当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

220KV变电站电气部分的初步设计


毕 业 设 计(论 文)任 务 书
1.本毕业设计(论文)课题来源及应达到的目的:
一、课题来源 220KV 变电站电气部分的初步设计。 二、毕业设计的目的 使我们巩固、提高自已所学知识综合运用能力;并通过设计能进一步学习新知识和技能,从而获 得综合运用理论知识解决实际问题的能力。 了解变电站电气部分工程设计的基本程序和方法, 使我们 获得查阅文献,搜集资料,

综合分析,设计制图,编写说明书等方面的训练和基本技能。通过这次设 计,培养我们分析问题和解决问题的能力,融会贯通所学各科专业知识,掌握发电厂设计的技术路线 和基本方法。

2.本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、 工作要求等) :
一、设计条件,技术参数: (1)系统短路电抗 X * ? 0.09 (2)该变电站除供地区负荷外,还承担临近变电所能量传输。 (3)该地区负荷,夏季 S m ax ? 140 M V A , COS ? =0.79; S m in ? 140 M V A ,COS ? =0.8;冬季
S m ax ? 120 M V A ,COS ? =0.85; S m in ? 100 M V A ,COS ? =0.85;

(4)低压侧 110KV 侧,8 回出线;高压侧 220KV 近期 2 回,最终四回出线。 二、设计内容及要求 (1)通过对原始材料分析了解该变电所类型、负荷情况; (2)根据选择主变的原理和所给的该变电所最大负荷量,确定主变容量台数及型号; (3)依据变电所的电压等级,出线数目及其负荷大小,并参考了主接线设计原则、基本要求和基 本接线后,拟定出几种接线方案;通过经济和技术比较,确定出最优方案; (4)根据主接线方式选择各个短路点,按照步骤进行短路电流计算;

所在专业审查意见:

系部意见:

教研室主任:
年 月 日

系教学副主任:
年 月 日

电气工程系 2012 届 毕业设计(论文)开题报告
学生姓 专 业 名 指导教 职 称 师 毕业设计(论文)题 目 设计(论文)背景、意义和现状分析: 班 级 教研室主任 学 号 起始时间

220KV 变电站电气部分的初步设计

本设计是在良好掌握本专业的基础知识, 并实际调查和评估今后负荷状况的基础上进行 的实际工程设计。通过本设计,从总体上掌握电力工程设计的过程,并熟悉一些设计方法, 为以后从事电力工程设计工作打下一定的基础。同时,通过这次设计,使学生进一步领会电 力工业建设中的政策观念和经济技术观念,以及对工程技术中的技术和经济问题,能够进行 比较全面的综合分析。 基本情况如下: 110 KV 侧出线回路数 8 回。220KV 侧近期 2 回,最终 4 回出线。最大负荷 140MVA,系 统短路阻抗 X =0.09 .
*

课题的需求分析:

为满足今后的负荷需求并根据负荷种类满足其供电要求, 这就要求我们要认真仔细地调 查研究找到适合的主接线设计及相应的一次设备,提供高质量的电能满足用户的要求。 变电站是我国能源行业的最重要组成部分。由于电力具有便于转换能源型式,能高度集 中和无限划分,清洁干净和易于控制,可大规模生产和远距离输送等特性,使电力发展和应 用的程度,即一个国家的电气化程度成了衡量其社会现代化水平高低,以及物质文明和精神 文明高低的重要标志之一。 随着科技的发展, 社会经济的增长, 人们对电力的需求日益增大对电能质量的要求不但提高。 这就要求我们的电力系统有足够的可靠性。
主要设计(研究)内容和任务:

(1)分析原始数据,确定主变压器的台数及型号 (2)电气主接线的选择 (3)短路电流的分析计算 (4)电气设备选择及校验 (5)确定本次设计的配电布置及防雷保护设计 绘图:主接线图 配电布置图 防雷图
采用的技术方案及研发环境:

变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等 条件确定,并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。 本次设计的 220KV 侧采用有专用断路器的双母线带旁路母线的接线方式,110KV 侧采双 单母分段的接线方式,10KV 侧采用单母线分段的主接线形式。

课题进度安排:

3 月 9 日-3 月 3 日 15 确定主变压器的台数及型号 3 月 16 日-3 月 21 日电气主接线的选择 3 月 22 日-3 月 31 日短路电流的分析计算 4 月 1 日-4 月 6 日电气设备选择及校验 4 月 7 日-4 月 13 日确定本次设计的配电布置及防雷保护 4 月 14 日-4 月 23 日绘图:主接线图 配电布置图 防雷图

主要参考文献:

[1]刘增良主编、刘国良.电气设备及运行维护.中国电力出版社.2004 年版 [2]居荣主编、吴薛红副主编.化学工业出版社.2005 年版 [3]变电所所址选择和布置.水利电力出版社. [4] 变电所总布置设计技术规定.(试行)SDGJ63-84.中国电力出版社 [5] 杨宛辉等.发电厂电气部分设计计算资料.西北工业出版社 [6] 杨宛辉等.发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册. 水利电力出版社 [7]熊信银.发电厂电气部分.中国电力出版社. [8]刘介才.工厂供电设计指导.机械工业出版社.

填表日期:2012 年 3 月 2 日

目 录
摘要?…………………………………………………………………………………Ⅰ 绪论……………………………………………………………………………………1 第 1 章 变压器台数及型号的选择……………………………………………………2 (6)主变选择…………………………………………………………………………2 (7)变压器型式的选择原则…………………………………………………………5 第 2 章 电气主接线……………………………………………………………………7 2.1 概述…………………………………………………………………………………7 2.2 电气主接线的基本要求…………………………………………………………7 2.3 方案设计…………………………………………………………………………8 第 3 章 短路电流的计算………………………………………………………………15 3.1 概述………………………………………………………………………………15 3.2 短路故障产生的原因……………………………………………………………15 3.3 短路故障的危害…………………………………………………………………16 3.4 短路计算的目的及假设…………………………………………………………17 3.5 短路电流的计算…………………………………………………………………18 第 4 章 电气设备的选择………………………………………………………………21 4.1 电气设备选择的概述……………………………………………………………21 4.2 电气设备选择的一般条件………………………………………………………21 4.3 高压断路器的选择………………………………………………………………25 4.4 离开关的选择……………………………………………………………………29 4.5 互感器的选择……………………………………………………………………30 第 5 章 配电装置………………………………………………………………………42 5.1 概述??????????????????????????????42 5.2 配电装置的基本要求???????????????????????42 5.3 配电装置的类型及特点??????????????????????42 5.4 配电装置的设计原则???????????????????????43 5.5 配电装置设计的基本步骤?????????????????????43 5.6 配电装置的选用?????????????????????????43 第 6 章 防雷及过电压保护装置设计??????????????????47 6.1 概述??????????????????????????????47 6.2 避雷针?????????????????????????????47 6.3 避雷器…????????????????????????????48 6.4 防雷接地????????????????????????????49
1

6.5 变电所的防雷保护????????????????????????50 6.6 变电所的进线段保护???????????????????????50 6.7 接地装置????????????????????????????51 第 7 章 展望????????????????????????????52 致谢????????????????????????????????53 参考文献????????????????????

摘 要
本次设计的内容是变电站设计,变电站是电力系统的重要组成部分,担负着 电能转换和电能重新分配的重要任务,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的 作用。 本次设计的内容分为 7 章,其主要内容在前 6 章,第 7 章为展望部分。第 1 章的主要内容是主变台数及型号的确定,通过对原始材料及负荷的综合分析确定 主变的容量及台数,根据电压等级的需要确定主变的绕组数目、调压方式及冷却 方式等,最终确定 2 台型号为 SSPL2-120000/220 的变压器。第 2 章的重点是电气 主接线的选择。通过对电压等级、出回线数及可靠性、灵活性、经济性的综合分 析比较,最终确定 220KV 侧采用双母带旁母接线,110KV 侧采用单母分段接线。第 3 章是短路电流的计算,主要介绍了短路电流计算的目的、原则、方法和具体的短 路电流冲击电流的数据信息,为本次设计中需要的高压电气设备的选择、整定、 校验等方面做准备。第 4 章电气设备的选择,由短路电流及冲击电流的具体数值 先初步确定各电压等级侧的高压电气设备,然后在对各设备进行整定、校验计算。 最终确定 220KV 的断路器型号为 LW 6 ? 220 , 隔离开关型号为 GW7-220DW, 电流互感 器型号为 LCWD3—220,电压互感器型号为 JDR—220。110KV 侧的断路器型号为 L w 14 ? 110 ,隔离开关型号为 GW5-110,电流互感器型号为 LCWB6——110,电压互 感器型号为 YDR—110。第 5 章配电装置配电装置是发电厂和变电所的重要组成部 分。它是按主接线的要求,由开关设备,保护和测量电器,母线装置和必要的辅 助设备构成,用来接受和分配电能。第 6 章防雷及过电压装置,由变电站的长度 宽度和高度的分析计算确定避雷针的高度及数量。 关键词:电气主接线,短路电流计算, 电气设备选择,防雷保护

ABSTRACT
The content designed this time is turning into the design of hydropower station, the
2

transformer substation is the important component of the power system, take charge of the important task that the electric energy is changed and the electric energy redistribute, play a very important role to security of the electric wire netting and economical operation. The content designed this time is divided into 7 seals, Its main content, in the first chapter 6, chapter 7 looks forward to some. The main content of chapter 1 is the determination that is mainly turned into platform counting and type, confirm capacity and platform that mainly changes are counted through the comprehensive analysis to primitive material and load, confirm the winding figure that mainly changes, adjust and press the way and cooling way etc. according to the needs of voltage grade, confirm 2 types as the voltage transformer of SSPL2-120000/220 finally.The focal point of chapter 2 is the choice of electric main wiring. Through grade to voltage, produce, go back line count and dependability, flexibility, economic comprehensive analysis compare, confirm 220KV side adopt mother wiring by the pairs of master tape, 110KV side adopt mother segment wiring only finally. Chapter 3 short out calculation of electric current, main introduction short out purpose, principle, method and concrete short circuit electric current that electric current calculate strike the data information of the electric current, prepare for respects such as choice, exactly making, check-up of the high pressure electric equipment that needs in this design.Chapter 4 choice of electric equipment, short out into electric current and bludgon concrete number value of electric current into confirm every voltage grade high pressure electric equipment of side tentatively first, then carry on every apparatus whole definitely and checking calculatingly. Confirm finally the circuit breaker type of 220KV is, it is GW7-220DW to isolate the switch type, the mutual inductor type of the electric current is LCWD3-220, the voltage mutual inductor type is JDR-220. The circuit breaker type of 110KV side is, it is GW5-110 to isolate the switch type, the mutual inductor type of the electric current is LCWB6 --110,The voltage mutual inductor type is YDR-110. The distribution device distribution device of chapter 5 is the important components of the power plant and transformer substation. It by the switchgear, protect and measure the electric apparatus according to the requirement for main wiring, bus bar device and essential auxiliary equipment form, is used for accepting and distributing the electric energy. Chapter 6 defends the thunder and overvoltage device, is calculated height and quantity of fixing lightning rod by length width of the transformer substation and high-level analysis . Keyword: Main wire electrical;Short out in the electric current and calculate; the
3

electric equipment is chosen ;Prevent the thunder from protecting

绪论
变电站是电力网中线路的连接点,作用是变换电压、交换功率和汇集、分配 电能。变电站中的电气部分通常被分为一次部分和二次部分。本次设计属于毕业 设计,是在学习了相关专业课程(如《发电厂电气部分》《电力系统分析》《电力 、 、 系统继电保护原理》)等,且对各类变电所了解后设计的.本次设计为我们在走上工 作岗位前对工程设计有细致的了解,并掌握一定的工程设计方法打下了基础。这次 设计是在廖老师的指导下,同学们通过认真查资料、计算、讨论等后做出的。 电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业,它是一种 将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的 工业,它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力,其发展水平 是反映国家经济发展水平的重要标志。 由于电能在工业及国民经济的重要性,电能的输送和分配是电能应用于这些 领域不可缺少的组成部分。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电站使电 厂或上级电站经过调整后的电能书送给下级负荷,是电能输送的核心部分。其功 能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电,进而影响工业生产及生活用电。 若变电站系统中某一环节发生故障,系统保护环节将动作。可能造成停电等事故, 给生产生活带来很大不利。因此,变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠 性、灵敏性等指标十分重要。 关于主接线部分的内容是基础部分,主要介绍了主接线的形式,综合比较各 种接线方式的特点、各自的优缺点及变压器的选择原则等,根据任务书要求最终 选择满足设计任务的主接线方案。短路电流是非常重要的部分,它主要介绍了不 同运行方式下的对称短路与不对称短路计算的目的、原则、方法和具体的数据信 息等,为设计中需要的高压电气设备的选择、整定、校验等方面做准备,电气设 备的选择及校验主要是利用对称短路的计算结果进行高压电气设备(断路器、隔 离开关)的校验。 设计包括的知识面广,需要大量了解专业书和设计手册的内容,也是给我们 一次很好的复习机会,为今后的工作打下良好的基础,也从中摸索出一些初步的 专业经脸。

4

第 1 章 主变压器台数及型号的选择
1.1 主变选择 在发电厂和变电站中,用来向电力系统或用户输送功率的变压器,称为主变 压器。只供本厂(所)用电的变压器称为厂(所)用电变压器或称自用电变压器。 主变压器是主接线的中心环节,其台数、容量和型号的初步选择是构成各种主接 线的基础,并对发电厂和变电所的技术经济性有很大影响。 1.1.1 变压器容量和台数的选择 (1)主变容量选择应考虑: (参考 《电力工程电气设计手册》 一中的第五章 P 214 ) ①主变容量选择一般应按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择,并适当考虑 到远期几年发展,对城郊变电所,主变容量应与城市规划相结合。 ②根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量,对有重要负荷的变电 站应考虑一台主变压器停运时,其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时 间内,应保证用户的一、二级负荷;对一般性变电站,当一台主变停运时,其余 主变压器应能保证全部负荷的 60%。 ③同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多,应从全网出发,推行系 列化,标准化(主要考虑备用品,备件及维修方便) 。 (2)主变台数的考虑原则: ①对大城市郊区的一次变,在中、低压侧构成环网情况下,装两台主变为宜。 ②对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所,设计时应考虑装三台的 可能性。 ③对规划只装两台主变的变电所,其主变基础宜大于变压器容量的 1-2 级设 计,以便负荷发展时更换主变。 (3)主变容量和台数选择计算 台数选择由以上分析可知应选两台主变。 主变压器容量 S e 的确定: S= 0.7 ? S m ax
5

=140 ? 0.7 =98MVA 由此可知变压器的容量最少为 98MVA。

1.2 变压器型式的选择原则 1.2.1 相数的确定 选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量的三相变压器,或则用单相变 压电力变压器的相数分为单相变压器和三相变压器两类,三相变压器与同容量的 单相变压器组相比较,价格低、占地面积小,而且远行损耗减少 12%-15%。因此, 在 330KV 及以下电力系统中,一般都选用三相变压器。但是,随着电压的升高, 容量的增大,电压器的外形尺寸及质量会增大,可能会出现由制造厂到变电站运 输困难的问题:如隧道的高度、桥梁的承载能力不足等。若受到限制时,则宜器 组。 由分析可知本设计采用三相的。 1.2.2 绕组数的确定 变压器按其绕组数分为双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂 型式。当发电厂只升高一及电压时或 35KV 以下电压的变电站,可选用双绕组普通 式变压器。当发电厂有两及升高电压时,常使用三绕组变压器作为联络变压器, 其作用是实现高、 中压的联络。 其低压绕组接成三角形以抵消三次谐波分量。 110KV 及以上电压等级的变电站中,也经常使用三绕组变压器作联络变压器。当中压为 中性点的不直接接地电网时,只能选用普通三绕组变压器。由分析可知本设计采 用双双绕组的。 1.2.3 调压方式的确定 为了保证供电质量,电压必须维持在允许范围内。通过切换变压器的分接开 关,改变变压器高压绕组的匝数可,从而改变其变比,实现电压调整。切换方式 有两种:一种是不带电压切换,称为无激磁调压,调整范围通常在 ? 2 ? 2 . 5 % 以内; 另一种是带负荷切换, 称为有载调压,调整范围可达 30%,其结构复杂,价格较贵。 变电所在以下情况时,宜选用有载调压变压器: (1)地方变电所、工厂、企业的自用变电所经常出现日负荷变化幅度很大的
6

情况时,若要求满足电能质量,往往需要装设有载调压变压器。 (2)330KV 及以上变电站,为了维持中、低压电压水平需要装设有载调压变压 器。 (3)110KV 及以下的无人值班变电所,为了满足遥调的需要应装有有载调压变 压器。 由以上分析可知本次设计采用有载调压变压器。 1.2.4 绕组接线组别的确定 我国 110KV 及以上电压的变压器三相高压绕组都采用“YN”接线;35KV 都采 用“Y” 接线,其中性点多通过消弧线圈接地;35KV 以下高压电压的变压器三绕组都 采用“D”接线。因此,普通双绕组一般选用 YN,d11 接线;三绕组变压器一般接 成 YN,y0,d11 或 YN,yn0,d11 等接线组。近年来,也有采用全星形接线的变压器, 即变压器高、中、低三侧均接成星形。这种接线零序阻抗大,有利于限制短路电 流,也便于在中性点处连接消弧线圈。缺点是电压波形发生畸变,并对通信设备 产生干扰,同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。 由以上分析可知本次设计变压器绕组的接线方式采用 YN,d11。 1.2.5 冷却方式的确定 变压器的冷却方式主要有自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、 强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却、 SF 6 充气式变压器等。 本次设计采用 SF 6 充气式变压器。 通过以上的综合分析预定变压器的型号为:SSPL2—120000/220 1.2.6 变压器的技术参数 根据以上条件选择,预定采用西安变压器厂型号为 SSPL2-120000/220 的 双 绕组变压器,高压侧 220KV,低压侧 110KV,阻抗电压为 14%,其具体参数如表 1 -1 所示:
表 1-1 变压器参数 型号 联接组标号 SSPL7-120000/220 YN, d11

7

额定电压(KV)

高压 220±8×1.25%

低压 121 120 14

额定容量 MVA 阻抗电压%

120

第 2 章 电气主接线 2.1 电气主接线概述
电气主接线是由多种电气设备通过连接线,按其功能要求组成的接受和分配 电能的电路,也称电气一次接线或电气主系统。用规定的设备文字符号和图形符 号将各电气设备按接线顺序排列,详细表示电气设备的组合和连接关系的接线图, 称为主接线。电气主接线不仅能表明电能输送和分配的关系,也可据此制成主接 线模拟图屏,以表示电气部分的运行方式,可供运行操作人员进行模拟操作。

2.2 电气主接线的基本要求
电气主接线的设计正确与否对电力系统的安全、经济运行,对电力系统的稳 定和调度的灵活性,以及对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护及控制 方式的拟定等都有重大的影响。在选择电气主接线时,应注意发电厂或变电所在 电力系统中的地位、进出线回路数、电压等级、设备特点及负荷性质等条件,并 应满足下列基本要求。 2.2.1 保证必要的供电可靠性和电能的质量 保证必要的供电可靠性和电能的质量,是电气主接线应满足的基本要求。这 里所说主接线的可靠性,主要是指当主电路发生故障或电气设备检修时,主接线 在结构上能够将故障或检修所带来的不利影响限制在一定范围内,以提高供电的 质量和电能的质量。目前,对主接线的可靠性的评估不仅可以定性分析,而且可 以进行定量的可靠性计算。一般从一线几方面对主接线的可靠性进行定性分析。 (8)断路器检修时是否影响供电。 (9)设备或线路故障或检修时,停电线路数量的多少和停电时间的长短,以 及能否保证重要用户的供电。 (10)有没有使发电厂或变电所全部停止工作的可能性。
8

2.2.2 具有一定的运行灵活性 电气主接线不仅在正常运行情况下能根据调度的要求,灵活地改变运行方式, 实现安全、可靠、经济地供电;而且在系统故障或电气设备检修及故障时,能尽 快地退出检修设备、切除故障,使停电时间最短,影响范围最小,并且在检修设 备时能保证检修人员的安全。 2.2.3 应具有扩建的可能性 随着我国国民经济的高速发展,对电力的需求也在快速地增加。因此,在选 择主接线时,还要考虑到扩建的可能性。 2.2.4 技术上先进,经济上合理 在确定主接线时,应采用先进的技术和新型的设备。同时,在保证安全可靠、 运行灵活、操作方便的基础上,还应使投资和年运行费用最小、占地面积最少、 经济效益最佳。 2.2.5 电气主接线的基本要求 母线是接受和分配电能的装置,是电气主接线和配电装置的重要环节。电气 主接线一般按有无母线分类,即分为有母线和无母线两大类。 有母线的主接线形式包括单母线和双母线。单母线又分为单母线无分段、单 母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式;双母线又分为普通双母线、双母线 分段、3/2 断路器(又叫一台半断路器) 、双母线及带旁路母线的双母线等多种形 式。 无母线的主接线形式主要有单元接线、桥形接线和角形接线等。 2.3 接线方案设计 2.3.1 方案拟订及技术比较
表 2-1 方案详单 方案

220KV

110KV

主变台数

9

方案 1

有专用旁路断路器的双母 线带旁路母线接线 双母线接线

单母线分段接线

2 2

方案 2

单母线接线

2.3.2 方案 1 (1)220KV 侧采用带旁路母线的双母线接线 图 2—1 所示为带旁路母线的双母线接线。其目的是为了不停电检修任一回路 短路器。图中 WP 为旁路母线, Q F d 为专用的旁路断路器。当变压器高压侧断路器 也要求不停电检修时,主接线包括图中的虚线部分。 带旁路母线的双母线接线,其供电可靠性和灵活性都很高,但所用设备较多、 占地面积大,经济性较差。因此,一般规定当 220KV 线路有 5(或 4)回及以上出 线、110KV 线路有 7(或 6)回及以上时,可采用有专用旁路断路器的带旁路母线 的双母线界线。当出线回路较少时,为了减少断路器的数目,可不设专用的旁路 断路器,而用母联断路器兼作旁路断路器。本次设计的要求是高压侧 220KV 侧有 4 回,而低压侧 110KV 侧有 8 回出线。因此采用专用旁路断路器的带旁路母线的双 母线界线。

图 2-1 有专用旁路断路器的双母线带旁路母线接线图

(2)110KV 侧采用单母线分段接线 当线回路数增多时,可用断路器将母线分段,成为单母线分段接线,如图 2 —2 所示。根据电源数目和功率的大小,母线可分为 2~3 段。断数分的越多,故
10

障时停电范围越小,但使用的断路器越多,其配电装置和运行也就越复杂,所需 费用也就越高。 母线分段后可提高供电的可靠性和灵活性。在正常运行时,可以接通也可以 断开运行。但分段断路器 Q F d 接通运行时,任一段母线发生短路故障时,在继电保 护的作用下, 分段断路器 Q F d 和接在故障段上的电源回路断路器便自动断开。 这时 非故障段母线可以继续运行,缩小了母线故障的停电范围。当分段断路器断开运 行时,分段断路器除装有继电保护装置外,还应装入备用电源自动投入装置,分 段断路器断开运行,有利于限制短路电流。

图 2-2 单母线分段接线

单母线分段接线的缺点: ① 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,必须断开接在该段上的全部电 源和出现,这样就减少了系统的发电量,并使该段单回路供电的用户停电。 ② 任一出线断路器检修时,该回路必须停止工作。单母线分段接线,虽然较 单母线提高了供电可靠性和灵活性,但当电源容量较大和出线数目较多,尤其是 单回路供电的用户较多时,其缺点更加突出。因此,一般认为单母线分段接线应 用在 6~10KV, 出线在 6 回及以上时, 每段所接容量不宜超过 25MW, 用于 35~66KV 时,出线回路不宜超过 8 过,用于 110~220KV 时,出线回路数不宜超过 4 回。 2.3.3 方案二 (1)220KV 侧采用双母线接线 图 2—3 所示为双母线接线。它有两组母线,一组为工作母线,一组为备用母 线。每一电源和每一出线都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线相连, 任一组母线都可以作为工作母线或备用母线。两组母线之间通过母线联络断路器 连接。采用两组母线后,使运行的可靠性和灵活性大为提高。其特点如下: ① 运行方式灵活。可以采用将电源和出线均衡地分配在两组母线上,母联断
11

路器合闸的双母线同时运行方式;也可以采用任一组母线工作,另一组母线备用, 母连断路器分闸的单母线运行方式。 ② 检修母线时电源和出现都可以继续工作,不会中断对用户的供电。例如需 要检修工作母线时可将所有回路转移到备用母线上工作,即倒母线。具体步骤如 下:首先检查备用母线是否完好,为此,先合上母连断路器 Q Fl 两侧的隔离开关, 然后接通母连断路器 Q Fl ,向备用母线充电。若备用母线完好,继续后面步骤。将 所有回路切换至备用母线。先去下母连断路器 Q Fl 的电流操作熔断器,然后依次接 通所有回路备用母线侧的隔离开关,依次断开工作母线侧的隔离开关。合上母连 断路器 Q Fl 的支流操作熔断器,断开 Q Fl 及其两侧的隔离开关,则原工作母线即可 工作。

图 2-3 双母线接线

③ 检修任一回路隔离开关时,只需断开改回路。例如,需要检修母线隔离开 关 Q S 1 时, 首先断开出线 1WL 的断路器 1QF 及其两侧的隔离开关, 然后将电源及其 余出线转移到第 I 组母线上工作,则 QS1 即完全脱离电源,便可检修。 ④ 工作母线故障时,所有回路迅速恢复工作。当工作母线发生短路故障时, 各电源回路的断路器便自动调闸。此时,断开各出线回路的断路器和工作母线侧 的母线隔离开关,合上各回路备用母线侧的母线隔离开关,再合上各电源和出线 回路的断路器,个回路就迅速地在备用母线上恢复工作。 ⑤ 检修任一线路断路器时,可用母联断路器代替其工作。以检修 1QF 为例, 其操作步骤是:先将其他所有回路切换到另一组母线上,然后将 1QF 与 Q Fl 接通其 所在母线串联起来。接着断开 1QF 及其两侧的隔离开关,然后将 1QF 两侧两端接 线拆开,并用临时载流用的“跨条”将缺口接通,再合上跨条两侧的隔离开关及 母联断路器 Q Fl ,这样,出线 1WL 就由母联断路器 Q Fl 控制。在操作过程中,1WL 仅出现短时停电。类似地,当发现某运行中的出线断路器出现异常运行现象时, 可将其他所有回路切换到另一组母线上, Q Fl 与该断路器通过其所在母线形成串 使
12

联供电电路, 再断开 Q Fl 然后拉开该断路器两侧的隔离开关, 使该断路器推出运行。 ⑥ 便于扩建。双母线接线可以任意向两侧延伸扩建,不影响母线的电源和负 荷分配,扩建施工时不会引起原有回路停电。 以上均为双母线接线较单母线接线的优点,但双母线接线也有一些缺点,主 要是: ①在倒母线的操作过程中,需使用隔离开关切换所有负荷电流回路可,操作 过程比较复杂,容易造成误操作。 ② 工作母线故障时,将造成短时,全部进出线停电。 ③ 在任一线路断路器检修时,该回路仍需要停电或短时停电。 使用的母线隔离开关数量较多,同时也增加了母线的长度,使得配电装置结构复 杂,投资和占地面积增大。 (2)110KV 侧采用单母线接线 图 2—4 所示为单母线接线,各电源和出线都接在同一条公共母线 WB 上,其 供电电源在变电所是变压器或高压进线回路。母线既可以保证电源并列工作,又 能时任一条出线都可以从任一电源获得电能。每条回路中都装有断路器和隔离开 关, 紧靠母线侧的隔离开关 (QSB) 称作母线隔离开关, 靠近线路侧的隔离开关 (QSL) 称作线路隔离开关。使用断路器和隔离开关可以方便地将电路接入母线或从母线 上断开。 单母线接线的优点是简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便切有利于 扩建。隔离开关仅在检修电气设备时作隔离电源用,不作为倒闸操作电器。从而 避免因用隔离开关进行大量倒闸操作而引起的误操作事故。 单母线接线的主要缺点有: ①母线或母线隔离开关检修时,连接在母线上的所有回路都需停止工作。 ②当母线或母线隔离开关上发生短路故障或断路器靠母线侧绝缘套管损坏 时,所有断路器都将自动断开,造成全部停电。 ③检修任一电源或出线断路器时该回路必须停电。 因此,这种接线只适用于小容量和用户对供电可靠性要求不高的发电厂或变

13

电源 1
图 2-4 单母线接线

电源 2

电所中。为了克服以上缺点,可采用将母线分段和加旁路母线的措施。
表 3-1 方案比较表 方案项目 方案 1 用断路器把母线分段后,对重 要用户可从不同段引出两个 可靠性 回路, 保证不间断供电,可 靠;检修出线断路器,可以不 停电检修,供电可靠性高 占地面积大经济费用高,但安 经济性 全可靠,保证了电能质量与供 电的可靠性。 当一回线路故障时,分段断路 灵活性 器自动将故障段隔离,保证正 常段母线不间断供电,不致使 重要用户停电,且扩建方便 当一回线路故障时,不能满足 对重要用户的供电需求。 占地面积小,费用低但稳定性 查,不能满足用户的需要。 如果母线发生故障进行检修, 不能满足用户的需要,缺少可 靠性。 方案 2

综合上述的具体分析,在满足稳定性、可靠性、经济性、灵活性的前提下优 先选用方案 1。

14

第 3 章 短路电流的计算
3.1 概述 在电力系的电气设备,在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正 常运行状态,最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路,因为它们会 遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。 短路是电力系统的严重故障,所谓短路,是指一切不正常的相与相之间或相 与地(对于中性点接地系统)发生通路的情况。 在三相系统中,可能发生的短路有:三相短路,两相短路,两相接地短路和 单相接地短路。其中,三相短路是对称短路,系统各相与正常运行时一样仍处于 对称状态,其他类型的短路都是不对称短路。 电力系统的运行经验表明,在各种类型的短路中,单相短路占大多数,两相 短路较少,三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生,其情况较严重,应 给以足够的重视。因此,我们都采用三相短路来计算短路电流,并检验电气设备 的稳定性。 3.2 短路故障产生的原因 工业与民用建筑中正常的生产经营﹑办公等活动以及人民的正常生活,都要 求电系统保证持续﹑安全﹑可靠地运行.但是由于各种原因,系统会经常出现故
15

障,使正常运行状态遭到破坏。 短路是系统常见的严重故障。所谓短路,就是系统中各种类型不正常的相与 相之间或地与相之间的短接。系统发生短路的原因很多,主要有 : ①设备原因 电气设备、元件的损坏。如:设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷,正 常运行时被击穿短路;以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成 短路的功能。 ②自然原因 气候恶劣,由于大风、低温、导线覆冰引起架空线倒杆断线;因遭受直击雷 或雷电感应,设备过电压,绝缘被击穿等。 ③人为原因 工作人员违反操作规程带负荷拉闸,造成相间弧光短路;违反电业安全工作 规程带接地刀闸合闸,造成金属性短路;人为疏忽接错线造成短路或运行管理不 善造成小动物带电设备内形成短路事故等。 3.3 短路故障的危害 供电系统发生短路后,电路阻抗比正常运行时阻抗小很多,短路电流通常超 过正常工作电流几十倍直至数百倍以上,它会带来以下严重后果: ①短路电流的热效应 巨大的短路电流通过导体,短时间内产生很大热量,形成很高温度,极易造 成设备过热而损坏。 ②短路电流的电动力效应 由于短路电流的电动力效应,导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大 或设备结构强度不够,则可能引起电气设备机械变形甚至损坏,使事故进一步扩 大。 ③短路系统电压下降 短路造成系统电压突然下降,对用户带来很大影响。例如,异步电动机的电 磁转矩与端电压平方成正比。同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及 一些气体放电灯的熄灭等,影响正常的工作、生活和学习。 ④不对称短路的磁效应 当系统发生不对称短路时,不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在 邻近的电路内能感应出很大的电动势。 ⑤ 短路时的停电事故 短路时会造成停电事故,给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源,停电
16

波及范围越大。 ⑥破坏系统稳定造成系统瓦解 短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步,破 坏系统稳定,最终造成系统瓦解,形成地区性或区域性大面积停电。 3.4 短路计算的目的及假设 3.4.1 短路电流计算的目的 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 取限制短路电流的措施等,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在设计屋外高压配电装置时,需按短路条件检验软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按接地装置的设计,也需用短路电流。 3.4.2 短路计算基本假设 ①正常工作时,三相系统对称运行; ②所有电源的电动势相位角相同; ③电力系统中各元件的磁路不饱和,即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大 小发生变化; ④不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流; ⑤元件的电阻略去,输电线路的电容略去不计,及不计负荷的影响; ⑥系统短路时是金属性短路。 3.4.3 基准值 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗,采用标幺值进行计算,为了计 算方便选取如下基准值: 基准容量:SB= 100MVA 。 基准电压:U(KV) 115 230。
17

3.4.4 短路电流计算的步骤 ①计算各元件电抗标幺值,并折算为同一基准容量下; ②给系统制订等值网络图; ③选择短路点; ⑥ 对网络进行化简,把供电系统看为无限大系统,不考虑短路电流周期分量 的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值,并计算短路电流标幺值、有名值。 3.5 短路电流的计算 3.5.1 短路电流计算的基准值 短 路 电 流 的计 算 通 常采 用 近 似 标幺 值 计 算。 取 S B =100MW , 220kv 级的
U B 1 ? 230 K V

,110 级的 U B 2 ? 115 K V 。

3.5.2 短路电流的计算的具体步骤 (1)计算各元件参数标幺值,作出等值电路.基准容量 S B ? 100 M V A ,220KV 基 准电压 U B 1 ? 230 K V ,110KV 侧的基准电压 u B 2 ? 115 K V . 前已选出了主变压器(双绕组) ,其阻抗电压百分比为 14%。 变压器绕组对应的标幺值:
X
T 1*

?

U S1 % * S B 100 S N

?

14 *100 100 *120

? 0.12

有题已知条件可知系统电抗:
X * ? 0.09

系统的等值电路图如下所示:

图 3-1 系统的等值电路图

则 d 1 点短路时的等效电路为:
18

图 3-2 d 1 点短路时的等效电路
I* ?
''

1 X*

?

1 0.09

? 11.11


I ? I* ?
'' ''

S1 3U B 1

? 11.11 ?

100 3 ? 230

? 2.79 K A

则冲击短路电流为:
I sh ? 2.55 I d ? 2.55 ? 2.79 ? 7.11 K A

(2) d 2 点短路时,系统的等效图为:

图 3-3

d 2 点短路时系统的等效图

图 3-4

d 2 点短路时的系统最终等效图

X *1 ? X * ? X T * ? 0.06 ? 0.09 ? 0.15

I* ?
''

1 X *1

?

1 0.15

? 6.67


I ? I *1 ?
''

S1 3U B 1

? 6.67 ?

100 3 ? 115

? 3.35 K A

则冲击短路电流为:
19

I sh ? 2.55 I d ? 2.55 ? 3.35 ? 8.54 K A

表 3-1 短路电流及冲击电流 计算参数 短路点 220KV 110KV 短路电流有名值 KA 2.79 3.35 冲击电流 KA 7.11 8.52

20

第 4 章 电气设备的选择 4.1 电气设备选择概述
电器设备是发电厂和变电所的主要内容之一。在选择时应根据实际工作特点, 按照有关设计规范的规定,在保证配电安全可靠的前提下,力争做到技术先进, 经济合理。为了保障高压电气设备的可靠运行,高压电气设备选择与校验的一般 条件有:按正常工作条件包括、电流、电压、频率、开断电流等选择;按短路条 件包括动稳定、热稳定等校验;按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。 由于各种高压电气设备具有不同的性能特点,选择与校验条件不尽相同。高 压电气设备的选择与校验项目见表 4-1。
表 4-1 高压电气设备的选择与校验项目 短路电流校验 电气设备名 称 断路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 穿墙套管 母线 电缆 额定电流 额定电流 开断能力 动稳定 ○ ○ ○ 热稳定 ○ ○ ○ 环境条件 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

√ √ √ √ √ √ √ √ √ √

√ √ √ √ √

√ √ √

√ √

○ ○

注: “√”为选择项目。 “○”为校验项目。

4.2 电气设备选择的一般条件 4.2.1 按正常工作条件选择设备 (1)按使用环境选择设备 ① 温度和湿度 一般高压电气设备可在环境温度为-30~40℃的范围内长期正常运行。当使 用环境温度低于-30℃时, 应选用适合高寒地区的产品; 若使用环境温度超过+40℃
21

时,应选用型号后带“TA”字样的干热带型产品。 一般高压电气设备可在温度为+20℃, 相对湿度为 90%的环境下长期正常运行。 当环境的相对温度超过标准时,应选用型号后带有“TH”字样的湿度带型产品。 ②污染情况 安装在污染严重,有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的电气设备,应 选用防污型产品或将设备布置在室内。 ③海拔高度 一般电气设备的使用条件为不超过 1000m。 当用在高原地区时, 由于气压较低, 设备的外绝缘水平将相应下降。因此,设备应选用高原型或外绝缘提高一级的产 品。现行电压等级为 110KV 及以下的设备,其外绝缘都有一定的裕度,实际上均 可使用在海拔不超过 2000m 的地区。 ④安装地点 配电装置为室内不止时,设备应选户内式;配电装置为室外布置时,设备则 选户外式。此外,还应考虑地形、地址条件以及地震影响等。 (2)按正常工作电压选择设备额定电压 所选电气设备的最高允许电压,必须高于或等于所在电网的最高运行电压。 设备允许长期承受的最高工作电压,厂家一般规定为相应电网额定电压的 1.1~1.15 倍,而电网实际运行的最高工作电压也在此范围,故选择时只要满足下 式即可:
U N ? U NS

式中

U

NS

—设备所在电网的额定电压,KV;

UN

—设备的额定电压,KV;

(3)按工作电流选择设备额定电流 所选设备的额定电流,应大于或等于所在回路的最大长期工作电流:
I N ? I NS

应当注意,有关手册中给出的各种电器的额定电流,均是按标准环境条件确 定的。当设备实际使用环境条件不同时,应对其额定电流进行修正。 各种回路最大长期工作电流 I m ax 的计算方法如下。 ①发电机和变压器的回路 于发电机和变压器在电压降低 5%时,出力可保持不变,故该回路的最大工作 电流可去额定电流的 1.05 倍。若变压器有过负荷运行的可能时,还应计及其实际 的过负荷电流。 ②馈电线路

22

I m ax ?

Pm ax 3U N C O S ?

=

Pm ax ? Q m ax
2 2

3U N

式中

P

m ax

、 Q m ax —线路最大有功、无功负荷,kW、kvar; —线路额定电压,kV;

UN

COS ? —线路最大负荷的功率因数。 ①母线分段断路器及母联断路器回路 母线分段断路器及分段电抗器的最大工作电流,一般可取母线分段上一台最 大发电机额定电流的 50%~80%;母联断路器的最大工作电流则应取母线上最大一 台发电机或变压器的最大工作电流。 ②汇流母线 汇流母线的最大长期工作电流应根据电源支路与负荷支路在母线上的实际排 列顺序确定。一般远小于接于母线上的全部负荷电流的总和。 (2)按短路条件校验设备的动稳定和热稳定 ①短路动稳定校验 如果电气设备不够坚固,巨大的短路电流产生的巨大电动力可能要损坏许多 昂贵的电气设备。因此,必须校验所选电气设备承受短路电动力的能力。 制造厂一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流 i m ax ,动稳定条件为:
im ax ? i sh

(4-1)

式中

i sh —所在回路的冲击短路电流,kA; i m ax

__设备允许的动稳定电流(峰值) ,kA。

②短路热稳定校验 如果电气设备散热能力不够,巨大的短路电流产生的巨大热量可能要损坏许 多昂贵的电气设备。因此,必须校验所选电气设备承受短路发热的能力。 通常制造厂直接给出设备的热稳定电流(有效值) I t 及允许持续时间 t,热稳 定条件为:
It ? Qk
2

(4-2)

Q k ? I ? t ep
2

式中

It

2

—设备允许承受的热效应, kA 2 ?s ; —所在回路的短路电流热效应, kA 2 ?s ; —短路电流存在的等效时间,s.

Qk
t ep

③短路电流开断能力校验 断路器如果不能迅速可靠地切断短路电流,巨大的短路电流可能要烧坏许多 昂贵的电气设备,甚至使断路器本身爆炸!因此,必须校验所选断路器的短路电
23

流开断能力。 ④短路电流的计算条件 为了保证设备在短路时的安全,用于校验动稳定、热稳定和开断能力的短路 电流,必须是实际可能通过该设备的最大短路电流。它的计算条件应该考虑以下 几个方面: ①短路类型。通常按三相短路计算。当单相短路电流比三相短路电流大 15% 以上时,才按单相短路校验。 ②系统容量和接线。为使选定设备在系统发展时仍能继续使用,可按 5~10 年远景规划的系统容量和可能发生最大短路电流的正常接线作为计算条件。 ③短路计算点。使被选设备通过最大短路电流的短路点称为该设备的短路计 算点。 4.3 高压断路器的选择 4.3.1 断路器种类及型号 断路器的种类很多。按灭弧介质可分为油断路器(少油和多油) 、压缩空气断 路器、六氟化硫断路器、真空断路器;按安装场所可分为户内式和户外式。 表 4-2 为高压断路器分类的主要特点: 断路器的种类可由断路器的型号与以体现。其型号的表示方式为: ① ② ③—④ ⑤/⑥—⑦ 各位数字代号的含义如下: ① 类型:D—多油;S—少油;K—空气;L—六氟化硫;Q—产气;Z—真空; ZH—复合式组合电器;ZC 敞开式组合电器;ZF—封闭式组合电器。 ② 安装条件:N—户内;W—户外。 ③ 设计序号:数字。 ④ 额定电压:数字,kV。 ⑤ 特征或其他标志,G—改进派生系列;D—直流电磁操动机构;C—手车式, 或操动与断路器垂直布置;T—弹簧操动机构;Z—增容型。 在特征标志后,标注环境条件并加括号:TH—湿热带;G—高海拔;H—高寒; W—污秽地区;Z—强震地带;F—防化学腐蚀;PB—有破坏能力。 ⑥额定电流:数字,A。

24

表 4-2 高压断路器分类与主要特点 类别 结构特点 以油作为灭弧介质和绝缘介 质;触头系统及灭弧室安置 在接地的油箱中;结构简单, 制造方便,易于加装单匝环 形电流互感器及电容分压装 置;耗钢、耗油量大;体积 大;属自能式灭弧结构 技术性能特点 运行维护特点

多油 断路 器

额定电流不易做得大,灭弧装置 简单,灭弧能力差,开断小电流 时,燃弧时间较长;开断电路速 度较慢;油量多,有发生火灾的 可能性

运行维护简单;噪声 低; 需配备一套油处理 装置

少油 断路 器

油量少,油主要用灭弧介质, 对地绝缘主要依靠固体介 开断电流大,对 35KV 以下可采用 质,结构简单,制造方便; 加并联回路以提高额定电流; 可配用电磁操动结构,液压 35KV 以上为积木结构;全开断时 操动机构或弹簧操动机构、 间短 采用积木式结构可制成各个 电压等级产品

运行经验丰富;噪声 低;油量少;易劣化, 常需检修或换油; 需配 备一套油处理装置; 不 易频繁操作

压缩 空气 断路 器

结构较复杂,工艺和材高料 要求;以压缩空气作为灭弧 介质;操动机构与断路器合 为一体;体积和质量比较小

额定电路和开断能力都可以作得 较大;适合开断大容量电路;动 作快,开断时间短

开断时噪声大, 维修周 期长,无火灾危险,需 要一套压缩空气装置 作为气源; 断路器价格 高

SF6 断

路器

结构简单,但工艺及密封要 求严格,对材料要求高;体 积小,质量轻;有屋外敞开 式及屋内落地灌式之别,也 用与 GIS 粉笔式组合电器

额定电流和开断电流都可以做的 很大;开断性能好,可适合各种 工况; SF6 气体灭弧、绝缘性能 好,所以断口电压做得较高;断 口开距小

噪声低,维护工作量 小;不检修周期长;运 行稳定,安全可靠,寿 命长

真空 断路 器

体积小,质量轻,灭弧室工 艺及材料要求高;以真空作 为绝缘和灭弧介质;触头不 易氧化

可连续多次操作,开断性能好; 灭弧迅速、动作时间短,开断电 流及断口电压不能做的很高;所 谓真空,是指绝对压力底于 101.3Pa 的空间, 断路器中要求的 ?4 真空度为 133.3 ? 1 0 Pa 以下

运行维护简单, 灭弧室 可更换而不需要检修, 无火灾及爆炸危险; 噪 声低;可以频繁操作; 因灭弧速度快, 易发生 截流过电压

⑦ 额定短路开断电流:数字,Ka。
25

4.3.2 断路器的主要技术数据 断路器的主要参数有: (1)额定电压 U N 。国产断路器的额定电压等级有 3kV、6kV、 10 kV、20 kV、 35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV 等。由于在同一电压等级下输电线路的 始端电压与末端电压不同,又规定了断路器的最高工作电压,其值为额定电压的 1.15 倍,断路器可在此电压下长期正常地工作。 (2)额定电流 I N 。断路器的额定电流是指在规定环境温度下,导体不会超过 长期发热允许温度的最大持续电流。常见的额定电流有 200A、400 A、600 A、1000 A、1200 A、1500 A、2000 A、3000 A、5000 A、6000 A、8000 A 等。 (3)额定开端电流 I b r 。断路器在额定电压下能可靠断开的最大电流,该参数 表明了断路器的开断能力,是断路器重要的性能参数。 (4)额定断流容量 S K 。 S K ? 3U N I br ,实际上是 I b r 的另一种表达。 (5)动稳定电流 i m ax 。又称极限通过电流,是断路器允许通过的短路电流的最 大瞬时值。是反映断路器机械强度的一项指标。 (6)热稳定电流 I t 。在规定是时间内,断路器通过此短路电流时,引起是温度 升高不会超过短时发热的允许值。热稳定电流是反映断路器承受短路电流热效应 能力的参数。 (7)全分闸时间 t b r 。断路器从接到分闸命令起到触头分开、三相电弧完全熄 灭为止的时间称为全分闸时间,是反映断路器开断速度的参数。全分闸时间包括 固有分闸时间和灭弧时间两段。从接到命令到触头刚分瞬间,称固有分闸时间。 4.4.4 断路器的选择 断路器的选择内容包括:① 选择型式;②选择额定电压;③选择额定电流; ④校验开断能力;⑤校验动稳定;⑥校验热稳定。 (1)选择型式 断路器型式的选择,应在全面了解其使用环境的基础上,结合产品的价格和 已运行设备的使用情况加以确定。在我国,不同电压等级的系统中,选择断路器 型式的大致情况是: ① 10 kV、35 kV 电压等级的可选用户内式少油断路器、真空断路器或 SF6 断 路器。
② 35 kV 电压等级的也可选用户外式多油断路器、真空断路器或 SF6 断路器。
26

③ 110 kV、220 kV、330 kV、电压等级的可选用少油断路器或 SF6 断路器。 ④ 500 kV 电压等级的则一般选用户外式 SF6 断路器。

有以上的分析可知本次设计采用 SF6 断路器。 (2)选择额定电压 所选断路器的额定电压应不小于安装处电网的额定电压。 设备允许长期承受的最高工作电压,厂家一般规定为相应电网额定电压的 1.1-1.15 倍,而电网实际运行的最高工作电压也在此范围,故选择时只要满足下 式即可:
U N ? U NS

式中

UN

——设备所在电网的额定电压,KV。

U N S ——设备的额定电压,KV。

(3)选择额定电流 所选设备的额定电流,应大于或等于所在回路的最大长期电流:
I N ? I NS

(4)按开断电流来选择
I N br

≥ I ''

(5)校核额定开断能力 为使断路器安全可靠地切断短路电流,应满足下列条件:
I br ? I kt

式中 I b r ——断路器的额定开断电流,由厂家给出,kV。
I kt ——刚分电流,kV。

为了计算 I kt ,需要先确定短路切断计算时间,即丛短路发生瞬间起到断路器触头 刚分开瞬间为止的一段时间。设这段时间为 t1 ,它可由下式计算,即:
t1 ? t p ? t g

式中

t p ——继电保护动作时间,s; t g ——断路器固有分闸时间,s,型号出定后可从有关手册中查得。

回路刚分电流 I kt 可按下式计算出:
? t1

I kt ?

I

2 pt

?

2I e

''

Tn

式中

I p t ——触头分开瞬间实际通过断路器的短路周期电流的有效值,kA;

T a ——非周期电流衰减时间常数,s。

当 t1 ? 0.1s 时,第二项非周期电流实际上已衰减到可以忽略不计,此时仅用刚 分瞬间的周期电流 I p t 对断路器进行校核。考虑到断路器的安全,周期电流 I p t 的数 值可取其短路初瞬的次暂态短路电流有效值 I '' ,这样校核条件既变为:
I br ? I
''

27

(6)校核动稳定 按式(4—1)校验动稳定。 (7)校核热稳定 按式 (4—2)校验热稳定。 4.4 离开关的选择 隔离开关没有灭弧装置。它既不能断开正常负荷电流,更不能断开短路电流, 否则即发生“带负荷拉刀闸”的严重事故。此时产生的电弧不能熄灭,甚至造成 飞弧,会严重损坏设备并危及人身安全。 4.4.1 隔离开关用途 隔离开关的用途有以下几个方面: (1)隔离电压。在检修电气设备时,将隔离开关打开,形成明显可见的特点, 使带电部分与被检修的部分阁开,以确保检修安全。 (2)接通或断开很小的电流。 (3)可断路器配合或单独完成倒闸的操作。 4.4.2 隔离开关技术数据 隔离开关的技术数据有额定电压、额定电流、动稳定电流和热稳定电流。隔 离开关没有开断电流数据,因为它没有灭弧能力。 隔离开关型号用下列方法表示: ① ①隔离开关标志。 ②使用环境:W—户外式;N—户内式。 ③设计序号。 ④额定电压。 ⑤其它标志:D—带接地刀闸;G—改进型;T—统一型。 4.4.3 隔离开关选择 隔离开关的选择方法可参照断路器,其内容包括:①选择型式;②选择额定 电压;③选择额定电流;⑤动稳定校验;⑥热稳定校验。
28



③—④

⑤/⑥

4.5 互感器的选择 4.5.1 电流互感器的准确级和额定容量 (1)电流互感器的准确级 电流互感器地误差与其结构、铁心材料及尺寸、二次绕组匝数、二次回路负 载的大小及性质、一次电流大小等有关,电流互感器的准确级就是其最大允许电 流误差的百分值。电流互感器的准确级分为 0.2、0.5、1.0、3.0、10 及保护级(B 级) 。 4.5.2 电流互感器选择 (1)结构类型和准确度的确定 根据配电装置的类型,相应选择户内或户外式互感器。一般情况下,35kV 以 下为户内式,而 35kV 以上为户外或装如式。 电流互感器准确级的确定,取决于二次负荷的性质。0.2 级用于实验室的精密 测量、重要的发电机和变压器回路及 500kV 重要回路;二次负荷如果属一般电能 计量,则电流互感器采用 0.5 级;功率表和电流表可配用 1.0 级的电流互感器; 一般测量则可用 3.0 级。如果几个性质不同的测量仪表需要共用一台电流互感器 时,则互感器的准确级应按就高不就低的原则确定。 一般用于继电保护装置的电流互感器,可选 5P 或 10P 级。此外还应按 10%误 差曲线进行校验,保证在短路时误差也不会超过-10%。 (2)额定电压的选择 电流互感器的额定电压,应满足以下条件:
U N ? U NS

式中 U N ——电流互感器的额定电压,kV。
U N S ——电流互感器安装处的电网电压,kV。

(3)热稳定校验 电流互感器的动稳定校验包括两个方面的内容,即内部电动力稳定性校验和 外部电动力稳定性校验。 ① 电流互感器动稳定校验 对于复匝式电流互感器,应满足:

29

2 I 1 N K d ? i sh

式中 K d ——电流互感器动稳定倍数。 4.6 电压互感器的选择 4.6.1 电压互感器介绍 (1)电压互感器的特点 电容分压式电压互感器由分压电容器和一个小型电磁式电压互感器组合而 成。 电磁试电压互感器原理与变压器相同,其特点如下: ①电磁式电压互感器就是一台小容量的降压互感器。一次绕组匝数很多,而 二次绕组匝数很少。 ②电压互感器一次绕组并接于一次系统,二次侧各仪表相互为并联关系。 ③电压互感器二次绕组所接负荷均为高阻抗的电压表及电压继电器电压线 圈,故正常运行时电压互感器二次绕组接近于空载状态。 (2)电压互感器的准确级和额定容量 电压互感器一、二次额定电压之比,称为额定电压比,即:
KU ? U 1N U 2N

在理想情况下, K U U 2 ? U 1 。而实际上两者并不相等,既有数值上的误差,也 有相位上的误差。 二次侧电压 U 2 折算至一次侧的值 K U U 2 与 U 1 存在着数值差,称为电压误差。 电压误差通常用百分数表示:
fu ? KUU 2 ? U1 U1 ? 100 ? % ?

此外, 电压 U 1 与旋转 180 0 的二次折算电压 K U U 2 之间有一个小夹角,为其角误 差,并且规定 K U U 2 超前 U 1 时角误差为正,反之为负。 电压互感器的结构和运行工况对误差有直接影响。减小电压互感器的激磁电 流和内阻抗,可使互感器的误差减小。为了减小励磁电流,可采用高导磁率的冷 轧硅钢片做铁芯;在一次电压和负荷功率因数不变的情况下,电压误差随二次负 荷电流的增大而增加,因此必须将二次负荷限制在额定二次容量范围内。 如果二次负荷超过该准确级的额定容量,则电压互感器的误差就会增大,准 确等级就要降低。此外,电压互感器按长期发热的允许条件,规定了它的最大容
30

量。只有当二次负荷对误差无严格要求时,才允许电压互感器按最大容量使用。 4.6.3 电压互感器的选择 (1)选择结构类型、接线方式和准确等级 根据配电装置类型,相应的电压互感器可选择户内式或户外式。35kV 及以下 可选用油式湖浇注式结构;110kV 及以上可选用串级式结构或电容分压式结构。 3~20kV 当只需要测量线电压时, 可采用两只单相电压互感器的 V——V 接线。 35kV 以下,当需要测量线电压,同时又需要测量相电压和监视电网绝缘时,可采 用三相五柱式电压互感器,或由三只单相三绕组电压互感器构成 Y0 / Y0 / ? 接线。 110kV 及以上的电网, 则根据需要选择一台单相电压互感器或由三个单相三绕组电 压互感器构成 Y0 / Y0 / ? 接线。 选择电压互感器准确级要根据二次负荷的需要。如果二次负荷为电能计量, 应采用 0.5 级电压互感器;发电厂中功率表和电压继电器可配用 10 级;一般的测 量表计可配用 3.0 级。若几种准确级要求不同的二次负荷同接一只电压互感器, 则应按负荷要求的最高等级考虑。 (2)选择额定电压 电压互感器一次绕组的额定电压应与安装处电网额定电压相同。特别要注意 开口三角绕组额定电压的选择:用于大接地电流系统的(110kV 及以上),应选择 110kV,而用于小接地电流系统的(35kV 及以下) ,应选择(100/3)V。 (3)选择容量 电压互感器的型号和准确级确定以后,与此准确级对应的额定容量即已确定 (可从有关手册中查得) ,为了保证互感器的准确度,电压互感器二次侧所带负荷 的实际容量不能超过此额定容量。计算互感器的二次负荷容量时,必须注意互感 器的接线方式和二次负荷的连接方法。 4.7 断路器的选择与校验 4.7.1 220KV 侧断路器的选择与校验 ①按额定电压选择
U N ? U NS

=220KV
140 ? 1000 3 ? 220 ? 0.79

②按额定电流选择
I N ? I m ax ?

Pm ax 3U N C O S ?

=

? 465 A
31

③按开断电流选择
I N b r ? I ? 2410 A
''

④按短路关合电流选择
I N cl ? I ch ? 6.15 K V

根据以上计算,可以初步选择 LW 6 ? 220 型断路器,其参数见表 4-3:
表 4-3 所选 220KV 断路器参数

额定 型号 工作 电压 /KV

最高 工作 电压 /KV

额定 电流 /A

额定 开断 电流 /KA

额定 闭合 电流 峰值 /KA

4S 热稳 定电 流峰 值 /KA

额定 开断 时间 /S

额定 闭合 时间 /S

固 有 分 闸 时 间 /S

燃弧 时间 /S

额定 动稳 定电 流 /KA

LW 6 ? 220

220

252

3150

50

100

50

0.06

0.09

0.036

0.05

100

⑤验热稳定校验
Q k ? I ? ? t k ? 2.79 ? 4 ? 31.14 K A S
2 2 2

Q n ? I n ? t k ? 50 ? 4 ? 10000 K A S
2 2 2

有以上计算可知
Qn ? QK

满足要求。 ⑥短路电流动稳定校验
im ax ? 100 K A ? i sh ? 7.11 K A

有以上的分析可知,满足要求。 上述计算结果见表 4—4:
表 4—4 所选择 220KV 断路器的校验结果表 设备型号 项目 电压 U N ? U N S /KV 电流 I N ? I N S /KA 开断电流 I N br ? I /KA
''

L w 6 ? 220

产品数据 220 3150 50 10000 100

计算数据 220 465 2.79 1.37 7.11

2 热稳定 Q n ? Q K K A S

动稳定 I m ax ? I sh /KA

32

从上表比较可知,选择 L w 6 ? 220 型断路器满足要求。 4.7.2 110KV 侧断路器的选择与校验 ①按额定电压选择
U N ? U NS

=110KV
140 ? 1000 3 ? 110 ? 0.79

②按额定电流选择
I N ? I m ax ?

Pm ax 3U N C O S ?

=

? 930 A

③按开断电流选择
I N br ? I ? 3.35 K A
''

④按短路关合电流选择
I N cl ? I ch ? 8.54 K A

根据以上计算,可以初步计算 L w 14 ? 110 的断路器,其参数见表 4—5:
表 4—5 所选 110KV 断路器 L w 14 ? 110 的参数

额 定 型号 电 压/KV

最 高 工 作 电 压 /KV

额定电 流/KA

额定开 断电流 /KA

动 稳 定 电 流 峰 值/KA

3S



额 定 关 合 电 流 峰 值 /KA

固 有 分 闸 /S

燃弧时 间/S

稳定电 流/KA

L w 14 ? 110

110

126

2000

31.5

80

31.5

80

25

0.05

⑤校验热稳定
Q k ? I ? ? t k ? 3.35 ? 4 ? 44.89 K A S
2 2 2

Q n ? I n ? t k ? 31.5 ? 3 ? 2977 K A S
2 2 2

有以上计算可知
QN ? QK

满足要求。 ⑥校验动稳定
im ax ? 80 K A ? i sh ? 9.23 K A

上述计算结果见表 4—6:

33

表 4—6 所选 110KV 断路器 L w 14 ? 110 的校验结果 设备型号 项目 电压 U N ? U N S /KV 电流 I N ? I N S /KA 关合电流 I N cl ? I ch /KA 热稳定 Q n ? Q K K A S
2

L w 14 ? 110

产品数据 110 2000 31.5 80 2977 80

计算数据 110 930 3.35 8.54 44.89 8.54

动稳定 I m ax ? I sh /KA

从上表可知,选择 L w 14 ? 110 型断路器满足要求 4.8 隔离开关的选择和校验计算 4.8.1 220KV 侧隔离开关的选择和校验计算 ①按额定电压选择
U N ? U NS

=220KV
140 ? 1000 3 ? 220 ? 0.79

②按额定电流选择
I N ? I m ax ?

Pm ax 3U N C O S ?

=

? 465 A

根据以上计算,可以初步选择 GW7-220DW 型隔离开关,其参数见表 4-7:
表 4-7 所选 220KV 隔离开关的参数

型号

额定电压/KV

额定电流/KA

额定动稳定电流 峰值/KA

额定热稳定电流 /KA 31.5

GW7-220DW

220

1600

80

③校验热稳定
Q k ? I ? ? t k ? 2.79 ? 4 ? 31.14 K A S
2 2 2

Q n ? I n ? t k ? 31.5 ? 3 ? 2977 K A S
2 2 2

有以上计算可知
Qn ? QK

,满足要求。

④校验动稳定
im ax ? 80 K A ? i sh ? 7.11 K A
34

注:由于隔离开关不用来接通和切断短路电流,故不需要进行开断电流和短 路电流校验。 上述计算结果见表 4-8:
表 4-8 所选 220KV 隔离开关的校验结果 设备 项目 电压 U N ? U N S /KV 电流 I N ? I N S /KA 热稳定 Q n ? Q K K A 2 S 动稳定 I m ax ? I sh /KA 产品数据 220 1600 2977 80 GW7-220DW 计算数据 220 465 31.14 7.11

由以上计算表明,选择 GW7-220DW 型隔离开关能满足要求。 4.8.2 110KV 侧隔离开关的选择和校验计算 ①按额定电压选择
U N ? U NS

=110KV
140 ? 1000 3 ? 110 ? 0.79

②按额定电流选择
I N ? I m ax ?

Pm ax 3U N C O S ?

=

? 930 A

根据以上计算,可以初步选择 GW5-110 型隔离开关,其参数见表 4-9:
表 4-9 所选 110KV 隔离开关的参数 型号 额定电压/KV 额定电流/KA 额定动稳定电流 峰值/KA GW5-110 110 2000 100 额定热稳定电流 /KA 31.5

③校验热稳定
Q k ? I ? ? t k ? 3.35 ? 4 ? 44.89 K A S
2 2 2

Q n ? I n ? t k ? 31.5 ? 4 ? 3969 K A S
2 2 2

有以上计算可知
Qn ? QK

,满足要求。

④校验动稳定
im ax ? 100 K A ? i sh ? 9.23 K A

上述计算结果见列表 4-10:

35

表 4-10 所选 110KV 隔离开关的校验结果 设备 项目 电压 U N ? U N S /KV 电流 I N ? I N S /KA 热稳定 Q n ? Q K K A S
2

GW5-110 产品数据 110 2000 3969 100 计算数据 110 930 44.89 8.54

动稳定 I m ax ? I sh /KA

由以上计算表明,选择 GW5-110 型隔离开关能满足要求。 4.9 电流互感器选择的选择与校验 4.9.1 220KV 侧电流互感器选择的选择与校验

①电流互感器的额定电压,应满足以下条件:
U N ? U N S ? 220

②电流互感器的额定电流,应满足以下条件:
I N ? I m ax ?

Pm ax 3U N C O S ?

=

140 ? 1000 3 ? 220 ? 0.79

? 465 A

③电流互感器动稳定校验 应满足:
2 I 1 N K d ? ish ? 7.11 KA

④热稳定校验
Q n ? Q K ? 31.14 KA S
2

4.9.2

110KV 侧电流互感器选择的选择与校验

①电流互感器的额定电压,应满足以下条件: U N ? U N S ? 110 KV ②电流互感器的额定电流,应满足以下条件:
I N ? I m ax ?

Pm ax 3U N C O S ?

=

140 ? 1000 3 ? 110 ? 0.79

? 930 A

36

③电流互感器动稳定校验 应满足:
2 I 1 N K d ? i sh ? 8.54 K A

根据上述分析所选的设备见表 4-11
表 4-11 电流互感器参数表 参数 电 流 互 感 器 一次电流 A 设备 LCWD3— 220 1200 5 15 35 I 1 N 35×2.5×1200 =105> i sh 115> i sh ( 35 × 1200 ) 2 >Q k 45 2 >
Qk

二次电流 A

10% 倍数

热稳定电 流

动稳定校验

热稳定校 验

LCWB6— 110

2×1000

5



31.5—45

4.10 电压互感器选择的选择与校验 4.10.1 220KV 侧电压互感器选择的选择与校验 ①电压互感器的额定电压,应满足以下条件:
U N ? U N S ? 220

②电压互感器的额定电流,应满足以下条件:
I N ? I m ax ?

Pm ax 3U N C O S ?

=

140 ? 1000 3 ? 220 ? 0.79

? 465 A

4.10.2

110KV 侧电压互感器选择的选择与校验

①电压互感器的额定电压,应满足以下条件: U N ? U N S ? 110 KV ②电压互感器的额定电流,应满足以下条件:
I N ? I m ax ?

Pm ax 3U N C O S ?

=

140 ? 1000 3 ? 110 ? 0.79

? 930 A

根据上述分析所选的设备见表 4-12

37

表 4-12 电压互感器参数表 参数 电 压 互 感 器 YDR—110
110 3 100 3

一次电压

二次电压

最大容量 MVA

设备 JDR—220
220 3 100 3

1.2

1.2

38

第 5 章 配电装置
5.1 概述 配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求,由开关 设备,保护和测量电器,母线装置和必要的辅助设备构成,用来接受和分配电能。 配电装置按电气设备装置地点不同,可分为屋内和屋外配电装置。按其组装 方式,又可分为:由电气设备在现场组装的配电装置,称为配式配电装置和成套 配电装置。 5.2 配电装置的基本要求 配电装置是根据电气主接线的连接方式,由开关电器﹑保护和测量电器,母线 和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常情况下,用来接受和分 配电能,而在系统发生故障时,迅速切断故障部分,维持系统正常运行。为此,应 满足以下要求: ①保证运行可靠 ②便于操作﹑巡视和检修 ③保证工作人员的安全 ④力求提高经济性 ⑤具有扩建的可能 5.3 配电装置的类型及特点 配电装置按电气设备装设地点不同,可分为屋内配电装置和屋外配电装置;按 其组装方式,又可分为装配式和成套式。 (1)屋内配电装置的特点: ①由于允许安全净距小可以分层布置,故占地面积较小;②维修、巡视和操 作在室内进行,不受气侯影响;③外界污秽空气对电气设备影响较小,可减少维 护工作量;④房屋建筑投资大。 (2)屋外配电装置的特点: ①土建工程量和费用较小,建设周期短;②扩建比较方便;③相邻设备之间 距离较大,便于带电作业;④占地面积大;⑤受外界空气影响,设备运行条件较 差,顺加绝缘;⑥外界气象变化对设备维修和操作有影响。
39

(3)成套配电装置的特点:①电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中,相 间和对地距离可以缩小,结构紧凑,占地面积小;②所有电器元件已在工厂组装 成一整体,大大减小现场安装工作量,有利于缩短建设周期,也便于扩建和搬运; ③运行可靠性高,维护方便;④耗用钢材较多,造价较高。 5.4 配电装置的设计原则 ①节约用地; ②运行安全和操作巡视方便; ③考虑检修和安装条件; ④保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行; ⑤节约三材,降低造价; 配电装置的整个结构天寸,是综合考虑到设备外形尺寸,检修维护和搬运的 安全距离,电气绝缘距离等因素而决定,对于敞露在空气中的配电装置,在各种 间距中,最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小 安全净距,在这一距离下,无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时,都不 致使空气间隙击穿。 以下表中所列出各种间隔距离中最基本的最小安全净距, 《高压配电装置设计 技术规程》中所规定的 A 值,它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净距, 保持这一距离时,无论正常或过电压的情况下,都不致发生空气绝缘的电击穿。 其余的 B、C、D 值是在 A 值的基础上,加上运行维护、搬运和检修工具活动范围 及施工误差等尺寸而确定的。 5.5 配电装置设计的基本步骤 ①选择配电装置的型式.选择时应考虑配电装置的电压等级﹑电气设备的型 式﹑出线多少和方式﹑有无电抗器﹑地形﹑环境条件等因素。 ②配电装置的型式确定后,接着拟定配电装置的配电图。 ③按照所选电气设备的外形尺寸﹑运输方法﹑检修及巡视的安全和方便等要 求,遵照配电装置设计有关技术规程的规定,并参考各种配电装置的典型设计和手 册,设计绘制配电装置平面图和断面图。 5.6 配电装置的选用 本变电所三个电压等级:即 220KV、110KV、10KV 根据《电力工程电气设计手
40

册》规定,110KV 及以上多为屋外配电装置,35KV 以下的配电装置多采用屋内配 电装置,故 本所 220KV 及 110KV 采用屋外配电装置,10KV 采用屋内配电装置
表 5-1 屋外配电装置最小安全净距(mm) 符号 A1 A2 适用范围 1.带电部分至接地部分之间 2.网状遮栏向上延伸线距地 2.5m 处与遮栏 上方带电部分之间 1.不同相的带电部分之间 2.断路器和隔离开关的断口两侧引线带电 部分之间 1.设备运输时, 其外部至无遮栏带电部分之 间 2.交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部 分之间 3.栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间 4.作业时的带电部分至接地部分之间 1.状遮栏至带电部分之间 1.无遮栏裸导体至地面之间 2.无遮栏裸体至建筑物、构筑物之间 1.平行的不同时停电检修的无遮栏带电部 分之间 2.带电部分与建筑物、 构筑物的边沿部分之 间 35 400 400 63 650 650 110J 900 1000 110 1010 1100 220J 1800 2000

B1

1150

1400

1650

1750

2550

B2 C D

500 2900 2400

750 3100 2600

1000 3400 2900

1100 3500 3000

1900 4300 3800

注:110J、22J、330J、500J 系指中性点直接接地网

根据电气设备和母线布置的高度,屋外配电装置可以分为中型、早高型和高 型等。 (1)中型配电装置:中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内,并装 在一定高度的基础上,使带电部分对地保持必要的高度,以便工作售货员能在地 面安全地活动,中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种 布置特点是:布置比较清晰,不易误操作,运行可靠,施工和维修都比较方便, 构架高度较低,抗震性能较好,所用钢材较少,造价低,但占地面积大,此种配 电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方,并宜在地震 烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式,而且运 行方面和安装枪修方面积累了比较丰富的经验。 (2)半高型配电装置,它是特母线及母线隔离开关抬高将断路器,电压互感 器等电气设备布置在母线下面,具有布置紧凑、清晰、占地少等特点,其钢材消 耗与普通中型相近,优点有: ①占地面积约在中型布置减少 30%; ②节省了用地,减少高层检修工作量;
41

③旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点:上 层隔离开关下方未设置检修平台,检修不够方便。 (3)高型配电装置,它是将母线和隔离开关上下 布置,母线下面没有电 气设备。该型配电装置的断路器为双列布置,两个回路合用一个间隔,因此可大 大缩小占地面积,约为普通中型的 5%,但其耗钢多,安装检修及运行纵条件均较 差,一般适用下列情况: ①配电装置设在高产农田或地少人多的地区; ②原有配电装置需要扩速,而场地受到限制; ③场地狭窄或需要大量开挖。 本次所设计的变电站是地区性变电站,对建筑面积没有特殊的要求,所以该 变电所 220KV、110KV 和 35KV 电压等级均采用普通中型配电装置。若采用半高型 配电装置,虽占地面积较少,但检修不方便,操作条件差,耗钢量多。选择配电 装置,首先考虑可靠性、灵活性及经济性,所以,本次设计的变电所,适用普通 中型屋外配电装置,该变电所是最合适的。

42

第 6 章 防雷及过电压保护装置
6.1 概述 防雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击,而引雷于本身,并顺利地泄入大 地的装置。电力系统中最基本的防雷保护装置有:避雷针﹑避雷线﹑避雷器和防雷 接地等装置。 6.2 避雷针 避雷针的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局 部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向,使雷电对避雷针放电,再经过 接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物体免受雷击。 在对较大面积的变电所进行保护时,采用等高避雷针联合保护要比单针保护 范围大。 因此, 为了对本站覆盖,采用四支避雷针。 被保护变电所总长 113m,宽 103m, 查手册,门型架构高 21m.避雷针的摆放如图所示。

D12 ? D 34 =103m; D 23 ? D14 =113m

D max = 113 ? 103 =153m
2 2

43

h0 ? h ?

D 7

所以,需要避雷针的高度 h 为:

h

=21+

153 7

=42.86m

四只避雷针分成两个三只避雷针选择. 验算:首先,验算 1、2、3 号避雷针 对保护的高度: 1﹑2 号针之间的高度: h0 =42.86- 2﹑3 号针之间的高度: 1﹑3 号针之间的高度:
h0

103 7

=28.15m>15m =26.72>15m
2 2

=42.86- =42.86-

113 7

h0

113 ? 103 7

=42.86-21.76=21m>15m

由上可见,对保护物的高度是能满足要求的。 对保护宽度: 1﹑2 号针的保护宽度: b x =1.5 ? ( h0 - h x )=1.5 ? (28.15-15) =19.725>0 2﹑3 号针之间的宽度: b x =1.5 ? ( h0 - h x )=1.5 ? (26.72-15) =17.58>0 由此可见,对保护物的宽度是能满足要求的。 所以,123 针是满足要求的。 由于 4 针的摆放是长方形,所以,134 针也是满足要求的。即,四只高度选为 43m 的避雷针能保护整个变电所。 6.3 防雷接地 “防雷在于接地”,这句话含义说明各种防雷保护装置都必须配以合适的接地 装置。将雷电泄入大地,才能有效地发挥其保护作用。 接地是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持 等电位,电力系统的接地按其功用可分三类: ①工作接地:根据电力系统正常运行的需要而设置的接地,它所要求的接地电 阻值约在 0.5-10 ? 的范围内。 ②保护接地:不设这种接地,电力系统也能正常运行,但为了人身安全而将电 气设备的金属外壳等加以接地,它是在故障的条件下才发挥作用的,它所要求的接 地电阻值处于 1-10 ? 的范围内。 ③防雷接地:用来将雷电流顺利泄入大地,以减小它所引起的过电压,它的性 质似乎介于前两种接地之间,它防雷保护装置不可缺少的组成部分,它有些像工作
44

接地;但它又是保障人身安全的有力措施,而且只有在故障下才发挥作用,它又有 些像保护接地,它的阻值一般在 1-30 ? 的范围内。 由此可见,接地电阻取 10 ? 较合适。 查接地装置 ? i (冲击系数)与 ? i (接地装置的冲击利用系数)表,选用一字形 的接地体。 查得: ? i =0.45
?i ?
Ri Re

(式中: R i —冲击电流下的电阻; R e —工频电流下的电阻)
R i =0.45×10=4.5 ?

6.4 变电所的防雷保护 变电所是重要的电力枢纽,一旦发生雷击事故,就会造成大面积停电。一些重 要设备如变压器等,多半不是自恢复绝缘,其内部绝缘如故发生闪络,就会损坏设 备。因此,变电所实际上是完全耐雷的。 变电所的雷害事故来自两个方面:一是雷直击变电所;二是雷击输电线路产生 的雷电波沿线路侵入变电所。 对直击雷的防护一般采用避雷针或避雷线。对雷电侵入波的防护的主要措施 是阀式避雷器限制过电压幅值,同时辅之以相应措施,以限制流过阀式避雷器的雷 电流和降低侵入波的陡度。 为了防止变电所遭受直接雷击,需要安装避雷针、避雷线和辅设良好的接地 网。装设避雷针(线)应该使变电所的所有设备和建筑物处于保护范围内。还应该 使被保护物体与避雷针(线)之间留有一定距离,因为雷直击避雷针(线)瞬间的地 电位可能提高。如果这一距离不够大,则有可能在它们之间发生放电,这种现象 称避雷针(线)对电气设备的反击或闪络。为了避免这种情况发生,被保护物体与避 雷针间在空气中以及地下接地装置间应有足够的距离。 按实际运行经验校验后,我国标准 目前推荐 d 1 和 d 2 应满足下式要求:
d 1 ≥0.2 R i +0.1h, d 2 ≥0.3 R i

d 1 ≥0.2×4.5+0.1×2
d2

≥0.3×4.5

6.5 变电所的进线段保护 变电所限制雷电侵入波的主要措施是装设避雷器,避雷器动作后,可将侵入波
45

幅值加以限制,使变压器受到保护。为了限制侵入波的陡度和幅值,使避雷器可靠 动作,变电所必须有一段进线段。若没有次线段,雷直击变电所附近导线时,流过 避雷器的雷电流幅值和陡度是有可能超过容许值的,因此,对于这种线路,在靠近 变电所的一段进线上,必须加装避雷线或避雷针,以减少变电所的雷害事故。其作 用是降低陡度和限制电流。 避雷器是一种过电压限制器,它实质上是过电压能量的接受器,它与别保护设 备并联运行,当作用电压超过一定的幅值以后避雷器总是先动作,泄放大量能量, 限制过电压,保护电气设备. 在电力系统中广泛采用的主要是阀式避雷器。根据额定电压(正常运行时作用 在避雷器上的工频工作电压,也是使用该避雷器的电网额定电压)和灭弧电压有效 值(指避雷器应能可靠地熄灭续流电弧时的最大工频作用电压)。 查手册,选出表 6-1 设备:
表 6-1 避雷器参数表 工频放电电压 KV

型号

额定电 压 KV

灭弧电 压 KV

冲击放电 电压 KV

灭弧电 压选择 KV





FZ-110J

110

100

224

268

310

110×0.8=88

FZ-220J

220

200

448

536

630

220×0.8=176

6.7 接地装置 无论是工作接地还是保护接地,都是经过接地装置与大地连接,接地装置包 括接地体和接地线两部分。 (1)接地体(网) 待设计变电所为长方形,则接地网也可取为长方形,若取直径为 48mm,长为 250cm 的钢管作接地体,埋深 0.8m,接地体之间连接一般用镀锌扁钢,应保证接地 地电阻 R≤4Ω 。 (2)接地线 接地线是连接接地体和电气设备接地部分的金属部分的金属导体,一般接地 采用截面积不小于 4mm*12mm 的扁钢,直径不应小于 6mm 的圆钢。

46

第 7 章 展望
电力工业时国民经济的重要基础工业,其发展速度必须超前与国民经济的发 展。现在电力工业的特点是:大容量的发电机组,超高压输电线路,包含水电、 火电和核电的巨大联合电网。这些都对发、变电工程的设计提出了更高要求。 在国内随着电力系统的发展,电网结构越来越复杂,各级调度中心也获得前 所未有的发展,传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的要求。 因此,在电力行业中变电站综合动化技术引起了越来越多的重视,并得到了广泛 的应用,它是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统。 还有现在我们所提到的无人值班变电站也相继得到了应用。变电站自动化和 无人值班站是当今电网调度自动化领域的两大热门课题。变电站自动化则是一项 新技术,是在微机技术和网络通信技术的基础上发展起来的。 借鉴国外先进技术的同时,结合我国的实际情况,许多部门正在共同努力继 续开发更加符合国情的变电站自动化系统。可以预计,今后其发展的速度会越来 越快,与国外的差距会逐步缩小。 本次设计是为了使同学们在走出校园前对具体的工程设计有细致的了解,并 掌握一定的工程设计方法而设的.在本次设计中,同学们在老师细心指导下,自己 亲自动手进行设计方案比较、计算并查找相关资料等技术设计过程,对此有了深入 细致的了解,为以后的工作打下了坚实得基础。

47

致谢
通过此次毕业设计,我深刻的认识到毕业设计不仅是对前面所学知识的一种 检验,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来 知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西都会, 什么东西都懂,有点眼高手低。通过这次毕业设计,我才明白学习是一个长期积 累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合 素质。 在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导,感谢老师给我的帮助。在设计过 程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式, 使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我 懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心, 相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力, 使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的 也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富, 使我终身受益。

48

参考文献
[1] 刘增良.电气设备及运行维护.北京:中国电力出版社,2004 [2] 焦留成.供配电设计手册. 北京:中国计划出版社,1999 [3] 杨宛辉.发电厂电气部分设计计算资料. 北京:西北工业出版社 1987 [4] 杨宛辉.发电厂、变电所电气一次部分设计参考图.北京:水利电力出版,2001 [5] 熊信银.发电厂电气部分. 北京:中国电力出版社,1999 [6] 刘介才.工厂供电设计指导.江苏:机械工业出版社,2001 [7] 王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计教程. 北京:华大学出版社,1992 [8] 王士政 冯金光.发电厂电气部分.北京:中国水利水电出版社,2002 [9] 刘健.电力英语阅读与翻译. 北京:中国水利水电出版社,1999 [10] 范锡普.发电厂电气部分. 北京:中国电力出版社,1998 [11] 戈东方.电力工程电气设备手册. 北京:中国电力出版社,2000

49


相关文章:
220KV变电站电气一次部分初步设计
华北电力大学毕业设计(论文) 220KV 变电站电气一次部分初步设计摘要随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起,供电系统设计越来越全面、 系统,工厂用电量迅速增长,...
《220kV变电站电气部分初步设计》开题报告
电气与信息学院 毕业设计(论文) 毕业设计(论文)开题报告 题目名称: 报告人: 专业班级: 指导教师: 220kV 变电站电气部分初步设计 毛文峰 电气 0546 王博 变电站...
220kv变电所电气一次部分初步设计
(电气一次部分) 《电力工程电气设备手册》 (电气一次部分) IV 设计课程设计指导书一、设计题目:220KV 变电所电气一次部分初步设计 二、设计资料: 1)建所目的 ...
500、220、35KV变电站电气部分的初步设计
57 工业大学本科毕业设计说明书 引言 本次毕业设计我的题目为 500/220/35kV 变电站电气部分初步设计 (并联电抗器保 护设计)本变电站是大型区域性枢纽变电站,500...
220kV变电站电气二次部分初步设计1
220kV变电站电气二次部分初步设计1_电力/水利_工程科技_专业资料。220kV变电站电气二次部分初步设计毕业设计(论文) 课题名称学生姓名学号 LWB220kV 变电站电气二次...
某区域220KV变电站电气部分初步设计
某区域220KV变电站电气部分初步设计_信息与通信_工程科技_专业资料。只是给大家一个模板,内容不值得参考浙江水利水电专科学校毕业论文(设计) ZHEJIANG WATER CONSERVANCY...
变电站电气部分初步设计
变电站电气部分初步设计_专业资料。220/110/10kV的区域性降压变电所电气部分初步设计华北水利水电学院毕业设计 分类号 编 号 华北水利水电学院 North China Institute...
220KV变电站电气一次部分初步设计
华北电力大学成人教育毕业设计(论文) 220KV 变电站电气一次部分初步设计摘要随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起,供电系统设计越来越全 面、系统,工厂用电量...
220KV变电站电气一次部分初步设计
220KV 变电站电气一次部分初步设计 摘要 随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起,供电系统设计越来越全 面、系统,工厂用电量迅速增长,对电能质量、技术经济状况...
更多相关标签:
220kv变电站电气图纸 | 110kv变电站初步设计 | 220kv变电站 | 220kv变电站设计 | 220kv变电站设计规范 | 220kv变电站安全距离 | 220kv变电站设计图 | 220kv变电站主接线图 |