35千伏变电站设计[工程科技]

1、行业 0 材料 摘要 变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经 济运行，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。电气 主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（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，是变电站电 气部分投资大小的决定性因素。 本次设计建设一座 35KV 降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠、运 行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较 ，选取灵活的最优接线方式。 其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲 击电流，从三相短路计算中得到当短路发

2、生在各电压等级的工作母线时，其短 路稳态电流和冲击电流的值。 最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然 后进行校验并对二次改造部分进行概预算编制。 关键词：变电站 变压器 雷击防护 行业 0 材料 行业 0 材料 目录 1 绪论 .1 1.1 我国的电力及变电站发展概述.1 1.2 变电站情况简介.1 1.2.1 变电站建设的必要性 .1 1.2.2 变电站原始资料及其分析 .1 1.3 本设计的目的和意义.3 2 负荷计算与变压器选择 .4 2.1 负荷计算的必要性.4 2.2 负荷计算方法.4 2.2.1 需用系数法 .4 2.3 主变压器的选择.8 2.4 功率因

3、数补偿与电容器柜选择.9 2.4.1 考虑功率因数的必要性 .9 2.4.2 功率因数定义 .9 3 电气主接线方案的确定 .13 3.1 电气主接线方案确定的必要性.13 3.2 电气主接线方案设计的基本要求及原则.13 3.2.1 设计的基本要求 .13 3.2.2 设计主接线的原则 .13 3.2.3 方案的比较 .14 4 短路电流计算 .17 4.1 计算短路电流的必要性 .17 4.2 短路电流计算方法 .17 4.2.1 有名制法 .17 4.2.2 标么制法 .18 4.2 各主要元件的标幺值计算.19 4.2.1 三相短路 .20 4.2.2 两相短路 .22 5 变电站电气

4、设备选择 .24 5.1 高压电气设备选择的目的及原则 .24 5.1.1 电气设备选择的目的 .24 行业 0 材料 5.1.2 电气设备选择的一般原则 .24 5.2 35KV 电气设备选择 .26 5.3 10KV 电气设备选择 .30 5.4 35KV 输电线及母线的选择 .34 5.4.1 35kV 输电线选择 .34 5.4.2 35kV 母线选择 .35 5.5 10KV 母线的选择 .36 6 变电站的防雷与接地设计 .38 6.1 直击雷的过电压保护.38 6.2 雷电侵入波的过电压保护 .38 6.3 避雷器的配置 .39 6.4 避雷线的配置 .39 参 考 文 献 .4

5、0 致 谢 .41 附录 .42 行业 0 材料 1 绪论 1.11.1 我国的电力及变电站发展概述我国的电力及变电站发展概述 电力是国民经济发展的动力，国民经济的持续、快速、稳定发展需要有足 够的电力能源作保障。进入新世纪以来，我国经济进入新的高速增长时期，电 力工业的发展面临着空前的机遇。随着电力体制改革的不断深化和多元投资主 体的形成，从今年到 2012 年，每年投产装机容量都将达到 5000 万千瓦左右， 继今年全国发电装机容量突破 4 亿千瓦和水电装机容量 1 亿千瓦之后，电力工 业将很快实现新的跨越，预计到 2015 年全国发电装机将达到 6.5 亿千瓦，到 2020 年达到 9.

6、5 亿到 10 亿千瓦。因而，越来越多变电站的新建及运行就迫在 眉睫。 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。这 就要求变电站的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能 正常的运行工作，为国民经济服务。 1.21.2变电站情况简介变电站情况简介 1.2.11.2.1 变电站建设的必要性变电站建设的必要性 随着国民经济的持续发展，近些年来焦作市区的经济情况也得到了极大地 提高，这当然得益于很多企业的蓬勃发展。能源是国家前进的灵魂与动力，其 中电能又是企业与人们生活中不可或缺的一种能源，经济与人们物质生活水平 的提高使得对电能的需要达到了前所未有的高度，这样以

7、来为了保证各大企业 的及家庭生活的可靠，安全用电，地区近年来新建成了很多变电站，而地区岁 一所新型 35kV 变电站的需要也是刻不容缓。 行业 0 材料 1.2.21.2.2 变电站原始资料及其分析变电站原始资料及其分析 表 1-1 全所负荷统计表 设 备 名 称 负 荷 等 级 电 压 kV 线 路 类 型 电 机 型 式 最大 单机 容量 kW 工 作 设 备 台 数 工作 设备 总容 量 kW 需 用 系 数 d K 功 率 因 数 cos 离变 电所 的距 离 km 1234567891011 210CX1258810000.700.780.5 2210CY100788000.720.

8、800.3 3110C800.820.4 4310KX55968300.720.750.8 5210CX40927800.850.85所内 6210KX5515816000.750.851.0 7210KX75657500.820.851.2 8310CX40403500.780.820.4 9310KX30343200.750.840.65 10310KX30353250.800.811.3 11310KX40423800.780.800.9 12310KX30322900.800.831.8 注 1：线路类型：C电缆线路；K架空线 注 2：最大容量电机型式：Y绕线

9、异步；X鼠笼异步；T同步 35kV 变电所是一城区变电所，主要针对城区南部的供电而设计，电所的进 线是双回路 35kV 架空电源线。变电所所在地土质为黑土，风向为西北风，最 行业 0 材料 大风级 8 级，冻土厚度 0.35m。最热月室外最高气温月平均：最热C mw 44 月室内最高气温月平均：。最热月土壤最高气温月平均：C mn 30C t 27 1.31.3 本设计的目的和意义本设计的目的和意义 本次设计是在掌握变电站生产过程的基础上完成的。通过它我不仅复习巩 固了专业课程的有关内容，而且拓宽了知识面，增强了工程观念，培养了变电 站设计的能力。同时对能源、发电、变电和输电的电气部分有个详细

10、的概念， 能熟练的运用有些知识，如短路计算的基本理论和方法、主接线的设计、导体 电气设备的选择以及变压器的运行等。 行业 0 材料 2 负荷计算与变压器选择 2.12.1 负荷计算的必要性负荷计算的必要性 为一个企业或用户供电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大 容量变压器等问题，这就需要进行负荷的统计和计算，为正确地选择变压器容 量与无功补偿装置，选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术 参数。 2.22.2 负荷计算方法负荷计算方法 供电设计常采用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用 系数法和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷 均适用

11、，且计算结果基本上符合实际，尤其对各用电设备容量相差较小且用电 设备数量较多的用电设备组，因此，这种计算方法采用最广泛。二项系数法主 要适用于各用电设备容量相差大的场合，如机械加工企业，煤矿井下综合机械 化采煤工作面等。利用系数法以平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出 最大负荷与平均负荷的关系，这种计算方法目前积累的实用数据不多，且计算 步骤较为繁琐，故工程应用较少。单位产品电耗法常用于方案设计。鉴于以上 几种方法的介绍，本次设计采用需用系数法。 2.2.12.2.1 需用系数法需用系数法 对于用电户或一组用电设备，当在大负荷运行时，所安装的所有用电设备 （不包括备用）不可能全部同时运行，

12、也不可能全部以额定负荷运行，再加之 线路在输送电力时必有一定的损耗，而用电设备本身也有损耗，故不能将所有 设备的额定容量简单相加来作为用电户或设备组的最大负荷，必须要对相加所 得到的总额定容量打一定的折扣。 NP 所谓需用系数法就是利用需用系数来确定用电户或用电设备组计算负荷的 行业 0 材料 方法。其实质是用一个小于 1 的需用系数对用电设备组的总额定容量dK 打一定的折扣，使确定的计算负荷 Pca 比较接近该组设备从电网中取用的 NP 最大半小时平均负荷 Pmax。其基本计算公式为 NdcaPKP 需用系数的含义：一个用电设备组的需用系数可表示为 lav losi d KK K 式中 Ks

13、i设备同时系数； Klo设备加权平均负荷系数； 设备组的各用电设备的加权平均效率；av 供电线路的平均效率。l 下面根据负荷统计表进行负荷计算： （1） kWPKPNdca700100070 . 0 var80080. 01000tankPQNca 22 cacaca QPSkVA1063800700 22 AUSINcaca4 .6110310633 （2） kWPKPNdca57680072 . 0 var60075 . 0 800tankPQNca 22 cacaca QPSkVA832576600 22 AUSINcaca 1 . 483 （3） kWPKPNdca1040130080

14、 . 0 var91070. 01300tankPQNca 22 cacaca QPSkV22 行业 0 材料 AUSINcaca 9 . 7910313823 （4） kWPKPNdca 59883072 . 0 var73088 . 0 830tankPQNca 22 cacaca QPSkVA944730587 22 AUSINcaca 6 . 543 （5） kWPKPNdca66378085 . 0 var48462 . 0 780tankPQNca 22 cacaca QPSkVA821484663 22 AUSINcaca 5 . 473 （6） 理工大

15、学 kWPKPNdca1200160075 . 0 var99262. 01600tankPQNca 22 cacaca QPSkV22 AUSINcaca 0 . 903 （7） kWPKPNdca61575082 . 0 var46562 . 0 750tankPQNca 22 cacaca QPSkVA771465615 22 AUSINcaca 6 . 443 （8） kWPKPNdca27335078 . 0 var24570 . 0 350tankPQNca 行业 0 材料 22 cacaca QPSkVA367245273 22 AUSINcaca 2

16、. 213 （9） kWPKPNdca24032075 . 0 var20564 . 0 320tankPQNca 22 cacaca QPSkVA316205240 22 AUSINcaca 2 . 183 （10） kWPKPNdca26032580 . 0 var23472 . 0 325tankPQNca 22 cacaca QPSkVA350234260 22 AUSINcaca 2 . 203 （11） kWPKPNdca29638078 . 0 var28575 . 0 380tankPQNca 22 cacaca QPSkVA411285296 22 AUSINcaca 8 .

17、 233 （12） kWPKPNdca23229080 . 0 var19467 . 0 290tankPQNca 22 cacaca QPSkVA303194232 22 AUSINcaca 5 . 173 行业 0 材料 2.32.3 主变压器的选择主变压器的选择 计算 10kV 母线上补偿前的总负荷并初选变压器，因为根据表一中计算所得 的负荷可知=6693kW 查表得 Ksi=0.85，变电站 10kV 母线补偿前的总负 Pca 荷为： Pca.10=Ksi=0.85 6693=5689（kW） Pca Qca.10=Ksi=0.85 4693=3989 (kvar) Qca Sca=

18、(kVA)6948QcaPca 22 补偿前因数为： cos=0.82 ca ca S P 根据该变电站供应的用电户等级有较多一、二级用户，则可初选两台主变 压器，由于固定费用按最高负荷收费，故可采用两台同时分列运行的方式，当 一台因故停运时，另一台亦能保证全部的一、二级负荷的供电，并留有一定的 发展余地。 变压器容量型号经查表可选为 SF7-8000，35/10.5kV,如表 2-3 所示 表 2-3 主变压器参数表 电压（kV）型 号 规 格 高压低压 连 接 组 别阻抗电压 % kU S7-8000 3510.5Yd117.5 空载电流 0%I 损 耗（kW）重量（T）外 型 尺 寸 长

19、宽高 行业 0 材料 0.8 空载 11.5 短路 4516.53.42.83.7 2.42.4 功率因数补偿与电容器柜选择功率因数补偿与电容器柜选择 2.4.12.4.1 考虑功率因数的必要性考虑功率因数的必要性 功率因数是用电户的一项重要电气指标。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的发挥并能降低各级线路和供电变压 器的供电损失和电压损失，因而具有重要的意义。目前用户高压配电网主要采 用并联电力电容器组来提高负荷功率因数，即所谓集中补偿法，部分用户已采 用自动投切电容补偿装置。低压电网，已推广应用功率因数自动补偿装置。对 于大中型绕线式异步电动机，利用自励式进

20、相机进行的单机就地补偿来提高功 率因数，节电效果显著。 2.4.22.4.2 功率因数定义功率因数定义 在交流电路中，有功功率与视在功率的比值称为功率因数，用 cos 表示。 交流电路中由于存在电感和电容，故建立电感的磁场和电容的电场都需要电源 多供给一部分不作机械功的电流，这部分电流叫做无功电流。无功电流的大小 与有功负荷即机械负荷无关，相位与有功电流相差 90 三相交流电路功率因数的数学表达式为 UI3 P QP P S P cos 22 式中 P有功功率，kW; Q无功功率，kvar; S视在功率，kVA U线电压有效值，kV; I线电流有效值，A。 行业 0 材料 随着电路的性质不同，

21、cos 的数值在 0-1 之间变化，其大小取决于电路 中电感、电容及有功负荷的大小。当 cos=1 时，表示电源发出的视在功率全 为有功功率，即 S=P，Q=0；当 cos=0 时，则 P=0，表示电源发出的功率全为 无功功率，即 S=Q。所以符合的功率因数越接近 1 越好。 实际运行时需要将 35kV 侧的平均功率因数控制在 0.9 以上，但补偿电容器 是装设连接在 10kV 母线上，而 10kV 母线上的总计算负荷并不包括主变压器的 功率损耗，这里需要解决的问题是，10kV 母线上的功率因数应补偿到何值才能 使 35kV 侧的平均功率因数为 0.9 以上。 分析解决此问题的思路如下：先计算

22、无偿时主变压器的最大功率损耗，由 于无功损耗与负荷率的平方成正比，故出现变压器最大功率损耗的运行方式为 一台使用，一台因故停运的情况，据此计算 35kV 侧的补偿前负荷及功率因数， 并求出当功率因数提至 0.9 时所需要的补偿容量，该该数值就可以作为 10kV 母 线上应补偿的容量。 1）无偿时主变压器的损耗计算。按一台运行、一台因故停运计算，则 负荷率为 87. 080006948.TNcaSS kW36450.8711.5PPP 2 K 2 0T var518)100/%(100/% 2 0.kUISQKTNT 以上个参数均由查表所得。 2）35kV 侧补偿前的负荷与功率因数为 kW572

23、5365689PPPT10.ca35.ca var4507518398910.35.kQQQTcaca kVAQPScacaca728645075725 22 35. 2 35. 2 35. 79 . 0 7286/5725/cos35.35.35cacaQP 78 . 0 cos cos1 tan 35 35 2 35 3)计算选择电容器柜与实际补偿容量。设补偿后功率因数提高到 行业 0 材料 ，则，取平均负荷系数 Klo=0.8，则可得：9 . 0cos3548 . 0 tan35 var137435)tan-35(tanPKQcca.35lok 由表查得选用 GR-1C-08 型，电压为

24、 10kV 容量 qc=270kvar 的电容器柜， 则柜数 N=Qc/qc=1374/270=5.1 取偶数得 Nf=6 实际补偿容量：Qc.f=Nfqc=6270=1620 kvar 折算到计算补偿容量为 kvar 20251620/0.8/KQQloC.fcaC。 4）补偿后 10kv 侧的计算负荷与功率因数为 kvar 19642025-3989Q-QQc.caca.1010ca。 因补偿前后有功计算负荷不变，故有 kVA601819645689 22 10.caS 95 . 0 6018/5689/cos10.10.10cacaSP 5)补偿后主变压器最大损耗计算。补偿后一台运行的负

25、荷率略有减小 0.756018/8000/SSN.T10ca。 kWPPPKT374575 . 0 5 . 11 22 0 var40275. 0075 . 0 008 . 0 8000 %/100)(U%/100ISQ 2 2 K0N.TT k ）（ 6）补偿后 35kV 侧的计算负荷与功率因数校验 kW 5726375689PPPTca.1035.ca var2366402196410.35.kQQcaQTca kVAQPScacaca619635. 2 35. 2 35. 9.092.0 6196/5726/cos35.35.35 cacaSp 合乎要求。 行业 0 材料 3 电气主接线

26、方案的确定 3.13.1 电气主接线方案确定的必要性电气主接线方案确定的必要性 电气主接线的确定对电力系统整体及发电厂，变电所本身运行的可靠性、 灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择配电装置选择，继电保护和 控制方式的拟定有较大影响，因此，必须正确外理为各方面的关系，全面分析 有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。 3.23.2 电气主接线方案设计的基本要求及原则电气主接线方案设计的基本要求及原则 3.2.13.2.1 设计的基本要求设计的基本要求 1、满足对用户供电必要的可靠性和保证电能质量。 2、接线应简单，清晰且操作方便。 3、运行上要具有一定的灵活性和检修方便。

27、4、具有经济性，投资少，运行维护费用低。 5、具有扩建和可能性。 3.2.23.2.2 设计主接线的原则设计主接线的原则 35-10kV 配电装置中，一般不设旁路母线，因为重要用户多是双回路供电， 且断路器检修时间短，平均每年约 2-3 天。如线路断路器不允许停电检修时， 可设置其它旁路设施。610KV 配电装置，可不设旁路母线，对于出线回路数 多或多数线路向用户单独供电，以及不允许停电的单母线，分段单母线的配电 装置，可设置旁路母线，采用双母线 610KV 配电装置多不设旁路母线。对于 变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器较少或 不用断路器的接线，如线路变压器组或桥

28、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。 行业 0 材料 拟定可行的主接线方案 23 种，内容包括主变的形式，台数以及各级电压配 电装置的接线方式等，并依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优 缺点，淘汰差的方案，保留一种较好的方案。 3.2.3 方案的比较方案的比较 为了保证供电的可靠性，以及考虑变电站所处位置的重要性，35kV 电源 进线回路应该引自两个不同的地方，这样可也大大提高供电电源的可靠性。故 该变电所对负荷采用有备用的双回路供电，即 35KV 进线为两路架空线进线。 在 35kV 侧的母线考虑到供电可靠性，变电站的两台变压器通常采用桥式主 接线。桥式主接线

29、分为外桥、内桥和全桥三种，如图 3-1。 （a）外桥接线（图 3-1a）。对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开 关，继电保护简单易于过渡到全桥单母线分段的接线，投资少。缺点是倒换线 路是操作不凡便，变电站一侧无保护。这种接线适用于进线段倒闸次数少的变 电站，或变压器才去经济运行需要经常切换的终端变电站，以及可能发展为有 穿越负荷的变电站。 （b）内桥接线（图 3-1b）。内桥接线一次侧可设线路保护，倒换线路时 方 行业 0 材料 （a）外侨接线（b）内桥接线（c）全桥接线 便，设备投资与占地面积均比外桥大。缺点是操作变压器和扩建成全桥不方便， 所以适用于进线距离较长，变压器切换少的终端变电站

30、。 （c）全桥接线（图 3-1c）。在三种接法中全桥接线的适应性强，对线路、 变压器的操作均方便，运行灵活，且易于扩建成单母线分段式的中间变电所， 其缺点就是设备多、投资大。 行业 0 材料 根据以上综合考虑，由于该变电站可靠性要求更高，且易于各种保护的设 置，所以本变电站的两台主变压器采用全桥接线方式，这样可以保证变压器一 台使用一台备用的方式。 对二次侧 10KV 供电系统的接线方式，考虑到该变电站的电源回路有两回， 配合两台主变压器的全桥式接线，更能保证供电的可靠性，如图 3-2 所示。 采用单母分段（图 3-2a），分段开关采用断路器，当某回受电线路或变 压器因故障及检修停止运行时，可

31、通过母线分段断路器的联络，继续保证对两 段母线上的重要变电所供电。所以多用于一，二级负荷，且进线较多的变电所。 图 3-2 单母分段接线 单母分段使用断路器，可实现自动切换以提高供电的可靠性，并且单母分 段比双母分段所用的设备少，系统简单、经济，操作安全。对主要用户，采用 行业 0 材料 双回路或环形供电，对一般回路可采用单回路供电或干线式供电。这样运行灵 活，可实现自动切换。 而双母接线（图 3-2b）两组母线之间用断路器联络，每一回线路都通多 一台断路器和两台隔离开关分别接到两组母线上。因此，不论哪一回线路与哪 一组母线同时发生故障，都不影响对用户的供电，可靠性比较高。不过，不过 双母线接

32、线所需用的设备投资多，接线复杂，操作安全性较差。 综上所述，从焦南变电站对供电可靠性，操作的方便简单等方面，以及从 经济方面考虑，此变电站 10kV 采用单母分段的接线方式。 4 短路电流计算 4.14.1 计算短路电流的必要性计算短路电流的必要性 短路电流是供电系统中比较常见，而且危害较大的严重故障。它是指供电 系统中不等电位的导电部分在电气上被短路接时的总称。进行短流计算可以为 确定系统主接线及运行方式，检验电气设备、继电保护整定，采取限流措施等 提供主要数据。 计算短路电流的目的，可归纳为以下几点： 1 作为系统主接线方案比较的项目之一，以便判断哪种主接线方式更能保 障供电的安全，可靠，

33、然后再决定系统的主要运行方式。 2 作为校验电气设备的依据，以便确定所选的设备，在发生断路故障时是 否会被破坏。 3 确定选择和校验继电保护装置所需的各项参数。 4 根据故障的实际情况，进行故障分析，找出事故的原因。 行业 0 材料 4.24.2 短路电流计算方法短路电流计算方法 无限大容量系统发生三相短路时，只要求出短路电流周期分量有效值，就 可计算有关短路的所有物理量。而短路电流周期分量可由电源电压及短路回路 的等值阻抗按欧姆定律计算。短路电流的计算方法主要采用有名制法和标幺制 法。 4.2.14.2.1 有名制法有名制法 在企业供电系统中发生三相短路时，如短路回路的阻抗为 Rk、Xk，则

34、三 相短路电流周期分量的有效值为 22 (3) kk av K XR3 U I 式中 Uav 短路点所在线路的平均额定电压，kV。 Rk、Xk 短路点以前的总电阻和总电抗，均已归算到短路点所在处电 压等级，。 对于高压供电系统，因回路中各元件的电抗占主要成分，短路回路的电阻 可忽略不计，则上式变为 k av K X3 U I (3) 4.2.24.2.2 标么制法标么制法 计算具有许多个电压等级供电系统的短路电流是，若采用有名制法计算， 必须将所有元件的阻抗都归算到同一电压下才能求出短路回路的总阻抗，从而 计算出短路电流，计算过程繁琐并容易出错，这种情况采用标么制法较为简便。 用相对值表示元件

35、的物理量，称为标么制。标么值是指任意一个物理量的 有名值与基准值的比值，即 标么值=物理量的有名值/物理量的基准值 行业 0 材料 标么值是一个相对值，没有单位。在标么制中，容量、电压、电流阻抗 （电抗）的标么值分别为 d dd d d d d X X *X*I U U *U S S S， dI I 基准容量（Sd） 、基准电压（Ud） 、基准电流（Id）和基准阻抗（Xd）亦 符合功率方程和电压方程。因此，4 个基准值中只dddIU3S kddXI3U 有两个是独立的，通常选定基准容量和基准电压为给定值，再按计算式求出基 准电流和基准电抗，即 d d d 3 S I U d 2 d d S U

36、 X 基准值的选取时任意的，但是为了计算方便，通常取 100MVA 为基准容 量，取线路平均额定电压为基准电压为给定值，即 Sd=100MVA，Ud=Uav=1.05UN。线路的额定电压和基准电压对照值如书上表中 所示。 在标么制计算中，取各级基准电压都等于对应电压等级下的平均额定电压， 所以各级电压的标么值等于 1。即 U=Uav和 Ud=Uav，U*=1。因此，多电压等级 供电系统中不同电压级的标么电压都等于 1，多有变压器的变比的标么值为 1， 所以短路回路总标么电抗可直接由各元件标么电抗相加求出，避免了多级电压 系统中电抗的换算。这就是标么制法计算简单、结果清晰的特点。 本变电所的短路

37、电流计算采取简单的方法，全部只按照其正常运行情况 （也就是全分裂运行，35kV 和 10kV 母线的联络开关断开。 ）计算短路电流， 。 不考虑故障时的并列运行情况下的短路。 系统短路电流计算先要画出系统的等效简图，以确定电抗的大小，和确定 短路点，其简图如下 行业 0 材料 图 4-1 系统短路等值电抗图 4.24.2 各主要元件的标幺值计算各主要元件的标幺值计算 线路单位长度电抗取值：架空线 0.4km，电缆 0.08km 最大运行方式系统阻抗： =0.12max.*sX 最小运行方式系统阻抗： =0.22min.*sX 取MVASd100 线路段基准电压： 2LkVUUavd5 .102

38、 线路段基准电压： 1LkVUUavd371 变压器阻抗： 线路 1L ： 6 . 24 . 05 . 61X L2段各支路阻抗标幺值： 表 4-1 各供电对象阻抗标幺值 序 号 阻抗标幺值序 号 阻抗标幺值 10.03670.435 20.02280.029 30.02990.236 40.290100.470 5110.326 60.360120.65 4 . 1%* . TN d kT S S UX 19 . 0 37 100 6 . 2 U S X*X 2 d 2 d 11 行业 0 材料 4.2.14.2.1 三相短路三相短路 三相短路是对称短路。是在最大运行方式下的短路。为求各段电

39、路电流标 幺值，先要求出各段电流的基准值。 kA U S I d d d56. 1 373 100000 31 1 kA U S I d d d50 . 5 5 . 103 100000 32 2 （1）点短路1K 31 . 0 19 . 0 12 . 0 *1min.1lskXXX 23. 3 31. 0 1 * 1 * 1 1 k k X I kAIIIdkk04 . 5 56 . 1 23 . 3 *1 )3( kAish85.1204 . 5 55 . 2 1 MVASk32323 . 3 1001 （2）点短路2K 71 . 1 4 . 131 . 0 *12TkkXXX 58 .

40、0 71 . 1 1 * 1 *2 k k X I kAIIIdkk19. 350 . 5 58. 0*22 )3( kAish13 . 8 19 . 3 55 . 2 2 MVASk5858 . 0 1002 （3）点短路3K ： 746 . 1 036 . 0 71 . 1 *21231lkkXXX 57 . 0 746 . 1 1 *31kI kAIIIdkk14 . 3 57. 050 . 5 *23131 )3( kAish01 . 8 14 . 3 55. 231 行业 0 材料 MVASk5757. 010031 732 . 1 022 . 0 71 . 1 *22232lkkX

41、XX 58. 0 732. 1 1 *32kI kAIIIdkk19 . 3 58 . 0 50 . 5 *23232 )3( kAish13 . 8 19 . 3 55 . 2 32 MVASk5858. 010032 以下计算过程同上，计算结果如表 4-2 中 4.2.2 两相短路 两相短路为不对称短路。在最小运行方式下的短路。 图 4-2 两相短路的复合序网图 其计算公式如下： 下标为表示正序网络的参数，表示负序网络参数，下标表示121a a、b、c 三相电路中的 a 相正序网络的参数 （1）点短路1K 2 1 1 1 21 1)2( 22 1 X E X E XX E aI 22 .

42、1 241 . 0 1 2 * 1 1 )2( X E I 行业 0 材料 kAIIIdak29 . 3 56. 122 . 1 73 . 1 *311 )2( 1 )2( （2）点短路2K kAIIIdak64. 25 . 528 . 0 73. 1 * 321 )2( 2 )2( （3）点短路3K 1） 5 . 5271. 073 . 1 *32)1(1 )2( )1(3 )2( dakIII 下标为表示正序网络的参数，表示负序网络参数，下标表示121a a、b、c 三相电路中的 a 相正序网络的参数 以下计算二项短路电流过程如上，其结果列于表 4-2 中 表 4-2 短路参数汇总表 三

43、相 短 路电 流 （kA） 三 相 短 路 冲 击电 流 (kA) 三 相 短 路 容 量(MVA) 两 相 短 路 电 流 (kA) 5.0412.853233.29 3.198.13582.64 3.148.01572.59 3.198.13582.59 3.198.13582.59 2.757.01502.26 3.198.13582.64 2.646.73482.2 2.596.60472.15 3.198.13582.59 2.817.17512.31 2.536.45462.09 各 企 业 进 线 端 3k 点 2.706.89492.20 28 . 0 281 . 1 1 2

44、* 1 1 )2( 1 X E Ia 271 . 0 2846 . 1 1 2 * * 1 1 )1(1 )2( X E Ia 行业 0 材料 2.315.89421.93 行业 0 材料 5 变电站电气设备选择 5.15.1 高压电气设备选择的目的及原则高压电气设备选择的目的及原则 5.1.15.1.1 电气设备选择的目的电气设备选择的目的 电气设备选择是供电系统设计的主要内容之一，选择是否合理将直接影响 整个供电系统的可靠运行。 5.1.25.1.2 电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则 对各种电气设备的基本要求是正常运行时安全可靠，短时通过短路电流时 不致损坏，因此，电气设备必须

45、按正常工作条件进行选择，按短路条件进行校 验。 （1） 按正常条件选择 1）环境条件 电气设备在制造上分户内和户外两大类。户外设备的工作条件较为恶劣， 各方面要求较高，成本也高。户内设备不能用于户外，户外设备虽可用于户内， 但不经济。此外，选择电气设备时，还应根据实际环境条件考虑防水、防火、 防腐、防尘、防爆以及高海拔地区或湿热带地区等方面的要求。 2） 按电网额定电压选择电气设备的额定电压 高压电器设备最高允许运行的电压为（1.11.15）%UN，电网最高允许运 行的电压为 1.1%UNS，即 SUUNN 我国普通电器额定电压标准是按海拔 1000m 设计的。如果使用在高海 拔地区，应选用高

46、海拔设备或采取某些必要的措施增强电器的外绝缘，方可应 用。 3） 按最大长时负荷电流选择电气设备的额定电流 电气设备的额定电流 IN 应不小于通过它的最大长时负荷电流 Ilo.m(或计 算电流 Ica)，即 行业 0 材料 lomNII 电器设备的额定电流是指规定环境温度为+40时，长期允许通过的 最大电流。如果电器周围环境温度与额定环境温度不符时，应对额定电流值进 行修正。当高于+40是，每增高 1，额定电流减小 1.8%。当低于+40时， 每降低 1，额定电流增加 0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的 20%。 若已知电气设备的最高允许工作温度，当环境最高温度高于 40，但 不超过 6

47、0时，额定电流按下式修正 式中 设备允许最高工作温度，；al 实际环境年最高空气温度，；0 额定环境空气温度，电器设备为 40，导体为 25；0 环境温度修正系数，;K 0 0 K = al al 实际环境温度下电气设备允许通过的额定电流。NI 选电气设备时，应使修正后的额定电流不小于所在回路的最大长时负荷电NI 流，即lomI mIIKloN (2) 按短路情况校验 按正常选择条件选择的电器设备，当短路电流通过时应保证各部分发 热温度和所受电动力不超过允许值，因此必须按短路情况进行校验。 1）热稳定校验 短路电流通过电器设备时，电器的各部件温度（或发热效应）应不超过 短时允许发热温度。即 k

48、tsQQ 或 itststItI 22 或 式中 电器设备允许通过的短时热效应，;tsQ 2 kA s KIIIN al al NN 0 0 ts i ts t t II 行业 0 材料 短路电流产生的热效应，；kQ 2 kA s 电器设备的额定热稳定电流，kA；tsI 电器设备热稳定时间，s；tst 稳态短路电流，kA；I 假想时间，s；it 2）动稳定性校验 短路电流通过电器设备时，电器设备各部件应能承受短路电流多产 生的机械力效应，不发生变性损坏，即 esshii 或esshII 式中 、电器设备额定动稳定电流峰值及其有效值，kA； esi esI 、短路冲击电流峰值及其有效值，kA。

49、shi shI 5.25.2 35kV35kV 电气设备选择电气设备选择 (1)高压开关柜的选择 35kV 电器设备选择主要是成套高压开关柜的选择。 1)额定电压： 35 NS UkV 2)额定电流选择：IN 待设计变电站最大长期工作电流 Imax。 即 IN Imax =(2SN )/(UN)=(25000)/(35)=164.96A33 3)根据有关资料选用 GBC35 型手车式高压开关柜。 GBC35 型手车式高压开关柜用在三相交流 50Hz、35kV 桥式与单母系统。 开关柜由柜体和可拉出手车两部分组成，柜前上部是继电器室、中部为手车室、 柜后下部为下隔离开关静触头室，上、下隔离开关的

50、动触头装于手车后部，手 车推入柜体，隔离开关便合闸。其技术参数如表 5-1 下面对 GBC35 型手车式高压开关柜进行校验： 其额定电压为 35kV,最高工作电压 40.5kV 满足要求。 以下校验其主要电气部件：SN10-35 型少油断路器、JDJ2-35 型电压互感器、 LCZ-35 电流互感器。 行业 0 材料 (1) SN10-35 型少油断路器 SN10-35 型断路器主要技术参数如下： 额定电压：35kV 额定电流：1000A 表 5-1 GBC35 技术参数表 名 称参 数名 称参 数 型号规格GBC-35固有分闸时间0.06S 额定电压35kV固有合闸时间0.12S 最高工作电

51、压40.5kV重量1600kg 额定电流600A外型尺寸 宽深高 （mm 1818 2050 2900 ） 断流容量1000MVA电动操作机构CD10 型 极限通过电流 峰值 40kVA配电流互感器LCZ-35 型 4S 热稳定电流16kA生产厂家天津开关厂等 额定开断电流：16kA 额定断流容量：1000MVA 动稳定电流峰值：40kA 4s 热稳定电流峰值：16kA 35kV 短路容量：=305MVA 10000MVA85.123533 )3( 35 dd IUS 合格。 我们从上章短路电流计算汇总表可以看到，各企业短路容量最大为 58MVA Imax =(2SN )/(UN)=(2500

52、0)/(35)=164.96A33 热稳定校验： kAkA Qt t II ts j ktsQ6518 . 3 4 59. 1 04. 51 满足要求。 校验动稳定：kAkAIaxsh141I85.12m 符合要求。 GBC-35 型手车式高压开关柜内包含了许多设备，列出其简表 5-2。 表 5-2 GBC35 型手车式高压开关柜内装主要电器元件表 kAkA t t II tsQ j ktsQ1618 . 3 4 59 . 1 04 . 5 1 行业 0 材料 一次编号 07157789101203 SN10-35 型少油断路器1 个1 个 CD-10 型电磁操作机构1 个1 个1 个 LCZ

53、-35 电流互感器3 个6 个3 个 JDJ2-35 型电压互感器2 个 RN2-35 型熔断器2 个3 个 HY5WZ-35 型避雷器3 个 JS-8 型放电记录器3 个 S6-50/35 型所用变压器1 个 架空进线柜：07； 主变压器柜：15； 电压互感器：77； 避雷器柜：89； 所用变压器柜：101；左右联络柜：203 图 5-1 一次线路方案 其一次接线图如图 5-1 根据供电系统图确定所需的用电柜列表如下： 表 5-3 35kV 所用到的 GBC-35 柜 GBC-35一次线路方案 行业 0 材料 名 称 架空 进线 柜 07 主变 压器 柜 15 电压 互感 器柜 77 避雷

54、器柜 89 所用 变压 器柜 101 左右 联络 柜 203 数 量22221 避雷器和电压互感器装在同一柜里。 （2）35kV 避雷器选择。 选择阀型避雷器安装在 35kV 架空进线的架空地线两端。主要是保护架空进 线。其技术参数见表 5-4。 表 5-4 35kV 避雷器参数表 名称参 数名 称参 数 型号规格HY5WZ-42最大冲击残压134kV 系统电压35kV伞裙数18 工频放电电压80kV 外型尺寸 直径高 150 700 mm 额定电压42kV单相重量20kg 5.35.3 10kV10kV 电气设备选择电气设备选择 (1)高压开关柜选择。 1)额定电压：10 NS UkV 2)

55、额定电流选择：IN 待设变电所最大长期工作电流 Imax。 即 IN Imax =(2SN )/(UN)=(25000)/(10)=577.37A33 3)根据有关资料选用 GBC35 型手车式高压开关柜。 这里我们选择 JYN4-10 型手车式开关柜，其组成与 GBC35 型手车式高压 表 5-5 JYN4-10 技术参数表 参 数参数 型号规格JYN4-10固有分闸时间0.07S 额定电压10kV固有合闸时间0.2S 最高工作电压12kV重量1600kg 额定电流2000A外型尺寸 1000 2200 2200 行业 0 材料 宽深高 （mm） 开断电流31.5kA电动操作机构CD10 型

56、 极限通过电流峰值130kA配电流互感器LAJ-10W1 型 4S 热稳定电流 40kA 生产厂家沈阳开关厂等 开关柜一样。区别在于所用电压等级不同，设备不同。其技术参数如表 5- 5 下面对 JYN4-10 型手车式高压开关柜进行校验： 其额定电压为 10kV,最高工作电压 12kV 满足要求。 以下校验其主要电气部件：SN10-10 型少油断路器、LAJ-10 电流互感器、 JSJW-10 型电压互感器。 (1)SN10-35 型少油断路器 SN10-10 型断路器主要技术参数如下： 额定电压：10kV 额定电流：1000A 额定开断电流：16kA 额定断流容量：1000MVA 动稳定电流

57、峰值：40kA 2s 热稳定电流峰值：16kA 固有分闸时间：0.07S 其短路容量：MVAIUSdd27716103103 )3( 我们从上章短路电流计算汇总表可以看到，各企业短路容量最大为 58MVA Imax =(2SN )/(UN)=(25000)/(10)=577.37A 33 热稳定校验： kA t t II tsQ j ktsQ5001. 2 4 59 . 1 19 . 3 2 满足要求 校验动稳定：kAkAIaxsh90I13 . 8 m 符合要求 JYN4-10 型手车式高压开关柜内包含了其他电气设备，下面列出其简表 5- 6。 表 5-6 JYN4-10 型手车式高压开关柜

58、内装主要电器元件表 一次编号 070512131654 SN10-10 型少油断路器1 个1 个1 个1 个1 个 kAkA t t II tsQ j ktsQ1601 . 2 4 59 . 1 19, 32 )3( 行业 0 材料 CD-10 型电磁操作机构1 个1 个1 个1 个1 个 LAJ-10 电流互感器2 个3 个2 个3 个2 个 JSJW-10 型电压互感器1 个 RN2-10 型熔断器3 个 HY5WZ-10 型避雷器3 个 JS-8 型放电记录器3 个 其一次接线如图 5-2 电缆出线柜：02；左右联络柜：05（向左） 、07（向右） ；架空出线柜： 12；架空进线柜：13

59、；电容器柜：16； 电压互感器柜：54。 图 5-2 一次接线方案 （2）10kV 避雷器选择。 选择阀型避雷器安装在 10kV 架空出线处，主要是保护架空出线。其技术参 数见下表 5-7。 表 5-7 35kV 避雷器参数表 名称参 数名 称参 数 型号规格HY5WZ-12.7最大冲击残压50kV 系统电压10kV伞裙数5 工频放电电压26.5kV 外型尺寸 150 200 行业 0 材料 直径高 mm 额定电压12.7kV单相重量5kg 5.45.4 35kV35kV 输电线及母线的选择输电线及母线的选择 当变电所是室外布置时，35kV 输电线和母线一般选同样型号的架空线即可。而 室内布置

60、则以选矩型铝母线为多。摘 35kV 变电所是一城区变电所，且长时负荷电流也不大，所以这里选用矩型 铝母线即可。而输电线则选架空线，考虑其机械强度和其他因数，选 LGJ（钢 芯铝绞线） 。 5.4.15.4.1 35kV35kV 输电线选择输电线选择 35kV 变电所供电对象以两班制的企业为主。有少部分的农村用电，其一般 作为一班制。所以最大负荷利用小时数应为：小时。在确定最大负 30005000: 荷利用小时数后，可以查电工手册，得出经济电流密度，初步选择架空线的截 面。 35kV 进线是双回路进线。在计算时，我们是按照双回路分裂运行，每回承 担一半负荷来考虑经济电流密度的。当初选后，再按一路