發(fā)配電課程設(shè)計報告（2017 2018 學年第一學期）姓 名: 高璐茜專業(yè)班級：電氣合1403學 號：361409010301總評成績報告成績答疑成績答辯成績河南理工大學電力系參加輔導情況與成績簽字：日期：圖紙、報告評語與成績簽字：日期：答辯記錄與成績簽字：日期：1課程設(shè)計目的與要求11課程設(shè)計目的11.2課程設(shè)計要求12原始資料分析負荷統(tǒng)計計算與無功補償3.1負荷統(tǒng)計計算 3.2無功補償容量計算3.2.1無功補償容量的確定 3.2.2無功補償后的功率因數(shù)4主變壓器選擇4.1變壓器選擇原則74. 2變壓器臺數(shù)和容量的確定84.3主變壓器型式選擇95電氣主接線設(shè)計105電氣主接線設(shè)計要求與原則105.2 110kV側(cè)電氣主接線設(shè)計115.3 10kV側(cè)電氣主接線設(shè)計125.4 llOkV變電站主接線形式12146短路電流計算6.1短路電流計算目的141414186.2短路計算點的確定 6.3短路電流計 6.4短路計算結(jié)果7主要電氣設(shè)備選擇207.1電氣設(shè)備選擇的一般原則（或條件）207.2斷路器的選擇227.2.1 HOkv側(cè)斷路器的選擇227.2.2 10kV側(cè)斷路器的選擇247.3隔離開關(guān)的選擇287.3.1110kv側(cè)隔離開關(guān)的選擇287.3.210kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇287.4 10kV母線的選擇29318總結(jié)31參考文獻1課程設(shè)計目的與要求課程設(shè)計目的(1) 加深課堂理論的學習和理解；培養(yǎng)綜合運用所學基礎(chǔ)課、理論課、專業(yè)課知 識去分析和理解本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)文梯的能力，通過專業(yè)設(shè)計進一步鞏固、 擴大和深化所學的理論知識和基本技能，從而實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的最終目的。(2) 得到一定的工程實踐鍛煉；掌握電力系統(tǒng)設(shè)計的基本方法；熟練一些電力系 統(tǒng)中的基本計算；培養(yǎng)電力工程設(shè)計能力。基于所學理論知識，結(jié)合電力設(shè)計技術(shù)規(guī) 范等工程技術(shù)規(guī)程，理論聯(lián)系實際、學以致用。12課程設(shè)計要求(1) 課程設(shè)計應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)書以及國家的有關(guān)政策和相關(guān)專業(yè)的設(shè)計技術(shù)規(guī)程、 規(guī)定進行。(2) 本著安全可靠、技術(shù)經(jīng)濟合理的精神，遵照有關(guān)規(guī)程規(guī)范，結(jié)合我國變電站 技術(shù)發(fā)展水平的現(xiàn)狀及條件，力求系統(tǒng)簡單可靠，并考慮一定的發(fā)展余地，同時注意吸 取和采用國內(nèi)外的先進技術(shù)，作出質(zhì)量較高，滿足工程要求的發(fā)配電系統(tǒng)設(shè)計。(3) 提交設(shè)計計算說明書一份，要求說明書內(nèi)容力求簡潔，符合格式要求，同類 計算僅舉一例，其余只需列出基本參數(shù)和計算結(jié)果于表內(nèi)。(4) 用一號圖紙畫電氣主接線圖一張，注意整個圖紙的結(jié)構(gòu)布置及設(shè)備圖形符號 的正確運用，要標出主要設(shè)備型號及主要規(guī)格等，圖紙標準符合工程制圖要求，標題欄 應(yīng)包含圖名稱、設(shè)計人、審核人、設(shè)計單位、設(shè)計時間等。2原始資料分析(1) 變電站類型某llOkV降壓變電站，有兩條llOkV架空進線，來自不同的變電站：一條長度為15km,型號 LGJ185,其上一級變電站llOkV母線的短路容量為1200MVA；另一條長度為20km,型號LGJ185,其 上一級變電站llOkV母線的短路容量為1300MVAo(2) 在電力系統(tǒng)中的地位和作用變電站是電源、升降電壓和分配電力的場所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)中 的作用主要是將發(fā)電機輸出的電壓轉(zhuǎn)換為用戶使用的電壓等級、分配輸送到用戶使用。變電站作為 電力系統(tǒng)中的重要組成部分，直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行。本課設(shè)中待設(shè)計的變電站 是一座llOkV降壓變電站，在系統(tǒng)中起著匯聚和分配電能的作用，擔負著向該地區(qū)工廠、市政供電 的重要任務(wù)。該變電站的建成，不僅增強了當?shù)仉娋W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且為當?shù)氐墓I(yè)生產(chǎn)提供了足 夠的電能，從而達到使本地區(qū)電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟地運行目的。(3) 負荷情況本變電站10kV側(cè)有12回電纜出線，繼電保護的動作時間為1. 5s,最大負荷利用小時數(shù)為5000h/ 年。負荷情況如表2-1所示：表2-1 10kV側(cè)各電纜出線的最大負荷線路編號負荷類型容量(kW)功率因數(shù)離llOkV變電站距離(km)1#民用24000.93.52#市政12000.92.53#、4#學校20000.8945#、6#醫(yī)院28000.8837#面粉廠10000.874.38#、9#水泥廠28000.88310#、 11#水廠42000.874.512#紡織廠15000.851.810kV狽IJ,最大負荷的同時系數(shù)為0. 85O要求10kV側(cè)無功補償后的功率因數(shù)不小于0. 95。(4) 環(huán)境條件變電站海拔高度為500m,最高溫度為401,最低溫度為-7°CO最高月平均溫度為34。該所附 近地勢平坦，交通便利，可不考慮環(huán)境污染影響。453負荷統(tǒng)計計算與無功補償3.1負荷統(tǒng)計計算由于10kV母線上各出線負荷是各電力用戶的最大負荷，所以母線的最大負荷需要考慮同時系 數(shù)，即：(3-1)(3-2)(3-3)KA+E+£+ + £)xK,無功功率：& =(01 +02 +。3 + + O)XK/視在功率：式中：Pn各出線最大負荷;Qn各出線最大無功功率;Kt母線上各回路最大負荷的同時系數(shù)。運用上述公式，將原始數(shù)據(jù)代入式中，計算如下： llOkV母線上的最大負荷為：馬=(£+£+召,4+左,6+ + &)><&=(2400 + 1200 + 2000 + 2800 + 1000 + 2800 + 4200 + 1500)x 0.85= 17900x0.85=15215 (kW)無功功率為：2 =(0i+02+03,4 + O5,6+ + Q12)XK=(A tan(p+P2 tan(p2 + P3A tan(p3A + 冬 tan %,6 + + pn tan(PKt -8217.24 (kVar)視在功率為：S = a/152152 + 8217.242-17292.17 (kVA)3.2無功補償容量計算3.2.1無功補償容量的確定(3-4)自然功率因數(shù)COS0按下式確定:COS0=按照功率因數(shù)0.95補償，則無功補償容量可由下列公式計算:(3-5)Qc = 4(tan0 - tan0)式中：厶用戶10kV母線上的計算有功功率，kW；S 用戶10kV母線上的計算視在功率，kVA；Qc用戶10kV母線上的無功補償容量，kVaro運用上述公式，將3.1中計算數(shù)據(jù)代入式中，計算如下:自然功率因數(shù)為:COS0=1521517292.17-0.880無功補償容量為:Q =15215x(0.635 0.328)= 4671(kVar)選用BFM10. 5-300-1電容器，電壓10kV每柜容量為300(kVar),則柜數(shù)應(yīng)為:N = qc= 4671/300= 15.57式中：Qc每臺電容柜的無功補償容量，kVaroM=16(柜)取偶數(shù)得：實際補償容量:2C /=300x16 = 4800 (kVar)3.2.2無功補償后的功率因數(shù)計算補償后的視在功率:補償后的功率因數(shù):(3-6)(3-7)COS02 1521515620.76COS 02 -將321中計算數(shù)據(jù)代入上式，計算如下: 補償后的視在功率為:S'=J152152+ (8217.24 4680)2-15620.76 (kVA)補償后的功率因數(shù)為:-0.9740補償后功率因數(shù)大于0.95,符合國家電力規(guī)程規(guī)定要求。4主變壓器選擇4.1變壓器選擇原則4.1.1變壓器臺數(shù)的選擇原則變壓器設(shè)計規(guī)范中，對有大量一、二級負荷的變電站，應(yīng)滿足電力負荷對供電可靠性的要求， 裝設(shè)兩臺主變壓器，當經(jīng)濟比較合理時，可裝設(shè)兩臺以上的主變壓器；若只有一條電源進線，或變 電站可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源時，可裝設(shè)一臺主變壓器；若絕大部分負荷為三級負荷，少量一、 二級負荷可由鄰近低壓電力網(wǎng)取得備用電源時，可裝設(shè)一臺主變壓器。4.1.2變壓器容量的選擇原則主變?nèi)萘恳话惆醋冸娬窘ǔ珊?10年規(guī)劃負荷來進行選擇，并適當考慮遠期1020年的負荷 發(fā)展。對裝有一臺變壓器的變電站，主變壓器的容量應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計負荷的需要；裝有兩 臺變壓器的變電站，每臺變壓器的容量應(yīng)滿足全部負荷的70%80%,且當一臺出現(xiàn)故障時，另一 臺應(yīng)能承擔全部一、二級負荷；裝有兩臺以上變壓器的變電站，所有變壓器的總額定容量應(yīng)不小于無功補償后的計算容量。4丄3變壓器型式和結(jié)構(gòu)的選擇原則(1) 相數(shù)變壓器有單相變壓器和三相變壓器。容量為300MW及以下機組單元連接的主變壓器和330RV 及以下電力系統(tǒng)，一般都應(yīng)選擇三相變壓器。(2) 繞組數(shù)與結(jié)構(gòu)電力變壓器按每相的繞組數(shù)分為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式，按電磁結(jié)構(gòu)分為普通雙繞 組、三繞組、自耦式及低壓繞組分裂式等型式。機組容量為125MW及以下的發(fā)電廠或變電站多采用三繞組變壓器，但三繞組變壓器的每個繞 組的通過容量應(yīng)達到該變壓器額定容量的15%及以上，否則繞組未能充分利用。在110kV及以上中性點直接接地系統(tǒng)中，凡需選用三繞組變壓器的場所，均可優(yōu)先選用自耦變 壓器。它損耗小、價格低，但主要潮流方向應(yīng)為低壓和中壓同時向高壓送電，或反之，且變化不宜 過大，并注意自耦變壓器限制短路電流的效果較差。(3) 繞組聯(lián)結(jié)組號變壓器三相繞組的聯(lián)結(jié)組號必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞 組連按方式只有星形“Y”和三角形“d”兩種。因此，變壓器三相繞組的連接方式應(yīng)根據(jù)具體工程 來確定。在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列要求以及限制3次諧波對電源的影響等 因素，主變壓器聯(lián)結(jié)組號一般都選用YNdll常規(guī)接線。(4) 阻抗和調(diào)壓方式變壓器阻抗實質(zhì)是繞組之間的漏抗，當變壓器的電壓比、型式、結(jié)構(gòu)和材料確定之后，其阻抗 大小一般和變壓器容量關(guān)系不大，各側(cè)阻抗值的選擇應(yīng)從電力系統(tǒng)穩(wěn)定、潮流方向、無功分配、短 路電流、繼電保護、系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)壓手段和并聯(lián)運行等方面綜合考慮，以對具體工程起決定性的因素 確定。對于雙繞組變壓器，一般按標準規(guī)定值選擇；對于三繞組普通型和自耦型變壓器各側(cè)阻抗， 按用途即升壓型或降壓型確定。為了保證發(fā)電廠或變電站的供電質(zhì)量，電壓必須維持在允許范圍內(nèi)。通過變壓器的分接頭開關(guān) 切換，改變變壓器高壓繞組匝數(shù)，從而改變其變比，實現(xiàn)電壓調(diào)整。應(yīng)當看到，這種調(diào)壓僅改變電網(wǎng)無功潮流分配，并不會增加整個電網(wǎng)無功容量。切換方式有兩種：一種是不帶電切換，稱為無勵磁調(diào)壓,調(diào)整范圍通常在土 2X2.5%以內(nèi)應(yīng)視具體工程情況而定；另一種是帶負荷切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達30%,其結(jié)構(gòu)復雜，價格昂貴。(5) 冷卻方式油浸式電力變壓器的冷卻方式隨其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。中、小型變壓器通常采用依靠裝在變壓器油箱上的片狀或管形輻射式冷卻器和電動風扇的自然 風冷卻及強迫風冷卻方式散發(fā)熱量；容量在31.5MVA及以上的大容量變壓器一般采用強迫油循環(huán)風 冷卻；容量在350MVA及以上的特大變壓器一般采用強迫油循環(huán)導向冷卻。此外，SF6氣體變壓器冷卻方式與油浸式相似；而干式變壓器因容量較小，一般為自然風或風 扇冷卻兩種方式。4.2變壓器臺數(shù)和容量的確定已知該降壓變電站經(jīng)兩條110kV架空線路與系統(tǒng)相連，10kV側(cè)所供電的負荷中有大量一、二 級負荷，故在本設(shè)計中裝設(shè)兩臺主變壓器，互為暗備用。正常運行時，兩臺變壓器同時投入工作，每臺變壓器承擔50%的計算負荷；當一臺變壓器進行檢修或發(fā)生故障停運吋，另一臺變壓器能承擔起全部一、二級負荷的供電。這里選用兩臺容量相同的變壓器，每臺變壓器的容量為：（4-1）式中：Kgu事故時的負荷保證系數(shù)，根據(jù)一、二級負荷所占比例決定，這里取0.7。即為：Sn.t >07S'= 0.7x15620.76 = 10934.532 (kVA)根據(jù)計算結(jié)果,該設(shè)計中選用的主變壓器的容量規(guī)格為12500kVAo4.3主變壓器型式選擇根據(jù)主變壓器型式和結(jié)構(gòu)選擇原則，綜合考慮該站的環(huán)境、電壓等級、負載情況等因素，選用 變壓器型號為SF11-12500/110作為該站的兩臺主變壓器。該站主變壓器的型式和技術(shù)參數(shù)分別如表4-1和表4-2所示：表41主變壓器的型式相數(shù)三相繞組數(shù)雙繞組繞組聯(lián)結(jié)組號YNdll調(diào)壓方式無勵磁調(diào)壓冷卻方式自然風冷卻表42主變壓器的技術(shù)參數(shù)型號規(guī)格（kVA）電壓（kV）損耗（kW）聯(lián)結(jié)組號阻抗電壓（）空載電流（）重量(kg)尺寸(mm)高壓低壓空載負載SF11-12500/110110±2X2.5%10.512.559.9YNdll10.50.72280004900X3810X16005電氣主接線設(shè)計5.1電氣主接線設(shè)計要求與原則5.1.1電氣主接線設(shè)計的基本要求電氣主接線的基本要求，概括的說包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三個方面。(1) 可靠性安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求。停電會使發(fā)電廠、 國民經(jīng)濟部門造成巨大經(jīng)濟損失，還可能會導致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報廢、城市生活混亂等 社會影響。電氣主接線的可靠性不是絕對的。在分析電氣主接線的可靠性時，要考慮發(fā)電廠和變電站在系 統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負荷性質(zhì)和類別、設(shè)備制造水平及運行經(jīng)驗等因素。主接線可靠性的基本要求通常包括以下兒個方面：斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電；線 路、斷路器或母線故障時，以及母線或母線隔離開關(guān)檢修時，盡量減少停運出線回路數(shù)和供電時間, 并能保證對全部一類及全部或大部分二類用戶供電；盡量避免變電站全部停電的可能性；大型機組 突然停運時，不應(yīng)危及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。(2) 靈活性電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行運行方式的轉(zhuǎn)換。應(yīng)包括：操作的方便性; 調(diào)度的方便性和擴建的方便性等幾個方面。(3) 經(jīng)濟性通常設(shè)計應(yīng)該在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟合理。主要從節(jié)省一次投資、占地面積 少和電能損耗少等方面考慮。5.1.2電氣主接線的設(shè)計原則設(shè)計變電所電氣主接線時，所遵循的總原則：符合設(shè)計任務(wù)書的要求；符合有關(guān)的方針、政策 和技術(shù)規(guī)范、規(guī)程；結(jié)合具體工程特點，設(shè)計出技術(shù)經(jīng)濟合理的主接線。為此，應(yīng)考慮下列情況： O (1)明確變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用各類變電所在電力系統(tǒng)中的地位是不同的，所以對主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性等的要求 也不同。(2) 確定變壓器的運行方式有重要負荷的變電所，應(yīng)裝設(shè)兩臺容量相同或不同的變壓器。負荷低時，可以切除一臺，以減 小空載損耗。(3) 合理地確定電壓等級變電所高壓側(cè)電壓普遍采用一個等級，低壓側(cè)電壓一般為1-2個等級，目前多為一個等級。(4) 變電所的分期和最終建設(shè)規(guī)模變電所根據(jù)5-10年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行設(shè)計。一般裝設(shè)兩臺(組)主變壓器。當技術(shù)經(jīng)濟比較 合理時，終端或分支變電所如果只有一個電源時，也可只裝設(shè)一臺主變壓器。(5) 開關(guān)電器的設(shè)置在滿足供電可靠性要求的條件下，變電所應(yīng)根據(jù)自身的特點，盡量減少斷路器的數(shù)目，特別是 非重要用戶的終端變電所，可適當采用熔斷器或接地開關(guān)等簡易開關(guān)電器，以達到提高經(jīng)濟性的目 的。(6) 電氣參數(shù)的確定最小負荷為最大負荷的60%-70%,如果主要負荷是農(nóng)業(yè)負荷，其值為20%-30%；按不同用戶, 確定最大負荷利用小時數(shù)。5.2 110kV側(cè)電氣主接線設(shè)計該站選用兩臺主變壓器，其llOkV側(cè)有兩路不同的電源進線，為了保證對其低壓側(cè)的大量一、 二級負荷進行可靠供電和靈活地分合閘操作，110kV側(cè)采用全橋的主接線方式。全橋的接線方式適應(yīng)性強，對線路、變壓器的操作均方便、簡潔，能減少運行維護人員和值班 人員的失誤操作。運行靈活且易于拓展為單母分段式接線。全橋接線多用于負荷較大，電壓等級較高，供電要求多的場合。外橋式接線的連接橋設(shè)置在線路側(cè)，并在連接橋上裝設(shè)了斷路器。當變壓器有故障時，只需斷 開變壓器側(cè)斷路器即可，可不影響其他回路的工作。但線路出現(xiàn)故障將會造成其中一臺變壓器停電, 如果想恢復變壓器的運行，必須將線路出口的隔離開關(guān)拉開，切除故障線路后，才能給變壓器送電。 因此該接線適用于線路較短、故障少、而變壓器又切換頻繁的變電站。故本次設(shè)計采用全橋的主接線方式。5.3 lOkV側(cè)電氣主接線設(shè)計考慮該站12條負荷出線中有8條是供給學校、水泥廠、醫(yī)院和水廠這樣的一、二級負荷，負 荷占比超過60%,對供電的可靠性要求很高，故而10kV側(cè)采用單母分段式接線。單母線用分段斷路器進行分段，可以提高供電的可靠性和靈活性。對重要用戶可以從不同段引 出兩條供電線路，由兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正 常段母線不間斷供電，不致使重要用戶停電；而兩段母線同時故障的幾率很小，可以不予考慮。單母分段式接線所用設(shè)備少，系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，操作安全，多用于具有一、二級負荷，且出線 較多的變電站。大型發(fā)電廠和變電站對運行可靠性與靈活性的要求很高，必須注意避免母線系統(tǒng)故障以及限制 母線故障影響范圍，防止全廠（站）性停電事故的發(fā)生，常采用雙母線分段接線。雙母分段式接線對經(jīng)濟要求過高，單母分段式接線在本次設(shè)計已經(jīng)滿足本次設(shè)計，故本次設(shè)計 選小型10kV側(cè)采用單母分段式接線。5.4 llOkV變電站主接線形式llOkV側(cè)采用全橋的主接線方式。共有兩回來自不同電源的進線WL1和WL2,其中WL1長度 為15km,型號LGJ185,上一級變電站母線的短路容量為1200MVA； WL2長度為20km,型號LGJ185, 上一級變電站母線的短路容量為1300M VA o10kV側(cè)采用單母分段的主接線方式。共12回出線為8個負荷供電，其中一、二類負荷為學校、 醫(yī)院、水泥廠和水廠，出線編號分別為3#、4#, 5#、6#, 8#、9#和10#、ll#o各段母線負荷出線為:I 段：2#、4#、6#、8#> 10#、12#；11449.41kVAoII 段：1#、3#、5#、7#、9#、11#； 17254.5 lkVAo主接線圖如下：圖5-1 110/10kv變電站主接線圖6短路電流計算6.1短路電流計算目的發(fā)生短路時，因短路回路的總阻抗非常小，故短路電流可能達到很大的數(shù)值。強大的短路電流 所產(chǎn)生的熱和電動力效應(yīng)會使電氣設(shè)備受到破壞，短路點的電弧可能燒毀電氣設(shè)備，短路點附近的 電壓顯著降低，使供電受到嚴重影響或被迫中斷。短路產(chǎn)生的后果極為嚴重，為了限制短路的危害和縮小故障影響的范圍，在供電系統(tǒng)的設(shè)計和 運行中，必須進行短路電流計算，以解決下列技術(shù)問題：(1) 選擇電氣設(shè)備和載流導體，必須用短路電流校驗其熱穩(wěn)定性和機械強度；(2) 設(shè)置和整定繼電保護裝置。使之能正確地切除短路故障；(3) 確定限流措施，當短路電流過大造成設(shè)備選擇困難或不夠經(jīng)濟時，可采取限制短路電流的 措施；(4) 確定合理的主接線方案和主要運行方式等。6.2短路計算點的確定根據(jù)短路點的計算目的，一般選取各線路始、末端作為短路計算點。線路末端的最大三相短路電流常用來校驗電氣設(shè)備的動、熱穩(wěn)定性，并作為上一級繼電保護的整定參數(shù)之一；線路末端的最 小兩相短路電流常用來檢驗相關(guān)繼電保護的靈敏度。在此變電站設(shè)計中，只有l(wèi)lOkV和10kV兩個 電壓等級，這里可在llOkV母線和10kV母線上各取一個短路點。6.3短路電流計算6.3.1短路計算原理該110/1 OkV變電站在正常運行方式下為全分列運行,任意點的短路電流由系統(tǒng)電源通過本回路 提供，且各短路點的最大、最小短路電流僅與系統(tǒng)的運行方式有關(guān)。本變電站的兩回llOkV電源進線上的長度不同，一條長度為15km,另一條長度為20km,架空線 路的型號同為LGJ185；且對應(yīng)的兩個上一級變電站llOkV母線的短路容量也不同,分別為1200M VA和1300MVAo分別對兩條進線進行總電抗的計算，選取最小總電抗來計算最大三相短路電流值，并以此求得短路沖擊電流和短路容量。根據(jù)短路點的選取和該變電站的主接線圖51,可畫出圖61所示的短路計算等效圖。表6-1短路計算等效圖如圖61,采用標幺值法計算。選取基準容量S 和基準電壓Ud = Uav o可求得基準電流為:基準電抗:(6-1)(6-2)電源電抗的標幺值:XsSs ud2 Ss(6-3)式中：Xs電源電抗的有名值，Q；uav短路點所在線路的平均額定電壓，kv；S, 供電系統(tǒng)出口處的短路容量，MVAo 線路電抗的標幺值:(6-4)式中：X線路電抗的有名值，Q ；北 線路單位長度電抗值，Q / km ；-一線路長度，kmo變壓器電抗的標幺值:(6-5)式中：Xt變壓器電抗的有名值， 5%阻抗電壓百分數(shù);“N變壓器的額定容量，MVAo總電抗的標幺值:三相短路電流周期分量的標幺值:式中:U*因 u Uav, Ud Uav,故 U* =1。三相短路電流周期分量的有效值：短路沖擊電流的峰值和有效值:爲=152厶三相短路容量:Ss=43UavIs=43UdIdI；=SdI；(6-6)(6-7)(6-8)(6-9)(6-10)(6-11)6.3.2短路計算過程運用上述公式，將原始數(shù)據(jù)代入式中，計算過程如下：(1) 選擇計算各基準量選取基準容量S = 1 OOMVA,基準電壓匕I =115kV,匕2 =105kV。求得各級基準電流為:10073x115-0.5020 (kA)=» _ 1006/2V3X10.5-5.4986 (kA)（2）計算各元件的標幺電抗1）電源進線WL1上電抗的標幺值計算:電源電抗的標幺值為：llOkV線路電抗的標幺值為:1000.0454式中：兀。架空線路型號為LGJ185,查表取04Q/km。2）電源進線WL2上電抗的標幺值計算：電源電抗的標幺值為：S？1300=0.077llOkV線路電抗的標幺值為:X；二 x.L 生=0.4x20x- - 0.0605 /2°2 t/r71211523）變壓器電抗的標幺值：X； = t4% = ixipo=o84 丁 100 Stn 100 12.5（3）計算各短路點的短路參數(shù)1）llOkV母線上的kl點短路分別計算兩回電源進線上的總電抗：母| J =+ XZ1* 二 0.083 + 0.0454 = 0.1284XkY2 =xsi +xii =0.077 + 0.0605 = 0.137比較計算結(jié)果，選擇電源進線WL1上的總電抗來求kl點的最大三相短路電流和相關(guān)參數(shù):5.1104110 = 4.iioZi = 7.788x0.5020-3.9096(kV)So = 2.55厶.ho = 2.55x3.9096 - 9.97 (kV).ho 二 1 52 10 =1.52x3.9096 = 5.94 (kV)S$.iio = 100x7.788 = 778.8 (MVA)1) lOkV母線上的k2點短路因為該降壓變電站采用分列運行，兩臺主變壓器的型號完全相同，該變電站高低壓側(cè)母線間的 變壓器電抗值也相同，故這里仍選擇電源進線WL1到10kV母線上的總電抗來求k2點的最大三相短 路電流和相關(guān)參數(shù)：血2 J = xj +X/+ X/ = 0.083 + 0.0454 + 0.84 = 0.96840.9684"1,033厶0 =厶()72 = 1033x54986 = 5.678 (kV)Bo =255 厶0 =2.55x5.678 = 14.479 (kV)/s/710 =1.52/sl0 =1.52x5.678-8.63 (kV)S,io = SJsJ =100x1.033 二 103.3 (MVA)6-4短路計算結(jié)果將上述短路計算的結(jié)果列入表6-2中:表6-2短路計算結(jié)果短路計算點短路電流/kA短路容量Ss/(MVA)IsishIshkl3. 90969. 975. 94778.8k25.67814. 4798. 63103. 37主要電氣設(shè)備選擇7.1電氣設(shè)備選擇的一般原則7.1.1按正常條件選擇（1）額定電壓電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運行電壓因調(diào)壓或負荷的變化，有時會高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電氣 設(shè)備的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。通常，規(guī)定一般電氣設(shè)備允許的最高工作 電壓為設(shè)備額定電壓的1.1-1.5倍，而電網(wǎng)運行電壓的波動范圍，一般不超過電網(wǎng)額定電壓的1.5倍。因此，在選擇電氣設(shè)備時，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓Un不低于裝置地點電網(wǎng)的額定電壓 的條件選擇，即:我國普通電器額定電壓標準是按海拔1000m設(shè)計的。如果在高海拔地區(qū)，應(yīng)選用高海拔設(shè)備或 采取某些比亞必要的措施增強電器的外絕緣，方可應(yīng)用。（2）額定電流電氣設(shè)備的額定電流是指，在額定環(huán)境溫度下，電氣設(shè)備的長期允許電流。應(yīng)不小于通 過它的最大長時負荷電流（或計算電流/"）,即：.m電氣設(shè)備的額定電流是指規(guī)定環(huán)境溫度為+40°C時，長期允許通過的最大電流。如果電器周圍 環(huán)境溫度與額定環(huán)境溫度不符時，應(yīng)對額定電流值進行修正。當溫度高于+40°C吋，每增高1°C,額 定電流減少1.8%o當?shù)陀?40°C時，每降低1C,額定電流增加0.5%,但總增加值不得超過額定電 流的20%o若已知電氣設(shè)備的最高允許工作溫度，當環(huán)境最高溫度高于40°C,但不超過60°C時，額定電流 可按下式修正：式中：ho實際環(huán)境溫度下電氣設(shè)備允許通過的額定電流；2/設(shè)備允許最高工作溫度，°C；仇一一實際環(huán)境年最高空氣溫度，°C；&0額定環(huán)境空氣溫度，電氣設(shè)備為40°C,導體為25°C；K&環(huán)境溫度修正系數(shù)，心=。V &a/_&0選電氣設(shè)備時，應(yīng)使修正后的額定電流/枷不小于所在回路的最大長時負荷電流I站，即：KJn 1 lo.m(3) 環(huán)境條件電氣設(shè)備在制造上分戶內(nèi)、戶外兩大類，戶外設(shè)備的工作條件較為惡劣，各方面要求較高，成 本也高。戶內(nèi)設(shè)備不能用于戶外設(shè)備，戶外設(shè)備最可用于戶內(nèi)，但不經(jīng)濟。此外，選擇電氣設(shè)備時, 還應(yīng)根據(jù)實際環(huán)境條件考慮防水、防火、防腐、防塵、防爆以及高海拔地區(qū)或濕熱帶地區(qū)等方面的 要求。7.1.2按短路條件校驗按正常選擇條件選擇的電氣設(shè)備，當短路電流通過時應(yīng)保證各部分發(fā)熱溫度和所受電動力不超 過允許值，因此必須按短路條件進行校驗。(1)熱穩(wěn)定性校驗短路電流通過電氣設(shè)備吋，電器的各部件溫度應(yīng)不超過短時允許發(fā)熱溫度。滿足熱穩(wěn)定的條件式中：Its電氣設(shè)備的額定熱穩(wěn)定電流，可由產(chǎn)品手冊查得，kA；4穩(wěn)態(tài)短路電流，kA；t.假想時間，s；仁一一電氣設(shè)備額定熱穩(wěn)定電流所對應(yīng)的熱穩(wěn)定時間，可由產(chǎn)品手冊查得，So(2)動穩(wěn)定性校驗短路電流通過電氣設(shè)備時，電氣設(shè)備各部件應(yīng)能承受短路電流所產(chǎn)生的機械力效應(yīng)，不發(fā)生變 形損壞。滿足動穩(wěn)定的條件為:es sh式中：J電氣設(shè)備額定動穩(wěn)定電流有效值，kA；Ish短路沖擊電流有效值，kAo7.2斷路器的選擇721 llOkV側(cè)斷路器的選擇根據(jù)該110/10kV變電站主接線圖可知，在l lOkV側(cè)采用橋式接線，需要分別對5個斷路器進行分析計算,選出合適規(guī)格的斷路器。(1)按照斷路器的工作電壓和電流選擇斷路器1) 斷路器QF1和QF2選擇在系統(tǒng)正常分列運行的情況下，QF1和QF2只需各自承擔10kV側(cè)的所帶負荷。但當一條電源 進線發(fā)生故障切斷時，另一條電源進線上的斷路器要承擔兩臺主變壓器上的全部負荷，此時是QF1 和QF2上流過最大長時負荷電流的情況。故電源線回路的最大長時負荷電流為：X.lo.m-81.98(A)考慮溫度修正系數(shù)，電流結(jié)果為81.98*0.82=67.22 (A)由QF1的和QF2的工作電壓為l lOkV,最大長時負荷電流為67.22,布置在室外，初步選型號 為LW25-126/3150-40的戶外六氟化硫斷路器，額定電壓為126kV,額定電流為3150A。其技術(shù)參數(shù) 如表7-1所示。2) 斷路器QF4和QF5選擇在系統(tǒng)正常分列運行的情況下，QF4和QF5只需各自承擔10kV側(cè)的所帶負荷。但當一臺變壓 器發(fā)生故障或檢修吋，若閉合斷路器QF8,讓另一臺變壓器承擔全部負荷，這吋QF4和QF5 ±流 過最大長時負荷電流為變壓器的最大電流。由于變壓器在電壓降低5%時，出力可以保持不變，故 其相應(yīng)回路的最大長時負荷電流應(yīng)為變壓器額定電流的105倍。所以llOkV側(cè)變壓器回路中的最大 長時負荷電流為：-68.89(A)_1O5S7 _ 1.05x12500-V3L/;V1 _ V3X110考慮溫度修正系數(shù)，電流結(jié)果為68.89*0.82=56.49 (A)由QF4的和QF5的工作電壓為l lOkV,最大長時負荷電流為68.89A,布置在室外，初步選型 號為LW25-1265()40的戶外六氟化硫斷路器，額定電壓為126kV,額定電流為3150A。其技術(shù)參 數(shù)如表7-1所示。3) 斷路器QF3選擇在系統(tǒng)正常分列運行的情況下，QF3處于分斷的狀態(tài)。但當出現(xiàn)一側(cè)電源進線和交叉?zhèn)鹊淖儔?器同時處于故障狀態(tài)時，若閉合斷路器QF3和QF8,此時斷路器QF3 ±的最大長時負荷電流也為 主變壓器上的最大電流。綜上判斷，斷路器QF3的選擇同斷路器QF4和QF5選擇相同，都初步定為LW25-126/3150-40 的戶外六氟化硫斷路器。其技術(shù)參數(shù)如下表71所示。表71所選斷路器的電氣參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定開斷電流(kA)動穩(wěn)定電流(kA)額定關(guān)合電流(kA)4s熱穩(wěn)定電流(kA)LW25-126/3150-4012631504010010040(2)斷路器的校驗根據(jù)表61中的短路參數(shù)，對斷路器進行動、熱穩(wěn)定性及其開斷能力校驗。由于供電系統(tǒng)采用 分列運行，且變電站llOkV側(cè)全橋方式接線的五個斷路器的最大長時負荷電流因接近而采用同種型 號的斷路器，故直接按照分列運行下的短路情況進行動、熱穩(wěn)定性及其開斷能力校驗。1) 額定開斷電流校驗斷路器按kl點最大短路電流校驗，即:INbr = 25 kA3.9096 kA = /小符合要求。2) 動穩(wěn)定校驗斷路器按kl點最大沖擊電流檢校驗，即:ies = 1 °° kA > 9.97kA =加符合要求。3) 熱穩(wěn)定校驗由于變壓器容量為12500kVA,變壓器設(shè)有差動保護，在差動保護范圍內(nèi)短路時，其為瞬時動 作，繼電器保護動作時限為0,短路持續(xù)時間小于Is,需要考慮非周期分量的假想時間。此時，假 想時間由斷路器的全開斷時間0.1s和非周期分量假想時間0.05s構(gòu)成，即=0.1 + 0.01 = 0.15(5)o 當短路發(fā)生在10kV母線上時，差動保護不動作(因不是其保護范圍)，此吋過流保護動作吋限為2s,短路持續(xù)時間大于Is,此時假想時間由繼電保護時間和斷路器全開斷時間構(gòu)成，即£. = 2l(s)。-0.374(kA) < 40 (kA)故kl點短路時，斷路器相當于4s的熱穩(wěn)定電流為：Its >4 = 3.9096x| - 0.757 (kA) < 40 (kA)符合要求。故k2點短路時，斷路器相當于4s的熱穩(wěn)定電流為：符合要求。4) 額定關(guān)合電流校驗斷路器按kl點最大沖擊電流檢校驗，即:ies 1 °° kA > 9.97 kA = islKkx符合要求。1.2.2 10kV側(cè)斷路器的選擇(1)按照斷路器的工作電壓和電流選擇斷路器1)斷路器QF6和QF7選擇當一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，若閉合斷路器QF8,讓另一臺變壓器承擔全部負荷，這時QF6 和QF7上流過最大長時負荷電流為變壓器的最大電流。故10kV側(cè)變壓器回路中的最大長時負荷電流：-757.77 (A)_lO5SVf _ 1 .05x1250067.S_ 羽u科2 _V3X10由QF6的和QF7的工作電壓為10kV,最大長時負荷電流為757.77A,布置在室內(nèi)，初步選型號為ZN63-12/1250-25的戶內(nèi)真空斷路器，額定電壓為12kV,額定電流為1250A。其技術(shù)參數(shù)如表7-2所示。2) 斷路器QF8選擇當承擔負荷最大的那段母線經(jīng)QF8由交叉?zhèn)茸儔浩魅摵晒╇姇r，流經(jīng)斷路器的電流為最大長吋負荷電流。結(jié)合變電站的主接線圖和負荷資料，得出I段和II段母線承載負荷情況如下：I段母線上的最大負荷：耳1 =(£+& + &+菇 +珥o+召2)XK, =(1200 +1000 +1400 +1400 + 2100 + 1500) x 0.85-7310(kW)無功功率為：Qn = (02 + 04 + 08 + Qo +=(P2 tan % + 片 tan(p4+P6 tan % + 兔 tan(p& + tan % + Pn tan(pxl)xKt -4715.1(kVar)視在功率為：=V73102+4715.12-8698.75(kVA)II段母線上的最大負荷：&n =(Pi + £ + A +馬+ & + Ai)xKf二(2400 + 1000 +1400 +1000 +1400 + 2100) x 0.85-7905(kW)無功功率為：2zn =(Q +03 +05 +。7 +。9 +0ii)xK/=(斥 tan% + 呂 tan % + A tan% + 馬 tan © + 乙 tan(p9 + Pn tan(pn)xKt -4197(kVar)視在功率為：5n =a/79052+41972-8950 (kVA)經(jīng)比較得出，II段母線上的負荷容量更重，故求出流經(jīng)斷路器QF8的最大長時負荷電流為： 厶“二 ru = 50 -516.73(A)e 屈Un2 V3x10由QF8的工作電壓為lOkV,最大長時負荷電流為516.73A,布置在室內(nèi)，初步選型號為ZN63-12/630-20的戶內(nèi)真空斷路器，額定電壓為12kV,額定電流為630A0其技術(shù)參數(shù)如表72所zj O3) 負荷斷路器的選擇負荷出線上統(tǒng)一使用同樣規(guī)格的斷路器，為了滿足所有出線的安全要求，應(yīng)選用最大負荷對應(yīng) 的出線來計算斷路器的最大長時負荷電流?？紤]到最大負荷水廠為雙回路供電，當其中一條供電回 路發(fā)生故障切斷時，另一條回路上將承擔該機械制造廠的全部負荷，此時斷路器上將有最大長時負 荷電流，即：二 s刊二 4200 刊s應(yīng)衛(wèi) 73x10242.49 (A)由QF8的工作電壓為10kV,最大長時負荷電流為516.73A,布置在室內(nèi)，初步選型號為ZN63-12/630-20的戶內(nèi)真空斷路器，額定電壓為12kV,額定電流為630Ao其技術(shù)參數(shù)如下表7-2 所示。表72所選斷路器的電氣參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定開斷電流(kA)動穩(wěn)定電流(kA)額定關(guān)合電流(kA)4s熱穩(wěn)定電流(kA)ZN63-12/1250-2512125025636325ZN63-12/630-201263020505020(2)斷路器的校驗根據(jù)表61中的短路參數(shù)，對斷路器進行動、熱穩(wěn)定性及其開斷能力校驗。由于供電系統(tǒng)采用 分列運行，且變電站llOkV側(cè)全橋方式接線的五個斷路器的最大長時負荷電流因接近而采用同種型 號的斷路器，故直接按照分列運行下的短路情況進行動、熱穩(wěn)定性及其開斷能力校驗。1) 額定開斷電流校驗斷路器按kl點最大短路電流校驗，即：INbr 二 25 kA > 3.9096kA 二厶】符合要求。2) 動穩(wěn)定校驗斷路器按kl點最大沖擊電流檢校驗，即： I。kA > 9.97 kA = »戲符合要求。3) 熱穩(wěn)定校驗由于變壓器容量為12500kVA,變壓器設(shè)有差動保護，在差動保護范圍內(nèi)短路時，其為瞬時動 作，繼電器保護動作時限為0,短路持續(xù)時間小于Is,需要考慮非周期分量的假想時間。此時，假 想時間由斷路器的全開斷時間0.1S和非周期分量假想時間0.05s構(gòu)成，即=0.1 + 0.01 = 0.15(5)o 當短路發(fā)生在10kV母線上時，差動保護不動作(因不是其保護范圍)，此時過流保護動作時限為 1.5s,短路持續(xù)時間大于Is,此時假想時間由繼電保護時間和斷路器全開斷吋間構(gòu)成，即< =1.6(5)。故kl點短路時，斷路器相當于4s的熱穩(wěn)定電流為:-0.757 (kA) < 40 (kA)符合要求。故kl點短路時，斷路器相當于4s的熱穩(wěn)定電流為：厶厶仝=5.678xJX = 0.327 (kA) < 40 (kA)"沁4V 4110符合要求。4) 額定關(guān)合電流校驗斷路器按kl點最大沖擊電流檢校驗，即:°es= 1 °° kA > 9.97 kA = is/Kk符合要求。7.3隔離開關(guān)的選擇7.3.1110kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇需要計算通過隔離開關(guān)的最大長時負荷電流,由計算斷路器時可算出最大長時負荷電流_ S' _ 15620.76一血小 _ 73x110-81.98(A)額定電壓110KV,設(shè)備采用室外布置，故選用GW4-110D/1000-80型隔離開關(guān)。其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流5s熱穩(wěn)定電流GW4-110D/1000-8011010008021.5表:表7-3所選110kV隔離開關(guān)的電氣參數(shù)動穩(wěn)定校驗:ies 二 KA)ish = 991 KA熱穩(wěn)定校驗：根據(jù)斷路器計算所得tk '| = 2.534<21.54所以所選隔離開關(guān)符合要求。7.3.2 10kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇需要計算通過隔離開關(guān)的最大長時負荷電流，由計算斷路器時可算出最大長時負荷電流厶“【lo.ml05SwUn21.0茫 12500 = 757.77 (A)V3xlO額定電壓10KV,設(shè)備采用室外布置，故選用GN6-10/1000-80型隔離開關(guān)。其參數(shù)如表所示:表74所選110kV隔離開關(guān)的電氣參數(shù)型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流4s熱穩(wěn)定電流GN6-10/1000-801010008031.5動穩(wěn)定校驗:ics=S0KA)ish=UA79KA熱穩(wěn)定校驗：根據(jù)斷路器計算所得t k =右=1 6s人=a£ = 3.59K431.5K4所以所選隔離開關(guān)符合要求。7-4 10kV母線的選擇(1)母線選擇變壓器10kV側(cè)回路選用矩形鋁母線，其最大長時負荷電流lMuJOjn為變壓器二次側(cè)最大長時負荷電流再乘以分配系數(shù)K = 08 (進線在各段母線中間)，計算如下：仏“二 Kx/is 二0.8x757.77 二 606.216 (A)選擇截面為S0mmx6.3mm的矩形平方鋁母線，其額定電流值為1100A (25°C) 實際環(huán)境溫度為341時，其長時允許電流為：楓-25= 1100x1V 70-25= 983.87 (A)> 606.216(A)符合要求。(2)母線校驗1)動穩(wěn)定性校驗母線在短路沖擊電流電動力作用下應(yīng)保證不會產(chǎn)生永久性變形或斷裂，即母線材料允許電動應(yīng)力不 小于短路電流作用母線上的電動應(yīng)力：Oal > (7 max(7 max 二=粧閃/加2）式中61母線材料允許應(yīng)力，硬銅140MPa,硬鋁70MPa;Omax母線短路時沖擊電流jsh產(chǎn)生的最大計算應(yīng)力;jy母線的抗彎矩，m3。設(shè)母線跨距數(shù)大于2,矩形母線平放，變電站內(nèi)高壓開關(guān)柜為XGN2-12型（寬lm,柜間空隙為 0.018m），穿墻套管軸心距離為0. 25m：0 = M76 = 672xlO'（n?）式中b、h母線的寬度和長度。母線所受最大電動力為T1凡ax = 0173xM 4 = 0.173X9.972 x-一 = 70.02 N°0.25v 7其所受的最大彎矩為M max帝E）川匕y小伽）母線的短路電流產(chǎn)生的最大電動應(yīng)力為（J max A/ maxW7.13一 6.72x10"= 479xl(T(N/加彳)該值小于鋁材料的允許彎曲應(yīng)力70xl06/m2'故動穩(wěn)定性符合要求。2）熱穩(wěn)定性校驗10kV母線處發(fā)生短路時，過流保護動作時限為1.5s,短路持續(xù)時間大于Is,此時假想時間由 繼電保護時間1.5s和斷路器全開斷吋間0.1s構(gòu)成，即r. = 1.54-0.1 = 1.6（5）o查表可得熱穩(wěn)定系數(shù)為87,則最小熱穩(wěn)定截面為r斤玄Smin = 17900x- = 260.25 沏）c87、）最小熱穩(wěn)定截面積260.25mm2小于所選鋁母線截面80x6 3 = 504（mm2）?故熱穩(wěn)定符合要求。8總結(jié)通過此次課程設(shè)計，我在電氣專業(yè)的學習上又上了一個臺階。本次課設(shè)，系統(tǒng)的考 察了電氣的絕大部分知識，有繼電保護，電力系統(tǒng)分析，高電壓技術(shù)等等，在大學的最 后階段給我們做了一次近乎實踐的總復習，學到了很多。感謝各科老師大學期間對我們 的栽培，我們一定會做有用的人才。師恩難忘，感謝恩師。參考文獻1 苗世洪，朱永利.發(fā)電廠電氣技術(shù).北京：中國電力出版社，2015.2 王福忠，王玉梅，張展.現(xiàn)代供電技術(shù).北京：中國電力出版社，2008.3 惠剛主編變電站綜合自動化原理與系統(tǒng).北京：中國電力出版社,20044 楊宛輝等發(fā)電廠、變電所電氣一次部分設(shè)計參考圖冊.電力工業(yè)行業(yè)標準匯編.北京：中國電力出版社，19961998