1、 結課論文 題 目 實驗設計與數據處理在電氣工程中的應用 姓 名 趙慶營 學 號 201230254016 所在學院 電氣工程 年級專業 12級電氣電氣工程與自動化1、摘要：我們學習了實驗設計與數據處理這門課程，我們不禁會思考，它在我就讀的電氣工程專業中到底有什么應用呢？2、關鍵詞：實驗，數據，電氣工程3、正文：我們學習了實驗設計與數據處理這門課程，我們不禁會思考，它在我就讀的電氣工程專業中到底有什么應用呢？我們從一個例子來看它的方法和思想在專業實驗中的應用1. 實驗名稱：某機械廠10KV降壓變電所電氣設計 2. 電氣主接線方案：發電機電壓接線采用單母線不分段，設置2臺變壓器，其容量為1000

2、0KW，35KV線路采用單母線分段。3.變壓器容量的確定因為發電機的容量為1600KW，所以變壓器的容量應大于等于8000KW。變壓器的選擇型號額定容量（KVA）額定電壓（KV）阻抗電壓（%）連接組高壓低壓SL7-10000/35100003567.5Y/-114.電氣一次短路電流計算對選定的主接線方案，按電氣設備選擇、校驗的需要進行短路電流的計算。在教師指導下，力求合理選擇短路點，以避免過多的重復工作量。按單峰函數法計算短路電流。短路電流計算條件為使所選電氣設備具有足夠的可靠性、經濟性和合理性，并在一定時期內適應電力系統發展的需要，作校驗用的短路電流應按下列條件確定。（1）容量和接線按本工程

3、設計最終容量計算，并考慮電力系統遠景發展規劃（一般為本工程建成后510年）：其接線應采用可能發生最大短路電流的正常接線方式，但不考慮在切換過程中可能短時并列的接線方式。（如切換廠用變壓器時的并列）。（2）短路種類一般按三相短路驗算，若其他種類短路較三相短路嚴重時，即應按最嚴重的情況驗算。（3）計算短路點選擇通過電器的短路電流為最大的那些點為短路計算點。短路電流的計算電網工業備用K2K1 選取基準值: 發電機：有阻尼繞組的水輪發電機 變壓器： 經查表選擇SFL1-10000/35型號 查得 線路： 35kv選擇 當6.3KV母線即k1點發生三相短路時：35kV63kVk1當K1發生短路時無限大容

4、量 穩態短路電流：沖擊短路電流：有限大容量： t=0s I1=2.38+5.064=7.444（KA）t=1s I2=2.38+3.265=5.645（KA）t=2s I3=2.38+3.096=5.476（KA）t=4s I4=2.38+2.964=5.344（KA）短路沖擊電流：總的沖擊電流：i=13.605+6.069=19.674(KA) 當35KV母線即k2點發生三相短路時：當點發生短路時無限大容量 穩態短路電流：沖擊短路電流：有限大容量短路電流：t=0s t=1s t=2s t=4s t=0s I1=5.5706+0.691=6.2616（KA）t=1s I2=5.5706+0.5

5、04=6.0746（KA）t=2s I3=5.5706+0.495=6.0656（KA）t=4s I4=5.5706+0.487=6.0576（KA）短路沖擊電流: 總的沖擊電流：i=14.205+1.759=15.964(KA)短路：當時. 短路：當. 2.3.3 短路電流計算成果表短路點分支回路額定容量（MV·A）計 算 電 抗T=0sT=1sT=2sT=4sT=0s沖擊短路電流（kA）6kV母線大電網0.6551.52672.381.52672.381.52672.381.52672.386.069水電站20.215.5265.0643.5633.2653.3783.0963.

6、2342.96413.605合計7.4445.6455.4765.34419.67435kV母線大電網0.283.575.57063.575.57063.575.57063.575.570614.205水電站100.24754.430.6913.230.5043.170.4953.120.4871.759合計6.26166.07466.06566.057615.9645. 高壓電氣設備的選擇5.1高壓電氣設備選擇的一般條件電氣設備選擇是發電廠和變電所設計的主要內容之一，在選擇時應根據實際工作特點，按照有關設計規范的規定，在保證供配電安全可靠的前提下，力爭做到技術先進，經濟合理。為了保障高壓電氣

7、設備的可靠運行，高壓電氣設備選擇與校驗的一般條件，按正常工作條件包括：電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇；按短路條件包括動穩定、熱穩定校驗；按環境工作條件如溫度、濕度、海拔等選擇。5.1.1 額定電壓和最高工作電壓高壓電氣設備所在電網的運行電壓因調壓或負荷的變化，常高于電網的額定電壓，故所選電氣設備允許最高工作電壓Ualm不得低于所接電網的最高運行電壓。一般電氣設備允許的最高工作電壓可達1.11.15UN，而實際電網的最高運行電壓Usm一般不超過1.1UNs因此在選擇電氣設備時，一般可按照電氣設備的額定電壓的額定電壓UN不低于裝置地點電網額定電壓UNs的條件選擇，即 UN UNs 5.1.2 額

8、定電流電氣設備的額定電流IN是指在額定環境溫度下，電氣設備的長期允許通過電流。IN應不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續工作電流Iw.max，即IN Imax 5.2、高壓斷路器的選擇和校驗高壓斷路器應根據斷路器安裝地點、環境和使用條件等要求選擇其種類和型式。由于少油斷路器制造簡單、價格便宜、維護工作量較少，故在3220kV系統中應用較廣，但近年來，真空斷路器在35kV及以下電力系統中得到了廣泛應用，有取代油斷路器的趨勢。SF6斷路器也已在向中壓1035kV發展，并在城鄉電網建設和改造中獲得了應用。高壓斷路器的操動機構，大多數是由制造廠配套供應，僅部分少油斷路器有電磁式、彈簧式或液壓式等

9、幾種型式的操動機構可供選擇。一般電磁式操動機構需配專用的直流合閘電源，但其結構簡單可靠；彈簧式結構比較復雜，調整要求較高；液壓操動機構加工精度要求較高。操動機構的型式，可根據安裝調試方便和運行可靠性進行選擇。發電機出口斷路器的選擇型號額定電壓(KV)額定電流(A)額定開斷電流(KA)極限通過電流峰值(KA)4s熱穩定電流(KA)ZN-10/600-15066008.7228.7變壓器低壓側斷路器的選擇型號額定電壓(KV)額定電流(A)額定開斷電流(KA)極限通過電流峰值(KA)4s熱穩定電流(KA)ZN-10/600-15066008.7228.7變壓器高壓側斷路器的選擇型號額定電壓(KV)額

10、定電流(A)額定開斷電流(KA)極限通過電流峰值(KA)4s熱穩定電流(KA)LW16-3535160025632535 KV側斷路器的選擇型號額定電壓(KV)額定電流(A)額定開斷電流(KA)極限通過電流峰值(KA)4s熱穩定電流(KA)LW16-353516002563255.2.1額定電壓選擇 UNUNS=1.05×6.3=6.615KV 即設備的額定電壓應大于6.615KV。5.2.2額定電流選擇 INImax=1.05×10MV.A/3×6.615=0.92KA綜合以上計算及所參閱的資料，選擇6.3KV母線斷路器的型號為：ZN-10/600-150；選擇

11、35KV母線斷路器的型號為：ZN-35/630-8。5.2.3額定開斷電流選擇在額定電壓下，斷路器能保證正常開斷的最大短路電流稱為額定開斷電流。高壓斷路器的額定開斷電流INbr，不應小于實際開斷瞬間的短路電流周期分量Izt，即INbrIzt 發電機出口：8.72.38變壓器低壓側：8.72.38變壓器高壓側：255.570635KV母線側：255.5706 我國生產的高壓斷路器在做型式試驗時，僅計入了20%的非周期分量。一般中、慢速斷路器，由于開斷時間較長(>0.1s)，短路電流非周期分量衰減較多，能滿足國家標準規定的非周期分量不超過周期分量幅值20%的要求。使用快速保護和高速斷路器時，

12、其開斷時間小于0.1s，當在電源附近短路時，短路電流的非周期分量可能超過周期分量的20%，因此需要進行驗算。短路全電流的計算方法可參考有關手冊，如計算結果非周期分量超過20%以上時，訂貨時應向制造部門提出要求。5.2.4短路關合電流的選擇在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中，動、靜觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過（預擊穿），更容易發生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞。且斷路器在關合短路電流時，不可避免地在接通后又自動跳閘，此時還要求能夠切斷短路電流，因此，額定關合電流是斷路器的重要參數之一。為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器的額定關合電流iNcl不應小于短路電流

13、最大沖擊值ich ， 即iNclich 發電機出口：2212.891變壓器低壓側：2212.891變壓器高壓側：6314.20535 KV母線側：6314.2055.2.5動穩定校驗 所謂動穩定校驗希是指在沖擊電流作用，斷路器的載流部分所產生的電動力是否能導致斷路器的損壞。動穩定應滿足的條件是短路沖擊電流ich應小于或等于斷路器的電動穩定電流（峰值）。一般在產品目錄中給出的是極限通過電流（峰值）ikw，它與電動穩定電流的關系應滿足 Ikwich 發電機出口：2212.891 變壓器低壓側：2212.891 變壓器高壓側：6314.205 35KV母線側：6314.2055.2.6熱穩定校驗 應

14、滿足的條件是短路熱效應Qk應不大于斷路器在t秒時間內的允許熱效應，即 I2rtQk 發電機出口：8.72×447.28 變壓器低壓側：8.72×447.28 變壓器高壓側：652×41.0935KV母線側：652×41.095.3隔離開關的選擇和校驗隔離開關選擇及校驗條件除額定電壓、額定電流、熱穩定、動穩定校驗外，還應注意其種類和形式的選擇，尤其屋外式隔離開關的型式較多，對配電裝置的布置和占地面積影響很大，因此其型式應根據配電裝置特點和要求以及技術經濟條件來確定。表3.3.1為隔離開關選型參考表。表3.3.1 隔離開關選型參考表使用場合特 點參 考 型

15、號屋內屋內配電裝置成套高壓開關柜三級， 10kV以下GN2，GN6，GN8，GN19發電機回路、大電流回路單極，大電流300013000AGN10三級，15kV，200600AGN11三級，10kV，大電流20003000AGN18，GN22，GN2單極，插入式結構，帶封閉罩20 kV，大電流1000013000AGN14屋外220kV及以下各型配電裝置雙柱式，220kV及以下GW4高型、硬母線布置V型，35110kVGW5硬母線布置單柱式，220500 kVGW620kV及以上中型配電裝置三柱式，220500 kVGW7發電機出口隔離開關的選擇型號額定電壓（KV）額定電流（A）極限通過電流（

16、KA）4s熱穩定電流（KA）GN6-6T/2006200峰值有效值1025.514.7變壓器低壓側隔離開關的選擇型號額定電壓（KV）額定電流（A）極限通過電流（KA）4s熱穩定電流（KA）GN6-6T/2006200峰值有效值1025.514.7變壓器高壓側隔離開關的選擇型號額定電壓（KV）額定電流（A）極限通過電流峰值（KA）4s熱穩定電流（KA）GW5-35G35600721635KV側隔離開關的選擇型號額定電壓（KV）額定電流（A）極限通過電流峰值（KA）4s熱穩定電流（KA）GW5-35G3560072161 動穩定校驗： Ikwich 發電機出口：25.512.891 變壓器低壓側：

17、25.512.891 變壓器高壓側：7214.205 35KV母線側：7214.2052 熱穩定校驗： I2rtQk 發電機出口：102×447.28 變壓器低壓側：102×447.28 變壓器高壓側：162×41.0935KV母線側：162×41.095.4電流互感器的選擇和校驗5.4.1 電流互感器一次回路額定電流選擇為了確保所供儀表的準確度，互感器的一次側額定電流應盡可能與最大工作電流接近。5.4.2 二次額定電流的選擇電流互感器二次額定電流有5A和1A兩種，一般強電系統用5A，弱電系統用1A。I1=1600/(0.8×3×6.

18、3)=183.29(KA) 183.29×1.3:5=238.277:5I2=183.29×5/2=458.225 458.225×1.3:5=595.693:5I3=8000/(0.8×3×35)=164.96 164.96×1.3:5=214.44:5I4=164.92×2=329.92 329.92×1.3:5=428.9:5發電機出口電流互感器的選擇型號額定電壓(KV)額定一次電流(A)額定二次電流(A)短路熱電流有效值(KA)動穩定電流峰值(KA)LDZ-106300400575倍125倍變壓器低壓側電流

19、互感器的選擇型號額定電壓(KV)額定一次電流(A)額定二次電流(A)短路熱電流有效值(KA)動穩定電流峰值(KA)LDZB-10660053070變壓器高壓側電流互感器的選擇型號額定電壓(KV)額定一次電流(A)額定二次電流(A)短路熱電流有效值(KA)動穩定電流峰值(KA)LZZ-3535300519.563.635KV母線側電流互感器的選擇型號額定電壓(KV)額定一次電流(A)額定二次電流(A)短路熱電流有效值(KA)動穩定電流峰值(KA)LZZ-3535500539127.25.4.3 電流互感器種類和型式的選擇在選擇互感器時，應根據安裝地點(如屋內、屋外)和安裝方式(如穿墻式、支持式、

20、裝入式等)選擇相適應的類別和型式。選用母線型電流互感器時，應注意校核窗口尺寸。5.4.4 電流互感器準確級的選擇為保證測量儀表的準確度，互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。例如:裝于重要回路(如發電機、調相機、變壓器、廠用饋線、出線等)中的電能表和計費的電能表一般采用0.51級表，相應的互感器的準確級不應低于0.5級，對測量精度要求較高的大容量發電機、變壓器、系統干線和500kV級宜用0.2級。供運行監視、估算電能的電能表和控制盤上儀表一般皆用11.5級的，相應的電流互感器應為0.51級。供只需估計電參數儀表的互感器可用3級的。當所供儀表要求不同準確級時，應按相應最高級別來確定電流互感

21、器的準確級。5.4.5熱穩定校驗電流互感器的熱穩定校驗只對本身帶有一次回路導體的電流互感器進行。電流互感器熱穩定能力常以1s允許通過的額定電流IN1的倍數Kh來表示，故熱穩定應按下式校驗 (KhIN1)2I2tdz 發電機出口: （75×300）2（2.38）2×4變壓器低壓側：（75×300）2（2.38）2×4變壓器高壓側：（19.5×300）2（2.38）2×4 35KV母線側: （19.5×300）2（2.38）2×4 5.4.6動穩定校驗電流互感器內部動穩定能力，常以允許通過的一次額定電流最大值的倍數Km

22、o-動穩定電流倍數表示，故內部動穩定可用下式校驗 2KmoIN1ich 發電機出口: 2×125×30012.891變壓器低壓側： 2×125×30012.891變壓器高壓側：2×63.6×30014.205 35KV母線側: 2×63.6×30014.2055.5電壓互感器的選擇5.5.1 電壓互感器一次回路額定電壓選擇為了確保電壓互感器安全和在規定的準確級下運行，電壓互感器一次繞組所接電力網電壓應在（1.10.9）UN1范圍內變動，即滿足下列條件1.1 UN1> UNs>0.9 UN1 式中 UN1

23、 電壓互感器一次側額定電壓。選擇時，滿足UN1= UNs 即可。5.5.2 電壓互感器二次側額定電壓的選擇電壓互感器二次側額定線間電壓為100V，要和所接用的儀表或繼電器相適應。5.5.3 電壓互感器種類和型式的選擇電壓互感器的種類和型式應根據裝設地點和使用條件進行選擇，例如:在635kV屋內配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式； 110220kV配電裝置通常采用串級式電磁式電壓互感器；220kV及其以上配電裝置，當容量和準確級滿足要求時，也可采用電容式電壓互感器。5.5.4準確級選擇和電流互感器一樣，供功率測量、電能測量以及功率方向保護用的電壓互感器應選擇0.5級或1級的，只供估計被測值的儀表

24、和一般電壓繼電器的選用3級電壓互感器為宜。（1） 6000100 （2） 6000100 （3） 35000100發電機出口電壓互感器的選擇型號額定電壓比(V)額定輸出極限輸出(VA)0.5級1級JDZ-66000/10050803006KV側電壓互感器的選擇型號額定電壓比(V)額定輸出極限輸出(VA)0.5級1級JDZ-66000/100508040035KV側電壓互感器的選擇型號額定電壓（V）準確級連接組JDN-35一次二次0.5級1級I,I0350001001502505.6 高壓熔斷器的選擇高壓熔斷器按額定電壓、額定電流、開斷電流和選擇性等項來選擇和校驗。5.6.1 額定電壓選擇對于一

25、般的高壓熔斷器，其額定電壓UN必須大于或等于電網的額定電壓UNs。但是對于充填石英砂有限流作用的熔斷器，則不宜使用在低于熔斷器額定電壓的電網中，這是因為限流式熔斷器滅弧能力很強，在短路電流達到最大值之前就將電流截斷，致使熔體熔斷時因截流而產生過電壓，其過電壓倍數與電路參數及熔體長度有關，一般在UNs=UN的電網中，過電壓倍數約22.5倍，不會超過電網中電氣設備的絕緣水平，但如在UNs<UN的電網中，因熔體較長，過電壓值可達3.54倍相電壓，可能損害電網中的電氣設備。6KV側高壓熔斷器的選擇型號額定電壓（KV）額定電流（A）開斷電流（KA）RN1-663002035KV側高壓熔斷器的選擇型

26、號額定電壓（KV）額定電流（A）三相斷流容量（KVA）RW10-35/53556005.6.2 熔斷器開斷電流校驗INbrIch 2012.891所以開斷能力滿足要求。 對于沒有限流作用的熔斷器，選擇時用沖擊電流的有效值Ich 進行校驗；對于有限流作用的熔斷器，在電流達最大值之前已截斷，故可不計非周期分量影響，而采用I"進行校驗。5.7 避雷器的選擇6KV側避雷器的選擇型號額定電壓(KV)滅弧電壓（KV）FS4-667.635KV側避雷器的選擇型號額定電壓(KV)滅弧電壓（KV）FZ-3535415.8 支柱絕緣子和穿墻套管的選擇支柱絕緣子的作用是支撐母線，穿墻套管的作用是為了保證母

27、線穿墻時絕緣。5.8.1支柱絕緣子選擇場所型號額定電壓（KV）戶內ZA-6Y6戶外ZPA-66戶外ZS-35/600355.8.2穿墻套管的選擇型號額定電壓（KV）額定電流(A)CA-6/40064005.9 母線的選擇與校驗母線一般按母線材料、類型和布置方式；導體截面;熱穩定； 動穩定等項進行選擇和校驗； 5.9.1 母線材料、類型和布置方式（1）配電裝置的母線常用導體材料有銅、鋁和鋼。銅的電阻率低，機械強度大，抗腐蝕性能好，是首選的母線材料。但是銅在工業和國防上的用途廣泛，還因儲量不多，價格較貴，所以一般情況下，盡可能以鋁代銅，只有在大電流裝置及有腐蝕性氣體的屋外配電裝置中，才考慮用銅作為

28、母線材料。（2）常用的硬母線截面有矩形、槽形和管形。矩形母線常用于35kV及以下、電流在4000A及以下的配電裝置中。為避免集膚效應系數過大，單條矩形截面積最大不超過1250mm2。當工作電流超過最大截面單條母線允許電流時，可用幾條矩形母線并列使用，但一般避免采用4條及以上矩形母線并列。槽形母線機械強度好，載流量較大，集膚效應系數也較小，一般用于40008000A的配電裝置中。管形母線集膚效應系數小，機械強度高，管內還可通風和通水冷卻，因此，可用于8000A以上的大電流母線。另外，由于圓形表面光滑，電暈放電電壓高，因此可用于110kV及以上配電裝置。 3.9.2 母線截面的選擇除配電裝置的匯流

29、母線及較短導體(20m以下)按最大長期工作電流選擇截面外，其余導體的截面一般按經濟密度選擇。按經濟電流密度選擇按經濟電流密度選擇母線截面可使年綜合費用最低，年綜合費用包括電流通過導體所產生的年電能損耗費、導體投資和折舊費、利息等。從降低電能損耗角度看，母線截面越大越好，而從降低投資、折舊費和利息的角度，則希望截面越小越好。綜合這些因素，使年綜合費用最小時所對應的母線截面稱為母線的經濟截面，對應的電流密度稱為經濟電流密度。表3.9.2為我國目前仍然沿用的經濟電流密度值。表5.9.2 經濟電流密度值導體材料最大負荷利用小時數Tmax(h)3000以下300050005000以上裸銅導線和母線3.0

30、2.251.75裸鋁導線和母線（鋼芯）1.651.150.9Imax=2000（3×6.3）=183.29（A）按經濟電流密度選擇母線截面按下式計算Sec=183.292.25=81.46 在選擇母線截面時，應盡量接近按上式計算所得到的截面，當無合適規格的導體時，為節約投資，允許選擇小于經濟截面的導體。6.3KV輸電導線的型號為LGJ-80。5.9.3 母線熱穩定校驗按正常電流及經濟電流密度選出母線截面后，還應按熱穩定校驗。按熱穩定要求的導體最小截面為 SQK/C=47.28/63=0.109 熱穩定系數C值與材料及發熱溫度有關。母線的C值如表3.9.3所示。表5.9.3 導體材料短時發熱最高允許溫度（）和熱穩定系數C導體種類和材料(0C )C母線及導線：鋼 鋁 鋼（不和電器直接連接時） 鋼（和電器直接連接時）3202204203201759570635.9.4 母線的動穩定校驗各種形狀的母線通常都安裝在支持絕緣子上，當沖擊電流通過母線時，電動力將使母線產生彎曲應力， 因此必須校驗母線的動穩定性。安裝在同一平面內的三相母線，其中間