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1、前言原始材料第一章电气主接线的设计及主变选择第一节电气主接线设计3第二节所用电的设计 10第二章 短路电流计算第一节概述 12第二节短路计算说明 15第三章 导体和电器的选择计第一节总则 24第二节母线的选择设计26第三节断路器选择设计31第四节 隔离开关选择设计 33第五节 互感器的选择设计 35第六节引下线的选择设计38第七节支持绝缘子及穿墙套管选择设计38防雷保护AA* -4-P弟一下直击雷防护40第二节雷电过电压的防护 42第五章继电保护及自动装备配置第一节概述 46第二节继电保护的一般规定 47第三节电力变压器保护48第四节自动重合闸配置50附录（I ） 53参考文献如图本方案采用的
2、是单母线分段接线，其优点如下：用断路器把母线分段后，对重要的负荷可以从不同段引出两个回路，由两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段自动切除，保证正常母线不间断供电和不至使重要负荷停电。缺点：当一段母线或者母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检 修期间停电。当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需要向两个方向均衡扩建。母线用断路器QF分为L II段，电源和引出线大体上平均分配在两段母 线上，母线分段的目的是：减少母线故障时停电范围，例如在II段母线 上短路时，接在II短母线上有电源的断路器，包括分段断路器QF在继 电保护装置的作用下均自动断开，因而I段母线可
3、以继续供电，提高了可 靠性，另外，在检修母线时也可以分段检修，提高了灵活性。本变电站的同步调相机接在10KV母线上，这样接线的方式使主变10KV侧 出线上接线简单化了，这样有提高供电可靠性的优点，设备故障与接线的灵活性 和复杂成度，对供电的可靠性因素影响很大,本设计中采取的接线方式能使主变 10KV侧出线上串联的电抗器减少两个，对可靠性有所提高.因为母线上的负荷跟为集中，所以同步调相机接在母线上无功补偿也能取得比较明显的效果,但是这 样的接线的缺陷是使主变10KV侧出线的线径同10KV母线截面有所增大.同步调相机也可以并接在主变10KV侧出线上,这种接线方式可以减少主变 10KV侧出线的线径，
4、但是使接线复杂化了,但串接在主变10KV侧出线上的设备 增加两个电抗器,降低了 10KV侧供电的可靠性.经过以上分析讨论，选择将同步调相机接在10KV侧母线上的方案为该变电 站内低压侧10KV主接线选择本方案.本变电站的主接线设计方案(见图LC6-2)五、主变压器的选择1.台数：2台2.容量：120MVA3.型号：SFPSZ7-120000 (三相强迫油循环风冷三绕组有载调压变压器)4.容量比：100/100/505.变比：220/121/11六、调相机的选择空载损耗 (KW)负载损耗 (KW)空载电流 (%)U1-2%Ul-3%U2-3%1184250.814.023.07.01.型号:TT
5、-15-8Un=11KV, Xd%=16, In=788A第二节所用电的设计一、站用电接线的选择如图为站用电接线方案，站用电电源取自10KV I段母线和10KV n段 母线，保证了两个独立电源供电，低压侧采用单母线分段的接线形式，部分重 要负荷可在低压侧I段母线，n段母线各取一回，保证供电的可靠性。二、站用电负荷计算及变压器选择.站用电负荷计算P 尸 215.2KVAP2=41KVASis=0.85Pi+P2=0.85x215.2+41=223.9KVAP/ =215.2P/ =215.2P21 =44KVASis =0.85 PJ +p2=0.85x215.2+44=213.5KVA1 .站
6、用变压器选择(SSis)抬数：2台容量：315KVA型号：SJL.-315 (三相油浸自冷铝芯变压器)变比(KV)组别空载损耗 (KW)短路损耗 (KW)阻抗电压 (%)空载电流 (%)10/0.4V/Yo-120.8542.4第二章短路电流计算第一节概述短路是电力系统中最严重的故障，他能破坏对用户的正常供电和电气设备 正常工作，因此变电所电气部分的设计和运行，都必须靠到可能发生的各种故 障情况，本设计以三相对称短路情况作为分析计算一、短路的危害电力系统发生短路时，电压严重下降，可能破坏各电厂并联运行的稳定性, 使整个系统被解列成为几个异步运行的部分，这时某些发电厂可能过负荷，因 而使频率下降
7、，供电频率下降导致包括锅炉给水的水泵电动机在内的所有异步 电动机转速下降，锅炉打不进水，发电厂出力也进一步下降，直至无法运行。 为了保证发电厂的运行，不得不切除一部分负荷。短路时电压下降的越大持续 时间越长，破坏整个系统稳定运行的可能性越大。为了保证电力系统安全可靠运行，减轻短路的影响，必须努力设法消除可 能引起短路的隐患，还必须快速切除故障部分，使系统电压在较短时间内恢复 到正常值，为此，可采用快速动作的继电保护和断电器，在发电厂应装设自动 电压调整器，还可以采用限制短路电流的措施，如装设电抗器.二、短路计算的基本假设计算短路电流的目的是为了在电器装置的设计中用来选择电气设备、选择 限制短路
8、电流的方式、设计继电保护装置和分析电力系统的故障等，选择电气设 备时，一般只需近似计算该设备的最大可能三相短路电流值，设计继电保护和 分析电力系统故障时，必须计算各种短路情况下系统各支路中的电流和各点的电 压。考虑到现代电力系统的实际情况，要进行极准确的短路计算非常复杂的， 同时对决大部分实际问题，并不需要十分精确的计算结果，为了使计算简化，多 采用近似计算方法。这种方法是建立在一系列假定的基础上的，并且使计算结 果稍微偏大一点，一般误差为10-15%,计算短路电流的基本假设如下：认为在短路过程中，所以发电机的转速相同，电势相位相同，即发电机 无摇摆现象。不考虑磁系统的饱和，因此可以认为短路回
9、路各元件的感抗为常数，这 将使短路电流的计算分析大大简化，并可应用重叠原理。变压器的励磁电流略去不计。所有元件的电容略去不计。认为三相系统是对称的.元件的电阻一般忽略不计，以简化计算，对电压为1KV以上的高压装置, 这种假设是合理的，因为这些装置中，各元件的电阻比它们的电抗小的 多，对短路电流周期分量的计算影响小，只有当回路中电阻很大时才考 虑，例如很长的架空线路和电缆线路，一般当短路回路中总电阻Rx大于 总电抗的三分之一时，在计算周期分量时才考虑电阻，在计算短路电流 周期分量时，为了确定衰减时间常数要考虑个元件的电阻，计算电压为 1KV一下低压装置总的短路时因为元件的电阻较大,除了考虑电抗之
10、外, 还必须计算电阻.三、短路电流的计算程序在进行短路电流计算时，应该根据计算要求收集有关资料，如电力系统接 线图，运行方式和各元件的技术参数等，首先做出计算电路图，再做出针对各 短路点的等值电路图，然后利用网络简化规则，化简等值电路，求出短路总电 抗，最后根据总电抗即可求出短路电流值，下面分别讨论计算电路图，等制电 路图以及短路总电抗的决定。1、计算电路图计算短路电流用的计算电路图是一种简化了的单线图，图中只需要画出与 计算短路电流有关的元件以及它们之间的连接，并在各元件旁注明它们的参数, 为了计算方便，图中按顺序编号，计算电路图中各元件的接线方式，应根据电气 装置的运行方式和计算短路电流的
11、目的决定。设计继电保护装置时，要计算电气装置或整个电力系统在不同运行方式时 的短路电流，这些都应在计算电路图中反映出来。短路时，同步补偿机和同步电机也向短路点共给短路电流，在计算电路图 中应把它看作附加的电源，在距离较远和同步电动机的总功率在1OOOKVA以下 时，对短路电流影响较小，可不予考虑，计算电路图中可能有几个用变压器联系起来的电级，在使用计算中，为了计算方便，各电压级均用与之相应的平均额 定电压代替，并注明在计算电路图中母线上，平均额定电压见下表：额定电压（KV）50033022011060351513106平均电压（KV）525346230115633715.7513.810.56
12、.32、等值电路图由于短路电流是对各短路点分别进行计算的，所以等值电路图必须按照指 定的各短路点参照计算电路图分别做出，等值电路中各元件用它的等值电抗标 么值表示，并注明元件的顺序编号，横线下表示电抗标么值。在画某一短路点的等值电路图时，只需表示该点短路时短路电流所通过的 元件的电抗。3、短路回路总电抗的计算先求出各元件的电抗，再算出该元件的平均额定电压的标么值，根据所求 得的各元件电抗标么值便可做出等值电路图，利用网络化简规则求出总电抗的 标么值。第二节短路计算说明因为短路计算主要用于设备的选择及校验，因此选择三相对称短路作为分 析计算，本变电站设计分两种情况进行分析计论：一、10KV母线上
13、的母联断路 器合闸运行;二、10KV母线上的母联断路器分闸运行。以下分别进行讨论分析。一、10KV母线的母联断路器合闸运行1.计算电路图如下：工州761服76选择ki,k2,k3作为短路点分析计算。计算各元件的标么值，（SbJOOMVA。Ub=Uav）由原始材料已知可得Xi*=0.094X4*=0.1199变压器的标么值计算:X2_ = - (Uj % + U3 % 。2.3 %) x 丛=- (14 + 23 7) X 图=。. 1252S 200120X2_2, = - (U2 % + U?_3 % - U- %)x = -L(14 + 7-23)x = -0.00832200120X2_
14、3, = - 02.3 % + U1-3 % - U1_2 %) x (7 + 23 14) X = 0.06672S 200120C-X3.i=X2-i=0.125x3-2=X2-2=-0.0083x3-3=X2-3=0.0667同步调相机的电抗标么值计算：V XdSh,Un、216100/II一x,* = jxx(q)2 = X x(厂=1.17075 100Sn J,1001510.5 X -% -1.1707 J2、%点短路分析(I) R点发生短路时其等值电路图如下：图（一）图一中A, B为等电位点，所以经变换得图二220KV系统I 0. 094110KV4OU 199系统图（二）经化
15、简得:10944_ 0.1199X7.Xg*X9*V 八10*2-10. 125K3_6I, 1707_5_L 17072-30. 06673-10. 125同步调相机2-2一心 0083氏 00673-2-De 0083706258-DeDD42v V 八2-* 八3-1*Y-i,v八 2-1* 八 3-1*vV八 2-2* 八 3-2*3-2* +2-2*Y Xc 2-3* 八 3-3*Y_i_v-2-2* 丁3-3*V V八5八6*Xf* +Xe*图（二）90. 0334图（三）10D. 5854-125x0-125 =0.0625 0.125+0.125-。皿*(-0.0083)=00
16、420.0667 x 0.0667八=0.03340.0667 + 0.0667170717。7 =058541.1707 + 1.1707根据图三可求出短路回路总的电抗标么值：t(3)XK3*Xy* 0.0853乙S= 11.7233 .I=瑙* x d =1L7233 x33 V3Uav10073x10.5= 64.4633X40.58540.5854 + 0.0999x嘿=550661KA lx J0.09990.5854 + 0.0999x以=9.3972 KA毕业设计是四川某学院电气工程系供用技术专业一门专业课程.为了提高 毕业生专业知识的综合运用能力.本设计详细介绍了 220KV枢
17、纽变电站的设计 过程.第一章电气主接线的设计及主变的选择,对主接线的设计提出了多种方案, 并进行了论述，分析比较了各种主接线形式的优缺陷，选择最佳主案;第二章短 路电流的计算，第三章导体及电器的选择，本章详细介绍了变电站中的设备选取, 对设备的参数进行了校验论证.第四章防雷保护，对变电站的直击雷防护、雷电 过电压防护进行了比较全面的介绍.第五章继电保护及自动装备的配置,结合相 关规范对变电站的设备保护做了系统的分析论述.本设计中的文字符号和图形 符号采用了新的国家标准.本设计在设计过程中参考了大量的参考资料，如：发电厂变电所电气部 分、电力系统继电保护（增订版）、供配电系统、220500KV变
18、电所设 计技术规程、中国电力百科全书、毕业设计指导书等.本设计在设计中大力得到了四川某学院电气工程系的大力支持，他们对本 设计提出了宝贵的意见，在此对他们一并致谢.由于设计水平有限，书中谬误之处在所难免，恳请批评指正.2006.5当冷点发生短路时，流过两个变压器低压侧出线的短路电流及两个同步调 相机出线的短路电流分别为：I =1=27.533KAU=h= =4.6986KA短路容量：Sk = V3lguav = V3 X 64.4633 x 10.5 = 1172.33MVA短路冲击电流：1mo =25512=2.55x64.4633 = 164.38KA iniplx 3根据主变1#, 2#
19、低压侧10KV出口断路器的额定开断电流容量，考虑在低压侧10KV出口断路器前串联一个电抗器，其型号选择如下：最大负荷电流的计算由原始资料科知10KV侧4回，每回出线最大输送容量2MVA,站用电 容量按站用电变压器容量考虑630X2KVAo同步调相机额定电流为788A.，最大负荷电流:Lmax8.63xl0 + 0.788x22.047kA所选择限流电抗的额定电压为：10KV,额定电流为：3000A电抗器百分电抗值的选择变压器10KV出口短路器容量按750MVA考虑Q _SD _ 750 d Sb 120电抗器电抗标么值：XDK =Xx-Xx =0.16-0.0853 = 0.0747Xdk %
20、=Xdk*X1OO = 0.0747 X x xlOO = 4.279Sb Udkn10010选型为NKL-10-3000-12的水泥柱式电抗器，所选限流电抗基准标么值为:Y八 DK*b1210100xk xT100 3x73 (10.5)2=0.2094加入限流电抗器后等值电路为同步调相机图（四）根据图（四）化简可得:图（五）(X2_3* + X12*)(X3_3* + X3*) (0.0667 + 0.2094)(0.0667 + 0.2094)八 1QO=:=U 138X23* + X12* +3* + X13*0.0667 + 0.2094 + 0.0667 + 0.2094Xb*Y-
21、4*(X1* + X7*)(X* + Xp) (0.094 + 0.0625)(0.1199 + 0.0042) X1* + X7* + X4* + X* 0.094 + 0.0625 + 0.1199 + 0.0042=Xb* += 0.0666 + 0.138 = 0.2046X0.2046 + 0.5854.X J = X,二K3* 15*1= 0.1516= 6.596 0.1516=喘 x= 6.596x。= 36.269必6%73x10.5短路冲击电流和短路容量:= 2.55/肾=2.55 x 36.269 = 92A9KAS； = I麒 U= 1.732 X 36.269 x 6
22、.5 = 659.59ME4AA 3 CIV短路全电流最大有效值：琮=1.51瑁=54.77KA电抗器校验:a、动稳定校验，该电抗器动稳定电流为100.1KA,大于三相冲短路击电流 92.49KA,故动稳定合格.b、校验短路时母线的残余电压U% = XDK % = 12 X = 145.1AA 70合格1DKE3C、校验正常运行时电压损耗：j, (YlfyAt/% = X%.sin = 12x-x 0.6 = 4.9 = 0.0596= 16.79X 0.0596 乙x = 16.79x1= 4.2157C4同。、,V3 x 230L = 2.55/黑= 2.554.215 = 10.7484
23、Sk =; 1643.235A/VA/加=L151/R)=L51x4.215 = 6.365 必4、M点短路分析K2点短路时等值电路图如下:2-1网步啊,用机xm*(0.0667 + 0.2094)(x0.0667 + 707=10.6677 + 0.2064 + 0.667 + 0.20941.1707 + 1.1707= 0.73357*=-0.0042_ 乂2_2* 乂3_2* _ 一00083 义(一0.008.3)- X? ?* + X? 2* - XL Xe 念学;二。.。94 + 黯含 = 0.1565经化简可得:K0. 733574T,。420.11997rl，Xz* =0.0
24、613乙，Xz* =0.0613乙(3)K2*= 16.3130.0613K2*K2*= 16.313x* av1001.732x115= 8.19 必襦=2.55噌=2.55x819 = 2O.88AL4 S4 =同=1.732x8.19x115 = 163L28AW4/ =1.5 %=1.51x8.19 = 12.367 口5、短路计算成果表(Sh=lQOMVA)短路 点基准电 压(KV)基准电流 (KA)短路冲 击电流 (KA)短路电流(KA)短路容量 (MVA)短路全 电流最 大有效 值(KA)公式5,= %I 一工珂2.55/)7(3) _ 7(3) : Sb心一 五厂 y avSk
25、=师 U0V%=15 *K12300.25110.7484.2511643.2356.365K21150.50220.888.191631.2512.367K310.55.49992.4936.269659.5954.766二.10KV母线的母联断路器分闸运行1、计算电路图如下：Sb=QOMVX=o. 09422 0KV系统230KV1TT-15-8 Q Un= kv 1=7884X 踹=16TT-15-86 Un=lIkv1=7884Xd=16noKV系统1OKV母线分段运行，在此选KI点为短路计算点分析讨论:2、等值电路图及化简（见附录I）总电抗的标么值：X# =0.113短路电流的标么值
26、:琮=8.850.113，；）= /黑 X= 8.85 X -10 = 48.687KA闻。 73x10.5又丁前面分析中设置了限流电抗器。在分段运行时，10KV母线上发生三相对称短路时的短路电流为:X* JXzo + Xu + XdQX X20 + X7 + X dk + *6(0.0627 + 0.0623 + 0.2094)4,17070.0627 + 0.0623 + 0.2094 +1.1707= 0.2601J/黑=-=3.845/舁=/黑x= 3.845 x 7网 =21.143必X0.2601V3xl0.5襦=2.55/* =21.143x2.55 = 53.9必Sk =也噌)
27、4,=L732x2L143xl0.5 = 384.5AmV在两台主变压器低压侧10KV出线上都串有一台限流电抗器。A 10KV母线上发生三相短路电流应该小于2L143KA。根据以上数据分析, 10KV母线上可以分段运行.第三章导体和电器的选择设计第一节总则一、一般规定导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术政策，并应做到技 术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有余地，以满足电力系统 安全运行的需要，对导体和电器选择设计规定简述如下：1 . 一般原则1应满足正常行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。应按当地环境条件检验。3应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老
28、电器型号一致。选择导线时应尽量减少品种。5选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠试验数据，并经主管部门鉴定 合格。2 .有关的几项规定：导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动稳定和热稳定， 并按环境条件校核电器的基本使用条件：1在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按有关规定进行计算。2验算导体和电器用的短路电流，按下列情况进行计算：除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻 都略去不计。在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容 补偿装置放电电流的影响。在变电所中，应考虑如果安有同步调相机时，应将其视作附加电源，短 路电流的计算方法与发电
29、机相同。对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为 最大的地点，对带电抗器的610KV出线的计算点，除其母线隔离开关 前的引线和套管应选择在电抗器前外，其余导线和电器宜选择在电抗器 之后Smin导体最小允许截面：smin = *忘 V/式中：18稳态短路电流.（A）c 热稳定系数.（取：87）tdz 短路电流等值时间.（S）tdz=tz+O. 05 B 由bii=卫1计算时间t可查表查出短路电流周期分量等 【值时间tz，取B 刁根据短路电流计算时间t = 4S,查出tz=3.5S,所以tz=3. 5+0. 05X1=3. 55S , Smin = E =55172mm2,
30、SiSmin, 丫前v/O 足要求.6(2)动稳定校验：smax Nlow3式中:W截面系数,取W=79cmSmax=162. 3 9 = .85? io6 Pa1OJ79 IOi69? 1()6 pa满足要求.四、110KV母线选择110KV母线材料选择铝镒合金管，采用支柱绝缘子支持水平排列，根据变电 站设计资料可以知道H0KV母线上所有负荷容量为190MVA,每台主变压器容量 比为100/100/50,所以母线所通过的功率为190 + 50X2 = 290MVA。最大工作持续电流：1皿=厂= 1.455KAraax V3Uuv 囱115最大负荷利用小时数:Tmax = 3000h根据导体经
31、济电流密度曲线查得经济电流密度J=l. 07.1、按经济电流密度J选择导体截面= . = = 1360(mm2),母线型号选择80/72mm的铝锦合金管.J1 . 072.校验：(1)热稳定校验：SiSmin导体最小截面：Srain =、瓦，式中:C-热稳定系数，取087,tdz=tz+O. 05 3 ，取bii= 1,根据110KV短路电流计算时间t = 3S查出tz = 2. 55S, tdz = 2. 55+0. 05X 1=2. 6 S四？ VZE 151.8mm2, SiSmin.满足要求. 876(2)动稳定校验：s噌 s (硬铝最大允许应力、69X10 Pa)母线单位长度所受到的
32、作用力有：短路电动力：fd = 1.73fh -? IO-7 （N/m） Uv/11 _a式中：a相间距离，取（1. 6m） ich短路冲击电流.（20880A）B-振动系数.取（1）最大风压力：f = aKD最大风压力：f = aKDV21.63(N/m)式中：a -风速不均匀系数，（取a =1）K-空气动力系数（取K=1.2）D-一管型母线外径（D=0.08m）V风速（m/s）取 V=10 m/sV2f = aKD v 1.63自重:V S1 ? .2 创0. 08(N/m)1021.63= 5. 9(N/m)式中：S管形母线截面（M） （954m/）r-SrCf = Z102r-SrCf
33、 = Z102一比重（取2.7）954 ? O-6 ? 2.7102= 2.5? 10-5 (N/m)110KV母线设计跨距L : 10m,所以一个跨距的母线所受的合力为：Fo = Jg： + 9 + fj ? L J（2.5? IO）?（47. i + 5. 9）2 ? 0 = 530N110KV母线长度为72m,跨数N设计8跨，所以受到的最大应力为：Sn1axSmaxFyN iow FVN式中:W-截面系数,取W=17. 3cm3530 8Smaxlow10 创 17.3s = 69? 106Pa=24.5? 106 Pa W 6满足要求.五、10KV母线选择根据设计资料可以知道10KV母线上的最大负荷容量为8. 63MVA,两个同步调相机的额定电流为788A.最大工作持续电流：Innx = -+ 2Itn = J 63+ 2? 7882074 KAmax V3Uav73 10.5I.按最大持续工作电流选择母线截面S应满足I max K0I式中:Ko -温度修正系数，取Ko=lg iiicixv yly -相应于某一母线布置方式和环境温度为+25C时的导体允许载流量.选择矩形母线型号为125X lOmm的铝导体,竖放。Iy=2