500kv變電站課程設(shè)計(jì)

1、 電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)題 目： 500KV變電站設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 摘 要本文首先根據(jù)任務(wù)書上所給系統(tǒng)與線路及所有負(fù)荷的參數(shù)，分析負(fù)荷發(fā)展趨勢。從負(fù)荷增長方面闡明了建站的必要性，然后通過對擬建變電站的概括以及出線方向來考慮，并通過對負(fù)荷資料的分析，安全，經(jīng)濟(jì)及可靠性方面考慮，確定了500kV，220kV，35kV以及站用電的主接線，然后又通過負(fù)荷計(jì)算及供電范圍確定了主變壓器臺數(shù)，容量及型號，同時(shí)也確定了站用變壓器的容量及型號，最后，根據(jù)最大持續(xù)工作電流及短路計(jì)算的計(jì)算結(jié)果，對高壓熔斷器，隔離開關(guān)，母線，絕緣子和穿墻套管，電

2、壓互感器，電流互感器進(jìn)行了選型，從而完成了500kV電氣一次部分的設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：變電站；變壓器；主接線目 錄摘 要I1、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求12、設(shè)計(jì)原始資料13、主接線設(shè)計(jì)23.1 主接線的設(shè)計(jì)原則和步驟23.1.1 主接線的設(shè)計(jì)原則23.1.2 主接線的設(shè)計(jì)步驟23.2 主接線方案擬定33.2.1 500KV側(cè)電氣主接線33.2.2 220KV側(cè)電氣主接線53.2.3 35KV側(cè)電氣主接線64、負(fù)荷計(jì)算及主變壓器選擇74.1 負(fù)荷計(jì)算74.2 主變選擇8變壓器容量的選擇9主變臺數(shù)的選擇9變壓器型式的選擇105、短路電流計(jì)算115.1 短路電流計(jì)算的目的135.2 短路電流計(jì)算結(jié)果135.3 短路電

3、流計(jì)算過程136、電氣設(shè)備選擇176.1 選擇電氣設(shè)備的原則176.2 高壓斷路器的選擇196.3 隔離開關(guān)的選擇206.4 各電壓母線的選擇206.5 絕緣子和穿墻套的選擇226.6 電流互感器與電壓互感器的選擇226.7 各電氣設(shè)備一覽表23七、總結(jié)24參考文獻(xiàn)25附錄261、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 根據(jù)“電力系統(tǒng)分析”課程所學(xué)理論知識和電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基本任務(wù)，在電源及負(fù)荷大小及其相對地理位置已確定的情況下，完成一個(gè)區(qū)域電力網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。要求對多個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和分析，選擇出最優(yōu)方案，并對所選方案進(jìn)行必要的技術(shù)計(jì)算（如調(diào)壓計(jì)算、穩(wěn)定性計(jì)算），提出解決技術(shù)問題的措施。設(shè)計(jì)要求：（1）用標(biāo)準(zhǔn)符

4、號繪制電氣主接線圖（2）撰寫計(jì)算書（負(fù)荷計(jì)算與短路計(jì)算）（3）選擇高壓設(shè)備2、設(shè)計(jì)原始資料500KV變電站為樞紐變電所，有三個(gè)電壓等級。其500KV雙回路進(jìn)線，220KV饋線2回，35KV饋線12回。電源距變電站距離300KM，兩回路輸電。220kv負(fù)荷資料：最大負(fù)荷60000KW，功率因數(shù)0.95，回路2回，距離變電站50KM；35KV負(fù)荷資料：分別為礦機(jī)廠、機(jī)械廠、汽車廠、電機(jī)廠、機(jī)車廠、煤礦廠回路各兩回，功率因數(shù)都是0.95，距離變電站均按60KM計(jì)算，重要負(fù)荷均是65%，前5個(gè)廠最大負(fù)荷均按2500KW計(jì)算，煤礦廠最大負(fù)荷25000KW。最大負(fù)荷時(shí)間分別是500kv側(cè)為3000小時(shí)/年

5、，220kv側(cè)為3600小時(shí)/年，35kv側(cè)為5000小時(shí)/年。500kV保護(hù)動(dòng)作時(shí)間0.08s，220kV和35KV為0.15S，斷路器滅弧時(shí)間按0.06S考慮。根據(jù)任務(wù)書，對變電站負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和計(jì)算如下。線路中l(wèi)2為500kV進(jìn)線，34為220kV饋線，516為35KV饋線。根據(jù)任務(wù)書對負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。表2-1 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表回路序號回路名稱最大負(fù)荷功率因數(shù)線長供電回路1500KV進(jìn)線甲線300km12500KV進(jìn)線乙線300km13220KV饋線甲線60000kw0.9550km14220KV饋線乙線60000kw0.9550km1535KV煤礦廠甲線25000kw0.9560km1635KV煤礦廠乙

6、線25000kw0.9560km1735KV礦機(jī)廠甲線2500kw0.9560km1835KV礦機(jī)廠乙線2500kw0.9560km1935KV機(jī)械廠甲線2500kw0.9560km11035KV機(jī)械廠乙線2500kw0.9560km11135KV汽車廠甲線2500kw0.9560km11235KV汽車廠乙線2500kw0.9560km11335KV電機(jī)廠甲線2500kw0.9560km11435KV電機(jī)廠乙線2500kw0.9560km11535KV機(jī)車廠甲線2500kw0.9560km11635KV機(jī)車廠乙線2500kw0.9560km13、主接線設(shè)計(jì)3.1 主接線的設(shè)計(jì)原則和步驟 3.1

7、.1 主接線的設(shè)計(jì)原則電氣主接線設(shè)計(jì)的基本原則是以設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實(shí)際情況，在保證供電可靠，調(diào)度靈活，滿足各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下，兼顧運(yùn)行、維護(hù)方便，盡可能的節(jié)省投資，就近取材，力爭設(shè)備元件的設(shè)計(jì)先進(jìn)性和可靠性，堅(jiān)持可靠、先進(jìn)、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則。結(jié)合主接線設(shè)計(jì)的基本原則，所設(shè)計(jì)的主接線應(yīng)滿足供電可靠性、靈活、經(jīng)濟(jì)，留有擴(kuò)建和發(fā)展的余地。在進(jìn)行論證分析時(shí)，更應(yīng)辯證地統(tǒng)一供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，方能做到先進(jìn)性和可行性。 3.1.2 主接線的設(shè)計(jì)步驟 （1）對設(shè)計(jì)依據(jù)和原始資料進(jìn)行綜合分析（2）擬定可能采用的主接線形式（3）確定主變的

8、容量和臺數(shù)（4）廠用電源的引接方式（5）論證是否需要限制短路電流，并采取什么措施（6）對擬定的方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，確定最佳方案（7）選擇斷路器、隔離開關(guān)等電氣設(shè)備3.2 主接線方案擬定電氣主接線是根據(jù)電力系統(tǒng)和發(fā)電廠（變電站）具體條件決定的，它以電源和出線為主體，當(dāng)只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時(shí)，采用橋行接線，所用斷路器數(shù)目最少。在進(jìn)線數(shù)目較多時(shí)，為方便電能匯集和分配，設(shè)置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰，運(yùn)行方便，有利于安裝和擴(kuò)建。但有母線后，配電裝置占用面積較大，使斷路器等設(shè)備數(shù)增加，因而有事也采用無母線的接線方式。在對原始資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合對電氣主接線的可靠性、靈活性等基本要求的

9、綜合考慮，初步擬定以下不同電壓等級主接線形式。3.2.1 500KV側(cè)電氣主接線500KV變電站在電網(wǎng)中的地位非常重要，尤其是隨著三峽工程的建設(shè)，全國“西電東送，南北互供”大電網(wǎng)的逐步建成，它的安全可靠運(yùn)行直接影響到大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此對500KV變電站一次設(shè)備主接線的要求較高。結(jié)合各主接線特點(diǎn)，根據(jù)以上分析，選取下面兩種可能的接線方案。如圖3.1及圖3.2所示。 圖3.1 一臺半斷路器（3/2）接線圖3.2 雙母線單分段帶旁路母線接線對圖3.1及圖3.2所示方案、綜合比較，見表3-1。表3-1 500KV主接線方案比較表 項(xiàng)目 方案 方案方案技術(shù) 運(yùn)行可靠、運(yùn)行方式靈活、便于事故處理,

10、多環(huán)供電。接線復(fù)雜 隔離開關(guān)不作為操作電源，避免誤操作能，進(jìn)行不停電檢修任何斷路器，保證供電可靠性 運(yùn)行可靠、運(yùn)行方式靈活、便于事故處理、易擴(kuò)建 母聯(lián)斷路器可代替需檢修的出線斷路器工作 倒閘操作復(fù)雜，容易誤操作，供電可靠性不高經(jīng)濟(jì) 占地大、設(shè)備多、一次投資大，每串增加聯(lián)絡(luò)斷路器 適用于330500配電裝置 設(shè)備少、投資小 母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資 適用于220500KV配電裝置在技術(shù)上（可靠性、靈活性）第種方案明顯合理，在經(jīng)濟(jì)上則方案占優(yōu)勢。鑒于此站為地區(qū)變電站應(yīng)具有較高的可靠性和靈活性。經(jīng)綜合分析，決定選第種方案為設(shè)計(jì)的最終方案。 3.2.2 220KV側(cè)電氣主接線 結(jié)合本電站的實(shí)習(xí)

11、情況，以及變電站通行運(yùn)行規(guī)程，擬定以下兩種主接線方案。如圖3.3和圖3.4所示。 圖3.3 雙母線單分段接線圖3.3 單母線分段帶旁母線接線對圖3.3及圖3.4所示方案、綜合比較，見表3-2。表3-2 220KV主接線方案比較表方案項(xiàng)目方案I 雙母線單分段接線方案II 單母分段帶旁母接線可靠性相對于母線不分段而言，當(dāng)其中一條母線故障，僅僅跳開該母線上的開關(guān)，可以將停電范圍壓縮在最小范圍內(nèi)；檢修出線斷路器，可以不停電檢修，供電可靠性高用斷路器把母線分段后,對重要用戶可從不同段引出兩個(gè)回路,保證不間斷供電，可靠性相對要差一些靈活性當(dāng)一回線路故障時(shí),分段斷路器自動(dòng)將故障段隔離,保證正常段母線不間斷供

12、電,不致使重要用戶停電當(dāng)一回線路故障時(shí),分段斷路器自動(dòng)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經(jīng)濟(jì)性倒閘操作較簡可靠，接線簡單，增加了設(shè)備,投資較方案高接線簡單,運(yùn)行設(shè)備少，投資少，年運(yùn)行費(fèi)用少由以上比較結(jié)果知，這兩種方案都有較好的可靠性和靈活性。由于本變電站在整個(gè)系統(tǒng)中占有較重要的地位，要求保證某些重要的用戶不可中斷供電，故要求系統(tǒng)有更好的供電可靠性，綜合考慮，220KV側(cè)宜采用方案。3.2.3 35KV側(cè)電氣主接線電壓等級為35kV60kV，出線為48回，可采用單母線分段接線，也可采用雙母線接線。為保證線路檢修時(shí)不中斷對用戶的供電，采用單母線分段接線和雙母線接線時(shí)，可增設(shè)

13、旁路母線。但由于設(shè)置旁路母線的條件所限，所以，35kV60kV采用雙母線接線時(shí)，不宜設(shè)置旁路母線，有條件時(shí)可設(shè)置旁路隔離開關(guān)。據(jù)上述分析、組合，篩選出以下兩種方案。如圖3.5及圖3.6所示。 圖3.5單母線分段帶旁路母線接線 圖3.6 雙母線分段接線 對圖3.5及圖3.6所示方案、綜合比較。見表3-3表3-3 35KV主接線方案比較表項(xiàng)目 方案方案單母線分段方案雙母線分段技術(shù)簡單清晰、操作方便、易于發(fā)展可靠性、靈活性差旁路斷路器還可以代替出線斷路器，進(jìn)行不停電檢修出線斷路器，保證重要用戶供電 供電可靠 調(diào)度靈活 擴(kuò)建方便 便于試驗(yàn) 易誤操作經(jīng)濟(jì)設(shè)備少、投資小用母線分段斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投

14、資 設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜 投資和占地面大經(jīng)比較兩種方案都具有易擴(kuò)建這一特性。雖然方案可靠性、靈活性不如方案，但其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。鑒于此電壓等級不高，可選用投資小的方案。4、負(fù)荷計(jì)算及主變壓器選擇4.1 負(fù)荷計(jì)算要選擇主變壓器容量，確定變壓器各出線側(cè)的最大持續(xù)工作電流。首先必須要計(jì)算各側(cè)的負(fù)荷。由公式 （4-1）式中 -某電壓等級的計(jì)算負(fù)荷-同時(shí)系數(shù)（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各負(fù)荷與10kV各負(fù)荷之間取0.9、站用負(fù)荷取0.85）a%-該電壓等級電網(wǎng)的線損率，一般取5%P、cos-各用戶的負(fù)荷和功率因數(shù) 由題意根據(jù)電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊，取=0.9，a%=5%；則該變電站的

15、總負(fù)荷：=0.9×(60000×2+25000×2+2500×6)/0.95×(1+5%) =1029.552MVA4.2 主變選擇 變壓器是變電所中最重要的和最貴重的是設(shè)備，變壓器的選擇在變電所中是比較重要的。它是變電站中關(guān)鍵的一次設(shè)備，其主要功能是升高或降低電壓，以利于電能的合理輸送，分配和利用。變壓器的分類方法比較多，按功能分有升壓變壓器和降壓變壓器，按相數(shù)分有單相和三相變壓器，按繞組導(dǎo)體的材質(zhì)分有銅繞組和鋁繞組變壓器，按冷卻方式和繞組絕緣分有油浸式，干式兩大類，其中油浸式變壓器又有油浸自冷式，油浸風(fēng)冷式，油浸水冷式和強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻式等。

16、而干式變壓器又有澆注式，開啟式，充氣壓（SF6）等。按用途又可分為普通變壓器和特種變壓器，按調(diào)壓方式分有無載調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。在選擇變壓器時(shí)，應(yīng)選用低損耗節(jié)能型變壓器，如S9系列或S10系列。高損耗變壓器已被淘汰，不在采用，在多塵或有腐蝕性氣體嚴(yán)重影響變壓器安全的場所，應(yīng)選擇密閉型變壓器或防腐型變壓器，供電系統(tǒng)中沒有特殊要求和民用建筑獨(dú)立變電所常采用三相油浸自冷電力變壓器 （S9，S10-M，S11，S11-M等）；對于高建筑，地下建筑，發(fā)電廠化工等單位對消防要求較高的場所，宜采用干式電力變壓器（SC，SCZ，SG3，SG10，SC6等）；對電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大的，為改善電能質(zhì)量應(yīng)采用有

17、載調(diào)壓電力變壓器（SZ7，SFSZ。SGZ3等）降壓變電所主變壓器臺數(shù)和容量的確定。選擇主變壓器臺數(shù)時(shí)應(yīng)考率下列原則：應(yīng)滿足用電負(fù)荷對供電可靠性的要求,對供有大量一、二級負(fù)荷的變電所,應(yīng)采用兩臺變壓器,以便當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí),另一臺變壓器對一二級負(fù)荷繼續(xù)供電.對只有二級負(fù)荷而無一級負(fù)荷的變電所,也可以只采一臺變壓器,但必須在低壓側(cè)敷設(shè)與其他變電所相連的聯(lián)絡(luò)線作為備用電源或另有自備電源。（1） 對季節(jié)性負(fù)荷或晝夜負(fù)荷變動(dòng)較大而宜于采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所也可以考慮采用兩臺變壓器。（2） 除上述兩種情況外,一般車間變電所宜采用一臺變壓器.但是負(fù)荷集中且容量相當(dāng)大的變電所,雖為三級負(fù)荷,也

18、可以采用兩臺變壓器。（3） 在確定變電所主要變壓器臺數(shù)時(shí),應(yīng)適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展留有一定的余地。4.2.1變壓器容量的選擇主變?nèi)萘窟x擇應(yīng)考慮：（參考電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊書中的第五章）（1）主變?nèi)萘窟x擇一般應(yīng)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)期幾年發(fā)展，對城郊變電所，主變?nèi)萘繎?yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。（2）根據(jù)變電所帶負(fù)荷性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變?nèi)萘?，對有重要?fù)荷的變電站應(yīng)考慮一臺主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余主變壓器容量在計(jì)及過負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一、二級負(fù)荷；對一般性變電站，當(dāng)一臺主變停運(yùn)時(shí)，其余主變壓器應(yīng)能保證全部負(fù)荷的60-70%。(3)同級電壓的單臺降壓變壓器容量的級

19、別不宜太多，應(yīng)從全網(wǎng)出發(fā)，推行系列化，標(biāo)準(zhǔn)化。（主要考慮備用品，備件及維修方便。）根據(jù)S總=1029.552MVA，由于上述條件所限制。所以，兩臺主變壓器應(yīng)各自承擔(dān)514.776MVA。當(dāng)一臺停運(yùn)時(shí)，另一臺則承擔(dān)70%為720.68MVA。故選兩臺750MVA的主變壓器就可滿足負(fù)荷需求。4.2.2主變臺數(shù)的選擇（1）對大城市的一次變，在中、低壓側(cè)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)情況下，裝兩臺主變?yōu)橐恕＃?）對地區(qū)性孤立的一次變或大型的工業(yè)專用變電所，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮裝三臺的可能性。（3）對規(guī)劃只裝兩臺主變的變電所，其主變基礎(chǔ)宜大于變壓器容量的1-2級設(shè)計(jì)，以便負(fù)荷發(fā)展時(shí)更換主變。由以上分析知應(yīng)選擇兩臺主變。4.2.3變壓

20、器型式的選擇（1）相數(shù)的選擇由相應(yīng)規(guī)程規(guī)定，若站址地勢開闊，交通運(yùn)輸方便，也不是由于容量過大而無法解決制造問題宜采用三相變壓器，結(jié)合以上分析，此變電所應(yīng)采用三相變壓器。（2）繞組數(shù)和繞組連接方式的選擇參考電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊和相應(yīng)的規(guī)程中指出：在具有三種電壓的變電所中，如果通過主變各繞組的功率達(dá)到該變壓器容量的15以上，或在低壓側(cè)雖沒有負(fù)荷，但是在變電所的實(shí)際情況，由主變?nèi)萘窟x擇部分的計(jì)算數(shù)據(jù)，明顯滿足上述情況。故該市郊變電所主變選擇三繞組變壓器。參考電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊和相應(yīng)規(guī)程指出：變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓一致，否則不能并列運(yùn)行。電力系統(tǒng)中變壓器繞組采用的連接方式有Y和型兩種，而

21、且為保證消除三次諧波的影響，必須有一個(gè)繞組是型的，我國110KV及以上的電壓等級均為大電流接地系統(tǒng)，為取得中型點(diǎn)，所以都需要選擇的連接方式。而6-10KV側(cè)采用型的連接方式。故該市郊變電所主變應(yīng)采用的繞組連接方式為： 故主變參數(shù)如下：表4-1 主變壓器型號型號額定容量（KV·A）電壓（KV）損耗（KW）空載電流（%）阻抗電壓（%）高壓中壓低壓空載負(fù)載ODFPS-750000/500750000500±2×2.5%2203578.93620.814.3（3）主變阻抗和調(diào)壓方式的選擇參考電力系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)手冊和相應(yīng)規(guī)程中指出：變壓器各側(cè)阻抗值的選擇必須從電力系統(tǒng)穩(wěn)定，潮

22、流方向，無功分配，繼電保護(hù)，短路電流，系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)壓手段和并列運(yùn)行等的方面進(jìn)行綜合考慮，并應(yīng)以對工程起決定性作用的因素來確定。變壓器的阻抗選擇實(shí)際上是指三個(gè)繞組在變壓器鐵心中纏繞的位置，由此變壓器可以分為升壓結(jié)構(gòu)和降壓結(jié)構(gòu)兩種類型。調(diào)壓方式是指采用有載（帶負(fù)荷）調(diào)壓還是手動(dòng)（不帶負(fù)荷）調(diào)壓方式。規(guī)程規(guī)定：在能滿足電壓正常波動(dòng)情況下可以采用手動(dòng)調(diào)壓方式（手動(dòng)調(diào)壓方式的變壓器便宜、維修方便）。近年來隨著對電壓質(zhì)量的要求的提高和有載調(diào)壓變壓器的質(zhì)量的提高，作為城市變電站，一般也都用有載調(diào)壓方式。綜合以上分析本設(shè)計(jì)中此變電站的主變宜采用降壓變壓器有載調(diào)壓方式。（4）主變的冷卻方式選擇根據(jù)型號有：自然風(fēng)冷

23、、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷、強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)等。按一般情況，500KV變電站宜選用自然風(fēng)冷式。（5）絕緣方式的選擇在110KV及以上的中型點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，為了減小單相接地時(shí)的短路電流，有一部分變壓器的中性點(diǎn)采用不接地的方式，因而需要考慮中性點(diǎn)絕緣的保護(hù)問題。500KV，220KV側(cè)采用分級絕緣的經(jīng)濟(jì)效益比較顯著，并且選用與中性點(diǎn)絕緣等級相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo(hù)。35KV側(cè)為中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中的變壓器，其中性點(diǎn)都采用全絕緣。5、短路電流計(jì)算供電系統(tǒng)要求正常的不間斷對用電負(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

24、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電壓（包括雷電過電壓）擊穿，或者是設(shè)備絕緣受到外力損壞而造成短路。工作人員由于違反安全操作規(guī)程而發(fā)生誤操作，或者誤將低電壓設(shè)備接入較高的電壓的電路中，也可能造成短路。短路后，系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流比正常負(fù)荷電流大的多。在大電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)幾萬安甚至幾千萬

25、安。如此大的短路電流可對供電系統(tǒng)產(chǎn)生極大的危害：1） 短路時(shí)要產(chǎn)生很大的電動(dòng)力和很高的溫度，而使故障元件和短路電路中的其它元件受到損害和破壞，甚至引發(fā)火災(zāi)事故。 2） 短路時(shí)電路的電壓驟降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。3） 短路時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路電越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大。4） 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。5） 不對稱短路包括單相短路和兩相短路，其短路電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變電磁場，對附近的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運(yùn)行，甚至使之發(fā)生誤動(dòng)作。由此可見，短路的后果十分

26、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。在三相系統(tǒng)中，短路的形式有三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路等， 其中兩相接地短路實(shí)質(zhì)是兩相短路。按短路電路得對稱性來分，三相短路屬對稱性短路其他形式為不對稱性短路。電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，而發(fā)生三相短路的可能性最小。但一般情況下特別是遠(yuǎn)離電源的供電系統(tǒng)中，三相短路地短路電流最大，因此造

27、成的危害也最為嚴(yán)重。為了是電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴(yán)重的短路狀態(tài)下也能可靠的工作，因此，作為選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備用的短路計(jì)算中，以三相短路計(jì)算為主。實(shí)際上，不對稱短路也可以按對稱分量發(fā)將不對稱的短路電流分解為對稱的正序、負(fù)序和零序分量，然后按對稱量來分析和計(jì)算，所以對稱的三相短路分析計(jì)算也是不對稱短路分析計(jì)算的基礎(chǔ)。因此，本文的短路電流計(jì)算都以三相短路為例。5.1 短路電流計(jì)算的目的計(jì)算短路電流的目的是為了正確選擇和校驗(yàn)電器設(shè)備，避免在短路電流作用下?lián)p壞電氣設(shè)備，如果短路電流太大，必須采用限流措施，以及進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算。為了達(dá)到上述目的，須計(jì)算出下列各短路參數(shù)： -短路電流有名值，用來

28、做為繼電保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)斷路器額定斷流容量。應(yīng)采用（電力系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下）繼電保護(hù)安裝處發(fā)生短路時(shí)的次暫態(tài)短路電流來計(jì)算保護(hù)裝置的整定值。 - 三相短路沖擊電流，用來檢驗(yàn)電器和母線的動(dòng)穩(wěn)定。- 三相短路電流有效值，用來檢驗(yàn)電器和母線的熱穩(wěn)定。 - 三相短路容量，用來檢驗(yàn)斷路器的遮斷容量和判斷母線短路容量是否超過規(guī)定值，作為選擇限流電抗器的依據(jù)。5.2 短路電流計(jì)算結(jié)果表5-1 短路點(diǎn)電流計(jì)算結(jié)果 類別短路點(diǎn)(KA)(KA)(KA)(MVA) K178198.9117.78666.7K20.350.890.53132K32.215.633.33655.3 短路電流計(jì)算過程根據(jù)本變電站可能

29、發(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（K1點(diǎn)），220KV母線短路（K2）點(diǎn)，35KV母線短路（K3點(diǎn)）。一般短路電流在兩臺變壓器并聯(lián)時(shí)處于最大值，因此我們這里主要介紹在兩臺變壓器并聯(lián)情況下的短路電流。如圖5.1所示，圖5.2為該變電站系統(tǒng)的等值電路圖。 圖5.3.1 系統(tǒng)等效電路圖 圖5.3.2 系統(tǒng)等值電路圖（1）選=100MVA取 =500KV則=0.117（KA）取 =220KV則=0.267（KA）取 =35KV則=1.68（KA） （2）計(jì)算系統(tǒng)各元件阻抗的標(biāo)幺值。=16.45，=9.09，=10.75系 統(tǒng) S： =0.03主變壓器 T1、T2： =7.4

30、 =1.7 =9.05 =2.77 =0.0567 =3.02220KV架空線路 L9、L10: =0.0064220KV架空線路 L11、L12、 L13、L14、L15、L16、L17、L18： =0.0103（3）網(wǎng)絡(luò)化簡，求電源點(diǎn)至短路點(diǎn)總阻抗。如圖5.3.3： =0.015 =1.385 =0.0283 =1.51 =0.0032 =0.0013圖5.3.3 化簡后等值電路圖 圖（a）K1點(diǎn)短路 圖（b）K2點(diǎn)短路 圖（c）K3點(diǎn)短路K1點(diǎn)短路時(shí) 由圖（a）可知 K2點(diǎn)短路時(shí) 對圖（b）化簡為圖（d） 圖（d）化簡后K2點(diǎn)短路 圖（e）化簡后K3點(diǎn)短路=1.4=1.54=0.031由

31、圖（d）可知：=0.76K3點(diǎn)短路時(shí) 對圖（c）化簡為圖（e）由圖（e）可知：=1.54 （4）求K1點(diǎn)短路電流的周期分量，沖擊電流及短路容量=666.7 =78（KA） =198.9(KA) =117.78(KA) =666.7（MVA）（5）求K2點(diǎn)短路電流的周期分量，沖擊電流及短路容量 =1.32 =0.35(KA) =0.89(KA) =0.53(KA) =132(MVA)（5）求K3點(diǎn)短路電流的周期分量，沖擊電流及短路容量 =0.65 =2.21(KA) =5.63(KA) =3.33(KA) =65(MVA)6、電氣設(shè)備選擇6.1 選擇電氣設(shè)備的原則由于電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體得用途及工

32、作條件各異,因此它們的選擇校驗(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。電氣設(shè)備選擇的一般原則為：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)正式簽訂合格的特殊情況下選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品應(yīng)經(jīng)上級批準(zhǔn)。技術(shù)條件：選擇的高壓電器，應(yīng)能在長期工作條件下和發(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U

33、max不得低于該回路的最高運(yùn)行電壓Ug,即，Umax>Ug2.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 ，即Ie>Ig校驗(yàn)的一般原則：1.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。2.用熔斷器保護(hù)的電器可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定。3.短路的熱穩(wěn)定條件Qdt在計(jì)算時(shí)間ts內(nèi)，短路電流的熱效應(yīng)（KA2S）Itt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式中td 繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間內(nèi)（S）tk

34、d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：上式中 短路沖擊電流幅值及其有效值 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。6.2 高壓斷路器的選擇高壓斷路器在高壓回路中起著控制和保護(hù)的作用，是高壓

35、電路中最重要的電器設(shè)備。型式選擇：本次在選擇斷路器，考慮了產(chǎn)品的系列化，既盡可能采用同一型號斷路器，以便減少備用件的種類，方便設(shè)備的運(yùn)行和檢修。選擇斷路器時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求：1.在合閘運(yùn)行時(shí)應(yīng)為良導(dǎo)體，不但能長期通過負(fù)荷電流，即使通過短路電流，也應(yīng)該具有足夠的熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性。2.在跳閘狀態(tài)下應(yīng)具有良好的絕緣性。3.應(yīng)有足夠的斷路能力和盡可能短的分段時(shí)間。4.應(yīng)有盡可能長的機(jī)械壽命和電氣壽命，并要求結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安裝維護(hù)方便?？紤]到可靠性和經(jīng)濟(jì)性，方便運(yùn)行維護(hù)和實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的無由化目標(biāo)，且由于SF6斷路器以成為超高壓和特高壓唯一有發(fā)展前途的斷路器。故在500KV側(cè)和220KV

36、側(cè)采用六氟化硫斷路器，其滅弧能力強(qiáng)、絕緣性能強(qiáng)、不燃燒、體積小、使用壽命和檢修周期長而且使用可靠，不存在不安全問題。真空斷路器由于其噪音小、不爆炸、體積小、無污染、可頻繁操作、使用壽命和檢修周期長、開距短，滅弧室小巧精確，所須的操作功小，動(dòng)作快，燃弧時(shí)間短、且于開斷電源大小無關(guān)，熄弧后觸頭間隙介質(zhì)恢復(fù)速度快，開斷近區(qū)故障性能好，且適于開斷容性負(fù)荷電流等特點(diǎn)。因而被大量使用于35KV及以下的電壓等級中。所以，35KV側(cè)采用真空斷路器。故各電壓等級斷路器選擇如下表：表6.2 斷路器的型號電壓等級型號額定電壓額定電流額定開斷電流熱穩(wěn)定電流500kVLW6-500/3150500KV 3150A40,

37、5040,50(2S)220kvLW1-220/2000220KV2500A4040(4S)35kVZN23-3535KV1600A2550(3S)6.3 隔離開關(guān)的選擇 隔離開關(guān)是高壓開關(guān)設(shè)備的一種，它主要是用來隔離電源，進(jìn)行倒閘操作的，還可以拉、合小電流電路。選擇隔離開關(guān)時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求：（1）隔離開關(guān)分開后應(yīng)具有明顯的斷開點(diǎn)，易于鑒別設(shè)備是否與電網(wǎng)隔開。（2）隔離開關(guān)斷開點(diǎn)之間應(yīng)有足夠的絕緣距離，以保證過電壓及相間閃絡(luò)的情況下，不致引起擊穿而危及工作人員的安全。（3）隔離開關(guān)應(yīng)具有足夠的熱穩(wěn)定性、動(dòng)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和絕緣強(qiáng)度。（4）隔離開關(guān)在跳、合閘時(shí)的同期性要好，要有最佳的跳、合閘

38、速度，以盡可能降低操作時(shí)的過電壓。（5）隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作要可靠。（6）帶有接地刀閘的隔離開關(guān)，必須裝設(shè)連鎖機(jī)構(gòu)，以保證隔離開關(guān)的正確操作。根據(jù)計(jì)算所的的短路電流，對各電壓等級的隔離開關(guān)選擇如下表：表6.3 隔離開關(guān)的型號電壓等級型號額定電壓(KV)額定電流(A)極限通過電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）500kVGW10-500/3150500 315012550(3S)220kvGW7-220/2500220250012550(3S)35kVGW4-35/12503512505020(4S)6.4 各電壓母線的選擇參考導(dǎo)體和電器的選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定第1.1.3條: 選用的電器允許最高工作電

39、壓不得低于該回路的最高運(yùn)行電壓。 即： 其中， 一般按照選擇電氣設(shè)備的額定電壓。第1.1.4條: 選用導(dǎo)體的長期允許電流不得小于該回路的持續(xù)工作電流，由于高壓開路電器沒有連續(xù)過載能力，在選擇其額定電流時(shí)，應(yīng)滿足各中可能運(yùn)行方式下回路持續(xù)工作電流的要求。在斷路器、隔離開關(guān)、空氣自然冷卻限流電抗器等電器各部分的最大允許發(fā)熱溫度，不超過交流高壓電器在長期工作時(shí)的發(fā)熱GB763-74所規(guī)定的數(shù)值情況下，當(dāng)這些電器使用在環(huán)境溫度高于+40（但不高于+60）時(shí)，環(huán)境溫度每增加1，減少額定電流的1.8%；當(dāng)使用在環(huán)境溫度低于+40時(shí)，環(huán)境溫度每降低1，增加額定電流的0.5%，但其最大過負(fù)荷不得超過額定電流的

40、20%。即： 對于導(dǎo)體：對于電器： * 的計(jì)算方法 1匯流主母線 220KV主母線：按實(shí)際功率分布進(jìn)行計(jì)算 110KV主母線： 10kV主母線： 2旁路母線回路 3主變的引下線 4出線 單回線： 雙回線： 5母聯(lián)回路 6分段回路 （K=0.50.8 ）根據(jù)本電站的要求，以及所計(jì)算的短路電流，對各電壓等級母線選擇如下表：表6.4 母線的型號電壓等級導(dǎo)線型號r1X1500kVLGJ-120/250.2230.392220kvLGJ-300/400.0530.31235kVLGJ-800/700.010.2716.5 絕緣子和穿墻套的選擇在發(fā)電廠變電站的各級電壓配電裝置中，高壓電器的連接、固定和絕緣

41、，是由導(dǎo)電體、絕緣子和金具來實(shí)現(xiàn)的。所以，絕緣子必須有足夠的絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度，耐熱、耐潮濕。500KV采用ZS-330,220KV采用ZS-220,35KV采用ZS-35.選擇戶外式絕緣子可以增長沿面放電距離，并能在雨天阻斷水流，以保證絕緣子在惡劣的氣候環(huán)境中可靠的工作。穿墻套管用于母線在屋內(nèi)穿過墻壁和天花板以及從屋內(nèi)向屋外穿墻時(shí)使用，635KV為瓷絕緣，60220KV為油浸紙絕緣電容式。500KV采用CRQ-330,220KV采用CR-220，35KV采用CMWF1-35。6.6 電流互感器與電壓互感器的選擇根據(jù)導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定第9.0.3條：320KV屋內(nèi)配電裝置的電流互感器，應(yīng)根據(jù)安裝使用條件及產(chǎn)品情況，采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)或樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)。35KV及以上配電裝置的電流互感器，宜采用油浸瓷箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式電流互感器，在有條件時(shí)，應(yīng)