毕业论文-某楼宇配电系统一次部分设计

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1、长沙电力职业技术学院2009届毕业设计课题名称：某楼宇配电系统一次部分设计 专 业：发电厂及电力系统学 生 姓 名：李 喜学 号：200601041314班 级：电气0613班指 导 教 师：王 艳2009年1月长沙电力职业技术学院前 言电力系统是国民经济的重要能源部门，而配电系统的设计是电力工程建设中必不可少的一个项目。由于配电系统的设计内容多、范围广、逻辑性强，因此要求设计者有较高的专业水平，并熟悉各种设计规程和设计原理，工作量比较大。现在的人们对供配电的质量要求越来越高，例如电器设备外观及寿命、供配电可靠性、占用空间的大小等。质高价低的产品，即节能又不污染环境的产品最受欢迎。当然，由于环

2、境的复杂，具体工程的要求是不同的，所需要的最合理配电方案也就不同了。所以在电气行业中，任何一个新的配电工程都需要根据各方面的要求来具体的设计，尽管工作量很大，但是对电能使用上可以做到安全、稳定、节能并可持续发展。本设计主要完成了变压器的选型，变压器的短路计算，电气设备的选择，成套高压配电柜的选择，电气主接线的设计等内容。其中变压器的选型又包括变压器台数的确定、变压器容量的选择等。这些是十分基础又是十分重要的问题，变压器容量的选择关系到了后面所有设备的选择，所以我查找了相关的资料根据变压器经济性、运行的稳定性、本着综合利用的原则进行选择，又充分考虑到了变压器运行的可靠性、充分发挥三台变压器的相互

3、备用，以减小变压器的总备用容量。智能化是电气设备的发展趋势，但各式各样的智能控制都是要建立在合理的电气线路的基础上的。为此，掌握配电工程的设计思路是十分必要的。对于设计中存在的不足，敬请老师和读者批评指正。 目 录前 言摘 要第1章 变压器的选择和电气主接线的设计1概述1负荷计算1主变台数、容量和型号的确定2电气主接线设计的基本知识及方案8第2章 短路电流计算13概述13短路电流计算14导体截面的选择17第3章 主要电气设备的选择23概述23断路器的选择25隔离开关的选择29母线的选择303.5 熔断器的选择31电流互感器的选择33电压互感器的选择35成套配电装置的选择37第4章 配电工程的防

4、雷与接地38防雷保护以及避雷器型号38接地装置39后 记40参考文献41摘 要一个配电工程可能有各种组合方案，组合方案的变化必然会影响到投资费用和运行费用的变化。因此，得到可靠、安全、合理、经济的方案是设计工作的核心内容。本设计是针对某楼宇配电系统一次部分工程进行设计，配电方案的线路应比较简单。初步设想应从高压网上引进至高压室，在进行计量后送入变电室，经变电后送到低压室对各设备进行配电。本次设计是针对某楼宇的配电系统一次部分工程方案进行的初步技术设计。它主要介绍了变压器的选择及电气主接线设计、短路电流的计算、电气设备的选择三大章。其中第一章包含了负荷计算、主变压器台数、容量和型号的确定及电气主

5、接线的设计等；第二章包含了短路电流计算点的确定、短路电路计算结果；第三章电气设备的选择包含其包括高压短路器、隔离开关、互感器、熔断器、母线及成套配电装置的选择等。关键词：配电工程；电气主接线；短路电流计算；电气设备的选第1章 变压器的选择和电气主接线的设计 变压器是将某一等级的交流电压变为频率相同的另一种或几种等级的交流电压，但不改变传输容量的电气设备。 电力变压器按作用可分为升压变压器、降压变压器，按结构可分为双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器等。按冷却条件可分为油浸风冷式等多种。按调压方式可分为无励磁调压变压器和有载调压变压器两种。除电力变压器外，还有供特殊用途的变压器，如互感器、整流

6、变压器、高压试验变压器、电焊变压器以及工均匀连续调压使用的调压变压器等。电气主接线是发电厂或变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它的设计是发电厂或变电所电气设计的首要任务，与全厂电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护和自动装置的确定密切相关，直接影响着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。电气主接线设计的基本原则是以根据任务书为依据，以国家相关的方针、政策、法规、规程为准则，结合实际情况的具体特点，全面、综合地加以分析，力求保证供电可靠、调度灵活、操作方便、节省投资的原则。因此，电气主接线的设计是一个全面、综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，结合电力

7、系统和发电厂或变电所的具体情况，进行反复比较和优化，最后确定电气主接线的最佳方案，力求使其技术先进、经济合理、安全可靠。1.2负荷计算由已知条件可知三组设备负荷统计表如表1-1所示：表1-1 三组设备负荷统计表组别有功功率P（kW）无功功率Q（kvar）计算负荷S（kVA）cos1455364583263030269939004329981) 由三组设备负荷统计表可知此楼宇配电组别有三组；2) 由原始资料可知高压电压等级为10kV，系统容量可视为无穷大；3) 为保证供电可靠性，避免一台变压器停运时影响用户的供电，一般装设两台变压器，对于大型枢纽变电所、地区性孤立一次变电所及大型工业专用变电所根

8、据工程具体情况，可安装三台主变压器。所以根据以上分析，选三台变压器最为适宜。1.3主变台数、容量和型号的确定一、变压器容量的计算1）无功补偿由表1-1可知，第一组负荷的功率因数为，本设计考虑到变压器的无功损耗，将功率因数提高到0.95，则对电容器进行如下计算：cos，cos tan， tan根据公式：QC=PZ(tan-tan)2 （1-1）其中：QC静电电容器补偿容量，（kvar）；PZ此组设备有功功率计算负荷，（kW）。代入数据得：QCkvar选用 10块CLMD43/25KVar电容器，每个电容器的容量为25kvar。接线方式：选用三角形接线方式。因此，此电容柜的设备容量为250kvar

9、。经人工补偿后：有功功率：Pm=455kW无功功率：Qm=114 kvar视在功率：Sm=4kVA功率因数：7因此，功率因数大于0.95，符合设计要求。2）功率损耗为确定变压器容量，本设计首先对变压器的功率损耗进行粗略的计算，具体如下：有功功率损耗：Pt=0.02Pm=（kW）无功功率损耗：QtQm=1（kVA）3）补偿后及附加损耗后的功率=Pm+Pt=（kW）=Qm+Qt=125.4（kW）4）此台变压器的计算负荷=4kVA由以上计算得，第一台商城用变压器的容量应满足：Sb=Ksb：考虑人工补偿和变压器损失后的功率因数这里取Ksb=1，代入数据得Sb1用同样方法可求得正常状态下第二、三组的设

10、备计算容量。相关数据如表1-2所示：表1-2 三组设备的计算容量组别123无功补偿QC（kvar）135补偿后有功功率 (kW)455630900补偿后无功功率Qm(kvar)114202282补偿后视在功率Sm(kVA)943补偿后功率因数cos估算的有功功率( kW)464.1945估算的无功功率(kvar)2222估算的视在功率(kVA)680995估算的功率因数cos初选容量(kVA)680995根据以上数据可确定1#、2#、3#变压器的额定容量分别为1000kVA、1000kVA、1250kVA。选择的额定容量要比初选容量适量偏大，是因为初选容量是进行的初步估算，要能保证当变压器在以

11、后的运行中增加一定负荷的情况下仍能正常运行，提高其系统的经济性。而1#变压器额定容量选为1000kVA，是为了保证当2#、3#变压器发生故障时，能使其负荷倒换到1#变压器上，并满足容量要求，减小停电范围，减少经济损失。又由于1#变压器所带的负荷多，容易出现故障，而2#、3#变压器所带负荷少，一般很难出现故障，所以只需对1#变压器进行如下分析：当1#变压器发生故障时，2#变压器为1#变压器的东楼电梯，1、2潜水泵，直流屏，消防泵及喷淋泵，备用电源提供备用，应检查其是否满足要求：则有P2=630+28+28+95+75+11=867 kW Q2=302+50+20+45+56=473 kvar而无

12、功补偿为100kvar。因此，Q2=473-100=373kvar得出S2=943.8 kVA则：S2 小于2#变压器的额定容量，故2#变压器的容量满足要求。当1#变压器发生故障时，3#变压器为1#变压器的西楼电梯，消防卷帘排风机，风机，生活泵提供备用，应检查其是否满足要求：则有 P3=900+28+60+48+82=1118 kW Q3=432+50+45+36+62=625 kvar而无功补偿为150kvar，则：Q3=625-150=475 kvar得出 S3=1215 kVA则：S3 小于3#变压器的额定容量，故3#变压器的容量满足要求。根据以上计算与分析，本设计选取1#、2#、3#变

13、压器的型号分别为：SG10-1000kVA/10kV/0.4kV，SG10-1000kVA/10kV/0.4kV，SG10-1250kVA/10kV/0.4kV。根据查阅资料可得三台变压器的以下数据：表1-3 三台变压器相关参数设备组别123所选变压器型号SG10-1000kVASG10-1000kVASG10-1250kVA额定电压(kV)高压101010低压额定电流(A)高压低压14431443空载电流I（%）空载损耗P 0 (kW)短路损耗 (kW)阻抗电压(%)负载损耗(kW)联接组别DYN11即/Y-11/Y-11/Y-11尺寸（mm3）1590*1020*15701590*1020

14、*15701610*1270*1700二、变压器损耗计算变压器的损耗计算以其损耗最大的方式考虑。即以最大负荷时一台变压器工作的情况进行计算，此时，负荷率为：= （1-5）在三个变压器中，在2#变压器出现故障时，1#、3#变压器的负荷达到最大，且3#变压器的负荷量较大一些；所以就以2#变压器出现故障时，1#变压器的负荷举例计算。故有如下计算：=有功损耗：Pb=P 0+ =1.98+=4.25(kW)表1-3 三台变压器相关参数设备组别123所选变压器型号SG10-1000kVA/10kVkVSG10-1000kVA/10kVkVSG10-1250kVA/10kVkV额定电压(kV)高压10101

15、0低压额定电流(A)高压低压14431443空载电流I（%）空载损耗P 0 (kW)5短路损耗 (kW)阻抗电压(%)负载损耗(kW)联接组别DYN11即/Y-11/Y-11/Y-11尺寸（mm3）1590*1020*15701590*1020*15701610*1270*1700无功损耗：Q=26.824（kvar）加入变压器损耗后，1#变电所总的容量为：Pmax=Pm+Pb=Qmax=Qm+Qb=Smax= = cos= =故所选变压器和电容器均满足要求。此楼宇配电采用的三台变压器互为暗备用，须考虑在某台变压器发生故障时还能正常运行，极限容量的需求，故所选变压器和电容器均满足要求。1.4电

16、气主接线设计的基本知识及方案电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。本节以电气主接线的设计为中心，从工程观点出发，介绍对主接线的基本要求、典型接线形式，综合阐述了各种类型电气主接线的特点。目前我国楼宇的配电网最常用的主接线方案是采用双回路两个10kV独立电源供电，变压器低压侧采用单母线分段接线。主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式。概括起来可分为三类：单母不分段接线、单母分段接线、双母线接线、

17、双母线带旁路接线。一、单母线接线，如图1-1所示图1-1 单母线接线1.接线特点当进线和出线回路数不止一回时，为了适应负荷变化和设备检修的需要，使每一回路引出线均能从任一电源取得电能，或任一电源被切除时，仍能保证供电，在引出回路与电源回路之间，用母线连接。 2.优缺点分析接线简单清晰，设备少，操作方便，投资少，便于扩建。可靠性和灵活性较差。在母线和母线侧隔离开关检修或故障时，各支路都必须停止工作；引出线的断路器检修时，该支路要停止供电。3.适用范围（1） 单母线接线不能满足对不允许停电的重要用户的供电要求，一般用于6220kV系统中，出线回路较少，对供电可靠性要求不高的中、小型发电厂与变电站中

18、。二、单母线分段接线，如图1-2所示图1-2单母线分段接线1.接线特点当引出线数目较多时，为提高供电可靠性，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线 。正常运行时，单母线分段接线有两种运行方式：（1）分段断路器闭合运行：运行中，当任一段母线发生故障时，继电保护装置动作跳开分段断路器和接至该母线段上的电源断路器，另一段则继续供电。有一个电源故障时，仍可以使两段母线都有电，可靠性比较好。但是线路故障时短路电流较大。（2）分段断路器断开运行：正常运行时分段断路器0QF断开，两段母线上的电压可不相同。每个电源只向接至本段母线上的引出线供电。当任一电源出现故障，接该电源的母线停电，导致部分用户停电，为了

19、解决这个问题，可以在0QF处装设备自投装置，或者重要用户可以从两段母线引接采用双回路供电。分段断路器断开运行的优点是可以限制短路电流。2.优缺点分析当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段母线仍继续工作。两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电可靠性，可对重要用户供电。当一段母线故障或检修时，该段母线上的所有支路必须断开，停电范围较大。任一支路断路器检修时，该支路必须停电。3.适用范围（1）电压为610k时，出线回路数为6回及以上，每段母线容量不超过25MW，否则回路数过多，影响供电可靠性；（2）电压为3563kV时，出线回路数为48回为宜；（3）电压110220kV时，出线回路数为3

20、4回为宜。三、单断路器的双母线接线，如图1-3所示图1-3单断器的双母线接线1.接线特点两组（IWB和WB）母线通过母线联络断路器0QF（即母联断路器）连接；每一条引出线（L1、L2、L3、L4）和电源支路（5QF、6QF）都经一台断路器与两组母线隔离开关分别接至两组母线上。2.优缺点分析 （1）可靠性高。可轮流检修母线而不影响正常供电。当采用一组母线工作、一组母线备用方式运行时，需要检修工作母线，可将工作母线转换为备用状态后，便可进行母线停电检修工作；检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电；工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅速恢复供电；可利用母联断路器替代引出线断路器工作，使引出

21、线断路器检修期间能继续向负荷供电。（2）灵活性好。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活的适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。通过操作可以组成如下运行方式： 1）母联断路器断开，进出线分别接在两组母线上，相当于单母分段运行； 2）母联断路器断开，一组母线运行，一组母线备用； 3）两组母线同时工作，母联断路器合上，两组母线并联运行，电源和负荷平均分配在两组母线上，这是双母线常采用的运行方式。 （3）扩建方便。向双母线的左右任一方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的均匀分配，不会引起原有电路的停电。（4）检修出线断路器时该支路仍然会停电。（5）设备较多、配电装置复杂，

22、运行中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作；同时投资和占地面积也较大。4.适用范围 由于双母线接线具有较高的可靠性和灵活性，这种接线在大、中型发电厂和变电站中得到广泛的应用。一般用于引出线和电源较多、输送和穿越功率较大、要求可靠性和灵活性较高的场合。 （1）电压为610kV短路容量大，有出线电抗器的装置； （2）电压为3560kV出线超过8回或电源较多，负荷较大的装置； （3）电压为110220kV出线为5回及以上，或者在系统中居重要位置、出线为4回及以上的装置。由于此楼宇是大型建筑，所以用电负荷按电力负荷的分级为二级负荷和三级负荷。经上述四种接线方案从供电可靠性和经济性来考虑，比较合适的方

23、案为：单母分段接线。其配电室平面布置图、高压一次系统图、电气主接线图详见附录1、2、3。第2章 短路电流计算2.1概述短路是电力系统中常见的，并且对系统正常运行产生严重影响的故障。短路将使系统的电压急剧下降，而短路回路中的电流则大大增加，可能使电力系统的稳定运行遭到破坏和电气设备遭到损坏。因此，在发电厂变电所的设计和运行中，都需要对短路电流进行深入的分析和计算。计算短路电流的目的有，在设计电气主接线的时候，为了比较各种方案，确定某种接线方式是否有必要采取限制短路电流的措施等，需要计算短路电流；在进行电气设备和载流导体的选择是，为了保证各种电气设备和导体在正常运行时和故障情况下都能安全、可靠地工

24、作，同时又要力求节约，减少投资，需要根据短路电流对电气设备进行动、热稳定的效验；在选择继电保护装置及进行整定计算时，必须以各种不同类型短路时的短路电流作为依据；设计屋外高压配电装置时，要按短路条件效验导线的相间、相对地的安全距离；进行电力系统及故障分析等。短路电流的计算程序：1.在计算短路电流前，应根据计算的目的搜集有关资料，如电力系统接线图，运行方式和各元件的技术数据等。2.进行短路电流计算时，首先根据电气设备选择效验或继电保护所需要的短路电流在电力系统接线图中确定各短路点，并作出计算电路图；再按各短路点位置作出等值电路图；然后利用网络简化规则，将等值电路逐步化简，求出短路回路总电抗：最后根

25、据总电抗即可求出短路电流值。3.短路电流的计算有有名值和标幺值两种方法，但计算步骤基本相同即首先绘制计算电路图，然后将各元件依次编号，并计算各元件等值电抗，再根据短路点绘制等效电路，将电路简化，最后求出等效总阻抗以及短路电流。1先选定基准容量（kVA）和基准电压（kV），根据求出基准电流值。（1）选=100MVAkA（=10kV时）kA（kV）（2）计算系统中各元件阻抗的标么值，绘制等效电路图2-2，图上按顺序标出其阻抗值（M表示最大运行方式，m表示最小运行方式）=0.5，=0.6（最小运行方式总容量为估测值）线路阻抗标么值： 变压器阻抗标么值：（3）求电源点至短路点的总阻抗点： 点： =7点

26、： =7点： （4）求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量。最大运行方式：点：kA=100=112MVA最小运行方式时：=5.77=5.8277kA同理可得点：45=最小运行方式时：=1点：=最小运行方式时：=点：= kA最小运行方式时：=以此计算可知表2-1的数据。表2-1 各短路点有关数据短路点Rkl/Xkl/Zkl/kA/kA/kA/MVA1122.3导体截面的选择为了供电的经济性，导线截面应按紧急电流密度进行选择；各段导线的电流案子按式（2-1）9计算： （2-1）1）1#变压器的视在功率：S=583kVA高压侧A低压侧=1443A根据年利用小时为（Tmax）3000222。2按经济

27、电流密度初选各段导线截面为：S1#= mm2 S1#=2因此，高压侧选择35mm2的铝芯电缆，低压侧选择900mm2的铝芯电缆。2）2#变压器1#变压器情况因此，高压侧选择35mm2的铝芯电缆，低压侧选择900mm2的铝芯电缆。3）3#变压器所联设备线路末端高压侧 低压侧 按经济电流密度初选各段导线截面为：高压侧S3#=mm2=72.171.73=42 mm2低压侧S3#= mm2=72.171.73=42 mm2因此，高压侧选择45mm2的铝芯电缆,低压侧选择1200 mm2的铝芯电缆。4）10kV母线采用铜芯电缆,则Jj=/mm210kV母线的进线电流：=+=S4=187.652.25=2

28、可得： r4=5.4 mm因此，选择90mm2的铜芯电缆。1）长度估算从电力系统网络10kV高压线上引出的进线长度约为2km；从高压柜到变压器室电缆长度为km；从变压器室到低压柜电缆长度为km。2）阻抗计算铝绞线的电阻率为，铜芯电缆的电阻率为2则则1#变压器： 高压侧R1#h=0.0535= 低压侧R1#1=31.7则2#变压器： 高压侧：R2#h=0.0535= 低压侧：R1#1=31.7则3#变压器： 高压侧：R3#h = 31.5 低压侧：R3#l = 31.7 根据上述计算可得表2-2表2-2各变压器阻抗数值编号等级1#变压器2#变压器3#变压器高压侧低压侧10kV母线选择铜芯电缆则1

29、0kV母线： R4= 导线的电抗的大小，与导线的几何尺寸，三相导线的排列方法及乡间距离有关。导线的电抗可以用下式计算： （2-3）式中f交流电频率，单位Hz,我国的工频位f=50Hz；Dav三相导线间的几何平均距离; 相间及对地的安全距离为0.4 kV2公分，10 kV12.5公分；r 导线的外半径，单位为cm；导线材料的相对磁导率，对于有色金属=1；本设计的f=50Hz，相间距Dav=130mm，=1；所以可求得：1#变压器高压侧：X10h1.6+0.5）10-42503.14=0.2468 低压侧：X10l0.88+0.5）10-4250因此，X1h，X1l 2#变压器与1#变压器情况相同

30、高压侧：X20h， 低压侧：X20lX2h=0.01234， X2l3#变压器高压侧：X30h=（1.53）10-4250低压侧：X30l=（0.82）10-4250因此 X3h， X3h 10KV母线： X40=（1.38）10-4250X4线路电压损失按下式计算：电压损失百分数由下式计算：U1=+=VU1%=0.02243%U2=+=VU2%=0.03166%U3=945+=VU3%=0.03674%U4=VU4%=%故供电线路的电压损失都满足要求。第3章 主要电气设备的选择3.1概述电气设备的选择是发电厂和变电所规划的主要内容之一，是工程上的具体应用。各种导体和电气设备，由于它们的用途和

31、工作条件不同，所以每种电气设备和载流导体选择时都有具体的选择条件和效验项目。正确选择电气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。在选择设备时，必须执行国家的有关技术经济政策，根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，做到技术先进、经济合理、运行方便和留有余地，选择合适的电气设备。一、电气设备选择的一般原则尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但它们的基本要求却是相同的。一般电气设备选择应满足以下原则： （1）按正常的工作条件选择；（2）选择导线时应尽量减少品种；（3）应考虑远景发展；（4）按短路状态校验其动稳定和热稳定；（5）必须在正

32、常运行和短路时都能可靠地工作。二、技术条件(一)长期工作的条件1.额定电压和最高工作电压导体和电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压UN，所以的所选择电气设备和载流导体允许最高工作电压Uy max不得低于所接电网的最高运行电压Uy max，即Uy maxUg max 一般载流导体和电气设备允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及其以下时，为N；额定电压为330-500KV时，为1.1 UN，而实际电网运行的最高运行电压Ug max一般不超过电网的额定电压UNW的倍。因此在选择设备时，一般可按照电气设备和载流导体的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNW的条件

33、选择，即U NUNW 2.额定电流导体和电气设备的额定电流或载流导体的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流I，即应满足条件为短路点，这样可选用轻型断路器，节约投资。3. 机械荷载所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线载正常运行荷短路时的最大作用力。各种电器的允许荷载见相应各节。 （二）按当地环境条件我国目前生产的电器使用的额定环境温度040，如果周围环境温度高于40（但60）时，其允许电流一般可按每增高1，额定电流减少1.8进行修正，当环境温度低于40时，环境温度每降低1，额定电流可增加0.5，但其最大电流不得超过额定电流的20。（三）短路的稳定条件1校验的一般原则1）电器在选定后

34、应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，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，则应按严重情况校验。 2）用熔断器保护的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。 2.短路热稳定校验：短路电流通过电器时，电器各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。 3.电动力稳定校验：电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为：IesIsh iesish式中：Ies ies电器允通过的动稳定电流的有效值及其

35、幅值。 Ish ish短路冲击电流有效值及其幅值。下列几种情况可不校验热稳定或动稳定： a.用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 b.采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 c.装设在电压互感器回路中。3.2断路器的选择断路器是变电所主要电气设备之一，其选择的好坏，不但直接影响变电所的正常运行，而且也影响在故障条件下是否能可靠地分断。断路器的选择根据额定电压、额定电流、装置种类、构造型式、开断容量各技术参数，并进行动稳定和热稳定的校验。一、选择断路器时应满足以下基本要求：1.在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的

36、热稳定性和动稳定性。2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。3.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。二、 参数的选择1.断路器的关合额定电流，不应小于短路冲击电流值。2.关于分合闸时间，对于110kV以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时， s。用于电气制动回路的断路器，其合闸时间不宜大于0.04s g（电网工作电压）Un。 gmax（最大持续工作电流）In。三、型式的选择1.断路器型式的选择高压断路器应根据断路器安装地点（选择户内式或户外式）、环境和使用技术条件等要求，并考虑其安装调试和运行维护，并经技

37、术经济比较后选择其种类和型式。由于少油断路器制造简单、价格便宜、维护工作量少，早期3220kV一般采用少油断路器。但随着生产和制造的扩大，根据目前电力发展趋势及电力投资力度的加大，并且我国要求实现“无油化、小型化、免维护”，110kV及其以上电压等级基本上采用六氟化硫断路器；35kV电压使用六氟化硫或户外真空断路器；10kV电压基本上以真空断路器为主，特殊地方使用六氟化硫断路器；500kV一般采用六氟化硫断路器。一般可按表3-1选择。表3-1 断路器型式的选择安装使用场所可选择的主要型式安装使用场所可选择的主要型式高压电动机少油断路器真空断路器配电装置35kV及其以下少油断路器真空断路器六氟化

38、硫断路器并联电容器组真空断路器SN10型少油断路器六氟化硫断路器35220kV少油断路器六氟化硫断路器330kV及其以上六氟化硫断路器串联电容器组与配电装置同型发电机回路中小型机组少油断路器大型机组专用断路器（高速断路器）2.按额定电压选择断路器的额定电压，应不少于所在电网的额定电压（或工作电压），即UNU6 （3-1）式中：UN所选断路器额定电压；UG电网工作电压。3.按额定电流选择断路器的额定电流，应大于所在回路的最大持续工作电流，即INI （3-2）式中:IN所选断路器额定电流；I所在回路的最大持续工作电流。由于高压断路器没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回

39、路持续工作电流的要求，即取最大持续工作电流I。当所选断路器使用的环境温度高于或低于设备最高允许温度时，应考虑适当减少或增加额定电流。4.按开断电流和关合电流选择断路器的额定开断电流IKKD应大于或等于断路器触头刚分开时，实际开断的短路电流周期分量有效值IZK来选择，即断高压断路器的额定开断电流应满足IKKDIZK （3-3）式中:IZK断路器触头刚分开时实际开断的短路电流周期分量有效值。当断路器的额定开断电流较系统的短路电流大很多时，为了简化计算，也要用次暂态电流I进行选择，即IZKI。校验短路应按照最严重的短路类别进行计算，但由于断路器开断单相短路的能力比开断三相短路大15%以上，因此只有单

40、相短路比三相短路电流大15%以上才作为短路计算条件。装有自动重合闸装置的断路器，当操作循环符合厂家规定时，其额定开断电流不变。一般对于使用快速保护和高速断路器者，其开断时间小于s，当在电源附近短路时，短路电流的非周期分量超过周期分量20%以上时，订货时应向制造部门提出补充要求。对于中、慢速断路器，由于开断时间较长（s），短路电流非周期分量衰减较多，能够满足国家标准规定的、非周期分量不超过周期分量幅值20%的要求，故可用式3-3）计算。在断路器合闸之前，若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，容易发生触头损坏。且断路器在关合电流时，不可避免地在接通后

41、又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，因此要求断路器的额定关合电流IEG不应小于短路电流最大冲击值ICH，即满足IEGICH。5.动稳定校验所谓动稳定校验系指在冲击电流作用，断路器的载流部分所产生的电动力是否能导致断路器的损坏。动稳定应满足的条件是短路冲击电流ICH应小于或等于断路器的电动稳定电流（峰值）。一般在产品目录中给出的是极限通过电流（峰值）IKW，它与电动稳定电流的关系应满足。IKWICH （3-4）6.热稳定校验应满足的条件是短路热效应QK应不大于断路器在T秒时间内的允许热效应，即I2RTQK （3-5）式中:IX断路器T秒时间内的允许热稳定电流， A。根据对断路器操作控制的要求.选

42、择与断路器配用的操动机构。高压短路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分少油短路器有磁电式、弹簧式或液压式等几种操动机构可供选择。一般磁电式操动机构虽配有专有专用的直流合闸电源，使其结构简单可靠；弹簧式的结构比较复杂，调速要求较高；液压操动机构加工精度要求较高，操作机构的型式，可根据安装调试方便和运行可靠性自行选择。根据以上条件及短路电流的计算可知，本设计中，在高压侧选型号为ZN4101000的真空户内型断路器；在1#变压器和2#变压器的低压侧选型号为DW152500的低压断路器；在3#变压器的低压侧选型号为DW154000的低压断路器。3.3隔离开关的选择隔离开关是高压开关设备的一种

43、，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。隔离开关的选择主要以额定电压、额定电流为依据，并进行动、热稳定校验。但由于隔离开关不能开断负荷电流和短路电流，因此不需校验其他参数。一、选择隔离开关时应满足以下基本要求：1.隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。5.隔离开关的结构简单，动作要可靠。6

44、.带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。二、参数的选择1.电压：Ug（电网工作电压）Un。2.电流：Igmax（最大持续工作电流）In。三、型式的选择隔离开关的选择主要以额定电压、额定电流为依据，并进行动、热稳定校验。但由于隔离开关不能开断负荷电流和短路电流，因此不需校验其他参数。选择时应根据安装地点选用户内式或户外式隔离开关；结合配电装置布置的特点，选择隔离开关的类型，并进行综合技术经济比较后确定。同时所选隔离开关的额定电压应大于或等于装设电路所在电网的额定电压，额定电充应大于或等于装设电路的最大持续工作电流。校验只考虑动稳定和热稳定校验，校验方式和断路器类似，

45、这里不再重复。在选择时，220kV及其以下隔离开关宜采用手动机构。屋内8000A及其以上隔离开关，布置在高型配电装置上层的110kV隔离开关，以及布置在高型或半高型配电装置上层的220kV隔离开关和330500kV隔离开关宜采用电动机构。当有压缩空气系统时，也可采用气动机构。根据以上条件及表31数据选择隔离开关：本设计中，在高压侧选型号为GN866T200户内式隔离开关；在1#变压器和2#变压器的低压侧选型号为GN235T600户内式隔离开关；在3#变压器的低压侧选型号为GN235T100的户内式隔离开关。3.4母线的选择电力系统中的载流导体有敞露硬母线、封闭母线、电缆和软导线，本节只介绍硬母

46、线的选择。一、选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容： (1)选择母线的材料，结构和排列方式；(2)选择母线截面的大小；(3)检验母线短路时的热稳定和动稳定；(4)对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；(5)对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。二、载流导体的选择工业上常用的硬母线截面为矩形，槽形和管形。矩形母线散热条件较好，有一定的机械强度，便于固定和连接。单条矩形导体具有集肤效应较小、安装简单、连接方便和散热条件好等优点，一般适用于工作电流IG2000A的回路中，为避免集肤效应系数大，单条矩形的截面最大不超过1250m

47、m2。而当工作电流超过最大截面单条母线允许电流时，可用24条矩形母线并列使用。但是由于邻近效应的影响，多条母线并列的允许载流量并 成比例增加，故一般避免采用四条矩形母线。在实际工程中，矩形导体一般只用于35kV及其以下，电流在4000A及其心下的配电装置中，当工作电流大于4000A以上时，导体则应选用有利于匀流分布的槽形或圆管表的成型导体。所以本设计中采用矩形母线。三、母线截面积的选择母线截面的选择按经济电流密度选择。对于全年负荷利用小时数较大，母线较长（长度超过20m），传输容量较大的回路，如发电机变压器和发电机主配电装置的回路，均应按经济电流密度选择导线截面。从经济的角度来说，为了降低线路

48、运行的电能损耗，导线截面越大越有利，但为了节约投资降低线路的造价及折旧维修费，导线的截面越小越有利。因此，综合考虑各方面的因素制定出符合国家利益的对应于一定负荷电流的导线截面，称为经济截面。对应于经济截面的电流密度，称为经济电流密度。按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。年计算费用包括电流通过导体产生的年电能损耗费、导体投资（包括损耗引起的补充计费）和折旧费、以及利息等，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数T max，都有一个年计算费用最低的电流密度也称为经济电流密度J。S= IJj式中： S经济截面，mm2；I正常工作时的最大持续工作电流；Jj经济电流密度，A/mm2 。具

49、体分析计算详见第2章第3节。3.5 熔断器的选择熔断器是最简单的保护电气设备，它用来保护电气设备免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。一、高压熔断器的选择、校验条件，在选择时应注意以下几点。1.根据安装地点选用户内式或户外式2.按额定电压选择对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。另外对于充填石英砂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到最大值之前就将电流截断，致使熔断器熔断时产生过电压。过电压的倍数与电路的参数及熔体长度有关，一般在等于

50、其额定电压的电网中为倍，但如在低于其额定电压的电网中，因熔体较长，过电压值可高达3.54倍相电压，以致损害电网中的电气设备。3按额定电流选择熔断器的额定电流选择，包括熔断器熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。（1）熔管额定电流的选择：为了保证熔断器外壳不致捗坏?高压熔断器的熔殡额定电流应大地或等于熔体的额定电流；（2）熔体额定电流选择：为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以?的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35V及其以下电力主变压器的?压熔断器，其熔体的额定电流应满足INt =KI （3-6）式中：K可靠系数（不计电动机自启动时，考虑电动机自启动时）；I变压器回路最大持续工

51、作电流。4熔断器开断电流校验对于有限流作用的熔断器，因熔体在短路冲击电流出现之前已熔断（即在电流过最大值之前已截断），其开断电流INKD应满足INKD I （3-7）对没有限流作用的跌落式高压熔断器，其断流容量应分别按上、下限值校验，而且开断电流应以短路全电流校验。5熔断器选择性校验为了保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源（或负荷）保护之间动作的选择性，应进行熔体选择性校验。各种型号熔断器的熔体熔断时间可由制造厂提供的安秒特性曲线上查出。对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量两项来选择。二、根据以上条件及表31选择熔断器本设计选型号为RN110的高压熔断器，型号为RM106

52、0的低压熔断器，型号为RM10100的低压熔断器。3.6电流互感器的选择电流互感器的选择应满足继电保护、自动装置和测量仪的要求。一参数选择电流互感器应按表1所列技术条件选择，并按表中使用环境条件校验。表1 一般项目进行的选择补充说明参 数技术条件正常工作条件一次回路电压，一次回路电流，二次侧负荷，准确度等级，暂态特性，二次级数量，机械荷载短路稳定性动稳定倍数，热稳定倍数承受过电压能力绝缘水平，泄露比距环境条件环境温度，最大风流，相对湿度，污秽，海拔高度，地震烈度1.电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距离控制室较远时亦可考虑用1A。 2.电流

53、互感器额定的二次符合标准值，按GB1208-75的规定，为下列数值之一：5、10、15、20、25、30、35、40、50、60、80、100VA。当额定电流为5A时，相对应的额定负荷阻抗值为0.2、0.4、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、2.4、3.2、4.0。当一个二次绕组的容量不能满足要求时，否则应采取措施，避免互相影响。 二型式选择 25kV以下屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。一般常用型式为：低压配电屏荷配电设备中：LQ线圈式；LM母线式。620kV屋内配电装置荷高压开关柜中：LD单匝贯穿式；LF复匝贯穿式。发电机回路和2

54、000A以上回路：LMC、LMZ型；LAJ、LBJ型； LRD、LRZD型。35kV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用L(C)系列，树脂浇注绝缘的LZ系列值使用于35kV屋内配电装置。载有条件时，如葫芦中有变压器套管、穿墙套管，应有限采用套管电流互感器，以节约投资、减少占地。先用母线式电流互感器时，应注意校核窗口允许穿过的母线尺寸。三一次额定电流选择1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，以保证测量仪表的最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。2电力变压器中性电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择

55、，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择。3为保证自耦变压器零序差动保护装置各臂正常工作电流平衡，供该保护用的高、中压侧荷中性电电流互感器，变比应尽量一致，一般按电流较大的中压侧额定电流来选择。4在自耦变压器公共绕组上作过符合保护和测量用的电流互感器，应按照公共绕组的允许负荷电流选择。此电流通常发生在低压侧开断，而高-中压侧传输自耦变压器的额定容量时。此时，公共绕组上的电流为中压荷高压侧额定电流之差。5中性点非直接接地系统中的零序电流互感器，在发生单相差基地故障时，通过的零序电流较中性点直接接地系统的小得多。为保证保护装置可靠动作，应按二次电流及保护灵敏度来校验零序电流互感器的变化，当

56、标准铲平的变比不能满足要求时，应向制造厂特殊订货，同时需注意，电缆式零序电流互感器的窗口应能通过一次回路的所有电缆，母线式零序电流户噶其的母线载面应按一次回路的电流选择，其窗口尚应考虑有一根继电保护用的二次电流要从窗口穿过。6发电机横联差动保护用的电流互感器一次电流，应按下列情况选择；1）安装于各绕组出口处时，一般按定子绕组没各之路的电流选择。2）安装于中性电连接上时，可按发电机允许的最大不平衡电流选择。根据运行经验，此电流一般取发电机额定电流的2030%。7提高短路稳定度的措施当动热稳定不过时，例如有时由于回路的工作电流较小，互感器按工作地阿牛选择后不能满足系统短路时的动、热稳定要求，则可选

57、择额定电流较大的电流互感器，增大变流比。弱此时5A元件的电流变读数大小时，可选用12.5A元件的电流表。四关于准确度荷暂态特定电流互感器的准确度时额定二次负荷下的准确级次。用于电度计量的电流互感器，准确度不应低于0.5级，500kV宜用0.2级；用于电流电压测量的，准确度不应低于1级，非重要回路可使用3级。用于继电保护的电流互感器，应用“D”（或“B”）级，同时应校验额定10%倍数，以保证通过电流时的误差不超过规定值。当系统继电保护要求装设快速保护时，330kV及以上应选用暂态特性好的电流互感器（如带有校气隙铁芯的TPY级）。五根据以上条件及表21数据选择电流互感器本设计选型号为LAJ10的电

58、流互感器。一、电压互感器应按一次回压、二次回路、安装地点和使用条件、二次负荷及准确级等要求进行选择。1.按安装地点和使用条件等选择电压互感器的类型电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，再根据电压互感器的用途，确定电压互感器接线，选择单相的或三相的、一个二次绕组的或两个二次绕组的电压互感器，尽可能将负荷均匀分布在各相上。如在需要检查和监视一次回路单相接地时，320kV宜采用三相五柱式电压互感器，35kV宜采用具有第三绕组的单相电压互感器。2.按一次回路电压选择为了确保电压互感器安全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（）UNI范围内变动，即应满足下列条件UNIUWNI （3-7）式中：UNI电压互感器额定一次线电压。3.按二次回路电压的选择电压互感器的二次侧额