某水泥厂110Kv变电所毕业设计终结

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1、某水泥厂110kV总降压变电所设计摘 要变电所是组成电网的基本单元之一，它的作用是通过变压器和线路将各级电压的电力网联系起来。它的功能是接收电能，转换电压、控制电力的流向和分配电能。为了实现电能的远距离输送并将电能分配到用户，需由变电所将发电机的电压进行多次电压变换。变电所由电力变压器、配电装置和二次装置构成。按变电所的性质和任务可分为:升压变电所和降压变电所。除与发电机组相连的变电所为升压变电所外，其余均为降压变电所。本设计为降压变电所，主要包括电气一次部分设计和防雷接地保护。一次部分主要对电气设备、主接线和电缆进行选择设计，规划变电所的布局并进行防雷保护。负荷计算和短路电流计算是重点，是选

2、择电气设备的主要依据。设计的最终目的是使水泥厂能够安全可靠经济稳定的运行。关键词：降压变电所，变压器，电气设备，主接线Substation Design of 110kV General Step-down in a Cement PlantABSTRACTSubstation is one of the basic units of power grid, it is the role of the voltage of power network is linked through the transformer and line. Its function is to receive p

3、ower, flow and distribution of electric voltage conversion, control the power of. In order to realize long distance power transmission and electric power to be allocated to the user, the substation will generator voltage multiple voltage converter. By power transformer substation, power distribution

4、 device and the two device. Substation according to the nature and tasks can be divided into: step-up substation and substation. In addition to the substation is connected with the generator for step-up substation, the rest are step-down substation.The design for the substation, including an electri

5、cal part and the two part of the electrical. A part of the main design of the electrical equipment choice, main wiring and cable, planning of substation layout and lightning protection. The two part of the main line and transformer relay protection setting. The cement plant can be safe and reliable

6、and stable operation.KEYWORDS: substation, transformer, electrical equipment, the main wiring目录前言1第1章 绪论21.1 本课题的来源及背景21.1.1 水泥工业的发展现状21.1.2 主要存在的问题21.2 总降压变电所31.2.1现代110kv变电所31.2.2 总降压变电所的位置41.2.3 变电所电能来源41.3 本课题研究目的51.4 本设计主要解决的问题5第2章 负荷分析62.1 原始材料62.2 负荷计算72.2.1 负荷计算的目的72.2.2 负荷计算的方法82.2.3 设备的负荷计

7、算公式92.2.4 各车间的负荷计算102.2.5变电所总负荷计算122.3 主变压器的选择122.3.1 主变压器选择原则122.3.2 主变压器台数的选择132.3.3 主变容量的确定132.4 站用电及照明14第3章 短路电流计算153.1 短路的基本概念153.1.1 短路的原因及类型153.1.2 短路的危害163.2 短路电流计算概述163.2.1 短路电流计算的目的163.2.2 短路电流计算步骤173.2.3 标幺值法短路电流计算公式173.2.4 该变电所短路电流计算资料183.3 短路电流计算书193.3.1 短路电流计算过程193.3.1 短路电流计算结果21第4章 电气

8、一次设备选择224.1 总降压变电所的主接线224.1.1 电气主接线的基本要求224.1.2 变电所主接线分类224.1.3 方案比较和确定244.2 高压断路器244.2.1 高压断路器的基本要求254.2.2 高压断路器的技术参数254.2.3 高压断路器的选择与校验254.3 高压隔离开关274.3.1 隔离开关的基本要求274.3.2 隔离开关的技术参数274.3.3 隔离开关的选择与校验274.4 互感器294.4.1 电压互感器294.4.2 电压互感器304.5 线缆的选择314.5.1 线缆材料的选择314.5.2 线缆截面积选择314.5.3 110kV侧导线的选择与校验3

9、2第5章 防雷接地保护335.1 变电所防雷设计335.1.1 防雷装置335.1.2 防雷直击保护345.1.3 防雷电波保护345.2 接地保护35结论36谢 辞37参考文献38附录39外文文献翻译41前言该课题来源于生产实践，变电站的研究水平不仅与我们的生活息息相关，还对我们的生活和生产起着至关重要的影响。随着工业时代的发展，电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理的驾驭电力必须从电力工程的设计原则和方法上理解和掌握精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本提高经济效益的目的。电能是发展国民经济的基础，电能的发、变、送、配电和用电几乎是同一时间完成的，须相互协

10、调。变电和配电室为了电能的传输和合理的分配，在电力系统中占很重要的地位，因此变电所在供电系统中的作用是不言而喻的。由于水泥厂是大型生产工厂供电电压在35kv左右，因此要设置总降压变电所，总降压变电所可设置12台降压变压器。变电所是电网中的一个中间环节，它的作用就是通过变压器和线路将各级的电力网联系起来，用于变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压，并起到联系发电厂和用户的中间环节。本设计的主要内容是完成水泥厂110kv总降压变电所的电气设备选择与校验、短路电流的计算以及绘制电气系统接线图。将发电站输送的高压变低压，为水泥厂提供稳定的电能，使水泥厂安全可靠经济的运行。 该设计解决的主要

11、问题：1. 变压器的选择，包括主变压器台数、型号、容量的选择； 2. 结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况设计本厂电气主接线和厂用电接线，选取几个电气主接线方案，进行技术经济比较，确定一个比较合理的电气主接线；3. 短路电流计算；4. 电气设备的选择包括：高压断路器，隔离开关，电流互感器TA，电压互感器TV等；5. 防雷接地设计。第1章 绪论1.1 本课题的来源及背景随着社会经济的迅猛发展，建筑行业如雨后春笋般涌现，社会对水泥的需求量也大大增加。有需求就有市场，由此建筑行业带动水泥业迅速发展。众所周知电能是社会发展的主要动力资源，是发展国民经济的基础，要科学合理的驾驭电力必须从电力工程的设计

12、原则和方法上理解和掌握精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本提高经济效益的目的。当然水泥厂的生产离也不开电能，电能是水泥生产的动力，因此水泥厂对电的要求极高，设计合适完美的变电所不仅能够节省资源，而且能够保障水泥的生产安全可靠地运行。1.1.1 水泥工业的发展现状由于我国国民经济连续不断的稳定增长，对水泥的要求无论是数量还是质量方面都在提高。小型水泥企业在竞争中不断地被淘汰，取而代之的则是大型化新型干法水泥，其显著优点是“高产优质低消耗”，它的优越性得到普遍认可，新型干法水泥是绿色水泥可持续发展的必经之路1。新型干法水泥使水泥业在产业结构调整、行业集中度和技术水平得到了

13、显著提高2。随着科技的发展，人们环保意识的提高，水泥工业生产开始生态化，国外一些项目开始用一些废弃垃圾做燃料。现代水泥的生产管理信息化主要体现在，水泥生产过程的自动化、智能化。例如计算机集散控制系统DCS、计算机集成制造系统CIMS、计算机辅助制造系统CAM等3。1.1.2 主要存在的问题现代新型干法水泥有很多优点，但是水泥行业巨大，水泥生产结构的调整仍有很长的路要走，新型干法水泥现在只占水泥总生产能力的10%左右，因此水泥工业依然存在很多问题。由于市场需求量大，生产效率和技术水平还比较低，水泥每年的生产都要消耗大量的资源，其中很大部分都是不可再生资源，这严重影响水泥工业的可持续发展之路。水泥

14、厂废气废水的排出造成了严重的污染，给环境带来了不可忽视的损害。我国大部分水泥还是小水泥工业，水泥的生产与国外先进水平相比不仅浪费了大量的能源，而且质量不够稳定，在我国污染环境的立窑水泥仍占据很大部分4。1.2 总降压变电所由于水泥厂是大型生产工厂供电电压在35kv左右，因此要设置总降压变电所，总降压变电所可设置12台降压变压器5。变电所是电网中的一个中间环节，它的作用就是通过变压器和线路将各级的电力网联系起来，用于变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压，并起到联系发电厂和用户的中间环节。变电所在供配电系统的位置如图1-1（A）所示6。图1-1电力系统构成图1.2.1 现代110kV

15、变电所110kv变电所从六十年代开始进入普通城市的电网系统，随着经济技术的快速发展，国民建设对电力事业的要求也越来越高，同时这也促进了电力事业的发展。现代的110kv变电所从以前的占地面积多、设备繁杂、可靠性低，发展到占地面积相对低、设备自动化、可靠性高。现代变电站系统综合自动化，主接线简洁7。变电所的主要设置现状：1. 主变容量大多为40MVA和50MVA；2. 高压配置方面，高压开关设备小型化、无油化，可靠性提高，维修次数减少，国外一些高压开关工厂开始生产户外紧凑型组合电器；3. 变电站一次接线主要单母线接线、双母线接线、桥式接线，在设计时还应考虑经济、简洁；4. 现代变电站运用到综合自动

16、化系统，它的作用是对总降压变电所各回路的运行状态及参数进行管理控制8。1.2.2 总降压变电所的位置总降压变电所的位置应该靠近负荷中心，并适当的靠近电源的进线方向，以便使有色金属耗量最少和线路功率及电能损耗最小。同时，还应考虑变电所周围的环境、进出线的方便和设备运输的方便5。在设计变电所的位置时还应考虑以下几点：1. 交通运输；2. 节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地；3. 与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空盒电缆线路的引入和引出；4. 周围环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址应设在受污染源影响最小处9；5. 应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。1.2.3 变电所电能来源水泥

17、厂变电所电能的来源有三种，发电厂供电，余热发电和柴油机发电。发电厂供电，是将自然界的各种一次能源转化为电能，通过输电线传输到水泥厂变电所，是水泥厂的主要电能来源。发电厂的电能可能来源于：热能、太阳能、风力和潮汐或核能。余热发电，主要利用预分解窑系统中窑尾预热器的废气余热和窑头熟料冷却机排出的废气余热来发电。余热发电降低了用电成本，为企业带来了良好的经济效益10。但是余热发电的电能远远不够水泥生产使用。柴油机发电，为保证系统供电的可靠性，对重要用电负荷实行不间断供电的应急措施，常用柴油发电机。柴油发电机组应与电网之间有互联关系，不得并联运行。当电网恢复供电后，柴油发电机组应能自动退出工作并延时停

18、机11。1.3 本课题研究目的1. 确保可靠性和工厂操作的安全性2. 确保供电的稳定性，便于将来可扩展性。3. 确保最小的电能成本4. 确保电气和自动化装置的和可靠性和成本最低5. 确保高的电源质量6. 确保维护便利7. 投资和运行成本最低1.4 本设计主要解决的问题1. 变压器的选择，包括主变压器台数、型号、容量的选择；2. 结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况设计本厂电气主接线和厂用电接线，选取几个电气主接线方案，进行技术经济比较，确定一个比较合理的电气主接线；3. 短路电流计算；4. 电气设备的选择包括：母线，高压断路器，隔离开关，电流互感器TA，电压互感器TV等；5. 防雷保护和接地

19、保护的设计；6. 变电所综合自动化系统。第2章 负荷分析2.1 原始材料 该水泥厂位于距重庆市90km，距永川市20km的某个位置，海拔540米，平均气温17，平均湿度79%，平均气压为976.9mbar。为满足水泥有限公司的用电需求，拟在厂区建设110kV总降压站一座，以单回线路接入220kV某变电站。本期建设规模为1×45MVA，终期为1×45MVA，110kV进线2回，采用单母线接线。 110kV设备按开断能力40kA选择，10kV设备按开断能力31.5kA选择。110kV配电装置选用户外设备；110kV主变压器为户外布置；10kV配电装置选用中置式成套开关柜，户内单

20、列布置；接地变压器和站用变压器户内布置。当10kv供电时，要求变电所供电高压侧，在本设计中取功率因数。该水泥厂为5000TPD的项目，各个车间电力室的有功功率分布如下表所示12：表2-1 各车间负荷分布车间电力室名称有功功率（kW）破碎电力室1341原料磨电力室7180水泥磨电力室14327煤磨电力室1765窑头电力室2047窑尾电力室7090包装电力室892公用电力室7052.2 负荷计算电力负荷是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括用功功率、无功功率和视在功率。在生产过程中，由于生产过程的变化或用电设备使用上的随机性，实际负荷都是随着时间变化的。电力负荷又称电力负载，其具体

21、含义视用电场合而定，一般有两种定义：1. 电力用户，即耗用电能的用电设备或用电单位，如重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。2. 电能消耗，即用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等11。负荷按对供电可靠性的要求可分为下列三级：1. 一级负荷突然停电将关系人身生命安全，或经济上造成重大损失，或在政治上造成重大不良影响者。一级负荷应由两个独立电源供电。独立电源是指当一个电源发生故障时，另一个电源应不会同时受到损坏。2. 二级负荷突然停电将在经济上造成较大损失，或在政治上造成不良影响者。二级负荷应由两回线路供电，当一回线路

22、故障时，应不影响另一回线路供电。3. 三级负荷不属于一级和二级负荷。对供电方式无特殊要求，但在不增加投资或经济允许的情况下，也应尽量提高供电可靠性5。本设计中的水泥厂变电站属于二级负荷。2.2.1 负荷计算的目的负荷的计算需要知道电力用户各种用电设备的功率、工作性质、地理位置以及设备组的组成情况。只有了解设备组的组成情况才能够确定所用的参数的值，准确的计算水泥厂各个电力室的负荷。在进行供电设计时，原始资料为各种用电设备的产品铭牌数据，这些数据是设计的依据，但是不能简单按设备额定容量来选择导体和各种供电设备，因为所有的设备并不是同时运行的，而且运行的设备实际需要的负荷不一定时刻都等于设备的额定容

23、量，因而供电设计的第一步就是计算用电设备的实际负荷13。计算负荷是用户供电系统结构设计、供电线路截面积选择、变压器数量和容量选择、电气设备额定参数选择等的依据，合理的确定用户各级供电系统的计算负荷非常重要。计算负荷过高，将增加供电设备的容量，浪费有色金属，增加建设投资。但若计算负荷过低，供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过热，影响供电系统的可靠正常运行，同时对工业生产和居民生活造成不良影响。2.2.2 负荷计算的方法1. 负荷计算的方法近年来我国有关设计部门在进行企业供电设计时，常用需要系数法、利用系数法和二项系数法。常用的负荷计算方法和适用场合见表2-214。表2-2 常用的

24、负荷计算方法及适用场合计 算 方 法 名 称特 点适 用 场 合需要系数法计算简便，计算精度一般，用电设备台数少时误差较大适用于各类项目，尤其是变电所负荷计算利用系数法计算精度高，用电设备台数少且容量相差悬殊时仍能实现较高的精度，计算较繁琐适用于设备功率已知的各类项目尤其是工业企业负荷计算二项系数法考虑了设备组中容量最大的几台设备对整个设备组计算负荷的影响，从而弥补了需要系数法的不足 适用于设备台数较少，各台设备容量相差悬殊，一般用于支干线和配电屏的负荷计算水泥厂110kv总降压变电站虽然设备较多，但设备组中容量相差悬殊不大，并综合各因素考虑，本设计适合用需要系数法计算各个车间的负荷和总负荷。

25、2. 如何利用需要系数法计算负荷 单组用电设备组的计算负荷。首先将用电设备组按照其工作性质划分为若干组工作性质相同的分为一组按下一节的公式计算负荷。不同的分组不同，其根据生产工艺、设备台数和容量等情况确定具体的值。多组用电设备总的计算负荷。各用电设备组的计算负荷相加再乘以同期系数可得多组用电设备总的计算负荷。同期系数的取值一般为0.850.95。2.2.3 设备的负荷计算公式利用一个需要系数乘以设备容量求得设备有功功率计算负荷的方法，称为需要系数法。该方法计算简便，应用最为普遍。比较适用设备台数较多的车间及全厂范围的计算负荷的确定。需要系数法所用的公式如下：有功功率： (2-1)无功功率： (

26、2-2)视在功率： (2-3)电流： (2-4)其中式中 -额定功率，()； -额定电压，()； -需要系数； -功率因数角的正切值。2.2.4 各车间的负荷计算由于水泥厂各车间设备种类繁多，在进行负荷计算时相当复杂，该设计引用了日产5000吨的某水泥厂各车间的负荷分配情况，如表2-1所示。因此在进行各车间的负荷计算时，无需运用公式（3-1）计算有功功率。各车间电力室的负荷计算如下：1. 破碎电力室： 已知： 2. 原料磨电力室：已知： 3. 水泥磨电力室： 已知： ， 功率因数同上 4. 煤磨电力室：已知： ， 功率因数同上 5. 窑头电力室： 已知： ， 功率因数同上 6. 窑尾电力室：

27、已知： ， 功率因数同上 7. 包装电力室： 已知： ， 功率因数同上 8. 公用电力室： 已知： ， 功率因数同上 表2-3车间负荷计算结果序 号车间名称 1破碎电力室1341441.191411.172原料磨电力室71802362.227558.63水泥磨电力室143274713.5815082.474煤磨电力室1765580.691858.075窑头电力室2047673.462154.946窑尾电力室70902332.617463.867包装电力室892293.47939.048公用电力室705231.95742.182.2.5变电所总负荷计算要选择主变压器的容量要知道变电所的总负荷，所

28、用公式为： 式中：同期系数，取0.9 电网的电损率，一般取5%因此变电所总负荷为： 变电所的总的用功功率为： 因此无需进行无功功率补偿。2.3 主变压器的选择在各级不同电压等级的变电所中，变压器是变电所中最重要的电气设备之一。它承担着向用户输送功率，或不同等级的电压之间交换功率的任务。主变压器的数量、容量直接影响电气主接线的形式和配电装置的结构。2.3.1 主变压器选择原则1. 基本结构变压器的基本结构包括相数和绕组数。变压器按每相的绕组数分为双绕组与三绕组。变压器常用的联接组有Yyn0联接和Dyn11联接，由于后者联接变压器的零序阻抗较小，有利于单相接地故障的保护和切除。因此所选主变压器的基

29、本结构为三相双绕组Dyn11接线组别。2. 调压方式变压器调压方式一般分为两种：一种是无激磁调压，即不带电切换。另一种是带负荷的切换，称为有载调压。对于110kv的总降压变电所的变压器应选择有载调压。3. 冷却方式变压器的冷却方式随着变压器的型式和容量的不同而不同，它分为自然冷却和强迫冷却。综上，该变电所的主变压器应该选择三相双绕组自冷油浸变压器17。2.3.2 主变压器台数的选择在总降压变电所主变压器的选择中，首先确定变压器的台数，在系统中一、二级负荷比例较大时，满足用电负荷对可靠性的要求，装设两台主变压器。如果一、二级的负荷较小，且有足够容量的备用电源可装设一台变压器。该水泥厂总降压变电所

30、考虑到只有水泥磨电力室属于二级负荷，其他的都为三级负荷，并且是110kV侧进线两回，即双电源供电，因此本变电所选择一台主变压器。2.3.3 主变容量的确定装有一台主变压器时，变压器的额定容量需满足下列要求，即 （2-5）考虑到节能和留有余量，变压器负荷率一般取70%85%，由于负荷率： 取负荷率为80%，所以变压器的额定容量为：所以主变压器的型号为SZ10-45000/110。表2-4 主变型号参数型号额定容量电压比短路阻抗联接组别调压方式YNd11有载调压由于主变压器10kV侧为三角接线无中性点引出，需配置接地变压器，并装设消弧线圈。将其中性点引出后用来接消弧线圈2.4 站用电及照明所用电系

31、统低压接线采用380V三相四线制零线接地系统。所用容量为160kVA，所用变通过10kV高压开关柜接于10kV 母线上。380V为单母线接线，380/220V三相四线制，正常时由站用变压器供电，当电源失电时，备用电源自动切换，使供电继续。备用电源由包装车间电源转接供电。全站须设置不停电电源（UPS）系统一套，为变电站内计算机监控系统、保护装置及通信设备等重要二次设备提供不停电电源。UPS系统不自带蓄电池组，直流电源由站内110V直流系统提供。总降压站工作照明由所用电交流屏供电，事故照明由直流屏供电。电源容量满足维持事故照明1h。主控室、配电室、变压器、110kV配电装置附近分别安装检修电源箱，

32、供给检修、试验和照明电源。 屋内工作照明采用荧光灯，事故照明采用白炽灯。第3章 短路电流计算 3.1 短路的基本概念可靠供电是指供电系统正常不间断的运行，以保证生活和生产正常进行，但供电系统常遭到短路的危害。短路就是供电系统一相或多相载流导体接地或相互接触并产生规定值的大电流。各种形式的短路是破坏电力系统正常运行最为常见的危害。3.1.1 短路的原因及类型1. 短路的原因供电系统产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被破坏13。具体原因如下：误操作。运行、使用人员操作不规范、不正确造成短路。因此各设备要求规范操作、正确操作。电气设备绝缘的老化或损坏。设备、材料长期使用后的自

33、然老化，使绝缘强度下降，在正常使用时发生短路故障。损坏是指绝缘受到机械性损伤。绝缘的损坏或老化会造成带电部分的相与相或相与地形成回路。供电系统受到雷电的侵袭或切换电路时产生过电压，将电气装置绝缘薄弱部分击穿，而行成短路。鸟兽或恶劣天气造成短路故障11。2. 短路的类型三相短路：用符号表示。三相短路时，三相回路中的阻抗相等，三相电压和电流任然保持对称，属于对称短路。短路电流增大，短路点电压为零，电压完全降落于短路回路中。短路后电压与电流的相位差较正常时增大，接近90°。三相短路电流是选择校验电气设备的依据。两相短路：用符号表示。两相短路时，整个系统的电压、电流的对称性被破坏，属于不对称

34、短路。短路后短路点相间电压为零，故障两相短路电流的大小相等方向相反。两相短路电流比三相短路电流要小，一般用作校验继电保护的灵敏度。单相短路：用符号表示。单相短路大多发生在中性点直接接地系统中，是单相接地短路，也属于不对称短路。电力系统中发生单相接地短路的可能性最大，约占70%80%。两相接地短路：用符号表示。两相接地短路是指两相在同一地点或不同地点同时发生单相接地13。3.1.2 短路的危害短路电流对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害。在发生短路时，由于电源供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的短路电流值大大增加，可能超过该回路的额定电流许多倍15。短路的危害主要表现

35、在以下几方面。1. 短路时产生很大的短路电流，而由短路电流产生很大的电动力和很高的温度，能够使故障设备及短路回路中的其它设备损坏。2. 短路将造成电压骤降，越靠近短路点电压越低，将严重影响电气设备的正常运行3. 严重短路会影响整个供电系统分稳定性，是各个电厂并列运行的发电机组失去同步，使系统瓦解而造成大面积停电，这是短路电流造成的最严重、最危险的后果。4. 单相接地短路这种非对称短路的不平衡电流在周围空间将产生很大的交变磁场，对附近的信号系统、通信线路及电子设备产生电磁干扰，使之无法正常运行或引起误动作。3.2 短路电流计算概述由于短路会产生严重的后果，因而引起了高度的重视。在变电所、发电厂以

36、及整个电力系统的设计工作中，都必须先进行短路电流计算。3.2.1 短路电流计算的目的短路电流的计算有以下几个方面的作用：1. 选择电气设备。在选择各种电气设备时，需要计算可能通过电气设备的最大短路电流以及其产生的电动力效应及热效应，以便检验电气设备的动稳定性和热稳定性。2. 配置和整定继电保护装置。系统中应该配置哪些继电保护以及保护装置的参数整定，都必须对供电系统进行各种短路故障进行计算和分析。3. 选择限电流电抗器。当短路电流过大时，会造成设备选择困难或不经济，此时可在供电线路中串接电抗器来限制短路电流。通过短路电流的计算，来决定是否使用限流电抗器。4. 确定供电系统的接线和运行方式。5.

37、在设计110kv及以上电压等级的架空线路时，需要计算短路电流来确定电力线邻近架设的通信线是否存在危险及干扰。3.2.2 短路电流计算步骤1. 绘制计算电路图。在短路计算时，先绘制短路计算电路图。在短路计算电路图中，只需画出与短路计算有关的部分。2. 绘制等值电路。为使计算明了，避免出现错误，在短路电流计算中应将计算电路图化为等值电路图。并将各元件标出，依次编序号标为分子，将对应的额定参数即阻抗标出为分母。3. 计算短路回路的总阻抗。4. 计算短路电流。计算各短路点的三相短路电流的周期分量及其它短路电流。5. 计算短路点的三相短路容量。3.2.3 标幺值法短路电流计算公式在标幺值法中，参与运算的

38、物理量均用其相对值表示。因此标幺值的概念是： 所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度。基准容量在工程设计通常取100MW。基准电压一般取所在电路额定电压的1.05倍。基准电流： （3-1）基准电抗： （3-2） 三相短路稳态电流： （3-3）三相短路容量： （3-4）电力系统电抗标幺值： （3-5）式中-是电力系统出口处断路器的短路容量变压器电抗的标幺值： (3-6)-变压器短路电压百分比，-为变压器的额定容量线路电抗标幺值： (3-7)线路单位长度电抗，线段长度16。 3.2.4 该变电所短路电流计算资料短路电流的计算方法有三种，标幺值法、欧姆法（有名单位制法）和短路容量法。在电力系统计算短

39、路电流时，如计算低压系统的短路电流，常采用欧姆法；但计算高压系统短路电流，由于有多个电压等级，存在着电抗换算问题，为了使计算简化常采用标幺制。因此，本设计采用的标幺值法来计算短路电流。取基准容量，各级基准电压为平均额定电压。该水泥厂由高压110kv，经变压器降为10kv，两母线的额定电压分别为：115kv，10.5kv。选择短路计算点的个数，根据变电所的电压等级数，因此该变电所选择两个短路点，分别以K1，K2表示110kv和10kv工作母线上的短路点。然后根据这两个短路点依次计算对应点的短路电流值，并根据这个两个短路点的短路电流来校验电气设备和继电保护。供电系统图如下所示：图3-1供电系统电路

40、图3.3 短路电流计算书3.3.1 短路电流计算过程1. 本题选，计算三相短路电流对于处，取则对于处，取 则2. 计算各元件阻抗的标幺值，绘制等效电路图。最大最小运行方式下，系统电抗及分别为： 架空线：电缆： 变压器：作等效电路图如图3-2所示。 图3-2等效电路图3. 求电源点至短路点的总阻抗。处： 处： 4. 求短路电流的周期分量，冲击电流和短路容量处的短路参数：最大运行方式时： 最小运行方式时： 同理点的短路参数为： 3.3.1 短路电流计算结果短路电流计算结果如下表：表3-1短路电流计算结果短路点周期分(kA)冲击电流（kA）冲击电流有效值（kA）短路容量 (MVA)最大运行方式最小运

41、行方式54.5512.757.5610008.208.0920.108.93149第4章 电气一次设备选择4.1 总降压变电所的主接线电气主接线表示电能从电源分配给用电设备的主要电路，主接线图应表示出所有的电气设备及其连线关系。主接线又称一次接线，是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接和分配电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据。用图形符号表示主要电气设备在电路中连接的相互关系，称为电气主结线图。电气主结线图通常以单线图形式表示。对于有两台主变压器的总降压变电所主接线的基本形式通常有三种：单母线分段接线、内桥接线、外桥接线。

42、4.1.1 电气主接线的基本要求安全、可靠、灵活、经济是对变电所主接线的基本要求。安全包括设备安全和人身安全。因此，电气设计必须遵照国家标准和电气设计规范，正确设计电气回路，合理选择电气设备，严格配置监视系统和故障保护系统，全面考虑各种保护人身安全的措施。可靠性就是变电所的主接线应能满足各级负荷对供电可靠性的要求。为了使电力系统工作可靠，接线方式应简单清晰，减少电气设备的数目。灵活性指在保证安全可靠的前提下，主接线能够适应不同的运行方式。经济是在满足以上要求的情况下，尽量降低建设投资和年运行费用。4.1.2 变电所主接线分类电气主接线的类型很多，但是对于有两台主变压器的变电站，大致可分为单母线

43、分段接线和桥式接线，桥式接线又分为内桥接线和外桥接线。桥式接线：用于有n回进线和n回出线的情况，一般是二进二出，或三进三出。桥式接线实际上是单母线分断接线中进出线回路数相同，调整进线和出线断路器时的特殊情况，并将此时的母线联络断路器称为桥断路器。桥式接线分为内桥接线如图4-1a)和外桥式接线如图4-1b)。桥断路器连在进线断路器之内称为内桥，连在断路器之外称为外桥。两种形式的接线都能实现线路和变压器的充分利用。图4-1 桥式接线方式a) 内桥接线 b) 外桥接线单母线分段接线常用于两回电源进线的情况，母线的分段开关可以用隔离开关如图4-2a)也可以用断路器如图4-2b)，一般情况下采用隔离开关

44、，但是分段开关需要带负荷操作或继电保护有要求时采用断路器。采用隔离开关时，当母线或母线隔离开关需要检修时，需将分段隔离开关断开后分段进行。若采用断路器分段，当母线或母线隔离开关需要检修时，除可分段检修外，还可以同时将母线分段断路器和进线断路器断开，来保证非故障部分连续供电。图4-2 母线分段接线方a) 用隔离开关分段 b) 用断路器分段4.1.3 方案比较和确定1. 单母线分段制：优点：可靠性和灵活性较高，并且接线简单、清晰、操作方便。当双回路同时供电时，正常情况下母线分段开关是打开的，一条回路发生故障，仅故障段母线停止工作，非故障段母线则可以继续工作。检修也可以分段进行，不致使全部负荷的供电

45、中断。缺点：断路器比较多，使用量大，投资大。当一段母线故障或者检修时，该段母线上的负荷就会中断供电，这样减少了系统的供电功率。2. 桥式接线：优点：使用的断路器相对较少，具有一定的可靠性和灵活性。能实现线路和变压器的充分利用。缺点：线路复杂，操作不便，不适用于主变压器经常投切的情况。为了适应水泥厂的长期发展和检修率综合考虑，本次设计采用单母线分段接线的电气主接线形式。主变压器低压侧出线至10kV进线柜采用母线桥连接，其它10kV进出线柜采用电缆连接。4.2 高压断路器高压断路器是供电系统中最重要的电气设备之一，当线路正常时，用来断开和接通负荷电路；当线路故障时，可切断巨大的短路电流，防止事故扩

46、大，保证供电系统安全运行。高压断路器可分为四种：真空断路器、六氟化硫（SF6）、油断路器和压缩空气断路器。较为常用的为前两种。4.2.1 高压断路器的基本要求断路器在供电系统中担任着十分重要的角色，不仅能通断负荷电流，还能断开短路电流，因此需要满足以下基本要求：1. 工作可靠性高，有足够强的开断能力；2. 切断时间尽可能短；3. 有良好的稳定性和足够的机械强度；4. 价格低，结构简单。4.2.2 高压断路器的技术参数断路器的主要参数如下：1. 额定电压。断路器长时间运行时的最高线电压； 2. 额定电流。铭牌上标明的断路器持续工作的电流；3. 额定开断电流。指断路器在额定电压下能够正常开断的最大

47、短路电流的有效值。4. 额定断流容量。表示断路器的开断能力。它和开端电流的关系为：4.2.3 高压断路器的选择与校验断路器选择：根据上章短路电流计算的结果可选择型号为：LW35-126的断路器。该型号断路器的技术参数如下表：表4-1 LW35-126参数参数名称单位数值额定电压kV126额定电流A3150额定短路开断电流kA40额定峰值耐受电流kA100额定短时耐受电流kA40额定短时持续时间S4断路器校验：1. 工作电压设备的额定电压不低于设备安装点的电网额定电压，即 因为 所以符合要求。 2. 工作电流断路器的额定电流应不低于线路的持续工作电流，即 因为 所以符合要求。 3. 分段能力 断

48、路器的额定断流容量应大于安装处的最大三相短路容量，才能使断路器在分段故障电流时不损坏。即 因为符合要求。4. 动、热稳定性动稳定性校验 要使断路器在通过最大短路电流时不损坏，就要求断路器的最大动稳定电流峰值不小于断路器安装处的短路电流冲击值，即 因为所以符合要求。热稳定性校验 当最大短路电流通过断路器时，断路器的最高温升不能超过允许的最高温度，即 ，t 分别为断路器热稳定电流及该电流所对应的热稳定时间，tj为短路电流持续的时间。 符合要求。4.3 高压隔离开关隔离开关是一种高压开关电器，俗称隔离刀闸，应与断路器配合使用。在供电系统中隔离开关的主要作用：隔离电源、通断小电流电器和倒闸操作。隔离开

49、关只能在断路器断开时操作。隔离开关分为室内和室外两种，本设计采用室外的4.3.1 隔离开关的基本要求1. 隔离开关应该具有适当的热稳定性和动稳定性。2. 与断路器之间要装设联锁机构，以杜绝隔离开关带负荷操作。3. 隔离开关应有明显的断开点，以便确定检修的设备是否与电网断开。4. 结构要尽量简单，断开点之间应有可靠的绝缘，以保证在恶劣的气候下也能可靠工作。4.3.2 隔离开关的技术参数隔离开关的主要技术参数1. 额定电压。指隔离开关的工作电压。2. 额定电流。指隔离开关长期运行时的工作电压。3. 热稳定电流。隔离开关在规定的时间内允许通过的最大电流。4. 动稳定电流。最大瞬时冲击短路电流。4.3

50、.3 隔离开关的选择与校验 隔离开关的选择综合各因素考虑，本设计选择型号为GW5-126的高压隔离开关。其主要参数如下表：表4-2 GW5-126参数额定电压额定电流动稳定电流热稳定电流额定短时持续时间126kV2000A80kA31.5kA4S隔离开关校验1. 工作电压与断路器的校验原则相同，很明显隔离开关的额定电压126kV大于安装点的电网额定电压110kA。因此符合要求。2. 工作电流与断路器的校验原则相同，隔离开关的额定电流2000A不低于电路的持续工作电流184.55A。符合要求。3. 动稳定性校验要使隔离开关在通过最大短路电流时不损坏，就要求隔离开关的最动稳定电流峰值不小于断路器安

51、装处的短路电流冲击值，即 因为 所以符合要求。 4. 热稳定性校验当最大短路电流通过隔离开关时，隔离开关的最高温升不能超过允许的最高温度，即 ，t 分别为隔离开关热稳定电流及该电流所对应的热稳定时间，tj为短路电流持续的时间。因为 所以符合要求。4.4 互感器互感器是一种特殊的变压器，它广泛用于电力系统中，向测量仪表和继电器的电压线圈或者电流线圈供电。互感器根据用途不同，可分为两种：电流互感器和电压互感器。电流互感器将回路中的大电流变换为小电流信号，供计量和继电保护用。电压互感器也是供计量和继电保护用，它将一次侧的高压降低为100V。4.4.1 电压互感器电流互感器选择原则1. 电流互感器的应

52、不小于安装点的额定电压；2. 其一次侧的额定电流应不小于线路最大工作电流的1.21.5倍；3. 电流互感器的动稳定性应满足（为厂家提供的稳定倍数）： 4. 电流互感器的热稳定性应满足： 式中 产品目录中给的热稳定倍数电流互感器一次侧电流热稳定时间电流互感器的选择与校验1. 选择型号为LCWD-110-(50100) (300600)/5的电流互感器。其参数如下表：表4-3 110kV侧电流互感器参数型号额定电流比（A）1s热稳定倍数动稳定倍数LCWD-110（300600）/5751502. 校验该电流互感器额定电压110kV与安装点的电压等级相同，由第二章得工作电流为185A，电流互感器额定

53、电流300A>185×1.2=222A，因此符合要求动稳定校验 符合要求；热稳定性校验由隔离开关的校验得 符合要求。4.4.2 电压互感器电压互感器的选择原则1. 电压互感器的额定电压与电力系统电网的额定电压相同。2. 由于电压互感器两侧都装有熔断器，因此不需要进行短路条件下的动、热稳定性校验。3. 电压互感器一次额定电压应与其接入电网的一次绕组所受电压U1之间的关系应满足： 电压互感器的接线型式有很多种，一般有以下几种：1. 一相式接线，电流线圈通过的电流反应一次电路的电流，用于负荷平衡的三相线路，可以1相反应3个相的电流。2. 两相V星型接线，即两相不完全星行接线。用于三相

54、的电流、电能测量和过电流继电保护。3. 两相电流差接法。4. 三相星行接线，接线中的三个电流线圈刚好反映各相电流，用于负荷不平衡的三相四线制。110kV侧电压互感器的选择经分析可选择型号为JCC-110的电压互感器，其参数如下表所示：表4-4 110kV侧电压互感器参数型号额定变比不同准确等级下额定容量（VA）最大容量（VA）1级3级JCC-11050010020004.5 线缆的选择本节主要对电缆和导线进行选择和校验。电缆由一根或多根相互绝缘的导体和外包绝缘保护层制成，将电力或信息从一处传输到另一处的导线。这里的导线电气设备之间的连接线。导线的作用是汇集、分配和传送电能。由于导线在运行中，有

55、巨大的电能通过，短路时，承受着很大的发热和电动力效应，因此，必须合理的选用导线材料和截面积以符合安全经济运行的要求。4.5.1 线缆材料的选择 电缆由线心、绝缘层和保护层组成。其中线心材料分为铝心和钢心。在本设计中电力电缆选用铜芯电缆，控制电缆选用屏蔽铜芯电缆。户内电缆沿电缆沟敷设或采用电缆桥架，电缆桥架布置于抗静电地板下。电缆出户外采用埋设穿管方式。导线则根据需要110kV配电装置的导线选择铜芯铝绞线，变压器10kV侧则选择铜母线桥。4.5.2 线缆截面积选择该设计选择按经济电流密度选择线缆的截面积。其计算公式为： 式中 经济截面， 流过母线的长时最大工作电流，A 经济电流密度， 110kV

56、变电所年最大负荷利用小时数在5000以上且线缆为钢芯，因此由电气的设备选择与校验中表6-4可知经济电流密度为2.0。因此110kV配电装置的截面积为： 4.5.3 110kV侧导线的选择与校验配合线路的导线参数，110kV配电装置的导线选择LGJ-300/25钢芯铝绞线。热稳定校验按最小稳定截面进行校验，即 式中 导线截面 最小热稳定面积 导线材料热稳定系数 短路电流热效应由工业与民用配电设计手册表5-9得C=171，因此，符合要求。第5章 防雷接地保护在供电系统的运行和电力设备的使用中，必须加强防范和提高安全意识，不然会造成人员伤亡和经济损失。防雷接地保护是在保证电气设备正常运行的同时，防止

57、触电事故发生的最为广泛的电气安全措施之一。5.1 变电所防雷设计 在供电系统中，过电压是绝缘破坏是造成系统故障的主要原因，其中一部分过电压是由雷击造成的，所以防雷保护也称雷电过电压的保护。变电所的防雷包括防直击雷和防线路侵入冲击波（即感应雷）的设计。根据运行经验表明，防直击雷一般装设避雷针或避雷线，而对线路侵入雷电冲击波的防护一般采用避雷器。5.1.1 防雷装置1. 避雷针避雷针由接闪器、引下线和接地极组成。当被保护物上空雷云的放电发展到距被保护物一定的高度时，避雷针的接闪器会使雷云的电场变畸形，引导雷云放电导向自身，再由其引下线和接地极将雷电流导入地中，从而避免了被保护物受到雷击。当需要保护的范围较大时，单独