北京交通大學 畢業(yè)設計（論文）任務書 本任務書下達給：2007級電氣工程及自動化專業(yè)學生 設計（論文）題目：牽引變電所主接線設計 一、設計（論文）內容： 二、基本要求： 三、重點研究的問題： 四、主要技術指標： 五、其他要說明的問題 下達任務日期：年月日 要求完成日期：年月日 答辯日期：年月日 指導老師： 開 題 報 告 題目：牽引變電所電氣主接線設計 報告人：電氣工程及其自動化 李倩 2009年8月25日 一、 文獻綜述 隨著經濟的發(fā)展，工業(yè)水平的進步，人民生活水平的逐漸提高，電力系統(tǒng)在整個行業(yè)中占的比例逐漸增大?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個巨大的嚴密的整體，各類發(fā)電廠、變電站分工完成整個電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電和配電的任務，電力系統(tǒng)是國民經濟的主要能源部門，而變電站的設計是電力工業(yè)建設中必不可少的一個項目。 由于變電站的設計內容多、范圍廣，邏輯性強，不同電壓等級、不同類型、不同性質負荷的變電站設計側重點不一樣的，設計過程中要根據(jù)變電所的規(guī)模和形式，具體問題具體分析。 電氣主接線是牽引變電所設計的首要部分，也是構成電氣化電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，它反映了變電所基本結構和功能。在運行中，它表明本變電所與高壓電網、饋電線的連接方式以及相關一次設備的運行方式，成為調度控制和設備實際操作的依據(jù)；同時，電氣主接線對牽引供電和鐵路電力供電系統(tǒng)運行的可能性、電能質量、經濟性和操作靈活性起著決定性作用；在設計中，電氣主接線對變電所電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護方式及其配置與整定計算、自動裝置和控制方式選擇都有重大影響。 二、選題的目的、意義 隨著鐵路的高速建設和既有線路電氣化的大面積改造，電氣化鐵路在國民經濟中占有越來越重要的位置，牽引變電所是電氣化系統(tǒng)的重要組成部分。電氣主接線是發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中傳送電能的通路。主接線是發(fā)電廠、變電所電氣部分的主體。變電所一次主接線直接決定著電力網的電壓變換和電能分配；短路電流計算及設備選擇校驗保證了變電設備應用的安全穩(wěn)定性及經濟性。 主接線的設計是否正確、對供電可靠性、運行靈活、檢修方便以及經濟合理等起著決定性的作用。 三、研究方案 變電所的選擇應根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的位置，回路數(shù)，設備的特點，負荷的性質以及系統(tǒng)原始資料確定，并且應滿足安全的可靠性，靈活性，操作應盡可能的簡單方便，經濟應合理等方面的要求。 本畢業(yè)設計內容為110KV降壓變電所一次系統(tǒng)設計，主要內容有：三個電壓等級主接線方式的選擇；主變的選擇、短路電流計算；一次設備的選擇與校驗；室內外配電裝置設計、防雷保護設計等內容。 本論文能較好的應用變電所設計基本理論知識，針對110KV高壓配電變電站的基本特征，分析原始資料，充分保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，著重應用新技術和新產品，實現(xiàn)變電站設計的合理，安全，經濟，可靠。 四、進度安排 7月1日-9月1日 根據(jù)畢業(yè)設計任務，收集資料，做好前期準備，撰寫開題報告。 9月11日-9月30日 開始撰寫論文。 10月1日-11月21日 征求導師意見，修改畢業(yè)論文。 11月24日-25日 評閱論文及論文答辯。 中 期 報 告 題目：牽引變電所電氣主接線設計 報告人：電氣工程及其自動化 李倩 畢業(yè)設計的兩個月來，在導師的幫助以及自己努力下，我感覺自己真正學到了不少東西，畢業(yè)設計進展順利，對牽引變電所以及電氣化供電系統(tǒng)有了更加深刻的了解。以下是畢業(yè)設計進展的一些概要介紹： 一、 總體設計 本設計課分以下幾部分： 1、電氣主接線設計 2、主變壓器的確定 3、短路電流計算 4、設備的選擇與校驗 5、室內外配電裝置設計 6、防雷及接地系統(tǒng)設計 7、變電所總體布置 二、框架（框圖） 摘 要 電力生產發(fā)、送、變、用的同時性，決定了它每一個過程重要性。變電站作為電力生產的關鍵環(huán)節(jié)，起著電壓變換和電能分配的樞紐作用。電能在變電站匯集與分散，能夠有利于潮流的合理分布及電能質量的改善，提高供電可靠性。 本畢業(yè)設計內容為110KV降壓變電所一次系統(tǒng)設計，主要內容有：三個電壓等級主接線方式的選擇；主變的選擇、短路電流計算；一次設備的選擇與校驗；室內外配電裝置設計、防雷保護設計等內容。 變電所一次主接線直接決定著電力網的電壓變換和電能分配；短路電流計算及設備選擇校驗保證了變電設備應用的安全穩(wěn)定性及經濟性； 本論文較好的應用了變電所設計基本理論知識，針對110KV高壓配電變電站的基本特征，分析原始資料，充分保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，著重應用新技術和新產品，實現(xiàn)了變電站設計的合理，安全，經濟，可靠。 關鍵詞：110kV、變電站、主接線、設計 目 錄 1. 電氣主接線設計…………………………………………………………………1 1.1 電氣主接線的設計原則和要求……………………………………………1 1.2 電氣主接線的方案與種類…………………………………………………2 1.3 電氣主接線方案的擬定……………………………………………………4 1.4 電氣主接線方案的比較……………………………………………………6 1.5 電氣主接線方案的確定……………………………………………………7 2. 主變壓器的確定………………………………………………………………9 3. 短路電流計算…………………………………………………………………11 4. 設備的選擇與校驗……………………………………………………………17 4.1 設備選擇的原則和規(guī)定……………………………………………………17 4.2 導線的選擇和校驗…………………………………………………………18 4.3 斷路器的選擇和校驗………………………………………………………22 4.4 隔離開關的選擇和校驗……………………………………………………25 4.5 互感器的選擇及校驗………………………………………………………27 4.6 避雷器的選擇及校驗………………………………………………………29 5. 室內外配電裝置設計…………………………………………………………31 5.1 配電裝置的設計要求………………………………………………………31 5.2 配電裝置的選型、布置……………………………………………………32 6. 防雷及接地系統(tǒng)設計…………………………………………………………33 6.1 防雷系統(tǒng)……………………………………………………………………33 6.2 變電所接地裝置……………………………………………………………34 7. 變電所總體布置………………………………………………………………35 結論………………………………………………………………………………36 致謝………………………………………………………………………………37 主要參考資料……………………………………………………………………38 110KV變電所一次系統(tǒng)設計 1. 電氣主接線設計 電氣主接線又稱一次接線，它是發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中傳送電能的通路。主接線是發(fā)電廠、變電所電氣部分的主體。主接線的設計是否正確、對供電可靠性、運行靈活、檢修方便以及經濟合理等起著決定性的作用。 變電所的選擇應根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的位置，回路數(shù)，設備的特點，負荷的性質以及系統(tǒng)原始資料確定，并且應滿足安全的可靠性，靈活性，操作應盡可能的簡單方便，經濟應合理等方面的要求。 1.1 電氣主接線的設計原則與要求 一、主接線的設計原則： 在進行主接線方式設計時，應考慮以下幾點： 1） 變電所在系統(tǒng)中的地位和作用。 2） 近期和遠期的發(fā)展規(guī)模。 3） 負荷的重要性分級和出線回數(shù)多少對主接線的影響。 4） 主變壓器臺數(shù)對主接線的影響。 5） 備用容量的有無和大小對主接線的影響。 二、主接線的設計要求： 1、可靠性： ① 斷路器檢修時,能否不影響供電。 ② 線路、斷路器、母線故障和檢修時，停運線路的回數(shù)和時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。 　　　?、?變電所全部停電的可能性。 ④ 滿足對用戶的供電可靠性指標的要求。 2、靈活性： ① 調度要求。可以靈活的投入和切除變壓器、線路、調配電源和負荷，能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式下、檢修方式以及特殊運行方式下的調度要求。 ② 檢修要求。可以方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設備進行安全檢修，且不影響對及戶的供電。 ③ 擴建要求。應留有發(fā)展余地，便于擴建。 3、經濟性： ① 投資??； ② 占地面積??； ③ 電能損失小。 1.2 電氣主接線的方案與種類 主接線的基本形式，概括地可分為兩大類： ①　有匯流母線的接線形式：單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段、增設旁路母線或旁路隔離開關。 ②　無匯流母線的接線形式：變壓器—線路單元接線、橋形接線、角形接線等。 接下來對以上幾種接線方式的優(yōu)、缺點及適用范圍簡單論述一下，看看是否符合原始資料的要求。 1、單母線接線。 優(yōu)點：接線簡單清晰，設備少，投資省，運行操作方便，且便于擴建。 缺點：可靠性及靈活性差。 適用范圍：只有一臺主變壓器，10KV出線不超過5回，35KV出線不超過3回，110KV出線不超過2回。 2、單母線分段接線。 優(yōu)點：a．用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電。b．當一段母線故障時，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電。 缺點：a．當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該母線的回路都要在檢修期間停電。b．當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。C擴建時需兩個方面均衡擴建。 適用范圍：適用于6~10KV配電裝置出線6回及以下，35~60KV配電裝置出線4~8回，110~220KV配電裝置少于4回時。 3、雙母線分段接線。 由于當進出線總數(shù)超過12回及以上時，方在一組母線上設分段斷路器，根據(jù)原始資料提供的數(shù)據(jù)，此種接線方式過于復雜，故一般不作考慮。 4、雙母線接線。 優(yōu)點：供電可靠，調度靈活，擴建方便，便于檢修和試驗。 缺點：使用設備多，特別是隔離開關，配電裝置復雜，投資較多，且操作復雜容易發(fā)生誤操作。 適用范圍：出線帶電抗器的6~10KV出線，35~60KV配電裝置出線超過8回或連接電源較多，負荷較大時，110KV~220KV出線超過5回時。 5、增設旁路母線的接線。 由于6~10KV配電裝置供電負荷小，供電距離短，且一般可在網絡中取得備用電源，故一般不設旁路母線；35~60KV配電裝置，多為重要用戶，為雙回路供電，有機會停電檢修斷路器，所以一般也不設旁路母線；采用單母線分段式或雙母線的110~220KV配電裝置一般設置旁路母線，設置旁路母線后，每條出線或主變間隔均裝設旁路隔離開關，這樣一來，檢修任何斷路器都不會影響供電，將會大幅度提高供電可靠性。 優(yōu)點：可靠性和靈活性高，供電可靠。 缺點：接線較為復雜，且操作復雜，投資較多。 適用范圍：① 出線回路多,斷路器停電檢修機會多；② 多數(shù)線路為向用戶單供，不允許停電，及接線條件不允許斷路器停電檢修時。 6、變壓器—線路單元接線。 優(yōu)點：接線簡單，設備少，操作簡單。 缺點：線路故障或檢修時，變壓器必須停運；變壓器故障或檢修時，線路必須停運。 適用范圍：只有一臺變壓器和一回線路時。 7、橋形接線：分為內橋和外橋兩種。 ⑴ 內橋接線：連接橋斷路器接在線路斷路器的內側。 優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)量少，四回路只需三臺斷路器，線路的投入和切除比較方便。 缺點：a．變壓器的投入和切除較復雜，需動作兩臺斷路器，影響一回線路暫時停運；b．出線斷路器檢修時，線路需長時間停運；c．連接橋斷路器檢修時，兩個回路需解列運行。 適用范圍：容量較小的變電所，并且變壓器容量不經常切換或線路較長，故障率較高的情況。 ⑵ 外橋接線：連接橋斷路器接在線路斷路器的外側。 優(yōu)點：設備少，且變壓器的投入和切除比較方便。 缺點：a．線路的投入和切除較復雜，需動作兩臺斷路器，且影響一臺變壓器暫時停運；b．變壓器側斷路器檢修時，變壓器需較長時間停運；c．連接橋斷路器檢修時，兩個回路需解列運行。 適用范圍：容量較小的變電所，并且變壓器的切換較頻繁或線路較短，故障率較低的情況，當電網中有穿越功率經過變電所時，也可采用此種接線。 8、角形接線：由于保證接線運行的可靠性，以采用3~5角為宜。 優(yōu)點：a．投資少，斷路器數(shù)等于回路數(shù)；b．在接線的任一段發(fā)生故障時，只需切除這一段及其相連接的元件，對系統(tǒng)影響較??；c．接線成閉合環(huán)形，運行時可靠、靈活；d．每回路都與兩臺斷路器相連接，檢修任一臺斷路器時都不致中斷供電；e．占地面積小。 缺點：在開環(huán)、閉環(huán)兩種運行狀態(tài)時，各支流通過的電流差別很大，使電器選擇困難，并使繼電保護復雜化，且不便于擴建。 適用范圍：出線為3~5回且最終規(guī)模較明確的110KV以上的配電裝置中。 1.3 電氣主接線方案的擬定 綜上所述八種接線形式的優(yōu)缺點，結合原始資料所給定的條件進行分析，擬定主接線方案。 原始資料： 變電所類型：降壓變電所 電壓等級：110/35/10KV 出線情況：110KV進線2回，35KV出線6回，10KV出線12回 負荷性質：工農業(yè)生產及城鄉(xiāng)生活用電 結合原始資料所提供的數(shù)據(jù)，權衡各種接線方式的優(yōu)缺點，將各電壓等級適用的主接線方式列出： 1、110KV進線2回，且作為降壓變電所，110KV側無交換潮流，線路既向變電所供電，又作為備用電源。所以，從可靠性和經濟性來定，110KV部分適用的接線方式為單母線分段、單母線兼旁路和雙母線接線三種。 2、查閱《電力工程電力設計手冊》，6－10KV配電裝置出線回路數(shù)為6回路及以上時，35－63KV出線回路數(shù)為4－8回時，可采用單母線分段接線，本次設計的變電所，35KV側有6回出線，10KV側有12回出線，均符合條件，故可考慮采用此種接線。35KV、10KV部分定為單母線分段。 這樣，擬定三種主接線方案： 方案I：110KV采用單母線分段接線，35KV、10KV為單母線分段接線。 方案II：110KV采用單母線分段兼旁路接線，35KV、10KV為單母線分段接線。 方案III：110KV采用雙母線接線，35KV、10KV為單母線分段接線 繪出方案I的接線圖。 110KV 1#主變 2#主變 35KV 10KV 圖1－1：110KV采用單母線分段接線，35KV、10KV采用單母線分段接線示意圖 1.4 電氣主接線方案的比較 一、主接線方案的可靠性比較： 110KV側： 方案I：采用單母線分段接線，任一臺變壓器或線路故障或停運時，不影響其它回路的運行；分段斷路器停運時，兩段母線需解列運行，全部失電的可能稍小一些，不易誤操作。 方案II：單母線分段兼旁路接線，檢修任一臺變壓器或線路故障或停運時，都可用旁路斷路器代替；當任一母線故障檢修時，旁路斷路器只可代一回線路運行，本段母線上其它線路需停運。 方案III：采用雙母線接線，當一條線路故障或切除時，不影響變壓器運行，不中斷供電；橋連斷路器停運時，兩回路將解列運行，亦不中斷供電。且接線簡單清晰，全部失電的可能性小，但變壓器二次配線及倒閘操作復雜，易出錯。 35KV、10KV側：由于三方案接線方式一樣，故不做比較。 二、主接線方案的靈活性比較 110KV側： 方案I：運行方式簡便，調度操作簡單靈活，易于擴建，但當開關或二次檢修時線路要停運，影響供電。 方案II：運行方式復雜，調度操作復雜，但可以靈活地投入和切除變壓器和線路，能滿足在事故運行方式，檢修方式及特殊運行方式下的調度要求，較易于擴建。 方案III：運行方式復雜，調度操作復雜，能滿足在事故運行方式，檢修方式及特殊運行方式下的調度要求。 35KV、10KV側：三方案相同。 三、主接線方案的經濟性比較 表3－1: 三方案主要設備比較列表 項目 方案 主變壓器 110KV斷路器 110KV隔離開關 35KV 10KV設備 I 2，臺 11，臺 18，組 相同 II 2，臺 17，臺 28，組 相同 III 2，臺 20，臺 33，組 相同 從上表可以看出，方案I比方案II少六臺110KV斷路器、兩組110KV隔離開關，方案I占地面積相對少一些，所以說方案I 比方案II、 III綜合投資少得多。 1.5 電氣主接線方案的確定 對方案I、方案II、方案III的綜合比較列表，對應比較一下它們的可靠性、靈活性和經濟性，從中選擇一個最終方案（因35KV、10KV側兩方案相同，不做比較）。 表3－2: 方案I、方案II、方案III綜合比較列表 方案 項目 方案I 方案II 方案III 可 靠 性 ① 簡單清晰，設備少 ②任一主變或110KV線路停運時，均不影響其它回路停運 ③ 各電壓等級有可能出現(xiàn)全部停電的概率不大 ④操作簡便，誤操作的機率小 ① 簡單清晰，設備多 ②任一主變或110KV線路停運時，均不影響其它回路停運 ③ 全部停電的概率很小 ④操作相對簡便，誤操作的機率大 ① 簡單清晰，設備多 ②任一主變或110KV線路停運時，均不影響其它回路停運 ③ 全部停電的概率很小 ④操作復雜，誤操作的機率大 靈 活 性 ① 運行方式簡單，調度靈活性強 ②便于擴建和發(fā)展 ① 運行方式復雜，操作煩瑣 ② 便于擴建和發(fā)展 ① 運行方式復雜，操作煩瑣 ② 便于擴建和發(fā)展 經 濟 性 ① 高壓斷路器少，投資相對少 ②占地面積相對小 ① 設備投資比第I方案相對多 ② 占地面積相對大 ① 設備投資比第I、II方案相對多 ② 占地面積相對大 通過以上比較，經濟性上第I方案遠優(yōu)于第II、III方案，在可靠性上第II方案優(yōu)于第I、III方案，靈活性上第III方案遠不如第I、II方案 該變電所為降壓變電所，110KV母線無穿越功率，選用單母線分段接線。又因為10KV負荷為工農業(yè)生產及城鄉(xiāng)生活用電，在供電可靠性方面要求不是太高，即便是有要求高的，現(xiàn)在10KV全為SF6或真空斷路器，停電檢修的幾率極小，再加上電網越來越完善，N+1方案的推行、雙電源供電方案的實施，第I方案在可靠性上完全可以滿足要求，第II、III方案增加的投資有些沒必要。 經綜合分析，決定選第I方案為最終方案，即110KV系統(tǒng)采用單母分段接線、35KV、10KV系統(tǒng)為單母線分段接線。 2. 主變壓器的確定 一、主變壓器臺數(shù)的確定 為了保證供電的可靠性，變電所一般裝設兩臺主變壓器。 二、調壓方式的確定： 據(jù)設計任務書中：系統(tǒng)110KV母線電壓滿足常調壓要求，且為了保證供電質量，電壓必須維持在允許范圍內，保持電壓的穩(wěn)定，所以應選擇有載調壓變壓器。 三、主變壓器容量的確定 主變壓器容量一般按變電所建成后5~10年的規(guī)劃負荷選擇，亦要根據(jù)變電所所帶負荷的性質和電網結構來確定主變壓器的容量。對裝設兩臺主變壓器的變電所，每臺變壓器容量應按下式選擇：Sn=0.6PM。因對一般性變電所，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應能保證70~80%負荷的供電，考慮變壓器的事故過負荷能力40%。由于一般電網變電所大約有25%為非重要負荷，因此，采用Sn=0.6 PM確定主變是可行的。 由原始資料知： 10KV側Pmax=100MW，cosφ=0.8 所以，在其最大運行方式下： Sn=0.6×100/0.8=75(MVA) 參考《電力工程電氣設計手冊》選擇兩臺西安變壓器廠生產的三相三繞組風冷有載調壓變壓器兩臺，型號為：SFSZ7-50000型變壓器。 容量校驗：低負荷系數(shù)K1=實際最小負荷/額定容量=45/50=0.9 高負荷系數(shù)K2=實際最大負荷/額定容量=100/50=2 另外,《發(fā)電廠電氣設備》P244規(guī)定:自然油循環(huán)的變壓器過負荷系數(shù)不應超過1.5。 綜上, 并查《發(fā)電廠電氣設備》P244變壓器過負荷曲線圖(圖9-11-a)可以得出過負荷時間T≈4h＜Tmax=5400/365=14.79h。 可見：此變壓器不能滿足過負荷要求，故應選用更大型號的變壓器。 查《手冊》現(xiàn)選用兩臺西安變壓器廠生產的三相三繞組風冷有載調壓變壓器兩臺，型號為：SFSZ7-63000型變壓器。 表2－1: 所選變壓器主要技術參數(shù) 型號 額定電壓 KV 空載損耗KW 空載 電流 接線組別 阻抗電壓 高-中 高-低 中-低 SFSZ7-63000 110±8×1.25% 38.5±2×2.5% 10.5 84．7 1.2% Yn,yn,d11 17.5 10.5 6.5 容量校驗：低負荷系數(shù)K1=實際最小負荷/額定容量=45/63=0.71 高負荷系數(shù)K2=實際最大負荷/額定容量=100/63=1.6 另外,《發(fā)電廠電氣設備》P244規(guī)定:自然油循環(huán)的變壓器過負荷系數(shù)不應超過1.5。 綜上, 并查《發(fā)電廠電氣設備》P244變壓器過負荷曲線圖(圖9-11-a)可以得出過負荷時間T≈24h＞Tmax=5400/365=14.79h。 可見：此變壓器能滿足要求，故應選用此型號的變壓器。3. 短路電流計算 一、短路電流計算的目的 1、在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，需要進行必要的短路電流計算。 2、在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行和故障情況下都能安全可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，需要全面的短路電流計算。 3、在設計室外高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗軟導線的相間和相對地的安全距離。 4、設計接地裝置時，需用短路電流。 5、在選擇繼電保護和整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。 二、短路電流計算的一般規(guī)定 1、計算的基本情況 a．系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行。 b．短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。 c．所有電源的電動勢相位角相同。 d．應考慮對短路電流值有影響的所有元件。 2、接線方式 計算短路電流時所用的接線方式，應是最大運行方式，不能用僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。 3、計算容量 按該設計規(guī)劃容量計算。 4、短路種類：均按三相短路計算。 5、短路計算點 在正常運行方式時，通過電氣設備的短路電流為最大的地點。 三、短路電流計算： 因計算復雜，本節(jié)只計算110KV與10KV側短路電流 1、選擇計算短路點 在下圖中，d1，d2，d3分別為選中的三個短路點 2、畫等值網絡圖 XS 110KV d1 X1 X1 X2 35KV X2 X3 X3 d2 d3 10KV 圖3－1: 等值網絡圖 3、計算： 已知：（1）系統(tǒng)電壓等級為110KV、35KV、10KV，基準容量Sj=100MVA，系統(tǒng)110KV母線系統(tǒng)短路容量為3000MVA,110KV側為LGJ-300/35KM架空線供電。 （2）視系統(tǒng)為無限大電流源，故暫態(tài)分量等于穩(wěn)態(tài)分量，即I＂=I∞，S＂= S∞ （3）主變?yōu)镾FSL1-63000型變壓器，基準容量Sj=100MVA 基準電壓Uj=1.05 Ue =115（KV） 基準電流Ij= Sj/ 3 Uj=100/(115× 3 ) =0.502（KA） 基準電抗Xj=Uj/ 3 Ij= Uj2/ Sj=1152/100=132(Ω) ∴對側110kv母線短路容量Skt的標幺值為 Skt*= Skt/Sb=3000/100=30 ∴對側110kv母線短路電流標幺值 Ikt*= Skt*=30 ∴對側110kv系統(tǒng)短路阻抗標幺值 xs*=1/ Ikt*=1/30=0.0333 查《電力工程電氣設計手冊》第189頁對于LGJ-300線路X=0.382Ω/KM ∴XS*=0.0333+(0.382×35)/132/2=0.084 d1,d2點的等值電抗值計算公式： x1=1/2×｛U（1-2）%+ U（1-3）%- U（2-3）%｝ x2=1/2×｛U（1-2）%+ U（2-3）%- U（1-3）%｝ x3=1/2×｛U（1-3）%+ U（2-3）%+ U（1-2）%｝ 其中： U（1-2）%—變壓器高壓與中壓繞組間短路電壓 U（1-3）%—變壓器高壓與低壓繞組間短路電壓 U（2-3）%—變壓器中壓與低壓繞組間短路電壓 由變壓器參數(shù)表得知，繞組間短路電壓值分別為： U（1-2）%=17.5% U（1-3）%=10.5% U（2-3）%=6.5% 主變額定容量SN=63MVA 所以x1=1/2×(17.5+10.5-6.5)=10.75 x2=1/2×(17.5+6.5-10.5)=6.75 x3=1/2×(10.5+6.5-17.5)= - 0.25 標么值: x1*= x1 /100×( Sj / SN)=10.75/100×(100/63)=0.17 x2*= x2 /100×( Sj / SN)=6.75/100×(100/63)=0.11 x3*= x3 /100×( Sj / SN)=-0.25/100×(100/63)=-0.004 已知110KV系統(tǒng)折算到110KV母線上的等值電抗Xs*=0.084 當d1點短路時 XS d1 圖3－2: d1點短路示意圖 I″d*1=1/ Xs*=1/0.084=11.905 Ij=Sj / 3Uj=100/( 3×115)=0.502(KA) I″d1= I″d*1×Ij=11.905×0.502=5.976(KA) I″d1=I∞ Ich=1.8× 2 ×I″d=1.8× 2×5.976=15.239 (KA) S∞= 3Uj×I∞= 3×115×5.976=1190.3(MVA) 其中Id：短路電流周期分量有效值 Id″：起始次暫態(tài)電流 I∞：t=∞時穩(wěn)態(tài)電流 S∞：短路容量 當d2點短路時 0.084 0.17 0.17 0.084 0.224 0.11 0.11 0.14 d2 d2 d2 圖3－3： d2點短路示意圖 I″d*2=1/ X d*2=1/0.224=4.46 Ij=Sj /( 3 Uj)=100/( 3×37)=1.56(KA) I″d2= I∞= I″d*2×Ij =4.46×1.56=6.958(KA) Ich =1.8× 2×I″d2=1.8× 2 ×6.958=17.74(KA) S2∞= 3Uj×I∞= 3×37×6.958=445.9(MVA) 當d3點短路時 0.084 0.084 0.17 0.17 0.167 0.083 -0.004 -0.004 d3 d3 d3 圖3－4：d3點短路示意圖 I″d*3=1/ X d*3=1/0.167=5.988 Ij =Sj / ( 3 Uj )=100/( 3×10.5)=5.5(KA) I″d3= I∞= I″d*2×Ij=5.988×5.5=32.9(KA) Ich3=1.8× 2×I″d3=1.8× 2×32.9=84(KA) S3∞= 3 Uj3×I∞= 3 ×10.5×32.9=598(MVA) 額定電流計算 因IN=Ij×SN /Sj (SN =63MVA，Sj=100MVA，Ij1=0.502KA，Ij2=1.56KA，Ij3=5.5KA) 所以IN1=0.502×63/100=0.32(KA) IN2=1.56×63/100=0.98(KA) IN3=5.5×63/100=3.47(KA) 表3－1：短路電流計算結果表 短路點 基準電壓KV 基準電流KA 電壓等級KV 計算電抗 額定電流KA T=0時刻短路電流周期分量 穩(wěn)態(tài)短路電流 短路電流沖擊值KA 最大電流有效值KA 短路容量KVA 標么值 有名值KA 標么值 有名值KA 公式 Uj=Up Sj / Uj Ij×SN/Sj I*″ I*″Ij I*∞ I*∞Ij 2.55I″ 1.52I″ Iuj d1 115 0.502 110 0.084 0.32 11.91 5.98 11.91 5.98 15.24 9.08 1190.3 d2 37 1.56 35 0.224 0.98 4.46 6.958 4.46 6.958 17.74 10.58 405.9 d3 10.5 5.5 10 0.167 3.47 5.988 32.9 5.988 32.9 84 50 598 4. 設備的選擇與校驗 4.1 設備選擇的原則和規(guī)定 導體和設備的選擇設計，應做到技術先進，經濟合理，安全可靠，運行方便和適當?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經濟運行的需要。 一、一般原則 1）應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展的需要。 2）應力求技術先進和經濟合理。 3）選擇導體時應盡量減少品種。 4）應按當?shù)丨h(huán)境條件校核。 5）擴建工程應盡量使新老電器型號一致。 6）選用的新產品，均應有可靠的實驗數(shù)據(jù)，并經正式鑒定合格。 二、有關規(guī)定 1、技術條件： 選擇的高壓電器，應能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓過電流的情況下保持正常運行。 1）長期工作條件 a．電壓：選用的電器允許的最高工作電壓Umax不得低于該回路的最高運行電壓，即Umax＞Ug，當額定電壓在220KV及以下時為1.15UN。 表4－1：額定電壓與設備最高電壓 受電設備或系統(tǒng)額定電壓 供電設備額定電壓 設備最高電壓 10 10.5 11.5 35 38.5 40.5 110 121 126 b．電流：選用的電器額定電流Ie不得低于所在回路在各種可能運行方式下的持續(xù)工作電流Ig，即Ie≥Ig。由于高壓電器沒有明顯的過載能力，所以在選擇其額定電流時，應滿足各種方式下回路持續(xù)工作電流。 c．機械負荷：所選電器端子的允許負荷，應大于電器引下線在正常運行和短路時的最大作用力。 2）短路穩(wěn)定條件 ① 校驗的一般原則 電器在選定后應按最大可能通過的短路電流進行動、熱穩(wěn)定檢驗，檢驗的短路電流，一般取三相短路時的短路電流。 ② 短路的熱穩(wěn)定條件：It2t＞Qdt Qdt—在計算時間tjs秒內，短路電流的熱效應（KA2.S） It—t秒內設備允許通過的熱穩(wěn)定電流有效值（KA） T—設備允許通過的熱穩(wěn)定電流時間（S） ③ 短路的動穩(wěn)定條件 ich≤idf Ich≥Idf ich—短路沖擊電流峰值（KA） idf—短路全電流有效值 Ich—電器允許的極限通過電流峰值（KA） Idf—電器允許的極限通過電流有效值（KA） ④ 絕緣水平 在工作電壓和過電壓下，電氣的內、外絕緣應保證必要的可靠性。電器的絕緣水平，應按電網中出現(xiàn)的各種過電壓和保護設備相應的保護水平來確定。當所選電器的絕緣水平低于國家規(guī)定的標準數(shù)值時，應通過絕緣配合計算選用適當?shù)碾妷罕Ｗo設備。 2、環(huán)境條件 選擇導體和電阻時，應按當?shù)丨h(huán)境條件校核。 4.2 導線的選擇和校驗 載流導體一般采用鋁質材料比較經濟，110KV及以上高壓配電裝置一般采用軟導線，當負荷電流較大時，應根據(jù)負荷電流選用較大截面的導線。矩形導線一般只用于35KV及以下，電流在4000A及以下時；槽形導體一般用于4000~8000A的配電裝置中；管形導體用于8000A以上的大電流母線。 一、導線的選擇 1、按回路最大持續(xù)工作電流選擇： Ixu≥Ig.max 其中Ig.max—導體回路持續(xù)工作電流（A） Ixu—相應于導體在某一運行溫度、環(huán)境條件下長期允許工作電流（A） 若導體所處環(huán)境條件與規(guī)定載流量計算條件不同時，載流量應乘以相應的修正系數(shù)。 2、按經濟電流密度選擇 Sj＝Ig.max/j 其中Sj—按經濟電流密度計算得到體截面（mm2） j—經濟電流密度（A/ mm2） 以下分別對各電壓等級的導線進行計算選擇。 110KV系統(tǒng)： 由于連線與110KV進線所承受的電流相同，故110KV所有連線與進線選擇型號相同的導線,即LGJ-300型（長期允許載流量770A>2×320A）。 35KV系統(tǒng)： 進線(母線)：Ig.max=1.05Ie=1.05×980=1029(A) 查《電力工程電氣設計手冊》第337頁表，按最高允許溫度為+70℃，當?shù)丨h(huán)境溫度最高為+30℃，修正系數(shù)K=0.94 所以導線的最大載流量 Ig=Ig.max/K=1029/0.94=1094 (A) 查《電力工程電氣設計手冊》第412頁表，得LGJ-630/55型導線（長期允許載流量1204A） 出線：按經濟電流密度選擇 Ig.max=63000/（35×1.732）/6=173.2 (A) 由于t=6000，查軟導線經濟電流密度表(《電力工程電氣設計手冊》第377頁)，得j=0.95（A/mm2） 所以Sj= Ig.max/J=173.2/0.95=182.3(mm2) 查表得LGJ-185/30型導線(長期允許最大載流量551A) 10KV系統(tǒng)： 進線：由于按主變額定容量計算太大，故按10KV側Pmax=25MW計算，cosφ=0.85 Ie=Pmax/ 3 U cosφ=25×103/ ( 3×10×0.85)=1698.09(A) Ig.max=1.05Ie=1.05×1698.09=1782.99(A) 查《電力工程電氣設計手冊》第337頁表，按最高允許溫度為+70℃，當?shù)丨h(huán)境溫度最高為+30℃，修正系數(shù)K=0.94 所以導線的最大載流量 Ig=Ig.max/K=1782.99/0.94=1897(A) 查《電力工程電氣設計手冊》第333頁表，得矩形導體80×8兩條橫放（長期允許載流量1946A） 出線：由于不知道每回出線的負荷情況,故選10KV出線導線時按主變額定容量選擇(按經濟電流密度選擇) Ig=63000/12/(10× 3 )=303.12(A) 架空線路： 由于t=6000，查軟導線經濟電流密度表，得j=0.95（A/mm2） 所以Sj= Ig.max/J=303.12/0.95=319(mm2) 查表得LGJ-300型導線(長期允許最大載流量770A) 因為按經濟電流密度選擇的導線載面，應盡量接近經濟計算載面Sj，當無合適規(guī)格導體時，允許小于Sj。 二、電力電纜的選擇 要求：電纜截面應滿足持續(xù)允許電流、短路熱穩(wěn)定、允許電壓降等要求，當最大負荷利用小時Tm>5000h且長度超過20M時，還應按經濟電流密度選取。 1、按持續(xù)允許電流選擇 ① 計算公式 敷設在空氣中和土壤中的電纜允許載流量按下式計算： KIxu≥Ig Ig：計算工作電流 Ixu：電纜在標準敷設條件下的額定載流量 K：不同敷設條件下綜合校正系數(shù)，對于土壤中單根敷設的電纜 K=KτK3 查《電力工程電氣設計手冊》第1001頁表，50℃時 Kτ=0.895 K3=1.09 ∴Ixu ≥Ig /K=303.12/(0.895×1.09)=311 A 查《電力工程電氣設計手冊》第934頁表,選用YJV-3*185電力電纜(額定載流量281×1.29=362.5 (A) 2、按持續(xù)經濟電流密度選擇 公式: S=Ig/j Ig：計算工作電流 J：經濟電流密度 （A/mm2） 查《電力工程電氣設計手冊》第942頁表 j=0.93 S=303.12/0.93=326 mm2 截面積太大,故其工作電流按最大負荷計算 Ig=25/(10×1.732×12)=0.12 (KA)=120 A S=120/0.93=129 mm2 故仍選用YJV-3×185電力電纜 三、導線的校驗 1、按電暈電壓校驗： 110KV及以上電壓的線路，變電所母線均應以當?shù)貧庀髼l件下晴天不出現(xiàn)全面電暈為控制條件，使導線安裝處的最高工作電壓小于臨界電暈電壓，即Ug≤U0。 U0=84m1m2hδ2/3nr0 /h0（1+0.301/ r0δ）×lgajj /rd 因當110KV軟導線超過LGJ-70時，可不進行電暈校驗（由《電力工程電氣設計手冊》查得），由于所選導線為LGJ-300型，故不進行電暈電壓校驗。 2、短路熱穩(wěn)定校驗： 裸導線熱穩(wěn)定校驗公式為 S＞Smin=I∞/C×（ tdz×kf） 其中：Smin—根據(jù)熱穩(wěn)定決定的導體最小允許載面（mm2） C—熱穩(wěn)定系數(shù)，查表得C=87 tdz—短路電流等值時間 kf—集膚效應系數(shù)。軟導線取1，矩形母線取1.2(雙層) 110KV側 Smin=5980/87× 4.45=145 mm2＜300 mm2 35KV側 Smin=6958/87× 4.45=168.7 mm2＜630 mm2 10KV側 Smin=32900/87× 4.45×1.2 =797.7 mm2＜2×(80×8) mm2 故熱穩(wěn)定校驗合格。 四、電力電纜的校驗 1、 熱穩(wěn)定校驗 由于電纜芯線一般系多股膠線構成，截面在400 mm2以下時，KS≈1，滿足電纜熱穩(wěn)定的最小截面可簡化為 Smin≈( Qt /C)×1000 C=1/η 4.2Q/Kρ20αln{[1+α(θm-20)]/[ 1+α(θp-20)] }×10-2 θp=θ0+(θH-θ0)(Ig /Ixu)2 式中η—計及電纜芯線充填物熱容量隨溫度變化以及絕緣散熱影響的校正系數(shù)，對于3~6KV廠用回路，η取0.93，35KV及以上回路可取1.0。 Qt—短路熱效應 （KA2/S） C—熱穩(wěn)定系數(shù) Q—電纜芯單位體積的熱容量，鋁芯取0.59 J/(cm3.℃),對銅芯取 0.81 J/(cm3.℃)； α—電纜芯在20℃時的電阻溫度系數(shù)，鋁芯為0.00403(1/℃); 銅芯為 0.00393 J/(cm3.℃)；； K—20℃時電纜芯線的集膚效應系數(shù)，S≤100mm2的三芯電纜K=1，對YJV-3*185電力電纜K=1.008 ρ20—電纜芯在20℃時的電阻系數(shù)，鋁芯取0.031*10-4(Ω．Cm2/cm)；對銅芯取0.0184*10-4(Ω．Cm2/cm) θm—電纜芯線在短路時的最高允許溫度（℃）； θp—35KV及以下電纜芯在短路前的實際運行溫度（℃）， θ0—電纜敷設地點的環(huán)境溫度（℃） θH—電纜芯線在額定負荷下最高允許溫度（℃） Ig—電纜實際計算電流（A） Ixu—電纜長期允許工作電流（A） 查《電力工程電氣設計手冊》第937頁表，C=82 Qt=32.92*0.1=108.2 Smin≈( Qt /C)×1000=126.8 mm2＜185 mm2 故熱穩(wěn)定校驗合格。 4.3 斷路器的選擇和校驗 一、斷路器選擇的技術條件 1、電壓：UN≥Ug（Ug為電網工作電壓） 2、電流：IN≥Igmax 3、開斷電流（或開斷容量）：Idt≤Ikd（或Sdt≤Skd） Idt—斷路器實際開斷時間t秒的短路電流周期分量 Ikd—斷路器額定開斷電流 Sdt—斷路器額定t秒的開斷容量 Skd—斷路器額定開斷容量 4、短路關合電流選擇：iNSC≥ich 5、動穩(wěn)定校驗：imax＞ich 6、熱穩(wěn)定校驗：I2∞tdz≤It2t 二、斷路器型式和種類的選擇： 按照斷路器采用的滅弧介質和滅弧方式，一般可分為：多油斷路器、少油斷路器、壓縮空氣斷路器、真空斷路器、SF6斷路器等。 斷路器型式的選擇，除應滿足各項技術條件和環(huán)境條件外，還應考慮便于施工調試和運行維護，并以技術經濟比較后確定。 三、斷路器的選擇和校驗 1、電壓選擇： 110KV側：Ug=1.1Ue=121KV 35KV側：Ug=1.1Ue=38.5KV 10KV側：Ug=1.1Ue=11KV 2、電流選擇： 由于高壓斷路器沒有連續(xù)過流的能力，在選擇其額定電流時，應滿足各種可能運行方式下回路持續(xù)工作電流的要求。 110KV側： 進線：Ig=1.05Ie=1.05×（2×320）=672A 橋開關：Ig=1.05Ie=1.05×320=336A 35KV側： 主變側：Ig=1.05Ie=1029A 出線：Ig=1.05Ie=1.05×173.2=181.9A 10KV側： 主變側：Ig=1.05Ie=3643.5A 出線：Ig=1.05Ie=1.05×303=318A 3、開斷電流（由短路電流計算得）： 110KV側：Idt=5.98KA 35KV側：Idt=6.958KA 10KV側：Idt=32.9KA 4、最大短路沖擊電流（由短路電流計算得）： 110KV側：ich=15.24KA 35KV側：ich=17.74KA 110KV側：ich=84KA 通過以上所得數(shù)據(jù)，根據(jù)有關資料選擇斷路器，選擇情況見下表： 表4－2：斷路器選擇 安裝位置 型號 電壓（KV） 額定電流 A 額定開斷電流KA 極限通過電流KA 額定短時耐受電流KA 固有分閘時間s 合閘時間s 額定 最大 出線橋 LW6-110I 110 126 3150 31.5 100 40（3） 0.03 0.09 主變分段 LW8-35 35 40.5 1600 25 63 25(4) 0.06 0.15 出線 LW8-35 35 40.5 630 25 63 25(4) 0.06