毕业设计（论文）-某水泥厂110kV总降压变电所的设计.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）某水泥厂110kV总降压变电所的设计摘 要该论文主要阐述了某水泥厂110kv总降压变电所供配电系统的设计依据、原则、方法以及设计的结论。在供配电系统设计中，首先根据负荷等级和原始资料，运用需要系数法进行负荷计算，并且进行变压器和主接线的比较设计和选择工作，并且根据供电局的要求进行无功功率补偿的计算设计工作。根据电力系统运行的可靠性和安全性要求考虑，本次设计采用单母线分段接线的主接线形式。变压器采用大于总容量60%70%的两台变压器。随后运用标幺值的方法进行了短路电流的计算，为设备的选择和校验打下了坚实的基础。电气设备的选择和校验包含10kv和0.4kv两个电压等级下断路器的选择与动热稳定校验、母线的选择与动热稳定校验、电流互感器的选择与校验、电压互感器的选择、高压电气柜的选择和避雷器的选择等。在防雷保护中，按照国标设计要求装设避雷针。在最后根据自己的设计运用CAD制作了该变电所的电气系统图纸。 关键词：变压器，负荷计算，电气设备，主接线IThe Design of Major System of 110kV SubstationABSTRACT This thesis describes a cement plant 110kv substation total buck power supply system design basis, principles, methods, and conclusions of the design. In power supply system design, the first under load level and raw materials, the use of load calculation requires coefficient method and performs a comparison transformers and main wiring design and choice of work, and according to the requirements of power supply bureau reactive power compensation is calculated design work. According to the power systems reliability and safety requirements to consider, this design uses a single bus segment form the main connection wiring. Transformers greater than 60% -70% of total capacity of the two transformers. Then use pu methods for the calculation of short-circuit current for equipment selection and verification laid a solid foundation. Selection and verification of electrical equipment containing 10kv and 0.4kv two voltage levels breaker selection and dynamic thermal stability checking, bus selection and dynamic thermal stability check, selection and validation of current transformers, voltage transformers selection, selection and high voltage electrical cabinet selection arrester. In lightning protection, in accordance with the design requirements GB installed lightning rod. In the last according to their own design using CAD produced drawings of the substations electrical system.KEY WORDS: Transformer，Load Calculation，Electricity equipments，Major system 目录前言1第1章 供配电的参数要求61.1 供电局要求的功率因数61.2 负荷统计的原始资料6第2章负荷计算及无功功率补偿72.1 负荷计算72.1.1 负荷计算的内容和目的72.1.2 负荷计算的方法72.1.3 用电设备计算负荷的计算式82.1.4 各车间的负荷计算82.2 车间变压器的选择92.2.1 水泥粉磨及库顶电力室变压器的选择92.2.2 窑头电力配电室变压器的选择102.2.3 水泥烧成电力配电室变压器的选择102.2.4 生料粉磨及矿山电力配电室变压器的选择102.3 变电所低压侧计算负荷112.4 低压侧的无功补偿112.4.1 提高功率因数的目的112.4.2 提高功率因数的方法112.5 变电所高压侧的计算负荷122.6 主变压器的选择122.6.1 变电所主变压器的选择原则122.6.2 变电所主变压器容量的选择12第3章 主接线的选择143.1 电气主接线设计要求143.2 变电所主接线方案的拟定153.3 110KV线路主接线设计16第4章 短路电流的计算184.1 短路的原因、目的及其后果184.1.1 造成短路的原因184.1.2 短路的后果184.2 计算短路电流的目的194.3 短路计算的方法194.4 短路电流的计算194.4.1 计算基准电抗标么值204.4.2 各点的短路电流21第5章 设备的选择及校验245.1 电气设备的选择原则245.2 电气设备的校验255.2.1 断路器的校验255.2.2 隔离开关的校验275.3 断路器的选择及其校验275.3.1 110kV断路器的选择及其校验275.3.2 10kV断路器的选择及其校验285.3.3 0.4kV断路器的选择及其校验295.4 隔离开关的选择及其校验305.4.1 110kV隔离开关的选择及其校验305.4.2 10kV隔离开关的选择及其校验315.5 电流互感器的选择315.6 电压互感器的选择325.7 避雷器的选择33第6章 变电所进出线的选择346.1 导线与电缆的选择原则346.1.1 导线和电缆的选择346.1.2 高压电缆线的选择原则356.1.3 低压电缆线的选择原则366.2 10KV电缆的选择366.3 0.4KV低压出线的选择37第7章 防雷保护与接地保护387.1 防雷保护387.1.1 直击雷保护387.1.2 雷电侵入波的保护387.2 接地保护397.2.1 直击接地保护397.2.2 中性点接地方式397.2.3 中性点接地原则39结 论41附 录43参考文献44外文资料翻译45 IV前言1. 供配电设计的意义和要求在现代社会，电能是工业生产的主要能源和动力。电能和其他形式的能量之间的转换不仅仅简单，而且非常方便于实际的应用。电能的传输和分配既经济，又方便于去控制所输送的电能，而且还利于去测量和调试，有利于生产的智能化。所以电能在我们全部的整个经济的生活和现代的大多数的行业生产中占着非常重要的比重。而工厂供电主要指的就是电能的供给和分配。供配电设计的主要任务使从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换，分配到工厂车间的每一个用电设备上。随着工业电气工业自动化技术的发展，工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高。供电设计是否完善，不仅影响到工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂供电的可靠性和工厂的安全生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分，保证企业安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统的安全和经济运行以及合理利用能源。因此，做好供配电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，促进人类文明具有十分重要的意义。因为合理的利用能源在我们的供配电的过程中是一项非常重要的工作，而且合理的利用能源在国家的建设经济中处于极为重要的地位，因此做好供配电工作，在我们对待合理的利用能源，建设国家的经济所给予的支持起着建树的作用。供配电要想很好的去为工业的生产进行工作，依此来确保工业的各种加工和平时生活所需要的用电的供给，而且更加的做到能源的合理利用，就需要按照下面的所需要的要求： （1）安全 在电能的输送、转换、控制、分配和使用中，应该保证避免发生不必须的事故和使用设备由于各种原因的损坏。 （2）可靠 在电力系统的运行过程中，应避免发生供电中断，满足连续可靠的给用电用户供电。 （3）优质 就是要使电压、频率和波形这三个的变化不能超过所允许范围内的要求。（4）经济 降低电力系统所投入的资金和运行费用，要尽量地去节约我们消耗的有色的金属的量，通过合理规划和调度，减少电能损耗，实现电力系统的经济运行。此外，在供配电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。2. 供配电设计必须遵循的一般原则 （1）必须遵循国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策。包括节约能量，节约有色金属等技术经济政策。 （2）应该做到保障人身和设备的安全，供电可靠，合格的电能的供给，先进的技术及经济有效，设计中应该采用国家现行有关标准的效率高、耗能低、性价比高的电气。 （3）必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷所具有的性质、所消耗多少容量的电能、各个地区不通的供电特点，正确的决定设计的方案。 （4）应该根据工程的现有的各种现状的样子、规模和长远的规划，正确地去处理近期的建设和长远的发展的关系，使之相互结合，目前是以近期为主，适当的考虑长远的扩建的可能性。关于负荷的性质，按照GB50052-95供配电系统设计规范的规定，根据电力负荷对供电可靠性的要求及其中断供电在政治、经济上所造成的损失或者影响程度，电力负荷可以分为以下三个等级：一级负荷：如果突然断开电就会造成人身受伤严重者；或者如果断开所供给的电将在损失严重在政治、经济方面。二级负荷：断开所供给的供电将会损失严重在政治和经济方面，例如：损坏一些重要的设备、大量的设备成为废品、 不能中断的生产由于一些故障需要经过较长的时间去整修再恢复、一些重要的企业的产量减少等；断开所供给的电能将会影响到大量正在用电的工作者。三级负荷：不属于一级和二级负荷电力负荷 。对于一级负荷，供电的时候应该由两个电源提供供电。当其中的一个电源不能工作的时候，另外的那个电源不能同时不工作。在一级负荷中那些极为重要的负荷，除供电需要两个电源以外，还应该增加应急需要的电源，并且禁止别的等级的负荷接到应急需要的电源系统上。对于二级的负荷，比较适宜由两回线路供电。在负荷较小或者地区供电困难的时候，二级负荷可以有一回6KV及其以上专用的架空线路或者电缆供电。当采用架空线时，可以为一回架空线供电。当采用电缆线路是，应该采用两根电缆的线路来供电，其每一根电缆都应该能承受100的二级负荷。3. 设计步骤供配电设计内容主要包括变配电设计、高压配电线路设计、低压配电线路设计等等。其设计步骤一般如下： （1）收集资料在动手设计之前，应该根据任务书，收集用电设备的性质、数量、功率，用电设备平面布置图，电源的电压、容量及其可能提供的供电方式。 （2）电力负荷的分析计算根据所提供的各个用电车间的电力负荷的清单，分析那些电力设备的负荷等级，然后按照需要系数法分别计算出各个用电车间及其全部的负荷。根据各个用电车间的负荷性质及其平面布局，确定这些地方所需要设置的变电所及其各个变电所中得变压器的台数。然后根据所确定的变电所的布局，拟出各个用电车间变电所所供电的范围。 （3）确定主接线方案根据负荷分布的范围和情况，确定变配电所的电气主接线的方案，拟定出两种可行的供配电主接线方案后，确定一种方案。 （4）低压配电屏的选择根据电气主接线的方式和二次侧的接线情况，选择低压配电屏，低压配电屏是按一定的接线方案将有关低压一、二次设备组装起来，用于低压配电系统中动力、照明配电之用。（5）选择高压电器（6）变配电所平面布置设计： 根据变电所应靠近负荷中心及进出线方便的原则，确定变电所的位置，然后根据环境条件确定变压器是放在户外还是室内。（7）防雷凡是与架空线路相连的进出线，在入户处、变电所母线上都要装一组YW 型避雷器。根据情况，对变电所安装避雷网等防雷设施。（8）接地按规定10KV 配电装置的构架，变压器380V 的中性点及外壳，以及380V 电气设备的金属外壳等都需要接地，其接地电阻要求小于4。其内容都包括： 接地电阻的计算； 接地体的布置； 列出人工接地所需的材料的规格和数量。 （9）绘制变电所系统图。4. 本次设计的主要工作我这次毕业设计的题目是“某水泥厂110kV总降压变电所的设计”。本设计介绍了工厂供电系统的设计及主要设备的选择和检验方法。首先主要介绍了设计的基本要求，然后为工厂供电系统的变电所电气设计及主要电气设备的选择校验部分，包括：全厂的负荷计算和无功功率补偿计算以及无功功率补偿设备的选择，其中负荷计算为设备的选择提供了有效的数据，无功功率补偿计算及其设备的选择为全厂的设备运行及供电质量的稳定可靠提供了保障；变电所主变压器台数、容量及主接线方案的选择，从两个方案的比较中结合工厂实际情况选择适合本厂的最佳方案；短路电流的计算，包括短路电流的效应分析、标么制法求短路电流、冲击电流等的计算，它们为设备的校验提供了非常重要的数据；变电所一次设备的选择及校验，主要按照设备的工作条件进行选择，为掌握供电系统的运行情况提供了有效的数据，并且在系统发生故障时能准确及时的将故障设备从供电系统中切除，提高了系统的安全稳定性；变电所位置和形式的选择，确定了工厂的能源供应中心，为变压器等主要设备的安装调试及运输提供了可靠依据；高压进线、低压出线及与邻厂备用电源联络线的选择及校验，为厂区的电能接入及电能分配与传输提供了可靠的介质条件；防雷保护安全装置的设计，能够有效防止雷电过电压以及雷电冲击波对变压器、输电线路的危害。最后附有相应的设计用参考资料和部分常用电气设备的技术数据。 40第1章 供配电的参数要求1.1 供电局要求的功率因数当0.4V供电时，要求供配电变电所高压侧cos0.95；当10KV供电时，要求供配电变电所供电高压侧cos0.9。1.2 负荷统计的原始资料1. 负荷情况 该水泥厂的年最大负荷利用小时数为6000小时，各个配电室设施为二级负荷。 表1-1各车间负荷车间变配电所负荷（kW）水泥粉磨及水泥库顶电力变配电室880窑头电力配电室970水泥烧成电力配电室640生料粉磨及矿山电力配电室1230 2. 供电电源情况 根据工厂与当地供电部门签订的供电协议规定，本厂可由附近一条110KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ-120。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，对于110KV其定时限过电流保护整定的动作时间为4s,对于10KV其定时限过电流保护整定的动作时间为2s.四个配变压器所需要的电缆长度分别是，水泥粉磨及库顶电力室变电缆150m，窑头电力配电室变电缆200m, 烧成电力配电室变电缆100m，生料粉磨及矿山电力配电室变电缆250m。3. 气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为23，年最低的气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，土壤的温度为20。第2章负荷计算及无功功率补偿计算负荷是确定供配电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据；计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。采用无功补偿，提高了系统的功率因数，不仅可以节能，减少线路压降，提高供电质量，还可以提高系统供电的裕量。本章采用需要系数法对学校的各类用电负荷进行详细计算，并采用并联电容器方法对低压进行集中补偿，以提高功率因数。2.1 负荷计算2.1.1 负荷计算的内容和目的负荷计算的内容包括设备功率计算，计算负荷，尖峰电流，一、二级负荷和平均负荷等内容。计算负荷又可以叫做需要负荷。计算负荷不是一个真实存在的负荷，是我们假想的负荷，它的热效应等于同一时间内实际变动的负荷所产生的最大热效应。在电气设计中，一般采取半个小时的最大的平均负荷以按照发热条件选择电气所需要的设备的根据。 对负荷进行负荷计算是为了合理的选择供电系统中的导线、开关电器、变压器等元件、整定继电保护，使电气设备和材料得以充分利用和安全运行。2.1.2 负荷计算的方法目前，我国设计部门在进行企业供电设计时，经常采用的电力负荷计算方法有需要系数法和二项式法。需要系数法公式简单，计算方便。只用一个原始公式，就可以表征普遍的计算方法。这个公式对用电设备组、车间变电站乃至一个企业变电站的计算负荷都可以进行计算。而且对于不同性质的用电设备、不同车间或企业的需要系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，为供电设计创造了很好地条件前一种方法比较简便，在设计单位的使用最为普遍。当用电设备台数较少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算，凡是民用建筑中的负荷，一般都是用需要系数Kd进行计算的。它既简便又实用，因为民用建筑中单机负荷较大的各类设备都是采用单机组或同类机群放射式供电，在计及供电线路、开关时，都是用单机的额定电流或起动电流进行选型或校验的，在论文中我采用的是需要系数法。2.1.3 用电设备计算负荷的计算式 有功功率： （3-1） 无功功率： （3-2） 视在功率： （3-3） 电流： （3-4）2.1.4 各车间的负荷计算（1）泥粉磨及水库顶电力室 （2）窑头电力配电室 （3）水泥烧成电力配电室 （4）生料粉磨及矿山电力配电室 表2-1车间负荷计算结果序号车间名称1水泥粉磨及库顶电力室7045288801336.982窑头电力配电室7765829701473.763水泥烧成电力配电室512384640972.384生料粉磨及矿山电力配电室98473812301868.792.2 车间变压器的选择2.2.1 水泥粉磨及库顶电力室变压器的选择经过查表得知车间变电所的同时系数，根据 =792kVA，选择的变压器的型号为SL7-1000/10。2.2.2 窑头电力配电室变压器的选择经查表得知同时系数，根据=873KVA，选择的变压器的型号为SL7-1000/10。2.2.3 水泥烧成电力配电室变压器的选择经查表得知同时系数， 根据=576KVA,选择变压器的型号为SL7-800/10。2.2.4 生料粉磨及矿山电力配电室变压器的选择经查表得知同时系数，根据=1107kVA，选择的变压器的型号为SL7-1250/10。2.3 变电所低压侧计算负荷取变电所各组负荷的同期系数为：,所以2.4 低压侧的无功补偿2.4.1 提高功率因数的目的提高负荷的功率因数可以使发、变电设备和输电线路的供电能力得到充分发挥，并能降低各级线路和供电变压器的功率损失和电压损失，提高供电质量，还可以提高系统供电的裕量，降低电能的成本，因而具有重要的意义。按供电局的规定，低压功率因数补偿到0.95，高压功率因数要求0.9。因此供电系统中提高功率因数是必不可少的。2.4.2 提高功率因数的方法1. 正确的选择电气设备2. 电气设备的合理运行3. 人工补偿提高功率因数，包括并联电力电容器组、采用同步调相机、采用可控硅静止无功补偿器、采用进相机改善功率因数等。本论文采用的是电容器分组自动投切的低压集中补偿方式，以提高功率因数。取补偿后功率因数为 补偿后变压器低压侧计算负荷为2678.4kw+j1058.9kvar2.5 变电所高压侧的计算负荷（1）变电所变压器损耗（2）变电所高压侧计算负荷 （3）取全厂负荷的同期系数为,所以满足要求。2.6 主变压器的选择主变压器应该根据负荷特点和经济运行要求进行选择，由于集中的负荷过大，因为我们装设两台变压器的。2.6.1 变电所主变压器的选择原则 1. 对于集中负荷较大的变电所，应该选择两台及其以上的变压器。例如大于1250KVA。 2. 应该满足用电负荷对供电可靠性的要求。对有大量一二级负荷的变电所，应该装设两台及其以上变压器，以方便假如当一台变压器发生检修或者故障的时候，另一台变压器能对其级负荷继续进行供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。 3. 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。2.6.2 变电所主变压器容量的选择 变压器的容量首先要满足在计算负荷下变压器能够长期可靠的运行。 1. 装有一台主变压器的变电所，主变压器容量，应不小于总的计算负荷，即 2. 装设两台主变压器的变电所，每台主变压器容量不应该小于总的计算负荷的60，最好为总计算负荷的70左右，即 0.60.7同时每台主变压器容量不应该小于全部一、二级负荷之和,即当一台变压器发生故障时，可保证对60%负荷的供电，在这段时间内完全有可能调整生产，切除部分不重要的负荷保证生产秩序。若装设两台主变压器，根据总负荷S=2016.64kVA选择有载调压电力变压器SZ9-6300/110型。第3章 主接线的选择变（配）电所的主结线（一次接线）是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。用图形符号表示主要电气设备在电路中连接的相互关系，称为电气主结线图。电气主结线图通常以单线图形式表示。主结线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。3.1 电气主接线设计要求电气主接线设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。1. 可靠性供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力,是电力生产和分配的首要要求，主接线的设计首先应满足这个要求。电气主接线不仅要保证在正常运行时,还要考虑到检修和事故时,都不能导致一类负荷停电,一般负荷也要尽量减少停电时间。显然,这些都会导致费用的增加,与经济性的要求发生矛盾。因此,应根据具体情况进行技术经济比较,保证必要的可靠性,而不可片面地追求高的可靠性。2. 灵活性(1) 满足调度时的灵活性要求。应能根据安全、优质、经济的目标，灵活地投入和切换电源、变压器和线路，以此来满足系统的调度的要求，包括系统在进行检查维修的情况下、发生事故运行方式、和一些比较不和不是一般情况运行方式下等。(2) 满足检修时的灵活性要求。在某一设备需要检修时，应该能快速的断开断路器、线路和其他的保护设备的设施，能够保证检查维修正常的运行从而不会影响正常的电力网运行，并使该设备与带电运行部分有可靠的安全隔离，保证检修人员检修时的方便和安全。 (3) 满足扩建时的灵活性要求。有些发电厂或者变电站将来的发展会扩大，它的主接线必须能简单快速的满足以后的发展。尤其主接线是变电站和火电厂，在我们最初设计的时候就应该考虑到未来的发展留有一定的空间去扩建。在进行设计的时候不但只考虑当前最终线路能够正常的运行，而且还要想到从早起的接线发展到最后接线的可行性或者分不同阶段进行施工的可能性方案。在可能的情况下，尽量不会影响到在断电的时间保持尽量短的情况下或者持续的给用户供电的可能状况下，将来可顺利完成整个方案的实施，使改造工作量最少。 3. 经济性在对主接线进行设计的时候，要充分的合理考虑还有调节所需要的经济性还有可靠性之间的矛盾。要想设计的主接线灵活并且可靠，就必然要去选择一些目前质量比较高的设备和更自动化的现代性装置，这样就会大大的提高投资的费用。所以，所设计的主接线在灵活性和可靠性都能满足的前提下还要作到既经济又合理。一般应当从以下几方面考虑。(1) 节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采取限制短路电流的措施，以节省开关电器的数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。(2) 电能损耗少，经济合理地选择主变压器的形式、容量和台数，避免两次压降而增加电能损失。(3) 占地面小。主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少；同时，要注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量电厂或变电站，在可能和允许的条件下，应采取一次设计，分期投资建设，尽快发挥经济效益。3.2 变电所主接线方案的拟定按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列按两种主接线方案：(1) 装设一台主变压器和四台配变压器的主接线方案。 (2) 装设两台主变压器和四台配变压器的主接线方案。 从供电可靠性和主接线方案来看，一台主变压器的单母接线的供电可靠性远没有两台主变压器供电可靠性强。一台主变压器组成的主接线主要为单母线形式，在主变压器出现内部短路或10kV（与变压器连接的母线）、380V母线出现故障时，会造成整个厂区停电，使供电的可靠性下降；而两台变压器主接线方案采用的为单母分段接线，即使出现上述情况，最多会使部分停电，不会使整个厂区因一个故障而出现整体的停电事故，大大加强了供电的可靠性。从其他技术指标来看，两种方案都能满足供电安全性的要求，从供电质量上说，两台主变压器的方案由于两台主变运行，电压损耗小于一台大的主变电压损耗，从灵活度和今后的扩建方面来看，两台主变灵活性好，扩建适应性强。表3-1 两种主结线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变，电压损耗略小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性好扩建适应性稍差一些好一些3.3 110KV线路主接线设计1.方案选择单母线分段接线如下图图3-2 单母线分段接线桥形接线如下图a. 内桥接线 b. 外侨接线图3-3 桥形接线2. 方案比较（1）单母线分段制：优点：接线简单、清晰、操作方便，可靠性和灵活性较高，母线发生故障时，仅故障段母线停止工作，非故障段母线可继续工作，减小了母线故障影响范围。双回路供电的重要客户，可以将双回路接在不同的分段上，保证对重要用户的供电。缺点：安装的断路器比较多，使用量太大，投资就很大。当一段母线故障或者检修时，必须断开接在该分度上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使这段单回路供电的用户停电，任何一出线的断路器检修时，该回路必须停止工作。（2）桥式接线：优点：接线简单、清晰，使用的断路器数量相对较少，具有一定的可靠性和灵活性。缺点：不适用于主变经常投切的情况。为了适应厂区的长期发展和检修率综合考虑，本次设计采用两台主变压器110kV侧采用桥式接线，10kV侧采用单母分段接线的电气主接线形式。第4章 短路电流的计算 4.1 短路的原因、目的及其后果工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。然而由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。短路就是指不同点位的导电部分对地之间的低阻性短接。4.1.1 造成短路的原因造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身质量低劣、绝缘强度不够而正常电压击穿，或设备质量合格、绝缘合乎要求而被过电压（包括雷电过电压）击穿，或者是设备绝缘收到外力损伤而造成短路。或者工作人员由于违反安全操作规程 而发生误操作，或者误将低电压设备接入较高的电压的电路中，也可能造成短路。鸟兽（包括蛇、鼠等）跨越在裸露的相线之间或者相线与接地物体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，也是造成短路的一个原因。4.1.2 短路的后果短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大很多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害： (1) 短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。 (2) 短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。 (3) 短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。 (4) 电力系统是否运行的稳定受到短路的影响，可以造成原本并列运行的发电机组系统解列，也使之不能同时运行。 (5) 不对称的短路包括单相短路、单相接地短路和两相短路，其短路电流就会产生很大的电动力和不平衡的互相交变的电磁场，对附近的各种电子设备和通信线路等产生电磁的干扰，就会使运行不太正常，甚至使之发生误操作。 由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，一保证再发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、镇定短路保护的基点保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须进行短路电流。4.2 计算短路电流的目的 为保证电力系统的安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。 为尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动的使有关断路器跳闸，继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要准确的短路电流数据。4.3 短路计算的方法 短路电流的计算方法有欧姆法（又称有名单位制法）、标么值法和短路容量法。在电力系统计算短路电流时，如计算低压系统的短路电流，常采用有名单位制；但计算高压系统短路电流，由于有多个电压等级，存在着电抗换算问题，为使计算简化常采用标幺制。因此，本设计采用的是标幺值法来计算短路电流。取Sd=100MV.A，各级基准电压为平均额定电压。4.4 短路电流的计算根据变压器的的位置，四个配电室的电缆长度分别是：水泥粉磨及库顶电力室变电缆150m，窑头电力配电室变电缆200m, 水泥烧成电力配电室变电缆100m，生料粉磨及矿山电力配电室变电缆250m。图4-1 系统在最大运行方式下短路阻抗图4.4.1 计算基准电抗标么值 架空线: 变压器1: 基准电流: 变压器2: 变压器3: 变压器4: 变压器5: 图4-2 系统在最大运行方式下短路的等值电抗图4.4.2 各点的短路电流1. K点短路电流: 短路冲击电流的有效值： 短路电流的冲击电流：2. K0点短路电流 K0点总电抗: = =1.624 K0点短路电流: 短路冲击电流的有效值: 短路电流的冲击电流: 3. K1 点的短路电流 电缆线: K1点的总电抗: K1点短路电流: 4. K2点短路电流 电缆线: K2点的总电抗: K2点短路电流: 5. K3点的电流 电缆线: K3点的总电抗: K3点短路电流: 6. K点短路电流: 电缆线: K4点的总电抗: K4点短路电流: 表4-1 短路电流计算结果表 短路点110KV10KV0.4KV （A）0.3090.3920.2320.219.9627.53第5章 设备的选择及校验 电力系统中不同的设备工作条件是不一样的，所以它们的选择方法也不一样的，但是对于它们的选择的最基本的要求还是大致相同的。为了保证设备安全可靠的运行，必须按正常工作条件、短路条件、环境条件、不同的操作性能等特别来进行选择。5.1 电气设备的选择原则变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。常见的一次设备有高压断路器器、隔离开关、负荷开关、熔断器、避雷器、电压互感器和电流互感器等等。二次设备主要包括操作控制系统、基点保护系统、测量与信号系统以及通信系统等，它们是保障者一次设备和供电系统的安全可靠运行。在此我们主要对一些比较重要的一次设备进行选择和校验。一次设备的选择原则,为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按照下列条件选择：1. 按照正常工作条件，包括电压、电流、频率、开断电流等选择。 2. 按短路条件，包括动稳定和热稳定性来校验。 3. 考虑电气设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐、防火、防爆灯要求。 4. 按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能、互感器的二次负荷和准确级等进行选择。按照正常工作条件选择：(1) 电压通常规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1-1.15倍，所在电网的运行电压因为调压或者负荷的变化，有时可能会高于电网的额定电压 ，因此，在选择电气设备的额定电压时，应使电气设备的额定电压不低于设备装设地点的电网额定电压即(2) 电流电气设备的额定电流是指在规定的环境温度（一般有设备生产厂家规定）下，电气设备的长期允许通过的电流。选择设备或者载流导体时应该保证满足一下的条件：式中 -设备铭牌标出的额定电流。 -设备或载流导体长期通过的最大工作电流。 (3) 断流能力电气设备的额定开断电流或者断流容量不应该小于设备分断瞬间的短路电流有效值或者短路容量，即(4) 环境供电系统的电气设备在制造上分户内型和户外型，户外型设备工作条件较恶劣，户内型设备不能用于户外。此外，还得考虑防腐、防爆、防尘、防火及其海拔等要求。5.2 电气设备的校验在工程设计中，选择各类电气设备和载流导体时，除了以上的基本条件外，还应该考虑它们在供电系统中不同的功能，根据其具体的的特殊的工作条件进行校验。5.2.1 断路器的校验高压断路器是供电系统中最重要的开关电器之一。所以在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压、额定电流及动稳定和热稳定等因素外，还应该校验其断流容量。 (1) 按工作环境选型 按使用地点的条件选择， 如户内式、户外式，在井下及具有爆炸危险的地点要选择防爆型的设备。 (2) 按正常工作条件选择断路器的额定电压及其额定电流，要求 式中 -断路器安装处电网的额定的电压（KV） -断路器安装回路的最大负载电流（A） (3) 按短路电流校验动、热稳定性 动稳定性校验：若要断路器在通过最大短路电流时，不致损坏，就必须要求断路器的最大动稳定实验电流峰值不小于断路器安装处的短路电流冲击电流，即热稳定性校验：当断路器再通过最大短路电流时，为使断路器的最高温升不超过最高允许温度，应该满足式中 -开关的认定电流有效值（单位为KV） t-开关的热稳定试验时间（单位为s） -开关所在处的三相短路稳态电流（单位为KA） -短路发热假想的时间（单位为s）在无限大容量系统中，由于,因此 式中 -短路持续时间，采用该电路主保护动作时间加对应的断路器全 分闸时间。当时， 低速断路器（如油断路器），其全分闸时间取0.2S;高速断路器（如真空断路器），其全分闸时间取0.1S。 应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自(4) 断流容量的校验断路器能可靠的出短路故障的关键参数是它的额定断流容量。因此，断路器的额定断流容量应大于安装处的最大三相断流容量，才能保证断路器在分断故障电流时不至于损坏。即式中 -断路器安装处的最大三相短路容量（单位为KV.A）5.2.2 隔离开关的校验 隔离开关在供电系统只用于接通和断开没有符合电流流过的电路，它的作用是为保证电气设备检修时，使需要检修的设备与处于电压下的其余部分构成明显的隔离。隔离开关没有特殊的灭弧装置，所以它的接通和切断必须在断路器分断以后才可以进行。隔离开关因为无切断故障电流的要求，所以它只根据一般条件进行选择，病按照短路情况下进行动稳定和热稳定的校验。5.3 断路器的选择及其校验5.3.1 110kV断路器的选择及其校验本设计选用的是LW25-126高压SF6断路器。这种断路器每极为单断口结构，每台断路器的三极同装于一个框架上，机构设于框架中下侧，配CT20-I（X）P弹簧机构。三相机械联动，可实现远方和就地的电动分合闸。该断路器结构简单，重量较轻，传动框架由两侧支柱落地支撑。(1) LW25-126型罐式断路器为三相联动操作，三极断路器和机构箱安装在一个共用支架上，套管式电流互感器位于瓷套和灭弧室的壳体之间，配用CT20-(X)T弹簧操动机构，SF6气体检测系统位于断路器外，控制系统位于机构箱内。(2) 灭弧室结构两种断路器的灭弧室结构基本相同，静触头系统和中间触头系统被固定在灭弧室的两端，动触头系统由绝缘拉杆带动在灭弧室中运动。(3) 传动结构LW25-126传动部分是连接单极断路器与机构的中间环节，机构通过拉杆带动三相拐臂旋转，将操作力传递给单极断路器的动触头和其他部件，传动部件密封在框架之内，并且和机构箱连通成为一体。LW25-126传动部分密封在SF6气体之中，由拉杆带动三相拐臂转动，再通过绝缘拉杆带动动触头运动，拉杆经直动密封轴同壳体外部相连接。(4)