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110kV电气一次设备选择说明


110 千伏变电所电气主接线设计

摘 要

根据设计任务书的要求,本次设计为 110kV 变电站电气主接线的 初步设计,并绘制电气主接线图。该变电站设有两台主变压器,站内 主接线分为 110kV、35kV 和 10kV 三个电压等级。各个电压等级都采 用单母线分段接线。 本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气 设备选择及

校验 (包括断路器、 隔离开关、 电流互感器、 电压互感器、 母线等)、各电压等级配电装置设计以及防雷保护的配置。 本设计以《35~110kV 变电所设计规范》、《供配电系统设计规 范》、《35~110kV 高压配电装置设计规范》等规范规程为依据,设 计的内容符合国家有关经济技术政策, 所选设备全部为国家推荐的新 型产品,技术先进、运行可靠、经济合理。

SUMMARY

From the guide of engineering design assignment, we have to design primary power-system of 110kV substation and draw

main electrical one-line diagram. There are two main transformer in the substation in which main electrical connection can be divided into three voltage grades: 110kV, 35kV with 10kV.It deposits sectionalized single bus bar scheme per grade. There is also a design for main electrical connection in this engineering, the calculation for short-circuit electric current, the selection of electrical device and calibration (including circuit breaker, isolator, current transformer, potential transformer ,bus bar etc.) and the design for distribution installation per. voltage grade, direct current system and lightning protection is also included.





变电站是电力系统的重要组成部分,是联系发电厂和用户的中间 环节,起着变换和分配电能的作用,直接影响整个电力系统的安全与 经济运行。电气主接线是变电站设计的首要任务,也是构成电力系统 的重要环节。电气主接线的拟订直接关系着全站电气设备的选择、配 电装置的布置、继电保护和自动装置的确定,是变电站电气部分投资 大小的决定性因素。

本次设计为 110kV 变电站电气主接线的初步设计,分为设计说明 书和设计图纸两部分。所设计的内容力求概念清楚,层次分明。本文 是在**大学电气信息工程学院**教授的精心指导下完成的。 **老师治 学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕业设计期 间**老师在设计的选题和设计思路上给了我很多的指导和帮助。** 老师循循善诱的教学方法、热情待人的处事方式、一丝不苟的治学态 度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。在此,我对 恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢! 本文从主变压器选择、短路电流计算、主要电气设备选择、继电 保护配置、 防雷和接地等几方面对变电站电气主接线设计进行了阐述, 并绘制了电气主接线图。由于本人水平有限,错误和不妥之处在所难 免,敬请各位老师批评指正。

目 录 第 1 章 变压器选 择......................................................... .................................................... 1 第 1.1 节 主变压器选择的一般条 件......................................................... ................. 1 第 1.2 节 主变压器选 择......................................................... ..................................... 2 第 1.3 节 站用变压器选 择......................................................... ................................. 3 第 2 章 电气主接线设 计......................................................... ............................................ 4 第 2.1 节 主接线的设计原则和要 求......................................................... ................. 4

第 2.2 节 主接线的设计步 骤......................................................... ............................. 7 第 2.3 节 主接线的基本接线形 式......................................................... ..................... 9 第 2.4 节 本变电站电气主接线设 计......................................................... ................. 9 第 3 章 短路电流计 算......................................................... .............................................. 14 第 3.1 节 短路电流计算的目 的......................................................... ....................... 14 第 3.2 节 短路电流计算的一般规 定......................................................... ............... 14 第 3.3 节 短路电流计算的步 骤......................................................... ....................... 15

第 3.4 节 本站短路电流计 算......................................................... ........................... 17 第 4 章 导体及高压电气设备选 择......................................................... .......................... 33 第 4.1 节 电器选择的一般条 件......................................................... ....................... 33 第 4.2 节 高压断路器的选 择......................................................... ........................... 35 第 4.3 节 隔离开关的选 择......................................................... ............................... 37 第 4.4 节 电流互感器的选 择......................................................... ........................... 38 第 4.5 节 电压互感器的选 择......................................................... ........................... 38

第 4.6 节 高压熔断器的选 择......................................................... ........................... 38 第 4.7 节 裸导体的选 择......................................................... ................................... 39 第 4.8 节 电气设备选择及校验计 算......................................................... ............... 43 第 5 章 继电保护及自动装置配置设 计......................................................... .................. 51 第 5.1 节 计算机监控系 统......................................................... ............................... 51 第 5.2 节 二次设备布 置......................................................... ................................... 52 第 6 章 防雷和接地设 计......................................................... .......................................... 54

参考文 献......................................................... ........................................................... ......... 55

第 1 章 变压器选择

第 1.1 节 主变压器选择的一般条件

在变电站中,用来向电力系统或用户输送功率的变压器,称为主 变压器; 用于两种电压等级之间交换功率的变压器, 称为联络变压器; 只供本厂 (站) 用电的变压器, 称为厂 (站) 用变压器或自用变压器。 (1)变压器容量和台数的确定原则 主变压器容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。 它的确定除依据传递容量基本原始资料外,还应根据电力系统 5~10

年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的 紧密程度等因素,进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选得过 大,台数过多,不仅增加投资,增大占地面积,而且也增加了运行电 能损耗,设备未能充分发挥效益;若容量过小,会满足不了变电站负 荷的需要,这在技术上是不合理的。为此,在选择主变压器器时,应 按 5~10 年规划负荷来选择容量。根据城市规划、负荷性质、电网结 构等综合考虑确定其容量。 并应考虑变压器正常运行和事故时的过负 荷能力。对装设两台变压器的变电站,每台变压器额定容量一般按下 式选择 为变电站最大负荷。对于Ⅰ、Ⅱ级负荷比重大的变电站,应能在 1 台主变压器停用时,其余变压器的容量在计及过负荷能力允许的时 间内,应满足对Ⅰ、Ⅱ级负荷的供电。 为保证供电可靠性,变电站一般装设两台主变压器。当只有一个 电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时, 可装 设一台。对于大型枢纽变电站,根据工程具体情况,当技术经济比较 合理时,可装设两台以上主变压器。 (2)变压器型式和结构的选择原则 ①主变压器的型式:一般情况下采用三相式变压器。具有三种电 压的变电站,如通过主变压器各侧绕组的功率均达到 15%Sn 以上时, 可采用三绕组变压器。其中,当主网电压为 110~220kV,而中压网 络为 35kV 时,由于中性点具有不同的接地形式,应采用普通的三绕

组变压器;当主网电压为 220kV 及以上,中压为 110kV 及以上时,多 采用自耦变压器,以得到较大的经济效益。 ②绕组接线组别:变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相 位一致, 电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“D” 两种,因此,变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定,我 国 110kV 及以上电压,变压器三相绕组都采用“YN”连接;35kV 都 采用“Y”连接, 其中性点多通过消弧线圈接地; 35kV 以下高压电压, 变压器三相绕组都采用“D”连接。 ③调压方式:为了保证变电站的供电质量,电压必须维持在允许 的范围内。通过变压器分接开关切换,改变变压器高压侧绕组匝数, 从而改变其变比, 实现电压调整。 切换方式有两种: 一种不带电切换, 称为无激磁调压,调整范围通常在±2×2.5%之内;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, 只有在电网电压不能满足要求时才采用。 ④冷却方式:电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而 异,一般有自然风冷却、强迫风冷却、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。

第 1.2 节 主变压器选择

《35~110kV 变电所设计规范》规定,主变压器的台数和容量, 应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考 虑确定。 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器,当技术经济 比较合理时,可装设两台以上主变压器。 装有两台及以上主变压器的变电所,当断开一台时,其余主变压 器的容量不应小于 70%的全部负荷,并应保证用户的一、二级负荷。 根据工农业负荷的增长, 本站需要安装两台 110/35/10kV, 120MVA 的主变压器,容量比为 100/100/50,一次设计,两期建成。 故可选择两台型号为 SF7—63000/110 的三相双绕组自冷有载调 压变压器。 当一台主变停运时, 考虑变压器的事故过负荷能力, 能保证对 70% 的负荷供电。 主变压器参数如表 1.1 所示。

表 1.1 主变压器技术参数 额 型号 定容 量 高压 压 压 额定电压(kV) 空 空 负 阻 连接 组标号

载 载 载 抗 中 低 电 损 损 电

(kVA )

流 耗 耗 压 ( %) (kW (kW (%) ) ) 3 1 1 YN,yn

SF7-6300 0/110

6

110±2

3

1 0

3000 ×2.5%

8.5 1 .8 8.5 48 0.5 0,d11

第 1.3 节 站用变压器选择

《35~110kV 变电所设计规范》规定,在有两台及以上主变压器 的变电站中,宜装设两台容量相同可互为备用的站用变压器,分别接 到母线的不同分段上。 变电站的站用负荷,一般都比较小,其可靠性要求也不如发电厂 那样高。变电站的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装 置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供 水等。这些负荷容量都不太大,因此变电站的站用电压只需 0.4kV 一 级,采用动力与照明混合供电方式。380V 站用电母线可采用低压断 路器(即自动空气开关)或闸刀进行分段,并以低压成套配电装置供 电。

本变电站计算站用容量为 157kVA,选用两台型号为 SC9—125/10 的干式变压器,互为暗备用,装于室内 10kV 开关柜内。 站用变压器参数如表 1.2 所示。

表 1.2 站用变压器技术参数 额定 额定 型号 容量 (kVA) 压 SC9-12 125 5/10 0 .4 高 压 1 0 1.5 40 800 空 损耗 阻 连

电压(kV) 载电流 (W) (%) 低 载 3 空 路 1

抗电压 接组标 短 (%) 号

Y,y 4 n0

第 2 章 电气主接线设计

电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分,也是构成电 力系统的主要环节。 电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站是联系 发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。为满足生产 需要,变电站中安装有各种电气设备,并依照相应的技术要求连接起 来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路,称为电气主接

线。电气主接线是由高压电器通过连接线,按其功能要求组成接受和 分配电能的电路,成为传输强电流、高电压的网络,故又称为一次接 线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列, 详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线 接线图,称为主接线电路图。 第 2.1 节 主接线的设计原则和要求 主接线代表了变电站电气部分主体结构,是电力系统接线的主要 组成部分,是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和 断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式, 从而完成变 电、输配电的任务。它的设计,直接关系着全所电气设备的选择、配 电装置的布置、 继电保护和自动装置的确定, 关系着电力系统的安全、 稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和 用电是在同一时刻完成的,所以主接线设计的好坏,也影响到工农业 生产和人民生活。因此,主接线的正确、合理设计,必须综合处理各 个方面的因素,经过技术、经济论证比较后方可确定。

2.1.1 电气主接线的设计原则 电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据,以国家经济 建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳,结合工程实际情况,在 保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下,兼顾运行、

维护方便,尽可能地节省投资,就近取材,力争设备元件和设计的先 进性与可靠性,坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。它与电力 系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的 要求等密切相关,并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等 都有较大影响。因此,主接线设计,必须结合电力系统和发电厂或变 电站的具体情况, 全面分析有关影响因素, 正确处理它们之间的关系, 合理地选择主接线方案。 在工程设计中,经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必 不可少的。设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和 发展的余地。 (1)接线方式:对于变电站的电气接线,当能满足运行要求时, 其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线, 如线路—变 压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时,也可采用线路分支 接线。在 110kV~220kV 配电装置中,当出线为 2 回时,一般采用桥 形接线;当出线不超过 4 回时,一般采用分段单母线接线。在枢纽变 电站中,当 110~220kV 出线在 4 回及以上时,一般采用双母接线。 在大容量变电站中,为了限制 6~10kV 出线上的短路电流,一般 可采用下列措施: ①变压器分列运行; ②在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器;

③采用低压侧为分裂绕组的变压器。 ④出线上装设电抗器。 (2)断路器的设置 根据电气接线方式,每回线路均应设有相应数量的断路器,用以 完成切、合电路任务。 (3)为正确选择接线和设备,必须进行逐年各级电压最大最小有 功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时,可采用下列数据: ①最小负荷为最大负荷的 60~70%,如主要是农业负荷时则宜取 20~30%; ②负荷同时率取 0.85~0.9,当馈线在三回以下且其中有特大负 荷时,可取 0.95~1; ③功率因数一般取 0.8; ④线损平均取 5%。

2.1.2 设计主接线的基本要求 对电气主接线的基本要求,概括的说应包括可靠性、灵活性和经 济性三方面。 (1)可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务,保证供电可靠是电气主接线最 基本的要求。电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对

某些发电厂和变电站来说是可靠的, 而对另外一些发电厂和变电站则 不一定能满足可靠性要求。所以,在分析电气主接线的可靠性时,要 考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、 用户的负荷性质和类别、 设备制造水平及运行经验等诸多因素。 1)发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用。发电厂和变电站 都是电力系统的重要组成部分,其可靠性应与系统相适应。评价可靠 性时,不能脱离变电站在系统中的地位和作用。 2)负荷性质和类别。负荷按其重要性可分为Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷 和Ⅲ类负荷。Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷必须有两路电源供电。 3)设备的制造水平。主接线的可靠性,是由其各组成元件(包括 一次设备和二次设备)的可靠性的综合。电气设备制造水平决定的设 备质量和可靠程度直接影响着主接线的可靠性。因此,主接线设计必 须同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。 4)长期实践运行经验。主接线可靠性与运行管理水平和运行值班 人员的素质等因素有密切关系,衡量可靠性的客观标准是运行实践, 估价一个主接线的可靠性时,应充分考虑长期积累的运行经验。我国 现行设计技术规程中的各项规定, 就是对国内外长期运行实践经验的 总结,设计时均应予以遵循。 通常定性分析和衡量主接线可靠性时,从以下几方面考虑: ①断路器检修时,能否不影响供电。

②线路、断路器或母线故障时,以及母线检修时,停运出线回路 数的多少和停电时间的长短,以及能否保证对Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷的 供电。 ③变电站全部停运的可能性。 (2)灵活性 电气主接线应能适应各种运行状态,并能灵活的进行运行方式的 转换。主接线的灵活性要求有以下几方面 ①调度灵活,操作简便:应能灵活的投入(或切除)某些变压器 或线路,调配电源和负荷,能满足系统在事故、检修及特殊运行方式 下的调度要求。 ②检修安全:应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备, 进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。 ③扩建方便:应能容易的从初期过渡到最终接线,使在扩建过渡 时,在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,投入新装变压器或 线路而不互相干扰,且一次和二次设备等所需的改造最少。 (3)经济性 在设计主接线时,主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通 常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。 经济性主要 从以下几方面考虑:

①投资省:主接线应简单清晰,以节约断路器、隔离开关等一次 设备投资;要使控制、保护方式不过于复杂,以利于运行并节约二次 设备和电缆投资; 要适当限制短路电流, 以选择价格合理的电器设备; 在终端或分支变电站中, 应推广采用直降式 (110/6~10kV) 变压器, 以质量可靠的简易电器代替高压断路器。 ②占地面积小:电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件, 以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许 可的地方,都应采用三相变压器。 ③电能损耗少:在变电站中,正常运行时,电能损耗主要来自变 压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数,尽量避免两 次变压而增加电能损耗。 第 2.2 节 主接线的设计步骤 电气主接线的具体设计步骤如下: (1)分析原始资料 ①本工程情况 包括变电站类型,设计规划容量(近期,远景),主变台数及容 量,最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。 ②电力系统情况

包括电力系统近期及远景发展规划(5~10 年),变电站在电力 系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用,本期工程和远景与电 力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。 主变压器中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级、单 相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关,直接影响电网的绝 缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对通 信线路的干扰等。我国一般对 35kV 及以下电压电力系统采用中性点 非直接接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地),又称小电流接 地系统;对 110kV 及以上高压系统,皆采用中性点直接接地系统,又 称大电流接地系统。 ③负荷情况 包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输 送容量等。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据,电力负荷 预测工作是电力规划工作的重要组成部分,也是电力规划的基础。对 电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测,还应有中长期负荷预测,对 电力负荷预测的准确性, 直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计 成果的质量,一个优良的设计,应能经受当前及较长远时间(5~10 年)的检验。 ④环境条件 包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔 高度及地震等因素, 对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均

有影响。特别是我国土地辽阔,各地气象、地理条件相差甚大,应予 以重视。 ⑤设备制造情况 这往往是设计能否成立的重要前提,为使所设计的主接线具有可 行性,必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等 资料汇集并分析比较,保证设计的先进性、经济性和可行性。 (2)主接线方案的拟定与选择 根据设计任务书的要求,在原始资料分析的基础上,根据对电源 和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的 考虑,可拟定出若干个主接线方案(本期和远期)。依据对主接线的 基本要求, 从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案, 最终保留 2~ 3 个技术上相当,又都能满足任务书要求的方案,再进行经济比较, 结合最新技术,最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。 (3)短路电流计算和主要电气设备选择 对选定的电气主接线进行短路电流计算,并选择合理的电气设备。 (4)绘制电气主接线图 对最终确定的主接线,按工程要求,绘制工程图。 (5)编制工程概算 对于工程设计,无论哪个设计阶段(可行性研究、初步设计、技 术设计、施工设计),概算都是必不可少的组成部分。它不仅反映工

程设计的经济性与可靠性的关系, 而且为合理地确定和有效控制工程 造价创造条件,为工程付诸实施,为投资包干、招标承包、正确处理 有关各方面的经济利益关系提供基础。 第 2.3 节 主接线的基本接线形式 主接线的基本形式,就是主要电气设备常用的几种连接方式,它 以电源和出线为主体。 由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源 数不同,且每回馈线所传输的容量也不一样,因而为便于电能的汇集 和分配, 在进出线较多时 (一般超过 4 回) , 采用母线作为中间环节, 可使接线简单清晰,运行方便,有利于安装和扩建。而与有母线的接 线相比,无汇流母线的接线使用电气设备较少,配电装置占地面积较 小,通常用于进出线回路少,不再扩建和发展的发电厂或变电站。 有汇流母线的接线形式可概况的分为单母线接线和双母线接线 两大类;无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接 线。 第 2.4 节 本变电站电气主接线设计 2.4.1 110kV 电压侧接线 《35~110kV 变电所设计规范》规定,35~110kV 线路为两回及 以下时,宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时, 宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35~63kV 线路为 8 回及以上时,亦可采用双母线接线。110kV 线路为 6 回其以上时,宜 采用双母线接线。

在采用单母线、分段单母线或双母线的 35~110kV 主接线中,当 不允许停电检修断路器时,可设置旁路设施。 本变电站 110kV 线路本期有 2 回,最终 5 回。因本变电站属重要 的枢纽变电站,本期采用单母线分段接线方案,如图 2.1 所示。远期 5 回线路,采用双母线接线,在本期建设时,留出扩建余地。

图 2.1 110kV 电压侧接线方案 设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的 影响。装设 SF6 断路器时,因断路器检修周期可长达 5~10 年甚至 20 年,可以不设旁路设施。本变电站 110kV 侧采用 SF6 断路器,不 设旁路母线。

2.4.2 35kV 电压侧接线 《35~110kV 变电所设计规范》规定,35~110kV 线路为两回及 以下时,宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时, 宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35~63kV 线路为 8 回及以上时,亦可采用双母线接线。110kV 线路为 6 回其以上时,宜 采用双母线接线。 在采用单母线、分段单母线或双母线的 35~110kV 主接线中,当 不允许停电检修断路器时,可设置旁路设施。

本变电站 35kV 线路本期有 5 回,远期 8 回采用单母线分段接线 方案,如图 2.2 所示。

图 2.2 35kV 电压侧接线方案

2.4.3 10kV 电压侧接线 《35~110kV 变电所设计规范》规定,当变电所装有两台主变压 器时,6~10kV 侧宜采用分段单母线。线路为 12 回及以上时,亦可 采用双母线。当不允许停电检修断路器时,可设置旁路设施。 本变电站 10kV 侧线路为 4 回,备用两回,采用手车式高压开关 柜单母线分段接线方案,如图 2.3 所示。

图 2.3 10kV 电压侧接线方案 综上所述,本变电站主接线如图 2.4 所示。 图 2.4 电气主接线简图

变电站低压侧未采用限流措施,待计算短路电流之后,再采用相 应的限流措施。 最简单的限制短路电流的方法是使变压器低压侧分列 运行。变压器低压侧分列运行,限流效果显著,是目前广泛采用的限 流措施。在变压器回路中装设电抗器或分裂电抗器用的很少,母线电

抗器体积大、价格高且限流效果较小,出线上装电抗器,投资最贵, 且需造两层配电装置室,在变电站中应尽量少用。 2.4.4 站用变压器低压侧接线 站用电系统采用 380/220V 中性点直接接地的三相四线制,动力 与照明合用一个电源, 站用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方 式,平时分裂运行,以限制故障范围,提高供电可靠性。380V 站用 电母线可采用低压断路器(即自动空气开关)或闸刀进行分段,并以 低压成套配电装置供电。站用变压器低压侧接线如图 2.5 所示。 图 2.5 站用变压器低压侧接线

第 3 章 短路电流计算 第 3.1 节 短路电流计算的目的 在发电厂和变电站的电气设计中,短路电流计算是其中的一个重 要环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面: (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。例如:计算某一时刻的短路电流有效值,用以校验开 关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值; 计算短路后较长时间短路

电流有效值,用以校验设备的热稳定;计算短路电流冲击值,用以校 验设备动稳定。 (3)在设计屋外高压配电装置时,需按短路条件校验软导线的相 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)接地装置的设计,也需用短路电流。 第 3.2 节 短路电流计算的一般规定 验算导体和电器时所用的短路电流,一般有以下规定: (1)计算的基本情况 ①电力系统中所有电源都在额定负荷下运行; ②同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁); ③短路发生在短路电流为最大值的瞬间; ④所有电源的电动势相位角相同; ⑤正常工作时,三相系统对称运行; ⑥应考虑对短路电流值有影响的所有元件,但不考虑短路点的电 弧电阻。对异步电动机的作用,仅在确定短路电流冲击值和最大全电 流有效值时才予以考虑。 (2)接线方式

计算短路电流时所用的接线方式,应是可能发生最大短路电流的 正常接线方式(即最大运行方式),而不能用仅在切换过程中可能并 列运行的接线方式。 (3)计算容量 应按本工程设计规划容量计算,并考虑电力系统的远景发展规划 (一般考虑本工程建成后 5~10 年)。 (4)短路种类 一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路,或中性点直接 接地系统以及自耦变压器等回路中的单相(或两相)接地短路较三相 短路情况严重时,则应按严重情况进行校验。 (5)短路计算点 在正常接线方式时,通过电器设备的短路电流为最大的地点,称 为短路计算点。 对于带电抗器的 6~10kV 出线与厂用分支回路,在选择母线至母 线隔离开关之间的引线、套管时,短路计算点应该取在电抗器前。选 择其余的导体和电器时,短路计算点一般取在电抗器后。 第 3.3 节 短路电流计算的步骤 在工程设计中,短路电流的计算通常采用实用计算曲线法。其具 体计算步骤如下: (1)绘制等值网络。

①选取基准功率 和基准电压 ; ②发电机电抗用 ,略去网络各元件的电阻、输电线路的电容和 变压器的励磁支路; ③无限大功率电源的内电抗等于零; ④略去负荷。 (2)进行网络变换。 按网络变换的原则,将网络中的电源合并成若干组,例如,共有 组,每组用一个等值发电机代表。无限大功率电源(如果有的话)另 成一组。求出各等值发电机对短路点的转移电抗 以及无限大功率电 源对短路点的转移电抗 。 (3)将前面求出的转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归 算,便得到各等值发电机对短路点的计算电抗。 式中, 为第 台等值发电机的额定容量,即由它所代表的那部分 发电机的额定容量之和。 (4)由 , ,?, 分别根据适当的计算曲线找出指定时刻 各等 值发电机提供的短路周期电流标幺值 , ,?, 。 (5)网络中无限大功率电源供给的短路电流周期是不衰减的,并 由下式确定 (6)计算短路电流周期分量的有名值。 第 台等值发电机提供的短路电流为

无限大功率电源提供的短路电流为 短路点周期电流的有名值为 式中, 应取短路处电压级的平均额定电压; 为归算到短路处电 压级的第 台等值发电机的额定电流; 为对应于所选基准功率 在短 路处电压级的基准电流。 (7)计算短路容量和短路电流冲击值。 (8)绘制短路电流计算结果表。

第 3.4 节 本站短路电流计算 本变电站短路电流计算过程如下: 在最大运行方式下,系统折算到 110kV 母线的电抗为 , 。 在最小运行方式下,系统折算到 110kV 母线的电抗为 , 。 在最大运行方式下对三相短路的情况进行计算。 (1)画出计算电路图,如图 3.1(a)所示。

图 3.1 计算电路图及其等值网络

图 3.2 等值网络的化简

(2)制订等值网络如图 3.1(b)所示,进行参数计算。 选取 , ,计算各元件的标幺值。 系统折算到 110kV 母线的电抗为 变压器 、 将计算结果注于图 3.1(b)中。 (3)计算各短路点的短路电流 当短路发生在 点时, ①计算系统对短路点的转移电抗,如图 3.2(a)所示。 对 的转移电抗为 ②查计算曲线数字表,求出短路周期电流的标幺值。 系统 提供的短路电流直接用转移电抗公式 计算。所得结果填入 表 3.1。 ③计算短路电流的有名值,将所得结果填入表 3.1。 ④计算短路电流冲击值,将所得结果填入表 3.1。 ⑤计算短路全电流最大有效值,将所得结果填入表 3.1。 ⑥计算短路容量,将所得结果填入表 3.1。

当短路发生在 点时, ①计算系统对短路点的转移电抗,如图 3.2(b)所示。 对 的转移电抗为 ②查计算曲线数字表,求出短路周期电流的标幺值。 系统 提供的短路电流直接用转移电抗公式 计算。所得结果填入 表 3.1。 ③计算短路电流的有名值,将所得结果填入表 3.1。 ④计算短路电流冲击值,将所得结果填入表 3.1。 ⑤计算短路全电流最大有效值,将所得结果填入表 3.1。 ⑥计算短路容量,将所得结果填入表 3.1。

当短路发生在 点时, ①计算各电源对短路点的转移电抗,如图 3.2(c)所示。 对 的转移电抗为 ②查计算曲线数字表,求出短路周期电流的标幺值。 系统 提供的短路电流直接用转移电抗公式 计算。所得结果填入 表 3.1。 ③计算短路电流的有名值,将所得结果填入表 3.1。

④计算短路电流冲击值,将所得结果填入表 3.1。 ⑤计算短路全电流最大有效值,将所得结果填入表 3.1。 ⑥计算短路容量,将所得结果填入表 3.1。

表 3.1 最大运行方式下三相短路电流计算结果表 短 短 0s 2s 4s 短 短 短路

路点编 路类型 短路电 短路电 短路电 路电流 路全电 容量 号 流周期 流有名 流有名 冲击值 流最大 分量有 值 名值 三 相短路 7 三 相短路 8 三 相短路 01 15. 01 5.8 8 15. 01 3.6 7 5.8 8 15. 28 3.6 7 5.8 99 38. 82 3.6 6 14. 3 22. 97 9.3 8 8.9 45 259. 5.5 2 356. 699. 值 有效值

在最小运行方式下对三相短路的情况进行计算。 (1)画出计算电路图,如图 3.3(a)所示。

图 3.3 计算电路图及其等值网络

图 3.4 等值网络的化简

(2)制订等值网络如图 3.3(b)所示,进行参数计算。 选取 , ,计算各元件的标幺值。 系统折算到 110kV 母线的电抗为 变压器 、 将计算结果注于图 3.3(b)中。 (3)计算各短路点的短路电流 当短路发生在 点时, ①计算系统对短路点的转移电抗,如图 3.4(a)所示。 对 的转移电抗为 ②查计算曲线数字表,求出短路周期电流的标幺值。 系统 提供的短路电流直接用转移电抗公式 计算。所得结果填入 表 3.2。 ③计算短路电流的有名值,将所得结果填入表 3.2。 ④计算短路电流冲击值,将所得结果填入表 3.2。

⑤计算短路全电流最大有效值,将所得结果填入表 3.2。 ⑥计算短路容量,将所得结果填入表 3.2。

当短路发生在 点时, ①计算系统对短路点的转移电抗,如图 3.4(b)所示。 对 的转移电抗为 ②查计算曲线数字表,求出短路周期电流的标幺值。 系统 提供的短路电流直接用转移电抗公式 计算。所得结果填入 表 3.2。 ③计算短路电流的有名值,将所得结果填入表 3.2。 ④计算短路电流冲击值,将所得结果填入表 3.2。 ⑤计算短路全电流最大有效值,将所得结果填入表 3.2。 ⑥计算短路容量,将所得结果填入表 3.2。

当短路发生在 点时, ①计算各电源对短路点的转移电抗,如图 3.4(c)所示。 对 的转移电抗为 ②查计算曲线数字表,求出短路周期电流的标幺值。

系统 提供的短路电流直接用转移电抗公式 计算。所得结果填入 表 3.2。 ③计算短路电流的有名值,将所得结果填入表 3.2。 ④计算短路电流冲击值,将所得结果填入表 3.2。 ⑤计算短路全电流最大有效值,将所得结果填入表 3.2。 ⑥计算短路容量,将所得结果填入表 3.2。 表 3.2 最小运行方式三相短路电流计算结果表 短 短 0s 2s 4s 短 短 短路

路点编 路类型 短路电 短路电 短路电 路电流 路全电 容量 号 流周期 流有名 流有名 冲击值 流最大 分量有 值 名值 三 相短路 8 三 相短路 8 三 相短路 18 14. 18 5.4 8 14. 18 3.1 8 5.4 8 14. 16 3.1 8 5.4 97 36. 55 3.1 16 13. 3 21. 13 8.1 3 8.3 16 270. 4.8 43 351. 666. 值 有效值

在最小运行方式下对不对称短路的情况进行计算。

不对称短路时短路点电流的一般计算公式如下: 单相接地短路时 两相短路时 两相接地短路时 比较以上三种 的计算公式,短路电流正序分量的通式为 式中 ——短路瞬间电压; ——正序总阻抗; ——附加阻抗。 正序等效定则:在简单不对称短路的情况下,短路点电流的正序 分量与在短路点后每一相加入附加阻抗 ,而发生三相短路的电流相 等,这个概念称为正序等效定则。 此外,从短路点故障电流的算式,可以看到故障相短路点短路电 流的绝对值与它的正序分量的绝对值成正比,即 式中 ——比例系数,其值视短路种类而异。

运用正序等效定则,计算不对称短路的步骤如下: (1)电力系统元件各序参数的计算; (2)计算正常运行情况,求取各电源的次暂态电动势“E”或短路 点短路前相间正常工作电压 (或称短路点的开路电压)。但如果采用 近似计算,这一步可以省略,而直接取 的标幺值为 1;

(3)制定不对称短路时的正、负、零序等值网络,从而求出 、 、 及附加阻抗 ; (4)将 串联在正序网络的短路点之后,用公式 以计算三相短路的方法,计算三相短路时的电流,这电流就 是不对称短路时短路点的正序电流 ; (5)根据各序电流间的关系,求取负序、零序电流及各序电压; (6)将短路点各序电流、电压变换为短路点的不对称三相电流、 电压。 本设计不对称短路电流计算如下: (1)制定各序序网图,如图 3.5 所示。

图 3.5 各序序网图

(2)进行参数计算。 选取 , ,计算各元件的标幺值。 系统折算到 110kV 母线的电抗为 , 变压器 、 高压绕组 中压绕组 低压绕组

将计算结果注于图 3.5 中。 (3)利用正序等效定则方法计算各短路点的短路电流 当短路发生在 点时, 单相接地短路: 计算 查表可知, 计算 查表可知, 计算有名值,将所得结果填入表 3.3。

两相接地短路 计算 查表可知, 计算 查表可知, 计算有名值,将所得结果填入表 3.3。

两相短路 计算

查表可知, 计算 查表可知, 计算有名值,将所得结果填入表 3.3。

当短路发生在 点时, 单相接地短路: 计算 查表可知, 计算 查表可知, 计算有名值,将所得结果填入表 3.3。

两相接地短路 计算 查表可知, 计算 查表可知, 计算有名值,将所得结果填入表 3.3。

两相短路 计算 查表可知, 计算 查表可知, 计算有名值,将所得结果填入表 3.3。 当短路发生在 点时, 单相接地短路: 计算 查表可知, 计算 查表可知, 计算有名值,将所得结果填入表 3.3。

两相接地短路 计算 查表可知, 计算

查表可知, 计算有名值,将所得结果填入表 3.3。

两相短路 计算 查表可知, 计算 查表可知, 计算有名值,将所得结果填入表 3.3。 表 3.3 最小运行方式不对称短路电流计算结果表 短 路点 短 路类型 路 2.98 6.08 16.54 单相接地短 路 1.05 5.87 14.91 2.29 5.87 12.29 两相接地短 两相短路

第 4 章 导体及高压电气设备选择 第 4.1 节 电器选择的一般条件

电器选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的选 择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。 在进行电器选择时,应根据工程实际情况,在保证安全、可靠的前提 下,积极而稳妥地采用新技术,并注意节省投资,选择合适的电器。 尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样,具体选择 方法也不完全相同,但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠 的工作,必须按正常工作条件进行选择,并按短路状态来校验热稳定 和动稳定。 (1)按正常工作条件选择电器 ①额定电压和最高工作电压 在选择电器时,一般可按照电器的额定电压 不低于装置地点电 网额定电压 的条件选择,即 ②额定电流 电器的额定电流 是指在额定周围环境温度 下,电器的长期允许 电流。 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 , 即 ③按当地环境条件校核 在选择电器时,还应考虑电器安装地点的环境(尤其是小环境) 条件当气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环 境条件超过一般电器使用条件是,应采取措施。

(2)按短路情况校验 ①短路热稳定校验 短路电流通过电器时,电器各部件温度应不超过允许值。满足热 稳定的条件为 式中 ——短路电流产生的热效应; 、 ——电器允许通过的热稳定电流和时间。 ②电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力,亦称动稳定。 满足动稳定的条件为 或 式中 、 ——短路冲击电流幅值及其有效值; 、 ——电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定: 1)熔断器保护的电器,其热稳定由熔断时间保证,故可不验算热 稳定。 2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备,可不校验动稳定。 3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。 ③短路电流计算的条件

为使电器具有足够的可靠性、经济性和合理性,并在一定时期内 适应电力系统发展的需要,作验算用的短路电流应按下列条件确定: 1)容量和接线 按本工程设计最终容量计算,并考虑电力系统远 景发展规划(一般为本工程建成后 5~10 年);其接线应采用可能发 生最大短路电流的正常接线方式, 但不考虑在切换过程中可能短时并 列的接线方式。 2)短路种类 一般按三相短路验算,若其它种类短路较三相短路 严重时,则应按最严重的情况验算。 3)计算短路点 选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路 计算点。 ④短路计算时间 校验电器的热稳定和开断能力时,还必须合理的确定短路计算时 间。 验算热稳定的计算时间 为继电保护动作时间 和相应断路器的全 开断时间 之和,即 而 式中 ——断路器全开断时间; ——后备保护动作时间; ——断路器固有分闸时间; ——断路器开断时电弧持续时间。

开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流,故电器的开断计 算时间 应为主保护时间 和断路器固有分闸时间之和,即 第 4.2 节 高压断路器的选择 高压断路器的主要功能是:正常运行时,用它来倒换运行方式, 把设备或线路接入电路或退出运行,起着控制作用;当设备或线路发 生故障时,能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行,能起保 护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点 是能断开电路中负荷电流和短路电流。 本变电站高压断路器选择如下: (1)110kV 线路侧及变压器侧: 选择 LW11-110 型 SF6 户外断路器。 计算数据 UNs Imax I" ish Qk s) ish 9.316(kA) ies 110(kV) 204.2(A) 3.281(kA) 9.316(kA) 43.06(kA2· LW11-110 UN IN INbr iNcl I2t·t ) 80(kA) 110(kV) 1600(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(kA2·s

(2) 35kV 线路侧:选择中置式开关柜 KYN34—40.5(Z)。 计算数据 UNs Imax I" ish Qk 35(kV) 285.3(A) 17.183(kA) 53.966(kA) 3400.96(kA2 ·s) ish 53.966(kA) ies KYN34—40.5(Z) UN IN INbr iNcl I2t·t ) 80(kA) 40.5(kV) 1250(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(kA2·s

(3) 35kV 住变压器侧:选择中置式开关柜 KYN34—40.5(Z)。 计算数据 UNs Imax I" ish Qk 35(kV) 285.3(A) 17.183(kA) 53.966(kA) 3400.96(kA2 ·s) ish 53.966(kA) ies KYN34—40.5(Z) UN IN INbr iNcl I2t·t ) 80(kA) 40.5(kV) 1250(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(kA2·s

(4) 10kV 线路侧:选择 KYN28A-12(Z)/1250-12 型高压开关柜。

计算数据 UNs Imax I" ish Qk 10(kV) 285.3(A) 17.183(kA) 53.966(kA) 3400.96(kA2 ·s) ish 53.966(kA)

KYN28A-12(Z)/1250-12 UN IN INbr iNcl I2t·t ) ies 80(kA) 12(kV) 1250(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(kA2·s

(5)10kV 变压器侧:选择 KYN28A-12(Z)/2000-12 型高压开关柜。 计算数据 UNs Imax I" ish Qk 10(kV) 2246.6(A) 17.183(kA) 53.966(kA) 3400.96(kA2 ·s) ish 53.966(kA) ies KYN28A-12(Z)/2000-12 UN IN INbr iNcl I2t·t ) 80(kA) 12(kV) 2500(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(kA2·s

第 4.3 节 隔离开关的选择 隔离开关也是变电站中常用的电器,它需与断路器配套使用。但 隔离开关无灭弧装置,不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。 4.3.1 隔离开关的主要用途: (1)隔离电压 在检修电气设备时,用隔离开关将被检修的设备 与电源电压隔离,以确保检修的安全。 (2)倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时, 常用隔离开关配合断路器,协同操作来完成。 (3)分、合小电流 因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和 电容电流的能力,故一般可用来进行以下操作: ①分、合避雷器、电压互感器和空载母线; ②分、合励磁电流不超过 2A 的空载变压器; ③关合电容电流不超过 5A 的空载线路。 4.3.2 本变电站隔离开关的选择 (1)110kV:选择 GW5-110Ⅲ/1000-80 计算数据 UNs Imax 110(kV) 204.2(A) GW5-110Ⅲ/1000-80 UN IN 110(kV) 1000(A)

Qk s) ish

43.06(kA2·

I2t·t )

2311(kA2·s

9.316(kA)

ies

80(kA)

第 4.4 节 电流互感器的选择 互感器(包括电流互感器 TA 和电压互感器 TV)是一次系统和二 次系统间的联络元件,用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电 压线圈供电,正确反映电气设备的正常运行和故障情况。 互感器的作用是:将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标 准的低电压(100V)和小电流(5A 或 1A),使测量仪表和保护装置标准 化、小型化,并使其结构小巧、价格便宜和便于屏内安装。使二次设 备与高压部分隔离,且互感器二次侧均接地,从而保证了设备和人身 的安全。 本变电站电流互感器选择: 110kV 线路侧及变压器侧选用 LCWB6-110 型瓷绝缘户外电流互感 器,校验合格。 35kV 线路侧及变压器侧选用 LZZBJ—35 型电流互感器, 校验合格。 10kV 线路侧及变压器侧选用 LZZBJ9-10 型电流互感器, 校验合格。 第 4.5 节 电压互感器的选择 110kV 出线选用 TYD110/ 型成套电容式电压互感器,校验合格。

110kV 母线选用 TYD110/ 型成套电容式电压互感器,校验合格。 35kV 母线选用 JDZX9—35 型电压互感器,校验合格。 10kV 母线选用 JDZXR-10F 型三相环氧浇注绝缘电压互感器, 校验 合格。 第 4.6 节 高压熔断器的选择 熔断器是最简单的保护电器,它用来保护电气设备免受过载和短 路电流的损害。 35kV 母线电压互感器选用 RN10—35/0.5A 型户内限流式高压熔断 器保护,校验合格。 10kV 母线电压互感器选用 XRNP-10/0.5 型户内限流式高压熔断器 保护,校验合格。

第 4.7 节 裸导体的选择 裸导体一般按下列各项选择和校验:①导体材料、类型和敷设方 式;②导体截面;③电晕;④热稳定;⑤动稳定;⑥共振频率。 (1)导体材料、类型和敷设方式 常用导体材料有铜、铝和铝合金。一般采用铝或铝合金材料作为 导体材料。 常用的硬导体截面有矩形、槽形和管形。矩形导体一般只用于 35kV 及以下,电流在 4000A 及以下的 配电装置中。槽形导体一般用

于 4000~8000A 的配电装置中。 管形导体可用于 8000A 以上的大电流 母线。此外,圆管表面光滑,电晕放电电压高,可用在 110kV 及以上 的配电装置中。 常用的软导线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线, 后者多用与 330kV 及以上配电装置。 矩形导体一般三相水平布置或垂直布置,导体平放或竖放。导体 的布置方式应根据载流量的大小、 短路电流水平和配电装置的具体情 况而定。 (2)导体截面选择 导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对于年负 荷利用小时数大(通常指 ),传输容量大,长度在 20m 以上的导体, 如发电机、变压器的连接导体,其截面一般按经济电流密度选择。而 配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下,传输容量不大,可按长 期允许电流来选择。 1)按导体长期发热允许电流选择。 按下式 式中, ——导体所在回路中最大持续工作电流; ——在额定环境温度 =+25℃时导体允许电流; ——与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数。 2)按经济电流密度选择

按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。对应不同种 类的导体和不同的最大负荷利用小时数 ,将有一个年计算费用最低 的电流密度,称为经济电流密度 。导体的经济截面 式中, ——正常工作时的最大持续工作电流。 应尽量选择接近计算结果的标准截面,当无合适规格的导体时, 为节约投资,允许选择小于经济截面的导体。按经济电流密度选择的 导体截面的允许电流还必须满足按长期发热选择条件的要求。 (3)电晕电压校验 电晕放电将引起电晕损耗、无线电干扰、噪声和金属腐蚀等许多 不利影响。对于 110kV 及以上裸导体,可按晴天不发生全面电晕条件 校验,即裸导体的临界电压 应大于最高工作电压 ,即 当所选软导线型号和管形导体外径大于、等于下列数值时,可不 进行电晕校验:110kV,LGJ-70/φ 20;220kV,LGJ-300/φ 30。 (4)热稳定校验 在校验导体热稳定时,应满足条件 式中, ——母线的热稳定系统; ——短路电流的热效应; ——满足热稳定的最小截面。 (5)硬母线的动稳定校验

各种形状的硬导体通常都安装在支柱绝缘子上,短路冲击电流产 生的电动力将使导体发生弯曲,因此,导体应按弯曲情况进行应力计 算。 1)单条矩形导体构成的母线应力计算 导体最大相间计算应力 (Pa) 式中, ——导体对垂直作用于力方向轴的截面系数; ——导体所受的最大弯矩(N·m); ——导体支柱绝缘子间的跨距(m)。 ——单位长度导体上所受相间电动力(N/m)。 按上式求出的导体应力不应超过导体材料允许应力 ,即 为了便于计算和施工,设计中常根据材料最大允许应力里确定绝 缘子间最大允许跨距 ,即为满足动稳定要求的最大跨距。

(m) 式中, ——导体对垂直作用于力方向轴的截面系数; ——导体材料允许应力(Pa); ——单位长度导体上所受相间电动力(N/m)。

考虑到绝缘子支座及引下线安装方便,三相水平布置的汇流母线 常取绝缘子跨距等于配电装置间隔宽度。 2)多条矩形导体构成的母线应力计算 当同相母线由多条矩形导体组成时,母线中最大机械应力由相间 应力 和同相条间应力 叠加而成,即 当同相为 2 条时,条间作用力 (N/m) 当同相为 3 条时,条间作用力 (N/m) 由于同相条间距离很近,条间作用力大,为了减少 ,条间通常 设有衬垫(螺栓)。 为了防止同相各条矩形导体在条间作用力下产生弯 曲而互相接触,衬垫间允许的最大跨距——临界跨距 可由下式决定 (m) 式中, 、 ——矩形导体的宽和高(m); ——系数。 所选衬垫跨距应满足 。但过多增加衬垫的数量会使导体散热条 件变坏,根据经验一般每隔 30~50cm 设一衬垫。 条间作用应力 (Pa)

若多条组成母线的最大应力 ,则母线满足动稳定要求。 为了简化计算,也可根据条间允许应力 (其值为 )来决定最大允 许衬垫跨距 (m) 若所取的 ,则导体满足动稳定要求。 因软母线(钢芯铝绞线)机械强度决定于支撑悬挂的绝缘子,所以 不必校验其机械强度(动稳定)。 (6)导体共振校验 对于重要回路(如发电机、变压器及汇流母线等)的导体应进行共 振校验。导体一阶固有频率为 (Hz) 式中, ——跨距(m); ——频率系数。 当 f1 无法限制在共振频率之外时,导体受力必须乘以动应力系 数。 上式还可以写成 (m) 当已知导体材料、形状、布置方式和应避开自振频率(一般可取

f1=160Hz)时,可由上式计算导体不发生共振的最大绝缘子跨距 ,当
所取绝缘子跨距 ,即满足不共振的要求。

本设计 110kV 导体选择 LGJ-185/30 型纲芯铝绞线,校验合格, 35kV 母线选择单条 40×5mm 矩形铝导体,与高压开关柜配套。10kV 导体选择 2 条 125mm×8mm 矩形铜导体,校验合格。 第 4.8 节 电气设备选择及校验计算 断路器: (1)110kV 线路侧及变压器侧选用 LW11-110 型户外 SF6 断路器。 额定电压: ,合格; 额定电流: ,合格; 额定开断电流: ,合格; 短路关合电流: ,合格; 动稳定校验: ,合格; 热稳定校验: ,合格。

(2)35kV 选用 ZN—35 型户内真空断路器。 额定电压: ,合格; 额定电流: ,合格; 额定开断电流: ,合格;

短路关合电流: ,合格; 动稳定校验: ,合格; 热稳定校验: ,合格。

(3)10kV 线路侧选用 KYN28A-12(Z)高压开关柜, 柜内装设 ZN63-12 断路器。 额定电压: ,合格; 额定电流: ,合格; 额定开断电流: ,合格; 短路关合电流: ,合格; 动稳定校验: ,合格; 热稳定校验: ,合格。

(4)10kV 变压器侧选用 KYN28A-12(Z)型高压开关柜,柜内装设 ZN63-12 断路器。 额定电压: ,合格; 额定电流: ,合格;

额定开断电流: ,合格; 短路关合电流: ,合格; 动稳定校验: ,合格; 热稳定校验: ,合格。

隔离开关 (1)110kV 隔离开关选用 GW5-110Ⅲ/1000-80 型隔离开关。 额定电压: ,合格; 额定电流: ,合格; 动稳定校验: ,合格; 热稳定校验: ,合格。

电流互感器 (1)110kV 电流互感器:选用 LCWB6-110 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流: ,合格; ,合格; 热稳定校验:

,合格; 内部动稳定校验: ,合格。

(2)35kV 电流互感器:选用 LZZBJ—35 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流: ,合格; ,合格; 热稳定校验: ,合格; 内部动稳定校验: ,合格。

(3)10kV 电流互感器:选用 LZZBJ9-10 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流: ,合格; ,合格; ,合格; 热稳定校验: ,合格; 内部动稳定校验:

,合格。 ,合格。

电压互感器 《3~110kV 高压配电装置设计规范》规定,用熔断器保护的电压 互感器可不验算动稳定和热稳定。 (1)110kV 电压互感器: 出线及母线电压互感器选用 TYD-110 成套 电容式电压互感器。 一次回路电压: ,合格; 二次回路电压:110/ V,合格。 (2)35kV 电压互感器:母线电压互感器选用 JDZX8—35 型电压互 感器。 一次回路电压: ,合格; 二次回路电压:110/ V,合格。 (3) 10kV 电压互感器:母线电压互感器选用 JSZK1-10F 三相相环 氧浇注绝缘电压互感器。 一次回路电压: ,合格; 二次回路电压:110V,合格。

高压熔断器 对于保护电压互感器用的高压熔断器,只需按额定电压及断流容 量两项来选择。 (1) 35kV 高压熔断器,选用 RN2—35/0.5A 型户内限流式高压熔 断器, 额定电压: ,合格; 断流容量: ,合格。 (2) 10kV 高压熔断器,选用 XRNP-10/0.5 型户内限流式高压熔断 器, 额定电压: ,合格; 断流容量: ,合格。

裸导体 (1)110kV 主变压器进线导体的选择及校验 1) 主变压器进线按按经济电流密度选择截面。 查《电力工程电气设计手册 1》 表 8-30 得,当 时,钢芯铝绞线 的 ,导体截面 (mm2)

查《电力工程电气设计手册 1》 附表 8-4,由于没有正好合适的 标准截面,故选用截面稍小的 LGJ-185/30 型纲芯铝绞线,长期允许 载流量 551A, =185 mm2,考虑环境温度的修正,查《电力工程电气 设计手册 1》 表 8-6 得 0.95 (A)>204.2(A) 2)电晕电压校验 因所选软导线型号大于 LGJ-70,可不进行电晕校验。 3)热稳定校验 正常运行时导体温度 37.6℃ 查《电力工程电气设计手册 1》 表 8-9 可知 95,满足短路时发 热的最小导体截面为 69.07(mm2)<185(mm2) 满足热稳定要求。

4)动稳定校验 软导体不必进行动稳定校验。 110kV 母线及母线分段导体也选择 LGJ-185/30 型纲芯铝绞线。

(2)35kV 导体的选择及校验 1) 主变压器进线按按经济电流密度选择截面。 查《电力工程电气设计手册 1》 图 8-1 得,当 时,铝矩形硬导 体的 ,导体截面 (mm2) 查《电力工程电气设计手册 1》 表 8-2,由于没有正好合适的标 准截面,故选用截面为 40mm×5mm 的矩形铝导体,竖放长期允许载 流量 503A, =200 mm2,考虑环境温度的修正,查《电力工程电气设 计手册 1》 表 8-6 得 1.0 (A)>128.3(A) 2)热稳定校验 正常运行时导体温度 33℃ 查《电力工程电气设计手册 1》 表 8-9 可知 95,满足短路时发 热的最小导体截面为 175.66(mm2)<200(mm2) 满足热稳定要求。

3)动稳定校验

导体自振频率 (Hz)=21(Hz)<35(Hz) 故 β =1,对该母线可不计共振影响。 取跨度 l=120cm,相间距离 a=65cm,振动系数 β =1,水平平行放 置的母线中产生的最大机械应力为 =4145 铝母线允许应力为 ,满足动稳定要求。

(3)10kV 母线的选择及校验 1)按长期发热允许电流选择截面 查《电力工程电气设计手册 1》 表 8-2,选用 2 条 125mm×8mm 矩形铜导体, 竖放允许电流为 3787A, =2000 mm2, 当环境温度为+30℃ 时,查《电力工程电气设计手册 1》 表 8-6 得温度修正系数 ,则 (A)>3461.1(A) 2)热稳定校验 正常运行时导体温度 77℃ 查《电力工程电气设计手册 1》 表 8-9 可知 85,满足短路时发 热的最小导体截面为

686.14(mm2)<2000(mm2) 满足热稳定要求。 3)动稳定校验 导体自振频率由以下求得 3.375(kg/m) 1.63×10-6(m4) 按汇流母线为两端简支多跨梁,查表得 3.56,则 454.5(Hz)>155(Hz) 故 β =1,对该母线可不计共振影响。 取跨度 l=100cm,相间距离 a=30cm,震动系数 β =1,截面系数 Wx=24cm3,水平平行放置的母线中产生的最大机械应力为 母线允许应力为 ,满足动稳定要求。

10kV 主变压器进线也选择 2 条 125mm×8mm 矩形铜导体。

第 5 章 继电保护及自动装置配置设计 第 5.1 节 计算机监控系统

5.1.1 设计原则 变电站监控系统采用成熟先进的计算机监控系统,按无人值班设 计,设计原则如下: (1)计算机监控系统为分层分布式网络结构,变电站采用具有远 方控制功能的计算机监控系统,不设置远动专用设备,并简化计算机 监控系统后台部分。 (2)计算机监控系统完成对变电站内所有设备的实时监视和控制, 数据统一采集处理,资源共享,不再另外设置其他常规的控制屏以及 模拟屏。 (3)计算机监控系统的电气模拟量采集采用交流采样。 (4)保护动作及装置报警等重要信号采用硬接点方式输入控制单 元。 (5)远动数据传输设备冗余配置,计算机监控主站与远动数据传 输设备信息资源共享,不重复采集。 (6)计算机监控系统具备防误闭锁功能,能完成全站防误操作闭 锁。 (7)全站设一套双时钟源 GPS 对时系统,实现站控层、间隔层几 保护装置的时钟同步。 (8)计算机监控系统具有与电力系统调度数据专网的借口,软、 硬件配置应能支持联网通信技术以及通信规约的要求。

(9)向调度端上传的保护、远动信息量按现有相关规程执行。 5.1.2 监控范围 (1)各电压等级的断路器以及隔离开关、电动操作接地开关、主 变压器中性点隔离开关。 (2)主变压器的分接头调节及 10kV 无功补偿装置自动透切。 (3)站用电控制及站用电源备用自投。 (4)直流系统和 UPS 系统。 (5)通信设备及通信电源告警信号。 (6)图象监视及安全警卫系统的报警信号。 5.1.3 操作控制方式 变电站监控系统要满足无人值班要求。 操作控制功能按集控中心(调度端)、站控层、间隔层、设备级的 分层操作原则考虑。 操作权限有集控中心(调度端)、 站控层、 间隔层、 设备级的顺序层层下放。原则上站控层、间隔层和设备层只作为后备 操作或检修操作手段。 在监控系统运行正常的情况下,任何一层的操作、设备的运行状 态和选择切换开关的状态都应处于计算机监控系统的监视之中。 在任 何一层的操作时, 其他操作级均应处于被闭锁状态。 昨天出现故障(软 硬件)时,应能立即发信号至集控站或调度端并闭锁远方控制。 5.1.4 系统配置

站控层设备主要包括主机兼操作站、远动主站、公用接口装置、 打印机、GPS 对时装置和网络系统等。按无人值班方式设计,变电站 计算机监控系统后台部分进行相应的简化,不设置操作员站,只预留 就地操作的便携机接口。 5.1.5 系统网络结构 计算机监控系统采用分层分布式网络结构,站控层网络采用 TCP/IP 协议的以太网。站控层网络采用单网配置。间隔层网络采用 现场总线网。网络媒介采用屏蔽双绞线。 5.1.6 系统功能 计算机监控系统实现对变电站可靠、合理、完善的监视、测量、 控制,并具备遥测、遥信、遥调、遥控等全部的远动功能,具有与调 度通信中心交换信息的能力。 第 5.2 节 二次设备布置 5.2.1 主要二次设备组屏原则 (1)变电站二次设备柜体结构、外形及颜色均应统一。 (2)监控系统及保护组屏原则 110kV 测控装置与保护装置一起组屏,主变压器三侧测控装置与 保护装置一起组屏,110kV 每回线路配一面保护测控屏,每台主边配 一面保护测控屏,35kV 和 10kV 采用测控保护一体化装置,布置在相

应开关柜。每台主变配一面保护柜,110kV 系统配置一面故障录波器 柜。 5.2.2 二次设备布置方案 (1)计算机监控系统的站控层设备及 110kV 系统和主变压器的保 护测控柜及相应的公用柜(直流分电柜、电能表柜、故障录波器柜) 等二次设备布置于综合配电楼继电器室内,35kV、10kV 系统的测控 保护装置布置于相应的开关柜内。 (2)蓄电池组屏,布置于综合配电楼继电器室内。 (3)备用屏位按 10%(~15%考虑预留。

第 6 章 防雷和接地设计 变电站的防雷保护具有以下特点: (1)变电站属于“集中型”设计,直接雷击防护以避雷针为主。 (2)变电站设备与架空输电线相联接,输电线上的过电压波会运 动至变电站,对电气设备过程威胁。因此变电站要对侵入波过电压进 行防护,主要手段是避雷器。

(3)变电站内都安装有贵重的电气设备,如变压器等,这些电气 设备一旦受损,一方面会对人民的生活和生产带来巨大损失,造成严 重后果;另一方面,这些设备的修复困难,需要花费很长时间和大量 金钱,给电力系统本身带来重大经济损失。所以变电站要采取周密的 过电压防护措施。 (4)为了充分发挥防雷设备的保护作用,变电站应有良好的接地 系统。 过电压保护及接地 110kV 系统采用装设氧化锌避雷器,用于限制雷电侵入波及操作 过电压,并以避雷器 10kA 雷电冲击残压作为绝缘配合依据。设备的 基本绝缘水平仍按 GB311.1-1997 选取。配电装置防直击雷保护由独 立避雷针构成。独立避雷针针尖标高为 35m。 接地网由水平敷设的接地干线与垂直接地极联合构成,并在构架 避雷针和独立避雷针处设集中接地装置。 考虑到土壤对接地体的腐蚀, 使用年限按 30 年,年腐蚀率 0.1~0.2mm,接地干线按热稳定要求选 -50×6 镀锌扁钢,接地引线选-60×6 镀锌扁钢。接地极统一采用 φ 50×4 钢管,长为 2.5m。接地体埋深为 0.8m。

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