電力工業(yè)變電站建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1 電力工業(yè)變電站建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 第一章 緒論 電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行工業(yè)，它是一種將煤、石油、天然氣、水能、核能、風(fēng)能等一次能源轉(zhuǎn)換成電能這個(gè)二次能源的工業(yè)，它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其他各部門(mén)快速、穩(wěn)定發(fā)展提供足夠的動(dòng)力，其發(fā)展水平是反映國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 由于電能在工業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要性，電能的輸送和分配是電能應(yīng)用于這些領(lǐng)域不可缺少的組成部分。所以輸送和分配電能是十分重要的一環(huán)。變電站使電廠(chǎng)或上級(jí)電站經(jīng)過(guò)調(diào)整后的電能書(shū)送給下級(jí)負(fù)荷，是電能輸送的核心部分。其功能運(yùn)行情況、 容量大小直接影響下級(jí)負(fù)荷的供電，進(jìn)而影響工業(yè)生產(chǎn)及生活用電。若變電站系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，系統(tǒng)保護(hù)環(huán)節(jié)將動(dòng)作。可能造成停電等事故，給生產(chǎn)生活帶來(lái)很大不利。因此，變電站在整個(gè)電力系統(tǒng)中對(duì)于保護(hù)供電的可靠性、靈敏性等指標(biāo)十分重要。 變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力場(chǎng)所，是聯(lián)系發(fā)電廠(chǎng)和用戶(hù)的中間環(huán)節(jié)。變電站有升壓變電站和降壓變電站兩大類(lèi)。升壓變電站通常是發(fā)電廠(chǎng)升壓站部分，緊靠發(fā)電廠(chǎng)。降壓變電站通常遠(yuǎn)離發(fā)電廠(chǎng)而靠近負(fù)荷中心。這里所設(shè)計(jì)得就是 220壓變電站。它通常有高壓配電室、變壓器室、低壓配電室 等組成。 2 本文設(shè)計(jì)的變電站為 220下級(jí)負(fù)荷為 1100些負(fù)荷不僅包括如冶煉廠(chǎng)、制藥廠(chǎng)等工業(yè)部門(mén)，也有政府、醫(yī)院等非工業(yè)部門(mén)。他們對(duì)供電的要求不同，但保證他們的供電可靠性級(jí)連續(xù)性是本變電站設(shè)計(jì)的目的。 傳統(tǒng)變電站一般都采用常規(guī)設(shè)備。二次設(shè)備中的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置，遠(yuǎn)動(dòng)裝置等采用電磁式或晶體管式，體積大，設(shè)備笨重，因此，主控室占地面積較大。常規(guī)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，維護(hù)工作量大。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民的生活質(zhì)量和生活水平不斷提高家用電器越來(lái)越多的進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)， 人們對(duì)用電質(zhì)量的要求越來(lái)越高。但是傳統(tǒng)變電站缺乏科學(xué)的電能質(zhì)量考核辦法。傳統(tǒng)變電站由于遠(yuǎn)動(dòng)功能不全。一些遙測(cè)，遙信量無(wú)法實(shí)時(shí)送到調(diào)度中心，不能滿(mǎn)足向調(diào)度中心及時(shí)提供運(yùn)行參數(shù)的要求。變電站本身又缺乏自動(dòng)控制和調(diào)控手段，因此無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 在本變電站的設(shè)計(jì)中，分為對(duì)變電站做總體分析和負(fù)荷分析、變電站主變的選擇、主接線(xiàn)、短路電流計(jì)算、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)等部分的分析計(jì)算，在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)所用數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，特別是在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是計(jì)算中，存在很大缺陷，力求在以后的設(shè)計(jì)中能夠逐步趨于完善，相信不久能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班高度自動(dòng)化以彌補(bǔ)傳統(tǒng)變電站的缺陷。 現(xiàn)在，隨著大電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，輸電的電壓等級(jí)越來(lái)越高，這一方面使降低損耗的需要，另一方面也是工業(yè)生產(chǎn)等負(fù)荷發(fā)展的需要。我國(guó)目前廣泛采用的輸電等級(jí)有 110220有 500以 220的變電站在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也十分 3 廣泛。并且伴隨電力系統(tǒng)中所用電氣元件產(chǎn)品諸如斷路器、繼電器、隔離開(kāi)關(guān)等性能指標(biāo)的提高，變電站的功能也會(huì)越來(lái)越完善，可靠性也會(huì)得到很大的提高。相信隨著科技技術(shù)的發(fā)展和各種理論的應(yīng)用更加趨于完善， 220 第二章 電氣主接線(xiàn)選擇 一、主接線(xiàn)的基本接線(xiàn)方式 電氣主接線(xiàn)是根據(jù)電力系統(tǒng)和變電站具體條件確定的，它以電源和出線(xiàn)為主體，在進(jìn)出線(xiàn)路多時(shí)（一般超過(guò)四回）為便于電能的匯集和分配，常設(shè)置母線(xiàn)作為中間環(huán)節(jié)，使接線(xiàn)簡(jiǎn)單清晰、運(yùn)行方便，有利于安裝和擴(kuò)建。而本所各電壓等級(jí)進(jìn)出線(xiàn)均超過(guò)四回，并且考慮到 220以采用有母線(xiàn)連接。根據(jù)規(guī)劃，可以發(fā)現(xiàn)本站將是地區(qū)性樞紐變電站，擔(dān)負(fù)起保障整個(gè)地區(qū)負(fù)荷供給的重要任務(wù)，因此主接線(xiàn)考慮下列幾種選擇： 一 、單母線(xiàn)接線(xiàn) 這種接線(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備較少，操作方便和占地少。但因?yàn)樗芯€(xiàn)路和變壓器回路都接在一組母線(xiàn)上，所以當(dāng)母線(xiàn)或母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢修或發(fā)生故障 ,或線(xiàn)路、變壓器繼電保護(hù)裝置動(dòng)作而斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，都會(huì)使整個(gè)配電裝置停止運(yùn)行，運(yùn)行可靠性和靈活性不高，僅適用于線(xiàn)路數(shù)量較少、母線(xiàn)短的牽引變電所和鐵路變、配電所。 二、單母線(xiàn)分段接線(xiàn) 出線(xiàn)回路數(shù)增多時(shí)，可用斷路器將母線(xiàn)分段，成為單母線(xiàn)分段接線(xiàn)。 4 根據(jù)電源的數(shù)目和功率，母線(xiàn)可分為 2 3段。段數(shù)分得越多，故障時(shí)停電范圍越小，但使用的斷路器數(shù)量越多，其配電 裝置和運(yùn)行也就越復(fù)雜，所需費(fèi)用就越高。 三、雙母線(xiàn)接線(xiàn) 它具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴(kuò)建方便等優(yōu)點(diǎn)，而且，檢修另一母線(xiàn)時(shí)，不會(huì)停止對(duì)用戶(hù)連續(xù)供電。如果需要檢修某線(xiàn)路的斷路器時(shí)，不裝設(shè)“跨條”，則該回路在檢修期需要停電。對(duì)于， 110K 220電距離較遠(yuǎn)，其斷路器或母線(xiàn)檢修時(shí)，需要停電，而斷路器檢修時(shí)間較長(zhǎng)，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定， 110 220出線(xiàn)回路數(shù)達(dá) 7回，（ 110 5回（ 220，一般應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)用旁路母線(xiàn)。 四、雙母線(xiàn)分段接線(xiàn) 雙母線(xiàn)分段 ，可以分段運(yùn)行，系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大，兩個(gè)元件可完全分別接到不同的母線(xiàn)上，對(duì)大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的，由于這種母線(xiàn)接線(xiàn)方式是常用傳統(tǒng)技術(shù)的一種延伸，因此在繼電保護(hù)方式和操作運(yùn)行方面都不會(huì)發(fā)生問(wèn)題。而較容易實(shí)現(xiàn)分階段的擴(kuò)建等優(yōu)點(diǎn)，但是易受到母線(xiàn)故障的影響，斷路器檢修時(shí)要停運(yùn)線(xiàn)路，占地面積較大，一般當(dāng)連接的進(jìn)出線(xiàn)回路數(shù)在 11回及以下時(shí)，母線(xiàn)不分段。 為了保證雙母線(xiàn)的配電裝置，在進(jìn)出線(xiàn)斷路器檢修時(shí)（包括其保護(hù)裝置和檢修及調(diào)試），不中斷對(duì)用戶(hù)的供電，可增設(shè)旁路母線(xiàn)，或旁路斷路器。當(dāng) 110回及 以上， 220回以下時(shí)，可用母聯(lián)斷路器兼旁路斷用這 樣節(jié)省了斷路器及配電裝置間隔。 五、內(nèi)橋式接線(xiàn) 內(nèi)橋接線(xiàn)的任一線(xiàn)路投入、斷開(kāi)、檢修或故障時(shí)，都不會(huì)影響其他回路的正常運(yùn)行。但當(dāng)變壓器投入、斷開(kāi)、檢修或故障時(shí)，則會(huì)影響一回線(xiàn)路的正常運(yùn)行。由于變壓器運(yùn)行可靠，而且不需要經(jīng)常進(jìn)行投入和 5 斷開(kāi)，因此內(nèi)橋接線(xiàn)的應(yīng)用較廣泛。 六、外橋式接線(xiàn) 外橋接線(xiàn)的變壓投入、斷開(kāi)、檢修或故障時(shí)，不會(huì)影響其他回路的正常運(yùn)行。但當(dāng)線(xiàn)路投入、斷開(kāi)、檢修或故障時(shí)，則會(huì)影響一臺(tái)變壓器的正常運(yùn)行。因此外橋接線(xiàn)僅適用于變壓器按照經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行需要要經(jīng)常投入或斷開(kāi)的情況。此外當(dāng)線(xiàn)路上有較大的穿越功率時(shí)，為避免穿越功率通過(guò)多臺(tái)斷路器，通常采用外橋接線(xiàn)。 三、主接線(xiàn)的方案確定 結(jié)合原始資料所提供的數(shù)據(jù)，和權(quán)衡上面各種接線(xiàn)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，將各電壓等級(jí)使用的主接線(xiàn)方式列出： (1) 220回進(jìn)線(xiàn)（ 2回和系統(tǒng)， 2回和電廠(chǎng)，一回備用），且為降壓變電所，有穿越功率，考慮到 220 路的重要性，為保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性，適用的接線(xiàn)方式只有雙母線(xiàn)接線(xiàn)。單母線(xiàn)和角形接線(xiàn)可靠性不合理！ (2) 110 3 回出線(xiàn)（備用 1 回），適用的接線(xiàn)形式為單母 分段接線(xiàn)、單母分段帶旁路接線(xiàn)（因進(jìn)線(xiàn)數(shù)不足 5 回，裝設(shè)旁路斷路器兼作分段斷路器）、雙母線(xiàn)接線(xiàn)、角形接線(xiàn)。 (3) 102回出線(xiàn)，帶電抗器限制短路電流，適用的接線(xiàn)形式為雙母接線(xiàn)和雙母線(xiàn)分段接線(xiàn) ,單母線(xiàn)分段。 據(jù)此，擬定下面 3種主接線(xiàn)方案： 方案 2201106 10 2201010方案 2011010 7 220 ,110段 ,10分段 方案 圖 220用雙母線(xiàn)接線(xiàn)， 110用單母線(xiàn)分段帶旁路接線(xiàn)， 10 8 2200， 110母 分段 3種方案均采用三相三繞組變壓器，對(duì) 3種方案進(jìn)行技術(shù)比較如下： 方案 I： 可靠性： 10線(xiàn)簡(jiǎn)單，設(shè)備本身故障率少，操作簡(jiǎn)單；盡快恢復(fù)供電。 靈活性 ： 行方式相對(duì)簡(jiǎn)單，靈活性一般； 量減少停運(yùn)出線(xiàn)回路數(shù)和停電時(shí)間，并能保證對(duì)全部 經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性 ： 2條回路不會(huì)彼此影響，能減小母線(xiàn)故障或檢修時(shí)的停電范圍； 資性?xún)r(jià)比高。 方案 9 可靠性： 別是 1100基本可以保證期正常運(yùn)行。 靈活性： 性有所提高； 2. 22010壓級(jí)接線(xiàn)易于擴(kuò)建和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，方便變壓器的切換。 經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性： 1，投資相對(duì)較大，投資性?xún)r(jià)比相對(duì)比較小； 2，類(lèi)用戶(hù)實(shí)用性較大。 方案 可靠性： 1,1100障時(shí)停電范圍??； 證了在變壓器檢修或故障時(shí)，不致使該側(cè)不停電，提高了可靠性。 靈活性： 線(xiàn)不易擴(kuò)建； 0易于擴(kuò)建實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性： 1，前期投資比較大，操作計(jì)較復(fù)雜但是系統(tǒng)相對(duì)最好； 2，實(shí)用于對(duì)電力要 求特別高的區(qū)域。 通過(guò)對(duì) 3 種主接線(xiàn)可靠性，靈活性的綜合考慮，辨證統(tǒng)一，現(xiàn)確定第 方案 22010用雙母線(xiàn)接線(xiàn)形式，調(diào)度靈活方便，而任一母線(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)另一母線(xiàn)供電。 10于雙母線(xiàn)故障機(jī)率較小，故不考慮，單母線(xiàn)相對(duì)而言的性?xún)r(jià)比最好，對(duì)穩(wěn)定性影響和方案相差不大。 綜觀以上 3 種主接線(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的原始資料選擇方 10 案 足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的要求。 第三章 主變壓器的選擇 一、變電所主變壓器形式與容量的確定 1. 主變壓器容量一般按變電所建成后 5 10 年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期 10 20年的負(fù)荷發(fā)展。 2. 根據(jù)變電站所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)確定主變壓器的容量。對(duì)于有重要負(fù)荷的變電站，應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量在設(shè)計(jì)及過(guò)負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶(hù)的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷。對(duì)一般性變電站停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量就能保證全部負(fù)荷的 6070%。 變電所主變壓器的容量一般按變電所建成后 5應(yīng)按照其中一臺(tái)停用時(shí)其余變壓器能滿(mǎn)足變電所最大負(fù)荷 S 60% 70%選 擇（對(duì)于 35 1100%，對(duì)于 220 500。 由于全部一、二類(lèi)負(fù)荷是 62%在上述比例中，因此滿(mǎn)足全部一、二類(lèi)重要負(fù)荷的供電要求。 二 、主變選擇計(jì)算 最大有功功率 m a x = 4 2 0 0 0 + 1 8 0 0 + 9 0 0 + 2 1 0 0 + 2 4 0 0 + 2 0 0 0 + 6 0 0 = 5 1 . 8 M 最大視在功率 11 m a xm a x = 5 4 . 5 3c o V 按照其中一臺(tái)停用時(shí)其余變壓器能滿(mǎn)足變電所最大負(fù)荷 S 60%擇 m a . 7 = 3 8 . 2 M V 由公式 %c o 得 1 . 7 8s M W . 7 5s M W c 9 . 7 5 4 1 . 7 8 5 1 . 5 3s M W 總 主變?nèi)萘?: 2 120因此變壓器設(shè)備的型號(hào)為 20 主變 20 的技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 相數(shù) 冷卻方式 循環(huán)方式 繞組數(shù) 20 S(三相 ) F（油浸風(fēng)冷） P（強(qiáng)迫循環(huán)） S（三繞組） 12 導(dǎo)線(xiàn)材料 調(diào)壓方式 設(shè)計(jì)序號(hào) 額定容量 容量比 鋼線(xiàn) 無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓 3 12000/100/100 額定電壓 連接組 空載電流 高壓 中壓 低壓 242 2 121 耗（ 阻抗電壓 總體重量（ t） 空載 短路 高壓 中壓 低壓 203 148 640 22127第四章 短路電流計(jì)算 一 、 概述 供電系統(tǒng)要求正常的不間斷對(duì)用 電負(fù)荷供電，以保證生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)行。然而，由于各種原因也難免出現(xiàn)故障，而使系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭到破壞。 電力系統(tǒng)中出現(xiàn)最多的故障形式是短路。所謂短路既是指載流導(dǎo)體相與相之間發(fā)生非正常接觸情況，在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中還有各相與地之間的短路。同時(shí)論述了短路電流的計(jì)算及電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)。 造成短路的主要原因，是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞。這種損壞可能是設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，絕緣自然老化或由于設(shè)備本身質(zhì)量低劣，絕緣強(qiáng)度不夠而被正常電壓擊穿，或設(shè)備質(zhì)量合格，絕緣合乎要求而被過(guò)電壓（包括雷電過(guò)電壓）擊穿，或者是設(shè)備絕緣受 到外力損壞而造成短路。 13 嚴(yán)重的短路要影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)解列。 由此可見(jiàn)，短路的后果十分嚴(yán)重，因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素；同時(shí)需要進(jìn)行短路電流的計(jì)算，以便正確的選擇電氣設(shè)備，使設(shè)備具有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時(shí)不至損壞。 為了選擇切除短路故障的開(kāi)關(guān)電器、整定短路保護(hù)的繼電保護(hù)裝置和選擇限制短路電流的元件等，也必須計(jì)算短路電流。 一、 短路電流的計(jì)算方法 為了使所選電器具有足夠的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性并在一定的時(shí)期內(nèi)滿(mǎn) 足電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，應(yīng)對(duì)不同點(diǎn)的短路電流進(jìn)行校驗(yàn)。 對(duì)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的短路電流，我們可采用一種運(yùn)算曲線(xiàn)來(lái)計(jì)算任意時(shí)刻的短路電流。所謂運(yùn)算曲線(xiàn)，是按我國(guó)電力系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)得到汽輪發(fā)電機(jī)的參數(shù)，逐個(gè)計(jì)算在不同阻抗條件下，某時(shí)刻 t 的短路電流，然后取所有這些短路電流的平均值，作為運(yùn)行曲線(xiàn)在某時(shí)刻 情況下的短路電流值。 二、 短路電流計(jì)算基本假設(shè) （ 1）正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)運(yùn)行。 （ 2）所有電源的電動(dòng)勢(shì)相位角相同。 14 （ 3）電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化。 （ 4）不 考慮短路點(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流。 （ 5）元件的電阻略去，輸電線(xiàn)路的電容略去不計(jì)，不及負(fù)荷的影響。 （ 6） 系統(tǒng)短路時(shí)是金屬性短路。 三、 具體數(shù)值計(jì)算 短路電流計(jì)算具體計(jì)算過(guò)程如下： 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖的等值電路圖 （ 1）選擇基準(zhǔn)容量 100 30 15 15 則基準(zhǔn)電流 I = = 2 2 基準(zhǔn)電抗 X 21X 22X 各種線(xiàn)形的單位電抗統(tǒng)一選 M （ 2）計(jì)算各條線(xiàn)路的阻抗值： ABx 1=50=10 x 2=67=x 2=40=那么，它們相對(duì)應(yīng)的標(biāo)幺值為： 11 12 13統(tǒng)的電抗 ： 110 1ns b 220 . 0 1 7ns b 則圖可以轉(zhuǎn)化為： 16 計(jì)算電源相對(duì)于 *110 . 0 8 9S *2 2 0 S / X *X* =*+ X *X* =分別求 、 兩條支路的計(jì)算電抗： S =S S =下來(lái)計(jì)算短路點(diǎn) 短路電流參數(shù) ： 一 、 220 按 汽輪機(jī)的計(jì)算表可知： 短路電流 周期分量標(biāo)幺值為： T=0秒 17 f ( 秒時(shí)： AI f ( 秒時(shí) AI f 03 404 9 03 2 0 05 1 ( t= 時(shí) AI f 03 03 2 0 ,2 3 . 8 7s h m di k I K A 二 、 110 系統(tǒng)等效圖可轉(zhuǎn)換為： 18 *122 0 . 1 0 32* 331 * 0 . 2 8 8* X X 33 * 1 1 * 0 . 4 2* X X * 111 0 . 2 9 1 * 22 2 0 . 4 2 5 短路電流周期分量標(biāo)幺值為： T=0秒時(shí) AI f 03 405 3 03 2 0 06 0 ( 秒時(shí)： 19 AI f 03 400 5 03 2 0 ( 秒時(shí) AI f 03 401 5 03 2 0 03 4 ( t= 時(shí) AI f ( ,2 1 0 . 0 1s h m di k I K A 三 、 10 * 221 * 0 . 2 2*M X X 2* 1 1 2 * 0 . 3 2* X X 系統(tǒng)等效圖可轉(zhuǎn) 換為： 20 * 11 3 1 0 . 2 2 * 22 3 2 0 . 3 1 短路電流周期分量標(biāo)幺值為： T=0秒時(shí) AI f ( 秒時(shí)： AI f 03 0 0 05 6 ( 秒時(shí) AI f ( t= 時(shí) AI f 03 1 0 ,2 7 3 . 0 4s h m di k I K A 21 四、 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總 短路點(diǎn) I（ （ I （ 220線(xiàn) 087 110線(xiàn) 0線(xiàn) 五章 變電所電氣設(shè)備的選擇 在各級(jí)電壓等級(jí)的變電所中，使用著各種電氣設(shè)備，諸如變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電抗器、電流互感器、電壓互感器、母線(xiàn)、調(diào)相機(jī)等，這些設(shè)備的任務(wù)時(shí)保證變電所安全、可靠的供電，因?yàn)檫x擇電氣設(shè)備時(shí)，必須考慮電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行和故障狀態(tài)下的工作情況。所謂電氣設(shè)備選擇，則是根據(jù)各種電氣設(shè)備在系統(tǒng)中所處的地位和完成的任務(wù)來(lái)確定它的型式和參數(shù)。電氣設(shè)備選擇的總原則是在保證安全、可靠工作的前提下，適當(dāng)?shù)亓粲性６?，力求在?jīng)濟(jì)上進(jìn)行節(jié)約。 一、 電氣設(shè)備選擇的一般原則 22 盡管電 力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備的作用和工作條件不同，具體選擇方法也不完全相同，但對(duì)它們的基本要求卻是一致的。電氣設(shè)備要能可靠的工作，必須按照正常工作條件進(jìn)行選擇，并按短路狀態(tài)來(lái)效驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。 一、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 1、額定電壓 電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運(yùn)行電壓因調(diào)壓和負(fù)荷的變化，有時(shí)會(huì)高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選設(shè)備允許的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓。通常，電氣設(shè)備所在的電網(wǎng)運(yùn)行電壓波動(dòng)，一般不超過(guò)電網(wǎng)額定電壓的 因此，在選擇電氣設(shè)備時(shí)，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓 條件選擇，即 U 2、額定電流 電氣設(shè)備的額定電流 指在額定溫度下，電氣設(shè)備的長(zhǎng)期允許電流。常應(yīng)不小于該回路在各種合理運(yùn)行方式 下的最大持續(xù)工作電流 即 或 由于發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器在電壓降低 5%時(shí)，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的 為發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器的額定電流的 變 23 壓器可能過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)， 按過(guò)負(fù)荷確定 (2倍變壓器額定電 流 )。 按交流高壓電器的長(zhǎng)期工作時(shí)的發(fā)熱的規(guī)定，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電抗器等電器設(shè)備在環(huán)境最高溫度為 +40 時(shí)，允許按額定電流持續(xù)工作。當(dāng)安裝地點(diǎn)的環(huán)境溫度高于 +40 而低于 +60 時(shí)，每增高 1 ，建議額定電流減少 當(dāng)?shù)陀?+40 時(shí)，每降低 1 ，建議額定電流增加 但總的增加值不得超過(guò)額定電流的 20%。 二、 按短路狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn) 當(dāng)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體通過(guò)短路電流時(shí)，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)力和發(fā)熱兩種效應(yīng)，一方面使電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體受到很大的電動(dòng)力作用，同時(shí)又使它們的溫度急劇升高，這可能使電氣設(shè)備和載流導(dǎo) 體的絕緣受到損壞。為此，在進(jìn)行電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的選擇時(shí)，必須對(duì)短路電流電動(dòng)力和發(fā)熱計(jì)算，以驗(yàn)算動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。 1、 短路熱穩(wěn)定效驗(yàn) 短路電流通過(guò)電氣設(shè)備時(shí)，電氣設(shè)備各部件溫度 (或發(fā)熱效應(yīng) )應(yīng)不超過(guò)允許值。滿(mǎn)足熱穩(wěn)定的條件為 2 式中 電流的熱效應(yīng)； 2、電動(dòng)力穩(wěn)定效驗(yàn) 電動(dòng)力穩(wěn)定效驗(yàn)是電氣設(shè)備承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能力，亦稱(chēng)動(dòng)穩(wěn) 24 定。滿(mǎn)足動(dòng)穩(wěn)定的條件為 式中 值。 三、 短路電流計(jì)算的條件 為使所選電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體具有足夠的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和合理性，并在一定時(shí)期內(nèi)適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，作驗(yàn)算用的短路電流應(yīng)按下列條件確定。 1、 容量和接線(xiàn) 按本工程設(shè)計(jì)最終容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（工程建成后 5 10年）；其接線(xiàn)應(yīng)采取可能發(fā)生最大短路電流的正常接線(xiàn)方式，但不考慮在切換過(guò)程中可能短時(shí)并列的 接線(xiàn)方式。 2、 短路種類(lèi) 一般按三相短路驗(yàn)算，若其他種類(lèi)短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按最嚴(yán)重的情況驗(yàn)算。 3、 計(jì)算短路點(diǎn) 選擇通過(guò)電器設(shè)備的短路電流為最大的那些點(diǎn)為短路點(diǎn)。先考慮分別 25 在電氣設(shè)備前后短路時(shí)的短路電流，同時(shí)要強(qiáng)調(diào)的是流過(guò)所要校驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部的短路電流，而非流到短路點(diǎn)的總電流。 二 、高壓斷路器的選擇 高壓斷路器是發(fā)電廠(chǎng)和變電站電氣主系統(tǒng)的重要開(kāi)關(guān)電器。高壓斷路器的功能是：正常運(yùn)行倒換運(yùn)行方式，把設(shè)備和線(xiàn)路接入電網(wǎng)或退出運(yùn)行，起控制作用；當(dāng)設(shè)備或線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，能快速切除故障回路，保證無(wú)故障部分正常運(yùn)行，起 保護(hù)作用。高壓斷路器是開(kāi)關(guān)電器中最為完善的一種設(shè)備，其最大特點(diǎn)就是能斷開(kāi)電器中負(fù)荷電流和短路電流。 一、 2201、 220額定電壓選擇： 220高工作電壓選擇： 220 253定電流選擇： 考慮到變壓器在電壓降低 5%時(shí)其出力保持不變，所以相應(yīng)回路的 即： 33=2203 1803 =定開(kāi)斷電流選擇： I 即： 定短路關(guān)合電流選擇： 26 即： 據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇 220型 校驗(yàn)熱穩(wěn)定（取后備保護(hù)為 2S）： I2 t t 算時(shí)間 2= S t = 4024 = 6400 S 即 I2 t t 滿(mǎn)足要求。 檢驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定： ： 100足要求 故 220220型 上述計(jì)可列出下表： 設(shè)備 項(xiàng)目 220 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 計(jì)算數(shù)據(jù) 5653e500A 1488A 25kI 40002 t t 400 27 2、 220聯(lián)斷路器 額定電壓選擇： 220最高工作電壓選擇： 220 253額定電流選擇： 考慮到變壓器在電壓降低 5%時(shí)其出力保持不變，所以相應(yīng)回路的 即： =2203180=據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇 220型 校驗(yàn)熱穩(wěn)定（取后備保護(hù)為 1S）： I2 t t 算時(shí)間 1= S t = 4024 = 6400 S 即 I2 t t 足要求 28 因設(shè)備各項(xiàng)選型及校驗(yàn)均與線(xiàn)路側(cè)斷路器相同，故主變、母聯(lián)側(cè)斷路器設(shè)備選型與線(xiàn)路側(cè)相同。 二、 110 1、 110額定電壓選擇： 110最高工作電壓選擇： 110 額定電流選擇： 考慮其中 1 回線(xiàn)路故障退出時(shí)，所有負(fù)荷將轉(zhuǎn)移到另 1 回線(xiàn)路，所以相應(yīng)回路的 e 即： =110346=定開(kāi)斷電流選擇： I 即： 定短路關(guān)合電流選擇： i 即： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇 110型 校驗(yàn)熱穩(wěn)定（取后備保護(hù)為 1S）： I2 t t 算時(shí)間 1= S t = 4024 = 6400 S 即 I2 t t 足要求 29 檢驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定： ： 100足要求。 故 110路側(cè)選擇戶(hù)外 110 型 上述計(jì)可列出下表： 設(shè)備 項(xiàng)目 110 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 計(jì)算數(shù)據(jù) 45e500A 241A 25kI 40002 t t 400 2、 110聯(lián)斷路器 110高工作電壓選擇： 110 額定電流選擇： 考慮到變壓器在電壓降低 5%時(shí)其出力保持不變，所以相應(yīng)回路的 30 即： =1103180=定開(kāi)斷電流選擇： I 即： 定短路關(guān)合電流選擇： i 即： 36 據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇 110型 校驗(yàn)熱穩(wěn)定（取后備保護(hù)為 1S）： I2 t t Q k 計(jì)算時(shí)間 1= S t = 4024 = 6400 S 即 I2 t t 足要求。 檢驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定： i ： i 100足要求 因設(shè)備各項(xiàng)選型及校驗(yàn)均與線(xiàn)路側(cè) 斷路器相同，故主變、母聯(lián)側(cè)斷路器設(shè)備選型與線(xiàn)路側(cè)相同。 三、 101、 10額定電壓選擇： 10最高工作電壓選擇： 10 額定電流選擇： 31 考慮其中 1 回線(xiàn)路故障退出時(shí)，所有負(fù)荷將轉(zhuǎn)移到另 1 回線(xiàn)路，所以相應(yīng)回路的 e 即： =定開(kāi)斷電流選擇： I 即 ： 定短路關(guān)合電流選擇： i 即： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇 10型真空斷路。 校驗(yàn)熱穩(wěn)定（取后備保護(hù)為 2S）： I2 t t Q k 計(jì)算時(shí)間 2= S t = 4024 = 6400S 即 I2 t t 足要求。 檢驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定： i ： i 100足要求 。 故 10線(xiàn)最大負(fù)荷側(cè)選擇戶(hù)內(nèi) 12 型真空斷路器能滿(mǎn)足要求，由上述計(jì)可列出下表： 32 設(shè)備 項(xiàng)目 12 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 計(jì)算數(shù)據(jù) 2e250A 180A 00kI 40002 t t 400 3183.7 2、 10聯(lián)斷路器 10=0=據(jù)目前 10路器制造廠(chǎng)家最大只能提供額定電流 000A 的設(shè)備，以及本站 10以通過(guò)保護(hù)整定值的方式將主變 100樣， 10 =0=據(jù) 10定 10 33 校驗(yàn)熱穩(wěn)定（取后備保護(hù)為 1S）： I2 t t Q k 計(jì)算時(shí)間 1= S t =5024 = 10000 S 即 I2 t t 足要求。 檢驗(yàn)動(dòng)穩(wěn) 定： i ： i 125足要求 。 故 1012型真空斷路器 三 、隔離開(kāi)關(guān)的選擇 隔離開(kāi)關(guān)：配制在主接線(xiàn)上時(shí)，保證了線(xiàn)路或設(shè)備檢修時(shí)形成明顯的斷口，與帶電部分隔離，由于隔離開(kāi)關(guān)沒(méi)有滅弧裝置及開(kāi)斷能力低，所以操作隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，必須遵守倒閘操作順序。 送電：首先合上母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)，其次合上線(xiàn)路側(cè)隔離開(kāi)關(guān)，最后合上斷路器，停電則與上述相反。 隔離開(kāi)關(guān)的配置： （ 1）斷路器的兩側(cè)均應(yīng)配置隔離開(kāi)關(guān)，以便在斷路器檢修時(shí)形成明顯的斷口 ，與電源側(cè)隔離； （ 2）中性點(diǎn)直接接地的普通型變壓器均應(yīng)通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)接地； （ 3）接在母線(xiàn)上的避雷器和電壓互感器宜合用一組隔離開(kāi)關(guān)，為了保證電器和母線(xiàn)的檢修安全，每段母上宜裝設(shè) 1 2 組接地刀閘或接地器。 63裝設(shè)接地 34 刀閘。應(yīng)盡量選用一側(cè)或兩側(cè)帶接地刀閘的隔離開(kāi)關(guān)； （ 4）按在變壓器引出線(xiàn)或中性點(diǎn)上的避雷器可不裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)； （ 5）當(dāng)饋電線(xiàn)的用戶(hù)側(cè)設(shè)有電源時(shí)，斷路器通往用戶(hù)的那一側(cè)，可以不裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)，但如果費(fèi)用不大，為了防止雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓，也可以裝設(shè)。 一、 220額定電壓選擇： 220額定電流選擇： 考慮到隔離開(kāi)關(guān)是與相應(yīng)的斷路器配套使用，所以相應(yīng)回路的 ： 2500A 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇 220(D)、 隔離開(kāi)關(guān) 。 校驗(yàn)熱穩(wěn)定（后備保護(hù)取 2S）： 即 I2 t t Q k 計(jì)算時(shí)間 2= S t = 5024 = 10000 S （ t = 3023 = 27000 S （ 即 I2 t t 足要求。 檢驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定： i ： i 125足要求 。 故 220220(D)、 隔離開(kāi)關(guān)能滿(mǎn)足要求，由上述計(jì)可列出下表： 35 設(shè)備 項(xiàng)目 220(D)W 、產(chǎn) 品數(shù)據(jù) 計(jì)算數(shù)據(jù) 500A 1488A 252 t t 0000 2700 二 、 110額定電壓選擇： 110額定電流選擇： 考慮到隔離開(kāi)關(guān)是與相應(yīng)的斷路器配套使用，所以相應(yīng)回路的 ： 1250A 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇 110(D)、 隔離開(kāi)關(guān) 。 校驗(yàn)熱穩(wěn)定（ 后備保護(hù)取 2S）： 即 I2 t t Q k 36 計(jì)算時(shí)間 2= 180S t = = 3969 S （ t = =S （ 即 I2 t t 足要求。 檢驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定： i ： i 80足要求 。 故 110110(D)、 隔離開(kāi)關(guān)能滿(mǎn)足要求，由上述計(jì)可列出下表： 設(shè)備 110(D)W 、 37 項(xiàng)目 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 計(jì)算數(shù)據(jù) 250A 992A 02 t t 969 2977 180 三、 10額定電壓選擇： 1101 . 0 5 6 . 9 3 ( )3 總 *周期分量熱效應(yīng) 2 2 222103 6 . 512t k t IQ t K A S 因路電流引起的熱效應(yīng)為 23 6 . 5 K A S 1 . 9 2 2 . 6 9 3 2 . 6 8 7 . 5 K A 38 計(jì) 算 數(shù) 據(jù) Q 2 285 四 、 母線(xiàn)的選擇 一、 220 按導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇截面： K 9 K = 336A 故選擇型號(hào)為 外載流量為 380A。 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 短路持續(xù)時(shí)間為 tk= 周期分量的熱效應(yīng) 2 2 221012tk =2 2 21 . 6 3 1 0 1 . 6 7 1 . 5 112 4 =11 2因 t 1s,故不計(jì)算非周期分量的熱效應(yīng) 故 1 2正常導(dǎo)體運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體溫度 =0+（ ） 25 +（ 70 25） 50 C 根據(jù)查表， C=89滿(mǎn)足短路時(shí)發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為 40 = 611 1089 =20滿(mǎn)足熱穩(wěn)定要求。 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 由于所選是軟母線(xiàn)，故不進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 二、 1101 . 0 5 6 3 2 ( )3 按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇截面，查電力手冊(cè)選 許電流 770A。 67241 熱穩(wěn)定效驗(yàn)，短路持續(xù)時(shí)間為： 4 ( )K p r a bT t t s 周期分量的熱效應(yīng) 2210 3 0 . 6 812 t k t IQ t K A S 因 t1 23 0 . 6 8 K A S 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體溫度： 2 000 2( ) 6 5M A I 查電氣手冊(cè) C=87滿(mǎn)足短路時(shí)發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為 6 2 2m i n / 3 0 . 6 8 1 0 1 / 8 9 6 2 . 2 4 3 0 0 K C m m m m 及滿(mǎn)足熱穩(wěn)定要求。 三、 101201 . 0 5 1 . 0 5 6 . 9 3 (