电力电子技术习题与解答_百度文库
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电力电子技术习题与解答
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毕业设计最后排版
辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计摘要本设计是辽通二次变电所电气工程（部分）初步设计。本论文由说明书和计算书组成。在说明书中，阐述设计基本原则、方法、结论，设备选择的最基本要求和依据。在计算书中，给出具体计算方法和步骤。设计内容包括：10kV出线选择；主变压器的台数、容量、型号选择；补偿电容器主要技术数据的确定；介绍电气主接线的重要性、设计依据、基本要求、各种接线形式的优缺点以及主接线的比较选择，确定适合本所要求的主接线；介绍短路电流计算的目的、一般规定、元件参数的计算、网络变换以及各种短路点的计算等知识；选择高压电气设备：母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器；10kV高压开关柜选择。本所高压配电装置采用屋外普通中型布置，低压采用屋内式。防雷保护主要针对避雷针和避雷器设计。绘制了主接线图、断面图、防雷保护图。关键词：变电所，电力系统，短路，电气设备，电气工程设计I沈阳工程学院毕业设计（论文）AbstractThisdesignistheLiaotongtwotransformersubstationelectricalengineering(part)thepreliminarydesign.Thepresentpaperiscomposedoftheinstructionbookletandtheaccountbook.Ininstructionbooklet,elaborationdesignbasicprinciple,method,conclusion,unitselectmostessentialrequirementsandbasis.Intheaccountbook,givestheconcretecomputationalmethodandthestep.Thedesigncontentincludes:10kVgoMaintransformer'sTaiwannumber,capacity,CompensatesthecapacitormaintechnicalIntroducedthattheelectricalmainwiringtheimportance,thedesignreston,theessentialrequirements,variousseedgraftinglinear-likethegoodandbadpointsaswellasthehostwiringchoicequite,determinedthatsuitsthisinstituteIntroductionshort-circuitcurrentcomputationgoal,generalrequirement,partparametercomputation,networktransformationaswellaseachkindofshortdotknowledChoicehighpressureelectricalequipment:Busbar,high-pressuredcircuitbreaker,isolator,currenttransformer,voltagetransformer,10kVhighpressureswitchcabinetchoice.Thisinstitutehighpressurepowerdistributionequipmentusesoutsidetheroomtheordinarymediumarrangement,thelowpressureusesintheroomthetype.Theanti-radarprotectionmainlyaimsatthelightningrodandthearresterdesign.Hasdrawnupthemainwiringdiagram,thehorizontalplan,thesectionaldrawing,theanti-radarprotectionchart.keyword:Transformersubstation,electricalpowersystem,shortcircuit,electricalequipment,electricalengineeringdesignII辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计目录摘要................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................II引言..............................................................................................................................1第一部分毕业设计说明书..........................................................................................2110kV架空线路的选择...............................................................................................21.1导体型号的选择...............................................................................................21.2导体截面的选择..............................................................................................21.3导线选择的经济电流密度法...........................................................................21.4导线截面的校验...............................................................................................31.4.1电晕电压校验........................................................................................31.4.2机械强度校验........................................................................................41.4.3导体载流量的校验..............................................................................41.4.4热稳定校验..........................................................................................41.4.5电压损失条件校验..............................................................................42静电补偿电容器的选择............................................................................................62.1负荷计算..........................................................................................................62.1.1线路的功率损耗的计算........................................................................62.1.2总的线路的损耗..................................................................................72.1.3各回路的计算负荷................................................................................72.1.4计算变电所的低压侧母线的负荷........................................................72.2无功补偿..........................................................................................................72.2.1无功功率平衡........................................................................................72.2.2无功补偿的意义....................................................................................82.2.3电容器的选择原则................................................................................82.3补偿容量计算..................................................................................................82.3.1计算补偿前总平均功率因数................................................................82.3.2补偿容量的计算....................................................................................92.3.3计算补偿后总平均功率因数................................................................92.4电容器选择结果..............................................................................................93主变压器的选择......................................................................................................113.1主变压器选择的要求....................................................................................113.2主变选择的一般原则....................................................................................113.2.1主变台数的确定..................................................................................113.2.2主变压器容量的确定..........................................................................113.2.3主变压器型式的选择..........................................................................123.3主变容量的选择............................................................................................123.4变压器功率损耗的估算................................................................................133.4.1有功功率和无功功率损耗的计算公式..............................................13沈阳工程学院毕业设计（论文）3.4.2计算总的负荷......................................................................................133.5计算的功率因数............................................................................................144确定变电所主接线..................................................................................................154.1主接线的基本要求........................................................................................154.1.1可靠性..................................................................................................154.1.2灵活性..................................................................................................154.1.3经济性..................................................................................................154.2变电所主接线设计原则................................................................................154.2.1变电所在电力系统中的作用和地位..................................................154.2.2近期和远期的发展规模......................................................................154.2.3负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响......................164.2.4主变台数对主接线的影响..................................................................164.3变电所电气主接线的设计步骤....................................................................164.4主接线的选择................................................................................................164.4.1高压侧主接线......................................................................................164.4.2低压侧接线..........................................................................................184.5主接线方案的确定........................................................................................185短路电流计算..........................................................................................................205.1短路概念........................................................................................................205.1.1发生短路的原因..................................................................................205.1.2短路的基本类型..................................................................................205.2短路计算........................................................................................................205.2.1短路电流计算的目的..........................................................................205.2.2短路点的选取......................................................................................215.2.3短路电流计算步骤..............................................................................215.2.4短路电流的计算方法..........................................................................216电气设备选择..........................................................................................................236.1电气设备选择的一般要求............................................................................236.1.1电气设备选择的一般原则..................................................................236.1.2技术条件..............................................................................................236.2高压断路器的选择........................................................................................246.2.1高压断路器的要求..............................................................................246.2.2高压断路器分类..................................................................................256.2.3断路器的选择过程..............................................................................256.3高压隔离开关选择........................................................................................266.3.1高压隔离开关作用..............................................................................266.3.2高压隔离开关的要求..........................................................................266.3.3隔离开关选择过程..............................................................................276.4互感器选择....................................................................................................276.4.1互感器的作用......................................................................................276.4.2电压互感器使用注意事项..................................................................276.4.3电压互感器选择..................................................................................286.4.4电流互感器使用注意事项..................................................................28辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计6.4.5电流互感器的选择..............................................................................286.5避雷器的选择................................................................................................296.6母线的选择....................................................................................................296.6.1母线一般按下列各项选择和校验......................................................296.6.2母线材料、类型和布置方式..............................................................296.6.3母线截面的选择..................................................................................306.6.4热稳定校验..........................................................................................316.6.5动稳定校验..........................................................................................316.7开关柜的选择................................................................................................326.8电气设备的安放配置....................................................................................327配电装置设计........................................................................................................337.1对配电装置的基本要求................................................................................337.2配电装置的最小安全净距............................................................................337.3配电装置的设计原则及步骤........................................................................347.3.1配电装置的设计原则..........................................................................347.3.2配电装置设计的基本步骤..................................................................347.4屋内配电装置和屋外配电装置....................................................................357.4.1屋内配电装置的型式和特点..............................................................357.5屋外配电装置的型式....................................................................................357.5.1隔离开关的配置..................................................................................357.5.2电压互感器的配置..............................................................................357.5.3电流互感器的配置..............................................................................357.5.4避雷器的配置......................................................................................367.5.5断路器的配置......................................................................................367.5.6电力变压器的配置..............................................................................367.5.7母线及构架的配置..............................................................................367.5.8道路的设置..........................................................................................377.6设备的安全距离............................................................................................378继电保护的配置....................................................................................................388.1继电保护的基本知识....................................................................................388.2输电线路的保护配置....................................................................................388.2.1相间短路保护的配置..........................................................................388.2.2过负荷保护的配置..............................................................................388.2.3单相接地保护......................................................................................388.2.4输电线路的保护配置结果..................................................................398.3变压器的保护..............................................................................................399防雷保护设计..........................................................................................................429.1避雷针的位置................................................................................................429.2变电所直击雷保护的基本原则....................................................................429.3避雷针的保护范围........................................................................................42第二部分毕业设计计算书........................................................................................441选择所有10kV线路导线.......................................................................................441.1生物制品厂(双回路).....................................................................................44沈阳工程学院毕业设计（论文）1.1.1出线架空线选择..................................................................................441.1.2数据校验..............................................................................................441.2化肥厂(双回路).............................................................................................451.2.1出线架空线选择..................................................................................451.2.2数据校验..............................................................................................461.3食品加工厂(双回路).....................................................................................461.3.1出线架空线选择..................................................................................461.3.2数据校验..............................................................................................471.4修造厂(单回路)...........................................................................................471.4.1出线架空线选择..................................................................................471.4.2数据校验..............................................................................................481.5纺织厂(双回路).............................................................................................481.5.1出线架空线选择..................................................................................481.5.2数据校验..............................................................................................491.6供水厂(双回路).............................................................................................491.6.1出线架空线选择..................................................................................491.6.2数据校验..............................................................................................501.6.310kV导线选择结果.............................................................................502选择静电补偿电容器..............................................................................................522.1线路损耗总功率的计算................................................................................522.1.1计算各条线路的损耗..........................................................................522.1.2变电所线路总损耗的计算..................................................................532.2各回路的计算负荷........................................................................................532.3补偿容量计算................................................................................................532.3.1变电所10kV出线有功功率计算负荷为...........................................542.3.2变电所10kV出线无功功率计算负荷为...........................................542.3.3补偿前总平均功率因数......................................................................542.3.4需要补偿的容量..................................................................................542.4静电电容器的选择........................................................................................542.5.1电容器台数的计算..............................................................................542.5补偿后的功率因数........................................................................................553选择主变台数、容量..............................................................................................563.1主变容量的选择............................................................................................563.2变压器有功和无功损耗................................................................................573.2.1两台变压器中的功率损耗..................................................................573.2.2高压侧负荷总有功和无功..................................................................573.3计算功率因数................................................................................................574短路电流计算..........................................................................................................584.1系统网络图....................................................................................................584.2系统各参数电抗标幺值................................................................................594.3短路点选择如下图........................................................................................604.4计算各短路点在其运行方式下的短路电流................................................604.4.1K1点短路时的阻抗电路等值图及短路电流....................................60辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计4.4.2K2点短路时的阻抗电路等值图及短路电流....................................614.4.3K3点短路时的阻抗电路等值图及短路电流....................................624.4.4短路电流结果......................................................................................625电气设备选择..........................................................................................................645.1等值时间的计算方法....................................................................................645.2高压断路器的选择........................................................................................645.2.160kV侧高压断路器的选择..............................................................645.2.210kV侧高压断路器的选择................................................................645.3高压隔离开关的选择....................................................................................665.3.160kV侧高压隔离开关的选择............................................................665.3.210kV侧高压隔离开关的选择............................................................675.4电压互感器的选择........................................................................................685.4.160kV电压互感器的选择....................................................................685.4.210kV电压互感器的选择....................................................................685.5电流互感器的选择........................................................................................695.5.160kV侧电流互感器的选择................................................................695.5.210kV侧电流互感器的选择................................................................695.6避雷器的选择................................................................................................725.6.160kV侧高压避雷器的选择................................................................725.6.210kV侧高压避雷器的选择..............................................................735.7高压开关柜的选择........................................................................................735.7.1进线开关柜的选择（2个）...............................................................735.7.2左右联络开关柜的选择......................................................................745.7.3出线开关柜的选择（12个）.............................................................765.7.4避雷器电压互感器开关柜的选择（2个）.......................................765.7.5所用变开关柜的选择（2个）...........................................................775.7.6补偿电容器开关柜的选择（2个）...................................................785.810kV侧母线的选择与校验..........................................................................785.8.110kV侧母线的选择............................................................................785.8.2热稳定校验........................................................................................795.8.3动稳定校验..........................................................................................796防雷保护计算..........................................................................................................806.1所内范围的计算............................................................................................806.1.1计算避雷针的范围..............................................................................806.1.2确定避雷针的位置..............................................................................806.2避雷针高度选择............................................................................................806.3避雷针的保护范围........................................................................................816.3.1两针间联合保护范围上部边缘的最低点高度..................................816.3.2保护范围的最小宽度..........................................................................81结论............................................................................................................................82致谢............................................................................................................................83沈阳工程学院毕业设计（论文）参考文献......................................................................................................................84附录............................................................................................................................85辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计引言电力是发展国民经济不可缺少的一种宝贵能源，它在各个领域中已获得了广泛的应用。离开了电力，要想实现人类社会的物质文明和精神文明是根本不可能的，要实现国家的现代化也是办不到的。由于本人将要到电力系统工作，为更好的熟悉设备及掌握电气接线原则，毕业设计选择了二次降压变电所设计题目。通过设计可以巩固所学到的专业理论知识，包括设计原则，设计步骤和设计方法。在毕业设计中，我们要全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，解决实际问题，增强工程观念，为将来走向工作岗位奠定良好基石。待设计变电所是辽通60kV降压变电所，10kV侧供电负荷出线共有11回。在短短的几个月中,我将完成很多项目的设计,从主变压器的选择到短路的计算,到配电装置的规划,最后到上机画图，层层推进,逐一细化。本设计的主要步骤是熟悉设计题目、线路的选择、静电补偿电容器的选择、变压器的选择、电气主接线的选择、运行方式分析、短路电流的计算、主要电气设备的选择、高压配电装置的设计、主变及线路的保护初步设计、防雷装置的设计以及制图。-1-沈阳工程学院毕业设计（论文）第一部分毕业设计说明书110kV架空线路的选择1.1导体型号的选择导体通常由铜、铝、铝合金制成，载流导体一般使用铝或铝合金材料。本变电所10kV导线采用铝线。常用架空线的型号、规格，由材料、结构的汉语拼音的第一个字母、额定载流截面积（mm2）和钢线部分额定截面积（mm2）等几部分组成，字母含义为：T－铜L－铝G－钢J－多股绞线LH－铝合金F－防腐型等，例如LGJ－表示机械强度为普通型的钢芯铝绞线。本变电所10kV导线线路采用LGJ型架空线，含义为机械强度为普通型的钢芯铝绞线。1.2导体截面的选择规程规定导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度法选择。对负荷利用小时数大（通常指Tmax&5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机，变压器的连接导体，其截面一般按经济电流密度选择。根据《电力工程电气设计手册》架空电力线路的导线截面积选择10kV及以下架空配电线路，以及负荷不大，供电距离较远，传输容量大的回路，均应按经济电流密度法选择导线截面。本次设计采用经济电流密度法选择10kV导线截面。1.3导线选择的经济电流密度法按经济电流密度法选择：按经济电流密度选择架空线截面可使年综合费用最低，年综合费用包括电流通过导体产生的年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等。从降低电能损耗的角度看导体截面越大越好，从降低投资、折旧费和利息的角度看，则希望导体截面越小越好。综合这些因素，使年综合费用最小时所对应的截面称为导体的经济截面，对-2-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计应的电流密度称为经济电流密度。母线的经济截面可由下式决定：S?式中：ImaxJj(1.1)S―母线的经济截面（mm2）；Jj―经济电流密度（A/mm2）；Imax―正常工作时的最大长期工作电流（A）。Imax?Pmax3UNcos?(1.2)式中：P―本线路的有功功率（kW）；UN―本线路的额定电压(kV)；cos?―本线路的功率因数。然后根据负荷的性质得知最大负荷利用小时数Tmax,查出所用导线材料的经济电流密度Jj。计算导线截面时，分单回线和双回线，公式如下：单回线路：S?ImaxPmax?Jj3UNJjcos?（1.3）双回线路：S?ImaxPmax/2?Jj3UNJjcos?（1.4）选出标准截面应接近于计算截面，然后用求得的导线标准截面的r1、x1计算线路的电压损失。再与允许电压损耗相比较，判断选择是否适合1.4导线截面的校验导线截面校验方法一般包括：电晕电压校验、机械强度校验、导体载流量的校验、电压损耗校验、热稳定校验。1.4.1电晕电压校验-3-沈阳工程学院毕业设计（论文）电晕放电将引起电晕损耗、无线电干扰、噪声干扰和金属腐蚀等不利现象。电晕的产生与电压等级及导体的直径有很大关系。只有在110kV及以上电压等级才需要校验电晕电压，本次设计的是10kV线路电压等级，所以不用进行电晕电压校验。1.4.2机械强度校验导线截面应保证一定的机械强度。由于架空线在运行时要承受一定的机械负载，所以要求导线截面不可过小。否则难以保证应有的机械强度。通常根据重35kV以上线路为I类线路，1-35kV为Ⅱ类线路，要程度将架空线分成三个等级：1kV以下为Ⅲ类线路。规程规定Ⅱ类线路不用进行机械强度校验，本次设计属于Ⅱ类线路，所以不用进行机械强度校验。1.4.3导体载流量的校验正常工作的导线都有其容许的最高温度（屋内70℃、屋外80℃），按照周围空气温度25℃计算，不同截面的导线持续容许电流不同。为了使用方便，工程上都预先给出各类导线的持续容许电流列表，查表就可以知道某型号导线从长期发热的限制来看，最大可以通过多少电流。本设计最大长期工作电流Imax，应小于导体长期发热的允许电流，即I/al。单回线：Imax?I/al；双回线：2Imax?I/al。/其中Ial为允许温度取+80℃，周围空气温度取当地最高气温，对查表所得持续容许电流Ial的修正值，即I/al＝kIalk取值如下：k??al???al??0（1.5）式中：k-------修正系数?al------导体或电气设备正常发热允许最高温度设计中?al?80?C?-------环境最高气温?0-------额定环境温度25℃1.4.4热稳定校验本设计选择的是组合导线，是按照经济电流密度法选择的，按规程规定热稳定能满足要求，所以一般不做热稳定校验。1.4.5电压损失条件校验电压损耗：-4-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计?U?PmaxR?QmaxXUN式中：R-----各段线路电阻?；X-----各段线路电抗?；Pmax----各段线路通过的有功功率Mw；Qmax----各段线路通过的无功功R率Mvar；UN-----线路上的额定电压kV。Q?1max?Pmax?tg(cos?)R?r1?LX?x1?L式中：L-------线路长度km；r1--------每千米线路电阻?；x1--------每千米线路电抗?。注:电压损失不超过8%。-5-（1.6）1.7）（沈阳工程学院毕业设计（论文）2静电补偿电容器的选择电力网运行时，在线路和变压器中将要产生功率损耗和电能损耗。电力网的损耗是由两部分组成的：一部分是与传输功率有关的损耗，它产生在输电线路和变压器的串联阻抗上，传输功率愈大则损耗愈大，在总损耗中这部分所占比重较大。另一部分损耗则仅与电压有关，它产生在输电线路和变压器在并联导纳上，如输电线路的电晕损耗、变压器的激磁损耗等。综上所述，可知电力系统运行过程中，虽然功率损耗和电能损耗是不可避免的，但应尽力采取措施去降低它，从节约能源、降低电能成本、提高设备利用率等方面来说都是十分重要的。静电补偿电容器的选择所需要的参数主要有：1）负荷同时系数。2）线路有功功率计算负荷和线路无功功率计算负荷。3）有功负荷率。由于负荷同时系数和有功负荷率任务书上已给定，所以应进行线路有功功率和无功功率计算负荷的计算；而这两个参数的计算应首先对线路功率损耗进行计算。2.1负荷计算2.1.1线路的功率损耗的计算P2?Q2?P?R2UP2?Q2?Q?XU2式中：?P―线路总有功损耗（kW）；?Q―线路总无功损耗（kVar）；P、Q―线路末端有功功率和无功功率（MW，MVar）；UN―线路末端电压(kV)。双回路时：（1）两条线路运行（2.1）（2.2）P2?Q2RP2?Q2X?P??和?Q??2222UNUN（2）一条线路运行（2.3）-6-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计P2?Q2P2?Q2?P??R和?Q??X22UNUN2.1.2总的线路的损耗??P??P1??P2?????Pn??Q??Q1??Q2?????Qn2.1.3各回路的计算负荷?P??P1?P2????Pn?Q??Q1?Q2????Qn?P???P??P??Q???Q??Q?（2.4）（2.5）（2.6）（2.7）（2.8）2.1.4计算变电所的低压侧母线的负荷(KP?0.85,Kq?0.91)Pca?KP??PQca?Kq??Q（2.9）在电力系统中，必须统设法提高电力网中各有关部门的功率因数，以充分利用电力系统中各发电设备和变电设备的容量，增加其输电能力，减小供电线路导线的截面，节约有色金属，减小电力网中的功率损耗和电能损耗，并降低线路中的电压损失和电压波动，以达到节约电能和提高供电质量的目的，为了补偿无功功率，经常装设电力电容器作为补偿装置。2.2无功补偿2.2.1无功功率平衡系统无功功率平衡是电力系统运行中的一个重要问题，所谓的无功功率平衡就是指在运行的每一个时刻系统中各无功电源发出的无功功率要等于用户所消耗的无功功率（即无功负荷）与系统中各环节上无功功率损耗之和。-7-沈阳工程学院毕业设计（论文）电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器、静电补偿器等。后三种又称无功补偿装置。本设计选用补偿装置为静电电容器，且采用星型接线。2.2.2无功补偿的意义（1）提高功率因数；（2）改善电能质量；（3）降低网络功率损耗和电能损耗2.2.3电容器的选择原则(1)补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置；(2)对于110kV及以下电网中的串联电容补偿装置，可以减少线路电压降，降低受端电压波动，提高供电电压；在闭合电网中，改善潮流分布，减少有功损耗；(3)对于并联补偿装置，可以向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功；减少电网有功损耗和提高电网电压；(4)对于静止补偿装置，可以向电网提供可快速无级连续调节的容性和感性无功，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。(5)电力电容器的台数应均为6的倍数。因为电容器集中补偿在变电所的低压侧（即本设计中的10kV侧），且本设计中低压侧采用单母分段，为了保证无功功率的平衡，所以电容器的选择应为6的倍数。(6)并联电容器的接线分为星型接线和Y型接线，所以本次设计电容器应选择Y型接线。2.3补偿容量计算2.3.1计算补偿前总平均功率因数(??0.70,??0.85)cos?1av?Pav?Sav1?(Qca2?Pca(cos?1av?0.9要进行补偿)（2.10）式中：Pav―有功平均计算负荷，（kW）；Qav―无功平均计算负荷，（kVar）；?、?―有功及无功平均负荷系数；Sav、S/av―全企业补偿前、后的视在平均计算负荷，（kV.A）；-8-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计2.3.2补偿容量的计算Qc??Pca?tg?1?tg?2?式中：Pca―最大有功计算负荷，（kW）；?―月平均有功负荷系数；tg?1、tg?2―补偿前、后均权功率因数的正切值；在确定了总的补偿容量QC后,就可以根据所选电容器的单个容量来确定电容器的个数，为n?总的容量QC，式中计算所得电容器的个数,对于单相电容器单个容量来说，应取3的倍数,以便三相均衡。本变电所设计两段低压母线，为了保持两边平衡，所以要取6的倍数。如果计算结果不是6的倍数要增加数量变成6的倍数。2.3.3计算补偿后总平均功率因数cos?2av?Pav?Sav1(当cos?2av?0.9合格)Q?QC2?(ca)?Pca（2.11）式中：Pav―有功平均计算负荷，（kW）；Qav―无功平均计算负荷，（kVar）；?、?―有功及无功平均负荷系数；Sav、S/av―补偿前、后的视在平均计算负荷，（kV.A）；2.4电容器选择结果由此可见，每台电容器的容量为200kvar，则需要电容器36台。若考虑在变压器的二次侧加电容器进行补偿，则在选定变压器前应减掉补偿的无功功率。则补偿后低压侧母线的：Pca=11845.03（kW）Qca=11144.51（kvar）Sca
=12913.98（kVA）电容器型号选择如表2.1所示：-9-沈阳工程学院毕业设计（论文）表2.1额定型号电压（kv）BWF标称容量(kvar）电容器型号标准电容相数外型尺寸（mm）重量（kg）(?F)11/-200-1W11/2×174×1010120-10-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计3主变压器的选择3.1主变压器选择的要求（1）和电力系统连接的主变压器一般不超过两台。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。（2）变电所装设两台主变压器时，每台容量的选择应按照其中任一台停用时，其余变压器容量至少能保证所供电的全部一级负荷或为变电所全部负荷的70％。（3）变电所的主变压器一般采用三相变压器，因制造或运输条件限制及初期只装一台主变压器的220kV枢纽变电所中，一般采用相变压器组，当装设一组单相变压器时，应设有备用相，当主变压器超过一台，且各台容量满足上述要求时，单相变压器组可不装设备用相。（4）变电所中的变压器在系统调压有要求时，一般采用带负荷调压变压器，如受设备制造限制时，可采用独立的调压变压器预留位置。（5）变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，电力系统采用的绕组连接方式只有“Y”型和“△”型，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定3.2主变选择的一般原则3.2.1主变台数的确定变电所中为保证供电的可靠性，一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可只装设一台主变。对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况，应装设2-4台主变。待设所为电压等级为60/10kV的降压变电所，采用两台同型号的变压器并联运行。3.2.2主变压器容量的确定（1）主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所，变压器容量应与城市规划相结合。（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于两台并联运行变压器，每台容量的选择应按照其中任一台停用时，其余变压器容-11-沈阳工程学院毕业设计（论文）量至少能保证所供电的全部一级负荷或为变电所全部负荷的70％。（3）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。3.2.3主变压器型式的选择选择主变压器型式时，应考虑以下问题：（1）相数容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应采用三相变压器。容量为600MW机组单元连接的主变压器和500kV电力系统的主变压器应综合考虑运输和制造条件、经技术经济比较，可采用单相组成三相变压器。（2）绕组数和结构电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。具有直接由高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级，减少重复降压容量，可采用双绕组。（3）绕组的接线组别在变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，根据以上变压器绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都选用YN.d11常规接线。（4）调压方式变电所的调压方式有两种：一种为无励磁调压，另一种为有载调压。当系统有调压的要求时，应采用有载调压变压器。对于新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用无载调压变压器。根据本变电所实际情况，交通便利，只有两个电压等级60/10kV，故选择采用三相双绕组变压器。3.3主变容量的选择根据10kV侧负荷表计算，（详细的计算过程见计算书），最大负荷为：Sca?Pca?(Qca?Qc)2（2）装有两台及以上主变压器的变电所，当开断一台变压器时，另一台变压器的容量一般应保证全部符合的70%。因此，对于装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量可按下式确定：Sbj?70%Sca-12-2（3.1）辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计式中Sca-计算负荷本设计选用两台变压器，其型号为SF9?400060，其主要的技术参数为：表3.1SF9?400060型变压器相关参数电压组合额定高压容量（KV）（KAV）400060高压分接范围低压(KV)联合组编号空载损耗(W)负载损耗（W）28800轨距(mm)1475阻抗电压(%)8空载电流（%）1.0±5%10.5YNdu6000重量(kg)器身5718油重3379总重11839长3120外形尺寸(mm)宽2160高37903.4变压器功率损耗的估算3.4.1有功功率和无功功率损耗的计算公式Sca2nSN?PT?n?P0?n?Pk(（3.2）?QT?nI0%U%SNSca2SN?nk(nSN100100（3.3）式中：?Pk、?P0―变压器的短路损耗和空载损耗，（kW）；Uk%、I0%―变压器的短路电压百分数和空载电流百分数；SN―变压器的额定容量，（kV.A）；Sca―变压器的总负荷，（kV.A）；n―并列运行变压器台数；3.4.2计算总的负荷?P???P??PT??KP??P?Pca?Q???Q??QT??Kq??Q?Qca（3.4）（3.5）-13-沈阳工程学院毕业设计（论文）3.5
计算的功率因数当cos??0.9合格)cos??（3.6）如果补偿后的总的平均功率因数不满足要求，则还需要进行无功补偿，补偿后需要再次的确定变压器的容量，重新计算功率因数直到满足要求为止，则最终选定变压器的容量作为设计的结果。-14-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计4确定变电所主接线4.1主接线的基本要求4.1.1可靠性评价主接线可靠性的标志是：（1）断路器检修时，能否不影响供电；（2）线路、断路器或母线故障时以及母线隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。（3）发电厂或变电所全部停电的可靠性；（4）有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电可靠性，先进的指标都在99.9%以上。4.1.2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。4.1.3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的前提下做到经济合理。4.2变电所主接线设计原则4.2.1变电所在电力系统中的作用和地位变电所在电力系统中的作用和地位是决定主接线的主要因素，变电所是枢纽变电所，地区变电所，终端变电所，企业变电所还是分支变电所。由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性，灵活性，经济性的要求也不同。4.2.2近期和远期的发展规模变电所主要接线设计应根据5-10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运-15-沈阳工程学院毕业设计（论文）行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。4.2.3负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级负荷来说，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，（应保证全部负荷的大小和分布，负荷增长速度以及地区网络），应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。4.2.4主变台数对主接线的影响变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高。因此，其对主接线的可靠性，灵活性的要求也高，而容量小的变电所，对其主接线的可靠性、灵活性的要求低。4.3变电所电气主接线的设计步骤电气主接线的设计伴随着发电厂或变电站的整体设计进行，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段等四个阶段，但总的设计思路和步骤如下：（1）对原始资料进行综合分析；（2）确定主变压器的容量和台数，拟定可能采用的主接线形式；（3）所用的电源的引接；（4）论证是否需要限制短路电流，并采取相应措施；（5）对选用的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案；4.4主接线的选择4.4.1高压侧主接线由《电力工程电气设备手册》可知：35～63kV配电装置中，当只有两台变压器或两条线路时，宜采用桥型接线。桥型接线，根据桥断路器的安装位置，可分为内桥和外桥接线两种。（1）内桥接线内桥接线适用于线路较长，并且变压器不需要经常切换的情况。（2）外桥接线适用于线路较短，并且变压器不需要经常切换的情况，故障-16-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，宜采用外桥型接线。两种桥型接线图，分别如图4.1、4.2所示：
图4.1内桥接线图4.2外桥接线根据上述及本变电所处系统和负荷性质的要求，对高压侧预选两种方案进行比较，如下：表4.160kV侧接线可靠性60kV侧主接线方案比较第二种方案外桥接线形式可靠性较差，变压器侧断路器影响供电可靠性线路的切除和投切较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器第一种方案内桥接线形式可靠性较高，在线不影响其余回路工作。线路故障或切除、灵活性投入时，不影响其余回灵活。经济性高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器，节省投资。路故障或切除、投入时，检修时，变压器需较长时期停运，路工作，并且操作简单、暂时停运，操作不灵活。高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器，节省投资。经上述比较，由于待设计变电所线路较长且变压器不需要经常切换，因此择优选择内桥接线为高压侧接线形式。4.4.2低压侧接线-17-
沈阳工程学院毕业设计（论文）（电压应包含10KV）由《电力工程电气设备手册》可知：，35～63kV的主接线当有两电源或连接的电源数较多，负荷较大时，宜采用单母分段接线和双母接线。两种接线，分别如图4.3、4.4所示：
图4.3单母分段接线图4.4双母线接线根据上述及本变电所处系统和负荷性质的要求，对低压侧预选两种方案进行比较，如下：表4.210kV侧主接线方案比较第一种方案10kV侧接线可靠性单母分段接线型式第二种方案双母线接线型式可靠性高；当一段母线发生故可靠性较高；通过两组隔离开关障时，分段断路器自动将故障倒换操作，可以轮流检修一组母段隔离，保证正常段母线不间线而不致使供电中断。断供电，不致重要用户停电。操作简单、灵活，可自动分断断路器，调度灵活。倒闸操作较复杂，且操作必须正确。灵活性经济性经济性高，设备较少、占地小、经济性较低，由于较单母分段接投资少，因此经济性较高。线设备多，占地大、投资多，故经济性稍差。由于上述两种接线方式比较，经权衡考虑，单母分段接线以占地面积小、投资少、供电可靠性高为主要优点，故本设计低压侧采用的是单母线分段接线型式。4.5主接线方案的确定通过定性分析和可靠性及经济计算，在技术上（可靠性、灵活性）10kV侧方案Ⅰ和60kV侧方案Ⅰ明显占优势，鉴于大、中型变电所应以可靠性和灵活性-18
辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计为主，所以，经综合分析，决定选10kV侧方案Ⅰ和60kV侧方案Ⅰ为设计最终方
案。图4.5电气主接线图-19-沈阳工程学院毕业设计（论文）5短路电流计算5.1短路概念所谓“短路”是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的接通。在正常运行时，除中性点以外，相与相或相与地之间是绝缘的。5.1.1发生短路的原因产生短路的主要原因是电气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、直接遭受了雷击、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。5.1.2短路的基本类型三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。(3)本次设计选用三相短路电流计算，即K。由于短路回路电抗相等,因此三相电流和电压是对称的,故又称为对称短路.而出现其它类型短路时,不仅每相电路中的电流和电压数值不等,其相角也不同,这些短路总称不对称短路。电力网在设计及运行阶段考虑最重要的故障情况下工作的可能性时，三相短路起着决定性的作用。此外，研究三相短路之所以重要，还由于在分析计算不对称短路时，经常利用对称分量法将不对称短路分解成三相对称的形式加以讨论，所以选择三相短路进行计算。5.2短路计算5.2.1短路电流计算的目的(1)电气主接线的选择。(2)选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保证安全可靠，而且在发生短路时保证不损坏。(3)选择断电保护装置。-20-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计5.2.2短路点的选取根据运行方式分析，可选三个短路点进行计算。5.2.3短路电流计算步骤（1）画等值电抗图①首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。②选取基准容量和基准电压。③计算各元件的电抗标么值。（2）选择计算短路点。（3）求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。（4）各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。（5）列出短路电流计算数据表。5.2.4短路电流的计算方法（1）额定容量、额定电压：假设SB＝100MVA，UB?Uav式中：SB―基准容量（MV.A）；UB―基准电压（kV）；Uav―各电压级的平均额定电压（kV）；注：Uav＝1.05UN式中：UN―各级额定电压kV；（2）发电机电抗标幺值：X1max*?0.54X2max*?0.57（3）求变压器电抗标么值XT*?UK(%)S100?BSN式中：XT?―变压器电抗标么值；UK(%)―变压器短路电压百分比；SN―变压器额定容量（MV.A）。注：两台同型号变压器并联，总电抗标么值为单台的一半。（4）求线路电抗标么值Xl*?xB1lSU2av.n式中：Xl*―线路电抗标么值；-21-5.1）5.2）5.3）（（（沈阳工程学院毕业设计（论文）x1―线路电抗(?)。1两条同型号架空线并联，总电抗标么值为单条的一半。注：○2这里规定每千米线路电抗为0.4?○（5）求短路电流标么值IK*?1XK?*（5.4）式中：IK*―短路电流标么值；（6
）求短路电流IK=IK*（5.5）式中：IK―短路电流有效值（kA）；（7）求冲击短路电流ish=2.55IK（5.6）式中：ish―冲击短路电流（kA）；注：短路发生在一般的高压电力网时，因电抗比电阻要大得多，取Ksh=1.8，ish=2.55IKP；当短路发生在大容量电力网或发电机附近时，取Ksh=1.9，ish=2.69IkP；短路发生在发电厂高压母线时，取Ksh=1.85，ish=2.62IkP；短路发生在低压电网时，取Ksh1～1.3，ish=（1～1.84）IkP。表5.1短路电流计算结果短路点位置60kV侧断路器10kV侧分段断路器10kV侧出线断路器IKP(kA)1..0365ish(kA)4..393选择设备QF1QF2CQF1QS1QS2QS3QS4QS5QS6QS7QS8QF3QF4QS9QS10QF5CQF2K1K2K3-22-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计6电气设备选择6.1电气设备选择的一般要求电气设备选择是变电所设计的主要内容之一。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全经济运行的重要条件。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。6.1.1电气设备选择的一般原则（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验；（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依据，并经正式鉴定合理，在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时应经上级批准；6.1.2技术条件选择的高压电器应能在长期工作条件下和发生过电压、过流的情况下，保持正常运行。（1）长期工作条件：电压：选用的电器应按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS即：UN≥UNS电流：选用的电器额定电流IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax即：IN≥Imax由于变压器短路时过载能力很大，双回路出现的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式回路持续工作电流的要求。（2）短路稳定条件：检校的一般原则：-23-沈阳工程学院毕业设计（论文）1）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。2）用熔断器保护的电器可不验算热稳定，采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。短路的热稳定条件：I2t?Qk（6.1）式中：Qk―在计算时间t秒内，短路电流的热效应（kAs）It―t秒内设备允许通过的热稳定电流的有效值（kA）t―设备允许通过的热稳定电流的时间（S）短路的动稳定条件：tk?tpr?tbr或Ies?Ish（6.2）式中：ish、Ish―短路冲击电流幅值及其有效值；（kA）ies、Ies―电气设备允许通过的热稳定电流幅值及有效值（kA）短路计算时间：tk?tpr?tbr式中：tk―验算热稳定的短路计算时间（S）tpr―继电保护装置后备保护动作时间（S）tbr―断路器的和分闸时间（S）其中：（6.3）tbr?tin?ta（6.4）式中：tin―断路器固有分闸时间（S）ta―断路器开断时电弧持续时间（S）本次变电所设计主要选择三个短路点进行计算，就可以满足选择电气设备的要求。所以选择高压电气设备（60kV侧）主要以K1点短路电流进行选择。选择低压（10kV侧）电气设备以K2、K3点短路电流为基础进行选择。6.2高压断路器的选择6.2.1高压断路器的要求（1）断路器在额定条件下，应能长期可靠地工作；（2）应具有足够的断路能力；（3）具有足够的关合能力；-24-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计（4）具有尽可能短的开断时间；（5）结构简单，价格低廉。6.2.2高压断路器分类(1)按照安装地点可分为户内式、户外式；(2)按照使用的灭弧介质可分为真空断路器、SF6断路器、油断路器、压缩空断路器等；(3)按操动机构可分为手动式、电磁式、液压式、弹簧式和液压弹簧式等；6.2.3断路器的选择过程（1）型式和种类的选择：60kV选择高压户外少油型，10kV选户内真空断路器（2）按额定电压选择:U?UNSN（6.5）式中：UN―高压断路器的额定电压（kV）UNS―电网额定电压（kV）（3）按额定电流:IN≥Imax（6.6）式中：IN―高压断路器的额定电流（A）Imax―电网的最大负荷电流（A）（4）按开断电流选择：INbr＞Ipt式中：INbr―高压断路器的额定开断电流（kA）Ipt―实际开断瞬间的短路电流周期分量（kA）（5）按关合电流选择：（6.7）iNcl≥ish式中：iNcl―高压断路器的短路关合电流（kA）ish―短路电流最大冲击值（kA）（6）按热稳定校验：（6.8）Itt≥Qk式中：It.t―电气设备允许通过的热稳定电流(KA)和时间（S）；-25-2（6.9）沈阳工程学院毕业设计（论文）Qk=I?.teq―短路电流产生的热效应(kA2.S)；其中：teq?tp?tnp式中：tp、tnp―短路电流周期分量和非周期分量发热的等值时间；注意：本设计中，短路计算时间tk取4s，在实际中短路计算时间应小于4s，因此4s为短路时间的极限值，若在4s时计算，校验合格，则在其他情况时均合格。由于tk＞1s，故短路等值时间teq只为短路电流周期分量的等值时间tp。（7）按动稳定校验：2ies≥ish（6.10）式中：ies―短路冲击电流幅值（kA）ish―电气设备允许通过的动稳定电流幅值（kA）6.3高压隔离开关选择高压隔离开关是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器。高压隔离开关的主要功能是保证高压电器及装置在检修工作时的安全，不能用于切断、投入负荷电流或开断短路电流，仅可允许用于不产生强大电弧的某些切换操作。6.3.1高压隔离开关作用（1）隔离电压；（2）倒闸操作；（3）分、合小电流。6.3.2高压隔离开关的要求（1）有明显断开点，根据断开点可判明被检修的电气设备和载流导体确已与电网隔离；（2）断口应有足够可靠的绝缘强度，断开后动、静触头间应有足够的电气距离，保证在最大工作电压和过电压条件下断口不被击穿；相间和相对地也应有足够的绝缘水平；（3）具有足够的动、热稳定性，能承受短路电流所产生的发热和电动力；（4）结构简单，分合闸动作灵活可靠；（5）隔离开关与断路器配合使用时，应具有机械的或电气的连锁装置，以保证断路器和隔离开关之间正常操作顺序；（6）隔离开关带有接地刀闸时，主刀闸与接地闸刀之间也应设有机械的或电气的连锁装置，以保证二者之间的动作顺序。-26-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计6.3.3隔离开关选择过程（1）按额定条件选择UN≥UNSIN≥Imax（2）按短路条件校验热稳定动稳定Itt≥Qk2（6.11）（6.12）（6.13）（6.14）ies≥ish6.4互感器选择互感器是电力系统中测量仪表，继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。3V）和小电互感器将高电压，大电流按比例变成低电压（100V、100流（5A、1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。互感器包括电流互感器和电压互感器。为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器时的安全，互感器的每一个二次绕组必须有一可靠的接地，以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。6.4.1互感器的作用（1）将高电压变为低电压，大电流变为小电流。（2）使测量二次回路与二次回路高电压和大电流实施电气隔离，以保证测量工作人员和仪表设备的安全；（3）采用互感器后可使仪表制造标准化，而不用被测量电压高低和电流大小来设计仪表；（4）取出零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装置使用。6.4.2电压互感器使用注意事项（1）按要求的相序进行接线，防止接错极性，引起某一相电压升高倍；（2）电压互感器二次侧应可靠接地，以保证人身及仪表的安全；（3）电压互感器二次侧严禁短路。-27-沈阳工程学院毕业设计（论文）6.4.3电压互感器选择（1）种类和型式选择：应根据装设地点和使用条件进行选择电压互感器的种类和型式。在6～35kV屋配电装置中，一般采用油浸式或浇注式电压互感器。（2）按一次额定电压和二次额定电压选择：电压互感器一次绕组额定电压U1N，应根据互感器的接线方式来确定其相电压或相间电压；电压互感器二次绕组额定电压通常是供额定电压为100V的仪表和继电器的电压绕组使用。（3）容量和准确级选择：根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所选仪表的准确级和容量，选择互感器的准确级和额定容量。说明：由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身不遭受短路电流的作用，因此，不需校验动、热稳定。6.4.4电流互感器使用注意事项(1)应避免继电保护和电能计量用的电流互感器并用，否则会因继电保护的要求而致使电流互感器的变比选择过大，影响电能计量的准确度。对于计费用户，应设置专用的计量电流互感器或选用有计量绕组的电流互感器。(2)电流互感器的一次绕组和被测线路串联，二次绕组和电测仪表串联，接线时必须注意电流互感器的极性，只有极性连接正确，才能准确测量和计量。(3)电流互感器二次绕组不允许开路。(4)电流互感器二次侧应有一端可靠接地，且接地点只有一个。以防止一、二次侧绝缘击穿时，造成对人身和设备的损坏。6.4.5电流互感器的选择（1）种类和型式选择：35kV以下屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35kV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。常用L（c）系列（2）按一次回路额定电压和电流选择，一般回路额定电压UN和I1N应满足：UN≥UNS，I1N≥Imax（6.15）（3）准确度等级的确定：根据电能计量装置技术管理规程（DL/T448-2000）规定，运行中的电能计量装置按其所计量电能量的多少和计量对象的重要程度，分为I、II、III、IV、V五类，不同类别的电能计量装置对电流互感器准确度等级的要求也不同。根据电-28-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确度等级的要求,电流互感器的准确度等级不得低于所接测量仪表的最高准确度等级为0.5级选择。（5）热稳定校验：2（6.16）Itt≥Qk或(KtI1N)2≥Qk式中：Kt―热稳定倍数电流倍数I1N―电流互感器一次额定电流(kA)（6）动稳定校验：ies≥ish或2I1NKes≥ish式中：ies、Kes―电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数。（6.17）6.5避雷器的选择（1）避雷器的作用是用来限制作用于设备上的过电压，以保护电器设备的，避雷器的类型主要有保护间隔，阀形避雷器和氧化锌避雷器等几种。（2）避雷器与被保护设备并联安装在保护设备附近，当电压超过一定值时，避雷器先放电，从而限制了被保护设备的过电压值。（3）阀型避雷器可分为普通型和磁吹型.普通型的阀型避雷器熄弧完全依靠间隙的自然熄弧能力,没有采用强迫熄弧措施．由于其阀片的热容量有限,不能持续较长时间内过电压时的冲击电流,故此类避雷器通常不用在内过电压下动作,目前这种避雷器只适用于220kv及以下操作系统中,作为限制大气过电压作用。（4）普通型有FS与FZ两种,FS型适用于配电系统,FZ型适用于变电所。6.6母线的选择6.6.1母线一般按下列各项选择和校验（1）母线材料、类型和布置方式；（2）导体截面；（3）电晕；（4）热稳定；（5）动稳定；（6）共振频率等。6.6.2母线材料、类型和布置方式常用导体材料有铜、铝和铝合金。因为铜价格高，因此只用在持续工作电流大且出线位置特别狭窄或对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所。因为铝价廉，一般采用铝或铝合金材料作为导体材料。常用的硬导体截面有矩形、槽形和管形。矩形导体散热条件较好，便于固定和连接，但集肤效应较大。为避免集肤效应系数过大，单条矩形截面最大不超过-29-沈阳工程学院毕业设计（论文）1250mm。当工作电流超过最大截面单条导体允许截流量时，可将2～4条矩形导4条并列一般避免。体并列使用，矩形导体一般只用于35kV及以下，电流在4000A及以下的配电装置中。槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数小，用于A的配电装置中。管形导体集肤效应系数小、机械强度高、管内可以通水或通风，因此，可用于8000A以上的大电流母线。此外，圆管表面光滑，电晕放电电压高，可用在110kV及以上的配电装置中。本设计选择选取矩形铝导体63×6.3。母线的布置方式分为水平布置和垂直布置两种方式。本设计选择水平布置方式。6.6.3母线截面的选择母线截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。(1)按导体长期发热允许电流选：Imax≤KIal（6.18）式中：Imax―导体所在回路中最大持续工作电流。Ial―在额定环境温度?o＝＋25oC时导体允许电流。K―修正系数，当导体允许最高温度为＋70oC和不计日照时：K＝θ?θal?θalo（6.19）式中：?al―导体长期发热允许最高温度。?o、?―导体额定环境温度和安装地点实际环境温度。(2)当年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20m以上的导体，按经济电流密度选择I（6.20）S?maxJ式中：Imax―正常工作时的最大持续工作电流。J―最大利用小时数Tmax，对应的经济电流密度。注意：本设计中采取长期发热允许电流方式来选取母线。6.6.4热稳定校验-30-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计Smin?kKfAh?Aw?1kKfC（mm2）（6.21）式中：Smin―导体最小截面积；（mm2）C――热稳定系数，查不同工作温度下裸导体的C值，C?Qk-―短路热效应；（A2.S）所选截面应大于等于Smin不同工作温度下裸导体的C值如下：表6.1不同工作温度下裸导体的C值工作温度（°c）硬铝及铝锰合金硬铜55931796091176658917470871717585169Ah?Aw。80831666.6.5动稳定校验?ph≤?al（6.22）式中：?ph―导体最大相间应力；（Mpa）?al―导体材料允许应力；（Mpa）注：硬铝允许应力为70Mpa，硬铜允许应力为40Mpa。M?ph?W（6.23）式中：M―导体所受的最大弯距；（N.m）W―导体对垂直于作用力言论自由轴的截面系数；（m3）M?fphL210（6.24）式中：fph―单位长度导体上的受相间电动力；（N.m）L―导体支柱绝缘子间的跨距；（m）l2fph?1.73?10?7isha（6.25）（6.26）bh2W?6式中：b―矩形导体厚度（mm）h―矩形导体宽度（mm）-31-沈阳工程学院毕业设计（论文）本设计根据选用的高压开关柜，所取距离a?250mm,L?840mm。6.7开关柜的选择一般由制造厂提供：（1)额定电压(2)额定电流(3)额定热稳定电流(4)额定动稳定电流(5)额定动稳定时间(6)分、合装置和辅助回路的额定操作电压(7)温升本设计选择JYN2-10(Z)型移动式金属封闭高压开关柜，它适用于交流50HZ，额定工作电压为3、6、10kV，额定工作电流为630-2500A的单母线电力系统中，作为接受和分配电能、保护变压器、高压电动机、电力电容器的投切。适用于300MW的发电厂，核电站等用电设备的户内配电设备。6.8电气设备的安放配置为了保证变电所的正常运行，需要在以下几个地方安放电气设备。(1)在连接桥上加装电压互感器，在桥断路器上加装电流互感器。(2)在母线侧加装电压互感器，在分段断路器上加装电流互感器。(3)在母线上还要加装电容器组以保证功率因数值。(4)变压器还要加装避雷器，保护变压器。-32-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计7配电装置设计7.1对配电装置的基本要求配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常运行情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此，配电装置应满足下述基本要求：（1）保证运行可靠性和防火性的要求；（2）保证工作人员的安全；（3）保证操作、维护、检修人员的方便；7.2配电装置的最小安全净距最小安全净距是指在这一距离下，无论在正常最高工作电压或出现内、外部过电压时，都不致使空气间隙被击穿。A1和A2值是根据过电压与绝缘配合计算，最小安全净距A类分为A1和A2，并根据间隙放电试验曲线来确定的，而B、C、D、E等类安全净距是在A值的基础上在考虑运行维护、设备移动、检修工具活动范围、施工误差等具体情况而确定的。它们的含义分别叙述如下：(1)A值A值分为两项，A1和A2A1―带电部分至接地部分之间的最小安全净距；A2―不同相的带电导体之间的最小安全净距；(2)B值B值分为两项，B1和B2B1―带电部分至栅状遮栏间的距离和可移动设备在移动中至带电裸导体间的距离，B1=A1+750（mm）式中750―考虑运行人员手臂误入网状遮栏时手臂的长度为750mm。设备移动时的摆动也不会大于此值。当导线垂直交叉且又要求不同时停电检修的情况下，检修人员在导线上下活动范围也为此值。B2―带电部分至网状遮栏间的电气净距，即B2=A1+30+70（mm）式中30―考虑在水平方向的施工误差为30mm；70―指运行人员手指误入网状遮栏时，手指长度不大于7mm。-33-沈阳工程学院毕业设计（论文）(3)C值C值为无遮栏裸导体至地面的垂直净距。保证人举手后，手与带电裸导体间的距离不小于A1值，即C=A1+（mm）；式中2300―运行人员举手后的总高度为2300mm；200―屋外配电装置在垂直方向上的施工误差，在积雪严重地区，还应考虑积雪的影响，此距离还应适当加大200mm。对屋内配电装置，可考虑施工误差，即C=A1+2300（mm）(4)D值D值为不同时停电检修的平行无遮栏裸导体之间的水平净距，即D1=A1+（mm）式中1800―考虑检修人员和工具的允许活动范围为1800mm；200―考虑屋外条件较差而取的裕度为200mm。对屋内配电装置不考虑此裕度，即D1=A1+1800（mm）(5)E值E值为屋内配电装置通向屋外的出线套管中心线至屋外道路面的距离。35KV及以下取E=4000mm；60KV及以上，E=A1+3500（mm），并取整数值。式中3500―人站在载重汽车厢中举手的高度为3500mm。7.3配电装置的设计原则及步骤7.3.1配电装置的设计原则在配电装置的具体设计中，应遵循《电力工业管理法规》、《高压配电装置设计技术规程》、《建筑设计防火规范》等有关规定，高压配电装置设计的一般原则：(1)节约用电；(2)运行安全和操作巡视方便；(3)便于检修和安装；(4)节约材料，降低造价。7.3.2配电装置设计的基本步骤(1)选择配电装置的型式。选择时应考虑配电装置的电压等级、电气设备的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素。(2)配电装置的型式的确定后，接着拟定配电装置的配电图。(3)按照所选电气设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照配电装置设计有关技术规程的规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘图配电装置平面图和断面图。-34-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计7.4屋内配电装置和屋外配电装置7.4.1屋内配电装置的型式和特点发电厂和变电站的屋内配电装置，按其布置型式，一般可以分为三层式、二层式和单层式。三层式是将所有电器依其轻重分别布置在各层中，具有安全、可靠性高，占地面积少等特点，但结构复杂，施工时间长，造价较高，检修和运行维护不大方便，目前已较少采用。二层式是将断路器和电抗器布置在第一层，将母线、母线隔离开关等较轻设备布置在第二层。与三层式相比，它的造价较低，运行维护和检修方便，但占地面积有所增加。三层式和二层式均用于出线有电抗器的情况。单层式占地面积较大，通常采用成套开关柜，以减少占地面积。7.5屋外配电装置的型式7.5.1隔离开关的配置（1）接在变压器引出线上或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。（2）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。（3）短路器两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器是隔离电流。（4）中性点直接接地的普通形变压器均宜配置隔离开关。7.5.2电压互感器的配置（1）电压互感器的数量和配置与主接线有关，应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。（2）60～220kV电压等级的每组主接线的三相应装电压互感器（3）当需监视和检测线路有无电压时，出线侧的一组上应装设电压互感。7.5.3电流互感器的配置（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动化的要求。（2）在未装设断路器的发电机和变压器中性点，应装设电流互感器。（3）对直接接地系统，一般按三相配置，对非直接接地系统依具体要求配置两相或三相。-35-沈阳工程学院毕业设计（论文）7.5.4避雷器的配置（1）对于35～60kV的配电装置，为防止雷击时引起反击闪落的可能，一般采用独立避雷针进行保护。如需要将避雷针装在架构上时，配电装置接地网的接地电阻，60kv配电装置为5?。（2）220kV及以下变压器到避雷针的电器距离越过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷针。下列情况下的变压器中性点应装设避雷针：1)中性点直接接地系统中，变压器中性点分级绝缘且有隔离开关时。2)不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点。3)110―220kV线路侧一般不装设避雷针。（3）安装避雷针的架构支柱应与配电装置接地网连接。在避雷针的支柱附近应设置辅助的集中接地装置，其接地电阻不应大于10?。由避雷针与配电装置接地网上的连接处起至变压器与接地网上的接线处止，沿接地线的距离不应小于15m。7.5.5断路器的配置（1）断路器有低式和高式两种布置。低式布置的断路器安装在0.5～1.0m的混凝土基础上，优点是检修方便、抗震性能好，但是低式布置必须设置围栏，会影响通道的畅通。所以我们可以采用高式布置，即将断路器安装在高约2.5m的混凝土基础上。基础高度应该满足：a.电气支柱绝缘子最低裙边的对地距离为2.5mb.电器之间的连线对地距离应该符合C值的要求。7.5.6电力变压器的配置《规程》规定主变压器与建筑物的距离不应小于1.25m。7.5.7母线及构架的配置（1）屋外配电装置的母线可以分为软母线和硬母线两种。而我们采用的钢芯铝绞线为软母线，三相可以呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在门形母线构架上。（2）屋外配电装置的构架：可以由钢或是钢筋混凝土制成。a.钢构架强度大，可以按照任何负荷和尺寸制造，便于固定设备，抗震能力强，运输方便，但是金属消耗量大，需要经常维修。b.钢筋混凝土构架可以节约大量钢材，经久耐用，维护简单。-36-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计c.以钢筋混凝土环形和镀锌钢梁组成的构架，兼有以上二者的优点，已经在我国220kV及其以下各种配电装置中广泛应用。因此，我们使用第三种构架。7.5.8道路的设置屋外配电装置适宜设置环形道路或具备回车条件的道路。道路路面的宽度一般为3.5m，转弯半径不小于7m。对于220kV的变电所可以设置为4～5m。7.6设备的安全距离60kV电压等级下，隔离开关与电流互感器之间的距离为2800mm，电流互感器与断路器之间的距离为2300mm,断路器与隔离开关之间的距离为2500mm。-37-沈阳工程学院毕业设计（论文）8继电保护的配置8.1继电保护的基本知识在变电所的设计和运行中，应当考虑到电力系统发生故障和不正常运行的可能性，如设备的相间短路、对地短路及过负荷等故障。为了保证对用户的可靠供电，防止电气设备的损坏及事故扩大，应尽快地将故障切除。这个任务靠运行人员进行手动操作控制是无法实现的，必须由继电保护装置自动地、迅速地、有选择性地将故障设备切除，而当不正常运行情况时，要自动地发出信号以便及时处理，这就是继电保护的任务。8.2输电线路的保护配置10~35kV中性点非直接接地电网中，输电线路的相间短路保护必须动作于断路器跳闸。单相接地时，由于故障点的接地电流很小（因而该电网又称为小电流接地系统），三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷供电没有影响，因此，在一般情况下允许再继续运行1~2h，而不必立即跳闸，这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。但是在单相接地以后，其他两相对地电压要升高倍。10~35kV中性点非直接接地电网，其输电线路应针对相间短路和单相接地故障配置相应的保护装置。8.2.1相间短路保护的配置对双侧电源线路，一般装设带或不带方向元件的阶段式电流电压保护。当电流电压保护不能满足灵敏性要求时，可采用简化的距离保护。对短线路（＜4km），当采用电压电流保护不能满足选择性、灵敏性和速动性要求时宜采用纵联差动保护作为主保护，以带方向或不带方向的电流保护作为后备保护。8.2.2过负荷保护的配置对可能时常出现过负荷的电缆线路，或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保护。保护宜带时限动作与信号，必要时可动作于跳闸。8.2.3单相接地保护由于中性点非直接接地系统发生单相接地故障时电气量的特殊性，对单相接地故障可采用无选择性的绝缘检视信号装置或有选择性的小电流接地信号装置。-38-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计另外，根据人身和设备安全的要求，必要时应装设动作于跳闸的单线接地保护。8.2.4输电线路的保护配置结果待设计变电站60KV和10KV侧的线路相间短路保护应配置三段式电流保护；单相接地保护应配置绝缘监视信号装置。输电线路保护配置如表8.2.4所示：表8.1输电线路保护配置结果表：60KV进线相间短路保护单相接地保护三段式电流保护绝缘监视信号装置10KV出线三段式电流保护绝缘监视信号装置8.3变压器的保护变压器的保护分为电量保护和非电量保护。反应变压器故障的保护动作于跳闸，反应变压器不正常工作状态的保护动作于发信号。对于上述故障和不正常工作状态，变压器应装设如下保护：(1)气体保护。反应油箱故障和油面降低。(2)纵差保护或电流速断保护。反应变压器绕组和引出线的相间短路、中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路。纵差保护适用于以下场合：1)容量为6.3MVA及以上并列运行的变压器和容量为6.3MVA及以上的发电厂厂用变压器及工业企业中的重要变压器。2)容量为10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器。3)容量为2MVA及以上的变压器，当采用电流速断保护灵敏度不满足要求时，应采用纵差保护。(3)相间短路后备保护。反应外部相间短路引起的过电流和作为气体保护、纵差保护或电流速断保护的后备保护。例如：过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序过电流保护等。(4)零序保护。用于反应变压器高压侧（或中压侧），以及外部元件的接地短路。变压器中性点直接接地运行，应装设零序电流保护；变压器中性点可能接地或不接地运行时，应装设零序过电流、电压保护。(5)过负荷保护。反应变压器过负荷。(6)过励磁保护。反应500kV及以上变压器过励磁。待设计变电站主变压器的保护配置如下：主保护：瓦斯保护和纵联差动保护相间后备保护：过电流保护和复合电压启动的过流保护接地短路保护：零序电流保护-39-沈阳工程学院毕业设计（论文）其他保护：过负荷保护所用变的保护配置与主变压器基本相同。由于所用变的容量较小，其住保护为瓦斯保护和电流速断保护。变压器的保护如表8.3所示：表8.2变压器的保护配置结果表主变主保护相间后备保护接地后备保护其他保护瓦斯、纵联差动复合电压启动过电流零序过电流、电压过负荷、过励磁保护所用变瓦斯、电流速断保护复合电压过电流零序过电流、电压过负荷保护-40-辽通地区60kV变电所电气工程部分的初步设计辽通地区60KV变电所继电保护图图8.1
变电所继电保护-41-沈阳工程学院毕业设计（论文）9防雷保护设计9.1避雷针的位置电压为110kV以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装