《110kV變電所電氣一次部分設計和實現(xiàn)電氣工程專業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《110kV變電所電氣一次部分設計和實現(xiàn)電氣工程專業(yè)（53頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 摘要 本文根據(jù)任務書上所給負荷以及相關設計需求，首先提出幾種主接線方案并進行選擇比較，選出最經(jīng)濟、可靠的主接線方式，接著通過變電所的設計規(guī)則和相關注意事項以及實際負荷確定主變壓器的臺數(shù)、容量、型號。然后通過最大持續(xù)電流以及短路電流計算對母線、斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器等電氣設備進行選擇和校驗。最后畫出電氣主接線圖，從而完成110kV變電所一次部分的設計任務。 關鍵詞 110kV變電所，短路電流，設備選型，設備校驗 Abstract This paper according

2、 to the task book to load and related design requirements, first proposed several main wiring scheme and the selection, choose is the most economical and reliable way to the main terminal, followed by changing the design rules and related matters needing attention and the actual load to determine ma

3、in transformer units, capacity, model.Then, the maximum continuous current and short-circuit current of the bus, circuit breakers, isolation switches, voltage transformers, current transformers and other electrical equipment for selection and verification.Finally, the electrical main wiring diagram

4、is drawn, so as to complete the design task of the 110kV substation. Key Words Substation,short-circuit current,equipment selection,calibration I 目錄 Abstract II 第一章 緒論 - 1 - 1.1 課題的意義 - 1 - 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀： - 2 - 第二章 110kV變電所所址選擇及電氣主接線的選擇 - 4 - 2.1 電氣主接線的設計規(guī)范 - 4 - 2.1.1電氣主接線的設計原則： -

5、 4 - 2.1.2電氣主接線的設計步驟 - 4 - 2.2 電氣主接線的基本要求 - 5 - 2.2.1 110KV側母線連接方式的選擇： - 5 - 2.2.2 10kV側母線的連接方式選擇 - 6 - 2.3 本章小結 - 7 - 第三章 變壓器的選擇 - 8 - 3.1主變壓器 - 8 - 3.1.1容量的確定 - 8 - 3.1.2臺數(shù)的確定 - 10 - 3.1.3型式的確定 - 11 - 3.1.4冷卻方式的確定 - 11 - 3.1.5調壓方式的確定 - 11 - 3.2 所用電變壓器 - 12 - 3.2.1所用變壓器容量的確定： - 12 -

6、3.2.2調壓方式的確定： - 12 - 3.2.3冷卻方式的確定： - 13 - 3.3 本章小結 - 13 - 第四章 短路電流計算 - 14 - 4.1 短路電流計算 - 14 - 4.2 本章小結 - 17 - 第五章 電氣設備的選擇 - 18 - 5.1 各側最大持續(xù)工作電流 - 19 - 5.2 斷路器的選擇 - 20 - 5.2.1 110kV進線側斷路器的選擇 - 21 - 5.2.2變壓器出線側斷路器的選擇 - 23 - 5.2.3 10kV母線進線側斷路器的選擇 - 24 - 5.2.4 10kV出線最大負荷出線選擇 - 25 - 5.3 隔離開關

7、的選擇 - 27 - 5.3.1 110kV母線側隔離開關的選擇 - 28 - 5.3.2 10kV母線側 - 29 - 5.4 母線的選擇 - 30 - 5.4.1 110kV母線的選擇 - 31 - 5.4.2 10kV母線的選擇 - 32 - 5.5 架空線路的選擇 - 33 - 5.5.1 110kV架空線 - 34 - 5.5.2 10kV架空線 - 34 - 5.6 電壓互感器的選擇 - 35 - 5.6.1 110kV母線側電壓互感器 - 36 - 5.6.2 10kV母線側 - 36 - 5.7 電流互感器的選擇 - 37 - 5.7.1 110kV母

8、線側電流互感器的選擇 - 38 - 5.7.2 10kV母線側電流互感器的選擇 - 39 - 5.8 避雷器的選擇 - 40 - 5.8.1 110kV側避雷器的選擇 - 40 - 5.8.2 10kV側避雷器的選擇 - 42 - 5.9 本章小結 - 44 - 第六章 結論 - 45 - 謝 辭 - 46 - 參考文獻 - 46 - 附錄1：外文資料翻譯 - 48 - A1.1譯文 - 48 - 配電系統(tǒng)重構 - 48 - A1.2 原文 - 62 - - 62 - 附錄 2 電氣主接線圖 - 70 - - 1 - 第一章 緒論 1.1

9、 課題的意義 電力能源作為當今世界發(fā)展的主要能源之一，在各個領域的各個方面都有所涉及，成為了每個國家發(fā)展所需的必備能源。由于我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，國民經(jīng)濟的提高，隨之而來的就不僅僅對電力需求的增長，還有對電能質量和供電可靠性的更高要求。安全、可靠、經(jīng)濟、優(yōu)質的電能已經(jīng)成為了我國電力行業(yè)共同的目標。并且隨著國家電力行業(yè)電網(wǎng)的延伸，促使電力人去研究更加高新的技術，而高新技術的發(fā)展也帶來了高壓超高壓等一系列新的挑戰(zhàn)。110kV變電所作為變電所中基層的一員，直接與用戶的電能使用掛鉤，更需要科學的改善其結構，提高它的供電可靠性，使其平穩(wěn)運行，才能使國家更加安心的去發(fā)展新的技術。而技術的進步帶來了基層

10、的快速發(fā)展，基層的平穩(wěn)運行保證了技術的勇往直前。110kV變電所的建成，可以改善當?shù)氐碾娋W(wǎng)結構，緩解當?shù)氐挠秒娯摵蓧毫?，使當?shù)仉娋W(wǎng)的靈活性、可靠性、經(jīng)濟性上升到一個新的層次，也為所建地的經(jīng)濟發(fā)展提供了強有力的保障。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的地方將需要更多的變電所以滿足不同用戶的需求。 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀： 在21世紀，電力的發(fā)展依舊在我國的經(jīng)濟發(fā)展中占舉足輕重的位置，因此我國的電力工業(yè)還是會以更快的速度和更大的規(guī)模來發(fā)展，電網(wǎng)的建設發(fā)展任務依舊繁重，即使我國電力工業(yè)已經(jīng)走在世界前列。近年來，我國的科技水平有了進一步的發(fā)展，但是依舊面對著資源占用率大、投入成本高

11、、電氣設備陳舊等諸多問題仍有待解決，而我國實行的“十二五”發(fā)展規(guī)劃，推進“三集五大”體系建設等諸多長久性發(fā)展戰(zhàn)略也都需要完整的電網(wǎng)來支持，因此逐步完善電網(wǎng)體系，加快電網(wǎng)的重點建設，開拓創(chuàng)新高新技術等手段刻不容緩。隨著變電所設計要求的不斷提高、技術的不斷進步、現(xiàn)在誕生的變電所大多集中控制、計算機控制也就逐步融入電網(wǎng)。在不久的未來、會形成一個計算機化、智能化、網(wǎng)絡化結構的全國聯(lián)網(wǎng)的電力系統(tǒng)。在已經(jīng)過去的十多年里，110kV在整個電網(wǎng)體系中的地位和功能已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，成為了配電網(wǎng)絡，110kV的變電所也成為了終端變電所，但是它與生活生產(chǎn)息息相關，在電力系統(tǒng)中的重要地位還是無法撼動。 相比較于

12、國內(nèi)的電力結構網(wǎng)絡，國外部分國家的發(fā)展較領先于國內(nèi)，對于增高電壓提高電能的傳輸效益有著很深的理解，并將之運用到了實際。這些較為完備的新技術，使得這些國家的電能得到了充足的應用，并且做到了節(jié)能環(huán)保、更好的保證了供電的可靠性、經(jīng)濟性、安全性、優(yōu)質性。國外的電能資源雖然緊張，但是他們有著科學完善的變電所設計理論，例如增高傳輸電壓來降低損耗，對于變電所的構建做到了相對節(jié)約、集約、高效，使各方面的資源進行最合理的 分配，從而在這些方面略超過我國的電力資源發(fā)展，最終比我國的電力發(fā)展不僅更環(huán)保，而且更加經(jīng)濟。

13、 第二章 110kV變電所所址選擇及電氣主接線的選擇 根據(jù)《工業(yè)與民用配電設計手冊（第三版）》，變配電所所址選擇應滿足如下要求： 要離負荷中心最近；2、要盡量靠近電源一側；3、進線和出線要方便；4、交通要好；5、不要設置在溫度較高和震動劇烈的地方；6、不適宜設置在粉塵多或者有腐蝕性氣體的地方，如果沒有辦法避免，就設置在受到污染影響最小的地方；7、不要設置在容易積水的場所的正下面；8、盡量選擇位置較高的地方；9、變電所周圍不應該易爆；10、不應該設置在容易著火的地方。 電氣主接線作為發(fā)電廠和變電所設計的主要構成部分，影響著整個電力系統(tǒng)的正常運行，在電力系統(tǒng)中扮演著舉

14、足輕重的作用。變電所的設計要從全局利益出發(fā)，根據(jù)實際的要求設計，采用中等水平的建設需求，選用合格的新設備、新方法，滿足經(jīng)濟、靈活、可靠、發(fā)展的要求，逐步提高自動化水平的需要。電氣主接線的好壞不僅僅只影響了電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，也同時影響到了人民生產(chǎn)生活的體驗和質量。因此，電氣主接線必須嚴格要求，確定最優(yōu)選擇。 2.1 電氣主接線的設計規(guī)范 2.1.1電氣主接線的設計原則： 電氣主接線設計的原則是：以任務書為依據(jù)，根據(jù)國家“安全可靠、經(jīng)濟適用、符合國情”的電力建設發(fā)展方針，按照技術規(guī)定標準，結合實際工程情況，保證設計方案的可靠、靈活、經(jīng)濟。 2.1.2電氣主接線的設計步驟

15、 1、擬定初步方案：根據(jù)任務書的要求，提出相對應的可能實行的方案。 2、方案篩選：對于已經(jīng)提出的方案進行篩選比較。 3、得出結果：選出最適合的方案。 2.2 電氣主接線的基本要求 電氣主接線的基本要求包含四個方面，它們分別是可靠性、靈活性、經(jīng)濟性、發(fā)展性。 1.可靠性：主接線需要滿足可靠性來保證優(yōu)質的電能持續(xù)供應。可靠性的衡量標準是運行實踐，在調研工作充分準備好的情況下，追求避免決策的失誤。電氣主接線的可靠性不僅僅包含了一次設備，也包含了二次設備。在選用電氣設備的時候，為了提高主接線的可靠性，盡量選用可靠性高的電氣設備。 2.靈活性：電氣主接線的設計應該要滿

16、足在不同時段運行時的運行要求。例如在調度時可以投切電氣設備，合理調配電源和負荷。 3.經(jīng)濟性：開支少、占地面積小、電能損耗少是作為經(jīng)濟性的三個要點。合理的選擇電氣設備可以最大限度的減少開支。 綜上，根據(jù)主接線設計的各種規(guī)范以及各種要求，結合任務書所給的內(nèi)容，本設計可以給出如下的方案選擇。 2.2.1 110KV側母線連接方式的選擇： （一）單母線分段 優(yōu)點： （1）母線故障時不影響非故障母線的正常運行，減小了故障的影響范圍。 （2）重要的用戶可以用雙回路接在不同的母線上，保證供電可靠性。 缺點： （1） 當某一段母線發(fā)生故障的時候仍有停電問題。 （2） 回路

17、的斷路器檢修時，這段回路還是要停電。擴建要向兩端均勻擴建。 （二）雙母線分段 優(yōu)點： （1）供電可靠，可以通過“熱倒”、“冷倒”進行運行的快速切換，靈活方便。 （2）可以向母線任意一端擴建。 缺點： （1） 在母線發(fā)生故障的時候操作復雜，容易誤操作。 （2） 當某一組母線發(fā)生故障時的影響范圍較大。 方案（三）橋形接線 優(yōu)點： （1） 斷路器少，占地面積小，布置簡單，節(jié)省設備，造價低。 （2） 容易擴建成為單母線分段或者雙母線分段。 缺點：一、二次側設備配置復雜，倒閘操作繁瑣。 由于高壓側連接的是兩個不同的變電站，因此對于可靠性有著很高的要求，因此不選擇

18、橋型母線，從經(jīng)濟性和靈敏性綜合考慮，選擇單母線分段的接線方式。 2.2.2 10kV側母線的連接方式選擇 （一）單母線分段 優(yōu)點： （1）母線故障時不影響非故障母線的正常運行，減小了故障的影響范圍。 （2）重要的用戶可以用雙回路接在不同的母線上，保證供電可靠性。 缺點： （3） 當某一段母線發(fā)生故障的時候仍有停電問題。 （4） 回路的斷路器檢修時，這段回路還是要停電。擴建要向兩端均勻擴建。 （二）雙母線分段 優(yōu)點： （1）供電可靠，可以通過“熱倒”、“冷倒”進行運行的快速切換，靈活方便。 （2）可以向母線任意一端擴建。 缺點： （3） 在母線發(fā)生故障的時

19、候操作復雜，容易誤操作。 （4） 當某一組母線發(fā)生故障時的影響范圍較大。 由于Tmax較大，由此可見用電負荷較高，基于保證負荷長期穩(wěn)定發(fā)展的考慮，因此采用單母線分段接線。 綜上，對于本次的設計要求，110kV和10kV均采用單母線分段的接線方式。 2.3 本章小結 本章論述的是變電所所址的選擇規(guī)程以及主接線選擇的原則、步驟，明確了正確選擇主接線的重要意義，通過電氣主接線的一般連接方式，結合任務書，分段進行比較，最終確定110kV側采用單母線分段的連接方式，10kV側采用單母線分段的連接方式。 第三章 變壓器的選擇

20、 變壓器是一種利用電磁感應原理制造出來的靜止電氣設備，將某一交流電壓電流等級轉變成相同頻率的的另外一種電壓電流等級。在供配電系統(tǒng)中，遠距離輸電若不采用變壓器，損耗將很大。一般遠距離輸電采用高壓，例如110kV、220kV及其以上。發(fā)電機的電壓一般由變壓器升高電壓之后經(jīng)高壓輸電線到目的地后再降壓使用。由此可見，變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的電氣設備，對供配電系統(tǒng)的經(jīng)濟性、靈活性、可靠性有著十分重要的意義。 3.1主變壓器 3.1.1容量的確定 1.變電所的設計容量一般要有5-10年的規(guī)劃負荷，并且要適當考慮未來5年負荷的發(fā)展。 2.如果是裝有兩臺主變壓器以上的變電所，應該考慮

21、有一臺主變壓器停運的時候其余變壓器容量應該承受70%全部負荷的情況。 Sc=Smax*0.7=*0.7=30.625 MVA 本變電所按建成后5年進行規(guī)劃，一般設5%的年負荷增長率，因而： ∑Sc=Smax（1+m）t （3.1） 式中……t規(guī)劃年限 m增長率 根據(jù)公式（3.1） Sc=30.625*（1+0.05）5=33.987 MVA 3. 系統(tǒng)的無功補償： 要使高壓側和低壓側全部達到0.9，取低壓側為功率因數(shù)0.92 所需補償容量 Qc=Pav*（t

22、anΦ1-tanΦ2）=35*（tan arcos0.8-tan arcos0.92）=11.34 MVar 因此選擇2套TBB-6000/100型無功補償裝置. TBB：高壓并聯(lián)電容器裝置 ：裝置布置型式為柜式 6000：總容量（kVar） 100：單臺容量（kVar） 原始的無功功率 Q=P*tanΦ1=35*0.75=26.25 MVar 補償過后的無功功率 Q’=Q-Qc=14.25 MVar 10kV側補償后的容量 S10補==37.790 MVA 有功功率差額 △PT=0.015S10補=0.56685 MW 無功功率差額 Q110=0.06S10補=

23、2.2676 MVar 110kV側補償后的有功功率 P110=35+△PT=35.05685 MW 110kV側補償后的無功功率 Q110=35*0.75-12+△QT=16.5176 MVar 110kV補償后的容量 S110==38.73 MVA 補償后的功率因數(shù) cosΦ’==0.9 滿足要求 3.1.2臺數(shù)的確定 變電所中一般應該配置兩臺或者兩臺以上的變壓器，當一臺檢修或者發(fā)生故障的時候，它的負荷要求能自動轉移到正常運行的變壓器，這個時候要求正常運行的變壓器承載的負荷不應該超過它短時允許的負載能力,公式如下： 式中……T：變壓

24、器正常運行的負載率 K：變壓器短時允許的負載率，一般為1.3 N：變壓器臺數(shù) P：單臺變壓器容量 根據(jù)設計規(guī)范,對于大城市郊區(qū)的變電所，在中低壓環(huán)網(wǎng)的情況下，適合兩臺，對于地區(qū)性孤立的一次變電所或者大型工業(yè)專用變電所，一般可以設置3臺變壓器。 當取用兩臺時（N=2） T=65% 當取用三臺時（N=3） T=87% 比較： 1.容量：主變壓器的容量在總負荷不變的情況下，停運一臺時供電能力不變，而兩臺要比三臺多安裝的主變?nèi)萘咳缦拢? S=（-）P=0.39P 式中……P：總負荷 2.占地面積：三臺主變壓器比兩臺主變壓器多占地到

25、。 3.配電裝置：兩臺主變壓器比三臺主變壓器少進出線，設備投資較少。 4.變壓器投資，同樣供電能力的情況下，兩臺大容量的主變壓器比三臺小容量的主變壓器的投資少。 5.損耗：兩臺主變壓器的損耗比三臺主變壓器的損耗少。 綜上，本設計選擇兩臺主變壓器。 3.1.3型式的確定 1.110kV變電所一般選用雙繞組變壓器。 2. 有兩個電壓等級的變電所如果通過主變壓器各側繞組的功率達到這臺變壓器容量的15%以上的話，主變壓器適合使用雙繞組變壓器。 因此，本設計使用雙繞組變壓器。 3.1.4冷卻方式的確定 大容量變壓器的電能損耗比較大，一般使用的冷卻方式是自然風冷、強

26、迫風冷、強迫油循環(huán)水冷、強迫油循環(huán)風冷、強迫油循環(huán)導向這幾種冷卻方式。小容量的變壓器大多數(shù)使用的是自然冷卻的冷卻方式。 因此，使用強迫油循環(huán)水冷的冷卻方式。 3.1.5調壓方式的確定 為了保證供電可靠性不停電調壓，采用有載調壓。 綜上，選用的變壓器型號為SZ9-40000/110的110kV雙繞組有載調壓電力變壓器。 以下是SZ9-40000/110有載調壓變壓器的技術參數(shù)如表3-1 表3-1 SZ9-40000/110型有載調壓變壓器技術參數(shù) 額定容量/kVA 額定電壓/kV 額定電流/A 損耗/KW 繞組阻抗/（%）

27、繞組阻抗/（mΩ/相） 標幺值 電阻 電抗 一次 二次 一次 二次 空載 負載 Ud Ur Ux 正序 零序 正序 零序 Z* X* R* 40000 110 10.5 210.19 2202.04 30.7 156.6 10.5 0.39 10.4927 10.79 5.39 289.21 826.87 0.26 025698 0.0097 40000 3.2 所用電變壓器 所用變選擇要求，根據(jù)第3.3.1條設計規(guī)范，在兩臺及以上主變壓器的變電所中，可以裝兩臺互為備用的所用變壓器。為保證變電所用電的可靠性，

28、選擇兩臺互為暗備用的所用變壓器。 3.2.1所用變壓器容量的確定： 所用變?nèi)萘恳话銥橹髯內(nèi)萘康模?.1－0.5）%，考慮到用電負荷不大，本設計以0.2%來選擇 S所=S主*0.2%=2*40*0.2%=0.16 MVA 3.2.2調壓方式的確定： 一般所用電為220V，由母線接入,采用的是無勵磁。 3.2.3冷卻方式的確定： 一般所用電的變壓器冷卻方式為強迫油冷循環(huán)。 綜上，選用的變壓器為S9-200/10型變壓器.參數(shù)如表3.2 表3.2 所用變壓器參數(shù) 型號 容量 （KVA） 電壓組合 損耗（W） 短路阻抗（%） 空載

29、電流（%） 聯(lián)結組標號 高壓 低壓 空載 負載 S9-200/10 200 10 0.4 480 2600 4 1.3 Yyn0 3.3 本章小結 本章進行的是變壓器的選擇，在110kV變電所中需要進行選擇的變壓器有主變壓器和所用變壓器，考慮到主變壓器作為110kV變電所的核心部分，因此對主變壓器進行較為詳細的選擇，通過數(shù)據(jù)計算，分析出主變壓器的臺數(shù)、容量、型式、冷卻方式、調壓方式，最終選擇的變壓器型號為SZ9-40000/110型變壓器。所用變壓器也進行了粗略的考慮、最終選出的型號為S9-200/10型變壓器. - 49 - 第四章 短路電

30、流計算 短路的概念： 短路指的是電力系統(tǒng)（中性點接地）中一切不正常的相與相之間或者相與地發(fā)生通路的情況。在三相交流系統(tǒng)中短路的類型一般是單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路和三相短路，在一般的情況下，發(fā)生單相接地短路的次數(shù)最多，三相短路的次數(shù)最少，但是短路電流最大，危害最嚴重。因此短路電流計算選擇的一般是三相短路。 短路電流計算的目的： 短路計算作為變電站設計的一個重要環(huán)節(jié)，主要用來解決以下的問題： （1） 電氣主接線的選擇（2）選擇和校驗導體和設備（3）繼電保護以及自動裝置的整定配置。 本設計的短路電流計算采用的是標幺值的方法，標幺值法有如下的優(yōu)點： （1） 三相電路和單相

31、電路的計算公式相同。 （2） 確定了各電壓等級的基準值后只要計算標幺值，不需要進行折算。 （3） 采用標幺值后容易進行計算的比對和結果分析。 （4） 簡化公式，省去比例系數(shù)。 4.1 短路電流計算 基準功率SB=100MVA，基準電壓UB=UN。 系統(tǒng)阻抗X*=0.06 將短路電流最大點三相接地短路作為短路計算點，設置出如下三個短路計算點k1,k2,k3.，將變電所110kV的降壓變電所的40MW變壓器并列運行，如下圖所示： 圖4.1 線路阻抗： XL*=X0*L*=0.4*50*=0.15 計算短路計算點的短路電流（沖擊系數(shù)=1.8）

32、1、 k1點短路時 總阻抗： X∑*=X*+XL*=0.06+0.15=0.21 基準電流： Ij==0.502KA 三相短路電流周期分量有效值： =Ij/X∑*=0.502/0.21=2.39KA 其他三相短路電流： ===2.39KA 沖擊電流沖擊值： =2.55=2.55*2.39=6.09KA 短路電流有效值： =1.51=1.51*2.39=3.61KA 三相短路容量： Sk1=*Uav=*115*2.39=476MVA 2、 k2點短路時 總阻抗： X∑*=X*+XL*+0.5XXT*=0.06+0.15+0.13=0.34 基準電流：

33、 Ij==5.5KA 三相短路電流周期分量有效值： =Ij/X∑*=5.5/0.34=16.17KA 其他三相短路電流： == 沖擊電流沖擊值： =2.55=2.55*16.17=41.23KA 短路電流有效值： =1.51=1.51*16.17=24.42KA 三相短路容量： Sk2=*Uav==294MVA 3、 k3點短路時 總阻抗： X∑*=X*+XL*+XXT*=0.06+0.15+0.26=0.47 基準電流： Ij==5.5KA 三相短路電流周期分量有效值： =Ij/X∑*=5.5/0.47=11.70KA 其他三相短路電流： =

34、= 沖擊電流沖擊值： =2.55=29.835KA 短路電流有效值： =1.51=1.51*11.70=17.67KA 三相短路容量： Sk3=*Uav==213MVA 短路電流計算表 表4-1 短路點 短路點 額定電壓/kV 短路點平均電壓/kV 短路周期分量 短路沖擊電流 短路容量Sk/MVA 有效值/KA 暫態(tài)值/KA 有效值/KA 沖擊值/KA k1 110 115 2.39 2.39 3.61 6.09 476 k2 10 10.5 16.17 16.17 24.42 41.23 294 k3 10

35、10.5 11.70 11.70 17.67 29.84 213 4.2 本章小結 本章論述了短路電流計算在電力方面的重要意義，對于設備的選擇、主接線的校驗等方面有著舉足輕重的作用。短路計算的關鍵就是短路電流點的選擇，它一般是根據(jù)斷路器的安裝位置選取的。通過短路電流計算為接下來的設備的選擇校驗奠定基礎。 第五章 電氣設備的選擇 為了使電氣主接線和對應的配電裝置能夠正常運行，需要選擇正確的電氣設備。為了保證電氣設備正常工作，要按照它正常的工作條件來進行選擇，并且按照它的短路情況進行校驗?？紤]到以后的發(fā)展，選用性價比高的，常規(guī)使

36、用技術成熟的設備。電氣設備的選擇，既要做到先進、靈活，也要做到合理、可靠，最重要的是要切合現(xiàn)場需求。電氣設備選擇一般先按正常的工作條件選擇，再按短路的情況進行校驗。 1.按正常工作條件選擇 （1）按額定電壓選擇：所選電氣設備的允許最高工作電壓Ualm要大于等于電氣設備在的電網(wǎng)最高運行電壓Usm，也就是Ualm≥Usm （2）按額定電流選擇：經(jīng)綜合修正之后的長期允許電流Ial要大于等于它所在回路的各種運行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax，也就是Ial≥Imax。 2.按短路情況校驗 （1）熱穩(wěn)定校驗：電氣設備的短路電流所產(chǎn)生的熱效應不應該超過允許值。 （2）動穩(wěn)定校驗：當電氣設備通過

37、最大短路電流值的時候不應該因為短路電流的電動力效應造成變形損壞。 我國規(guī)定的電氣設備選擇一般的額定條件是環(huán)境額定溫度N,裸導體和電纜的N是25℃，斷路器、隔離開關、穿墻套管、電流互感器等N為40℃。 當實際環(huán)境溫度與額定溫度不同時應該修正，一般情況下電氣設備的Ial都要按照實際情況進行修正。 經(jīng)綜合修正后的長期允許電流Ial要大于等于各種運行方式下的最大持續(xù)電流Imax也就是： Ial=KIN≥Imax（A） （5.1） 式中……K：綜合修正系數(shù) Imax：電氣設備所在回路的最大持續(xù)

38、工作電流 在僅計及環(huán)境溫度修正的情況下，K的計算公式如下： K= （5.2） 式中……：實際環(huán)境溫度 ：導體的最高允許溫度，一般為70℃； ：額定溫度 因此在裸導體和電纜的N是25℃，斷路器、隔離開關、穿墻套管、電流互感器等N為40℃，在計算上述內(nèi)容時，導體K=0.94，斷路器、隔離開關等K=1。 5.1 各側最大持續(xù)工作電流 根據(jù)公式 Smax=

39、 （5.3） 式中……Igmax：最大持續(xù)工作電流 UN：額定電壓 110kV側 母線進線:： Igmax==0.20KA 母線出線： Igmax==0.22KA 10kV側 母線進線： Igmax==0.257KA 母線出線： Igmax==2.42KA 式中……SN::選用的變壓器容量 Igmax:是該回路中的最大持續(xù)工作電流 UN:各電壓等級的額定電壓 P線路側最大負荷 5.2 斷路器的選擇 高壓斷路器作為電力系統(tǒng)中最重要的控制保護設

40、備，它的功能是連接和斷開正常工作電流、過負荷電流以及故障電流。它已經(jīng)發(fā)展成為了開關電氣之中最完善的設備之一。 高壓斷路器的選擇除了要符合技術和環(huán)境的要求之外，也要顧及到安裝調試和運行維護的便利，并且在經(jīng)濟性方面也要滿足要求。就當前我國的高壓斷路器而言，10kV到220kV的電網(wǎng)大多數(shù)采用的是少油斷路器，如果不滿足要求的時候，一般采用SF6斷路器。 1.對于斷路器選擇的基本要求： （1）在合閘運行時導電要良好，可以長期正常運行，并且能在短時承受短路電流，熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性要得到滿足。（2）跳閘狀態(tài)下的絕緣性要好。（3）面對短路時要起作用并且分段時間要短。（4）機械壽命和電氣壽命要盡可能的長

41、，并且要求操作簡單成本低。 2.對于斷路器選擇的基本條件： （1）種類和型式的選擇：在6～10kV配電裝置中，可選主要型式為少油，真空，SF6斷路器；110～330kV配電裝置可選主要型號為少油，空氣，SF6斷路器。 （2）按額定電壓選擇： 即： UN≥Ug (kV) （3）按額定電流選擇： 即： Ial=KIN≥Imax (A) （4）按額定開斷電流選擇： 即： Idt≤Ikd (kA) （5）熱穩(wěn)定校驗： 即： [(kA)2S] （6）動穩(wěn)定校驗： 即： ish≤Imax (kA)

42、 斷路器作為電氣設備之一，它的選擇與校驗需要滿足電氣設備的原則：按正常工作狀態(tài)選擇，按短路狀態(tài)校驗。 因此選擇斷路器需要滿足條件Ualm≥Usm，Ial≥Imax。 在本次斷路器的選擇中，由于綜合修正系數(shù)K=1，所以不需要考慮溫度問題。 因此，對斷路器進行如下的選擇。 5.2.1 110kV進線側斷路器的選擇 1.電壓： Ug=110kV UN=110kV Ug=UN 滿足要求 2.電流： Igmax=0.22KA 選出SW4-110-1000型高壓斷路器，參數(shù)如表5.1 表5.1 110kV進線側進線斷路器 型號 電壓(kV) 額定電流(A

43、) 額定開斷電流(KA) 斷開容量(MVA) 極限通過電流(KA) 熱穩(wěn)定電流(KA) 合閘時間(s) 固有分閘時間(s) 重合性能 額定 最大 額定 重新 最大 有效 1S 2S 3S 4S 電流休止時間(s) 重合時間(s) SW4-110 110 126 1000 18.4 3500 3000 55 32 32 15.8 21 14.8 0.25 0.06 0.3 0.4 IN=1000A Igmax=220A IN＞Igmax 滿足要求 3.開斷電流：（Idt≤Ikd） Idt=2.39

44、KA Ikd=18.4KA Idt＜Ikd 滿足要求 4.動穩(wěn)定校驗：（ish≤Imax） ish=6.09KA Imax=55KA ish＜Imax 滿足要求 5.熱穩(wěn)定校驗：（） 取斷路器的后備保護動作時間tm=0.6s 固有分閘時間t=0.06s te=tr+t0=0.6+0.06=0.66s 熱穩(wěn)定電流 =I∞t=2.39*0.66=1.58KA 選斷路器的短時3s熱穩(wěn)定電流 I3=21KA＞1.58KA 滿足要求 綜上，所選擇的110kV母線進線側的斷路器滿足要求。 由于110kV母聯(lián)斷路器與進線斷路器的基本參數(shù)一致，因此母聯(lián)斷路器也選用

45、SW4-110-1000型斷路器。 5.2.2變壓器出線側斷路器的選擇 1.電壓： Ug=10kV UN=10kV Ug=UN 滿足要求 2.電流： Igmax=2.42KA 選出ZN12-10-2500型高壓斷路器，參數(shù)如表5.2 表5.2 變壓器出線側斷路器 型號 額定電壓(kV) 額定電流(A) 額定斷開電流(KA) 額定斷開容量(MVA) 極限通過電流峰值(KA) 熱穩(wěn)定電流(KA) 合閘時間(s) 1s 3s 5s ZN12-10 10 2500 31.5 1800 80 - 31.5 - 0.

46、065 3.開斷電流：（Idt≤Ikd） Idt=11.70KA Ikd=31.5KA Idt＜Ikd 滿足要求 4.動穩(wěn)定校驗：（ish≤Imax） ish=29.84KA Imax=80KA ish＜Imax 滿足要求 5.熱穩(wěn)定校驗：（） 取斷路器的后備保護動作時間tm=0.6s 固有分閘時間t=0.075s te=tr+t0=0.6+0.075=0.675s 熱穩(wěn)定電流： =I∞t=0.675*11.7=7.90KA 選斷路器的短時3s熱穩(wěn)定電流 I3=31.5KA＞7.90KA 滿足要求 綜上，所選擇的變壓器出線側的斷路器滿足要求。

47、 5.2.3 10kV母線進線側斷路器的選擇 1.電壓： Ug=10kV UN=10kV Ug=UN 滿足要求 2.電流： Igmax=2.42KA 選出ZN12-10-2500型高壓斷路器，參數(shù)如表5.3 表5.3 10kV進線側斷路器 型號 額定電壓(kV) 額定電流(A) 額定斷開電流(KA) 額定斷開容量(MVA) 極限通過電流 峰值(KA) 熱穩(wěn)定電流(KA) 合閘時間(s) 1s 3s 5s ZN12-10 10 2500 31.5 1800 80 - 1.5 - 0.065 3.開斷電流（Idt

48、≤Ikd） Idt=16.17KA Ikd=31.5KA Idt＜Ikd 滿足要求 4.動穩(wěn)定校驗：（ish≤Imax） ish=41.23KA Imax=80KA ish＜Imax 滿足要求 5.熱穩(wěn)定校驗：（） 取斷路器的后備保護動作時間tm=0.6s 固有分閘時間t=0.075s te=tr+t0=0.6+0.075=0.675s 熱穩(wěn)定電流： =I∞t=0.675*16.17=10.91KA 選斷路器的短時3s熱穩(wěn)定電流 I3=31.5KA＞10.91KA 滿足要求 綜上，所選擇的10kV母線進線側的斷路器滿足要求 由于10kV母聯(lián)斷路器

49、與進線斷路器的基本參數(shù)一致，因此母聯(lián)斷路器也選用ZN12-10-2500型斷路器。 5.2.4 10kV出線最大負荷出線選擇 1.電壓： Ug=10kV UN=10kV Ug=UN 滿足要求 電流： 根據(jù)公式5.3，計算出最大持續(xù)電流 Igmax==0.242KA 選出SN10-10Ⅱ型高壓斷路器，參數(shù)如表5.4 表5.4 10kV出線側斷路器 型號 額定電壓(kV) 額定電流(A) 額定斷開電流(KA) 動穩(wěn)定電流 峰值(KA) 2s熱穩(wěn)定電流(KA) 合閘時間(s) 固有分閘時間(s) SN10-10Ⅱ 10 100

50、0 31.5 80 31.5 0.20 0.06 3.開斷電流（Idt≤Ikd） Idt=16.17KA Ikd=31.5KA Idt＜Ikd 滿足要求 4.動穩(wěn)定校驗：（ish≤Imax） ish=41.23KA Imax=80KA ish＜Imax 滿足要求 5.熱穩(wěn)定校驗：（） 取斷路器的后備保護動作時間tm=0.6s 固有分閘時間t=0.06s te=tr+t0=0.6+0.06=0.66s 熱穩(wěn)定電流： =I∞t=16.17*0.66=10.67KA 選斷路器的短時3s熱穩(wěn)定電流 I3=31.5KA＞10.67KA 滿足要求

51、綜上，所選擇的10kV母線出線側的斷路器滿足要求 5.3 隔離開關的選擇 隔離開關是電力系統(tǒng)中的比較重要的電氣元件，一般稱為“刀閘”。它的主要功能是用來隔離電源。當它處于跳閘的時候有明顯的斷口，將在它后面的母線、斷路器等相關電力設備與電源隔離以保證檢修工作的安全。隔離開關一般不可以帶負荷操作，也就是不可以接通和分斷負荷電流。隔離開關的檢驗項目也符合電氣設備選擇的一般條件。隔離開關作為電氣設備之一，它的選擇與校驗也需要滿足電氣設備的原則：按正常工作狀態(tài)選擇，按短路狀態(tài)校驗。 1.斷路器選擇的基本要求： （1)隔離開關在分開后應有明顯的斷口，來方便確定是否已經(jīng)與電網(wǎng)斷開。 （2）

52、在隔離開關的斷開點之間要有充足的絕緣距離，來保證不會產(chǎn)生電壓擊穿。 （3）隔離開關的熱穩(wěn)定性，動穩(wěn)定性，機械強度和絕緣強度要符合要求。 （4）隔離開關在跳、合閘時要有優(yōu)良的同期性，跳合速度要快。 （5）隔離開關的構造簡單，能保證好的可靠性。 （6）帶有接地刀閘的隔離開關，要求裝有連鎖機構，確保隔離開關不會誤動作。 2.選擇的基本條件： （1）種類和型式的選擇：要根據(jù)不同的配電裝置的，使用不同要求的隔離開關，要滿足技術經(jīng)濟條件后來選擇種類和型式。 （2）按額定電壓選擇： 即： UN≥Ug (kV) （3）按額定電流選擇： 即： Ial=KIN≥Im

53、ax (A) （4）熱穩(wěn)定校驗： 即： [(KA)2s] （5）動穩(wěn)定校驗： 即： ish≤Imax (KA) 因此選擇隔離開關需要滿足條件Ualm≥Usm，Ial≥Imax。 在隔離開關的選擇中，由于綜合修正系數(shù)K=1，所以不需要考慮溫度問題。 因此，對隔離開關進行如下的選擇。 5.3.1 110kV母線側隔離開關的選擇 1.電壓： Ug=110kV UN=110kV Ug=UN 滿足要求 2.電流： Igmax=0.22KA 選出GW2-110-600型隔離開關，參數(shù)如表5.5 表5.5 101kV母線

54、側隔離開關 型號 額定電壓/kV 額定電流/A 動穩(wěn)定電流/KA 熱穩(wěn)定電流（s）（KA） GW2-110 110 600 50 14（5） IN=600A Igmax=220A Igmax＜IN 滿足要求 3.動穩(wěn)定校驗：（ish≤imax） ish=6.09KA imax=50KA ish＜imax 滿足要求 4. 熱穩(wěn)定校驗：（It≥） It=14KA =2.39KA It＞ 滿足要求 綜上，選擇的110kV母線側隔離開關滿足要求 5.3.2 10kV母線側 1.電壓： Ug=10kV UN=10kV Ug=

55、UN 滿足要求 2.電流： Igmax=2.42KA 選出GN2-10-3000型隔離開關，參數(shù)如表5.6 表5.6 10kV母線側隔離開關 型號 額定電壓/kV 額定電流/A 動穩(wěn)定電流/KA 熱穩(wěn)定電流（s）（KA） GN2-10 10 3000 100 50（5） IN=3000A Igmax=2420A Igmax＜IN 滿足要求 3.動穩(wěn)定校驗：（ish≤imax） ish=41.23KA imax=100KA ish＜imax 滿足要求 4.熱穩(wěn)定校驗：（It≥） It=50KA =41.23KA It＞

56、 滿足要求 綜上，所選擇的10kV母線側隔離開關滿足要求 5.4 母線的選擇 一般來說母線系統(tǒng)里有載流導體和支撐絕緣兩部分。母線包括發(fā)電廠和變電所里各種電壓等級配電裝置的主母線和發(fā)電廠、變壓器與配電裝置連接的導體。主母線的作用是將電能匯集起來進行分配，在電力系統(tǒng)中的地位極高。母線的種類分為硬母線和軟母線。軟母線是鋼芯鋁絞線，一般在110kV及以上的高壓配電裝置使用，需要進行熱穩(wěn)定校驗，不需要進行動穩(wěn)定校驗。硬母線一般有矩型、管型和槽型，需要進行熱、動穩(wěn)定校驗。母線根據(jù)材料來分類有兩種，分別是鋁母線和銅母線。大多數(shù)情況下采用鋁母線；如果持續(xù)工作電流較大并且在空間不足的發(fā)電機和變壓器

57、出口處，或者周圍的環(huán)境對鋁有嚴重的腐蝕性的情況下，才會使用銅母線。 母線有兩種選擇方式，一種是按照最大持續(xù)工作電流選擇，另外一種是按照經(jīng)濟電流密度選擇。 （1） 按照最大持續(xù)工作電流選擇：各種配電裝置中的主母線或者長度在20m以下的母線，一般按照所在回路的最大持續(xù)工作電流選擇。 （2） 按照經(jīng)濟電流密度選擇：一般在最大負荷利用小時數(shù)Tmax較大的情況下，采用按照經(jīng)濟電流密度選擇的方法。 本設計是按照經(jīng)濟電流密度選擇的方式進行選擇。 5.4.1 110kV母線的選擇 110kV側最大負荷利用小時數(shù)Tmax=6000h 查閱經(jīng)濟電流密度曲線得J=0.96A/mm2

58、經(jīng)濟電流母線截面的公式如下： Sj=（mm2） （5.4） 是正常運行時的最大持續(xù)工作電流。 應該選擇最接近Sj的標準截面。也就是當Sj大于標準截面時，可以偏小選擇；當Sj小于標準截面時也可以偏大選擇。 根據(jù)公式（5.4） 求出經(jīng)濟電流母線截面： Sj==229mm2 由于110kV一上一般選用軟母線，因此選用LGJ-210/25型鋼芯鋁絞線，S=236mm2，參數(shù)如表5.7 LGJ-210/25鋼芯鋁絞線參數(shù) 表5.7 長期允許截流量(A) 導 體 最 高 允 許

59、 溫 度 ℃ 導 線 型 號 +70 +80 LGJ-210/25 510 531 考慮到溫度的綜合修正系數(shù)K=0.94 KIN=510*0.94=479.4A＞220A 熱穩(wěn)定校驗： 熱穩(wěn)定決定的母線最小截面為 Smin=（mm2） （5.5） Ta為短路電流假想時間，一般取0.2 C為熱穩(wěn)定系數(shù)，70℃時鋁的熱穩(wěn)定系數(shù)為87 因此根據(jù)公式（5.5） Smin=12.72mm2 選出的S=236mm2＞12.72mm2 滿足要求 綜上，所選擇的110kV母線滿

60、足要求 5.4.2 10kV母線的選擇 10kV側最大負荷利用小時數(shù)Tmax=5000h 查閱經(jīng)濟電流密度曲線得J=0.9A/mm2 根據(jù)公式（5.4） 求出經(jīng)濟電流母線截面： Sj==2689mm2 由于電壓不足選用軟母線，因此選用每相2條125mm10mm（=2500mm2）的矩形導體平放，IN=3152A，集膚效應系數(shù)Ks=1.45 考慮到溫度的綜合修正系數(shù)K=0.94 Ial=KIN=0.94*3152=2970A＞2420A 熱穩(wěn)定校驗： 因此根據(jù)公式（5.5） Smin=83.12mm2 選出的S=2500mm2＞83.12mm2 滿足要求 動

61、穩(wěn)定校驗： 電動力的計算公式如下： F=1.76*ish2*10-2*9.81 （5.6） L為絕緣子跨距 為兩導體的中心距離 ish為三相短路沖擊電流沖擊值 因此根據(jù)公式（5.6），L取2，a取0.3，10kV側三相短路沖擊電流ish=41.23 計算出電動力 F=1956N 母線彎曲力矩的計算公式如下： M= (5.7) 根據(jù)公式（5.7），計算出母線的彎曲力距M=39120Ncm

62、 兩條平放的矩型導體平放的抗彎截面系數(shù)公式為 W=bh2 （5.8） 根據(jù)公式（5.8），計算出母線的抗彎截面系數(shù)W=*1.25*102=41.67cm3 母線的最大應力公式為 σ= （5.9） 因此本次母線的最大應力為σ=939N/cm2＜6860N/cm2（（鋁的最大允許應力） 滿足要求 綜上，所選擇的10kV母線滿足要求

63、 5.5 架空線路的選擇 架空線路指的是一般放在地面上的架空明線,，是一種為了傳輸電能的輸電線路，用絕緣子將導線安置在直立于地面的桿塔上的輸電線路。鋪設、檢修方便，開支少，但是受到天氣和環(huán)境的影響較大，容易發(fā)生事故，而且占地面積較大，容易對周邊環(huán)境的電磁信號產(chǎn)生干擾。架空線路將變電站連接到用戶，送電線路的導線截面選擇一般按照經(jīng)濟電流密度來選擇，并且根據(jù)電暈、機械強度等情況下的發(fā)熱條件進行檢驗。 5.5.1 110kV架空線 按照經(jīng)濟電流密度選擇： 110kV側最大負荷利用小時數(shù)Tmax=6000h 查閱經(jīng)濟電流密度曲線得J=0.96A/mm2 根據(jù)公式（5.4）

64、求出經(jīng)濟電流母線截面： Smin==208mm2 最大持續(xù)工作電流 Imax=Igmax/K=200/0.94=212.77A 因此選用LGJ-240/40型鋼芯鋁絞線 熱穩(wěn)定校驗： 70℃時鋁的熱穩(wěn)定系數(shù)C為87 S=I穩(wěn)*/C=2.39*/87*103=52≤240 滿足要求 電暈要求檢驗： 110kV滿足不可出現(xiàn)電暈要求的最小型號為LGJ-70mm2型鋼芯鋁絞線 滿足要求 綜上，所選擇的110kV架空線滿足要求 5.5.2 10kV架空線 按照經(jīng)濟電流密度選擇： 10kV側最大負荷利用小時數(shù)Tmax=5000h 查閱經(jīng)濟電流密度曲線得J=0.9A/

65、mm2 根據(jù)公式（5-4） 求出經(jīng)濟電流母線截面： Smin==285.56mm2 最大持續(xù)工作電流 Imax=Igmax/K=257/0.94=273.4A 因此選用LGJ-300/15型鋼芯鋁絞線 熱穩(wěn)定校驗： 70℃時鋁的熱穩(wěn)定系數(shù)C為87 S=I穩(wěn)*/C=16.17*/87*103=352＞300mm2 不滿足要求 故選用LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線 電暈要求檢驗： 110kV滿足不可出現(xiàn)電暈要求的最小型號為LGJ-70mm2型鋼芯鋁絞線 滿足要求 綜上，所選擇的10kV架空線滿足要求 5.6 電壓互感器的選擇 電壓互感器作為發(fā)

66、電廠、變電所等輸電和供電系統(tǒng)必備的一種電氣設備，依據(jù)電磁感應原理來將一次側的大電壓按照一定的比例變成二次側的小電壓，以滿足電氣設備的自動裝置、繼電保護等方面的要求。結構和變壓器很相似，都是將兩個繞組繞在鐵心上。繞組、鐵心之間都有絕緣，使兩個繞組和鐵心之間三者兩兩隔離。由于發(fā)電、輸電和用電電壓均有不同的要求，因此在線路上的電壓也不會相同。如果要直接測量這些大小不一的高低壓，就需要根據(jù)線路電壓的大小，分別造出相應的低、高壓的電壓表和其他儀表，會使儀表的制作變得很困難重重，如果要直接制作出高壓儀表，直接在高壓線路上測量電壓，那更是不可能的，而且也是絕對不允許的。因為電壓互感器二次側繞組上的線圈較少，但線圈半徑較大，根據(jù)變壓器原理，一旦在二次發(fā)生短路情況，一定會在二次繞組引起很大的短路電流，短路電流過大會燒毀電壓互感器。因此，電壓互感器的二次側一定要裝設熔斷器以防止其發(fā)生短路。 5.6.1 110kV母線側電壓互感器 1.一次電壓：U1=1.1UN≥U1≥0.9UN U1=110kV U1N=110kV U1=U1N 滿足要求 2. 二次電壓：