110kV变电站电气一次部分初步设计方案

...wd......wd......wd...郑州大学本科自考助学毕业设计〔论文〕题目110kV变电站电气一次设计院校郑州大学专业学生姓名准考证号指导教师〔本科〕指导教师〔专科〕20xx年4月10日摘要根据设计任务书的要求，本次设计为110kV变电站电气一次局部初步设计，并绘制电气主接线图。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV和10kV两个电压等级。各个电压等级都采用单母线分段接线。本次设计中进展了该新建变电站的总体分析、负荷分析和主要电气设备选择、电气主线的选择及主接线的设计、短路电流计算、各电压等级配电装置设计共五章内容。目录绪论 1第1章变电站总体分析 21.1变电站总体分析 2第2章负荷分析计算与主变压器的选择 42.1负荷分析计算42.2主变选择62.3无功补偿8第3章电气主接线设计113.1主接线的设计原那么和要求113.2主接线的设计步骤133.3电气主接线设计14第4章短路电流计算及电气设备选择164.1短路电流的危害164.2电气设备选择164.3高压断路器的选择184.4隔离开关的选择194.5电压互感器选择194.6电流互感器选择204.7绝缘子和穿墙套管204.8电气设备表21第5章配电装置及电气总平面布置设计235.1概述235.2配电装置确实定245.3电气总平面布置25附录Ⅰ短路电流的计算32附录Ⅱ电气设备的选择 38附录Ⅲ避雷针保护范围计算58绪论本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷开展趋势。从负荷增长方面说明了建站的必要性，然后通过对新建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV、10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号；最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器、隔离开关、母线、绝缘子和穿墙套管、电压互感器、电流互感器进展了选型，从而完成了110kV电气一次局部的初步设计。按照先行的原那么，依据远期负荷开展，决定在该市郊新建一所中型110kV变电站。本设计属中间变电站该变电所建成后，,它的主要任务是把110KV变成10kV电压供周边城乡使用。该市郊110kV变电站是地区性城市变电站，它由系统1和系统2供电，同较为严密，在整个系统中占有重要地位。变电站主要设备的组成主要有主变压器、电气主接线、控制装置、避雷装置以及无功补偿设备。主变压器是变换电压的主要设备。在110kV变电站中它主要用于降压，此变电站中我们采用了双绕组变压器，在功率和电压等级上完全满足了我们的设计需要。电气主接线由于直接影响着电力系统的可靠性，至关重要，因此对它的选择应加以足够的重视。考虑到系统的可靠性、灵活性、经济性等因素，所以在本变电站中我们采用了单母分段的接线形式。控制装置是变电站的中枢神经，控制着整个电气元件。值班员可通过集中监视系统了解系统的运行状态。避雷装置是电力系统稳定运行的一个重要局部。它的故障能够导致整个电力系统的瓦解。给国民经济带来重大损失。在电力系统中为了减少电能在线路中的损耗，我们采用了无功补偿装置来调整系统中的无功功率。第1章变电站总体分析1.1变电站总体分析1.1.1设计依据依毕业设计任务书。1.1.2某市变电站建设的必要性附注：1.图中，系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式；2.最小运行方式下：S1=1300MVA，XS1=0.65；S2=170MVA，XS2=0.75；1.1.3变电站地址变电所设计除应执行本标准外，尚应符合现行的国家有关标准和标准的规定。本站位于某市近郊区。向市区工业、生活及郊区乡镇工业与农业用户供电，属新建变电站。变电所的西边为10KV负荷密集区，主要有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、橡胶厂及局部市区用电。变电所以东主要有的水泥厂、耐火厂及市郊其它用电。所址地区海拔200米，地势平坦，非强地震地区。年最高气温+40˚C，年最低气温-20˚C，年平均温度+15˚C，最热月平均最高温+32˚C。最大覆冰厚度b=10mm。最大风速25m/s,，属于我国第六标准气象区。全线为黄土层地带，地耐力2.4kg/cm２,天然容重γ=2g/。内摩擦角，土壤电阻率100Ω·cm,地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。土壤热阻系数=120˚C·cm/wm。土温20˚C。1.1.4某市11OKV变电所建设规模根据电力系统规划，本变电所的建设规模如下：额定电压等级：110KV/10KV110KV近期出线2回，远景开展2回；10KV近期出线12回，远景开展6回。S1=1450MVAX1=0.6X2=0.7S2=220MVAX1=0.4X2=0.61.1.5变电站设计标准1．本标准适用于电压为10～110kV，单台变压器容量为2500kVA及以上新建变电所的设计。2．变电所的设计应根据工程的5～10年开展规划进展，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期开展的关系，适当考虑扩建的可能。3．变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案。4．变电所的设计，必须坚持节约用地的原那么。变电所设计除应执行本标准外，尚应符合现行的国家有关标准和标准的规定。第2章负荷分析计算与主变压器的选择2.1负荷分析计算2.1.1负荷分类及定义1.一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。2.二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时〔如遥远地区〕，允许有一回专用架空线路供电。3.三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。2.1.2负荷组成根据任务书可知新建110KV变电站的建设将外电与市区变电所更好的连接起来，从而形成统一的供电网络。更好的解决市区等重要的负荷的供电问题，同时也促进了供电网络的形成和供电的可靠性。为了考虑该地区经济的开展此变电站设计的最大容量为MW。各级负荷见以以以以下列图表：1．110KV负荷情况表2-1110KV负荷电压等级负荷名称最大负荷(MW)穿越功率(MW)负荷组成〔%〕功率因数Tmax(h)线长(km)近期远景近期远景一级二级110kV市系线101810市甲线101810备用110备用2122．10KV负荷情况表2-210KV负荷电压等级负荷名称最大负荷(MW)穿越功率(MW)负荷组成〔%〕功率因数Tmax(h)线长(km)近期远景近期远景一级二级10kV棉纺厂12320400.7555003.5棉纺厂22320400.7555003.5印染厂12430400.7850004.5印染厂22430400.7850004.5毛纺厂2320400.7550002.5针织厂1220400.7545001.5柴油机厂13425400.840003柴油机厂23425400.840003橡胶厂1230400.7245003市区11220400.825002市区21220400.825002食品厂1215300.840001.5备用12备用22备用32备用42备用52备用62在10kv负荷中，棉纺厂、印染厂、毛纺厂、针织厂、柴油机厂Ⅰ、Ⅱ、食品厂、橡胶厂、市区Ⅰ、Ⅱ类负荷比较大；假设发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，对市区医院那么造成不良的社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，所以必须保证其供电可靠性。2.2主变选择2.2.1主变台数的考虑原那么变压器的容量、台数直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的构造。它确实定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统5—10年的远景开展方案，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的严密程度等因素，进展综合分析与合理的选择。如果变压器的容量选择过大，台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能的损耗，设备未能充分发挥效益；假设容量选的过小，将可能满足不了变电站的电力负荷的需要，这在技术上是不合理的。可见，变电站主变压器的选择相当重要。在进展主变压器的选择之前，应该了解变压器的选择原那么，主要包括变压器容量、台数确实定原那么、主变压器型号确实定原那么：1．主变压器的台数、容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑；2．在有一级、二级负荷的变电站中，应该装设两台主变电压器；当技术经济比较合理时主变压器的台数也可以多于两台。如果变电站可由中、低压侧电力网中取得足够能量的备用电源时，可以装设一台主变压器。3．装设两台及其以上主变压器的变电站中，当断开一台时，其余主变压器的容量应保证用户一级负荷和局部二级负荷〔一般不应小于主变压器容量的60%〕。4．具有三种电压等级的变电站中，如果通过主变压器各侧绕组的功率均到达主变压器容量的15%时，主变电压器宜采用三绕组变压器。依据变电站所处市区的情况，变电站的电力负荷中含有大量的一级、二级负荷，基于对经济状况、占地面积及变电站位于负荷中心等诸多因素的考虑，选择两台主变电压器。规程规定，装有一台主变电压器的变电站，当一台主变电压器运行时，其余主变电压器的容量应不小于60%的全部负荷，并且尽可能保证对I、II类电力负荷不连续供电，即≥0.6远，这里的n代表变压器的台数。远表示按远景负荷计算的最大综合负荷，远计算公式为：=Kt()(1+a%)其中：表示同时率a%表示线损率P表示各出线最大负荷由负荷资料表的数据经计算得到：=36.8MVA该变电站是一所110KV的降压变电站，选择降压构造〔低、中、高〕的三绕组变压器。变电站所处的周围环境比较优越，优先选用SFS7系列的低损耗的油浸式配电变压器:SFS10-25000/110系列三绕组无励磁调压电力变压器；冷却方式为油浸散热器自然冷却。此系列的电力变压器用于额定频率为50HZ，额定电压为110KV的变配电所或输变电线路中传输电能，改变电压之用，产品可以在户内户外连续工作。2.2.2变压器联结组别和容量的选择参考?电力工程电气设计手册?和相应规程指出：变压器三相绕组的接线组别、电压、相位、和系统一致，否那么不能并列运行。我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点，所以都需要选择的连接方式；因此，新建变电站的主变电力变压器采用“YNd11〞的连接组别。变压器的绕组容量的选择：变压器的绕组容量有:100/100、100/50、100/50等几种。对于110KV变压器总容量不大，其绕组容量对于造价影响不大，所以采用100/100的容量比。2.2.3变压器各侧电压的选择作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于110KV的变电站，考虑到要选择节能新型的，110KV应该选115KV，35KV选10KV选10.5KV。2.2.4全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决在110KV及以上的中性点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一局部变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。2.3无功补偿2.3.1补偿装置的意义无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。2.3.2无功补偿装置类型的选择1．无功补偿装置的类型无功补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置。目前常用的补偿装置有：静止补偿器、同步调相机、并联电容器。2．常用的三种补偿装置的比较及选择这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。〔1〕同步调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进展电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大。小容量的调相机每千伏安容量的投入费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。(2)静止补偿器静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。这样就抑制了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且调节不能连续的缺点。(3)电力电容器电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。电力电容器的装设容量可大可小。而且既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功率，运行时功率损耗亦较小。可将电容器连接成假设干组，根据负荷的变化，分组投入和切除。综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。2.3.3并联电容器装置的分组1．分组原那么〔1〕并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定。〔2〕对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与设备相联接，并与该设备同时投切。对于110KV～220KV、主变代有载调压装置的变电所，应按有载调压分组，并按电压或功率的要求实行自动投切。2．分组方式〔1〕并联电容器的分组方式等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。〔2〕各种分组方式比较①等差容量分组方式：由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联电容器装置可按不同投切方式得到多种容量组合。既可用比等容量分组方式少的分组数目，到达更多种容量组合的要求，从而节约了回路设备数。但会在改变容量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能使分组容量较小的分组断路器频繁操作，断路器的检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出运行的可能性增加。因而应用范围有限。②带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组，当某一并联电容器组因短路故障而切除时，将造成整个并联电容器装置退出运行。综上所述，在本设计中，无功补偿装置分组方式采用等容量分组方式。2.3.4并联电容器装置的接线并联电容器装置的基本接线分为星形〔Y〕和三角形〔△〕两种。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。从?电气工程电气设计手册?〔一次局部〕表9-17中比较得，应采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。中性点接地方式：对该变电所进展无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。10KV系统的中性点是不接地的，该变电站采用的并联电容器组的中性点也是不接地的，当发生单相接地故障时，构不成零序电流回路，所以不会对10KV系统造成影响。2.3.5无功补偿装置容量确实定现场经历一般按主变容量的10％～30％来确定无功补偿装置的容量。此设计中两台主变容量共为50000KVA故并联电容器的容量为：5000KVAR～15000KVAR为宜，在此设计中取并联电容器的容量12000KVAR。第3章电气主接线设计电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。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。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成承受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。3.1主接线的设计原那么和要求主接线代表了变电站电气局部主体构造，是电力系统接线的主要组成局部，是变电站电气设计的首要局部。它说明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置确实定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。电气主接线的设计原那么电气主接线的基本原那么是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原那么。1.接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。假设能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110kV～220kV配电装置中，当出线2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当110～220kV出线在4回及以上时，一般采用双母接线。2.在大容量变电站中，为了限制6～10kV出线上的短路电流，一般可采用以下措施：〔1〕变压器分列运行；〔2〕在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；〔3〕采用低压侧为分裂绕组的变压器。〔4〕出线上装设电抗器。设计主接线的基本要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。1.可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地对待以下几个问题：〔1〕可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经历。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经历的总结，设计时应予遵循。〔2〕主接线的可靠性，是由其各组成元件〔包括一次设备和二次设备〕的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。〔3〕可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所那么可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：①断路器检修时，能否不影响供电。②线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。③变电站全部停运的可能性。2.灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。〔1〕调度灵活，操作简便：应能灵活的投入〔或切除〕某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。〔2〕检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进展安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。〔3〕扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。3.经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。〔1〕投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电气设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式〔110/6～10kV〕变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。〔2〕占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。〔3〕电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量防止两次变压而增加电能损耗。3.2主接线的设计步骤电气主接线的具体设计步骤如下1.分析原始资料〔1〕本工程情况变电站类型，设计规划容量〔近期，远景〕，主变台数及容量等。〔2〕电力系统情况电力系统近期及远景开展规划〔5～10年〕，变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。〔3〕负荷情况负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。〔4〕环境条件当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。〔5〕设备制造情况为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料聚集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。2.拟定主接线方案根据设计任务书的要求，在原始资料分析的根基上，可拟定出假设干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线构造等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。3.短路电流计算对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进展短路电流计算。4.主要电器选择包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。5.绘制电气主接线图将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。3.3电气主接线设计3.3.1110kV电压侧接线?35～110kV变电所设计标准?规定，35～110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。110kV线路为6回其以上时，宜采用双母线接线。在采用单母线、分段单母线或双母线的35～110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电站110kV线路有4回，其中备用两回。可选择双母线接线或单母线分段接线两种接线名称单母分段带旁路方案一单母分段方案二备注接线简图可靠性可靠性高可靠性稍差灵活性运行方式灵活灵活性稍差经济性占地面积大，设备多，投资大设备少，投资小，占地面积小方案一供电可靠、运行方式灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。本变电站为地区性变电站，基本不需要外系统支援，电源主要集中在10kV侧，110kV侧是为提高经济效益及系统稳定性而倒有一回线路与华中大电网联系，采用方案二能够满足本变电站110kV侧对供电可靠性的要求，应选用投资小、节省占地面积的方案二。3.3.210KV电压侧接线10KV侧拟定方案同110KV电压等级。根据?电力工程电气设计手册?第10-2节“6～35KV配电装置〞所述，6～10KV配电装置一般均为屋内布置，当出线不带电抗器，一般采用成套开关柜单层布置。且当6～35KV配电装置采用小车式高压开关柜时，不宜采用旁路设施。于是10KV侧接线形式分析可按照110KV侧分析，草拟方案I同上比较分析同上。鉴于10KV侧负荷性质对供电可靠性要求，宜采用方案II采用单母分段，手车式高压开关柜屋内配电装置。第4章短路电流计算及电气设备选择4.1短路电流的危害在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安。短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。4.1.1短路电流实用计算的基本假设条件1．系统在正常工作时三相是对称的；2．电力系统中各元件的磁路不饱和，即各元件的电抗值与电流大小无关；3．电力系统各元件电阻，一般在高压电路中都略去不计，但在计算短路电流的衰减时间常数应计及元件电阻。此外，在计算低压网络的短路电流时，应计及元件电阻，但可以不计算复阻抗，而是用阻抗的绝对值进展计算；4．输电线路的电容忽略不计；5．变压器的励磁电流忽略不计，相当于励磁阻抗回路开路，这样可以简化变压器的等值电路。短路电流计算结果如表4-1表4-1短路电流计算结果单位〔KA〕短路点I"Itk/2Itkish110K母线8.688.17109.4322.1610KV母线12.2112.2112.2112.2131.14具体计算过程附录Ⅰ。4.2电气设备选择电气设备选择概述：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工程和方法也都完全不一样。但是，电气设备和载流导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原那么。4.2.1选择的原那么1.应满足正常运行、检修、短路、和过电压情况下的要求，并考虑远景开展。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.与整个工程的建设标准应协调一致。5.同类设备应尽量减少种类。6.选用的新产品均应具有可靠的实验数据。4.2.2电气设备和载流导体选择的一般条件1.按正常工作条件选择〔1〕额定电压：所选电气设备和电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路的最高运行电压UN≥UNs。〔2〕额定电流：所选电气设备的额定电流IN，或载流导体的长期允许电流Iy，不得低于装设回路的最大持续工作电流Imax。计算回路的最大持续工作电流Imax时，应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流，选用最大者。2.按短路状态校验〔1〕热稳定校验当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，It2t>Qk，tk=tin+ta，校验电气设备及电缆〔3～6KV厂用馈线电缆除外〕热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。〔2〕动稳定校验ies＞ish，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定。〔3〕短路校验时短路电流的计算条件所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景开展规划；计算电路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的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的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更严重时，应按严重情况校验。〔4〕绝缘水平在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。由于变压器短路时过载能力很大，双回路出现的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要来确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路保持工作电流的要求。4.3高压断路器的选择高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电器中最重要的电气设备。型式选择：本次在选择断路器中，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号的断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。选择断路器时应满足以下基本要求：1.在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。4.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求构造简单、体积小、重量轻、安装维护方便。考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无油化目标，且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有开展前途的断路器。故在110KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧准确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于35KV及以下的电压等级中。所以，10KV侧采用SF6断路器。4.4隔离开关的选择隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进展倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。选择隔离开关时应满足以下基本要求：1.隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最正确的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。5.隔离开关的构造简单，动作要可靠。4.5电压互感器选择依据?电力工程设计手册?对电压互感器配置的规定1．电压互感器的配置与数量和配置、主接线方式有关，并应满足测量、保护周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。2．6～220KV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设压互，应视各回出线外侧装设压互的情况和需要确定。3．当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。电压互感器应按以下技术条件选择和校验〔1〕一次回路电压；〔2〕二次电压；〔3〕二次负荷；〔4〕准确度等级；电压互感器的型式应按以下使用条件选择〔1〕3～20KV屋内配电装置宜采用油浸绝缘构造，也可采用环氧树脂浇注绝缘构造的电磁式电压互感器。〔3〕110KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。〔4〕用于中性点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V，用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。电压互感器是二次回路中测量和保护用的电压源，通过它反映系统的运行状况,它的作用是将一次高压变为二次侧的低电压便于测量，也将二次回路和高压系统隔离，以保证安全。电压互感器的技术条件〔1〕正常工作状态：一次回路电电流，二次负荷，准确度等级；〔2〕承受这电压能力和环境条件。〔3〕对于35～110KV配电装置一般采用油浸式绝缘构造电磁式PT，而对于220KV以上的配电装置，使用电容式PT。4.6电流互感器选择根据?导体和电器选择设计技术规定?第9.0.3条：3～20KV屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘构造或树脂浇注绝缘构造。根据?电力工程电气设计手册?〔电气一次局部〕1．凡装有断路器的回路均应装设电流互感器；2．发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等也应装设电流互感器；3．对直接接地系统，按三相配置；对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配；电压互感器的技术条件〔1〕电流互感器的二次额定电流优两种1A和5A，一般强电系统取5A；〔2〕电流互感器的型式选择，一般35KV及以上的配电装置采用油浸瓷箱式的绝缘构造的独立的电流互感器；〔3〕一次电流的选择，当CT用于测量时，应比回路中的正常工作电流大1/3左右，保证测量仪表的最正确工作状态；〔4〕进展动稳定，热稳定校验。4.7绝缘子和穿墙套管根据?导体和电气选择设计技术规程?屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子。屋外支柱绝缘子需倒装时，可用悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联和胶装的多棱式支柱绝缘子。屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管。对于母线型穿墙套管应该校核窗口允许穿过的母线尺寸。高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种。瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电压6～35KV系统，油纸电容式绝缘适用于交流电压60～500KV中性点直接接地系统。4.8电气设备表4.8.1导体选择一览表表4-3导体选择一览表工程电压等级主母线主变引下线负荷出线110KVLGJQ-185LMY矩形母线(单条25×4)/10KVLMY矩形母线(单条125×10)LMY矩形母线(双条125×8)ZLQ三芯电缆〔单根〕4.8.2断路器和隔离开关选择一览表表4-4断路器和隔离开关设备工程断路器隔离开关110KV出线LW11-110/1600GW4-110D/600-50110KV分段LW11-110/1600GW4-110D/600-50110KV主变引下线LW11-110/1600GW4-110D/600-5010KV出线ZN-10/1600-31.5/10KV分段ZN-10/1600-31.5/10KV主变引下线ZN-10/1600-31.5/4.8.3电压互感器与电流互感器表4-5电压互感器和电流互感器电压等级设备类型110KV10KV电压互感器JDR-110JSJW-10分段电流互感器LCWB6-110GYW2600/5LZZJB6-101500/5出线电流互感器LCWB6-110GYW275/5100/5LZZJB6-10主变引下线电流互感器LCWB6-110GYW2200/5LMZB6-102000/54.8.410KV各出线电流互感器选择如下表4-6电流互感器负荷类型型号负荷类型型号备用1、2、3、4、5、6LZZJB6-10(200/5)棉纺厂1、2LZZJB6-10〔300/5〕印染厂LZZJB6-10(300/5)市区1、2LZZJB6-10(300/5)针织厂LZZQB6-10(200/5)印染厂1、2LZZJB6-10(300/5)食品厂LZZJB6-10(200/5)橡胶厂LZZJB6-10(300/5)毛纺厂LZZJB6-10(150/5)并联电容器LZZJB6-10(300/5)柴油机厂1、2LZZJB6-10(300/5)计算选择过程见附录Ⅱ。第5章配电装置及电气总平面布置设计5.1概述配电装置是发电厂和变电所的重要组成局部，它是根据主接线的联结方式，由开关电器、保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成，用来承受和分配电能的装置。它主要包括开关设备、保护装置和辅助设备。配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。对配电装置的基本要求1．符合国家技术经济政策，满足有关规程要求。2．保证运行可靠。设备选择合理，布置整齐、清晰，保证有足够的安全距离。3．节约用地。4．运行安全和操作、巡视、检修方便。5．便于安装和扩建。6．节约用材，降低造价。5.1.1配电装置特点1.屋内配电装置的特点〔1〕由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；〔2〕维修、巡视和操作在室内进展，不受气候影响；〔3〕外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量；〔4〕房屋建筑投资较大。2.屋外配电装置的特点〔1〕土建工作量和费用较少，建设周期短；〔2〕扩建比较方便；〔3〕相邻设备之间距离大，便于带电作业；〔4〕占地面积大；〔5〕受外界环境影响，设备运行条件差，须加强绝缘；〔6〕不良气候对设备维修和操作有影响。5.1.2配电装置类型及应用根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、半高型和高型等。1．中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的根基上，使带电局部对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装枪修方面积累了比较丰富的经历。2．半高型配电装置：半高行配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置。半高型配电装置介于高型和中型之间。具有以下优点：〔1)占地面积约在中型布置减少30%；〔2)节省了用地，减少高层检修工作量；〔3)旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。3．高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行条件均较差，一般适用以下情况：〔1〕配电装置设在高产农田或地少人多的地区；〔2〕原有配电装置需要扩速，而场地受到限制；〔3〕场地狭窄或需要大量开挖。5.2配电装置确实定本变电所三个电压等级：即110KV、10KV根据?电力工程电气设计手册?规定，110KV及以上多为屋外配电装置，35KV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所110KV采用屋外配电装置，10KV采用屋内配电装置。设计的变电站位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变电所110KV电压等级均采用普通中型配电装置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰、运行可靠、不易误操作、各级电业部门无论在运行维护还是安装检修方面都积累了比较丰富的经历。假设采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所，110KV采用户外，10KV采用户内，该变电所是最适宜的。5.3电气总平面布置5.3.1电气总平面布置的要求1．充分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等；2．出线布局合理、布置力求紧凑，尽量缩短设备之间的连线；3．符合外部条件，安全距离要符合要求。5.3.2电气总平面布置根据?变电所总布置设计技术规定?SDGJ63—84等1.0.1条规定：变电所的总平面布置必须全面贯彻现行的各项技术经济的政策精心设计，努力创新，因地制宜，合理布置，充分利用荒地，坡地，劣地，不占或少占良田，认真做好技术经济论证，选择最正确设计方案，提高经济效益，为安全运行创造条件。应在满足安全运行的前提下，尽量简化。1．屋外配电装置要考虑道路的设置：根据?变电所总平面设计技术规定?SDG63—84：①所外道路应利用已有道路或现成道路；②当路基宽度小于5.5m时且道路两端不能通过时，适当位置设置错车道；③所外道路宜采用中级路面，根据施工条件可采用次高级路面；④所内路面宽度为3.5m；220KV及以上变电所，有所大门至主空楼、主变前和调相机各路面可宽至4～5m；⑤所内道路转弯半径不小于7m；⑥巡视道路路面宽度宜为0.7～1.0m。2．根据各侧、各回路相序排列尽量一致的原那么。按面向出线，由远到近，由上到下为A、B、C相。3．?高压配电装置技术规程?SDJ5-85第4.4.4条规定：储油池和挡油板的长度尺寸一般较设备外廓尺寸每边相应大1m。储油池内一般铺设厚度不小于250mm的卵石层〔卵石的直径为50～80mm〕。4．?高压配电装置技术规程?SDJ5-85第4.4.6条规定：油量在2500kg以上的变压器或电抗器与油量在600kg以上的充油设备之间其防火净距不小于5m。5．根据?变电所总布置设计技术规定?SDGJ63-84第3.2.1条：主控楼的位置在便于运行人员相互联系，便于巡视检查和观察屋外设备和减少电缆长度，避开噪音影响地段，在可布置的主配电装置一侧，配电装置之间结合前面设施进展布置。6．端子箱、配电箱电缆沟的位置：电缆沟应位于各条母线下方，然后通向主控室，端子箱位于电缆沟旁。7．配电装置方位选择结果。进线方位由负荷分布的实际情况，尽量防止交110KV设在变电站南部，10KV侧设在变电站北部。主变位置位于变电所110KV配电装置与主控楼之间，见平面布置图。第8章展望致谢通过此次毕业设计，我深刻的认识到毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。由于水平有限,只完成了理论到原理图的设计,未能做出实物.其中过失在所难免,缺乏之处请各位教师和读者批评,指教。在此要感谢我的指导教师吴娟娟精的指导，感谢教师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经历和自学，并向教师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的困难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。附录Ⅰ短路电流的计算根据说明书的一些要求选择基准容量：SB=100MVA110KV级的UBI=UAL=115KV35KV级的UBI=UAL=37KV10KV级的UBI=UAL=10.5KV。基准电抗：XB1==132XB2==13.7XB3==1.1各条线路的电抗：〔各种线形的单位电抗统一选取0.4〕XL1=L1X1=800.4=32XL2=L2X2=XL3=L3X3=对应的标么值为：==0.24==0.03==0.18变压器的电抗:US12%=10.5%US13%=17.5%U23%=6.5%=(US12%+US13%－U23%)=(10.5%+17.5%－6.5%)=0.43=(US12%+US23%-U13%)=(10.5%+6.5%-17.5%)=－0.01=(US23%+US13%-U12%)=(6.5%+17.5%－10.5%)=0.27系统电抗：=XS1=0.5×=0.05=XS2=0.4×=0.07附图1-1系统图(1)那么d1点短路等效系统如图：附图1-2d1点短路那么网络变换得上图转移电抗得计算:是S1对d1的转移电抗，是S2对d2的转移电抗。=++＝0.0.066＋0.012＋＝0.08=++＝0.012＋0.166＋＝0.21计算电抗：==0.21×=1.26==0.52×=0.8查运算负荷曲线得：1．当tk＝0时，=0.8=1.25=＋＝＋1.26×＝8.69KA2．当tk＝1s时，=0.864=1.243Itk=＋＝0.864×＋1.243×＝8.85KA3．当tk/2＝0.5s时，=0.78=1.16＝＋＝0.78×＋1.16×＝8.18KA4．当tk/2＝∞时，=0.88=1.47I∞=＋＝1.47×＋0.88×＝10KA那么冲击电流＝2.55×8.69＝22.16kA〔2〕那么d2点短路等效系统图：附图1-3d2点短路===0.38===0.964=＝0.964×＝5.783.5=＝0.38×＝3.83.5根据运算负荷曲线可以得到：1．当tk＝0时，==0.173=＝0.263=＋＝0.173×＋0.264×＝5.72KA因两个计算电抗都大于3.5，所以0s3s1.5s及无穷大时曲线重合那么冲击电流＝2.55×5.72＝14.16Ka〔3〕那么d3点短路等效系统图：附图Ⅰ-4d3点短路===1.44===0.57=＝1.44×＝14.43.5=＝0.572×＝5.73.5根据运算负荷曲线可以得到：1．当tk＝0时，=0.07=＝0.18=＋＝0.07×＋0.18×＝12.21KA因两个计算电抗都大于3.5，所以0s3s1.5s及无穷大时曲线重合。那么冲击电流计算得：＝2.69×I=2.69×12.21=31.14KA附录Ⅱ电气设备的选择1.主变容量和台数选择计算主变额定容量〔Se〕的选择计算：〔1〕10KV低压侧：由于其出线回路数为9回，故取Kt=0.95,结合“三〞中负荷情况分析局部知：那么三绕组变压器的计算容量：1〕由选择条件：故可选用主变的型号为:SFS10-25000/110(KVA/KV)2)校核条件：那么：成立，满足条件要求。又因为显然满足条件：综上所述，选用主变型号为：SFS10-25000/110(KVA/KV)合格。3〕近期与远景容量问题〔分期建设方案〕上述计算结果是5-10年规划的最终变电所的台数和容量，近期容量问题实际上是考虑第一期上一台主变还是两台。35KV侧②10KV侧运行一台就行了。2．母线的选择(1)110kV主母线110kv主变引下线35KV主母线=819.2435kv主变引下线10kv主母线=2.887KA10kv主变引下线10kv单回〔2〕110kv母线的选择：按照经济电流密度选择导线截面查?电力系统分析?表2－2得：选择钢芯铝绞线Tmax选择轻型钢芯铝绞线LGJQ-300,由于是按经济电流密度选择的导线，可不必校验其允许载流量。可查?电力系统分析?附表1-1得到允许载流量710A一回线路就可以满足允许载流量的要求。最小机械强度，电晕条件也能满足要求。〔3〕110KV主变引下线的选择①母线截面的选择：由于主变引下线容量传输大，长度超过20m，故按经济电流密度进展选择。由表可以查得：当，根据,<<发电厂电气局部?附表1可得：选用较小的25×4矩形导体平放允许电流为292A考虑环境温度得影响修正系数K=0.81。②热稳定校验短路持续时间为：周期分量热效应：==75.17由于故非周期分量热效应可以忽略：正常运行时的环境温度查表4－6C＝95满足短路时发热的最小导体截面面积为：满足热稳定要求。③动稳定校验导体自振频率有以下得:查表=91Hz＞35Hz故高压母线出口短路冲击系数K=1.8ish=1.8×=22.16(KA)母线相间应力为：导体截面系数由表查得K12=0.37K13=0.57条间衬垫最大跨距：为了便于安装每跨绝缘子中设3个衬垫〔4〕110kV侧断路器、隔离开关的选择:由所选设备表可以得到：SW4-110/1000型断路器开断时间计算：tkd＝tbh＋tgf＝0.05+0.06＝0.11〔s〕热稳定时间校验：tr＝tbh＋tkd＝5+0.11＝5.11〔s〕热稳定校==359tr所以QK=QP=359冲击电流断路器选择结果表表2-1断路器计算数据SW4-110D/1000UNs110kVUN110kVImax131.79AIN1000A8.69KANbr18.4KAish22.16KAINC155KAQk359Qkish22.16KAIes32KA由结果表可以看出各项条件均能满足，应选择SW4-110D/1000合格。隔离开关选择结果表：表2-2隔离开关计算数据GW4-110D/600-50UNs110kVUN110kVImax131.79AIN600Aish22.167KAIes32KAQkQk由结果表可以看出各项条件均能满足，应选择GW4-110D/600-50合格。(5)35kV母线的选择①按长期发热允许电流选择截面查附表1选用单条63mm×10mm平放允许电流1129A肌肤效应系数Ks＝1.04t＝40温度修正系数K＝0.81Imax＝819.24AIal〔40〕＝0.81×1129＝914.5819.24A②热稳定校验短路持续时间为:周期分量热效应：由于故不计非周期分量热效应：正常运行时的温度:查表4－6C＝87满足