【电气工程及其自动化】某220kV枢纽变电站电气一次部分初步设计

1、 A 基础理论 B 应用研究 C 调查报告 D 其他 本科生毕业设计（论文）某220kV枢纽变电站电气一次部分初步设计二级学院：信息科学与技术学院专 业：电气工程及其自动化完成日期：2014年5月10日目 录1 前言12 原始材料及分析13 电气主接线的设计及主变选择33.1 电气主接线设计33.1.1 概述33.1.2 220kV侧主接线方案33.1.3 110kV侧主接线方案53.1.4 10kV主接线设计方案73.2 主变压器的选择84 短路电流计算84.1 概述84.1.1 短路的危害84.1.2 短路计算的基本假设94.1.3 短路电流的计算程序94.2 短路计算说明104.2.1

2、10kV母线的母联断路器合闸运行104.2.2 10kV母线的母联断路器分闸运行195 导体和主要电器的选择设计245.1 总则245.1.1 一般规定和原则245.1.2 有关的几项规定255.1.3 按额定电压选择的要求是255.1.4 按额定电流选择的要求是265.1.5 短路热稳定校验的要求是265.1.6 校验动稳定校验的要求是265.2 母线的选择设计265.2.1 母线材料的选择265.2.2 母线截面形状选择265.2.3 220kV母线选择275.2.4 110kV母线选择295.2.5 10kV母线选择305.3 断路器的选择设计325.3.1 断路器的选择要求31 5.3

3、.2 220kV侧断路器的选择325.3.3 110kV断路器选择335.3.4 10kV断路器的选择345.4 隔离开关选择设计355.4.1 隔离开关选择要求355.4.2 220kV侧隔离开关355.4.3 110kV侧隔离开关36 5.4.4 10kV隔离开关选择375.5 互感器的选择设计375.5.1 电流互感器的选择375.5.2 220kV侧电流互感器选择385.5.3 110kV侧电流互感器选择395.5.4 10kV侧电流互感器选择405.5.5 电压互感器选择405.6限流电抗器的选择415.6.1额定电压和额定电流的选择415.6.2热稳定和动稳定的校验42 5.7高压

4、熔断器的选择426防雷设计436.1避雷针的配置原则436.2避雷器的配置原则436.3计算与选择437继电保护设计457.1变电所主变保护的配置457.2 220kV、110kV、10kV线路保护部分468电气总平面布置及高压配电装置的选择478.1电气平面布置478.2高压配电装置的选择47致谢48参考文献49附录50某220kV枢纽变电站电气一次部分初步设计摘 要：本设计讨论的是某220kV枢纽变电站电气一次部分初步设计，是对电气工程及其自动化专业完成本专业课程后的一次考核，首先对原始资料进行分析，然后进行负荷计算、主接线和主变压器的选择确定，再在此基础上进行短路计算，导体和电气设备的选

5、择校验和确定，最后进行防雷接地设计及配电装置的选择。关键词：变电站；主接线选择；短路计算；设备选择；避雷设计The preliminary design of a system in a 220kV substationAbstract: This discussion of the design is a part of the preliminary designof a 220kV hub substation,which Is the electrical engineering and its automation major once after the completion of

6、 this professional course assessment, First,the analysisofraw data,and thentheload calculation,the maintransformerprimarywiring andselect OK,again inthisshort-circuitcalculationson the basis of,the choice ofconductorsand electrical equipmentcalibrationand determination,finally,lightning protection a

7、nd groundingequipmentdesign andselection of distribution.Key words: Substation ;Lord wiring andselect;Short-circuit current;Equipment selection;Lighting protection design1 前言第一章电气主接线的设计及主变的选择，对主接线的设计提出了多种方案，并进行了论述，分析比较了各种主接线形式的优缺陷，选择最佳主案；第二章短路电流的计算，第三章导体及电器的选择，本章详细介绍了变电站中的设备选取，对设备的参数进行了校验论证。第四章防雷保护，

8、对变电站的直击雷防护、雷电过电压防护进行了比较全面的介绍。第五章继电保护及自动装备的配置，结合相关规范对变电站的设备保护做了系统的分析论述。本设计中的文字符号和图形符号采用了新的国家标准。2 原始材料及分析1 变电站的建设规模（1）类型：220kV枢纽变电站（2）最终容量：根据工农业负荷的增长，需要安装两台220/110/10kV，120MVA的主变压器，容量比为100/100/50，一次设计，两期建成。2 电力系统与本所连接情况（1）新建的220kV变电站，连接着220kV和110kV两个电力系统，担负着一个地区的供电，是一座枢纽变电站。（2）变电站与220kV电力系统连线有两回，与110k

9、V电力系统连线有三回。（3）电力系统总装机容量为464万千瓦，本变电站在系统最大运行方式下，系统的正序、负序、零序阻抗如图2-1：（此阻抗值为Sj=100MVA时的数值，括号内的数值为零序阻抗）。 图2-1 系统的正序、负序、零序阻抗图（4）变电站在地理学中所处的地理位置、供电范围示意图如图2-2：3 电力负荷水平（1）220kV出线回路数最终5回，本期2回，其中出线1、2回的最大输送容量为图2-2 所设计的变电站地理位置、供电范围图250MVA，其余3回线路每回的最大输送容量为180MVA，最大负荷利用小时数Tmax=5000h，为一级负荷。（2）110kV出线回路数最终8回，本期5回，其中

10、出线1、2、3回的最大输送容量为40MVA，Tmax=5000h，为一级负荷，其余线路每回的输送容量均按30MVA设计，Tmax=3000h以上。（3）10kV出线最终4回，本期一次建成。每回线的最大输送容量为2MVA，10kV无电源，设计10kV配电装置时予留两个扩建空间，作为备用。4 环境条件（1）当地年最高温度41.7，年最低温度为-20.6，最热月平均最高温度32.5。（2）当地海拔高度396.8m，P=97332.7Pa。（3）当地雷电日数15.4日/年。3 电气主接线的设计及主变选择3.1 电气主接线设计3.1.1 概述电气主接线又称一次接线，它是电厂变电所，电力系统传递电能的通路

11、，主接线是发电厂变电站电气部分的主体，其中包括发电机，变压器，母线，断路器，隔离开关，电抗器等主要设备，变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。查发电厂电气相关内容1可知220kV变电所中的110kV配电装置，当出线回路数在6回以下时宜采用单母线或分段单母线接线，6回及以上时，宜采用双母线接线。220kV终端变电所的配电装置，当能满足运行要求时，宜采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。当能满足电力系统继电保

12、护要求时，也可采用线路分支接线。220kV配电装置出线在4回及以上时，宜采用双母线或其他接线。采用双母线或单母线的110-220kV配电装置，当断路器为少油型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路母线，当110kV出线回路数为6回及以上，220kV出线为4回及以上时，可装设专用旁路断路器。3.1.2 220kV侧主接线方案本变电站高压侧220kV出线回路数5回，本期建成两回，其中线路(一)，(二)的最大输送容量为250MVA，其余3回线路每回的最大输送容量为180MVA，最大符合利用小时数Tmax=5000h，为一级负荷根据以上原始资料拟定了两个主接线方案，具体分析如下：方案一，见图3-1所

13、示。 图3-1双母线接线如图3-1是单断路器不分段双母线接线，其中母线处于工作状态，组母线处于备用状态，组与组母线之间由母联断路器QF进行联络，正常运行时，母联断路器QF是断开的，每一回进出线接到I短母线上的隔离开关是闭合的，接到II短母线上的隔离开关是断开的，双母线接线最主要的优点是灵活性高，它具有以下五个功能：1 检修任意一组母线可不中断供电。2 检修任意回路的断路器，只中断该回路供电。3 工作母线发生故障可通过倒闸操作将所有回路转移到备用母线上，使装置迅速恢复供电。4 检修任一回路隔离开关，可用母线联络断路器代替它的工作，不至于使该回路供电长时间中断。5 在个别回路发生故障，断路器因故不

14、能跳闸时，可用母线联络断路器QF代替切断该回路。图3-1这种双母线不分段接线的主要优点是灵活性高，便于扩建，但此种接线的主要缺点有：1 增加了一组母线，就需要使每回路增加一组母线隔离开关。2 当母线故障检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作，为了避免隔离开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设联锁装置。根据以上分析及相关规范，本方案满足该变电站220kV侧主接线的要求。方案二，见图3-2所示。图3-2 双母线带旁路母线接线方案二如图3-2，是在方案一的基础上增设了一条旁路母线，其目的是为了在出线断路器检修时不中断该回路的供电，提高了供电可靠性，但是比起方案一来说增加了一条旁路母线，旁路

15、短路器，隔离开关等设备，扩大了占地面积，投资增加。 综合考虑本次设计220kV高压侧接线方式采用方案一，即双母线接线。3.1.3 110kV侧主接线方案方案一，见图3-3所示。图3-3 双母线接线如图3-3，本方案为双母线接线，其优缺，在高压侧主接线方案中以作分析，这种主接线运用到中压侧110kV主接线当中，设计运行方式为双母线同时工作方式，这样可以大大提高双母线的供电可靠性，所谓双母线同时工作，是指两段母线同时带电，母线联络断路器QF闭合的运行，合理分配负荷，这种方式减少了单组母线上的汇流量，如果一段母线故障，只造成部分的线路短时间停电，双母线同时工作这种运行方式适用于一、二、三级负荷，目前

16、在我国35-220kV的配电装置中采用较多。这种工作方式的缺点是平时没有备用母线。方案二，见图3-4所示。 图3-4 双母线带旁路母线接线如图3-4,方案二为带双母线带旁路母线接线，与方案一双母线接线相比较供电可靠性提高了，从经济上分析比较，由于110kV侧出线回路多，方案二投资比方案一大，设计中断路器选用六氟化硫断路器，检修周期长，综合分析本设计选择方案一作为站内中压侧110kV主接线方案。3.1.4 10kV主接线设计方案方案见图3-5所示。图3-5 单母线分段接线如图3-5本方案采用的是单母线分段接线，其优点如下：1 用断路器把母线分段后，对重要的负荷可以从不同段引出两个回路，由两个电源

17、供电。2 当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段自动切除，保证正常母线不间断供电和不至使重要负荷停电。 缺点：1 当一段母线或者母线隔离开关故障或检修时，该段母线回路都要在检修间停电。2 当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越。3 扩建时需要向两个方向均衡扩建。4 母线用断路器QF分为I，II段，电源和引出线大体上平均分配在两段母线上，母线分段的目的是：减少母线故障时停电范围，例如在II段母线上短路时，接在II短母线上有电源的断路器，包括分段断路器QF在继电保护装置的作用下均自动断开，因而I段母线可以继续供电，提高了可靠性，另外，在检修母线时也可以分段检修，提高了灵活性。经过以上分析讨论

18、，选择将同步调相机接在10kV侧母线上的方案为该变电站内低压侧10kV主接线选择本方案。3.2 主变压器的选择 当变压器容量达100MVA时，常用强迫油循环冷却方式。根据电力工程电气设计手册2规定：“在220kV及以上的变电所中，宜优先采用自耦变压器”。因为自耦变压器与同容量的普通型变压器相比较，具有以下优点：A、消耗材料少、等价低、有功、无功损耗小、较率高。B、高中压线圈的自耦联系，阻抗小，对改善系统稳定性有一定作用。C、还可扩大变压器极限制造容量，便利运输和安装。另外，在大型的电力系统和降压变电站中，由于普通的三绕组变压器主要应用在中压侧的中性点具有不接地方式，而待建变电站中压侧的中性点采

19、用直接接地的方式，耦变压器的高、中压绕组构成直接的电气联系，因此，自耦变压器更适合在中压侧为110kV及以上电压中性点直接接地系统中。此外，同一电压等级的自耦变压器比相同容量和变比的普通三绕组变压器在价格上要便宜。综上所述，本次设计变电所采用三绕组自耦变压器，查相关的设备手册得3：本次设计选2台容量为120MVA的主变压器，型号为SFPSZ7-120000（三相强迫油循环风冷三绕组有载调压变压器），变压器的容量比为100/100/50，变比为220/121/11，变压器的参数如表3-1。表3-1 变压器参数空载损耗（KW）负载损耗（KW）空载电流（%）U1-2%U1-3%U2-3%118425

20、0.814.023.07.04.短路电流计算4.1 概述短路是电力系统中最严重的故障，他能破坏对用户的正常供电和电气设备正常工作，因此变电所电气部分的设计和运行，都必须靠到可能发生的各种故障情况，本设计以三相对称短路情况作为分析计算。4.1.1 短路的危害电力系统发生短路时，电压严重下降，可能破坏各电厂并联运行的稳定性，使整个系统被解列成为几个异步运行的部分，这时某些发电厂可能过负荷，因而使频率下降，供电频率下降导致包括锅炉给水的水泵电动机在内的所有异步电动机转速下降，锅炉打不进水，发电厂出力也进一步下降，直至无法运行。为了保证发电厂的运行，不得不切除一部分负荷。短路时电压下降的越大持续时间越

21、长，破坏整个系统稳定运行的可能性越大。4.1.2 短路计算的基本假设计算短路电流的目的是为了在电器装置的设计中用来选择电气设备、选择限制短路电流的方式、设计继电保护装置和分析电力系统的故障等，选择电气设备时，一般只需近似计算该设备的最大可能三相短路电流值，设计继电保护和分析电力系统故障时，必须计算各种短路情况下系统各支路中的电流和各点的电压。考虑到现代电力系统的实际情况，要进行极准确的短路计算非常复杂的，同时对决大部分实际问题，并不需要十分精确的计算结果，为了使计算简化，多采用近似计算方法。这种方法是建立在一系列假定的基础上的，并且使计算结果稍微偏大一点，一般误差为10-15%，计算短路电流的

22、基本假设如下：1 认为在短路过程中，发电机的转速相同，电势相位相同，即发电机无摇摆现象。2 不考虑系统的磁饱和，因此可以认为短路回路各元件的感抗为常数，这将使短路电流的计算分析大大简化，并可应用重叠原理。 3 变压器的励磁电流略去不计。4 所有元件的电容略去不计。5 认为三相系统是对称的。4.1.3 短路电流的计算程序在进行短路电流计算时，应该根据计算要求收集有关资料，如电力系统接线图，运行方式和各元件的技术参数等，首先做出计算电路图，再做出针对各短路点的等值电路图，然后利用网络简化规则，化简等值电路，求出短路总电抗，最后根据总电抗即可求出短路电流值，下面分别讨论计算电路图，等值电路图以及短路

23、总电抗的计算。 1 计算电路图计算短路电流用的计算电路图是一种简化了的单线图，图中只需要画出与计算短路电流有关的元件以及它们之间的连接，并在各元件旁注明它们的参数，为了计算方便，图中按顺序编号，计算电路图中各元件的接线方式，应根据电气装置的运行方式和计算短路电流的目的决定。设计继电保护装置时，要计算电气装置或整个电力系统在不同运行方式时的短路电流，这些都应在计算电路图中反映出来。短路时，同步补偿机和同步电机也向短路点供给短路电流，在计算电路图中应把它看作附加的电源，在距离较远和同步电动机的总功率在1000kVA以下时，对短路电流影响较小，可不考虑，计算电路图中可能有几个用变压器联系起来的电级，

24、在使用计算中，为了计算方便，各电压级均用与之相应的平均额定电压代替，并注明在计算电路图中母线上，平均额定电压见表4-1。表4-1 平均额定电压额定电压（kV）50033022011060351063平均电压（kV）525346230115633710.56.33.15 2 等值电路图由于短路电流是对各短路点分别进行计算的，所以等值电路图必须按照指定的各短路点参照计算电路图分别做出，等值电路中各元件用它的等值电抗标么值表示，并注明元件的顺序编号，横线下表示电抗标么值。在画某一短路点的等值电路图时，只需表示该点短路时短路电流所通过的元件的电抗。 3 短路回路总电抗的计算先求出各元件的电抗，再算出该

25、元件的平均额定电压的标么值，根据所求得的各元件电抗标么值便可做出等值电路图，利用网络化简规则求出总电抗的标么值。4.2 短路计算说明因为短路计算主要用于设备的选择及校验，因此选择三相对称短路作为分析计算，本变电站设计分两种情况进行分析计论：一、10kV母线上的母联断路器合闸运行;二、10kV母线上的母联断路器分闸运行。以下分别进行讨论分析。4.2.1 10kV母线的母联断路器合闸运行 1 计算短路电抗如图4-1。 图4-1 短路电抗图选择k1，k2，k3 作为短路点分析计算。计算各元件的标么值，（，）由原始材料已知可得=0.094， =0.1199。变压器的标么值计算: = （+）=(14+2

26、3-7)=15 （4-1） = （+）=(14+7-23)=-1 （4-2） = （+） =(23+7-14)=8 （4-3） 所以： =0.125 （4-4） =-0.0083 （4-5） =0.0667 （4-6） =0.125 =-0.0083 =0.0667 2 点短路分析（1）点发生短路时其等值简化电路如图4-2。 图4-2 10kV侧短路电抗化简图 （4-7） （4-8） （4-9） （4-10）根据图三可求出短路回路总的电抗标么值：=0.0853 （4-11） （4-12）根据图三算出: （4-13） 当点发生短路时，流过两个变压器低压侧出线的短路电流及两个同步调相机出线的短路电

27、流分别为： 短路容量:= （4-14）短路冲击电流:= （4-15）根据主变1#，2#低压侧10kV出口断路器的额定开断电流容量，考虑在低压侧10kV出口断路器前串联一个电抗器，其型号选择如表4-2。 表4-2 电抗器参数表型号额定电压（kV）额定电流（A）电抗器（%）额定电感（mH）动稳定电流峰值（kA）4S热稳定流（4S）NKL-10-3000-12103000120.459100.170 最大负荷电流的计算 由原始资料科知10kV侧4回，每回出线最大输送容量2MVA，站用电容量按站用电变压器容量考虑6302kVA。根据设计资料可以知道10kV母线上的最大负荷容量为8.63MVA，两个同步

28、调相机的额定电流为788A 最大负荷电流： （4-16） 所选择限流电抗的额定电压为：10kV，额定电流为：3000A 电抗器百分电抗值的选择变压器10kV出口短路器容量按750MVA考虑 X=0.16电抗器电抗标么值: （4-17）选型为NKL-10-3000-12的水泥柱式电抗器，所选限流电抗基准标么值为: （4-18）加入限流电抗器后等值电路如图4-3： 图4-3 10kV侧短路电抗化简图 （4-19） 短路冲击电流和短路容量: = = 短路全电流最大有效值: 电抗器校验:a 动稳定校验，该电抗器动稳定电流为100.1kA，大于三相冲短路击电流92.49kA，故动稳定合格。b 校验短路时

29、母线的残余电压 合格 （4-20）c 校验正常运行时电压损耗: 合格 （4-21） 故加入限流电抗器后K3点短路时，两变压器低压侧10kV出线与两同步调相机出线的电流分别为: 变压器低压侧10kV出线上的短路冲击电流为34.267kA，同步调相机出线的短路冲击电流为11.976kA，则出口断路器能够满足要求。3 点短路分析等值化简电路如图4-4。图4-4 220kV侧短路电抗化简图 （4-22） 4 点短路分析点短路时等值化简电路图4-5如下。 （4-23） 图4-5 110kV侧短路电抗化简图 （4-24） 5 短路计算成果如表4-3。 表4-3 短路电流数据表 ()短路点基准电压(kV)基

30、准电流(kA)短路冲击电流(kA)短路电流(kA)短路容量(MVA)短路全电流最大有效值(kA)公式K12300.25110.7484.2511643.2356.365K21150.50220.888.191631.2512.367K310.55.49992.4936.269659.5954.7664.2.2 10kV母线的母联断路器分闸运行1 计算电路图如图4-6。 图4-6 10kV母线的母联断路器分闸运行短路电抗图10kV母线分段运行，在此选K1点为短路计算点分析讨论：2 等值电路图化简如图4-7到图4-10. 图4-7 10kV母线的母联断路器分闸运行短路电抗化简图 图4-8 10kV

31、母线的母联断路器分闸运行短路电抗化简图 图4-9 10kV母线的母联断路器分闸运行短路电抗化简图 图4-10 10kV母线的母联断路器分闸运行短路电抗化简图 总电抗的标么值: 短路电流的标么值: 在分段运行时，10kV母线上发生三相对称短路时的短路电流为： （4-25） 在两台主变压器低压侧10kV出线上都串有一台限流电抗器。10kV母线上发生三相短路电流应该小于21.143kA。根据以上数据分析，10kV母线上可以分段运行。5 导体和主要电器的选择设计5.1 总则5.1.1 一般规定和原则导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术政策，并应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适

32、当的留有余地，以满足电力系统安全运行的需要，对导体和电器选择设计规定简述如下：1 应满足正常行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。2 应按当地环境条件检验。3 应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致。4 选择导线时应尽量减少品种。5 选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠试验数据，并经主管部门鉴定合格。5.1.2 有关的几项规定导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动稳定和热稳定，并按环境条件校核电器的基本使用条件：1 在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按有关规定进行计算。2 验算导体和电器用的短路电流，按下列情况进行计算：（1）除计算短路电流的衰

33、减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。（2）在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3）在变电所中，应考虑如果安有同步调相机时，应将其视作附加电源，短路电流的计算方法与发电机相同。（4）对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点，对带电抗器的6-10kV出线的计算点，除其母线隔离开关前的引线和套管应选择在电抗器前外，其余导线和电器宜选择在电抗器之后。3 验算导体和110kV以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般用主保护的动作时间加相应在的断路器全分闸时间，如主保护有死区时，则采用能对该处死区起作

34、用的后备保护动作时间，并采用相应处的短路电流值。电器和110kV及以上充油电缆和短路电流计算时是，一般须用后备保护动作时间加相应的短路器全分闸时间。4 导体和电器的动稳定，热稳定以及电器开断电流，可按三相短路验算，若发机出口两相短路或中性点直接接地系统，自耦变压器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况验算。5 环境条件：选择导体和电路时，应按当地环境条件校核，当气温、风速、湿度、污秽、海拔、覆冰等环境条件超出一般电器的基本使用条件时，应通过经济技术分析比较分别4。5.1.3 按额定电压选择的要求是要求设备的额定电压不低于设备安装地点的电网的额定电压，由于线路 供电端额定电

35、压比受电端额定电压高10-15%，因此设备必须能够长期承受这个电压值，电器能够长期承受的最高电压称为最高工作电压，对220kV及以下设备其最高工作电压额定电压高15%，330及500kV设备的最高工作电压比额定工作电压高10%，由此可知，只要设备的额定电压不小于该处电网的额定电压，其最高工作电压不小于该处电网的额定电压，其最高工作电压一定能满足电网首端电压要求。5.1.4 按额定电流选择的要求是设备的额定电流不小于流过设备的最大长期负荷电流，当周围介质的温度不等于规定值时，设备的容许电流应进行修正。5.1.5 短路热稳定校验的要求是导体的最高短时温度不大于短时允许最高温度，对于电器来说，是短路

36、电流热脉冲不大于电器允许的热脉冲t，是t秒钟的热稳定电流。和t值可由电器的铭牌或手册中5查出。5.1.6 校验动稳定校验的要求是对导体(母线)来说，其中通过三相短路冲击电流时产生的应力不大于材料的允许应力，对于电器来说，是通过它的三相短路冲击电流不大于它的最大允许动稳定电流。5.2 母线的选择设计65.2.1 母线材料的选择配电装置中所用母线材料有铜、铝、钢三种，铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，但铜的贮量少，价格贵，一般不建议采用，只在空气中有腐蚀性气体的户外配电装置中才用，铝的电阻率较高，较易腐蚀，但贮量多，价格便宜，广泛用作配电装置中的母线，钢的电阻率更大，还有很大的磁滞损耗和涡流损

37、耗，但它的优点是机械强度高和价格便宜，通常用于高压小容量电路，工作电流不大于300-400A的低压电路以及直流路中，本设计中的母线均选铝质材料。5.2.2 母线截面形状选择要求母线的截面形状应使集肤效应小，散热良好，机械强度高，安装简单和连接方便，实际上常采用的母线截面形状有圆形、矩形(单条、双条、三条的)、管形、双槽形等。圆形母线只适用于小功率的电气装置中，矩形母线常用于35kV及以下的户内配电装置中，为了增大散热面面积，减小集肤效应，应兼顾机械强度。矩形母线的边比通常是1/12-1/15，为避免集肤效应过大，单条母线的截面积不应大于1000-1200mm2。当单条矩形的最大容许电流不满足要

38、求时可采用两条矩形母线，条间的距离一般取为一条母线的厚度，以保证散热良好，当工作电流更大时，可采用三条矩形母线，当每相有三条矩形母线时，中间一条中的电流占总电流的20%，两边的每条占总电流的40%，可见母线材料的利用率低，通常不宜采用每相有四条以上的矩形母线。在工作电流很大的装置中，可采用双槽形母线和管形母线，双槽形母线集肤效应较小，散热面大，机械强度高，适用于工作电流很大(4000-8000A)。短路电流也较(150kA及以上)大的场合，管形母线的机械强度大，但内表面的散热条件差，如果管内采用通风冷却或通水冷却，其载流能力可较普通母线提高几倍或几十倍，管形母线多用作绝缘封闭水内冷母线作为巨大

39、容量发电机的连接线，硬管及软管母线也可用于户外高压配电装置中，本设计中220kV、110kV母线形状选管型，10kV母线选矩形母线。5.2.3 220kV母线选择根据本变电站的设计资料知道220kV母线上所有负荷出线容量为790MVA，每台主变压器容量比为100/100/50，所以母线所通过的功率为7901002990MVA。由此推出最大工作持续电流为： （5-1）1.按经济电流密度选择母线截面积：最大负荷利用小时数Tmax5000h。查手册7可得导体的电流密度J取0.775。所以导体截面积： （5-2）故母线型号选择130/116的铝锰合金管形导体。 2.校验：（1）热稳定校验：导体最小允许

40、截面: 式中: -静态短路电流（A） C-热稳定系数（取：87）-短路电流等值时间(S)由计算时间t可查表查出短路电流周期分量等值时间tz，取=1根据短路电流计算时间t4S，查出，所以， ，满足要求。（2）动稳定校验: (硬铝最大允许应力、69106Pa)母线单位长度所受的作用力有:短路电动力：式中：-相间距离，取(3m) ich-短路冲击电流.(10748A) -振动系数，取(1)。 （5-3）最大风压力: 式中：-风速不均匀系数，(取=1) K-空气动力系数(取K1.2)D-管型母线外径 (D=0.13m)V-风速(m/s) 取V10 m/s （5-4）自重：式中：S-管形母线截面 (m2

41、)(2705mm2)r-比重 (取r=2.7) （5-5）220kV母线设计跨距L10m，所以一个跨距的母线受的合力为: 220kV母线长度为90m，跨数N设计9跨，所以受到的最大应力为: 式中:W-截面系数，取W=79cm3 （5-6） 满足要求。5.2.4 110kV母线选择110kV母线材料选择铝锰合金管，采用支柱绝缘子支持水平排列，根据变电站设计资料可以知道110kV母线上所有负荷容量为190MVA，每台主变压器容量比为100/100/50，所以母线所通过的功率为190502290MVA。最大工作持续电流: 最大负荷利用小时数:Tmax3000h根据导体经济电流密度曲线查得经济电流密度

42、J1.07.1、按经济电流密度J选择导体截面 ，母线型号选择80/72mm的铝锰合金管。2.校验：（1）热稳定校验：导体最小截面: ，式中:C-热稳定系数，取C=87， ，取=1，根据110kV短路电流计算时间t3S查出 tz2.55S，tdz2.55+0.051=2.6 S ，满足要求。（2）动稳定校验： (硬铝最大允许应力、69106Pa)母线单位长度所受到的作用力有：短路电动力：式中：-相间距离，取(1.6m) ich-短路冲击电流.(20880A) -振动系数，取(1) 最大风压力: 式中：-风速不均匀系数，(取=1) K-空气动力系数(取K1.2)D-管型母线外径 (D=0.08m)

43、V-风速(m/s) 取V10 m/s 自重： 式中：S-管形母线截面 (m2)(954mm2) r-比重 (取r=2.7) 110kV母线设计跨距L10m，所以一个跨距的母线所受的合力为: 110kV母线长度为72m，跨数N设计8跨，所以受到的最大应力为: 式中:W-截面系数，取W=17.3cm3 满足要求。5.2.5 10kV母线选择根据设计资料可以知道10kV母线上的最大负荷容量为8.63MVA，两个同步调相机的额定电流为788A。最大工作持续电流: 1.按最大持续工作电流选择母线截面S应满足 式中:K0 -温度修正系数，取K0=1Iy -相应于某一母线布置方式和环境温度为+250C时的导

44、体允许载流量. 选择矩形母线型号为12510mm的铝导体，竖放。Iy2.179kA，满足这个要求.2.校验：（1）热稳定校验: SiSmin所选母线截面Si1250mm2，根据热稳定决定的导体最小截面: 式中: ，热稳定系数C取87，10kV短路电流计算时间取3S，则由前面计算可知所以: ，满足要求 （2）动稳定校验: (硬铝最大允许应力、69106Pa)，10kV母线跨距设计为L=1m ，W-截面系数取 W=0.167hb2=0.16712.512=2.08 cm3，相=0.2m. 满足要求。5.3 断路器选择设计5.3.1 断路器的选择要求1 断路器的额定电压应等于或大于电气装置的额定电压

45、。2 断路器的额定电流应等于或大于通过断路器的长期最大负荷电流。3 选择断路器的类型：户内型、户外型、多油式、少油式、压缩空气断路器、六氟化硫断路器等。4 校验断路器的开断能力：断路器允许开断电流应等于或大于断路器实际开断时间的三相短路电流周期分量有效值。当短路电流非周期分量的初时不时大于周期分量的幅值的20%时，应向断路器制造厂家咨询断路器的开断性能或要求做补充实验。5 校验断路器的动稳定：要求断路器允许的动稳定电流峰值应大于或等于流过断路器的三相短路冲击电流。6 校验断路器热稳定：要求断路器t秒钟稳定电流It算出的允许热效应t大于或等于通过断路器的短路电流热脉冲。5.3.2 220kV侧断

46、路器的选择1 220kV母线上的出线回路、回总和最大输送容量为250MVA，所以每回出线容量均不会超过250MVA（1）额定最高电压选择：= 220kV1.15 = 253kV (5-7) （2）额定电流选择：考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的=1.05。 即= 0.6889kA (5-8)根据以上数据可以初步选择LW6220型SF6断路器其参数如表5-1：表5-1 LW6-220型断路器参数表额定电压最高工作电压额定电流额定开断电流额定关合电流峰值动稳定电流峰值4s热稳定电流额定开断时间额定闭合时间固有分闸时间燃弧时间220kV252kV2500A50kA100kA1

47、00kA50kA0.06S0.09S0.036S0.05S（3）按开断电流选择：传统电磁式保护装置启动和执行机构时间之和一般为0.050.06S，则： =+=0.05+0.036=0.0860.1S (5-9) 当开断时间较短（）时，需计及非周期分量，用短路全电流进行校验，即 (5-10) 式中：开断瞬间短路电流周期分量有效值，开断时间小于0.1秒时，。 非周期分量衰减时间常数，=，、分别为电源至短路点的等效总电抗和总电阻。所以当开断电流小于0.1S时，=，、分别为电源至短路点的等效总电抗和总电阻，忽略电阻，趋于无穷，故。所以：4.215kA ，即kA（4）按短路关合电流选择： （5）校验热稳定，由原材料有后备保护为0.15S = += 0.036 + 0.05= 0.086S (5-11) = +=0.086+0.15=0.2366S (5-12) = I”2 = 4.21520.2366 = 4.203 (5-13) = t = 5