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兰州工业高等专科学校毕业论文

摘 要

摘 要
本次毕业设计的题目是《110/35/10KV 变电站电气部分初步设计》 。根据设计的要求, 在设计的过程中,根据变电站的地理环境、容量和各回路数确定变电站电气主接线和站用 电接线,并选择各变压器的型号;进行参数计算、画等值网络图,并计算各电压等级侧的 短路电流,列出短路电流结果表;计算回路持续工作电流、选择各种高压电气设备,并根 据相关技术条件和短路电流计算结果表校验各高压设备。 随着科学技术的发展,网络技术的普及,数字化技术成为当今科学技术发展的前沿, 变电站数字化对进一步提升变电站综合自动化水平将起到极大促进作用,是未来变电站建 设的发展方向。基于这种发展的需求,该变电站采用 EDCS-6200 型 110kV 变电站综合自 动化。利用数字化技术来解决目前综合自动化变电站存在的问题已成为可能。本变电站就 是利用数字化技术使变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化,并使通信网 络化、模型和通信协议统一化、设备智能化、运行管理自动化。 通过本次设计,学习了设计的基本方法,巩固三年以来学过的知识,培养独立分析问 题的能力,而且加深对变电站的全面了解。 关键词 主接线,短路电流,电气设备,主变保护,配电装置,EDCS-6200

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Abstract

目 录
................................................................ 绪论 ................................................................ 1 第 1 章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择 ......................... 1 1.1 主接线的设计原则和要求 ......................................... 1 1.1.1 主接线的设计原则 .......................................... 1 1.1.2 主接线设计的基本要求 ...................................... 1 1.2 主接线的设计 ................................................... 2 1.2.1 设计步骤 .................................................. 2 1.2.2 初步方案设计 .............................................. 2 1.2.3 最优方案确定 .............................................. 3 1.3 主变压器的选择 ................................................. 4 1.3.1 主变压器台数的选择 ........................................ 4 1.3.2 主变压器型式的选择 ........................................ 4 1.3.3 主变压器容量的选择 ........................................ 5 1.3.4 主变压器型号的选择 ........................................ 5 1.4 站用变压器的选择................................................ 5 1.4.1 站用变压器的选择的基本原则 ................................ 5 1.4.3 站用变压器型号的选择 ...................................... 6 ................................................. 第 2 章 短路电流计算 ................................................. 7 2.1 短路计算的目的、规定与步骤 ..................................... 7 2.1.1 短路电流计算的目的 ........................................ 7 2.1.2 短路计算的一般规定 ........................................ 7 2.1.3 计算步骤 .................................................. 7 2.2 变压器的参数计算及短路点的确定 ................................. 8 2.2.1 变压器参数的计算 .......................................... 8 2.2.2 短路点的确定 .............................................. 8 2.3 各短路点的短路计算 ............................................. 9 2.3.1 短路点 d-1 的短路计算(110KV 母线) ........................... 9 2.3.2 短路点 d-2 的短路计算(35KV 母线) ............................ 9 2.3.3 短路点 d-3 的短路计算(10KV 母线) ........................... 10 2.3.4 短路点 d-4 的短路计算 ..................................... 10 2.4 绘制短路电流计算结果表 ........................................ 11 .......................................... 第 3 章 电气设备选择与校验 .......................................... 12 3.1 电气设备选择的一般规定 ........................................ 12 3.1.1 一般原则 ................................................. 12 3.1.2 有关的几项规定 ........................................... 12 3.2 各回路持续工作电流的计算 ...................................... 12 3.3 高压电气设备选择 .............................................. 13 3.3.1 断路器的选择与校验 ....................................... 13 3.3.2 隔离开关的选择及校验 ..................................... 16 3.3.3 电流互感器的选择及校验 ................................... 17 3.3.4 电压互感器的选择及校验 ................................... 20
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目 录

3.3.5 母线与电缆的选择及校验 ................................... 21 3.3.6 熔断器的选择 .............................................. 23 ................................................ 第 4 章 无功补偿设计 ................................................ 25 4.1 无功补偿的原则与基本要求 ...................................... 25 4.1.1 无功补偿的原则 ........................................... 25 4.1.2 无功补偿的基本要求 ....................................... 25 4.2 补偿装置选择及容量确定 ........................................ 25 4.2.1 补偿装置的确定 ........................................... 25 4.2.2 补偿装置容量的选择 ....................................... 26 第 5 章 变电站配电装置的设计 ......................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 5.1 概述 .......................................... 错误!未定义书签。 5.2 高压配电装置的选择 ............................ 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 错误! 未定义书签。 5.3 电气总平面布置 ................................ 错误!未定义书签。 5.3.1 电气总平面布置的要求 ..................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 5.3.2 电气总平面布置 ........................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 5.4 本变电站的配电装置 ............................ 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 EDCS第 6 章 EDCS-6200 型 110KV 变电站综合自动化装置 ........ 错误!未定义书签。 6.1 EDCS-6200 型 110KV 变电站综合自动化装置的结构 .. 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 6.1.1 现地单元层的设备配置原则 ................. 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 6.1.2 主控层硬件设备的配置 ..................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 6.1.3 站级管理机的软件功能 ...................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 6.2.1 基本功能 ................................. 错误!未定义书签。 错误! 未定义书签。 6.2.2 附加设备 ................................ 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 EDCS第 7 章 EDCS-6200 型综合自动化装置的布置 .............. 错误!未定义书签。 7.1 EDCS-6200 型 110KV 综合自动化装置的设备 ........ 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 7.2 综合自动化装置的附加设备 ...................... 错误!未定义书签。 7.3 110KV 变电站的二次设备的布置 .................. 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 .............................................. 结 论 .............................................. 错误!未定义书签。 ............................................................. 致 谢 ............................................................. 28 ........................................................... 参考文献 ........................................................... 29 附 录 ............................................................. 30 .............................................................

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绪 论

绪 论
电力行业是国民经济的基础工业,它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成 败,它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电力系统规划设计 及运行的任务是:在国民经济发展计划的统筹安排下,合理开发、利用动力资源,用 较少的投资和运行成本,来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要,提供可 靠、充足、质量合格的电能。所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步设计,是 为了更多的了解现代化变电站的设计规程、步骤和要求,设计出比较合理变电站。 根据设计要求的任务, 在本次设计中主要通过变电站电气主接线、 短路电流计算、 设备选择与校验、无功补偿、主变保护和配电装置部分的设计,使我对三年来所学的 知识更进一步的巩固和加强,并从中获得一些较为实际的工作经验。由于在设计中查 阅了大量的相关资料,所以开始逐步掌握了查阅,运用资料的能力,又可以总结三年 来所学的电力工业的部分相关知识,为我们日后的工作打下了坚实的基础

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第 1 章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择

第 1 章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择
变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而 完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。主接线 的确定,对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电 装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。

1.1 主接线的设计原则和要求
1.1.1 主接线的设计原则 (1) 考虑变电站在电力系统的地位和作用 变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。 变电站是枢纽变电 站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站,由于它们在电力系统中 的地位和作用不同,对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。 (2) 考虑近期和远期的发展规模 变电站主接线设计应根据 5~10 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和 分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布,并分析各种可能的运行方式,来确 定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。 (3) 考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响 对一、二级负荷,必须有两个独立电源供电,且当一个电源失去后,应保证全部 一、二级负荷不间断供电;三级负荷一般只需一个电源供电。 (4) 考虑主变台数对主接线的影响 变电站主变的容量和台数,对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大 型变电站,由于其传输容量大,对供电可靠性高,因此,其对主接线的可靠性、灵活 性的要求也高。而容量小的变电站,其传输容量小,对主接线的可靠性、灵活性要求 低。 (5) 考虑备用量的有无和大小对主接线的影响 发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电,适应负荷突增、设备检修、故障 停运情况下的应急要求。 电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同, 例如, 当断路器或母线检修时,是否允许线路、变压器停运;当线路故障时是否允许切除线 路、变压器的数量等,都直接影响主接线的形式。 1.1.2 主接线设计的基本要求 根据有关规定:变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位,变电站的规 划容量,负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠 性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。 (1) 可靠性 所谓可靠性是指主接线能可靠的工作,以保证对用户不间断的供电,衡量可靠性 的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件(包括一次和二次设备)在 运行中可靠性的综合。因此,主接线的设计,不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影 响,还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时,可靠性并不是绝 对的而是相对的,一种主接线对某些变电站是可靠的,而对另一些变电站则可能不是 可靠的。评价主接线可靠性的标志如下:
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第 1 章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择

1) 断路器检修时是否影响供电; 2) 线路、断路器、母线故障和检修时,停运线路的回数和停运时间的长短,以 及能否保证对重要用户的供电; 3) 变电站全部停电的可能性。 (2) 灵活性 主接线的灵活性有以下几方面的要求: 1) 调度灵活,操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路,调配电源和负荷; 能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。 2) 检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备,进行安全检修, 且不影响对用户的供电。 3) 扩建方便。随着电力事业的发展,往往需要对已经投运的变电站进行扩建, 从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以,在设计主接线时,应留有余地,应能容 易地从初期过度到终期接线,使在扩建时,无论一次和二次设备改造量最小。 (3) 经济性 可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求, 它与经济性之间往往发生矛 盾,即欲使主接线可靠、灵活,将可能导致投资增加。所以,两者必须综合考虑,在 满足技术要求前提下,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,以便选择价格合理的电器设备;在终端或分支变电站中,应推广采用直降 式(110/6~10kV)变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。 2) 年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护 费。其中电能损耗主要由变压器引起,因此,要合理地选择主变压器的型式、容量、 台数以及避免两次变压而增加电能损失。 3) 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 和节省架构、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。 4) 在可能的情况下,应采取一次设计,分期投资、投产,尽快发挥经济效益。

1.2 主接线的设计
1.2.1 设计步骤 电气主接线设计,一般分以下几步: (1) 拟定可行的主接线方案:根据设计任务书的要求,在分析原始资料的基础上, 拟订出若干可行方案,内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置 的接线方式等,并依据对主接线的要求,从技术上论证各方案的优、缺点,保留 2 个技术上相当的较好方案。 (2) 对 2 个技术上比较好的方案进行经济计算。 (3) 对 2 个方案进行全面的技术,经济比较,确定最优的主接线方案。 (4) 绘制最优方案电气主接线图。 1.2.2 初步方案设计 根据原始资料,此变电站有三个电压等级:110/35/10KV ,故可初选三相三绕组 变压器, 根据变电站与系统连接的系统图知, 变电站有两条进线, 为保证供电可靠性,
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第 1 章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择

可装设两台主变压器。为保证设计出最优的接线方案,初步设计以下两种接线方案供 最优方案的选择。 方案一:110KV 侧采用双母线接线,35KV 侧采用单母分段接线,10KV 侧采用 单母分段接线。 方案二:110KV 侧采用单母分段接线,35KV 侧采用双母线接线,10KV 侧采用 单母分段。 两种方案接线形式如下:

图 1.1 方案一

图 1.2 方案二 1.2.3 最优方案确定 (1) 技术比较 在初步设计的两种方案中,方案一:110KV 侧采用双母线接线;方案二:110KV 侧采用单母分段接线。采用双母线接线的优点:① 系统运行、供电可靠;② 系统调 度灵活;③ 系统扩建方便等。采用单母分段接线的优点:① 接线简单;② 操作方 便、设备少等;缺点:① 可靠性差;② 系统稳定性差。所以,110KV 侧采用双母 线接线。

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第 1 章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择

在初步设计的两种方案中,方案一:35KV 侧采用单母分段接线;方案二:35KV 侧采用双母线接线。由原材料可知,问题中未说明负荷的重要程度,所以,35KV 侧 采用单母分段接线。 (2) 经济比较 对整个方案的分析可知,在配电装置的综合投资,包括控制设备,电缆,母线及 土建费用上,在运行灵活性上 35KV、10KV 侧单母线形接线比双母线接线有很大的 灵活性。 由以上分析,最优方案可选择为方案一,即 110KV 侧为采用双母线接线,35KV 侧为单母线形接线,10KV 侧为单母分段接线。其接线图见以上方案一。

1.3 主变压器的选择
在各种电压等级的变电站中,变压器是主要电气设备之一,其担负着变换网络电 压,进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络 经济运行的保证。因此,在确保安全可靠供电的基础上,确定变压器的经济容量,提 高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。 1.3.1 主变压器台数的选择 为保证供电可靠性,变电站一般装设两台主变,当只有一个电源或变电站可由低 压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时,可装设一台。本设计变电站有两回电源进 线,且低压侧电源只能由这两回进线取得,故选择两台主变压器 [1] 。 1.3.2 主变压器型式的选择 (1) 相数的确定 在 330kv 及以下的变电站中,一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器 较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小,同时配电装置结构较简单, 运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件限制时,可选用两台容量较小的三相变 压器,在技术经济合理时,也可选用单相变压器。 (2) 绕组数的确定 在有三种电压等级的变电站中, 如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额 定容量的 15%及以上,或低压侧虽然无负荷,但需要在该侧装无功补偿设备时,宜采 用三绕组变压器。 (3) 绕组连接方式的确定 变压器绕组连接方式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星接和角接,高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来 确定。我国 110KV 及以上电压,变压器绕组都采用星接,35KV 也采用星接,其中性 点多通过消弧线圈接地。35KV 及以下电压,变压器绕组都采用角接。 (4) 结构型式的选择 三绕组变压器在结构上有两种基本型式。 1) 升压型。升压型的绕组排列为:铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组,高、 中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。 2) 降压型。降压型的绕组排列为:铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组,高、 低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

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第 1 章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择

3) 应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器,如果以高 压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅,则选用降压型;如果以高压侧向低压侧 供电为主、向中压侧供电为辅,也可选用升压型。 (5) 调压方式的确定 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头,从而改变其变比来实现。 无励磁调压变压器分接头较少,且必须在停电情况下才能调节;有载调压变分接头较 多,调压范围可达 30%,且分接头可带负荷调节,但有载调压变压器不能并联运行, 因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置,应选用无载调 压变压器。 1.3.3 主变压器容量的选择 变电站主变压器容量一般按建站后 5~10 年的规划负荷考虑,并按其中一台停用 时其余变压器能满足变电站最大负荷 S max 的 50%~70%(35~110KV 变电站为 60%) , 或全部重要负荷(当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时)选择。 即 S N = 0.6(1 + 5%) 8 S max ( N ? 1) MVA 式中 N——变压器主变台数 1.3.4 主变压器型号的选择 由所给材料可知: PL max = 3.6 MW 10KV 侧
35KV 侧 PL max = 10 MW

(1.1)

高压侧 PL min = 3.6 + 10 = 13.6MW 变电站用电负荷 PZ 为: PZ = 0.16MW 所以变电站最大负荷 S max 为:
S max = 13.6 + 0.16 = 13.76 MVA

则: S N = 0.6(1 = 5%) 8 S max ( N ? 1) = 0.6 × 13.76 (2 ? 1) = 12.198MVA 由以上计算,查《发电厂电气部分》第 481 页,选择主变压器型号如下:
表 1.1 主变压器型号及参数 阻抗电压 空载 (%) 电流 短 高 中 (%) 空载 高中 路 低 低 损耗(KW)

额定电压(KV) 型号及容量(KVA) 高 中 低 连接组

SFSL1-15000/110 121 ± 8 × 2.5% 38.5 ± 2 × 2.5% 10.5 YN,yn0,d11 22.7 120 10.5 17 6 1.3

其容量比为:15000/15000/15000。

1.4 站用变压器的选择
1.4.1 站用变压器的选择的基本原则 (1) 变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应; (2) 阻抗电压及调压型式的选择,宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围 内,站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的 ± 0.5% ;
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第 1 章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择

(3) 变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。 1.4.3 站用变压器型号的选择 参考《发电厂电气部分》第 475 页,选择站用变压器如下:
表 1.2 型号 站用变压器型号及参数 损耗(W) 额定容量(KVA) 额定电压(KV) 连接组 空载 SC10-200/10 200 10.5/0.4 Y,yn0 480 短路 1860 阻抗电压 (%) 4 空载电流 (%) 1.3

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第 2 章 短路电流计算

短路电流计算 第 2 章 短路电流计算

2.1 短路计算的目的、规定与步骤 短路计算的目的、
2.1.1 短路电流计算的目的 在发电厂和变电站的电气设计中,短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算 的目的主要有以下几方面: (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。例如:计算某一 时刻的短路电流有效值,用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值;计算 短路后较长时间短路电流有效值,用以校验设备的热稳定;计算短路电流冲击值,用 以校验设备动稳定。 (3) 在设计屋外高压配电装置时,需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的 安全距离。 2.1.2 短路计算的一般规定 (1) 计算的基本情况 1) 电力系统中所有电源均在额定负载下运行。 。 2) 所有同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁) 3) 短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。 4) 所有电源的电动势相位角相等。 5) 应考虑对短路电流值有影响的所有元件,但不考虑短路点的电弧电阻。对异 步电动机的作用,仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。 (2) 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式,应是可能发生最大短路电流的正常接线方式 (即最大运行方式) ,不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 2.1.3 (1) (2) 1) 2) 计算步骤 选择计算短路点。 画等值网络图。 首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。 选取基准容量 S b 和基准电压 U b (一般取各级的平均电压) 。

3) 将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。 4) 绘制等值网络图,并将各元件电抗统一编号。 (3) 化简等值网络:为计算不同短路点的短路值,需将等值网络分别化简为以短 路点为中心的辐射形等值网络, 并求出各电源与短路点之间的电抗, 即转移电抗 X nd 。 (4) 求计算电抗 X js 。
X js

(5) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值(运算曲线只作到 = 3 .5 ) 。
(6) 计算无限大容量(或 X js ≥ 3 )的电源供给的短路电流周期分量。
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第 2 章 短路电流计算

(7) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。

变压器的参数计算及短路点的确定 2.2 变压器的参数计算及短路点的确定
2.2.1 变压器参数的计算 基准值的选取: S b = 100 MVA , U b 取各侧平均额定电压 (1) 主变压器参数计算 由表 1.1 查明可知: U12 % = 10.5 U13 % = 17 U 23 % = 6

U 1 % = 0.5(U 12 % + U 13 % ? U 23 %) = 0.5(10.5 + 17 ? 6) = 10.75 U 2 % = 0.5(U 12 % + U 23 % ? U 13 %) = 0.5(10.5 + 6 ? 17) = ?0.25 U 3 % = 0.5(U 13 % + U 23 % ? U 12 %) = 0.5(17 + 6 ? 10.5) = 6.25 电抗标幺值为: U % S 10.75 100 X1 = 1 × B = × = 0.72 100 S N 100 15 U % S ? 0.25 100 X2 = 1 × B = × = ?0.017 100 S N 100 15 U 3 % S B 6.25 100 × = × = 0.42 X3 = 100 S N 100 15 (2) 站用变压器参数计算 由表 1.2 查明: U d % = 4 U % S 4 100 X4 = d × B = × = 25 100 S N 100 0.16 (3) 系统等值电抗 SB X S = r1l1 2 = 0.197 U b 2.2.2 短路点的确定 此变电站设计中,电压等级有四个,在选择的短路点中,其中 110KV 进线处短 路与变压器高压侧短路,短路电流相同,所以在此电压等级下只需选择一个短路点; 在另外三个电压等级下,同理也只需各选一个短路点。 依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择,网络等值图如下:

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第 2 章 短路电流计算

2.3 各短路点的短路计算
的短路计算(110KV 母线) 2.3.1 短路点 d-1 的短路计算(110KV 母线) 网络化简如图 2.2 所示:

图 2.2 d-1 点短路等值图
X f 1 = X S = 0.197

X

jS 1

= X

f1

因为 X jS 1

Sn 1000 = 0 . 197 × = 1 . 97 100 Sb = 3.45 > 3 ×
1 1 = = 0.290 X jS 1 3.45

′ 所以 I ?′ = I ∞? = I 0.2? =
Ib = Sb =
100

= 0.502( KA) 3U b 3 × 115 S 1000 I n = I b × n = 0.502 × = 5.020( KA) Sb 100 I ′′ = I ∞ = I 0.2 = I ?′I n = I ∞? I n = I 0.2? I n = 0.508 × 5.020 = 2.55( KA) ′ ich = 2.55 × I ′′ = 2.55 × 2.55 = 6.50( KA) ioh = 1.52 × I ′′ = 1.52 × 2.55 = 3.876( KA)

S ′′ = 3 × I ′′ × U n = 3 × 2.55 × 110 = 485.826( MVA)
的短路计算(35KV 母线) 2.3.2 短路点 d-2 的短路计算(35KV 母线) 网络化简为:

图 2.3 d-2 点短路等值图 X f 2 = X S + ( X 1 + X 2 ) //( X 1 + X 2 ) = 0.197 + (0.72 ? 0.017) //(0.72 ? 0.017) = 0.18

X

jS 2

= X

f2

×

Sn 1000 = 0 . 18 × = 1 .8 Sb 100

9

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第 2 章 短路电流计算

I ?′ = I ∞? = I 0.2? = ′
Ib = Sb =

1 X jS 2

=

1 = 0.56 1.8

= 1.56( KA) 3U b 3 × 37 S 1000 I n = I b × n = 1.56 × = 15.6( KA) Sb 100 I ′′ = I ∞ = I 0.2 = I ?′I n = I ∞? I n = I 0.2? I n = 0.56 × 15.6 = 8.736( KA) ′ ich = 2.55 × I ′′ = 2.55 × 8.736 = 22.28( KA) ioh = 1.52 × I ′′ = 1.52 × 8.736 = 13.29( KA)

100

S ′′ = 3 × I ′′ × U n = 3 × 8.736 × 35 = 529.58( MVA)
的短路计算(10KV 母线) 2.3.3 短路点 d-3 的短路计算(10KV 母线) 网络化简为:

X f3

图 2.4 d-3 点短路等值图 = X S + ( X 1 + X 3 ) //( X 1 + X 3 ) = 0.197 + (0.72 + 0.42) //(0.72 + 0.42) = 0.462

X

jS 3

= X

f3

×

I ?′ = I ∞? = I 0.2? ′
Ib = Sb =

Sn 1000 = 0 .462 × = 4 .62 Sb 100 1 1 = = = 0.216 X jS 3 4.62
100

= 5.5( KA) 3U b 3 × 10.5 S 1000 I n = I b × n = 5.5 × = 55( KA) Sb 100 I ′′ = I ∞ = I 0.2 = I ?′I n = I ∞? I n = I 0.2? I n = 0.216 × 55 = 11.904( KA) ′ ich = 2.55 × I ′′ = 2.55 × 11.904 = 30.355( KA) ioh = 1.52 × I ′′ = 1.52 × 11.904 = 18.094( KA)

S ′′ = 3 × I ′′ × U n = 3 × 11.904 × 10 = 206.177( MVA)
2.3.4 短路点 d-4 的短路计算 网络化简只需在图 2.4 上加站用变压器的电抗标幺值即可,如下图所示:

10

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第 2 章 短路电流计算

图 2.5 d-4 点短路等值图
X f 4 = 0.462 + 25 = 25.462

X

jS 4

= X

f4

×

I ?′ = I ∞? = I 0.2? ′
Ib = Sb =

Sn 1000 = 25 . 462 × = 254 . 62 Sb 100 1 1 = = = 0.00393 X jS 4 254.62
100

= 144.34( KA) 3U b 3 × 0 .4 S 1000 I n = I b × n = 144.34 × = 1443.4( KA) Sb 100 I ′′ = I ∞ = I 0.2 = I ?′I n = I ∞? I n = I 0.2? I n = 0.00393 × 1443.4 = 5.669( KA) ′ ich = 2.55 × I ′′ = 2.55 × 5.669 = 14.46( KA) ioh = 1.52 × I ′′ = 1.52 × 5.669 = 8.617( KA)

S ′′ = 3 × I ′′ × U n = 3 × 5.669 × 0.38 = 3.731( MVA)

2.4 绘制短路电流计算结果表
总结以上各短路点短路计算,得如下短路电流结果表:
短路电流计算结果表 0S 短路电流周 稳态短路电流 期分量 支路计 基值 基值 标 标 有 有 电压 电流 支路 算电抗 额定 幺 幺 名 名 名称 X js 电流 U b (kV ) I b (kA) 值 值 值 值 表 2.4

短 路 点 编 号 公 式 d-1 d-2

0.2 短路电流 标 幺 值 有 名 值 短路电流 全电流 冲击值 有效值 短路容量

I ch (kA) I oh (kA)

S ′′(MVA)

′ I ?′
Sb 3U b
115 37 0.502 110kv 1.97 1.56 35kv 5.5 1.8

I ′′(kA)

I *∞

I ∞ (kA)
I *∞ I n

I 0.2*

I 0.2 (kA)

Ib

Sn Sb
0.508 0.56

″ I* I n
2.55 8.736 0.508 0.56

I 0.2* I n
0.508 0.56 2.55 8.736

2.55~2.7 1.52~1.62

I ′′
6.5 22.28

I ′′
3.876 13.29 18.094 8.617

3I ′′U n
485.826 529.58 206.177 3.731

5.02 15.6 55

2.55 8.736

d-3 10.5 d-4 0.4

10kv 4.62

0.216 11.904 0.216 11.904 0.216 11.904 30.355 14.46

144.34 0.4kv254.621443.40.00393 5.669 0.00393 5.669 0.00393 5.669

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第 3 章 电气设备选择与校验

第 3 章 电气设备选择与校验
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。

3.1 电气设备选择的一般规定
3.1.1 一般原则 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。 3.1.2 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、热稳定,并按环境条 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,应按下表计算。
表 3.1 回路名称 变压器回路 馈电回路 各回路持续工作电流 计算公式

I g . max = 1.05 I n = 1.05 S n I g . max = 2 × Pn

3U n

3U n COS? 注: Pn , U n , I n 等都为设备本身的额定值。

3.2 各回路持续工作电流的计算
依据表 4.1,各回路持续工作电流计算结果见下表:
表 3.2 回路名称 110KV 母线 各回路持续工作电流结果表 计算公式及结果

1.05 × S n
Ig.max=

3 ×Un
2P / 2

=

1.05 × 15000 3 × 110
=82.67A

110KV 进线

35KV 母线

= 3U n cos ? 3 × 110 × 0.85 1.05 × S n 1.05 × 15000 Ig.max= =259.82A = 3 ×Un 3 × 35
Ig.max=

2 × ((10 + 3.6) × 10 3 ) / 2
=89.23A

2P / 7
35KV 出线 Ig.max=

3U n cos ? 1.05 × S n 3 ×Un 2 P / 10 =

=

(2 × 10 × 10 3 ) / 7 3 × 35 × 0.8 3 × 10
=58.92A

1.05 × 7500
=454.68A

10KV 母线

Ig.max=

10KV 出线

Ig.max=

3U n cos ? 1.05 × S n 3 ×U n =

=

(2 × 3.6 × 10 3 ) / 10 3 × 10 × 0.8
=255.25A =51.96A

1.05 × 160 3 × 0.38
12

0.4KV 母线

Ig.max=

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第 3 章 电气设备选择与校验

3.3 高压电气设备选择
3.3.1 断路器的选择与校验 断路器型式的选择,除需满足各项技术条件和环境条件外,还考虑便于安装调试 和运行维护, 并经技术经济比较后才能确定。 根据我国当前制造情况, 电压 6-220kV 的电网一般选用少油断路器, 断路器选择的具体技术条件如下: 1) 电压: U g (电网工作电压) ≤ U n (3.1)
2) 电流: I g ?max (最大持续工作电压) ≤ I n 3) 开断电流: (3.2)

I dt ≤ I kd
式中: I dt ——断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量;

(3.3)

I kd ——断路器的额定开断电流。
4) 动稳定:

ich ≤ i max
式中: ich ——断路器极限通过电流峰值;

(3.4)

imax ——三相短路电流冲击值。
5) 热稳定:
2 I ∞ t dz ≤ I t2 t

(3.5)

式中: I ∞ ——稳态三相短路电流; I ′′ 其中: t dz = t z + 0.05β 2 ,由 β ′′ = 和短路电流计算时间 t,可从《发电厂电 I∞ 气部分课程设计参考资料》 112 页, 第 查短路电流周期分量等值时间 t,从而计算出 t dz 。 (2) 断路器的选择 根据如下条件选择断路器: 电压: U g (电网工作电压) ≤ U n 电流: I g ?max (最大持续工作电流) ≤ I n ,各回路的 I g ?max 见表 3.2。 各断路器的选择结果见下表:
表 3.3 性能指标 型号 位置 110KV 侧 变压器 35KV 侧 35KV 出线侧 变压器 10KV 侧 10KV 出线侧 站用 OFPI-110 HB35 HB35 HB-10 ZN4-10C DW5-400 断路器的型号及参数 额定 额定 额 定 断 电压 电流 开 电 流 (KV) (A) (KA) 110 36 36 10 10 380-400 1250 1250 1250 1250 600 400 31.5 25 25 40 17.3 动稳定 电 流 (KA) 80 80 80 100 29.4 热稳定 电 流 (KA) 31.5(3) 25(3) 25(3) 43.5(3) 17.3(4) 固有分 闸时间 (s) <0.03 合闸 时间 (s)

≤ 0.06 ≤ 0.06 ≤ 0.06 ≤ 0.05

≤ 0.12 ≤ 0.06 ≤ 0.06 ≤ 0.06 ≤ 0.2

其中:OFPI-110 号断路器见《发电厂电气部分》第 491 页; HB35 号断路器见《发电厂电气部分》第 490 页;
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第 3 章 电气设备选择与校验

HB-10 号断路器见《发电厂电气部分》第 489 页; ZN4-10C 号断路器见《电力工程电气设备手册—电气一次部分》第 649 页。 (3) 断路器的校验 1) 校验 110KV 侧断路器 ① 开断电流: I dt ≤ I kd I dt = 2.55( KA) I kd = 31.5( KA) I dt < I kd ② 动稳定: ich ≤ i max ich = 6.50( KA) imax = 80( KA) ich < i max
2 ③ 热稳定: I ∞ t dz ≤ I t2 t I ′′ 2.55 β ′′ = = =1 I ∞ 2.55 t = 2 + 0.03 = 2.03( s ) 查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 112 页 t dz = t z + 0.05β ′′ = 1.65 + 0.05 = 1.70( s ) 2 I ∞ t dz = 11.904 × 1.70 = 20.24[( KA) 2 ? s ]

得: t z = 1.65( s )

I t2 t = 31.5 2 × 3 = 2976.75[( KA) 2 ? s ]
2 则: I ∞ t dz < I t2 t

经以上校验此断路器满足各项要求。 2) 校验变压器 35KV 侧断路器 ① 开断电流: I dt ≤ I kd
I dt = 8.736( KA) I kd = 25( KA) I dt < I kd

② 动稳定: ich ≤ i max ich = 22.28( KA) imax = 80( KA) ich < i max
2 ③ 热稳定: I ∞ t dz ≤ I t2 t I ′′ 8.736 β ′′ = = =1 I ∞ 8.736 t = 2 + 0.06 = 2.06( s ) 查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 112 页 t dz = t z + 0.05β ′′ = 1.65 + 0.05 = 1.70( s ) 2 I ∞ t dz = 8.736 2 × 1.70 = 14.85[( KA) 2 ? s ]

得: t z = 1.65( s )

I t2 t = 25 2 × 3 = 1875[( KA) 2 ? s ]
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2 则: I ∞ t dz < I t2 t

第 3 章 电气设备选择与校验

经以上校验此断路器满足各项要求。 3) 校验 35KV 出线侧断路器 此断路器与 35KV 变压器侧断路器型号相同,且短路电流与校验 35KV 变压 器侧断路器为同一短路电流,则:校验过程与校验 35KV 变压器侧断路器相同。 4) 校验变压器 10KV 侧断路器 ① 开断电流: I dt ≤ I kd I dt = 11.904( KA) I kd = 40( KA) I dt < I kd ② 动稳定: ich ≤ i max ich = 30.355( KA) imax = 100( KA) ich < i max
2 ③ 热稳定: I ∞ t dz ≤ I t2 t I ′′ 11.904 β ′′ = = =1 I ∞ 11.904 t = 2 + 0.06 = 2.06( s ) 查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 112 页 t dz = t z + 0.05β ′′ = 1.65 + 0.05 = 1.70( s ) 2 I ∞ t dz = 11.904 2 × 1.70 = 240.9[( KA) 2 ? s ]

得: t z = 1.65( s )

I t2 t = 43.5 2 × 3 = 5676.75[( KA) 2 ? s ]
2 则: I ∞ t dz < I t2 t

经以上校验此断路器满足各项要求。 5) 校验 10KV 出线侧断路器 ① 开断电流: I dt ≤ I kd
I dt = 11.904( KA) I kd = 17.3( KA) I dt < I kd

② 动稳定: ich ≤ i max ich = 30.355( KA)
imax = 29.4( KA) ich < i max
2 ③ 热稳定: I ∞ t dz ≤ I t2 t I ′′ 11.904 β ′′ = = =1 I ∞ 11.904 t = 2 + 0.03 = 2.05( s ) 查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 112 页 t dz = t z + 0.05β ′′ = 1.65 + 0.05 = 1.70( s )

得: t z = 1.65( s )

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2 I ∞ t dz = 11.904 2 × 1.70 = 164.77[( KA) 2 ? s ]

第 3 章 电气设备选择与校验

I t2 t = 17.3 2 × 4 = 1197.16[( KA) 2 ? s ]
2 则: I ∞ t dz < I t2 t

经以上校验此断路器满足各项要求。 3.3.2 隔离开关的选择及校验 隔离开关是高压开关的一种,因为没有专门的灭弧装置,所以不能切断负荷电流 和短路电流。 但是它有明显的断开点, 可以有效的隔离电源, 通常与断路器配合使用。 隔离开关型式的选择,其技术条件与断路器相同,应根据配电装置的布置特点和使用 要求等因素进行综合的技术经济比较,然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的 技术条件相同。 (1) 隔离开关的选择 根据如下条件选择隔离开关: 电压: U g (电网工作电压) ≤ U n
电流: I g ?max (最大持续工作电流) ≤ I n ,各回路的 I g ?max 见表 3.2。 各隔离开关的选择结果见下表:
表 3.4 开关编号 110KV 侧 35KV 变压器侧 35KV 出线侧 型号 GW2-110 GW4-35 GW8-35 隔离开关的型号及参数 额定电压 额定电流 (KV) (A) 110 600 35 1000 35 400 动稳定电流 (KA) 50 80 15 热稳定电流 (s)(KA) 14(5) 23.7(4) 5.6(5)

其中:GW2-110 型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 165 页; GW4-35 型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 165 页; GW8-35 型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 165 页; (2) 隔离开关的校验 1) 110KV 侧隔离开关的校验 ① 动稳定: ich ≤ i max

ich = 6.5( KA) imax = 50( KA) ich < i max
2 ② 热稳定: I ∞ t dz ≤ I t2 t 2 由校验断路器可知: I ∞ t dz = 2.55 2 × 1.70 = 11.054[( KA) 2 ? s ]

I t2 t = 14 2 × 5 = 980[( KA) 2 ? s ]
2 I ∞ t dz < I t2 t

经以上校验此隔离开关满足各项要求。 2) 35KV 变压器侧隔离开关的校验 ① 动稳定: ich ≤ i max

ich = 22.28( KA) imax = 80( KA) ich < i max
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2 ② 热稳定: I ∞ t dz ≤ I t2 t

第 3 章 电气设备选择与校验

2 由校验断路器可知: I ∞ t dz = 8.736 2 × 1.70 = 32.197[( KA) 2 ? s ]

I t2 t = 23.7 2 × 4 = 2246.76[( KA) 2 ? s ]
2 I ∞ t dz < I t2 t

经以上校验此隔离开关满足各项要求。 3) 35KV 出线侧隔离开关的校验 ① 动稳定: ich ≤ i max ich = 22.28( KA) imax = 34( KA) ich < i max
2 ② 热稳定: I ∞ t dz ≤ I t2 t 2 由校验断路器可知: I ∞ t dz = 8.736 2 × 1.70 = 129.74[( KA) 2 ? s ]

I t2 t = 5.6 2 × 5 = 156.8[( KA) 2 ? s ]
2 I ∞ t dz < I t2 t

经以上校验此隔离开关满足各项要求。 3.3.3 电流互感器的选择及校验 (3) 电流互感器选择的具体技术条件如下: 1) 一次回路电压: Ug ≤Un 式中: U g ——电流互感器安装处一次回路工作电压; U n ——电流互感器额定电压。
2) 一次回路电流:

(3.6)

I g ?max ≤ I n 式中: I g ?max ——电流互感器安装处的一次回路最大工作电流; I n ——电流互感器原边额定电流。

(3.7)

当电流互感器使用地点环境温度不等于 ± 40 o C 时,应对 I n 进行修正。修 正的方法与断路器 I n 的修正方法相同。
3) 准确级 准等级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。 互感器的准等级不得低于所供仪表 的准确级;当所供仪表要求不同准确级时,应按其中要求准确级最高的仪表来确定电 流互感器的准确级。 ① 与仪表连接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于下要求:与仪表相 配合分流器、变压器的准确级为 0.5 级,与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确 级为 0.5。仪表的准确级为 1.5 时,与仪表相配合分流器、变压器的准确级 0.5,与仪 表相配合的互感器与中间互感器的准确级 0.5。仪表的准确级为 2.5 时,与仪表相配 合分流器、变压器的准确级 0.5 与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级 1.0。 ② 用于电能测量的互感器准确级:0.5 级有功电度表应配用 0.2 级互感器;1.0 级有功电度表应配用 0.5 级互感级,2.0 级无功电度表也应配用 0.5 级互感器;2.0 级 有功电度表及 3.0 级无功电度表,可配用 1.0 级级互感器。
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第 3 章 电气设备选择与校验

③ 一般保护用的电流互感器可选用 3 级,差动距离及高频保护用的电流互感器 宜选用 D 级, 零序接地保护可釆用专用的电流互感器, 保护用电流互感器一般按 10% 倍数曲线进行校验计算。 4) 动稳定校验: ich ≤ 2 I m K dω (3.8) 式中: I ch ——短路电流冲击值; I m ——电流互感器原边额定电流; K dω ——电流互感器动稳定倍数。 5) 热稳定校验:
2 I ∞ t dz ≤ ( I m K t ) 2

(3.9)

式中: I ∞ ——稳态三相短路电流; t dz ——短路电流发热等值时间;
I m ——电流互感器原边额定电流。 K t ——t 秒时的热稳定倍数。 (4) 电流互感器的选择 根据如下条件选择电流互感器: 一次回路电压: U g (电网工作电压) ≤ U n 一次回路电流: I g ?max (最大持续工作电流) ≤ I n I g ?max 见表 3.2。 各电流互感器的选择结果见下表:
表 3.5 参数 型号 位置 110KV 进线侧 LB-110 2 × 300/5 变压器 35KV 侧 35KV 出线侧 LCW-35 15-1000/5 0.5/B B/B 0.5/3 0.5/B1/B2 0.5/0.5/B2 B2/B2/B2 0.5/D 1/D D/D 0.5/3 1/3 额定电 流比(A) 级次 组合 电流互感器的型号及参数 二次负荷(Ω) 10%倍数 动稳 准确 1S 热稳 定倍 级次 0.5 级 1 级 二次负荷 倍数 定倍数 数 (Ω) 0.5B 0.5/3 0.5 B1 B2 0.5 1 D 0.5 1 3 2.0 2 4 2.0 2 15 28 70 65 183 100

LB-35

300/5

2.0

2.0

15

55

140

变压器 10KV 侧

LBJ-10

1000/5

0.5

<10

50

90

10KV 出线侧

LA-10

300/5

0.4

10

75

135

其中:LB-110 型号电流互感器见《发电厂电气部分》第 498 页; LCW-35 型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 194 页; LB-35 型号电流互感器见《发电厂电气部分》第 498 页; LBJ-10 型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 187 页; LA-10 型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 186 页。 (5) 电流互感器的校验
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第 3 章 电气设备选择与校验

1) 110KV 进线侧电流互感器 ① 动稳定: ich ≤ 2 I m K dω ich = 6.5 KA = 6500( A)

2 I m K dω = 2 × 2 × 300 × 183 = 155280( A) ich < 2 I m K dω
2 ② 热稳定: I ∞ t dz ≤ ( I m K t ) 2 2 由校验断路器可知: I ∞ t dz = 2.55 2 × 1.70 = 11.054[( KA) 2 ? s ]

( I m K t ) 2 = (2 × 0.3 × 70) 2 = 1764[( KA) 2 ? s ]
2 I ∞ t dz < ( I m K t ) 2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 2) 变压器 35KV 侧电流互感器 ① 动稳定: ich ≤ 2 I m K dω ich = 22.28 KA = 22280( A)

2 I m K dω = 2 × (5 ~ 1000) × 100 = 707.11 ~ 141421.16( A) ich < 2 I m K dω
2 ② 热稳定: I ∞ t dz ≤ ( I m K t ) 2 2 由校验断路器可知: I ∞ t dz = 3.276 × 1.70 = 32.197[( KA) 2 ? s ]

( I m K t ) 2 = (1 × 65) 2 = 4225[( KA) 2 ? s ]
2 I ∞ t dz < ( I m K t ) 2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 3) 35KV 出线侧电流互感器 ① 动稳定: ich ≤ 2 I m K dω ich = 8.354 KA = 8354( A)

2 I m K dω = 2 × 300 × 140 = 59397( A) ich < 2 I m K dω
2 ② 热稳定: I ∞ t dz ≤ ( I m K t ) 2 2 由校验断路器可知: I ∞ t dz = 3.276 × 1.70 = 32.197[( KA) 2 ? s ]

( I m K t ) 2 = (0.3 × 55) 2 = 272.25[( KA) 2 ? s ]
2 I ∞ t dz < ( I m K t ) 2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 4) 变压器 10KV 侧电流互感器 ① 动稳定: ich ≤ 2 I m K dω ich = 25.105 KA = 25105( A)

2 I m K dω = 2 × (1000 ~ 1500) × 90 = (127279 ~ 190919)( A) ich < 2 I m K dω
2 ② 热稳定: I ∞ t dz ≤ ( I m K t ) 2

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第 3 章 电气设备选择与校验

2 由校验断路器可知: I ∞ t dz = 11.904 2 × 1.70 = 240.9164.77[( KA) 2 ? s ]

( I m K t ) 2 = [(1 ~ 1.5) × 50] 2 = (2500 ~ 5625)[( KA) 2 ? s ]
2 I ∞ t dz < ( I m K t ) 2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 5) 10KV 出线侧电流互感器 ① 动稳定: ich ≤ 2 I m K dω ich = 11.904 KA = 11904( A)

2 I m K dω = 2 × (300 ~ 400) × 135 = (57276 ~ 76368)( A) ich < 2 I m K dω
2 ② 热稳定: I ∞ t dz ≤ ( I m K t ) 2 2 由校验断路器可知: I ∞ t dz = 11.904 2 × 1.70 = 240.90[( KA) 2 ? s ]

( I m K t ) 2 = [(0.3 ~ 0.4) × 75]2 = (506.25 ~ 900)[( KA) 2 ? s ]
2 I ∞ t dz < ( I m K t ) 2 经以上校验此电流互感器满足各项要求。

3.3.4 电压互感器的选择及校验 (1) 电压互感器选择的具体技术条件如下: 1) 一次电压 U 1 : 1.1U n > U 1 > 0.9U n

(3.10)

式中: U n ——电压互感器额定一次线电压,其允许波动范围为 ± 10%U n 2) 二次电压 U 2 n :电压互感器二次电压,应根据使用情况,按《发电厂电气部 分课程设计参考资料》第 118 页、表 538 进行选择。 3) 准确等级:电压互感器应在那一准确等级下工作,需根据接入的测量仪表、 继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。 4) 二次负荷 S 2 : S2 ≤ Sn (3.11) 式中: S 2 ——二次负荷; S n ——对应于在测量仪表所要求的最高准确等级下,电压互感器的额定 容量。 (2) 电压互感器的选择 由电压互感器选择的技术条件及各侧使用情况: 1) 110KV 侧: U n = 110( KV )

U 2 n = 100 / 3 (V ) 2) 35KV 侧: U n = 35( KV ) U 2 n = 100(V ) 3) 10KV 侧: U n = 10( KV )

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第 3 章 电气设备选择与校验

U 2 n = 100(V ) 三侧电压互感器准确等级:1 级 参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》185 页表 5.44,三侧电压互感器选择 如下表所示:
表 3.6 型式 电压互感器型号及参数 额定变比
110000 100 100 3 3

在下列准确等级 下额定容量(VA) 0.5 级 1级 3级 500 150 80 250 150 1000 600 300

最大容量 (VA) 2000 1200 500

JCC-110 单相 (屋外式) JDJ-35 JDZ-10

35000/100 10000/100

其中:JCC-110 型号电压互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 185 页; JDJ-35 型号电压互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 185 页; JDZ-10 型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 184 页。 3.3.5 母线与电缆的选择及校验 (1) 35KV 母线的选择 按 经 济 电 流 密 度 选 择 母 线 截 面 , 35KV 最 大 持 续 工 作 电 流 查 表 4.2 得 , I g ?max = 259.82( A) 采用铝母线,由《发电厂电气部分》第 242 页、图 6.4 查得 Tmax = 5600h / a 时, 经济电流密度 J = 0.86( A / mm 2 ) 则母线经济截面为: I g ?max 692.28 S= = = 935.5(mm 2 ) (3.14) J 0.74 参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 142 页、表 5.14,选择 35KV 母 线为: 80 × 10 )型矩形铝母线,平放,允许载流量 I y = 1411A(θ y = 70 o C ,θ 0 = 25 o C ) 。 ( 因实际环境温度 θ = θ 0 = 25 o C ,综合修正系数 K = 1.00 ,故
KI y = 1411A > I g ?max = 692.82 A

(3.15)

可满足长期发热要求。 (2) 10KV 母线的选择及校验 1) 按经济电流密度选择母线截面 10KV 最大持续工作电流查表 4-2 得, I g ?max = 454.68 KA 采用铝母线,由《发电厂电气部分》第 242 页、图 6.4 查得 Tmax = 5600h / a 时, 经济电流密度 J = 0.74 A / mm 2 则母线经济截面为: I g ?max 1212.44 S= = = 1638.4(mm 2 ) J 0.74 参考《发电厂电气部分》附表 2.1,选用每相 2 条 80mm × 10mm(= 1800mm 2 ) 矩形 铝导体,平方时 I N = 2128 A ,集肤效应系数 K S = 1.30 因实际环境温度 θ = θ 0 = 25 o C ,参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 114 页、表 5-17,综合修正系数 K = 1.00 ,故 θ = 25 o C 时允许电流为:
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第 3 章 电气设备选择与校验

KI y = 1 × 2128 = 2128 A > I g ?max = 1212.44 A

可满足长期发热的要求。 2) 热稳定校验 由校验短路器可知,短路电流周期分量 QK = QP = 164.77[( KA) 2 ? s ] 母线正常运行最高温度为: θ W = θ + (θ al ? θ )( I max / I al ) 2
= 25 + (70 ? 25) × (1212.44 / 2128) 2
o

(3.16)

= 39.6( C ) 参考《发电厂电气部分》243 页、表 6.3 得: C = 99 ,则母线最小截面 S min 为:

S min = QK K S C = 164.77 × 10 6 × 1.30 99 = 147.83(mm ) < 1600(mm )
2 2

(3.17)

满足热稳定。 3) 动稳定校验 由短路电流计算结果表查得,短路冲击电流为: ich = 30.355 KA 相间距离 α 取 0.35m
f ph = 1.73 × 10 ? 7 × = 1.73 × 10 ? 7 × l
2 × ich × β

α

1 × (25.105 × 10 3 ) × 1 0.35 = 311.53( N m)

(3.21)

W ph = bh 3 3 = 0.01 × 0.08 3 3 = 2.13 × 10 ?5 (m 3 )

(3.22)

K 12

311.53 × 1.5 2 = 3.29 × 10 6 ( Pa ) (3.23) 10W ph 10 × 2.13 × 10 ?5 b 10 2b ? b 2 × 10 ? 10 由 = = = 0.125 、 = 0.111 ,参考《发电厂电气》图 2.15 得: h 80 b+h 10 + 80 = 0.48 同相条间应力为: i2 f b = 0.25 × 10 ?7 × ch × K 12 b 25105 2 ?7 = 0.25 × 10 × × 0.48 (3.24) 0.01 = 756.31 ( N m)

σ ph =

f ph l

3

=

Lb max = b 2h(σ al ? σ ph ) f b 2 × 0.08 × (70 ? 6.29) × 10 6 = 0.01 × 756.31 = 1.16(m)
(3.25)

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第 3 章 电气设备选择与校验

L Lb max 距为:

=

1 .5 = 1.29 ,即每跨内满足动稳定所必须的最少衬垫数为 2 个。实际衬垫 1.16

L 1 .5 = = 0.75m < Lb max 2 2 满足动稳定的要求。 (3) 10KV 出线电缆的选择及校验 1) 按额定电压: U g max < U n Lb = 2) 按最大持续工作电流选择电缆面积 S,查表 3.2 得: I g ?max = 51.96 A

参考《发电厂电气部分》附表 2-4、附表 2.6,选择 S = 120mm 2 电缆,θ N = 25 o C 时, I N = 245 A 、 θ al = 90 o C 。 温度修正系数

Kt =

θ al ? θ 90 ? 15 = = 1.15 θ al ? 25 90 ? 25

(3.26)

其中 θ 为土壤温度 参考 《发电厂电气部分》 附表 2.9 及附表 2-10 得土壤热阻修正系数 K 3 = 1.0 ,直埋 两根并列敷设系数 K 4 = 0.92 。允许载流量 I al = K t K 3 K 4 I N = 1.15 × 1.0 × 0.92 × 245 = 259.21 < 388.13( A) 满足长期发热要求。 (3.27)

3.3.6 熔断器的选择 高压熔断器应按所列技术条件选择,并按使用环境条件校验。熔断器是最简单的 保护电器,它用来保护电气设备免受过载电流的损害,屋内型高压熔断器在变电所中 常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器,而在电厂中多用于保护电压互感器。 (1) 熔断器选择的具体技术条件如下: 1) 电压: Ug ≤Un (3.28) 限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中, 以免因过电压 而使电网中的电器损坏,故应为 U g = U n
2) 电流:

I g ?max ≤ I f 2 n ≤ I f 1n 式中: I f 2 n ——熔体的额定电流。 I f 1n ——熔断器的额定电流

(3.29)

3) 根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流, 应保证前后两级熔断器之间, 或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。 4) 断流容量: I ch (或I ′′) ≤ I kd (3.30)

式中: I ch ——三相短路冲击电流的有效值。 I kd ——熔断器的开断电流。
(2) 熔断器的选择

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第 3 章 电气设备选择与校验

依据以上熔断器选择的技术条件,参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》 166 页表 5-35,35KV 和 10KV 熔断器如下表所示:
表 3.8 RN2 RW9-35 10 35 熔断器的型号及参数

系列型号 额定电压(KV) 额定电流(A) 断流容量(MVA)
0.5 0.5 1000 2000

备注
保护户内电压互感器 保护户外电压互感器

其中:RN2 型号熔断器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 166 页; RW9-35 型号熔断器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第 165 页;

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第 4 章 无功补偿设计

第 4 章 无功补偿设计
无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。据统计, 电力系统用户所消耗的无功功率大约是它们所消耗的有功功率的 50~100%。另外电 力系统中的无功功率损耗也很大, 在变压器内和输电线路上所消耗掉的总无功功率可 达用户消耗的总无功功率的 75%和 25%。因此,需要由系统中各类无功电源供给的 由无功功率的静态特性可知, 无功功率与电压的关 无功功率为总有功功率的 1~2 倍。 系较有功功率与电压的关系更为密切,从根本上来说,要维持整个系统的电压水平就 必须有足够的无功电源。 无功电源不足会使系统电压降低发送变电设备达不到正常出 力,电网电能损失增大,故需要无功补偿。

4.1 无功补偿的原则与基本要求
4.1.1 无功补偿的原则 (1) 根据技术规程规定按主变容量的 10%~20%进行无功补偿; (2) 分级补偿原则,按主变无功损耗减去电缆充电功率确定无功补偿的容量;且 10KV 和 110KV 侧电压不能低于标称电压; (3) 在轻负荷(2%~30%主变容量计时)时由于电缆充电功率的影响,其充电功 率与补偿功率近似抵消; 4.1.2 无功补偿的基本要求 (1) 电力系统的无功电源与无功负荷,在各种正常及事故运行时,都应实行分层 分区、就地平衡的原则,并且无功电源应具有灵活的调节能力和一定的检修备用、事 故备用。 (2) 在正常运行方式时,突然失去一回线路,或一台最大容量的无功补偿设备, 或一台最大容量的发电机(包括失磁)之后,系统无功电源事故备用的容量方式及配 电方式, 应能保持电压稳定和正常供电, 避免出现电压崩溃; 在正常检修运行方式时, 若发生上述事故,应允许采取切除部分负荷或并联电抗器等必要措施,以维持电压稳 定。 (3) 对于 110KV 及以上系统的无功补偿,应考虑提高电力系统稳定性的作用。

4.2 补偿装置选择及容量确定
4.2.1 补偿装置的确定 (1) 同步调相机:同步调相机在额定电压±5%的范围内,可发额定容量,在过励 磁运行时,它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用,能提高系统电压,在欠励 磁运行时,它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用,可降低系统电压。 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改变输出 (或吸收)无功功率,进行电压调节,但是调相机的造价高,损耗大,维修麻烦,施 工期长。 (2) 串联电容补偿装置:在长距离超高压输电线路中,电容器组串入输电线路, 利用电容器的容抗抵消输电线的一部分感抗,可以缩短输电线的电气距离,提高静稳

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第 4 章 无功补偿设计

定和动稳定度。但对负荷功率因数高( δ y >0.95)或导线截面小的线路,由于 PR/V 分量的比重大,串联补偿的调压效果就很小。 (3) 静电补偿器补偿装置:它由静电电容器与电抗器并联组成电容器可发出无功 功率,电抗器可吸收无功功率,两者结合起来,再配以适当的调节装置,就能够平滑 地改变输出 (或吸收) 无功功率的静止补偿器, 与同步调机相相比较, 运行维护简单, 功率 损耗小,但相对串联电容及并联电容补偿装置,其造价高维护较复杂,一般适 用以较高的电压等级 500KV 变电所中。 (4) 并联电容器补偿装置:并联电容器是无功负荷的主要电源之一。它具有投资 省,装设地点不受自然条件限制,运行简便可靠等优点,故一般首先考虑装设并联电 容器。 由于本次设计的变电站为 110KV 降压变电站,以补偿的角度来选择,以上四种 均能满足要求,但是在经济和检修方面来考虑,首先选择并联和串联补偿装置。而原 始资料可知,补偿装置主要补偿负荷的无功容量及平衡主变损耗。所以选择并联补偿 装置。 4.2.2 补偿装置容量的选择 (1) 负荷所需补偿的最大容性无功量计算 参考《电力系统电气设备选择与实用计算》第 202 页,利用电容器改善功率因数 需要补偿的无功量为: Q fm = Pfm (| tg?1 | ? | tg?2 |)

? ? 1 1 = Pfm ? ?1 ? ?1? 2 2 ? cos ? ? cos ?2 1 ? ? = Pfm Qcfo
式中: Q fm ——负荷所需补偿的最大容性无功量(Kvar)
Pfm ——母线上的最大有功负荷(KW)

(4.1)

?1 ——补偿前的最大功率因数角( o ) ?2 ——补偿后的最小功率因数角( o ) Qcf 0 ——由 cos ?1补偿到 cos ?2时,每千瓦有功负荷 所需补偿的容性无功
值(Kvar/KW) 则本站所需补偿的无功值为: (其中功率因数是由 0.85 补偿到 0.9) Q fm = Pfm (| tg? 1 | ? | tg? 2 |) ? ? 1 1 ? = 20? ? 2 ?1 ? 2 ? 1? 0 .9 ? 0 .8 ? = 5.4( M var) (2) 电容器型号的选择 参考《电力工程电气设备手册-电气一次部分》997 页,选择电容器如下表:
表 4.1 型号 电容器参数 额定电压(KV) 额定容量(Kvar/KW) 2400

BFF11 / 3 ? 2400 ? 3W

11 / 3

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结 论

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致 谢

致 谢
这次设计是对我三年所学知识的一次综合考验,也是对三年学习的一次总结,由 于我的专业知识非常有限,在设计中遇到了很多问题,经过刘燕老师的认真检查和精 心指导,才顺利完成了此次毕业设计要求的任务,在此衷心感谢刘燕教授对我所做的 设计给予无私的、细致的帮助。 最后,再次感谢我的老师,同学以及我周围的所有人。是你们为我树立了榜样, 是你们构成了我的学习与生活,并指引我不断拼搏、进取。

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参考文献

参考文献
[1] 信银,范锡普主编.发电厂电气部分(第三版)北京:中国电力出版社,2004 [2] 惠刚主编.变电站综合自动化原理与系统. 北京:中国电力出版社,2004 [3] 书文等编著.变电站综合自动化原理及应用.北京:中国电力出版社 2000 [4] 等主编.发电厂及变电站电气设备.北京:中国水利水电出版社,2005 [5] 刘介才主编.实用供配电技术手册..北京:中国水利水电出版社,2002 [6] 刘介才主编.工厂供电简明设计手册..北京:机械工业出版社,1993 [7] 刘介才主编.工厂供用电实用手册.北京:机械工业出版社,2001 [8] 杨宛辉等.发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册. [9] 电力工业行业标准汇编.北京:中国电力出版社,1996~1998 [10] 王子午,徐泽植主编. 常用供配电设备选型手册(1~5部分). 北京:煤炭工业出版 社,1997 [12] 导体和电器选择设计技术规定 SDGJ14-86. 中国电力出版社. [13] 水利电力部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册(电气一次部分上、下).北京: 中国电力出版社,1998 [14] 水利电力部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册(电气二次部分).北京:中国电 力出版社,1996 [15] 工厂常用电气设备手册(第 2 版).北京:中国电力出版社,1997 [16] 国家标准.电气制图国家标准汇编 中国标准出版社 [17] 国家标准.电气工程 CAD 制图规则 中国标准出版社

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附 录

附 录
附表 1 主要电气设备表 设备名称 设备型号 主变压器 站用变压器 断路器 SFSL1-15000/110 SC10-160/10 OFPI-110 HB35 HB35 HB-10 ZN4-10C DW5-400 隔离开关 GW2-110 GW4-35 GW8-35 电流互感器 LB-110 LCW-35 LB-35 LBJ-10 LA-10 电压互感器 JCC-110 JDJ-35 JDZ-10 避雷器 FZ-110J FZ-35 FZ-10 熔断器 RW9-35 RN2 电容器 母线 电缆 BFF11 / 3 ? 2400 ? 3W 矩形铝导体 三芯(铝)电力电缆 110KV 侧 变压器 35KV 侧 35KV 出线侧 变压器 10KV 侧 10KV 出线侧 站用 110KV 侧 35KV 变压器侧 35KV 出线侧 110KV 进线侧 变压器 35KV 侧 35KV 出线侧 变压器 10KV 侧 10KV 出线侧 110KV 35KV 10KV 110KV 35KV 10KV 35KV 10KV 10KV 10KV、35KV 10KV 出线

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