110kv变电站设计—本科课程设计

'供配电课程设计目录1绪论12设计原始资料及负荷计算22.1原始资料22.2负荷计算的概念32.3利用需用系数法进行负荷统计33主变压器的确定53.1主变压器的容量和台数的选择53.2容量的计算和条件53.3近期与远景容量问题53.4变压器型式的选择63.4.1相数绕组数量和连接方式的选择63.4.2主变阻抗和调压方式选择63.4.3容量比、冷却方式、电压级选择74电气主接线设计84.1电气主接线的设计原则84.1.1考虑变电站在系统中的地位和作用84.1.2分期和最终建设的规模84.1.3所址条件84.2电气主接线设计的基本要求84.2.1可靠性84.2.2灵活性94.2.3经济性94.3各电压级主接线型式选择104.3.1110kV主接线方案比较104.3.235kV主接线方案比较104.3.310kV主接线方案比较114.4最优方案确定114.4.1技术比较114.4.2经济性比较125短路电流计算135.1短路电流计算的目的135.2短路电流计算的一般规定135.2.1计算的基本情况135.2.2接线方式1346 供配电课程设计5.2.3计算容量135.2.4短路种类135.2.5短路计算点145.3短路电流的计算方法：145.4短路电流的计算结果145.4.1变压器参数的计算155.4.2对110kV侧母线即短路点d-1的短路计算165.4.3对35kV侧母线即短路点d-2的短路计算165.4.4对10kV侧母线即短路点d-3的短路计算176电气设备的选择与校验186.1电气设备选择的一般条件186.2选择导体和电气设备的一般原则186.3导体的选择186.3.1母线型号选择186.3.2材料的选择186.3.3母线截面积的选择186.4电气设备的选择206.4.1断路器选择206.4.2隔离开关的选择216.4.3电压互感器选择226.4.4电流互感器选择236.5电气设备的校验246.5.1校验的一般原则246.5.2断路器的校验256.5.3隔离开关的校验276.5.4电压互感器的技术数据296.5.5电流互感器的技术数据296.6电气设备表307变电站的防雷保护317.1避雷器原理317.2避雷器应满足的基本要求317.3直击雷的保护327.4雷电侵入波的保护327.5避雷器的选择32总结33致谢3446 供配电课程设计参考文献35附录A3646 供配电课程设计1绪论我国变电站按电压等级可分为超高压、高压、中压变电站和低压变电站。电压在330kV以上的称为超高压；电压高于10kV低于330kV的称为高压；电压为1~10kV的称为中压；电压在1kV以下的称为低压。按供电对象的差异可分为城镇变电站、工业变电站和农业变电站。根据其在电力系统中的地位和作用，可分为枢纽变电站、中间变电站、区域变电站、企业变电站和末端变电站。目前，我国变电站按电压等级分为35kV变电站、110kV变电站、220kV变电站和500kV变电站。电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，是构成电力系统的主要环节。主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。电气主接线设计的基本要求包括可靠性、灵活性和经济性三方面。主接线的基本接线形式：有汇流母线接线形式分为单母线接线、双母线接线和3/2接线；无汇流母线的接线形式有桥形接线、角形接线和单元接线。选择主变压器形式和结构的选择原则，应考虑以下问题。1、相数。2、绕组数和结构。3、绕组联结组号。4、阻抗和调压方式。5、冷却方法。46 供配电课程设计电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。按正常工作条件选择电气设备，1、额定电压：电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压。2、额定电流：不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流。3、环境条件：安装地点环境如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施；按短路状态校验，1、短路热稳定校验：短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度应不超过允许值。2、点动力稳定校验：电气设备允许通过的热稳定电流的幅值及其有效值大于等于短路冲击电流幅值及其有效值。本次设计的目的是，掌握变电站及电气主系统设计的方法、步骤，负荷计算，短路电流的计算方法，电气设备的选择校验方法，防雷设计等设计方法，使获得设计变电站一次部分的工程训练。变电站一次部分设计是强电类专业学生应具备的一项基本能力，进行本设计可以使学生对所学的专业知识融会贯通，提高学生应用专业知识解决工程实际的能力。2设计原始资料及负荷计算2.1原始资料该所位于ZY市郊的工矿企业集中区的中心，为满足该地区经济发展人民生活需要，决定在此建设此区域性变电所。根据电力系统规划，本变电所的规模如下：电压等级：110/35/10kV线路回数：110kV近期2回，远景发展2回。35kV近期5回，远景发展2回。10kV近期12回，远景发展2回。该变电所位于ZY县东南郊，交通便利，变电所的西边为10kV负荷密集区，主要有棉纺厂，食品厂，印染厂，针织厂，柴油机厂，橡胶厂及部分市区用电。变电所以东主要有35kV的水泥厂，耐火厂及市郊其它用电。该变电所所址区海拔200m地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊阔，架设方便，全线为黄土层地带，地耐力为2.4kg/cm？，天然容重γ=2g/cm,内摩擦角θ=23°,土壤电阻率为100Ω·cm变电所保护地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。气象条件：年最高气温＋40℃,年最低气温－20℃，年平均温度＋15℃,最热月平均最高温度＋32℃,最大复水厚度ｂ＝10cm，最大风速25m/s。表2-135kV负荷表格46 供配电课程设计电压等级负荷名称最大负荷MW负荷组成(﹪)自然力率Ｔmax(h)线长(km)近期远景一二35kV郊一235300.91212郊二2.53.55300.92116水泥厂11.5215300.91320水泥厂21.5215300.9520耐火厂11.515300.9718备用12.50.91815备用22.50.91615在35kV负荷中水泥厂和耐火厂的一类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短、水泥质量下降和一定的经济损失，因此要尽可能保证其供电可靠性。46 供配电课程设计表2-210kV负荷表格电压等级负荷名称最大负荷MW负荷组成(﹪)自然力率Ｔmax(h)线长(km)近期远景一二10kV棉纺厂122.520400.7555003.5棉纺厂222.520400.7555003.5印染厂11.5230400.7850004.5印染厂21.5230400.7850004.5毛纺厂2220400.7550002.5针织厂11.520400.7545001.5柴油机厂11.5225400.840003柴油机厂21.5225400.840003橡胶厂11.530400.7245003市区11.5220400.825002市区21.5220400.825002食品厂1.21.515300.840001.5备用11.50.78备用21.50.78在10kV负荷中，印染厂、柴油机厂、毛纺厂、橡胶厂、市区一类负荷比较大；若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，对市区医院则造成不良政治和社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，必须保证其供电可靠性。2.2负荷计算的概念46 供配电课程设计计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电气设备或导体的依据。平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.3利用需用系数法进行负荷统计1)需用系数是用电设备实际所需要的功率与额定负载时所需的功率的比值，用公式表示为（2-1）——用电设备实际所需功率——用电设备额定功率需要系数的大小要综合考虑用电设备的负荷状态、工作制(连续、短时、重复短时工作)和该类设备的同时工作几率等方面的因素。一般是根据实验统计后取平均值。需要系数的计算分步进行:(1)计算各电动机和其它电气设备的额定所需功率。(2)选择计算工况，并确定各工况下所需使用的电气设备。(3)估计各辅机和各电气设备实际使用功率，了解使用情况并确定需要系数。(4)计算各电气设备的所需功率，并计算总功率。(5)考虑5%的电网损失，计算所需总功率。(6)选择发电机组，计算各工况下发电机的负荷百分率。一般发电机组应有10%-20%的功率余量，因此发电机负荷度不超过80%-90%。2)综合最大计算负荷Sjs的计算方法。各侧Sjs的计算(35kv和10kv)Sjs=Kt＇()(1+α%)（2-2）单位为KVA或MVA.Pimax是各出线的最大负荷，COSФt是各出线的功率因数。Kt＇为同时系数35kV侧取0.9-0.95，6-10kV侧取0.85-0.9。α46 供配电课程设计%=5%为线损率。3)三绕组负荷Sjs的计算：Sjs=35kV侧的负荷Sjs=0.9()(1+5%)=17.85MVA10kV侧的负荷Sjs=0.85()(1+5%)=30.582MVA.Sjs总=Kt＇(17.85+30.582)=0.85(17.85+30.582)=41.167MVA3主变压器的确定3.1主变压器的容量和台数的选择(1)主变容量选择一般按变电所建成以后5-10年的规划符合选择，并适当考虑到远期10-20年的发展。对城郊变电站，主变容量应与城市规划相结合。46 供配电课程设计(2)根据变电站带负荷的性质和负荷电网结构来确定主变容量。对有重负和的变电站应考虑一台主变停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应该保证用户的一、二级负荷；对一般性变电所点一台主变停运时，其余主变应能保证全部负荷的60%。(3)对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装设两台变压器为宜。(4)对地区性孤立的一次变或大型工业专用变电所，设计时应考虑有装设三台的可能性。(5)对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。台数选择由以上分析应选择两台。3.2容量的计算和条件容量Se的选择计算:(1)选择条件：nSeSjsSjs-综合最大计算负荷,n为主变压器的台数(2校核条件：(n-1)Se0.6Sjs(3-1)(n-1)SeS1+S2(S1,S2为一二类负荷).(3-2)由选择条件nSeSjs总(n=2)可得2Se41.167MVA故该变压器容量可暂定为31.5MVA.校验a.(2-1)Se=31.5>0.6Sjs总=0.6*41.167MVA(3-3)b.(2-1)Se=31.5>S1+S2=23.047MVA.满足要求。(3-4)3.3近期与远景容量问题按照上述计算结果是5-10年规划的最终变电所的台数与容量，近期容量问题实际值为S近期=0.85(S1+S2)S1为35kV侧近期负荷，S2为10kV侧近期负荷S1=0.9()(1+5%)=8.925S2=0.9(46 供配电课程设计)(1+5%)=25故S近期总=0.85（8.925+25）=29.2<31.5MVA一台主变可满足近期负荷的需要，施工时可先装设一台，但是在平面布置时，土建部分在工期工程中要全部竣工，二期只需要电气设备安装。3.4变压器型式的选择3.4.1相数绕组数量和连接方式的选择当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电所均应选用三相变压器。依据以上原则：此110kV变电站应选用三相变压器。（1）绕组数量选择原则：在具有三种电压等级的变电所中，如通过各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三绕组变压器。（2）绕组连接方式：变压器绕组的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“Y”和“⊿”。高中低三侧绕组如何组合，要根据具体工程来定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用“Y”型连接，35kV亦采用“Y”型。35kV以下电压变压器绕组都采用“⊿”型连接。ZY110kV变电站电压等级为110/35/10kV，接线方式采用Y/Y/⊿接线方式。3.4.2主变阻抗和调压方式选择（1）阻抗选择原则：变压器的阻抗实质时绕组漏抗。漏抗的大小，取决于变压器的结构和采用的材料，当变压器的电压比和结构型式，材料确定后，其阻抗大小和变压器容量关系不大，以电力系统稳定和供电电压质量考虑，希望主变的阻抗越小越好，但阻抗偏小会使系统短路电流增加，高，低压设备选择困难。另外，阻抗大小还要考虑变压器并联运行的要求，主变阻抗的选择要考虑的原则如下：46 供配电课程设计a.抗值的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并联运行等方面综合考虑，并应以对工程起决定作用的因素来确定。b.对绕组的普通型，其最大阻抗是放在高—中压侧还是放在高—低压侧，必须按I条原则确定。综上，选择“降压型”结构的变压器，绕组的排列顺序为自铁芯向外依次为低，中，高。高—低压侧的阻抗最大。（2）调压方式的选择变压器的电压调整是用分接头开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。设置有载调压对于110kV及以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器。采用有载调压方式，用高压侧调节范围较大，所以分接头设在高压侧。不选用自耦变压器。3.4.3容量比、冷却方式、电压级选择该变电所为区域性变电所，主要潮流为10kV侧，宜采用容量组合为100/100/100。110kV变电所自然风冷。变压器一次侧接电源，相当于用电设备与线路额定电压相等；二次侧向负荷供电，相当于发电机二次侧。电压较额定电压高5%所以电压等级为110/38.5/11kV。查资料表综合后选择变压器型号为三相油浸风冷有载铝制变压器SFZL7-/110。表3-1SFZL7-/110型变压器电压组合（kV）连接组别损耗（kW）短路阻抗（%）高中低空载有载高-低高-中中-低110±3×2.5%/38.5/6.6YN,yn,d1141.34141.617.510.56.5空载电流（%）外部尺寸（mm）轨距（mm）1.06340×5265×5390200046 供配电课程设计4电气主接线设计变电站电气主接线是将变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性，灵活性，同时对电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护，自动装置和控制方式等诸多方面有决定性的关系。4.1电气主接线的设计原则4.1.1考虑变电站在系统中的地位和作用此ZY变电站位于该地区负荷中心，为保证电能质量,必须保证供电可靠性。由于Ⅰ类和Ⅱ类负荷所占比重较大，故对电能质量提出很高要求，特别是医院,一旦停电,除造成经济损失外，还易造成人身伤亡,故该变电站属地区重要变电站。4.1.2分期和最终建设的规模46 供配电课程设计根据电力系统发展的需要，ZY变远景规划有扩建的可能，所以在设计主接线时应留出发展扩建的余地，本设计采用一次设计，分期投资，扩建，尽快发挥经济效益。线路回路数:110kV近期2回，远期发展2回。35kV近期5回，远期发展2回。10kV近期12回，远期发展2回，主变台数选两台，经容量校验后可知：近期可以只投运一台主变压器，且有足够的备用容量，以满足近期负荷供电的要求。4.1.3所址条件变电站所址的选择，应根据下列要求综合考虑确定A.靠近负荷中心。B.节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地。C.与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空线和电缆线路的引入和引出。D.交通运输方便。E.具有适应地形，地貌，地址条件。ZY市110kV变电站所址在市郊,地价相对较低，是供地方用电的地区变电站。在建站时必须遵循节约用地，少占良田的原则，可建成中型规模变电站。4.2电气主接线设计的基本要求电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性、经济性三方面。根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。4.2.1可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可靠性的标志如下：(1)断路器检修时是否影响供电；46 供配电课程设计(2)线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；(3)变电站全部停电的可能性。在可靠性分析中，最主要的基础统计数据是断路器的可靠性，其主要指标是故障率、可用系数和平均修理小时数。评估供电可靠性的主要指标有停电频率、每次停电的持续时间及用户在停电时的生产损失或电网公司在电力市场环境下通过辅助服务市场获得备用容量所付出的代价。4.2.2灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：(1)调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。(2)检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。(3)扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。4.2.3经济性可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。(1)投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易设备代替高压侧断路器。46 供配电课程设计(2)年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。(3)占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。(4)在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。4.3各电压级主接线型式选择4.3.1110kV主接线方案比较方案一：单母线分段接线。方案二：单母线分段带旁路。（1）单母线分段接线：优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。缺点：当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建（2）单母线分段带旁路接线：优点：母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电;一段母线故障时（或检修），仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作。在不给用户停电的情况下可以对出线的断路器进行检修，不影响用户供电。缺点：经济性差，多了一个断路器和数个隔离开关；占地面积大。单母线分段接线，虽然缩小了母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围，在一定程度上提高了供电可靠性，但在母线或母线隔离开关检修期间，连接在该段母线上的所有回路都将长时间停电，这一缺点，对于重要的变电站和用户是不允许的。46 供配电课程设计（3）通过以上两种接线优缺点的分析，可见，对于110kV侧若采用单母分段接线方式，其优点是可靠性高，当一组母线出现故障可将负荷转至另一母线，不使线路停电。扩展和调度都灵活。缺点是增加了隔离开关数目，检修时容易误操作。但是110kV考虑的主要是可靠性，所以选方案一单母线分段接线。4.3.235kV主接线方案比较方案一：单母线分段接线。方案二：双母线接线。(1)单母线分段接线：优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。缺点：当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建。（2）双母线接线：优点：供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于设计。缺点：增加了一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，增加了投资，操作复杂，占地面积增加。（3）通过以上两种接线优缺点的分析，电压等级为35kV～60kV，出线为4～8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。35kV出线有8回及以上时，为保证线路检修时不中断对用户的供电,采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。双母线及双母线带旁路接线，供电可靠性高，任一回路开关故障或检修，或任一回路故障或检修时，都不影响用户停电，但是倒闸操作复杂，造价高，单母线分断接线，接线简单，操作方便，便于扩建，在一定程度上能提高供电的可靠性，但是当一段母线上刀闸检修时，该段母线上全部出线都要长时停电，为保证对这些重要用户得供电，采用单母线分段接线方式。4.3.310kV主接线方案比较方案一：单母线分段接线。方案二：单母线接线。（1）单母线分段接线：46 供配电课程设计优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。缺点：当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建。（2）单母线接线：优点:结构简单，操作简便，投资少，经济性好，运行费用低，较适用于小容量和用户对可靠性不高的场所，母线便于向两端延伸，扩建方便。缺点：可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止运行，造成全厂(站)长期停电。调度不方便，电源只能并列运行，不能分裂运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷和发电厂和变电站中。（3）6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线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。本变电所10kV用户负荷较轻，负荷性质为一级，二级负荷，宜采用单母线分段接线。4.4最优方案确定4.4.1技术比较在初步设计的两种方案中，方案一：110kV侧采用单母分段接线；方案二：110kV侧采用单母分段带旁路接线。采用双母线接线的优点：优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。所以应选单母线分段接线。在初步设计的两种方案中，方案一:35kV侧采用单母分段接线；10kV侧采用单母分段接线；方案二：35kV侧采用双母线接线；10kV侧采用单母线接线。有原材料和经分析可知，35kV侧采用单母分段接线方式。10kV侧侧单母线分段接线方式。46 供配电课程设计4.4.2经济性比较在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上35kV、10kV侧单母线形接线比双母线接线有很大的灵活性。由以上分析，最优方案可选择为方案一，即110kV侧采用单母分段接线，35kV侧采用单母分段接线，10kV侧采用单母分段接线。如图4-1。图4-1电气主接线图46 供配电课程设计5短路电流计算5.1短路电流计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面：(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。(2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。(3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。(4)在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。(5)接地装置的设计，也需用短路电流。5.2短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定：5.2.1计算的基本情况(1)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行；(2)同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁)；(3)短路发生在短路电流为最大值的瞬间；(4)所有电源的电动势相位角相同；(5)正常工作时，三相系统对称运行；(6)应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻,对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。46 供配电课程设计5.2.2接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。5.2.3计算容量应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5～10年）。5.2.4短路种类一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。5.2.5短路计算点在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的6～10kV出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。5.3短路电流的计算方法：(1)选择计算短路点。(2)画等值网络图。①首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。②选取基准容量SB和基准电压UB（一般取各级的平均电压）。③将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。④绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。(3)化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。(4)求计算电抗Xjs。46 供配电课程设计(5)由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到Xjs=3.5）。①计算无限大容量（或Xjs≥3）的电源供给的短路电流周期分量。②计算短路电流周期分量的有名值和短路容量。5.4短路电流的计算结果（1）系统S等效电抗标幺值：（5-1）式中——系统的容量，MVA；——系统以其本身容量为基准的等效电抗标幺值。（2）线路电抗标幺值：（5-2）式中——线路单位长度的电抗值，其中，单根导线为0.4Ω/km，二分裂导线为0.31Ω/km；——线路的长度，km。5.4.1变压器参数的计算基准值的选取：，取各侧平均额定电压表5-1平均额定电压电网额定电压1035110平均额定电压10.537115主变压器参数计算：由主变型号表查明可知：U12%=10.5U13%=17.5U23%=6.5U1%=0.5(U12%+U13%-U23%)=0.5(10.5+17.5-6.5)=10.75（5-3）U2%=0.5(U12%+U23%-U13%)=0.5(10.5+6.5-17.5)=-0.25<0所以U2%=0（5-4）U3%=0.5(U13%+U23%-U12%)=0.5(17.5+6.5-10.5)=6.75（5-5）46 供配电课程设计其中：U12%—变压器高压与中压绕组间短路电压U13%—变压器高压与低压绕组间短路电压U23%—变压器中压与低压绕组间短路电压电抗标幺值为：X1=U1%/100SB/SN=10.75//31.5=0.341（5-6）X2=U2%/100SB/SN=-0//31.5=0（5-7）X3=U3%/100SB/SN=6.75//31.5=0.214（5-8）系统等值电抗：X3=X1lSB/UB2=0./1152=0.15（5-9）依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如图5-1：图5-1短路等值图5.4.2对110kV侧母线即短路点d-1的短路计算46 供配电课程设计图5-2d-1点短路等值图系统等值电抗X3=X1lSB/UB2=0.40×50×100/1152=0.15XF1=X3=0.15XBf1=Xf1SN/SB=0.15×3000/100=4.5I〞*=1/XBf1=1/4.5=0.22IB=SB/(×UB)=100/(×115)=0.502(KA)IN=IB×SN/SB=0.502×3000/100=15.06(KA)I〞=I〞*IN=0.22×15.06=3.313(KA)Itk=1.51×I″=1.51×3.313=5.002(KA)Ish==1.8××3.313=8.432(KA)其中I″：次暂态电流有效值Itk：电流最大有效值Ish：短路冲击电流5.4.3对35kV侧母线即短路点d-2的短路计算图5-3d-2点短路等值图Xf1=Xs+(X1+X2)//(X1+X2)=0.15+(0.341+0)//(0.341+0)=0.3205XBs2=Xf2×SN/SB=0.3205×3000/100=9.615I〞*=1/XBs2=0.104IB=SB/(×UB)=100/(×37)=1.56(KA)IN=IB×SN/SB=1.56×3000/100=46.814(KA)I〞=I〞*IN=0.104×46.814=4.869(KA)Itk=1.51×I″=1.51×4.869=7.352(KA)Ish==1.8××4.869=12.393(KA)46 供配电课程设计其中I″：次暂态电流有效值Itk：电流最大有效值Ish：短路冲击电流5.4.4对10kV侧母线即短路点d-3的短路计算图5-4d-3点短路等值图Xf3=Xs+(X1+X3)//(X1+X3)=0.15+(0.341+0.214)//(0.341+0.214)=0.4275XBs3=Xf3×SN/SB=0.4275×3000/100=12.825I〞*=1/XBs3=0.078IB=SB/(×UB)=100/(×10.5)=5.5(KA)IN=IB×SN/SB=5.5×3000/100=165(KA)I〞=I〞*IN=0.078×165=12.87(KA)Itk=1.51×I″=1.51×12.87=19.43(KA)Ish==1.8××12.87=32.76(KA)其中I″：次暂态电流有效值Itk：电流最大有效值Ish：短路冲击电流短路电流计算结果如表5-2：表5-2短路电流计算结果短路点I"（kA）Itk（kA）Ish（kA）110kV母线3.3135.0028.43235kV母线4.8697.35212.39346 供配电课程设计10kV母线12.8719.4332.766电气设备的选择与校验6.1电气设备选择的一般条件尽管电气系统中各种电气设备的作用和工作条件不一样，具体选择方法也不完全相同，但对他们的基本要求是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。6.2选择导体和电气设备的一般原则(1)应力求技术先进，安全适用，经济合理。(2)应满足正常运行，检修，短路，过电压情况下的要求，并考虑远景发展。(3)应按当地环境条件校准。(4)选择的导体品种不宜过多。(5)应与整个工程建设标准协调一致。(6)选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。6.3导体的选择除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济电流密度选择。载流导体应选择铝质材料。6.3.1母线型号选择变电所屋内屋外配电装置的主母线、变压器电气设备与配电装置母线之间的连接导线统称为母线。选择配电装置中的母线主要考虑：母线的材料、母线截面形状、母线截面积的大小、校验母线的动稳定和热稳定。6.3.2材料的选择46 供配电课程设计配电装置母线的材料有铜、铝、铝合金。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，用途广，是很好的母线材料。但是铜的储量不多，价值较贵，因此铜母线只用于空气中含腐蚀性气体的屋外配电装置。铝的电阻率为铜的1.7-2倍，密度为铜的30%，而且储量多价值也低，因此在屋内屋外配电装置中广泛采用铝母线或铝合金母线。在机械强度要求较高的情况下使用铜母线。6.3.3母线截面积的选择表6-1各回路持续工作电流结果表回路名称计算公式及结果110kV母线Imax===166.06A35kV母线Imax===496.01A35kV出线郊一Imax===49.99A郊二Imax===58.32A水泥厂1Imax===33.33A水泥厂2Imax===33.33A耐火厂Imax===24.99A备用1Imax===41.66A备用2Imax===41.66A10kV母线Imax===1736.04A10kV出线棉纺厂1Imax===174.96A棉纺厂2Imax===174.96A印染厂1Imax===134.58A印染厂2Imax===134.58A毛纺厂Imax===139.97A46 供配电课程设计针织厂Imax===104.98A柴油机厂1Imax===131.22A柴油机厂2Imax===131.22A橡胶厂Imax===109.35A市区1Imax===131.22A市区2Imax===131.22A食品厂Imax===98.41A备用1Imax===100.94A备用2Imax===100.94A按长期发热允许电流选择各种电压等级的配电装置中，主母线和下引线以及临时装设的母线，一般均按长期发热允许电流选择截面积。因此，必须满足在正常运行中，通过母线的最大长期工作电流不应大于母线的长期发热允许电流，即：KIal≥Imax(6-1)式中：Ial——在额定环境温度为θ0=25oC时导体允许电流Imax——导体所在回路中最大持续工作电K——温度修正系数θ0为母线的额定温度，通常θ0=250C，θ为母线安装地点的实际环境温度，θal为母线的长期允许温度，通常θal=700C。K==0.844(6-2)(1)110kV母线选择由表5-1计算知110kV母线中Imax=166.06A46 供配电课程设计KIal=0.844×586=494.58>166.06=Imax所以110kV选50×4单条矩形铝导线截面积为200mm2平放Ial=586A。(2)35kV母线选择由表5-1可知35kV母线中Imax=496.01AKIal=0.844×661=557.88A>496.01=Imax所以35kV选50×5单条矩形铝导线截面积为250mm2平放Ial=661A。(3)10kV母线选择由表5-1可知10kV母线Imax=1736.04AKIal=0.844×2089=1763.12A>1736.04=Imax所以选125×10单条矩形铝导线截面积为1250mm2平放Ial=2089A。6.4电气设备的选择6.4.1断路器选择高压断路器选择规定：断路器型式的选择除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。35kV及以下，可选用少油，真空，多油断路器等，应注意经济性。35kV—220kV可选用少油，SF6，空气断路器等。综合考虑，110kV为检修方便，选用SF6断路器，35kV及10kV侧均采用真空断路器。110kV侧选用LW6-110I型高压六氟化硫断路器。此型号断路器由三个单相和一台液压操动机构组成，单相为单柱单断口，灭弧室与瓷套和动力元件连成一体，支柱内有绝缘连杆连接动力元件的工作缸和灭弧室的动触头，实现分合闸操作。表6-2LW6-110I型高压六氟化硫断路器技术数据型号动稳定峰值kA3s热稳定电流kA合闸时间不大于ms分闸时间不大ms46 供配电课程设计LW6-110I100405335kV侧选用ZN12-35型真空断路器。此型号断路器为额定电压35kV，三相交流50Hz的高压开关设备，适用于发电厂、变电站、配电站等输配电系统中，作为控制或保护开关用，尤其适用于开断重要负载及频繁操作的场所。此断路器的灭弧室为瓷质结构。触头材料采用了特殊材料。使灭弧室开断能力较高，而载流水平较低，并且有较长的电寿命。表6-3ZN12-35型真空断路器技术数据型号动稳定峰值kA4s热稳定电流kA合闸时间不大于s分闸时间不大于s额定功率ZN12-3563250.090.07527510kV侧选用ZN12-10型真空断路器。此型号断路器为额定电压10kV，三相交流50Hz的高压开关设备。此断路器采用了特殊的触头材料，使灭弧室开断能力较高，而载流水平较低，电寿命长。本断路器结构简单，开断能力强，操作功能齐全，五爆炸危险，维修简单。适用于发电厂、变电站、配电站等输配电系统中，作为控制或保护开关用，尤其适用于开断重要负载及频繁操作的场所。表6-4ZN12-10型真空断路器技术数据型号动稳定值kA3s热稳定电流kA合闸时间不大于s分闸时间不大s额定功率ZN12-108031.50.0750.0652756.4.2隔离开关的选择46 供配电课程设计种类和形式的选择：隔离开关的型式很多，按安装地点的不同可分为屋内式和屋外式。按绝缘支柱数目可分为单柱式和双柱式。它对配电装置的占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置的特点和使用要求以及经济技术条件来确定。根据规定：a.接在发电机，变压器引出线及中性点上的避雷器可不装设隔离开关。b.接在母线上的避雷器和电压互感器可合用一组隔离开关。c.桥型接线中的跨条宜采用两组隔离开关串联，以便于不停电检修。d.断路器两侧均应装设隔离开关，以便于断路器检修时隔离电源。e.中性点直接接地的普通型变压器应通过隔离开关接地。根据以上规定，选择隔离开关的型号如下：110kV侧选用GW5-110-Ⅱ/600型隔离开关。该隔离开关是由三相50Hz高压开关设备，供在有电压无荷载情况下，断开或闭合线路之用。GW5系列隔离开关为双柱水平开启式结构，一般由底座、支柱绝缘子、接地刀闸、左右触头等部分组成。表6-5GW5-110-Ⅱ/600型隔离开关的技术数据型号额定电压额定电流动稳定峰值电流kA热稳定电流4sGW5-110-Ⅱ/6001106301002035kV侧选用GN2-35/600型高压户内隔离开关。该系列高压隔离开关是供高压电气设备和电力线路在有电压无负载情况下分断和关合电路之用。表6-6GN2-35/600型隔离开关的技术数据型号额定电压额定电流动稳定峰值电流kA热稳定电流4sGN2-35/60035600642546 供配电课程设计10kV侧选用GN2-10/2000型高压户内隔离开关。该系列高压隔离开关是供高压电气设备和电力线路在有电压无负载情况下分断和关合电路之用。表6-7GN2-10/2000型隔离开关的技术数据型号额定电压额定电流动稳定峰值电流kA热稳定电流4sGN2-10/200010200085516.4.3电压互感器选择互感器（包括电流互感器TA和电压互感器TV）是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。互感器的作用是：将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100V)和小电流(5A或1A)，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构小巧、价格便宜和便于屏内安装。使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。(1)依据规定：a.电压互感器的配置与数量和配置，主接线方式有关，并应满足测量，保护周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。b.6~220kV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设压互，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。c.当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。(2)电压互感器应按下列技术条件选择和校验：a.一次回路电压b.二次电压46 供配电课程设计a.二次负荷b.准确度等级c.继电保护及测量的要求(3)电压互感器的型式应按下列使用条件选择：a.3~20kV屋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磁式电压互感器。b.35kV配电装置宜采用电磁式电压互感器。c.110kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。(4)用于中型点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V，用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。根据以上原则，可选择电压互感器：110kV出线选用JCC2-110型电压互感器。型号的含义：J——电压互感器C——串级绝缘C——瓷箱式2——设计序号110——额定电压该电压互感器为单相三绕组串级绝缘户外安装的互感器，适用于交流50Hz电力系统作电压电能测量和继电保护用。35kV母线选用JDJ2-35型电压互感器，型号的含义：J——电压互感器D——单相J——油浸式2——设计序号35——额定电压是单相双绕组油浸式户外型。适用于交流50Hz的35kV电力系统作电压电能测量和继电保护用。此电压互感器可用于单相及三相线路。10kV母线选用JDJ-10型单相油浸绝缘电压互感器。型号的含义：J——电压互感器D——单相J——油浸式10——额定电压该电压互感器为单相双绕组油浸式户内型。供电压电能测量和继电保护用。46 供配电课程设计6.4.4电流互感器选择3—20kV屋内配电装置的电流互感器，应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。35kV及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，应采用套管式电流互感器。根据规定：a.凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。b.发电机和变压器的中性点，发电机和变压器的出口，桥形接线的跨条上等也应装设电流互感器。c.对直接接地系统，按三相配置，对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配。根据以上规定本变电站电流互感器选择：110kV线路侧及变压器侧选用LRD-110600/5型电流互感器。型号的含义：L——电流互感器R——套管式D——差动保护用110——额定电压600——额定一次电流5——额定二次电流该套管式差动保护用电流互感器适用于安装在变压器断路器和其他油浸式电器套管上，在交流50Hz额定电压35-500kV线路中，作电流电能测量和继电保护用。35kV线路侧选用LCZ-35600/5电流互感器。型号的含义：L——电流互感器C——手车式开关柜用Z——浇注成型固体35——额定电压600——额定一次电流5——额定二次电流该电流互感器适用于额定频率50Hz,额定电压35kV及以下户内装置的电力系统中，作电流电能测量和继电保护用。10kV线路侧选用LZZQB6-10400/5电流互感器。型号的含义：L——电流互感器Z——支柱式Z——浇注绝缘Q——加强型B——有保护46 供配电课程设计6——设计序号10——额定电压400——额定一次电流5——额定二次电流为树脂浇注绝缘户内型全封闭支柱式结构的电流互感器。适用于10kV,额定频率50Hz的交流电力系统中供电流电能测量和继电保护用。6.5电气设备的校验6.5.1校验的一般原则电气设备在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定检验，检验的短路电流，一般取三相短路时的短路电流。(1)短路的热稳定条件：It2t＞Qdt(6-3)Qdt—在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应（kA2.S）It—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）T—设备允许通过的热稳定电流时间（S）(2)短路的动稳定条件:ich≤idfIch≥Idf(6-4)ich—短路冲击电流峰值（kA）idf—短路全电流有效值Ich—电器允许的极限通过电流峰值（kA）Idf—电器允许的极限通过电流有效值（kA）(3)校验电器的热稳定和开断能力时，还必须合理的确定短路计算时间。验算热稳定的计算时间tk为继电保护动作时间trp和相应断路器的全开断时间tab之和，即tk=trp+tim+ta(6-5)式中:trp——后备保护动作时间；tim——断路器固有分闸时间；ta——断路器开断时电弧持续时间。开断电器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tbr应为主保护时间tpr1和断路器固有分闸时间之和，即46 供配电课程设计tbr=tpr1+tim(6-6)6.5.2断路器的校验(1)110kV侧选择110kV高压六氟化硫LW6-110I/3150型断路器表6-8LW6-110I/3150型断路器计算量断路器LW6-110I/3150UNS110kVUN110kVIMAX157.82AIN3150AI10.107KAINbr40KAIsh17.035KAINC1100KAQk173.67I2·t4800ish17.035KAIes100KAIes：动稳定电流（峰值）Ibr：电流有效值①开断电流：I〞≤INbrINbr=40(KA)I〞=10.107(KA)I〞≤INbr②动稳定：ish≤iNclIsh=17.035(KA)INcl=100(KA)Ish