电气自动化毕业设计（论文）-110kv变电站设计

'摘要变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本次设计建设一座110kV变电站，首先要根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验。关键词：变电所，主接线，电网，短路电流计算，电气设备选择 AbstractSubstationisanimportantpartofpowersystem,itdirectlyaffectsthewholepowersystemsecurityandeconomicoperationofpowerplantsandusers,arelinkedtotheintermediatelink,playsatransformationanddistributionelectricityrole.Themainelectricalwiringisthekeylinkinpowersubstation,themainelectricalwiringrelatesdirectlytothetotalworkedelectricalequipmentchoice,powerdistributionequipmentarrangement,relayprotectionandautomaticdevicesureelectricaltransformerstations,isthedecisivefactorofthepartialinvestment.Thisdesignbuildingasubstation,accordingtothefirst110kVLordwiringtheeconomicalandreliable,flexibleoperationrequirementandthechoiceofalltheconnectionmodeofvoltagelevelintermsoftechnologyandeconomy,comparedtheoptimalselectionflexibleconnectionmode.Nexttoshort-circuitcurrentcalculation,accordingtoeachshort-circuitpointcalculatesteadycurrentandvariouspointsshort-circuitcurrent,short-circuitimpactfromthethree-phaseshort-circuitcalculationshort-circuithappenedineachgetwhenthebusvoltagelevel,itsworkshort-circuitcurrentsteady-statecurrentandimpactofvalue.Finally,accordingtotheratedvoltageofvoltagelevelandmaximumcontinuousworkingcurrentequipmentchoice,thencheck.Keywords:substation,powergrid,themainwiring,short-circuitcurrentcalculation,electricalequipmentselection 目录绪论1第一章变电站主变压器选择21.1主变压器台数的选择21.2主变压器型式的选择21.3主变压器容量和型号的选择3第二章变电站电气主接线的设计52.1主接线的设计原则和基本要求52.1.1主接线的设计原则52.1.2主接线设计的基本要求62.2主接线的设计72.2.1设计步骤72.2.2110kV电气主接线72.2.335kV电气主接线92.2.410kV电气主接线102.3电气主接线方案初步设计112.3.1初步方案设计112.3.2方案确定11第三章短路电流的计算143.1短路故障产生的原因143.2短路故障的危害143.3短路电流计算的目的153.4短路计算的一般规定及计算步骤163.4.1计算的基本情况163.4.2接线方式163.4.3计算步骤163.5变压器的参数计算及短路点的确定173.5.1变压器参数的计算173.5.2短路点的确定173.6各短路点的短路计算18 3.6.1短路点d-1的短路计算(110kV母线)183.6.2短路点d-2的短路计算(35kV母线)193.6.3短路点d-3的短路计算(10kV母线)203.7绘制短路电流计算结果表21第四章电气设备的选择与校验224.1电气设备选择的一般条件224.1.1按正常工作条件选择电器224.1.2按短路情况校验224.2各回路持续工作电流计算234.3高压电气设备的选择244.3.1断路器的选择与校验244.3.2隔离开关的选择及校验294.3.3电流互感器的选择及校验314.3.4电压互感器的选择及校验364.3.5母线与电缆的选择及校验384.3.6熔断器的选择40结论42参考文献43致谢44 绪论电力给国民经济和社会的发展带来了巨大的动力和效益，是当今社会发展和人民日常生活所不可缺少的主要消耗能源之一。电网的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防力量的发展提供了必不可少的助力。随着电力系统和超高压大容量电网的不断发展，我们从技术上提高了电能在传输过程中的效率，而从大电网到基本用户，我们需要有一套完整且良好的变电系统来保障用户的正常使用和电网的稳定安全运行。220kV变电站、110kV变电站、35kV变电站等等各个电压等级的变电站，将不同的地区连接起来，将千家万户连接起来。变电站，作为组成电网的一个基本单元，是电网向用户提供可靠、充足、质量合格的电能的一个基本保证，所以，我选择了《110kV变电站一次部分的设计》这样一个题目，希望能充分运用自己在大学四年学到的知识并通过查阅和参考资料，对变电站的设计规程，步骤和基本要求有一个比较全面深刻的了解。本次设计，将根据任务书所提供的设计要求和基本方向，将变压器主变的选择，变电站电气主接线形式，短路电流的计算及电气设备的选择校验作为设计的主要内容，巩固加强自身的理论知识，并尝试将理论实践相结合，更好地完成这次的毕业设计。44 第一章变电站主变压器选择在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。1.1主变压器台数的选择《DLT5103-199935kV～110kV无人值班变电所设计规程》规定，主变压器的台数应根据地区供电条件、符合性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电站中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。且本设计中变电站有两回电源进线，且低压侧电源只能由这两回进线取得，故选择两台主变压器。1.2主变压器型式的选择1、相数的确定在330kV44 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。如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。1、绕组数的确定在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。2、绕组连接方式的确定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，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用星接，35kV也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用角接。3、结构型式的选择三绕组变压器在结构上有两种基本型式。(1)升压型。升压型的绕组排列为：铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。(2)降压型。降压型的绕组排列为：铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。(3)应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。4、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。无励磁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，应选用无载调压变压器。1.3主变压器容量和型号的选择变电站主变压器容量一般按建站后5～1044 年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷的60%～70%或全部重要负荷（当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时）选择。即（1.1）式中N——变压器主变台数根据原始资料和有关资料可知：10kV侧35kV侧高压侧变电站用电负荷为：所以变电站最大负荷为：由式（1.1）可得：由以上结果和相关资料，选择主变压器型号如下：表1.1-主变压器型号及参数型号及容量(KVA)额定电压(kV)连接组损耗(kW)阻抗电压(%)空载电流(%)空载短路高中高低中低高中低SFSL1-15000/11012182.5%38.522.5%10.5YN,yn0,d1122.712010.51761.344 第二章变电站电气主接线的设计变电站电气主接线是电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。它是指变电站的变压器等电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输电流电压的网络。对电气主接线的基本要求，大概可以概括为可靠性，灵活性和经济性三个方面。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。2.1主接线的设计原则和基本要求2.1.1主接线的设计原则1、考虑变电站在电力系统的地位和作用变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。2、考虑近期和远期的发展规模变电站主接线设计应根据5～10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。3、考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。4、考虑主变台数对主接线的影响变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。5、考虑备用量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。44 2.1.2主接线设计的基本要求根据有关规定：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。1、可靠性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；(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。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。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。44 (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器设备；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电器代替高压侧断路器。(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。2.2主接线的设计2.2.1设计步骤电气主接线设计，一般分以下几步：(1)拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留2个技术上相当的较好方案。(2)对2个技术上比较好的方案进行经济计算。(3)对2个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。(4)绘制最优方案电气主接线图。2.2.2110kV电气主接线由于该变电站为某地区电力系统发展和负荷增长而拟建的，负荷为地区性负荷，110kV有进线两回，根据相关资料，考虑采用双母线接线和单母线分段接线方式，并对二者进行比较。44 图2.1双母线接线图2.2单母线分段接线44 1、双母线接线的优缺点：(1)供电可靠。在一组母线需要检修或者一组母线出现故障时，通过两组母线隔离开关的倒换操作，使供电得到保证。(2)调度灵活。各个电源和各回路可以任意分配到某一母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化。(3)扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由自合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。(4)倒闸操作复杂，容易发生误操作，占地面积大，设备多，投资大。2、单母线分段接线的优缺点：(1)操作方便。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线的不间断供电。(2)发展方便。当出线数目需要增加时，可以向左右任何方向扩建。而且设备简单。(3)可靠性，灵活性差，当出线数目多是，整个母线系统的可靠性受到限制，不适合重要负荷多的出线回路。2.2.335kV电气主接线电压等级为35kV-60kV，出线6-8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线分段接线。根据相关资料，对二者进行对比分析。1、单母线分段接线的优缺点：(1)操作方便。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线的不间断供电。(2)发展方便。当出线数目需要增加时，可以向左右任何方向扩建。而且设备简单。(3)可靠性，灵活性差，当出线数目多是，整个母线系统的可靠性受到限制，不适合重要负荷多的出线回路。2、双母线分段接线的优缺点：(1)可靠性高。当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，只是部分短时停电，不会全部短期停电。(2)灵活性大。这种接线方式能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化，而且可以通过母线三分段或四分段来增加出线。44 (1)倒闸操作复杂，容易发生误操作，占地面积大，设备多，投资大。图2.3单母线分段接线图2.4双母线分段接线2.2.410kV电气主接线该变电站10kV出线在1044 回以上，可采用单母线分段接线设计，这种接线方式设备简单操作清晰，对重要用户的供电可以采用两个电源供电的方式，大大提高了供电可靠性，而且投资小，占地少，有较高的经济性。图2.5单母线分段接线2.3电气主接线方案初步设计2.3.1初步方案设计经过对110/35/10kV三个电压等级电气主接线的对比和初步分析并根据相关资料，得出以下两种方案作为选择。方案一：110kV侧采用双母线接线，35kV侧采用单母线分段接线，10kV侧采用单母线分段接线。方案二：110kV侧采用单母线分段接线，35kV侧采用双母线接线，10kV侧采用单母线分段接线。两种方案的接线图如下：2.3.2方案确定1、技术比较在初步设计的两种方案中，方案一：110kV侧采用双母线接线；方案二：110kV侧采用单母分段接线。采用双母线接线的优点：系统运行、供电可靠；系统调度灵活；系统扩建方便等。采用单母分段接线的优点：接线简单；操作方便、设备少等；缺点：44 可靠性差；系统稳定性差。所以，110kV侧采用双母线接线。在初步设计的两种方案中，方案一：35kV侧采用单母分段接线；方案二：35kV侧采用双母线接线。由原材料可知，问题中未说明负荷的重要程度，所以，35kV侧采用单母分段接线。图2.6方案一图2.7方案二44 1、经济比较对整个方案的分析可知，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侧为采用双母线接线，35kV侧为单母线形接线，10kV侧为单母分段接线。其接线图如方案一所示。44 第三章短路电流的计算计算短路电流的目的主要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求；评价确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送电线路对通讯网络设施的影响等。在电力系统设计中，短路电流的计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平年一般取工程建成后5～10年中的某一年。计算内容为系统在最大运行方式时，短路点的三相短路电流。3.1短路故障产生的原因工业与民用建筑中正常的生产经营﹑办公等活动以及人民的正常生活，都要求供电系统保证持续﹑安全﹑可靠地运行.但是由于各种原因，系统会经常出现故障，使正常运行状态遭到破坏。短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或地与相之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有：1、设备原因电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路的功能。2、自然原因气候恶劣，由于大风、低温、导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等。3、人为原因工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金属性短路；人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物带电设备内形成短路事故等。3.2短路故障的危害供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果：1、短路电流的热效应44 巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。1、短路电流的电动力效应由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。2、短路系统电压下降短路造成系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如，异步电动机的电磁转矩与端电压平方成正比。同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些气体放电灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。3、不对称短路的磁效应当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的电动势。4、短路时的停电事故短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及范围越大。5、破坏系统稳定造成系统瓦解短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。3.3短路电流计算的目的1、电气主接线比选短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。2、选择导体和电器如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验短路器的遮断能力等。3、确定中性点接地方式对于35kV、10kV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。4、选择继电保护装置和整定计算44 在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。3.4短路计算的一般规定及计算步骤3.4.1计算的基本情况(1)电力系统中所有电源均在额定负载下运行。(2)所有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时的瞬间。(4)所有电源的电动势相位角相等。(5)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。3.4.2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），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。3.4.3计算步骤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)选取基准容量和基准电压（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。4、求计算电抗。44 1、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）。2、计算无限大容量（或）的电源供给的短路电流周期分量。3、计算短路电流周期分量有名值和短路容量。3.5变压器的参数计算及短路点的确定3.5.1变压器参数的计算基准值的选取：，取各侧平均额定电压由表1.1查明可知：(3.1)(3.2)(3.3)电抗标幺值为：(3.4)(3.5)(3.6)3.5.2短路点的确定此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中110kV进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，等值网络图如下：44 图3.1等值网络图3.6各短路点的短路计算3.6.1短路点d-1的短路计算(110kV母线)网络化简如图3.2所示：图3.2d-1点短路等值图因为，则(3.7)因为所以(3.8)44 (3.9)3.6.2短路点d-2的短路计算(35kV母线)网络化简为：图3.3d-2点短路等值图44 3.6.3短路点d-3的短路计算(10kV母线)网络化简为：图3.4d-3点短路等值网络图44 3.7绘制短路电流计算结果表总结以上各短路点短路计算，得如下短路电流结果表：表3.7-短路电流计算结果表短路点编号基值电压基值电流支路名称支路计算电抗额定电流0S短路电流周期分量稳态短路电流0.2短路电流短路电流冲击值全电流有效值短路容量标幺值有名值标幺值有名值标幺值有名值公式——————2.55～2.71.52～1.62d-11150.502110kV1.975.020.5082.550.5082.550.5082.556.53.876485.826d-2371.5635kV1.815.60.568.7360.568.7360.568.73622.2813.29529.58d-310.55.510kV4.62550.21611.9040.21611.9040.21611.90430.35518.094206.17744 第四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站电气设计的主要内容之一。正确的选择电器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。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，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。4.1电气设备选择的一般条件4.1.1按正常工作条件选择电器1、额定电压和最高工作电压在选择电器时，一般可按照电器的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即2、额定电流电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。应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,即3、按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤其是小环境）条件当气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件是，应采取措施。4.1.2按短路情况校验1、短路热稳定校验短路电流通过电器时，电器各部件温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为44 式中——短路电流产生的热效应；、t——电器允许通过的热稳定电流和时间。1、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或式中、——短路冲击电流幅值及其有效值；、——电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：(1)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。(2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。(3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。4.2各回路持续工作电流计算在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按下表计算。表4.1-各回路持续工作电流回路名称计算公式变压器回路馈电回路注：等都为设备本身的额定值。依据表4.1，各回路持续工作电流计算结果见下表：44 表4.2-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=82.67A110kV进线=89.23A35kV母线=259.82A35kV出线=58.92A10kV母线=454.68A10kV出线=51.96A4.3高压电气设备的选择4.3.1断路器的选择与校验断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压6－220kV的电网一般选用少油断路器，断路器选择的具体技术条件如下：电压：（4.1）电流：（4.2）开断电流：（4.3）式中：——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；44 ——断路器的额定开断电流。动稳定：（4.4）式中：——断路器极限通过电流峰值；——三相短路电流冲击值。热稳定：（4.5）式中：——稳态三相短路电流；其中：，由和短路电流计算时间t，由相关资料，可以查得短路电流周期分量等值时间t,从而计算出。1、断路器的选择根据如下条件选择断路器：电压：电流：，各回路的见表4.2。各断路器的选择结果见下表：表4.3-断路器的型号及参数性能指标位置型号额定电压（kV）额定电流（A）额定断开电流（kA）动稳定电流（kA）热稳定电流（kA）固有分闸时间（s）合闸时间（s）110kV侧OFPI-110110125031.58031.5(3)<0.03变压器35kV侧HB35361250258025(3)0.060.0635kV出线侧HB35361250258025(3)0.060.06变压器10kV侧HB-101012504010043.5(3)0.060.0610kV出线侧ZN4-10C1060017.329.417.3(4)0.050.22、断路器的校验(1)校验110kV侧断路器开断电流：44 动稳定：热稳定：(s)根据相关资料，可查得：则：经以上校验此断路器满足各项要求。(1)校验变压器35kV侧断路器开断电流：44 动稳定：热稳定：根据相关资料，可查得：则：经以上校验此断路器满足各项要求。(1)校验35kV出线侧断路器此断路器与35kV变压器侧断路器型号相同，且短路电流与校验35kV变压器侧断路器为同一短路电流，则：校验过程与校验35kV变压器侧断路器相同。(2)校验变压器10kV侧断路器开断电流：44 动稳定：热稳定：根据相关资料，可查得：则：经以上校验此断路器满足各项要求。(1)校验10kV出线侧断路器开断电流：动稳定：44 热稳定：根据相关资料，可查得：则：经以上校验此断路器满足各项要求。4.3.2隔离开关的选择及校验隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。隔离开关的选择根据如下条件选择隔离开关：电压：电流：，各回路的见表4.2。各隔离开关的选择结果见下表：44 表4.4-隔离开关的型号及参数开关编号型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流(s·kA)110kV侧GW2-1101106005014(5)35kV变压器侧GW4-353510008023.7(4)35kV出线侧GW8-3535400155.6(5)1、隔离开关的校验(1)110kV侧隔离开关的校验动稳定：热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此隔离开关满足各项要求。(2)35kV变压器侧隔离开关的校验动稳定：热稳定：44 由校验断路器可知：经以上校验此隔离开关满足各项要求。(1)35kV出线侧隔离开关的校验动稳定：热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此隔离开关满足各项要求。4.3.3电流互感器的选择及校验1、电流互感器选择的具体技术条件如下：一次回路电压：（4.6）式中：——电流互感器安装处一次回路工作电压；44 ——电流互感器额定电压。一次回路电流：（4.7）式中：——电流互感器安装处的一次回路最大工作电流；——电流互感器原边额定电流。当电流互感器使用地点环境温度不等于时，应对进行修正。修正的方法与断路器的修正方法相同。准确级准等级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准等级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。(1)与仪表连接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于下要求：与仪表相配合分流器、变压器的准确级为0.5级，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级为0.5。仪表的准确级为1.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级0.5。仪表的准确级为2.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级1.0。(2)用于电能测量的互感器准确级：0.5级有功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级，2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器。(3)一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。动稳定校验：（4.8）式中：——短路电流冲击值；——电流互感器原边额定电流；——电流互感器动稳定倍数。44 热稳定校验：（4.9）式中：——稳态三相短路电流；——短路电流发热等值时间；——电流互感器原边额定电流。——t秒时的热稳定倍数。1、电流互感器的选择根据如下条件选择电流互感器：一次回路电压：一次回路电流：见表4.2。各电流互感器的选择结果见下表：表4.5-电流互感器的型号及参数参数位置型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷(Ω)10%倍数1S热稳定倍数动稳定倍数0.5级1级二次负荷(Ω)倍数110kV进线侧LB-1102300/50.5/BB/B0.5B2.0—2.01570183变压器35kV侧LCW-3515-1000/50.5/30.5/3242286510035kV出线侧LB-35300/50.5/B1/B20.5/0.5/B2B2/B2/B20.5B1B22.0—2.01555140变压器10kV侧LBJ-101000/50.5/D1/DD/D0.51D0.5——<10509010kV出线侧LA-10300/50.5/31/30.5130.4——107513544 1、电流互感器的校验(1)110kV进线侧电流互感器动稳定：热稳定：I由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。(2)变压器35kV侧电流互感器动稳定：热稳定：由校验断路器可知：44 经以上校验此电流互感器满足各项要求。(1)35kV出线侧电流互感器动稳定：热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。(2)变压器10kV侧电流互感器动稳定：热稳定：44 由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。(1)10kV出线侧电流互感器动稳定：热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。4.3.4电压互感器的选择及校验1、电压互感器选择的具体技术条件如下：(1)一次电压：（4.10）式中：——电压互感器额定一次线电压，其允许波动范围为(2)二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况进行选择。44 (1)准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。(2)二次负荷：（4.11）式中：——二次负荷；——对应于在测量仪表所要求的最高准确等级下，电压互感器的额定容量。1、电压互感器的选择由电压互感器选择的技术条件及各侧使用情况：(1)110kV侧：(2)35kV侧：(3)10kV侧：三侧电压互感器准确等级：1级三侧电压互感器选择如下表所示：表4.6-电压互感器型号及参数型式额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)0.5级1级3级单相(屋外式)JCC-110—50010002000JDJ-3535000/1001502506001200JDZ-1010000/100801503005004.3.5母线与电缆的选择及校验44 1、35kV母线的选择按经济电流密度选择母线截面，35kV最大持续工作电流查表4.2得，采用铝母线，，经济电流密度则母线经济截面为：(4.12)选择35kV母线为：（80×10）型矩形铝母线，平放，允许载流量。因实际环境温度，综合修正系数，故(4.13)可满足长期发热要求。2、10kV母线的选择及校验(1)按经济电流密度选择母线截面10kV最大持续工作电流查表4-2得，采用铝母线，当时，经济电流密度则母线经济截面为：选用每相2条矩形铝导体，平方时，集肤效应系数因实际环境温度，综合修正系数，故时允许电流为：可满足长期发热的要求。(2)热稳定校验由校验短路器可知，短路电流周期分量母线正常运行最高温度为：44 （4.14）根据相关资料可知，则母线最小截面为：（4.15）满足热稳定。(1)动稳定校验(2)由短路电流计算结果表查得，短路冲击电流为：(3)相间距离取（4.16）（4.17）（4.18）由、，同相条间应力为：（4.19）（4.20）44 ,即每跨内满足动稳定所必须的最少衬垫数为2个。实际衬垫距为：满足动稳定的要求。1、10kV出线电缆的选择及校验(1)按额定电压：(2)按最大持续工作电流选择电缆面积S，查表4.2得：选择电缆，时，、。温度修正系数（4.21）其中为土壤温度土壤热阻修正系数,直埋两根并列敷设系数。允许载流量（4.22）满足长期发热要求。4.3.6熔断器的选择高压熔断器应按所列技术条件选择，并按使用环境条件校验。熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害，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。熔断器选择的具体技术条件如下：1、电压：（4.23）限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中，以免因过电压而使电网中的电器损坏，故应为2、电流：（4.24）44 式中：——熔体的额定电流。——熔断器的额定电流1、根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流，应保证前后两级熔断器之间，或熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。2、断流容量：（4.25）式中：——三相短路冲击电流的有效值。——熔断器的开断电流。3、熔断器的选择表4.7-熔断器的型号及参数系列型号额定电压(kV)额定电流(A)断流容量(MVA)备注RN2100.51000保护户内电压互感器RW9-35350.52000保护户外电压互感器44 结论经过这一次毕业设计，我不仅巩固了以前学过的知识，而且接触了很多和专业相关的新的资料，加深自己对理论知识的理解，也深刻地认识到理论与实践结合并不是一件容易的事，我们要多动手，多思考，把理论应用到生活中去。本次设计的主要内容是进行110kV变电站一次部分的设计，本次设计的主要内容是主变压器的选择、主接线设计、短路点计算、电气设备的选择与校验。通过此次设计，使我明白了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，主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择都会产生直接或间接的影响。通过短路电流的计算来对系统的各种故障进行分析，并以此来校验各种电气设备的选择是否符合要求，各个环节精密联系。在设计过程中发现自己对专业知识的掌握还很欠缺，独立解决问题的能力也很有限，但通过指导老师的帮助和个人的努力，设计要求的任务能够基本完成。44 参考文献[1]熊信银，朱永利.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，2004-9.[2]西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，2006-2.[3]西北电力设计院.电力工程电气设备手册[M].北京：中国电力出版社，1998.[4]于永源，杨绮雯.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2007.[5]刘介才.工厂供电[M].北京：机械工业出版社，2004-5.[6]刘介才.工厂供电设计指导[M].北京：机械工业出版社，2008.[7]李坚.变电运行及生产管理技术问答[M].北京：中国电力出版社，2008.[8]张全元.变电运行现场技术问答[M].北京：中国电力出版社，2008.[9]WilliamD.Stevenson,Jr.Elementsofpowersystem[M].McGraw-Hill，1975.[10]IsmailKasikci.Shortcircuitsinpowersystems[M].Wiley-VCH，2002.44 致谢完成毕业设计的这段时间，是一段很有体会，很有收获的时间。收获主要来自两个方面，一个是在完成毕业设计的过程中所得到的经验，每天在图书馆里不停地翻找，在网上不断的搜索。有关这次毕业设计要涉及的知识点和内容我都找了一遍，我很久没有一次面对这么多的书了，而这也让我陷入了迷茫，一开始让人不知从何入手。所以，让自己学会整理资料很重要的一环。而最大的收获是来自指导老师王教授的言传身教。完成设计的过程中，教授给我们发了几个通知，把他在相应阶段所了解到的我们论文中存在的问题提出了批评。而在阅读这些通知的时候，我感受到了教授对我们的期望和负责的教学态度。每个通知都犹如警钟，让在论文进度上有所进展而沾沾自喜的我们猛然清醒。从格式到内容，王教授可谓是无微不至，正是教授这种严谨治学的精神和良苦用心，时刻鞭策着我，鼓舞着我。同时，教授也在教会我们一件重要的事情，那就是态度，对待任何事物认真负责，积极应对的态度。在此，我要衷心地感谢我的指导老师王教授，是他的悉心指导和不懈的支持让我得以完成毕业设计，也感谢王教授的严格要求，让我在临近毕业的时刻，真切体会王教授的治学之道和处事之法。44'