kV變電站設計

1、 青島農業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計第二章 負荷計算及主變壓器的選擇2.1 負荷的原始資料變電所為110kV城郊變電所，有三個電壓等級，高壓為110kV，中壓為35kV，低壓為10kV。變電所建成后主要對本地區(qū)的工業(yè)和生活供電，并同其他地區(qū)連成環(huán)網。為選擇主變壓器，確定變壓器各電壓等級出線側的最大持續(xù)電流，首先計算各電壓等級側的負荷，包括站用電負荷（動力負荷和照明負荷）、10kV側負荷、35kV側負荷和110kV側負荷。其中，類用戶占60。2.1.1 110kV側負荷資料110kV側有2回出線，最大一回出線負荷為30000KVA，每回出線長度為10km，負荷功率因數cos取0.8。110kV

2、側最大負荷為41.8MW，則110kV側用戶負荷為41.8/0.8=52.25MVA。2.1.2 35kV側負荷資料35kV側有4回出線，最大一回出線負荷為5000KVA，負荷功率因數cos取0.9。35kV側最大負荷為12.40MW，則35kV側用戶負荷為12.40/0.9=13.8MVA。2.1.3 10kV側負荷資料10kV側有16回出線，最大一回出線負荷為5000KVA，負荷功率因數cos取0.85。10kV側最大負荷為26.3MW，則10kV側用戶負荷為26.3/0.85=30.9MVA。2.1.4 變電站的氣候與地理條件該地區(qū)最高氣溫42 oC，最低氣溫-15 oC，平均氣溫20

3、oC，最高月平均氣溫為30oC，最低月平均氣溫為-8oC，覆冰5mm，海拔高度小于1000m，最多風向為西南、西北，地耐力為2kg/cm，地震級8級以下，周圍環(huán)境無易燃及明顯污穢。2.2 變電所計算負荷的確定計算負荷是供電設計計算的基本依據，計算負荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經濟合理。如計算負荷確定過大，將使電器和導線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負荷確定過小又將使電器和導線電纜處子過早老化甚至燒毀，造成重大損失，由此可見正確確定計算負荷重要性。2.2.1 負荷計算的要求 電力系統(tǒng)設計時，必須具備確定的電力負荷水平，電力負荷發(fā)展水平，一般以今后5-1

4、0年中的某一年的負荷作為設計水平，而今后10-15年中的某一年的負荷作為遠景水平年。本次設計考慮5-10年規(guī)劃。2.2.2 負荷計算的方法目前負荷計算的常用方法有需要系數法、二項式法和利用系數法。需要系數法比較簡單因而廣泛使用，但當用電設備臺數少而功率相差懸殊時，需要系數法的計算結果往往偏小，較適用于計算變、配電所的負荷；二項式法是考慮用電設備和大容量用電設備對計算負荷影響的經驗公式，它適用于確定臺數較少而容量差別較大的低干線和分支線的計算負荷；利用系數法以概率論為理論基礎，分析所用用電設備在工作時的功率疊加曲線而得到的參數為依據來確定計算負荷，計算結果接近實際負荷，但計算方法復雜。本文選擇負

5、荷計算的方法為需要系數法。需要系數法負荷計算公式：1.有功計算負荷為 （公式2-1）式中 有功計算負荷，單位為kW； 所有用電設備組的設備額定容量之和，但不包括備用設備容量，單位為kW； 用電設備組的需要系數（110kV側取0.9，35kV側取0.85，10kV側取0.8） 。 2.無功計算負荷為 = （公式2-2）式中 無功計算負荷，單位為kvar； 對應于用電設備組功率因數cos的正切值。 3.視在計算負荷為 = （公式2-3）式中 視在計算負荷，單位為kVA。 4.計算電流為 = （公式2-4）式中 計算電流，單位為A； 用電設備額定電壓，單位為kV。2.2.3 110kV側的計算負荷1

6、10kV側的總計算負荷為:52200kVA即： =52.2MVA2.2.4 35kV側的計算負荷35kV側的總計算負荷為:13800kVA即： =13.82 MVA2.2.5 10kV側的計算負荷10kV側的總計算負荷為:30900kVA即：=30.9 MVA2.2.6 變電所的最大計算負荷Sjs = Sjs35+ Sjs10=13.82+30.9=44.72MVA 110kV城郊變電所負荷計算表如下：表2.1110kV城郊變電所負荷計算表電壓等級負荷名稱自然功率/MWcostan計算負荷變壓器臺數及容量/kVA110kV1280.900.800.7525.218.932.80172.2兩臺S

7、FSZL7-31500/11023027.020.2535.15202.9小計=0.841.7631.3252.235kV150.850.900.484.252.04 4.8879.224.53.831.844.4072.634.23.571.714.10 67.6443.401.633.9064.3小計=0.812.045.80 13.8210kV13.50.800.850.622.801.743.54204.4254.002.485.06292.1343.201.984.05233.842.62.081.302.63151.8543.201.984.05233.860.70.560.350

8、.7141.0710.800.501.01 58.3832.401.493.04175.594.23.362.084.25245.4101.20.96 0.601.21 69.9111.81.440.891.82105.11232.401.493.04175.5132.21.761.092.22128.2142.11.681.042.12122.41521.600.992.02116.6160.80.64 0.400.8146.8小計=0.826.3022.0230.9母線側總負荷38.3427.1844.722.3 主變壓器的選擇在各級電壓等級的變電站中，變壓器是變電站中的主要電氣設備之一，

9、其擔任著向用戶輸送功率，或者兩種電壓等級之間交換功率的重要任務，同時兼顧電力系統(tǒng)負荷增長情況，合理選擇，否則，將造成經濟技術上的不合理。主變壓器的容量、臺數直接影響主接線的形式和配電裝置的結構。它的確定除依據傳遞容量基本原始資料外，還應根據電力系統(tǒng)510年發(fā)展規(guī)劃，輸送功率大小，饋線回路數、電壓等級以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，進行綜合分析和合理選擇。2.3.1 變壓器類型的選擇 一般正常環(huán)境的變電所，可選油浸式變壓器，企鵝應優(yōu)先選用SL11等系列低損耗電力變壓器。在多塵或有腐蝕性氣體嚴重影響變壓器安全運行的場所，應選用防塵型或著防腐型變壓器。供電電壓偏低或電壓波動嚴重而用電設備對電壓質量又要

10、求較高的場所，可選用有載調壓型變壓器，如SZ系列配有載調壓開關的變壓器。2.3.2 主變壓器的選擇原則1） 相數容量為300MW及以下機組單元接線的變壓器和330kv及以下電力系統(tǒng)中，一般都應選用三相變壓器。因為單相變壓器組相對投資大，占地多，運行損耗也較大。同時配電裝置結構復雜，也增加了維修工作量。2）繞組數與結構電力變壓器按每相的繞組數為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式；按電磁結構分為普通雙繞組、三繞組、自耦式及低壓繞組分裂式等型式。在發(fā)電廠或變電站中采用三繞組變壓器一般不多于3臺，以免由于增加了中壓側引線的構架，造成布置的復雜和困難。3）繞組接線組別變壓器三繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位

11、一致。否則，不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接有星形“Y”和三角形“D”。在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列以要求限制3次諧波對電源等因素。根據以上原則，主變一般是Y，D11常規(guī)接線。4）調壓方式為了保證發(fā)電廠或變電站的供電質量，電壓必須維持在允許范圍內，通過主變的分接開關切換，改變變壓器高壓側繞組匝數。從而改變其變比，實現(xiàn)電壓調整。切換方式有兩種：一種是不帶電切換，稱為無激磁調壓。另一種是帶負荷切換，稱為有載調壓。通常，發(fā)電廠主變壓器中很少采用有載調壓。因為可以通過調節(jié)發(fā)電機勵磁來實現(xiàn)調節(jié)電壓，對于220kv及以上的降壓變壓器也僅在電網電壓有較大變化的情況時使用，一般均采用無

12、激磁調壓，分接頭的選擇依據具體情況定。5）冷卻方式電力變壓器的冷卻方式隨變壓器型式和容量不同而異，一般有自然風冷卻、強迫風冷卻、強迫油循環(huán)水冷卻、強迫油循環(huán)風冷卻、強迫油循環(huán)導向冷卻。2.3.3 主變壓器的選擇原則變壓器臺數要依據以下原則選擇：（1）為滿足負荷對供電可靠性的要求，根據負荷等級確定變壓器臺數，對具有大量一、二級負荷或只有大量二級負荷，宜采用兩臺及以上變壓器，當一臺故障或檢修時，另一臺仍能正常工作。（2）負荷容量大而集中時，雖然負荷只為三級負荷，也可采用兩臺及以上變壓器。（3）對于季節(jié)負荷或晝夜負荷變化比較大時，從供電的經濟性角度考慮；為了方便、靈活地投切變壓器，也可以選擇兩臺變壓

13、器。2.3.4 主變壓器的選擇原則主變壓器容量必須滿足電網中各種可能的運行方式時的最大負荷的需要，并且要考慮到負荷的發(fā)展規(guī)劃，使所選變壓器容量切合實際的需要。如果主變壓器容量造的過大，臺數過多，不僅增加投資，擴大占地面積，而且會增加損耗，給運行和檢修帶來不便，設備亦未能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，可能使變壓器長期在過負荷中運行，影響主變壓器的壽命和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，確定合理的變壓器的容量是變電站安全可靠供電和網絡經濟運行的保證。根據變電所所帶負荷的性質和電網結構來確定主變的容量，對于有重要負荷的變電所，應考慮當一臺主變停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力的允許時間內，應保證用戶的一級

14、和二級負荷，對一般變電所，當一主變停運時，其他變電器容量應能保證全部負荷的70-80。所以，這里應該選擇兩臺容量略小于最大計算負荷的變壓器。根據我國變壓器運行的實際條件、實踐經驗，并參考國外的實踐經驗，Se按下式進行選擇較為合適：變壓器的額定容量： 0.70Sjs （公式2-5） 主變壓器的額定容量，KVA即：0.7044.72MVA= 31.23MVA=31230KVA主變壓器選用具有低損耗、低噪音、檢修周期長等性能的產品?？蛇x擇SFPS7-180000/2200(kVA)型變壓器技術數據見下表2-2：表2-2變壓器技術參數型號額定容量(kVA)額定電壓(kV)空載電流（%）空載損耗（KW）

15、負荷損耗（KW）阻抗電壓（%）SFSZ7-31500/11031500高壓中壓低壓1.450.3高中高低中低高-中高-低中-低11081.25%38.522.5%1117510.517.56.5當一臺主變不能正常工作時，只有一臺主變工作且滿載則，S1=31500KVA,占總負荷的百分比為31.5/44.72=70.4%，滿足要求。 第三章 主接線設計方案變電所電氣主接線設計是依據變電所的最高電壓等級和變電所的性質，選擇出一種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應的接線方式。變電所的電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的重要組成部分。它表明變電所內的變壓器、各電壓等級的線路、無功補償設備最優(yōu)化的接線方式與電力系

16、統(tǒng)連接，同時也表明在變電所內各種電氣設備之間的連接方式。一個變電所的電氣主接線包括高壓側、中壓側、低壓側以及變壓器的接線。因各側所接的系統(tǒng)情況不同，進出線回路數不同，其接線方式也不同。應本著具體問題具體分析的原則，根據變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用、負荷性質、出線回路數、設備特點、周圍環(huán)境及變電站規(guī)劃容量等條件和具體情況，在滿足供電可靠性、功能性、具有一定靈活性、擁有一定發(fā)展裕度的前提下，盡量選擇經濟、簡單實用的電氣主接線。電力網絡的復雜性和多樣性決定了我們不能教條地選擇。3.1 電氣主接線設計的基本要求一、可靠性：安全可靠是電力生產的首要任務，保證供電可靠和電能質量是對主接線最基本要求，而且

17、也是電力生產和分配的首要要求。主接線可靠性的具體要求：1.斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電。2.斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數和停運時間，并要求保證對一級負荷全部和大部分二級負荷的供電。3.盡量避免變電所全部停運的可靠性。二、靈活性：主接線應滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性。1.為了調度的目的，可以靈活地操作，投入或切除某些變壓器及線路，調配電源和負荷能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式，檢修方式以及特殊運行方式下的調度要求。2.為了檢修的目的：可以方便地停運斷路器，母線及繼電保護設備，進行安全檢修，而不致影響電力網的運行或停止對用戶的供電。3.為了擴建的目的：可以容易地從初期過

18、渡到其最終接線，使在擴建過渡時，無論在一次和二次設備裝置等所需的改造為最小。三、經濟性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經濟合理。1.投資?。褐鹘泳€應簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器避雷器等一次設備的投資，要能使控制保護不過復雜，以利于運行并節(jié)約二次設備和控制電纜投資；要能限制短路電流，以便選擇價格合理的電氣設備或輕型電器；在終端或分支變電所推廣采用質量可靠的簡單電器。2.占地面積小，主接線要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地和節(jié)省構架、導線、絕緣子及安裝費用。在不受運輸條件許可，都采用三相變壓器，以簡化布置。3.電能損失少：經濟合理地選擇主變壓器的型式、容量和數量

19、，避免兩次變壓而增加電能損失3。3.2 電氣主接線設計的基本原則電氣主接線設計的基本原則是以設計任務書為依據，以國家經濟建設的方針、政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電可靠、調度靈活、滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節(jié)省投資，就近取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經濟、美觀的原則。3.3 主接線接線方式的選擇3.3.1 主接線的一般接線形式電氣主接線是根據電力系統(tǒng)和變電所具體條件確定的，它以電源和出線為主體， 在進出線路多時（一般超過四回）為便于電能的匯集和分配，常設置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰、運行方便，有利于安裝

20、和擴建。在電壓等級出線超過四回時，宜采用有母線連接。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、調度自動化水平的提高及新設備新技術的廣泛應用，變電所電氣主接線形式亦有了很大變化。目前常用的主接線形式有：單母線、單母線分段、單母線分段帶旁路、雙母線、雙母線分段帶旁路、1個半斷路器接線、橋形接線及線路變壓器組接線等。如下將結合電氣工程設計手冊第二章來概述自己在該變電所電氣主接線的設計中所考慮過的接線形式。一、有匯流母線1、單母線接線 單母線接線雖然接線簡單清晰、設備少、操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置等優(yōu)點，但是不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關）等故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。單母線可用隔離開關分段

21、，但當一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關將故障的母線段分開后，才能恢復非故障段的供電，并且電壓等級越高，所接的回路數越少，一般只適用于一臺主變壓器。 適用范圍： 110200KV 配電裝置的出線回路數不超過兩回；3563KV，配電裝置的出線回路 數不超過 3 回；610KV 配電裝置的出線回路數不超過 5 回時選用。2、單母線分段接線用斷路器，把單母線接線的母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路；有兩個電源供電。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。但是，一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期

22、間內停電，而出線為雙回時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越，擴建時需向兩個方向均衡擴建。適用范圍：110KV220KV 配電裝置的出線回路數為 34 回；3563KV 配電裝置的出線回路數為 48 回；610KV 配電裝置出線為 6 回及以上時選用。3、單母分段帶旁路母線 這種接線方式：適用于進出線不多、容量不大的中小型電壓等級為35110KV的變電所較為實用，具有足夠的可靠性和靈活性。 4、雙母接線 它具有供電可靠、調度靈活、擴建方便等優(yōu)點，而且，檢修另一母線時，不會停止對用戶連續(xù)供電。如果需要檢修某線路的斷路器時，不裝設跨條，則該回路在檢修期需要停電。對于，110K220KV 輸送功率較多，送電距

23、離較遠，其斷路器或母線檢修時，需要停電，而斷路器檢修時間較長，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定，110KV220KV雙母線接線的配電裝置中，當出線回路數達 7 回，（110KV）或 5 回（220KV）時，一般應裝設專用旁路母線。適用范圍：110220KV配電裝置出線回路數為5回及以上時，或當110220KV配電裝置在系統(tǒng)中處于重要地位，出線回路為4回及以上時。3563KV配電裝置，當出線回路數超過8回時，或連接的電源較多、負荷較大時；610KV配電裝置，當短路電流較大、出線需要帶電抗器時選用。5、雙母線分段接線 雙母線分段，可以分段運行，系統(tǒng)構成方式的自由度大，兩個元件可完全分別接到不同的母線上，

24、對大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的，由于這種母線接線方式是常用傳統(tǒng)技術的一種延伸，因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發(fā)生問題。而較容易實現(xiàn)分階段的擴建等優(yōu)點，但是易受到母線故障的影響，斷路器檢修時要停運線路，占地面積較大，一般當連接的進出線回路數在11回及以下時，母線不分段。為了保證雙母線的配電裝置，在進出線斷路器檢修時（包括其保護裝置和檢修及調試），不中斷對用戶的供電，可增設旁路母線，或旁路斷路器。當 110KV 出線為 7 回及以上，220KV 出線在 4 回以下時，可用母聯(lián)斷路器兼旁路斷路器用，這樣節(jié)省了斷路器及配電裝置間隔。二、無匯流母線1、橋形接線 當只有兩臺變壓器和兩條輸電線

25、路時，采用橋式接線，所用斷路器數目最少，它可分為內橋和外橋接線。 （1）內橋接線：適合于輸電線路較長，故障機率較多而變壓器又不需經常切除時，采用內橋式接線。當變壓器故障時，需停相應的線路。適用范圍： 較小容量的發(fā)電廠、變電所，并且變壓器不經常切換或線路較長，故障率較高的情況。 （2）外橋接線：適合于出線較短，且變壓器隨經濟運行的要求需經常切換，或系統(tǒng)有穿越功率，較為適宜。為檢修斷路器 LD，不致引起系統(tǒng)開環(huán)，有時增設并聯(lián)旁路隔離開關以供檢修 LD 時使用。當線路故障時需停相應的變壓器。所以，橋式接線，可靠性較差，雖然它有：使用斷路器少、布置簡單、造價低等優(yōu)點，但是一般系統(tǒng)把具有良好的可靠性放在

26、首位，故不選用橋式接線。適用范圍：較小容量的發(fā)電廠或變電所，并且變壓器的切換較為繁或線路較短，故障率較少的情況。此外，線路有穿越功率時，也宜采用外橋形接線。2、35 角形接線多角形接線的各斷路器互相連接而成閉合的環(huán)形，是單環(huán)形接線。 為減少因斷路器檢修而開環(huán)運行的時間，保證角形接線運行的可靠性，以采用 25 角形為宜。并且變壓器與出線回路一對角對稱布置。此外，當進出回路數較多時，我國個別水電廠采用了雙連四角形接線，形成多環(huán)形，從而保證了供電的可靠性。但斷路器數量增多，有的回路連著三個斷路器，布置和繼電保護復雜，沒有推廣使用。3.3.2 方案擬定主接線應通過原始資料分析結合實際情況來設計，主接線

27、的設計還應該滿足可靠性、靈活性、經濟性。通過查閱設計手冊，對各電壓等級可有如下接線形式：方案一：因為本變電所有、類負荷，所以要求接線形式首先要保證其安全性和可靠性，并結合110KV變電站典型設計的要求，在此前提下變電所主接線方案采用下述接線方式：110kV側：采用雙母線接線，優(yōu)點是供電可靠,可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷,一組母線故障后，能迅速恢復供電；調度靈活；擴建方便。缺點是接線復雜,設備多,母線故障有短時停電以保證兩臺主變壓器供電的可靠性。35kV側：35kV出線4回，而由于本回路為重要負荷停電對其影響很大，因而選用雙母帶旁路接線方式。優(yōu)點是雙母線帶旁路母線，用旁路斷路器替代檢修中

28、的回路斷路器工作，使該回路不致停電。缺點是多裝了價高的斷路器和隔離開關，增加了投資，然而這對于接于旁路母線的線路回數較多，并且對供電可靠性有特殊需要的場合是十分必要的。 10kV側：采用一般單母線分段的接線方式，優(yōu)點: 母線經斷路器分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個供電電源；一段母線故障時(或檢修),僅停故障(或檢修)段工作,非故障段仍可繼續(xù)工作。 缺點:當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時,接在該段母線上的電源和出線,在檢修期間必須全部停電；任一回路的斷路器檢修時,該回路必須停止工作。方案二：110kV優(yōu)點是供電可靠,可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷,一組母線故障后，能迅

29、速恢復供電；調度靈活；擴建方便。缺點是接線復雜,設備多,母線故障有短時停電以保證兩臺主變壓器供電的可靠性。35kV采用雙母線接線，優(yōu)點是供電可靠,可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷,一組母線故障后，能迅速恢復供電；調度靈活；擴建方便。缺點是接線復雜,設備多,母線故障有短時停電以保證兩臺主變壓器供電的可靠性。10KV側采用單母線分段帶旁路母線，這種接線方式是單母線分段和單母線帶旁路接線的結合。在實際使用中減少斷路器的數目，提高經濟性，常常用分段斷路器兼作旁路斷路器。這種接線方式運行靈活方便，具有足夠的可靠性，適用于容量不大的中小型發(fā)電廠和變電所。將兩種方案進行綜合比較如下表3-1所示：表3-1

30、 主接線方案比較表方案項目方案一：110KV側雙母線接線，35KV側雙母線帶旁路接線、10KV側單母分段接線。方案二、110KV側雙母線接線，35KV側雙母線接線、10KV側單母分段帶旁路母線接線。可靠性1.110KV接線簡單，設備本身故障率少；2.110KV故障時，停電時間較長。1.可靠性較高；2.有兩臺主變壓器工作，保證了在變壓器檢修或故障時，不致使該側不停電，提高了可靠性。靈活性1.110KV運行方式相對簡單，靈活性差；2.各種電壓級接線都便于擴建和發(fā)展。1.各電壓級接線方式靈活性都好；2.110KV電壓級接線易于擴建和實現(xiàn)自動化。經濟性設備相對少，投資小。1.設備相對多，投資較大；2.

31、母線采用雙母線帶旁路，占地面增加。通過對兩種主接線可靠性，靈活性和經濟性的綜合考慮，結合典型設計原則，現(xiàn)確定第二方案為設計最終方案4。主接線圖見附錄第四章 短路電流的計算4.1 短路故障產生的原因工業(yè)與民用建筑中正常的生產經營辦公等活動以及人民的正常生活，都要求供電系統(tǒng)保證持續(xù)安全、可靠地運行.但是由于各種原因，系統(tǒng)會經常出現(xiàn)故障，使正常運行狀態(tài)遭到破壞。 短路是系統(tǒng)常見的嚴重故障。所謂短路，就是系統(tǒng)中各種類型不正常的相與相之間或地與相之間的短接。系統(tǒng)發(fā)生短路的原因很多，主要有 ：1.設備原因電氣設備、元件的損壞。如：設備絕緣部分自然老化或設備本身有缺陷，正常運行時被擊穿短路；以及設計、安裝、

32、維護不當所造成的設備缺陷最終發(fā)展成短路的功能。2.自然原因氣候惡劣，由于大風、低溫、導線覆冰引起架空線倒桿斷線；因遭受直擊雷或雷電感應，設備過電壓，絕緣被擊穿等。 3.人為原因工作人員違反操作規(guī)程帶負荷拉閘，造成相間弧光短路；違反電業(yè)安全工作規(guī)程帶接地刀閘合閘，造成金屬性短路；人為疏忽接錯線造成短路或運行管理不善造成小動物帶電設備內形成短路事故等4。4.2 短路故障的危害供電系統(tǒng)發(fā)生短路后，電路阻抗比正常運行時阻抗小很多，短路電流通常超過正常工作電流幾十倍直至數百倍以上，它會帶來以下嚴重后果：1.短路電流的熱效應巨大的短路電流通過導體，短時間內產生很大熱量，形成很高溫度，極易造成設備過熱而損壞

33、。2.短路電流的電動力效應由于短路電流的電動力效應，導體間將產生很大的電動力。如果電動力過大或設備結構強度不夠，則可能引起電氣設備機械變形甚至損壞，使事故進一步擴大。3. 短路系統(tǒng)電壓下降短路造成系統(tǒng)電壓突然下降，對用戶帶來很大影響。例如，異步電動機的電磁轉矩與端電壓平方成正比。同時電壓降低能造成照明負荷諸如電燈突然變暗及一些氣體放電燈的熄滅等，影響正常的工作、生活和學習。4.不對稱短路的磁效應當系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，不對稱短路電流的磁效應所產生的足夠的磁通在鄰近的電路內能感應出很大的電動勢。5.短路時的停電事故短路時會造成停電事故，給國民經濟帶來損失。并且短路越靠近電源，停電波及范圍越大。6

34、.破壞系統(tǒng)穩(wěn)定造成系統(tǒng)瓦解短路可能造成的最嚴重的后果就是使并列運行的各發(fā)電廠之間失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，最終造成系統(tǒng)瓦解，形成地區(qū)性或區(qū)域性大面積停電5。4.3 短路電流計算的目的在電力系的電氣設備，在其運行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種型式的短路，因為它們會破壞對用戶的正常供電和電氣設備的正常運行。為了確定線路接線是否需要采取限制短路電流的措施，保證各種電氣設備和導體在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作，為選擇繼電保護方法和整定計算提供依據，驗算導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流計算，應考慮5-10年的遠景發(fā)

35、展規(guī)劃。4.4 短路點的確定短路點分別選取變電站的三級電壓匯流母線：110kV側母線f1，35kV側母線f2，10kV側母線f3。110KV最大一回負荷出線短路-f4,35KV最大一回負荷出線短路-f5,10KV最大一回負荷出線短路-f6。等值電路圖4-1所示： 系統(tǒng)S1電源近似無窮大系統(tǒng)， E1=1.系統(tǒng)S2電源容量為500MVA，要根據計算電抗查短路運算曲圖4-14.5計算變壓器各繞組等值電抗標么值基準：值 SB =1500MVA ， UB=UAV， 前已選出了主變壓器（三繞組），其阻抗電壓百分比，如4-1表。表4-1阻抗電壓%阻抗電壓高中高低中低10.517.56.5Us(1-2)10.

36、5，Us（1-3）17.5，Us（2-3）6.5高壓側：Us1% = （Us(1-2)% + Us(1-3)%Us(2-3)%） 公式(1-1)= (10.5+17.5-6.5)=10.75中壓側：Us2% = （Us(1-2)% + Us(2-3)%Us(1-3)%） = (10.5+6.5-10.5) =-0.25低壓側：Us3% = （Us(1-3)% + Us(2-3)%Us(1-2)%） = (6.5+17.5-10.5) = 6.75所以：Us1%=10.75, Us2%=-0.25, Us3%=6.75XT1-1=XT2-1= 公式(4-1) = =41.3()XT1-2= XT

37、2-2= =-0.96()XT1-3= XT2-3= =25.9()轉化為標幺值為：=41.3=2.56=（-0.96）=-0.19=25.9=17.664.6短路電流的計算4.6.1 f1點短路時 1.化簡等值電路圖角-星變換，如圖2所示： =5.22 =0.31 圖4-2 將圖4-2化簡得圖4-3則： =3.532.系統(tǒng)S1、S2對短路點的轉移電抗：=0.34+0.13+=0.48=3.53+0.13+=5.0 圖4-3 3.計算各電源提供的短路電流（1）系統(tǒng)S1：=7.87（kA） =16.4（kA） =2.5516.4=41.82（kA）（2）系統(tǒng)S2： =2.62（kA）計算電抗：

38、=5.0=1.67由=1.67和t=0S，查運算曲線的S2在0S時的短路電流標幺值為=0.62，因此 =0.622.62=1.62（kA） =2.551.62=4.13（kA）4.計算總短路電流總短路電流為 =+=16.4+1.62=18.02（kA） =+=45.95（kA）兩相短路電流有名值：If1(2)= If1(3) = 18.02 =15.6（KA）4.6.2 f2點短路時1.將圖4-2化簡得圖4-4則： = =0.13+2.56+(-0.19)=2.502.系統(tǒng)S1、S2對短路點的轉移電抗：=0.34+2.50+=3.53+2.50+=32.03.計算各電源提供的短路電流（1）系統(tǒng)

39、S1：=23.4（kA） 圖4-4=7.60（kA）=2.557.60=19.38（kA）（2）系統(tǒng)S2： =7.80（kA）計算電抗： =32=10.7由=10.7和t=0S，查運算曲線的S2在0S時的短路電流標幺值為=0，因此 =0（kA）4.計算總短路電流總短路電流為 =+=7.6（kA） =+=19.38（kA）兩相短路電流有名值：If2(2)= If2(3) = 7.6 =6.58（KA）4.6.3 f3點短路時1.將圖4-2化簡得圖4-5則：=0.13+2.56+17.66=20.35 2.系統(tǒng)S1、S2對短路點的轉移電抗：=0.34+20.35+=3.53+20.35+=235.

40、23.計算各電源提供的短路電流（1）系統(tǒng)S1：=78.7（kA） 圖4-5 =3.47（kA）=2.553.47=8.85（kA）（2）系統(tǒng)S2： =26.2（kA）計算電抗： =235.2=78.4由=78.4和t=0S，查運算曲線的S2在0S時的短路電流標幺值為=0，因此 =0（kA）4.計算總短路電流總短路電流為 =+=3.47（kA） =+=8.85（kA）兩相短路電流有名值：If3(2)= If3(3) = 3.47 =3.0（KA）4.6.4 f4點短路時1.將圖4-2化簡得圖4-6則： 2.系統(tǒng)S1、S2對短路點的轉移電抗：=0.34+0.13+0.47+=3.53+0.13+0

41、.47+=5.483.計算各電源提供的短路電流（1）系統(tǒng)S1：=7.87（kA） 圖4-6 =8.28（kA）=2.558.28=21.1（kA）（2）系統(tǒng)S2： =2.51（kA）計算電抗： =5.48=1.83由=1.83和t=0S，查運算曲線的S2在0S時的短路電流標幺值為=0.55，因此 =0.552.51=1.38（kA） =2.551.38=3.52（kA）4.計算總短路電流總短路電流為 =+=9.66（kA） =+=24.62（kA）兩相短路電流有名值：If4(2)= If4(3) = 9.66 =8.36（KA）4.6.5 f5點短路時1.將圖4-2化簡得圖4-7則： 2.系統(tǒng)

42、S1、S2對短路點的轉移電抗：=0.34+2.50+0.57+=3.53+2.50+0.57+=32.573.計算各電源提供的短路電流（1）系統(tǒng)S1：=23.4（kA） 圖4-7=6.41（kA）=2.556.41=16.35（kA）（2）系統(tǒng)S2： =7.80（kA）計算電抗： =32.57=10.8由=10.8和t=0S，查運算曲線的S2在0S時的短路電流標幺值為=0，因此 =0（kA）4.計算總短路電流總短路電流為 =+=6.41（kA） =+=16.35（kA）兩相短路電流有名值：If5(2)= If2(3) = 6.41=5.55（KA）4.6.6 f6點短路時1.將圖4-2化簡得圖

43、4-8則： 2.系統(tǒng)S1、S2對短路點的轉移電抗：=0.34+20.35+0.21+=3.53+20.35+0.21+=235.43.計算各電源提供的短路電流（1）系統(tǒng)S1：=78.7（kA） 圖4-8=3.44（kA）=2.553.44=8.77（kA）（2）系統(tǒng)S2： =26.2（kA）計算電抗： =235.4=78.5由=78.5和t=0S，查運算曲線的S2在0S時的短路電流標幺值為=0，因此 =0（kA）4.計算總短路電流總短路電流為 =+=3.44（kA） =+=8.77（kA）兩相短路電流有名值：If6(2)= If6(3) = 3.44 =2.97（KA）4.5 短路電流的計算結

44、果電力系統(tǒng)的運行經驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數，兩相短路較少，三相短路的機會最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其情況較嚴重，應給以足夠的重視。因此，我們都采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設備的穩(wěn)定性。各短路點短路電流計算結果統(tǒng)計如下表4-2表4-2 短路計算結果統(tǒng)計表短路點三相短路電流沖擊電流二相短路電流Ifi (3)(KA)Ichi(KA)Ifi (2)(KA)f118.0245.9515.6f27.619.386.58f33.478.853.0f49.6624.628.36f56.4116.355.55f63.448.772.97 第五章 電氣設備的選擇電氣設備的選擇是供

45、配電系統(tǒng)設計的重要內容之一。安全、可靠、經濟、合理是選擇電氣設備的基本要求。在進行設備選擇時，應根據工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，選擇合適的電氣設備，盡量采用新技術，節(jié)約投資。電力系統(tǒng)中各種電氣設備的作用和工作條件并不完全一樣，具體選擇方法也不完全相同，但其基本要求是一致的。電氣設備選擇的一般原則為：按正常工作條件下選擇設備的額定電流、額定電壓及型號，按短路情況下校驗設備的熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定以及開關的開斷能力。5.1 電氣設備選擇的一般條件5.1.1 按正常工作條件選擇電氣設備1電氣設備的額定電壓電氣設備所在電網的運行電壓因調壓或負荷的變化，有時會高于電網的額定電壓 ，故所選電氣設備允許

46、的最高工作電壓不得低于所接電網的最高運行電壓。因此，在電氣設備時，一般可按照電氣設備的額定電壓 不低于裝置地點電網額定電壓的條件選擇。即 （公式5-1）2.電氣設備的額定電流電氣設備的額定電流是在額定環(huán)境溫度下，電氣設備的長期允許電流。應不小于該賄賂在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流，即： （公式5-2）3.環(huán)境條件對設備選擇的影響當電氣設備安裝地點的環(huán)境條件如溫度、風速、污穢等級、海拔高度、地震烈度和覆冰度等超過一般電氣設備使用條件時，應采取措施。4.機械荷載所選電器端子的允許荷載，應大于電器引線在正常運行和短路時的最大作用力。5.1.2 按短路狀態(tài)校驗1.校驗的一般原則（1）電器在選定

47、后應按最大可能通過的短路電流進行動、熱校驗。校驗的短路電流一般取三相短路時的短路電流，若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統(tǒng)及自耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴重時，則應按嚴重情況校驗。（2）用熔斷器保護的電器可不驗算熱穩(wěn)定。當熔斷器有限流作用時，可不驗算動穩(wěn)定。用熔斷器保護的電壓互感器回路，可不驗算動、熱穩(wěn)定。2.短路熱穩(wěn)定校驗短路電流通過電器時，電氣設備各部件溫度（或發(fā)熱效應）應不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定條件。t （公式5-3）式中：短路電流產生的熱效應 、t電氣設備允許通過的熱穩(wěn)定的電流和時間3.電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機械效應的能力，也稱動穩(wěn)定。滿

48、足動穩(wěn)定的條件為： （公式5-4）式中：短路沖擊電流幅值 電氣設備允許通過的動穩(wěn)定電流幅值 4.短路計算時間驗算熱穩(wěn)定的短路計算時間為繼電保護動作時間和相應斷路器的全開斷時間之和，即： （公式5-5）一般取保護裝置的后備保護動作時間5.絕緣水平在工作電壓和過電壓的作用下，電器的內、外絕緣應保證必要的可靠性。電器的絕緣水平，應按電網中出現(xiàn)的各種過電壓和保護設備相應的保護水平來確定。但所選電器的絕緣水平低于國家規(guī)定的 標準數值時，應通過絕緣配合計算，選用適當的過電壓保護設備3。5.2 斷路器的選擇5.2.1 110kV主變側斷路器的選擇1.該回路為 110 kV電壓等級。2.斷路器安裝在戶外，故選戶外式斷路器。3.回路額定電壓Ue110kV的斷路器，且斷路器的額定電流不得小于通過斷路器的最大持續(xù)電流Imax=1.05=1.05=173.60 (A)4.為方便運行管理及維護，選取110kV 斷路器為LW6-110型SF6斷路器，其技術數據如下表5-1 8，其主要技術參數如：表5-1 LW6-110型戶外高壓六氟化硫斷路器技術數據型號SF6氣體壓力（MPa）額定電壓（kV）最高工作電壓（kV）額定電流（A）額定開斷電流（kA）近區(qū)故障開斷