N的倍數(shù)Kt來表示，熱穩(wěn)定校驗式為I

57、t2Qk或（KtI1N）QkQk= (+ 10I0.5+ I12)T1/12=(24.3152+1024.3152+24.3152)1/12 =788.292 (kA)2sIt2=552=3025 (kA)2s 內(nèi)部動穩(wěn)定校驗式為iesish 或I1NKesish式中ies、Kes電流互感器的動穩(wěn)定電流及動穩(wěn)定電流倍數(shù)，由制造廠家提供。ies=136kAish=63.606 kA；符合要求。5.4.2 電壓互感器的選擇 壓互感器的準確級和容量。電壓互感器的準確級是指在規(guī)定的一次電壓和二次負荷變化范圍內(nèi)，功率負荷因數(shù)為額定值時，電壓誤差的最大值。由于電壓互感器本身有勵磁電流和內(nèi)阻抗，導致測量結果

58、的大小和相位有誤差，而電壓互感器的誤差與負荷有關，所以用一臺電壓互感器對于不同的準確級有不同的容量，通常額定容量是指對應于最高準確級的容量。 按一次回路電壓選擇。為了保證電壓互感器安全和在規(guī)定的準確級下運行，電壓互感器一次繞組所接電網(wǎng)電壓應在（1.10.9）范圍內(nèi)變動，即應滿足：1.10.9 按二次回路電壓選擇。電壓互感器的二次側額定電壓應滿足保護和測量使用標準儀表的要求。各電壓等級均采用電容式電壓互感器。5.4.3 互感器的選擇結果表表5-2 電流互感器選擇的結果表電壓等級（kV）型號額定電壓比（kV）二次繞組準確級220kVLB1220W1600/5測量0.2保護10P剩余10P110kV

59、LCWB6110W11500/5測量0.5保護10P剩余10P10kVLDZJ1101500/5測量0.5保護10P剩余10P表5-3 電壓互感器選擇的結果表電壓等級（kV）型號額定電壓比（kV）二次繞組準確級220kVTYD220/0.005H測量0.5保護3P剩余3P110kVTYD110/0.005H測量0.5保護3P剩余3P10kVJDZX10（GY）測量0.5保護0.5剩余0.55.5 母線的選擇5.5.1 裸導體的選擇及校驗原則5.5.1.1 母線選型載流導體一般都采用鋁質材料，工業(yè)上常用的硬母線為矩形、槽形和管形。矩形母線散熱好，有一定的機械強度，便于固定連接，但集膚效應系數(shù)大，一般只用于35kV及以下，電流在4000A及以下的配電設備中;槽形母線機械強度較好，載流量大，集膚效應系數(shù)小，一般用于4000-8000A配電裝置中；管形母線集膚效應系數(shù)小，機械強度高，管內(nèi)可以通水和通風，可用于8000A以上的大電流母線，另外，由于圓管形表面光滑，電暈放電電壓高，可用于110kV及以配電裝置母線。110kV及以上高壓配電裝置，一般采用軟導線。當采用硬導體時，宜用鋁錳合金管形導體。5.5.1.2