變電所設計論文 變電所電氣部分設計

目 錄如需要圖紙等資料，聯系QQ1961660126如需要圖紙等資料，聯系QQ1961660126如需要圖紙等資料，聯系QQ1961660126第一章 引 論41.1電力系統(tǒng)的一般概念41.2變電所的作用和工作原理及分類5第二章 概 論72.1設計的基本要求說明72.2設計范圍及建設規(guī)模92.3設計主要內容9第三章 主變壓器的選擇103.1主變器臺數的確定103.2主變壓器的容量的確定103.3選擇主變壓器11第四章 電氣主接線144.1對電氣主接線的說明144.2主接線設計原則144.3主接線的選擇17第五章 短路電流計算215.1概述215.2計算條件235.3短路過程分析265.4短路電流的計算方法27第六章 變電所設備的選擇與校驗326.1高壓電器選擇的一般要求326.2高壓斷路器的選擇396.3高壓隔離開關選擇416.4電流互感器的選擇416.5電壓互感器的選擇436.6高壓側避雷器選擇446.7 10KV側主要電氣設備選擇456.8全所所用設備47第七章 繼電保護設計487.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用487.2繼電保護的要求497.3變壓器保護的配置原則：497.4變電所10KV配電裝置母線保護507.5 10KV線路保護裝設原理50第八章 過電壓保護選擇518.1雷過電壓保護518.2 310KV配電裝置的過電壓保護：53第一章 引 論1.1電力系統(tǒng)的一般概念電能是社會主義建設和人民生活不可缺少的重要的能源，電力工業(yè)在國民經濟中占有十分重要的地位，電能是由發(fā)電廠供給，因為考慮經濟原因，發(fā)電廠大多建在動力資源比較豐富的地方，而這些地方又常遠離大中性城市和工廠企業(yè)，這樣需要遠距離輸送，經過升、降壓變電所進行轉接，在進一步的將電能分配到用戶和生產企業(yè)。由于電力電能的重要特點是不能儲存，因此電力電能的生產、輸送、分配和使用是同時進行的，于是電力電能從生產到使用就構成一個整體，而由電力電能的生產、輸送、分配和使用的發(fā)電機、變壓器、電力線路及各種用電設備聯系在一起組成的統(tǒng)一整體就稱為電力系統(tǒng)1.1.1對電力系統(tǒng)運行的基本要求1.1.1.1保證供電的可靠性電力系統(tǒng)的中斷將使生產停頓，生活混亂，甚至危機人身和設備的安全運行，造成十分嚴重的后果，給國民經濟帶來嚴重的損失，因此，對電力系統(tǒng)的運行首先要保證供電的可靠性。根據用戶本身的重要程度可將負荷分為三類：第一類負荷：將中斷供電會造成人身事故、設備損壞、產品報廢，生產秩序長期不能恢復，人民生活混亂，政治影響大等的用戶以及軍工系統(tǒng)劃屬為第一類負荷，是重要負荷；第二類負荷：將中斷供電會造成大量減產，人民生活會受到影響的用戶劃屬為第二類負荷；第三類負荷：除一、二類負荷以外的一般用戶屬于第三類負荷；電力系統(tǒng)供電的可靠性，首先是保證第一類負荷，然后才保證第二類負荷，最后才是第三類負荷1.1.1.2保證良好的電能質量1.1.1.3提高系統(tǒng)運行的經濟性1.1.1.4保證電力系統(tǒng)安全運行1.2變電所的作用和工作原理及分類1.2.1變電所的作用和工作原理變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它是變換和調整電壓、變換和分配電能的場所，往往擔負著向用電設備直接供電的任務變電所一般由變壓器、配電裝置（包括高低壓開關、電壓和電流互感器、避雷器、母線等設備）及相應的各種構筑物，控制和信號設備，繼電保護裝置和測量儀表，通訊及電源設備，導線及電纜等組成。有些變電所考慮母線的功率因數較低，還裝有電力電容器組靜止補償裝置或調相機等設備上述設備中，除控制與信號部分，繼電保護裝置，測量儀表，控制電源和通訊等設備外，其余部分稱為一次設備，由一次設備組成的網絡系統(tǒng)稱為一次系統(tǒng)1.2.2變電所的分類按電壓的升降分類，分為升壓變電所和降壓變電所兩大類。升壓變電所多與發(fā)電廠建在一起，又稱為發(fā)電廠升壓站，它把發(fā)電機電壓升高，經高壓輸電線路把電能送到遠處的負荷區(qū)，或與其他的高壓變電所聯結成統(tǒng)一的電力網系統(tǒng)。降壓變電所按性質和規(guī)模將劃分為區(qū)域變電所、地方變電所、終端變電所三種、區(qū)域變電所（一次變）主要特點是電壓等級高，進出回路多，變壓器容量大，在系統(tǒng)中地位比較重要。其高壓側均在110KV以上，低壓側也在35KV以上，它由大電網供電，通過降壓后主要向地方變電所供電、地方變電所（二次變）地方變電所多由區(qū)域變電所或發(fā)電廠供電，主要向終端變電所供電，它的高壓側一般為10-110KV，低壓側多為6-10KV、區(qū)域變電所多是工礦企業(yè)變電所和農村的鄉(xiāng)鎮(zhèn)變電所，它的高壓側多為10-35KV，低壓側為3-10KV和0.4/0.22KV系統(tǒng)。終端變電所主要由地方變電所或發(fā)電廠供電，降壓后直接向各種用電設備供電本次設計的變電所是高壓側為60KV，低壓側為10KV的終端變電所配電系統(tǒng)和保護系統(tǒng)第二章 概 論2.1設計的基本要求說明2.1.1本次設計的變電所為高臺地區(qū)公用終端的變電所，電壓等級為60/10KV，60KV側有兩回進線，接于張家一次變，另外有兩回轉供線，10KV側有配出線路14回（及共有14個負荷回路）2.1.2待設計的變電所所處的地區(qū)地勢平坦，海拔高度為400M，交通方便，周圍空氣無污染，最高氣溫+38，最低氣溫-25，年平均溫度為102.1.3系統(tǒng)網絡圖如下：2.1.4 10KV側負荷序號負荷名稱遠期最大負荷（KW）功率因 數Tmax(b)重要負荷占比例回路數出線方 式11#水源地14000.917000902架空線22#水源地15000.907000902架空線3電瓷廠29000.914500402架空線4砂輪廠38000.904500302架空線5礦山機械廠49000.895000452架空線6挖掘機廠35000.895000452架空線7東郊變19000.85250001架空線8西郊變18000.86250001架空線2.1.5其它條件2.1.5.1線損率取5%2.1.5.2負荷的同時率系數為0.92.1.5.3有功負荷率為0.75；無功負荷率為0.82.1.5.4要求變電所的平均功率因數補償到0.9以上2.1.5.5基本要求：從負荷表中可看出，重要負荷所占的比例較大，所以對可靠性要求高對本次設計的變電所，盡量考慮設備少，投資適當，占地面積小，高壓電器設備維護量小，運行方式靈活，滿足遠景規(guī)劃2.2設計范圍及建設規(guī)模2.2.1 60KV室外變電設備2.2.2 10KV室內配電設備2.2.3 變電所設備繼電保護系統(tǒng)2.2.4 防雷系統(tǒng)2.3設計主要內容2.3.1變電所的變壓器選定（型式、容量、臺數）2.3.2確定變電所電氣主接線型式和繪圖2.3.3短路電流計算2.3.4電氣設備選擇（母線、高壓斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器、補償電容器等）2.3.5配電裝置設計2.3.6繼電保護和自動裝置設計和整定計算2.3.7過電壓保護設計第三章 主變壓器的選擇3.1主變器臺數的確定3.1.1從10KV側的負荷表中可以看出，每個負荷出線為兩回路，負荷可以按兩回路進行分配3.1.2主變壓器在滿足用戶負荷容量的條件下，還應考慮檢修、故障情況下的容量備用因此，本次設計的變電所采用兩臺主變壓器3.2主變壓器的容量的確定3.2.1主變壓器的容量選擇必須滿足本次設計的變電所的負荷容量要求，也盡可能考慮變電所建成后5-10年的規(guī)劃負荷的要求，也適當考慮到遠期的負荷發(fā)展，與城市規(guī)劃相結合3.2.2根據變電所所帶用戶負荷的性質和電網的結構來確定主變壓器的容量，對于有重要負荷的變電所，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時間內，應保證用戶的一級和二級重要負荷。對一般性變電所，當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量應能保證全部負荷的70%-80%3.3選擇主變壓器3.3.1根據10KV側負荷表計算（詳細的計算過程見計算書），最大負荷為： S總=27600KVA （考慮線損和負荷同時率）3.3.2本次設計采用兩臺主變壓器互相備用運行方式，即當一臺變壓器停運或故障時，另一臺變壓器能保證全部負荷的70%重要負荷供電，即： SB70%18200KVA其中由負荷表計算得重要負荷為：13966.3KVA，即變電所的重要負荷小于變壓器的70%的備用容量（18200KVA13966.3KVA），所以變壓器的70%的備用容量完全可以保證重要負荷的運行要求3.3.3計算功率因數在沒有考慮低壓母線（10KV）上裝無功補償裝置情況下，只要滿足以上的參數即可選擇主變壓器，但是根據設計要求，變電所的平均功率因數應達到0.9以上，則需計算出補償前的變電所平均功率因數，若低于0.9，則還需在低壓母線上裝設無功功率補償裝置，以提高變電所的平均功率因數。由于用戶負荷多為感性負載，因而造成無功功率在線路上的損耗，給系統(tǒng)帶來不利的經濟損失。需要盡可能在負荷末端進行無功功率補償，補償裝置選用電力電容器組，安裝在10KV配電室內，連接在10KV母線上。經過計算補償前變電所的平均功率因數COS=0.890.9經過計算得出需補償的無功功率為： Q補=1008.6Kvar (應取3的倍數1200 Kvar)3.3.4選擇電容器電容器型號為BWF11/3-200-1W B-B系列并列電容器 W-烷基苯 F-紙膜 200-容量（Kvar）/每臺 1-單相 W-戶外由此可見，每臺電容器的容量為200 Kvar，則需要電容器6臺，每相兩臺,并列使用，星型接線若考慮在變壓器的二次側加電容器進行補償，則在選定變壓器前應減掉補償的無功功率，加電容器后應再次經過計算保證變電所的功率因數達到0.9以上。 則補償后低壓側母線的： P總=25000KW Q總=12708Kvar S總=28045KVA則可以依據以上的參數選定變壓器，據設備清冊，選型號為SFL1-20000/60變壓器，其主要參數見下表：額定電壓60±2*2.5%/11空載損耗22KW短路損耗123KW額定電流空載電流1.0%阻抗電壓9.0%油重6.33噸總重29.38噸外行尺寸5140*3620*4560軌距1435MM聯接組別Y0/-11器身重13.6噸變壓器選定后，還應驗證變壓器高壓側母線的功率因數也不應低于0.9，經過計算，得出高壓側母線的功率因數為0.9050.9，則確認所選變壓器和電容器能夠滿足該系統(tǒng)的正常運行名 稱S（KVA）補償前負荷（考慮線損和同時率）27600無功功率補償的容量1008.6Kvar補償后的計算負荷28045KVA第四章 電氣主接線4.1對電氣主接線的說明變電所的電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的重要部分。電氣主接線是主要電氣設備（如發(fā)電機、變壓器、開關、互感器、線路、電容器、電抗器、母線、避雷器等）按一定順序要求，連接而成的，分配和傳送電能的總電路，將電路中各種電氣設備用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號繪制成的電氣聯接圖，稱為電氣主接線圖。其中分配電能部分即為配電系統(tǒng)圖擬定一個合理的電氣主接線方案，不僅與電力系統(tǒng)整體變電所本身運行的可靠性、對電氣設備的選擇，配電裝置的布置、靈活性、操作與檢修的安全、繼電保護配置以及今后的擴建，對電力工程建設和運行的經濟性等，都有很大的影響。是電氣工程設計最基礎的部分。由于主接線的確定，變電所的形式也就隨之而確定下來4.2主接線設計原則4.2.1主接線設計依據4.2.1.1變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用，本變電所屬于電力系統(tǒng)中的一般變電所4.2.1.2變電所的分期后最終建設規(guī)模，變電所依據5-10年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行設計4.2.1.3負荷大小的重要性：本變電所為二次變，一般由兩個電源獨立供電，當任何一個電源消失后，能保證重要負荷繼續(xù)供電4.2.1.4系統(tǒng)備用容量的大小4.2.1.5系統(tǒng)專業(yè)對電氣主接線提供的資料4.2.2主接線設計的基本要求：主接線應滿足可靠性、靈活性和經濟性三相基本要求4.2.2.1保證必要的供電可靠性供電可靠性是電力生產和電能分配的首要任務。由于電力系統(tǒng)的發(fā)電、送電和用電是同時完成的，并且在任何時候都保持平衡關系，無論哪部分故障，都將影響整個電力系統(tǒng)的正常運行電氣主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一次部分和二次部分綜合。因此除了盡可能選用工作可靠的一次設備和二次設備外，還應設計這些設備的合理連接方式可靠性的具體要求：4.2.2.1.1斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)和設備供電4.2.2.1.2斷路器或母線故障，以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數和停運時間，并保證對一般負荷及全部或部分二級負荷的供電4.2.2.1.3盡量避免邊電所全部停運的可能性4.2.2.2靈活性電力系統(tǒng)是一個緊密聯系的整體。變電所電氣主接線的運行方式隨整個電力系統(tǒng)的運行要求而改變。因此，所設計的電氣主接線應能靈活地投入和切除某些變壓器、線路等，從而達到調配電源和負荷的目的；并能滿足電力系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式和特殊運行方式下的調度要求。當需要檢修某些設備時，應能夠很方便地使斷路器、母線及繼電保護設備退出運行進行檢修，而不影響電力網的運行或停止對用戶的供電。此外，電氣主接線方案還必須能夠容易的從初期接線過度到最終接線，以滿足擴建的要求4.2.2.3經濟性主接線在滿足可靠性、靈活性的前提下要做到經濟合理4.2.2.3.1主接線應力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備4.2.2.3.2要使繼電保護和二次回路不過于復雜，以節(jié)省二次控制設備、電纜4.2.2.3.3要限制短路電流，以便于選擇廉價的電氣設備和輕性設備4.2.2.3.4節(jié)省占地面積、合理使用資源4.2.2.3.5電能損失減少到最低程度并且，為簡化主接線，變電所接入系統(tǒng)的電壓等級一般不超過兩種4.3主接線的選擇本設計為60/10KV電壓等級的二次變電所，可選擇的接線方式有：、有匯流母線的接線。單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段、增設旁路母線或旁路開關等、無匯流母線的接線。變壓器-線路單元接線、橋形接線、角形接線等6-220KV高壓配電裝置的接線方式，主要決定于電壓等級及出線回路數4.3.1單母線接線 如圖4.3.1.1主要優(yōu)點：接線簡單清晰、設備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置4.3.1.2主要缺點：不夠靈活可靠，任一元件故障和檢修，均需使整個配電裝置停電。雖然可用隔離開關分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需短時停電4.3.1.3適用范圍：一般適用一臺發(fā)電機或一臺主變的以下三種情況：4.3.1.3.16-10KV配電裝置的出線回路數不超過5回4.3.1.3.235-60KV配電裝置的出線回路數不超過3回4.3.2單母線分段 如圖4.3.2.1優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要負荷停電4.3.2.2缺點：4.3.2.2.1當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間停電4.3.2.2.2當出線為雙回路時，常使架空線出現交叉跨越4.3.2.2.4擴建時需向兩個方向均衡擴建4.3.2.3使用范圍：4.3.2.3.1 6-10KV配電裝置出線回路數為6回及以上4.3.2.3.2 35-60KV配電裝置出線回路數為4-8回4.3.3雙母線接線雙母線的兩組母線同時工作，并通過母線聯絡斷路器并聯運行，電源與負荷平均分配在兩組母線上4.3.3.1優(yōu)點、供電可靠性通過兩組母線隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障后，能迅速恢復供電；檢修任一回路的母線隔離開關，只停該回路、調度靈活各個電源和回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應系統(tǒng)中各種運行方式調度和潮流變化的需要、擴建方便、便于試驗4.3.3.2缺點4.3.3.2.1增加一組母線和使每回路就需要增加一組母線隔離開關，投資增大4.3.3.2.2當母線故障和檢修時，隔離開關作為倒換操作電器，容易誤操作4.3.3.3適用范圍當出線回路數或母線上電源較多、輸送和穿越功率較大、母線故障后要求迅速恢復供電、母線或母線設備檢修時不允許影響對用戶的供電、系統(tǒng)運行調度對接線的靈活性有一定要求時采用。各級電壓采用如下：4.3.3.3.16-10KV配電裝置，當短路電流較大、出線需要帶電抗器時4.3.3.3.235-60KV配電裝置，當出線回路數超過8回數時；或連接的電源較多、負荷較大時4.3.4母線接線方式的選擇據上述各種母線的接線方式的論述，結合本次變電所的實際情況和負荷分配情況，本次設計的變電所60KV和10KV母線選擇單母線分段的接線方式。系統(tǒng)圖1第五章 短路電流計算5.1概述計算短路電流的目的是用于電氣主接線的選擇；導線及電氣設備的選擇，確定中性點接地方式；計算軟導線的短路搖擺；驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓；選擇繼電保護裝置和進行整定計算供電系統(tǒng)的設計和運行中，不僅要考慮到正常工作狀態(tài)，而且還需考慮到可能發(fā)生的短路故障以及正常運行情況。多年運行經驗表明，供電系統(tǒng)的故障，大多數是由短路引起的，短路故障的基本類型有四種：三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路三相短路時，由于短路回路的三相電流基本相等。因此，三相電流和電壓仍是對稱的，故又稱為對稱短路，其他類型的短路均為不對稱短路。統(tǒng)計資料表明，在大接地電流系統(tǒng)中，以單相接地故障最多；小接地電流系統(tǒng)中，主要是相間短路故障發(fā)生短路故障后，將會造成以下后果：、電流可能達到該回路額定電流的幾倍甚至幾十倍。短路電流的熱效應可能導致導體發(fā)熱甚至融化；使電氣設備絕緣過熱而被燒壞、短路將使網絡電壓下降，嚴重時影響電機、照明、生產和家用電器等電氣設備正常運行，甚至破壞發(fā)電機的并列運行，造成系統(tǒng)解列和電壓崩潰，導致大面積停電、巨大的短路電流將在電氣設備中產生很大的電動力，可能使導體變形、扭曲或損壞、巨大的短路電流將周圍空間產生較強的電磁場，尤其是不對稱短路所產生的不平衡交變磁場，對周圍的通訊網絡、信號系統(tǒng)、晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)及自控系統(tǒng)產生干擾正因為短路故障對電力系統(tǒng)可能造成極其嚴重的后果，所以一方面采取限制短路電流的措施；另一方面要正確選擇電氣設備載流導體和繼電保護裝置，以防止故障的擴大，保證電力系統(tǒng)的安全運行。只有正確計算出各種網絡結構不同短路點的短路電流才能正確地選擇各種電氣設備，并對繼電保護進行整定5.2計算條件5.2.1電氣系統(tǒng)短路電流計算條件基本假定：正常工作時三相系統(tǒng)對稱運行；所有電源的電動勢相位角相同；系統(tǒng)中的同號和異步電機均為理想電機，不考慮電機磁飽和、磁滯、渦流及導體肌膚效應等影響，轉子結構完全對稱；定子三相繞組空間位置相差120°電角度；電力系統(tǒng)中個元件的磁路不飽和，既有鐵芯的電器社別電抗值不隨電流大小發(fā)生變化；電力系統(tǒng)中所有電源都在額定負荷下運行，其中50負荷接在高壓母線上，50負荷接在系統(tǒng)側；不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流；短路發(fā)生在電流為最大值是瞬間；除計算短路電流的衰減時間常數和低壓網絡的短路電流外，元件的電阻都略去不計元件的計算參數均取額定值，不考慮參數的誤差和調整范圍；輸電線路的電容略去不計。5.2.2一般規(guī)定驗算倒替和電器動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應按工程的設計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景規(guī)劃發(fā)展。確定短路電流時，應按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。選擇導體和電器用的短路電流，在電器連接網絡中，應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。選擇導體和電器時，對不帶電抗器回路的計算電路點，應選擇在正常接線方式短路電流的最大的地點。導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流，一般按三相短路驗算，若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統(tǒng)及自耦變壓器等回路中的單相，兩相接地系統(tǒng)短路較三相短路嚴重時，應按嚴重情況計算。5.2.3限制措施電力系統(tǒng)可以采取的限制短路電流的措施：提高電路系統(tǒng)的電壓等級；采用直流輸電方式；在電力系統(tǒng)的主網加強聯系后，將次級電網解列運行；在允許的范圍內，增大系統(tǒng)的零序阻抗。變電所可以采取的限流措施：變壓器分列運行；在變壓器回路中裝設分裂電抗器；采用低壓側為分繞組的變壓器；出線上裝設電抗器。5.3短路過程分析5.3.1由“無限大容量系統(tǒng)”供電的三相短路電流所謂“無限大容量系統(tǒng)”僅為一個相對概念。當電源的容量足夠大時，其等值內阻抗就很小，此時若在電源外部發(fā)生短路，則整個短路中各個元件的等值阻抗，將此電源的內阻大的多，因而電源母線上的電壓變化很小，實際計算時甚至可以認為沒有變化，既認為是一個恒壓源，這種電源就稱為無限大容量電源。三相短路電源的變化規(guī)律三相短路后，在短路暫態(tài)過程中，短路電流等于它的周期分量和非周期分量的瞬間值之和，短路電流的非周期分量是隨時間按指數規(guī)律衰減的。當非周期分量為零時，短路既進入穩(wěn)態(tài)過程，此時穩(wěn)態(tài)短路電流的大小不再變化，這是這種系統(tǒng)短路的顯著特點。三相短路沖擊電流id三相短路電流的最大瞬時值出現在短路發(fā)生后約半個周波左右，它不僅與周期分量的幅值有關，也與非周期分量的起始值有關，最嚴重的短路情況下，三相短路電流的最大瞬時值稱為沖擊電流Idhich=2KchIzp式中： Kch =1+e-ttd 短路電流沖擊系數 Izp短路電流周期分量的有效值一般:高壓電網：Kch=1.8 ich=2.55Izp低壓電網：Kch=1.3 ich=1.84Izp三相短路沖擊電流有效值IchIch= Izp1+2（Kch-1）2一般：高壓電網：Kch=1.8 ich=1.52Izp 低壓電網：Kch=1.3 ich=1.09Izp5.3.2由“有限容量系統(tǒng)”供電時的三相短路電流假如向短路點輸送短路電流的電源容量較小，或者短路點離電源較近，在這種情況下稱為有限容量系統(tǒng)供電的短路，在此條件下，電源電壓的變化并非恒定不變，短路電源周期分量的幅值隨電源電壓的變化而改變，短路的暫態(tài)過程更為復雜，因此，前文所述無限容量系統(tǒng)短路過程的分析和計算方法，已不全適用，此時必須考慮同步發(fā)電機在突然短路時的電磁暫態(tài)過程。5.4短路電流的計算方法電力系統(tǒng)短路電流的計算方法通常有三種，即標么值法、短路容量法（又稱MVA法）和有名單位制法（又稱歐姆法），高壓系統(tǒng)中，一般采用標麼值法。5.4.1標麼值法的基本原理標麼制又稱為相對單位制，它是各個物理量的實際值與基準值的比值（系數或百分比）采用標麼制，首要的問題是確定基準值：基準值：在短路電流的實際計算中，為了方便常選取100MVA或10000MVA作為視在功率基準值，選用某電壓等級的平均額定電壓作為電壓的基準值。所謂線路平均額定電壓，系指線路始端最大額定電壓與線路末端最小額定電壓的平均值。線路額定電壓與平均額定電壓額定電壓 UN（KV）103560110154220平均額定電壓UN（KV）10.53760115162230若取Sd=100MVA，由可列出不同基準電壓Ud下的基準電流Id，與基準電抗Xd值。常用基準值表基準電壓Ud(KV)10.53763115162230基準電流Id(KA)5.51.560.9170.5020.3560.251基準電抗Xd()1.113.739.7132262529標麼值標麼值的定義：容量標麼值：S* = S/Sd 電壓標麼值：U* =U/Ud電流標麼值：I*=I*Id=I*3Ud*Sd額定標麼值：在電氣設備（如發(fā)電機、變壓器、電抗器及電動機等）的技術數據中，往往給出以其自身額定參數為基準的標麼值。容量的額定標麼值：S*=S/SN電壓的額定標麼值：UN*=U/UN 電抗的額定標麼值：X*=X/XN=X*SN/U2N電流的額定標麼值：I*=I/IN=3UNI/SN5.5短路電流的計算 （詳細計算步驟見計算書）本次設計的變電所距負荷較近，配電線路較短，10KV側各配電線路末端的短路電流值與變電所二次母線上的短路電流值相差無幾，故只計算出變壓器一次與二次母線的短路電流既可滿足要求（系統(tǒng)圖如圖2）5.5.1 60KV側母線短路電流計算（如圖K1點短路）經過詳細計算K1點短路時短路電流為(計算過程詳見計算書) iim=2.55×I"=17.24KA5.5.2 10KV側母線短路電流計算（如圖K2點短路）經過詳細計算K2點短路時短路電流為(計算過程詳見計算書)圖2最大運行方式下： iim=2.55×I"=38.5KA 短路容量Skt=3UavIk=369.44MVA 穩(wěn)態(tài)短路電流Ik=15.2KA 最小運行方式下： iim=2KimI"=29.7KA Iim=I"1+2(Kim-1)=16.39KA 短路容量Skt=3UavIk=283.88 MVA 穩(wěn)態(tài)短路電流Ik=11.65KA第六章 變電所設備的選擇與校驗6.1高壓電器選擇的一般要求電氣設備的選擇是發(fā)電廠和變電所電氣部分設計的重要內容之一。如何正確地選擇電氣設備，將直接影響到電氣主接線和配電裝置的安全及經濟運行。因此在進行設備的選擇時，必須執(zhí)行國家的有關技術經濟政策，在保證安全、可靠的前提下，力爭做到技術先進、經濟合理、運行方便和留有適當的發(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全、經濟運行的需要6.1.1一般原則應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展；應按當地環(huán)境條件校驗；應力求技術先進和經濟合理；與整個工程的建設標準應協(xié)調一致；同類設備應盡量減少品種；選用的新產品均應具有可靠的試驗依據，并經正式鑒定合理，在特殊情況下，選用未經正式鑒定的新產品時應經上級批準。6.1.2技術條件選擇的高壓電器應能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過流的情況下，保持正常運行。長期工作條件：電壓：選用的電器在允許最高工作電壓Umax不得低于該回路的最高運行電壓Ug即：UmaxUg電流：選用的電器額定電流Ie不得低于所在回路各種可能運行方式的持續(xù)工作電流Ig即：IeIg由于變壓器短路時過載能力很大，雙回路出現的工作電流變化幅度也較大，故其計算工作電流應根據實際需要確定。高壓電器沒有明確的過載能力，所以在選擇其額定電流時，應滿足各種可能運行方式回路持續(xù)工作電流的要求。機械荷載：選電器端子的允許載應大于電器引線在正常運行和短路時是最大作用力。各種電器的荷載能力，廠家出廠時已做考慮，本設計不再考慮。短路穩(wěn)定條件：檢校的一般原則：、電器在選定后應按最大可能通過的短路電流進行行動、熱穩(wěn)定校驗。、用熔斷器保護的電器可不驗算熱穩(wěn)定，用熔斷保護的電壓互感器回路，可不驗算動、熱穩(wěn)定。短路的熱穩(wěn)定條件：It2tQdt式中：Qdt在計算時間tjs秒內，短路電流的熱效應；（KA2s ）Itt秒內設備允許通過的熱穩(wěn)定電流的有效值（KA）t設備允許通過的熱穩(wěn)定電流的時間（S）；校驗短路電流熱穩(wěn)定所用的計算時間tjs按下式計算： tjs=tb+td式中：tb繼電保護裝置后備保護動作時間（S） td斷路器的和分閘時間（S）采用延時保護時，tjs相應數據為繼電保護裝置的啟動機構和執(zhí)行機構的動作時間，短路器的固有分閘時間以及斷路器觸頭電弧的持續(xù)時間總和。短路的動穩(wěn)定條件：ichidf IchIdf式中：ich短路電流（沖擊）峰值（KA） idf短路主電流有效值（KA）Ich電器允許的極限通過電流峰值（KA）Idf電器允許的極限通過電流有效值（KA）絕緣水平：在工作電壓和過電壓的作用下，電器的內外絕緣應保證必要的可靠性。電器的絕緣水平，應按電網中出現的各種過電壓和保護設備響應的保護水平，確定當所送電器的絕緣水平低于國家規(guī)定的標準數值時，應通過絕緣配合計算，選用適當的過電壓保護設備。6.1.3環(huán)境條件溫度：按交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱的規(guī)定，普通高壓電器在環(huán)境最高溫度為+40時允許按額定電流長期工作，當電器在安裝點的環(huán)境溫度高于+40，但不高于+60時，每增高1，建議額定電流減少1.8，當低于+40時，每降低1，建議額定電流增加0.5%普通高壓電器一般可在環(huán)境最地溫度為-30時正常工作，在高寒地區(qū)應選擇能適應環(huán)境最低溫度為-40的高寒電器。日照：產外高壓電器設備在日照下將產生附加溫升，如果設備制造部門未能提出產品在日照下額定載流量的下降數據，在設計中可按電器額定電流的80%選擇設備。風速：一般高壓電器可去風速不大于35m/s的環(huán)境下使用。選擇電器時用的最大風速，可去高地10m高，30年一遇的10 m平均最大風速，陣風對外電器及電瓷產品的影響，已由制造廠考慮，不作為選擇條件。對于臺風經常侵襲或最大風速超過35m/s的地區(qū)，除向制造部門提出特殊定貨外，在設計布置時應采取有效的防護措施。如降低安裝高度，加強基礎固定等。冰雪：在積雪覆冰嚴重的地區(qū)，應采取措施防止冰串引起瓷線絕緣對地網絡。隔離開關的破冰厚度一般為10mm，在冰雪區(qū)，所選擇隔離開關的破冰厚度，應大于安裝場所的最大覆冰厚度。濕度：選擇電器用的濕度，應采用當地相對濕度最高月份的平均相對濕度對濕度較高的場所，應采用該處實際相對濕度。一般高壓電器可使用在20相對濕度為90%（電流互感器為85%）的環(huán)境中。污穢：在距離海岸12km或鹽廠附近的鹽霧場所在火電廠、煉油廠、冶煉廠、石油化工廠和水泥廠等附近含有由工廠排出的二氧化硫、硫化氫、氨、氮等成分煙氣，粉塵等場所，在濕氣候下將形成腐蝕性或導電的物質，污穢地區(qū)內各種污穢物對電器設備的危害，取決于誤會物質的導電性、吸水性隨著力數量，比重及距污物源的距離和氣象條件，在工程設計中，應根基污穢情況選用下到措施。增大電瓷外絕緣的有效泄漏比距或選用利于防污的電瓷造型，如果用半導體、大小傘、大傾角、鐘罩式等制造絕緣子。 采用屋內配電裝置，二級及以上，污穢區(qū)63110KV配電裝置采用屋內型。當技術合理時，污穢區(qū)220KV配電裝置也可采用屋內型。海拔：電器的一般使用條件為海拔不超過1000m海拔超過1000m地區(qū)稱為高原地區(qū)。本設計變電所不屬高原地區(qū)，因而不考慮此項因素。地震：地震對電器的影響主要是地震波的頻率和地震震動的加速度。選擇電器時，應根據當地震烈度選取用能夠滿足地震需求的產品，電器的輔助設備各應具有與主設備相同的抗震能力，一般電器產品可以耐受地震烈度8度的地震度，在安裝時，應考慮到指甲對地震力的放大作用根據有關規(guī)定。地震基本烈度為7度及以下地區(qū)的電器可不采用防震措施。6.1.4環(huán)境保護：選用電器尚應注意電器對周圍環(huán)境的影響，根據周圍環(huán)境的控制標準，要對制造部門提出必要的技術要求。電磁干擾：頻率大于10KHZ的無線電干擾主要來自回線的電流，電壓突變和電暈放電，它會損害或破壞電磁信號的正常接收及電子設備的正常運行，因此電器及金具的最高工作電壓下，晴天的夜晚不應出現可見電暈110KV及以上電器戶外晴天無線電干擾電壓不應大于2500uv根據運行校驗和現場實測結果，對于110KW以下的電器在一般可不校驗無線電干擾電壓。噪音：為了減少噪音對工作場所和附近居民區(qū)的影響，所選高壓電器在運行中或操作時產生的噪音，在距電器2米處不應大于下列水平：連續(xù)性噪音水平：85dB非連續(xù)性噪音水平：屋內：90 dB 屋外：110 dB6.1.5本次變電所設計主要選擇兩個短路點進行計算，就可以滿足選擇電氣設備的要求。所以選擇高壓電氣設備（60KV側）主要以K1點電路電流進行選擇。選擇低壓（10KV側）電氣設備以點短路電流為基礎進行選擇6.2高壓斷路器的選擇高壓斷路器，是高壓系統(tǒng)中最重要的電氣設備之一，高壓斷路器能在負荷的情況下接通或斷開電路，在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時迅速切斷短路電流6.2.1按額定電壓選擇高壓斷路器的額定電壓Ue應大于或等于所在電網的額定電壓UewUeUew6.2.2按額定電流選擇高壓斷路器的額定電流Ie應大于它的最大持續(xù)工作電流IgmaxIeIgmax6.2.3按開斷電流選擇在給定的電網電壓下，高壓斷路器的開斷電流Iekd應滿足Iekd Ixt式Ixt-斷路器實際開斷時間tk秒的短路電流周期分量的有效值斷路器實際開斷時間tk等于繼電保護主保護動作時間與斷路器的固有分閘時間之和6.2.4按額定關合電流選擇斷路器的額定關合電流ieg應不小于最大短路電流沖擊值iciiegici6.2.5動穩(wěn)定校驗高壓斷路器的極限通過電流峰值idw應不小于三相短路時通過斷路器的沖擊電流ici即idwici6.2.6熱穩(wěn)定校驗高壓斷路器的短時允許發(fā)熱量應不小于短路期內短路電流發(fā)出的熱量據上述參數選擇高壓斷路器型號為：LW9-66/2500-31.5 SF6斷路器 參數如下表：額定電壓最高工作電壓額定電流額定短路開斷電流額定短路關合電流額定短路持續(xù)時間額定峰值耐受電流66KV72.5KV2500A31.5KA80KA4S80KA廠家：瓦房店高壓開關廠6.3高壓隔離開關選擇隔離開關應根據下列條件選擇：型式和種類；額定電壓；額定電流；動穩(wěn)定；熱穩(wěn)定選擇隔離開關型號為：GW560D 6組 GW5-60 8組參數如下表：額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流單相接地開關所配機構動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流隔離開關接地開關66KV630A50KA20KA/4S50KA20KA/4SCS17-GCS17-G廠家：沈陽高壓開關有限公司6.4電流互感器的選擇6.4.1設備種類的選擇電流互感器的種類和型式應根據使用環(huán)境條件和產品情況選擇。對6-10KV屋內配電裝置，可采用瓷絕緣結構或樹脂澆注絕緣結構的電流互感器。對于35KV及以上配電裝置，宜采用油浸式絕緣結構的獨立式電流互感器6.4.2按一次額定電壓和額定電流選擇電流互感器的一次額定電壓和額定電流必須滿足UeUewIeiIgmaxUe 、Iei-一次額定電壓和額定電流Ue、Igmax-安裝處一次回路工作電壓和最大工作電流6.4.3按準確度級和副邊負荷選擇6.4.4熱穩(wěn)定校驗6.4.5動穩(wěn)定檢驗 選擇高壓側電流互感器型號為：LCWB5-63其主要參數為：額定電流比二次組合準確級額定負荷套管泄露距離（MM）短時（1S）熱電流（KA）動穩(wěn)定電流（KA）2*300/50.5/B/B0.5/B50/5015004S80KA6.5電壓互感器的選擇6.5.1裝置種類和型式選擇電壓互感器的種類和型式應根據安裝地點和使用條件進行選擇。對于3-20KV屋內配電裝置，宜采用油浸絕緣結構，也可采用樹脂澆注絕緣結構的電壓互感器；對于35KV以上配電裝置宜采用電磁式電壓互感器6.5.2按一次回路電壓選擇為了保證電壓互感器的安全和在規(guī)定的準確級下運行，電壓互感器一次繞組所接電網電壓應在（0.91.1）Ue1范圍內變動，即滿足條件：1.1Ue1U10.9 Ue1式中 U1-電網電壓Ue1-電壓互感器一次繞組額定電壓6.5.3按二次回路電壓選擇電壓互感器的二次額定電壓必須滿足繼電保護裝置和測量用標準儀表的要求6.5.4按準確級和容量選擇對應于測量儀表要求的最高準確級的電壓互感器的額定二次容量Se2應不小于電壓互感器的二次負荷容量S2選擇電壓互感器型號為：JCC563額定電壓額定負荷（VA）極限負荷一次繞組二次繞組剩余電壓繞組二次繞組（VA）0.2級0.5級1.0級3P級200066/30.1/30.1/31502504003006.6高壓側避雷器選擇避雷器是一種保護電器、用來限制電氣設備上承受的過電壓選擇避雷器應考慮：系統(tǒng)額定電壓；系統(tǒng)最高運行電壓；避雷器額定電壓；避雷器在5KA 8/20S沖擊電壓下的殘壓本設計選用氧化鋅避雷器：H5W-90/220參數如下：額定電壓持續(xù)運行電壓系統(tǒng)電壓5KA 8/20S沖擊電壓下的殘壓90KV72.5KV66KV220KV6.7 10KV側主要電氣設備選擇6.7.1母線聯絡開關主變二次電流Ie=1452A Ue=10KV則選擇ZN12-10/1600型真空斷路器(1組)額定電壓額定電流額定短路開斷電流額定短路關合電流額定熱穩(wěn)定電流額定動穩(wěn)定電流10KV1600A40KA80KA40KA/4S100KA6.7.2負荷配出線開關、電容器組開關最大負荷電流ILmax=314A Ue=10KV則選擇ZN12-10/1600型真空斷路器(18組)參數如上表6.7.3電流互感器選擇6.7.3.1參數選擇（按下表進行選擇）項目參數技術條件正常工作條件一次回路電壓，一次回路電流，二次回路電流，二次側負荷，準確度等級，暫態(tài)特性，二次級數量，機械菏載短路穩(wěn)定動穩(wěn)定倍數，熱穩(wěn)定倍數承受過電壓能力絕緣水平、泄露比距環(huán)境要求環(huán)境溫度、最大風速、海拔高度、地震烈度6.7.3.2型式選擇35KV以下的屋內配電裝置的電流互感器宜采用瓷絕緣結構或環(huán)氧樹脂澆注絕緣結構。35KV以上配電裝置一般采用油浸瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器6.7.4電壓互感器選擇6.7.4.1參數選擇6.7.4.2型式選擇6-10KV配電裝置一般采用油浸絕緣結構，在高壓開關柜或比較狹窄的地方，可采用樹脂澆注絕緣結構6.7.4.3接線選擇6.7.4.4電壓選擇6.7.4.5準確度及二次負荷6.7.5所用變選擇為了考慮本變電所的動力和照明負荷等需要，本變電所設計兩臺變壓器，一臺工作，另一臺作備用。選型號為SC7-100/106.7.6高壓開關柜的主母線選擇通過主母線最大電流Imax=1452AS=Imax/Je=1452/2.25=645mm2選用TMY-80*10 mm2的銅母線6.7.7其他輔助設備繼電保護屏2面（每屏兩條線路）；中央信號屏1面；60KV線路控制屏2面（每屏兩條線路）；硅整流屏1面；交流屏1面；主變保護屏2面，10KV進線控制屏2面。共11面6.8全所所用設備名稱型號規(guī)格數量備注主變壓器SFL1-20000/602臺高壓斷路器LW9-66/2500-31.57臺高壓隔離開關GW560D 6組高壓隔離開關GW5-60 8組高壓電流互感器LCWB5-637組高壓電壓互感器JCC5632組60KV避雷器H5W-90/2204組母線2組，變壓器2組高壓開關柜KYN18A-1021臺ZN12-10/1600型真空斷路器10KV電流互感器AS12/150b/2s11組主變、母聯負荷配出線10KV電壓互感器RZL102組10KV所用變壓器SC7-100/102臺10KV電容器BWF11/3-200-1W6組保護、控制柜11面10KV主母線TMY-80*8銅母線第七章 繼電保護設計7.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用7.1.1有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中快速、自動地切除，使其破壞程度降低到最小，并保證最大限度地迅速恢復無故障設備的正常運行7.1.2反映電氣元件的異常運行情況，根據運行維護的具體條件和設備的承受能力，發(fā)出警告信號，減負荷和延時跳閘7.1.3依據實際情況，盡快自動恢復停電部分的供電7.2繼電保護的要求可靠性、選擇性、快速性、靈活性7.3變壓器保護的配置原則：變壓器一般裝設下列繼電保護裝置。7.3.1反映變壓器油箱內部故障和油面降低的瓦斯保護。容量為800KVA及以上的油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。當油箱內部故障產生輕微瓦斯或油面下降時，保護裝置應瞬時動作于信號；當產生大量瓦斯時，瓦斯保護宜動作于斷開變壓器各電源側斷路器。7.3.2相間短路保護反映變壓器繞組和引出線的相間短路的縱聯差動保護或電流速斷保護，對其中性點直接接地側繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路也能起保護作用。容量為6300KVA以下的并列運行的變壓器以及10000KVA以下單獨運行的變壓器，當后備保護時限大于0.5s時，應裝設電流速斷保護。容量為6300KVA以上的并列運行的變壓器、10000KVA以上的單獨運行的變壓器、以及2000KVA及以上應電力速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器，應裝設縱聯差動保護。7.3.3后備保護過電流保護，用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應考慮事故時可能出現的過負荷。7.4變電所10KV配電裝置母線保護對于變電所10KV分段的單母線允許帶時限切除母線故障時，不裝設專用的母線保護。母線故障可利用裝設在變壓器斷路器的后備保護和分段斷路器的保護來切除。分段斷路器保護：出線斷路器如不能按切除負荷回路的短路條件選擇時，分段斷路器上通常裝設兩相式瞬時電流速斷裝置和過電流保護。7.5 10KV線路保護裝設原理7.5.1相間短路保護對于不帶電抗器的單側電源線路，應裝設電流速斷飽和和過電流保護。對變電所，當線路上發(fā)生短路并伴隨著變電所母線上的電壓大量降低時，如為了提高對電力用戶供電質量，要求快速切除故障，也可裝設瞬時電流速斷保護。為了滿足上述要求，必要時允許保護非選擇性動作，并裝設自動重合閘或備用電源自動投入裝置來全部或部分地校正保護的非選擇性動作。當在單側電源放射狀串聯線路上發(fā)生短路時，如果非選擇性瞬時電流速斷保護有可能是靠近電源側的非故障線路先切除，則在故障線路保護的出口回路上要考慮自保持的措施，以保證保護可靠動作。單相接地保護在變電所母線上，應裝設單相接地監(jiān)視裝置，監(jiān)視裝置反映零序電壓，動作于信號。有條件安裝零序電流互感器的線路，如電纜線路或經電纜引出的架空線路，當單相接地電流能滿足保護的選擇性和靈敏性要求時，應裝設動作于信號的單相接地保護。第八章 過電壓保護選擇電氣設備在運行中有時要承受高于其運行電壓，主要有雷過電壓和操作過電壓及系統(tǒng)參數變化產生的諧振振蕩過電壓8.1雷過電壓保護8.1.1直擊雷的保護范圍變電所的直擊雷過電壓保護，可采用避雷針、避雷線、避雷帶和鋼筋焊接成網等。下列設施應裝設直擊雷保護裝置： 8.1.1.1屋外配電裝置，包括組合導線和母線廊道8.1.1.2煙囪、冷卻塔和輸煤系統(tǒng)的高建筑物8.1.1.3油處理室、燃油泵房、露天氫氣罐、大型變壓器修理間等8.1.1.4雷電活動特殊強烈地區(qū)的主廠房、主控制室和高壓屋內配電裝置8.1.2避雷針、避雷線的裝設原則及接地裝置的要求8.1.2.1獨立避雷針（線）宜設獨立的接地裝置。在非高土壤電阻率地區(qū)，其工頻接地電阻不宜超過10。當有困難時，該接地裝置可與主接地網連接，使兩者的接地電阻都得到降低。但為了防止經過接地網反擊35KV及以下設備與主接地網的地下連接點，沿接地體的長度不得小于15m。8.1.2.2獨立避雷針的接地裝置與發(fā)電廠、變電所接地網間的地中距離應符合下式要求：Sd0.3RchSd -地中距離（M）Rch-獨立避雷針的沖擊接地電阻8.1.3避雷針保護范圍計算（兩只等高避雷針保護范圍）8.1.3.1單支避雷針的保護范圍當HX1/2時rx=(h-hx)p式中rx -避雷針在水平面上的保護半徑 h -避雷針的高度 hx -被保護物的高度 p -避雷針高度影響系數，當h 30m時p=18.1.3.2兩支等高避雷針保護范圍，應按下列方法確定：兩針外側的保護范圍按單支避雷針的計算方法確定；兩針間的保護最低點高度ho按下式計算： ho=h-D/7p ho兩針間保護最低點的高度（m）； D兩針間的距離（m）