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1、沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文）永鎮(zhèn)60/10kv變電所電氣部分設計學 院：電氣工程學院專 業(yè): 電氣工程及其自動化班 級：繼電092班學 號：姓 名：指 導教 師：袁 小 華2011年10 月10日摘 要本設計題目是永鎮(zhèn)60kv變電所電氣工程設計，此變電所為該地區(qū)公用變電所，電壓等級為60/10kv，所用用戶10kv線路入口處的電壓偏移為5%，線路電壓損耗不超過5%。本設計除了摘要、計算書之外，還詳細的說明了各種設備選擇的基本要求和原則依據(jù)。變壓器的選擇包括：主變壓器的臺數(shù)、容量、型號等主要技術數(shù)據(jù)的確定；電氣主接線主要介紹了電氣主接線的重要性、設計依據(jù)、基本要求、各種接線形式的優(yōu)缺點以及主接線

2、的比較選擇，并確定了適合本所要求的主接線方式；短路電流計算是最重要的環(huán)節(jié)之一，在設計說明書中詳細介紹了短路電流計算的目的、一般規(guī)定、元件參數(shù)的計算、網(wǎng)絡變換以及各種短路點的計算等知識；高壓電氣設備包括：匯流母線、高壓斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器的選擇原則和要求，并對這些設備進行校驗和產(chǎn)品相關介紹。而根據(jù)本所設計介紹的高壓配電裝置的設計原則、要求和10kv側的配電裝置，決定此次設計對本所采用普通中型布置。變電所的防雷保護則主要針對避雷針和避雷器的設計。此外，在論文適當?shù)奈恢眠€附加了圖紙（主接線、平面圖、斷面圖等）及表格以方便閱讀、理解和應用。 關鍵詞：變電所設計 高壓電氣設備 短路計

3、算 防雷保護目 錄摘 要I目 錄II引 言1第一篇 說明書2第一章 設計總則2第二章 主變壓器的選擇32.1變壓器的確定32.2 主變壓器臺數(shù)的確定32.3 主變壓器形式的選擇32.4 主變壓器容量的確定42.5本次設計所選變壓器4第三章 補償電容器的選擇5第四章 電氣主接線的選擇74.1 主接線的設計原則74.2 主接線設計的基本要求84.3 本變電所的設計方案8第五章 短路電流計算125.1 短路計算的條件和原則125.2 短路計算的一般規(guī)定125.3 對有變電所的幾點特殊說明125.4 短路點的選取135.5 參數(shù)計算135.6 沖擊電流的計算13第六章 電氣設備的選擇146.1 電氣設

4、備選擇的一般問題146.2 60KV側高壓電氣設備的選擇146.2.1 高壓斷路器的選擇146.2.2 隔離開關的選擇166.2.3 電壓互感器的選擇176.2.4 電流互感器的選擇176.3 10KV側高壓開關柜的選擇186.3.1 KYW10Z型高壓開關柜用途196.3.2 KYW10Z型高壓開關柜結構特點196.3.3 KYN10Z型高壓開關柜工作條件206.3.4 本次設計所選開關柜206.4 母線的選擇216.4.1 母線材料、截面形狀和布置方式選擇216.4.2 母線截面尺寸選擇226.4.3 電暈電壓校驗226.4.4 熱穩(wěn)定校驗226.4.5 動穩(wěn)定校驗23第七章 防雷保護的設

5、計247.1 裝設避雷針的原則247.2 裝設避雷器的原則247.3 變電所的保護對象257.3.1 電工裝置的防雷保護257.3.2 雷電過電壓保護對象257.4 防雷保護措施267.5 避雷針的選擇267.6 本次設計所選避雷器27第八章 高壓配電裝置298.1 高壓配電裝置和設計原則及要求298.2 電流互感器的配置308.3 接地刀閘的配置318.4 避雷器的配置318.5 配電裝置的選擇31第九章 置和備用電源裝置339.1電力系統(tǒng)自動裝置的設計339.2 自動重合閘的裝設339.3 備用電源和備用設備自動投入34第十章 變電所器繼電保護設計3510.1 繼電保護的一般原則3510.

6、2 主變壓器繼電保護設計3510.3 母線保護3610.4 線路保護3710.5 過電壓保護38第二篇 計算書40第一章 變壓器的選擇401.1 負荷計算40第二章 補償電容器的選擇42第三章 短路電流的計算443.1 參數(shù)計算443.2網(wǎng)絡簡化463.3 K1點高壓側短路電流計算483.4 K2點低壓側短路計算503.5 短路計算結果一覽表52第四章 電氣設備的選擇534.1 斷路器的選擇（60KV側）534.2 隔離開關的選擇（60KV側）534.3 電壓互感器的選擇（60KV側）544.4電流互感器的選擇（60KV側）544.5 母線的選擇（60KV側）554.6 母線的選擇（10KV側

7、）564.7 高壓開關柜的選擇（10KV側）57第五章 避雷針的選擇605.1 避雷針高度的確定605.2保護范圍的計算60設計總結62致 謝63參考文獻64附錄 A1.165附錄 A1.266附錄 A1.36767 引 言電力是發(fā)展國民經(jīng)濟不可缺少的一種寶貴能源，它在各個領域中已獲得了廣泛的應用，離開了電力，要想實現(xiàn)人類社會的物質(zhì)文明和精神文明是根本不可能的，要實現(xiàn)國家的現(xiàn)代化也是辦不到的。因此電力統(tǒng)的安全運行，及合理建設方式，涉及到國家經(jīng)濟和文化的發(fā)展。畢業(yè)設計也是大學的最后一個教學環(huán)節(jié)，通過設計可以鞏固所學到的專業(yè)理論知識，包括設計原則，設計步驟，和設計方法。由于本人將要到電力系統(tǒng)工作，

8、為更好的熟悉設備及掌握電氣接線原則，因此畢業(yè)設計選擇方向為二次降壓變電所。經(jīng)過三年的全日制學習,使我自己在專業(yè)知識上面的積累和設備的了解有了大大地的加深.合理有效地的分配電能,為自己的日后工作有了很大的幫助,在短短的幾個月的實際中,我完成了很多項目的設計,由主變壓器的選擇到設備的計算,在到配電裝置的規(guī)劃,以及最后到電氣主接線的上機畫圖.層層推進,逐一細化. 待設計變電所是60/10KV地區(qū)一般性變電所，分別有近期負荷和遠期負荷兩種負荷方案。其10KV側供電負荷出線共有12回，重要負荷占65%，為了保證供電的可靠性和一次滿足遠期負荷的要求，本設計將按照遠期負荷規(guī)劃進行設計建設，從而保證該變電所能

9、夠長期可靠供電。本設計是我們在校期間進行的一次比較系統(tǒng)，具體，完整的頗為重要的設計，它是我們將在學校期間所學的專業(yè)知識進行理論與實踐的很好結合，在我們的大學生活中占有極其重要的作用，是學生在校期間最后一個重要的綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，是學生全面運用所學基礎理論、專業(yè)知識和基本技能，對實際問題進行設計（或研究）的綜合性訓練。也是我們將來走向工作崗位為奠定良好基石的實踐。通過畢業(yè)設計，可以培養(yǎng)我們運用所學知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力，增強工程觀念，以便更好地適應工作的需要。第一篇 說明書第一章 設計總則1、變電所的設計必須貫徹執(zhí)行黨中央的有關方針政策，設計中應不斷結合實踐經(jīng)驗，在保證安全進行、經(jīng)濟

10、合理的條件下，力求接線簡單、布置緊湊。同時逐步提高自動化水平并積極慎重運用采用新技術。2、變電所的所內(nèi)建筑物、構造物的布置應緊湊合理，充分利用地形并應考慮方便以后擴建。為了減少變電所占地面積或當?shù)貐^(qū)面積受到限制時，配電裝置應盡量減少或在布置上采用方型或半方型方式等。3、 變電所區(qū)域的豎向布置所符合的要求： 盡量利用原有自然地形、減少土石方量。 建筑物的標高、基礎埋深路基和管線埋深應互相配合。建筑物的屋內(nèi)地面一般高出屋外地面150-300mm并根據(jù)地質(zhì)條件考慮沿降量。4、變電所所址應符合的條件： 不接近負荷中心 不占或少占農(nóng)田 便于各級電壓線路的引入和引出，架空線路走廊應與所址同時確定。 交通運

11、輸便利 具有適宜的地址條件，如所址選在有礦藏的地區(qū)應征得有關部門的同意。第二章 主變壓器的選擇2.1變壓器的確定根據(jù)變電所設計中的有關規(guī)定：變電所一般裝設兩臺主變壓器，其中一臺因事故停運后，其余主變的容量應保證該所全部負荷的70，在設計及過負荷能力后的允許時間內(nèi)，應保證用戶的一級負荷和二級負荷正常運行。若變電所有其他能源可供保證在主變停運后用戶的一級負荷則可裝設一臺主變壓器。2、 與電力系統(tǒng)連接的220330KV變壓器若不受運輸條件限制，應選用三相變壓器。2.2 主變壓器臺數(shù)的確定1、選定原則：為了保證供電可靠性，變電所一般應裝設兩臺以上主變壓器，當變電所裝設兩臺以上變壓器時，每臺容量的選擇應

12、按照其中一臺停運時，其余容量至少能保證一級負荷為變電所全部負荷的60-70。通常一次變電所采用75，二次變電所采用60。2、 據(jù)要求選兩臺主變壓器。2.3 主變壓器形式的選擇1、主變采用三相變壓器若因制造和運輸條件的限制，在220KV的變電所中，可采用單相變壓器組，當裝設一組單相變壓器組時，應考慮備用相，當變壓器超過一組，且各組的容量滿足全所負荷的75%時，可裝備用相。2、當系統(tǒng)有調(diào)壓要求時，應采用有載調(diào)壓變壓器。對新建的變電所，從網(wǎng)絡經(jīng)濟運行的觀點考慮，應該注意選用有載調(diào)壓變壓器。其所附加的工程造價，通常在短期內(nèi)是可以回收的。3、與兩個中性點直接接地系統(tǒng)的變壓器，除低壓負荷較大或與高中壓間的

13、潮流不定的情況外，一般采用自耦變壓器，但仍需做技術經(jīng)濟比較。4、具有三種電壓等級的變電所。例如220KV，110KV，35KV，一般采用三繞組變壓器。2.4 主變壓器容量的確定根據(jù)發(fā)電廠變電所電氣接線和布置中規(guī)定：主變壓器的容量應滿足電氣系統(tǒng)510年內(nèi)的近期規(guī)劃。變電所的變壓器額定容量按S=0.7Pm 選擇。按負荷確定單臺容量：由原始數(shù)據(jù)可知：負荷同時系數(shù)K=0.9；有功負荷率=0.75；=0.80根據(jù)負荷表求出：PMAX=18600KW QMAX=12210Kvar由于線路中有損耗，所以提高5%PMAX = 17577(KW) QMAX = 11538 (kvar) SMAX =21026(

14、KVA)變電所裝設兩臺主變壓器，其中一臺事故停運后，其余主變的容量應保證該所全部負荷的70，所以： SB=0.7 SMAX =14718 (KVA) （3.1）2.5本次設計所選變壓器查設備書選擇變壓器的型號為：SF716000/60 具體的參數(shù)如下表：表3.1 SF716000/60變壓器技術參數(shù)型號： SF716000/60 聯(lián)結組別：YNd.11 分接頭：6322.5額定容量額定電壓空載損耗 負載損耗空載電流百分值短路電流百分值16000KVA60KVPo=23.5KWP=81.7KWI0 %=0.9%Uk %=9%主變壓器銘牌的選定：根據(jù)計算容量可選變壓器的銘牌為：型 號：SF7160

15、00/60（有載調(diào)壓變壓器）查變壓器型號手冊可知道變壓器符號的規(guī)定：S F 7 16000 / 60 額定電壓60千伏 額定容量16000千瓦 設計序號 7 風冷 三相第三章 補償電容器的選擇工礦企業(yè)的生產(chǎn)用耗電設備多為感性負荷，除電源用有功功率之外，還有大量的無功功率由電源到負荷往返交換，導致功率因數(shù)降低，從而造成了下述不利影響。引起線路電流增大，使供電設備的容量不能充分利用，降低了供電能力。電流增大，使設備和線路的功率損耗和電能損耗急劇增加、線路電壓損失增大，影響負荷端的電壓質(zhì)量。對發(fā)電機而言，無功功率電流增加，使電機的風去磁能力增加，端電壓降低，使發(fā)電機達不到預定的出力。綜上所述，無功功

16、率對電源及工礦企業(yè)內(nèi)部供電系統(tǒng)都有不良影響，從節(jié)約電能改變配電設備利用情況和提高電能質(zhì)量等方面考慮，必須設法減少負荷無功功率帶來的不利影響，為此需要安裝無功補償裝置。設置補償裝置時，應由系統(tǒng)專業(yè)根據(jù)電網(wǎng)電壓、系統(tǒng)穩(wěn)定性、有功分配、無功平衡、調(diào)相調(diào)壓、以及限制諧波電壓、潛供電流、暫時過電壓等因素，提出補償裝置的設置地點、種類、型式、容量和電壓等級。電氣專業(yè)要從安裝的自然環(huán)境條件、裝置的接線方式、布置型式、控制保護方式、設備的技術條件，以及避免或限制補償裝置引起的操作過電壓和諧振過電壓等角度出發(fā)，予以配合。功率因數(shù)計算:補償前計算負荷的自然功率因數(shù)為： （4.1）補償后的計算負荷功率因數(shù)為： （4

17、.2）靜電電容器無功補償容量為： （4.3） Pca-有功計算負荷Qca-無功計算負荷Qc-無功補償容量Pc-補償率-補償前后的功率因數(shù)角所選的補償電容型號為：BWF111203W型其參數(shù)如下表：表 4.1 BWF111203W型電容器技術參數(shù)型號額定電壓（KV）額定容量（Kvar）額定電容（uF）BWF111203W10.51203.47第四章 電氣主接線的選擇變電所電氣主接線系指變電所的變壓器、輸電線路怎樣與電力系統(tǒng)相連接，從而完成輸配電任務。變電所的主接線是電力系統(tǒng)接線組成中的一個重要組成部分。主接線的確定，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟運行以及變電所電氣設備的選擇、配電裝置的布置、

18、繼電保護和控制方法的擬定將會產(chǎn)生直接的影響。4.1 主接線的設計原則1、 考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電所是樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所、企業(yè)變電所還是分支變電所，由于它們在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求也不同。2、 考慮近期和遠期的發(fā)展規(guī)模變電所主接線設計應根據(jù)510年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行。應根據(jù)負荷的大小和分布、負荷增長速度以及地區(qū)網(wǎng)絡情況和潮流分布，并分析各種可能的運行方式，來確定主接線的形式以及所連接的電源數(shù)和出線回數(shù)。3、 考慮負荷的重要性分級和出線回數(shù)多少對主接線的影響對一級負荷

19、，必須有兩個獨立的電源供電，且當一個電源失去后，應保證全部一級負荷不間斷供電；對二級負荷，一般要有兩個電源供電，且當一個電源失去后，能保證大部分二級電源供電。三級負荷一般只需要一個電源供電。4、 考慮主變臺數(shù)對主接線的影響變電所主變的容量和臺數(shù)，對變電所主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響。通常對大型變電所，由于其傳輸容量大，對供電可靠性高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性的要求也高。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性要求低。5、 考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應負荷的突增、設備檢修、故障停運情況下的應急要求。電氣主接線的設計要

20、根據(jù)備用容量的有無而有所不同，例如，當斷路器和母線檢修時，是否允許線路、變壓器停運；當線路故障時允許切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線的形式。4.2 主接線設計的基本要求根據(jù)我國能源部關于220500kv變電所設計技術規(guī)程SDJ 288規(guī)定：“變電所的電氣主接線應根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位，變電所的規(guī)劃容量、負荷性質(zhì)、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設備特點等條件確定。并應綜合考慮供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡和擴建等要求。”1、 可靠性所謂可靠性是指主接線能可靠的工作，以保證對用戶不間斷供電。衡量可靠性的客觀標準是運行實踐。經(jīng)過長期運行實踐的考驗，對以往采用的主接

21、線，經(jīng)過優(yōu)選，現(xiàn)今采用主接線的類型并不多。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二部分在運行中可靠性的綜合。因此，不僅要考慮一次設備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設備的故障對供電可靠性的影響。同時，可靠性不是絕對的而是相對的。一種主接線對某些變電所是可靠的，而對另一些變電所可能是不可靠的。評價主接線可靠性的標志是：（1） 斷路器檢修時是否影響供電；（2） 線路、斷路器、母線故障和檢修時，停用線路的回數(shù)和停運時間的長短，以能否保證對重要用戶的供電；（3） 變電所全部停電的可能性；（4） 有些國家以每年用戶不停電時間的百分比來表示供電可靠性，先進的指標都在99.9%以上；2、 靈活性主

22、接線的靈活性有以下幾方面要求：（1） 調(diào)度要求?？梢造`活的投入和切除變壓器、線路，調(diào)配電源和負荷；能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式下、檢修方式下以及特殊運行方式下的調(diào)度要求。（2） 檢修要求?？梢苑奖愕耐＿\斷路器、母線及其繼電保護設備進行安全檢修，且不致影響對用戶的供電。（3） 擴建要求?？梢匀菀椎膹某跗谶^渡到終期接線，使在擴建時，無論一次和二次設備改造量最小。3、經(jīng)濟性經(jīng)濟性主要是投資省、占地面積小、能量損耗小。4.3 本變電所的設計方案1、60KV側主接線方案的擬定根據(jù)原始資料的分析初步擬定主接線的方案有兩種：(1) 單母線分段接線(2)單母線接線方案比較如下表所示方案1：單母分段接線方案2：單

23、母線接線可靠性1、當一段母線發(fā)生故障時可保證非故障段母線正常供電。2、10KV及60KV母線檢修將導致一半負荷停電。3、可能出現(xiàn)全部斷電的情況。4、接線形狀簡單清晰設備少設備本身故障率小。1、當母線與隔離開關故障或檢修時，將造成整個配電裝置停電。2、當斷路器檢修時，將在整個期間中斷該進出線的工作。靈活性1、運行方式相對簡單2、擴建方便3、切換線路較方便1、接線不夠靈活可靠。2、便于擴建和采用成套的配電裝置。經(jīng)濟性1、設備相對較少，投資少，年費用少。2、占地面積較小。1、接線簡單清晰。2、采用設備少，投資少。3、占地面積小。結論分析在以上兩個方案中：(1)、可靠性：方案1比方案2好。(2)、經(jīng)濟

24、性：方案2：占地面積小，使用設備少。年檢修費用少，一次投資相對比較方案1少，即經(jīng)濟性好。(3)、靈活性：方案1：接線投入切除相對比較方便。而方案2：接線不夠靈活，不便于元件的投入切除。通過定性分析，考慮待設計的變電所主要負荷是工業(yè)負荷因此要保證供電可靠性和待擴建等因素，所選主接線方案為方案1。即：單母分段接線方案。2、10KV側電氣主接線方案選擇根據(jù)原始資料及其分析初步擬定主接線方案有兩種：(1)：單母線分段。 (2)：單母線分段帶旁路母線。方案的比較如下圖所示：單母線分段單母分段帶旁路可靠性1、當一段母線發(fā)生故障時可保證非故障段母線正常供電。2、10KV及60KV母線檢修將導致一半負荷停電。

25、3、可能出現(xiàn)全部斷電的情況。4、接線形狀簡單清晰設備少設備本身故障率小。1、采用旁母帶負荷可以進行斷路器不停電檢修。2、在任一段母線故障的情況下可由旁路對母線負荷供電不致使負荷中斷供電。靈活性1、運行方式相對簡單2、擴建方便3、切換線路較方便1、操作相對復雜。2、調(diào)度靈活性較好3、易于擴建和發(fā)展4、帶旁路方式靈活經(jīng)濟性1、設備相對較少，投資少，年費用少。2、占地面積較小。1、 投資較大。2、 設備數(shù)量多。3、 占地面積大。結論分析：（1）、在上面的表中方案1與方案2的比較已經(jīng)很清晰。在選擇方案的時候我們即要看到我們變電所的未來發(fā)展又要兼顧經(jīng)濟性方案。2中雖然很適合未來的發(fā)展，但根據(jù)我們變電所的

26、實際情況出發(fā)，我們只是一個地區(qū)性質(zhì)的小變電所，即一個小型的公用變電所，投資大反而失去了意義。而方案1中的經(jīng)濟性才是我們考慮的首要因素。（2）、依據(jù)變電所設計一書中，出線在15回以下就使用單母線分段接線。它雖然靈活性和可靠性差一點，但考慮我們對重要負荷有兩條線路進行供電。如果一段檢修，另一段仍可以照運行，而兩段同時出現(xiàn)問題的時候畢竟很少。（3）、綜合考慮多種因素，決定選擇方案1單母線分段接線。3、 所選用的主接線方案(a) 60KV側主接線方式：采用單母分段接線法（b）10KV側主接線方式；采用單母線分段接線第五章 短路電流計算5.1 短路計算的條件和原則1、正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行2、所有

27、電源的電動勢相位角相同3、系統(tǒng)中同步異步電動機均為理想電機，不考慮電機磁飽和磁泄渦流及導體集膚效應等影響，轉(zhuǎn)子結構完全對稱，定子三相繞組空間位置差120度電氣角。4、電氣系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和。即帶鐵心的電氣設備電抗值不隨電流的大小發(fā)生變化。5、電氣系統(tǒng)中所有電源都在額定負荷下運行，其中50%負荷在高壓母線上，50%負荷在系統(tǒng)側。6、同步發(fā)電機具有自動調(diào)整勵磁裝置。7、短路發(fā)電在電流為最大值瞬間。8、不考慮短路點電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。9、除計算短路電流衰減時間外和低壓網(wǎng)絡的短路電流外，元件的阻抗略去不計。10、元件的計算參數(shù)都取其額定值。11、輸電線路的電容略去。12、用概率統(tǒng)計法制定

28、短路電流運算曲線。5.2 短路計算的一般規(guī)定 1、驗算導體和電器的動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所有的短路電流，確定短路電流時，應按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。 2、選擇導體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡中，應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響。 3、選擇導體和電器時，對不帶電抗器回路的計算，計算短路點應選擇在正常方式時的短路電流為最大的地點。 4、導體和電容的動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流一般按三相短路計算。5.3 對有變電所的幾點特殊說明 1、本所容量的阻抗沒有直接給出，但給出了用戶的最大負荷。根據(jù)這些最大負荷，利用容量計算公式

29、可算出變壓器容量，查出變壓器的阻抗電壓，然后算出變壓器阻抗。 2、由于電力系統(tǒng)并不是無窮大，所以其阻抗不能忽略不計。另外，電力系統(tǒng)與機組也不能合并在一起，來求短路電流。5.4 短路點的選取 本所的短路點的選取取為2點。分別在高壓側選一點，在低壓側選一點。并對其進行比較。1、 高壓側短路點的選取，取K1點。2、 低壓側短路點的選取，取K2點。5.5 參數(shù)計算 電路元件的標么值,計算公式如下：發(fā)電機： （6.1）變壓器： （6.2）附：線路中的每千米線路阻抗取X=0.4/KM 線路： （6.3）5.6 沖擊電流的計算三相短路電流發(fā)生后的半個周期，短路電流的瞬時值達到最大，稱為沖擊電流。 （6.4）

30、 -沖擊系數(shù)第六章 電氣設備的選擇電氣設備的選擇是變電所電氣部分設計的重要內(nèi)容之一。如何正確的選擇電氣設備，將直接影響到電氣主接線和配電裝置的安全及經(jīng)濟運行。因此，在進行設備的選擇時，必須執(zhí)行國家的有關技術政策，在保證安全，可靠的前提下，力爭作到技術先進，經(jīng)濟合理，運行方便和留有適當?shù)陌l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全，經(jīng)濟運行需要。6.1 電氣設備選擇的一般問題高壓電器選擇的主要任務是選擇滿足變電所及輸、配電線路正常和故障狀態(tài)下工作要求的合理電器，以保證系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟運行條件。（1）、應滿足正常工作狀態(tài)下的電壓和電流的要求。（2）、應滿足安裝地點和使用的環(huán)境條件要求。（3）、應滿足在短路條件

31、下的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定要求。（4）、電流互感器的選擇應符合其負載和準確度級別。6.2 60KV側高壓電氣設備的選擇6.2.1 高壓斷路器的選擇 斷路器作用：高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護電器。由于它具有完善的滅弧裝置，不僅可以用來正常情況下接通和斷開各種負荷電路，而且在故障情況下能自動迅速的開斷故障電流，還能實現(xiàn)自動重合閘的功能。高壓斷路器按下列項目選擇和校驗：型式和種類，額定電壓，額定電流，開斷電流，額定關合電流，動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定。1、按種類和型式選擇高壓斷路器的種類和型式的選擇，除滿足各項技術條件和環(huán)境外，還應考慮便于安裝調(diào)試和維護、并經(jīng)技術比較后才能確定。根據(jù)我國當前生產(chǎn)制造情況。電

32、壓6220KV的電網(wǎng)可選用少油斷路器、真空斷路器和六氟化硫斷路器；330500KV電網(wǎng)一般采用六氟化硫斷路器。2按額定電壓選擇高壓短路器的額定電壓應大于或等于所在電網(wǎng)的額定電壓。即 。 3按額定電流選擇高壓斷路器的額定電流應大于或等于流過它的最大持續(xù)工作電流，即 當斷路器使用的環(huán)境溫度不等于設備最高允許環(huán)境溫度時，應對斷路器的額定電流進行修訂。4按額定短路開斷電流選擇在給定的電網(wǎng)電壓下，高壓斷路器的額定短路開斷電流應滿足。式中斷路器實際開斷時間的短路電流周期分量有效值。 斷路器的實際開斷時間等于繼電保護主保護動作時間與斷路器的固有分閘時間之和。 對于設有快速保護的高速斷路器，其開斷時間小于0.

33、，當在電源附近短路時，短路電流的非周期分量可能超過周期分量幅值的20%，因此，其開斷電流應計及非周期分量的影響，取短路全電流有效值進行校驗。 裝有自動重合閘裝置的斷路器，應考慮重合閘對額定開斷電流的影響。5按額定短路關合電流選擇 在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中，觸頭間在未接觸時即有很大的短路電流通過（預擊穿），更易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動力的破壞。且斷路器在關合短路電流時，不可避免地在接通后又自動跳閘，此時要求能切斷短路電流。為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器的額定短路關合電流應小于短路沖擊電流幅值，即6動穩(wěn)定校驗 高壓斷路器的額定峰值耐受電流應不小于三相短

34、路時通過斷路器的短路沖擊電流幅值，即 （7.1）7熱穩(wěn)定校驗高壓斷路器的額定短時耐受熱量應不小于短路期內(nèi)短路電流熱效應，即 （7.2）根據(jù)斷路器的有關參數(shù)查找設備書，選擇：SW263型斷路器表7.1 SW263型斷路器技術參數(shù)型號額定電壓(KV)最高工作電壓(KV)額定電流（A）額定短路開斷電流（KA）SW2-63637251600315額定短路關合電流（KA）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）合閘時間（S）分閘時間（S）808031.50.50.086.2.2 隔離開關的選擇 1、 隔離開關是發(fā)電廠和變電所中常用的開關電器，但它與斷路器不同。其差別是隔離開關沒有專門設置的滅弧裝置，所以不能

35、用來切斷和接通電路中的負荷電流，更不能切斷和接通短路電流。 隔離開關的主要用途包括以下幾點；（1） 在電路中起隔離電壓的作用，保證檢修工作的安全。在檢修某一設備或電路的某一部分之前，事先把設備或該部分電路兩側的隔離開關切斷，把兩側電壓隔離，造成電路中明顯的斷開點，再在停電檢修的設備或部分電路上加裝接地線，就能確保檢修工作的安全。隔離開關用于檢修工作時，稱為“檢修電器”。（2） 用隔離開關配合斷路器，在電路中進行倒閘操作。隔離開關用于倒閘操作時，稱為“操作電器”。（3） 用來切合小電流電路，如空載母線、電壓互感器、避雷器、較短的空載線路及一定容量的空載變壓器等。（4） 在某些終端變電所中，快分隔

36、離開關與接地開關相配合，可以代替斷路器的工作。2、隔離開關應根據(jù)下列條件選擇：型式和種類，額定電壓，額定電流，動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定隔離開關的型式和種類的選擇應根據(jù)配電裝置的布置特點和使用條件等因素，進行綜合技術經(jīng)濟比較后確定。其他四項技術條件與高壓斷路器相同。根據(jù)隔離開關的有關參數(shù)查電工產(chǎn)品目錄查出：GW4-63表7.2 GW4-63型隔離開關技術參數(shù)額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流峰值熱穩(wěn)定電流63KV1600A80KA4S 806.2.3 電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇是根據(jù)額定電壓，裝置種類、構造、形式、準確度等級來選擇的。所選擇的型號如下表所示：表7.3 JDCF-63型電壓互感器技術參數(shù)類型最

37、大容量額定電壓(KV剩余電壓繞組二次負荷(VAJDCF63型2000VA初級繞組次級繞組0.1/30.2級0.5級3P級1級66/30.1/350400100400由于電壓互感器與電網(wǎng)并聯(lián)，當系統(tǒng)發(fā)生短路時互感器本身并不遭受短路電流的作用，因此不需要校驗動穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性。6.2.4 電流互感器的選擇1、電流互感器應按下列技術條件選擇：電流互感器的一次額定電壓和電流必須滿足： UNUN.ne IN=IW.MAX 式中 UN.ne 是電流互感器所在電力網(wǎng)的額定電流 UN 、IN 是電流互感器的一次額定電壓和電流IW.MAX 是電流互感器一次回路最大工作電流2、電流互感器種類和形式選擇選擇互感器應

38、根據(jù)安裝地點（如屋內(nèi)、或屋外）安裝方式（如穿墻、支持式、裝入式）選擇其形式。電磁式電流互感器的種類和形式應根據(jù)使用環(huán)境和產(chǎn)品情況選擇。對于620KV屋內(nèi)配電裝置，應采用絕緣樹脂澆注結構或瓷絕緣結構的電流互感器。對于35KV及以上配電裝置，宜采用油侵瓷箱式結構的獨立電流互感器。有條件時，應采用套管式電流互感器。3、 選擇電流互感器的準確級和額定容量根據(jù)任務書上規(guī)定本設計選擇的電流互感器型號為LCWD60具體參數(shù)如下表所示：表7.4 LCWD60型電流互感器技術參數(shù)額定電壓 60KV額定電流比次級組合準確級次額定二次組抗器6600/5D/1D/10.5級1級3級1S熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)油質(zhì)量總質(zhì)量

39、1.247515085100L C W D 60 電壓等級 帶接地刀閘 戶外 瓷絕緣 電流互感4、熱穩(wěn)定校驗 (KhINI)2I2teq(或QK) （7.3）5、動穩(wěn)定校驗 2INIKFis （7.4）6.3 10KV側高壓開關柜的選擇本次設計10KV側主要選擇KYW10Z型高壓開關柜。K Y N 310 額定電壓 設計序號 戶內(nèi)式 手車式 金屬鎧裝開頭柜6.3.1 KYW10Z型高壓開關柜用途KYW10Z移開式金屬封閉高壓開關柜適用于交流50HZ，額定電壓3、6、10KV，額定電流3000A及以下的單母線電力系統(tǒng)中，作為接受和分配電能的戶內(nèi)配電設備使用。6.3.2 KYW10Z型高壓開關柜結

40、構特點開關柜的柜體采用金屬鎧裝結構，柜體骨架是用角鋼和鋼板彎制組焊而成，柜體由接地的金屬隔板分離成四個功能小室，既母線室，繼電室，斷路器手車室和電纜室。除斷路器手車室外，其他主要一次電器元件都固定安裝在各自的小室內(nèi)，柜體外殼的防護等級為IP20。 斷路器手車室可推進或抽出斷路器手車，室內(nèi)有三個位置，既運行位置，實驗位置（也可作為接地位置），和移開位置。室內(nèi)還有金屬聯(lián)板，當手車自移開位置向運行位置推進時，連板可自動打開，使斷路器一次隔離觸頭能可靠插合，當手車自運行位置抽出時，連板可自動關閉鎖定在關閉位置，以保證人身安全。 電纜室安裝了帶電顯示裝置，當饋線帶電時，帶電顯示裝置的電壓指示氖燈發(fā)亮，以

41、提示操作人員。結構特點如下：1、鎧裝式金屬封閉開關柜，是交流金屬封閉開關柜中防護特性最好的。2、開關柜的外殼和每個小室之間的隔板為接地的包薄綱板，防護等級為IP20，可有效的防止人體和外界固體帶電部位和觸及運動部分，可保證人身安全和設備可靠運行。3、在對任何一個小室檢修時，只要斷開與相鄰的電源，在其他小室不停電的情況下，可確保檢修安全。4、斷路器手車室，母線室，電纜室有壓力釋放通道和釋放門，因故障產(chǎn)生電弧時，電弧產(chǎn)生的高壓氣體可經(jīng)釋放通道和釋放門排出柜外，以避免高壓氣體危及人身安全和事故擴大。5、具有“五種防誤操作”既防止帶負荷抽出或插入一次隔離觸頭；防止接地開關閉合接入電源；防止手車在工作位

42、置時，帶電關合接地開關；防止誤入帶電間隔；防止誤分誤合斷路器。6、柜內(nèi)設置了接地導體，并與柜外一專用接地螺柱連通，柜體骨架，門，蓋板，活動連板，斷路器手車骨架與接地導體連通，一次電纜頭的接地采用了具有關合80KA電流能力的接地開關，接地系統(tǒng)具有能通過與斷路器相同的動，熱穩(wěn)定電流和熱穩(wěn)定時間。7、柜內(nèi)相間，相對地的空氣不小于125mm復合絕緣中帶電體距絕緣件的空氣不小于30mm。8、主母線室用金屬板封閉，主母線的連通用穿墻管來完成，主母線室同時裝設兩組母線，后面一組為系統(tǒng)主母線，前面一組母線可完成柜頂進線和上聯(lián)絡功能，開關柜的下聯(lián)母線一般都可以到向左或向右聯(lián)絡，或同時左右聯(lián)絡。6.3.3 KYN

43、10Z型高壓開關柜工作條件1、10KV時，海拔高度不超過1000米。2、周圍環(huán)境溫度-540攝時度。3、空氣相對濕度不大于90%（25度）。4、無火災、爆炸危險、嚴重污穢、化學腐蝕及劇烈震動的場所。6.3.4 本次設計所選開關柜本次設計所選開關柜如下：表7.5 KYN310/11Z開關柜技術參數(shù)額定工作電流（A）3000主電路主要高壓電器高壓真空斷路器ZN28101操動機構CD101電流互感器LZZB1102接地開關JN4-101表7.6 KYN310/89Z型開關柜技術參數(shù)額定工作電流（A）2500主電路主要高壓電器高壓熔斷器RN2103電壓互感器JDZJ3技術參數(shù)表：斷路器型號：ZN28額

44、定工作電壓10KV最高工作電壓12KV額定工作電流3150A操作循環(huán)40KA(分-180s合分-180s)額定關合電流100KA操動機構型式CD交直流額定開斷電流40KA滿額開斷次數(shù)30動穩(wěn)定電流130KA合閘時間200ms熱穩(wěn)定電流40KA固有分閘時間100ms熱穩(wěn)定時間4S機械壽命次數(shù)10006.4 母線的選擇配電裝置中的母線，應根據(jù)具體使用情況按下列條件選擇和校驗：1、母線材料、截面形狀和布置方式；2、母線截面尺寸；3、電暈；4、熱穩(wěn)定；5、動穩(wěn)定；6、共振頻率。6.4.1 母線材料、截面形狀和布置方式選擇母線一般采用導電率高的鋁、銅型材制成。由于鋁的成本低，現(xiàn)在除對于持續(xù)工作電流較大且

45、位置特別狹窄的發(fā)電機、變壓器出線端部，或采用硬鋁導體穿墻套管有困難，以及對鋁有較嚴重腐蝕的場所才采用銅導體外，不便使用鋁母線。常見的硬母線截面形狀為矩形、槽形和管形。矩形截面的優(yōu)點是散熱面大，并且便于固定和連接，但電流的集膚效應強烈。我國最大的單片矩形母線承載的工作電流可達2KA左右。當工作電流較大時，可采用24片組成多條矩形母線。但是受鄰近效應的影響，4片矩形母線的載流能力一般不超過6KA。因此，矩形母線常被用于容量為50MW及以下的發(fā)電機或容量為60MVA及以下的降壓變壓器10.5KV側的引出線及其配電裝置。槽形截面母線具有機械強度好、載流量大、集膚效應小的特點。當回路正常工作電流在48K

46、A時，一般采用槽形母線。管形母線同樣具有機械強度高、集膚效應小的特點，且其電暈放電電壓較高，管內(nèi)可通風或通水進行冷卻，從而使載流量大。因此，管形母線可用于8KA以上的大電流母線和100KV及以上的配電裝置母線。母線的散熱條件和機械強度與母線的布置方式有關。母線按照其布置方式可分為支持式和懸掛式。支持式是適合母線工作電壓的支持絕緣子把母線固定在鋼構架或墻板等建筑物上。常見的布置方式有水平布置、垂直布置和三角形布置。懸掛式是用懸掛絕緣子把母線吊掛在建筑物上。常見的布置方式為三相垂直排列、水平排列和等邊三角形排列。6.4.2 母線截面尺寸選擇（1） 為了保證母線的長期安全運行，母線導體在額定環(huán)境溫度

47、和導體正常發(fā)熱允許最高溫度下的允許電流，經(jīng)過修正后的數(shù)值應大于或等于流過導體的最大持續(xù)工作電流 ，即：式中 K綜合修正系數(shù)（2）為了考慮母線長期運行的經(jīng)濟性，除了配電裝置的匯流母線以及斷續(xù)運行或長度在20m以下的母線外，一般均應按經(jīng)濟電流密度選擇導體的截面，這樣可使年計算費用最低。經(jīng)濟電流密度的大小和導體的種類和最大年負荷利用小時數(shù)有關。導體的經(jīng)濟截面計算公式為： （7.5）式中 -正常工作時的最大持續(xù)工作電流 -經(jīng)濟電流密度 由于按經(jīng)濟電流密度選擇的截面是在總費用的最低點，在該點附近總費用隨截面積變化不明顯。因此，選擇時如果導體截面積無合適的數(shù)值時，允許選用略小于按經(jīng)濟電流密度求得的截面積。

48、6.4.3 電暈電壓校驗電暈放電會造成電暈損耗、無線電干擾、噪音和金屬腐蝕等許多危害。因此，110220KV裸母線晴天不發(fā)生可見電暈的條件是：電暈臨界電壓 應大于最高工作電壓 即： 對于330500KV超高壓配電裝置，電暈是選擇導線的控制條件。要求在1.1倍最高工作相電壓下，晴天夜晚不應出現(xiàn)可見電暈。選擇母線時應綜合考慮導體直徑、分裂間距和相間距離等條件，經(jīng)過技術經(jīng)濟比較，確定最佳方案。6.4.4 熱穩(wěn)定校驗按照上述情況選擇的導體截面S，還應校驗其在短路條件下的熱穩(wěn)定。裸導體熱穩(wěn)定校驗公式為：S （7.6）式中 S-所選導體截面； -根據(jù)熱穩(wěn)定條件決定的導體最小允許截面； -短路電流熱效應；

49、C-熱穩(wěn)定系數(shù)；6.4.5 動穩(wěn)定校驗由于硬母線都安裝在支持絕緣子上，當短路沖擊電流通過母線時，電動力將使母線產(chǎn)生彎曲應力。按照母線與絕緣子、金具的連接特點，母線的每個支持點都屬于簡支。在跨數(shù)很多、母線所受載荷是同向均勻分布電動力的情況下，可以把母線作為自由支承在絕緣子上的多跨距、載荷均勻分布的連續(xù)梁來考慮。選取絕緣子的跨度L=1200mm，相間距250mm。當跨距數(shù)等于2時，母線所受最大彎距為： （7.7）母線最大相間計算彎曲應力：（Pa） （7.8）式中，W為母線對垂直于作用力方向軸的截面系數(shù)（或稱抗彎距）。矩形母線水平布置時，W=；垂直布置時，W=。 （7.9）當三相母線水平布置且相間距

50、離為a（m）時，三相短路的最大電動力為：（N） （7.10）式中 三相短路沖擊電流值（A）若按式求出的母線最大相間計算應力不超過母線材料的允許應力，即：（Pa） （7.11）則認為母線的動穩(wěn)定是滿足要求的。第七章 防雷保護的設計變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分。如果發(fā)生雷擊事故，可能會使變壓器及其他電器等主要設備發(fā)生損壞，造成大面積停電，嚴重地影響國民經(jīng)濟和人民生活，因此，對變電所的防雷保護，必須十分可靠。變電所的雷害事故可來自兩個方面，一是雷擊于變電所的導線或設備，二是雷擊于線路后沿線路向變電所傳來雷電波。對于直擊雷的保護是采用避雷針或避雷線。我國運行經(jīng)驗證明，凡裝設有符合規(guī)程要求的避雷針的變

51、電所，可認為是完全可靠的。由于線路絕緣水平較高，線路落雷頻繁，所以沿線路入侵的雷電波幅值會很大，如不采用防護措施勢必造成變電所內(nèi)電器設備絕緣損壞。所以變電所對雷擊進行波的防護是非常重要的任務，其主要的防護措施是在變電所內(nèi)裝設閥型避雷器，以限制入侵雷電波幅值，同時在變電所進線上，設置進線保護段以限制流過閥型避雷器的雷電波和限制入侵雷電波的陡度。7.1 裝設避雷針的原則為了防止雷直擊變電所可以裝設避雷針，裝設避雷針的原則是：1. 所有被保護設備（電氣設備，煙囪，冷卻水塔，水電廠的水工建筑、易燃易爆裝置等）均可處于避雷針的保護范圍之內(nèi)，以免遭受雷擊。此外，對于變電所進線的最后一檔線路，也應包括在避雷

52、針的保護范圍之內(nèi)。對于35KV及以下的變電所，因其絕緣水平較低，故不允許避雷針裝在配電構架上，以免發(fā)生反擊，需架設獨立的避雷針，并應滿足不發(fā)生反擊的要求。2. 當雷擊避雷針時，雷電流通過避雷針入地，使避雷針對地電位升高，此時應防止避雷針至被保護設備發(fā)生反擊。7.2 裝設避雷器的原則變電所母線上必須裝設閥型避雷器，以限制雷電波入侵時的過電壓，這是變電所防雷保護的基本措施之一。由于避雷器直接接在變壓器旁，故變壓器上的過電壓波形與避雷器上電壓波形相同。若變壓器的沖擊放電電壓和5KA下的線壓，則變壓器可得到可靠的保護。變電所中有很多電氣設備，不可能在每個設備旁邊都裝設一組避雷器，一般只在變電所母線上裝

53、設避雷器。由于變壓器是變電所中最重要的設備，因此避雷器應盡量靠近變壓器，這樣避雷器離開變壓器和各電氣設備都有一長度不等的距離。為了保證變壓器上電壓不超過一定的允許值，變壓器與避雷器之間的距離不能太遠，即避雷器有一定的保護距離。變電所內(nèi)所有電氣設備都應受到避雷器的保護，即它們與避雷器間的電氣距離應在允許值之內(nèi)。對于中性點比接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，變壓器是全絕緣的，即中性點處的絕緣與相線端絕緣水平相同，由于三相來波的概率很小，且大多波來自線路較遠處，其陡度很小，變電所進線不止一條，非雷擊的進線起了分流作用，變壓器絕緣也有一定欲度等原因，所以有關規(guī)程規(guī)定，3560KV變壓器中性點一般不需要保護。

54、7.3 變電所的保護對象7.3.1 電工裝置的防雷保護1. 電壓為110KV以上的屋外配電裝置，可將避雷針裝在配電裝置的構架上，對于35-60KV的配電裝置，為防止雷擊時引起反擊閃絡的可能，一般采用獨立避雷針保護。2. 電壓為110KV及以上的屋外配電裝置，可將保護線路的避雷線連接在配電裝置的出線門型構架上。3. 在選擇獨立避雷針的裝設地點時，應盡量利用照明燈塔，在其上裝設避雷針。4. 主控室及屋內(nèi)配電裝置對直擊雷的防雷措施如下：若有金屬屋頂或屋頂上有金屬結構時，將金屬部分接地。若屋頂為鋼筋混凝土結構，應將其鋼筋焊接成網(wǎng)接地。若結構為非導體的屋頂時，采用避雷帶保護，該避雷帶的網(wǎng)格為8-10m。

55、每隔10-20設引下線接地。7.3.2 雷電過電壓保護對象 雷電過電壓保護主要是：1. 防止雷電直擊于電氣設備上，一般采用避雷針，避雷線進行保護。2. 對于60KV及以下的電氣設備，應盡量減小感應過電壓， 一般電氣設備應遠離可能遭到直擊雷的設備或物體，增大電氣設備對電容或采用閥型避雷器保護。3. 防止從線路侵入的雷電波過電壓對電器設備的危害，一般采用避雷器、間隙、電容器和相應的進線保護段進行保護。7.4 防雷保護措施1. 在變電所的四角分別安裝一支20米高的避雷針。2. 在60KVI、段母線分別安裝一組避雷器。3. 在10 KVI、段母線分別安裝一組避雷器。4. 在主變中性點安裝一臺避雷器。5. 在60KV電源進線，采用避雷線保護。7.5 避雷針的選擇1、單支避雷針的保護范圍： 當高度在水平面上的保護范圍的半徑可按下式計算： 當時， （8.1）當時，