供配电降压变电站设计 学位论文 .doc

'供配电设计摘要变电站作为电力系统中的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。本论文中待设计的变电站是一座降压变电站，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、农村供电的重要任务。该变电站的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、优质、经济地运行的目的。首先通过对原始资料的分析及根据变电站的总负荷选择主变压器，同时根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电站电气主接线方案。首先通过对原始资料的分析及根据变电站的总负荷选择主变压器，同时根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电站电气主接线方案。最后，做了防雷保护、继电保护、并绘制了电气主接线图。关键词：变电站，降压，电气设备43 供配电设计目录摘要I第1章设计内容和任务11.1原始资料分析11.1.1.变电站的建设规模11.1.2.电力系统与本所的连接情况11.1.3.计算负荷的确定21.2.设计原则和基本要求21.3.设计内容3第二章主变压器的选择42.1.主变台数的确定42.2.本变电站站用变压器的选择7第三章电气主接线的选择83.1.选择原则83.1.1.主接线设计的基本要求及原则83.1.2.主接线的基本形式和特点93.2.变电站的各侧主接线方案的拟定93.2.1.110KV侧主接线方案103.2.2.35KV侧主接线方案123.2.3.10KV侧主接线方案13第四章短路电流计算154.1.短路电流计算的主要目的154.2.短路电流计算的假设154.2.1.进行以下数据的计算154.2.2.三相短路瞬态过程中某一时刻短路电流周期分量有效值的计算。154.3.短路电流计算的一般规定154.4.短路电流计算步骤1643 供配电设计4.5.短路点的设置原则174.6.网络参数标么值计算174.6.1.网络参数及基准值计算174.6.2.取基准值174.6.3.各元件参数标么值计算（最大运行方式下）174.6.4.短路点的选择和等值网络图184.6.5.最大运行方式下三相短路电流计算184.6.6.最小运行方式下三相短路电流计算194.6.7.三相对称短路电流计算结果汇总表21第五章导体和电气设备的选择225.1.电气设备的选择原则225.2.按短路情况校验235.3.互感器的选择285.4.母线的选择305.5.高压熔断器的选择32第六章变电站防雷保护356.1.变电所的保护对象356.2.电工装置的防雷措施356.3.本设计的防雷保护方案376.4.接地装置39第7章继电保护407.1.继电保护部分配置407.1.1.主变压器的保护40参考文献44致谢45附录4643 供配电设计第1章设计内容和任务1.1原始资料分析1.1.1电力系统与本所的连接情况待设计的变电站是一座降压变电站，担负着向该地区农业排灌、全团居民及乡镇企业用电负荷的重要任务。本变电站有两回平行线路与110kV电力系统连接，有一回35kV电力系统连接，有六回10kv电力系统相连。本变电站在系统最大运行方式下的系统正、负阻抗的标么值示意图如图1-1（Sj=100MVA）,110kV及35kV电源容量为无穷大，阻抗值各包含平行线路阻抗在内。图1-1变电所连接示意图变电所不考虑装调相机、电容器等无功补偿设备，35kV因电网线路的电容电流较少，也不装设消弧线圈。110kV出线无电源。电力负荷水平110kV进出线共2回，两回进线为110kV的平行供电线路，正常送电容量各为35000KVA。35kV进出线共2回，两回进线连接着35kV电源，输送容量各为35000KVA。10kV出线共12回，全部为架空线路，其中3回每回输送容量按5000KVA设计；另外5回每回输送容量为4000KVA，再预留四个出线间隔，待以后扩建。本变电站自用电主要负荷如表1-1。表1-1110kV变电站自用电负荷序号设备名称额定容量（kW）功率因数（cosφ）安装台数工作台数备注1主充电机200.8511周期性负荷43 供配电设计2浮充电机4.50.8511经常性负荷3主变通风0.150.853232经常性负荷4蓄电池通风2.70.8511经常性负荷5检修、试验用电150.85经常性负荷6载波通讯用电10.85经常性负荷7屋内照明5.28屋外照明4.59生活水泵4.50.8522周期性负荷10福利区用电1.50.85周期性负荷1.1.3.计算负荷的确定当用电设备组计算负荷直接相加时，按需要系数法，取K∑p=0.8—0.9，总的有功负荷：P30=K∑p*∑30.i，取系数为0.85得：S=5.2+4.5+（20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5）*0.85＝49.725KW环境条件当地年最高温度39.1℃，年最低温度－5.9℃，最热月平均最温度29℃；最热月平均地下0.8m土壤温度21.5℃。当地海拔高度1518.3m。当地雷电日T=25.1日/年。系统负荷情况计算1、35KV最终两回出线，负荷同时率按0.6考虑，负荷增长率为4%。35KV总负荷为：（35／0.8）×2×0.6×（1+4%）5=63.87MVA2、10KV最终十二回出线，负荷同时率按0.6考虑，负荷增长率为4%。10K负荷为：3×（5／0.8）×0.6×(1+4%)5+5×（4／0.8）×0.6×(1+4%)5=31.94MVA所以变电站考虑扩建后送出的总负荷为：S总=S35+S10=95.81MVA1.2.设计原则和基本要求设计按照国家标准要求和有关设计技术规程进行，要求对用户供电可靠、保证电能质量、接线简单清晰、操作方便、运行灵活、投资少、运行费用低，．并且具有可扩建的方便性。要求如下：选择主变压器台数、容量和型式(一般按变电站建成5-10年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力)；设计变电所电气主接线；短路电流计算；43 供配电设计主要电气设备的选择及各电压等级配电装置类型的确定。1.3.设计内容变压器的连接组别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形和三角形两种，因此对于三相双绕组变压器的高压侧，110KV及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接，35KV及以下采用“Y”连接；对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“d”连接，若低电压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“yn”连接，在变电所中，为了限制三次谐波，我们选用“Ynd11”常规连接的变压器连接组别。本次设计的是一个降压变电站，有三个电压等级(110kV／35kV／10kV)，110kV主接线采用双母线接线方式，两路进线，35kV和10kV主接线均采用单母线分段接线方式。主变压器容量为2*31．5MVA，110kV与35kV之间采用Yo／Yo－12连接方式，110kV与10kV之间采用Yo／△—11连接方式。本设计采用的主变压器有两个出线端子，一端接35kV的引出线，另一端接10kV的引出线。设计中主要涉及的是变电站内部电气部分的设计，并未涉及到出线线路具体应用到什么用户，所以负荷统计表相对比较简洁，也减少了电气主接线图的制作难度。43 供配电设计第2章主变压器的选择2.1主变台数的确定待设计变电站在电力系统中的地位：本变电站为一降压变电站，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、农村供电的重要任务，地位比较重要。该变电站的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、优质、经济地运行的目的。1.待设计变电站的建设规模：(1)电压等级110Kv/35kV/10kV(2)线路回路数量110kV进出线共2回，两回进线为110kV的平行供电线路，正常送电容量各为35000KVA。35kV进出线共1回，两回进线连接着35kV电源，输送容量各为3200KVA。10kV进出线共6回，全部为架空线路，总输送容量按3000KVA设计。2.主变选择(1)变电站变压器台数和容量的选择原则：对于只供给二类、三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，应选用两台两台相同容量的主变压器，每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台变压器能供给全部一类负荷；在无法确定一类负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的70%～80%选择。对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台为宜；对地区性孤立的一次变电站，在设计时应考虑装设三台主变的可能性；对于规划只装两台主变的变电站，其变压器的基础宜按大于变压器容量的1～2级设计。(2)变电站主变压器台数的确定:由选择原则的第2点结合待设计变电站的实际情况，为提高对用户的供电可靠性，确定该变电站选用两台相同容量的主变压器。(3)变电所主变压器容量的确定原则:按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑10～20年的负荷发展。对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在计算过负荷能力及允许时间内，满足Ⅰ、Ⅱ43 供配电设计类负荷的供电；对一般性变电所，一台主变压器停运后，其余变压器应能满足全部供电负荷的70%～80%。(4)主变压器绕组数的确定:国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等变压器，待设计变电所有110KV、35KV、10KV三个电压等级且是一座降压变电所，宜选用双绕组普通式变压器。(5)主变压器相数的确定：在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来说投资大、占地多、运行规模也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量，待设计变电所谓35KV降压变电所，在满足供电可靠性的前提下，为减少投资，故选用三项变压器。(6)主变压器调压方式的确定：为了确保变电所供电量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在22.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%，但其结构较复杂，价格较贵，由于待设计变电所的负荷合均为Ⅰ、Ⅱ类重要负荷，为确保供电质量，有较大的调整范围，我们选用有载调压方式。(7)主变压器绕组连接组别的确定：变压器的连接组别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形和三角形两种，因此对于三相双绕组变压器的高压侧，110KV及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接，35KV及以下采用“Y”连接；对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“d”连接，若低电压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“yn”连接，在变电所中，为了限制三次谐波，我们选用“Ynd11”常规连接的变压器连接组别。(8)主变压器冷却方式的选择：电力变压器的冷却方式，随其型号和容量不同而异，一般有以下几种类型：自然风冷却：一般适用于7500KVR一下小容量变压器，为使热量散发到空气中，装有片状或管型辐射式冷却器，以增大油箱冷却面积。强迫油循环水冷却：对于大容量变压器，单方面加强表面冷却还打不到预期的冷却效果。故采用潜油泵强迫油循环，让水对油管道进行冷却，把变压器中热量带走。在水源充足的条件下，采用这种冷却方式极为有利散热效率高、节省材料、减少变压器本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件且对冷却器的密封性能要求较高。即使只有极微量的水渗入油中，也会严重地影响油的绝缘性能。故油压应高于水压0.1～0.15Mpa，以免水渗入油中。43 供配电设计强迫空气冷却：又简称风冷式。容量大于等于8000KVA的变压器，在绝缘允许的油箱尺寸下，即使有辐射器的散热装置仍达不到要求时，常采用人工风冷。在辐射器管间加装数台电动风扇，用风吹冷却器，使油迅速冷却，加速热量散出，风扇的启停可以自动控制，亦可人工操作。强迫油循环导向风冷却：近年来大型变压器都采用这种冷却方式。它是利用潜油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油管中，使铁芯和绕组中的热量直接由具有一定流速的油带走，二变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器冷却后，再由潜油泵注入变压器油箱底部，构成变压器的油循环。强迫油循环风冷却：其原理与强迫油循环水冷相同。水内冷变压器：变压器绕组用空心导体制成，在运行中将纯水注入空心绕组中，借助水的不断循环将变压器中热量带走，但水系统比较复杂且变压器价格比较高。考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式。所以用两台SFSZ7—31500/110型有载调压变压器，采用暗备用方式，查变压器的参数如下：表2-1变压器技术数据型号额定容量（kVA）额定电压（kV）损耗（kW）阻抗电压（%）空载电流（%）连接组别高压中压低压空载短路SFSZ7—31500/11031500110±8*1.25%35±4*1.25%10.58.241U12=10.5%U13=17.5%U23=6.5%1YN、yno、dn2.2.本变电站站用变压器的选择变电站的站用电是变电站的重要负荷，因此，在站用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电站发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电站安全，经济的运行。一般变电站装设一台站用变压器，对于枢纽变电站、装有两台以上主变压器的变电站中应装设两台容量相等的站用变压器，互为备用，如果能从变电站外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台站用变压器。根据如上规定，本变电站选用两台容量相等的站用变压器。站用变压器的容量应按站用负荷选择：S＝照明负荷+其余负荷*0.85(kVA)43 供配电设计站用变压器的容量：Se≥S＝0.85∑P十P照明(kVA)根据任务书给出的站用负荷计算：S＝5.2+4.5+（20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5）*0.85＝49.725(kVA)考虑一定的站用负荷增长裕度，站用变10KV侧选择两台S9—80／10型号配电变压器，互为备用。根据容量选择站用电变压器如下：型号：S9—80／10；容量为：80(kVA)连接组别号：Yyn0调压范围为：高压：±5％阻抗电压为(%)：4所用电接线方式：一般有重要负荷的大型变电所，380／220V系统采用单母线分段接线，两台所用变压器各接一段母线，正常运行情况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置。每台所用变压器应能担负本段负荷的正常供电，在另一台所用变压器故障或检修停电时，工作着的所用变压器还能担负另一段母线上的重要负荷，以保证变电所正常运行。43 供配电设计第3章电气主接线的选择3.1选择原则电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。主接线方案的确定与电力系统及变电站运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电站主接线的最佳方案。3.1.1主接线设计的基本要求及原则1.变电站主接线设计的基本要求：(1)可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线的设计必须满足这个要求。因为电能的发送及使用必须在同一时间进行，所以电力系统中任何一个环节故障，都将影响到整体。供电可靠性的客观衡量标准是运行实践，评估某个主接线图的可靠性时，应充分考虑长期运行经验。我国现行设计规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结，设计时应该予以遵循。(2)灵活性电气主接线不但在正常运行情况下能根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快的退出设备、切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，并在检修设备时能保证检修人员的安全。电气主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便，或造成不必要的停电。(3)经济性主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上—，还应使投资和年运行费用最小，占地面积最少，使变电站尽快的发挥经济效益。(4)应具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时，应考虑到有扩建的可能性。2.变电站主接线设计原则：变电站的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不得采用分支接线。43 供配电设计在6-10kV配电装置中，出线回路数不超过5回时，一般采用单母线接线方式，出线回路数在6回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大，出线需要带电抗器时，可采用双母线接线。在35-66kV配电装置中，当出线回路数不超过3回时，一般采用单母线接线，当出线回路数为4～8回时，一般采用单母线分段接线，若接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。在110-220kV配电装置中，出线回路数不超过2回时，采用单母线接线；出线回路数为3～4回时，采用单母线分段接线；出线回路数在5回及以上，或当“0—220KV配电装置在系统中居重要地位；出线回路数在4回及以上时，一般采用双母线接线。当采用SF6等性能可靠、检修周期长的断路器，以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规程为标准，结合具体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。3.1.2主接线的基本形式和特点主接线的基本形式可分两大类：有汇流母线的接线形式和无汇流母线的接线形式。在电厂或变电站的进出线较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰、运行方便、有利于安装和扩建。缺点是有母线后配电装置占地面积较大，使断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器少，占地面积少，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的电厂和变电站。有汇流母线的主接线形式包括单母线和双母线接线。单母线又分为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；又母线又分为双母线无分段、双母线有分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等方式。无汇流母线的主接线形式主要有单元接线、扩大单元接线、桥式接线和多角形接线等。3.2.变电站的各侧主接线方案的拟定在对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的可靠性、灵活性、及经济性等基本要求，综合考虑在满足技术、经济政策的前提下，力争使其为技术先进、供电可靠安全、经济合理的主接线方案。供电可靠性是变电所的首要问题，主接线的设计，首先应保证变电所能满足负荷的需要，同时要保证供电的可靠性。变电所主接线可靠性拟从以下几个方面考虑：43 供配电设计断路器检修时，不影响连续供电；线路、断路器或母线故障及在母线检修时，造成馈线停运的回数多少和停电时间长短，能否满足重要的I、II类负荷对供电的要求；变电所有无全所停电的可能性；主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便，高度灵活，检修安全，扩建发展方便。主接线的可靠性与经济性应综合考虑，辩证统一，在满足技术要求前提下，尽可能投资省、占地面积小、电能损耗少、年费用（投资与运行）为最小。3.2.1110KV侧主接线方案A方案：单母线分段接线图3-1单母线分段接线B方案:双母线接线图3-2双母线接线43 供配电设计(1)分析:A方案的主要优缺点:当母线发生故障时,仅故障母线停止工作,另一母线仍继续工作;对双回路供电的重要用户,可将双回路分别接于不同母线分段上,以保证对重要用户的供电;一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作；当出线为双回线路时，会使架空线出现交叉跨越；110kV为高电压等级，一旦停电，影响下—级电压等级供电，其重要性较高,因此本变电站设计不宜采用单母线分段接线。B方案的主要优缺点：检修母线时，电源和出线可以继续工作，不会中断对用户的供电；检修任一母线隔离开关时，只需断开该回路；工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电；可利用母联开关代替出线开关；便于扩建；双母线接线设备较多，配电装置复杂，投资、占地面积较大,运行中需要隔离开关切断电路,容易引起误操作；经济性差。(2)可知:A方案一般适用于110KV出线为3、4回的装置中；B方案一般适用于110KV出线为5回及以上或者在系统中居重要位置、出线4回及以上的装置中。综合比较A、B两方案，并考虑本变电站110KV进出线共6回，且在系统中地位比较重要，所以选择B方案双母线接线为110KV侧主接线方案。3.2.235KV侧主接线方案A方案：单母线接线图3-2单母线接线43 供配电设计B方案:单母线分段接线图3-2单母线分段接线(1)分析：A方案的主要优缺点：接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建，但可靠性和灵活性较差;当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作；出线开关检修时，该回路停止工作。B方案的主要优缺点：当母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作；对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电;当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作；当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。(2)可知:B方案一般速用于35KV出线为4-8回的装置中。综合比较A、B两方案，并考虑本变电站35KV出线为2回，所以选择B方案单母线分段接线为35KV侧主接线方案。3.2.310KV侧主接线方案A方案：单母线接线(见图3-3)B方案：单母线分段接线(见图3-4)43 供配电设计分析：A方案的主要优缺点：接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建，但可靠性和灵活性较差;当母线或母线隔离开关发生故障或检修时；各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作；．出线开关检修时，该回路停止工作。B方案的主要优缺点：母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作；对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作；当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。可知：B方案一般适用于10KV出线为6回及以上的装置中。综合比较A、B两方案,并考虑本变电站10KV出线为12回，所以选择B方案单母线分段接线为10KV侧主接线方案.综上所述,可得如下主接线图:图3-5主接线图43 供配电设计第4章短路电流计算4.1短路电流计算的主要目的1.电气主接线的比较与选择；2.选择断路器等电气设备，或对这些设备提出技术要求；3.为继电保护的设计以及调试提供依据；4.评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施；5.分析计算送电线路对通讯设施的影响。4.2.短路电流计算的假设4.2.1.进行以下数据的计算1.起始次暂态电流2.冲击电流3.短路电流最大有效值4.短路容量5.主要用于校验断路器的开断电流和继电保护的整定计算，和主要用于电气设备的动稳定校验。4.2.2三相短路瞬态过程中某一时刻短路电流周期分量有效值的计算主要用于电气设备的热稳定校验。4.3.短路电流计算的一般规定1.一般规定(1)电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；(2)所有同步电机都具有自动调节励磁装置；(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)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。2.接线方式计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不能仅用在切换过程中可能并列运行的接线方式。43 供配电设计3.计算容量应按工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般取工程建成后的5~10年。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及自耦变压器等回路中的单相、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.短路计算点在正常接线方式时，通过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出线与厂用分支线回路，在选择母线至母线隔离开关之间隔板前的引线、套管时，短路计算点应选在电抗器之前。选择其余的电气设备时，短路计算点一般取在电抗器之后。6.短路计算方法在工程设计中，短路电流计算均采用实用计算法。所谓实用计算法，是指在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量，而不是用微分方程去求解短路电流的完整表达式。4.4.短路电流计算步骤1.设基准容量，基准电压。2.计算各元件电抗标么值，并画出等值电路。3.网路化简，求出电源至短路点之间的总电抗标么值。4.计算短路电流周期分量有效值的标么值：5.将短路电流周期分量有效值的标么值换算成有名值：6.计算短路冲击电流:7.计算短路容量：43 供配电设计4.5.短路点的设置原则1.最大短路电流值设在母线上2.避开稀有故障点4.6.网络参数标么值计算4.6.1.网络参数及基准值计算网络参数1.110kV线路容量：2.主变型号：SFSZ7-31500/1104.6.2.取基准值表4-1本所选取基准值基准容量SB（MVA）100基准电压UB（kV）1153710.54.6.3.各元件参数标么值计算（最大运行方式下）主变电抗：110kV侧：35kV侧：10kV侧：4.6.4短路点的选择和等值网络图根据短路点的选择原则，选择k1为110kV桥上的短路，k2为35kV木线上的短路，k3为10kV母线上的短路，即：43 供配电设计4.6.5最大运行方式下三相短路电流计算k2、k3点（35kV母线）1.总电抗2.短路电流标么值3.短路电流有名值4.稳态电流有效值5.短路电流冲击值6.短路电流有效值7.短路容量k4、k5（10kV母线）1.总电抗2.短路电流标么值3.短路电流有名值4.稳态电流有效值5.短路电流冲击值6.短路电流有效值43 供配电设计7.短路容量4.6.6最小运行方式下三相短路电流计算k2、k3点（35kV母线）1.总电抗2.短路电流标么值3.短路电流有名值4.稳态电流有效值5.短路电流冲击值6.短路电流有效值7.短路容量k4、k5（10kV母线）1.总电抗2.短路电流标么值3.短路电流有名值4.稳态电流有效值43 供配电设计5.短路电流冲击值6.短路电流有效值7.短路容量4.6.7三相对称短路电流计算结果汇总表表4-1三相对称短路电流计算结果汇总短路点短路电流周期分量有效值（kA）稳态短路电流有效值（kA）短路电流冲击值（kA）短路全电流最大有效值（kA）短路容量（MVA）K2、k3最大运行5.85.814.798.758371.698最小运行3.5873.5879.1475.416146.838K4、k5最大运行14.02714.02735.76821.181255.103最小运行8.0478.04720.58912.191146.83843 供配电设计第5章导体和电气设备的选择5.1电气设备的选择原则正确地选择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。在进行设备选择时，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，并注意节约投资，选择合适的电气设备。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，但对它们的基本要求却是相同的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。电气设备选择的一般要求包括：1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2、应按当地环境条件校核；3、应力求技术先进和经济合理；4、选择导体时应尽量减少品种；5、扩建工程应尽量使新老电器型号一致；6、选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。7、按短路条件来校验热稳定和动稳定。8、验算导体和110kV以下电缆短路热稳定时，所有的计算时间，一般采用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间；而电器的计算时间一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间；断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间。按正常工作条件选择导体和电器额定电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，导体和电器的长期允许电流（或额定电流）应不小于该回路的最大持续工作电流，即：（或）由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的=1.05（为电机的额定电流）；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的；母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流；出线回路的除考虑线路正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。此外，还应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对导体和电器进行种类（屋内或屋外）和型式的选择。43 供配电设计额定电压和最高工作电压导体和电器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，故所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即：一般电缆和电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下时为1.15；额定电压为330~500KV时为1.1。而实际电网运行的一般不超过1.1，因此在选择设备时，一般可按照电器和电缆的额定电压，不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即：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条件，当温度、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震强度和覆冰厚度等条件超过一般电器使用条件时，应向制造部门提出要求或采取相应的措施。例如，当地海拔高度超过制造部门规定之值时，由于大气压力、空气密度和湿度相应减小，是空气间隙和外绝缘的放电特性下降，一般当海拔在1000~3500m范围内，若海拔比厂家规定值每升高100m，则最大工作电压要下降1%。当最高工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。对于110KV以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。5.2按短路情况校验1.短路热稳定校验短路电流通过时，导体和电器各部件温度（或发热效应）应不超过允许值，既满足热稳定的条件为：或式中——短路电流产生的热效应；——短路时导体和电器设备允许的热效应；——时间t内允许通过的短时热稳定电流（或短时耐受电流）。2.电动力稳定校验电动力稳定是导体和电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件是：或式中、——短路冲击电流幅值及其有效值；、——允许通过稳定电流的幅值和有效值。下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：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。43 供配电设计采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定；电缆印有足够的强度，亦可不校动稳定。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。3.高压断路器的选择及校验断路器在电路中担负特别重要的任务，必须满足一下基本要求：工作可靠。断路器应能在规定的运行条件下长期可靠地工作，并能在正常和故障情况下准确无误的完成关合和开断电路的指令，其拒动或误动都将造成严重的后果。具有足够的开断能力。断路器的开断能力是指能够安全切断最大短路电流的能力，它主要决定于断路器的灭弧性能，并保证具有足够的热稳定和动稳定。开断能力的不足可能发生触头跳开后电弧长期的续燃，导致断路器本身爆炸飞狐，引起事故扩大的严重后果。动作快速。在电路发生故障时，快速的切除故障电路，不仅能缩短电力网的故障时间和减轻巨大短路电流对电气设备的损害，而且能增加电力系统的稳定性，提高系统的供电可靠性。具有自动重合闸性能、输电线路的短路故障大多都是临时性的。为了提高电力系统运行的稳定性和供电可靠性，线路保护多采用自动重合闸方式，即在发生短路故障时，继电保护动作使断路器跳闸，切除故障点的短路电流，经很短时间后断路器又自动重合闸，恢复正常供电。若故障仍存在，则断路器必须立即跳闸，再次切断短路电流，这要求断路器在第一次大电流灭弧后很快恢复灭弧能力，完成后续次的灭弧。结构简单，经济合理。在满足安全、可靠的同时，还应考虑到经济性，故要求断路器的结构力求简单、尺寸小、重量轻、价格合理。4.电流互感器的选择电流互感器的选择除应满足一次回路的额定电压、额定电流、最大负荷电流计短路电流的动热稳定性外，还要满足二次回路的测量仪表、自动装置的准确度等级和保护装置10％误差曲线要求。如果容量不足，可将两个二次绕组串联。（1）电流互感器的选择原则按额定一次电压选择所选电流互感器的一次额定电压必须与安装处的电网电压一致，即式中——电流互感器铭牌标出的额定电压，kV；——电流互感器安装点的额定电压，kV。按额定一次电流选择43 供配电设计在电流互感器周围空气温度一定的条件下，连续流过互感器的一次电流，允许为其额定值的120％。5.电压互感器的选择电压互感器的选择与配置，除应满足一次回路的额定电压外，其容量与准确度等级应满足测量仪表、保护装置和自动装置的要求。负荷分配应在满足相位要求下尽量平衡，接地点一般设在配电装置端子箱处。电压互感器的选择不需要进行动稳定、热稳定校验，选择应满足一下条件。按额定电压选择所选电压互感器一次侧额定电压必须与安装处电网的额定电压一致，二次侧额定电压一般为100V。按额定电压选择，应满足式中——电压互感器铭牌标出的额定电压，kV；——电压互感器安装点的额定电压，kV。短路计算时间校验电器的热稳定和开断能力时，必须合理地确定短路计算时间。验算热稳定的计时间tk为继电保护动作时tpr和响应短路器的全开断时间tab之和，即tk=tpr+tab而tab=tin+ta式中——tab——断路器全开端时间tpr——后备保护动作时间tin——断路器固有分闸时间ta——断路器开断时电弧待续时间，对少油断路器为0.04-0.06s,对SF6断路器和压缩空气断路器约为0.02-0.04s。110KV侧断路器和隔离开关的选择短路参数：ich=12.55(kA);I"=I∞=4.922(kA)Ue=110KV主变侧：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=1.05*31500/1.732*110=173.604(A)负荷侧：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=1.05*35000/1.732*110=192.893(A)110KV侧断路器的选择：查设备手册试选LW35—110型断路器。表5-1LW35—110型断路器参数计算数据LW35--110U（KV）110Ue（KV）110Igmax(A)192.893Ie(A)3150I//(KA)4.922Ir(KA)31.5ich(KA)12.55idw(KA)8043 供配电设计I2∞tdz4.9222*0.65Ir2t31.52*3动稳定校验：Igmax=173.604(A)＜Ieich=12.55(kA)＜Idw=80kA动稳定校验合格。热稳定校验：Qk=4.9222*0.5(kA2·S)Q承受=31.52*3(kA2·S)Q承受＞Qk热稳定校验合格。动稳定校验合格。热稳定校验：短路电流的假想时间，等于后备保护动作时间与断路器全分闸时间之和即：tjs=tb+td其中：tb=0.5std=0.15s即：tjs=0.5+0.15=0.65s因：tjs＜1s所以应考虑β//=1非周期分量作用时间0.05s，在β//=1时，查《发电厂电气设备》中周期分量等值时间曲线，得tz=0.5s,所以tdz=0.5+0.05=0.55s所以I2∞tdz=4.9222×0.55=13.3(KA2•S)I2rt=31.52×3=2976.5(KA2•S)I2∞tdz≤I2rt满足热稳定要求开断电流校验：Iekd＞I//Iekd=31.5KAI//=4.922KA所以Iekd＞I//满足要求110KV侧隔离开关的选择：Ue=110KVIgmax=192.863(A)查设备手册试选GW4-110型隔离开关，参数如下：额定电压：Ue=110KV额定电流：Ie=600A动稳定电流：Idw=80kA5S热稳定电流：14kA动稳定校验：Igmax=192.863(A)＜Ieich=12.55(kA)＜Idw=80kA热稳定校验：Qd=4.9222*0.55(kA2•S)Q承受=21.52×5(kA2•S)Q承受＞Qk热稳定校验合格。35KV侧断路器和隔离开关的选择短路参数：ich=14.79(kA);I"=I∞=5.8(kA)Ue=35KV43 供配电设计主变侧：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=1.05*31500/1.732*35=545.612(A)负荷侧：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=1.05*35000/1.732*35=606.235(A)35KV侧断路器的选择：查设备手册试选ZN85-35型断路器。表5-2ZW23-35C型断路器参数计算数据ZW85-35CU（KV）35Ue（KV）40.5Igmax(A)606.235Ie(A)1600I//(KA)5.8Ir(KA)25ich(KA)14.79idw(KA)63I2∞tdz5.82*0.5Ir2t252*4动稳定校验：Igmax=606.235(A)＜Ieich=14.79(kA)＜Idw=63kA动稳定校验合格。热稳定校验：tjs=tb+td=0.5+0.2=0.7＜1s所以应考虑在β//=1非周期分量作用时间0.05s，在β//=1时，查《发电厂电气设备》中周期分量等值时间曲线，得tz=0.6s，即tdz=0.6+0.05=0.65sQk=5.82*0.65(kA2•S)Q承受=252*4(kA2•S)Q承受＞Qk热稳定校验合格。开断电流校验：Iekd＞I//Iekd=25KAI//=5.8KAIekd＞I//所以满足要求35KV侧隔离开关的选择：Ue=35KVIgmax=545.612(A)查设备手册试选GW14-35（D）型隔离开关，参数如下：额定电压：Ue=35KV额定电流：Ie=1250A动稳定电流：Idw=40kA2S热稳定电流：16kA动稳定校验：Igmax=545.612(A)＜Ieich=14.79(kA)＜Idw=40kA动稳定校验合格。热稳定校验：Q承受=16*16*2(kA2•S)Q承受＞Qk热稳定校验合格。10KV侧断路器和隔离开关的选择短路参数：43 供配电设计ich=35.768(kA);I"=I∞=14.027(kA)Ue=10KV主变侧：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=1.05*31500/1.732*10=1909.642(A)负荷侧：Igmax1=1.05Ie=1.05S/1.732*10=1.05*5000/1.732*10=303.117(A)Igmax2=1.05Ie=1.05S/1.732*10=1.05*4000/1.732*10=242.494(A)10KV侧断路器的选择：10KV主变侧选VS1--12—3150，负荷侧选VS1--12-1250计算数据VS1--12/----3150计算数据VS1----12----1250U（KV）35Ue（KV）12U（KV）10Ue（KV）12Igmax(A)1989Ie(A)3150Igmax(A)144.3Ie(A)1250I//(KA)22.61Ir(KA)40I//(KA)22.61Ir(KA)31.5ich(KA)57.66idw(KA)100ich(KA)57.66idw(KA)80I2∞tdz22.612X0.75Ir2t402×4I2∞tdz22.612×0.75Ir2t31.52×4A:10KV主变侧选VS1--12—3150Ie=3150AIgmax=1909.6A所以Ie≥Igmax满足要求Ue=12KVUgmax=10.5KV所以Ue≥Ugmax满足要求热稳定校验：I2*tdz≤I2rt即：tjs=tb+td=0.5+0.5=1s(不考虑非周期分量)在β//=1时，查《发电厂电气设备》中周期分量等值时间曲线，得tdz=0.75s所以I2*tdz=14.0272×0.75I2rt=402×4I2*tdz≤I2rt满足热稳定要求动稳定校验：ich≤idwich=35.768KAidw=100KAich＜idw所以满足要求开断电流校验：Iekd＞I//Iekd=40KAI//=14.027KAIekd＞I//所以满足要求故所选VS1—12/3150A型断路器符合要求B、负荷侧选VS1—12—1250型断路器Ie=1250AIgmax=303.11A所以Ie≥Igmax满足要求Ue=12KVUgmax=10KV所以Ue≥Ugmax满足要求热稳定校验：I2∞tdz≤I2rtI2∞tdz=14.0272×0.75I2rt=31.52×4I2∞tdz≤I2rt满足热稳定要求动稳定校验：ich≤idwich=35.768KAidw=80KAich＜idw所以满足要求43 供配电设计c、开断电流校验：Iekd＞I//Iekd=14.027KAI//=22.61KAIekd＞I//所以满足要求故所选VS1—12—1250型断路器符合要求高压开关柜的选择：根据所选择的形式，所选开关柜的型号如下：10KV：KYN28—1235KV：KYN61—40.55.3互感器的选择电流互感器的选择：当电流互感器用于测量时，其一次侧额定电流应尽量选择比回路中工作电流大1/3左右，以保证测量仪表最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。1、110kV侧电流互感器回路最大持续工作电流：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=173.604(A)馈路最大持续工作电流：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=1.05*35000/1.732*110=192.893(A)Ue=110KV选取：LVQB—1102、35kV侧电流互感器：回路最大持续工作电流：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=545.612(A)馈路最大持续工作电流：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=1.05*35000/1.732*35=606.235(A)Ue=35KV选取：LZZBJ--353、10kV侧电流互感器：回路最大持续工作电流：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=1909.642(A)馈路最大持续工作电流：Igmax1=1.05Ie=1.05S/1.732*10=1.05*5000/1.732*10=303.117(A)Igmax2=1.05Ie=1.05S/1.732*10=1.05*4000/1.732*10=242.494(A)Ue=10KV选取：LZZBJ--10表5-4电流互感器选型表安装地点型号110kVLVQB—11035kVLZZBJ--3510kVLZZBJ--1043 供配电设计电压互感器的选择：电压互感器的选择应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，对于：1、3-20kV配电装置，宜采用油绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。2、35kV配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器。3、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。根据上述条件，选择如下：110kV：母线选单相、串级式、户外式电压互感器。35kV：母线选单相、户外式电压互感器。10kV：母线成套设备配套电压互感器。（一）110KV母线电压互感器的选择：1一次电压U1：1.1Un〉U1〉0.9UnU1=110kvUn=110kv2二次电压U2n=100/√33准确等级:1级选择JCC2-110台数:3台接线方式:Y0/Y0/Δ（二）35KV母线电压互感器的选择：1.一次电压U1：1.1Un〉U1〉0.9UnU1=35kvUn=35kv2.二次电压U2n=100/√33.准确等级:1级选择JDJJ-35台数:3台接线方式:Y0/Y0/Δ（三）10KV母线电压互感器的选择：1.一次电压U1：1.1Un〉U1〉0.9UnU1=10kvUn=10kv2.二次电压U2n=100/√33.准确等级:1级选择JDZJ-10台数:1台接线方式:Y0/Y0/Δ表5-5电压互感器选择表安装地点型号额定电压/KV各级次额定容量/VA地点原线圈副线圈辅助线圈0.5级1级3级110KVJCC2-110110/0.1/0.1/500100035kVJDJJ-3535/0.1/0.1/15025060010kVJDZJ-1010/0.1/0.1/50802005.4母线的选择1）43 供配电设计常用导体材料在铜、铝等。载流导体一般采用铝质材料，110KV及以上配电装置一般采用软导线。2）硬母线截面在矩形、槽形、管形等。矩形母线用于35KV及以下，电流在4000A及以下配电装置。导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择，变电所的汇流母线均按长期发热允许电流进行选择，各引线则按经济电流密度选择。⑴按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。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J。按经济电流密度选择的导体截面的允许电流还必须满足Igmax≤kIal⑵电晕电压校验当110KV所选导线截面积大于70mm2时，可不作电晕电压校验。矩形导体不作电晕电压校验。⑶热稳定校验S〉SMIN=I/C*(√tdz)⑷动稳定校验-母线材料的允许应力-作用在母线上的最在计算应力各电压等级负荷，最大负荷利用率为：110KV侧：Tmax=5000小时35KV侧：Tmax=4500小时10KV侧：Tmax=4000小时1、110kV侧:1、主变110KV侧的引出线的选择：根据设计要求及有关资料可知110KV及以上的配电装置蔽露布置时、不宜采用硬导体。因这个电压等级以上的硬件导体散热条件较差。故主变110KV侧的引出线，应按经济电流密度选择软导体，并按d1点三相短路条件进行热稳定校验，最大运行方式的最大持续工作电流：Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=173.604(A)设本站110KV最大负荷利用时间TMAX为5000h以上，由相关资料查的钢芯铝绞线的经济电流密度为：J=1.1A/mm2则：导线的经济截面为：S=Igmax/J=158mm2经查有关设计手册得：LGJ—240型的导线在高温度+70℃,基准环境温度为+25℃时截流量为610A,取综合系数为0.882（查有关资料可知）实际允许截流量为IXR=0.882×610=538.02A大于最大持续工作电流=174A。热稳定校验：查有关资料得：C=87，d1(3)点三相稳定短路电流I∞=4.922KA，设变压器保护动作时间为0.05S短路器合分闸时间为0.15S,则变压器短路电流计算时间tjS=0.05+0.15=0.2S＜1s查短路电流周期分量发热等值时间曲线得tz=0.19S；43 供配电设计tdz=0.19+0.05=0.24sS〉SMIN=I/C*(√tdz)故所选LGJ—240型钢芯铝绞线满足稳定的要求，同时按设计要求及规定可知，可不进行电晕校验（可不进行电晕校验的最小导体为LGJ—70）2、110KV输电线路导线的选择，应按最大负荷电流选择截面，并按照K1点的短路条件进行稳定的校验。Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=1.05*35000/1.732*110=192.893(A)110KV最大负荷利用时间TMAX为5000h以上，由相关资料查的钢芯铝绞线的经济电流密度为：J=1.1A/mm2则：线的经济截面为：S=Igmax/J=175.355mm2查设备手册表选择LGJ—185/10钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为539A，满足最大工作电流的要求。户外载流量553A，K=0．882。实际流量IXR=0.882×539=475.398A大于续工作电流Igmax=192.893A。校验在点K1短路条件下的热稳定按线热稳定校验公式满足热稳定的最小截面：S〉SMIN=I/C*(√tdz)查相关资料得Ｃ＝87，d1(3)三相短路电流I∞=4.922KA　　设线路主保护动作的时间0.05Ｓ断路器全分闸时间为0.15Ｓ，则线路短路电流计算查短路电流同期分量等值时间曲线得tz=0.19S；tdz=0.19+0.05=0.24s故所造LGJ—185/10型钢芯铝绞线满足热稳定要求，同时也大于可不进行电晕校验的最小导体LGJ-70．故不进行电晕校验。3、110KV母线选择可按照单回最大110KV出线选择，也选择LGJ-400型钢芯铝绞线。二、35kV侧母线主变35KV侧至35KV母线及母变连线的选择根据设计要求及有关规定一般选矩形铝母线做变压器至母线的连接线，Igmax=545.612A按经济电流密度选设Tmax=4500h，查有关资料得，J=0.84A/mm2S=Igmax/J=649.54mm2经查有关设计手册得：试选用100×8单条矩形铝线平放时，长期允许载流量为1542A，取综合校正系数K=0.94，则实际载流量为IXR=1542×0.94=1449.5A＞Igmax校验在K2点短路时的动稳定，取L=1M，a=0.7MiCH=21.1A则作用在母线上的最大计算应力按公式：=1.73×iCH2×βl2/aw×10-8=57×105Pa43 供配电设计上式中，即震动系数β取1W为截面系数，W=0.167bh2b=5h=50直有关资料得硬铝线的最大应力=69×106Pa，即故满足动稳定要求。校验在K2点，短路时的热稳定系数C=87,I∞=5.8KA;设变压器主保护动作时间为0.05S，断路器合分闸时间为0.15S。则短路电流计算时间t=0.05+0.15=0.2S，β//=1查短路电流周期分量发热等值时间曲线得tz=0.19S；tdz=0.19+0.05=0.24sS〉SMIN=I/C*(√tdz)=32.6mm2所选铝母线的截面为100×8=800mm2＞Smin=32.6mm2故满足热稳定的要求。三、10kV侧母线1、10KV侧母线的选择：根据设计要求，本变电所10KV的最终回路较多，因此10KV母线应选硬导体为宜，其截面应按最大持续工作电流选择，并按K4点短路条件进行，动稳定和热稳定的校验。变压器10KV侧最大持续工作电流为1.05倍的额定电流，Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=1909.642(A)经查有关资料得：试选用双片100×8矩形铝母线平放时，长期允许载流量为2298A，取综合校正系数K=0.94，则实际载流量IXR=2089×0.94=2160.12A＞Igmax校验K4点短路时的动稳定：取L=1m,a=0.25m,ich=57.66KA，则作用在母线上的最大计算应按公式：=1.73×iCH2×βl2/aw×10-8=1.73×(57.66×103)2×1/0.25×0.167×10×10-3(125×10-3)2×10-8=9.202×106Pa上式中β=1，即振动系数取1。W为截面系数，W=0.167bh2b=10mm，h=125mm查有关资料得：硬铝绞线的最大应力=69×106Pa即：故满足稳定的要求。校验K4点，短路时的热稳定系数C=87设变压器主保护动作时间为0.05S，断路器合分闸时间为0.15S。则短路电流计算时间t=0.05+0.15=0.2S，β″=1查短路电流周期分量发热等值时间曲线得tz=0.19s则td2=tz+0.05β″=0.24SS〉SMIN=I/C*(√tdz)=78.99mm2所选铝母线的截面为2×(100×8)=1600mm2＞Smin=78.99mm2故满足热稳定的要求。2、主变10KV侧至10KV母线连线的选择43 供配电设计根据设计要求及有关规定一般选矩形铝母线做变压器至母线的连接线，Igmax=1909.642A按经济电流密度选设Tmax=4000h，查有关资料得，J=0.9A/mm2S=Igmax/J=2121.82mm2经查有关设计手册得：试选用2×（100×8）条矩形铝母线平放时，长期允许载流量为2298A，取综合校正系数K=0.94，则实际载流量为IXR=2298×0.94=2160A＞Igmax100×8双条矩形铝母线动稳定和热稳定此前校验过，满足要求。3、10KV侧输电线路软导体的选择，应按最大负荷电流选择导体截面，并按短路条件下进行校验：Igmax1=1.05Ie=1.05S/1.732*10=1.05*5000/1.732*10=303.117(A)Igmax2=1.05Ie=1.05S/1.732*10=1.05*4000/1.732*10=242.494(A)Tmax=4000h查有关资料得：J=1.16A/mm2，则导体的经济截面为：S1=Igmax/J=261.31mm2S1=Igmax/J=209.046mm25000KVA侧试选LGJ—400型钢芯铝绞线在最高允许温度+70℃基准环境温度为+25℃时，截流量为898A,取综合系数为0.882实际流量为IXR=0.882×898=792.04A大于最大持续工作电流Igmax4000KVA侧LGJ—240型的导线在高温度+70℃,基准环境温度为+25℃时截流量为610A,取综合系数为0.882（查有关资料可知）实际允许截流量为IXR=0.882×610=538.02A大于最大持续工作电流Igmax热稳定校验：查有关资料得C=87，I∞=22.61KA设主保护动作时间为0.05S，断路器全分闸时间为0.15S，则短路电流计算时间为t=0.05+0.15=0.2S，β=1查短路电流周期分量等值时间曲线得：tz=0.19s时则tdz=tz+0.05β=0.24s经过计算：S〉SMIN=I/C*(√tdz)大于可不校验电晕的最小导体LGJ—70，故不进行电晕校验。5.5.高压熔断器的选择1.参数的选择(1)限流式高压熔断器一般不宜使用在电网工作电压低于熔断器额定电压的电网中，以避免熔断器熔断截流式产生的过电压超过电网允许的2.5倍工作相电压。当经过验算，电器的绝缘强度可允许使用高一级电压的熔断器时，则应按电压比折算，降低其额定的断流容量。43 供配电设计(2)高压熔断器熔管的额定电流应大于或等于熔体的额定电流。(3)跌落式熔断器在灭弧时，会喷出大量游离气体，并发出很大的响声，故一般只在屋外使用。㈡熔体的选择(1)熔体的额定电流应按高压熔断器的保护熔断特性选择，应满足保护的可靠性、选择性、灵敏度的要求，非自爆式熔断器都具有反时限的电流-时间特性。熔体额定电流选择过大，将延长熔断时间，降低灵敏度；选择过小，则不能保证保护的可靠性和选择性。选择熔体时，应保证前后两级熔断器之间、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。在此前提下，当在本段保护范围内发生故障时，应能在最短时间没切断故障。当电网装有其他接地保护时，回路中最大电流与负荷电流之和不应超过最小熔断电流。(2)保护电力电容器的高压熔断器的熔体，在下列正常情况下不应误熔断：①由于电网电压升高、波形畸形等原因引起的电力电容器回路电流增大时。②电力电容器运行过程中的涌流。保护电力电容器的高压熔断器熔体的额定电流可按下式选择；式中——系数，对于跌落式高压熔断器，取1.2～1.3；对于限流式高压熔断器，当一台电力熔断器时，系数取1.5～2.0，当为一组电力电容器时，取1.3～1.8；——电力电容器回路的额定电流，A。(3)保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器熔体，在下列正常情况下不应误熔断：①当熔体内通过电力变压器回路最大工作电流时。②当熔体内通过电力变压器的励磁涌流时（一般按熔体通过该电流时的熔断时间不小于0.5s校验）.③当熔体内通过保护范围以外的短路电流及电动机自起动等引起的冲击电流时。保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择：式中——系数，当不考虑电动机自起动时，可取1.1～1.3；当考虑电动机自起动时，可取1.5～2.0；——电力变压器回路最大工作电流，A。(4)保护电压互感器的熔断器，只需按额定电压和断流容量选择，不必校验额定电流。43 供配电设计(5)除保护防雷用电容器的熔断器外，当高压熔断器的断流容量不能满足被保护回路短路容量要求时，可在熔断器回路中装设限流电阻等措施限制短路电流。(6)对没有限流作用的跌落式熔断器，应考虑短路电流的非周期分量，用全电流进行断流容量的校验。同时，尚需用系统最小运行方式下的短路电流校验三相断流容量的下限值，以保证熔断器有足够的熔断电流。表5—6高压熔断器选择结果表型号安装地点额定电压/KV额定电流/KA最大分断电流/KA备注RW9-3535kVYH350.560保护电压互感器RN2-1010kVYH100.550保护电压互感器RN1-35站用变压器350.512供电力线路式中——额定开断电流——冲击电流有效值——次暂态电流有效值对于没有限流作用的熔断器选择时用冲击电流有效值校验；对于有限流作用的熔断器选择时，因为在电流过最大值之前已截断，故可不计非周期分量的影响，而采用校验。表5-7序号计算参数选择RN2-10型校验结果项目参数项目参数1工作电压10kVU10kV合格214.027kA额定开断电流50KA合格表5-8序号计算参数选择RW9-35型校验结果项目参数项目参数1工作电压35kVU35kV合格25.8kA额定开断电流60KA合格变电站35kV电压互感器和10kV电压互感器以及站用变压器都用高压熔断器保护电气设备免受过载和短路电流的损害及用来保护电压互感器。43 供配电设计第6章变电站防雷保护由于不是本设计所要求，这里只做简单的选择。6.1变电所的保护对象变电所中的建筑物应装设直击雷保护装置，诸如屋内外配电装置，主控室等。6.2电工装置的防雷措施1.避雷针设置原则电压为110及以上的屋外配电装置，可将避雷针装在屋外配电装置的构架上，安装避雷针的构架支柱应该与配电装置接地网相连接。在避雷针的支柱附近，应设置辅助的集中接地装置，其接地电阻不应大于10Ω。由避雷针与配电装置接地网上的连接处起，至变压器与接地网上的连接处止，沿接地线距离不得小于15m。在变压器构架上，不得装避雷针。2.主控室及屋内配电装置对直击雷的防雷措施⑴若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地；⑵若屋顶有钢筋混凝土结构，应将其钢筋焊接成网接地；⑶若结构为非导电体屋顶采用避雷保护，避雷带网格为8~10m，每格10~20m设引下线接地；上述接地可与总接地网联接，并在连接处加装集中接地装置，其接地电阻应不大于10Ω。3.防雷保护装置防雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击,而引雷于本身,并顺利地泄入大地的装置。电力系统中最基本的防雷保护装置有:避雷针﹑避雷线﹑避雷器和防雷接地等装置。4.避雷针避雷针由金属制成，其保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。⑴避雷针的设计一般有以下几种类型：①单支避雷针的保护；②两针避雷针的保护；③多支避雷针的保护；⑵变电所直击雷保护的基本原则：一是独立避雷针（线）与被保护物之间应有一定的距离，以免雷击针（线）时造成反击。是独立雷针的接地装置与被保护物之间也应保持一定的距离Sd以免击穿，在一般情况下，SK不应小于3m43 供配电设计。有时由于布置上的困难Sd无法保证，此时可将两个接地装置相联，但为了避免设备反击，该联接点到35KV及以下设备的接地线入地点，沿接地体的地中距离应大于15m，因为当冲击波沿地埋线流动15m后，在ρ≤500Ω·m时，幅值可衰减到原来的22%左右，一般不会引起事故了。5.避雷器避雷器是一种过电压限制器,它实质上是过电压能量的接受器,它与别保护设备并联运行,当作用电压超过一定的幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量,限制过电压,保护电气设备.在电力系统中广泛采用的主要是阀式避雷器。根据额定电压(正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压，也是使用该避雷器的电网额定电压)和灭弧电压有效值(指避雷器应能可靠地熄灭续流电弧时的最大工频作用电压)选择。6.防雷接地“防雷在于接地”,这句话含义说明各种防雷保护装置都必须配以合适的接地装置。将雷电泄入大地，才能有效地发挥其保护作用。接地是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位,电力系统的接地按其功用可分三类:工作接地:根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，它所要求的接地电阻值约在0.5-10的范围内。保护接地:不设这种接地，电力系统也能正常运行,但为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加以接地,它是在故障的条件下才发挥作用的,它所要求的接地电阻值处于1-10的范围内。防雷接地:用来将雷电流顺利泄入大地,以减小它所引起的过电压,它的性质似乎介于前两种接地之间,它防雷保护装置不可缺少的组成部分，它有些像工作接地;但它又是保障人身安全的有力措施,而且只有在故障下才发挥作用，它又有些像保护接地,它的阻值一般在1-30的范围内。由此可见,接地电阻取10较合适。查接地装置(冲击系数)与(接地装置的冲击利用系数)表,选用一字形的接地体。查得:＝=＝0.45(式中:—冲击电流下的电阻;—工频电流下的电阻)＝0.45×10＝4.57.雷电侵入波保护43 供配电设计因为雷击线路机会比雷击变电所多，所以沿线路侵入变电所的雷电过电压行波是很常见的。又因为线路的绝缘水平要比变压器或其它设备的冲击试验电压高许多，所以变电所对行波的保护十分重要。雷电侵入波保护是利用阀型避雷器以及与避雷器相配合的进线保护段。6.3.本设计的防雷保护方案1、直击雷的过电压保护：装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过10欧，为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气中的距离SK不宜小于5m，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离Sd应大于3m。35kV、ll0kV配电装置：在架构上装设独立避雷针，将架构支柱主钢筋作引下线接地。主变压器装设独立避雷针各电压等级母线桥：装设独立避雷针。主控制楼：屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。2、雷电侵入波的过电压保护对入侵波防护的主要措施：变电所内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，在ll0kV、35kV靠近变电所l-2kM的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于30kA和75kA保护角在25°和30°范围内，冲击接地电阻在l0Ω左右，以保证大多数雷电波只在此线段外出现，即设置进线段保护。对于三绕组变压器，应在低压侧任一相绕组对地加装一个避雷器，对于变压器中性点保护，因中性点为直接接地，变压器为分级绝缘。其绝缘水平为35kV等级，需在中性点上装避雷器。3、避雷器的配置：(1)进出线设备外侧；(2)所有母线上；(3)变压器高压侧，尽量靠近变压器；(4)变压器低压侧为Δ时，只装在B相；(5)主变压器中性点，按其绝缘水平等级选设；4、避雷线的配置：(1)ll0kV及以上线路沿全长架设避雷线；(2)35kV雷电日较高应全长架设避雷线；(3)10-35kV，一般设1-2kM的进线段保护，以降低雷电波的陡度。表6-1避雷器选择43 供配电设计型号安装地点数量参数陡度冲击电流下残压≤kV雷电冲击电流下残压≤kV操作冲击电流下残压≤kV直流1mA参考电压≥kVYH10WZ—102/266110kV母线2266YH5WZ—51/13435kV侧母线215413411473YH5WZ—17/4510kV母线24524.0YH1W—72/186主变中性点218613786YH5WZ—51/134主变35kV侧215413411473YH5WZ—17/45主变10kV侧251.84538.324YH5WZ—17/4510kV出线1051.84538.32443 供配电设计参考文献[1]赵彩虹．供配电系统（上册，一次部分）[M]．北京：中国电力出版社，2009：1-96,143-203．[2]赵彩虹．供配电系统（下册，二次部分）[M]．北京：中国电力出版社，2009：1-9,65-76,111-148,150.[3]水利电力部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册（第一册）电气一次部分.北京：中国电力出版社，1996重印[4]山东电力集团公司编.现代城市电网35kV变电站典型方案设计[5]电力工业部西北电力设计院．电力工程电气设备手册[M]．北京：中国电力出版社，1998：203-270,423,470-841,1093-1340,1984．[6]刘增良编.电气设备运行与维护.中国电力出版社[7]相关规程规范11.尧有平，李晓华.[8]刘学军．继电保护原理[M]．北京：中国电力出版社，2004：287-323．[9]孙成普.变电所及电力网设计与应用.2版.北京：中国电力出版社，2004[10]陈光会，王敏.电力系统基础.北京：中国水利水电出版社，2004[11]电力系统工程CAD设计与实训.北京：北京理工大学出版社，2008.[12]夏道止编著.电力系统分析.中国电力出版社.[13]西北电力设计院编著.发电厂变电所电气接线和布置.[14]黄纯话编.发电厂电气部分课程设计资料，天津大学出版社.[15]刘介才编.工厂供电.机械工程出版社.[16]刘介才编.工厂供电设计指导.机械工程出版社.[17]丁毓山，雷振山主编.《中小型变电所是用设计手册》.水利水电出版社.2005[18]工厂常用电气设备手册编写组编.工厂常用电气设备手册.中国电力出版社43 供配电设计致谢经过几个月的努力，本次毕业设计已经基本完成，作为一个应届毕业生，同时也是跨专业选题,加上本人水平有限和时间仓促，当中难免会有疏漏和不妥之处，恳请大家多多指教。在这里我首先要感谢我的指导老师李燕林，老师平日工作繁忙，很少有空闲时间,但无论是前期设计的引导及草案的修改，中期的复查以及后期的详细设计,整个过程中导师都给了我详尽的帮助和悉心的指导，助我较为顺利的完成此次设计。其次要感谢同学们对我热情的帮助，很多不懂的可以相互交流，所谓术业有专攻，同学们不同课题之间的交流使我能举一反三，为设计的顺利进行再添一枚砝码。最后，我还要感谢大学四年来所有的老师，老师为我们打下了坚实的专业基础知识，有了这些的积累，才得以顺利完成设计。马上就面临工作，通过此次毕业设计，巩固了电力系统的理论知识，掌握了变电所电气部分的典型设计基本方法，并从中得到了更多的实际经验，对我以后的工作有很大的帮助。在此也向所有参考文献的作者致以最诚挚的谢意！43 供配电设计附录43'