kV变电站电气部分设计

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1、摘 要本次60kV变电站电气部分设计，首先对变电站变压器的负荷计算和无功补偿进行了系统的计算，其中通过对变电所的负荷状态和自然条件来对负荷计算进行系统的计算分析，而电容器组总容量的确定是对补偿电容器进行计算的前提条件。其次确定了主变压器的台数、型式和容量。对电气主接线的选择，通过计算分析，确定了接线方式。短路计算是本次电气设计重要的环节，因为它对电气主接线、电气设备、继电保护、接地方式的选择都起到了至关重要的作用。电气设备要从母线、断路器、隔离开关、互感器等几个方面选择出最佳方案。继电保护主要分为变压器差动保护、瓦斯保护、过电压保护、过电流保护，通过比较计算选择最好的保护方式。防雷保护是通过分

2、析计算来确定避雷针高度以及它的保护范围。最后确定变电站的配电装置和电气平面的总布置。关键词：变压器；短路计算；继电保护；防雷保护AbstractThe design of 60kv electric substation and transformer substation caculated the load calculation and reactive power compasition in the first place. Whats more, though the caculation of the substations load state and natural cond

3、itions,we can make a load caculation of the system. While,the determination of the total capacity of capacitors is the pre-condition to caculate the compensation capacity.In the second place, it makes sure of the number,tape and capacity of the main transform substation. The choice of main electrica

4、l wiring is through the caculation analysis to determine the connection mode.Short circuit caculation is the crucial link of the electrical design. Because it plays an important role in making thd choice of the way of grouding, electrical wring,electrical equipment and relay protection. The electric

5、 equipment must choose from the aspects of bus,breakers,isolating switch transformer as the best method. The relay protection is mainly devided into transformer differental protection,gas protection,overvoltage protection and overcurrent protection. We must choose the best way of protection by cacul

6、atingcomparantly. The lighting protection is to make sure of the range andthe height of the lighting by analysising and caculating.Last but notleast, we must make sure that the sustations electric and the distribution of electric plain.Key words：substation；short circuit computing；relay protection; l

7、ightning protection目 录第1章 绪论11.1我国电力行业发展概况11.2变电所的类型概述21.3变电所电气设备概述3第2章 负荷计算42.1 负荷计算简介42.2 负荷计算52.3无功补偿计算6第3章 主变压器的选择93.1 主变压器台数的确定93.2 主变压器型式的选用93.3 主变压器容量的确定103.4主变压器形式的选择11第4章 主接线的设计124.1 设计主接线的意义124.2 设计主接线的要求124.3 主接线的设计及论证14第5章 短路计算185.1 短路的原因185.2 短路的后果195.3 短路计算的目的195.4 对本设计进行短路计算20第6章 电气设备

8、的选择与校验236.1电气设备选择的基本要求236.2各种设备的选择24母线的选择24断路器选择29隔离开关选择32电流互感器选择3410kV 侧高压开关柜的选择37第7章结论40参考文献41致谢42第1章 绪 论随着各国电力工业的发展,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。为了解决这一问题,我国于2002年首先推出了以打破垄断,引入竞争为首的体制改革方案。预期将对发输供电效率的提升产生积极作用.当然,其他国家也都采取了相应的对策,有近50%的国家正在酝酿改革方案。为了促进电力工业的可持续发展,

9、保证西电东送工程的成功建设,满足各地区供电负荷的要求,实现安全供电,保证供电可靠性,地区变电所的建设将具有十分重要的意义。此外,由于各个地区区域环境的不同,并考虑到经济性和技术性的要求,以及各地区电压等级的不同,60/10kV变电所的建设也将具有不可忽视的作用。待设计变电所是60/10kV地区一般性变电所，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7回，重要负荷占总负荷的55%，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

10、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。通过毕业设计，可以培养我们运用所学知识解决实际问题的能力和创新能力，增强工程观念，以便更好地适应工作的需要。1.1我国电力行业发展概况我国电源建设发展迅速,我国电力行业持续快速发展。近些年来，我国总发电装机容量和发电量已经连续十年位居世界第二位随着总发电装机容量增长，增长率有所平缓，但仍保持了较高增长水平。 我国电网建设持续增

11、长,长期以来，我国电力工业“重发轻供”，电网发展严重滞后于电源发展，表现为输变电建设严重滞后于电源建设，配电网建设滞后于主网建设，负荷中心受端电网建设滞后于送端电网建设，电网累计投资占电力投资的比例约30%左右，远低于发达国家50%以上的水平。为解决此问题，国家今后将重点持续促进电网建设，以适应我国工业化及城市化建设的需要。特高压电网建设及坚强智能电网规划促进我国电力系统高质量发展，1)特高压电网建设，按照国家电网公司的规划，未来将建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网。在2020年前后，基本形成覆盖华北、华中、华东地区的特高压电网，满足跨大区跨流域输电、水火电互济调解和全

12、国能源资源优化配置的客观需要，实现“西电东送，南北互供”。特高压电网被称为“电力高速公路”，具有容量大、距离长、损耗低等优势。2009年1月，总投资约58亿元的我国首个特高压输变电工程晋东南-南阳-荆门1000kV交流特高压交流试验示范工程投入商业运营，标志着我国在特高压核心技术和设备国产化上取得了重大突破。坚强智能电网规划。1.2变电所的类型概述变电所有很多种分类方法，可以根据电压等级、升压或降压及在电力系统中的地位分类。根据变电所在系统中的地位可以分成以下几类： (1) 枢纽变电所 枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高、中压的几个部分，汇集有多个电源和多回路大容量的联络线，变电容

13、量大，电压为330500kV。全所停电时，将引起系统解列，甚至瘫痪。 (2) 中间变电所 中间变电所一般位于系统的主要环路线路中或系统主要干线的接口处，汇集有23个电源，高压侧以交换潮流为主，同时又降压给当地用户，主要起中间环节作用，电压为220330kV。全所停电时，将引起区域电网解列。 (3) 地区变电所 地区变电所以对地区用户供电为主，是一个地区或城市的主要变电所，电压一般为110220kV。全所停电时，将使该地区中断供电。 (4) 终端变电所 中断变电所位于线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，不承担功率转送任务，电压等级为110kV及以下。全所停电时，仅使其所供的用户中断供电

14、。 1.3变电所电气设备概述供电系统住承担输送和分配电能任务的电路，称为一次回路。一次回路中所有的电气设备称为一次设备。常用的高、低压一次设备是指断路器、负荷开关、隔离开关、电力变压器、仪用互感器、熔断器以及由以上开关电器及附属装置所组成的成套配电装置（高压开关柜和低压配电屏）等。 (1)高低压熔断器，熔断器的功能主要是进行短路保护，但有的熔断器也具有过负荷保护能。按限流作用分，熔断器可以分为限流式和非限流式两种。按电压等级分，有高压熔断器和低压熔断器两种。 (2)高压开关电器，1)高压隔离开关（文字符号位QS）的主要用途是隔离高压电源，保证电气设备和线路在检修时与电源有明显的断开间隙。隔离开

15、关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作，但可以用来通断一定的小电流。2)高压负荷开关（文字符号为QL），具有简单的灭弧装置，能通断一定的负荷电流，装有脱扣器时，在过负荷情况下可自动跳闸。负荷开关断开后，与隔离开关一样，具有明显可见的断开间隙，因此，它也具有隔离电源、保证安全检修的功能。但是不能断开短路电流，必须与高压熔断器串联使用，借助熔断器来切除短路电，3)高压断路器（文字符号为QF）除在正常情况下通、断负荷电流外，还可在电力系统发生短路故障时与继电保护装置配合，自动、快速的切除故障，保证电力系统第2章 负荷计算2.1 负荷计算简介负荷计算的概念通过对已知用电设备组的设备容量进行统计计算

16、求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的最大负荷值，称为计算负荷。按计算负荷选择的电力变压器、电气设备、电线电缆如以最大负荷持续运行其发热温度不超出允许值，因而不会影响其使用寿命。负荷计算的目的及意义计算负荷是设计时作为选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量开关电器及互感器等的额定参数的依据。电力负荷的正确计算非常重要，它是正确选择供电系统中导线、开关电器及变压器等的基础，也是保障供电系统安全可靠运行必不可少的重要一环。在方案设计与初步设计时，其电力负荷计算过小或过大，都会引起严重的后果。如果电力负荷计算过小，就会引起供电线路过热，加速其绝缘老化；同时，还会过多损耗能量，引起电气线

17、路走火，引发重大事故。而电力负荷计算过大，将会引起变压器容量过剩，以及供电线路截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护的灵敏度，与此同时，电力负荷计算过大还增加了投资。2.2 负荷计算负荷计算变电所所带总有功负荷： =5000+4000+3500+2500+2500+4000+4500+2500+2000 =30500KW考虑同时系数后有功负荷为：变电所所带的总无功负荷为：考虑同时系数后的无功负荷为：序号用户名称最大负荷（kw）cos回路数附注Tmax(h)近远1红旗机械厂300050000.82有重要负荷50002农机厂200040000.82有重要负荷50003电视机

18、厂200035000.82有重要负荷55004农电一号150025000.81有季节性重要负荷40005农电二号150025000.81有季节性重要负荷40006市区一号150040000.82有重要负荷45007市区二号200045000.82有重要负荷45008市区三号200025000.81类负荷45009食品厂150020000.81类负荷5000变电所容量：重要负荷占总负荷的55%0.9无功补偿满足要求表3.1其参数如下表型号额定电压(KV)标准容量（KVvar）标准电容（）频率（HZ）相数BNM10.5-200-1W10.52005.77501有功损耗：无功损耗：变压器高压侧有功为

19、：变压器高压侧无功为：补偿前功率因数：其中：有功同时率无功同时率待设计变电所要求功率因数：0.750.9无功补偿满足要求第3章 主变压器的选择3.1 主变压器台数的确定本变电站为一座降压变电站，在系统中起着汇聚和分配电能的作用，担负着向该地区工厂和农村供电的重要任务，地位比较重要。根据电力系统设计技术规程SDJ16185有关规定和审批的电力系统规划设计决定进行。凡装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%80%，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负荷。为保证供电的可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，

20、因此本次设计装设两台主变压器，采用暗备用的方式。3.2 主变压器型式的选用变电所的主变压器一般采用三相变压器。变电所中的主变压器在系统有调压要求时，一般采用有载调压变压器可以带负载调压，有利于变压器的经济运行。因此，在新设计的变电所中，大都采用这种型式的变压器。与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或与高中压间潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需作技术经济比较。变压器容量装有两台变压器的变电站，采用暗备用的方式，当其中一台因故障断开时，另一台主变的容量应满足全部负荷的70%，考虑变压器的事故的过负荷能力为40%，则可保证80%负荷供电。绕组数和接线组别的确定该变电站有两个电

21、压等级，所以选用双绕组变压器，接线方式必须与系统电压相位一致，否则不能并列运行60V以上电压，变压器绕组采用连接，10kV采用连接。冷却方式 主变压器一般采用的冷却方式有：自然冷风、强迫油循环冷风、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选油浸风冷冷却方式。所以选用两台型双绕组电力变压器，采用暗备用方式。3.3 主变压器容量的确定根据35110kV变电所设计规范主要变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。主要选择原则：主变容量选择一般应按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城

22、郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。根据变电站带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变应能保证全部负荷的70%。同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太高多，应从全网出发，推行系列化、标准化。装有两台主变压器的变电站，每台主变压器容量应同时满足以下两个条件： （1）任意一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的60%70%的需要，即=(0.60.7)（2）任意一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即在前面的设计中，已经采用了无功补偿装置，因此，补偿后变电所低压

23、侧的视在计算负荷为 =56.07因此，主变压器容量应大于56.07，可选择603.4主变压器形式的选择（1）主变压器相数的确定在330及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。（2）主变压器绕组形式的确定本设计中只有110和10两种电压等级，故采用双绕组变压器。变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，我国110及以上电压，变压器绕组都采用星接，110也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35及以下电压，变压器绕组都采用角接

24、。根据本次设计内容可以确定，高、低两侧绕组分别采用星接和角接，其中高压侧的中性点经消弧线圈接地。（3）主变压器调压方式的确定变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无载调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变压器分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可带负荷调节。但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，有两台主变压器并列运行，所以应选用无载调压变压器。综合以上分析，结合技术分析对比及经济可靠性分析对比，本所宜采用SZ9-6300/110型三相双绕组有载调压变压器，其容量以及技术参数如下：主变

25、容量： =60型号： 三相双绕组有载调压降压变压器 阻抗电压： 10.5%联接组别： Y/-11台数： 两台第4章 主接线的设计变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变电站、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。用规定的图形符号按工作顺序排列，表示电气设备或成套装备的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。4.1 设计主接线的意义主接线是电力系统接线的主要部分，是变电站

26、电气设计的首要部分，它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。主接线的设计是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。4.2 设计主接线的要求电气主接线设计应满足安全性、可靠性、灵活性、经济性四项基本要求，其具体要求如下： 首先，变电站的安全性应符合国家标准和有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。具体要求如下：（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷

27、侧，必须装设高压隔离开关；（2）在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设低压隔离开关；（3）在装设高压熔断器、负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离隔离开关；（4）35及以上的线路末端，应装设与隔离开关连锁的接地刀闸；（5）变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关；接与变压器引出的避雷器，不宜装设隔离开关。其次，要考虑变电站在电力系统中的地位和作用、所采用的设备的可靠性以及结合一次设备和二次设备在运行中的可靠性进行综合分析。具体要求如下：（1）断路器检修时不应影响供电。检修时，应能保证安全、可靠的供电；（2）断路器或母线

28、故障以及母线检修时，尽量减少停运出线回数及停电时间，并且要保证全部一级负荷和部分二级负荷的供电；（3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。防止系统解裂；（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。此外，主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活要求。从系统的长远规划来设计，应满足灵活性要求。其具体要求如下：（1）调度时应该可以灵活地投入和切除发电机、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以及特殊运行方式下的系统调度要求；（2）检修时可以方便地停运断路器、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车间的供电；（3）扩建时可以容

29、易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停运时间最短的情况下，投入新装机组，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最少。主接线满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。其具体要求如下：（1）主接线力求简单，节省断路器、隔离开关、避雷器等一次设备；（2）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；（3）35及其以下终端或分支变电所可采用简易电器；（4）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）合理地选择电气设备的种类、容量、数量，要避免设备增加电能损失。4.3 主接线的设计及论证定义：根据电能输送和分配的要求，表示主要电气设备相互之间的连

30、接关系，以及本变电站(或发电厂)与电力系统的电气连接关系，通常以单线图表示。电气主接线中有时还包括发电厂或变电站的自用电部分，常称作自用电接线。电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。 本设计采用两种接线选择：单母线分段方式，双母线方式优点:1、具有单母线接线简单、清晰、方便、经济、安全等优点。2、较之不分段的单母线供电可靠性高，母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围缩小了一半。与用隔离开关分段的单母线接线相比，母线或母线隔离开关短路时，非故障母线段可以实现完全不停电，而后者则需短时停电。3、

31、运行比较灵活。分段断路器可以接通运行，也可断开运行。4、可采用双回线路对重要用户供电。方法是将双回路分别接引在不同分段母线上。缺点： 1、任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时，连接在该分段母线上的所有进出回路都要停止工作，这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点。2、检修任一电源或出线断路器时，该回路必须停电。这对于电压等级高的配电装置也是严要缺点。因为电压等级高的断路器检修时间较长，对用户影响甚大。双母线接线优缺点分析：优点：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

32、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；可利用母联断路器代替引出线断路器工作，使引出线断路器检修期间能继续向负荷供电。2、灵活性好。为了克服上述单母线分段接线的缺点，发展了双母线接线。按每一回路所连接的断路器数目不同，双母线接线有单断路器双母线接线、双断路器双母线接线、一台半断路器接线（因两个回路共用三台断路器，又称二分之三接线）三种基本形式。后两种又称双重连接的接线，意即一个回路与两台断路器相连接，在超高压配电装置中被日益广泛地采用。缺点：设备增多，投资大，占地面积大，操作复杂，配电装置布置复杂。综上所述，单母线分段选为此变

33、电所的主接线形式。两种接线方式比较图4.1 低压侧采用单母线分段主接线图图4.2 低压侧采用双母线主接线图单母线分段方式优缺点分析：优点:1、具有单母线接线简单、清晰、方便、经济、安全等优点。2、较之不分段的单母线供电可靠性高，母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围缩小了一半。与用隔离开关分段的单母线接线相比，母线或母线隔离开关短路时，非故障母线段可以实现完全不停电，而后者则需短时停电。3、运行比较灵活。分段断路器可以接通运行，也可断开运行。4、可采用双回线路对重要用户供电。方法是将双回路分别接引在不同分段母线上。缺点： 1、任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时，连接在该分段母线上的所有进

34、出回路都要停止工作，这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点。2、检修任一电源或出线断路器时，该回路必须停电。这对于电压等级高的配电装置也是严要缺点。因为电压等级高的断路器检修时间较长，对用户影响甚大。双母线接线优缺点分析：优点：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；可利用母联断路器代替引出线断路器工作，使引出线断路器检修期间能继续向负荷供电。2、灵活性好。为了

35、克服上述单母线分段接线的缺点，发展了双母线接线。按每一回路所连接的断路器数目不同，双母线接线有单断路器双母线接线、双断路器双母线接线、一台半断路器接线（因两个回路共用三台断路器，又称二分之三接线）三种基本形式。后两种又称双重连接的接线，意即一个回路与两台断路器相连接，在超高压配电装置中被日益广泛地采用。缺点：设备增多，投资大，占地面积大，操作复杂，配电装置布置复杂。综上所述，单母线分段选为此变电所的主接线形式。第5章 短路计算工厂供电系统要求正常的地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产的正常进行。然而，系统中难免出现故障，最常见的故障就是短路，同时，短路是电力系统的严重故障，它会破坏电力系统

36、对用户正常供电和电气设备的正常运行。5.1 短路的原因所谓短路，就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。造成短路的主要原因有：（1）电气设备绝缘损坏 这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘自然老化造成的；也可能是由于设备本身质量低劣、绝缘强度不够而被正常电压击穿；或者设备质量合格、绝缘合乎要求而被过电压击穿；或者是由于设备绝缘受到了外力损伤而造成的。（2）有关人员误操作 这种情况多是由于操作人员违反安全操作规程而发生的，例如带负荷拉闸或将低电压设备接入较高电压的电路中而造成击穿短路。（3）鸟兽为害事故 鸟兽跨越在裸露的相线之间或者相线与接地物体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘

37、，从而导致短路。电力系统中，可能发生短路有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但三相短路的短路电流最大，造成的危害也最为严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作，因此短路计算中以三相短路计算为主。不对称短路也可以按对称分量法将不对称的短路电流分解为对称的正序、负序和零序分量，因此，本次设计对系统进行对称的三相短路分析计算。5.2 短路的后果短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多，短路电流可对供电系统产生极大的危害：（1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件受到破

38、坏和损害，甚至引发火灾事故。（2）短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。（3）短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。（4）不对称短路的短路电流将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通讯线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短

39、路电流时不致破坏。5.3 短路计算的目的在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，这些问题主要是：（1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据。（2）为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。（3）在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行短路计算。5.4 对本设计进行短路计算取基准容量为,基准电压（单位为）为，由公式可以计算出基准电流（单位为），由公式，

40、可以计算出基准电抗（单位为）。计算出基准值如下表5.1。表5.1 基准值取值表额定电压1060基准电压10.563基准电流5.500.91基准电抗1.1039.69（1）计算变压器的电抗的标幺值：（2）计算线路的短路电抗标幺值：（3）画短路系统电抗标幺值等效电路图5.1图5.1 系统电抗标幺值等效电路图（4） 计算最大运行方式下短路电流和短路容量：60侧，点短路时：短路系统总电抗标幺值为： 三相短路电流周期分量有效值为：三相短路电流稳态值：三相短路冲击电流最大值：三相短路冲击电流有效值： 三相短路容量： 10侧，点短路时：短路系统电抗标幺值为：三相短路电流周期分量有效值为：三相短路电流周期分量

41、稳态值为：三相短路冲击电流最大值：三相短路冲击电流有效值：三相短路容量：（5）计算最小运行方式下短路电流和短路容量：60侧，点短路时：短路系统总电抗标幺值为： 三相短路电流周期分量有效值为：三相短路电流稳态值：三相短路冲击电流最大值：三相短路冲击电流有效值： 三相短路容量： 10侧，点短路时：短路系统电抗标幺值为：三相短路电流周期分量有效值为：三相短路电流周期分量稳态值为：三相短路冲击电流最大值：三相短路冲击电流有效值：三相短路容量：第6章 电气设备的选择与校验电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。电气设备的选择是变电所及输、配电线路正常和故障状态下工作要求的合理的电器，以保证

42、系统安全、可靠经济的运行条件。电力系统中的各种电气设备，由于用途和工作条件各异，它们的具体选择方法也就不尽相同，但从基本要求来说，却是相同的，电气设备要能可靠的工作，必须按照正常的工作条件进行选择，按短路条件校验，其动、热稳定性。6.1电气设备选择的基本要求 选择项目的说明：（1）按正常工作条件进行选择1.按额定电压选择在选择设备时，一般按照导体和电器的额定电压不低于安装地点电网额定电压的条件选择，即。2.按额定电流选择在规定的周围环境温度下，导体和电器的额定电流应不小于流过设备的最大持续工作电流，即。（2） 按短路条件校验1.短路稳定条件校验的一般原则：电气在选定后应按最大可能通过短路电流进

43、行动、热稳定校验。校验的短路电流，一般可取三相短路电流。2.按短路热稳定校验短路热稳定校验就是要求所选择的导体和电器，当短路电流通过它时，所能达到的最高温度不应超过导体和电器的短时发热最高允许温度，即要求或式中 短路电流热效应 导体和电器允许的短时热效应 时间内导体和电器允许通过的热稳定电流 导体和电器的热稳定时间3. 短路动稳定校验满足动稳定的条件为： 或 式中 、短路冲击电流幅值及有效值 、导体和电器允许通过的动稳定电流幅值及有效值4.短路电流的计算条件校验短路热稳定和开关电流时，必须合理的确定短路计算时间。短路计算时间为继电保护动作时间和相应断路器的全分闸时间之和，即 （7-1）本次设计

44、在校验时，短路计算时间 对于开断电器（如断路器、熔断器等），应能在最严重的情况下开断短路电流。故电器的开断计算时间是从短路瞬间开始到短路器灭弧触头分离的时间。其中包括主保护动作时间和断路器固有分闸时间，即6.2各种设备的选择母线的选择常用导体材料有铜、铝和铝合金。铜的电阻率低、强度大、抗腐蚀性强，是很好的导体材料。铝的电阻率为铜的1.72倍，但密度只有铜的30%，我国铝的储量丰富、价廉，因此，一般采用铝或铝合金材料作为导体材料。常用的硬导体截面有矩形、槽形和管形。矩形导体散热条件好，便于固定和连接，但集肤效应较大。为避免集肤效应系数过大，单条矩形截面最大不超过12502。当工作电流超过最大截面

45、单条导体允许载流量时，可将24条矩形导体并列使用，但多条导体并列的允许电流并不成比例增加，故一般避免采用4条矩形导体并列使用。导体截面选择1.导体截面选择的一般要求裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择和校验：（1）工作电流（2）经济电流密度（3）电晕（4）动稳定或机械强度（5）热稳定 2.回路持续工作电流选择 （7-1）式中 正常工作时的最大持续工作电流 相应于导体在某一运行温度,环境条及安装方式下长期允许的载流量按经济电流密度选择 ：除配电装置的汇流母线以外；对于全年负荷利用小时数较大，母线较长，传输容量较大的回路，均应按经济电流密度选择导体截面。按经济电流密度选择导体截面可使年

46、计算费用最低。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数Tmax ，将有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度。各种铝导体的经济电流密度截面积： （7-2） 式中 正常工作时的最大持续工作电流S经济截面积经济电流密度应尽量选择接近所计算的标准截面，当无合适规格的导体时，为节约投资，允许选择小于经济截面的导体。电晕电压校验：电晕放电将引起电晕损耗、无线电干扰、噪声和金属腐蚀等许多不利影响。对于110kV及以上裸导体，可按晴天不发生全面电晕条件校验，即裸导体的临界电压Ucr应大于最高工作电压Umax ，即Ucr Umax热稳定校验：按照上述情况选择的导体截面积，还应校验其在短路条件下的热

47、稳定。裸导体热稳定校验的公式为（7-3）式中 所选导体截面积根据热稳定条件决定的导体最小允许截面积短路电流热效应集肤效应系数热稳定系数动稳定校验式中： 导体最大相间应力（Mpa）导体材料允许应力（Mpa）注：硬铝允许应力为69 Mpa，硬铜允许应力为40 Mpa。式中 导体所受的最大弯距（N.m） 导体对垂直于作用力言论自由轴的截面系数（m3）式中 单位长度导体上的受相间电动力（N/M）导体支柱绝缘子间的跨距（M）式中 短路冲击电流（A）矩形导体厚度（m） 矩形导体宽度（m） 相间距 （m）注：本设计根据选用的高压开关柜，所取距离。母线的校验分软母线和硬母线。软母线只校验热稳定性，而硬母线就应

48、该校验热稳定性和动稳定性。设计中60KV侧是户外系统，选择软母线。10KV侧选择硬母线。60kV侧母线的选择：最大工作电流：考虑两台变压器并列运行：修正系数其中：导体长期发热允许最高温度导体额定环境温度安装地点实际环境温度经过修正后的电流根据载流量选择LGJ185同时为了管理的要求60KV的母线都使用LGJ185导线。度在选择时同样使用经济截面分析10kV侧最大工作电流：查表：j=0.9A/ 选择1258矩形铝导体单条水平放置。1258单条矩形铝导体水平放置长期允许载流量1876A1443A动稳定校验:选取绝缘子的跨度L为开关柜的宽度L=1.2m，相间距离a=a0.25m.在短路电流作用下单位

49、长度所受最大动力为：因为母线采取水平放置，其截面系数：母线材料的最大计算应力为：查手册得铝硬母线的允许应力为：满足动稳定要求根据以上校验，所选母线满足要求。断路器选择断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起到保护作用。 对于断路器型式的选择，除应满足各项技术要求和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经经济比较后确定。该变电所所选的是六氟化硫断路器，其综合条件满足要求，而且六氟化硫断路器是目前的主流产品。断路器种类和型式的选择：按照断路器采用的灭弧介质和灭弧

50、方式，一般可分为：多油式短路器、少油式断路器、压缩空气高压断路器、SF6断路器、真空断路器等。60kV侧断路器的选择根据资料60kV侧可以选择少油断路器、真空断路器和SF6断路器。在现代化的变电所中一般选择SF6断路器，因为它的可靠性很高、运行稳定、寿命长等。按额定电压选择高压断路器的额定电压应大于或等于所在电网的额定电压,即按额定电流选择高压断路器的额定电流应大于或等于最大持续工作电流，即最大持续工作电流为 （A）按开断电流选择高压断路器的额定电流开断电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量，即当断路器的较系统短路电流大很多时，为了简化计算，也可用次暂态电流进行选择，即根据60kV侧断路

51、器的、的要求，查电力工程电气设备手册电气一次部分，选用LW963断路器。热稳定校验：断路器的额定短时耐受热量应不小于短路期内短路电流热效应，即动稳定校验断路器的额定峰值耐受电流应不小于三相短路时通过断路器的短路冲击电流幅值，即：最大持续工作电流型号额定电压（KV）最高电压（KV）额定电流（A）额定开断电流（KA）额定关合电流（KA）（峰值）4s热稳定电流（KA）额定动稳定电流（KA）峰值）LW9636372.5100031.58031.580表7.2 LW963型断路器参数见下表型号额定电压(KV)最高工作电压(KV)额定电流（A）额定短路开断电流（KA）LW9-636372.5250031.

52、5额定短路关合电流（KA）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）合闸时间（S）分闸时间（S）808031.50.150.03依照最大工作电流选择的设备的型号为：选择：LW963型断路器 按关合电流选择在断路器合闸之前，若线路上已经存在短路故障，则在断路器合闸过程中，动、静触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。表7.3断路器校验表计算数据LW96360KV隔离开关选择隔离开关也是发电厂和变电所中常用的电器，兔需与断路器配套使用。但隔离开关无灭行装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。种类和型式的选择：隔离开关的型式较多，按安装地点不同，可分位为

53、屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式。隔离开关的选择除了不校验开断、关合电流以外，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。60KV侧隔离开关的选择：本设计方案60KV侧采用户外式GW463型隔离开关。为了便于储备元件均选用同类型的隔离开关， GW系列的隔开关系列较全，双柱式，可高型布置，重量较轻，可手动，电动操作。按额定电压选择：高压断路器的额定电压应大于或等于所在电网的额定电压，即按额定电流选择：高压断路器的额定电流应大于或等于最大持续工作电流

54、，即最大持续工作电流为 （A）热稳定校验：断路器的额定短时耐受热量应不小于短路期内短路电流热效应，即动稳定校验：断路器的额定峰值耐受电流应不小于三相短路时通过断路器的短路冲击电流幅值，即根据60KV侧隔离开关的、的要求，查电力工程电气设备手册电气一次部分，选用GW463隔离开关。隔离开关的选择出了不校验开断电流以外，其余与断路器的选择相同，因为表7.4 隔离开关的参数表型号额定电压（KV）额定电流（A）热稳定电流（4s）（KA）动稳定电流（峰值）（KA）GW4636060015.850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

55、器选择时的计算数据完全相同。所选隔离开关为： 四 电压互感器选择1. 按装置种类和型式选择电压互感器的装置种类和型式应按照安装地点和使用条件进行选择。对于35至110kV配电装置，宜采用电磁式电压互感器。对于3至20 kV室内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器，布置在高压开关柜中或者地区狭窄的地方。2. 接线方式的选择在满足二次电压和负荷要求的条件下，电压互感器应采用简单接线。3. 一次回路电压选择为了保证电压互感器的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（0.91.1）范围内变动，即0.94. 容量和准确级选择由于电压互感器与电网并联。当

56、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。本设计选用JCC-60型电压互感器有关技术数据。 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。选择JDCF-63型电压互感器表7.5 JDCF-63型电压互感器参数表类型最大容量额定电压(KV)剩余电压绕组二次负荷(VA)JDCF63型2000VA初级绕组次级绕组0.1/30.2级0.5级3P级1级66/30.1/350400100400电流互感器选择1. 电流互感器的作用（1）将一次回路的大电流变为二次回路标准的小电流（5A或1A），使测量仪表和保护装

57、置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装。（2）使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均为接地，从而保证了设备和人身的安全。2.电流互感器应按下列技术条件选择一次回路额定电压和电流的选择电流互感器一次回路额定电压和电流应满足式中 电流互感器一次额定电压 电流互感器一次额定电流3.二次额定电流的选择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，为能使电流互感器能多带二次负荷或减小电缆截面，提高准确级，应尽量采用1A。4.电流互感器种类和型式的选择在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支柱式

58、、装入式）选择其型式。选用母线型时应注意窗口尺寸。5.电流互感器准确级和额定容量的选择为了保证测量仪表的准确级，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。例如：装于重要回路（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等）中的电能表和计费的电能表一般采用0.51级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表一般皆用11.5级的，相应的电流互感器应为0.51级。6.热稳定校验电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的一次额定电流倍数来表示，故热稳定应按下式校验 （t=1） 7.动稳定校验电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的一次额定电流最大值的动稳定倍数表示来校验，故内部动稳定可用下式校验：60KV侧电流互感器选择屋外支持式。表7.6电流互感器的参数表型号额定电流比（A）二次组合准确级二次额定输出（VA）短时热电流（KA）动稳定电流（KA）20600/50.5/D0.53075115D20根据电力设备手册中规定35kV 及以下配电装置，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。按一次额定电压和电流选择：热稳定校验：