《发电厂电气部分》课程设计--变电站电气一次部分初步设计

设 计 （ 论 文 ） 任 务

（包括原始数据、技术要求、工作要求）

一、 设计内容 为了满足福州某郊县负荷发展及电网电力交换的需要，优化该县的电网结构，拟在县城后山设计建设一座110kV降压变电站。变电站容量为2×31.5MVA ，电压等级110/10kV。 二、 设计原始数据 1、电力系统部分 本变电站在电力系统中，为满足本地区负荷增长的需要。 2、变电所的技术要求、设计参数 （1） 变电所本期建设规划 主变容量：2×31.5MVA，电压等级110/10kV；主变中性点直接接地。 主变型式：三相双绕组有载调压变压器，有载调压范围在110±8×1.25％/10.5kV 无功补偿：12Mvar。 （2） 供电方式及要求 110kV双回路进线，10kV侧出线本期6回路，远期14回路。 （3） 负荷数据和要求 ①、全区用电负荷本期为27MW，6回路，每回按4.5MW设计； 远期50MW，14回路，每回按3.572MW设计；最小负荷按70％计算，供电距离不大于5KM。 ②、 负荷同时率取0.85，功率因数为0.8，年最大利用小时数Tmax­=4250小时/年。 （4） 水文条件 ①、海拔80米 ②、常年最高温度：40.3℃ ③、常年最低温度：1.7℃ ④、雷暴日数62天/年 ⑤、污秽等级为3级。 （5）地理位置和交通情况：地理位置无限制，交通便利。

课程设计的主要内容

三、设计任务 此次为变电站电气一次部分初步设计，设计内容主要包括： （1） 主变压器的选择；（2）电气主接线设计；（3）所用电设计； （4）短路电流计算；（5）主要电气设备的选择与校验等； 四、设计产品 1、设计说明书（包括计算书） 2、图纸： （1）、变电站电气主接线图； （2）、主要电气设备材料汇总表 五、要求 1、按电力工程设计手册，有关的设计规范进行。 2、CAD制图。 六、[参考文献 1] 范锡普主编．发电厂电气部分. 北京：中国电力出版社，2004. [2] 戈东方主编．220kv变电所设计规划. 北京：中国电力出版社，2000. [3] 傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算. 北京：中国电力出版社，2004. [4] 王士政，冯金光. 发电厂电气部分. 北京：中国水利水电出版社，2002. [5] 水利电力部西北设计院. 电力工程电气设计手册（一）、（二）、（三）. 北京：中国电力出版社，1989. [6] 莴静康. 供配电系统图集. 北京：中国电力出版社，2005. [7] 韦钢．电力系统分析基础．北京：中国电力出版社，2006. [8] 刘国亭．电力工程CAD．北京：中国水利水力出版社，2006.

1

目

第1章 概述 1.1 设计的依据．

录

5

5 5

1.2 电力系统概述 6 6

1.3 110kV变电所各级电压负荷情况分析． 1.4 110kV变电所的自然条件 第2章 电气主接线

15 19 20

7 7 7

9

2.1 电气主接线设计的基本要求

2.2 主变压器台数、容量、型式的选择

2.3 电气主接线设计方案的技术经济比较与确定 2.4 110kV变电所主接线图 第3章 所用电接线设计

16 16

16

3.1 所用电设计的要求及原则．

3.2 所用变的确定及所用变接线的选择 第4章 短路电流计算

4.1 短路电流计算的条件 19 19

4.2 短路电流计算方法和步骤 4.3 三相短路电流计算 第5章 电气设备选择

25

5.1 电气设备选择的一般条件

25 25．

5.2 10kV配电装置电气设备选择 5.3 110kV配电装置电气设备的选型 参考文献

33

41

2

第1章 概述

1．1设计的依据

1.1.1依据

根据设计任务书下达的任务和原始数据设计。

1.1.2设计内容

为了满足该县负荷发展及电网电力交换的需要，优化该县的电网结构，拟在县城后山设计建设一座2×50MVA 110/10的降压变电所，简称110kV变电所。

1.2电力系统概述

1.2.1本变电所与电力系统联系

1、接线图

#1 #2 #3 #4 #5 #6 10kV 2×31.5MVA 电力系统Xx=0.0451,Sj=100MVA 110kV变电所 110kV 110kV变2、说明 110kV变电所通过两回110kV线路接至该变电所，再与电力系统相连。由于原始数据未提供电力系统XX、Sj及110kV变电所接线路长度L。这里将XX取为0.0451, Sj取为100MVA;按供电半径不大于5kM要求,110kV线路长度定为4.8kM。

3

1.2.2 110kV变电所在电力系统中的地位和作用

1、根据110kV变电所与系统联系的情况来看，属于终端变电所。 2、110kV变电所主要供电给本地区用户，用电负荷属于Ⅱ类负荷。

1.3 110kV变电所各级电压负荷情况分析

1.3.1供电方式

110kV侧：共有两回进线，由系统连接双回线路对110kV变电所供电。 10kV侧：本期出线6回， 由110kV变电所降压后供电。

1.3.2负荷数据

1、全区用电负荷本期为27MW，共6回出线，每回按4.5MW计； 远期50MW，14回路，每回按3.572MW设计； 最小负荷按70％计算，供电距离不大于5kM。

2、负荷同时率取0.85，cosφ=0.8，年最大利用小时数Tmax=4250小时/年。

3、所用电率取1%。

1.4 110kV变电所的自然条件

1.4.1 水文条件

1、海拔80M

2、常年最高温度40.3℃ 3、常年最低温度1.7℃4、雷暴日数——62日/年 5、污秽等级为3级

1.4.2 所址地理位置与交通运输情况

地理位置不限制，交通便利。

4

第2章 电气主接线

2.1 电气主接线设计的基本要求

对电气主接线有以下几方面的基本要求：

1、根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。 2、具有运行、维护的灵活性和方便性。

3、具有经济性：在满足技术要求的前提下，力求经济合理。 4、具有将来发展和扩建的可能性。

2.2 主变压器台数、容量、型式的选择 2.2.1 主变压器的选择原则

1、主变压器台数

1）为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变压器。

2）当只有一个电源或变电所可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。

3）对于大型枢纽变电所，根据工程具体情况，可安装2至4台变压器。

2、主变压器的容量

1）主变压器的容量应根据5至10年的发展规划进行选择，并考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。

2）对装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足用电负荷的需要，按下式选择：Sn≥K∑SM或Sn≥K∑PM／cosφ。式中，Sn—变压器额定容量（kvA），SM， PM——变电所最大负荷的视在功率和有功功率（kvA，KW），cosφ ——负荷功率因子，K——负荷同时率，可取0.85。

3）对装有两台变压器的变电所中，当一台断开时，另一台变压器的容量一般保证70%全部负荷的供电，但应保证用户的一级负荷和大部分二级负荷。每台变压器容量一般按下式选择：Sn≥0.6SM或Sn≥0.6PM/ cosφ。

4）主变压器容量选择还应考虑周围环境温度的影响。 Sn≥0.6SM/Kθ式中，Kθ——周围环境修正系数。

3、主变压器的型式

1）一般情况下采用三相式变压器。

2）具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn以上时，可采用绕组变压器。

3)主变调压方式： 4）冷却方式：

2.2.2 计算、选择、校验

1、总负荷计算

5

根据负荷数据，近期6回出线，每回按4.5MW计，近期总负荷∑PM=6×4.5=27MW。

2、主变压器台数、容量选择计算 1）计算主变容量∑SM

∑SM=∑PM／cosφ= 50/0.8=62.5MVA

选择主变容量、台数

a、Sn≥K∑SM=0.85×62.5=53.125MVA

b、选两台主变压器，则每台主变容量Sn≥K∑SM/2=26.5625MVA。查

产品目录，选每台主变容量Sn=31.5MVA＞26.5625MVA。

c、校验：

按主变压器容量选择原则第3点，要求任一台主变Sn＞0.7 K∑SM

S∑=0.7×53.125=37.1875MVA，大于所选的主变容量31.5MVA。结合系统对本变电所的技术要求，最终选择110kV变电所主变容量Sn=50MVA。

考虑周围环境影响： θρ=（θmax+θmin）/2=21℃ Kθ=（20－θρ）/100+1=0.99

0.7×S∑ 0.7×53.125

＝ =37.5631MVA

Kθ 0.99

∵Sn=50MVA>37.5631MVA

故所选变压器容量满足要求。

3、主变型式选择

按任务书要求并查110kV变电站设计指导手册附录2-3。近期主变压器型式选择SFZ7—31500/110±8×1.25%；列表如下：

型号 SFZ7-31500/110 空载额定容量额定电压（kV）电流（kVA） 高压 低压 （%） 110±831500 10.5 1.1 ×1.25% 空载负载阻抗损耗损耗电压连接组别 (kW) (kW) (%) 42.2 148 10.5 YN,d11

2.3 电气主接线设计方案的技术、经济比较与确定

2.3.1 各级电压配电装置接线方式的拟定

根据电气主接线设计的基本要求及设计基本原则来拟定各级电压配电装置接线方式。

1、10kV电压母线接线方式 1） 单母线接线 2） 单母分段接线

6

2、110kV电压母线接线方式 1） 单母线接线 2） 单母分段接线

3） 桥式接线（因线路故障和操作的机会比变压器多，选用可靠性较好的内桥接线。）

3、主变台数

为了保证供电可靠性，装设两台主变压器。

2.3.2 110kV变电所可能采用的电气主接线方式如下： 方案 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 单母线单母分单母分单母线内桥接内桥接110kV 接线 段接线 段接线 接线 线 线 单母线单母分单母线单母分单母线单母分10kV 接线 段接线 接线 段接线 接线 段接线 主变 2台 2台 2台 2台 2台 2台 110kV变电所主接线方案简图如下：

方案Ⅰ: 方案Ⅱ：

L1 L2 L1 L2 110kv 110kv ＦＤ TTTT10kv 10kv ＦＤ #1 #2 #3 图#4 一#5 #6 #1 #2 #3 图二#4 #5 #6

7

方案Ⅲ： 方案Ⅳ： L1 L2 110kv ＦＤ TT 10kv #1 #2 #3 #4 #5 #6 图三

方案Ⅴ： L1 L2 110kv ＦＤ TT 10kv #1 #2 #3 #4 #5 #6 图五

8

L1 L2 110kv TT10kv ＦＤ #1 #2 #3 #4 #5 #6 图四方案Ⅵ： L1 L2 110kv ＦＤ TT10kv ＃1 #2 #3 #4 #5 #6 图六

2.3.3 方案的技术比较

1、六种方案的技术比较 方案Ⅰ：

110kV电压母线采用单母线接线，这种接线方式简单、设备少、操

作方便，但由于110kV变电所为终端变，一旦母线或母线侧隔离开关故障或检修，将造成全站停电。顺昌变电所地处海沧外商投资区，全所停电将在经济上及政治上造成较大影响，故不宜采用此接线。

10kV电压母线采用单母线接线，跟上述一样，在母线或母线侧隔离

开关故障或检修时将中断对用户的全部供电。且这种接线方式不利于向重要用户双电源供电，故不宜采用此接线。

方案Ⅱ：

110kV电压母线采用单母线分段接线，当一段母线发生故障时，分

段断路器能自动把故障切除，保证正常段母线不间断供电和不至于造成用户停电。缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，接在该母线上的回路都要在检修期间停电。可以考虑采用此接线方式。

10kV电压母线采用单母线分段接线，对重要用户可以从不同段母线

引出两回路，有两个电源供电，增加了供电的可靠性。缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，接在该母线上的回路都要在检修期间停电。可以考虑采用此接线方式。

方案Ⅲ：

110kV电压母线采用单母线分段接线，根据上述分析，可考虑采用。 10kV电压母线采用单母接线，根据上述分析，不宜采用此接线。 方案Ⅳ：

110kV电压母线采用单母接线，根据上述分析，不宜采用此接线。 10kV电压母线采用单母线分段接线，根据上述分析，可考虑采用。 方案Ⅴ：

110kV电压母线采用内桥接线，这种接线高压断路器数量少，造价

低，容易发展为单母分段接线。缺点是变压器的切除和投入教复杂，需要操作两台断路器并影响一回线路暂时停运。顺昌变电所首期负荷较少，引出线数目不多，考虑到变压器的故障及操作比线路少，可以考虑采用此接线。

10kV电压母线采用单母接线，根据上述分析，不宜采用此接线。 方案Ⅵ：

110kV电压母线采用内桥接线，根据上述分析，可考虑采用。

10kV电压母线采用单母线分段接线，根据上述分析，可考虑采用。 2、选用两台主变的优缺点

优点：可以满足全部用电负荷的需要，供电可靠性高。 缺点：投资大，占地面积大。

3、从上述分析比较确定两个较好方案：

9

方案Ⅱ：110kV电压母线采用单母线分段接线；10kV电压母线采 用单母线分段接线。

方案Ⅵ：110kV电压母线采用内桥接线；10kV电压母线采用单母 线分段接线。

2.3.4 方案的经济比较

1、从电气设备数目及配电装置比较 方案 方案Ⅱ 方案Ⅵ 项目 10kV配电装置 单母线分段 单母线分段 110kV配电装置 单母线分段 内桥接线 主变台数 2 2 110kV 高压断路器 10kV 110kV 高压隔离开关 10kV 综合投资（万元）

2、计算综合投资 Z=Z0(1+a/100)

Z0——主体设备投资，包括主变、高压断路器、高压隔离开关及配电装置综合投资等。

a——附加投资，110kV电压等级取90%。 主体设备参考价格如下： 主变压器每台投资125万元 SF6断路器每台投资65万元

GW4-110隔离开关每台投资2.5万元 110kV单母分段投资559.73万元 内桥投资303万元 方案Ⅱ：

主体设备投资Z0=2×125+5×65+8×2.5+559.73=1154.73万元 综合投资Z= Z0(1+a/100)=1154.73(1+90/100)=2193.987万元 方案Ⅵ：

主体设备投资Z0=2×125+3×65+8×2.5+303=768万元 综合投资Z= Z0(1+a/100)=768(1+90/100)=1459.2万元

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3、年运行费用U

年运行费用U=aΔA+ U1 + U2 a——电能电价

∆A——变压器电能损失

U1——检修维护费，一般取（0.022——0.042）Z，Z为综合投资额。 U2——折旧费，一般取（0.05——0.058）Z。

取U1=0.042Z，U2=0.058Z，则年运行费U= aΔA+0.1U 先计算电能损耗∆A:

∆A=∑［n(∆P0+K∆Q0)+1/n(∆P+ K∆Q)×(S/SN)2]t ∆Q0=I0%×（SN/100） ∆Q=Ud%×（SN/100）

查产品目录，型号为SFZ7-31500/110±8×1.25%，各参数如下： 空载电流I0%=1.1 空载损耗∆P0=42.2KW 负载损耗∆P=148KW

阻抗电压百分数Ud%=10.5

∆Q0= I0%×（Se/100）=1.1×(31500/100)=346.5kvR ∆Q= Ud%×（Se/100）=10.5×(31500/100)=3307.5kvAR 无功经济当量K取0.1 ∆A=［2(42.2+0.1×346.5)+1/2(148+3307.5)×(6×4500×0.85/0.8)2］×4250=674.78万KW.H 取a=0.4元/KW.H

方案Ⅱ:U=a∆A+0.1Z=0.1×674.78+0.1×2197.987=286.88万元 方案Ⅵ: U=a∆A+0.1Z=0.1×674.78+0.1×1459.2=213.4万元

2.3.5 最佳方案的确定

从技术上讲，110kV电压母线主接线采用桥式接线，有一台变压器故障会影响到线路停电，但变压器故障的几率较小，从经济上分析采用桥式接线比采用单母分段接线减少了部分组件，减少了综合投资额。年运行费用也节省许多。故优先选用110kV母线接线为内桥接线。因此，Ⅵ方案为最佳方案即110kV母线采用内桥接线，10kV母线采用单母分段接线。

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2.4 110kV变电所主接线图

2.4.1 110kV变电所电气主接线图

L1 110kV ＦＤ L2 TT10kV ＃1 #2 #3 #4 #5 #6 2.4.2 110kV变电所电气主接线特点 1、110kV母线接线

110kV母线采用内桥接线，其优点是：高压断路器少，四个组件只需三台断路器。缺点是：1）变压器的切除和投入较为复杂，需操作两台断路器并影响一回线路暂时停运。2）连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。3）出线断路器检修时，线路要在此期间停运。

2、10kV母线接线

10kV母线采用单母分段接线，其优点是：1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。2）当一段母线发生故障时，分段断路器能自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致于使重要用户停电。缺点是：1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，连接在该段母线的回路都要在检修期间停电。2）当母线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越。3）扩建时需向两个方向均衡进行。

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第3章 所用电接线设计

3.1 所用电设计的要求及原则 3.1.1 基本要求：

1. 厂用电接线应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修维护方便。 2. 尽量缩小厂用电系统的故障范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。 3. 充分考虑发电厂正常、事故、检修、起动等运行方式下的供电要求，切换操作简便。

4. 便于分期扩建或连续施工，对公用负荷的供电要结合远景规模统筹安排。

3.1.2 设计原则：

1. 变电站设计电压为380/220V。 2. 母线接线方式

A) 大型枢纽变电站采用单母线分段接线； B) 中小型变电站采用单母线接线。 3. 60MVA及以上变电站应装设两台所用变压器

3.2 所用变的确定 3.2.1 所用电变压器确定 1. 所用电变压器台数：2台 2. 所用电变压器容量： （1）所用电率1%

（2）变容量 ：SN=n×SBN=2×31500KVA=63000 kVA （3）所用电负荷SJS1=1%*∑SN=1%×63000=630kVA （4）SN≥Sjs/KtKf=(630/2)/(1.04×1.05)=288kVA 选择两台SN=315kVA

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3. 所用电变压器的型式

查《110kV变电站设计指导》附表2-8，选择干式变压器SC-315/10。变压器参数如下表

额定容量空载损耗负载损高 压型 号 （kVA） （W） 耗（W） (kV) SC-315/10 315 750 3300 10

3.2.2 所用电接线方式：

本变电站所用电母线采用单母线分段接线方式，平时分段运行。为了节省投资，所用变高压侧（10kV）采用高压熔断器作为保护。 3.2.3 所用电的电源 1. 工作电源

A) 为了满足供电可靠性，变电所设计两台站用变做为所用电工作电源。 B) 为更可靠保证所用电的不中断供电，所用电工作电源分别从10kVⅠ、

Ⅱ段母线引接，供给接在380V各段母线上的负荷。

2. 备用电源方式： 两台所用电源互为备用，备用方式采用暗备用。

低 压 阻抗电(V) 压(%) 400 6

3.3 110kV变电所的所用电接线

110kV变电所的所用电接线特点:

110kV变电所所用电接线采用单母分段接线，平时分裂运行，以限制故障范围，对重要负荷可以从不同段引出两个回路供电，增加了供电的可靠性。

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#1 #2I母 Ⅱ母 I母 Ⅱ母 15

10kV 400V

第4章短路电流计算

4.1 短路电流计算的条件

1、因为系统电压等级较高，输电线截面较大，电阻较小，在计算短路电流过程中忽略R，计及X。

2、计算短路电流时所用的接线方式，按可能发生最大短路电流的正常运行方式，而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

3、计算容量按无穷大系统容量进行计算。 4、短路种类按三相短路进行计算。 5、短路计算点如下：

d1—110kV母线短路时的短路计算点 d2—10kV母线并列时母线短路的计算点 d3—10kV母分分列时母线短路的计算点

d4—所用电系统并列运行时母线短路的计算点 d5—所用电系统分列运行时母线短路的计算点

4.2 短路电流计算方法和步骤

4.2.1短路电流的计算方法

在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用运算曲线法。

4.2.2短路电流的计算步骤

1、选择计算短路点； 2、画出等值网络图；

1）选取基准容量Sj和基准电压Uj（kV）（一般取各级的平均电压），计算基准电流Ij= Sj/3Uj（kA）。

2）计算各组件换算为同一基准值的标么电抗。

3）绘制等值网络图，并将各组件统一编号，分子标各组件编号，分母标各组件电抗标么值。

3、化简等值网络图；

1） 为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形的等值网络。

2） 求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。

4、求计算电抗Xjs，即将各转移电抗换算为各电源容量（等值发电机容量）为基准的计算电抗Xjs1，Xjs2……；

5、由Xjs1，Xjs2……值从适当的运算曲线中查出各电源供给的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到Xjs=3）；

6、计算无限大容量（Xjs≥3）的电源供给的短路电流周期分量； 7、计算短路电流周期分量有名值和短路容量；

16

8、计算短路电流冲击值； 9、绘制短路电流计算结果表。

4.3三相短路电流计算

一、电力系统与110kV变电所接线图

Si=100MVA X=0.0451 L=4.8kM X=0.4 d-1 2×31.5MVA Ud(%)=10.5 d-2 d-3 2×315kVA Ud(%)=6 d-4 d-5

110kV

10kV

400V

二、绘制等值电路图

1 0.0451 3 0.0145 d-1 5 0.3333 d-2 d-3 7 19 d-4 d-5 2 0.0145 4 0.3333 6 19

三、基准值的计算 短路电流计算，通常采用标幺值的近似计算。设取基准容量为100MVA，各级基准电压UB，则各级电流及阻抗的基准值计算如下：

选SB=100MVA，UB1=115kV，UB2=10.5kV，UB3=0.4kV

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IBSB3UB ZBUB （依此类推计算） 3IB

四、网络中各组件阻抗标么值计算

1、系统： X1=0.0451 (已知)

SXLXL=XLB2=0.4×4.8×(100/1152)=0.0145 UBXBUB3IBU%S3、110kV变压器： X4X5dB=10.5%×(100/31.5)=0.3333

100SNU%S4、10kV变压器： X6X7dB=6%×100/(315×10-3)=19

100SN2、线路：X2X3五、化简等值电路并计算短路电流

1、d-1： 1

0.0451 Xjs1

2 3 0.0145 0.0145 1）、计算电抗标幺值：Xjs1=0.0451+0.0145/2=0.0523

2）、d-1点短路电流标幺值：I(d1)1=1/0.0523=19.12 Xjs1有名值：I(d1)有名I(d1)IB=19.12×100/(3×115)=9.6kA 3）、短路冲击电流ich：ish2kshI''=21.89.624.48 kA

2、d-2：

2

0.0145

4 0.3333

1 0.0451 3 0.0145 5 0.3333 Xjs2 18

1）、计算电抗标幺值：Xjs2=0.0451+(0.0145+0.3333)/2=0.219 2）、d-2点短路电流标幺值：=I0.2= I∞=1/0.219=4.566

有名值：I有名=4.566×100/(3×10.5)=25.11kA

3）、短路冲击电流ich：icj.有名=2.55×25.11=64.03 kA

d-3： 1 0.0451 2 3

0.0145 0.0145

4 5

0.3333 0.3333

Xjs3=0.0451+0.0145/2+0.3333=0.3857 =I0.2= I∞=1/0.3857=2.59

I有名=2.59×100/(3×10.5)=14.24KA icj.有名=2.55×14.24=36.31KA d-4: 1 0.0451

2 0.0145 4 0.3333 6 19 3 0.0145 5 0.3333 7 19 Xjs3

Xjs4

Xjs4=0.0451+(0.0145+0.3333+19)/2=9.72 =I0.2= I∞=1/9.72=0.103

I有名=0.103×100/(3×0.4)=14.87KA icj.有名=2.55×14.87=37.92KA

19

d-5:

1 0.0451 2 0.0145 4 0.3333 6 19 3 0.0145 5 0.3333 7 19 Xjs5 Xjs4=0.0451+(0.0145+0.3333)/2+19=19.22 =I0.2= I∞=1/19.22=0.052

I有名=0.052×100/(3×0.4)=7.5KA icj.有名=2.55×7.5=19.13KA

六、短路电流计算结果表: 计算电短路电流 冲击电流 基准电短路点短路地抗压编号 点 Xjs(标Ub(kV) 么值) 标么值有名值 标么值 有名值 I*” I”(kA) icj* icj(kA) 110kV母线 d-1 115 0.0523 19.12 9.6 48.756 24.48 d-2 10.5 10kV母线(母0.219 4.566 25.11 11.64 64.03 合位) 10kV母线(母0.3857 2.59 分位) d-3 10.5 14.24 6.6 36.31 20

d-4 0.4 400V母线(母9.72 合位) 0.103 14.87 0.2627 37.92 d-5

0.4 400V母线(母19.22 0.052 7.5 合位) 0.1326 19.13

21

第5章电气设备选择

5.1 电气设备选择的一般条件 5.1.1 按正常工作条件选择

1、允许电压≥最高工作电压 UNUNs

2、允许电流≥最高持续电流 INImax

5.1.2 短路状态校验

1、热稳定性：It2tQk 2、动稳定性：iesish 3、短路电流计算条件

为使所选的导体或电器具有可靠性和合理性，作校验用的短路电流应按下列情况确定。

1） 容量和接线；2）短路种类；3）计算短路点。 4、短路计算时间

热稳定短路计算时间tk等于继电保护动作时间tpr和相应断路器的开断时间tbr之和, tk= tpr+tbr

5．2 10kV配电装置电气设备选择

5.2.1 10kV主母线选型

按长期允许电流选择10kV母线

1、根据分析可知，10kV母线最大持续工作电流不超过一台主变过负荷时的工作电流，故母线最大持续电流：

Igmax=1.05×31500/(3×10.5)=1818.7A Tmax4250h,按长期发热允许电流选择截面

 Igmax=1818.7A，选择两条80×10mm矩形导体，三相水平布置，平放 Ial=2185A，Kf=1.3

考虑环境温度的修正系数K

K=alal0= 70357025=0.87

KIal=0.87×2185=1901A＞Igmax,所选铝母线满足长期工作发热要求。 2、热稳定校验：

2d-3点短路，I''14.24kA，ish36.31kA，QkI''t=202.8kA2S 取母线正常工作温度70℃，C=87，

热稳定最小截面为：SminQkKfC =202.81061.387=186.6mm2。所选截面大于Smin，满足热稳定要求。

3、动稳定校验

22

bh31）mhb=0.08×0.01×2700=2.16 kg/m，J=4×10-7 m4

12NfEJ3.56710104107=281.47＞155Hz f122Lm1.22.16母线可不计共振影响。

22）相间应力计算：fph1.73107ish2/a1.7310736310/0.5456.2N/m W0.333bh20.3330.010.08221.3106m3

ph456.21.223.1106Pa70106Pa 610W1021.310fphL23）计算条间作用应力：

b10ab2bb100.125,0.11， 75页，图3-18得：k12=0.45 h80hbhb801022fb2.5k12ish/b1082.50.4536310/0.011081483.2N/m 临界跨距：Lcrb4最大允许跨距：

h0.0810030.0140.86m fb1483.2Lbmaxb2h(alph)/fb0.0120.08(703.1)106/1483.20.85m

为了便于安装：每跨绝缘子间设两个衬垫，Lb1.2/30.4m，满足要求。

5.2.2 主变压器低压侧支母线选型

5.2.3 10kV馈线电缆选型

按长期允许电流选择10kV馈线电缆

1、根据负荷数据，每回出线电缆负荷为4.5MW。 Igmax=1.05×4500/(√3×10.5)=324.8A

查《110kv变电站设计手册》附表1-7，选用： 240 mm2，交联聚乙烯铝芯电缆（YJLQ-10/3×240），长期允许载流量为375A。

土壤热阻系数为80℃.cm/w，θe=25℃。 2、按长期允许电流校验

电缆载流量修正系数Kt=g.xug.xue=90289025=0.954 查《110kV变电站设计手册》附表1-9，交联聚乙烯铝芯电缆长期允许工作温度为90℃。土壤热阻系数为80℃.cm/w，截面为240 mm2的电缆，载流量的校正系数k3=1,所以K=Ktk3=0.954

IXU(28℃)= kIe(28℃)=0.954×375=357.8＞Ig.max 故所选电缆满足长期工作发热要求 3、热稳定校验

短路持续时间td=tfd+tb=0.2＋0.5=0.7S

23

B＝I/ I∞＝1，由td及β” 查周期分量等值时间曲线得：tjz＝0.6s

由于0.1≤td≤1取tjf＝0.05β” 2=0.05s 等效发热时间tj=tjz+tjf=0.6+0.05=0.65s 热稳定性最小截面为：Smin=I∞/C√Kstj=（25.11×103/87）√1×0.65=232 mm2

所选截面大于Smin，满足热稳定要求。 4、电压降校验

查《110kV变电站设计手册》附表1-14： X=0.069 ∆u％=173IgmaxL(r cosφ＋rsinφ)/U

=173X324.8X2X0.069X0.6/10 =0.47％＜5％ 满足要求

5.2.4 10kV高压断路器选型

1、主变进线断路器的选型

Igmax=1.05×31500/√3×10.5=1818.7A 短路电流的热效应（KA2S） QK=202.8kA2S 计算数据表:

U(kV) Igmax(A) I”(kA) ish(kA) ish(kA) Qk(kA2S) 10 1818.7 14.24 36.31 36.31 202.8 查《变电站设计手册》附表3-7，选择ZN5-10/2000-40型高压断路器。 额定电额定开额定短路动稳定电额定电流Ie 压断电流关合电流 流 ies I2t(kA2S) (A) Ue(kv) INbr (kA) INcl (kA) (kA) 10 2000 40 100 100 402×2 由上表可知各项条件均满足,故所选断路器合格。 2、10kV分段断路器的选型（同上） 3、10kV馈线断路器的选型

Igmax=1.05×4500/√3×10.5×0.8=324.8A 计算数据表: U(kv) Igmax(A) I”(KA) ich(KA) ich(KA) Qk(KA2S) 10 324.8 25.11 64.03 64.03 25.112×0.25 24

查《变电站设计手册》附表3-7，选择ZN5-10/1250-31.5型高压断路器。

额定开额定短路额定电压额定电流Ie 动稳定电断电流关合电流 I2t(KA2S) Ue(kv) (A) 流 (KA) IeWS (KA) (KA) 10 1250 31.5 80 80 31.52×2 由上表可知各项条件均满足,故所选断路器合格。

5.2.5 10kV高压隔离开关选型

1、主变进线隔离开关的选型

Igmax=1.05×31500/√3×10.5=1818.7A 计算数据表: U(kv) Igmax(A) Qk(KA2S) ich(KA) 10 1818．7 14.242×0.3 36.31 选择GN10-10T/3000型隔离开关,其技术参数为：

动稳定电U(kv) Ie(A) Qk(KA2S) 流 (KA) 10 3000 90 由上表可知各项条件均满足,故所选隔离开关符合要求。 2、10kV分段隔离开关的选型 3、10kV馈线隔离开关的选型

Igmax=1.05×4500/√3×10.5×0.8=324.8A 计算数据表: U(kv) Igmax(A) Qk(KA2S) ich(KA) 10 324．8 25.112×0.3 64.03 查《变电站设计手册》附表6-8，选择GN19-10/1000-31.5型隔离开关,其技术参数为: 动稳定电U(kv) Ie(A) Qk(KA2S) 流 (KA) 10 1000 31.52×4 80 由上表可知各项条件均满足,故所选隔离开关符合要求。

4、10kV母线PT及BL隔离开关的选型

5.2.6 其余电气设备型号参见图纸

25

5.3 110kV配电装置电气设备的选型

5.3.1 110kV软母线的选型

1、根据分析可知，110kV母线最大持续工作电流不超过两台主变的工作电流，故母线最大持续电流：

Igmax=1.05×2×31500/(√3×115)=332A

查《110kV变电站设计手册》附表1-2选择 LGJF-240/30型母线 ，主要参数如下：

计算截面积—275.96；外径Ф=21.6mm；70℃时长期允许载流量为655A 考虑环境温度的修正系数K：

K=0.87

Ixu=KIe=0.87×655=570A＞Igmax,故所选铝母线满足长期工作发热要求。 2、热稳固校验

2d-1点短路，I''9.6kA，ish24.48kA，QkI''t=92.16kA2S 取母线正常工作温度70℃，C=87，

热稳定最小截面为：SminQkKfC=55mm2。所选截面大于Smin，满足热稳定要求。

3、电晕电压校验：

所选LGJF-240/30型母线外径Ф=21.6mm，大于LGJF-70/Ф20。故不进行电晕电压校验。

5.3.2 主变110kV侧支母线的选型

按长期允许电流选择主变110kv侧支母线 支母线最大持续电流：

Igmax=1.05×2×31500/(√3×115)=332A

查《110kv变电站设计手册》附表1-2选择 LGJF-240/30型母线。校验同110kV软母线。

5.3.3 110kV进线的选型

按长期允许电流选择110kV进线

1、110kV进线最大持续工作电流不超过两台主变的工作电流，故母线最大持续电流：

Igmax=1.05×2×31500/(√3×115)=332A

查《110kV变电站设计手册》附表1-2选择 LGJF-240/30型母线 ，主要参数如下：

计算截面积—275.96；外径Ф=21.6mm；70℃时长期允许载流量为655A。 考虑环境温度的修正系数K： K=0.87

Ixu=KIe=0.87×655=570A＞Igmax,故所选铝母线满足长期工作发热要求。

26

2、热稳定校验

2d-1点短路，I''9.6kA，ish24.48kA，QkI''t=92.16kA2S 取母线正常工作温度70℃，C=87，

热稳定最小截面为：SminQkKfC=55mm2。所选截面大于Smin，满足热稳定要求。

3、电晕电压校验：

所选LGJF-240/30型母线外径Ф=21.6mm，大于LGJF-70/Ф20。故不进行电晕电压校验。

5.3.4 110kV高压断路器的选型

1、110kV进线断路器的选型

考虑一条线路停运或检修时，流过进线断路器的 Igmax=1.05×2×31500/√3×115=332A 计算数据表:

U(kV) Igmax(A) I”(kA) ich(kA) ich(kA) Qk(kA2S) 110 332 9.6 24.48 24.48 8.42×0.3 查《变电站设计手册》附表3-12，选择LW11-110/1600-31.5型高压断路器。

额定电额定开额定电流Ie 动稳定电压断电流(A) 流 (kA) Ue(kV) IeWS (kA) 110 由上表可知各项条件均满足,故所选断路器满足要求。 2、桥断路器的选型

考虑一条线路停运或检修时，流过桥断路器的 Igmax=1.05×31500/√3×115=166A 计算数据表: U(kV) 110 Igmax(A) 166 I”(kA) 9.6 ich(kA) 24.48 ich(kA) 24.48 Qk(kA2S) 8.42×0.3 1600 31.5 80 额定短路关合电流 I2t(kA2S) (kA) 80 31.52×3 查《变电站设计手册》附表3-12，选择LW11-110/1600-31.5型高压断路器。

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额定电额定开额定电流Ie 动稳定电压断电流(A) 流 (kA) Ue(kV) IeWS (KA) 110 1600 31.5 80 额定短路关合电流 I2t(kA2S) (kA) 80 31.52×3 由上表可知各项条件均满足,故所选断路器满足要求。

5.3.5 110kV高压隔离开关的选型

1、主变110kV侧隔离开关的选型

Igmax=1.05×2×31500/(√3×115)=332A 计算数据表: U(kv) Igmax(A) Qk(KA2S) ich(KA) 110 332 8.42×0.3 24.48 选择GW4-110DW型隔离开关,其技术参数为：

动稳定电2U(kv) Ie(A) Qk(KAS) 流 (KA) 110 630 202×4 50 由上表可知各项条件均满足,故所选隔离开关符合要求。 2、110kv进线隔离开关的选型

Igmax=1.05×2×31500/√3×115=332A 计算数据表: U(kv) Igmax(A) Qk(KA2S) ich(KA) 110 332 8.42×0.3 24.48 选择GW4-110DW型隔离开关,其技术参数为： 动稳定电2U(kv) Ie(A) Qk(KAS) 流 (KA) 110 630 202×4 50 由上表可知各项条件均满足,故所选隔离开关符合要求。 3、110kV母分隔离开关的选型 Igmax=1.05×31500/√3×115=166A 计算数据表: U(kv) Igmax(A) Qk(kA2S) ich(KA) 110 166 8.42×0.3 21.42 选择GW4-110DW型隔离开关,其技术参数为： U(kv) Ie(A) Qk(kA2S) 动稳定电28

流 (KA) 110 630 202×4 50 由上表可知各项条件均满足,故所选隔离开关符合要求。 4、110kV母线PT及BL隔离开关的选型

PT所带的都是二次负荷，它的工作条件近似于开路。流经PT及BL隔离开关的最大负荷电流很小。因此，选用GW4-110DW型隔离开关即可。技术参数如下： 动稳定电U(kV) Ie(A) Qk(kA2S) 流 (KA) 110 630 202×4 50 5.3.6 其余电气设备型号参见图纸

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参考文献:

1] 范锡普主编．发电厂电气部分. 北京：中国电力出版社，2004. [2] 戈东方主编．220kv变电所设计规划. 北京：中国电力出版社，2000. [3] 傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算. 北京：中国电力出版社，2004. [4] 王士政，冯金光. 发电厂电气部分. 北京：中国水利水电出版社，2002.

[5] 水利电力部西北设计院. 电力工程电气设计手册（一）、（二）、（三）. 北京：中国电力出版社，1989.

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。

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