66kV变电站设计

66kV变电站设计 大北二次变电所电气工程设计 摘要 电力系统是国民经济的重要能源部门，而变电所的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于变电所的设计内容多、范围广、逻辑性强，因此要求要有较高的专业水平，并熟悉各种设计规程和设计原理，设计过程中要针对变电所的规模和形式，具体问题具体分析。本文是对大北60kv/10kv二次降压变电所提供的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，设计分为两部分。 第一部分说明书中包括了对原始设计条件的分析，导线的选择，无功补偿静电电容器的选择，主变压器的选择，电气主接线的确定，短路计算，各种电气设备的选择与校验，高压配电装置的规划设计，防雷保护的规划设计。在设计和选择设备中都充分考虑到了可靠性，灵活性和经济性。另外，各种断路器、隔离开关、电流互感器型号的选择要与高压配电装置的布置联系在一起考虑。 计算书部分包括了计算变电所的最大负荷容量，无功补偿的计算，计算主变压器的容量，化简短路阻抗和计算短路电流，电气设备的校验，和防雷保护保护范围的计算。 本设计是有文字说明和图 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 解释的比较完整的二次降压变电所的设计方案。 关键词 电力系统，电气设备，变压器，继电保护 I 沈阳工程学院毕业设计 Abstract The electrical power system is the national economy important energy department, but the transformer substation design is in the electric power industry construction an essential project. Because transformer substation design content many, scope broad, logical, therefore requests to have to have the high specialized level, and the familiar each design regulations and the principle of design, in the design process must aim at the transformer substation the scale and the form, concrete question concrete analysis. The content quite are many, the scope is broad, different voltage rank, different type, when heterogeneity load transformer substation design stresses the aspect is dissimilar. This book is about mishan 60/10KV Transformer Station Design of Electric Portion. The design is divided into two parts. The first part description includeddesigned conditional analysis to the originality,the choice of transmission line,static capacitor and main transformer,key diagram finalized,ect. high pressure in transformer substain, In all of the design the equipments choice in consideration of reliability, flexibility and economy. Moreover, all of the circuit breaker, disconnecting switch, electric current the choice of feeling machine model number want to go together with the decoration of giving or getting an electric shock the device with high pressure to contact to together consider with each other. Calculations include the calculation of the maximum load capacity of substations, reactive power compensation, the calculation of main transformer capacity, a short way of calculating the impedance and short-circuit current, electrical equipment check, and the scope of protection lightning protection calculations. The design is a text description and a chart to explain the relatively complete secondary step-down substation design. Key words electrical power system, electrical equipment, transformer, relay protection II 大北二次变电所电气工程设计 目 录 摘要 .................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................. II 第一篇 设计说明书 ........................................................................................... - 1 - 1 变电所设计原则 ........................................................................................ - 1 - 1.1 所址选择和所区规划 ....................................................................... - 1 - 1.2 电气部分设计原则 ........................................................................... - 1 - 2 10KV线路导线的选择 ................................................................................ - 3 - 2.1 按经济电流密度选择导线经济截面积 ............................................ - 3 - 2.2 选择导线截面积的步骤 ................................................................... - 3 - 3 主变压器容量、台数和型式的选择 ......................................................... - 7 - 3.1 变压器选择的规定 ........................................................................... - 7 - 3.2 主变压器容量和台数的选择 ........................................................... - 7 - 3.3 变压器型式的选择 ........................................................................... - 8 - 4 补偿电容器的选择 .................................................................................. - 10 - 4.1 求出变压器的功率损耗 ................................................................. - 11 - 4.2 补偿前平均功率因数计算公式...................................................... - 12 - 4.3 补偿容量的计算 ............................................................................. - 12 - 4.4确定电容器台数.............................................................................. - 12 - 4.5补偿后总平均功率因数计算公式 ................................................... - 12 - 5电气主接线方案设计 ............................................................................... - 13 - 5.1主接线设计的基本要求 .................................................................. - 13 - 5.2主接线方案 ..................................................................................... - 14 - 5.3方案的比较与确定 .......................................................................... - 15 - 5.4主接线二次方案的说明 .................................................................. - 15 - 6 短路电流的计算 ...................................................................................... - 16 - 6.1 发生短路的原因和短路的定义...................................................... - 16 - 6.2短路的分类 ..................................................................................... - 16 - 6.3计算短路电流的目的 ...................................................................... - 16 - 6.4短路电流的计算过程 ...................................................................... - 17 - 7 电气设备的选择 ...................................................................................... - 19 - 7.1 断路器的选择 ................................................................................ - 19 - 7.2 隔离开关的选择 ............................................................................. - 21 - 7.3 互感器的选择 ................................................................................ - 23 - 7.4避雷器的选择 ................................................................................. - 27 - 7.5 高压开关柜的选择 ......................................................................... - 29 - 7.6母线的选择 ..................................................................................... - 33 - 8 继电保护 .................................................................................................. - 36 - 8.1电力系统继电保护的作用 .............................................................. - 36 - 沈阳工程学院毕业设计 8.2 主变压器的保护 ............................................................................. - 36 - 8.3 线路保护 ........................................................................................ - 38 - 9 防雷保护 .................................................................................................. - 40 - 9.1避雷针的装设原则及接地装置的要求 ........................................... - 40 - 9.2避雷针高度的计算 .......................................................................... - 40 - 第二篇 设计计算书 ......................................................................................... - 42 - 1 选择10KV输电线路导线 ....................................................................... - 42 - 1.1 选择机械制造厂出线架空线型号 .................................................. - 42 - 1.3选择织布厂出线架空线型号 .......................................................... - 46 - 1.4选择 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 件厂出线架空线型号 ...................................................... - 48 - 1.5 选择服装厂出线架空线型号 ......................................................... - 50 - 1.6选择粮食加工厂出线架空线型号 ................................................... - 52 - 1.7选择汽水厂出线架空线型号 .......................................................... - 54 - 1.8选择化工厂出线架空线型号 .......................................................... - 55 - 2 选择主变压器的台数、容量、型号 ....................................................... - 59 - 2.1 线路损耗的总功率 ......................................................................... - 59 - 2.2 线路所有负荷的总功率 ................................................................. - 59 - 2.3计算变压器二次侧总功率 .............................................................. - 60 - 2.4选择变压器型号.............................................................................. - 60 - 3 选择补偿电容器的容量、台数、型号.................................................... - 62 - 3.1 计算变压器功率损耗 ..................................................................... - 62 - 3.2 计算变压器高压侧功率 ................................................................. - 62 - 3.3计算无功补偿前系统的功率因数 ................................................... - 62 - 3.4 计算需要补偿的无功容量 ............................................................. - 63 - 3.5选择电容器 ..................................................................................... - 63 - 4 电气主接线方案设计 .............................................................................. - 64 - 5 短路电流的计算 ...................................................................................... - 65 - 5.1 画系统等值阻抗图 ......................................................................... - 65 - 5.2 求各元件等值电抗 ......................................................................... - 65 - 5.3计算各点发生短路时的短路电流 ................................................... - 66 - 6 电气设备的选择 ...................................................................................... - 69 - 6.1断路器的选择 ................................................................................. - 69 - 6.2隔离开关的选择.............................................................................. - 71 - 6.2.1 60KV侧隔离开关的选择 ............................................................ - 71 - 6.3电压互感器的选择 .......................................................................... - 72 - 6.4电流互感器的选择 .......................................................................... - 72 - 6.5避雷器的选择 ................................................................................. - 74 - 6.6高压开关柜的选择 .......................................................................... - 75 - 6.7母线的选择 ..................................................................................... - 78 - 7 继电保护 .................................................................................................. - 81 - 7.1变压器的保护 ................................................................................. - 81 - 7.2线路保护设计 ................................................................................. - 83 - 8 防雷保护设计 .......................................................................................... - 85 - 8.1范围计算 ......................................................................................... - 85 - 大北二次变电所电气工程设计 8.2避雷针高度选择.............................................................................. - 85 - 8.3避雷针的校验 ................................................................................. - 86 - 8.4保护半径的计算.............................................................................. - 86 - 8.5保护范围的计算.............................................................................. - 86 - 结论 ............................................................................................................. - 88 - 致谢 ............................................................................................................. - 89 - 参考文献...................................................................................................... - 90 - 附录 ............................................................................................................. - 91 - 大北二次变电所电气工程设计 第一篇 设计说明书 1 变电所设计原则 变电所的设计必须贯彻执行党的有关方针、政策。设计中应不断总结实践经验，在保证安全运行、经济合理的条件下，力求接线简化、布置紧凑和逐步提高自动化水平，并积极慎重地采用新技术。变电所设计规程规定电压为35,330KV，每台变压器容量为5000KA及以上新建变电所的设计，扩建工程的设计可参照行。 变电所应根据5,10年电力系统发展规划进行设计。 1.1 所址选择和所区规划 变电所的所址应符合下列要求:接近负荷中心;不占或少占农田;便于各级电压线路的引入和引出。架空线路走廊应与所址同时确定;交通运输方便;具有适宜的地质条件;尽量不设在空气污秽地区，否则应采取防污设施或设在污源的上风侧;所址不应为积水淹浸，山区变电所的防洪设施应满足泄洪要求;具有生产和生活用水的可靠水源;适当考虑职工生活上的方便;确定所址时，应考虑邻近设施的影响。所区内建筑物、构筑物的布置应紧凑合理，充分利用地形并考虑便于扩建。为了减少所区占地面积或当所区面积受到限制时，配电装置中应尽量采用减少占地的电器，或在布置上采用高型或半高型方式等。 1.2 电气部分设计原则 1.2.1 主变压器 变电所中一般装设两台主变压器。如只有一个电源或变电所可由中、低压侧电力网取得备用电源，可装设一台主变压器。变电所中主变压器一般采用三相式变压器，其容量应根据电力系统装5,10年的发展规划进行选择。装有两台及以上主变压器的变电所，当一台断开时，其余主变压器的容量一般保证70%的全部负荷，但应保证用户的一级和大部分二级负荷。 1.2.2 主接线 变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负载性质等条件确定，并应满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求。 当能满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。当满足电力系统继电保护的要求时，也可采 - 1 - 沈阳工程学院毕业设计 用线路分支接线。如有扩建的需要，在布置上应为过渡到最终接线准备条件。 35,60KV配电装置中，当出线为两回时，一般采用桥形接线，当出线为两回以上时，一般采用分段单母线或单母线接线。出线回路数较多、连接的电源较多，负荷大或污秽环境中的35,60KV屋外配电装置，可采用双母线接线。 6KV和10KV的配电装置中，一般采用分段单母线或单母线接线。 配电装置中旁路设施或专用的旁路断路器，应按下列条件设置:35,60KV配电装置中，一般不设旁路母线;如线路断路器不允许停电检修，可设置其他旁路设施。当地区电力网或用户不允许停电检修线路断路器时，采用单母线或分段单母线的6KV和10KV配电装置中，可设置旁路母线。 - 2 - 大北二次变电所电气工程设计 2 10KV线路导线的选择 导线是架空线路的主要元件之一，在架空线路建设投资中占很大比重。铜导线虽然导电性能好，机械强度高，在抗氧化、抗腐蚀能力。但价格较为昂贵，经济性较差，所以不宜采用铜导线。 铝导线虽具有很好的导电性，价格低廉，但由于机械强度较差，大约为铜的一半，此外铝易氧化，抗腐蚀性差，因此也不宜采用。 架空线路要求有较高的机械性能，耐腐蚀和耐震性能，同时要考虑经济性，符合国家电线产品的标准。 因此本变电所的架空线路采用钢芯铝绞线，符号:LGJ—**，其中**为导线 2的标称截面(mm)。 导线截面选择过大，会增加线路的投资，导线截面过小，会增加导线运行中电压和电能损耗，使电能传输质量和运行的经济性变差，所以要选择合适的导线截面。 2.1 按经济电流密度选择导线经济截面积 使年综合费用最小时所对应的母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。 按经济电流密度选择导线截面，可使用全年综合费用(包括年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等)最低。对于电压较高、线路较长、最大负荷利用小时数较多的线路首选此方法。此外，从经济性的角度，可使网络处于最佳经济运行状态，故本次设计按经济电流密度选择导线。其计算公式如下。 (2-1) S,I/Jmax2式中 S——导线经济截面(mm); ——线路正常运行时的最大负荷电流(A); Imax2J——经济电流密度(A/mm)，可根据经济电流密度曲线查取。 2.2 选择导线截面积的步骤 选择导线截面积的一般方法:先按经济电流密度初选导线标称截面积，然后作热稳定、电压损失、机械强度、电晕电压等技术条件的校验，最后确定导线的截面积及型号。 2.2.1 10KV线路导线经济截面积计算 - 3 - 沈阳工程学院毕业设计 1计算线路的最大长期工作电流: ? 1.05P (2-2) I,max3Ucos,N ——线路额定电压(kV); 式中 UN ——功率因数; cos, P——远期最大负荷(kw)，对于双回路P=60%;对于单回路P=。 PPmaxmax 2根据《电力工程电气设计手册》377页，图8-30软导线经济电流密度查? 找不同负荷的最大负荷小时数时的经济电流密度按下式计算。 TJmax S,I/Jmax 2.2.2 按电压损失校验导线截面 按电压损失校验导线截面，并不是单纯地为了增大其截面积。对于线路来说，采用增大导线截面积的方法可降低电压损失，虽然增加了投资和金属的消耗量。但这要比提高功率因数、采用有载调压变压器以及改变电网规划方案来满足电压损失来讲，其经济性要好得多。 本次设计任务中已明确要求电压损失不超过9%。 其电压损失校验可用下式来校验，即: PL (2-3) ,U,(R，Xtan,)2UN 式中 P--有功负荷(KW)，对于双回路P=60%;对于单回路P=; PPmaxmax L—线路长度(km); U--线路额定电压(KV); N 0R--线路最高温度(+38C)时的电阻; X--线路电抗(Ω)。 0其中由《供用电工程》附录A查得+20C时的直流电阻，修正到其实际工作温度时的电阻值，按下式进行修正: ,, (2-4) R,r1，,(t,20)t20 式中 --电阻的温度系数。对于铜=0.00382;对于铝=0.0036; ,,, 0--导线+20C时的电阻(Ω/km); r20 --导线的实际工作温度。 t 当时满足电压损失校。当时，应选下一等级截面的导线，,,10%,,10% 再进行电压损失校验，直到为止，此时的导线即被选择。 ,,10% - 4 - 大北二次变电所电气工程设计 2.2.3 按载流量校验导线截面积 允许载流量是根据热平衡条件确定的导线长期允许通过的电流。因此所有线 路都必须根据可能出现的长期运行情况作载流量的校验。线路的最大长期工作电 流应不大于导体长期发热的允许电流，即:。 KI,Ialmax式中 --导线允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流; Ial --温度修正系数; K --线路可能通过的最大电流(A)。 Imax 按照上述方法选择架空线型号见下表 表2-1 10KV架空线型号表 导线阻抗 I0序al.70c I(A)负荷名称 导线型号 (%) ,max号 (A) r(Ω/km) X(Ω/km) 机械制造417 2.7 1 LGJ-120/7 0.2422 0.4 138.38 厂 针织器材417 3.57 2 LGJ—120/7 0.2422 0.4 126.88 厂 417 5.1 3 织布厂 LGJ—120/7 0.2422 0.4 142.64 240 4.9 4 标准件厂 LGJ—50/8 0.5946 0.4 66.13 297 6.4 5 服装厂 LGJ—70/10 0.4217 0.4 85.58 粮食加工365 6.9 6 LGJ—95/15 0.3058 0.4 106.98 厂 240 4.44 7 汽水厂 LGJ—50/8 0.5946 0.4 71.32 - 5 - 沈阳工程学院毕业设计 472 1.5 8 化工厂 LGJ—150/8 0.1989 0.4 143.98 - 6 - 大北二次变电所电气工程设计 3 主变压器容量、台数和型式的选择 在各级电压等级的变电所中，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。 3.1 变压器选择的规定 为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。根据《电力系统设 161—85有关规定:凡有两台及以上主变的变电所，其中一台计技术规程》SKJ 事故停运后，其余主变容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。 根据《供配电设计手册》P50页规定，选择主变压器台数时应考虑下列原则: (1)应满足供电的可靠性要求。对供有在量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。 (2)对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可采用两台变压器。 (3)对于集中负荷较大的情况，虽为三级负荷，也应采用两台及以上的变压器。 (4)在确定变电所主变压器参数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。 综上所述，本变电所设计的主变压器台数应装设两台。 3.2 主变压器容量和台数的选择 首先应确定变电所的总装设容量。变电所总装设容量的确定根据《电力工程电气设计手册》P214页规定:一般按变电所建成后5,10年的远期规划负荷选择。其容量的大小应为低压侧母线的计算负荷的总和，可按下式确定: 22 (3-1) S,P，Qca 式中 P--系统总的有功功率; Q--系统总的无功功率。 其中，在总负荷的计算中要先计算线路上的功率损耗，再加上出线负荷，之后乘以同时系数，得出总负荷。 - 7 - 沈阳工程学院毕业设计 线路上的功率损耗可根据《供用电工程》P41页，公式2-41及式2-42求出，其计算公式如下: 22P，Q,3 (3-2) ,P,R，10L2U 22P，Q,3 (3-3) ,Q,X，10L2U 式中 ?P--有功功率损耗(KW); ?Q--无功功率损耗(kvar); P--负荷有功功率(KW); Q--负荷无功功率(kvar); U--线路额定电压(kV); R(X--线路电阻、电抗(Ω)。 根据上述公式计算出、。 ,,P,,Q (3-4) P,K(,P，,,P)P (3-5) Q,K(,Q，,,Q)q 式中 --最大负荷时有功负荷的同时系数; Kp --最大负荷时无功负荷的同时系数。 Kq 每台变压器的容量S的确定: 根据《电力系统设计技术规程》SDJ161-85有关规定:当变电所有两台主变压器时，一台故障或检修时，其另一台主变压器应保证供应全部负荷的70%。 即: S,70%,SNca 3.3 变压器型式的选择 (1)根据《电力工程电气设计手册》P216页规定:当不受运输条件限制时，在330KV有以下的发电厂和变电所均采用三相变压器。由于本次设计中电压等级为60KV/10KV，且变电所处于交通方便之地，故选用三相变压器。 根据《电力工程电气设计手册》P217页规定35KV以上的绕组采用Y接线。35KV以下的变压器绕组采用?接线，所以本次设计采用的变压器联结组别为Ynd—11型。选择两台SF9—12500/60型有载调压变压器。主变压器主要参数见下表: - 8 - 大北二次变电所电气工程设计 表3-1 SF9—12500/60型有载调压变压器参数 电压组合 空阻尺寸(mm) 联额定空载负载载抗接轨距容量损耗损耗电电型号 组(mm) (KVA) (W) (W) 流压高压分接低压别 长 宽 高 (%) (%) (KV) 范围 (KV) SF9-12+8×YN，12500 60 10 16800 59850 1.0 9 5400 3730 4720 1475 500/60 1.25% d11 (2)SF9—12500/60其型号含义说明如下: S--三相电力变压器; F--冷却方式风冷式; 9--设计序号; 60--高压绕组电压等级(KV); 12500--额定容量(KVA)。 - 9 - 沈阳工程学院毕业设计 4 补偿电容器的选择 系统无功平衡是一个重要的问题,为维持电压水平就必须为负荷点提供一定的无功功率,如果负荷侧的功率因数过低,会造成诸多不利影响: (1)引起线路电流增大，使线路中功率、电压、电能损失增加。 (2)由于电流增大，从而使系统中设备的容量增大，这样会增加总投资。 为此，当系统功率因数过低的时候，应增设无功补偿设备来提高功率因数，根据《全国供电规则》规定“对于新建及扩建的电力用户其功率因数一律不应低于0.9,这与本次设计任务要求相一致，即变电所的功率因数在0.9以上。 在电力系统中除了发电机能发出无功功率外，还有同步调相机、静电电容器和静止补偿器三种无功补偿装置。其中调相机、静止补偿器主要用于枢纽变电所中。而静电电容器由于其质量轻、安装方便、投资少、故障少、损耗少、易维护等诸多优点，主要将其安装在中、小型变电所。所以本次设计采用静电电容器作为无功补偿装置。 并联电容器使系统总电流相量I与电压相量U的角度φ减小，因为容性电流与感性电流分量恰好相反，从而抵消一部分感性电流。串联电容器的容抗可iicl 以补偿一部分系统电抗，从串联电容补偿的电压损耗计算公式来看，只有负荷蓄在数低，导线为较粗的架空线，采用串联补偿才合适。因此本次设计采用并联方式。 并联电容器装置向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电网电压，在本次变电所中可直接连接在低压侧的母线上。 根据《并联电容器装置设计技术规定》第15页第2.2.1条规定“设计安装的10KV电容器应采用星形接线为宜。”三角形接线的主要问题是电容器发生故障时故障电流大，较星形接线发生相间短路的可能性较大。所以本次设计采用星形接线方式，被选择电容器的额定电压应为10KV。综合上述分析，选用BWF电容器。 113,200,1W - 10 - 大北二次变电所电气工程设计 表4-1 BWF电容器参数 113,200,1W 额定电压标称容量标称电相外形尺寸长*宽*高型号规格 重量kg (KV) (kvar) 容μF 数 (mm) BWF11/3200 15.79 1 700*180*933 122 11/3 —200—1W BWF电容器型号含义: 113,200,1W B--并联电容器; WF--烷基苯浸复合介质; --额定电压(KV); 113 200--额定电容(Kvar); 1--单相; W--户外式电容器。 4.1 求出变压器的功率损耗 对于n台容量及参数均相同的变压器并列运行，其总有功功率损耗和总无功 功率损耗可根据下式计算: S2 (4-1) ,P,n,P，n,P()TK0nSN IUS%%SKN20 (4-2) ,Q,nS，n()TNnS100100N 式中 --总有功功率损耗(KW); ,PT --总无功功率损耗(Kvar ); ,QT n--并列运行变压器的台数; --空载损耗(KW); ,P0 --短路损耗(KW); ,PK S--变压器负荷的视在功率(KVA); --变压器的额定容量(KVA) SN --变压器的空载电流百分数; I%0 --变压器的短路电压百分数。 U%K - 11 - 沈阳工程学院毕业设计 将变压器二次侧总功率与变压器的功率损耗相加即得高压侧的总功率。 4.2 补偿前平均功率因数计算公式 ,P (4-3) ,cos,122(,P)，(,Q) 4.3 补偿容量的计算 电力电容器补偿容量可按下式确定: (4-4) Q,,,P(tan,,tan,)C12 式中 α--有功负荷率; --补偿前、补偿后功率因数的正功值; tan,，tan,12 P—系统有功负荷(KW)。 4.4确定电容器台数 QC (4-5) n,qc 式中 --计算补偿容量(kvar); QC -- 每台电容器的标称容量(kvar)。 qc 由于无功补偿要做到三相对称补偿，所以所选台数应为3的整数倍。考虑到 有可能将电容器分成容量相等的两组，所以所选电容器台数应为6的整数倍，故 选择电容器为24台。 4.5补偿后总平均功率因数计算公式 ,P (4-6) ,cos,322，，,,(,P)，,Q,QT补 经过计算，补偿达到要求。 cos,,0.93 - 12 - 大北二次变电所电气工程设计 5电气主接线方案设计 电所主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要部分。主接续线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、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。 变电所的电气主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求 5.1主接线设计的基本要求 主接线应基本满足供电可靠性、运行灵活性和经济性。 (1)可靠性 所谓可靠性是指主接续线能可靠的工作，以保护对用户不间断地供电。 评价主接线可靠性的标志是: 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，以及能保证对用户(重要用户)的供电; 3)变电所全部停电的可能性。 (2)灵活性 主接线的灵活性有以下几方面要求: 1)调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷;能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 2)检修要求。可以方便地停运断路器、母线及继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。 3)扩建的要求。可以容易的从补期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。 (3)经济性 经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。 - 13 - 沈阳工程学院毕业设计 5.2主接线方案 根据系统和负荷性质的要求，主接线方案初步给出以下两种: 第一方案:高压侧采用内桥接线，低压侧单母线分段的主接线，如图5-1所示。 第二方案:高压侧采用单母线分段，低压侧单母线分段的主接线，如图5-2所示。 图5-1高压侧采用内桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线 图5-2 高压侧采用单母线分段，低压侧采用单母线分段的主接线 - 14 - 大北二次变电所电气工程设计 5.3方案的比较与确定 以上两个方案中，主接线二次侧方案相同，只比较一次侧方案。 第一种方案的特点如下:变压器随负荷变化投切方便;线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障线路运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。桥形接线节省占地面积，不易在一次侧增加进线或出线回路。 第二种方案的特点如下:变压器投切方便;在一次侧容易增设进出线数目，相对桥形占地面积大;使用设备多;综合造价高。 从经济性来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只是比较综合造价。由于第二种方案比第一种方案所占的面积大、设备多、故不经济。 从改变运行方式灵活性来看，第二方案比第一方案投切变压器时，倒闸操作简便。 通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小、投资少，供电可靠性高为主要优点。第二方案以改变运行方式灵活为主要优点。考虑综合因素选第一方案为本变电所的主接线方案。 5.4主接线二次方案的说明 主接线二次侧采用单母分段的目的是:对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电，可减小停电范围。但当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线回路都在检修期内停电。单母分段接线简单、经济、方便，而且供电可靠性和灵活性相对较高。 - 15 - 沈阳工程学院毕业设计 6 短路电流的计算 6.1 发生短路的原因和短路的定义 所谓“短路”即是指载流导体相与相之间发生非正常接通的情况;在中性点直接接地的系统中，还有相与地之间的短路。发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。其次还有气候条件恶化，例如雷击过电压造成的闪络放电，由于风灾引起架空线路断线或导线覆冰引起电杆倒塌等。再其次是人员过失，例如运行人员带负荷拉刀闸，检修线路或设备之后未拆除接地线就合闸供电等。最后是其他原因，例如挖沟损伤电缆、鸟兽或风筝跨接在载流裸导体上等。绝缘损坏的原因多因设备地电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路倒杆也能造成事故。 6.2短路的分类 (3)(2)在三相系统中短路的基本形式有:三相短路--K;两相短路--K;单相接(1)(1，1)地短路--K;以及两相接地短路--K。 当三相短路时，由于短路回路阻抗相等，因此三相电流和电压仍是对称的，故又称为对称短路。此时三相短路电流同速正常情况一样是对称的，只是线路中电流增大，电压降低而已，而电压和电流之间的相位差一般也较正常情况时大，除了三相短路这外，其它类型的短路皆为不对称短路，此时三相所处的情况不同，各相电流、电压数值不等，其相位角也不同。 三相短路其后果一般最为严重。电力网在设计及运行时考虑最严重的故障情况下工作的可能性时，三相短路起着决定性的作用。故在设计中需要计算的是三相短路。 6.3计算短路电流的目的 短路电流的计算主要是为了解决以下几方面的问题: (1)作为选择电气设备(断路器、隔离开关、母线、互感器等)的依据。电力系统中的电气设备在短路电流的电动力效应和热效应作用下，必须不受损坏，以免扩大事故范围造成更大的损失。为此在设计时必须校验所选择的电气设备的电动力稳定度和热稳定度，因此就需要计算发生短路时流过电气设备的短路电流。 (2)继电保护的设计和整定 (3)进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等。 - 16 - 大北二次变电所电气工程设计 在短路电流计算中用到短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。 此外在短路电流的计算中，为了能够在工程要求的准确度范围内方便和迅速地计算短路电流，做出下列假设: (1)认为在短路过程中，所有发电机转速和电势相位相同; (2)在考虑磁路饱和，变压器励磁电流可略去不计; (3)一般不计元件的电阻和电容，仅在R>X/3时计入电阻，在超高压远距离输电时计入电容。 6.4短路电流的计算过程 6.4.1根据系统连接图画出等阻抗图 图6-1 系统等值阻抗图 6.4.2等值电路中各元件电抗的计算、短路电流的计算 根据《电力工程电气设计手册》P119规定“除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络(1KV以下)的短路电流外，元件的电阻都略去不计”。 常用的归算公式如下: U%S,dB变压器: (6-1) X,,T100SN 式中 --基准容量取1000MVA; SB --额定容量(MVA); SN --短路电压百分数(%)。 U%d S*B线路: (6-2) X,X,L,L02Uav 式中 --基准容量取1000MVA; SB - 17 - 沈阳工程学院毕业设计 --线路电抗(Ω)(注:线路单位电抗取0.4Ω/km); X0 --线路所在电压等级平均标称电压(KV)。 Uav 由于本次设计中电力系统电源为无限大，所以系统电压标么值为1。经网络化简后求出电源到适中短路点之间的总电抗标么值，计算出短路电流标么值。 1*I,d*即: (6-3) X, 最后将电流标么值化为有名值，运用公式: S,B (6-4) I,I,dd3UB 式中 --平均标称电压(KV)。 UB 短路计算点:该点短路时，流过电器或导体的短路电流最大，称为短路计算点。 由等值阻抗图可以看出，系统为并列运行，所以分别取d1、d2为短路点，计算出短路电流，为以后选择设备的校验的冲击电流提供数据。 所以计算得出: d1点短路电流为3.2KA; d2点短路电流为8.52KA; 负荷侧最大短路电流为4.01KA。 - 18 - 大北二次变电所电气工程设计 7 电气设备的选择 电器设备的选择是根据配电变电所电气工程设计的主要内容之一。正确选择电气设备是保证电气主接线和配电装置的安全、经济、可靠运行的重要条件。在高压电器选择中的主要问题有下述各点: (1)高压电器应满足正常工作状态下的电压和电流的要求; (2)高压电器应满足安装地点和使用的环境条件要求; (3)高压电器应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求; (4)高压电器应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质; (5)对于电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别; (6)同类产品应尽量减少品种。 7.1 断路器的选择 在各种电压等级变电所的设计中，断路器是最为重要的电气设备，它是通断故障电流和正常负荷电流的元件。在电力系统运行中，对断路器的要求是比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。 目前国产高压断路器按其灭弧介质和灭弧方式，一般可分为少油断路器、多油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器。高压断路器应根据断路器的安装地点、环境和使用技术条件等要求选择其种类和型式，由于少油断路器制造简单、价格便宜，维护工作量小，故在3,220KV电压等级中被广泛采用。 7.1.1 按额定电压等级选择断路器 断路器的额定电压应满足: (7-1) U,UNN,ne 式中 --断路器的额定电压; UN --设备所在电力网的额定电压(kV)。 UN,ne 7.1.2 按额定电流选择断路器 断路器的额定电流应满足大于系统长期最大工作电流的要求: (7-2) I,INmax 式中 --最大长期工作电流，其计算公式如下: Imax - 19 - 沈阳工程学院毕业设计 1.05Sca (7-3) I,max3UN 式中 --线路额定电压(KV); UN S--对于10KV侧时，;即为变压器额定容量;对于60KV侧时，采用S,SN 外桥接线时，;若采用内桥接线时，应考虑事故时由其他回路转移过来的S,SN 负荷电流。 7.1.3 按开断电流选择断路器 开断电流即在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电 流，它应满足下式: (7-4) I,IN,ockp 式中 --短路电流周期分量的有效值; Ikp 7.1.4 按关合电流选择断路器 表征断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流，一般取额定开断电流 的1.8×倍，即短路电流的最大冲击值。它满足下式: 2 (7-5) i,iclsh 式中 --冲击电流(KA);根据下式计算: ish (7-6) i,2.55IshK 7.1.5 热稳定的校验 断路器及其它的电器设备通过短路电流时，各部分温度不超过允许值，即应 满足热稳定要求。即: 22 (7-7) I,t,I,t,eqh 式中 --短路电流(KA); I, --短路等值时间(S); teq --t秒内允许通过的短时热电流(或短时耐受电流)。 Ih 7.1.6 动稳定的校验 动稳定即导体和电器承受短路电流机械效应的能力。应满足的动稳定条件 为: (7-8) i,iF,stsh 式中 --短路冲击电流幅值(KA); ish i--允许通过的动稳定电流幅值(KA)。 F,st - 20 - 大北二次变电所电气工程设计 根据以上要求,参照计算书中的计算数据,确定60kV侧选择断路器的型号为: SW2,63/1600型，该断路器的主要参数见表7.1所示: 表7.1 断路器参数表 SW2,63/1600 开断电热稳定电流固有分合闸开断容量动稳定电UIN N 型号 流 (kA) 闸时间时间流(kA) (kV) (A) MVA (kA) (S) (S) 4S SW2—63/1600 63 1600 20 2500 50 20 0.08 0.5 SW2,63/1600型号含义:户外用少油断路器，设计序号为2，额定电压63kV, 额定电流1600A。 根据以上要求,参照计算书中的计算数据,确定10kV侧选择断路器的型号为: ZN28—10型，该断路器的主要参数见表7.2所示: 表7.2 10kV侧断路器参数表 极限动稳开断电开断容通过热稳定电固有分合闸时定电UIN N 型号 流 量电流流(4S)闸时间 间 (kV) (A) 流(kA) (MVA) 峰值(kA) (S) (S) (kA) (kA) ZN2810/1000,,,10 1000 20 300 50 50 20 ?0.055 ?0.01 ZN2810/630,,10 630 20 300 50 50 20 ?0.055 ?0.01 型号含义:真空户内断路器，设计序号为28，额定电压ZN2810/1000,,, 10kV，额定电流1000A。 7.2 隔离开关的选择 隔离开关也称刀闸，不能用来开断负荷电流和短路电流。在配电装置中，主要用来在检修设备时形成可见的空气绝缘间隔。在等电位时可作为操作电器，有时也可切断小电流。 7.2.1按额定电压等级选择隔离开关 - 21 - 沈阳工程学院毕业设计 隔离开关的额定电压应满足: (7-9) U,UNN,ne 式中 --隔离开关的额定电压; UN --设备所在电力网的额定电压(kV)。 UN,ne 7.2.2按额定电流选择隔离开关 隔离开关的额定电流应满足大于系统长期最大工作电流的要求: (7-10) I,INmax 式中 --最大长期工作电流，其计算公式如下: Imax 1.05Sca (7-11) I,max3UN --线路额定电压(KV); 式中 UN S--对于10KV侧时，;即为变压器额定容量;对于60KV侧时，采用S,SN 外桥接线时，;若采用内桥接线时，应考虑事故时由其他回路转移过来的S,SN 负荷电流。 7.2.3热稳定的校验 隔离开关及其它的电器设备通过短路电流时，各部分温度不超过允许值，即 应满足热稳定要求。即: 22 (7-12) I,t,I,t,eqh 式中 --短路电流(KA); I, --短路等值时间(S); teq --t秒内允许通过的短时热电流(或短时耐受电流)。 Ih 7.2.4动稳定的校验 动稳定即导体和电器承受短路电流机械效应的能力。应满足的动稳定条件 为: (7-13) i,iF,stsh 式中 --短路冲击电流幅值(KA); ish --允许通过的动稳定电流幅值(KA)。 iF,st 经过计算和校验，60KV侧隔离开关选为GW5-60G。10KV侧隔离开关选为 GN6-10T/1000和GN6-10T/400。 - 22 - 大北二次变电所电气工程设计 表7-2 所选隔离开关主要参数 额定电压 额定电流 动稳定电流峰值热稳定电流 型号 I(A)U(KV)(KA)2s(KA)NN GW5-60G/600 60 600 50 14 GN8-10/1000 10 1000 75 30 GN8-10/400 10 400 40 14 7.2.5隔离开关型号含义: G--隔离开关; W--户外型隔离开关; 5--设计序号; 60--额定电压(KV); G--改进型; 600--额定电流(A); 7.3 互感器的选择 互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统的联络元件，分别用于向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，以正常反映电气设备的正常运行及故障情况。 互感器的作用是: (1)将一次回路的高压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。 (2)使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。 7.3.1电压互感器的选择 7.3.1.1电压互感器的配置原则 母线:一般除旁路母线外，工作及备用母线上都装有一组电压互感器用于同期、测量仪表和保护装置。 线路:35KV及其以上输电线路，当对端有电源时，为了监控线路有无电压，进行同期和设置重合闸，装有一台或三台单相电压互感器;10KV及其以下架空出线自动重合闸，可利用母线上的电压互感器。 - 23 - 沈阳工程学院毕业设计 在供电部门指定的计量点，一般装有计量之用电压互感器。 变压器:变压器的高压侧有时为了保护的需要，设有一组电压互感器。 7.3.1.2电压互感器的选择 电压互感器的选择是根据额定电压、装置种类、构造形式、准确度级以及按副边负载选择。 电压互感器一次绕组所接电力网电压应在(1.1,0.9)范围内变动,即UN1满足下列条件: (7-14) 1.1U,U,0.9UN1N,neN1 式中 --电压互感器一次侧额定电压。 UN1 6,35KV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式;110,220KV配电装置一般采用串级式电磁式电压互感器;220KV有其有上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。 电压互感器准确级的选择:其准确级要高于或等于仪表和继电保护装置的准确级，计量时不低于0.5级，测量时不低于1.0级，继电保护采用P级。 根据《电力工程电气设计手册》P250型式选择规定: 6,20KV配电装置一般采用油浸绝缘结构。在高压开关柜中或布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压时，一般采用三相五柱式电压互感器。 三相三柱式接线图无开口三角形。此种接线不能用于供电绝缘检查电压表，不允许将电压互感器高压侧中性点接地。由于10KV为中性点不接地系统，电压互感器除供测量仪表外，还用来作为电网对地绝缘监视，因此本次设计10KV侧采用JSJB--10型三相五柱式电压互感器。其主二次绕组Y型接线用于测量、继电器的电压线圈，开口三角形构成零序电压滤过器，用于绝缘检查，其接线如图所示: 经过选择，60KV侧电压互感器为JCC5—60，10KV母线电压互感器为JSZW--10型。 - 24 - 大北二次变电所电气工程设计 表7-3 电压互感器的主要参数 额定电压 试验电压 二次负荷 剩余电压绕组 最大 型号 容量1min雷输出初级 次级 剩余 0.2 0.5 3P 准确度 (VA) 工频 电 VA 0.10.160JCC53332000 140 350 150 250 300 100 3P -60 额定电压(KV) 二次负荷(VA) 连接组标号 最大 型号 输出初级次级辅助绕0.5YN,yn0 1级 3级 VA 绕组 绕组 组 级 辅助绕组接成 开口三角形 JSJB-10 10 0.1 0.1/3 960 120 200 480 (注:由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身并不遭 受短路电流的作用，因此不需要校验动稳定与热稳定。) 7.3.1.3电压互感器型号含义如下: JCC5-60型电压互感器: J--电压互感器; C--串级绝缘形式; C—瓷箱式; 5—设计序号; 60-额定电压(KV)。 JSJB-10型电压互感器: J--电压互感器; S--三相; J--油浸式; B--带补偿绕组; 10--额定电压(KV)。 7.3.2 电流互感器的选择 电流互感器的选择应根据电压等级和电流互感器安装处的最大长期工作电 流进行选择。 电流互感器一次额定电压和电流必须满足下式: U,U (7-15) NN,ne I,I (7-16) Nmax - 25 - 沈阳工程学院毕业设计 式中 --电流互感器所在电力额定电压; UN,ne ,--电流互感器的一次额定电压和电流; UINN --电流互感器一次回路最大工作电流; Imax 7.3.2.1 电流互感器的校验 (,)热稳定校验 电流互感器热稳定能力常以1S允许通过一次额定电流的倍数来表IKN1h示，故热稳定应按下式校验: 22 (7-17) I,t(K,I),t,,eqhN1 式中 --短路电流(KA); I, --短路等值时间(S)。 teq (,)动稳定校验 电流互感器常以通过一次额定电流最大值()的倍数--动稳定电K2IN1F流倍数，表示其内部动稳定能力，所以内部动稳定可用下式校验: (7-18) 2I,K,iN1Fsh 式中 --短路冲击电流(KA)。 ish 7.3.2.2 电流互感器的配置 (1)为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线、分段等回路设置电流互感器，一般按三相配置;10KV出线按两相配置。 (2)对于保护用电流互感器应尽量消除保护的死区。 电流互感器经过选择校验，60KV侧电流互感器选择LCWD--60，用于安装在变回路和桥型回路。10KV侧电流互感器选用LAJ--10和LFZ1--10型电流互感器。LAJ--10用于变压器和母联回路，其额定电流比为1000/5。LFZ1--10用于不同的馈出线上。 - 26 - 大北二次变电所电气工程设计 表7-4 电流互感器的主要参数 10%倍数 二次负荷 准次级额定变1S热稳动稳型号 确二次负荷组合 流比 定倍数 倍数 倍数 0.5 1 3 级 Ω LCWDD 0.8 30 1.2 (300,D/1 75 150 -60 600)/5 1 1.2 15 1.2 4 准二次负荷 额定电额定变流10%1S热稳动稳型号 次级组 确压(KV) 比 倍数 定倍数 倍数 0.5 1 3 级 LAJ-10 10 1000/5 0(5/D 0(5 10 1(2 50 90 LFZ1-10 10 200/5 0(5/B 0(5 0(4 90 160 7.3.2.3电流互感器型号含义: 1)LCWD-60型电流互感器: L—电流互感器; C—瓷绝缘; W—户外型; D--有差动保护级; 60—额定电压(KV)。 2)LAJ-10型电流互感器: L—电流互感器; A—穿墙式; J—加大容量。 10—额定电压(KV)。 3)LFZ1-10型电流互感器: L—电流互感器; F—复匝贯穿式; Z—浇注绝缘; 1—设计序号; 10--额定电压(KV)。 7.4避雷器的选择 7.4.1过电压的分类 - 27 - 沈阳工程学院毕业设计 过电压可分为大气过电压(或称雷电过电压)和内部过电压两种形式。 7.4.2避雷器的作用 (1)当冲击电压超过避雷器动作电压时，避雷器导通，将雷电流引入大地，避免了被保护设备的电压升高，从而保护了设备。 (2)冲击电压过后，熄灭工频续流电弧。 7.4.3避雷器的类型 主要有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等几种。 7.4.4避雷器的选择及型号含义 FZ系列普通阀式避雷器，用于保护相应额定电压的交流变、配电设备的绝缘，以免受大气过电压的损害。 FS系列避雷器用于保护配电变压器和电缆头等电气设备免受大气过电压的损害。 避雷达器只根据系统额定电压进行选择。本设计变电所60KV侧避雷器选用FZ—60型，10KV侧选用FS—10型避雷器。 表7-5 避雷器的主要参数 冲击放电电8/20μ雷电 工频放电电压有压峰值冲击波残压泄漏或额定电灭弧电效值(KV) (1.5/20μs峰值不大于电导电型号 压有效压有效及1.5/40μ(KV) 流 值(KV) 值(KV) s)不大于(μA) 不小于 不大于 5KA 10KA (KV) FZ—400,60 10.5 140 173 220 227 250 60 600 FS—10 12.7 26 31 50 47 50 10 10 FZ-60及FS-10避雷器型号含义: F—阀型避雷器; Z—电站用; S—变电所用; 60/10—额定电压(KV)。 - 28 - 大北二次变电所电气工程设计 7.5 高压开关柜的选择 6,35KV高压开关柜主要用于6,35KV的电力系统中，作电能的接受、分配的通、断和监视及保护之用。 选择高压开关柜主根据使用环境决定选户内还是户外型。根据开关柜数量的多少和可靠性的要求，确定使用固定式还是手车式开关柜。固定式开关柜价格便宜，对开关柜台数少的变电所尽量选用固定式开关柜。结合本变电所主接线方案，结合控制、计量、保护、信号等方面要求选择10KV侧开关柜，使设备的型号尽量作到统一。10KV侧的所有出线架空线选用一个型号的开关柜。本设计初选六种开关柜，分别为变压器10KV侧出线回路柜、分段母联回路柜、架空出线柜、所用变压器柜、电压互感器及避雷器柜、补偿电容器柜。 由《高压成套开关设备》P113页，表1.8.1选择KYN3-10型移开式金属封闭高压开关柜，其主要技术参数如下: 表6.16 所选高压开关的主要技术参数 名称 单位 主要技术参数 额定工作电压 3、6、10 kV 额定工作电流 630、1000、1250、1600、2000、2500 A 额定开断电流(有效值) 25、31.5、40 kA 额定关合电流(峰值) 40、80、100 kA 极限通过电流 50、80、100 kA 4S热稳定电流(有效值) 20、31.5、40 kA 外形尺寸(宽*高*深) mm 1000×2282×1800 - 29 - 沈阳工程学院毕业设计 7.5.1主电路选取方案 (1) 进线柜、出线柜和母联柜 表6.16 进线柜、出线柜和母联柜的主电路方案及设备表 方案编号 KYN3-10/02Z KYN3-10/09Z KYN3-10/05Z 额定电压(kV 主 电 路 方 案 10 接 线 图 用途 电缆进线(2台) 架空线出线(12台) 母联(1台) 额定工作电流(A) 1000 630 1000 主真空断路器 ZN2810/630,,ZN2810/1000,,,ZN2810/1000,,,1 1 1 电操动机构 CD10 1 CD10 1 CD10 1 路电流互感器 LAJ-10 2 LFZ1-10 2 LAJ-10 2 主零序电流互感器 LXZ1 1 要高压避雷器 FZ-10 高接地开关 JN4-10 1 压 电 器 外形尺寸(宽×高×深)1000×2282×1800 1000×2282×1800 11000×2282×1800 (mm) - 30 - 大北二次变电所电气工程设计 (2)电压互感器柜和所用变柜 表6.17 电压互感器柜和所用变柜的主电路方案及设备表 方案编号 KYN3-10/48Z KYN3-10/64Z 额定电压(kV 主 电 路 方 案 10 接 线 图 用途 电压互感器、避雷器(2台) 所用变(2台) 额定工作电流(A) 1000 1000 高压熔断器 RN2-10 3 RN1-10/200 3 主电压互感器 JSJB-10 1 电高压避雷器 FZ-10 3 路干式变压器 SL7-10/30kV 1 主低压断路器 DL10-100 6 要 高 压 电 器 外形尺寸(宽×高×深)1000×2282×1800 1000×2282×1800 (mm) - 31 - 沈阳工程学院毕业设计 (3)电容器控制柜和电容器柜 表6.18 电容器控制柜和电容器柜的主电路方案及设备表 方案编号 GJZK-1-01 额定电压(kV 主电路方 案接线图 10 用途 电容器控制(2台) 额定工作电流(A) 1000 真空断路器 ZN2810/1000,,,1 操动机构 CD10 1 电流互感器 LAJ-10 2 主电路主电压互感器 LDZ-20 2 要高压电高压熔断器 器 高压电容器 外形尺寸(宽×高×深)(mm) 1000×3100×1200 - 32 - 大北二次变电所电气工程设计 7.6母线的选择 母线起汇集和分配电能的作用。 35KV及以下变电所的各种高压配电装置的母线，主要采用硬母线和软母线两种型式，其中硬母线有铜、铝两种材料。根据《导体和电器选择设计技术规定》第7页第2.3.1条规定:20KV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形硬导体。 矩形导体的散热和机械强度与母线的布置方式有关。三相水平布置导体竖放与三相水平布置导体平放相比，前者散热较好，载流量大，但机械强度低，而后者情况正好相反。若三相导体垂直布置且导体竖放时，散热较好，载流量较大、机械强度高，但配电装置的高度增加，安装困难，所以本变电所采用三相水平布置且导体平放。 对于母线截面的选择按导体长期发热允许电流选择，即: (7-19) Iw,max,KIal 式中 --所在回路最大工作电流(A) Iw,max --相对于母线允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流(A); Ial K--综合修正系数。 而对于60KV侧桥回路连线的选择，根据《供用电工程》P283的规定说明“除配电装置的汇流母线及较短导体(20m以下)按最大长期工作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经济电流密度选择。” 经过计算，母线初选为63×6.3硬铝母线，平放。 7.6.1 热稳定校验 导体的最小允许截面应小于才能满足热稳定要求，其由下式确定: Smin I, (7-20) S,tKmineqC 式中 C--热稳定系数 K--集肤效应系数，由《电力工程电气设计手册》查得K=1.02; --短路电流(KA); I, t--短路等值时间(S)。 eq 只要所选硬铝63×6.3的截面大于即可认为满足热稳定校验。 Smin 7.6.2动稳定校验 - 33 - 沈阳工程学院毕业设计 各种形状的母线通常都安装在支持绝缘子上，当冲击电流通过母线时，电动力将使母线产生弯曲应力，因此母线应按弯曲情况进行应力计算，校验母线的动稳定。 按照母线在支持绝缘子上固定的形式，当跨数为2时，在电动力的作用下，母线所受的最大弯矩为: 2 (7-21) M,fL/(8N,m)ph 式中 L--支持绝缘子间的跨距(m)。本设计取绝缘子的跨距为开关柜的宽度: L=1.0m。 --单位长度母线上所受相间电动应力(N/m); fph 其可由下式求出: , 2,7 (7-22)f,1.73,i,，10N/mphsha 式中 --三相短路冲击电流(A); ish --相间距离; a --动态应力系数。 , 关于的说明: , 为了避免导体产生危险的共振，对于重要的导体，应使其固有频率避开产生 2页中规定“对于单条母共振的频率范围。根据《电力工程电气设计手册》P34 线和母线和母线组中的各单第母线其共振频率范围为35,135HZ;对于多条母线组及引下线的单条母线其共振频率范围为35,155HZ;槽形和管形母线其共振频率范围为30,160HZ。”若固有频率在上述范围之外，可取β=1。若在上述范围之内，在计算时，应考虑动态应力系数β。β可由《供用电工程》P276页，fph 图9-13查得。其中母线固有频率f1可根据《供用电工程》P276页，公式9-51 NEIfX求出，即: (7-23) f,2mL 式中 f--母线固有频率(HZ); --频率系数; Nf E--导体材料的弹性模量(pa); L--跨距(m); 4--导体断面二次矩(m); IX m--导体单位长度的质量(kg/m)。 母线最大相间计算应力为: ,,M/W(MPa)ph (7-24) W--母线对垂直于作用力方向轴的截面系数(也称抗弯矩)。本设计中所选矩 22形母线为三相水平布置且平放，故W=bh/6(mm) 只要母线满足动稳定的条件: 即可认为母线动稳定满足校验。 ,,,pph - 34 - 大北二次变电所电气工程设计 式中导体材料的允许应力，由《电力工程电气设备手册》P332页，表8-1查,p 得。 ,,70MPap - 35 - 沈阳工程学院毕业设计 8 继电保护 8.1电力系统继电保护的作用 (1)有选择性地将故障元件从电力系统中快速、自动地切除，使其破坏程度 降低到最小，并保证最大限度地迅速恢复无故障设备的正常运行。 (2)反映电气元件的异常运行情况，根据运行维护的具体条件和设备的承受 能力，发出警告信号，减负荷和延时跳闸。 (3)依据实际情况，尽快自动恢复停电部分的供电。 8.2 主变压器的保护 变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量变压器，一旦因故障损坏造成的损失就更大。因此必须真对变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重要程度，装设动作可靠，性能良好的继电保护装置。 8.2.1 变压器的纵联差动保护 纵联差动保护是本次设计变压器的主保护之一。保护原理图如下: 图8.1 变压器纵联差动保护单相原理图 8.2.2 变压器的瓦斯保护 - 36 - 大北二次变电所电气工程设计 瓦斯保护分为重瓦斯保护和轻瓦斯保护。重瓦斯保护动作于跳闸，而轻瓦斯保护动作于发警报信号。 瓦斯保护范围应能反应油箱内部发生的各种故障，不能反应油箱以外的套管及引线等部位上发生的故障，因此瓦斯保护应于纵差动保护相互配合、相互补充。 瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成，变压器内部发生轻微故障时，继电器触头闭合，发出瞬时“轻瓦斯保护动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触头闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器两侧断路器。因重瓦斯继电器触头有可能瞬时接通，故跳闸回路中要加自保持回路。变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出轻“瓦斯动作”信号。 8.2.3变压器的过电流保护 瓦斯保护、纵差动保护为主变压器的主保护，动作后，独立出口跳主变压器一次、二次侧及电容器开关。对外部相间短路引起的变压器过电流，装设过电流保护作为变压器后备保护，保护动作后，应跳开变压器两侧的断路器。 图8.2 变压器的过电流保护图 变压器的过电流保护主要是装设在降压变压器的高压侧.过电流保护的测量元件为电流继电器，延时元件时间继电器,其保护单相原理如图9.2所示.当短路电流达到或超过电流继电器的动作定值时,电流继电器动作并起动时间继电器，经给定的延时后时间继电器的动合触点闭合，出口继电器将变压器从运行的设备中切除保证电网的正常运行. 过电流保护的电流互感器采用三相完全星形接线方式，这样可以提高灵敏 - 37 - 沈阳工程学院毕业设计 度。 动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即: IKlrel,maxI,op (8-1) Kres 式中 --可靠系数，一般取1.2,1.3; Krel --返回系数，一般取0.85; Kres --变压器的最大负荷电流。 Il,max (1)对并列运行的变压器，应考虑切除一台时所产生的过负荷，如各台变压器容量相等，可按下式计算: I,nNI, (8-2) ,maxln,1 式中 n--并列运行变压器的最少台数; --每台变压器的额定电流。 IN (2)保护装置的灵敏度，按下式检验: Ik,minK, (8-3) senIop 被保护变压器低压母线发生短路时，要求=1.5,2而在后备保护范围末Ksen 端短路时，要求>1.2。 Ksen 8.3 线路保护 对于10kV架空线出线的继电保护，主保护采用瞬时电流速断保护，后备保护采用定时限过电流保护。为反应单相接地故障，采用零序电流保护，以区分出故障线路与非故障线路，构成选择性保护。 本所共有12条出线，选择最长线路服装厂(8Km)为例进行线路保护。 8.3.1瞬时电流速断保护 瞬时电流速断保护1的动作电流应按线路末端三相短路时最大短路电流，即: ,, (8-4) IKI,oprelkmax, - 38 - 大北二次变电所电气工程设计 ,式中 --保护装置瞬时电流速断保护的动作电流; Iop , --可靠系数，一般取1.2,1.3; Krel --被保护线路末端三相短路时最大短路电流。 Ik,max 保护范围校验: ,,E13slX,，,,,minmaxs,,,, (8-5) XI21op,, 式中 --系统等效电源相电动势，取10.5kV; Es --系统最小运行方式下最大等值电抗，; ,Xs,max --输电线路单位公里正序电抗，。 X,/km1 8.3.2定时限过电流保护 (1)动作电流的整定: ,,,K,,,rel (8-6) ,IIopLmax,Krel ,,,式中 --可靠系数，取1.15,1.25; Krel --自启动系数，取1.3; Kss --返回系数，一般取0.85; Kre --被保护线路最大的负荷电流。 IL,max (2)灵敏度校验: Ik,min (8-7) ,Ksen,,,Iop 式中 --系统最小运行方式下被保护线路末端两三相短路时短路电流。 Ik,min - 39 - 沈阳工程学院毕业设计 9 防雷保护 雷击会使电力系统产生过电压，破坏电力系统的稳定和电气设备，为此变电所必须进行直击雷过电压保护。直击雷过电压保护可采用避雷针保护，避雷电流引入大地，从而保护了设备免受雷击。在变电所中，屋外配电装置，以及有金属的屋顶或钢筋混凝土结构建筑物均应加避雷针，作为防直击雷保护装置。 9.1避雷针的装设原则及接地装置的要求 独立避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻不宜超过10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，使两者的接地电阻都得到降低。但为了防止经过接地网反击35KV及以下设备与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。 9.2避雷针高度的计算 由变电所的平面图可知: 变电所长:a=39.6m， 变电所宽:b=37.2m。 为了避免反击,避雷针应距变电所5m。 相邻避雷针的间距为:，。 a,39.6，2，5,49.6ma,b,37.2m122222则对角避雷针间距为:。 D,a，a,49.6，37.2,62m12 由于变电所最高设备为构架，高度为。 h,9mx 水平面上相邻避雷针间保护外围宽度?0时，即全面积受到保护，则避雷bx 针选择高度合理，即 Dh, (取) (9-1) p,1a8P 则避雷针的实际高度为: (9-2) h,h，hax 9.2.1保护半径计算 在60KV侧9米高度上的保护半径的计算: hh9m因为 (9-3) ,,x2 所以 (9-4) r,(h,h)pxx 1当,时，，， (9-5) r,h,hp,hphhxxax2 - 40 - 大北二次变电所电气工程设计 式中 --避雷针在水平面上的保护半径(m); rhxx --避雷针高度(m); h --被保护物的高度(m); hx --避雷针保护的有效高度(m); ha --避雷针高度影响系数，当时，。 ph,30mp,1 5.5当时，p,;若，暂按计算。 120m,h,30mh,120mh,120m h 1当时， (9-6) ,r,(1.5h,2h)phhxxx2 9.2.2保护范围最小宽度和最小高度的计算: (1)变电所对角线上两支避雷针的保护范围的最小高宽为: Dhh (9-7) ,,07p h0 (9-8) ,hx2 所以 (9-9) b,h,hx0x (2)变电所长边上两支避雷针的保护范围的最小宽度: D hh ,,07p h0 ,hx2 所以 b,h,hx0x (3)变电所宽边上两支避雷针的保护范围的最小宽度: D hh ,,07p h0 ,hx2 所以 b,h,h x0x 所以根据计算选择四支高18m的避雷针能保护变电所的全面积。 - 41 - 沈阳工程学院毕业设计 第二篇 设计计算书 1 选择10KV输电线路导线 1.1 选择机械制造厂出线架空线型号 已知线路长度为3km，双回线路供电，双回出线重要负荷率不超过60%，远 期最大负荷为3500KW，功率因数，最大负荷利用小时数。 T,4000hcos,,0.92max 1.1.1 按经济电流密度选择导线截面 根据输送功率计算最大长期工作电流: 60%，1.05P1.05，3500，0.6 I,,,138.38Amax,3Ucos3，10，0.92N 由最大负荷利用小时数，查《电力工程电气设计手册》377页，T,4000hmax 2图8-30软导线经济电流密度得。 J,1.16Amm I138.382max S,,,119.29mmJ1.16 查《电力工程电气设计手册》411页，附表8-4:LGJ钢芯铝绞线规格及 长期允许载流量，选用型架空线，其参数为: LGJ,1207 ，，。 I,417AR,0.2422,kmX,0.4,kmal80:c 1.1.2 热稳定校验 ,,,80,38al0温度修正系数: K,,,0.87,,,80,25alN KI,0.87，417,362.79A,I,138.38Aalmax 校验合格。 1.1.3 电压损耗校验 导线工作时的实际温度: - 42 - 大北二次变电所电气工程设计 I138.3822max ,,,，(,,,)，(),38，(80,38)，(),42.63:cwal00I417al 导线电阻修正: R,r[1，,(t,20)],0.2422，[1，0.0036，(42.63,20)],0.26,kmt20 60%PL所以: ,U,(R，Xtan,)2UN 0.6，3.5，3,(0.26，0.4，0.43)2 10 ,2.7% 即:，校验合格。 ,U,9% 1.1.4 线路功率损耗计算 22(0.5P)，(0.5Q),311阻抗损耗: ,P,R，10L12UN 23804.35,3,，0.2422，3，102 4，10 ,26.29KW 22(0.5P)，(0.5Q),311 ,Q,X，10L12UN 23804.35,3,，0.4，3，102 4，10 ,43.42KVar导纳损耗: 取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为:LGJ,1207 ,6 ， b,3.31，10Skm 123 ,Q,,BU，10y12 1,623,,，3.31，10，3，10，10 2 ,,0.5KVar则机械制造厂的线路损耗为: 22 ,S,2，,P，(,Q，,Q)LLLy1111 - 43 - 沈阳工程学院毕业设计 22,2，26.29，(43.42,0.5) ,100.66KVA 1.2选择针织器材厂出线架空线型号 已知线路长度为4km，双回线路供电，双回线路出线重要负荷率不超过60%， 远期最大负荷为3000KW，功率因数，最大负荷利用小时数cos,,0.86 。 T,3800hmax 1.2.1 按经济电流密度选择导线截面 根据输送功率计算线路最大长期工作电流: 60%，1.05P0.6，1.05，3000 I,,,126.88Amax,3Ucos3，10，0.86N 由最大负荷利用小时数，查《电力工程电气设计手册》377T,3800hmax 2页，图8-30软导线经济电流密度得。 J,1.18Amm I126.882max S,,,107.53mmJ1.18 查《电力工程电气设计手册》411页，附表8-4:LGJ钢芯铝绞线规格及 长期允许载流量，选用型架空线，其参数为: LGJ,1207 ，，。 I,417AR,0.2422,kmX,0.4,kmal80:c 1.2.2 热稳定校验 ,,,80,38al0温度修正系数: K,,,0.87,,,80,25alN KI,0.87，417,362.79A,I,138.38Aalmax 校验合格。 1.2.3电压损耗校验 导线工作时的实际温度: - 44 - 大北二次变电所电气工程设计 I126.8822max ,,,，(,,,)，(),38，(80,38)，(),41.89:cwal00I417al 导线电阻修正: R,r[1，,(t,20)],0.2422，[1，0.0036，(41.89,20)],0.26,kmt20 60%PL所以: ,U,(R，Xtan,)2UN 0.6，3，4,(0.26，0.4，0.59)2 10 ,3.57% 即:，校验合格。 ,U,9% 1.2.4线路功率损耗计算 22(0.5P)，(0.5Q),322阻抗损耗: ,P,R，10L22UN 23488.37,3,，0.2422，4，102 4，10 ,29.47KW 22(0.5P)，(0.5Q),322 ,Q,X，10L22UN 23488.37,3,，0.4，4，102 4，10 ,48.67KVar导纳损耗: 取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为:LGJ,1207 ,6 ， b,3.31，10Skm 123 ,Q,,BU，10y22 1,623,,，3.31，10，4，10，10 2 ,,0.662KVar 则针织器材厂的线路损耗为: 22 ,S,2，,P，(,Q，,Q)LLLy2222 - 45 - 沈阳工程学院毕业设计 22,2，29.47，(48.67,0.662) ,112.66KVA 1.3选择织布厂出线架空线型号 已知线路长度为5km，单回线路供电，远期最大负荷为2000KW，功率因数 ，最大负荷利用小时数。 T,3500hcos,,0.85max 1.3.1按经济电流密度选择导线截面 根据输送功率计算线路最大长期工作电流: 1.05P1.05，2000 I,,,142.64Amax,3Ucos3，10，0.85N 由最大负荷利用小时数，查《电力工程电气设计手册》377T,3500hmax 2页，图8-30软导线经济电流密度得。 J,1.26Amm I142.642max S,,,113.21mmJ1.26 查《电力工程电气设计手册》411页，附表8-4:LGJ钢芯铝绞线规格及 长期允许载流量，选用型架空线，其参数为: LGJ,1207 ，，。 I,417AR,0.2422,kmX,0.4,kmal80:c 1.3.2热稳定校验 ,,,80,38al0温度修正系数: K,,,0.87,,,80,25alN KI,0.87，417,362.79A,I,142.64Aalmax 校验合格。 1.3.3电压损耗校验 导线工作时的实际温度: I142.6422max ,,,，(,,,)，(),38，(80,38)，(),42.91:cwal00I417al - 46 - 大北二次变电所电气工程设计 导线电阻修正: R,r[1，,(t,20)],0.2422，[1，0.0036，(42.91,20)],0.262,kmt20 PL所以: ,U,(R，Xtan,)2UN 2，5,(0.262，0.4，0.62)2 10 ,5.1% 即:，校验合格。 ,U,9% 1.3.4线路功率损耗计算 22P，Q,333阻抗损耗: ,P,R，10L32UN 22352.94,3,，0.2422，5，102 10 ,67.04KW 22P，Q,333 ,Q,X，10L32UN 22352.94,3,，0.4，5，102 10 ,110.73KVar导纳损耗: 取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为:LGJ,1207 ,6 ， b,3.31，10Skm 123 ,Q,,BU，10y32 1,623,,，3.31，10，5，10，10 2 ,,0.83KVar则织布厂的线路损耗为: 22 ,S,,P，(,Q，,Q) LLLy3333 22,67.04，(110.73,0.83) ,128.73KVA - 47 - 沈阳工程学院毕业设计 1.4选择标准件厂出线架空线型号 已知线路长度6km，双回线路供电，双回线路出线重要负荷率不超过60%， 远期最大负荷为1600KW，功率因数，最大负荷利用小时数cos,,0.88 。 T,4000hmax 1.4.1按经济电流密度选择导线截面 根据输送功率计算线路最大长期工作电流: 60%，1.05P0.6，1.05，1600 I,,,66.13Amax,3Ucos3，10，0.88N 由最大负荷利用小时数，查《电力工程电气设计手册》377页，图T,4000hmax 28-30软导线经济电流密度得。 J,1.16Amm I66.132max S,,,57.01mmJ1.16 查《电力工程电气设计手册》411页，附表8-4:LGJ钢芯铝绞线规格及长期允 许载流量，选用型架空线，其参数为: LGJ,508 ，，。 R,0.5946,kmX,0.4,kmI,240Aal80:c 1.4.2热稳定校验 ,,,80,38al0温度修正系数: K,,,0.87,,,80,25alN KI,0.87，240,209.73A,I,66.13Aalmax 校验合格。 1.4.3电压损耗校验 导线工作时的实际温度: I66.1322max ,,,，(,,,)，(),38，(80,38)，(),41.19:cwal00I240al 导线电阻修正: - 48 - 大北二次变电所电气工程设计 R,r[1，,(t,20)],0.5946，[1，0.0036，(41.19,20)],0.64,kmt20 60%PL所以: ,U,(R，Xtan,)2UN 0.6，1.6，6,(0.64，0.4，0.54)2 10 ,4.9% 即:，校验合格。 ,U,9% 1.4.4线路功率损耗计算 22(0.5P)，(0.5Q),344阻抗损耗: ,P,R，10L42UN 21818.18,3,，0.5946，6，102 4，10 ,29.48KW 22(0.5P)，(0.5Q),344 ,Q,X，10L42UN 21818.18,3,，0.4，6，102 4，10 ,19.83KVar 导纳损耗: 取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为:LGJ,508 ,6 ， b,3.05，10Skm 123 ,Q,,BU，10y42 1,623,,，3.05，10，6，10，10 2 ,,0.915KVar 则针织器材厂的线路损耗为: 22 ,S,2，,P，(,Q，,Q) LLLy4444 22,2，29.48，(19.83,0.915) ,70.05KVA - 49 - 沈阳工程学院毕业设计 1.5 选择服装厂出线架空线型号 已知线路长度为8km，单回线路供电，远期最大负荷为1200KW，功率因数 ，最大负荷利用小时数。 cos,,0.85T,3700hmax 1.5.1按经济电流密度选择导线截面 根据输送功率计算线路最大长期工作电流: 1.05P1.05，1200 I,,,85.58Amax,3Ucos3，10，0.85N 由最大负荷利用小时数，查《电力工程电气设计手册》377页，图T,3700hmax 28-30软导线经济电流密度得。 J,1.22Amm I85.582max S,,,70.15mmJ1.22 查《电力工程电气设计手册》411页，附表8-4:LGJ钢芯铝绞线规格及长 期允许载流量，选用型架空线，其参数为: LGJ,7010 ，，。 R,0.4217,kmX,0.4,kmI,297Aal80:c1.5.2热稳定校验 ,,,80,38al0温度修正系数: K,,,0.87,,,80,25alN KI,0.87，297,259.54A,I,85.58Aalmax 校验合格。 1.5.3电压损耗校验 导线工作时的实际温度: I85.5822max ,,,，(,,,)，(),38，(80,38)，(),41.49:cwal00I297al 导线电阻修正: R,r[1，,(t,20)],0.4217，[1，0.0036，(41.49,20)],0.45,kmt20 - 50 - 大北二次变电所电气工程设计 PL所以: ,U,(R，Xtan,)2UN 1.2，8,(0.4217，0.4，0.62)2 10 ,6.4% 即:，校验合格。 ,U,9% 1.5.4线路功率损耗计算 22P，Q,355阻抗损耗: ,P,R，10L52UN 21411.76,3,，0.4217，8，102 10 ,67.24KW 22P，Q,355 ,Q,X，10L52UN 21411.76,3,，0.4，8，102 10 ,63.78KVar 导纳损耗: 取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为:LGJ,7010 ,6 ， b,3.15，10Skm 123 ,Q,,BU，10y52 1,623,,，3.15，10，8，10，10 2 ,,1.26KVar 则服装厂的线路损耗为: 22 ,S,,P，(,Q，,Q)LLLy5555 22,67.24，(63.78,1.26) ,91.81KVA - 51 - 沈阳工程学院毕业设计 1.6选择粮食加工厂出线架空线型号 已知线路长度为8km，单回线路供电，远期最大负荷为1500KW，功率因数 ，最大负荷利用小时数。 cos,,0.85T,3500hmax 1.6.1按经济电流密度选择导线截面 根据输送功率计算线路最大长期工作电流: 1.05P1.05，1500 I,,,106.98Amax,3Ucos3，10，0.85N 由最大负荷利用小时数，查《电力工程电气设计手册》377页，T,3500hmax 2图8-30软导线经济电流密度得。 J,1.26Amm I106.982max S,,,84.9mmJ1.26 查《电力工程电气设计手册》411页，附表8-4:LGJ钢芯铝绞线规格及长期允 许载流量，选用型架空线，其参数为: LGJ,9515 ，，。 R,0.3058,kmX,0.4,kmI,365Aal80:c1.6.2热稳定校验 ,,,80,38al0温度修正系数: K,,,0.87,,,80,25alN KI,0.87，365,317.55A,I,106.98Aalmax 校验合格。 1.6.3电压损耗校验 导线工作时的实际温度: I106.9822max ,,,，(,,,)，(),38，(80,38)，(),41.6:cwal00I365al 导线电阻修正: R,r[1，,(t,20)],0.3058，[1，0.0036，(41.6,20)],0.33,kmt20 - 52 - 大北二次变电所电气工程设计 PL所以: ,U,(R，Xtan,)2UN 1.5，8,(0.33，0.4，0.62)2 10 ,6.9% 即:，校验合格。 ,U,9% 1.6.4线路功率损耗计算 22P，Q,366阻抗损耗: ,P,R，10L62UN 21764.7,3,，0.3058，8，102 10 ,76.18KW 22P，Q,366 ,Q,X，10L62UN 21764.7,3,，0.4，8，102 10 ,99.65KVar导纳损耗: 取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为:LGJ,9515 ,6 ， b,3.25，10Skm 123 ,Q,,BU，10y62 1,623,,，3.25，10，8，10，10 2 ,,1.3KVar 则粮食加工厂的线路损耗为: 22 ,S,,P，(,Q，,Q)LLLy6666 22,76.18，(99.65,1.3) ,124.4KVA - 53 - 沈阳工程学院毕业设计 1.7选择汽水厂出线架空线型号 已知线路长度为5km，单回线路供电，远期最大负荷为1000KW，功率因数 ，最大负荷利用小时数。 cos,,0.85T,3500hmax 1.7.1按经济电流密度选择导线截面 根据输送功率计算线路最大长期工作电流: 1.05P1.05，1000 I,,,71.32Amax,3Ucos3，10，0.85N 由最大负荷利用小时数，查《电力工程电气设计手册》377页，T,3500hmax 2图8-30软导线经济电流密度得。 J,1.26Amm I71.322max S,,,56.6mmJ1.26 查《电力工程电气设计手册》411页，附表8-4:LGJ钢芯铝绞线规格及长期允 许载流量，选用型架空线，其参数为: LGJ,508 ，，。 R,0.5946,kmX,0.4,kmI,240Aal80:c1.7.2热稳定校验 ,,,80,38al0温度修正系数: K,,,0.87,,,80,25alN KI,0.87，240,208.8A,I,71.32Aalmax 校验合格。 1.7.3电压损耗校验 导线工作时的实际温度: I71.3222max ,,,，(,,,)，(),38，(80,38)，(),41.71:cwal00I240al 导线电阻修正: R,r[1，,(t,20)],0.5946，[1，0.0036，(41.71,20)],0.64,kmt20 - 54 - 大北二次变电所电气工程设计 PL所以: ,U,(R，Xtan,)2UN 1，5,(0.64，0.4，0.62)2 10 ,4.44% 即:，校验合格。 ,U,9% 1.7.4线路功率损耗计算 22P，Q,377阻抗损耗: ,P,R，10L72UN 21176.47,3,，0.5946，5，102 10 ,41.15KW 22P，Q,377 ,Q,X，10L72UN 21176.47,3,，0.4，5，102 10 ,27.68KVar 导纳损耗: ,6取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为: ， LGJ,508b,3.05，10Skm 123 ,Q,,BU，10y72 1,623,,，3.05，10，5，10，10 2 ,,0.76KVar 则汽水厂的线路损耗为: 22 ,S,,P，(,Q，,Q)LLLy7777 22,41.15，(27.68,0.76) ,49.17KVA 1.8选择化工厂出线架空线型号 已知线路长度2km，双回线路供电，双回线路出线重要负荷率不超过60%， 远期最大负荷为3800KW，功率因数，最大负荷利用小时数cos,,0.96 - 55 - 沈阳工程学院毕业设计 。 T,4600hmax 1.8.1按经济电流密度选择导线截面 根据输送功率计算线路最大长期工作电流: 60%，1.05P0.6，1.05，3800 I,,,143.98Amax,3Ucos3，10，0.96N 由最大负荷利用小时数，查《电力工程电气设计手册》377页，T,4600hmax 2图8-30软导线经济电流密度得。 J,1.06Amm I143.982max S,,,135.83mmJ1.06 查《电力工程电气设计手册》411页，附表8-4:LGJ钢芯铝绞线规格及长 期允许载流量，选用型架空线，其参数为: LGJ,1508 ，，。 I,472AR,0.1989,kmX,0.4,kmal80:c1.8.2热稳定校验 ,,,80,38al0温度修正系数: K,,,0.87,,,80,25alN KI,0.87，472,410.64A,I,143.98Aalmax 校验合格。 1.8.3电压损耗校验 导线工作时的实际温度: I143.9822max ,,,，(,,,)，(),38，(80,38)，(),41.9:cwal00I472al 导线电阻修正: R,r[1，,(t,20)],0.1989，[1，0.0036，(41.9,20)],0.215,kmt20 60%PL所以: ,U,(R，Xtan,)2UN - 56 - 大北二次变电所电气工程设计 0.6，3.8，2,(0.215，0.4，0.292)2 10 ,1.5% 即:，校验合格。 ,U,9% 1.8.4线路功率损耗计算 22(0.5P)，(0.5Q),388阻抗损耗: ,P,R，10L82UN 23958.3,3,，0.1989，2，102 4，10 ,15.58KW 22(0.5P)，(0.5Q),388 ,Q,X，10L82UN 23958.3,3,，0.4，2，102 4，10 ,31.34KVar 导纳损耗: 取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为:LGJ,1508 ,6 ， b,3.38，10Skm 123 ,Q,,BU，10y82 1,623,,，3.38，10，2，10，10 2 ,,0.338KVar 则化工厂的线路损耗为: 22 ,S,2，,P，(,Q，,Q)LLLy8888 22,2，15.58，(31.34,0.338) ,34.7KVA 则综上10KV线路所选架空线参数如下表所示: - 57 - 沈阳工程学院毕业设计 表1-1 10KV线路架空线参数 经济密线路状况 电阻值 电抗值 度 负荷名序号 型号 (,km)(,km)2长度 称 (Amm)回数 (km) 机械制 1 2 3 1.16 0.2422 0.4 LGJ,1207造厂 LGJ,1207针织器2 2 4 1.18 0.2422 0.4 材厂 LGJ,12073 织布厂 1 5 1.26 0.2422 0.4 LGJ,508标准件4 2 6 1.16 0.5946 0.4 厂 LGJ,70105 服装厂 1 8 1.22 0.4217 0.4 LGJ,9515粮食加6 1 8 1.26 0.3058 0.4 工厂 LGJ,5087 汽水厂 1 5 1.26 0.5946 0.4 LGJ,15088 化工厂 2 2 1.06 0.1989 0.4 - 58 - 大北二次变电所电气工程设计 2 选择主变压器的台数、容量、型号 2.1 线路损耗的总功率 ,P,,P，,P，,P，,P，,P，,P，,P，,PL,L1L2L3L4L5L6L7L8 ,26.29，29.47，67.04，29.48，67.24，76.18，41.15，15.58 ,352.43KW ,Q,,Q，,Q，,Q，,Q，,Q，,Q，,Q，,Q，,Q，,Q，,Q，L,L1L2L3L4L5L6L7L8y1y2y3 ,Q，,Q，,Q，,Q，,Qy4y5y6y7y8 ,43.42，48.67，110.73，19.83，63.78，99.65，27.68，31.34,0.5, 0.662,0.83,0.915,1.26,1.3,0.76,0.338 ,438.53KVar ,S,,S，,S，,S，,S，,S，,S，,S，,SL,L1L2L3L4L5L6L7L8 ,100.66，112.66，128.73，70.05，91.8，124.4，49.17，34.7 ,712.18KVA 2.2 线路所有负荷的总功率 负荷的有功功率: P,P，P，P，P，P，P，P，P12345678负荷 ,3500，3000，2000，1600，1200，1500，1000，3800 ,17600KW 负荷的视在功率: S,S，S，S，S，S，S，S，S12345678负荷 ,3804.35，3488.37，2352.94，1818.18，1411.76，1764.7，1176.47，3958.33 ,19775.1KVA - 59 - 沈阳工程学院毕业设计 2.3计算变压器二次侧总功率 线路总功率为: S,,S，S,L,负荷 ,712.18，19775.1 ,20487.28KVA 线路有功功率为: P,,P，P,L,负荷 ,352.43，17600 ,17952.43KW 22 线路无功功率为: Q,S,P,,, 22,20487.28,17952.43 ,9871.11KVar 负荷同时系数: ， K,0.84K,0.8pq 则: P,K,P,17952.43，0.84,15080.04KWp, Q,K,Q,9871.11，0.8,7896.89KVarq, 2222 S,P，Q,15080.04，7896.89,17022.59KVAca 2.4选择变压器型号 S,70%,S,70%，17022.59,11915.81KVANca 故选两台容量为12500KVA的变压器并列运行。所选变压器参数如下表所 示: - 60 - 大北二次变电所电气工程设计 表2-1 有载调压电力变压器技术数据 SF9,1250060 空 阻 尺寸(mm)电压组合 载 抗 长 宽 高 型号 额定 空载 负载 电 电 轨距联接 容量 损耗 损耗 流 压 高压 低压 分接范围 组别 (mm) (KVA)(W)(W) (%)(%) (KV)(KV) YN， SF9,125006012500 60 10.5 16800 59850 1.0 9 5400 3730 4720 1475 ,8，1.25%d11 - 61 - 沈阳工程学院毕业设计 3 选择补偿电容器的容量、台数、型号 3.1 计算变压器功率损耗 S2 ,P,n,P，n,P()Tk0nSN 17022.592,2，16.8，2，59.85，() 2，12500 ,89.1KW IUS%%SkN20 ,Q,nS，n()TNnS100100N 19，1250017022.592,2，，12500，2，，() 1001002，12500 ,1293.17KVar 3.2 计算变压器高压侧功率 P,P，,P,15080.04，89.1,15169.14KWTT Q,Q，,Q,7896.89，1293.17,9190.06KVarTT 3.3计算无功补偿前系统的功率因数 有功负荷率: 无功负荷率: ,,0.85,,0.76 则系统的功率因数为: ,PT,cos, 122(,P)，(,Q)TT 0.76，15169.14,22 (0.76，15169.14)，(0.85，9190.06) ,0.83,0.9 即，需进行无功补偿。 cos,,cos,12 - 62 - 大北二次变电所电气工程设计 3.4 计算需要补偿的无功容量 Q,,,P(tan,,tan,),0.76，15169.14，(0.672,0.484),2167.37KVarcT12 3.5选择电容器 查《电力工程电气设备手册》986页，续表9-1-2选用BWF113,200,1W 型电容器。其技术参数如下表所示: 表3-1 BWF-200-1W电容器的技术参数 113 额定电压标称容量标称电相外形尺寸长*宽*高型号规格 重量kg (KV) (kvar) 容μF 数 (mm) BWF11310.5 200 5.77 1 700*174*1010 120 —200—1W Q2167.37c则所需电容器台数为:台 ,,,10.84n200200 根据实际情况选择18台型电容器。 BWF113,200,1W 则补偿容量为: Q,18，200,3600KVar补 无功补偿后系统功率因数为: ,PT,cos, 322(,P)，[,(Q,Q)]TT补 0.76，15169.14,22 (0.76，15169.14)，[0.85，(9190.06,3600)] ,0.925 cos,,cos,,0.932 所以无功补偿合格。 - 63 - 沈阳工程学院毕业设计 4 电气主接线方案设计 按规程规定选取各电压等级的主接线方案，结合本设计的实际情况，分析各方案的利弊，最终确定主接线方案如下:60KV侧采用内桥接线，10KV侧采用单母分段接线。 图4-1 变电所电气主接线图 - 64 - 大北二次变电所电气工程设计 5 短路电流的计算 5.1 画系统等值阻抗图 图5-1 系统等值阻抗图 5.2 求各元件等值电抗 [3] 已知点短路时系统短路容量，取架空线的电抗为S,2500MVAdd11 ，取系统的基准容量为，取。 U,U0.4,kmS,1000MVABavB (1)计算220KV侧系统电抗标幺值 S11000*B X,,,,0.4*SS2500d1 (2)KV变压器电抗标幺值 22060 US%14.41000dB* X ,,,，,2.286T1S10010063N ** X,X,2.286TT21 则两台变压器并联运行时的电抗标幺值为: 1** X,X,1.143TT212 (3)60KV输电线路的电抗标幺值 - 65 - 沈阳工程学院毕业设计 S1000**B XXXL,,,,,0.4，26，,2.62WLWL12022U63av 则两条线路并联运行时的总电抗标幺值为: 1** X,X,1.31LWL212 (4)KV变压器电抗标幺值 6010 US%91000**dB XX,,,,，,7.2TT34S10010012.5N 则两台变压器并联运行时的电抗标幺值为: 1** X,X,3.6TT2132 (5)负荷侧输电线路的电抗标幺值 负荷侧最短输电线路的电抗标幺值为: S1000*B XXL,,,,0.4，2，,7.260L短22U10.5av 负荷侧最长输电线路的电抗标幺值为: S1000*B XXL,,,,0.4，8，,29.020L长22U10.5av 5.3计算各点发生短路时的短路电流 (1)当点发生三相短路时，计算短路电流和冲击电流 d2 **** X,X，X，X,2T2L ,0.4，1.143，1.13 ,2.853 1* 则短路电流标幺值为:I ,,0.35d2*X, S1000*B 短路电流有名值为: I,I,,0.35，,3.2KAdd223U3，63B 冲击电流幅值为: i,2.55I,2.55，3.2,8.16KAshd2 (2)当点发生三相短路时，计算短路电流和冲击电流 d3 - 66 - 大北二次变电所电气工程设计 ***** X,X，X，X，X,2T2L2T1 ,0.4，1.143，1.31，3.6 ,6.453 11* 则短路电流标幺值为:I,,,0.155d3*X6.453, S1000*B 短路电流有名值为: I,I,,0.155，,8.52KAdd333U3，10.5B 冲击电流幅值为: i,2.55I,2.55，8.52,21.73KAshd3 (3)当点发生三相短路时，计算短路电流和冲击电流 d4 )当发生在负荷侧最短输电线路时 1d4 ****** X,X，X，X，X，X,2T2L2T1短L短 ,0.4，1.143，1.31，3.6，7.26 ,13.713 11*则短路电流标幺值为: I,,,0.073d4*X13.713, S1000*B短路电流有名值为: I,I,,0.073，,4.01KAdd443U3，10.5B冲击电流幅值为: i,2.55I,2.55，4.01,10.24KAshd4 2)当点发生在负荷侧最长输电线路时 d4 系统在最大运行方式时: ****** X,X，X，X，X，X,max2T2L2T1L长 ,0.4，1.143，1.31，3.6，29.02 ,35.473 11*则短路电流标幺值为:I ,,,0.028d4max*X35.473,max S1000*B短路电流有名值为: I,I,,0.028，,1.54KAdd4max4max3U3，10.5B - 67 - 沈阳工程学院毕业设计 冲击电流幅值为: i,2.55I,2.55，1.54,3.93KAsh,maxd4max 系统在最小运行方式时: ****** X,X，X，X，X，X,minT1WL1T3L长 ,0.4，2.286，2.62，7.2，29.02 ,41.526 11*则短路电流标幺值为: I,,,0.024d4min*X41.526,min S1000*B短路电流有名值为: I,I,,0.024，,1.32KAdd4min4min3U3，10.5B冲击电流幅值为: i,2.55I,2.55，1.32,3.366KAsh,mind4min - 68 - 大北二次变电所电气工程设计 6 电气设备的选择 6.1断路器的选择 6.1.1 60KV侧断路器的选择 主接线采用内桥接线，变压器一次侧断路器的最大长期工作电流为: 1.05S1.05，12500ca I,,,126.3Amax3U3，60N 查《电力工程电气设备手册》621页，表4-1-3，选择3台型SW2,631600 断路器。其技术数据如下表所示: 表6-1 断路器参数 SW2,63/1600 开断电开断容热稳定电固有分合闸动稳定电流UIN N 型号 流 量流(kA) 闸时间时间(A) (kA) (kV) (kA) (MVA) 4S (s) (s) SW2—63/1600 63 1600 20 2500 50 20 0.08 0.5 ,,因为电源为“无限大”系统，，取。 I,I,3.2KA,,1KPd2 短路时间，导体的发热主要由短路电流的周期分量来决定，可以不t,3s,1sK 计非周期分量的影响。 60KV侧计算数据与所选技术数据比较如下表: SW2,631600 表6-2断路器计算数据比较表 计算数据 的参数 SW2,631600 UU 60KV63KVNN II 126.3A1600AmaxN II 3.2KA20KAdN,OC 222222 I,ti,t 3.2，3[(KA),S]20，4[(KA),S]deqh i i 8.16KA50KAshF,st 经比较可见，所选断路器满足要求。 - 69 - 沈阳工程学院毕业设计 6.1.2 10KV侧断路器选择 (1)10kV进线断路器和母联断路器选择 高压断路器的最大长期工作电流: 1.05S1.0512500，N ,,,IA757.79,maxw3310U，N ,表9.39.1， 查《高压电器》P306页 三台均选型断路器，其技术数据如下表: ZN2810/1000,,, 表6.3 断路器参数表 ZN2810/1000,,, 极限通开断电开断容动稳定热稳定电固有分合闸时过电流UIN N 型号 流 量电流流(4S)闸时间 间 (A) 峰值kV (kA) (kA) (kA) (S) (S) (MVA) (kA) ZN2810/1000,,,10 1000 20 300 50 50 20 ?0.055 ?0.01 短路时间，导体的发热主要由短路电流的周期分量来决定，可以t,3s,1sK 不计非周期分量的影响。变压器二次侧计算数据与型断路器技ZN2810/1000,,,术数据比较如下表所示: 表6-4断路器计算数据比较表 计算数据 的参数 ZN2810/1000,,, UU 10KV10KVNN II 757.8A1000AmaxN II 8.52KA20KAdN,OC 222222 I,ti,t 8.52，3[(KA),S]20，4[(KA),S]deqh ii 21.73KA50KAshF,st 经表中数据比较可知，所选型断路器满足要求。 ZN2810/1000,,, (2)10KV各出线断路器的选择 按最大负荷电流(化工厂)进行选择: 1.05S1.05，3958.33ca I,,,239.96Amax3U3，10N ZN2810/630,,查《高压电器》P306页,表9.39.1，选择型断路器，其技 术数据如下表: - 70 - 大北二次变电所电气工程设计 表6.5 断路器参数表 ZN2810/630,, 开断容极限通开断电动稳定热稳定电固有分合闸时量过电流UIN N 型号 流 电流流(4S)闸时间 间 (A) (MVA峰值kV (kA) (kA) (kA) (S) (S) ) (kA) ZN2810/630,,10 630 20 300 50 50 20 ?0.055 ?0.01 所选断路器技术数据与线路计算数据对照如下表所示: 表6-6断路器计算数据比较表 计算数据 的参数 SN10,10630,16 UU 10KV10KVNN II 239.96A630AmaxN II 4.01KA20KAdN,OC 222222 I,ti,t 4.01，3[(KA),S]20，4[(KA),S]deqh ii 10.24KA50KAshF,st 经上表数据比较可知，所选型断路器满足要求。 ZN2810/630,, 6.2隔离开关的选择 6.2.1 60KV侧隔离开关的选择 根据最大长期工作电流，查《电力工程电气设备手册》790页，I,126.3Amax 表5-2-9选型隔离开关，其技术数据如下表所示: GW5,60G 表6-7 GW5-60G隔离开关参数 额定电压 额定电流 动稳定电流峰值热稳定电流 型号 I(A)U(KV)(KA)2s(KA)NN GW5-60G/600 60 600 50 14 隔离开关安装地点计算数据与隔离开关技术数据比较如下表所示: 表6-8计算数据与隔离开关参数比较 计算数据 的参数 GW5,60G600 UU 60KV60KVNN II 126.3600AmaxN ii 8.16KA50KAshF,st 222222I,t i,t 3.2，3[(KA),S]14，2[(KA),S]deqh - 71 - 沈阳工程学院毕业设计 经上表数据比较可知，所选型隔离开关满足要求。 GW5,60G600 6.3电压互感器的选择 按额定电压、装置种类、构造形式、准确度等级及副边负载选择电压互感器。 60KV侧电压互感器经查《电力工程电气手册》587页，表3-2-3，选取JCC5,60电压互感器，其技术数据如下表所示: 表6-11 JCC5-60型电压互感器参数 额定电压 试验电压 二次负荷 剩余电压绕组 最大 型号 容量1min雷输出初级 次级 剩余 0.2 0.5 3P 准确度 (VA) 工频 电 VA 0.10.160JCC53332000 140 350 150 250 300 100 3P -60 10KV侧电压互感器，经查《电力工程电气设备手册》606页，表3-2-24，选用型电压互感器，其技术数据如下表所示: JSJB,10 表6-12 JSJB-10型电压互感器参数 额定电压(KV) 二次负荷(VA) 连接组标号 最大 型号 输出初级次级辅助绕0.5YN,yn0 1级 3级 VA 绕组 绕组 组 级 辅助绕组接成 开口三角形 JSJB-10 10 0.1 0.1/3 960 120 200 480 6.4电流互感器的选择 6.4.1 60KV侧电流互感器的选择 (1)根据电压等级和电流互感器安装处最大长期工作电流，查I,126.3Amax《电力工程电气设备手册》484页，表3-1-1，选用型电流互感器，LCWD,60将型电流互感器安装于变压器回路和桥形回路。其技术数据如下表所LCWD,60 示: 表6-13 LCWD-60型电流互感器参数 准10%倍数 二次负荷 动稳次级额定变确1S热稳型号 定倍二次负荷组合 流比 级 定倍数 倍数 0.5 1 3 数 Ω 次 LCWDD 0.8 30 1.2 (300,D/1 75 150 -60 600)/5 1 1.2 15 1.2 4 - 72 - 大北二次变电所电气工程设计 (2)动稳定校验 2I,K,2，300，150,63.64KA,8.16KAN1F 动稳定校验合格。 3)热稳定校验 ( 222 (K,I),t,(300，75)，1,506.25[(KA),S]hN1 222 I,t,3.2，3,30.72[(KA),S],eq 22即，热稳定校验合格。 (K,I),t,I,thN1,eq 故所选电流互感器满足要求。 6.2.2 10KV侧电流互感器的选择 (1)10KV侧电流互感器根据安装地点的最大长期工作电流和I,757.8Amax 进行选择，经查《电力工程电气设备手册》，524页，表3-1-24I,239.96Amax 和532页，表3-1-29，选用型电流互感器用于变压器和母联回路，其LAJ,10 额定电流比为。选用型电流互感器用于不同的馈出线上，其额10005LFZ1,10 定电流比为。 2005 两种电流互感器的技术数据如下表所示: 表6-14 LAJ-10和LFZ1-10型电流互感器参数 准二次负荷 额定电额定变流10%1S热稳动稳型号 次级组 确压(KV) 比 倍数 定倍数 倍数 0.5 1 3 级 LAJ-10 10 1000/5 0(5/D 0(5 10 1(2 50 90 LFZ1-10 10 200/5 0(5/B 0(5 0(4 90 160 (2)动稳定校验 型的电流互感器 10005LAJ,10 2I,K,2，1000，90,127.28KA,21.73KAN1F 型的电流互感器 2005LFZ1,10 2I,K,2，200，160,45.25KA,10.24KAN1F 故两种电流互感器动稳定校验均合格。 (3)热稳定校验 - 73 - 沈阳工程学院毕业设计 型的电流互感器 10005LAJ,10 222 (K,I),t,(1000，50)，1,2500[(KA),S]hN1 222 I,t,8.52，3,217.77[(KA),S],eq 22即，热稳定校验合格。 (K,I),t,I,thN1,eq 型的电流互感器 2005LFZ1,10 222 (K,I),t,(200，90)，1,324[(KA),S]hN1 222 I,t,4.01，3,48.24[(KA),S],eq 22即，热稳定校验合格。 (K,I),t,I,thN1,eq 故所选用的两种电流互感器满足要求。 6.5避雷器的选择 查 《电力工程电气设备手册》 934页，表8-1-1和936页，表8-1-4,60KV 侧避雷器选用型，10KV侧避雷器选用型。其技术数据如下表所FZ,60FS,10示: 表6-15 FZ-60型和FS-10型避雷器参数 冲击放电电8/20μ雷电 工频放电电压有压峰值冲击波残压泄漏或额定电灭弧电效值(KV) (1.5/20μs峰值不大于电导电型号 压有效压有效及1.5/40μ(KV) 流 值(KV) 值(KV) s)不大于(μA) 不小于 不大于 5KA 10KA (KV) FZ—400,60 10.5 140 173 220 227 250 60 600 FS—10 12.7 26 31 50 47 50 10 10 - 74 - 大北二次变电所电气工程设计 6.6高压开关柜的选择 6.6.1 所选高压开关的主要技术参数 由《高压成套开关设备》P113页，表1.8.1选择KYN3-10型移开式金属封闭高压开关柜，其主要技术参数如下: 表6.16 所选高压开关的主要技术参数 名称 单位 主要技术参数 额定工作电压 3、6、10 kV 额定工作电流 630、1000、1250、1600、2000、2500 A 额定开断电流(有效值) 25、31.5、40 kA 额定关合电流(峰值) 40、80、100 kA 极限通过电流 50、80、100 kA 4S热稳定电流(有效值) 20、31.5、40 kA 外形尺寸(宽*高*深) mm 1000×2282×1800 - 75 - 沈阳工程学院毕业设计 6.6.2主电路选取方案 (1)进线柜、出线柜和母联柜 表6.16 进线柜、出线柜和母联柜的主电路方案及设备表 方案编号 KYN3-10/02Z KYN3-10/09Z KYN3-10/05Z 额定电压(kV 主 电 路 方 案 10 接 线 图 用途 电缆进线(2台) 架空线出线(12台) 母联(1台) 额定工作电流(A) 1000 630 1000 主真空断路器 ZN2810/630,,ZN2810/1000,,,ZN2810/1000,,,1 1 1 电操动机构 CD10 1 CD10 1 CD10 1 路电流互感器 LAJ-10 2 LFZ1-10 2 LAJ-10 2 主零序电流互感器 LXZ1 1 要高压避雷器 FZ-10 高接地开关 JN4-10 1 压 电 器 外形尺寸(宽×高×深)1000×2282×1800 1000×2282×1800 11000×2282×1800 (mm) - 76 - 大北二次变电所电气工程设计 (2)电压互感器柜和所用变柜 表6.17 电压互感器柜和所用变柜的主电路方案及设备表 方案编号 KYN3-10/48Z KYN3-10/64Z 额定电压(kV 主 电 路 方 案 10 接 线 图 用途 电压互感器、避雷器(2台) 所用变(2台) 额定工作电流(A) 1000 1000 高压熔断器 RN2-10 3 RN1-10/200 3 主电压互感器 JSJB-10 1 电高压避雷器 FZ-10 3 路干式变压器 SL7-10/30kV 1 主低压断路器 DL10-100 6 要 高 压 电 器 外形尺寸(宽×高×深)1000×2282×1800 1000×2282×1800 (mm) - 77 - 沈阳工程学院毕业设计 (3)电容器控制柜和电容器柜 表6.18 电容器控制柜和电容器柜的主电路方案及设备表 方案编号 GJZK-1-01 额定电压(kV 主电路 方案接 线图 10 用途 电容器控制(2台) 额定工作电流(A) 1000 真空断路器 ZN2810/1000,,,1 操动机构 CD10 1 电流互感器 LAJ-10 2 主电路电压互感器 LDZ-20 2 主要高高压熔断器 压电器 高压电容器 外形尺寸(宽×高×深)(mm) 1000×3100×1200 6.7母线的选择 6.7.1 10KV侧母线选择 (1)按最大长期工作电流选择汇流母线 母线最大工作电流为: 1.05S1.05，12500ca I,,,757.78Amax3U3，10N - 78 - 大北二次变电所电气工程设计 查《电力工程电气设计手册》340页，表8-2，选用矩形铝母线，水63，6.3平放置。 (2)热稳定校验 查《电力工程电气设计手册》340页，表8-12，得集肤效应系数 K,1.02I,910Aofal,80c 正常运行时导体的最高温度为: I757.78o22max ()()38(8038)()67.12,,,，,,,,，,，,Cwal00I910al 查《电力工程电气设计手册》337页，表8-9得 C,89 112 S,,I,tK,，8520，3，1.02,167.46,63，6.3,396.9mm,eqfminC89 热稳定校验合格。 (3)动稳定校验 根据《高压成套开关设备》114页，图所示母线为平放，相间距为300mm，KYN3-10开关柜的宽度L=1000mm。 -1查得铝导体的最大允许应力为由《电力工程电气设计手册》332页，表8 210，密度为。 E,7，10Par,2710kgmm 则单位长度母线的质量为: m,b,h,r,0.063，0.0063，2710,1.08kgm 33bh0.0063，0.063,74导体断面二次矩为: I,,,1.32，10mX1212 当导体安装方式为两端固定时，跨数大于3，由《供用电工程》276页，表9-4查得频率系数。 N,1.57f 母线固有频率为: 10,7NEI1.577，10，1.32，10fX f,,，,120Hz2m1.21.08L 由《电力工程电气设计手册》342页查得“对于有引下线的单条母线其共振频率范围为35~155Hz”。可见f在此范围内，故由当页图8-6查得。 ,,1.2在短路电流作用下单位长度母线所受的最大相间应力为: 1.2,2,72,7 f,1.73,i,，10,1.73，21730，，10,326.76Nmshpha0.3 2fL326.76，1ph母线所受最大弯矩为: M,,,40.85N,m88 22bh0.0063，0.063,63由于母线采用水平放置，其截面系数为: W,,,4.2，10m66 - 79 - 沈阳工程学院毕业设计 M40.85母线最大相间计算应力为: ,,,,9.7MPaph,6W4.2，10 查《电力工程电气设备手册》332页，表8-1得硬铝母线的允许应力为 ,,70MPa,,,9.7MPapph 所以动稳定校验合格。 - 80 - 大北二次变电所电气工程设计 7 继电保护 7.1变压器的保护 变压器的继电保护，由瓦斯保护和纵联差动保护构成变压器的主保护，由过电流保护构成变压器的后备保护。 7.1.1变压器差动保护整定 1、选用BCH-2型差动继电器。 分别计算各侧一次额定电流，选择电流互感器变比，确定差动保护臂中的二次额定电流，结果见下表: 表7-1 电流互感器计算参数 名称 各侧数值 额定电压(KV) 60 10 1250012500=120.3 =721.7 额定电流(A) 3 ×603，10 电流互感器接线方式 D Y 电流互感器一次电流计算值 721.7 ×120.3=208 3 1000300=60 =200 选用电流互感器变比 55 208721.7=3.47 =3.6 差动保护臂中的二次额定电流(A) 20060 2、BCH-2型差动继电器动作电流的整定计算 (1)按躲过变压器励磁涌流的影响计算 I,KI,1.3，757.8,985.14AoprelN (2)按躲过外部短路时的最大不平衡电流计算 I,K(10%K，,U，,f)I,1.3，0.15，8520,1661.4AoprelstNK,max (3)按躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流计算 I,KI,1.3，757.8,985.4A oprelLmax (4)取上述三个条件中最大值作为保护动作电流计算值 I,1661.4Aop 3、确定差动继电器的动作电流和基本侧差动线圈的匝数 - 81 - 沈阳工程学院毕业设计 (1)差动继电器基本侧的二次动作电流为: IK1，1661.4opcon I,,,8.3AopKD,K200TA ,,,(2)确定BCH-2型差动继电器各线圈匝数，该继电器在保持时，其NN,2KK动作安匝为安匝，据此计算10KV侧线圈的计算匝数为: AN,60(,4)0 AN600 匝 N,,,7.23op,calI8.3op,KD 选择实用整定匝数为:匝。 N,7op,set 则差动线圈与平衡线圈之和为7:匝 N,N，N,6，1,7op,setd,setb1set保护装置的实际动作电流: I,ANN,7,8.57AOP,KD0op,set 保护的一次动作电流 I,K，IK,(200，8.57)/1,1714AOPTAOP,KDcon (3)确定非基本侧平衡线圈的匝数: ，，，，IN，N,IN，N1Nb2d,set2Nb1d,set 3.6 匝 ，，N,IN，NI,N,7，,6,1.26b22Nb1d,set1Nd,set3.47 选用于相近的整数作为非基本侧平衡线圈的整定匝数 匝 NN,1b2,calb2,set 校验由于实用匝数不相等而产生的相对误差。 ，，，，,f,N,NN，N,0.0358Nb2,calb2,setb2,cald,set 因且相差很小，以上计算结果有效。 ,,f,,0.05N (4)差动保护的灵敏度的校验(单电源时则算到电源侧) 10KV侧母线两相短路时归算到60KV侧流入继电器的动作电流。 (2)31520 I,3，3K2，K,1.5，,43.9AKMINKMINTA60 60KV电源侧BCH-2继电器的动作电流 ，，，， I,ANN，N,60/6，1,8.57OP,KD0d,setb2,set 则差动保护装置的最小灵敏度系数为 (2) K,II,43.98.57,5.12,2senKOPmin 可见，灵敏度校验合格。 - 82 - 大北二次变电所电气工程设计 7.1.2变压器的过电流保护 保护的动作电流应躲过变压器的可能出现的最大负荷电流来整定，即: K1.3rel I,I,，240.6,368AopL,maxK0.85re 按一般并列运行中切除一台变压器时所产生的过负荷电流 ，，I,nIn,1,2，125002,13，60,240.6AL,maxN 变压器过电流保护动作时间:按相邻保护的后备保护动作时间配合 t,t，,tb 应选用DS—111型时间继电器，其时限整定范围0.1,1.3S 368 二次动作电流:I,,6.13AOPN60 选用DL-11/10电流继电器,其动作电流的整定范围2.5,10A 保护灵敏度效验:按变压器低压母线故障时的最小短路电流计算 I4200min K,,,11.4,2imK368op 所以变压器的过电流保护满足要求 7.2线路保护设计 对于10kV架空线出线的继电保护，主保护采用瞬时电流速断保护，后备保护采用定时限过电流保护。为反应单相接地故障，采用零序电流保护，以区分出故障线路与非故障线路，构成选择性保护。 本所共有12条出线，现以服装厂为例进行线路保护。 7.2.1瞬时电流速断保护 动作电流的整定: 瞬时电流速断保护1的动作电流应按线路末端三相短路时最大短路电流整定，即: ,, I,kI,1.3，1.54,2.002KAoprelk,max 保护范围校验: E13s l,(,,X)mins,max,X2I1op - 83 - 沈阳工程学院毕业设计 10.5313,(，,1.2) 0.422.002 ,3.56km 7.2.2定时限过电流保护 动作电流的整定: ,,,K1.2,,,rel I,I,，77.65,109.62AopLmax0.85Krel 灵敏度校验: I1320Kmin K,,,12.04sen,,,I109.62op 即，灵敏度校验合格。 K,1.5sen - 84 - 大北二次变电所电气工程设计 8 防雷保护设计 8.1范围计算 根据平面图(见设计图纸册-图2)计算出变电所配电装置及所内建筑所占范 围: D,2500，2500，7000，2800，2200，1500，1500，2200，2800，12 7000，2500，2500 ,42400mm,42.4m D,3000，1400，2800，2500，2300，2800，8200，2500，4500，3000，400023 ,42300mm,42.3 即本设计变电所配电装置及所内建筑所占范围宽度为42.4，长度为42.3,mm 变电所外围范围为60，长度为63。在计算时选择所内配电装置以及所有建mm 筑的占地面积来选择避雷针，所内最高建筑为出线门型构架高度为9。 m 为了避免反击，避雷针应该与电气设备保持5以上的电气距离，在这里选m择宽加5，即，。 Dm=42.4Dm=52.3m1223 2222则两针对角线的长度为 DDDm=+=+=42.452.367.331223 8.2避雷针高度选择 D67.33因为则，所内最高建筑为出线门型构架高度为9，mhm,,,8.42a881p， 则避雷针的高度为: ，选择4根18的避雷针，此时避雷针的实际hhhm=+=+=8.42917.42max 有效高度为。 hhhm=-=-=1899ax - 85 - 沈阳工程学院毕业设计 8.3避雷针的校验 DDD42.452.367.33231224，，。 ==5.81m==7.48m==4.71mhp91?hp91?hp91?aaa h9x且，即。 hh=0.5==0.5xh18 查《高电压技术》P169页图6-8知，则，，但，即避b>0b<0b>0x12x23x24雷针不能保护全所设备的安全。 则选择4根20的避雷针进行校验。 m 此时 hhhm=-=-=20911ax DDD42.452.367.33231224则，，。 ==6.12m==3.85m==4.75mhp111?hp111?hp111?aaah9x又，即 hh=0.45==0.45xh20 查《高电压技术》P169页图6-8知，则，，且，即避b>0b>0b>0x12x23x24雷针能保护全所设备的安全。 8.4保护半径的计算 h因为，所以 910hmm,,,x2 rhhpm,,,，,，，,(1.52)(1.52029)112xx 8.5保护范围的计算 DD42.452.3D67.33231224因为，，，==3.85m==4.75m==6.12mhp111?hp111?hp111?aaa bbx12x23且查《高电压技术》P169页图6-8知，，，hh=0.450.670.55==xhphpaabx24 0.26=hpa 则bhpm,,，，,0.670.671117.37 xa12 - 86 - 大北二次变电所电气工程设计 bhpm,,，，,0.550.551116.05xa23 bhpm,,，，,0.260.261112.86xa24 即所选择的避雷针能保护全所的设备安全。 - 87 - 沈阳工程学院毕业设计 结论 本次毕业设计的题目是大北60KV降压变电所电气工程的初步设计。通过二次变电所的初步设计，从中得到了很大的收获。无论是对思考问题的方式，还是对知识掌握的程度都有很大的提高，给我在今后的工作中奠定了坚实的基础。 首先设计开始是熟悉变电所的原始资料，并进行分析，查阅各种相关资料。接着通过任务书中的负荷分配情况，根据经济电流密度法确定变电所的所有10KV出线的导线截面;根据总的有功负荷与无功负荷计算出变电所的功率因数，并选择静电电容器进行无功补偿，使其功率因数达到0.9以上，以提高电能质量和减少电能损耗;根据总的负荷确定变压器的容量及台数，并计算变电所高压侧的功率因数，是否满足设计变电所进入电网的要求;根据变电所的负荷情况以及进出线情况高低压侧分别选择两种主接线方案，在可靠性、经济性、灵活性等方面进行比较后高低压侧分别确定出一种方案;根据主接线形式，选择短路点，进行运行方式分析，得出最大运行方式;根据设备在最大运行方式下的短路电流及其它条件选择电气设备，包括:断路器的选择，隔离开关的选择，电压、电流互感器的选择、避雷器的选择和10KV侧高压开关柜的选择。所有电气设备选择完毕，进行屋外配电装置的布置，设计电气平面布置图和断面图，其间要考虑屋外配电装置的安全净距。最后根据变电所设备的外围情况设计防雷保护，安放避雷针。 这次设计是大学期间的最后一次学习，也是大学入学以来最系统的一次对所学知识的理解和掌握，对所学的专业知识加深理解，在知识的实际应用上更加灵活，知识系统梳理的更加精致饱满，对变电所的设计知识有了更深刻的理解。 - 88 - 大北二次变电所电气工程设计 致谢 十二周的设计很多快结束了，经过多次的修改，补充，增删，现在已基本成稿。此次设计能够完成，首先我要感谢的是我的指导老师王月志老师。王老师渊博的知识，丰富的经验，认真严谨的治学作风使我深深受益，在我做毕业设计的整个过程中，王老师给我了我很大的帮助，每当我的设计无法进行遇到困难时，王老师总会为我们提供各种宝贵的意见，使得我的设计得以顺利进行，并按时间完成。其次还要感谢小组的同学，他们也在设计过程中给我很大的帮助。我们共同讨论，一起攻克了许多难题。 光阴似箭，四年的大学生活即将结束了，在这里向这些年来培养我、教育我的各位老师致以深深的谢意。在这次大学的最后一次学习中，我学习到了更多的东西，巩固了以前的专业知识，相信对以后的工作会有更大的帮助。 - 89 - 沈阳工程学院毕业设计 参考文献 [1].西北电力设计院.发电厂变电所电气接线和布置. 水利电力出版社, 1983 [2].东北电力设计院.电力工程设计手册. 上海人民出版社, 1993 [3].国际电力.中国电力杂志社出版, 2004 [4].丁锍山.变电所设计. 辽宁科学技术出版社, 1993 [5].周文俊.电气设备实用手册(上、下册).中国水利电力出版社, 1999 [6].周泽存.高电压技术. 中国电力出版社, 2003 [7].范锡普.发电厂电气部分. 中国电力出版社, 2002 [8].贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理. 中国电力出版社, 2003 [9].何仰赞,温增银 .电力系统分析. 华中科技大学出版社, 2001 [10].戈东方.电力工程电气设备手册(上、下册). 中国电力出版社, 1989 [11].黄益庄.变电站综合自动化技术. 中国电力出版社, 1999 [12].董振亚.电力系统过电压保护.中国电力出版社, 1997 [13].何仰赞,温增银.电力系统分析(上册)(华中科技大学出版社, 2001 [14].黄益庄.变电站综合自动化技术. 中国电力出版社, 1999 [15].朱子述.电力系统过电压.上海交通大学出版社, 1994 [16].郑 忠.新编工厂电气设备手册. 北京兵器工业出版社, 1994 [17].N.R.Draper and H.smith.Applied Regression Analysis，wiley，New Yoek，2nd edu.1981. [18].C.Berry.P.Hirsch and W.G.Tuel.Jr.Data base model for distribution Facilities,IEEE.Trans.PAS-101, 1982 [19].M.H.J.Bollen,Understanding Power Quality Problems:Voltage Sags and Interruptions.Piscataway,NJ:IEEE Press, 1999. [20].R.C.Dugan,M.F.McGranaghan,and H.W.Beaty,Electrical Power Systems Quality. New York:McGraw-Hill, 1996 [21].C.Berry.P.HirschandW.N.Tuel.Jr.DataQualityProblems:VoltageSagsand Interruptions.Piscataway,NJ:IEEE Press, 1990 - 90 - 大北二次变电所电气工程设计 附录 设备清单 序号 名称 型号 数量(台) 主变压器 1 SF9-12500/60 2 60kV侧隔离开关 2 GW5-60G/600 10 60kV侧断路器 3 SW2-63/1600 3 60kV侧电压互感器 4 JCC5-60 6 60kV侧电流互感器 5 LCWD-60 18 60kV侧避雷器 6 FZ-60 6 10kV侧接地开关 7 JN4-10 12 10kV侧高压熔断器 8 RN2-10 4 10kV侧进线断路器 ZN28-10? 9 2 10kV侧出线断路器 ZN-10? 10 15 10kV侧电压互感器 11 JSJB-10 2 10kV侧进线电流互感器 12 LAJ-10 6 10kV侧出线电流互感器 13 LFZ1-10 32 10kV侧避雷器 14 FZ-10 42 10kV侧汇流母线 15 LMY-63×8 2 BWF11/-200-1W 3补偿电容器 16 24 高压开关柜 17 KYN3-10 23 所用变 18 SL7-10/30kVA 2 - 91 - 沈阳工程学院毕业设计 - 92 -