山铝35kV供电系统设计

1、摘要本设计是在对山东铝业 35kV 供电系统的负荷情况的调查的基础上进行的变电站供电方案设计。本次设计有 35kV、10kV 两个电压等级，35kV 有两回电源线，其中一回为主电源，另一回作为备用电源，35kV、10kV 电气主接线均采用单母线分段接线方式。根据各侧的短路电流计算及高压电气选择规程选择了电气设备，并进行校验，设计了电气总平面布置图、35kV 侧和 10kV 侧配电装置图并对主电力变压器的型号进行了选择和校验。主变压器采用普通双绕组变压器。35kV 采用屋内配电装置，开关柜采用中置式高压开关柜；柜内采用真空断路器。10kV 电气设备采用中置式高压开关柜；柜内采用真空断路器。对于二

2、次系统，阐述了变压器的继电保护和输电线路的电流保护，并进行了纵联差动保护的整定计算，还设计了防雷保护和接地装置。最后对变电站的直流系统进行了设计。通过本次设计，结合现状条件，在确保安全可靠的前提下，采用成熟技术，选用可靠节能的设备，保障山东铝厂厂用电的可靠性，给工厂的正常生产提供可靠的电力供应。 关键词： 电气主接线,短路电流计算,动稳定,热稳定,防雷保护Abstract The design is in the Shandong Aluminum 35kV distribution system load of the investigation on the basis of the el

3、ectricity substation program Design. The design of 35 kV and 10 kV voltage levels 2, back to a two 35kV power line, a return to the main power supply, Another back as a standby power supply, 35kV and 10kV main electrical wiring is the single-bus Sub Connection. According to the schedule for the calc

4、ulation of short-circuit current and high voltage electrical order to choose the option of electrical equipment, and calibration, General Electric design a layout map, Side 35kV and 10kV distribution side of the installation as well as the main electricity transformer model for the selection and cal

5、ibration. Transformer use ordinary double-winding transformers. 35kV distribution devices used inside and switchgear used the home-Switchgear; accordingly vacuum breaker. 10kV electrical equipment used the home-Switchgear; accordingly vacuum breaker. For the second system, described the protection o

6、f transformers and transmission lines in current protection, and the longitudinal differential protection setting, also designed a lightning protection and grounding devices. Finally, the substation DC system design.During this design, with the status quo, ensuring safety and reliability under the p

7、remise of using mature technology, The selection of a reliable energy-saving equipment, plant protection Shandong Aluminum electricity reliability, to the normal production factories provide a reliable supply of electricity.Keywords: electrical wiring, Short-circuit current calculation, Dynamic stab

8、ility, Thermal stability, Lightning Protection目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .III第一章 引 言 .11.1 我国电力工业发展概况.11.2 我国与发达国家的差距.21.3 变电站所址的选择.31.4 站区布置.3第二章 电气主接线的设计 .52.1 主接线设计的基本要求.52.2 电气主接线的基本接线及适用范围.72.3 变电站与电网的连接.10第三章 变压器的选择 .113.1 主变压器选择的理论依据.113.2 主变压器的计算与选择.13第四章 短路电流计算 .154.1 短路电流与最大持续工作电流的计算.15第五章 电

9、气设备选择 .195.1 电气设备选择的一般原则.195.2 电气设备选择的技术条件.195.3 高压断路器的选择.215.4 高压隔离开关的选择.235.5 熔断器的选择.245.6 互感器的选择.255.7 35KV 侧主要电气设备的选择.305.8 10KV 侧主要电气设备的选择.33第六章 变电站的继电保护 .376.1 电力系统中继电保护的基本任务和基本要求.376.2 电力系统中继电保护的整定计算.376.3 电力变压器的保护.40第七章 防雷与直流电源系统设计 .457.1 变电站及电力线路的防雷设计.457.2 防雷装置的选择.467.3 低压配电系统的接地型式、接地故障保护.

10、487.4 直流电源系统设计.49结 论 .52参考文献 .53致 谢 .54第一章 引 言1.1 我国电力工业发展概况电是能量的一种表现形式。电能具有显著优点：可简便地转变为其他形式的能量，如光能、热能、机械能等；输送、分配方便，易于操作和控制；用电进行控制容易实现自动化,提高产品质量和经济效益。所以，电力自从应用于生产以来，已成为现代化生产、生活的主要能源，在工农业、交通运输业、国防、科学技术和人民生话等方面都得到了广泛的应用。电力工业发展水平和电气化程度是衡量一个国家国民经济发展水平的重要标志。在实现社会主义四个现代化中，要求电力先行，电力工业要有较高的发展速度。新中国成立后的 50多年

11、中电力工业以很高的速度发展，取得了世人瞩目的成就。我国电力工业已经进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化发展的新时期。具体体现在以下各方面：1.1.1 装机容量、发电量迅速增长我国人均拥有装机容量已由 1952 年的 0.0034 kW 上升到 2001 年的0.2653kW，人均占有发电量由 12kWh 上升到 1163kWh。1.1.2 电网的建设有较大的发展经多年建设，我国大陆已形成东北(黑龙江、吉林、辽宁及部分内蒙)、华北(山西、河北、北京、天津及部分内蒙)、华东(上海、江苏、浙江、安徽)、华中(河南、湖南、湖北、江西)、西北(陕西、甘肃、青海、宁夏)五个跨省区主干电网和

12、南方四省(广东、广西、云南、贵州)及川渝(四川、重庆)电网。除西北和川渝电网外，其余各跨省区电网的装机规模都超过或接近 4000 万 kW。此外，还有山东、福建、海南、乌鲁木齐和拉萨等六个独立电网。1.1.3 电力设备的制造水平大大提高国产第一台 30 万 kW 和 60 万 kW 火电机组(引进美国制造技术)先后于 1974年(江苏望亭电厂)和 1989 年(安徽平芋电厂)投产发电。现在，国内已能批量制造 30 万 kW 和 60 万 kW 火电机组，70 万 kW 水电机组，30 万 kW 核电机组以及 500kV 输变电设备。1.1.4 电力科技水平大大提高我国电力工业立足于科技兴电，相

13、继建成了一批具有世界先进水平的重点实验室和装置，完成了一批重大科研课题，掌握和解决了大机组建设和全国联网等大电力系统建设，运行等一系列问题。我国的电力队伍已能承担现代化大型水、火、核电厂和电力系统的设计、施工、调试和运行任务，并已经建成投产和正在建设着具有当代国际先进水平的各类大型电厂和 500kV 交、直流输变电工程；各大电网的计算机监控调度系统已进入实用化阶段，电力系统运行和调度实现了自动化、现代化，其中国调、网调、省调的自动化系统应用率达100%，地调自动化系统已装备 85%。1.2 我国与发达国家的差距(1)人均拥有装机容量和人均占有发电量较低。目前我国人均拥有装机容量和人均占有发电量

14、不到世界平均水平的一半，分别约为发达国家的 16 和110。(2)技术经济指标平均水平不高。表现在火电厂的平均发电煤耗、供电煤耗、厂用电率及电网线损率等仍较高。(3)火电厂的污染物排放量高。火电厂的二氧化硫、氮氧化物及大量粉尘的排放尚未得到有效控制。(4)电网相对薄弱，供电可靠性偏低。我国电力建设曾长时间出现过“重发轻供”的现象，即重视电源建设而轻视电网建设，尽管近年来采取了积极措施，但仍滞后于电源建设，电网结构相对薄弱，特别是城乡电网老化，电能损耗大，主要电网的调峰能力普遍不足，供电可靠性偏低。(5)发供电设备质量问题较多，性能欠佳。(6)结构性矛盾突出。水电、火电、核电所占的比例不合理。(

15、7)用人过多，人员整体素质和效率不高效益偏低。1.3 变电站所址的选择变电站的所址，应根据各方面的要求，综合考虑确定。1、变电站应靠近负荷中心。本要求是变电站地址选择的基本要求，这样有利于提高供电电压质量，减少输电线路投资和电能损耗。2、执行国家节约用地的政策，不占或少占耕地及经济效益高的土地，尽量减少征地费用及农业损失。3、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空线与电缆出线的引入和引出。实际中，因市区建筑群稠密，架空线路走廊受到限制，变电站采用电缆进、出线的逐渐增多。4、变电站地址应尽可能的选择在靠近铁路、公路、和河流交通线附近，便于主要设备的运输及对变电站的管理。5、周围环境宜无明显污秽，如

16、空气污秽时，变电站地址宜设在受污染源影响最小处。6、具有适宜的地质、地形和地貌条件，所址应避免选在有重要文物或开采后对变电站有影响的矿藏地带，否则应征得有关部门的同意。7、110330 千伏变电站的所址，标高应在百年一遇的洪水之上；35 千伏变电站的所址标高宜在五十年一遇的水位之上。否则，站区应有可靠的防洪措施或与地区的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位。1.4 站区布置变电站的总平面布置应紧凑合理，充分利用地形，并应考虑便于扩建。变电站宜设置不低于 2.2 米高的实体围墙，城网变电站、工业企业变电站围墙的高度及形式，应与周围环境相协调。变电站的场地设计坡度，应根据设备布置、土质条件、排水方式

17、和通道纵坡确定，宜为 0.5%2%，最小不应小于 0.3%，局部最大坡度不宜大于 6%，平行于母线方向的坡度，应满足电气及结构布置的要求。所区应有排水设施，当利用路边明沟排水时，道路及明沟的纵向坡度最小不宜小与 0.5%，局部困难地段不应小于 0.3%；最大不宜大于 3%，局部困难地段不应大于 6%。电缆沟及其它类似沟底的沟底纵坡，不宜小于 0.5%。1.4.1 站内管线布置以及通道的规划变电站内的建筑物标高，基础埋深、路基和管线埋深，应相互配合，建筑物内地面标高，宜高出屋外地面 0.3 米，屋外电缆沟壁，宜高出地面 0.1 米。各种地下管线之间和地下管线与建筑物、构筑物、道路之间的最小净距，

18、应满足安全、检修安装及工艺的要求。地下管线一般沿道路平行布置，如地下管线与通道交叉，其交叉长度应为最短。变电站应有道路与外部公路连接，变电站内为满足消防要求的主要通道宽度应为 3.5 米。主要设备运输道路的宽度可根据运输要求确定。所内还应设置环形道路或回车道，环形道路的路面宽度一般为 3 米，转弯处道路内侧转弯半径应不小于 7.5 米。由变电站大门至主变压器的道路应适当加宽。110 千伏变电站一般为 4.5 米，220 千伏变电站一般为 5 米。变电站内还应设巡视小道。第二章 电气主接线的设计变电所电气主接线的设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用

19、相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统的重要组成部分，它表明变电所内的变压器、各点压等级的线路、无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间连接方式。一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。变电所的电气主接线设计是整个变电所设计的核心技术。它对变电所内的设备选择、布置、继电保护及自动装置的设计，变电所总平面布置的设计，都起着决定性的作用。电气主接线直接影响变电所乃至相关电力系统安全、经济、稳定、灵活的运行。电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。随

20、着电力系统的不断发展，新技术的采用，电气设备的安全性不断提高，设计主接线的观念也应与时俱进、不断创新。2.1 主接线设计的基本要求对变电所电气主接线的设计应从可靠性、灵活性、经济性等方面进行评价。2.2.1 可靠性根据变电所的性质和在系统中的地位和作用的不同，对变电所的主接线可靠性宜提出不同的要求。主接线的可靠性是接线方式和一次、二次设备可靠性的总和。对主接线的可靠性可以做定量的计算，但需要各种设备的可靠性指标，各级线路、母线故障率等原始数据。一般情况下，在主接线设计时尚缺乏明确的可靠性计算所需的原始资料，而且计算方法各异，也不成熟，故通常不做定量计算。即使进行了可靠性计算，其结果也只能作参考

21、。通常采用定性分析的方法来比较各种接线的可靠性。2.1.2 灵活性主接线的灵活性主要体现在正常运行或故障情况下都能迅速改变接线方式，具体情况如下：(1)满足调度正常操作灵活的要求，调度员根据系统正常运行的需要，能方便、灵活切除或投入线路、变压器或无功补偿装置，使电力系统处于最经济、最安全的运行状态。(2)满足输电线路、变压器、开关设备停电检修或设备更换方便灵活的要求。设备停电检修引起的操作，包括本站内的设备检修和系统相关的厂、站设备检修引起的站内的操作是否方便灵活。(3)满足接线过渡的灵活性；一般变电站都是分期建设的，从初期接线到最终接线的形成，中间要经过多次扩建。主接线设计要考虑接线过渡过程

22、中停电范围最少，停电时间最短，一次、二次设备接线的改动最少，设备的搬迁最少或不进行设备搬迁。 (4)满足处理事故的灵活性。变电所内部或系统发生故障后，能迅速地隔离故障部分，尽快恢复供电操作的方便和灵活性，保障电网的安全稳定；2.1.3 经济性经济性是在满足接线可靠性投资：主要内容如下： (1)采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。在投产初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。能缓装的设备，不提前采购装设。 (2)在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小、以高代低。 (3)在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节省配电

23、装置征地的费用。变电所电气主接线的可靠性、灵活性和经济性是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一种特性。但根据变电所在系统中的地位和作用的不同，对变电所电气主接线的性能要求也有不同的侧重。2.2 电气主接线的基本接线及适用范围2.2.1 单母线接线的优缺点： 图 2-1 单母线接线优点：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。缺点：不够灵活可靠，任意元件故障或检修，均须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，全部母线仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。适用范围：一般只适用于一台发电机和一台主

24、变压器以下三种情况：1） 、6-10kV 配电装置的出线回路数不超过 5 回；2） 、35-63kV 配电装置的出线回路数不超过 3 回；3） 、110-220kV 配电装置的出线回路数不超过 2 回。2.2.2 单母线分段接线的优缺点： 图 2-2 单母线分段接线优点：1） 、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同断引出两个回路由两个电源供电。2） 、当一段母线发生故障，分开母联断路器，自动将故障隔离，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：1） 、当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。2） 、当出现为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。3

25、） 、扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：1） 、6-10kV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时。2） 、35-63kV 配电装置出线回路数为 4-8 回时。3） 、110-220kV 配电装置出线回路数为 4-8 回时。2.2.3 双母线接线的优缺点：图 2-3 双母线接线优点：1） 、供电可靠。通过两组母线隔离开关得到倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。2） 、调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。3） 、扩建方便。向双母线的任何一个方

26、向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会像单母分段那样导致出线交叉跨越。缺点：1） 、增加一组母线时每回路就需要增加一组母线隔离开关。2） 、当母线故障或检修时，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，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。适用范围：当出线回路数和母线上的电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：1）610kV 配电装置，当短路电流较大、

27、出线需要带电抗器时。2）3563kV 配电装置，当出线回路数超过 8 回时；或连接的电源较多、负荷较大时。3）110220kV 配电装置出线回路数为 5 回及以上时；或当 110220kV 配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为 4 回及以上时。2.3 变电站与电网的连接山东铝厂的电源取自山铝自备电厂和厂北站，供电电压 35kV，采用两回进线，用架空线送至厂区 35kV 配电装置。电解铝厂中的电解槽直流用电设备、整流所交直流自用电设备、电解槽阳极提升机、电解车间多功能机组、空压站、循环水等为一级用电负荷，办公设施、修理车间等为三级用电负荷，其它为二级负荷。对供电系统的可靠性要求比较高，一旦故

28、障不仅影响生产，而且将造成大量设备损坏、带来重 大经济损失。因此，保证供电系统的可靠性是电解铝生产的第一要务。所以，每个电解系列的整流所应不小于两个独立的电源供电，当任意一电源停电时，另一电源能够供该电解系列全部负荷用电。整流所的主接线在任意设备故障时，应能保证不破坏该电解系列的正常生产。根据以上分析：（1）35kV 选择单母分段接线。对于 35kV 电压侧，因为待建变电所 35kV有二、三类负荷。二类负荷 50%，三类负荷 50%，供电可靠性要求很高，同时全部采用双回线供电，为满足供电的可靠性和灵活性，应选择单母分段接线形式；（2）10kV 选择单母线分段接线。因为待建变电所 10kV 出线

29、有二、三类负荷。负荷对供电可靠性要求较高，负荷采用双回线供电且采用手车式开关柜，所以单母分段接线可以满足要求，为满足供电的可靠性和灵活性，应选择单母分段接线形式。 第三章 变压器的选择3.1 主变压器选择的理论依据3.1.1 变压器台数和容量的选择变电站一般装设两台主变压器。如果只有一个电源或变电站可由中低压侧电力网中取得备用电源时，可只装设一台变压器。变电站中主变压器一般采用三相式变压器，其容量根据电力系统 5 至 10年的发展规划进行选择，还应根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。装有两组及以上主变压器的变电站中，每组容量的选择应按照其中任一组停用时，其余变压器容量至少能

30、保证所供的全部一级负荷或为变电站全部负荷的 6075%，通常一次变电站用 75%，二次变电站用 60%，但应保证用户的一级负荷和大部分二级负荷。已有两组主变压器的变电站，当负荷继续增长时，应首先采用换大容量主变压器的措施，但需要研究主变压器的调拨与搬运装卸条件以及低压侧是否需要限制短路电流的问题。同级电压的单台降压变压器容量的级别不易太多。应从全网出发，推行系列化标准化。具有三种电压等级的变电站中如通过主变压器各侧绕组的功率达到变压器容量的 15%以上，主变压器一般采用三相绕组。主变压器台数的确定，对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜，对地区性

31、孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。对规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器容量宜按大于变压器容量的 12 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。3.1.2 变压器型式的选择主变压器相数的选择：主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。当不受运输条件限制时，在 330 千伏及以下的发电厂和变电站，均应选择三相变压器。绕组数量的选择：在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器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，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。对深入引进至负荷中心，具有直接从高

32、压降为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。绕组连接方式的选择：变压器连接方式的选择必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有 Y 和，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国 110 千伏及以上电压，变电站绕组都采用 Y 连接，35 千伏也采用 Y 连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35千伏以下电压，变压器绕组都采用连接。阻抗与分接头的选择：三相变压器的最大阻抗放在高-中侧还是高-低侧，和中-低侧的短路容量，对高压系统的稳定影响、继电保护、供电的电压水平及调整等都有很大的影响，必须全面综合地考虑这些因素，并抓住对

33、工程起决定性作用的主要因素。三相变压器在制造上有两种基本的组合方式， “升压结构”的线圈排列为铁芯-中压-低压-高压线圈，高-中间的阻抗最大。 “降压结构”的线圈排列为铁芯-低压-中压-高压线圈，高-低间的阻抗最大。在本设计中，选用的是两台三相两绕组主变压器。3.1.3 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，强迫、导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却。3.1.4 中性点接地方式的选择 主变压器的 110500kV 侧采用中性点直接接地方式。主变压器的 663kV 侧采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式。363kV 电网采用

34、中性点不接地方式，但当单相接地故障电流大于30A（610kV 电网） ，或 10A（2063kV 电网）时，中性点应经消弧线圈接地。3.2 主变压器的计算与选择3.2.1 主变压器的容量计算已知本所 10kV 侧共有 8 回出线，每回出线负荷为 800KW，功率因数为0.9，同时系数一般取 0.850.9 ，所以 10kV 侧有：有功功率 P10800KW80.95760KW5.76MW ， cos10=0.9所以：sin10=0.4359Q10=(P10/cos10)sin10 =(5.76/0.9)0.4359 =2.79 MVar S10= P10+jQ10=5.76+j2.79 MVA

35、所以，变压器的总视在功率为： S=（P102+ Q102）1/2 =(5.762+2.792)1/2 =10.02MVA变压器的额定容量为：Se=S100070%=10.02100070%=7014KVA3.2.2 主变压器型号的选择因为在本方案中，有两台主变压器同时运行，且35kV侧所带负荷为非一级负荷，再根据变压器的短时间过载能力，查电力工程设计手册与发电厂电气部分课本的附录表1，根据以上要求，选择出变电站装设两台主变压器，因只有两个电压等级，为简化电压等级和减少重复降压容量，故主变压器采用普通双绕组变压器。主变压器采用强迫油循环风冷却方式。选取主变压器型号为SL910000/40.5,主

36、要参数为：表 3-1 变压器主要参数型号额定容量（kVA）额定电压 高压（kV）额定电压 低压（kV）阻抗电压（VS）SL910000/40.51000040.510.57.5连接组损耗 空载 （W）损耗 短路 （W）空载电流 （）油重 （Kg）Y/1184004300023600重量器身重 （Kg）重量总重 （Kg）外形尺寸 长宽高（mm）参考价格 （元）备注694012865320022803600 第四章 短路电流计算短路是电力系统中最常见的而且是很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电

37、厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。4.1 短路电流与最大持续工作电流的计算高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、电抗器、线路等）的电抗，采用标幺值计算。为了计算方便，通常取基准容量 SB=100MVA，基准电压 UB用各级的平均电压，即 UB=Uav=1.05Ue 。当基准容量 SB（MVA）与基准电压 UB（kV）选定以后，基准电流 IB（kA）与基准电抗 XB（）便已决定：基准电流 IB=SB(1.732 UB)基准电抗XB=UB(1.732 IB)=UB2S

38、B1.电抗标幺值的计算（1）系统电抗标幺值：当系统最大运行方式时，X*=100/210=0.476，当系统最小运行方式时 X1*=100/180=0.556。（2）每回 35kV 线路电抗标幺值，35kV 线路长度可取 5 千米， X2*=XLSB/VB12=0.3865100/（3737）=0.141。（3）每台主变压器电抗标幺值 X3*=VS%/100SB/SN=7.5/100(100/10)=0.75 （4）10kV 电抗标幺值，10KV 线路长度取 3 千米，X4*= XLSB/VB22=0.3883100/ (10.510.5)=1.0562.电流的基准值：35kV 侧 Id35=

39、Sd/U35 =100/(37)=1.56(KA),3310kV 侧 Id10 = Sd /U10=100/(10.5)=5.5(KA)333.短路电流的计算 1）最大系统运行方式下： K1 K2 K3 图 4-1 短路计算模型两台变压器分列运行时短路电流计算：K1点短路，等值电抗标幺值为 =0.476+0.141=0.617*X 三相短路电流为 =（1/）=（1/0.617）1.56=2.434KA kI*Xd1I冲击电流为 =2.55=2.552.434=6.207KAshi kI短路容量为=（1/）Sd =（1/0.617）100=162.07MVAkS*XK2点短路： =0.476+0

40、.141+0.75=1.367*X =（1/）=（1/1.367）5.5=4.023KA kI*Xd1I =2.55=2.554.023=10.259KAshi kI=（1/）Sd =(1/1.367)100MVA=73.153MVAkS*X K3点短路： =0.476+0.141+0.75+1.056=2.423*X =（1/）=（1/2.423）5.5=2.27KA kI*Xd1I =2.55=2.552.27=5.789KAshi kI =（1/）Sd =（1/2.423）100MVA=41.271MVA kS*X2） 在系统最小运行方式下：两台变压器分列运行时短路电流的计算: K1点短

41、路： 0.556+0.141=0.697*X =（1/）=(1/0.697)1.56=2.238KA kI*Xd1I =2.55 =2.552.238=5.707KAshi kI=（1/）=(1/0.617)100MVA=162.075MVAkS*XdS K2点短路: 0.556+0.141+0.75=1.447*X =（1/）=(1/1.447)5.5=3.801KA kI*Xd1I =2.55=2.553.801=9.692KAshi kI =（1/）=(1/1.447)100=69.109MVAkS*XdS K3点短路： 0.556+0.141+0.75+1.056=2.503*X =（

42、1/）=(1/2.503)5.5=2.197KA kI*Xd1I =2.55=2.552.197=5.603KAshi kI =（1/）=(1/2.503)100=39.952MVAkS*XdS4.热稳定计算的等效时间热稳定计算的等效时间等于周期性分量发热等效时间与非周期分量发热的等效时间之和。周期性分量发热等效时间查曲线：10kV 线路为 0.5s10kV 主变侧为 1.5s10kV 分断开关为 1s35kV 主变侧为 2 s 35kV 线路为 2.5s 非周期分量等效发热时间在无限大容量系统中通常取 0.05 s10kV 短路器其固有分闸时间不大于 0.06 s35kV 短路器选用真空室内

43、断路器，其固有分闸时间不大于 0.08s因此热稳定计算的等效时间如下：10kV 线路为 0.5+0.06+0.05=0.61 s主变 10kV 侧为 1.5+0.06+0.05=1.61 s10kV 分断开关为 1.0+0.06+0.05=1.11 s主变 35 kV 侧为 2.0+0.08+0.05=2.13 s35kV 线路为 2.5+0.08+0.05=2.63 s5.各侧回路持续工作电流的计算主变容量为 10000KVA主变 35kV 侧最大回路电流：I35=1.0510000/（37）=164.96A3主变 10kV 侧母线最大回路电流：I10=10000/ (10.5)=549.8

44、7A310kV 线每回线路最大负荷电流：IH=800 /（10.5cos）=800 /(10.51.732 0.9)= 48.88A3第五章 电气设备选择正确的选择电气设备的目的是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件，是为了使导体和电器，无论在正常情况还是在故障情况下，均能安全、可靠的、经济合理的运行。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，积极而稳妥的采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。5.1 电气设备选择的一般原则由于电气设备和载流导体的用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载流导体在正常运行和短路

45、时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。电气设备选择的一般原则为：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。2、适应环境条件。应按当地环境条件进行校核。3、先进合理。应力求技术先进和经济合理。4、整体协调。应与整个工程的建设标准协调一致。5、同类设备应尽量减少品种。6、适应发展。应适当考虑发展，留有一定的裕量。7、选用的新产品均应具备可靠的实验数据，并经过正式鉴定合格。在特殊条件下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。5.2 电气设备选择的技术条件电气设备要能安全、可靠的工作，必须按正常的工作条件进行选择，并按短路条件进行校验其热稳定和动稳定。选择

46、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。1、按正常工作条件选择：（1）额定电压：电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。另外，电气设备还有一个最高工作电压，即：允许长期运行的最高工作电压，一般不得超过其额定电压的 10%至 15%。在选择时，电气设备的额定电压不应低于安装地点的电网额定电压。即： UNeUNS式中：UNe电气设备铭牌上所标示的额定电压（KV） ； UNS电网额定工作电压（KV） 。（2）额定电流：在额定周围环境条件下，导体和电器的额定电流不应小于所在回路的最大工作电流。即： I NIWmax式中：IN电气设备铭牌上所标示的额定电流（A） ；

47、 IWmax回路中最大长期工作电流（A） 。2、环境条件： 环境条件主要包括空气温度、海拔高度、风速、日照、冰雪、湿度等因素，在进行电器设备的选择时要全面考虑这些因素。3、按短路条件进行校验：当短路电流通过电气设备时，将产生热效应及电动力效应，因此，必须对电气设备进行热稳定及动稳定校验。用熔断器保护的电器可不检验热稳定。（1） 热稳定校验条件：校验电气设备的热稳定，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电部分的温度不应超过最高允许值。作热稳定校验时，以通过电器设备的三相短路电流为依据，用下式校验：I2tjIth2t式中： I三相短路电流周期分量的稳定值（KA） ； tj等值时间（亦

48、称假想时间） ，可查表知其值。 Ith制造厂规定的在 t 秒电器的热稳定电流（KA） ； t 与 Ith相对应的时间。（2）动稳定校验条件：ichidf 或 IchIdf 式中：ich三相短路时的冲击电流； idf最大允许电流的幅值，即：动稳定电流； Ich三相短路时的冲击电流的有效值；Idf最大允许电流的最大有效值。5.3 高压断路器的选择1、型式选择 断路器的形式选择，除了应该满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定。35kV 以下电压等级的回路一般选用真空断路器，110kV 至 220kV 宜选用少油断路器或六氟化硫断路器。2、操作机构选择断路

49、器操作机构的选择的型式主要有：手动机构、电磁操作机构、液压操作机构、弹簧操动机构等型式。目前，有些单位已经研究出永磁操作机构。高压断路器的操动机构，大多数是由制造厂配套供应，仅部分断路器有电磁式（CD 型） 、弹簧式（CT 型） 、或液压式（CY 型）等几种型式的操动机构可供选择。高压断路器有屋内型与屋外型两种装在屋内的选用屋内型；装在屋外的选用屋外型（1）额定电压 ： 高压断路器的额定电压应等于或大于所在电网的工作电压，即：gNUU式中 UN断路器的额定电压； Ug高压断路器所在电网的工作电压（2）额定电流 ： 高压断路器的工作电流应大于或等于它的最大长期工作电流，即：maxgNII式中 I

50、N断路器的额定电流； Igmax电路的最大长期工作电流。（3）额定开断电流 ： 在根据开断电流来选择断路器时，必须满足这样的条件：即在给定的电网电压下，高压断路器的开断电流不应小于断路器灭弧触头分开的瞬间电路的短路电流的有效值，即： dtdsII式中 ： Ids断路器的容许开断电流； Idt断路器触头分开瞬间的短路电流有效值。最严重的短路类型一般是三相短路。但在中性点直接接地系统中，单相短路电流可能超过三相短路电流。由于断路器开断单向断路的能力比开断三相短路大 15，所以，只有在单相短路电流比三相短路电流大 15时，才用单相短路作为选择条件。（4）短路时的动稳定校验 ：如果制造厂所给出的极限容

51、许通过电流 ip大于三相短路时通过断路器的冲击电流 igh，即可保持短路时的动稳定如用公式表示，则为： ghpii （5）短路时的热稳定校验：通常，制造厂都给出了 ts 内(旧产品为 15s、10sI 新产品为 4s)的热稳定电流 Igh，因此根据前述的短路热稳定校验的原则进行校验。即：jttItI22（6）额定关合电流的选择：为了保证断路器在关合短路电流时的安全，不会引起触头熔接和遭受电动力的损坏，应满足 ghNclii本次设计主要选用真空断路器。5.4 高压隔离开关的选择 隔离开关可以隔离电源，倒闸操作，用以接通或切断小电流电路。隔离开关的选择方法与断路器相同，但隔离开关没有灭弧装置，不承

52、担接通和断开负荷电流和短路电流任务。因此，不需校验额定开断电流。隔离开关通常根据额定电压、额定电流、结构形式、装置种类等正常条件来选择，再校验短路时的动、热稳定性（1）额定电压 ： 高压隔离开关的额定电压应等于或大于所在电网的工作电压，即： gNUU式中 UN隔离开关的额定电压； Ug高压隔离开关所在电网的工作电压（2）额定电流 ： 高压隔离开关的工作电流应大于或等于它的最大长期工作电流，即：maxgNII式中 IN隔离开关的额定电流； Igmax电路的最大长期工作电流。（3）校验短路时的动稳定 ： 如果制造厂所给出的极限容许通过电流 ip大于三相短路时通过断路器的冲击电流 igh，即可保持短

53、路时的动稳定如用公式表示，则为： ghpii （4）校验短路时的热稳定 ： 通常，制造厂都给出了 ts 内(旧产品为1.5s、10s，新产品为 4s)的热稳定电流 Igh，因此根据前述的短路热稳定校验的原则进行校验。即：jttItI225.5 熔断器的选择 （1）按额定电压选择：对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。对于充填石英砂有限流作用的熔断器，则要求其所在电网电压等于其额定电压，因为这种类型的熔断器能在电流达最大值之前就迅速地将电流截断，将使熔断器熔断时产生过电压。（2）按额定电流选择：熔管额定电流的选择。为了保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流 INf

54、1应大于或等于熔体的额定电流 INf2即：2Nf1INfI熔体额定电流 INf2的选择。熔体额定电流应按高压熔断器的保护熔断特性选择，应满足保护的可靠性、选择性、快速性和灵敏度的要求。选择熔体时，应保证前后两级熔断器之间、熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。保护 35kV 及以下电力变压器的高压熔断器熔体，其额定电流 INf2按下式选择INf2KIWmax式中 K可靠系数，不计电动机自启动时系数取 1.11.3，考虑电动机自启动时系数取 1.5-2.0。对保护电力电容器的高压熔断器熔体，应保证在电网电压升高、波形畸变、电力电容器运行过程中产生涌流时不动作。其

55、熔体的额定电流可按下式选择INf2KINC式中 K系数，对于跌落式高压熔断器取 1.21.3，对阻流式高压熔断器一台电容器时，系数取 1.52.0，一组电容器时，系数取 1.31.8；INC电力电容器回路的额定电流。对于保护电压互感器的熔断器，需按额定电压和开断电流选择，不必校验额定电流。5.6 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，用以分别向测量仪表、继电器的电压线团和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。5.6.1 电流互感器的选择电流互感器的选择应按技术条件选择，并使用环境条件校验。1、种类和型式选择应根据安装地点（如屋内、屋外）

56、 、安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）及产品情况来选择电流互感器的种类和型式。620kV 屋内配电装置和高压开关柜，一般用 LA、LDZ、LFZ 型；发电机回路和 2000A 以上回路一般用 LMZ、LAJ、LBJ 型等；35kV 及以上配电装置一般用油 瓷箱式结构的独立式电流互感器，常用 LCW 系列，在有条件时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资和占地。选择母线式电流互感器时，应校核其窗口允许穿过的母线尺寸。当继电保护有特殊要求时，应采用专用的电流互感器。 35kV 以下屋内装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构

57、。一般常用型式为：低压配电屏和配电设备中：LQ 线圈式，LM 母线式；620kV 屋内配电装置和高压开关柜中：LD 单匝贯穿式，LF 复杂贯穿式。2000A 以上的回路：LMC、LMZ 型，LAJ、LBJ 型，LRD、LRZD 型。35kV 及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立电流互感器，常用 L（C）系列。树脂浇注绝缘的 LZ 系列只使用图 35KV 屋内配电装置。在有条件时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资、减少用地。选用母线式电流互感器时，应注意校核窗口允许穿过的母线尺寸。2、按额定电压选择电流互感器的一次侧额定电压 U1N应等于或大于安装地

58、点电力网的工作电压 UWN，即：WNNUU13、按额定电流选择电流互感器一次侧额定电流 I1N应等于或大于流过电流互感器的最大长期工作电流 IWmax，即：max1WNII4、一次额定电流的选择（1）当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大 1/3 左右，以保证测量仪表得到最佳工作，并在负荷时使仪表有适当的指示。（2）电力变压器中性点电流互感器的一次电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下，可按变压器额定电流的 1/3 进行选择。（3）为保证变压器差动回路不平衡电流尽可能小，其变比应按变压器差动保护选择原则选择。（4）中性点非直接接地系统中的零序电流互

59、感器，在发生单相接地故障时，通过零序电流较中性点直接接地系统的电流小的多。为保证保护装置可靠动作，应按二次电流及保护灵敏度来校验零序电流互感器的变比，当标准产品的变比不能满足要求时，应向制造厂要求特殊定货。5、额定二次电流的选择额定二次电流 IN2有 5A 和 1A 两种，一般弱电系统用 1A，强电系统用 5A。当配电装置距离控制室较远时，为能使电流互感器能多带二次负荷或减少电缆截面，提高准确度，应尽量采用 1A。6、按二次侧负荷选择 为了保证电流互感器工作时的准确度符合要求，电流互感器的二次负荷不超过允许的最大负荷。做出电流互感器回路的接线图，列表统计其二次侧每相仪表和继电器负荷，确定最大相

60、负荷。设最大相总负荷为 S2(包括仪表、继电器、连接导线和接触电阻)，S2应不大于互感器在该准确级所规定的额定容量SN2,即 （VA）22NSS 电流互感器的二次总负荷包括二次测量仪表、继电器电流线圈、二次电缆和接触电阻等部分的电阻。当电流互感器的二次负荷不平衡时，应按最大一项的二次负荷校验。而 S2= IN22Z2l ， SN2= IN22ZN2 ,即应满足 （）22lNZZ式中 S2电流互感器二次的最大一相负荷，VA； SN2电流互感器的二次额定负荷，VA； Z2l 电流互感器二次的最大一相负荷，； ZN2电流互感器的二次额定负荷，。计算电流互感器的二次的最大一项负荷时，通常不计阻抗中的电