某110kv变电站电气一次设计（论文）

某110kv变电站电气一次设计（论文） 目 录 摘要……………………………………………………………………(3) 概 述 …………………………………………………………………(4) 第一章 电气主接线…………………………………………………(6) 1(1 110kv电气主接线…………………………………………(7) 1(2 35kv电气主接线 …………………………………………(9) 1(3 10kv电气主接线…………………………………………(11) 1(4 站用变接线 …………………………………………… (13) 第二章 负荷计算及变压器选择 …………………………………(14) 2(1 负荷计算 …………………………………………………(14) 2(2 主变台数、容量和型式的确定 ……………………………(16) 2(3 站用变台数、容量和型式的确定…………………………(18) 第三章 最大持续工作电流及短路电流的计算 …………………(19) 3(1 各回路最大持续工作电流…………………………………(19) 3(2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 …………(20) 第四章 主要电气设备选择 ………………………………………(21) 4.1高压断路器的选择…………………………………………(23) 4(2 隔离开关的选择……………………………………………(28) 4(3电流互感器的选择…………………………………………(29) 4(4电压互感器的选择…………………………………………(32) 4(5绝缘子和穿墙套管的选择…………………………………(34) 4.6母线导体的选择……………………………………………(36) 4.7避雷器的选择……………………………………………… (37) 4.8电抗器的选择……………………………………………… (39) 4.9高压熔断器的选择…………………………………………(41) 4.10接地刀闸的选择……………………………………………(42) 附录I 设计计算书………………………………………………………(43) 附录II 电气主接线图……………………………………………………(50) 10kv配电装置配电图 …………………………………………(52) 参考文献…………………………………………………………(53) 1 摘 要 本文根据系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。 2 概 述 1、 待设计变电所地位及作用 按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建1中型110kV变电所。该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。同时和其他地区变电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。 北 待设计变电站 , , 110kV出线2回 35kV出线6回 10kV线路8回 2、 变电站负荷情况及所址概况 本变电站的电压等级为110/35/10。变电站由两个系统供电， 3 系统S1为2500MVA，容抗为0.38, 系统S2为40MVA，容抗为0.45.线路1为30KM, 线路2为20KM, 线路3为25KM。该地区自然条件:年最高气温 40摄氏度，年最底气温-30摄氏度，年平均气温 20摄氏度。出线方向110kV向北，35kV向西，10kV向东。 所址概括，面积为100×100平方米，本地区无污秽，土壤电阻率400Ω.cm。 本论文主要通过分析上述负荷资料，以及通过负荷计算，最大持续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选择，进而完成了变电站一次部分设计。 4 第一章 电气主接线设计 现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。 1 运行的可靠性 断路器检修时是否影响供电;设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 2 具有一定的灵活性 主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且在检修时可以保证检修人员的安全。 3 操作应尽可能简单、方便 主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。 4 经济上合理性 主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。 5 5、应具有扩建的可能性 由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。 变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。 主接线的设计 3.1 原始资料分析: 本发电厂除了与电力系统连接外，还通过110kV 及10kV 电压向地方负荷供电。 本所有三个电压等级，110kV 、35kV 、10kV 。220kV 侧通过两回进线与系统相连， 110kV 侧共有,线，S =1,,kVA,带有重要 max 负荷;10kV 共,出线，P max =1,MW ，功率因数为0.85，没有重要负荷。 3.2 方案的拟订: 主接线应通过原始资料分析结合实际情况来设计，主接线的设计还应该满足可靠性、 灵活性、经济性。通过查阅设计手册，对各电压等级可有如下接线形式: 3.2.1 对220kV 当可靠性要求高时可采用双母线带旁路形式，只有,回路供电还可以采用双母线形式( 或可采用单母线分段形式; 3.2.2 对110kV 对于本系统有四条出线并带重要负荷，一般采用单母线分段或双母线供电，可以采用双母线带旁路( 3.2.3对10kV 根据本厂的可靠性选择一般可以采用单母线分段或双母线供电及双母线带旁路。 通过几个电压等级的可能接线形式，我对本发电厂的主接线初定三个方案(见表2-1) 方案一:220kV单母线分段 110kV双母线 10kV单母线分段 方案二:220kV双母线带旁路 110kV单母线分段 10kV双母线 方案三:220kV双母线 110kV双母线带旁路 10kV双母线带旁路 6 三个方案的比较如下: 1,主变2,主变 kV母线至10kV母线至10图3-1 电气主接线方案一 1#发电机2#发电机 1,主变2,主变 kV母线至10kV母线至101#发电机2#发电机 图3-2 电气主接线方案二 7 母线旁路母线母线 母线母线 主变主变 旁路母线 母线母线 发电机发电机 图3-3 电气主接线方案三 表3-1主接线方案的对比 方案方案二 方案三 比较结果 一 可1(221(220kV侧1(220kV侧方案三略 靠0kV侧采用单采用双母线带旁母线采用双母线优于方案一、方案 性 母线分段可路的可靠性将进的可靠性略高于二。 靠性较高。 一步提高。 方案一但不如方 2(112(110kV侧案二。 0kV侧采用双采用单母线分段2(110kV侧 母线的线形的接线形式，保证双母线带旁路保 式，保证了重了重要负荷的供证无论检修任何 要负荷的供电。 设备，都能保证对 8 电。 3(10kV采重要负荷的供电。 3(10用双母线供电的3(10kV双kV采用单母可靠性比单母线母线带旁路的可线分段的可分段更高。 靠性要比方案一、靠性较高。 二要高。 灵1(221(220kV侧1(220kV侧方案二大 活0kV侧采用单采用双母线带旁母线采用双母线于方案一及方案 性 母线分段检路的检修及维护的检修及维护时三。 修及维护时时倒闸操作较复的倒闸操作比较倒闸操作较杂但可靠性大大复杂，但可靠性不为简单方便。 提高。 如方案二。 2(112(110kV侧2(110kV侧0kV侧采用双采用单母线分段双母线带旁路的母线的接线的接线形式，可靠接线形式，可靠性形式，可靠性性降低但倒闸操大大提高但倒闸提高但倒闸作较为简单。 操作很复杂。 操作较为复3(10kV侧3(10kV侧杂。 采用双母线供电双母线带旁路的 3(10的操作较为复杂，检修维护时的倒kV采用单母但可靠性较高。 闸操作复杂但可线分段的倒靠性大大提高。 闸操作较为 简单，但不能 保证运行的 可靠性。 经通过由于方案方案三的方案二略 济接线形式分二的220kV、10kV可靠性要远远高差于方案一，但要 性 析，方案一所侧均采用双母线于前二个方案，但比方案三经济。 用断路器隔接线，所用的断路它的倒闸操作及 离开关等设器和隔离开关较经济性要不如前备较少，较经多，不太经济，但二个方案。而且大济，但可靠性大大提高了可靠大增加了断路器及灵活性较性及灵活性。 及隔离开关，增加差。 了投资。 9 综上所述，方案二在总体上优于方案一和方案三，故选用方案二为本发电厂的主接线形式。 3.3主接线简图 ?段母线?段母线 ?段母线?段母线 主变,主变 母线母线 发电机发电机 1.1 110kV电气主接线 由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。那么其负荷为地区性负荷。变电站110kV侧和10kV侧，均为单母线分段接线。110kV出线数目为2回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为4回及以上的配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV,110kV系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。 根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案，如图1.1及 10 图1.2所示。 图1.1单母线分段带旁母接线 图1.2双母线带旁路母线接线 对图1.1及图1.2所示方案?、?综合比较，见表1-1。 表1-1 主接线方案比较表 项目 方案 方案? 方案? ? 简单清晰、操? 运行可靠、运 技 作方便、易于行方式灵活、 术 发展 便于事故处 ? 可靠性、灵活理、易扩建 11 性差 ? 母联断路器可 ? 旁路断路器还代替需检修的 可以代替出线出线断路器工 断路器，进行作 不停电检修出? 倒闸操作复 线断路器，保杂，容易误操 证重要用户供作 电 经 ? 设备少、投资? 占地大、设备 济 小 多、投资大 ? 用母线分段断? 母联断路器兼 路器兼作旁路作旁路断路器 断路器节省投节省投资 资 在技术上(可靠性、灵活性)第?种方案明显合理，在经济上则方案?占优势。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第?种方案为设计的最终方案。 1.2 35kV电气主接线 电压等级为35kV,60kV，出线为4,8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设置旁路母线的条件所限(35kV,60kV出线多为双回路，有可能停电检 12 修断路器，且检修时间短，约为2,3天。)所以，35kV,60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。 据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。如图1.3及图1.4所示。 图1.3单母线分段带旁母接线 图1.4双母线接线 对图1.3及图1.4所示方案?、?综合比较。见表1-2 表1-2 主接线方案比较 项目 方案 方案?单 方案?双 13 技 ?简单清晰、操作方? 供电可靠 术 便、易于发展 ? 调度灵活 ?可靠性、灵活性差 ? 扩建方便 ?旁路断路器还可? 便于试验 以代替出线断路器，? 易误操作 进行不停电检修出 线断路器，保证重要 用户供电 经 ?设备少、投资小 ? 设备多、配电装 济 ?用母线分段断路置复杂 器兼作旁路断路器? 投资和占地面大 节省投资 经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案?可靠性、灵活性不如方案?，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案?。 1.3 10kV电气主接线 6,10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。 上述两种方案如图1.5及图1.6所示。 14 图1.5单母线分段接线 图1.6双母线接线 对图1.5及图1.6所示方案?、?综合比较，见表1-3 表1-3 主接线方案比较 项目 方案 方案?单分 方案?双 15 技术 ? 不会造成全所停?供电可靠 电 ?调度灵活 ? 调度灵活 ?扩建方便 ? 保证对重要用户?便于试验 的供电 ?易误操作 ? 任一断路器检修， 该回路必须停止 工作 经济 ? 占地少 ?设备多、配电装置 ? 设备少 复杂 ?投资和占地面大 经过综合比较方案?在经济性上比方案?好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。所以选用方案?。 1.4 站用电接线 一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。 上述两种方案如图1.7及图1.8所示。 16 图1.7单母线分段接线 图1.8单母线接线 对图1.7及图1.8所示方案?、?综合比较，见表1-4。 表1-4 主接线方案比较 17 项目 方案 方案?单分 方案?单 技 ?不会造成全所停? 简单清晰、操作 术 电 方便、易于发展 ?调度灵活 ? 可靠性、灵活性 ?保证对重要用户差 的供电 ?任一断路器检修， 该回路必须停止工 作 ?扩建时需向两个 方向均衡发展 经济 ?占地少 ?设备少、投资小 ?设备少 经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案?。 第二章 负荷计算及变压器选择 2.1 负荷计算 要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷(动力负荷和照明负荷)、10kVφ负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。 n p ct，，,1，,%,SK由公式 (2-1) i,1cos, 18 式中 ——某电压等级的计算负荷 sC ——同时系数(35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷kt 与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85) а%——该电压等级电网的线损率，一般取5% P、cos——各用户的负荷和功率因数 , 2.1.1 站用负荷计算 S站=0.85×(91.5/0.85)×(1+5%) =96.075KVA ?0.096MVA 2.1.2 10kV负荷计算 S10KV=0.85[(4+3+3.5+3.2+3.4+5.6+7.8)×0.85+3/9×4] ×(1+5%) =38.675MVA 2.1.3 35kV负荷计算 S35KV=0.9×[(6+6+5+3)/0.9+(2.6+3.2)/0.85]×(1+5%) =27.448MVA 2.1.4 110kV负荷计算 S110KV=0.9×(20/0.9+5.8/0.85+25.5/0.85+12/0.9) ×(1+5%)+ S 站 =68.398+0.096 =68.494MVA 19 2.2 主变台数、容量和型式的确定 2.2.1变电所主变压器台数的确定 主变台数确定的要求: 1.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况 下，变电站以装设两台主变压器为宜。 2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考 虑装设三台主变压器的可能性。 考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路带主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。 2.2.2变电所主变压器容量的确定 主变压器容量确定的要求: 1.主变压器容量一般按变电站建成后5,10年的规划负荷选择， 并适当考虑到远期10,20年的负荷发展。 2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容 量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时， 其余变压器容量在设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:对一般性变电站停运时，其余变压器 容量就能保证全部负荷的60,70%。S=68.494MVA由于上述条总 件所限制。所以，两台主变压器应各自承担34.247MVA。当一台 停运时，另一台则承担70%为47.946MVA。故选两台50MVA的主 变压器就可满足负荷需求。 20 2.2.3 变电站主变压器型式的选择 具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定 对电力系统一般要求10KV及以下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y连接;35kV采用Y连接，其中性点0 多通过消弧线圈接地。35kV以下电压变压器绕组都采用型连接。 ,故主变参数如下: 电压组合及分接范围 空 阻抗电压 载连接 电组 流 型号 高压 中压 低压 高- 高-低 中-低 中 YN， yn0,d 1(3 SFSZ9-5 11 110?838(5?10(5 0000/1110.5 17(5 6.5 ×1。25% 5% 11 0 2.3 站用变台数、容量和型式的确定 2.3.1站用变台数的确定 21 对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。 2.3.2站用变容量的确定 站用变压器 容量选择的要求:站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。 S站=96.075/(1-10%) =106KVA 2.3.3 站用变型式的选择 考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。 故站用变参数如下: 电压组合 连接组空载损负载空载阻抗 型号 高压分 标号 耗 损耗 电流 电压 高压 低压 接范围 S9-200/10 10;6.3;6 ?5% 0.4 Y,yn0 0.48 2.6 1.3 4 因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也 为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性， 22 应进行合理的无功补偿。 根据设计规范第3.7.1条自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。 《电力工程电力设计手册》规定“对于35-110KV变电所，可按主变压器额定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。 第三章 最大持续工作电流节短路计算 3.1 各回路最大持续工作电流 根据公式 = (3-1) 3SUIgmaxmaxe 式中 ---- 所统计各电压侧负荷容量 Smax ---- 各电压等级额定电压 Ue ---- 最大持续工作电流 Igmax = 3SUIgmaxmaxe =/ 3SUIgmaxmaxe 则:10kV =38.675MVA/×10KV 3Igmax =2.232KA 35kV =27.448 MVA/×35KV 3Igmax =1.58KA 110kV =68.494 MVA/×110KV 3Igmax 23 =3.954 KA 3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。 短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有,个，即110KV母线短路(K1点)，35KV母线短路(K2)点，10KV电抗器母线短路(K3点)，0.4KV母线短路(K4点)。 计算结果:(计算过程见附录?) 当K1点断路时: ,,I=5.58KA =14.2 =8.43 =1111.4 siIchch 当K2点断路时: ,, I=1.85KA =4.7 =2.8 =120.2 siIchch 当K3点断路时: ,,I=38KA =96.7 =57.4 =691 siIchch 当K4点断路时: ,,I=1000KA =2542 =1510 =692.8 siIchch 第四章 主要电气设备选择 由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选 24 择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 电气设备选择的一般原则为: 1.应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考 虑远景发展。 2.应满足安装地点和当地环境条件校核。 3.应力求技术先进和经济合理。 4.同类设备应尽量减少品种。 5.与整个工程的建设标准协调一致。 6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格 的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。 技术条件: 选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过 电流的情况下保持正常运行。 1.电压 选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高 运行电压Ug,即U>U ，maxg 2.电流 选用的电器额定电流I不得低于 所在回路在各种可能运行e 方式下的持续工作电流I即I>Ig ，eg 校验的一般原则: 25 1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校 验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。 2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 3.短路的热稳定条件 td"2222，，Qd,Q,，10td/2，td ,QdIIIIrt12 2Qdt——在计算时间ts内，短路电流的热效应(KAS) 2It——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(KAS) T——设备允许通过的热稳定电流时间(s) 校验短路热稳定所用的计算时间Ts按下式计算 t=td+tkd式中td ——继电保护装置动作时间内(S) tkd——断路的全分闸时间(s) 2热稳定校验 It*t>= Q K I、t-----电器允许通过的热稳定电流和时间 t Q----短路电流热稳定效应 K 4.动稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是: ,,iiIIchdwchdw 上式中 ——短路冲击电流幅值及其有效值 iIchch ——允许通过动稳定电流的幅值和有效值 iIdwdw Ies>= I sh Ies、 I-----短路冲击电流幅值和电器允许通过的动稳定sh 26 电流幅值 5.绝缘水平: 在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。 由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。 高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。 4.1 高压断路器的选择 高压断路器的主要功能:正常运行时，用来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，能起保护作用。高压断路器是开关设备中功能最为完善的一种，其最大特点是能断开负荷电流和短路电流。 1)断路器种类和型式的选择: 除满足各项技术条件外，还应考虑安装调试和运行维护方便。一般6-35kv采用真空断路器，35-500kv采用SF断路器。 6 2) 额定电压的选择: U>= UU-----电网额定电压 NNS NS 3)额定电流的选择: I>= II------各种合理方式下最大持续工作电流 NMAX MAX 4)开断短路电流的选择 27 I>= I(或I") NbrPT I为实际开断瞬间的短路电流周期分量，开断电器应能在最严重PT 的情况下开断短路电流，故断路器的开断计算时间t应为主保护时间和断路器固有分闸时间之和。 5)110kv侧高压断路器选择结果如下 表4-1 列出的断路器计算数据与所选断路器的参数比较如下 计算数据 SW—110 6 U 110KV U 110KV NSN I 210A I1200A MAXN I" 10.68KA I 15.8KA Nbr 222Q 351.31[(KA)*S] I*t 998.56[(KA)*S] Kt I 27.18KA Ies 41KA sh 由选择可知其结果正确，各项数据均满足要求，故110KV侧选用SW6—110型断路器。 6)10kv侧高压断路器选择结果如下 表4-2 列出的断路器计算数据与所选断路器的参数比较如下 计算数据 SN10—10? U 10KV U 10KV NSN I 2309A I3000A MAXN I" 2.82KA I 40KA Nbr 222Q 24.81[(KA)*S] I*t 6400[(KA)*S] Kt I 7.18KA Ies 125KA sh 28 由选择可知其结果正确，各项数据均满足要求，故10KV侧选用SN10 —10?型断路器。 4.1.1 110KV侧高压断路器的选择校验 1. 选型:110KV侧高压断路器拟选用SW—110型断路器。 6 2. 额定开断电流的选择校验:查110KV断路器相关参数，得到该 型号额定开断电流 I=15.8KA， I>I =10.68KA NbrNbrd1 3.热稳定校验: t= t +t+ t =3+0.04+0.04=3.08 inaKpr 式中:t-----后备保护动作时间，按照3秒计算; pr t-----断路器固有分闸时间; in t------断路器开断电弧持续时间，对少油断路器为a 0.04-0.06s，对SF断路器和压缩断路器为0.02-0.04s 6 周期分量热效应: 222 Q =It*t= 10.68*3.08=351.31 [(KA)*S] PK 由于t>1s,故不计非周期分量热效应，短路电流引起的热效应K 2Q=Q =351.31 [(KA)*S] KP 22 查阅SW—110型断路器数据得到 It*t= 15.8*4=998.56 6 22[(KA)*S]，故 It*t>Q K 4.动稳定校验: I =27.18 KA，查阅SW—110型断路器数据得到I=41KA, I>= sh6eses I sh 29 5. 结论: 表4.1.1 列出的断路器计算数据与所选断路器的参数比较如下 计算数据 SW—110 6 U 110KV U 110KV NSN I 210A I1200A MAXN I" 10.68KA I 15.8KA Nbr 222Q 351.31[(KA)*S] I*t 998.56[(KA)*S] Kt I 27.18KA Ies 41KA sh 由选择可知其结果正确，各项数据均满足要求，故110KV侧选用SW6 —110型断路器。 4.1.2 10KV侧高压断路器的选择校验 1. 选型:10KV侧高压断路器拟选用SN10—10?型断路器。 2. 变压器最大持续工作电流: I= S/(1.732* U)=40/(1.732*10)=2309A,查阅其相关参MAXNN 数得I=3000A>I=2309A NMAX 3. 额定开断电流的选择校验:查10KV断路器相关参数，得到该型号 额定开断电流 I=40KA， I>I =2.82KA NbrNbrd2 4. 热稳定校验: t= t +t+ t =3+0.06+0.06=3.12 Kprina 式中:t-----后备保护动作时间，按照3秒计算; pr t-----断路器固有分闸时间; in 30 t------断路器开断电弧持续时间，对少油断路器为a 0.04-0.06s，对SF断路器和压缩断路器为0.02-0.04s 6 周期分量热效应: 222 Q =It*t= 2.82*3.12=24.81 [(KA)*S] P2K 由于t>1s,故不计非周期分量热效应，短路电流引起的热效应K 2Q=Q =24.81 [(KA)*S] KP 22 查阅SN10—10?型断路器数据得到 It*t= 40*4=6400 22[(KA)*S]，故 It*t>Q K 5. 动稳定校验: I =7.18 KA，查阅SN10—10?型断路器数据得到I=125KA, shesI>= I essh 6. 结论: 表4.1.2 列出的断路器计算数据与所选断路器的参数比较如下 计算数据 SN10—10? U 10KV U 10KV NSN I 2309A I3000A MAXN I" 2.82KA I 40KA Nbr 222Q 24.81[(KA)*S] I*t 6400[(KA)*S] Kt I 7.18KA Ies 125KA sh 由选择可知其结果正确，各项数据均满足要求，故10KV侧选用SN10 —10?型断路器。 4.2 隔离开关的选择 31 隔离开关是发电厂和变电所的常用电器，它需要与断路器配套使 用。但是隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流、短路 电流，其主要用途是: 1) 隔离电压 2) 倒闸操作 3) 分合小电流 隔离开关的型号应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较后确定。其选择的具体方法与断路器的1)2)3)4)5)6)相同，不再重复。根据对隔离开关操作控制的要求，还应选择其配用的操动机构。屋内式80000A以下的隔离开关一般采用手动的操作机构;220KV及以上高位布置的隔离开关宜采用电动机构和液压机构。 将以上各个选择条件与短路电流的计算结果相比较，经过计算后，设备选型如下 表4-2 隔离开关选择结果 设备选型 技术数据 U(KV) I(A) I(KA) 5s热稳定NNes 电流(KA) GW-110/630 110 630 50 20 5 GN-10/3000 10 3000 100 50 2 隔离开关的校验: 隔离开关的校验的具体方法与断路器的1.2.3.4.5.相同，不再重复。 32 查表得:110KV采用GW-110/630型，10KV采用GN-10/3000型。 52 4.3 电流互感器的选择 电流互感器(CT)是一次系统和二次系统间联络元件，用以分别向测量仪表、继电器线圈供电，正确反映电气设备正常运行和故障情况。作用是: 1. 将一次回路的大电流变为二次回路的小电流(5A或1A)，使测 量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构巧，价格便宜和 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 证设备和人身的安全。 1)型式选择 根据安装的场所和使用条件，选择电流互感器绝缘结构(浇注式、瓷绝缘式、油浸式)，安装方式(户内式、户外式、装入式、穿墙式)，结构形式(多匝式、单匝式、母线式)，测量特性(测量用、保护用、具有测量暂态特性等)。 一般常用型式为:低压配电屏和配电装置中，采用LQ线圈式和LM母线式:6-20KV户内配电装置和高压开关柜中，常用的LD单匝贯穿式或复杂贯穿式:35KV及以上电流互感器多采用油浸式结构。在条件允许时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节省占地和投资。 2)额定电压和额定电流的选择: U>= UI>= I N1NS N1MAX 33 式中U、I-----电流互感器的一次额定电压和额定电流 N1 N1 3)二次额定电流的选择 CT二次额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A。当配电装置(例如超高压)距离控制系统室较远时，为了能使CT能多带二次负荷或减少电缆截面，提高准确级，应尽量采用1A。 4)按准确度级选择 CT的准确度应符合二次测量、继电保护等的要求，用于电能计量的CT，准确度级不应低于0.5级，用于继电保护的CT误差应在一定的限值内，以保证过电流测量准确度的要求。 5)检验二次负荷的容量 为保证CT工作准确度要求，CT的二次负荷不超过允许的最大负荷，CT的二次负荷包括测量仪表、继电器电流线圈，二次电缆和接触电阻等电阻;检验二次负荷的公式: 按容量检验:S>= S 2N2 按阻抗检验:Z>= Z 2N2 式中 S-----CT的二次最大一相负荷，VA; 2 S------CT的二次额定负荷，VA; N2 Z----CT的二次最大一相阻抗，Ω; 2 Z-----CT的二次额定阻抗，Ω。 N2 6)热稳定校验: CT的内部热稳定能力用热稳定倍数K表示，热稳定倍数K等于rr 34 互感器1s热稳定电流与一次额定电流I之比， N1 2故热稳定条件为: (K* I)*1>= Q 式中Q-----短rN1KK 路热效应 7)动稳定校验: CT的内部动稳定能力用动稳定倍数K表示, K等于CT内部允许dd通过的极限电流(峰值)与K倍一次额定电流I之比， dN1 故:CT的内部动稳定条件为: (K*1.414*I)>= idN1m 式中i------通过二次侧绕组的最大冲击电流 m 8) 综上，经过计算，设备选型如下(计算过程详见计算书) 表4.3 CT的选择结果 安装地点 型号 绕次组合 110KV侧 LCW—110 0.5/1 10KV侧 LAJ—10 1/D 4.3.1. 110KV侧CT选择校验 1. 选择CT根据电流互感器安装处电网电压，最大工作电流和安装 地点的要求，查表，初选LCW—110型户外独立的电流互感器， 电流互感器变比为(300/600)/5，准确度级为0.5级，动稳定 倍数K=150，热稳定倍数K=75 dr 2. 检验所选CT的热稳定和动稳定 热稳定检验: 2 (K*I)*1=(75*0.6)rN1 222*1=2025[(KA)*S] >Q=351.31[(KA)*S] K 35 内部动稳定校验: K*1.414*I=150*1.414*0.6=127.26KA>27.18KA dN1 3) 结论: LCW—110满足要求 4.3.2. 10KV侧CT选择校验 1) 选择CT根据电流互感器安装处电网电压，最大工作电流和安装地点的要求，查表，初选LAJ—10型户外独立的电流互感器，电流互感器变比为(2000/6000)/5，准确度级为1级，动稳定倍数K=90，d热稳定倍数K=50 r 2) 检验所选CT的热稳定和动稳定 热稳定检验: 2 (K*I)*1=(50*6)rN1 222*1=90000[(KA)*S] >Q=24.81[(KA)*S] K 内部动稳定校验: K*1.414*I=90*1.414*6=763.56KA>7.18KA dN1 3) 结论: LAJ—10满足要求 4.4 电压互感器的选择 电压互感器(PT)是一次系统和二次系统间联络元件，用以分别向测量仪表、继电器线圈供电，正确反映电气设备正常运行和故障情况。作用是: 1. 将一次回路的高电压变为二次回路的低电压，使测量仪表和保 护装置标准化，小型化，并使其结构巧，价格便宜和便于屏内安 36 装: 2. 使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身的安全。 1)型式选择: 根据安装的场所和使用条件，选择电压互感器绝缘结构和安装方式，一般6-20KV户内配电装置多用油浸式或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器;35KV配电装置选用电磁式电压互感器;110KV及其以上的配电装置中尽可能地选用电容式电压互感器。 2)按额定电压选择: 为保证测量的准确性，电压互感器一次额定电压在所安装电网额定电压的90%-110%之间。 PT二次额定电压应满足测量、继电保护和自动装置的要求。通常，一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压应选为100/1.732v。当电网为中性点直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为100/1.732v;当电网为中性点非直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为100/3v。 3)按容量和准确度级选择: PT按容量和准确度级选择与CT相似，要求互感器二次最大一相负荷S应该不超过设计要求的准确度级的额定二次负荷S，而2N2且S应该尽量最接近S，因S过小也会使误差增大，PT的二次负2N22 荷S计算式为: 2 22)1/2 S=[(ΣP)+(ΣQ)] 200 37 式中P 、Q----同一相一表和继电器电压线圈的有功功率、00 无功功率。 4)PT不校验动稳定和热稳定 5)经过计算，选择结果如下: 表4.4 PT的选择结果 型号 额定电压(KV) 副绕组额定容最大容 量(VA) 量(VA) 原绕组 副绕组 辅助0.5 1 3 绕组 YDR—110/1.732 0.1/1.732 0.1 150 220 440 1200 110 JDZJ—10/1.732 0.1/1.732 0.1/3 40 60 150 300 10 备注:YDR—110 Y---电压互感器 D---单相 R----电容式 JDZJ—10 J---电压互感器 D---单相 Z---环氧浇注绝缘 J---接地保护用 4.5 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 支柱绝缘子额定电压和类型选择，进行短路动稳定校验。穿墙套管按额定电压、额定电流和类型选择，按短路电流条件进行动稳定和热稳定校验。 1.按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙套管: 支柱绝缘子和穿墙套管的额定电压应大于等于电网额定电压即 38 U>= U ; NNS 2.按额定电流选择穿墙套管: 穿墙套管额定电流I大于等于回路最大持续工作电流I，即NMAXI<=KI MAXN K------温度修正系数 3.穿墙套管的热稳定校验: 2 套管耐受短路电流的热效应It*t大于等于短路电流通过套管产生的热效应Q。即 K 2 It*t>= Q K 4. 型式:用于屋外式，一般用棒式支柱绝缘子。 5. 电压:绝缘子的额定电压应大于其安装处的工作电压，为10KV。 6. 动稳定校验: 2-7 F<=0.6F ， F=1.73*I*L*10/a MAXgMAXsh 式中 L---支柱绝缘子的计算跨距(m) a---相间间隔(m) 10KV拟选用ZD—10型支柱绝缘子 2-72-7F=1.73*I*L*10/a= 1.73*7.18*1.2*10/1=10.7kg MAXsh 0.6F=0.6*2000=1200kg 可见 F<=0.6F 满足要求 gMAXg 7.经计算支柱绝缘子选择如下: 表4.5 支柱绝缘子选择结果 型号 额定电压(kv) 绝缘子高度机械破坏负荷 39 (mm) (kg) ZB—10 10 215 750 8.经计算10KV选用CMWF2—20母线套管 4.6 母线导体的选择 110KV侧采用外桥型接线，10KV采用单母分段接线，所以只对10KV侧母线进行选择，一般来说，母线系统包括载流导体和支撑绝缘两部分，载流导体有硬母线和软母线两种形式。 1.型式: 一般采用铝材，只有当持续工作电流较大且位置特别狭窄的场所，或者腐蚀严重的场所，才选用铜材，20KV及以下且正常工作电流不大于4000A，首选矩形导体;在4000A-8000A时，一般用槽型导体;8000A以上工作电流选管型导体或铜芯铝绞线构成的组合导线。 2.按最大持续工作电流: 导线界面应满足 I>= I 式中I-----导线的长期允许载流量，A yMAXy 截面积选择: I= S/(1.732* U)=40/(1.732*10)=2.31KA< MAXNN I=2.38KA y 3.按经济电流密度选择: 2S= I/J (mm) jMAX 1/24.热稳定检验应满足条件:S= Q/C minK 式中 C---母线的热稳定系数 Q---短路电流热K 2效应 (KA)*s 40 2 S -----满足热稳定最小截面，mm min 5.动稳定校验应满足条件: δ<=δ MAXy 式中 δ ------母线材料的允许应力，铝为y 500-700kg/cm δ -----母线材料的最大应力 MAX 2-7 δ= 1.732I*L*10/a MAXsh 6. 经过计算:10KV侧选择的汇流母线参数如下: 2 63*10 (mm) 三天平放矩形导体，集肤效应系数K=1.2 S 4.7 避雷器的选择 电气设备的绝缘配合基于避雷器的保护水平，设备承受的雷电过电压和操作过电压均由避雷器来限制，即选用设备的绝缘水平取决于避雷器保护性能。 1.型式的选择: 普通阀型避雷器由FS和FZ两种。FS型主要用于配电系统， FZ型主要用于发电厂和变电所，金属氧化锌避雷器比普通的阀型 避雷器具有无序流，流通量大，结构简单，寿命长等优点。 2.额定电压: 避雷器的额定电压必须与安装处的电力系统等级相同。 3.灭弧电压: 灭弧电压是保证避雷器能够在工频持续电流第一次经过零 点零值时，根据灭弧条件与允许限制避雷器最高工频电压。 4. 放电电压: 41 在工频放电电压要规定其上下限，如果太高意味着放电电压 也高，将使其保护性能变坏;太低意味着灭弧电压降低，将会造 成不能可靠地切断工频续流。 5. 残压: 在防雷设计中以5KV以下的电压作为避雷器的最大残压。 6. 保护比: 保护比等于残压与灭弧电压之比，它是说明避雷器保护性能 的参数，越小表明保护性能高。 7. 直流电压下的电导电流: 运行中的避雷器通常用于测量直流电压下的电导电流方法 来判断分路电阻的性能。它必须在规定范围内。 8. 综上所述: 110KV侧采用FCZ-110型避雷器 10KV侧采用FZ-10型避雷器 避雷器配置原则: 1) 配电装置每组母线上，一般应装设避雷器; 2) 220KV及以下的变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应 在变压器附近增设一台避雷器; 3) 以下情况中性点应装设避雷器: A: 直接接地系统中，变压器中性点分级绝缘，且装设有隔 离开关时; B: 直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为 单进线且为单台变压器运行时; 42 C: 不接地或经过消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变 压器中性点。 4) 110KV，220KV线路侧一般不装设避雷器。 5) 结果如下 表4.7 避雷器选择结果 型号 组合方额定电灭弧电工频放预放电时5KA冲 式 压 压 电电压间击电流 KV KV KV 1.5-20µs 下的残 压幅值 FCZ—单独元110 126 255-290 345 332 110 件 FZ—10 单独元10 12.7 26-31 45 45 件 4.8 电抗器的选择 普通电抗器的主要技术参数有额定电压，额定电流，电抗百分值和有功功率损耗等。正常工作时，电抗器的电压降落称为电抗器的电压损失。为了保证供电电压质量，一般要求正常工作时电抗电压损失的百分值不大于5,。 1. 按额定电压选择: 电抗器的额定电压不小于装设电抗器回路 所在电网的额定电压。 2. 按额定电流选择: 电抗器的额定电流不小于装设电抗器回路 43 的最大持续工作电流。 3. 确定电抗器的百分值: 首先按照限制短路电流的要求初步选 择电抗器的百分值，然后进行电压损失和残余电压校验，在满 足以上条件下确定电抗器的百分值。 X%>=(I/ I″-X*)I* U*100%/(U* I) LBBLBNLB 式中 U-------基准电压，KV; I-------基准电流，KA; BB X*-----以U、I为基准，从电源计算到所选用电抗器前BB 的电抗标幺值; U------电抗器额定电压，KV;I------电抗器额定电NLNL 流，KA; I″-----电抗器后短路的次暂态电流，KA。 电压损失校验:?U%=?U*100%/U= X%*I*sinΦ/I NLLMAXNL =0.06*481*0.04/200=0.6%<5% 4. 残余电压校验:U%= X%* I″/I0.06*2.82/0.2=84.6%>=60% remLNL 5. 校验动稳定: 电抗器的动稳定电流i不小于通过电抗器的最es 大三相短路电流i即 i>=i sh essh 26. 热稳定校验:电抗器允许的最大短路热效应I*t 不小于电抗t 2器实际的最大短路热效应Q 即 I*t>=Q KtK 7. 电抗器选择如下: (主要用于10KV馈线电缆线路) 表4.8 电抗器选择结果 产品型号 额定容线路端子电抗动稳定热稳 44 量 电压 电流 (%) 电流定电 KVA KV A KA 流KA XKGK-10-200-6 3*1155 10.5 200 6 12.75 18 4.9 高压熔断器的选择 熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短 路电流的损害。屋内型高压熔断器在变电所常用于保护电力电容器， 配电线路和变压器，而在电厂多用于电压互感器。 1. 额定电压选择:U>= U NNS 2. 额定电流选择: 按熔管额定电流选择:I>=I NFTNFS 为了保证熔断器不被损坏，高压熔断器的熔断额定电流应大于 等于熔体的额定电流。熔体额定电流选择I=KI NFSmax 式中 K-------可靠系数，K=1.1,1.3 I-----电力变压器回路最大工作电流 max 3. 熔断器开断电流校验:I>=I Nbrsh 对于保护PT的高压熔断器，只按额定电压及按开断电流容量 来选择 4. 高压熔断器选择结果 表4.9 高压熔断器选择结果 型号 额定电压 额定电流 最大开断最大开断备注 45 KV KA 容量MVA 电流KA RN10 0.5 500 85 保护至内2 TV 最大开断容量500MVA>40MVA满足要求。 4.10 接地刀闸的选择 为保证电器和母线的检修安全，每段母线装设1,2组接地刀闸，63KV及以上断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀。 对于35KV及以上隔离开关的接地刀，应根据其安装处的短路电流进行动，热稳定校验。计算方法同110KV,10KV隔离开关相同，这里不再赘述。 表4.10 接地刀闸选择结果 型号 U KV I A I KA 5s热稳操动机构NNes 定电流 型号 KA GW5-110/630 110 630 50 20 CS17 GN2-10/20000 10 20000 85 36 CS6-2 附录:? 短路电流计算书 46 0.4KV 35KV K2 10KV K2 K3 110KV K1 , , 等效电路图 查表知 LGJQ-150 X*=0.1989,/KM 选基准: =100MVA = SUUBBav 0.4KV 47 9 K4 35KV 4 5 1 2 K3 K2 3 6 10KV K1 110KV 7 8 10 11 等效电路图 当K1点断路时: Us(1-3)%=10.5 % Us(2-3)%=6 % Us(1-2)%=17% X1= X4=1/200(17+10.5-6)×100/50=0.215 X2= X5=1/200(10.5+6-17)×100/50=0.125 X6= X3=1/200(17+6-10.5)×100/50=0 Xl=X*L=0.1989×30/2=2.95= X7‖ X8 2X10=0.38×/600=7.7 110 2X11=0.45×/800=6.8 110 X9=4%/100×100/0.22=0.18 48 X12=0.1075 X13=0.0625 X14=0 (a) X15=7.7×6.8/(7.7+6.8)+2.95=6.56 (b) (c) X= X12‖(X13+ X9)‖X15=0.09 , =1/ X=11.1 ,I* 49 短路电流有名值: ,==5.58KA I/3usI*avj 冲击电流: =×1.8×5.58=14.2 2ich 最大电流有效值: =15.58×1.51=8.43 Ich 短路容量: ,=×5.58×115=1111.4 3s K2点短路时: X15=7.7×6.8/(7.7+6.8)+2.95=6.56 ` (d) (e) (f) X17= X15‖(X9+ X13)=0.72 X= X12+ X17=0.83 , =1/ X=1/0.83=1.2 ,I* 50 短路电流有名值: ,==1.85KA I/3usI*avj 冲击电流: =×1.8×1.85=4.7 2ich 最大电流有效值: =1.85×1.51=2.8 Ich 短路容量: ,=×1.85×37.5=120.2 3s K3点短路时: X18=X14 +X15=6.56 X19= X12‖X18=0.106 (g) (h) (i) X= (X19+ X13) ‖X9=0.145 , =1/ X=1/0.145=6.9 ,I* 51 短路电流有名值: ,==38KA I/3usI*avj 冲击电流: =×1.8×38=96.7 2ich 最大电流有效值: =38×1.51=57.4 Ich 短路容量: ,=×38×10.5=691 3s K4点短路时: X18=X14 +X15=6.56 X19= X12‖X18=0.106 (j) (k) (l) X= (X19+ X13) ‖X9=0.145 , 52 =1/ X=1/0.145=6.9 ,I* 短路电流有名值: ,==1000KA I/3usI*avj冲击电流: =×1.8×1000=2545 2ich 最大电流有效值: =1000×1.51=1510 Ich 短路容量: ,=×1000×0.4=692.8 3s 53 站用变 附录? 主接线图 主变 10kV 110kV 2 S 1 , , S 35kV 54 10kV配电装置 对配电装置的基本要求: 1. 符合国家技术经济政策,满足有关规程要求; 2. 设备选择合理,布置整齐、清晰，要保持其最小安、 全净距。 3. 节约用地; 4. 运行安全和操作巡视方便; 5. 便于检修和安装; 6. 节约用材，降低造价。 对6,10kV配电装置屋外式较少，且由于屋内式具有节约用地便于运行维修、防污性能好等优点，所以采用屋内式配电装置。 采用成套开关柜单层单列布置，又柜体和小车开关两部分组成。 10kV配电装置图如下: 55 10kV配电装置图: 站用变 PT柜 出线柜 进线柜 分段柜 分段柜 进线柜 30m 0.8m 1.2m 2.7m 2m 56 参 考 文 献 [1] 戈东方 电力工程电气设计手册 水利电力出版社 [2] 毛力夫 发电厂变电站电气设备 中国电力出版社 [3] 范锡普 发电厂电气部分 中国电力出版社 [4]谢承鑫、王力昌 工厂电气设备手册 水利电力出版社 57