發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)資料

1、 發(fā)電廠電氣設(shè)備課程設(shè)計(jì) 500kV 變電站電氣部分 學(xué) 院 ：交通學(xué)院 專 業(yè) ：能源與動(dòng)力工程 班 級(jí) ： 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)老師 ：馬萬偉 日 期 : 2015 年 12 月 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本課程設(shè)計(jì)是發(fā)電廠電氣設(shè)備課程后的一門設(shè)計(jì)性實(shí)踐課程。其目的 是使學(xué)生掌握火力發(fā)電廠及變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)的基本方法； 培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真 的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度； 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。 具體內(nèi)容如下 : 1. 對(duì)發(fā)電廠及變電站在系統(tǒng)中的地位和作用及所供用戶的分析； 2. 選擇發(fā)電廠及變電站主變壓器的臺(tái)數(shù)、容量、型式； 3. 分析確定各電壓側(cè)主接線形式及采用配電裝置型式

2、； 4. 分析確定廠（站）用電接線形式； 5. 進(jìn)行選擇設(shè)備和導(dǎo)體所必須的短路電流計(jì)算； 6. 選擇變壓器高、中、低壓側(cè)的斷路器、隔離開關(guān)； 7. 選擇 10kV 硬母線； 8. 選擇配電裝置型式及設(shè)計(jì)； 9. 用 AutoCAD繪制發(fā)電廠及變電站電氣主接線圖。 二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù) 1、根據(jù)電力系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，擬在某地區(qū)新建一座裝機(jī)容量為200MW的凝汽式 火力發(fā)電廠，發(fā)電廠安裝 2 臺(tái) 100MW機(jī)組，發(fā)電機(jī)端電壓為 10.5kV 。電廠建成 后以 10kV 電壓供給本地區(qū)負(fù)荷 , 其中有鋼廠、毛紡廠等，最大負(fù)荷為 68MW，最 小負(fù)荷為 34MW，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為 4200 小時(shí)

3、，全部用電纜供電，每回負(fù)荷 不等，但平均在 4MW左右，送電距離為 3 6km。并以 35kV 電壓供給附近的水泥 廠用電，其最大負(fù)荷為 58MW，最小負(fù)荷為 32MW，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為 4500 小時(shí)。負(fù)荷中 I 類負(fù)荷比例為 30%，II 類負(fù)荷為 40%，III 類負(fù)荷為 30%。 2、計(jì)劃安裝兩臺(tái) 100MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，功率因數(shù)為 0.85 ，廠用電率為 6%，機(jī) 組年利用小時(shí) Tmax=5800小時(shí)。 3、按負(fù)荷供電可靠性要求及線路傳輸能力已確定各級(jí)電壓出線列于下表： 10kV 35kV 名稱 回路數(shù) 名稱 回路數(shù) 鋼廠 4 水泥廠 2 毛紡廠 2 市區(qū) 4 預(yù)留 2 預(yù)留

4、2 合計(jì) 12 合計(jì) 4 4、廠址條件：周圍地勢(shì)平坦 5、氣象條件：絕對(duì)最高溫度為 35；最高月平均溫度為 25；年平均溫度為 12.7 ；風(fēng)向以西北風(fēng)為主 . 6、以 100MVA為基準(zhǔn)值，母線上阻抗為 1.95 ，Qk=165kA2s，未知系數(shù) 0.8-1.2. 三相短路電流 =4.5kA，短路電壓 =6KV， Sj=100MV.A,Uj=10.5kv. 三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作 1、設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書一份； 2、主接線圖一張； 四、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 序號(hào) 設(shè)計(jì)各階段內(nèi)容 地點(diǎn) 起止時(shí)間 1 發(fā)電廠電氣主接線的設(shè)計(jì) 南校實(shí)驗(yàn)樓 12.21 2 短路電流計(jì)算 南校實(shí)驗(yàn)樓 12.22 3 主要

5、電氣設(shè)備選擇 南校實(shí)驗(yàn)樓 12.22 4 配電裝置規(guī)劃及設(shè)計(jì) 南校實(shí)驗(yàn)樓 12.23 5 撰寫課程設(shè)計(jì)說明書并繪圖 南校實(shí)驗(yàn)樓 12.24 6 設(shè)計(jì)成果 南校實(shí)驗(yàn)樓 12.25 五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 1、姚春球 . 發(fā)電廠電氣部分 . 中國(guó)電力出版社 3、郭琳主編 . 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì) . 中國(guó)電力出版社 . 目錄 前 言 1. . 1. 變壓器的設(shè)計(jì) 2. . 1.1 主變壓器的選擇 2. 1.2 所用變壓器的選擇 3. 1.2.1 所用變壓器的選擇 4. 1.2.2 所用變壓器低壓側(cè)接線 5. 2. 電氣主接線的設(shè)計(jì) 5. . 2.1 電氣主接線的設(shè)計(jì)要求 5. 2.2 電

6、氣主接線方案的確定 5. 2.2.1 10KV 側(cè) 2 種接線方案的比較 5. 2.2.2 10KV 側(cè)電氣主接線的選擇 6. 2.2.3 35KV 側(cè) 3 種接線方案的比較 7. 2.2.4 35KV 側(cè)電氣主接線的選擇 8. 2.3 500kV 側(cè)電氣主接線的選擇 9. 2.3.1 500kV 側(cè) 3 種接線方案的比較 9. 2.3.2 500kV 側(cè)電氣主接線的選擇 1. 0 3. 短路電流計(jì)算 11 3.1 短路電流計(jì)算的目的 11 3.2 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定 11 3.3 短路電流計(jì)算條件 11 3.4 短路電流計(jì)算方法與步驟 1.2 3.4.1 方法 1.2. 3.4.2 短路

7、電流計(jì)算的步驟 1.2 3.5 短路電流的計(jì)算 1.2 4. 電氣設(shè)備選擇 1.4. 4.1 電氣設(shè)備選擇的原則 1.4 4.2 電氣設(shè)備選擇的一般要求 1.5 4.3 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件 1.5 4.4 主要電氣設(shè)備的選擇 1.6 4.4.1 500kV 側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇 1. 6 4.4.2 10KV 側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇 1. 8 4.4.3 35kV 側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇 1. 9 5. 電氣主接線圖 （附錄圖紙 ） 2.2 總 結(jié) 2.3. 參考文獻(xiàn) ： 2.4. 前言 電力工業(yè)是能源工業(yè)、 基礎(chǔ)工業(yè)， 在國(guó)家建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)十分重 要的位置， 是時(shí)間國(guó)家

8、現(xiàn)代化的戰(zhàn)略重點(diǎn)。 電能是一種無形的、 不能大量?jī)?chǔ)存的 二次能源。電能的發(fā)、變、送、配和用電，幾乎是在同一瞬間完成的，須隨時(shí)保 持功率平衡。 要滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求就必須加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)， 而變電站建設(shè)就 是電網(wǎng)建設(shè)中的重要一環(huán)。 在變電站的設(shè)計(jì)中，既要求所變電能能很好地服務(wù) 于工業(yè)生產(chǎn)，又要切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活的用電的需要， 并做好節(jié)能工作， 就 達(dá)到以下基本要求： 安全 在變電過程中，不發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。 可靠 所變電能應(yīng)滿足電能用戶對(duì)用電的可靠性的要求。 優(yōu)質(zhì) 所變電能應(yīng)滿足電能用戶對(duì)電壓和頻率等質(zhì)量的要求。 經(jīng)濟(jì) 變電站的投資要少， 輸送費(fèi)用要低， 并盡可能地節(jié)約電能、 減少有色

9、 金屬的消耗量和盡可能地節(jié)約用地面積。 110kV 變電站屬于高壓網(wǎng)絡(luò)，該地區(qū)變電所所涉及方面多，考慮問題多，分 析變電所擔(dān)負(fù)的任務(wù)及用戶負(fù)荷等情況， 選擇所址，利用用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算， 確定用戶無功功率補(bǔ)償裝置。 同時(shí)進(jìn)行各種變壓器的選擇， 從而確定變電站的接 線方式，再進(jìn)行短路電流計(jì)算，選擇送配電網(wǎng)絡(luò)及導(dǎo)線，進(jìn)行短路電流計(jì)算。選 擇變電站高低壓電氣設(shè)備， 為變電站平面及剖面圖提供依據(jù)。 本變電所的初步設(shè) 計(jì)包括了：（ 1）總體方案的確定（ 2）負(fù)荷分析（ 3）短路電流的計(jì)算（ 4）高低 壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)接線方案選擇（ 5）繼電保護(hù)的選擇與整定（ 6）防雷與接 地保護(hù)等內(nèi)容。 隨著電力

10、技術(shù)高新化、 復(fù)雜化的迅速發(fā)展， 電力系統(tǒng)在從發(fā)電到供電的所有 領(lǐng)域中，通過新技術(shù)的使用， 都在不斷的發(fā)生變化。 變電所作為電力系統(tǒng)中一個(gè) 關(guān)鍵的環(huán)節(jié)也同樣在新技術(shù)領(lǐng)域得到了充分的發(fā)展。 1. 變壓器的設(shè)計(jì) 1.1 主變壓器的選擇 (1) 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇 根據(jù)資料分析以及線路來看， 為保障、 類負(fù)荷的需要， 以及擴(kuò)建的可能 性，至少需要安裝兩臺(tái)主變壓器以保證供電的可靠性， 以便當(dāng)其中一臺(tái)安裝主編 電器故障或檢修時(shí)，另一臺(tái)能繼續(xù)供電約為 1.2 倍最大負(fù)荷的容量。 (2) 主變壓器的容量選擇 最小負(fù)荷： Pm 66MW 最大負(fù)荷： Pm 126MW 用電負(fù)荷的總視在功率為 Sm Sm Pm

11、/cos 126 / 0.85 148.24MW 主變壓器的總?cè)萘繎?yīng)滿足： 2 100MVA 200MVA Sn k Sm /S 0.9 148.24/0.95 140MVA (k 為同視率，根據(jù)資料取 0.9 ，線損 5%) 滿載運(yùn)行且留裕 10%后的容量： S Sn /2 (1 10%) 63.64MVA 變電所有兩臺(tái)主變壓器， 考慮到任意一臺(tái)主變壓器停運(yùn)或檢修時(shí)， 另一臺(tái)都 要滿足容量： Sn 140 70% 98MVA 所以選每臺(tái)主變壓器容量： Sn 98MVA 為了滿足系統(tǒng)要求，以及通過查表，確定每臺(tái)主變壓器的裝機(jī)容量為： 100MVA 總裝機(jī)容量為： 考慮周圍環(huán)境溫度的影響： p

12、( max min )/2 (25 12.7) 18.85 K (25 12.7) /100 1 1.123 根據(jù) Sn 0.6k Sm / K 0.6 0.9 148.24/1.123 71.28MVA 即 Sn 100MVA 71.28MVA 滿足要求。 (3) 主變壓器形式的選擇 相數(shù)的選擇： 電力系統(tǒng)中大多數(shù)為三相變壓器，三相變壓器較之于同容量的單相變壓器 組，其金屬材料少 2025%。運(yùn)行電能損耗少 1215%，并且占地面積少，因此考 慮優(yōu)先采用。本變電所在地勢(shì)平坦處， 不受運(yùn)輸條件限制， 所以采用三相變壓器。 繞組的確定： 自耦變壓器一般用在 220kV 以上的變電所中，所以這里選

13、擇自耦變壓器 繞組接線方式的選擇： 變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓的連接方式相位一致， 否則不能進(jìn)行 并聯(lián)運(yùn)行。我國(guó) 110kV及以上變壓器繞組都選用 Y連接， 35KV及以下電壓繞組 都選擇連接方式，所以該變電所的兩臺(tái)主變壓器，高壓側(cè)（500kV）采用 Y 連 接，低壓側(cè)（ 10kV）采用連接方式。 根據(jù) 500kV變電所設(shè)計(jì)指導(dǎo)， 以上選擇符合系統(tǒng)對(duì)變電所的技術(shù)要求， 兩臺(tái) 相同的變壓器同時(shí)投入時(shí)，可選型號(hào)為： ODFPS2-250000/500的主變壓器，技術(shù) 參數(shù)如下： 表 1 主變壓器的技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 高壓 低壓 空載電流 空載損耗 負(fù)荷電流 阻抗電壓 連接阻別 ODFPS2-

14、250000/5 00 550/ 3 35 144 38.2 YNaod11 1.2 所用變壓器的選擇 1.2.1 所用變壓器的選擇 根據(jù) 500kV及以上變電所設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，在有兩臺(tái)及以上主變壓器的變 電所中，宜裝設(shè)兩臺(tái)容量相同可互為備用的所用變壓器， 分別接到母線的不同分 段上。 變電所的所用負(fù)荷， 一般都比較小， 其可靠性要求也不如發(fā)電廠那樣高。 變 電所的主要負(fù)荷是變壓器冷卻裝置、 直流系統(tǒng)中的充電裝置和硅整流設(shè)備、 油處 理設(shè)備、檢修工具以及采暖、通風(fēng)、照明、供水等。這些負(fù)荷容量都不太大，因 此變電所的所用電壓只需 0.4kV 一級(jí)，采用動(dòng)力與照明混合供電方式。 380V 所 用電母

15、線可采用低壓斷路器 （即自動(dòng)空氣開關(guān)） 或閘刀進(jìn)行分段， 并以低壓成套 配電裝置供電。 本變電所所用容量為 100kVA，選用兩臺(tái)型號(hào)為 S9-100/10 的三相油浸自冷 式銅線變壓器，接入低壓側(cè) , 互為暗備用。 參數(shù)如下表： 表 2 站用電變壓器參數(shù)表 產(chǎn)品 額定容 量 (kVA) 高壓側(cè) 低壓側(cè) 接線組 短路損 短路電 空載損 空載電 型號(hào) (kV) (kV) 方式 耗(W) 壓(%) 耗(W) 流(%) S9-100 /10 100 10 0.4 Y,yn0 1500 4 290 1.6 1.2.2 所用變壓器低壓側(cè)接線 所用電系統(tǒng)采用 380/220V 中性點(diǎn)直接接地的三相四線制，

16、 動(dòng)力與照明合用 一個(gè)電源，所用變壓器低壓側(cè)接線采用單母線分段接線方式，平時(shí)分裂運(yùn)行， 以限制故障范圍，提高供電可靠性。 380V 所用電母線可采用低壓斷路器(即自 動(dòng)空氣開關(guān))或閘刀進(jìn)行分段。 2. 電氣主接線的設(shè)計(jì) 2.1 電氣主接線的設(shè)計(jì)要求 變電所主接線須滿足以下基本要求： （1）運(yùn)行可靠性 斷路器檢修時(shí)是否影響供電，設(shè)備和線路故障檢修時(shí)，需要停電的用戶數(shù) 目的多少和停電時(shí)間的長(zhǎng)短，以及能否保證對(duì)重要用戶的供電。 （2）具有靈活性 主接線正常運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)調(diào)度的要求靈活的改變運(yùn)行方式，達(dá)到調(diào)度的 目的，而且在各種事故或設(shè)備檢修時(shí)，能盡快的退出設(shè)備，切出故障、停電時(shí)間 最短，影響范圍最小

17、，并且在檢修時(shí)可以保證檢修人員的安全。 （3）操作應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、方便 主接線應(yīng)簡(jiǎn)單清晰，操作方便，盡可能使操作步驟簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行人員掌 握。復(fù)雜的接線不僅不便于操作， 還往往會(huì)造成運(yùn)行人員的失誤而造成事故。 但 接線方式過于簡(jiǎn)單， 可能會(huì)不滿足運(yùn)行方式的需求， 而且也會(huì)給運(yùn)行造成不便或 造成不必要的停電。 （4）經(jīng)濟(jì)上合理 主接線在保證安全可靠，操作靈活方便的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該使投資和年運(yùn)行 費(fèi)用減少，占地面積最小，使其盡可能發(fā)揮最好的經(jīng)濟(jì)效益。 （5）應(yīng)具有擴(kuò)建的可能性 由于我國(guó)工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，電力負(fù)荷增加很快，因此在選擇主接線時(shí)還 需要考慮到具有擴(kuò)建的可能性。 變電所電氣主接線的選擇， 主要

18、決定于變電所在電力系統(tǒng)中的地位、 環(huán)境、 負(fù)荷的性質(zhì)，出線數(shù)目的多少，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等。 2.2 電氣主接線方案的確定 由于類、類負(fù)荷居多（將近 60%），為了安全可靠起見，保留 3 種方案。 2.2.1 10kV 側(cè) 2 種接線方案的比較 表 3 接線方案 分 單 單 可靠性 定 但高 ，算 高不 線性 母定 單穩(wěn) 粹體 純整 比是 和為線 擇 性 側(cè) 母線 ，選 安全 10K 擇單 下， 且 1 選擇 前提 ， 在 所以 。 的前 路， 所 所 線 活線電，接 靈 的 變 中 分段 。 全金高系 安資要電 障安 和資 性 供電 保障 地和 活 民供 在占靈居 靈活性 擴(kuò) 于 易 便 方 簡(jiǎn)建

19、經(jīng)濟(jì)性 大大 增增 資應(yīng) 投相 多積 增面 備地 設(shè)占 單點(diǎn) 有特 具的 QSa1 WBa QSa2 QFa 段 WB 段 L1 L2 QFd 電源 電源 圖5-4 單母線分段帶旁路母線接線 單母線分段接線 2.2.2 10kV 側(cè)電氣主接線的選擇 由上表可以得到 10kV側(cè)接線方式選擇， 我們要選擇占地和資金少的線路， 但是必須在保障安全，靈活的前提下，資金和占地相差不是多，而安全性和靈 活性提高很多。 可見，變電所在 10kV 側(cè)為居民供電系統(tǒng)中， 應(yīng)該選擇單母線分 段接線。 經(jīng)比較 10kV 側(cè)選擇單母分段接線。如下圖所示 10kV側(cè)電氣主接線圖 2.2.3 35kV 側(cè) 3 種接線方案

20、的比較 單母分段 單母分段帶旁 路 雙母線接線 比較結(jié)果 可 靠 性 比純粹單母線 高，但是整體穩(wěn) 定性不算高 比不帶旁路穩(wěn) 定可靠 可靠性較高 綜上比較， 在 35kV 時(shí)選用可靠 性、靈活性及經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)的雙 母線接線。 靈 活 性 簡(jiǎn)單、方便、易 于擴(kuò)建 倒閘操作簡(jiǎn)單 運(yùn)行靈活度高、 經(jīng) 濟(jì) 性 具有單母線接 線經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn) 設(shè)備增多， 投資 增大， 占地面積 也相應(yīng)增大 設(shè)備投資小 表 4 接線方案 L1 L2 L3 L4 圖5-2 單母線分段接線 QSa1 WBa QSa2 L1 L2 QFa 段 WB 段 QFd 電源 電源 圖5-4 單母線分段帶旁路母線接線 雙母線接線 2.2.4

21、35kV 側(cè)電氣主接線的選擇 由上表可以得到在 35kV 側(cè)接線方式的選擇上， 在可靠性與靈活性差不多的 情況下我們要優(yōu)先選擇占地面積少設(shè)備投資小的方案，所以我們確定選取雙母 線接線方案。 經(jīng)比較 35kV 側(cè)選擇雙母線 接線。如下圖所示 35kV側(cè)電氣主接線圖 2.3 500kV 側(cè)電氣主接線的選擇 2.3.1 500kV 側(cè) 3 種接線方案的比較 L2 L1 段 段 QFj1 電源 圖5-9 雙母線分段接線 L3 L4 WB 電源 電源 電源 QFj2段 段 (a) 圖5-10 雙母線帶旁路接線 ( a) 標(biāo)準(zhǔn)接線 WBa QFa 表 5 接線方案 雙母分段 雙母帶旁母接線 一臺(tái)半斷路器接

22、 線 比較結(jié)果 可靠 性 具有較高的供電 可靠性 比雙母分段高 具有高度的供電 可靠性 綜合比較 500kV 選用一 臺(tái)半斷路器接線方式輸 出。 靈活 性 較靈活、 有倒閘操 作 倒閘操作復(fù)雜 運(yùn)行調(diào)度靈活、 操 作檢修方便 經(jīng)濟(jì) 性 增加了母聯(lián)和斷 路器，增加了投資 和占地面積 設(shè)備增多， 投資增 大，占地面積也相 應(yīng)增大 設(shè)備減少， 投資降 低，經(jīng)濟(jì)性好 一臺(tái)半斷路器接線 2.3.2 500kV 側(cè)電氣主接線的選擇 由上表可以得到在 500kV 側(cè)接線方式的選擇上，一臺(tái)半斷路器接線方式具 有更高的供電可靠性且無倒閘操作并考慮經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良的情況下我們要優(yōu)先選擇 一臺(tái)半斷路器接線方案。 經(jīng)比較高

23、壓側(cè)選擇一臺(tái)半斷路器接線。如下圖所示 500kV電氣主接線圖 3. 短路電流計(jì)算 3.1 短路電流計(jì)算的目的 （1）在設(shè)計(jì)電氣主接線時(shí)，為了比較各種方案，確定某種接線方式是否有必要 才去限制斷流的措施等，需要進(jìn)行短路電流計(jì)算。 （2）在進(jìn)行電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的選擇時(shí)，為了保證各種電氣設(shè)備和導(dǎo)體在進(jìn) 行正常運(yùn)行時(shí)和故障情況下度能安全、 可靠地工作， 同時(shí)又要力求節(jié)約、 減少投 資，需要根據(jù)短路電流對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定的校驗(yàn)。 （3）在選擇繼電器保護(hù)裝置及進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，必須一各種不同類型短路時(shí)的 短路電流作為依據(jù)。 （4）設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，要按短路條件校驗(yàn)軟導(dǎo)線的相同、相對(duì)地安全 距離

24、等。 （5）設(shè)計(jì)接地裝置。 （6）電力系統(tǒng)運(yùn)行及故障分析等。 選擇電氣設(shè)備時(shí)，只需近似地計(jì)算出通過所選設(shè)備可能出現(xiàn)的最大三相短路電 流值。設(shè)計(jì)繼電器保護(hù)和系統(tǒng)故障分析時(shí)， 要對(duì)各種短路情況下各支路的短路電 流和各母線殘余電壓進(jìn)行計(jì)算。 在現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實(shí)際情況下， 要進(jìn)行絲毫不差 的短路計(jì)算是相當(dāng)困難的，甚至是不可能的。同時(shí)，對(duì)大部分工程實(shí)際問題，也 并不要求有絲毫不差的計(jì)算結(jié)果。 因此，為了簡(jiǎn)化和便于計(jì)算， 工程實(shí)際中多采 用近似計(jì)算。 3.2 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定 （1）驗(yàn)算導(dǎo)體和電器的動(dòng)、 熱穩(wěn)定及電器開關(guān)電流所用的短路電流， 應(yīng)按工程 的設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)劃的容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng) 5 1

25、0年的發(fā)展。 （2）接線方式應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流和正常接線方式，而不能按切換中可 能出現(xiàn)的運(yùn)行方式。 （3）選擇導(dǎo)體和電器中的短路電流時(shí)， 在電氣連接的電網(wǎng)中應(yīng)考慮電容補(bǔ)償裝 置的充放電電流影響。 （4）選擇導(dǎo)體和電器時(shí)， 對(duì)不帶電抗回路的計(jì)算短路點(diǎn)應(yīng)選擇， 在正常接線方 式時(shí)有最大短路電流的短路點(diǎn)； 對(duì)帶電抗器的 6 10kV出線應(yīng)計(jì)算兩點(diǎn)， 即電抗 器前和電抗器后的短路電流。 （5）短路時(shí)，導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定及電器開斷電流一般按三相電流驗(yàn) 算，若有更嚴(yán)重的情況按更嚴(yán)重的條件計(jì)算。 3.3 短路電流計(jì)算條件 （1）因?yàn)橄到y(tǒng)電壓等級(jí)較高，輸電導(dǎo)線的截面積較大，電阻較小，電抗較大，

26、因此在短路電流的計(jì)算過程中忽略 R 及 X。 （2）計(jì)算短路電流時(shí)所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接 線方式（即最大運(yùn)行方式），而不能用僅在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式。 （3）計(jì)算容量按無窮大系統(tǒng)容量進(jìn)行計(jì)算。 （4）短路種類一般按三相短路進(jìn)行計(jì)算。 （5）短路計(jì)算點(diǎn)如下： a. d-1-500kV 母線短路時(shí)短路計(jì)算點(diǎn) b. d-2- 兩臺(tái)主變電器并列運(yùn)行時(shí) 35kV 母線短路時(shí)計(jì)算點(diǎn) c. d-3-10kV母線短路時(shí)的計(jì)算點(diǎn) 3.4 短路電流計(jì)算方法與步驟 3.4.1 方法 在工程設(shè)計(jì)中，短路電流的計(jì)算通常采用實(shí)用運(yùn)算曲線法。 3.4.2 短路電流計(jì)算的步驟 選擇計(jì)算短

27、路點(diǎn)； 畫出等值網(wǎng)絡(luò)（次暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)）圖 a. 首先去掉系統(tǒng)中的所有負(fù)荷分支、線路電容、各元件的電阻，發(fā)電機(jī)用 次暫態(tài)電抗 Xd”； b. 選取基準(zhǔn)容量 Sj 和基準(zhǔn)電壓 Uj（kV）（一般取各級(jí)的平均電壓） ，計(jì)算基 準(zhǔn)電流 I j= Sj/ 3Uj （kA）； c. 計(jì)算各元件換算為同一基準(zhǔn)值的標(biāo)么電抗； d. 繪制等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件統(tǒng)一編號(hào)，分子標(biāo)各元件編號(hào)，分母標(biāo)各 元件電抗標(biāo)么值； 化簡(jiǎn)等值網(wǎng)絡(luò)圖 a. 為計(jì)算不同短路點(diǎn)的短路電流值， 需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡(jiǎn)為以短路點(diǎn)為 中心的輻射形的等值網(wǎng)絡(luò)； b. 求出各電源與短路點(diǎn)之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗Xnd； 求計(jì)算電抗 Xjs ，即將各轉(zhuǎn)移電

28、抗換算為各電源容量（等值發(fā)電機(jī)容量）為 基準(zhǔn)的計(jì)算電抗 Xjs1 ， Xjs2 ； 由 Xjs1 ，Xjs2 值從適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算曲線中查出各電源供給的短路電流周期分量 標(biāo)么值（運(yùn)算曲線只作到 Xjs =3）； 計(jì)算無限大容量（ Xjs 3）的電源供給的短路電流周期分量； 計(jì)算短路電流周期分量有名值和短路容量； 計(jì)算短路電流沖擊值； 繪制短路電流計(jì)算結(jié)果表。 3.5 短路電流的計(jì)算 根據(jù)本變電所與電力系統(tǒng)的連接情況，將計(jì)算短路點(diǎn)確定為 500kV 母線、 35kV母線、 10kV母線。 選取基準(zhǔn)容量 Sb=100MVA 500kV 級(jí)基準(zhǔn)電壓 Vb=525kV， 基準(zhǔn)電流 Ib= 100/ 3 52

29、5 0.11kA 10KV級(jí)基準(zhǔn)電壓 Vb=10.5kV， 基準(zhǔn)電流 Ib= 100/ 3 10.5 =1.14kA 35KV級(jí)基準(zhǔn)電壓 Vb=37.5kV, 基準(zhǔn)電流 Ib= 100/ 3 37.5 =1.54kA 各回路最大持續(xù)工作電流 根據(jù)公式Smax= 3Ue I gmax max e g max 式中 Smax 所統(tǒng)計(jì)各電壓側(cè)負(fù)荷容量 Ue 各電壓等級(jí)額定電壓 I g max 最大持續(xù)工作電流 Smax = 3U e I g max I gmax =Smax / （ 3U e ） 則：10kV I gmax =80MVA（/ 3 100）kV =0.4619kA 35kV I gma

30、x =68.24MVA/（ 3 100）kV =0.394kA 短路是電力系統(tǒng)中最常見的且很嚴(yán)重的故障。 短路故障將使系統(tǒng)電壓降低和 回路電流大大增加， 它不僅會(huì)影響用戶的正常供電， 而且會(huì)破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定 性，并損壞電氣設(shè)備。 因此，在發(fā)電廠變電站以及整個(gè)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中， 都必須對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)算。 短路電流計(jì)算的目的是為了選擇導(dǎo)體和電器， 并進(jìn)行有關(guān)的校驗(yàn)。 按三相短 路進(jìn)行短路電流計(jì)算?？赡馨l(fā)生最大短路電流的短路電流計(jì)算點(diǎn)有 3個(gè)，即 500kV 母線短路， 10kV母線短路,35kV 母線短路。 4. 電氣設(shè)備選擇 由于電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體得用途及工作條件各異 , 因此它們的選

31、擇校驗(yàn)項(xiàng) 目和方法也都完全不相同。 但是，電氣設(shè)備和載留導(dǎo)體在正常運(yùn)行和短路時(shí)都必 須可靠地工作，為此，它們的選擇都有一個(gè)共同的原則：按正常工作狀態(tài)選擇； 按短路狀態(tài)校驗(yàn)。 4.1 電氣設(shè)備選擇的原則 按正常工作條件選擇導(dǎo)體和電器 1. 額定電壓和最高工作電壓 選用的電器和電纜允許最高工作電壓 UWmax 不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行 電壓U smax ，即 W max U smax 般電纜和電器允許的最高工作電壓 : 額定電壓在 220kV 及以下時(shí)為 1.15 U Ns ；額定電壓為 300 500kV時(shí)為 1.1 U Ns 。而實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行的電壓 Usr一般 不超過 1.1 U Ns。因此

32、在選擇設(shè)備時(shí)，一般可按照電器和電纜的額定電壓等于或 大于裝設(shè)點(diǎn)電網(wǎng)的額定電壓 U Ns的條件選擇，即 U N U Ns 2. 額定電流 所選電氣設(shè)備的額定電流 IN 或載流導(dǎo)體的長(zhǎng)期允許電流 Ial 不得小于其裝設(shè) 回路的最大持續(xù)工作電流 IWmax ，即 I N I Wmax 由于設(shè)備的額定電流 I N ，指在額定周圍環(huán)境溫度 N 下，導(dǎo)體和電器的長(zhǎng)期 允許電流。 而環(huán)境溫度對(duì)電氣設(shè)備的長(zhǎng)期允許電流影響很大， 當(dāng)設(shè)備使用的環(huán)境 溫度 不等于額定環(huán)境溫度 N 時(shí)，其額定電流應(yīng)按下式修正 I N IN al / al N KI N K al / al N 式中I N 溫度修正后的額定電流； K

33、溫度修正系數(shù)； al 電氣設(shè)備的長(zhǎng)期允許發(fā)熱溫度； al N 額定環(huán)境溫度，對(duì)裸導(dǎo)體為 25，對(duì)斷路器、隔離開關(guān)、電抗器 等電氣設(shè)備為 40； 所選電氣設(shè)備使用的環(huán)境溫度。 4.2 電氣設(shè)備選擇的一般要求 (1) 應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展。 (2) 應(yīng)滿足安裝地點(diǎn)和當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件(如海拔、氣溫等)校核。 (3) 應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。 (4) 同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種。 (5) 與整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。 (6) 選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式簽訂合格。在特殊情 況下，選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)。 4.3 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)

34、條件 高壓電器，應(yīng)能在長(zhǎng)期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常 運(yùn)行。 (1) 電壓：選用的電器允許最高工作電壓 Umax不得低于該回路的最高運(yùn)行電 壓 Ug。 (2) 電流 : 選用的電器額定電流 Ie 不得低于 所在回路在各種可能運(yùn)行 方式下的持續(xù)工作電流 Ig 。 校驗(yàn)的一般原則： 電器在選定后應(yīng)按最大可能通過的短路電流進(jìn)行動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)，校驗(yàn)的 短路電流一般取最嚴(yán)重情況的短路電流。 用熔斷器保護(hù)的電器可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定。 短路的熱穩(wěn)定條件 I r2t Qd td 2 2 2 Qd Q I2 10I2td /2 I2td Qdt在計(jì)算時(shí)間 ts 內(nèi)，短路電流的熱效應(yīng)( KA2S) I

35、t t 秒內(nèi)設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流有效值( KA2S) T設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流時(shí)間( s) 校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定所用的計(jì)算時(shí)間 Ts 按下式計(jì)算 t=td+tkd td 繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間內(nèi)( S) tkd 斷路的全分閘時(shí)間( s) (4) 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 電動(dòng)力穩(wěn)定是導(dǎo)體和電器承受短時(shí)電流機(jī)械效應(yīng)的能力， 稱動(dòng)穩(wěn)定。 滿足動(dòng) 穩(wěn)定的條件是： i ch idw I ch I dw 上式中 ich I ch 短路沖擊電流幅值及其有效值 idw I dw 允許通過動(dòng)穩(wěn)定電流的幅值和有效值 (5) 絕緣水平： 在工作電壓的作用下，電器的內(nèi)外絕緣應(yīng)保證必要的可靠性。接口的絕緣水 平應(yīng)按電網(wǎng)中出現(xiàn)的各種過

36、電壓和保護(hù)設(shè)備相應(yīng)的保護(hù)水平來確定。 由于變壓器 短時(shí)過載能力很大， 雙回路出線的工作電流變化幅度也較大， 故其計(jì)算工作電流 應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定。 高壓電器沒有明確的過載能力， 所以在選擇其額定電流時(shí)， 應(yīng)滿足各種可能方式下回路持續(xù)工作電流的要求。 4.4 主要電氣設(shè)備的選擇 4.4.1 500kV 側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇 ( 1) 500kV 側(cè)斷路器的選擇 參數(shù)選擇 按正常工作條件中額定電壓，額定電流，開斷電流進(jìn)行選擇。 額定電壓 U gmax 550kV , 故U max 550kV Unw 500kV , 故Un 500kV 額定電流 主變壓器 500kV 側(cè)最大持續(xù)工作電流為： I

37、gmax 1.05Sn/1.73Un 1.05 980000 (1.73 500) 1189.6A 因此， 500kV側(cè)斷路器額定電流 In 1189.6A 開斷電流 Ikd 公式 Ikd Id Id 為短路電流周期分量，由于本變電所三相短路電流由無限大電源提供。因此， Id 就是等于 Id 就是等于 Id1 Ikd 1.98/ 0.75 7.65kA 因此， 500kV斷路器額定開斷電流 Ikd 7.65kA。 型式選擇 選用戶外型 LW13-500的斷路器。 表 6 斷路器 LW13-500 參數(shù)表 斷路器型號(hào) 額定電壓 （kV） 額定電流（ A） 額定開斷電流 （kA） 動(dòng)穩(wěn)定電流 （k

38、A） 熱穩(wěn)定電流 （kA）（3S） LW13-500 500 2500 50 125 50 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 因 Sd=181.18MVA,Ich=5.049kA 故 SkdSd,IdwIch 滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。 熱穩(wěn)定校驗(yàn) 去后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 tb=4S,LW13-500 斷路器全開斷時(shí)間 tkd=0.06S ，因此得計(jì) 算時(shí)間 tjs=tb+tkd=4.06S 因 tjs1S ，故不計(jì)非周期分量影響， I /I 1查閱短路電流周期分量發(fā)熱 等值時(shí)間曲線，得： tz=3.4S. 等值時(shí)間 tdz tz 0.05 3.4 0.05 1 3.45S 短路電流熱效應(yīng) Qd I tdz 1.982 3.45

39、 13.52（KA2S） 設(shè)備允許熱效應(yīng) Qr It2t 502 4 10000 （ KA2S） 因此， QdQr滿足熱穩(wěn)定要求。 （2）500kV隔離開關(guān)的選擇 參數(shù)選擇 額定電壓 Ugmax 1.15 500 525kV ,故U max 525kV Unw 500kV , 故 Un 500kV 額定電流 Ig max 1189.6 A 因此， 500kV隔離開關(guān)的額定電流 In 1189.6A 型式選擇 選用戶外型 GW12-500 表 7 隔離開關(guān) GW11-500參數(shù)表 隔離開關(guān)型號(hào) 額定電壓（ kV） 額定電流（ kA） 動(dòng)穩(wěn)定電流 （kA） （4S） 額定短路電流峰 值 （kA）

40、GW12-500 500 2500 50 125 3 秒熱穩(wěn)定電流 50kA 帶有接地刀閘。 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 因 Ich=12.95kV, 故 Idw Ich 滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。 熱穩(wěn)定校驗(yàn) 隔離開關(guān)與斷路器的工作條件相同，即 tdz 3.45秒。 短路電流熱效應(yīng) Qd 1 2tdz 13.922 3.45 688.5 KA 2S 設(shè)備允許的熱效應(yīng) Qr It2t 502 3 7500KA2S 因此 Qd Qr 滿足熱穩(wěn)定要求。 4.4.2 10KV 側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇 (1)10kV低壓側(cè)斷路器的選擇 進(jìn)線斷路器的等級(jí)比主變高壓側(cè)大一級(jí)， 而母線分段斷路器和進(jìn)線斷路器的 額定值相差不大，粗略

41、計(jì)算，進(jìn)線只取進(jìn)線斷路器。 假設(shè)兩臺(tái)主變同時(shí)并聯(lián)投入運(yùn)行時(shí)， 10kV 母線上發(fā)生短路， 短路電流有名值 I d1= 8.470 ( kA) 短路沖擊電流有名值 i sh=2.55Id 1=2.55 8.47 0=21.599(kA) 最大負(fù)荷電流 Imax=1.0525000/( 3 10.5 ) =1445 (A) 額定電壓 UNS=10kV 高工作電壓 UalmUsm=5001. 05=52.5(kV) 斷路器額定電壓 UNUNS 斷路器額定電流 Ie Imax 按斷開電流選擇 I NbrId1 按短路電流計(jì)算 i Nbaish 根據(jù)資料，可以知道內(nèi)高壓真空斷路器 ZN12-10 滿足要

42、求，具體參數(shù)如下 : 表 8 ZN12-10 真空斷路器其主要參數(shù) 電壓等級(jí) 型號(hào) 額定電壓 額定電流 I r （ kA） 額定關(guān)合 電流(kA) 2 Ir2t 動(dòng)穩(wěn)定電 流 10kV ZN12-10 12kV 2000A 50 140 140kA 1)校驗(yàn)熱穩(wěn)定 QD I t2t 502 4 10000(kA2.S) 22 QK I Pt22 tK 16.5 16.5 4 1089(kA2.S) 即QD QK滿足要求 ; (2)校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定 11 140ish22.55 17.2 21.93 2 sh2 2 即滿足要求 ; 3)10KV高壓隔離開關(guān)的選擇 短路電流有名值 I d1= 8.470

43、4 (kA) 短路沖擊電流有名值 i sh=2.55Id 1=2.55 8.4704=21.5992(kA) 最大負(fù)荷電流 Imax=1445(A) 額定電壓 UNS=10KV 高工作電壓 UalmUsm=101.15=11.5(kV) 隔離開關(guān)額定電壓 UN UNS 隔離開關(guān)額定電流 Ie Imax 根據(jù)資料，可以知道 GN6-10T/1000 滿足要求，具體參數(shù)如下 : 表 9 隔離開關(guān) GN6-10T/1000 參數(shù)表 額定電壓( kV ) 額定電流( kA ) 動(dòng)穩(wěn)定電流 (kA) 熱穩(wěn)定電流 (kA) 隔離開關(guān)型號(hào) (10S) GN6-10T/1000 10 1000 52 20 熱

44、穩(wěn)定校驗(yàn)： It 2*t=20 210=4000 (KA2S) QK= I 2t=8.4704 210=717.476(KA2S) 因?yàn)?It 2*t QK，所以滿足熱穩(wěn)定要求 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)： 因?yàn)?ies=52 kA ish=21.5992kA 通過校驗(yàn)，所選隔離開關(guān)滿足設(shè)計(jì)要求。 4.4.3 35kV 側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇 (1)35側(cè)斷路器的選擇 參數(shù)選擇 額定電壓 Ugmax 1.15 35 40.25kV ,故Ug max 40.25kV Unw 35kV ,G 故Un 35kV 額定電流 變壓器 35kV 側(cè)出口處最大工作電流： Ig max 1.05Sn/1.73Un 1.05

45、 980000 （1.73 35） 16994 .2 A 因此 35kV 側(cè)斷路器的額定電流 In 16994.2A 開斷電流 Ikd 由于主變 10kV 出口處串聯(lián)兩臺(tái)電抗器后，短路電流周期分量被限制到 Id3 0.337kA，按技術(shù)規(guī)范： Ikd Id3 0.337kA 關(guān)合電流 Igh 短路電流沖擊值 Ich=0.3346kA 按技術(shù)規(guī)范 Igh Ich 0.3346 kA 型式選擇 35kV 斷路器主要用于開合武功補(bǔ)償電力電容器，而電容性電弧的特點(diǎn)要求一種 滅弧能力強(qiáng)，開合迅速的斷路器， 真空斷路器在開合電容性電流方面具有滅弧能 力強(qiáng)，重燃概率小的優(yōu)點(diǎn)。 選用戶內(nèi)式 3API-FG-7

46、2.5 型真空斷路器，其技術(shù)參數(shù)如下： 表 10 斷路器 3API-FG 參數(shù)表 電壓等級(jí) 型號(hào) 額定電 壓 額定電流 Ir （kA） 額定關(guān)合電流 （kA） 動(dòng)穩(wěn)定電 流 35kV 3API-FG 72.5kV 3150A 50 140 140kA 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)： 因 Ich 3346kA,故 Idw Ich 滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 取后備保護(hù)時(shí)間 tb=1S，tkd=0.06S.得： 計(jì)算時(shí)間 tjs=tb+tkd=1.06S 因 tjs1S,故不計(jì)非周期分量影響， I/I 1 。查閱短路電流周期分量發(fā)熱等 值時(shí)間曲線，得： tdz=0.85S. 短路電流熱效應(yīng) Qd I 2tdz 8.72 0.85 64.3KA2S 設(shè)備允許熱效應(yīng) Qr It2t 162 4 1024 KA2S 因此， Qd Qr 滿足熱穩(wěn)定效應(yīng)。 （ 2） 35kV 側(cè)隔離開關(guān)的選擇 參數(shù)選擇 額定電壓 Un Unw 35kV U max Ug max 35kV 額定電流 Ig max 272.6A 因此， 35kV 側(cè)隔離開關(guān)額定電流 In 272.6A 型式選擇 選用戶內(nèi) GW4-35D 型隔離開關(guān)，其技術(shù)參數(shù)如