110kV变电站电气一次部分初步设计_甜梦文库
110kV变电站电气一次部分初步设计
重庆电力高等专科学校重庆教培中心教学点毕业论文专 业： 班 级： 学生姓名： 同 组 人： 指导教师：电力系统自动化 变检 0602 张希 刘英杰、刘成刚 袁永萍二 OO 九年四月内容提要根据设计任务书的要求，本次设计为 110kV 变电站电气一次部分初步设 计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该变电站设有两台主变压器，站内主 接线分为 110kV、35kV 和 10kV 三个电压等级。各个电压等级分别采用单母 线分段接线、单母线分段带旁母线和单母线分段接线。 本次设计中进行了电气主接线的设计。电路电流计算、主要电气设备选 择及效验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、母线等） 、各电压等级配电 装置设计及防雷保护的配置。 本设计以 《电力工程专业毕业设计指南》 、 《电力工程电气设备手册》 、 《高 电压技术》《电气简图用图形符号（GB/T4728.13）、 、 》《电力工程设计手册》 、 《城乡电网建设改造设备使用手册》等规范规程为依据，设计的内容符合国 家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运 行可靠、经济合理。目录前言 第一部分 第1章 110kV 变电站电气一次部分设计说明书 原始资料第2章 电气主接线设计 第2.1节 主接线的设计原则和要求 第2.2节 主接线的设计步聚 第2.3节 本变电站电气接线设计 第 3 章 变压器选择 第 3.1 节 主变压器选择 第 3.2 节 站用变压器选择 第 4 章 短路电流计算 第 4.1 节 短路电流计算的目的 第 4.2 节 短路电流计算的一般规定 第 4.3 节 短路电流计算的步聚 第 4.4 节 短路电流计算结果 第 5 章 高压电器设备选择 第 5.1 节 电器选择的一般条件 第 5.2 节 高压断路器的选择 第 5.3 节 隔离开关的选择 第 5.4 节 电流互感器的选择 第 5.5 节 电压互感器的选择 第 5.6 节 高压熔断器的选择 第 6 章 配电装置设计 第 7 章 防雷保护设计 第二部分 110kV 变电站电气一次部分设计计算书 第 1 章 负荷计算 第 1.1 节 主变压器负荷计算 第 1.2 节 站用变压器负荷计算 第 2 章 短路电流计算 第 2.1 节 三相短路电流计算 第 2.2 节 站用变压器低压侧短路电流计算 第 3 章 线路及变压器最大长期工作电流计算 第 3.1 节 线路最大长期工作电流计算 第 3.2 节 主变进线最大长期工作电流计算 第 4 章 电气设备选择及效验 第 4.1 节 高压断路器选择及效验 第 4.2 节 隔离开关选择及效验 第 4.3 节 电流互感器选择及效验 第 4.4 节 电压互感器选择及效验 第 4.5 节 熔断器选择及效验 第 4.6 节 母线选择及效验 第 5 章 防雷保护计算 第三部分 110KV 变电站电气一次部分设计图纸 电气主接线图 总结 参考文献 致谢前言变电站是电力系统的重要组成部分，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，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。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。电气主接线的拟订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。 本次设计为 110kV 变电站电气一次部分初步设计，分为设计说明书、设 计计算书、设计图纸等三部分。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本 文是在老师们治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕 业设计期间老师在设计的选题和设计思路上给了我很多的指导和帮助。 在此， 我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！ 本文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设 计进行了阐述，并绘制了电气主接线图。由于本人水平有限，错误和不妥之 处在所难免，敬请各位老师批评指正。第一部分110kV 变电站电气一次部分设计说明书设 计 指导教师第 1 章 原始资料1.1 地区电网的特点 1) 本地区即使在最枯的月份， 水电站发电保证出力时亦能满足地区负荷的需要， 加上小火电，基本不需要外系统支援。 2) 本系统的水电大多数时径流式电站，出发保证出力外的月份，均有电力剩余， 特别是 4 至 7 月份。 1.2 建站规模 1) 变电站类型：110kV 变电工程 2) 主变台数：2 3) 电压等级：110kV、35kV、10kV4) 出线回数及传输容量 110kV 出线 6 回（2 回路备用） 本变－长泥坡 15000kw 6km LGJ-120 本变－双旗变 15000kw 42.3km LGJ-120 本变－系统 30000kw 66km LGJ-150 本变－双桥 8000kw 30km LGJ-120 35kV 出线 8 回（2 回路备用） 本变－长泥坡 8000kw 6km LGJ-95 本变－火电厂 10000kw 8km LGJ-95 本变－中方变 5000kw 15km LGJ-95 本变－水电站 8000kw 12km LGJ-120（2 回路） 本变－鸭嘴变 5000kw 10km LGJ-95 10kV 出线 10 回（3 回路备用） 本变－氮肥厂 2500kw 2km 本变－化工厂 1500kw 3km 本变－医院 1500kw 5km 本变－印刷厂 2000kw 4km（2 回路） 本变－造纸厂 2500kw 6km 本变－机械厂 2500kw 4km 5) 无功补偿：采用电力电容器两组，容量为 2*4500kva 1.3 环境条件 1) 当地年温最高为 40℃，年最低温度为-5℃； 2) 当地海拔高度为 800 米。 3) 当地雷暴日数为 55 日/年； 4) 本变电站处于“薄土层石灰岩”地区，土壤电阻率高达 1000Ω.M 1.4 电器主接线图 建议 110kV 双母线分 4 段、35kV 双母线带旁、10kV 单母线分段带旁路接线，并考虑 设置融冰措施。 1.5 短路阻抗 1) 系统作无穷大电源考虑： X1Σmax＝0.05，X0Σmax＝0.04，X1Σmin＝0.1，X0Σmin＝0.05。 2) 火电厂的装机容量为 3*7500kw，Xd＝0.125 最大运行方式下，该火电厂 3 台机组 全部投入并满发，最小运行方式下，该火电厂只投入 2 台机组。 3) 水电厂的装机容量为 3*5000kw，Xd＝0.27，最大运行方式下，该水电厂 3 台机组 全部投入并满发，最小运行方式下，该水电厂只投入 1 台机组。第 2 章 电气主接线设计电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。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 b 主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电 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、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经 济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接 线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，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，正确处理好各方面的关系，全面分析有 关因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。 2.1.1 电气主接线的设计原则 电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术 规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求 的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的 先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、美观的原则。1) 接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能 采用断路器较少或不用断路器的接线， 如线路－变压器组或桥形接线等。 若能满足继电保 护要求时，也可采用线路分支接线。在 110kV～220kV 配电装置中，当出线为 2 回时，一 般采用桥形接线；当出线不超过 4 回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当 110kV～220kV 出线在 4 回及以上时，一般采用双母线接线。 在大容量变电站中，为了限制 6～10kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措施： a) 变压器分列运行； b) 在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器； c) 采用低压侧为分裂绕组的变压器； d) 出线上装设电抗器。 2) 主变压器选择 a) 主变压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。当只有 一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时， 可装设一台。 对于大 型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。 b) 主变压器容量：主变压器容量根据 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。 对装设两台变压器的变电站， 每台变压器额定容 量一般按下式选择 Sn＝0.6 PM PM 为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对 60％负荷的供电，考虑变 压器的事故过负荷能力 40％，则可保证对 84％负荷的供电。由于一般电网变电站大约有 25％的非重要负荷，因此，采用 Sn＝0.6 PM，对变电站保证重要负荷来说多数是可行的。 对于一、 二级负荷比重大的变电站， 应能在一台停用时， 仍能保证对一、 二级负荷的供电。 c) 主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的变电站， 如通过主变压器各侧绕组的功率均达到 15％Sn 以上时， 由于中性点具有不同的接地形式， 应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为 220kV 及以上，中压为 110kV 及以上时，多采 用自耦变压器，以得到较大的经济效益。 3) 断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用 以完成切、合电路任务。 4) 为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷 的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据： a) 最小负荷为最大负荷的 60～70％，如主要是农业负荷时则宜取 20～30％； b) 负荷同时率取 0.85～0.9，当回路在三回一下时且其中有特大负荷时，可取 0.95～1； c) 功率因数一般取 0.8； d) 线损平均取 5％。 2.1.2 设计主接线的基本要求 在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。 1) 可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个 要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题： a) 可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考 虑长期积累的运行经验。 我国现行设计技术规程中的各项规定， 就是对运行实践经验的总 结。设计时应予遵循。 b) 主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性 的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。 c) 可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所可能还 不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。 通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑： a) 断路器检修时，能否不影响供电。b) 线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停 电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 c) 变电站全部停运的可能性。 2) 灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面： a) 调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配 电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。 b) 检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修 而不影响电力的正常运行及对用户的供电。 c) 扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响 连续供电或停电时间最短的情况下， 投入新装变压器或线路而不互相干扰， 且一次和二次 设备等所需的改造最少。 3) 经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。 a) 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）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。 b) 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 和节省构架、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。 c) 电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济 合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。 第 2.2 节 主接线的设计步聚 电气主接线图的具体设计步聚如下： a) 分析原始资料 a) 本工程情况 变电站类型，设计规划容量（近期，远景） ，主变台数及容量等。 ，变电站在电力系统中 b) 电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划（5～10） 的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。 c) 负荷情况 负荷的性质及其地理位置、 输电电压等级、 出线回路及输送容量等。 d) 环境条件 当地的气温、湿度、覆水、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等 因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。 e) 设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、 制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行 性。 b) 拟定主接线方案 根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对 出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方 案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接 线方案。 c) 短路电流计算 对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。 d) 主要电器选择 包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。 e) 绘制电气主接线图 将最终确定的主接线，按工程要求，绘画工程图。 第 2.3 节 本变电站电气主接线设计 2.3.1 110kV 电压侧接线《35～110kV 变电所设计规范》规定，35kV～110kV 线路为两回以下时，宜采用桥形、 线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接 线。 35～63kV 线路为 8 回及以上时， 亦可采用双母线接线。 110kV 线路为 6 回及其以上时， 宜采用双母线接线。 在采用单母线、 分段单母线或双母线的 35～110kV 主接线中， 当不允许停电检修断路 器时，可设置旁路设施。 本变电站 110kV 线路有 6 回，可选择用双母线或单母线分段接线两种方案，如图 2.1 所示。方案一供电可靠、运行方式灵活、倒闸操作复杂, 容易误操作；占地大、设备多、 投资大。图 2.1 。方案二简单清晰、操作方便、不易误操作，设备少,投资小,占地面积小,但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。本变电站为地区性变电站， 电网特点是水电站发电保证出力时 能满足地区负荷的需要，加上小火电，基本不需要外系统支援,电源主要集中在 35KV 侧,110KV 侧是为提高经济效益及系统稳定性,采用方案二能够满足本变电站 110KV 侧对供 电可靠性的要求,故选用投资小、节省占地面积的方案二。 2.3.2 35kV 电压侧接线本变电站 35kV 线路有 8 回，可选择双母线或单母线分段带旁路母线接线两种方案， 根据本地区电网特点，本变电站电源主要集中在 35kV 侧，不允许停电检修断路器，需设 置旁路设施，如图 2.2 所示。图 2.2方案一供电可靠、调度灵活，但是倒闸操 作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，配 电装置复杂，投资大。方案二简单清 晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地 面积小， 旁路断路器可以代替出 线断路器， 进行不停电检修出线断路器， 保证重要回路特 别是电源回路不停电。 方案 二具有良好的经济性，供电可靠性也能满足要求，故 35kV 侧接线采用方案二。 2.3.3 10kV 电压侧接线 《35～110kV 变电所设计规范》规定，当变电所装有两台主变压器时，6～10kV 侧宜 采用分段单母线。线路为 12 回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时， 可设置旁路设施。 本变电站 10kV 侧线路为 10 回， 可采用双母线接线或单母线分段接线两种方案， 如图 2.3 所示。方案一一般用于出线较多，输送和穿越功率较大,供电可靠性和灵活性要求较 高得场合，设备多，投资和占地面积大，配电装置复杂，易误操作。方案二简单清晰，调 度灵活，不会造成全场停电,能保证重要用户的供电,设备少,投资和占地小。故选用投资 小、节省占地面积的方案二。。综上所述，本变电站主接线如图 2.4 所示。图 2.42.3.4 站用变压器低压侧接线 站用电系统采用 380/220V 中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个 电源， 站用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式， 平时分裂运行， 以限制故障 范 围，提高供电可靠性。380V 站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或 闸刀 进行分段，并以低压成套配电装置供电。站用变压器低压侧接线如图 2.5 所示。图 2.5站用变压器低压侧接线第 3 章 变压器选择第 3.1 节 主变压器选择 在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。 《35～110kV 变电所设计规范》 规定， 主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。 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设 两台以上主变压器。 装有两台以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变器的容量不应小于 60％ 的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的 15％以上，主变压器宜采用三线圈变压器。 主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。 由负荷计算（设计计算书第 1 章）可知，本变电站远景负荷为 PM＝30.15 (MVA)，装 设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择 SN＝0.6PM＝18.09(MVA) 故可选择两台型号为 SFSZ7- 的变压器 表 3.1型号 额 容 定 额定电压(kV) 量 高 压 (kVA) 中压 低压 (%) (kW)主变压器技术参数空载 空载 电流 损耗 高- 高- 中 高 中 低 低 中 - 高 低 - 中低 负载损耗(kW) 阻抗电压(%) 连接组标号SFSZ7-2000011038.510.51.535.8131.7 12599.7 10.517.56.5YN,yn0,d11第 3.2 节 站用变压器选择《35～110kV 变电所设计规范》 规定， 在有两台及以上主变压器的变电站中， 装 宜 设两台容量相同可互为备用的站用变压器，分别接到母线的不同分段上。 变电站的站用负荷， 一般都比较小， 其可靠性要求也不如发电厂那样高。 变电站 的 主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、 检 修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电站的站 用电 压只需 0.4kV 一级，采用动力与照明混合供电方式。380V 站用电母线可采用低 压断路 器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。 本变电站计算站用容量为 100kVA（设计计算书第 1 章）选用两台型号为 S9― ， 100/10 的变压器， 互为暗备用。 10kV 级 S9 系列三相油浸自冷式铜线变压器， 是全国 统一设计的新产品，是我国国内技术经济指标比较先进的铜线系列配电变压器。 站用变压器参数如表 3.2 所示。表 3.2型号 额定容量(kVA) 额定电压(kV) 高压 S9-100/10 100 10 低压 0.4站用变压器技术参数空载电流 损耗(W) (%) 空载 短路 1.6 290 1500 阻抗电压 连接组标号 (%)4Y,yn0
第4章 短路电流计算第4.1节 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 取限制断流电流的措施等，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。 3) 在设计屋外高压配置时，需按短路条件效验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。 第4.2节 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： 1) 计算的基本情况 a) 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行； ； b) 同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁） c) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间； d) 所有电源的电动势相位角相同； e) 正常工作时，三相系统对称运行； f) 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。 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） 。 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 行效验。 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。 第 4.3 节 短路电流计算的步聚在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用计算曲线法。其具体步聚如下： 1) 选择计算短路点 2) 绘制等值网络，并将各元件电抗统一编号。 a) 选取基准功率 SB 和基准电压 VB＝Vav； b) 发电机电抗用 Xd，略去网络各个元件的电阻、输电线路的电容和变压器的 励磁支路；c) 无限大功率电源的内电抗等于零； d) 略去负荷。 3) 化简等值网络：将等值网络化简为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 X∑。 4) 求计算电抗 Xjs。 5) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标么值。 6) 计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标么值。 7) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 8) 计算短路电流冲击值。 9) 计算异步电机供给的短路电流 10) 绘制短路电流计算结果表。 。 第 4.4 节 短路电流计算结果本变电站短路电流计算结果如下（计算过程见设计计算书第 3 章） ：三相短路电流 计算电路图及其网络如图 4.1 所示。图 4.1计算电路图及其等值网络当短路发生在 f3 点时，分变压器低压侧并列运行和变压器低压侧分列运行两种情 况进行计算，变压器低压侧分列运行三相短路电流计算电路图及其等值网络如图 4.2 所示图 4.2变压器低压侧分列运行计算电路图及其等值网络三相短路电流计算结果见表 4.1。 表 4.1 短路电流计算结果短 路 点 编 短路类型 号0s短 路 2s短 路 4s短 路 短 路 电 短路全电 短路容量 冲 流 最 大 有 S ' ' (MVA) 值 i 效 值电 流 周 电 流 有 电 流 有 流 期 分 量 名 值 有 名 值 I (kA)I 名 值 (kA)I 击 (kA)I sh (kA)' ' (kA) f1 f2 f3 f 3'三相短路 三相短路 三相短路 三相短路 2.72 5.63 12.0 7.77 2.54 4.50 10.5 7.03 2.54 4.46 9.79 7.19 6.93 14.36 24.96 19.81 4.13 8.55 14.88 11.81 518.21 341.29 207.84 134.58表 4.1第5章 高压电器设备选择第 5.1 节 电器选择的一般条件 电器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。 1) 按正常工作条件选择电器 a) 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 U N 不低于装置地点电网额定电 压 UNs 的条件选择，即 UN≥UNs b) 额定电流 电器的额定电流 IN 是指在额定周围环境温度θ0 下，电器的长期允许电流。IN 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 Imax，即 IN≥Imax c) 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、 速、 风 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。 2) 按短路情况校验 a) 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 It2t≥Qk 式中 Qk――短路电流产生的热效应； I t 、t ――电器允许通过的热稳定电流和时间。 b) 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 ies≥ish 或 Ies≥Ish 式中 ish 、 Ish――短路冲击电流幅值及其有效值； ies 、 Ies――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： i) 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。 ii) 采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 iii) 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。 b) 短路电流计算的条件 为使电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在 一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定： 并考虑电力系统远景发展规划 （一 i) 容量和接线 按本工程设计最终容量计算， 般为本工程建成后 5～10 年） ；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式， 但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。 ii) 短路种类 一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则 应按 最严重的情况验算。iii) 计算短路点 选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。 c) 短路计算时间 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 tpr 和相应断路器的全开断时间 tab 之和，即： tk＝tpr+tab 而 tab＝tin+ta 式中 tab ――断路器全开断时间； t pr ――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 Tbr＝tpr1+tin 第 5.2 节 高压断路器的选择高压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，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种 设 备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。 本变电站高压断路器选择如下（选择和校验计算见计算书第 4 章） ： (1)110kV 线路侧及变压器侧：选择 LW11-110 型 SF6 户外断路器。 计算数据 UNs Imax I& ish Qk ish 110(kV) 206.7(A) 2.72(kA) 6.93(kA) 6.53(kA 2? s ) 6.93(kA) UN IN INbr iNcl I2t?t ies LW11-110 110(kV) 1600(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(kA2?s) 80(kA)(2)35kV 线路侧及变压器侧：选择 ZW7-40.5 型真空户外断路器。 计算数据 UNs Imax I& ish Qk ish 10(kV) 189.4(A) 12.0(kA) 24.96(kA) 111.86(kA 2? s ) 24.96(kA) UN IN INbr iNcl I2t?t ies KYN28A-12(Z)/ 12(kV) 1250(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(kA2?s) 80(kA)(3)10kV 线路侧：选择 KYN28A-12(Z)/ 型高压开关柜。 计算数据 UNs Imax I& ish Qk ish 10(kV) 189.4(A) 12.0(kA) 24.96(kA) 111.86(kA 2? s ) 24.96(kA) UN IN INbr iNcl I2t?t ies KYN28A-12(Z)/ 12(kV) 1250(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(kA ?s) 80(kA)2(4)10kV 变压器侧：选择 KYN28A-12(Z)/ 型高压开关柜。 计算数据 UNs Imax I& ish Qk ish 10(kV) 1212.47(A) 12.0(kA) 24.96(kA) 111.86(kA 2? s ) 24.96(kA) UN IN INbr iNcl I2t?t ies KYN28A-12(Z)/ 12(kV) 2000(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(kA2?s) 80(kA)第 5.3 节 隔离开关的选择 隔离开关也是变电站中常用的电器， 它需与断路器配套使用。 但隔离开关无灭弧 装 置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。 5.3.1 隔离开关的主要用途： 1)隔离电压 在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离， 以确保检修的安全。 2)倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时， 常用隔离开关配合 断路器，协同操作来完成。 3)分、合小电流 因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故 一般可用来进行以下操作： a) 分、合避雷器、电压互感器和空载母线； b) 分、合励磁电流不超过 2A 的空载变压器； c) 关合电容电流不超过 5A 的空载线路。 5.3.2 本变电站隔离开关的选择 (1)110kV：选择 GW5-110Ⅲ/1000-80 计算数据 UNs Imax Qk ish 110(kV) 206.7(A) 6.53(kA 2? s ) 6.93(kA) UN IN I2t?t ies GW5-110Ⅲ/(kV) 1000(A) 2311(kA2?s) 80(kA)(2)35kV：选择 GW4-35D/1000-83 计算数据 UNs Imax Qk ish 35(kV) 346.42(A) 21.17(kA 2? s ) 14.36(kA) 第 5.4 节 UN IN I2t?t ies 电流互感器的选择 GW4-35D/(kV) 1000(A) 2500(kA ?s) 83(kA)2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。 本变电站电流互感器选择： 110k 线路侧及变压器侧选用 LCWB6-110 型瓷绝缘户外电流互感器，校验合格。 35kV 线路侧选用 LZZB8-35 型支柱式、LRD-35、LR-35 型装入式电流互感器，校验 合格，配置位置参见主接线图；35kV 变压器侧选用 LRD-35、LR-35 型装入式电流互感 器，校验合格，配置位置参见主接线图。 10kV 线路侧及变压器侧选用 LA-10 型穿墙式电流互感器，校验合格。 第 5.5 节 电压互感器的选择110kV 出线选用 TYD110/ 3 型成套电容式电压互感器，校验合格。 110kV 母线选用 JDCF-110 型单相瓷绝缘电压互感器，校验合格。 35kV 母线选用 JDZXW-35 型单相环氧浇注绝缘电压互感器，校验合格。 10kV 母线选用 JSZX1-10F 型三相环氧浇注绝缘电压互感器，校验合格。 第 5.6 节 高压熔断器的选择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和短路电流的损害。 35kV 母线电压互感器选用 RXW-35/0.5 型户外跌落式高压熔断器保护，校验合格。 10kV 母线电压互感器选用 RN2-10/0.5 型户内限流式高压熔断器保护，校验合格。第 6 章 配电装置设计配电装置是变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关设备、保 护和测量电路、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。 配电装置应满足以下基本要求： 1)配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策。 2)保证运行可靠。 按照系统和自然条件， 合理选用设备， 在布置上力求整齐、 清晰， 保证具有足够的安全距离。 3)便于检修、巡视和操作。 4)在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。 5)安装和扩建方便。 配电装置设计的基本步骤： 1)根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、 环境条件等因素选择配电装置的型式； 2)拟定配电装置的配置图； 3)按照所选设备的外形尺寸、 运输方法、 检修及巡视的安全和方便等要求， 《配 遵照 电装置设计技术规程》的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册， 设计绘 制配电装置的平、断面图。 普通中型配电装置， 我国有丰富的经验， 施工、 检修和运行都比较方便， 抗震能 力 好，造价比较低，缺点是占地面积较大；半高型配电装置占地面积为普通中型的 47%， 而总投资为普通中型的 98.2%，同时，该型布置在运行检修方面除设备上方有 带电母 线外，其余布置情形与中型布置相似，能适应运行检修人员的习惯与需要。高 型一般 适用于 220kV 及以上电压等级。 本变电站有三个电压等级， 110kV 主接线不带旁路母线， 配电装置采用屋外中型单 列布置；35kV 主接线带旁路母线，配电装置采用屋外半高型布置；10kV 配电装置 采 用屋内成套高压开关柜布置。第 7 章 防雷保护设计7.1.1 变电站的防雷保护具有以下特点： 1)变电站属于“集中型”设计，直接雷击防护以避雷针为主。 2)变电站设备与架空输电线相联接， 输电线上的过电压波会运动至变电站， 对电气 设备过程威胁。因此变电站要对侵入波过电压进行防护，主要手段是避雷器。 3)变电站内都安装有贵重的电气设备，如变压器等，这些电气设备一旦受损，一方 面会对人民的生活和生产带来巨大损失，造成严重后果；另一方面，这些设备的 修复 困难，需要花费很长时间和大量金钱，给电力系统本身带来重大经济损失。所以 变电 站要采取周密的过电压防护措施。 4)为了充分发挥防雷设备的保护作用，变电站应有良好的接地系统。 7.1.2 变电站直击雷防护 户外配电装置一般都采用避雷针做为直击雷保护，本变电站直击雷防护采用避雷 针，变电站围墙四角各布置 1 支避雷针，共布置 4 支避雷针，每支避雷针高 30m。本 站东西向长 99m， 南北向宽 68m， 占地面积 6732m2， 110kV 配电装置构架高 12.5m， 35kV 终端杆高 13.5m。屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。 7.1.3 侵入波过电压防护 已在输电线上形成的雷闪过电压， 会沿输电线路运动至变电站的母线上， 并对与母 线有联接的电气设备构成威胁。 在母线上装设避雷器是限制雷电侵入波过电压的主要措 施。 7.1.4 进线段保护 所谓进线段保护是指临近变电站 1～2km 一段线路上的加强型防雷保护措施。当 线路无避雷线时， 这段线路必须架设避雷线； 当沿线路全长架设避雷线时， 则这段线 路 应有更高的耐雷水平，以减少进线段内绕击和反击的概率。 7.1.5 三绕组变压器和变压器中性点的防雷保护 三绕组变压器只要在低压任一相绕组直接出口处装一个避雷器即可。 110kV 中性点 有效接地系统，若变压器不是采用全绝缘，则应在中性点加装一台避雷器。第二部分110kV 变电站电气一次部分 设计计算书设 计 指导教师第 1 章 负荷计算第 1.1 节 主变压器负荷计算 电力系统负荷的确定， 对于选择变电站主变压器容量， 电源布点以及电力网的接 线 方案设计等，都是非常重要的，电力负荷应在调查和计算的基础上进行，对于近期 负 荷，应力求准确、具体、切实可行；对于远景负荷，应在电力系统及工农业生产发 展 远景规划的基础之上，进行负荷预测，负荷发展的水平往往需要多次测算，认真分 析 影响负荷发展水平的各种因素，反复测算与综合平衡，力求切合实际。 本变电站负荷分析计算如下(线损平均取 5%，功率因数取 0.8，负荷同时率取 0.9)： 线损 5% ,功率因数 0.8,负荷同时率 0.9 1) 10KV 侧 P1=00+00=12500(KW)=12.5(MW) -1 Q1= P1×tan(cos 0.8)=9.4(MVAR) PK=K×P=0.9×12.5=11.3(MW) QK=K×Q=0.9×9.4=8.5(MVAR) S1= Pk + Q k =14.1(MVA) 有功损耗和无功损耗 △ Pk=0.02S1=0.02×14.1=0.3(MW) △ Qk=0.1S1=0.1×14.1=1.4(MVAR) 变压器 10KV 侧总高压 P=Pk+△Pk=11.3+0.3=11.6(MW) Q=Qk+△Qk=8.5+1.4=9.9(MVAR) 令变电站功率因素为 cosφ=0.9,则 tanφ=0.4843,则系统供给的无功功率 Q2 Q2=P×tanφ=11.6×0.(MVAR) 变电站主变压器容量为2 2Sj= P 2 + Q2 =12.9(MVA)22) 35KV 侧 P1=+00=0(MW) 功率可以直接通过母线传输,而不通过变压器传输。 3) 110KV 侧 P1=-=8(MW) 10KV 侧所需负荷功率可通过主变压器由 110KV 母线取得。 110KV 变电站总负荷为 考虑增长,按 8 年计算,负荷在一定范围内的负荷增长率是按指数规律变化的,即 S=S×emx 式中 S为初期负荷,x 为年数,一般按 5～10 年规划考虑,m 为年负荷增长率 所以,考虑负荷增长以及线损,年负荷增长率取 10%,按 8 年计算,本变电站负荷为 S=S×emx(1+5%) =12.9×e0.1×8×(1+5%)= 30.15(MVA) 第1.2节 站用变压器负荷计算目前采用的站用变压器负荷计算的主要方法有： (1)换算系数法； (2)分别将每台 电动机的kW换算成kVA，再考虑不同时运行情况的计算方法。 本变电站采用第二种计算方法。 按每台电动机的功率因数、效率、负荷系数分 别由 kW 换算成 kVA，再考虑不同 时运行的情况， 计算出总负荷。 本变电站需要计入的经常性电力负荷为： 主变压器风 扇， 蓄电池的充电和浮充电机组、 蓄电池室通风、 取暖、 照明等； 短时不经常及断续 不 经常运行的设备如检修负荷等不计算再内。 充电机系不经常连续运行的设备， 故其负荷应予以计算， 但此时可考虑浮充电机 不运行，不必计算。 计算公式如下： 电力负荷： P1 × K f (kVA) Sg1 = ∑ η × cos ? 照明和加热负荷： S g 2 = ∑P2 (kVA) 所用电总负荷： S g = S g1 + S g 2 (kVA)本变电站所用变压器选择计算结果如表3.2所示。表3.2 110kV变电站站用变压器选择计算结果序 号 名称 计算 容 量 (kW 1.动力 1 2 充电机 浮充 电 机 蓄电 池 室通 4 屋内配 电装 5 6 置 通 电焊 检修 用 电 电热 通讯 用 电 取暖 用 电 操动机 构用电 远动装 置用电 2.照明 1 2 1 3 1 4 1 5 屋内工 作照明 屋外工 作照明 事故 照 明 福利区 照明 计算总容量(kVA) 选择变压器容量(kVA) 109.9 100 10.04 10.04 8.18 8.18 16.0 16.0 1.50 ― 0.68 1.50 2.2 5 10.5 ― 0.47 0.60 1 1 1.1 0.62 2 2 2. 2 ― 34.8 3.2 4 0 4.5 0.78 0.72 1 1 1 1 34.8 3.2 44.8 ― 额定 容 量 (kW 功率因数 (cosф)和 效率(η) 安装 数 (台) 经常性负荷 运行 数 (台) 运行容量 (kW) (kVA) 安装 数 (台) 非经常性负荷 运 行 运行容 量 (kW kV A数 )35.40.72115.47.5010. ― 55 ―7 81 5―― 4 415 ―― 3.690.20.511 0 1 10.3―8.768.7629第 2 章 短路电流计算 第 2.1 节 三相短路电流计算 在最大运行方式下对三相短路的情况进行计算。 1)画出计算电路图，如图 2.1(a)所示。图 2.1 计算电路图及其等值网络图 2.2 等值网络的化简 2)制订等值网络如图 2.1(b)所示，进行参数计算。选取 SB=100MVA，VB=115kV，计算各元件的标幺值。 100 发电机 G1 X1=0.125× =0.83 15 100 =1.8 发电机 G2 X2=0.27× 1530线路 L1X3=0.4×66×100 =0.22 115 2线路 L2X4=0.4×8×100 =0.23 32 2线路 L3X 5=1 100 ×0.4×12× 2 =0.18 2 37变压器 T1 、T 2X6=X7=(10.5 + 17.5 ? 6.5) × 1 2 100 (6.5 + 17.5 ? 10.5) × 1 2 100×100 =0.54 20 100 =0.34 20 100 ≈0 20X8=X9=×X10=X11=(6.5 + 17.5 ? 10.5) × 1 2 100×将计算结果注于图 2.1(b)中。 3)计算各短路点的短路电流 当短路发生在 f1 点时， ①计算各电源对短路点的转移电抗和计算电抗，如图 2.2(a)所示。 x12=x2+x5=1.98 x13=x1+x4=1.06 x14=( X 7 + X 10 )( X 6 + X 11 ) =0.27 X 7 + X 10 + X 6 + X 11S 对 f1 的转移电抗为 xfs1=x3=0.22 G1 对 f1 的转移电抗为 Xf11=x13+x14+X 13 X 14 =1.46 X 12G 2 对 f1 的转移电抗为 Xf21=x12+x14+X 12 X 14 =2.75 X 13各电源的计算电抗如下 15 xjs11= xf11× =0.22 100 15 xjs21=xf21× =0.40 100 ②查计算曲线数字表，求出短路周期电流的标幺值。31对于发电机 G1 用汽轮发电机计算曲线数字表， 对于 G2 用水轮发电机计算曲 线数字表， 系统 S 提供的短路电流直接用转移电抗公式 Ips*1= 所得结果 fs 1 填入表 2.1。 ③计算短路电流的有名值，将所得结果填入表 2.1。 ④计算短路电流冲击值，将所得结果填入表 2.1。 ⑤计算短路全电流最大有效值，将所得结果填入表 2.1。 ⑥计算短路容量，将所得结果填入表 2.1。 当短路发生在 f 2 点时， ①计算各电源对短路点的转移电抗和计算电抗，如图 2.2(b)所示。 S 对 f 2 的转移电抗为 xfs2=x3+x14=0.49 G1 对 f2 的转移电抗为 xf12=x13=1.06 G2 对 f2 的转移电抗为 xf22=x12=1.98 各电源的计算电抗如下 15 xjs12=xf12× = 0.16 100 15 xjs22=xf22× =0.30 100 ②查计算曲线数字表，求出短路周期电流的标幺值。 对于发电机 G1 用汽轮发电机计算曲线数字表，对于 G 2 用水轮发电机计算 曲线数字表，系统 S 提供的短路电流直接用转移电抗公式 Ips*2= 算。所得结果填入表 2.1。 ③计算短路电流的有名值，将所得结果填入表 2.1。 ④计算短路电流冲击值，将所得结果填入表 2.1。 ⑤计算短路全电流最大有效值，将所得结果填入表 2.1。 ⑥计算短路容量，将所得结果填入表 2.1。 当短路发生在 f 3 点时，分两种情况进行短路电流计算。 第一种情况：变压器低压侧并列运行， ①计算各电源对短路点的转移电抗和计算电抗，如图 2.2(c)、2.2(d)所示。 x15=1 =4.55 计算。 x fs11 x fs 2=2.04 计X6X7 =0.27 X6 + X7 X 10 X 11 =0.17 X 10 + X 11x16=32消去图 2.2(c)中的结点 a，得图 2.2(d)。 x17=x3+x15=0.49 S 对 f 3 的转移电抗为 xfs3=x17×x16×(1 1 1 1 + + + )= 0.78 X 17 X 16 X 13 X 12G1 对 f 3 的转移电抗为 xf13=x13×x16×(1 1 1 1 + + + )= 1.69 X 17 X 16 X 13 X 12G 2 对 f 3 的转移电抗为 xf23 =x12×x16×(1 1 1 1 + + + )=3.15 X 17 X 16 X 13 X 12各电源的计算电抗如下 15 xjs13= xf13× = 0.25 100 15 xjs23 =xf23× = 0.47 100 ②查计算曲线数字表，求出短路周期电流的标幺值。 对于发电机 G1 用汽轮发电机计算曲线数字表，对于 G 2 用水轮发电机计算曲线 数字表，系统 S 提供的短路电流直接用转移电抗公式 Ips*3 =1 = 2.56 计 X fs 3算。所得结果 填入表 2.1。 ③计算短路电流的有名值，将所得结果填入表 2.1。 ④计算短路电流冲击值，将所得结果填入表 2.1。 ⑤计算短路全电流最大有效值，将所得结果填入表 2.1。 ⑥计算短路容量，将所得结果填入表 2.1。 第二种情况：变压器低压侧分列运行，计算电路图及其等值网络如图 2.3 所示， 网络变换如图 2.4 所示。33图 2.3 变压器低压侧分列运行计算电路图及其等值网络 ①计算各电源对短路点的转移电抗和计算电抗，如图 2.4(a)、2.4(b) 所示。图 2.4 变压器低压侧分列运行等值网络化简 x18=x3+x7=0.76 S 对 f3 的转移电抗为 xfs3'=x18×x9×(1 1 1 1 + + + )= 1.48 X 18 X 9 X 13 X 12G1 对 f 3 的转移电抗为 xf13'=x13×x9×( 1 1 1 1 + + + ) = 2.06 X 18 X 9 X 13 X 12G 2 对 f 3 的转移电抗为 xf23'=x12×x9×( 1 1 1 1 + + + )= 3.84 X 18 X 9 X 13 X 12各电源的计算电抗如下3415 = 0.31 100 15 = 0.58 xjs23'=xf23'× 100xjs13'=xf13'×②查计算曲线数字表，求出短路周期电流的标幺值。 对于发电机 G1 用汽轮发电机计算曲线数字表，对于 G 2 用水轮发电机计算 曲线数字表，系统 S 提供的短路电流直接用转移电抗公式 Ips *3'= 算。 ③计算短路电流的有名值，将所得结果填入表 2.1。 ④计算短路电流冲击值，将所得结果填入表 2.1。 ⑤计算短路全电流最大有效值，将所得结果填入表 2.1。 ⑥计算短路容量，将所得结果填入表 2.1。1 x fs 3′=1.78 计35表2.1 短路电流计算结果 0s短 路 电 流 2s 短 4s 短 短 路 电 短路 周期分量 路 电 路 流冲 全电流 标幺 有 名 值 值 流 有 电 击 值 最大 '' I* I ' ' (kA) 名 值 2.17 0.18 0.19 2.54 3.18 0.63 0.69 4.50 6.70 1.96 1.86 10.5 3.56 1.83 1.64 7.03 流 有 2.17 0.17 0.20 2.54 3.18 0.58 0.70 4.46 6.70 1.10 1.99 9.79 3.56 1.82 1.81 7.09 19.81 11.81 134.58 24.96 14.88 207.84 14.36 8.55 341.29 6.93 4.13 518.21 i sh (kA) 有效值 短 路 容 量 S'' (MVA)短 路 点 编短 路 类 型 三电 电 源 源 名 计 称 算 S G1 0.22 G2 0.404.55 2.17 4.94 0.35 2.77 0.20 2.72 2.04 3.18 6.76 1.58 3.73 0.87 5.63 1.28 6.70 4.35 3.42 2.33 1.83 12.0 0.68 3.56 3.49 2.74 1.87 1.47 7.77f1相 短 路 三小 计 S G1 0.16 G2 0.30f2相 短 路 三小 计 S G1 0.25 G2 0.47f3相 短 路 三小 计 S G1 0.31 G2 0.58 小 计' f3相 短 路注：f3――主变低压侧并列运行； f3'――主变低压侧分列运行。 第 2.2 节 站用变压器低压侧短路电流计算 对于 1000V 以下低压网络的短路电流计算，还应考虑以下特点： 1)可按无穷大容量供电的计算短路电流方法进行计算。 2)因电阻值较大，感抗值较小，所以短路电流中各元件的有效电阻，包括开 关和电器触头的接触电阻均应计入。363)多匝电流互感器的阻抗，仅当三相都装有同样互感器时，才予考虑。4) 低压电器元件的电阻多以 m 计因而短路电流一般采用有名值计算比较方便。 在设计和运行实践中， 已经总结出了 1000V 以下低压网络的短路电流计算结 果，并制成表格，为简化计算，本设计站用变压器低压侧网络的短路电流计算值 直接查表，并记入表 2.2。 表 2.2 站用变压器低压侧短路电流计算结果 变压器容量(kVA) 变压器阻抗电压 变压器高压侧短路容量(MVA) 三相正 负序 计算电阻(mΩ) 计算电抗(mΩ) Id(kA) 32.6 3 55.7 9 3.5 1 4 2 单相相零 128. 59 180. 58 1.0第 3 章 线路及变压器最大长期工作电流计算第 3.1 节 线路最大长期工作电流计算 (1)10kV 出线 ①氮肥厂： Igmax=10.5P 3UNcos?=1.05 × 2500 3 × 10 × 0.8 1.05 × 1500 3 × 10 × 0.8 1.05 × 1500 3 × 10 × 0.8 1.05 × 2000 3 × 10 × 0.8 1.05 × 2500 3 × 10 × 0.8 1.05 × 2500 3 × 10 × 0.8=189.4A②化工厂： Igmax=10.5P 3UNcos?==113.6A③医院：Igmax=10.5P 3UNcos?==113.6A④印刷厂： Igmax=10.5P 3UNcos?==151.5A⑤造纸厂： Igmax=10.5P 3UNcos?==189.4A⑥机械厂： Igmax=10.5P 3UNcos?==189.4A37(2)35kV 出线 ①长泥坡： Igmax=10.5P 3UNcos?=1.05 × 8000 3 × 35 × 0.8 1.05 × 10000 3 × 35 × 0.8 1.05 × 5000 3 × 35 × 0.8 1.05 × 8000 3 × 35 × 0.8 1.05 × 5000 3 × 35 × 0.8=173.2A②火电厂：Igmax=10.5P 3UNcos?==216.5A③中方变：Igmax=10.5P 3UNcos?==108.3A④水电站：Igmax=10.5P 3UNcos?==173.2A⑤鸭嘴岩变： Igmax= (3)110kV 出线 ①长泥坡： Igmax=10.5P 3UNcos?==108.3A10.5P 3UNcos?=1.05 × 15000 3 × 110 × 0.8 1.05 × 15000 3 × 110 × 0.8 1.05 × 30000 3 × 110 × 0.8 1.05 × 8000 3 × 110 × 0.8=103.3A②双溪变： Igmax=10.5P 3UNcos?==103.3A③系统：Igmax=10.5P 3UNcos?==206.7A④双桥：Igmax=10.5P 3UNcos?==55.1A第 3.2 节 主变进线最大长期工作电流计算 (1)10kV 侧主变进线： Igmax=1.05Sn 3UN=1.05 × 20000 3 × 10 1.05 × 20000 3 × 35=1212.47A(2)35kV 侧主变进线： Igmax=1.05Sn 3UN==346.42A(3)110kV 侧主变进线：Igmax=1.05Sn 3UN=1.05 × 20000 3 × 110=110.22A38第 4 章 电气设备选择及校验计算各电压等级电器正常工作条件及短路情况如下： 110kV 线 路 侧 及 变 压器侧：Igmax=206.7A， I=2.72kA ,I2= 2.54kA ，I4=2.54kA，ish=6.93kA； 35kV 线路侧及变压器侧：Igmax=346.42 A ，I=5.63kA ，I2= 4.5kA ，I4= 4.46kA ，ish = 14.36kA ； 10kV 线路侧：Igmax=189.4 A ，I=12.0kA ，I2= 10.5kA，I4= 9.79kA， ish=24.96kA； 10kV 变压器侧： gmax= 1212.47 A ， I I=12.0kA ， 2 = 10.5kA， I4=9.79kA ， I ish=24.96kA 短路计算时间为继电保护动作时间和断路器的全开断时间之和， 本设计校验 电器的热稳定和开断能力的短路计算时间取 4s。 第 4.1 节 高压断路器选择及校验 1)110kV 线路侧及变压器侧选用 LW11-110 型户外 SF6 断路器。 额定电压：UN=110kV=UNs=110kV ，合格； 额定电流： IN=1600A&Imax=206.7A ，合格； 额定开断电流：INbr=31.5kA & I=2.72kA ，合格； 短路关合电流：iNcl=80kA&ish=6.93kA ，合格； 动稳定校验： I2t=31.52×4=3969(kA)2?s Qk=Qp=I ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 =6.53(KA)2?s 122 2It2?t & Qk ，合格； 热稳定校验：ies=80kA&ish=6.93kA ，合格。 2)35kV 线路侧及变压器侧选用 ZW7-40.5 型户外真空断路器。 额定电压：UN=40.5kV&UNs=35kV ，合格； 额定电流：IN=1600A&Imax=346.42A ，合格； 额定开断电流：INbr=31.5kA&I=5.63kA ，合格； 短路关合电流：iNcl=80kA&ish=14.36kA ，合格； 动稳定校验：It2?t = 31.52× 4 = 3969(kA)2?sI ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 Qk=Qp= =21.17(kA)2?s 122 2It2?t &Qk，合格； 热稳定校验：ies=80kA&ish=14.36kA，合格。 3)10kV 线路侧选用 KYN28A-12(Z)高压开关柜，柜内装设 ZN63-12 断路器。39额定电压：UN=12kV=UNs=10kV，合格； 额定电流：IN=1250A &Imax=189.4A，合格； 额定开断电流：INbr=31.5kA & I=12.0kA，合格； 短路关合电流：iNcl=80kA & ish=24.96kA，合格； 动稳定校验：I t?t=31.5 ×4=3969(kA) ?sI ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 2 Qk=Qp= =111.86(kA) ?s 122 22 2 2It ?t & Qk ，合格； 热稳定校验：ies=80kA & ish=24.96kA ，合格。 4)10kV 变压器侧选用 KYN28A-12(Z)型高压开关柜， 柜内装设 ZN63-12 断路器。 额定电压：UN=12kV=UNs=10kV ，合格； 额定电流： IN=2000A & Imax=1212.47 A ，合格； 额定开断电流：INbr=31.5kA & I=12.0kA ，合格； 短路关合电流：iNcl= 80kA & ish=24.96kA ，合格； 动稳定校验：It2?t=31.5 ×4= 3969(kA) ?sI ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 Qk=Qp= =111.86(kA)2?s 122 22 22It2?t &Qk ，合格； 热稳定校验：ies=80kA & ish=24.96kA，合格。第 4.2 节 隔离开关选择及校验 1)110kV 隔离开关选用 GW5-110Ⅲ/1000-80 型隔离开关。 额定电压：UN=110kV=UNs=110kV，合格； 额定电流：IN=1000A & Imax=206.7A，合格； 动稳定校验：It2?t =21.52×5=2311(kA)2?s Qk=Qp=I ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 =6.53(kA)2?s 122 22 It ?t & Qk ，合格；热稳定校验：ies=80kA & ish=6.93kA，合格。 2)35kV 隔离开关选用 GW4-35D/1000-83 型隔离开关。 额定电压：UN=35kV=UN=35kV ，合格； 额定电流： IN=1000A & Imax=346.42A ，合格；2 2 2 动稳定校验：It ?t =25 ×4=2500(kA) ?s40I ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 Qk=Qp= =21.17(kA)2?s 122 2It2?t & Qk ，合格； 热稳定校验：ies = 83kA & ish = 14.36kA ，合格。第 4.3 节 电流互感器选择及校验 1)110kV 电流互感器：选用 LCWB6-110 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流：UN1=110kV= UNs=110kV，合格； IN1=2×300A & Imax=206.7A，合格； 热稳定校验： Qk=Qp=I ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 =6.53(kA)2?s 122 2(KtINt)2=(75×0.3)2=506.25(kA)2?s (KtINt)2&Qk，合格； 内部动稳定校验：2 IN1Kes = 2 ×0.3×130=55.15kA &ish=6.93kA ，合格。2)35kV 电流互感器：线路侧选用 LZZB8-35 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流：UN1=35kV=UNs=35kV，合格； IN1=300A &Imax=216.5A，合格； 热稳定校验：Qk=Qp=I ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 =21.17(kA)2?s 122 2(KtINt)2=(65×0.3)2=380.25(kA)2?s (KtINt)2&Qk，合格； 内部动稳定校验：2 IN1Kes = 2 ×0.3×100=42.42kA & ish =14.36kA，合格。变压器侧选用 LR-35 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流：UN1=35kV=UNs=35kV，合格； IN1 =800A & Imax=346.42A，合格；I ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 热稳定校验：Qk=Qp= =21.17(kA)2?s 122 2(KtINt)2=(65×0.8)2=2704(kA)2?s2 (KtINt) & Qk，合格；41内部动稳定校验：2 IN1Kes= 2 ×0.8×100=113.12kA & ish=14.36kA，合格。3)10kV 电流互感器：选用 LZZBJ9-10 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流：UN1=10kV=UNs=10kV，合格； IN1=2000A & Imax=1212.47A，合格； 热稳定校验：I ′′ 2 + 10 I 2 + I 4 Qk=Qp= =111.86(kA)2?s 122 2(KtINt ) =(50×2) = 10000(kA) ?s (KtINt )2& Qk ，合格； 内部动稳定校验：2222 IN1Kes= 2 ×2×90=254.52kA & ish=24.96kA，合格。第 4.4 节 电压互感器选择及校验 《3～110kV 高压配电装置设计规范》规定，用熔断器保护的电压互感器可 不验算动稳定和热稳定。 1)110kV 电压互感器：出线电压互感器选用 TYD-110 成套电容式电压互感 器， 母线电压互感器选用 JDCF-110 单相瓷绝缘电压互感器。 一次回路电压：0.8UN1=88kV& UNs=110kV & 1.2UN1=132kV ，合格； 二次回路电压：110/ 3 V，合格。 2)35kV 电压互感器：母线电压互感器选用 JDZXW-35 单相环氧浇注绝缘电 压互 感器。 一次回路电压：0.8UN1=28kV & UNs=35kV & 1.2UN1=42kV，合格； 二次回路电压：110V，合格。 3)10kV 电压互感器： 母线电压互感器选用 JSZK1-10F 三相相环氧浇注绝缘 电压互感器。 一次回路电压：0.8UN1=8kV & UNs=10kV & 1.2UN1=12kV，合格； 二次回路电压：110V，合格。 第 4.5 节 高压熔断器选择及校验 对于保护电压互感器用的高压熔断器， 只需按额定电压及断流容量两项来选 择。 1)35kV 高压熔断器，选用 RXW-35/0.5 型户外跌落式高压熔断器， 额定电压：UN=35kV=UNs=35kV ，合格； 断流容量： SNs=2000MVA & S=341.29MVA ，合格。 (2)10kV 高压熔断器，选用 RN2-10/0.5 型户内限流式高压熔断器， 额定电压：U N=10kV=UNs=10kV，合格；42断流容量：SNs=1000MVA & S =207.84MVA，合格。 第 4.6 节 母线选择及校验 4.6.1 母线选择及校验的一般规定 1)汇流母线按正常工作最大电流 Igmax 选择其截面 S(mm2) ，即按长期发热允许电 流选择， 要求导体所的电路中最大持续工作电流 Igmax 应不大于导体长期发热的允 许电流 Iy，即 Igmax≤ I y 2)按短路热稳定校验：S≥I∞ Ctf ?kf式中 C ――散热系数 kf――集肤效应系数 (3)按电晕电压校验(35kV 及以上电压级母线)：使晴天工作电压小于临界 电晕电压，即 U lj≥ U g 式中 Ulj――临界电晕电压(kV)，其值按下式计算： U lj=84kmrδr( 1 + 0.301δrlga ) r式中 k――三相导体等边三角形布置取 1，水平布置取 0.96； 多股绞线取 mr――导线表面粗糙系数,管型母线及单股导线取 0.98～0.93， 0.87～0.83； δ――空气相对密度； r ――导线半径,矩形母线为四角的曲率半径； a ――相间距离。 4)硬母线校验动稳定 σxu ≥σr 式中σxu 允许应力 4.6.1 本变电站母线选择及校验 1)110kV 母线选择 ①110kV 汇流母线按最大可能负荷 68000kW 计算,则在当地常温 25℃时，最大 持 续工作电流为： Igmax25= 归算到温度为 t=40℃，则 Igmax40= I g max 25 kθ =440.64A 68000 3 × 110 =356.92 A式中 kθ――温度校正系数。 该级汇流母线采用管型母线,选择 LGJ―185，载流量为 510A。43②热稳定校验： S=185mm &2I∞ Ct f ? k f =48.5mm ，合格；2③电晕校验： Ulj=84kmrδr( 1 + 0.301δrlga )=220.1kV & Ug=110kV，合格。 r =313.43A2)35kV 母线：Igmax25=38000 / 2 3 × 35 I g max 25 kθIgmax40==386.95A该电压等级母线选用管型母线 LGJ―185，载流量为 510A。 热稳定：S=185mm2& 电晕电压： Ulj=84kmrδr( 1 + 0.301 I∞ C t f ? k f = 84.91mm2，合格；δrlga )=148.6kV & Ug=35kV，合格。 r =721.73)10kV 母线：Igmax25=12500 3 × 10 I g max 25 kθIgmax40==890.9A选用单条矩形铝母线 LMY―110×10，其载流量 1663A。 热稳定：S=110×10mm &2I∞ Ct f ? k f = 186.92mm ，合格；2动稳定： 取跨度 l=100cm， 相间距离 a=30cm， 震动系数β=1， 截面系数 W =24cm3， 水平平行放置的母线中产生的最大机械应力为 σr=1.76×10?3× t2 2 t ch β =12.46kg/cm2 aw母线允许应力为σux=500～700kg/cm2，合格。44第 5 章 防雷保护计算本变电站直击雷防护采用避雷针，变电站围墙四角各布置 1 支避雷针，共 布置 4 支避雷针，每支避雷针高 30m。本站东西向长 99m，南北向宽 68m，占 地面积 0kV 配电装置构架高 12.5m，35kV 终端杆高 13.5m。避雷针 保护范围计算如下： 各针保护半径 rx 由下式计算： rx=(1.5h?2hx)p 式中，p ――高度影响系数，当 h≤30m 是，p=1； h ――避雷针高度； hx――被保护物高度。 四针保护半径为 rx1=rx2=rx3=rx4(1.5×30?2×13.5)=18m 两针间的保护宽度为 99 bx1?2=1.5(30? ?13.5)=3.54m 7 ×1 68 bx2?3=bx4?1=1.5(30? ?13.5)=10.19m 7 ×1 99 bx3?4=1.5(30? -12.5)=5.04m 7 ×1 100 bx2?4=1.5(30? ?12.5)=0.75m 7 ×1 由计算结果可知，保护宽度都大于零，所以变电站内所有被保护物都在保护 范围内。45总结毕业设计是在完成了理论课程和毕业实习的基础上对所学知识 一次综合性 的总 结，是工科学生完成基础课程之后，将理论与实践有机联系起来的一个重 要环节，是 为以后走向工作岗位能更好的服务社会打下基础是重要环节。通过 本次毕业设计，我 树立了工程观点，能初步联系实际，基本掌握了 110kV 变电 站电气主接线设计的基本 步骤和方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等 方面得到训练，进一步巩固了电 力生产的专业知识，掌握了工程绘图、CAD 绘 图方面的知识、方法，掌握了科技论文 写作的一般知识及科技文献资料的查找 技巧，为以后从事设计、运行和科研工作，奠 定必需的知识基础。110kV 变电 站电气一次部分初步设计的过程，是对所学知识进行 的一次检验和实践，从而 使电力专业知识得到巩固和加深，逐步提高了分析问题和解 决问题的能力。 在设计的过程中，我查阅了大量的文献资料，积累了丰富的第一手材料，在 主接 线设计、电气设备选择、平面布置等具体设计任务中进行了大量的比较、 计算、优化 有效的培养了自己分析问题、解决问题的能力，并使专业知识得到 巩固和升华。 在设计工程中，因为时间近、任务重，特别是 CAD 制图难度比较大，经常 是通宵 达旦的计算、绘图，十分辛苦。这使我深深感受到了奋战在我国电力系 统设计第一线 的专家、工程师和技术人员的辛劳，对他们为我国电力事业所付 出的汗水所做出的贡 献表示深深的敬意。在以后的学习和工作中，我将继续发 扬这种能吃苦的精神，为我 国电力事业发展做出应有的贡献。 但在本次设计中仍有不足与疏漏。在设计过程中，虽然有老师的耐心讲解， 有大 量的文献资料可供查阅，但对于一些具体问题，比如 PT、CT 二次侧的选 择条件、复 杂网络的短路电流计算等，仍感觉吃不透，我将在以后的工作、学 习中扬长避短，发 扬严谨的科学态度，使所到的知识不断升华。46参考文献[1]弋东方 《电力工程电气设计手册》 （电气一次部分） 1989 年 12 月第 1 版 中 国电力出版社 [2]弋东方 《电力工程电气设备手册》 （电气一次部分上、 下册） 1998 年 10 月 第 1 版 中国电力出版社 [3]范锡普 《发电厂电气部分》 1995 年 11 月第 1 版 中国电力出版社 [4]黄纯华 《发电厂电气部分课程设计参考资料》 1987 年 6 月第 2 版 水利电 力出版社 [5]国家电力公司成套设备部 《城乡电网建设改造设备使用手册》 （技术参数分 册Ⅲ） 2001 年 10 月第 1 版 中国电力出版社 [6]胡国根 王战铎 《高电压技术》 1996 年 1 月第 1 版 重庆大学出版社 [7]白忠敏 《电力工程直流系统设计手册》 1999 年 1 月第 1 版 中国电力出版 社 [8]陈跃《电力系统分册》 2008 年 2 月第 2 版 中国水利水电出版社致谢值此论文完成之际，我衷心地感谢指导老师。在我的设计过程中指导老师给 予了悉心 地指导和精辟的建议，使得本课题的设计任务得以顺利完成，特别是 在设计的最初阶段，指导老师耐心细致地给我讲解，指导我查阅资料，为我排除 困扰，使我走出困境。 在我的设计过程中，指导老师倾注了大量的心血和汗水， 他严谨的治学态度、 渊博的知 识水平和踏实的工作作风给我留下了深刻的印象， 在此，我向指导老师致以最诚挚的谢意。 同时，我感谢图书馆理科书库、资料室、自然科学开架 阅览室全体老师给 我提供的帮助和指导，感谢各位同学在学习、生活中给我的鼓励和 帮助。感谢 组长在设计过程中同我一起探讨遇到的问题，使我能够顺利完成设计。 衷心感谢其他所有关心我，帮助我的老师、同学和朋友们。47
更多相关文档