畢業(yè)設(shè)計（論文）35KV變電所電氣部分及繼電保護設(shè)計

1、華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，用電已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。人們對電力供應(yīng)的要求越來越高，特別是穩(wěn)固性、可靠性和持續(xù)性。然而電網(wǎng)的穩(wěn)固性、可靠性和持續(xù)性往往取決于變電所的合理設(shè)計和配置。本文針對35kv變電所的特點，對變電站內(nèi)的主設(shè)備進行合理的選型，力求做到運行可靠，操作簡單、方便，經(jīng)濟合理，具有擴建的可能性和改變運行方式時的靈活性。使其更加貼合實際，更具現(xiàn)實意義。文中對主接線的選擇、高壓設(shè)備的選擇、負荷計算、短路電流計算,各種繼電保護選擇和整定計算皆有詳細的說明。特別對主接線的選擇,變壓器的選擇,還有一些電氣設(shè)備如斷路器、電流互感器、電壓互感器

2、等的選擇校驗作了詳細的說明和分析。其中還對變電所的主接線，高低壓側(cè)的一些保護裝置等通過cad制圖直觀的展現(xiàn)出來。 關(guān)鍵詞：35kv變電所；短路電流計算；繼電保護；設(shè)計abstractwith the fast growth of the our country national economy，using the electricity also becomes important of the development and supervision in our country，people require increasingly demand of power supply, espec

3、ially the stability, reliability and continuity of it. while the stability, reliability and continuity of power grid is determined by the rational design and configuration of substation. the text aims at the characteristics of the 35 kv transformer substations, choose the rational selection as to th

4、e main equipments in substation. in order to make it reliable to operate, easy and simple to manipulate, economical, with the possibility of expansion and flexibility of changing its operation, as to make it more actual and practical significant.it also discusses the choice of main wiring, high pres

5、sure equipment and all kinds of the protection of relay, the calculation of load, short current and so on in detail, especially, the choice of main wiring, transformer and some electric equipment such as circuit breaker, current and voltage sensor. it shows main wiring of substation, and some protec

6、tion equipment of high and low voltage by the graphics of cad.key words: 35kv substation; the calculation of short current; the protection of relay; design目 錄摘 要3abstract4目 錄5引 言11 原始資料21.1 電力系統(tǒng)接線圖21.2 系統(tǒng)情況21.3 10kv負荷情況21.4 本地區(qū)氣象條件32 負荷統(tǒng)計和無功補償?shù)挠嬎?2.1 負荷分析42.2 負荷計算42.3 無功補償42.3.1 無功補償概述42.3.2 無功補償?shù)挠嬎?/p>

7、52.3.3 無功補償裝置52.3.4 并聯(lián)電容器裝置的分組62.3.5 并聯(lián)電容器裝置的接線63 主變壓器的選擇73.1 主變臺數(shù)和容量的確定73.2 主變臺數(shù)的確定73.3 主變?nèi)萘康拇_定73.4 主變形式的選擇84 電氣主接線設(shè)計94.1 電氣主接線概述94.2 主接線設(shè)計的基本原則和要求94.3 主接線方案設(shè)計94.3.1 接線方式介紹94.3.2 主接線方案的比較選擇105 短路電流計算125.1 短路電流計算的一般概述125.1.1 短路的原因125.1.2 短路的危害125.1.3 短路的類型125.1.4 短路回路參數(shù)的計算135.2 短路電流的計算145.2.1 短路電流的計

8、算步驟方法145.2.2 基準參數(shù)選定155.2.3 計算系統(tǒng)阻抗155.2.4 短路電流計算155.3 三相短路電流計算結(jié)果表186 電氣設(shè)備的選擇196.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則196.2 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)和環(huán)境條件196.2.1 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件196.2.2 環(huán)境條件206.3 電氣設(shè)備選擇與校驗206.3.1 斷路器和隔離開關(guān)的選擇與校驗216.3.2 熔斷器的選擇256.3.3 電流互感器的選擇256.3.4 電壓互感器的選擇266.3.5 母線導(dǎo)體選擇276.3.6 配電裝置的選擇307 繼電保護裝置327.1 繼電保護的任務(wù)和要求327.1.1 繼電保護的基本任務(wù)32

9、7.1.2 繼電保護的基本要求327.2 電力變壓器保護327.2.1 電力變壓器保護概述327.2.2 變壓器瓦斯保護337.2.3 變壓器 縱差動保護347.2.4 變壓器過電流保護和過負荷保護357.3 母線保護378 自動裝置388.1 自動重合閘388.2 備用電源自動投入398.3 斷路器失靈保護408.4 微機保護419 變電所的防雷與接地429.1 變電所的防雷429.1.1 避雷針的選擇429.1.2 避雷器的選擇439.2 變電所的接地44結(jié) 論45致 謝46參考文獻4749引 言電能是發(fā)展國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，是一種無形的、不能大量儲存的二次能源。電能的發(fā)、變、送、配和用電，幾

10、乎是在同一瞬間完成的，須隨時保持功率平衡。要滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的要求，電力工業(yè)必須超前發(fā)展，這是世界電力工業(yè)發(fā)展規(guī)律，因此，做好電力規(guī)劃，加強電網(wǎng)建設(shè)，就尤為重要。變電所作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。對其進行設(shè)計勢在必行，合理的變電所(配置，設(shè)計？)不僅能充分地滿足當?shù)氐墓╇娦枨?，還能有效地減少投資和資源浪費。本次設(shè)計根據(jù)一般變電所設(shè)計的步驟進行設(shè)計，包括負荷統(tǒng)計，主變選擇，主接線選擇，短路電流計算，設(shè)備選擇和校驗，繼電保護，防雷接地措施等幾大塊。并依據(jù)相關(guān)規(guī)定和章程設(shè)計了其中各個部分，所以能滿足一般變

11、電所的需求。根據(jù)我國變電所目前現(xiàn)有的電氣設(shè)備狀況以及今后發(fā)展趨勢，應(yīng)選用新型號、低損耗、低噪聲的電力變壓器及性能好、時間長、免維護的sf6斷路器及高壓開關(guān)柜。為此新的設(shè)備選擇也在設(shè)計中得以體現(xiàn)。由于時間倉促和自身知識的局限，導(dǎo)致在設(shè)計中難免有遺漏和錯誤之處，望讀者予以批評指正。1 原始資料1.1 電力系統(tǒng)接線圖待設(shè)計變電所進線與出線如圖1-1所示：圖1-1 變電所進線與出線示意圖1.2 系統(tǒng)情況某市擬在新建的工業(yè)園內(nèi)修建一座35kv變電所，待建變電所由距此10km處的一座110kv變電所雙回路供電。待建變電所向園區(qū)內(nèi)的化工廠、膠木廠、織布廠等企業(yè)供電。本所投運后功率因數(shù)要求到達0.9。1.3

12、10kv負荷情況10kv負荷情況如表1-1所示表1-1 10kv負荷情況負荷名稱最大負荷（kw）回路數(shù)供電方式功率因數(shù)線路長度（km）織布廠12001架空0.804膠木廠11001架空0.803印染廠14002架空0.907配電所15002架空0.855化工廠17002架空0.855備用210kv側(cè)負荷同時率：0.85；10kv側(cè)最小負荷是最大負荷的45；10kv側(cè)最大負荷利用小時數(shù)=4800h；待設(shè)計變電所年負荷增長率為5%。其中化工廠和印染廠為一類負荷，其余為二類或三類負荷。1.4 本地區(qū)氣象條件最高氣溫；最低氣溫 ；年平均氣溫；最熱月平均最高溫度。 2 負荷統(tǒng)計和無功補償?shù)挠嬎?.1 負

13、荷分析根據(jù)用電的重要性和突然中斷供電造成的損失程度可以將負荷分為以下三類：1一類負荷一類負荷，又稱為一級負荷，是指突然中斷供電將造成人身傷亡或引起對周圍環(huán)境的嚴重污染，造成經(jīng)濟上的巨大損失。2 二類負荷二類負荷，又稱為二級負荷，是指突然中斷供電會造成經(jīng)濟上的較大損失。3 三類負荷三類負荷，又稱為三級負荷，是指不屬于以上一類和二類負荷的其他用電負荷。對于這類負荷，供電所所造成的損失不大或不會直接造成損失。 用電負荷的分類，其主要目的是確定供電工程設(shè)計和建設(shè)的標準，保證建成投入運行工程供電的可靠性，能滿足生產(chǎn)或社會安定的需要。對于一級負荷的用電設(shè)備，應(yīng)有兩個及以上的獨立電源供電，并輔之其他必要的非

14、電保安設(shè)施。二級負荷應(yīng)由兩回線供電，但當兩回線路有困難時（如邊遠地區(qū)），允許有一回專用架空線路供電。三級負荷對供電無特殊要求，允許較長時間停電，可用單回供電。2.2 負荷計算10kv側(cè)的負荷計算1.2+1.1+1.4+1.5+1.7=6.9mw1.2*0.75+1.1*0.75+1.4*0.48+1.5*0.62+1.7*0.62=4.38mvar （2-1）=8.17mva功率因數(shù)=0.842.3 無功補償2.3.1 無功補償概述電力系統(tǒng)中有許多根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備，如變壓器、電動機、感應(yīng)爐等，都是依靠磁場來傳送和轉(zhuǎn)換電能的電感性負載，在電力系統(tǒng)中感應(yīng)電動機約占全部負荷的50%以上

15、。電力系統(tǒng)中的無功功率很大，必須有足夠的無功電源，才能維持一定的電壓水平，滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求。電力系統(tǒng)中的無功電源由三部分組成：（1）發(fā)電機可能發(fā)出的無功功率（一般為有功功率的40%50%）。（2）無功功率補償裝置（并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機）輸出無功功率。（3）110kv及以上電壓線路的充電功率。電力系統(tǒng)中如無功功率小，將引起供電電網(wǎng)的電壓降低。電壓低于額定電壓值時，將使發(fā)電、送電、變電設(shè)備均不能達到正常的出力，電網(wǎng)的電能損失增大，并容易導(dǎo)致電網(wǎng)震蕩而解列，造成大面積停電，產(chǎn)生嚴重的經(jīng)濟損失和政治影響。電壓下降到額定電壓值的60%70%時，用戶的電動機將不能啟動甚至造成燒毀，所以進行無功

16、補償是非常有必要的。2.3.2 無功補償?shù)挠嬎阊a償前 =0.83，求補償后達到0.9。因此可以如下計算：設(shè)需要補償x 的無功則 = （2-2）=解得 x=1.04mvar2.3.3 無功補償裝置無功補償裝置分為串聯(lián)補償裝置和并聯(lián)補償裝置兩大類。并聯(lián)補償裝置又可分為同期調(diào)相機、并聯(lián)電容補償裝置、靜補裝置等幾大類。 同期調(diào)相機相當于空載運行的同步電動機在過勵磁時運行，它向系統(tǒng)提供可無級連續(xù)調(diào)節(jié)的容性和感性無功，維持電網(wǎng)電壓，并可以強勵補償容性無功，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在我國經(jīng)常在樞紐變電所安裝同步調(diào)相機，以便平滑調(diào)節(jié)電壓和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。靜止補償器有電力電容器與可調(diào)電抗并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無功功率

17、，電抗器可吸收無功功率，根據(jù)電壓需要，向電網(wǎng)提供快速無級連續(xù)調(diào)節(jié)的容性和感性的無功，降低電壓波動和波形畸變率，全面提高電壓質(zhì)量，并兼有減少有功損耗，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低工頻過電壓的功能。其運行維護簡單，功耗小，能做到分相補償，對沖擊負荷也有較強的適應(yīng)性，因此在電力系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但設(shè)備造價太高，本設(shè)計中不宜采用。電力電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。既可集中安裝，又可分散裝設(shè)來接地供應(yīng)無功功率，運行時功率損耗亦較小。綜合比較以上三種無功補償裝置后，選擇并聯(lián)電容器作為無功補償裝置，并且采用集中補償?shù)姆绞健?.3.4 并聯(lián)電容器裝置的分組 1分組原則（1）對于單獨補償?shù)哪撑_

18、設(shè)備，例如電動機、小容量變壓器等用的并聯(lián)電容器裝置，不必分組，可直接與該設(shè)備相連接，并與該設(shè)備同時投切。（2）配電所裝設(shè)的并聯(lián)電容器裝置的主要目的是為了改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。此時，為保證一定的功率因數(shù)，各組應(yīng)能隨負荷的變化實行自動投切。負荷變化不大時，可按主變壓器臺數(shù)分組，手動投切。（3）終端變電所的并聯(lián)電容器裝置，主要是為了提高電壓和補償主變壓器的無功損耗。此時，各組應(yīng)能隨電壓波動實行自動投切。投切到任一組電容器時引起的電壓波動不應(yīng)超過2.5%。 2分組方式并聯(lián)電容器的分組方式主要有等容量分組、等差級數(shù)容量分組、帶總斷路器的等容量分組、帶總斷路器的等差級數(shù)容量分組。這幾種方式中等容量分組方式，

19、分組斷路器不僅要滿足頻繁切合并聯(lián)電容器的要求，而且還要滿足開斷短路的要求，這種分組方式應(yīng)用較多，因此采用等容量分組方式。2.3.5 并聯(lián)電容器裝置的接線并聯(lián)電容器裝置的接線基本形式有星形和三角形兩種。經(jīng)常采用的還有由星形派生出的雙星形，在某種場合下，也有采用由三角形派生出的雙三角形。從電力工程電氣設(shè)計手冊（一次部分）502頁表9-17可比較得出，應(yīng)采用y形接線，因為這種接線適用于6kv及以上的并聯(lián)電容器組，并且容易布置，布置清晰。并聯(lián)電容器組裝設(shè)在變電所低壓側(cè)，主要是補償主變和負荷的無功功率，為了在發(fā)生單相接地故障時不產(chǎn)生零序電流，所以采用中性點不接地方式。選用bfmh11/-750-3w型號

20、的高壓并聯(lián)電容器2臺。額定電壓11kv。額定容量750kvar。3 主變壓器的選擇3.1 主變臺數(shù)和容量的確定主變壓器的臺數(shù)和容量，應(yīng)根據(jù)地區(qū)供電條件、負荷性質(zhì)、用電容量和運行方式等條件綜合考慮確定。3.2 主變臺數(shù)的確定在有一、二級負荷的變電所中，為保證供電的可靠性，宜裝設(shè)兩臺主變壓器，但一般不超過兩臺主變。當只有一個電源或變電所的一級負荷另有備用電源保證供電時，可裝設(shè)一臺主變。對大型樞紐變電所，根據(jù)工程的具體情況，應(yīng)安裝24臺主變。本次設(shè)計的變電所多為化工型，屬一二級負荷居多，所以采用兩臺主變。3.3 主變?nèi)萘康拇_定主變?nèi)萘康拇_定應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)510年發(fā)展規(guī)劃進行。當變電所裝設(shè)兩臺及以上主

21、變時，每臺容量的選擇應(yīng)按照其中任一臺停運時，其余容量至少能保證所供一級負荷或為變電所全部負荷的6075%。 由2-2的負荷計算得知10kv側(cè)的負荷總量為7.95mva?？紤]5%的年負荷增長率，5年規(guī)劃年限內(nèi)計算負荷可表示為： （3-1）式中 第一年的負荷； 年負荷增長率； n規(guī)劃年數(shù)； i年利率。 帶入i=0.1，n=5，=5%，=8.17mva得=12.31mva。再考慮同時系數(shù)時，可按下式算： （3-2）式中 負荷同時系數(shù)帶入=0.85得=10.46mva。對于兩臺變壓器的變電所，其變壓器的額定容量可按下式確定：=0.7=0.7*10.46=7.32mva （3-3）總安裝容量為 2*（0

22、.7）=1.4如此當一臺變壓器停運，考慮變壓器的過負荷能力為40%，則可保證98%的負荷供電。所以應(yīng)選容量為8000kva的變壓器。3.4 主變形式的選擇主變一般采用三相變壓器，若因制造和運輸條件限制，可采用單相變壓器組。當今社會科技日新月異，制造運輸以（已）不成問題，因此采用三相變壓器。此次設(shè)計的變電所只有35kv和10kv兩個電壓等級，所以采用雙繞組變壓器。在我國110kv及以上電壓，變壓器繞組都采用y0連接；35kv亦采用y連接，其中性點多通過消弧線圈接地。35kv及以下電壓，變壓器繞組都采用連接。因此35kv高壓側(cè)采用y連接，10kv低壓側(cè)則采用接線。根據(jù)上述的討論選用35kv s9系

23、列三相油浸自冷式電力變壓器，該變壓器的型號s9-8000/35 具體技術(shù)數(shù)據(jù)如下表3-1所示：表3-1 變壓器技術(shù)參數(shù)型號s9-8000/35額定容量(kva)8000額定電壓(kv)高壓35低壓10.5損耗(kw)空載9.2短路40.5短路電壓(%)7.5空載電流(%)0.74 電氣主接線設(shè)計4.1 電氣主接線概述發(fā)電廠和變電所中的一次設(shè)備、按一定要求和順序連接成的電路，稱為電氣主接線，也成主電路。它把各電源送來的電能匯集起來，并分給各用戶。它表明各種一次設(shè)備的數(shù)量和作用，設(shè)備間的連接方式，以及與電力系統(tǒng)的連接情況。所以電氣主接線是電力系統(tǒng)接線組成中的一個重要組成部分。主接線的確定，對電力系

24、統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟運行以及變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和控制方法的擬定將會產(chǎn)生直接的影響。.4.2 主接線設(shè)計的基本原則和要求根據(jù)我國能源部關(guān)于35110kv變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)范gb50059-92規(guī)定：“變電所的主接線，應(yīng)根據(jù)變電所在電力網(wǎng)中的地位、出線回路數(shù)、設(shè)備特點及負荷性質(zhì)等條件確定。并應(yīng)滿足供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、節(jié)約投資和便于擴建等要求?！币虼藢χ鹘泳€的設(shè)計要求可以歸納為以下三點：1可靠性；2靈活性；3經(jīng)濟性。4.3 主接線方案設(shè)計電氣主接線的基本形式就是主要電氣設(shè)備常用的幾種連接方式，它以電源和出線為主體。大致分為有匯流母線和無匯流母線兩大類。其

25、中有匯流母線的接線形式可概括地分為單母線接線和雙母線接線兩大類；無匯流母線的接線形式主要有橋形接線、角形接線和單元接線。4.3.1 接線方式介紹(1) 單母線接線方式：接線簡單、清晰。操作方便，投資少便于擴建；母線或隔離開關(guān)檢修或故障時連接在母線上的所有回路必須停止工作；檢修任一電源或線路的斷路器時，該回路必須停電；當母線或母線上的隔離開關(guān)上發(fā)生短路以及斷路器在繼電保護作用下都自動斷開，因而造成全部停電。(2) 單母分段接線方式：當一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常段母線不間斷供電，不致使重要用戶停電，可提高供電可靠性和靈活性。(3) 雙母線接線方式： 供電可靠，通過兩組

26、母線隔離開關(guān)的倒閘操作，可以輪流檢修和維護一組母線而不致使供電中斷；調(diào)度靈活，各個電源和各回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要：擴建方便，向雙母線的左右任何的一個方向擴建，不會引起原有回路的停電；但其投資較大，所用設(shè)備多，占地面積大，配電裝置復(fù)雜，經(jīng)濟性差。在運行中隔離開關(guān)作為操作電器，易發(fā)生誤操作事故。4.3.2 主接線方案的比較選擇由電力工程電氣設(shè)計手冊第二章關(guān)于電氣主接線的有關(guān)規(guī)定，此變電所主接線的接線有三種方案。方案一：35kv側(cè)采用單母線接線，10kv側(cè)采用單母線分段。如圖4-1所示圖4-1 方案一電氣主接線圖進線#1#2進線進線2進

27、線1方案二：35kv側(cè)采用單母線分段接線，10kv側(cè)采用雙母線接線。如圖4-2所示：圖4-2 方案二電氣主接線圖方案三 ：35kv側(cè)采用單母線分段接線，10kv側(cè)采用單母線分段接線。如圖4-3所示： 圖4-3 方案三電氣主接線圖方案一35kv側(cè)采用的單母線接線，接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置，但其供電可靠性差，運行不靈活，可能導(dǎo)致全所斷電。10kv采用單母線分段連線，對重要用戶可從不同段引出兩個回路，當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常母線供電不間斷。方案二35kv側(cè)使用單母線分段接線，供電可靠性較高，同時接線簡單、操作方便、投資少。10kv側(cè)通過

28、雙母線雖然可以使供電更可靠，調(diào)度更加靈活，但每增加一組母線就使每回路需要增加一組母線隔離開關(guān)，當母線故障或檢修時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作。方案三35kv側(cè)使用單母線分段接線，提高了供電的可靠性和靈活性，操作方便、投資少。10kv側(cè)也使用單母線分段接線，對重要用戶可從不同段引出兩個回路，保證正常母線供電不間斷。所以此方案同時兼顧了可靠性，靈活性，經(jīng)濟性的要求。通過比較可知還是選擇方案三比較合適，即35kv側(cè)采用單母線分段接線，10kv側(cè)也采用單母線分段接線。5 短路電流計算5.1 短路電流計算的一般概述電氣設(shè)備或?qū)w發(fā)生短路故障時通過的電流為短路電流。在工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)的設(shè)計和運行

29、中，不僅要考慮到正常工作狀態(tài)，而且還要考慮到發(fā)生故障所造成的不正常狀態(tài)。根據(jù)電力系統(tǒng)多年的實際運行經(jīng)驗，破壞供電系統(tǒng)正常運行的故障一般最常見的是各種短路。所謂短路是指相與相之間的短接，或在中性點接地系統(tǒng)中單相或幾相與大地相接（接地），以及三相四線制系統(tǒng)中相線與中線短接。當發(fā)生短路時，短路回路的阻抗很小，于是在短路回路中將流通很大的短路電流（幾千甚至幾十萬安），電源的電壓完全降落在短路回路中。5.1.1 短路的原因發(fā)生短路的主要原因是由于電力系統(tǒng)的絕緣被破壞。在大多數(shù)情況下，絕緣的破壞多數(shù)是由于未及時發(fā)現(xiàn)和未及時消除設(shè)備中的缺陷，以及設(shè)計、安裝和運行維護不當所，例如：過電壓、直接雷擊、絕緣材料的

30、陳舊、絕緣配合不好、機械損壞等，運行人員的錯誤操作，如帶負荷拉開隔離開關(guān)，或者檢修后未拆接地線就接通斷路器；在長期過負荷元件中，由于電流過大，載流導(dǎo)體的溫度升高到不能容許的程度，使絕緣加速老化或破壞；在小接地電流系統(tǒng)中未及時或消除單相接地的不正常工作狀態(tài)，此時，其它兩相對地電壓升高倍，造成絕緣損壞；在某些化工廠或沿海地區(qū)空氣污穢，含有損壞絕緣的氣體或固體物質(zhì)，如不加強絕緣，經(jīng)常進行維護檢修或者采取其他特殊防護措施等，都很容易造成短路。此外，在電力系統(tǒng)中，某些事故也可能直接導(dǎo)致短路，如桿塔倒塌導(dǎo)線斷線等。動物或飛禽跨接載流導(dǎo)體也會造成短路事故。5.1.2 短路的危害短路電流所產(chǎn)生的電動力能形成很

31、大的破壞應(yīng)力，如果導(dǎo)體和它們的支架不夠堅固，則可能遭到嚴重破壞。短路電流越大，通過的時間越長，對故障元件破壞的程度也越大。由于短路電流很大，即使通過的時間很短，也會使短路電流所經(jīng)過的元件和導(dǎo)體收起不能容許的發(fā)熱，從而破壞絕緣甚至使載流部分退火、變形或燒毀。既然發(fā)生短路時流通很大的短路電流（超過額定電流許多倍），這樣大的短路電流一旦流經(jīng)電氣設(shè)備的載流導(dǎo)體，必然要產(chǎn)生很大的電動力和熱的破壞作用，隨著發(fā)生短路地點和持續(xù)時間的長短，其破壞作用可能局限于一小部分，也可能影響整個系統(tǒng)。5.1.3 短路的類型三相系統(tǒng)中短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、單相短路（單相接地短路）和兩相接地短路。除了上述各種

32、短路以外，變壓器或電機還可能發(fā)生一相繞組匝間或?qū)娱g短路等。根據(jù)運行經(jīng)驗統(tǒng)計，最常見的是單相接地短路，約占故障總數(shù)的60%，兩相短路約占15%，兩相接地短路約占20%，三相短路約占5%。三相短路雖少，但不能不考慮，因為它畢竟有發(fā)生的可能，并且對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著十分不利的影響。單相短路雖然機會多短路電流也大，但可以人為的減小單相短路電流數(shù)值，使單相短路電流最大可能值不超過三相短路電流的最大值。這就使全部電氣設(shè)備可以只根據(jù)三相或兩相短路電流來選擇，況且三相短路又是不對稱短路的計算基礎(chǔ)，尤其是工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)中大接地電流系統(tǒng)又很少，因此應(yīng)該掌握交流三相短路電流的計算。5.1.4 短路回路參數(shù)的計算在

33、進行短路電流計算時，首先需要計算回路中各元件的阻抗。各元件阻抗的計算通常采用有名值和標么值兩種計算方法。前一種計算方法主要適用于1kv以下低壓供電系統(tǒng)的網(wǎng)路中，后一種計算方法多用在企業(yè)高壓供電系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)中。(1)標么值標么值一般又稱為相對值，是一個無單位的值，通常采用帶有*號的下標以示區(qū)別，標么值乘以100，即可得到用同一基準值表示的百分值。在標么值計算中。首先要選定基準值。雖然基準值可以任意選取，但實際計算中往往要考慮計算的方便和所得到的標么值清晰可見，如選取基值功率為100mva和短路點所在網(wǎng)路的平均額定電壓為基準電壓。尚須指出，在電路的計算中，各量基準值之間必須服從電路的歐姆定律和

34、功率方程式，也就是說在三相電路中，電流、電壓、阻抗、和功率這四個物理量的基準值之間應(yīng)滿足下列關(guān)系： sd=udid ud=idzd （5-1）式中sd、ud、id、zd功率、電壓、電流、阻抗的基準值（datum value）。(2)短路回路中各元件阻抗的計算計算短路電流時，必須知道系統(tǒng)中各元件的電阻抗，一般只考慮同步電機、變壓器、電抗器、架空線和電纜線的電抗。在實際計算中，架空線路和電纜線路每公里的電抗值，通常采用表5-1所示的平均值。序號元件名稱標幺值有名值（）短路功率（mva）備注1發(fā)電機（或電動機）=sd基準功率，通?？稍O(shè) sd=1000mavsng、發(fā)電機的額定容量，mav及其次暫態(tài)電

35、抗snt、uk%變壓器的額定容量mav及其短路電壓的 百分值unr、inr、xr%電抗器的額定電壓、額定電流及電抗百分值uav電抗器或線所在網(wǎng)路的平均額定電壓p變壓器短路損耗kw2變壓器rt=xt=3電抗器4線路(1)表5-1電抗標么值、有名值和短路功率變換公式5.2 短路電流的計算5.2.1 短路電流的計算步驟方法進行短路電流計算時，首先應(yīng)收集相關(guān)的資料，如電力系統(tǒng)接線圖、運行方式和各元件的技術(shù)參數(shù)等。然后繪制計算電路圖。然后再根據(jù)對短路點做出等值電路圖，利用網(wǎng)絡(luò)變化規(guī)則，將其逐步簡化，求出短路回路總電抗。最后根據(jù)總電抗即可求出短路電流值。以下分別討論計算電路圖、等值電路圖和短路回路總電抗的

36、確定。系統(tǒng)等效電路圖，如圖5-1所示圖5-1系統(tǒng)等效電路圖5.2.2 基準參數(shù)選定選取基準容量=100mva取 則 取=10.5kv 則5.2.3 計算系統(tǒng)阻抗線路阻抗一 變壓器阻抗 線路阻抗二 5.2.4 短路電流計算1）最大運行方式下的短路電流等效電路如圖5-2所示：圖5-2 最大運行方式下等效電路圖分別計算k1 k2 k3短路點在最大運行方式下的短路電流k1 短路時 三相短路電流周期分量有效值 (5-2)三相短路沖擊電流最大值 (5-3)短路沖擊電流有效值 (5-4)三相短路容量 (5-5)k2 短路時三相短路電流周期分量有效值 三相短路沖擊電流最大值 短路沖擊電流有效值 三相短路容量

37、k3 短路時三相短路電流周期分量有效值 三相短路沖擊電流最大值 短路沖擊電流有效值 三相短路容量 2）最小運行方式下的短路電流等效電路圖如圖5-3所示：圖5-3 最小運行方式下的等效電路圖分別計算k1 k2 k3短路點在最小運行方式下的短路電流k1點短路：三相短路電流周期分量有效值 三相短路沖擊電流最大值 短路沖擊電流有效值 三相短路容量 k2點短路：三相短路電流周期分量有效值 三相短路沖擊電流最大值 短路沖擊電流有效值 三相短路容量 k3點短路：三相短路電流周期分量有效值 三相短路沖擊電流最大值 短路沖擊電流有效值 三相短路容量 5.3 三相短路電流計算結(jié)果表表5-2 三相短路電流計算結(jié)果表

38、短路點及編號短路點額定電壓平均工作電壓短路電流周期分量有效值短路點沖擊電流短路容量有效值最大值u/kvu/kvi/kai/ka/ka/kas/mva35k母線 k13537.510.6810.6816.1327.23684.4410k母線k21010.55.075.077.8112.9492.2010k出線k31010.52.532.533.826.4546.016 電氣設(shè)備的選擇6.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則1 應(yīng)滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展；2 應(yīng)按當?shù)丨h(huán)境條件校核；3 應(yīng)力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理；4 與整個工程的建設(shè)標準應(yīng)協(xié)調(diào)一致；5 同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種

39、；6 選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品時，應(yīng)經(jīng)上級批準。6.2 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)和環(huán)境條件6.2.1 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件選擇的高壓電器，應(yīng)能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。1）長期工作條件（1）選用的電器允許最高工作電壓umax不得低于該回路的最高運行電壓ug，即umaxug（2）選用的電器額定電流ie不得低于所在回路在各種可能運行方式下的持續(xù)工作電流ig，即ieig（3）所選電器端子的允許荷載，應(yīng)大于電器引線在正常運行和短路時的最大作用力。 2）短路穩(wěn)定條件（1）校驗的一般原則 電器在選定后應(yīng)按最大可

40、能通過的短路電流進行動、熱穩(wěn)定校驗。校驗的短路電流一般取三相短路時的短路電流。 用熔斷器保護的電器可不驗算熱穩(wěn)定。當熔斷器保護的電壓互感器回路，可不驗算動、熱穩(wěn)定。（2）短路的熱穩(wěn)定條件 (6-1)式中 在計算時間t秒內(nèi)，短路電流的熱效應(yīng)（ka*s）； it秒內(nèi)設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流有效值（ka）；t設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流時間（s）。（3）短路的動穩(wěn)定條件 （6-2） i （6-3） 式中短路沖擊電流峰值（ka）； i短路全電流有效值（ka）； 電器允許的極限通過電流峰值（ka）； 電器允許的極限通過電流有效值（ka）。3）絕緣水平在工作電壓和過電壓的作用下，電器的內(nèi)、外絕緣應(yīng)保證必要的可

41、靠性。電器的絕緣水平，應(yīng)按電網(wǎng)中出現(xiàn)的各種過電壓和保護設(shè)備相應(yīng)的保護水平來確定。當所選電器的絕緣水平低于國家規(guī)定的標準數(shù)值時，應(yīng)通過絕緣配合計算，選用適當?shù)倪^電壓保護設(shè)備。6.2.2 環(huán)境條件按交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱（gb763-74）的規(guī)定，普通高壓電器在環(huán)境最高溫度為+40時，允許按額定電流長期工作。當電器安裝點的環(huán)境溫度高于+40（但不高于+60）時，每增高1，建議額定電流減少1.8%；當?shù)陀?40時，每降低1，建議額定電流增加0.5%，但總的增加值不得超過額定電流的20%。本次設(shè)計的變電所所在地區(qū)最高氣溫；最低氣溫；年平均氣溫；最熱月平均最高溫度。對于屋外安裝場所的電器最高溫度

42、選擇年最高溫度，最低溫度選擇年最低溫度，可見最高氣溫為+41，由規(guī)定知在選擇電器設(shè)備時額定電流應(yīng)減少1.8%，最低溫度為-12，電器設(shè)備可正常運行。6.3 電氣設(shè)備選擇與校驗選擇電氣設(shè)備的一般原則，除按正常運行下的額定電壓、額定電流等條件外，還應(yīng)按短路情況下進行校驗，但各種電氣設(shè)備的選擇與校驗項目也不盡一樣，見下表6-1：表6-1 選擇高壓電器應(yīng)校驗的項目表設(shè)備名稱選擇項目校驗項目額定電壓kv額定電流kv裝置類型戶內(nèi)戶外準確度級電抗百分數(shù)x%短路電流開斷能力二次容量剩余電壓熱穩(wěn)定動穩(wěn)定斷路器*負荷開關(guān)*隔離開關(guān)*熔斷器*電流互感器*電壓互感器*電抗器*支持瓷瓶*套管瓷瓶*母線*電纜* 需要選擇

43、的項目 * 需要校驗的項目6.3.1 斷路器和隔離開關(guān)的選擇與校驗1）35kv側(cè)進線斷路器、隔離開關(guān)的選擇流過斷路器和隔離開關(guān)的最大持續(xù)工作電流 263.93ka （6-4） 額定電壓選擇 35kv 額定電流選擇 263.93a 開斷電流選擇 10.68ka本設(shè)計中35kv側(cè)采用sf6斷路器。與傳統(tǒng)的斷路器相比，sf6斷路器用sf6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，這種斷路器具有斷口耐壓高，允許的開斷次數(shù)多，開斷電流大，滅弧時間短，壽命長等優(yōu)點?？蛇x用lw835a型戶外高壓sf6斷路器。選用的斷路器額定電壓為35kv，最高工作電壓為40.5kv，系統(tǒng)電壓35kv滿足要求。選用的斷路器額定電流1600a，

44、去除1.8%的溫度影響為1571a，大于最大持續(xù)工作電流，滿足要求。選用的斷路器額定短路開斷電流20ka，大于短路電流周期分量有效值10.68ka，滿足要求。動穩(wěn)定校驗。ish =27.23ka=50ka，滿足要求。熱穩(wěn)定校驗。由電力工程電氣設(shè)計手冊電氣一次部分表6-5知，選用高速斷路器，取繼電保護裝置保護動作時間0.6s，斷路器分匝時間0.06s，則校驗熱效應(yīng)計算時間為0.66s（后面熱穩(wěn)定校驗時間一樣）。因此qk=10.6820.66=75.28（ka）2s。電氣設(shè)備=2024=1600（ka）2s。滿足要求。表6-2 lw835a具體參數(shù)比較表計算數(shù)據(jù)lw835a35kv35kv263.

45、93a1600a10.68ka20ka27.23ka50ka 75.28（ka）2s 1600 （ka）2s隔離開關(guān)選擇gw435/600型號隔離開關(guān)選用的隔離開關(guān)額定電壓為35kv，系統(tǒng)電壓35kv滿足要求。選用的斷路器額定電流600a，去除1.8%的溫度影響為592.8a，大于最大持續(xù)工作電流，滿足要求。動穩(wěn)定校驗=27.23ka=40ka，滿足要求。熱穩(wěn)定校驗qk=75.28 （ka）2s，設(shè)備=162=1024（ka）2s，滿足要求。表6-3 gw435/600具體參數(shù)比較表計算數(shù)據(jù)gw435/60035kv35kv263.93a600a27.23ka50ka75.28（ka）2s10

46、24（ka）2s2） 35kv主變壓器側(cè)斷路器、隔離開關(guān)的選擇流過斷路器和隔離開關(guān)的最大持續(xù)工作電流 =138.56a （6-5）額定電壓選擇 35kv 額定電流選擇 138.56a 開斷電流選擇 10.68ka. 由表6-2和表6-3知lw835a型斷路器和gw435/600型隔離開關(guān)同樣滿足主變側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的要求，動、熱穩(wěn)定校驗也一樣，所以選擇同樣的型號。這也滿足了選擇設(shè)備同類設(shè)備應(yīng)盡量較少品種的原則。3） 10kv側(cè)斷路器、隔離開關(guān)的選擇流過斷路器和隔離開關(guān)的最大持續(xù)工作電流=923.79a （6-6）額定電壓選擇 10kv 額定電流選擇 923.79a 開斷電流選擇 5.07ka

47、. 10kv側(cè)選用真空xgn210開關(guān)柜中的zn28a10型真空斷路器選用的斷路器額定電壓為10kv，最高電壓11.5kv，系統(tǒng)電壓10kv滿足要求。選用的斷路器額定電流1600a，去除1.8%的溫度影響為1571a，大于最大持續(xù)工作電流，滿足要求。選用的斷路器額定短路開斷電流20ka，大于短路電流周期分量有效值5.07ka，滿足要求。動穩(wěn)定校驗。ish =12.94ka=50ka，滿足要求。熱穩(wěn)定校驗。qk=5.0720.66=16.97（ka）2s。電氣設(shè)備=2024=1600（ka）2s。滿足要求。表6-4 zn2810具體參數(shù)比較表計算數(shù)據(jù)zn281010kv10kv923.79a16

48、00a5.07ka20ka12.94ka50ka16.97（ka）2s1600（ka）2s隔離開關(guān)選擇gn22-10型隔離開關(guān) 選用的隔離開關(guān)額定電壓10kv，最高工作電壓11.5kv系統(tǒng)電壓10kv，滿足要求。 選用的隔離開關(guān)額定電流1600a，去除1.8%的溫度影響為1571.2a，大于最大持續(xù)工作電流，滿足要求。動穩(wěn)定校驗。ish =12.94ka=100ka，滿足要求。熱穩(wěn)定校驗。qk=5.0720.66=16.97（ka）2s。電氣設(shè)備=4024=6400（ka）2s。滿足要求。表6-5 gn2210具體參數(shù)比較表計算數(shù)據(jù)gn221010kv10kv923.79a1600a12.94

49、ka100ka16.97(ka)2s6400(ka)2s4）選擇的斷路器、隔離開關(guān)型號表表6-6 斷路器-隔離開關(guān)選擇一覽表斷路器隔離開關(guān)35kv進線側(cè)lw835agw435/60035kv主變側(cè)lw835agw435/60010kv側(cè)zn28a10gn22106.3.2 熔斷器的選擇熔斷器是最簡單的保護電器，它用來保護電氣設(shè)備免受過載和短路電流的損害。熔斷器的主要元件是一種易于熔斷的熔斷體，簡稱熔體，當通過熔體的電流達到或超過一定值時，由于熔體本身產(chǎn)生的熱量，使其溫度升高，達到金屬的熔點時，熔斷切除電源，因而完成過載電流或短路電流的保護。按安裝條件及用途選擇不同類型高壓熔斷器如屋外跌開式、屋

50、內(nèi)式。對于一般的高壓熔斷器，其額定電壓必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓，額定電流必須大于回路的最大工作持續(xù)電流，開斷電流必須大于或等于短路沖擊電流。在本站中，熔斷器只用于保護電壓互感器 ，其只需按額定電壓及斷流容量（s）兩項來選擇。當短路容量較大時，可考慮在熔斷器前串聯(lián)限流電阻。1）35kv側(cè)熔斷器的選擇選擇rw535/800型跌開式熔斷器，額定電壓35kv，滿足要求，斷流容量800mva，需加一定的限流電阻方滿足要求。最大開斷電流100ka，大于短路沖擊電流27.23ka，滿足校驗。2）10kv側(cè)熔斷器的選擇選擇rn210/0.5型戶內(nèi)熔斷器，額定電壓10kv，滿足要求，斷流容量1000mva，大于短路容量92.205mva，滿足要求。