真正自己的论文
初三 散文 32767字 88人浏览 小野峰

东北农业大学学士学位论文 学号: A07050236 60kV 常规变电站设计 学生姓名:赵振阳 指导教师:任艳杰教授 所在院系:工程学院电气工程系 所学专业:农业电气化与自动化 研究方向:地方电力系统及其自动化 东 北 农 业 大 学 中国·哈尔滨 2013 年 6 月 Northeast Agriculture University Bachelor Degree Dissertation Student No.:A07050236

Conventional 60kV Substation Design Name: Tutor : Department : Major : Direction : Zhao zhen yang Prof. RenYanJie Electrical Engineering Department of Engineering Academy Agricultural Election and Automation Regional Power System and Its Automation Northeast Agricultural University Harbin·China June, 2009 60kV 常规变电站设计 摘要电力系统是国民经济的重要能源部门,而变电站的设计是电力工业建设中必不可少 的一个项目。本次设计题目为 60kV 常规变电站设计。适用于重要城镇变电站及一般城 镇(农村)变电站。通过技术和经济比较,现采用下列方案: (1)内设两台双绕组变压器,电压等级为 60/10。

(2)60 千伏进线两回,主变两台,采用内桥接线方式。 (3)10 千伏出线 10 回,采用单母线分段接线方式。 (4)本工程初步设计内容包括变电站电气设计。 本变电站高压侧设备置于户外,低压侧设备集中布置于控制室内。主变压器采用 SZ9-20000/63 型变压器,高压侧断路器选用 LW6-60 型,负荷隔离开关选用 GW4-60 型。 10 千伏侧断路器选用 ZN28-10 型,高压侧电流互感器选用 LCWB6-60 型,低压侧电流互 感器选用 LA-10 型, 高压侧电压互感器选用 JCC2-60 型, 低压侧电压互感器选用 JDZJ-10 型,负荷隔离开关选用 GN19-10 型,避雷器则采用 HY5WS2-16.5/50。 主变采用瓦斯保护、纵联差动保护、过电流保护及过负荷保护,主变低压侧断路器 采用限时电流速断保护和过电流保护,出线路采用电流速断和过电流两种保护,此外还 设置了蓄电池直流操作电源,灯光监视的断路器控制及绝缘监察装置。 所选的装置均符合变电站的需要而且经济适用,灵活方便。 关键词 关键 词 : 60kV ;变电站;一次系统;二次系统 -I- 60kV 常规变电站设计 Conventional 60kV Substation Design Abstract Power system is an important energy sector in the national economy, and the electricity substation was designed in the building industry essential to a project. The topic of design is the 60 kV substation conventional design, applying to the major urban substation and the general urban (rural) substation. Through technical and economic, are the following options: (1)Features two pairs of winding transformers, voltage levels is 60/10. (2) 60-kilovolt line into has two backs, two main transformers, a bridge in connection mode. (3) 10 kilovolt Chuxian has 10 backs, using single sub-bus connection mode. (4) Preliminary design of the project includes electrical substation design. The high-voltage substation equipment lies at the side of outdoor, low-voltage equipment is on the side layout in the control room. Main transformer uses SZ9-20000/63 type transformers. High voltage circuit breakers option side-LW6-60. Disconnectors option GW4-60 type. 10-kilovolt circuit breakers option side ZN28A-10 type. Capacitors option BGF10.5-100-1W type. High side current transformer options LCWB6-60 type, and low-side current transformer options LA-10 type. High voltage Transformer-type selects JCC2-60, and low voltage Transformer-type selects JDZJ-10. Disconnectors options GN19-10 type. Arrester uses HY5WS2-16.5/50. A gas main transformer is protected, if the differential protection, overcurrent protection and overload protection, low-voltage transformer side of a circuit breaker current speed limit fault protection and over-current protection, using of lines to speed off and the current two current protection, in addition to DC also set up a battery operated power supply and lighting control surveillance of circuit breakers, and insulation monitoring devices installed. Selected devices are in line with the needs and economic substation apply flexible. Keywords: 60 kV , Substation system , A system , Secondary system. -II- 60kV 常规变电站设计 目录摘

要............................................................................................................................................. I Abstract ...................................................................................................................................... II

1 前言 ........................................................................................................................................ 1

1.1 提出问题 ..................................................................................................................... 1 1.2 变电站设计的基本要求 ............................................................................................. 1 1.3 变电站设计的设想 ..................................................................................................... 1 2 负荷统计及计算 .................................................................................................................... 2 2.1 负荷统计列表 ............................................................................................................. 2 2.2 负荷计算 ..................................................................................................................... 2 3 主变压器的确定 .................................................................................................................... 3 3.1 主变压器台数的确定 ................................................................................................. 3 3.2 调压方式的确定 ......................................................................................................... 3 3.3 主变压器容量的确定 ................................................................................................. 3 3.3.1 计算负荷 .......................................................................................................... 3 3.3.2 主变容量的选择 .............................................................................................. 3 4 电气主接线设计及方案的确定 ............................................................................................ 5 4.1 主接线的设计原则 ..................................................................................................... 5 4.2 主接线的设计要求 ..................................................................................................... 5 4.3 拟定主接线方案 ......................................................................................................... 5 方案 II 4.4 主接线方案的确定 ........................................................................................ 9 5 短路电流计算 ...................................................................................................................... 10 5.1 短路电流计算的目的 ............................................................................................... 10 5.2 短路电流计算的一般规定 ....................................................................................... 10 5.3 短路电流计算 ........................................................................................................... 10 5.3.1 短路点的确定 ................................................................................................ 10 5.3.2 参数的计算 .....................................................................................................11 5.3.3 短路电流的计算 ............................................................................................ 12 6 设备的选择与校验 .............................................................................................................. 15 6.1 设备选择的原则和规定 ........................................................................................... 15 6.1.1 一般原则 ........................................................................................................ 15 6.1.2 有关规定 ........................................................................................................ 15 6.2 导线的选择和检验 ................................................................................................... 16 6.2.1 导线的选择 .................................................................................................... 16 6.2.2 电力电缆的选择 ............................................................................................ 18 6.2.3 导线的校验 .................................................................................................... 19 6.2.4 电力电缆的校验 ............................................................................................ 19 -III- 60kV 常规变电站设计

6.3 断路器的选择和校验 ............................................................................................... 20 6.3.1 断路器选择的技术条件 ................................................................................ 20 6.3.2 断路器型式和种类的选择 ............................................................................ 21 6.3.3 断路器的选择和校验 .................................................................................... 21 6.4 隔离开关的选择和校验 ........................................................................................... 23 6.5 互感器的选择及校验 ............................................................................................... 25 6.5.1 电压互感器的选择 ........................................................................................ 25 6.5.2 电流互感器的选择 ........................................................................................ 26 6.5.3 电流互感器的校

验 ........................................................................................ 26 6.6 避雷器的选择及校验 ............................................................................................... 28 6.6.1 型式 ................................................................................................................ 28 6.6.2 灭弧电压 ........................................................................................................ 28 6.6.3 工频放电电压 Ugf ......................................................................................... 28 6.6.4 避雷器冲击残压 ............................................................................................ 28 6.7 绝缘子和穿墙套管的选择及校验 ........................................................................... 29 6.7.1 60kV 侧绝缘子的选择及校验 ....................................................................... 29 6.7.2 10kV 侧绝缘子的选择及校验 ....................................................................... 30 6.7.3 穿墙套管的选择及校验 ................................................................................ 30 7 二次接线 .............................................................................................................................. 32 7.1 断路器的控制和信号回路 ....................................................................................... 32 7.2 直流系统 ................................................................................................................... 32 7.2.1 蓄电池数目的确定 ........................................................................................ 33 7.2.2 蓄电池直流系统接线图 ................................................................................ 33 7.3 绝缘监察装置 ........................................................................................................... 34 7.4 母线绝缘监察装置 ................................................................................................... 34 8 继电保护 .............................................................................................................................. 35 8.1 电力变压器的保护 ................................................................................................... 35 8.1.1 变压器的瓦斯保护 ........................................................................................ 35 8.1.2 变压器过电流保护 ........................................................................................ 36 8.1.3 变压器的纵联差动保护 ................................................................................ 37 8.1.4 变压器的过负荷保护 .................................................................................... 39 8.2 10kV 线路保护 .......................................................................................................... 40 8.2.1 10kV 线路保护的设计原则 ........................................................................... 40 8.2.2 线路保护的方案图 ........................................................................................ 40 8.2.3 10kV 线路保护设计方案 ............................................................................... 41 8.2.4 出线路整定计算 ............................................................................................ 43 8.2.5 自动重合闸装置 ............................................................................................ 44 8.2.6 电力电容器的保护 ........................................................................................ 45 -IV- 60kV 常规变电站设计 9

配电装置设计 ...................................................................................................................... 47

9.1 配电装置的设计要求 ............................................................................................... 47 9.1.1 配电装置应满足的基本要求 ........................................................................ 47 9.1.2 配电装置的安全净距 .................................................................................... 47 9.2 配电装置的选型、布置 ........................................................................................... 48 9.2.1 屋外配电装置选择 ........................................................................................ 48 9.2.2 10kV 屋内配电装置选择 ............................................................................... 48 9.2.3 高压电瓷的选择 ............................................................................................ 48 10 防雷及接地系统设计 ........................................................................................................ 51 10.1 防雷系统 ................................................................................................................. 51 10.1.1 hx=11m 的保护范围 ..................................................................................... 51 10.1.2 hx=7m 的保护范围....................................................................................... 53 10.2 变电站侵入波的保护 ............................................................................................. 53 10.3 变电站接地装置 ..................................................................................................... 54 11 变电站总体布

置 ................................................................................................................ 55 11.1 总体规划 ................................................................................................................. 55 11.2 总平面布置 ............................................................................................................. 55 11.2.1 总平面布置的主要内容 .............................................................................. 55 11.2.2 总平面布置的基本原则 .............................................................................. 55 12 结论 .................................................................................................................................... 57 12.1 内容 ......................................................................................................................... 57 12.2 完成的设计图纸 ..................................................................................................... 57 附图.......................................................................................................................................... 58 参

考文献 .................................................................................................................................. 61

致谢.......................................................................................................................................... 62 -V- 60kV 常规变电站设计 1 前言 1.1 提出问题随着城市建设的不断发展,用户对用电的可靠性要求越来越高,加上土地资源日趋 紧张,征地和拆迁费用相当昂贵,这就要求变电站设计适应时代的要求,减少占地面积、 接线简单化、布置室内化、选用高质量、高可靠性的设备成为 60kV 变电站设计的发展 方向。如果需要,变电站还可以按照无人值班的模式进行设计,自动化系统采用分散与 集中相结合的方式,对于 60kV 线路及主变压器部分的监控和保护设备按单元组屏布置 在二次室内,对于 10kV 采用分散布置的方式,其监控、保护、测量、信号装置均安装 在 10kV 开关柜上,在 10kV 配电装置与二次室之间设总线,与监控装置相连接。 1.2 变电站设计的基本要求变电站设计应采用集约化管理的思想,统一建设标准,发挥规模效益,提高工作效 率,降低建设和运营成本。这种全新的设计方法和理念,使电网工程的设计方式从 “量 体裁衣”式改变为“成衣定制”式的标准化设计方式,从而突出了设计重点,加快了设 计进度,满足了大规模电网建设的需要。 60kV 变电站的设计要满足集约化管理,统一建设标准,统一设备规范;方便设备招 标,方便运行维护;加快设计、评审进度,提高工作效率;降低变电站建设和运行成本。 60kV 变电站设计的原则是:安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、 运行高 效,努力做到统一性与可靠性、先进性、经济性、适应性、灵活性、时效性和和谐性的 协调统一。 1.3 变电站设计的设想本文变电站设计拟采用模块化设计,以提高典型设计方案的适应性和灵活性。模块 设计中各电压等级配电装置、主变压器、无功补偿装置、站用电、主控楼等,是开展典 型设计工作的“基本模块” ;对于“基本模块”中的规模,如各电压等级的出线回路、无 功补偿组数及容量大小、主变压器台数及容量等,是模块设计工作的“子模块” 。 采用了模块化设计手段,能够很好地适应实际工程不同的电网条件、地理条件、气 候条件、环境条件、经济条件、出线走廊条件以及变电站的建设规模、配电装置型式, 具有广泛的适用性,能够满足工程建设的需要。模块化设计划分合理,接口灵活方便, 组合方案多样,便于概算调整,具有很好的灵活性,具体工程设计时使用方便。 -1- 60kV 常规变电站设计 2 负荷统计及计算 2.1 负荷统计列表表 2-1 负荷统计表 线路名称 A B C D E F G H I J 配电容量 (kV A ) 3300 3200 3100 3200 3500 3300 3200 3000 3100 3400 需用系数 0.7 0.8 0.75 0.6 0.8 0.65 0.7 0.75 0.6 0.8 负荷级别 3 3 2 3 3 2 2 3 3 2 供电距离(kM ) 10 12 8 7 10 15 25 10 15 10 2.2 负荷计算采用需用系数法求各用户的计算负荷 S jsi = K xi ? S ei (2-1) K xi ——各用户需用系数 Sjs1=0.7*3300=2310kVA Sjs2=0.8*3200=2560kVA Sjs3=0.75*3100=2325kVA Sjs4=0.6*3200=1920kVA Sjs5=0.8*3500=2800kVA Sjs6=0.65*3300=2145kVA Sjs7=0.7*3200=2240kVA Sjs8=0.75*3000=2250kVA Sjs9=0.6*3100=1860kVA S j s 10=0. 8*3400=2720k V A S e i ——各用户额定容量 Sjs.i=Sjs1+Sjs2+Sjs3+Sjs4+Sjs5+Sjs6+Sjs7+Sjs8+Sjs9+Sjs10=23130(kV A ) -2- 60kV 常规

变电站设计 3 主变压器的确定 3.1 主变压器台数的确定根据本变电站负荷中有两类负荷的特点,为了保证供电的可靠性,变电站一般装设 两台主变压器。 3.2 调压方式的确定据设计任务书中:系统 60kV 母线电压满足常调压要求,且为了保证供电质量,电 压必须维持在允许范围内,保持电压的稳定,所以应选择有载调压变压器。 3.3 主变压器容量的确定主变压器容量一般按变电站建成后 5-10 年的规划负荷选择, 亦要根据变电站所带负 荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。 3.3.1 计算负荷 S js = Kt ∑ S jsi (1 + x% ) i ?1 10 (3-1) Kt ------同时系数 , 0.9 x% -----线损率,6% S js = 1.9 × 23130 × (1 + 6%) = 22066.02kVA 最大计算负荷 S jszd = S js e mn (3-2) m -----年均负荷增长率,8% n -----年数(本设计取 n=5) S jszd = 22066.02 × e5×8% = 32918.63kVA 3.3.2 主变容量的选择对装设两台主变压器的变电站,每台变压器容量应按下式选择:Sn=0.6P m 。因对一 -3- 60kV 常规变电站设计 般性变电站,当一台主变压器停运时,其余变压器容量应能保证 70-80%负荷的供电,考 虑变压器的事故过负荷能力 40%。 由于一般电网变电站大约有 25%为非重要负荷, 因此, 采用 Sn=0.6 P m 确定主变是可行的。 Se ≥ 0.6 × S jszd = 0.6 × 32918.63 = 19751.18kVA (3-3) 故应取标准容量 Se = 20000kVA 根据以上条件,查手册选择主变的类型为 SZ9 -20000/63 型双绕组有载调压变压器。表 3-1 SZ 9-20000/63 型电力变压器参数 型号 SZ9-20000/63 额定容量 (kVA) 20000 额定电压 (kV) 63 6.3 损耗(kW) 56.0 16.5 空载电流(%) 1.1 阻抗电压 (%) 9.0 -4- 60kV 常规变电站设计 4 电气主接线设计及方案的确定变电站电气主接线是电力系统接线组成的一个重要部分。主接线的确定,对电力系 统的安全、灵活、稳定、经济运行以及变电站电气设备的选择、配电装置的布置等将会 产生直接的影响。 4.1 主接线的设计原则在进行主接线方式设计时,应考虑以下几点: (1)变电站在系统中的地位和作用。 (2)近期和远期的发展规模。 (3)负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。 (4)主变压器台数对主接线的影响。 (5)备用容量的有无和大小对主接线的影响。 4.2 主接线的设计要求 (1) 可靠性: 1) 断路器检修时, 能否不影响供电。 2) 线路、断路器、母线故障和检修时,停运线路的回数和时间的长短,以及能否保 证对重要用户的供电。 3) 变电站全部停电的可能性。

4) 满足对用户的供电可靠性指标的要求。 (2) 灵活性: 1) 调度要求:可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷,能够满足系 统在事故运行方式下、检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。 2) 检修要求:可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修,且不 影响对用户的供电。 3) 扩建要求:应留有发展余地,便于扩建。

(3) 经济性: 1) 投资省;2) 占地面积小;3) 电能损失小。 4.3 拟定主接线方案主接线的基本形式,概括地可分为两大类: (1) 有汇流母线的接线形式:单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁 路母线或旁路隔离开关。 -5- 60kV 常规变电站设计 (2) 无汇流母线的接线形式:变压器—线路单元接线、桥形接线、角形接线等。 接下来对以上几种接线方式的优、缺点及适用范围简单论述一下,看看是否符合原 始资料的要求。 (1) 单母线接线。 优点:接线简单清晰,设备少,投资省,运行操作方便,且便于扩建。 缺点:可靠性及灵活性差。 适用范围: 只有一台主变压器, 10kV 出线不超过 5 回, 35kV 出线不超过 3 回, 110kV 出线不超过 2 回。 (2) 单母线分段接线。 优点: 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) 当一段母线故障时, 分段断路器自动将故障段切除, 保证正常段母线不间断供电。 缺点: 1) 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该母线的回路都要在检修期间停电。 2) 当出线为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越。 3) 扩建时需两个方面均衡扩建。 适用范围: 适用于 6-10kV 配电装置出线 6 回及以下, 35-60kV 配电装置出线 4-8 回, 110-220kV 配电装置少于 4 回时。 (3) 双母线分段接线。 由于当进出线总数超过 12 回及以上时, 方在一组母线上设分段断路器, 根据原始资 料提供的数据,此种接线方式过于复杂,故

不作考虑。 (4) 双母线接线。 优点:供电可靠,调度灵活,扩建方便,便于检修和试验。 缺点:使用设备多,特别是隔离开关,配电装置复杂,投资较多,且操作复杂容易 发生误操作。 适用范围:出线带电抗器的 6-10kV 出线,35-60kV 配电装置出线超过 8 回或连接电 源较多,负荷较大时,110kV-220kV 出线超过 5 回时。 (5) 增设旁路母线的接线。 由于 6-10kV 配电装置供电负荷小,供电距离短,且一般可在网络中取得备用电源, 故一般不设旁路母线;35-60kV 配电装置,多为重要用户,为双回路供电,有机会停电 检修断路器,所以一般也不设旁路母线;采用单母线分段式或双母线的 110-220kV 配电 装置一般设置旁路母线,设置旁路母线后,每条出线或主变间隔均装设旁路隔离开关, 这样一来,检修任何断路器都不会影响供电,将会大幅度提高供电可靠性。 优点:可靠性和灵活性高,供电可靠。 缺点:接线较为复杂,且操作复杂,投资较多。 适用范围: 1) 出线回路多, 断路器停电检修机会多; -6- 60kV 常规变电站设计 2) 多数线路为向用户单供,不允许停电,及接线条件不允许断路器停电检修时。 (6) 变压器—线路单元接线。 优点:接线简单,设备少,操作简单。 缺点:线路故障或检修时,变压器必须停运;变压器故障或检修时,线路必须停运。 适用范围:只有一台变压器和一回线路时。 (7) 桥形接线:分为内桥和外桥两种。 1) 内桥接线:连接桥断路器接在线路断路器的内侧。 优点:高压断路器数量少,四回路只需三台断路器,线路的投入和切除比较方便。 缺点: ① 变压器的投入和切除较复杂,需动作两台断路器,影响一回线路暂时停运; ② 出线断路器检修时,线路需长时间停运; ③ 连接桥断路器检修时,两个回路需解列运行。 适用范围:容量较小的变电站,并且变压器容量不经常切换或线路较长,故障率较 高的情况。 2) 外桥接线:连接桥断路器接在线路断路器的外侧。 优点:设备少,且变压器的投入和切除比较方便。 缺点: ①线路的投入和切除较复杂,需动作两台断路器,且影响一台变压器暂时停运; ②变压器侧断路器检修时,变压器需较长时间停运; ③连接桥断路器检修时,两个回路需解列运行。 适用范围:容量较小的变电站,并且变压器的切换较频繁或线路较短,故障率较低 的情况,当电网中有穿越功率经过变电站时,也可采用此种接线。 (8) 角形接线:由于保证接线运行的可靠性,以采用 3-5 角为宜。 优点: ①投资少,断路器数等于回路数; ②在接线的任一段发生故障时,只需切除这一段及其相连接的元件,对系统影响较 小; ③接线成闭合环形,运行时可靠、灵活; ④每回路都与两台断路器相连接,检修任一台断路器时都不致中断供电; ⑤占地面积小。 缺点:在开环、闭环两种运行状态时,各支流通过的电流差别很大,使电器选择困 难,并使继电保护复杂化,且不便于扩建。 适用范围:出线为 3-5 回且最终规模较明确的 110kV 以上的配电装置中。 综上所述八种接线形式的优缺点,结合原始资料所给定的条件进行分析,拟定主接 线方案。 原始资料: 变电站类型:降压变电站 电压等级:60kV/10kV -7- 60kV 常规变电站设计 出线情况:60kV 出线两回,10kV 出线 10 回 负荷性质:重要城镇及一般城镇(农村)生活用电 结合原始资料所提供的数据,权衡各种接线方式的优缺点,将各电压等级适用的主 接线方式列出: (1)60kV 只有两回出线,且作为降压变电站,60kV 侧无交换潮流,两回线路都可向 变电站供电,亦可一回向变电站供电,另一回作为备用电源。所以,从可靠性和经济性 来定,60kV 部分适用的接线方式为内桥接线和单母线分段两种。 (2)10kV 部分定为单母线分段。 这样,拟定两种主接线方案: 方案 I :60kV 采用内桥接线,10kV 为单母线分段接线。 方案 I 方案 II :60kV 采用单母线分段接线,10kV 为单母线分段接线。 方案 II -8- 60kV 常规变电站设计 方案II 4.4 主接线方案的确定对方案 I 、方案 II 的综合比较列表,对应比较一下它们的可靠性、灵活性和经济性, 如表 4-1,从中选择一个最终方案(因 10kV 侧两方案相同,不做比较)表 4-1 方案 I 、方案 II 的综合比较列表 方案项目 方案 I ① 简单清晰,设备少 ② 任一主变或 60kV 线路停运时, 均不 影响其它回路停运 ③ 各电压等级有可能出现全部

停电的 概率不大 ④ 操作简便,误操作的机率小 ① 运行方式简单,调度灵活性强 ② 便于扩建和发展 方案 II ① 简单清晰,设备多 ② 任一主变或 60kV 线路停运 时,均不影响其它回路停运 ③ 全部停电的概率很小 ④ 操作相对简便,误操作的机 率大 ① 运行方式复杂,操作烦琐 ② 便于扩建和发展 可 靠 性 灵 活 性 经 济 性 高压断路器少,投资相对少 设备投资比第 I 方案相对多 通过以上比较,经济性上第 I 方案远优于第 II 方案,在可靠性上第 II 方案优于第 I 方案,灵活性上第 II 方案不如第 I 方案 该变电站为降压变电站,60kV 母线无穿越功率,选用内桥要优于单母线分段接线。 又因为 10kV 负荷为工农业生产及城乡生活用电,在供电可靠性方面要求不是太高,即 便是有要求高的,现在 10kV 全为 SF6 或真空断路器,停电检修的几率极小,再加上电 网越来越完善,N+1 方案的推行、双电源供电方案的实施,第 I 方案在可靠性上完全可 以满足要求,第 II 方案增加的投资有些没必要。 经综合分析, 决定选第 II 方案为最终方案, 60kV 系统采用单母线分段接线、 即 10kV 系统为单母线分段接线。 -9- 60kV 常规变电站设计 5 短路电流计算 5.1 短路电流计算的目的(1)在选择电气主接线时,为了比较各种接线方案,或确定某一接线是否需要采取 限制短路电流的措施等,需要进行必要的短路电流计算。 (2) 在选择电气设备时, 为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工 作,同时又力求节约资金,需要全面的短路电流计算。 (3) 在设计屋外高压配电装置时, 需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全 距离。 (4)设计接地装置时,需用短路电流。 (5)在选择继电保护和整定计算时,需以各种短路时的短路电流为依据。 5.2 短路电流计算的一般规定(1)计算的基本情况 1)系统中所有电源均在额定负荷下运行。 2)短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 3)所有电源的电动势相位角相同。 4)应考虑对短路电流值有影响的所有元件。 (2)接线方式 计算短路电流时所用的接线方式,应是最大运行方式,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 按该设计规划容量计算。 (4)短路种类 均按三相短路计算。

(5)短路计算点 在正常运行方式时,通过电气设备的短路电流为最大接地点。 5.3 短路电流计算 5.3.1 短路点的确定短路点应选在电气主接线上,在最大运行方式下发生短路的短路电流。 短路点的确定如图 5-1 所示(由于主接线两侧对称,故计算一侧短路电流) : -10- 60kV 常规变电站设计 图 5-1 短路点确定 5.3.2 参数的计算(1)系统阻抗标幺值 系统最大运行方式下: 系统最小运行方式下: X min = 0.4 X max = 0.6 (5-1) 电源进线阻抗标幺值为: XL=0.4×40×100/632=0.403 变压器阻抗标幺值为 X *B = U d % S j 5.5 100 × = × = 2.75 100 S eb 100 2 (5-2) (5-3) X B = X * B × 0.5 = 2.75 × 0.5 = 1.375 (2)10kV 出线阻抗标幺值的计算 X l 2* SB 100 ×106 = X L 2 = 10 × 0.4 × =

3.63 10.52 ×106 UB -11- 60kV 常规变电站设计 X l 2* = X L X l 3* = X L SB 100 ×106 = 12 × 0.4 × = 4.35 2 UB 10.52 ×106 SB 100 ×106 = 8 × 0.4 × = 2.9 2 UB 10.52 ×106 X l 4* SB 100 × 106 = X L 2 = 7 × 0.4 × = 2.54 UB 10.52 × 106 SB 100 × 106 = 10 × 0.4 × = 3.63 2 UB 10.52 ×106 X l 5* = X L 5.3.3 短路电流的计算(1)f1 点短路 I d 1max* = 1 1 = = 1.245 X min + X L* 0.4 + 0.403 SB 100 = 1.245 × = 1.141 3 × 63 3 × 63 ( ) I d 1max = I d 1max* ? 3 ( ) I d 1max = 2 3 ( 3) × I d 1max = 0.988 2 ( I ch1 = 1.51I d3) = 1.723 1max ( ich1 = 2.55I d3) = 2.909 1max I d 1min* = 1 1 = = 0.997 X max + X L* 0.6 + 0.403 SB 100 = 0.997 × = 0.914 3 × 63 3 × 63 ( ) I d 1min = I d 1min* ? 3 ( ) I d 1min = 2 3 ( 3) × I d 1min = 0.791 2 ( I ch1 = 1.51I d3) = 1.38 1min ( ich1 = 2.55I d3)mix = 2.331 1 (2)f2 点短路 -12- 60kV 常规变电站设计 I d 2max* = 1 1 = = 0.281 X min + X L* + X B* 0.4 + 0.403 + 2.75 ( ) I d32max = I d 2 max* ? SB 100 = 0.281× = 1.545 3 × 10.5 3 × 10.5 ( ) I d 2max = 2 3 ( 3) × I d 2 max = 1.338 2 K lm = I d min (2) 0.59 × 103 = = 1.95 > 1.5 I dz ''' 302 ( ich 2 = 2.55 I d32)max = 3.412 I d 2min* = 1 1 = = 0.266 X max + X L* + X B* 0.6 + 0.403

+ 2.75 SB 100 = 0.266 × = 1.463 3 × 10.5 3 × 10.5 ( ) I d 2min = I d 2 min* ? 3 ( ) I d 2min = 2 3 ( 3) × I d 2 min = 1.267 2 ( I ch 2 = 1.51I d32)min = 2.209 ( ) ich 2 = 2.55I d32min = 3.731 (3)f3 点短路 I d 3max* = = 0.139 X min 1 1 = + X L* + X B* + X L1* 0.4 + 0.403 + 2.75 + 3.63 ( ) I d 3max = I d 3max* ? 3 SB 100 = 0.139 × = 0.764 3 × 10.5 3 × 10.5 ( ) I d 3max = 2 3 ( 3) × I d 3max = 0.662 2 ( ) I ch 3 = 1.51I d33max = 1.154 ( ich 3 = 2.55I d3) = 1.948 3max -13- 60kV 常规变电站设计 I d 3min* = = 0.135 X max 1 1 = + X L* + X B* + X L1* 0.6 + 0.403 + 2.75 + 3.63 ( ) I d33min = I d 3min* ? SB 100 = 0.135 × = 0.742 3 ×10.5 3 × 10.5 ( ) I d 3min = 2 3 ( 3) × I d 3min = 0.643 2 ( ) I ch 3 = 1.51I d33min = 1.120 ( ) ich 3 = 2.55I d33min = 1.892 同理,可计算出 f4 f5 计算结果如表 5-1 所示。 f6 f7 点的短路电流。 表 5-1 短路计算统计表 短路点 Id (kA) f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7

1.141 1.545 0.764 0.693 0.852 0.902 0.766 3 最大运行方式 Id2(kA) Ich(kA) 0.988 1.338 0.662 0.600 0.738 0.782 0.663 1.723 2.020 1.154 1.154 1.287 1.362 1.157 最小运行方式 Id (kA) Id2(kA) Ich(kA) 3 0.914 1.463 0.742 0.679 0.827 0.874 0.745 0.791 1.267 0.643 0.588 0.716 0.757 0.645 1.380 2.209 1.120 1.025 1.249 1.320 1.125 -14- 60kV 常规变电站设计 6 设备的选择与校验 6.1 设备选择的原则和规定导体和设备的选择设计,应做到技术先进,经济合理,安全可靠,运行方便和适当 的留有发展余地,以满足电力系统安全经济运行的需要。 6.1.1 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,考虑远景发展的需要。 (2)应力求技术先进和经济合理。 (3)选择导体时应尽量减少品种。 (4)应按当地环境条件校核。 (5)扩建工程应尽量使新老电器型号一致。 (6)选用的新产品,均应有可靠的实验数据,并经正式鉴定合格。 6.1.2 有关规定(1)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电流的情况下保持正常运 行。 1)长期工作条件 ①电压:选用的电器允许的最高工作电压 U max 不得低于该回路的最高运行电压,即 Umax >Ug ,当额定电压在 220kV 及以下时为 1.15UN 。表 6-1 额定电压与设备最高电压 受电设备或系统额定电压 10 60 供电设备额定电压 10.5 66 设备最高电压 11.5 69 ②电流:选用的电器额定电流 Ie 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 Ig ,即 Ie ≥Ig 。由于高压电器没有明显的过载能力,所以在选择其额定电流时, 应满足各种方式下回路持续工作电流。 ③机械负荷:所选电器端子的允许负荷,应大于电器引下线在正常运行和短路时的 最大作用力。 2)短路稳定条件 ①校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、 热稳定检验, 检验的短路电流, -15- 60kV 常规变电站设计 一般取三相短路时的短路电流。 ②短路的热稳定条件: I tT > Qdt 2 Qdt —在计算时间 tjs 秒内,短路电流的热效应(kA2.S ) I t —t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(kA ) T —设备允许通过的热稳定电流时间(S ) ③短路的动稳定条件 ich ≤ idf I ch ≤ I df ich —短路冲击电流峰值(kA ) idf —短路全电流有效值(kA ) I ch —电器允许的极限通过电流峰值(kA ) I df —电器允许的极限通过电流有效值(kA ) ④绝缘水平 在工作电压和过电压下,电气的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平, 应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水 平低于国家规定的标准数值时,应通过绝缘配合计算选用适当的电压保护设备。 (2)环境条件 选择导体和电阻时,应按当地环境条件校核。 原始资料提供环境条件如下: 年最高温度+30℃,最低气温-5℃,当地雷暴日数 30 日/年。 6.2 导线的选择和检验载流导体一般采用铝质材料比较经济, 60kV 高压配电装置一般采用软导线, 当负荷 电流较大时,应根据负荷电流选用较大截面的导线。矩形导线一般只用于 35kV 及以下, 电流在 4000A 及以下时;槽形导体一般用于 4000-8000A 的配电装置中;管形导体用于 8000A 以上的大电流母线。 6.2.1 导线的选择(1)按回路最大持续工作电流选择 -16- 60kV 常规变电站设计 I yx ≥ I g max 其中 I g max —

导体回路持续工作电流(A ) I yx —相应于导体在某一运行温度、环境条件下长期允许工作电流(A )若导体所处环境条件与规定载流量计算条件不同时, 载流量应乘以相应的修正系数。 (2)按经济电流密度选择 S j = I g max / j 其中 S j —按经济电流密度计算得到体截面( mm ) 2 j —经济电流密度( A / mm 2 )以下分别对各电压等级的导线进行计算选择。 60kV 系统: 由于连线与 60kV 进线所承受的电流相同, 60kV 所有连线与进线选择型号相同的 故 导线, 即 LGJ-300 型(长期允许载流量 770A>2×320A ) 。 10kV 系统: 进线:由于按主变额定容量计算太大,故按 10kV 侧 Pmax =25MW 计算,cos φ=0.85 I e = Pmax / 3U cos Φ = 25 × 103 / ( 3 × 10 × 0.85 = 1698.09 ( A ) ) I g max = 1.05I e = 1.05 × 1698.09 = 1782.99 ( A) 查《电力工程电气设计手册》第 337 页表,按最高允许温度为+70℃,当地环境温 度最高为+30℃,修正系数 k=0.94 所以导线的最大载流量 I g = I g max / k = 1782.99 / 0.94 = 1897 ( A) 查《电力工程电气设计手册》第 333 页表,得矩形导体 100×10 两条横放(长期允 许载流量 1946A ) 出线:10kV 出线按主变额定容量选择(按经济电流密度选择) 为 LMY-100 × 10 型。 I g = 63000 / (12 × 10 × 3) = 303.12 ( A) 架空线路: 由于 t=6000,查软导线经济电流密度表,得 j=0.95( A / mm ) 2 -17- 60kV 常规变电站设计 所以 S j = I g / j = 303.12 / 0.95 = 319 mm ( 2 ) 查表得 LGJ-300 型导线(长期允许最大载流量 770A) 因为按经济电流密度选择的导线载面,应尽量接近经济计算载面 S j ,当无合适规格 导体时,允许小于 S j 。 6.2.2 电力电缆的选择要求:电缆截面应满足持续允许电流、短路热稳定、允许电压降等要求,当最大负 荷利用小时 Tm>5000h 且长度超过 20m 时,还应按经济电流密度选取。 (1)按持续允许电流选择 计算公式 敷设在空气中和土壤中的电缆允许载流量按下式计算: kI yx ≥ I g I g :计算工作电流 I yx :电缆在标准敷设条件下的额定载流量 k :不同敷设条件下综合校正系数,对于土壤中单根敷设的电缆 k = kτ k3 查《电力工程电气设计手册》第 1001 页表,50℃时 k τ = 0.895 k3 = 1.09 ∴ I yx ≥ I g / k = 303.12 / ( 0.895 × 1.09 ) = 311( A ) 查 《电力工程电气设计手册》 934 页表, 选用 YJV-3×185 电力电缆(额定载流量 281 第 ×1.29=362.5 (A) (2)按持续经济电流密度选择 公式: S = I g / j I g :计算工作电流 j :经济电流密度 ( A / mm 2 )查《电力工程电气设计手册》第 942 页表 j = 0.93 -18- 60kV 常规变电站设计 S = 303.12 / 0.93 = 326 ( mm 2 ) 截面积太大, 故其工作电流按最大负荷计算 I g = 25 / 10 × 3 × 12 = 0.12 ( kA ) = 120 ( A ) S = 120 / 0.93 = 129 ( mm 2 ) 故仍选用 YJV-3×185 电力电缆。 ( ) 6.2.3 导线的校验短路热稳定校验 裸导线热稳定校验公式为 S > S min = I ∞ / C × tdz × k f ( ) 2 其中: S min —根据热稳定决定的导体最小允许载面( mm ) C —热稳定系数,查表得 C =87 tdz —短路电流等值时间 k f —集肤效应系数。软导线取 1,矩形母线取 1.2(双层) 60kV 侧: S min = 5980 / 87 × 4.45 = 145 mm 2 < 300 mm 2 ( ) ( ) ( ) 10kV 侧: S min = 32900 / 87 ×

4.2Q / k = 797.7 mm 2 < 2 × ( 80 × 8 ) mm 2 故热稳定校验合格。 ( ) 6.2.4 电力电缆的校验热稳定校验: 由于电缆芯线一般系多股胶线构成,截面在 400 mm 以下时,kS ≈1,满足电缆热稳 定的最小截面可简化。 2 S min ≈ ( Qt / C × 1000 ) C = 1 / η 4.2Q / k ρ 20α ln ?1 + α (θ m ? 20 ) ? / ?1 + α (θ p ? 20 ) ? × 10?2 ? ? ? ? { } θ p = θ 0 + (θ H ? θ 0 ) ( I g / I xu ) 2 式中 η —计及电缆芯线充填物热容量随温度变化以及绝缘散热影响的校正系数,对 于 3-6kV 厂用回路, η 取 0.93,35kV 及以上回路可取 1.0。 -19- 60kV 常规变电站设计 Qt —短路热效应(kA2/S) C —热稳定系数 Q —电缆芯单位体积的热容量,铝芯取 0.59 J/(cm3℃), 对铜芯取 0.81 J/(cm3℃) ; α —电缆芯在 20℃时的电阻温度系数,铝芯为 0.00403 J/(cm3℃); 铜芯为 0.00393 J/(cm3℃) ; ; k —20℃时电缆芯线的集肤效应系数,S ≤100mm2 的三芯电缆 k=1,对 YJV-3×185 电力电缆 k=1.008 ρ 20 —电缆芯在 20℃时的电阻系数,铝芯取 0.031× 10?4 ( ? cm 2 /

cm ) ;对铜芯取 0.0184 × 10?4 ( ? cm2 / cm ) θ m —电缆芯线在短路时的最高允许温度(℃) θ p —35kV 及以下电缆芯在短路前的实际运行温度(℃) θ0 —电缆敷设地点的环境温度(℃) θ H —电缆芯线在额定负荷下最高允许温度(℃) I g —电缆实际计算电流(A ) I xu —电缆长期允许工作电流(A )查《电力工程电气设计手册》第 937 页表,C=82 Qt=32.92×0.1=108.2 S min ≈ ( Qt / C × 1000 =126.8 mm 2 <185 mm 2 ) 故热稳定校验合格。 6.3 断路器的选择和校验 6.3.1 断路器选择的技术条件(1)电压: U N ≥ U g ( U g 为电网工作电压) (2)电流: I N ≥ I g max -20- 60kV 常规变电站设计 (3)开断电流(或开断容量) I dt ≤ I kd (或 S dt ≤ S kd ) : I dt —断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量 I kd —断路器额定开断电流 S dt —断路器额定 t 秒的开断容量 S kd —断路器额定开断容量(4)短路关合电流选择: iN ≥ ich (5)动稳定校验: imax > ich (6)热稳定校验: I 2 ∞ dz t ≤ I 2t t 6.3.2 断路器型式和种类的选择按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式,一般可分为:多油断路器、少油断路器、 压缩空气断路器、真空断路器、SF6 断路器等。 断路器型式的选择,除应满足各项技术条件和环境条件外,还应考虑便于施工调试 和运行维护,并以技术经济比较后确定。 6.3.3 断路器的选择和校验(1)电压选择 60kV 侧: U g = 1.1U e = 66kV 10kV 侧: U g = 1.1U e = 11kV (2)电流选择 由于高压断路器没有连续过流的能力,在选择其额定电流时,应满足各种可能运行 方式下回路持续工作电流的要求。 60kV 侧: 进线: I g = 1.05 I e = 1.05 × ( 2 × 320 ) = 672 ( A ) 桥开关: I g = 1.05 I e = 1.05 × 320 = 336 ( A ) 10kV 侧: -21- 60kV 常规变电站设计 主变侧: I g = 1.05 I e = 3643.5 ( A ) 出线: I g = 1.05 I e = 1.05 × 303 = 318 ( A ) (3)开断电流(由短路电流计算得) 60kV 侧: I dt = 1.141kA 10kV 侧: I dt = 1.545kA (4)最大短路冲击电流(由短路电流计算得) 60kV 侧: ich = 1.723kA 10kV 侧: ich = 2.020kA 通过以上所得数据,根据有关资料选择断路器,选择情况见下表:表 6-2 断路器列表 安装位 置 型号 电压(kV ) 额定 电流 额定 最 (A) 大 60 69 3150 额定开 断电流 (kA) 极限通 过电流 (kA) 额定短 时耐受 电流 (kA) 40(3) 固有分 闸时间 (s) 合闸 时间 (s) 进线桥 主变分 段 出线 LW6-60I

1.141 100 0.03 0.09 ZN28-10 ZN28-10 10 10 11.5 11.5 5000 1000 1.545 1.545 300 300 120(5) 120(5) 0.05 0.05 0.1 0.1 (5)动稳定校验 : ich ≤ imax 60kV 侧: ich1 = 1.723kA 10kV 侧: ich 3 = 2.020kA imax1 = 100kA 则 ich1 < imax1 imax 3 = 300kA 则 ich 3 < imax 3 所以动稳定校验全部合格。 (6)热稳定校验 : I 2 ∞ dz t ≤ I 2t t " 60kV 侧: tdz = t z = 0.05β -22- 60kV 常规变电站设计 因 β = I / I∞ = 1, t = 3 " " 查表得, t z = 2.45 则 tdz = 2.45 + 0.05 = 2.5 I 2tdz = 1.1412 × 2.5 所以 I tdz ≤ It t 2 2 It 2t = 40 2 × 3 10kV 侧: tdz = t z + 0.05β " " " 因 β = I / I ∞ = 1 , t = 5 查表得, t z = 4.4 则 tdz = 4.4 + 0.05 = 4.45 I 2tdz = 1.5452 × 4.45 所以 I tdz ≤ It t 2 2 It 2t = 1202 × 5 所以热稳定校验全部合格。 6.4 隔离开关的选择和校验(1)种类和型式的选择 隔离开关按安装地点的不同,可分为屋内和屋外式,按绝缘支柱数目又可分为单柱 式、双柱式和三柱式。其型式的选择应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行 综合经济比较。 额定电压选择: U N ≥ U g 额定电流选择: I N ≥ I g 动稳定校验: imax ≥ ich 热稳定校验: I 2 ∞ dz t ≤ I 2t t (2)隔离开关的选择及校验 根据前面断路器计算数据,将选择的隔离开关列表如下: -23- 60kV 常规变电站设计 表 6-3 隔离开关列表 安装位置 60kV 出线、桥及主变 60kV 侧 60kV PT 型号 额定 电压 (kV) 60 60 60 10 10 最高工 作电压 (kV) 69 69 69 11 11 额定 电流 (A) 1250 630 400 5000 1250 热稳定 电流 (kA) 31.5(4) 20(4) 4.2(10) 100(5) 40(4) 极限电 流峰值 (kA) 80 50 15.5 200 100 GW4-60 GW4-60 GW8-60 GN10-10T GN19-10 主变 60kV 侧中性点 分段及主变 10kV 侧 10kV 出线及 10kV PT 站 用变 动稳定校验: imax ≥ ich 60kV 侧: ich1 = 1.723kA 10kV 侧: ich 3

= 2.020kA 所以动稳定校验全部合格。 热稳定校验: I 2 ∞ dz imax1 = 50kA imax 3 = 100kA 则 ich1 < imax1 则 ich 3 < imax 3 t ≤ I 2t t " 60kV 侧: tdz = t z = 0.05β 因 β = I / I∞ = 1, t = 4 " " 由设计手册查表得, t z = 3.4 则 tdz = 3.4 + 0.05 = 3.45 I 2tdz =

1.1412 × 3.45 所以 I 2 ∞ dz It 2t = 202 × 4 t ≤ I 2t t " 10kV 侧: tdz = t z + 0.05β 因 β = I / I∞ = 1, t = 5 " " 查表得, t z = 4.4 -24- 60kV 常规变电站设计 tdz = 4.4 + 0.05 = 4.45 I∞ 2tdz = 1.5452 × 4.45 It 2t = 402 × 4 所以 I ∞ tdz ≤ It t ,热稳定校验全部合格。 2 2 6.5 互感器的选择及校验 6.5.1 电压互感器的选择(1)一次电压 U1 : 1.1U n > U1 > 0.9U n Un 电压互感器额定一次线电压,1.1 和 0.9 是允许的一次电压的波动范围,即为±10% U n 。 (2)二次电压 U 2 : 电压互感器在高压侧接入方式接入相电压。因此,所选电压互感器副绕组二次额定 电压为 100 / 3 ,60 kV 电压互感器辅助绕组二次额定电压为 100V , 10 kV 电压互感器 辅助绕组二次额定电压为 100/ 3 V 依据以上条件,所选各电压等级电压互感器如下表: S3∞ = 3U j 3 × I ∞ = 3 × 10.5 × 32.9 = 598 ( MVA ) 表 6-4 电压互感器 型号 JCC2-60 JDZJ-10 原绕组 60/ 10/ 额定电压(kV ) 副绕组 0.1 / 0.1/ 辅助绕组 0.1 0.1/3 3 3 3 3 -25- 60kV 常规变电站设计 6.5.2 电流互感器的选择(1)电流互感器选择的技术条件: 1)按一次回路额定电压和电流选择 I1n > I g max Un > U g 其中 I1n 为电流互感器原边额定电流; I g max 为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流; U n 为电流互感器额定电压; U g 为电流互感器安装处的一次回路工作电压。 2)二次额定电流选择:一般弱电系统 1A ,强电系统 5A 。 3)准确等级:电流互感器准确级不得小于所供仪表的类型要求。 4)二次负荷 S2 : S 2 < S n 其中 S n = I 2 n × Z n 2 S 2 = I 22n × Z 2 表 6-5 电流互感器 根据前面的数据,选择电流互感器如下表: 二次负荷 (Ω) 0.5 1 3 10%倍数 二次 负荷 倍 数 型号 额定电 流(A ) 级次组 合 准确 等级 P P P 0.5 0.5 D 0.5 3 热稳 定倍 数 动稳 定倍 数 LCWB6-60 2×400/5 P/P/P/0.5 1.2 2 15 31.5 80 LAJ-10 LA-10 4000/5 400/5 0.5/D 0.5/3 2.4 0.4 0.6 10 10 50 75 90 135 6.5.3 电流互感器的校验(1)热稳定校验 -26- 60kV 常规变电站设计 I ∞ 2tdz < ( I1n k1 ) 2 其中 k1 为电流互感器在 t=1s 时允许通过一定额定电流的倍数 60kV 侧: I ∞ tdz = 1.141 × 2.5 = 3.25 2 2 ( I1n k1 ) 2 = ( 0.4 × 31.5 ) = 158.76 2 10kV 侧: I ∞ tdz = 1.545 × 4.45 = 10.6 2 2 ( I1n k1 ) 2 = ( 4 × 50 ) = 40000 2 则 I ∞ tdz < ( I1n k1 ) ,故热稳定校验全部合格。 2 2 (2)动稳定校验 1)内部动稳定检验: ich < 60kV 侧: ich1 = 1.723 ( kA ) 2 I1n × kdw 其中 k dw 为动稳定倍数 2 I1n × kdw = 2 × 0.4 × 80 = 45.25 ( kA ) 10kV 侧: ich 3 = 2.02 ( kA ) 2 I1n × kdw = 2 × 0.4 × 90 = 50.9 ( kA ) 2)外部动稳定校验: ich < 其中 a 取 40cm ,L 取 50cm 60kV 侧: 2 I1n × kdw × 50a / 40 L × 10?3 2 I1n × kdw × 50a / 40 L ×10 ?3 = 2 × 80 × 0.4 × 50 × 40 / 40 × 50 ×10 ?3 = 45.2 ( kA ) 所以 ich < 10kV 侧: 2 I1n × kdw × 50a / 40 L × 10?3 2 I1n × kdw × 50a / 40 L ×10 ?3 = 2 × 90 × 0.4 × 50 × 40 / 40 × 50 × 10?3 = 50.9 ( kA ) 所以 ich < 2 I1n × kdw × 50a / 40 L × 10?3 -27- 60kV 常规变电站设计 故外部动稳定合格。 6.6 避雷器的选择及校验 6.6.1 型式选择避雷器型式时,应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点。 6.6.2 灭弧电压避雷器的额定电压(灭弧电压)应按设备上可能出现的允许最大工频过电压选择。 即灭弧电压为 U mt (U be ) ≥ CdU m 。 U mt —避雷器灭弧电压有效值 U be —避雷器额定电压有效值 Cd —接地系数,对非直接接地 10kV 取 1.1 U m —最高运行线电压 6.6.3 工频放电电压Ugf 对于不保护内部过电压的普通阀形避雷器,它的工频放电电压下限值 U gfx 不应低于 允许的内部过电压计算值,保证在内部过电压作用下不动作。 即 U gfx ≥ k0U xg 其中 k0 为内部过电压允许计算倍数。 对非直接接地, 60kV 时, k0 =4 U xg 为设备最高运行相电压。 6.6.4 避雷器冲击残压 U bc = kbh × U mt kbh :保护比,FZ 型 kbh =2.3~2.35 60kV 侧: U

mt = Cd × U m = 0.8 × 69 = 55kV -28- 60kV 常规变电站设计 U gfx = k0U xg = 3 × 40 = 120kV U gfs = 1.2U gfx = 1.2 ×120 = 144kV U bc = 2.35 × 2 × U mt = 2.35 × 2 × 100 = 332kV 10kV 侧: U mt = Cd × U m = 1.0 × 12 = 12kV U gfx = k0U xg = 3.5 × 7 = 25kV U gfs = 1.2U gfx = 1.2 × 25 = 30kV U bc = 2.35 × 2 × U mt = 2.35 × 2 × 12 = 40kV 根据以上计算结果选择避雷器如下表:表 6-6 避雷器的参数 型号 额定电压 (有效值) (kV ) 60 10 灭弧电压(有 效值) (kV ) 85 12.7 工频放电电压 (有 效值) (kV ) 不小于 不大于 120 26 144 31 5kA 时冲击残压 (kV )不大于 332 45 Y5W2-60 HY5WS2-16.5/50 6.7 绝缘子和穿墙套管的选择及校验 6.7.1 60kV 侧绝缘子的选择及校验绝缘子的选择 按安装地点和额定电压查手册选择 XP-160 型绝缘子,其技术参数见表 6-7。表 6-7 XP-160 型绝缘子参数 型号 XP-160 最小公称爬电距 离 L(㎜) 290 机电破坏 负荷(kN ) 不小于 160 工频闪络 电压(kV ) 干 75 湿 45 工频击穿 电压(kV ) 60 悬式绝缘子片数的选择: 一般情况下的单位泄漏距离为 1.6cm/kV,所以应选绝缘子的片数为[10]片。 -29- 60kV 常规变电站设计 n ≥ 1.6U 0 / L0 = 1.6 × 60 / 29 = 3.31 L0 ——每片绝缘子的泄漏距离考虑到绝缘子老化及出现故障等情况,应将绝缘子片数加 1,故选择片 5 绝缘子。 ∴60kV 每相悬式绝缘子应选 5 片,满足要求。 6.7.2 10kV 侧绝缘子的选择及校验支柱绝缘子的作用是支持母线并且使之与地绝缘。按额定电压和装设地点,经查手 册选择 ZL-10/4 型支柱棒型绝缘子。其技术参数见表 6-8。表 6-8 ZS-10/4 型支柱棒型绝缘子参数 型号 ZL-10/4 额定电压(kV) 10 机械破坏负荷(kN) 4 瓷件最大公称直径 D(㎜) 95 总高 H(㎜) 160 动稳定校验 母线所受最大电动力: 2 L 2 ? I ch = 1.73 × 10?7 × 1.2 / 0.25 × (1.723 × 103 ) = 2.47(N) a Fzd = 1.73 × 10?7 ? 绝缘子底部至母线中心线的高: H1 = H + 12 + h 80 = 160 + 12 + = 212(mm) 2 2 212 = 3.27(N) 160 绝缘子帽所受的力: F = Fzd ? K z = 2.47 × 抗弯破坏负荷: Fp = 400 × 9.8 = 3920 N 绝缘子的允许负荷: 0.6 Fp = 0.6 × 3920 = 2352 N > F = 3.27 N 经计算满足动稳定要求,故所选 ZL-10/4 型支柱棒型绝缘子满足要求。 6.7.3 穿墙套管的选择及校验穿墙套管的选择 按装置种类、构造形式、额定电压及最大长期工作电流,查手册选择 CWL-10/1500 型户外铝导体穿墙套管。其技术参数见表 6-9。 -30- 60kV 常规变电站设计 表 6-9 CWL-10/1500 型户外铝导体穿墙套管参数 型号 CWL-10/1500 额定电 压(kV) 10 额定电 流(A) 1500 总 长 L(mm) 520 一端盖 间长 L1 360 一端 L2 158 抗弯破坏 负荷(kN) 4 5s 短时热电 流(kA ) 30 穿墙套管在θ=40?C 时的允许电流 I yθ = I e θy ?θ θ y ? θ0 = 1500 A > I gzd 热稳定校验 I r 2t = 302 × 5 = 4500(kA2 ) > I∞ 2tdz =

1.362 × 0.95 = 1.76(kA2 ? S ) 动稳定校验 套管允许的负荷为 0.6 Fp = 0.6 × 3920 = 2352 N 套管瓷帽所受的力 F = 1.73 × 10?7 × i 2 ch × ( L1 + L2 ) / 2a = 1.73 ×10?7 × (1.723 ×103 ) × ( 0.36 + 0.158 ) / 2 × 0.25 2 = 5.32 N < 0.6 Fp 经计算满足热稳定性及动稳定性要求,故所选 CWL-10/1500 型穿墙套管满足要求。 -31- 60kV 常规变电站设计 7 二次接线 7.1 断路器的控制和信号回路断路器的控制回路应能满足如下要求:

(1)应能进行手动跳、合闸和由继电保护与自动装置实现自动跳、合闸。且当跳、 合闸操作完成后,应能自动切断跳、合闸脉冲电流; (2)应有防止断路器多次和闸的“跳跃”闭锁装置; (3)应能指示断路器的合闸与跳闸位置状态; (4)自动跳闸或合闸应有明显的信号; (5)应能监视熔断器的工作状态及跳、合闸回路的完整性; (6)控制回路应力求简单可靠,使用电缆芯数目最少。 本所采用灯光监视的断路器控制如图 7-1 所示。 图 7-1 灯光监视的断路器控制接线图 7.2 直流系统 -32- 60kV 常规变电站设计 7.2.1 蓄电池数目的确定按浮充电方式运行的蓄电池组在浮充电状态下每个蓄电池上的电压约为 2.15 伏 (最 大变动范围为 2.1~2.2 伏)为了当浮充电整流器发生故障而断开后,仍能保持直流母线 上的电压等于额定值起见,也应采用带端电池调整器的联机。蓄电池

数目的选择与充电 ——放电运行方式下相同,要求每个蓄电池上电压约为 1.95 伏,所以 220 伏额定电压的 蓄电池组为 220/1.95≈11.3 个,参加浮充电的蓄电池数目为 220/2.15≈10.2 个,不参加 浮充电运行的蓄电池因自放电得不到补偿而易于老化。因此必须定期地(通常为 0.5~1 个月)对其充电一次,为避免其它蓄电池发生过充电现象,可使充电电流等于负荷电流。 7.2.2 蓄电池直流系统接线图蓄电池直流系统接线图如图 7-2 所示。 图 7-2 蓄电池直流系统接线图 -33- 60kV 常规变电站设计 7.3 绝缘监察装置直流系统的绝缘监察装置接线图如图 7-3 所示。 图 7-3 绝缘监察装置图 7.4 母线绝缘监察装置在变电站的母线上装有绝缘监视装置,其原理是利用单相接地时出现的零序电压, 用于小接地电流系统作绝缘监视的电压互感器的变比为 10000/100/100/3,单相接地时电 压互感器开口三角绕组输出 3Uo ,其值为 100V ,若经过渡电阻接地,零序电压较低。绝 缘监视采用过电压继电器,其动作电压为 25-30V ,继电器动作后发出信号,寻找故障线 路是逐条拉开每回出线,故障线路被拉开后,接地信号消失,否则继续寻找。为了减少 停电时间,采用自动重合。绝缘监视接线图如图 7-4 所示。 图 7-4 绝缘监视接线图 选择 DY-53/60 型电压继电器,最大整定电压为 60V ,返回系数为 0.8。 -34- 60kV 常规变电站设计 8 继电保护 8.1 电力变压器的保护电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备,它的故障对供电可靠性和系统 的正常运行带来严重后果,同时大容器变压器也是非常贵重的元件。因此,必须根据变 压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。 变压器油箱内部主要易发生的故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路 等。油箱内部故障对变压器来说是非常危险的,高温电弧会烧毁绕组的铁芯,而且会使 变压器油绝缘受热分解产生大量气体,引起变压器油箱爆炸的严重后果。变压器油箱外 部引线及套管处也可能发生相间短路和接地故障。 8.1.1 变压器的瓦斯保护瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动速度而动作的保护,保护变压器 油箱内各种短路故障,特别是对绕组的相间短路和匝间短路。根据《继电保护和安全自 动装置技术规程》的规定,对于容量在 0.8MV A 以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护。 原理及接线图 原理:由于短路点电弧的作用,将使变压器油和其它绝缘材料分解,产生气体。气 体从油箱经连通管流向油枕,利用气体的数量及流速构成瓦斯保护,它应安装在油箱与 油枕之间的连接管道上。瓦斯保护接原理线图如图 8-1 所示。 图 8-1 瓦斯保护原理图 整定:当内部气体为 250-300cm3 时,轻瓦斯动作于发生信号; 当内部气体为 0.7-1.2m/s 时,动作于跳闸。 -35- 60kV 常规变电站设计 8.1.2 变压器过电流保护原理: 为了反应变压器外部短路引起的过电流,并作为变压器相间短路的后备保护,变压 器应装设过电流保护。对于单侧电源的变压器,过电流保护的电流互感器应装设在电源 侧,这样才能作变压器相间短路的后备保护,保护动作后,作用于变压器两侧的断路器 跳闸。 过电流保护原理接线图如图 8-2 所示。 图 8-2 过电流保护原理接线图 (1)过电流保护的整定计算: 对并列运行的变压器,应考虑切除一台变压器时所出现的过负荷。当变压器容量相 同时,可按下式计算 I dz = KK n ? ? I et Kh n ?1 (8-1) 式中 n -------并列运行变压器台数 I dz = KK n 1.3 2 10000 ? ? I et = × × = 73.59 ( A ) Kh n ?1 0.85 2 ? 1 3 × 60 (2)灵敏度的校验: 近后备保护 K lm = I d min 1180 = = 16.03 ≥ 1.5 I dz 73.59 (8-2) 远后备保护 -36- 60kV 常规变电站设计 K lm = I d min 820 = = 11.14 ≥ 1.2 73.59 I dz 经校验灵敏度均符合要求 (3)电流继电器的选择: I dzj = 73.59 = 1.84A 200 5 因此,查手册选 DL-7 型电流继电器,动作时限 0.5s 。 8.1.3 变压器的纵联差动保护原理: 纵联差动保护是反应被保护的变压器各端流入和流出电流的相量差。由于变压器高 压侧和低压侧的额定电流不同,因此,为了保证纵联差动的正确工作,就必须适当选择 两侧电流互感器的变比,使得在正常运行和外部故障时,两个二次电流相等。在保护范 围内故障时,流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值,保护动作。纵联差动保 护动作后,

跳开变压器两侧断路器。 纵联差动保护原理接线图如图 8-3 所示: 图 8-3 纵联差动保护原理接线图 整定保护的动作电流(利用 BCH-2 型差动继电器构成的变压器差动保护)

(1)确定基本侧: 将变压器两侧电流互感器流入差回路的电流中较大的一侧作为基本侧,计算步骤见 表 8-1 -37- 60kV 常规变电站设计 表 8-1 差回路电流计算 变压器额定电压(kV ) U e. g (高压)=63 U e.d (低压)=10 I e.d = Δ Y 变压器额定电流 (A ) 变压器接线方式 电流互感器接线方式 I e. g = Y Δ Se 3U e. g =91.65 Se 3U e.d =577.37 I e.g 电流互感器计算变比 nTA. js 电流互感器实际变比 nTA.sj 5 3 =31.75 I e.d =115.45 5 1200/5=240 200/5=40 I e. g 流入差回路电流(A ) 不平衡电流(A ) nTA.sj 0 3 = I g =3.97 I e.d = I d =2.41 nTA.sj 3.97-2.41=1.56 (2)确定差动保护的动作电流: 1) 躲过变压器的励磁涌流及电流互感器的二次断线 I dz = K K I e.t 式中: K K -----可靠系数,取 1.3 (8-3) I e .t -----变压器基准侧的额定电流 所以: I dz = K K I et = 1.3 × 91.65 = 119.15 ( A ) 2)躲过外部短路时的最大不平衡电流 I dz = K K I bp max = K K ( I bpTA + I bpAN + I bpph ) 式中: I bp max -----最大不平衡电流 (8-4) I bpTA -----两侧电流互感器电流误差引起的不平衡电流 I bpAN ------变压器调分接头引起的不平衡电流所以 I dz = 1.3 × ( 0.1 + 0.05 + 0.05 ) × 960 = 249.6 ( A ) -38- 60kV 常规变电站设计 从以上计算可知,一躲过外部短路最大不平衡电流为计算条件,差动保护的动作电 流取为 I dz = 249.6 ( A ) 3)计算差动线圈匝数及实际动作电流 I dz ?J ? js = K jx ? I dz nTA = 249.6 × 3 = 10.18( A) 200 5 (8-5) Wcd ? js = ( AW )dz I dz? J ? js = 60安匝 60 = = 5.56(匝) I dz?J ? js 10.81 Wcd ?zd = 5 (匝)(A ) (8-6) 差动线圈的实际匝数应向小调整,取 继电器的实际动作电流为 4)灵敏度校验 I dz . J .sj = 60 / 5 = 12 K lm = I d .min I dz = I d .min 890 × 3 K jx = = 3.21 > 2 40 ×12 nTA I dz. j (合格 ) (8-7) 8.1.4 变压器的过负荷保护原理: 变压器可能出现过负荷的情况,因此需装设过负荷保护。变压器过负荷电流三相对 称,过负荷保护装置只采用一个电流继电器接于一相电流回路中,三侧都装有过负荷组 件,对于双绕组变压器,过负荷保护应装于电源侧。 过负荷保护原理接线图如图 8-4 所示。 图 8-4 过负荷保护原理接线图 -39- 60kV 常规变电站设计 过负荷保护的整定计算: 按躲过变压器的额定电流进行整定 I dz = KK 1.05 10000 ? I et = × = 118.87 A Kh 0.85 3 × 60 过负荷保护的延时应比变压器过电流保护时延长一个时限阶段,一般取 10s 。 电流继电器的选择 I dzj = 118.87 = 0 .5 1200 5 因此,查手册选 DL-7 型电流继电器,过负荷保护的延时应比变压器过电流保护时 限长一个时限阶段,一般取 10s 。 8.2 10kV 线路保护

8.2.1 10kV线路保护的设计原则 10kV 架空线路和电缆线路应装设相间短路保护。保护装置采用两相式接线, 并在所 有出现中皆装设同名的两相上,通常装设在 A 、C 两相上,以保证当发生不在同一出线 上的两点单相接地时有 2/3 机会切除一个故障点。 10kV 线路保护一般以电流速断保护为主, 以过流保护作为后备保护。 这就是说保护 装置采用的是远后备保护方式。 10kV 线路在以下情况下必须装设电流速断保护。 对变电站来说,当线路上发生短路,变电站母线电压大量降低时,应装设电流速断 保护。导线截面不允许延时切除短路电流时,应装设电流速断保护。当装设电流速断保 护时,为保证母线电压不至过份的下降,必要时允许非选择性的动作,并装设自动重合 闸或备用电源自投入装置来全部或部分地校正保护的非选择性的动作。 8.2.2 线路保护的方案图线路保护方案图如图 8-5 所示。 -40- 60kV 常规变电站设计 图 8-5 10kV 线路保护接线图 8.2.3 10kV线路保护设计方案主保护为瞬时电流速断保护, 后备保护为过电流保护。 自动重合闸采用后加速方式, 有闪光电源,测量仪表有电度表、电流表,其保护与测量回路如图 8-6 所示,其控制和 信号回路如图 8-7 所示。 该线路设计特点是: (1)本线路的自动重合闸装置是利用控制开关和断路器位置“不对应”的原则启动 的。 (2)当断路器事故跳闸时,绿灯 LD 进行闪光,绿灯并作合闸断电监视。红、绿灯 作合闸、跳闸位置指示。

(3)当事故为永久性时,采用后加速跳闸。 (4)当跳闸回路断线时,发出预报信号,当事故跳闸,重合闸动作时,有事故音响 信号发出。 -41- 60kV 常规变电站设计 图 8-6 10kV 侧保护与测量回路图 图 8-7 10kV 侧控制和信号回路图 -42- 60kV 常规变电站设计 8.2.4 出线路整定计算(1)电流速断保护的整定计算: ( ) ' I dz = K k' ? I d3max = 1.2 × 1.0 = 1.2kA (8-8) I dzj = ' I dz 1 .2 ? K jx = × 1 = 0.03kA n ? lk 200 5 (8-9) I dz = I dzj ? K i = 0.03 × 200 = 1.218kA 5 被保护线路长度 Lbzx = ? 1 ? Ue ?? ? X xzd ? x ? 2 ? I dz ? (8-10) X xzd ——等效电源最大电抗 X xzd = ( X max + X T + X L ) ? 10.5 2 10.5 2 = (0.06 + 0.82 + 0.35) × = 1.36 100 100 Lbzx = 1 ? 10 ? ×? ? 1.36 ? = 7.01km 0 .4 ? 2 × 1 .2 ? (8-11) (2)灵敏度校验: K lml1 = Lbzx 7.01 = × 100% = 53.40% ≥ 15% 13 L AB 满足整定范围。 速断保护的动作时间只取决于继电器本身固有动作时间,人为延时是零,考虑到线 路中避雷器的放电时间 0.04~0.06s 过电流保护的整定计算: 过电流保护的整定计算按躲开在最大负荷时变电站具有最大动作电流的保护装置的 动作电流来进行。 ''' I dz = K k ? K zq Kh ? S js 3 ?U e = 1.2 × 2 1855 × = 302.4A 0.85 3 × 10 I ''' dzj ''' I dz 302 = ? K jx = × 1 = 7.56A n ? lh 200 5 -43- 60kV 常规变电站设计 I d min (2) 0.59 × 103 K lm = = = 1.95 > 1.5 I dz ''' 302 灵敏度校验满足灵敏度要求, 动作时限为 0.5s 。 其余四条出线路的整定计算方法与此线路相同,因此计算过程不再重复,将整定结 果附在表中,见表 8-2. 表 8-2 10kV 出线路整定计算列表 线路 名称 线路一 线路二 线路三 线路四 线路五 电流速断保护的整定 整定电流(kA ) 灵敏度系数(%) 1.2 1.152 1.116 1.104

1.126 53.4 59.6 62.3 63.2 60.8 过电流保护的整定 整定电流(A) 灵敏度系数 302.4 280.40 273.88 252.68 248.52 1.95 2.03 2.08 2.22 2.16 经校验均满足要求。 8.2.5 自动重合闸装置自动重合闸在电力系统中的作用主要有如下几个方面: (1)大大提高供电的可靠性,减少线路停电次数,对单侧电源单回线路尤为显著; (2)高压输电线路上采用自动重合闸,可提高并列运行的稳定性; (3)在架空线路上采用重合闸,可暂缓架设双线回路,节约投资; (4) 对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸, 也能起纠正的 作用。 因此,对 1kV 以上架空线路和电缆与架空的混合线路,当具有断路器时,一般都采 用自动重合闸。 自动重合闸的基本要求: 在下列情况下,自动重合闸不应动作: (1)手动断开断路器时; (2)手动投入故障线路时; (3)当发生气压、液压异常时,自动重合闸应自动闭锁。 除上述条件外,当由继电保护使断路器跳闸时,自动重合闸均应动作。 为保证(1) (2)项要求,应优先采用控制开关与断路器位置不对应原则开起动重 、 合闸。 自动重合闸动作时间应尽可能短,以便减小停电时间和电动机的自启动电流,但由 于故障点的绝缘强度和断路器介质的绝缘强度应来得及恢复。因此,重合闸时间通常取 0.5~1.5s 为与继电保护配合应设后加速或前加速回路,为避免“跳跃”应设置防跳环节。 自动重合闸准备动作时间的确定: -44- 60kV 常规变电站设计 当时间继电器 SJ 的常开延时闭合触电断开时,重合继电器的电容器 C 经过电阻 4R 充电,电容器端电压随时间的变化规律是: 1 ?C ? ? ?1 ? l R4 R ? Uc = UZ ? ? ? ? ? (8-12) U Z ——直流电源电压 220V R4 R ——4R 电阻的限值 M Ω C ——电容值μF 当使继电器 ZJ 动作, 电容器必须充电到 ZJ 的动作电压, 充电到所需的时间为止, 于是有: ?Tdz ? ?1 ? l R4 R ?C =Uz ? ? ? U dzzj ? ? ? ? Uz U z ? U dzzj (8-13) Tdz = R4 R ? C ? ln 所以: (8-14) 时间通常整定在 15~25s ,调整时是以调整 ZJ 的动作电压来满足要求。当 SJ 常开延时闭合触点关合后,电容器向 ZJ 的电压线圈放电,其稳态值为: U c = U zj = RZJ ?U z R4 R + RZJ (8-15) RZJ ——ZJ 电压线圈电阻缺点:自动重合闸装置不能识别瞬间故障和永久性故障,当重合于永久性故障时, 使电力系统又一次承受故障电流的冲击, 并且因要在很短时间内连续两次切断短路电流, 使断路器的工作条件变坏,特别是油断路器,在第一次跳闸时,电弧在油中燃烧,以使 油的绝缘强度降低,一般约降低

为额定切断容量的 80%左右。 8.2.6 电力电容器的保护(1)保护装置的选择: 由于多数电容器只允许在不超过 1.05 倍额定电压下长期运行,只能在 1.1 倍额定电 压下短期运行(一昼夜) ,所以过电压保护也必不可少。另一方面,一般在电容器母线上 安装一组避雷器,以泄放操作等原因引起的瞬态过电压。保护电容器中,由于无间隙金 属氧化物避雷器的性能优于有间隙的碳化硅避雷器,所以多采用无间隙金属氧化物避雷 器 FYS 系列。 为确保断开电容器上存在的电压在 1min 内降至 50V ,以保证人身和设备的安全, -45- 60kV 常规变电站设计 应在外部并联放电装置。一般利用电压互感器二次串入灯泡作为放电器。 电容器组保护原理接线图如图 8-8 所示。 图 8-8 电容器组保护原理图

(2)整定计算: 无时限过电流保护 I dzj = K K ? 保护装置的动作电流 I ec = 4.62A nl ,取 5 A nl 200 5 = 5× = 200 K jx 1 I dz = I dzj ? 保护装置一次动作电流 Km = 保护装置的灵敏系数, " 2) I d(min 0.59 × 10 3 = = 2.95 > 1.5 I dz 200 满足灵敏度要求。 因此装设 DL-7 型电流继电器。 -46- 60kV 常规变电站设计 9 配电装置设计 9.1 配电装置的设计要求 9.1.1 配电装置应满足的基本要求(1)其设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策,节约土地。 (2)保证运行可靠合理选择设备,布置上力求整齐、清晰,保证具有足够的安全距 离。 (3)便于安装、检修,操作巡视方便。 (4)在保证安全的前提下,布置紧凑,力求节约材料和降低造价。 9.1.2 配电装置的安全净距表 9-1 屋外配电装置的安全净距( mm ) 序号 适用范围 额定电压 (kV ) 10 60 1000 1 带电部分至接地部分之间 (1) 、不同相的带电部分之间; (2) 、隔离开关和断路器的断口两侧引线带电部分之间 200 2 200 1100 3 (1) 、设备运输时,其外廓至无遮栏带电部分之间; (2) 、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 950 1750 4 网状遮栏至带电部分之间 300 110 5 无遮栏裸导体对地面、建筑物及构筑物顶部之间 2700 3500 6 平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间带电部分与建 筑物、构筑物的边沿部分之间 2200 3000 -47- 60kV 常规变电站设计 表 9-2 10kV 屋内配电装置安全净距( mm ) 序号 1 2 3 4 5 适用范围 带电部分至接地部分之间 不同带电部分之间 交叉的不同时停电检修的带电体间 裸导体至地面间 平行的不同时停电的裸导体间 净距 125 125 875 2425 1925 9.2 配电装置的选型、布置 9.2.1 屋外配电装置选择(1)屋外配电装置可分为中型、半高型和高型三种。 1)中型配电装置: 这种配电装置将所有电气设备都安装在地面设备支架上,母线下不布置设备,其优 点:接线清晰,巡视、检修方便。 缺点:占地面积大。

2)高型配电装置: 将母线和隔离刀闸上下重叠布置。 优点:占地面积小。 缺点:钢材耗量大,土建投资多,安装及运行、维护条件差。 3)半高型配电装置: 将母线及母线隔离开关抬高,将断路器、电流互感器等电气设备布置在母线下面。 优点:布置紧凑清晰,占地面积小。 (2)屋外配电装置选择: 根据原始资料,且 60kV 侧为内桥接线,设备较少,占地面积不大,中型布置便于 运行和维护,故采用中型配电装置。 9.2.2 10kV屋内配电装置选择变电站 10kV 配电装置,按其布置型式一般可分为三层、二层和单层式。单层式占 地面积较大,如容量不太大,通常采用成套开关柜。 本设计 10kV 采用成套开关柜单列布置。 9.2.3 高压电瓷的选择原则: (1) 屋外支柱式绝缘子一般采用棒式支柱绝缘子,屋外支柱绝缘子需倒装时,宜用 -48- 60kV 常规变电站设计 悬挂式支柱绝缘子。 (2) 屋内支柱绝缘子一般采用联合胶装的多棱式支柱绝缘子。 (3) 穿墙套管一般采用铝导体穿墙套管。 (4) 在污秽地区,应尽量用防污盘形悬式绝缘子。 (5) 选择悬式绝缘子,每串绝缘子要预留的零值绝缘子为 35-220kV 耐张串 2 片,悬 垂片 1 片。 (1) 支柱绝缘子的选择: 10kV 户内选用 ZD-10F Pyx = 20kN 短路时作用于绝缘子上的力: P =

1.76 × 0.1× 46.86482 × 1.5 / 0.3 = 1932.75 ( N ) ∴ P < 0.6 Pyx = 0.6 × 20000 = 12000 ( N ) 所选绝缘子符合要求。 户外选用: ZS-10/4 Pyx = 4kN P = 1932.75 N < 0.6 Pyx = 0.6 × 4000 = 2400 N ∴所选绝缘子符合要求。 (2) 穿墙套管: 受总选用

CWLC2-20/2000 而 P = 1.76 × 0.1× 46.86482 × Pyx = 12.5kN 1.5 + 0.82 = 1494.66 N 2 × 0.3 0.6 Pyx = 0.6 × 12.5 ×103 = 7500 N P < 0.6 Pyx ∴所选穿墙套管符合要求。 出线选用 CWLB2-10/1000 而 P = 1.76 × 0.1× 46.86482 × Pyx = 7.5kN 1.5 + 0.53 = 1307.83 N 2 × 0.3 0.6 Pyx = 0.6 × 7500 = 4500 N ∵ P < 0.6 Pyx -49- 60kV 常规变电站设计 ∴所选穿墙套管符合要求。 (3) 悬式绝缘子的选择: 60kV:选 XWP-7,泄漏比距: L = 400mm , λ = 2.5 片数: N = λVe / l = 2.5 × 35 / 40 = 2.1875 加一片取整,即 N=4

(4) 高压熔断器的选择: 对 10kV 所变用熔断器:选用 RN1-10 5A 对 10kV PT 用熔断器:选用 RN2-10 0.5A -50- 60kV 常规变电站设计 10 防雷及接地系统设计 10.1 防雷系统对于变电站的防雷保护,通常采用装设避雷针和避雷器的措施。避雷器的设置前面 已作选择,故本节只对避雷针选择。进行防雷设计和防雷措施时,必须从该地区雷电具 体情况出发,原始资料提供,当地雷暴日为 30 日/年,属中等雷电活动强度地区。 根据平面布置,该变电站长 61.8m ,宽 61.6m ,变电站 60kV 系统杆塔及门型架构最 高为 10.5m ,故 h x 取 11m ,10kV 系统杆塔及门型架构最高为 7m ,故 h x 取 7m 。 该变电站初步选定用 4 支 30 米等高避雷针来保护全所的架构、 主变及主控室、 高压 室等。分别按 hx=11m、h x=7m 计算避雷针的保护范围: 10.1.1 hx=11m的保护范围 (1) 单只避雷针保护范围计算: 当 hx ≥ h / 2 时, rx = ( h ? hx ) P 当 hx < h / 2 时, rx = (1.5h ? 2hx ) P 其中: h 为避雷针高度 hx 为被保护物的高度 P 为高度影响系数。当 h ≤ 30 时, p = 1 该设计中: h = 30m , hx = 11m < h / 2 ,所以 p = 1 所以 rx = (1.5h ? 2hx ) P = (1.5 × 30 ? 2 × 11) × 1 = 23m 即该避雷针在 11m 水平面上的保护半径为 23 m。如图 10-1: -51- 60kV 常规变电站设计 图 10-1 单只避雷针保护范围图 (2) 四支等高避雷针保护范围计算: d12 = 61.75m d 23 = 58.64m d 34 = 61.49m d 41 = 59.69m d 42 = 85.33m h012 = h ? d12 / 7 P = 30 ? 61.75 / 7 = 21.18m h023 = h ? d 23 / 7 P = 30 ? 58.64 / 7 = 21.62m h034 = h ? d 34 / 7 P = 30 ? 61.49 / 7 = 21.22m h041 = h ? d 41 / 7 P = 30 ? 59.69 / 7 = 21.47 m h042 = h ? d 42 / 7 P = 30 ? 85.33 / 7 = 17.81m 则 bx12 = 1.5 ( h012 ? hx ) = 1.5 ( 21.18 ? 11) = 15.3 > 0 bx 23 = 1.5 ( h023 ? hx ) = 1.5 ( 21.62 ? 11) = 15.9 > 0 bx 34 = 1.5 ( h034 ? hx ) =

1.5 ( 21.22 ? 11) = 15.3 > 0 bx 41 = 1.5 ( h041 ? hx ) = 1.5 ( 21.47 ? 11) = 15.7 > 0 bx 42 = 1.5 ( h042 ? hx ) = 1.5 (17.81 ? 11) = 10.2 > 0 故变电站全部面积受保护。如图 10-2: -52- 60kV 常规变电站设计 图 10-2 四支避雷针保护范围图 10.1.2 hx=7m的保护范围 (1) 单只避雷针保护范围计算: rx = (1.5h ? 2hx ) P = (1.5 × 30 ? 2 × 7 ) × 1 = 31m 即该避雷针在 7m 水平面上的保护半径为 31 m。 (2) 四支等高避雷针保护范围计算: bx12 = 1.5 ( h012 ? hx ) = 1.5 ( 21.18 ? 7 ) = 21.3 > 0 bx 23 = 1.5 ( h023 ? hx ) = 1.5 ( 21.62 ? 7 ) = 21.9 > 0 bx 34 = 1.5 ( h034 ? hx ) = 1.5 ( 21.22 ? 7 ) = 21.3 > 0 bx 41 = 1.5 ( h041 ? hx ) = 1.5 ( 21.47 ? 7 ) = 21.7 > 0 bx 42 = 1.5 ( h042 ? hx ) = 1.5 (17.81 ? 7 ) = 16.2 > 0 故变电站全部面积受保护。 从防雷保护图可以看出, 10kV 出线终端杆在 20 米以内, 均能防止雷电波侵入变电 站。 10.2 变电站侵入波的保护输电线路上出现的大气过电压有两种, 一种是雷击于线路上引起的为直击雷过电压, 另一种是雷直击线路附近地面,由于电磁感应引起的称为感应过电压。利用阀型避雷器 以及与阀型避雷器相配合的进线保护段作为配电装置时侵入雷电波的保护。 进线保护段的作用是使雷不直接击在导线上,且利用进线段本身的阻抗来限制雷电 流幅值和利用本身的电晕衰耗来降低雷电波陡度,并通过进线段上管型避雷器的作用, 使之不超过绝缘配合所要求的数值。因此,配电装置对侵入雷电波的保护设计除了考虑 在配电装置内装设阀型避雷器的适当地点外,还必须对线路进线段保护措施提出要求。 对未沿全长装设避雷线的 60kV 架空电力线路,在变电所的进线段 1~2km 长度内, 进行侵入雷电波保护。其保护接线图如图 10-3 所示。 -53- 60kV 常规变电站设计 图 10-3 侵入波保护接线图 10.3 变电站接地装置变电站内需要良好的接地装置,以满足工

作、安全和防雷保护的接地要求,一般的 做法是根据安全和工作接地的要求,敷设一个统一接地网,然后再在避雷针和避雷器下 面增加接地,满足防雷接地的要求。 接地 网 的水 平 接地 体 由 扁钢 水 平连 接 构成 网 孔 形, 两 水平 接 地带 间 距 离一 般 取 3-10m ,埋入地下 0.8m 处,其面积大体与变电所面积相同,接地网外沿应闭合,将各角 做成圆弧状,圆弧半径小于均压带半径的一半。垂直角接地体一般用角钢或钢管,长度 2.5m ,间距大于 5m 。避雷器应以最短的接地线与主接地网连接,且应装设集中接地装 置,避雷针与主变压器接地距离应大于 15 米,与设备接地距离大于 3 米,避雷针与架构 间距离大于 5 米。 在本设计中,水平接地体用 40×4 扁钢,垂直接地体用 40×4 角钢,皆全镀锌。 -54- 60kV 常规变电站设计 11 变电站总体布置 11.1 总体规划变电站总体规划可协调所区与各级电压进出线的关系,所区的方向、朝向与进出线 相配合,同时合理地安排所区、生活区、水源地、排出口等位置,合理选择所道路,解 决变电站与城镇发展的矛盾。 变电站的总体规划一般采用一次性规划,结合外部条件合理确定各级电压的出线方 向,并有足够的出线走廓,尽量减少交叉跨越,当必须跨越时,电压等级高的出线在上 侧。就近解决水源,为运输创造良好条件。 11.2 总平面布置 11.2.1 总平面布置的主要内容解决和协调全所建筑物、道路在平面布置上的相互关系和相对位置,主要有方向布 置,管沟布置、道路、绿化及美化。 11.2.2 总平面布置的基本原则(1)重视外部条件,发挥优势。 (2)满足功能要求,布局合理。 (3)布置紧凑合理,节约用地。 (4)结合地形地势,因地制宜。 (5)符合防为规定,确保安全。 (6)注意风向朝向,有利环境。 (7)便于巡视运输,路径短捷。 (8)树立整体观念,协调美观。

(9)适当留有余地,考虑发展。 (10)方便检修和生活,安全运行。 根据以上原则及要求,确定总平面布置图,具体布置见总平面布置图 11-1 所示。电 气主设备表如表 11-1 所示。 -55- 60kV 常规变电站设计 图 11-1 电气总平面布置图 表 11-1 电气主设备表 设备名称 主变压器 型号 SZ9-20000/63 LW6-60Ⅱ(W) 数量 2台 2台 3台 12 台 6台 6台 6台 12 台 6台 12 台 高压断路器 ZN28-10(3150A) ZN28-10(1250A) JCC2-60 电压互感器 J D Z J -10Q L C W B 6-60(W ) 电流互感器 L A J -10 Y 5W 2-60 避雷器 HY5WS2-16.5/50 -56- 60kV 常规变电站设计 12 结论本次设计的 60kV 常规变电站主要适用于重要城镇变电站及一般城镇(农村)变电 站。内设两台双绕组变压器,电压等级为 60/10。60 千伏进线两回,主变两台,采用内 桥接线方式;10 千伏出线 10 回,采用单母线分段接线方式。有四处两类负荷,其余为 三类负荷,该变电站位于城镇边缘,系统的基准容量 100MV A, 在查阅了相关资料后,结 合当地的实际条件,进行了这次设计,并完成了如下设计。 12.1 内容 (1) (2) (3) (4) (5) 负荷统计表及计算负荷的确定 主变的选择和主接线的设计 短路计算及电气设备的选择校验 变电站继电保护设计 接地装置及防雷保护设计 12.2 完成的设计图纸 (1) 主接线图 (2) 平面布置图 (3) 断面图 (4) 各种继电保护接线图 (5) 防雷保护图 所选的设备均符合变电站的需要, 而且都是新型的产品, 经济适用, 灵活有效。满足要 求。 本次设计始于 2009 年 3 月,完成于 2009 年 6 月。本论文综合运用了多门学科的知 识,是对我四年学习生活的一次综合检验,由于本人水平有限,本文所作的工作只是浅 尝,还有待于深入研究。在设计中得到房俊龙等多位老师的大力帮助,在此表示感谢。 -57- 60kV 常规变电站设计 附图附图一:60kV 常规变电站主接线图 -58- 60kV 常规变电站设计 附图二:电气总平面布置图 -59- 60kV 常规变电站设计 附图三: 电气总断面布置图 -60- 60kV 常规变电站设计 参考文献丁毓山 雷振山. 中小型变电站实用设计手册. 2000. 中国水利水电出版社. 北京 20~89 45~294 [2] 周文俊. 电气设备实用手册. 1999. 中国水利水电出版社. 北京. 80~150 [3] 王立舒. 农村发电厂变电站电气一次设计手册. 2004. 东北农业大学. 20~55 [4] 王世新. 农村发电厂变电站电气部分. 1996. 农业出版社. 北京. 45~149 [5] 水利水电部西北电力设计院 水利水

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文)答辩委员会意见答辩委员会评语: 成绩(满分 60 分) : 答辩委员会主席签字: 学院意见: 最终等级 院长(签字或盖章) : 年 月 日 工程学院本科生毕业设计(论文)质量评价体系指标 评价要素 评价指标内涵 目的明确, 符合 符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划中对能力、 1 要求 知识结构的基本要求,达到毕业综合训练的目的。 符合本学科的理论发展,解决学科建设、科学发展的理论或 选题质量 理 论 意 义 或 实 方法问题,有一定的科学意义,符合我国经济建设和社会发 2 际价值 展的需要,解决应用性研究中的某个理论或方法问题,具有 一定的实际价值。 3 4 选题适当 查阅文献资料 能力 综合运用知识 5 能力 题目贴切,有较强的科学性,难易度适中,题目规模适当。 能独立查阅相关文献资料,归纳总结本领域有关科学成果。 能运用所学专业知识分析论述有关问题,能对占有资料进行 分析整理并适当运用,概念清楚,能以恰当的论据对科学论 点进行有说服力的论证。 研 究 方 案 的 设 设计(论文)的整体思路清晰,结构完整,研究方案完整有 能力水平 6 计能力 研究方法和手 7 段的运用能力 序。 能较熟练的运用本学科的常规科学研究方法,能适当运用相 关研究手段(如计算机、实验仪器设备等)进行资料搜集、 加工、处理,并辅助论文写作。 能按照学校规定结合论文阅读、翻译一定量的本专业外文资 料,有外文摘要和外文书目。 论文较完整地回答了题目所设定的有关问题。 论点鲜明,观点正确,论据充分,论证有力,条理分明,语 言流畅。 符合科学论文的基本要求,设计(论文)中的用语格式、图 表、数据、各种资料的运用及引用都要规范化。 工程设计类篇幅不少于 8000 字, 研究论文篇幅不少于 10000 字。 8 9 10 外文应用能力 文题相符 写作水平 成果质量管理 11 写作规范 12 篇幅 成 果 的 理 论 或 在理论上具有新意,应用性研究对于实际工作具有一定意 13 实际价值 义。