电气专业毕业设计 kV变电站kV出线保护配置及整定计算

1、题 目：220kV变电站110kV出线保护配置及整定计算 目 录摘 要1Abstract2第1章 绪论11.1设计的背景和意义12.1 设计的基本思路与采用的方法1第2章 电气主接线选择32.1 概述32.2 主接线的接线方式选择4第3章 主变压器容量、台数及形式的选择73.1 概述73.2 主变压器台数的选择73.3 主变压器容量的选择83.4 主变压器型式的选择8第4章 主接线比较选择12第5章 短路电流计算基础155.1 第一节 概述155.2 短路计算的目的及假设155.3 各种短路电流计算17第6章 电气设备的选择196.1 概述196.2 断路器的选择216.3 隔离开关的选择22

2、6.4 互感器的选择22第7章 电气系统继电保护267.1 概述267.2 继电保护整定计算267.3 相间短路的电流、电压保护297.4 零序电流保护347.5 断路器失灵保护37第8章 短路电流计算388.1 对称短路计算388.2 不对称短路电流计算55第9章 高压电气设备的选择计算719.1 断路器的选择和校验719.2 隔离开关的选择和校验计算75第10章 整定计算8010.1 线路的电压、电流保护8010.2 零序电流保护85结论95参考文献96致谢97附 录98摘 要本设计主要介绍了 220kV变电站110kV出线保护设计的过程、原则、方法等，利用现在广泛采用的微机保护原理和整定

3、的新方法进行配置。关于主接线部分的内容是基础部分，主要介绍了主接线的形式，综合比较各种接线方式的特点、各自的优缺点及变压器的选择原则等，根据任务书要求最终选择满足设计任务的主接线方案。短路电流是非常重要的部分，它主要介绍了不同运行方式下的对称短路与不对称短路计算的目的、原则、方法和具体的数据信息等，为设计中需要的高压电气设备的选择、整定、校验等方面做准备，电气设备的选择及校验主要是利用对称短路的计算结果进行高压电气设备（断路器、隔离开关）的校验。设计的专题部分，也是利用短路计算的结果，详细阐述了继电保护中配置的选择、整定和校验的原则、方法等，具体有反映相间短路的电流电压保护的整定计算与校验；反

4、映接地故障的零序电流保护的整定与校验。最后三章内容是设计的计算书部分，通过数据的形式对设计的要求和需要的参考值等给以直观的描述。 关键词：综合自动化，微机保护，继电保护，整定与校验 AbstractThe main design on the 220 kV substation automation 110 KV wit to protect the design process, in principle, methods to take advantage of the currently widely used computer protection principle and the

5、entire set of new methods for allocation. On the main wiring part of the contents of infrastructure, mainly on the main wiring in the form of Comprehensive comparison of different forms of connection characteristics,advantages and disadvantages of each option transformer principles, Under the mandat

6、e callsfor a final choice on the design of the main tasks Connection program. Short-circuit current is a very important part, It introduces a different mode of operation under the symmetric and asymmetric short-circuit short-circuit the purposes of the calculation, methods and specific data informat

7、ion for the design of the high voltage electrical equipment selection, tuning and testing and so on preparations Electrical equipment selection and verification is using symmetric short-circuit the calculation results of high voltage electrical equipment (devices, disconnector) calibration. Part of

8、the design feature, as well as the use of short-circuit calculation, a detailed explanation of relay protection configuration choices, Setting and checking the principles and methods, the specific phase is reflected in the current-voltage short circuit protection of the setting and calibration; Grou

9、nd Fault reflect the zero-sequence current protection of the setting and calibrationThe final three chapters as is the design of computing, through data in the form of design requirements and the need to reference value given visual descriptionKeywords：The synthetical automation , PC protect , succe

10、ed electricity protection ,adjusting and checking第1章 绪论1.1设计的背景和意义当人类进入21世纪以来，随着科学技术的不断进步，微机化、综合自动化日新月异，被不断应用到社会的各个领域，电力系统综合自动化程度发生了革命性的变化，旧变电所综合自动化改造全面展开，新变电所的综合自动化应用不断升级。为了适应科技发展带来的变化，变电所设计，特别是变电所继电保护、自动装置、通讯系统等的设计就要充分考虑综合自动化新要求，变电所二次部分成了综合自动化的重要组成部分，对保护的要求也越来越高。 本文旨在对某220kV变电所的一回110kV出线保护的设计，通过对变

11、电所主接线、设备选择、短路电流计算、继电保护的配置与整定计算，在对变电所整体了解的基础上，侧重110kV出线保护设计，可以加深对综合自动化和继电保护的认识，符合现代变电所发展趋势。2.1 设计的基本思路与采用的方法本设计通过对某220kV变电所110kV出线继电保护的设计，熟练掌握现代变电所的设计流程、方法。论文基本思路及框架如下：第一部分为设计说明书，对整个毕业设计做一个综述，为后面的计算和整定提供依据。第一章 绪论。主要介绍选题背景、研究的意义、研究内容、研究方法及论文的研究思路。第二章 气主接线选择。简要进行220kV变电所各电压等级主接线的初步选择，对投资和维护、效益等进行简要比较得出

12、初步结论。第三章 主变压器容量、台数及形式的选择。做好主变压器选择，为接下来的短路计算、继电保护配置等提供理论数据。第四章 电气主接线比较选择。对各种不同的主接线方式进行综合比较，得出主接线最终结论。第五章 短路电流计算基础。简单介绍短路电流计算方法。第六章 电气设备的选择。简单介绍电气设备选择的原则、方法。第七章 电气系统继电保护。对电力系统继电保护进行简述，并对继电保护配置原则、方法进行介绍。第二部分为设计计算书。第八章 短路电流计算。对各种短路情况下的系统短路电流进行计算。第九章 高压电气设备的选择计算。通过计算结果，对高压电气设备进行选择。第十章 整定计算。对110kV出线保护进行电流

13、、电压保护的整定计算。第2章 电气主接线选择2.1 概述主接线是构成电力系统的重要环节，它是由高压电器设备通过连接线组成的输送和分配电能的电路，是变电所电气设计的首要部分。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。变电所设计技术规程（SDJ2-79）规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。一、可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电

14、力生产和分配的首要要求。1、主接线可靠性的具体要求： （1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电； （2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。二、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。（1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；（2）为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；（3）为了扩建的目的：可以

15、容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。三、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。（1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；（2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。 （3）电能损失少：经济合理地选择主

16、变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。 2.2 主接线的接线方式选择 电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。 1、单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的

17、母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。单母接线适用于：110200kV配电装置的出线回路数不超过两回，3563kV，配电装置的出线回路数不超过 3回，610kV配电装置的出线回路数不超过 5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。 2、单母分段接线 用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨

18、越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于： 110kV220kV配电装置的出线回路数为 34回，3563KV配电装置的出线回路数为 48回，610kV配电装置出线为 6回及以上，则采用单母分段接线。3、单母分段带旁路母线 这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为 35110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 4、桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。外桥接线：适合于出线较短，且变压

19、器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器 LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修 LD时使用。当线路故障时需停相应的变压器。所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有：使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。5、一个半断路器（3/2）接线 两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大，一般用于500kV及以上电压等级主接线设计。 6、双

20、母接线 它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110K220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达 7回，（110kV）或 5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。7、双母线分段接线 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常

21、用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在 11回及以下时，母线不分段。 为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。 当 110kV出线为 7回及以上，220kV出线在 4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。第3章 主变压器容量、台数及形式的选择 3.1 概述变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种

22、电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，考虑经济、技术合理性，得根据电力系统510年发展规划综合分析，合理选择。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选

23、择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。 3.2 主变压器台数的选择 本次所设计的变电所是市区近郊某降压变电所，它是以220kV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至 110kV及 10kV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所大面积停电，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，确保供电的可靠性是首要考虑的问题。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等

24、许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。 3.3 主变压器容量的选择 主变容量一般按变电所建成近期负荷，510年规划负荷选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时

25、，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%80%。该变电所是按 70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电所的总装容量为：se = 2（0.7PM） = 1.4PM。当一台变压器停运时，可保证对 60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证 98%负荷供电，而高压侧 220KV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是 220KV侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量应选择为：Se = 0.7（S+S）。 3

26、.4 主变压器型式的选择 一、主变压器相数的选择 当不受运输条件限制时，在 330kV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。二、绕组数的选择 在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿

27、设备，主变宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。 在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应

28、过电压。由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性。而自耦变压器的变化较小，由原始资料可知，该所的电压波动为±8%，故不选择自耦变压器。 分裂变压器：分裂变压器约比同容量的普通变压器贵 20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时

29、，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。三、主变调

30、压方式的选择为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV及以上网络电压应符合以下标准：1、枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的 11.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过 10%，事故后不应低于电网额定电压的 95%。2、电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的 95%100%。调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达 30%。由于该变电所

31、的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。 四、连接组别的选择 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。五、容量比的选择由原始资料可知，110kV中压侧为主要受功率绕组，而 10kV侧是无功补偿装置，所以容量比选择为：100/100/50。六、主变压器冷却方式的选择 主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。为了保证供电可

32、靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，220kV变电所中一般装设两台或两台以上主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络，配电设备，用电保护较复杂，且投资增大。考虑到两台主变同时发生故障机率小，因此可采用两台，选择容量时应满足当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电所的正常供电。选择两台容量为 120MVA的主变，主变总容量为 240MVA主变主要起通过高中绕组从 220,110kV侧传送功率（35MVA）至低绕组 10kVA侧，并在 110kV侧电源故障时，通过高压绕组从 220kVA侧无穷大系统传送 120MVA(最大)

33、支援。因此，可选择容量比为 100/100/50。本设计主变为大型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，可选用强迫油循环风冷却方式。七变压器的技术参数根据以上条件选择，确定采用国产型号为 SFPSZ7-120000/220的 220kV三绕组有载调压电力变压器，器具体参数如下:型 号SFPSZ7-120000/220联结组别号YN，yn，d11空载电流（）0.56额定电压（kV）高压中压低压220±8×1.25%12110.5额定容量（MVA）12012060阻抗电压（）高中高低中低13.2422.517.85型号中个

34、符号表示意义：电压等级额定容量SFPSZ7-120000/220有载调压设计序号三绕组风冷却强迫油循环三相第4章 主接线比较选择 根据该所符合情况负荷情况：220kV出线 6回，110kV出线 9回，10kV出线 10回（其该变电所主接线可以采用以下两种方案进行比较： 方案一 220kV采用双母带旁路母线接线方式，110kV也采用双母带旁路母线接线，根据电力工程电气设计手册第一册可知，220kV出线 5回以上，装设专用旁路断路器，考虑到 220kV近期 6回，装设专用母联断路器和旁路断路器。 根据电力工程电气设计手册第一册可知，110kV出线为 7回及以上时装设专用旁路断路器。而由原始资料可知

35、，110kV出线 9回，装设专用母联断路器和旁路断路器。 10kV出线 8回，可采用单母分段接线方式。 6回出线9回出线10回出线220kV110kV10kV方案一的接线特点：1）220kV、110kV均采用双母带旁路接线方式，并且设置专用旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，及不致影响供电可靠性。 2）10kV采用单母线分段，可以使重要负荷的供电从不同的母线分段取得，可靠性较高。 方案二220kV侧按 SDJ2220500KV变电所设计技术规程规定，220kV配电装置出线在 4回及以上时，宜采用双母线及其他接线。 110kV出线 9回，可采用双母线接线方式，出线断路器检

36、修时，可通过“跨条”来向用户供电。而任一母线故障时，可通另一母线供电。但由于双母线故障机率较小，故不考虑。 10kV采用单母线分段，可以使重要负荷的供电从不同的母线分段取得，可靠性较高。 220kV110kV10kV方案二的接线的特点： 1、220KV采用双母线接线方式时，该接线变压器接在不同的母线上，负荷分配均匀，调度灵活方便，运行可靠性高，任一母线或母线上的设备检修，均不需掉线路。 2、110kV采用双母线接线方式，出线回路较多，输送和穿越功率较大，母线事故后能尽快恢复供电，母线和母线设备检修时可以轮流检修，不致中断供电，一组母线故障后，能迅速恢复供电，而检修每回路的断路器和隔离开关时需要

37、停电。 3、10kV采用单母线接线方式，10kV采用单母线运行时，操作不够灵活、可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电。比较：方案一中 220kV、110kV都采用双母带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母线接线的固有运行方式，及不致影响供电可靠性。可靠性高于方案二，但方案二中 220kV、110kV都采用双母线，负荷分配均匀，调度灵活方便，可靠性也较高，但 10kV采用单母线运行时，操作灵活性差、供电可靠性不高，任一元件故障或检修，均使整个配电装置停电。其可靠性不如方案一。因此，任务设计中均显不适。综合上述两种主接线的优缺点，根据设计任务书的原始资料可知该变

38、电所 220kV和 110kV等级应采用双母线带旁路接线方式，10kV等级采用单母线分段接线方式。 比较：方案二所用的断路器、隔离刀闸比方案一少，其的经济性略低于方案一，但方案二中 10KV侧的供电可靠性差，方案一 10kV侧的可靠性明显高于方案一，故不采用方案二；方案二中 220kV、110KV都采用双母线，并且 110kV侧能够保证一二类负荷的可靠性，方案一设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母线接线的固有运行方式，及不致影响供电可靠性，可靠性高于方案二，但经济性低于方案一，根据原始资料，方案一满足要求，而且根据可靠性、灵活性、经济性，方案一更适合于本次设计的要求，故选择方案一

39、。 第5章 短路电流计算基础5.1 第一节 概述在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的

40、机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。 5.2 短路计算的目的及假设 一、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。其计算目的是：1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2、在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4、在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以

41、各种短路时的短路电流为依据。 5、按接地装置的设计，也需用短路电流。 二、短路电流计算的一般规定1、验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后 510年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2、选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 3、选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。4、导体和电器的动稳定、热

42、稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。 三、短路计算基本假设 1、正常工作时，三相系统对称运行；2、所有电源的电动势相位角相同；3、电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5、元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6、系统短路时是金属性短路。四、基准值 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：基准容量：Sj = 100MVA基准电压：Vg（kV） 10.5、 115、230五、短路电流计算的步骤 1、计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量

43、下；2、给系统制订等值网络图；3、选择短路点；4、对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。 标幺值：Id*有名值：Idi = Id*Ij5、计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量：S = VjI短路电流冲击值：Icj = 2.55I" 6、列出短路电流计算结果 具体短路电流计算具体见计算说明书。5.3 各种短路电流计算 系统运行方式的确定 最大、最小运行方式的选择，目的在于计算通过保护装置的最大、最小短路电流。在线路末端发生短路时，流过保护的短路电流与下列因素有关：1、系统的运行方式，包括机组、

44、变压器、线路的投入情况，环网的开环闭环，平行线路是双回运行还是单回运行。2、短路类型。3、电流分配系数。 短路电流的计算 短路电流的计算是继电保护整定的依据，所以我们必须加以重视。1、整定计算的要求选择规定的运行方式；2、确定短路段及短路类型；3、对确定的短路点经过网络的合并，化简求出归算到短路点的各序综合阻抗X1、X2、X0；4、短路类型及电力系统故障的知识求出短路点的总电流；5、按网络结构求出流过被整定保护装置的短路电流。（1）三相短路电流的计算：Id*（3）其有名值为： Id（3）Id*（3）IjId*（3）系统中发生三相短路时，短路点的短路电流标幺值Id（3）系统中发生三相短路时，短路

45、点的短路电流有名值 归算到短路点的综合正序等值电抗。以下为简便起见，省略下标 * 。（2）两相短路电流的计算：Id（2）归算到短路点的负序综合电抗Id（2）两相短路时短路点的全电流其各序分量电流值为： Id1（2）Id（2）Id1（2）、Id1（2）分别为：两相短路时，短路点短路电流的正负序分量（3）两相接地短路电流计算Id（1，1）= Id1（1，1）Id（1，1）两相短路接地时，短路点故障相全电流Id1（1，1）两相接地短路时，短路点的正序电流分量Id1（1，1）Id2（1，1）Id1（1，1）Id0（1，1）Id1（1，1）Id2（1，1）、Id0（1，1）分别为两相接地短路时的负序和零

46、序电流分量（4）单相接地短路电流计算短路点各序分量电流为：Id1（1）Id2（1）短路点故障的全电流为：Id（1）3Id1（1）第6章 电气设备的选择 6.1 概述导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，

47、并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 一、一般原则 1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2、应按当地环境条件校核；3、应力求技术先进和经济合理；4、选择导体时应尽量减少品种；5、扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6、选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。二、技术条件 1、按正常工作条件选择导体和电气 1）电压：所选电器和电缆允许最高工作电压 Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax即 VymaxVgmax一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在

48、 220kV及以下时为 1.15Ve，而实际电网运行的 Vgmax一般不超过 1.1Ve。2）电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q下，导体和电器的长期允许电流 Iy应不小于该回路的最大持续工作电流 Igmax即 IyIgmax由于变压器在电压降低 5%时，出力保持不变，故其相应回路的 Igmax = 1.05Ie（Ie为电器额定电流）。3）按当地环境条件校核当周围环境温度 Q和导体额定环境温度 Q0不等时，其长期允许电流 Iy Q可按下式修正：IyQ=IyKiy基中 K 修正系数Q y导体或电气设备正常发热允许最高温度我国目前生产的电气设备的额定环境温度 Q。= 40，裸导体的额定

49、环境温度为+25。2、按短路情况校验 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。1） 短路热稳定校验 满足热稳定条件为QkQnIr2tkIr2tQk短路电流产生的热效应 Qn 短路时导体和电器允许的热效应 In t秒内允许通过的短时热电流 验算热稳定所用的计算时间：tk = tpr+tbrtpr 断电保护动作时间tbr 相应断路器的全开断时间2）短路的动稳定校验 满足动稳定条件为IcjidwIcjIdfIcj 短路冲击直流峰

50、值 （kA）Icj 短路冲击电流有效值 （kA）idw、Idw 电器允许的极限通过电流峰值及有效值（kA） 6.2 断路器的选择 变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型号，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故 35220kV一般采用 SF6断

51、路器。真空断路器只适应10kV电压等级，10kV采用真空断路器。1、按开断电流选择 高压断路器的额定开断电流 INbr应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流有效值 Ie(td)，即：INbrIz（kA）INbr 高压断路器额定开断电流（kA）Iz 短路电流的有效值（kA） 2、短路关合电流的选择 在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流 iNcl 不应

52、小于短路电流最大冲击值。 即： idwicjiNcl 断路器额定关合电流idw 额定动稳定电流icj 短路冲击电流3、关于开合时间的选择 对于 110KV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于 0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于 0.04 0.06s。其选择具体过程见计算说明书 6.3 隔离开关的选择 隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。隔离开关的配置：1、断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源

53、侧隔离；2、中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；3、接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设 12组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；4、按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；5、当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。 6.4 互感器的选择 互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，以分别向测量仪表、继电器的电

54、压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：1、将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量 仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。2、使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。电流互感器的特点：1、一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2、电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电压互感器的特点：1、容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数

55、；2、二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。互感器的配置：1、为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2、在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点； 3、对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制； 4、6220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5、当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。一、电流互感器的选择 1、电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流 I1与I2在数值和相位上都有差异

56、，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。 2、电流互感器 10%误差曲线：是对保护级（BlQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过-10%。电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗 Z2 f关系曲线。 3、额定容量为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷 S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se。即：Se2S2Ie22Z2f Z2fVyVjVdVc（） Vy测量仪表电流线圈电阻 Vj继电器电阻 Vd连接导线电阻 Vc接触电阻，一般取0.14、按一次回路额定电压和电流选择电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足： VeVew IeIgmax，为了确保所供仪表的准确