毕业设计---35kV降压变电所电气设计

目 录 中文 摘要 . 1 英文摘要 . 2 1 引言 . 3 1.1 设计的原始资料 . 3 1.2 设计的基本原则： . 3 1.3 本设计的主要内容 . 4 2 主接线的设计 . 5 2.1 电气主接线的概述 . 5 2.2 电气主接线基本要求 . 5 2.3 电气主接线设计的原则 . 5 2.4 主接线的基本接线形式 . 6 2.5 主接线的设计 . 6 2.6 电气主接线方案的比较 . 6 3 负荷计算 . 8 3.1 负荷的分类 . 8 3.2 10kV 侧负荷的计算 . 8 4 变压器的选择 . 10 4.1 主变压器的选择 . 10 4.1.1 变压器容量和台数的确定 . 10 4.1.2 变压器型式和结构的选择 . 10 4.2 所用变压器的选择 . 11 5 无功补偿 . 12 5.1 无功补偿概述 . 12 5.2 无功补偿计算 . 13 5.3 无功补偿装置 . 13 5.4 并联电容器装置的分组 . 14 5.5 并联电容器的接 线 . 14 6 短路电流的计算 . 15 6.1 产生短路的原因和短路的定义 . 15 6.2 电力系统的短路故障类型 . 15 6.3 短路电流计算的一般原则 . 15 6.4 短路电流计算的目的 . 16 6.5 短路电流计算方法 . 16 6.6 短路电流的计算 . 17 7 高压电器的选择 . 19 7.1 电器选择的一般原则 . 19 7.2 高压电器的基本技术参数的选择 . 20 7.3 高压电器的校验 . 20 7.4 断路器的选择选择 . 21 7.5 隔离开关 的选择 . 24 7.6 电流互感器的选择 . 26 7.7 电压互感器的选择 . 28 7.8 母线的选择 . 29 7.9 熔断器的选择 . 30 8 继电保护和主变保护的规划 . 31 8.1 继电保护的规划 . 31 8.1.1 继电保护的基本作用 . 31 8.1.2 继电保护的基本任务 . 31 8.1.3 继电保护装置的构成 . 31 8.1.4 对继电保护的基本要求 . 31 8.1.5 本设计继电保护的规划 . 32 8.2 变压器保护的规划 . 33 8.2.1 变压器的故障类型和不正常工作状态 . 33 8.2.2 变压器保护的配置 . 34 8.2.3 本设计变压器保护的整定 . 34 9 变电所的防雷保护 . 36 9.1 变电所防雷概述 . 36 9.2 避雷针的选择 . 37 9.3 避雷器的选择 . 38 结论与展望 . 40 致谢 . 41 参考文献 . 42 1 35kV 降压变电所电气设计 摘要 ： 本文详细介绍了某工业园区 35kV 降压变电所的设计。文中对主接线的选择、高压设备的选择、负荷计算、短路电流计算 ,继电保护选择和整定计算皆有详细的说明。特别对主接线的选择 ,变压器的选择 ,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择校验作了详细的说明和分析。其中还对变电所的主接线，平面布置等通过 CAD 制图直观的展现出来。 本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出了符合当前要求的变电所。 在设计的过程中，得到了学校老师、同学的耐心指导和大量帮助，在此对他们表示衷心的感谢和崇高的敬意。 关键词： 电气主接线、短路电流计 算、高压电气设备、继电保护 2 Design of 35kV Step-down Substation Abstract: This paper mainly introduces the design of 35kV substation in a industrial park. It also discusses the choice of main wiring, high pressure equipment and all kinds of the protection of relay, the calculation of load, short current and so on in detail, especially, the choice of main wiring, transformer and some electric equipment such as circuit breaker, current and Voltage sensor. It shows main wiring of substation, the distribution of plane and some protection equipment of high and low Voltage by the graphics of CAD. This design is closely related to reality in order to design the suitable substation by studying a lot of materials. In the design process, the school teachers and students give me a lot of help. In this, I express my heartfelt thanks and high tribute to them. Key words： main electrical connection table, the calculation of short current, the protection of relay, High-voltage electrical equipment。 3 1 引言 1.1 设计的原始资料 为改善供电质量，提高供电可靠性，在某工业园区建设一座 35kV 变电所，该变电所的设计规模为： （ 1） 35kV 进线两回，一回由 110kV 甲站引入，一回由 110kV 乙站引入（进线阻抗忽略），出线两回，最终出线四回。 （ 2） 10kV 出线 8 回，负荷的类型及大小如下表 1.1。 表 1.1 用电负荷 负 荷 名 称 额 定 容 量 （ kV） 额 定 电 压 （ kV） 负 荷 特 性 Cos 供电线路长度 (m) 1# 出线 860 10 0.8 200 1# 出线 400 10 0.82 250 1# 出线 760 10 0.75 100 1# 出线 1600 10 0.8 80 水源变电所 1200 10 0.85 200 生活区变电所 2000 10 0.8 90 锅炉变电所 1100 10 0.8 100 污水处理源 1200 10 0.8 80 （ 3） 甲站 35kV 母线最大短路容量 300MVA，乙站 35kV 母线最大短路容量300MVA。 （ 4）本地区海拔 1010M，雷电活动 33 天 /年，历史最高温度 35 ，最低温度 -5 ，最大风速 4M/S 1.2 设计的基 本原则： 工业园区变电所直接为生产提供电源，是电力系统的一个重要环节，此类变电所能否正确运行关系到整个工业园区生产的稳定和安全问题，因此设计一个优质、 4 安全、可靠、灵活的变电所至关重要。设计原则有以下几点： （ 1）变电所的设计应根据工程的 5 10 年发展规划进行，与城建部分的城市规划相结合，做到远、近期的结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。 （ 2）变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合本地情况合理地确定设 计方案，做到因地制宜，兼顾变电所经济、安全、可靠、灵活的特点。 （ 3）对 变电所的选址有以下几点要求：一是靠近负荷中心；二是要节约用地，不占或不占耕地及经济效益高的土地；三是与城区或企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出；四是交通运输方便；五是具有适宜的地质，并且周围环境无明显污秽。 1.3 本设计的主要内容 本次设计完成了某工业园区 35kV 降压变电所设计的总过程，设计过程中遵循国家的法律、法规，按照国家标准及规范，明确设计的目的，逐步完成了电气主接线的选择、负荷的计算和无功补偿、主变的选择、短路 电流的计算、高压设备的选择、继电保护选择及整定、防雷保护规划、图纸绘制等工作，特别是对电气主接线的选择、变压器的选择和高压电气设备（如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、母线等）的选择及校验作了详细的说明和分析，形成了较为完整的论文。 5 2 主接线的设计 2.1 电气主接线的概述 电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电 力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。 2.2 电气主接线基本要求 （ 1） 可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。停电会给国民经济各部门带来严重的损失，在经济发达地区，故障停电的经济损失是难以保量的，甚于会导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等。电气主接线的可靠性不是绝对的，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质 和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。 （ 2） 灵活性：电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性应该满足以下几个方面，一是操作的方便性；二是高度的方便性；三是扩建的方便性。 （ 3） 经济性：在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下几个方面考虑，一是节省一次投资；二是占地面积少；三是电能损耗少。 2.3 电气主接线设计的原则 电气主接线的设计是变电站电气设计的主体，其设计必须结合电力系统和变电站的 具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的，经过技术、经济比较、合理地选择主接线方案。 6 电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调试灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材同，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济的原则。 2.4 主接线的基本接线形式 （ 1）有汇流母线：单母线接线及单母线分段接线；双母线接线及双母线分段接线；带旁路母线的单母线和 双母线接线。 （ 2）无汇流母线：桥形接线；角形接线；单元接线。 2.5 主接线的设计 （ 1） 35kV 侧主接线的设计： 由原始资料知， 35kV 侧设计规模为进线 2 回，出线 2 回，最终出线四回。 由电力工程电气设计手册可知：当 35 63kV 配电装置出线回路数为 4 8回，采用单母分段连接。 故 35kV 可采用单母分段连接方式。 （ 2） 10kV 侧主接线的设计： 由原始资料知， 10kV 侧设计规模为进线 2回，出线 8 回。 由电力工程电气设计手册可知：当 6-10kV 配电装置出线回路数为 6回及以上时，采用单母分段连 接；当负荷较大、短路电流较大、出线需要带电抗器时可采用双母线接线。 故 10kV 可采用单母分段连接方式，也可采用双母线连接方式。 2.6 电气主接线方案的比较 方案一： 35kV 和 10kV 侧均采用单母分段接线方式； 方案二： 35kV 侧采用单母分段接线方式， 10kV 侧采用双母线接线方式。 方案一的优点：接线简单，供电可靠，高度灵活，操作方便，设备少，经济性好，并且母线便于向两端延伸，便于扩建，对于重要的用户可以从不同的段引出两 7 个回路，当一段线路发生故障时，分段断路器可以自动将故障切除，保证正常母线的供电。该方 案兼顾了可靠性，经济性和灵活性的要求。 方案二与方案一相比较，虽然供电更加可靠，高度更灵活，但是设备增多，投资大，占地面积大，操作复杂，配电装置布置复杂。 故选用方案一， 35kV 和 10kV 侧都采用单线分段接线方式。 方案一的主接线图如图 2.1；方案二的主接线图如图 2.2。 图 2.1 方案一电气主接线图主接线图 图 2 .2 方案二电气 主接线图 8 3 负荷计算 3.1 负荷的分类 根据用户负荷的性质和中断供电在经济、政治上所造成的损失和影响程度，规定将负荷分为三级： （ 1）一级负荷：中断供 电将造成人身伤亡的负荷；中断供电将在政治、经济上造成重大损失如重大设备损坏，重大产品报废，重要原材料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续生产被打乱，需要长时间才能恢复；中断供电影响有重大政治、经济意义的用电单位正常工作。如重要的铁路枢纽，重要的通信枢纽，重要宾馆及经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。这些属于电力系统中的一级负荷。 （ 2） 二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。如：主要设备的损坏，大量产品报废，连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复，重点企业大 量减产等；中断供电将影响重要单位的正常工作者。这些属于电力系统的二级负荷。 （ 3） 三级负荷：不属于一级和二级负荷者，短时停电不会带来严重后果的负荷。 为保证供电的可靠性，一级负荷应由两个独立的电源供电，有特殊要求的一级负荷，两个独立的电源应来自不同的地点，发生故障时两个独立电源互不影响；二级负荷的供电系统，应尽量做到发生故障时不发生中断供电，或中断供电后能迅速恢复，在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回 6KV 及以上专用线供电；三级负荷对供电电源无特殊要求，当系统发生故障时，如出现电力不足的情况，就首先考虑切除三级负荷，以保证一、二级负荷的用电。 3.2 10kV 侧负荷的计算 计算所用的公式： 21 c o st a nc o s （ 3-1） dNP K P（ 3-2） 9 * ta nQP （ 3-3） 公 式 3-2中dK为同时系数，本设计中取值为 0.9. 计算过程如下： 1#出线： 221 c o s 1 0 . 8t a n 0 . 7 5c o s 0 . 8 ， 1 0 . 9 8 6 0 7 7 4dNP K P k W 3 0 3 0t a n 7 7 4 0 . 7 5 5 8 0 . 5Q P k W 其它线路计算如上，略去计算过程。负荷计算结果如下表 3.1。 表 3.1 负荷计算结果 负荷名称 额 定 容 量NP（ kW） 额定 电压 （ kV） 负 荷 特 性 cos tan 供电线路长度 (m) P (kW) Q (kVar) 1# 出线 860 6 0.8 0.75 200 774 580.5 2# 出线 400 6 0.82 0.70 250 360 252 3# 出线 760 6 0.75 0.88 100 684 601.9 4# 出线 1600 6 0.8 0.75 80 1440 1080 水源变电所 1200 6 0.85 0.62 200 1080 669.6 生 活区变电所 2000 6 0.8 0.75 90 1800 1350 锅炉变电所 1100 6 0.8 0.75 100 990 742.5 污水处理电源 1200 6 0.8 0.75 80 1080 810 10 7 7 4 3 6 0 6 8 4 1 4 4 0 1 0 8 0 1 8 0 0 9 0 0 1 0 8 0 8 1 1 8 8 . 1 1 8P k W M W 5 8 0 2 5 2 6 1 2 1 0 8 0 6 7 0 1 3 5 0 7 4 3 8 1 0 6 0 9 7 a r 6 . 0 9 7 a rQ k V M v 22 228 . 1 1 8 6 . 0 9 7 1 0 . 1 5S P Q M V A 功率因数 8 . 1 1 8c o s 0 . 8 01 0 . 1 5PS 考虑同时系数时的负荷： 1 0 . 8 5 * 0 . 8 5 * 1 0 . 1 5 8 . 6 3S S M V A 取每年的负荷增长率为 2% ，则考虑五年规划（即 n 5）时的计算负荷为： 5211 ( 1 0 . 0 2 ) * 8 . 6 3 9 . 5 2nS S M V A 4 变压器的选择 4.1 主变压器的选择 4.1.1 变压器容量和台数的确定 （ 1） 变电站主变压器容量，一般应按 5 10 年规划负荷来选择，并适当考虑到 10-20年的负荷发展，对于城郊变电所，主变压器容量应与城市替代相结合。 （ 2） 对于有重要负荷的变电站，应考虑当 1 台主变压器停运 时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证对用户的一类及二类负荷的供电；对一般性变电站，当 1 台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%80%。同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。 （ 3）对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。故该变电站单台变压器的容量至少应为： 20 . 7 * 0 . 7 * 9 . 5 2 6 . 6 7S S M V A 4.1.2 变压器型式和结构的选择 （ 1） 相数的选择：主变压器是采用 三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。由电力工程电气设计手册可知，当不受运 11 输条件时，在 330kV 及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器。 （ 2） 绕组数与绕组连接方式的选择：由电力工程电气设计手册可知，对于深入引进至负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器；而且 35kV 电压等级的变压器均采用“ Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地。此降压变电站满足此条件，故选用双绕组“ Y”型连接的变压器； （ 3） 调压方式 ：变压器调压方式有两种，一种是不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在 2*2.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%。 35kV 电压等级的变压器一般采用有载调压方式。 （ 4）冷却方法：电力变压器的冷却方式随变压器形式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。对于中、小型变压器，通常采用油浸自冷。 由上选择本次设计中主变压器的型号为： SZ9-8000/35，其中 S-三相， Z-有 载调压，容量 8MVA，电压等级 35kV。 SZ9-16000/35 型变压器技术参数如表 4.1。 表 4.1 SZ9-8000/35 型变压器的技术参数 型号 SZ9-8000/35 额定容量 8000kVA 电压组合 高压 35 高压分接范围 2*2.5% 低压 10.5 联结组标号 YN d11 空载损耗 9.84kW 负载损耗 42.75kW 空载电流0%I0.9 短路阻抗 %kU7.5 4.2 所用变压器的选择 所用变压器的选择原则： （ 1）额定电压的选择 所用变压器的额定电压应根据所用电系统的电压等级和电源引接处的电压确 12 定，变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和所用网络电压相一致。本设计中引接电源电压等级为 35kV，所用网络电压为 0.4kV，故所选变压器的电压比应为35/0.4. （ 2）变压器的台数和型式 本设计中所用网络电压等级为 0.4kV，故可选用两台全容量双绕组变压器，一台作为主变，一台作为备用变压器。 （ 3）所用 变压器的容量 所用变压器的容量必须满足所用电负荷从电源获得足够的功率，所用低压工作变压器的容量应有 10%左右的裕度。 总上所述，选择本次设计所用变压器的型号为 SZ9-630/10, 其中 S-三相， Z-有载调压，容量 630kVA，电压等级 10kV。 SZ9-630/10 型变压器的技术参数如表 4.2。 表 4.2 SZ9-630/10 型变压器的技术参数 型号 SZ9-630/10 额定容量 630kVA 电压组合 高压 10.5 高压分接范围 4*2.5% 低压 0.4 联结组标号 Y yn0 空载损耗 1.29kW 负载损耗 6.50kW 空载电流0%I0.9 短路阻抗 %kU4.5 5 无功补偿 5.1 无功补偿概述 电力系统中有许多根据电磁感应原理工作的电气设备，如变压器、电动机、感应炉等。都是依靠磁场来传送和转换电能的电感性负载，在电力系统中感应电动机约占全部负荷的 50%以上。电力系统中的无功功率很大，必须有足够的无功电源， 13 才能维持 一定的电压水平，满足系统安全稳定运行的要求。 电力系统中的无功电源由三部分组成： 一是发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的 40%50%）； 二是无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率； 三是 110kV 及以上电压线路的充电功率； 电力系统中如无功功率小，将引起供电电网的电压降低。电压低于额定电压值时，将使发电、送电、变电设备均不能达到正常的出力，电网的电能损失增大，并容易导致电网震荡而解列，造成大面积停电，产生严重的经济损失和政治影响。电压下降到额定电压值的 60%70%时，用户的电动 机将不能启动甚至造成烧毁。所以进行无功补偿是非常有必要的。 5.2 无功补偿计算 补偿前功率因数 cos 0.80 ， tan 0.75 ，补偿后 cos 0.9 ， tan 0.48 ；则需要补偿的无功为： ( t a n t a n ) 0 . 7 5 8 . 1 1 8 ( 0 . 7 5 0 . 4 8 4 ) 1 . 6 2 v a rcQ P M 5.3 无功补偿装置 无功补偿装置分为串联补偿装置和并联补偿装置两大类。并联补偿装置又可分为同期调相 机、并联电容补偿装置、静补装置等几大类。 同期调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供可无级连续调节的容性和感性无功，维持电网电压，并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性。在我国经常在枢纽变电所安装同步调相机，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。 静止补偿器有电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据电压需要，向电网提供快速无级连续调节的容性和感性的无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量，并兼有减少有功损耗，提高系统稳定性，降低工频过电压的 功能。其运行维护简单，功耗小，能做到分相补偿，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统中得到越来越广泛的应用。但 14 设备造价太高，本设计中不宜采用。 电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功功率，运行时功率损耗亦较小。 综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置，并且采用集中补偿的方式。 5.4 并联电容器装置的分组 一、分组原则： （ 1）对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与该设备相连 接，并与该设备同时投切。 （ 2）配电所装设的并联电容器装置的主要目的是为了改善电网的功率因数。此时，为保证一定的功率因数，各组应能随负荷的变化实行自动投切。负荷变化不大时，可按主变压器台数分组，手动投切。 （ 3）终端变电所的并联电容器装置，主要是为了提高电压和补偿主变压器的无功损耗。此时，各组应能随电压波动实行自动投切。投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过 2.5%。 二、分组方式 并联电容器的分组方式主要有等容量分组、等差级数容量分组、带总断路器的等容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。这几种方式中等 容量分组方式，分组断路器不仅要满足频繁切合并联电容器的要求，而且还要满足开断短路的要求，这种分组方式应用较多，因此采用等容量分组方式。 5.5 并联电容器的接线 并联电容器装置的接线基本形式有星形和三角形两种。经常采用的还有由星形派生出的双星形，在某种场合下，也有采用由三角形派生出的双三角形。 从电力工程电气设计手册（一次部分） 502 页 表 9 17 可比较得出，应采用Y 形接线，因为这种接线适用于 6kV 及以上的并联电容器组，并且容易布置，布置清晰。 并联电容器组装设在变电所低压侧，主要是补偿主变和负荷的无 功功率，为了 15 在发生单相接地故障时不产生零序电流，所以采用中性点不接地方式。 选用 BFM11 300 3 型号的高压并联电容器 6 台。额定电压 11kV。额定容量 300kVar。 6 短路电流的计算 6.1 产生短路的原因和短路的定义 产生短路的主要原因是电器设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、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、线路倒杆也能造成短路事故。所谓短路时指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系 统中，还指单相和多相接地。 6.2 电力系统的短路故障类型 电力系统中可能发生的短路故障，主要有三相短路、两相短路和单相短路。一般情况下，三相短路电流都大于两相和单相短路电流。在计算短路电流时，通常把电源容量视为无穷大的电力系统。 运行经验表明：在中性点直接接地的系统中，最常见的短路是单相短路，约占短路故障的 6570%，两相短路约占 1015%，两相接地短路约占 1020%，三相短路约占 5%。 6.3 短路电流计算的一般原则 （ 1） 计算短路电流用于验算电器和导体的开断电流、动稳定和热稳定时，应按 本工程的设计规划内容计算。一般应以最大运行方式下的三相短路电流为依据，并适当考虑电网 5-10 年的远景发展规划进行计算。 （ 2）计算短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行计算。短路点应选择在适中电流为最大的地点。 16 （ 3） 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电流验算。 （ 4） 计算某一电压级的短路电流时，应用平均电压。 （ 5） 计算高压系统短路电流时，一般采用标幺值方法、短路功率法进行计算。 6.4 短路电流计算的目的 （ 1）电气主接线比选； （ 2）选择导体和电器； （ 3）确定中性点接地方式； （ 4）计算软导体的短路摇摆； （ 5）确定分裂导线间隔棒的间距； （ 6）验算接地装置的接触电压和跨步电压； （ 7）选择继电保护装置和进行整定计算。 6.5 短路电流计算方法 电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于工业企业内所装置的元件，其容量比较小，而其阻抗较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路情况时，系统母线上的电压变动很小，可以认为电压维持不变，即系统容量为无穷大。所谓无限容量系统是指容量为无限大的电力系统，在该系统中，当发生短路时，母线电业维持不变，短路电流的周期分量 不衰减。当然，容量所以们 在这里进行短路电流计算方法，以无穷大容量电力系统供电作为前提计算的，其 步骤如下： （ 1）对各等值网络进行化简，求出计算电抗； （ 2）求出短路电流的标么值； （ 3）归算到各电压等级求出有名值。 为了选择和校验电气设备、载流导体，一般应计算下列短路电流值，即 KI 短路电流周期分量有效值，单位为 kA； I 稳态短路电流有效值，单位 kA； 17 shi 短路全电流最大冲击值，单位为 kA； shI 短路全电流最大有效值，单位为 KA； KS 短路容量，单位为 MVA。 6.6 短路电流的计算 取基准容量为 100BS M VA,基准电压（单位为 kV）为 1 . 0 5B a v NU U U，由公式3 BB BSIU可以计算出基 准电流（单位为 kA），由公式 23 BBB BBUUXSI可以计算出基准电抗（单位为）。计算出基准值如下表 6.1。 表 6.1 基准值取值 额定电压 /NU kV10 35 基准电压 /BU kV10.5 37 基准电流 /BI kA5.50 1.56 基准电抗 /BX 1.10 13.69 （ 1）计 算变压器的电抗的标幺值： *% 7 . 5 1 0 0* * 0 . 9 3 81 0 0 1 0 0 8k BT NU SX S （ 2） 计算系统的短路电抗标幺值： * 1 * 2100 0 . 3 3 3 3300BSS KSSXX S （ 3）画短路系统电抗标幺值等效电路图 6.1。 18 图 6.1 系统电抗标幺值等效电路图 （ 4） 计算短路电流和短路容量： 35KV 侧，1d点短路时： 短路系统电抗标幺值为：* 1 * 1 0 . 3 3 3 3SXX三相短路电流周 期分量有效值，即： 3 11*11 . 5 6 4 . 6 80 . 3 3 3 3BKII k AX 三相短路电流稳态值： 31 4 .6 8KI I kA 三相短路冲击电流最大值： 3112 . 5 5 2 . 5 5 * 4 . 6 8 1 1 . 9 3 4s h Ki I k A 三相短路冲击电流有效值： 3111 . 5 1 1 . 5 1 * 4 . 6 8 7 . 0 7s h KI I k A 两相短路电流： 23110 . 8 6 6 0 . 8 6 6 * 4 . 6 8 4 . 0 5 3KKI I k A 三相短路容量： 31 1 13 3 * 3 7 * 4 . 6 8 3 0 0K a v KS U I M V A 10KV 侧，2d点短路时： 短路系统电抗标幺值为：* 2 * 1 * 0 . 3 3 3 3 0 . 9 3 8 1 . 2 7STX X X 三相短路电流周期分量有效值，即： 322*25 . 5 0 4 . 3 31 . 2 7BKII k AX 19 三相短路电流周期分量稳态值，即： 32 4 .3 3KI I kA 三相短路冲击电流最大值： 3222 . 5 5 2 . 5 5 * 4 . 3 3 1 1 . 0 4s h Ki I k A 三相短路冲击电流有效值： 3221 . 5 1 1 . 5 1 * 4 . 3 3 6 . 5 4s h KI I k A 两相短路电流： 23220 . 8 6 6 0 . 8 6 6 * 4 . 3 3 3 . 7 5KKI I k A 三相短路容量： 32 2 23 3 * 1 0 . 5 * 4 . 3 3 7 8 . 8K a v KS U I M V A 则最大运行方式下各种短路电流值及短路容量如下表 6.2。 表 6.2 短路电流值及短路容量 名称 短路点 基准电压（ kV） 三相短路电流 I（ kA） 三相短路冲击电流最大值shi（ kA） 三相短路冲击电流有效值shI（ kA） 两相短路电流 22KI三相短路容 量（ MVA） 1d 35 4.68 11.934 7.07 4.053 300 2d10 4.33 11.04 6.54 3.75 78.8 7 高压电器的选择 7.1 电器选择的一般原则 （ 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）应按当地环境条件校核。 （ 3） 应力求技术先进和经济合理。 （ 4） 与整个工程的建设标准应协调一致。 （ 5）同类设备应尽量减少品种 。 （ 6） 选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情 20 况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。 （ 7）选择的高压电气设备应满足各项电气技术要求。 （ 8）结构简单、体积小、质量轻，便于安装和检修。 （ 9） 在制造厂给定的技术条件下，能长期可靠地运行，有一定的机械寿命和电气寿命。 7.2 高压电器的基本技术参数的选择 （ 1）按额定电压选择：额定电压是保证断路器正常长期工作的电压，选择的电气设备上标明的额定电压应等于或大于我国采用的标称额定电压等级，选用的电器允许最高工作电压maxU不得低于该回路的最高运行电压gU，即max gUU。我国采用的额定电压等级有： 3、 6、 10、 20、 35、 66、 110、 220、 330、 500kV 等。 （ 2）按额定电流选择：选用的高压电器在规定的环境温度下，能长时间允许通过的额定电流，当长期通过额定电流时，高压电器导电回路部分的温升均不超过规定值。选用的电器额定电流eI不得低于所在 回路在各种可能运行方式下的持续工作电流gI，即egII，其中eI和gI的单位为 A。在计算gI时，应选用回路在各种运行方式下的待续工作电流的最大者。 7.3 高压电器的校验 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三相短路电流，若发电机 出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 （ 1） 热稳定校验：当短路电流通过被选择的电气设备时，其热效应不应超过允许值。电气设备的热稳定校验可按下面两式校验： 2tkI t Q （ 7-1） tII （ 7-2）式中tI 电气设备短路热稳定电流，单位为 kA； 21 I 系统短路热稳定电流，单位为 kA； et 短路的等效持续时间，单位为 s； （ 2） 动稳定校验：选择的高压电气设备允许通过动稳定电流峰值maxi，应大于该电气设备所在回路三相短路冲击电流峰值bi，即maxbii，其单 位都为 KA。而且选择的高压电器设备通话通过的动稳定电流有效值maxI，应大于该电气设备所在回路三相短路电流最大有效值bI，即maxbII。 7.4 断路器的选择选择 （ 1） 35kV 进线侧断路器、变压器侧断路器和母联断路器的选择： 最大的持续工作电流为：m a x8000 1 3 1 . 93 * 3 * 3 5N NSIAU ； 额定电压选择： 35N N SU U k V； 额定电流选择；m a x 1 3 1 . 9NI I A； 开断电流的选择： 31 4 .6 8ke KI I kA（1d点短路电流）； 极限通过电流的选择：1 1 1 . 9 3 4e s s hi i k A本次设计中， 35kV 侧采用户外型的配电装置，故采用户外式真空断路器，参考变电设备合理选择与运行检修，比较各种 35kV 的高压断路器，采用型号为ZW7-40.5 型的真空断路器，该型号断路器结构简单，开断能力强，寿命长，操作 功能齐全，无爆炸危险，维修简便，适用于城乡电网配电装置中电气设备的控制和保护，尤其适用于开断重要负荷及频繁操作的场所。 ZW7-40.5 型真空断路器的技术参数如表 7.1。 表 7.1 ZW7-40.5 型真空断路器的技术参数 断路器 型号 额定 电压 /kV 额定电流/A 额定开断电流 /kV 极限通过电流 (峰值 )/kA 热稳定电流 /kA （ 4S） 动稳定 电流 /kA 固有 分闸 时间 ZW7-40.5 40.5 1600 25 63 25 63 0.075S 热稳定校验，即校验 2tkI t Q： 22 2222 5 * 4 2 5 0 0tI t k A S 电 弧 持 续时 间取 0.04S ，继 电 保护 时 间取 0.15S ， 则 热稳 定 时间 为0 . 1 5 0 . 0 4 0 . 0 7 5 0 . 2 6 5 1kt s s 则需要计算短路电流非周期分量产生的热效应，取非周期分量的等效时间为0.05Ts ，有： 22 23 21* * 0 . 0 5 * 4 . 6 8 1 . 0 9n p KQ T I T I k A S 22 2 2 2 2 23 2110 12 4 . 6 8 * 0 . 2 6 5 5 . 8 01 2 1 2tkk tp k k K kI I I IQ t t I t k A S 21 . 0 9 5 . 8 0 6 . 8 9k n p pQ Q Q k A S 所以 2tkI t Q，故满足热稳定要求。 动稳定校验：16 3 1 1 . 9 3 4e s s hi k A i k A ，故满足动稳定要求。 具体数据如表 7.2。 表 7.2 数据对照 计算数据 ZW7-40.5 NsU35kV NU35kV maxI131.9A NI1600A (3)KI 4.68kA NbrI 25kA shi11.93kA esi63kA kQ6.89 2kA S 2tIt2500 2kA S （ 2） 10KV 进线侧断路器、变压器侧断路器和母联断路器的选择： 最大的持续工作电流为：m a x8000 4 6 1 . 93 * 3 * 1 0N NSIAU ； 额定电压选择： 10N N SU U kV； 23 额定电流选择；m a x 4 6 1 . 9NI I A； 开断电流的选择： 32 4 .3 3ke KI I kA（2d点短路电流）； 极限通过电流的选择：2 1 1 . 0 4e s shi i k A参考变电设备合理选择与运行检修，选择型号为 ZN28G 12 的真空断路器，其技术参数如表 7.3。 表 7.3 ZN28G 12 型真空断路器的技术参数 断路器 型号 额定 最高电压 /kV 额定电流/A 额定开断电流 /kV 极限通过电流 (峰值 )/kA 热稳定电流 /KA （ 4S） 动稳定 电流 /kA 固有 分闸 时间 ZN28G 12 12 1000 20 50 20 50 0.06S 热稳定校验，即校验 2tkI t Q： 2222 0 * 4 1 6 0 0tI t k A S 电 弧 持 续 时 间 取 0.06S ， 继 电 保 护 时 间 取 2S ， 则 热 稳 定 时 间 为2 0 . 0 6 0 . 0 6 2 . 1 2 1kts 则不需要计算短路电流非周期分量产生的热效应，有 ； 22 2 2 2 2 23 2210 12 4 . 3 3 * 2 . 1 2 3 9 . 7 51 2 1 2tkktk p k k K kI I I IQ Q t t I t k A S 所以 2tkI t Q，故满足热稳定要求。 动稳定校验：25 0 1 1 . 0 4e s s hi k A i k A ，故满足动稳定要求。 具体数据如表 7.4。 24 表 7.4 数据对照 计算数据 ZN28G 12 NsU10kV NU12kV maxI461.9A NI1000A (3)KI 4.33kA NbrI 20kA shi11.04kA esi50kA kQ39.75 2kA S2tIt1600 2kA S7.5 隔离开关的选择 （ 1） 35KV 侧进线侧隔离开关、变压器侧隔离开关和母线隔离开关的选择： 最大的持续工作电流为：m a x8000 1 3 1 . 93 * 3 * 3 5N NSIAU ； 额 定电压选择： 35N N SU U k V； 额定电流选择 :m a x 1 3 1 . 9NI I A； 开断电流的选择： 31 4 .6 8ke KI I kA（1d点短路电流）； 极限通过电流的选择：1 1 1 . 9 3 4e s s hi i k A选用型号为 GW14-35/1250 型户外式隔离开关，其技术参数如表 7.5。 表 7.5 GW14-35/1250 型隔离开关的技术参数 隔离开关的 型号 额定 电压 /kV 额定电流/A 最高工作电压 /kV 极限通过电流 (峰值 )/kA 热稳定电流/kA （ 4S） 动稳定 电流 /kA GW14-35/1250 35 1250 40.5 80 31.5 80 25 热稳定校验，即校验 2tkI t Q： 2223 1 . 5 * 4 3 9 6 9 6 . 8 9tkI t Q k A S 故满足热稳定要求。 动稳定校验：18 0 1 1 . 9 3 4e s s hi k A i k A ，故满足动稳定要求。 具体参数如表 7.6。 表 7.6 数据对照 计算数据 GW14-35/1250 NsU35kV NU35kV maxI131.9A NI1250A shi11.93kA esi80kA kQ6.89 2kA S2tIt3969 2kA S（ 2） 10KV 侧进线侧隔离开关、变压器侧隔离开关和母线隔离开关的选择： 最大的持续工作电流为：m a x8000 4 6 1 . 93 * 3 * 1 0N NSIAU ； 额定电压选择： 10N N SU U kV； 额定电流选择 :m a x 4 6 1 . 9NI I A； 开断电流的选择： 32 4 .3 3ke KI I kA （2d点短路电流）； 极限通过电流的选择：2 1 1 . 0 4e s shi i k A选用型号为 GN19-10C3/1000-31.5，两侧都装套管绝缘子的隔离开关，其技术参数如 表 7.7。 26 表 7.7 GN19-10C3/1000-31.5 型隔离开关技术参数 隔离开关的 型号 额定 电压 /kV 额定电流/A 最高工作电压/kV 极限通过电流 (峰值 )/kA 热稳定电流/KA （ 4S） 动稳定 电流 /kA GN19-10C3/1000-31.5 10 1000 11.5 80 31.5 80 热稳定校验，即校验 2tkI t Q： 2223 1 . 5 * 4 3 9 6 9 3 9 . 7 5tkI t Q k A S 故满足热稳定要求。 动稳定校验：18 0 1 1 . 0 4e s s hi k A i k A ，故满足动稳定要求。 具体参数如下表 7.8。 表 7.8 数据对照 计算数据 GN19-10C3/1000-31.5 NsU10kV NU10kV maxI461.9A NI1000A shi11.04kA esi80kA kQ39.75 2kA S2tIt3969 2kA S7.6 电流互感器的选择 （ 1）电流互感器的选择和配置应按下列条件： 一次回路电压：max gUU，maxU为电流互感器一次回路允许的最高工作电压， 为该回路的最高运行电压，单位均为 kV。 一次回路电流：当电流互感器用于测量、计量时，其一次额定电流应尽量选择行比回路中正常工作电流大 1/3 左右，以保证测量仪表的最佳 工作，并在过负荷时gU 27 使仪表有适当的指示。 二次额定电流的选择：电流互感器的二次额定电流有 5A 和 1A 两种，强电系统一般选 5A，弱电系统用 1A，当配电装置距离控制室较远时亦可考虑用 1A。 二次负荷的选择：电流互感器的二次负荷可按 2e e eS I Z计算。 准确级的选择： 0.2 级一般用于精密测量， 0.5 级用于电能计量， 1 级用于盘式指示仪表， 3 级用于过电流保护， 10 级用于非精密测量及继电器， D 级用于差动保护。 热稳定校验：电流互感器适时热稳定电流应大于或等于系统适中时的短路时的 适时热稳定电流， 2tkI t Q。 动稳定校验：电流互感器动稳定可按式max bii校验，maxi为电流互感器允许通过的最大动稳定电流，bi为系统短路冲击电。 （ 2） 35KV 侧电流互感器的选择： 一次回路电压选择：max gUU 35kV 一次回路电流选择：NI 1.3*131.9 171.5A 参考变电设备合理选择与运行检修，选择型号为 LZZQB8-35(Q