110kV變電站電氣一次部分初步設計畢業(yè)論文

1、河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計/論文緒 論電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的一項基礎工業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展的先行工業(yè)，它是一種將煤、石油、天然氣、水能、核能、風能等一次能源轉(zhuǎn)換成電能這個二次能源的工業(yè)，它為國民經(jīng)濟的其他各部門快速、穩(wěn)定發(fā)展提供足夠的動力，其發(fā)展水平是反映國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志。由于電能在工業(yè)及國民經(jīng)濟的重要性，電能的輸送和分配是電能應用于這些領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)。變電站是電廠或上級電站經(jīng)過調(diào)整后的電能輸送給下級負荷，是電能輸送的核心部分，其運行情況和容量大小直接影響下級負荷的供電，進而影響工業(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，可能造成停電等

2、事故，給生產(chǎn)和生活帶來很大不利。因此，變電站設計在整個電力系統(tǒng)中對于供電十分重要。變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力的場所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。變電站有升壓變電站和降壓變電站兩大類：升壓變電站通常是發(fā)電廠升壓站部分，緊靠發(fā)電廠；降壓變電站通常遠離發(fā)電廠而靠近負荷中心。這里所設計得就是110kv降壓變電站，它通常有屋外配電裝置、變壓器室、低壓配電室等組成。本次設計為110kv變電站電氣一次部分初步設計，分為設計說明書、設計計算書、設計圖紙等三部分。所設計的內(nèi)容力求概念清楚，層次分明。本文是在電氣工程系常教授的精心指導下完成的。常老師治學嚴謹、知識廣博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在

3、畢業(yè)設計期間常老師在設計的選題和設計思路上給了我們很多的指導和幫助。常老師循循善誘的教學方法、熱情待人的處事方式、一絲不茍的治學態(tài)度、對學生嚴格要求的敬業(yè)精神給我留下了很深的印象。在此，我對恩師表示最崇高的敬意和最誠摯的感謝！本文從主接線、短路電流計算、主要電氣設備選擇等幾方面對變電站設計進行了闡述，并繪制了電氣主接線圖、電氣總平面布置圖、防雷保護配置圖、等相關設計圖紙。由于本人水平有限，錯誤和不妥之處在所難免，敬請各位老師批評指正。第1章 變電站總體分析1.1原始資料1.1.1 建站目的為滿足工業(yè)發(fā)展的需要，新建一座110kv變電站，以10kv向附近的平原機械廠、開拓水泥廠、電器設備廠等用戶

4、供電。1.1.2 建站規(guī)模變電站類型：110kv變電工程；主變臺數(shù)：兩臺變壓器，一次建成；電壓等級：110kv、10kv；進出線回數(shù)及負荷容量；線路回數(shù)：110kv 2回（進）；10kv 10回（出）；表1-1 負荷分析序號用戶pmax(kw)cos1平原機械廠20000.902開拓水泥廠20000.853開拓水泥廠20000.904太行紡紗廠30000.855太行紡紗廠30000.856電器設備廠10000.807鑄造廠20000.808賓館10000.859市化肥廠15000.8510市化肥廠15000.80合計19000-1.1.3環(huán)境條件全年最高氣溫+40，最低氣溫-6，最熱月平均最高

5、氣溫35;年最熱月平均溫度為25,當?shù)睾０胃叨?80米；最大風速30m/s,屬于我國級標準氣象區(qū)。1.1.4系統(tǒng)圖及有關數(shù)據(jù) 圖1-1 電力系統(tǒng)接線圖最大運行方式：兩臺發(fā)電機組同時運行容量為28000mva；最小運行方式：只有一臺發(fā)電機組運行容量為22000mva。1.2負荷分析一、平原機械廠負荷分析已知 則有二、開拓水泥廠負荷分析已知 則有三、太行紡紗廠負荷分析已知 則有其余負荷分析情況同樣如此。在此不再敘述，詳細數(shù)據(jù)見下表。求總負荷，取同時系數(shù)0.9，則但考慮到未來5-10年發(fā)展表1-2電力負荷計算匯總序號廠名cos電力負荷計算結果p(kw)q(kvar)s(kva)i(a)1平原機械廠0

6、.92000968.62222.2128.32開拓水泥廠0.852000123.92352.9135.83開拓水泥廠0.902000968.6222.2128.34太行紡紗廠0.85300018603529.4203.85太行紡紗廠0.85300018603529.4203.86電器設備廠0.801000750125072.27鑄造廠0.80200015002500144.48賓館0.8010006201176.567.99市化肥廠0.8515009301764.7101.910市化肥廠0.80150011251875108.3小計1900010706.1/去同時系數(shù)0.9時171009635

7、.519627.91133.2第2章 電氣主接線設計電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電站、線路和用戶組成。變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。為滿足生產(chǎn)需要，變電站中安裝有各種電氣設備，并依照相應的技術要求連接起來。把變壓器、斷路器等按預期生產(chǎn)流程連成的電路，稱為電氣主接線。電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網(wǎng)絡，故又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)。用規(guī)定的設備文字和圖形符號并按工作順序排列，詳細地表示電氣設備或成套裝置的全部基本組成和連接關系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。2.1 主接線的設計原則和要求主接線代表了變電站

8、電氣部分主體結構，是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分，是變電站電氣設計的首要部分。它表明了變壓器、線路和斷路器等電氣設備的數(shù)量和連接方式及可能的運行方式，從而完成變電、輸配電的任務。它的設計，直接關系著全所電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行。由于電能生產(chǎn)的特點是發(fā)電、變電、輸電和用電是在同一時刻完成的，所以主接線設計的好壞，也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。因此，主接線的設計是一個綜合性的問題。必須在滿足國家有關技術經(jīng)濟政策的前提下，正確處理好各方面的關系，全面分析有關影響因素，力爭使其技術先進、經(jīng)濟合理、安全可靠。2.2.1 電氣主接線

9、的設計原則電氣主接線的基本原則是以設計任務書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設的方針、政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節(jié)省投資，就近取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。一、接線方式：對于變電站的電氣接線，當能滿足運行要求時，其高壓側(cè)應盡可能采用斷路器較少或不用斷路器的接線，如線路變壓器組或橋形接線等。若能滿足繼電保護要求時，也可采用線路分支接線。在110kv220kv配電裝置中，當出線為2回時，一般采用橋形接線；當出線不超過4回時，一般采用分段單母線接線。在樞紐變電站

10、中，當110220kv出線在4回及以上時，一般采用雙母接線。在大容量變電站中，為了限制610kv出線上的短路電流，一般可采用下列措施：（1）變壓器分列運行；（2）在變壓器回路中裝置分裂電抗器或電抗器；（3）采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器。（4）出線上裝設電抗器。二、斷路器的設置：根據(jù)電氣接線方式，每回線路均應設有相應數(shù)量的斷路器，用以完成切、合電路任務。三、為正確選擇接線和設備，必須進行逐年各級電壓最大最小有功和無功電力負荷的平衡。當缺乏足夠的資料時，可采用下列數(shù)據(jù)：（1）最小負荷為最大負荷的6070%，如主要是農(nóng)業(yè)負荷時則宜取 2030%；（2）負荷同時率取0.850.9，當饋線在三回以下且其

11、中有特大負荷時，可取0.951；（3）功率因數(shù)一般取0.8；（4）線損平均取5%。2.1.2 設計主接線的基本要求在設計電氣主接線時，應使其滿足供電可靠，運行靈活和經(jīng)濟等項基本要求。一、可靠性：供電可靠是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，電氣主接線也必須滿足這個要求。在研究主接線時，應全面地看待以下幾個問題：（1）可靠性的客觀衡量標準是運行實踐，估價一個主接線的可靠性時，應充分考慮長期積累的運行經(jīng)驗。我國現(xiàn)行設計技術規(guī)程中的各項規(guī)定，就是對運行實踐經(jīng)驗的總結。設計時應予遵循。（2）主接線的可靠性，是由其各組成元件（包括一次設備和二次設備）的可靠性的綜合。因此主接線設計，要同時考慮一次設備和二次設備的故

12、障率及其對供電的影響。（3）可靠性并不是絕對的，同樣的主接線對某所是可靠的，而對另一些所則可能還不夠可靠。因此，評價可靠性時，不能脫離變電站在系統(tǒng)中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接線可靠性時，均從以下幾方面考慮：（1）斷路器檢修時，能否不影響供電。（2）線路、斷路器或母線故障時，以及母線檢修時，停運出線回路數(shù)的多少和停電時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。（3）變電站全部停運的可能性。二、靈活性：主接線的靈活性要求有以下幾方面。（1）調(diào)度靈活，操作簡便：應能靈活的投入（或切除）某些變壓器或線路，調(diào)配電源和負荷，能滿足系統(tǒng)在事故、檢修及特殊運行方式下的調(diào)度要求。（2）檢修安全：應能方便

13、的停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不影響電力網(wǎng)的正常運行及對用戶的供電。（3）擴建方便：應能容易的從初期過渡到最終接線，使在擴建過渡時，在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下，投入新裝變壓器或線路而不互相干擾，且一次和二次設備等所需的改造最少。三、經(jīng)濟性：在滿足技術要求的前提下，做到經(jīng)濟合理。（1）投資省：主接線應簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關等一次設備投資；要使控制、保護方式不過于復雜，以利于運行并節(jié)約二次設備和電纜投資；要適當限制短路電流，以選擇價格合理的電器設備；在終端或分支變電站中，應推廣采用直降式（110/610kv）變壓器，以質(zhì)量可靠的簡易電器代替高壓斷路器。（2

14、）占地面積?。弘姎庵鹘泳€設計要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，以便節(jié)約用地和節(jié)省構架、導線、絕緣子及安裝費用。 在運輸條件許可的地方，都應采用三相變壓器。（3）電能損耗少：在變電站中，正常運行時，電能損耗主要來自變壓器。應經(jīng)濟合理的選擇主變壓器的型式、容量和臺數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗。2.2 主接線的設計步驟電氣主接線的具體設計步驟如下：一、分析原始資料（1）本工程情況，變電站類型，設計規(guī)劃容量（近期、遠景），主變臺數(shù)及容量等。（2）電力系統(tǒng)情況，電力系統(tǒng)近期及遠景發(fā)展規(guī)劃（510年），變電站在電力系統(tǒng)中的位置和作用，本期工程和遠景與電力系統(tǒng)連接方式以及各級電壓中性點接地方式等。（3）負荷

15、情況，負荷的性質(zhì)及其地理位置、輸電電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。（4）環(huán)境條件，當?shù)氐臍鉁?、濕度、覆冰、污穢、風向、水文、地質(zhì)、海拔高度等因素，對主接線中電器的選擇和配電裝置的實施均有影響。（5）設備制造情況，為使所設計的主接線具有可行性，必須對各主要電器的性能、制造能力和供貨情況、價格等資料匯集并分析比較，保證設計的先進性、經(jīng)濟性和可行性。二、擬定主接線方案根據(jù)設計任務書的要求，在原始資料分析的基礎上， 可擬定出若干個主接線方案。因為對出線回路數(shù)、電壓等級、變壓器臺數(shù)、容量以及母線結構等考慮不同，會出現(xiàn)多種接線方案。應依據(jù)對主接線的基本要求，結合最新技術，確定最優(yōu)的技術合理、經(jīng)濟可行的主

16、接線方案。三、短路電流計算對擬定的主接線，為了選擇合理的電器，需進行短路電流計算。四、主要電器選擇包括高壓斷路器、隔離開關、母線等電器的選擇。五、繪制電氣主接線圖將最終確定的主接線，按工程要求，繪制工程圖。2.3本變電站電氣主接線設計2.3.1 110kv 電壓側(cè)接線35110kv 變電所設計規(guī)范規(guī)定，35110kv線路為兩回及以下時，宜采用橋形、線路變壓器組或線路分支接線。超過兩回時，宜采用擴大橋形、單母線或分段單母線的接線。3563kv線路為8回及以上時，亦可采用雙母線接線。110kv線路為6回其以上時，宜采用雙母線接線。在采用單母線、分段單母線或雙母線的35110kv主接線中，當不允許停

17、電檢修斷路器時，可設置旁路設施。110kv側(cè)是本站的進線段，它對本站的可靠性有很大影響。下面擬定單母分段及雙母兩種接線方案。圖2-1 單母分段 圖2-2 雙母接線單母分段的適用范圍：(1)610kv配電裝置出線回路數(shù)為6回及以上時。(2)3566kv配電裝置出線回路數(shù)為68回時。(3)110kv220kv配電裝置出線回路數(shù)為34回時。雙母接線的適用范圍：當母線回路數(shù)或母線上電源較多、輸送和穿越功率較大、母線故障后要求迅速恢復供電、母線或母線設備檢修時不允許影響對用戶的供電、系統(tǒng)運行調(diào)度對接線的靈活性有一定要求時采用，各級電壓采用的具體條件如下：(1)610kv配電裝置，當短路電流較大、出線需要

18、帶電抗器時。(2)3566kv配電裝置，當出線回路數(shù)超過8回時，或連接的電源較多、負荷較大時。(3)110220kv配電裝置出線回路數(shù)為5回及以上時，或當110kv220kv配電裝置，在系統(tǒng)中后重要地位，出線回路數(shù)為4回及以上時。表2-1 單母分段與雙母接線比較項目方案i 單母分段方案ii 雙母接線可靠性用斷路器把母線分段后,對重要用戶可從不同段引出兩個回路,保證不間斷供電，可靠。供電可靠，通過兩組母線隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障后，能迅速恢復供電；檢修任一回路的母線隔離開關時，只需斷開此隔離開關所屬的一條回路和與此隔離開關相連的該組母線，其它回路均可

19、通過另外一組母線繼續(xù)運行。靈活性當一回線路故障時,分段斷路器自動將故障段隔離,保證正常段母線不間斷供電,不致使重要用戶停電。在靈活性上不如雙母。調(diào)度靈活，各個電源和各個回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應電力系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要。經(jīng)濟性采用此接線所用母線較少，在滿足可靠、靈活性的基礎上能夠滿足要求。所用母線多，投資大，占地面積大。綜合考慮方案二供電可靠、運行方式靈活，但是倒閘操作復雜，容易誤操作，占地面積大，設備多，投資大。方案一簡單清晰，操作方便，不易誤操作，設備少，投資小，占地面積小，但是運行可靠性和靈活性比方案二稍差。考慮本站屬于終端變方案一足以滿足要求，故

20、選用投資小、節(jié)省占地面積的方案一。2.3.2 10kv電壓側(cè)接線35110kv變電所設計規(guī)范規(guī)定，當變電所裝有兩臺主變壓器時，610kv側(cè)宜采用分段單母線。線路為12回及以上時，亦可采用雙母線。當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路設施。本變電站10kv側(cè)線路為10回，可采用雙母線接線或手車式高壓開關柜單母線分段接線兩種方案。 圖2-3 單母分段圖 圖2-4 雙母接線方案一：一般用于出線較多，輸送和穿越功率較大，供電可靠性和靈活性要求較高的場合，設備多，投資和占地面積大，配電裝置復雜，易誤操作。方案二：簡單清晰，調(diào)度靈活，不會造成全站停電，能保證對重要用戶的供電，設備少，投資和占地小。由于手車式

21、斷路器的出現(xiàn)和運行成功，斷路器檢修問題可不用復雜的旁路設施來解決，而用備用的手車斷路器來替代需要檢修的工作的手車斷路器。采用手車式高壓開關柜，可不設置旁路設施。鑒于是初期建設，故選擇方案一。第3章 變壓器的選擇3.1 主變壓器選擇在變電站中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。35110kv 變電所設計規(guī)范規(guī)定，主變壓器的臺數(shù)和容量，應根據(jù)地區(qū)供電條件、負荷性質(zhì)、用電容量和運行方式等條件綜合考慮確定。在有一、二級負荷的變電所中宜裝設兩臺主變壓器，當技術經(jīng)濟比較合理時，可裝設兩臺以上主變壓器。裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，當斷開一臺時，其余主變壓器的容量不應小于70%的全部負荷

22、，并應保證用戶的一、二級負荷。具有三種電壓的變電所，如通過主變壓器各側(cè)線圈的功率均達到該變壓器容量的15%以上，主變壓器宜采用三線圈變壓器。主變壓器臺數(shù)和容量直接影響主接線的形式和配電。一、主變壓器臺數(shù)：為保證供電可靠性，變電站一般裝設兩臺主變壓器。當只有一個電源或變電站可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源給重要負荷供電時，可裝設一臺。對于大型樞紐變電站，根據(jù)工程具體情況，當技術經(jīng)濟比較合理時，可裝設兩臺以上主變壓器。二、主變壓器容量：主變壓器容量應根據(jù)510年的發(fā)展規(guī)劃進行選擇，并應考慮變壓器正常運行和事故時的過負荷能力。對裝設兩臺變壓器的變電站，每臺變壓器額定容量一般按下式選擇： （3-1）p為變電

23、站最大負荷,k為負荷同時系數(shù)一般為0.9。這樣，當一臺變壓器停用時，可保證對70%負荷的供電，考慮變壓器的事故過負荷能力40%，則可保證對84%負荷的供電。由于一般電網(wǎng)變電站大約有25%的非重要負荷，因此，s=0.7p對變電站保證重要負荷來說多數(shù)是可行的。對于一、二級負荷比重大的變電站，應能在一臺停用時，仍能保證對一、二級負荷的供電。即： （3-2）三、主變壓器的型式：一般情況下采用三相式變壓器。由于本站只有兩個電壓等級故選雙繞組變壓器。有計算可得s=2526mva所以選擇型號為s11-40000/110的變壓器。主變參數(shù)如下：表3-1變壓器參數(shù)變壓器型號額定容量(kva)額定電壓(kv)損耗

24、（kw）短路阻抗()空載電流 ()高壓低壓短路空載s11-40000/110400001102.510.5148.229.4410.50.28四、主變的校驗已知本變電站計算容量為25259.2kva一二級負荷一般占總負荷的80%左右試初選型號為s11-40000/110的變壓器則根據(jù)以下進行校驗：一、一臺主變壓器單獨工作時應滿足全部負荷的70%需要本設計中，滿足要求。二、任一臺主變壓器單獨工作時應滿足一二級負荷的需要。本設計中，滿足要求。故，經(jīng)以上校驗選擇型號為s11-40000/110的變壓器滿足要求。3.2 站用變壓器選擇35110kv變電所設計規(guī)范規(guī)定，在有兩臺及以上主變壓器的變電站中，

25、宜裝設兩臺容量相同可互為備用的站用變壓器，分別接到母線的不同分段上。變電站的站用負荷，一般都比較小，其可靠性要求也不如發(fā)電廠那樣高。變電站的主要負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備、油處理設備、檢修工具以及采暖、通風、照明、供水等。這些負荷容量都不太大，因此變電站的站用電壓只需0.4kv一級，采用動力與照明混合供電方式。380v站用電母線可采用低壓斷路器（即自動空氣開關）或閘刀進行分段，并以低壓成套配電裝置供電。第4章短路電流計算4.1 短路電流計算的目的在發(fā)電廠和變電站的電氣設計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。短路電流計算的目的主要有以下幾方面：一、在選擇電氣主接線時

26、，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。二、在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。例如：計算某一時刻的短路電流有效值，用以校驗開關設備的開斷能力和確定電抗器的電抗值；計算短路后較長時間短路電流有效值，用以校驗設備的熱穩(wěn)定；計算短路電流沖擊值，用以校驗設備動穩(wěn)定。三、在設計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導線的相間和相對地的安全距離。四、在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。五、接地裝置的設計，也需用短路電流。4.

27、2 短路電流計算的一般規(guī)定 驗算導體和電器時所用的短路電流，一般有以下規(guī)定：一、計算的基本情況（1）電力系統(tǒng)中所有電源都在額定負荷下運行；（2）同步電機都具有自動調(diào)整勵磁裝置(包括強行勵磁)；（3）短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間；（4）所有電源的電動勢相位角相同；（5）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行；（6）應考慮對短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點的電弧電阻。對異步電動機的作用，僅在確定短路電流沖擊值和最大全電流有效值時才予以考慮。二、接線方式計算短路電流時所用的接線方式，應是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式（即最大運行方式），而不能用僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。三、計算容

28、量應按本工程設計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃（一般考慮本工程建成后510年）。四、短路種類一般按三相短路計算。若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統(tǒng)以及自耦變壓器等回路中的單相（或兩相）接地短路較三相短路情況嚴重時，則應按嚴重情況進行校驗。五、短路計算點在正常接線方式時，通過電器設備的短路電流為最大的地點，稱為短路計算點。對于帶電抗器的610kv出線與廠用分支回路，在選擇母線至母線隔離開關之間的引線、套管時，短路計算點應該取在電抗器前。選擇其余的導體和電器時短路計算點一般取在電抗器后。4.3 短路電流計算的步驟在工程設計中，短路電流的計算通常采用實用計算曲線法。其具體計算步

29、驟如下：一、繪制等值網(wǎng)絡。（1）選取基準功率sb和基準電壓（2）發(fā)電機電抗用xd，略去網(wǎng)絡各元件的電阻、輸電線路的電容和變壓器的勵磁支路；（3）無限大功率電源的內(nèi)電抗等于零；（4）略去負荷。二、進行網(wǎng)絡變換。按網(wǎng)絡變換的原則，將網(wǎng)絡中的電源合并成若干組，例如，共有g組，每組用一個等值發(fā)電機代表。無限大功率電源（如果有的話）另成一組。求出各等值發(fā)電機對短路點的轉(zhuǎn)移電抗以及無限大功率電源對短路點的轉(zhuǎn)移電抗。 三、將前面求出的轉(zhuǎn)移電抗按各相應的等值發(fā)電機的容量進行歸算，便得到各等值發(fā)電機對短路點的計算電抗。 （4-1）式中sni為第i臺等值發(fā)電機的額定容量，即由它所代表的那部分發(fā)電機的額定容量之和。

30、四、由xi分別根據(jù)適當?shù)挠嬎闱€找出指定時刻t各等值發(fā)電機提供的短路周期電流標幺值。五、網(wǎng)絡中無限大功率電源供給的短路電流周期是不衰減的，并由下式確定 （4-2）六、計算短路電流周期分量的有名值第i臺等值發(fā)電機提供的短路電流為 （4-3）無限大功率電源提供的短路電流為 （4-4）短路點周期電流的有名值為兩者總和。七、計算短路容量和短路電流沖擊值ish。八、繪制短路電流計算結果表。4.4短路電流計算結果在電力系統(tǒng)工程設計中，短路電流的計算方法有標幺值法與有名值兩種計算方法，本次設計采用標幺值法。且在最大運行方式下計算?？偨祲鹤冸娝邏簜?cè)110kv母線確定為k1短路點，變壓器低壓側(cè)10kv母線確定

31、為k2短路點，太行紡紗廠10kv引出線2km處確定為k3短路點。根據(jù)電氣主接線圖，確定短路電流計算等值電路圖如下所示。圖4-1 最大運行方式下系統(tǒng)等效阻抗圖注：k1點為110kv母線發(fā)生三相短路情況；k2點為10kv母線發(fā)生三相短路情況；k3點為10kv側(cè)出線2km處發(fā)生三相短路情況；4.1.1求各元件電抗標幺值一、取,則有發(fā)電機等值電抗最大運行方式下系統(tǒng)等值電抗線路等值阻抗為變壓器等值電抗為二、各短路點等值電抗標幺值經(jīng)y-變換可得：圖4-2 簡化等值電路最終簡化可得下圖圖4-3 等效阻抗圖k1點等值阻抗k2點等值阻抗k3點等值阻抗三、三相短路電流計算(1)求k1點三相短路電流及短路容量三相短

32、路電流基準值為三相短路電流周期分量有效值為三相短路電流此暫態(tài)電流及穩(wěn)態(tài)電流為三相短路沖擊電流瞬時值為三相短路沖擊電流有效值為k1點三相短路容量為(2)求k2點三相短路電流及短路容量 三相短路電流基準值為三相短路電流周期分量有效值為三相短路電流此暫態(tài)電流及穩(wěn)態(tài)電流為三相短路沖擊電流瞬時值為三相短路沖擊電流有效值k1點三相短路容量為(3)求k3點三相短路電流及短路容量三相短路電流基準值為三相短路電流周期分量有效值為三相短路電流此暫態(tài)電流及穩(wěn)態(tài)電流為三相短路沖擊電流瞬時值為 三相短路沖擊電流有效值為k1點三相短路容量為三相短路電流計算結果見下表。表4-1 短路計算結果匯總表短路電流及容量（ka）/（

33、mva）k110.4010.4010.4025.5215.812071.53k226.8326.8326.8368.4140.78487.95k35.915.915.9115.079.16107.45第5章 母線及電氣設備的選擇5.1 電器選擇的一般條件電器選擇是發(fā)電廠和變電站電氣設計的主要內(nèi)容之一。正確的選擇電器是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。盡管電力系統(tǒng)中各種電器的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求卻是一致的。電器要

34、能可靠的工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。一、按正常工作條件選擇電器（1）額定電壓和最高工作電壓在選擇電器時，一般可按照電器的額定電壓un不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓uns的條件選擇，即: （5-1）（2）額定電流電器的額定電流in是指在額定周圍環(huán)境溫度0下，電器的長期允許電流。in應不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流imax即： （5-2）（3）按當?shù)丨h(huán)境條件校核在選擇電器時，還應考慮電器安裝地點的環(huán)境（尤其是小環(huán)境）條件當氣溫、風速、污穢等級、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件超過一般電器使用條件時，應采取措施。二、按短路情況校驗（1）短

35、路熱穩(wěn)定校驗短路電流通過電器時，電器各部件溫度應不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定的條件為: （5-3） （5-4）式中 -設備給定的熱試驗電流，ka；-設備給定的熱穩(wěn)定計算時間，s；-短路電流的穩(wěn)態(tài)值，ka；-短路電流次暫態(tài)值，ka；-短路電流假象時間，s；（2）電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機械效應的能力，亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為： (5-5)式中 -電氣設備極限通過電流的幅值，ka；-三相短路沖擊電流的瞬時值，ka。下列幾種情況可不校驗熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定：1、熔斷器保護的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證，故可不驗算熱穩(wěn)定。2、采用有限流電阻的熔斷器保護的設備，可不校驗動穩(wěn)定。3、裝設在電

36、壓互感器回路中的裸導體和電器可不驗算動、熱穩(wěn)定。（3）短路電流計算的條件為使電器具有足夠的可靠性、經(jīng)濟性和合理性，并在一定時期內(nèi)適應電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，作驗算用的短路電流應按下列條件確定：1、容量和接線，按本工程設計最終容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠景發(fā)展規(guī)劃（一般為本工程建成后510年）；其接線應采用可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，但不考慮在切換過程中可能短時并列的接線方式。2、短路種類，一般按三相短路驗算，若其它種類短路較三相短路嚴重時，則應按最嚴重的情況驗算。3、計算短路點，選擇通過電器的短路電流為最大的那些點為短路計算點。（4）短路計算時間校驗電器的熱穩(wěn)定和開斷能力時，還必須合理的確定

37、短路計算時間。驗算熱穩(wěn)定的計算時間tk為繼電保護動作時間top和相應斷路器的固有分閘時間toc之和，即： (5-6)5.2 變電站主要設備的選擇條件5.2.1 斷路器的的選擇條件高壓斷路器的主要功能是：正常運行時，用它來倒換運行方式，把設備或線路接入電路或退出運行， 起著控制作用； 當設備或線路發(fā)生故障時， 能快速切除故障回路、保證無故障部分正常運行，能起保護作用。高壓斷路器是開關電器中最為完善的一種設備。其最大特點是能斷開電路中負荷電流和短路電流。選擇斷路器除滿足第一節(jié)電氣設備選擇的條件外，其斷路器的性能還與其切斷電流和斷流容量有關。一、短路開始時此暫態(tài)電流的有效值不得超過斷路器的額定切斷電

38、流，即： (5-7)式中 i-斷路器的額定切斷電流，ka；i-短路此暫態(tài)電流有效值，ka；二、短路容量不得超過斷路器的額定斷流容量，即： (5-8)式中 -斷路器的額定斷流容量，mva。5.2.2 隔離開關的選擇條件隔離開關也是變電站中常用的電器，它需與斷路器配套使用。但隔離開關無滅弧裝置，不能用來接通和切斷負荷電流和短路電流。隔離開關的主要用途如下：一、隔離電壓在檢修電氣設備時，用隔離開關將被檢修的設備與電源電壓隔離，以確保檢修的安全。二、倒閘操作投入備用母線或旁路母線以及改變運行方式時，常用隔離開關配合斷路器，協(xié)同操作來完成。三、分、合小電流因隔離開關具有一定的分、合小電感電流和電容電流的

39、能力，故一般可用來進行以下操作：（1）分、合避雷器、電壓互感器和空載母線；（2）分、合勵磁電流不超過2a的空載變壓器；（3）關合電容電流不超過5a的空載線路。5.2.3 電流互感器的選擇互感器（包括電流互感器ta和電壓互感器tv）是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡元件，用以分別向測量儀表、繼電器的電流線圈和電壓線圈供電，正確反映電氣設備的正常運行和故障情況?；ジ衅鞯淖饔檬牵簩⒁淮位芈返母唠妷汉痛箅娏髯?yōu)槎位芈窐藴实牡碗妷?100v)和小電流(5a或1a)，使測量儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結構小巧、價格便宜和便于屏內(nèi)安裝。 使二次設備與高壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設備和人

40、身的安全。電流互感器的選擇除應滿足一次回路的額定電壓、額定電流、最大負荷電流及短路電流的動熱穩(wěn)定外，還要滿足二次回路的測量儀表、自動裝置的準確度等級和保護裝置10誤差特性曲線要求。如果容量不足，可將兩個二次繞組串聯(lián)。一、按一次額定電壓選擇所選電流互感器的一次額定電壓必須與安裝處的電網(wǎng)電壓一致，即 (5-9)式中 -電流互感器銘牌標出的額定電壓，kv；-電流互感器安裝電的額定電壓，kv。二、按一次額定電流選擇在電流互感器周圍空氣溫度一定的條件下，連續(xù)流過互感器的一次電流，允許為其額定值的120%。三、按額定二次電流選擇由于儀表與繼電器已經(jīng)系列化生產(chǎn)，二次標準電流5a，電流互感器與二次標準電流相一

41、致，也為5a。四、按準確等級選擇電流互感器的準確等級，應根據(jù)不同的用途選擇，準確等級可分為0.2、0.5、1、3、10級等幾個不同的等級。5.2.4 電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇與配置，除應滿足一次回路的額定電壓外，其容量與準確等級應滿足測量儀表、保護裝置和自動裝置的要求。負荷分配應在滿足相位要求下盡量平衡，接地點一般設在配電裝置端子箱外。電壓互感器不需要進行動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗，選擇應滿足以下條件。一、按一次額定電壓選擇所選電流互感器的一次額定電壓必須與安裝處的電網(wǎng)電壓一致，即 (5-10)式中 -電壓互感器銘牌標出的額定電壓，kv；-電壓互感器安裝電的額定電壓，kv。二、電壓互感器類型的

42、選擇根據(jù)用途和二次負荷性質(zhì)，選擇電壓互感器的類型及二次接線。三、按準確等級選擇除上述兩點外，選擇電壓互感器時還應注意其準確等級及二次負荷容量。5.2.5 母線的選擇母線的選擇同電氣設備的選擇同樣重要，身居電流的匯聚與再分配的作用，其重要性不言而喻。母線大致分為硬母線與軟母線兩類，均可按下述條件選取。一、按持續(xù)工作電流選擇 (5-11)式中 -母線的長期最大工作電流，a；-相應溫度母線長期允許通過的電流值，a。當環(huán)境溫度不為25時，應乘以溫度校正系數(shù)k。二、按經(jīng)濟電流密度選擇經(jīng)濟電流為 (5-12)式中 -導線的經(jīng)濟截面，；-母線的最大工作電流，a；-經(jīng)濟電流密度，查下表。表5-1 母線及電纜經(jīng)

43、濟電流密度值導體材料年最大負荷利用小時數(shù)（h）300以下300050005000以上銅裸導線及母線3.02.251.75鋁裸導線及母線1.651.150.9銅芯電纜2.52.251.75鋁芯電纜1.921.731.54三、按電暈電壓校驗（1）35kv以上母線選擇，臨界電暈電壓為 (5-13)式中 ucr-臨界電暈電壓，kv；un-母線安裝處的額定電壓，kv；（2）電暈為控制條件時，其值按下式計算 (5-14)式中k-與次導線有關的系數(shù)，當三相導線等邊三角形布置時k=1，水平布置時k=0.96；mr-導線表面粗糙系數(shù)，多股絞線mr=0.830.8，單股膠線mr=0.930.96；-空氣相對密度，

44、可查電力工程設計手冊第一冊；r-導線半徑，mm；a-導體相間距離，mm；（3）母線熱穩(wěn)定校驗應滿足 (5-15)式中 -導線最小允許截面，；-集膚效應系數(shù)，查電力工程設計手冊；導體加熱系數(shù)，查電力工程設計手冊；c與導體材料及發(fā)熱溫度有關的熱穩(wěn)定系數(shù)，查下表；三相短路穩(wěn)態(tài)電流，ka；短路電流發(fā)熱假設時間，s。表5-2母線、電纜線、導線的熱穩(wěn)定系數(shù)c值（a2s/mm2）母線材料最大允許溫度（）c值銅320175鋁22097不直接與設備相連42066直接與設備相連32062四、母線動穩(wěn)定校驗應滿足 (5-16)式中 -短路時母線的計算應力，mpa;-母線允許應力，mpa；對于硬銅母線=140mpa；

45、硬鋁母線=70mpa；硬鋼線=160mpa。五、母線應力計算式 (5-17)式中 w-母線截面系數(shù)，單條母線最大允許跨距，m3；當母線水平布置時；b-母線截面水平寬度，m；h-母線截面垂直高度，m；m-母線所受到的最大彎曲力矩，,當母線檔數(shù)為12時，,當母線檔數(shù)大于2檔時，。六、單條母線三相電動力計算式為 (5-18)式中 -單條母線三相電動力，n/a2；-三相短路沖擊電流瞬時值，ka；-母線間距離，cm；-支持絕緣子間距，cm，對于水平放置的單條母線，一般取l不超過1.52.0m。5.3 110kv側(cè)電氣設備的選擇5.3.1 110kv側(cè)斷路器的選擇及校驗變電站110kv側(cè)計算電流為根據(jù)已知

46、條件，試出選型號為lw6-110 i的斷路器。其燃弧時間為0.03s，固有合閘時間為0.09s,則進行校驗校驗結果如下表。表5-3校驗結果比較序號項目安裝地點計算參數(shù)lw6-110 i校驗結果參數(shù)計算結果參數(shù)選擇數(shù)據(jù)1工作電壓（kv）u110un110合格2工作電流（a）i165.3in3150合格3斷流能力（mva）i310.4i331.5合格4動穩(wěn)定（ka）ish325.5imax41合格5熱穩(wěn)定（ka2s）i2tima67.1it2t7500合格通過校驗結果全部合格，所以選擇選lw6-100 i高壓油斷路器。5.3.2 110kv側(cè)隔離開關選擇及校驗根據(jù)已知條件，試初選型號為gw5-11

47、0gk/600的高壓隔離開關。其技術參數(shù)見下表，操作機構為cs1-xg型，進行動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定校驗，校驗結果見下表：表5-4 校驗結果及比較序號項目安裝地點計算參數(shù)gw5-110gk/600校驗結果參數(shù)計算結果參數(shù)選擇數(shù)據(jù)1工作電壓（kv）u110un110合格2工作電流(a)i165.3in600合格3動穩(wěn)定(ka)ish325.5imax72合格4熱穩(wěn)定(ka2s)i2tima104.9it2t1024合格通過校驗結果全部合格，所以選擇型號為gw5-110gk/600的隔離開關。5.3.3 110kv側(cè)電壓互感器的選擇及校驗根據(jù)電壓互感器的選擇條件，所選電壓互感器的一次側(cè)額定電壓與安裝地點電

48、網(wǎng)電壓一致，二次側(cè)額定電壓一般為100v。電壓互感器的選擇應滿足utvun。根據(jù)已知條件，初選型號為jcc2-110型戶外高壓互感器。校驗結果見下表：表5-5 校驗結果及比較序號項目安裝地點計算參數(shù)jcc2-110校驗結果參數(shù)計算結果參數(shù)選擇數(shù)據(jù)1工作電壓（kv）u110un一次繞組1103合格二次繞組0.13輔助繞組0.12二次繞組容量（va）s-sn21級500合格3級1000合格通過選擇校驗結果全部合格，所以選擇型號為jcc2-110型戶外高壓互感器。根據(jù)電壓互感器校驗原則，不需要校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定，所以校驗合格。 5.3.4 110kv側(cè)電流互感器的選擇及校驗同樣以上，電流互感器一次電

49、壓必須與安裝地點電壓一致，還要滿足二次回路的測量儀表、自動裝置的準確等級和繼電保護裝置的要求。電流互感器的選擇需要校驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定度。根據(jù)已知條件，初選型號為lcwd-110的電流互感器。具體參數(shù)及校驗結果見下表：表5-6 校驗結果及比較序號項目安裝地點計算參數(shù)lcwd-110校驗結果參數(shù)計算數(shù)據(jù)參數(shù)選擇數(shù)據(jù)1工作電壓（kv）u110un110合格2工作電流(a)i165.3in1/in2600/5合格3準確等級-0.5級1.2、1級1.2合格4動穩(wěn)定(ka)ish325.52kdin1127合格5熱穩(wěn)定(ka2s)i2tima104.9ktin12t2025合格通過校驗合格。5.4 10k

50、v側(cè)電氣設備的選擇及校驗5.4.1 10kv高壓總開關柜的選擇根據(jù)計算條件，查工廠常用電器設備手冊，選擇gg-1a-03b型號高壓開關柜2臺，用作變壓器低壓引出線總開關柜；另選gg-1a-26-28型高壓開關柜1臺，用作10kv母線分段聯(lián)絡開關柜。高壓開關柜內(nèi)裝有10kv高壓斷路器、高壓隔離開關和電流互感器三種電器元件。下面分別對柜內(nèi)三種電氣設備分別進行選擇與校驗。一、斷路器的選擇與校驗變電站10kv壓側(cè)計算電流為根據(jù)已知條件，選擇型號為zn12-10真空斷路器，其固有分閘時間為0.06s，固有合閘時間為0.07s。則斷路器具體參數(shù)及校驗結果見下表：表5-7 校驗結果序號項目安裝地點計算參數(shù)zn12-10校驗結果參數(shù)計算結果參數(shù)選擇數(shù)據(jù)1工作電壓（kv）u10un10合格2工作電流(a)i1133.2in1250合格3斷流能力(mva)i326.8i331.5合格4動穩(wěn)定(k