1、課題名稱：220KV 變電站電氣設計指導老師： 設 計 人： 設計時間：2008年10月30日摘 要本說明書以220KV地區變電站設計為例，論述了電力系統工程中變電站部分電氣設計（一次部分）的全過程。通過對變電站的主接線設計，站用電接線設計，短路電流計算，電氣設備動、熱穩定校驗，主要電氣設備型號及參數的確定，運行方式分析，防雷及過電壓保護裝置的設計，電氣總平面及配電裝置斷面設計和無功補償方案設計，較為詳細地完成了電力系統中變電站設計。關鍵詞：變電站；短路電流；動穩定；過電壓保護裝置ABSTRACTThe statement about the 220kv transformer area su

2、bstation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. Through the main transformer stations wiring design, stations wiring design stations, short circuit current calculations, check electrical equipment moving and therma

3、l stability, set the main electrical equipment models and the parameters, the operating mode, design over-voltage protection and mine devices , design general electric graphic and distribution devices flood, and without power compensation. Lastly,completed substation design in power system. KEY WORD

4、S：Substation； Short circuit currents ；Moving stability；Thermal stability TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc216529770 第1章 引言 PAGEREF _Toc216529770 h 5 HYPERLINK l _Toc216529771 第2章 . 電氣主接線及接線方案選擇 PAGEREF _Toc216529771 h 6 HYPERLINK l _Toc216529772 2.1 概述 PAGEREF _Toc216529772 h 6 HYPERLINK l _Toc216529

5、773 2.2 主接線接線方式的選擇 PAGEREF _Toc216529773 h 7 HYPERLINK l _Toc216529774 2.3 本章小節 PAGEREF _Toc216529774 h 14 HYPERLINK l _Toc216529775 第3章 站用電接線及設備用電源接線方案 PAGEREF _Toc216529775 h 15 HYPERLINK l _Toc216529776 3.1 所用電源數量及容量 PAGEREF _Toc216529776 h 15 HYPERLINK l _Toc216529777 3.2 所用電源引接方式 PAGEREF _Toc21

6、6529777 h 15 HYPERLINK l _Toc216529778 3.3 所用變壓器低壓側接線 PAGEREF _Toc216529778 h 15 HYPERLINK l _Toc216529779 3.4本章小結 PAGEREF _Toc216529779 h 16 HYPERLINK l _Toc216529780 第4章 短路計算 PAGEREF _Toc216529780 h 17 HYPERLINK l _Toc216529781 4.1 短路故障產生的原因 PAGEREF _Toc216529781 h 17 HYPERLINK l _Toc216529782 4.2

7、 短路故障的危害 PAGEREF _Toc216529782 h 17 HYPERLINK l _Toc216529783 4.3 短路電流計算的目的 PAGEREF _Toc216529783 h 18 HYPERLINK l _Toc216529784 4.4 短路電流計算的內容 PAGEREF _Toc216529784 h 19 HYPERLINK l _Toc216529785 4.5 短路電流計算方法 PAGEREF _Toc216529785 h 19 HYPERLINK l _Toc216529786 4.6三相短路電流周期分量起始值的計算 PAGEREF _Toc216529

8、786 h 19 HYPERLINK l _Toc216529787 4.7本章小結 PAGEREF _Toc216529787 h 24 HYPERLINK l _Toc216529788 第5章 電氣設備的選擇 PAGEREF _Toc216529788 h 25 HYPERLINK l _Toc216529789 5.1 概述 PAGEREF _Toc216529789 h 25 HYPERLINK l _Toc216529790 5.2 斷路器的選擇 PAGEREF _Toc216529790 h 26 HYPERLINK l _Toc216529791 5.3 隔離開關的選擇 PAG

9、EREF _Toc216529791 h 27 HYPERLINK l _Toc216529792 5.4 高壓熔斷器的選擇 PAGEREF _Toc216529792 h 28 HYPERLINK l _Toc216529793 5.5 互感器的選擇 PAGEREF _Toc216529793 h 29 HYPERLINK l _Toc216529794 5.6本章小結 PAGEREF _Toc216529794 h 37 HYPERLINK l _Toc216529795 第6章 防雷及過電壓保護裝置設計 PAGEREF _Toc216529795 h 38 HYPERLINK l _To

10、c216529796 6.1避雷針 PAGEREF _Toc216529796 h 38 HYPERLINK l _Toc216529797 6.2 避雷器 PAGEREF _Toc216529797 h 39 HYPERLINK l _Toc216529798 6.3 防雷接地 PAGEREF _Toc216529798 h 40 HYPERLINK l _Toc216529799 6.4 變電所的防雷保護 PAGEREF _Toc216529799 h 41 HYPERLINK l _Toc216529800 6.5接地裝置 PAGEREF _Toc216529800 h 41 HYPER

11、LINK l _Toc216529801 6.6本章小結 PAGEREF _Toc216529801 h 42 HYPERLINK l _Toc216529802 第7章 無功補償 PAGEREF _Toc216529802 h 43 HYPERLINK l _Toc216529803 7.1 提高功率因數的意義 PAGEREF _Toc216529803 h 43 HYPERLINK l _Toc216529804 7.2 補償裝置的確定： PAGEREF _Toc216529804 h 43 HYPERLINK l _Toc216529805 7.3 功補償容量計算 PAGEREF _To

12、c216529805 h 44 HYPERLINK l _Toc216529806 7.4本章小結 PAGEREF _Toc216529806 h 46 HYPERLINK l _Toc216529807 致 謝 PAGEREF _Toc216529807 h 47 HYPERLINK l _Toc216529808 參考文獻 PAGEREF _Toc216529808 h 48 HYPERLINK l _Toc216529809 附錄：1 PAGEREF _Toc216529809 h 49 HYPERLINK l _Toc216529810 該降壓變電所選用主變壓器基本參數表1： PAGE

13、REF _Toc216529810 h 49 HYPERLINK l _Toc216529811 該降壓變電所選用設備的型號表2： PAGEREF _Toc216529811 h 49第1章 引言電力工業是國民經濟的重要部門之一，它是負責把自然界提供的能源轉換為供人們直接使用的電能的產業。它即為現代工業、現代農業、現代科學技術和現代國防提供不可少的動力，又和廣大人民群眾的日常生活有著密切的關系。電力是工業的先行。電力工業的發展必須優先于其他的工業部門，整個國民經濟才能不斷前進。我國具有極其豐富的能源。這些優越的自然條件為我國電力工業的發展提供了良好的物質基礎。不僅如此，目前我國的電力工業已開始

14、進入“大電網”、“大機組”、“超高壓交、直流輸電”等新技術發展的新階段，一些世界水平的先進的高新技術，已在我國電力系統中得到了相應的應用。但是，隨著近年來我國國民經濟的高速發展與人民生活用電的急劇增長，電力工業的發展仍不能滿足整個社會發展的需要，未能很好起到先行的作用，僅以2004年夏季的供電負荷高峰期為例，全國預計總共缺電3000萬KW左右，有24個省區都先后出現拉閘限電的的情況，這樣的局面預期還要過23年才可能得到較好的解決 。另外，由于我國人口眾多，由此在按人口平均用電方面，迄今不僅仍遠遠落后于一些發達國家，即使在發展中國家中，也只處于中等水平，尚不及全世界平均人口用電量的一半。因而，要

15、實現在21世紀初全面建設小康社會的要求，我國的電力工業必須持續、穩步地大力發展。展望未來，我們堅信，在新世紀中，中國的電力工業必須持續、高速地發展，取得更加輝煌的成就。第2章 . 電氣主接線及接線方案選擇2.1 概述電所電氣主接線設計是依據變電所的最高電壓等級和變電所的性質，選擇出一種與變電所在系統中的地位和作用相適應的接線方式。變電所的電氣主接線是電力系統接線的重要部分，它表明變電所內的變壓器、各電壓等級的線路 、無功補償設備以最優化的接線方式與電力系統連接，同時也表明在變電所內各種電氣設備之間的連接方式。 電氣主接線的設計與所在電力系統及所采用的設備密切相關。隨著電力系統的不斷發展、新技術

16、的采用、電氣設備的可靠性不斷提高 ，設計主接線的觀念也應與時俱進、不斷創新。變電所電氣主接線設計是依據變電所的最高電壓等級和變電所的性質，選擇出一種與變電所在系統中的地位和作用相適應的接線方式。變電所的電氣主接線是電力系統接線的重要組成部分。它表明變電所內的變壓器、各電壓等級的線路、無功補償設備最優化的接線方式與電力系統連接，同時也表明在變電所內各種電氣設備之間的連接方式。一個變電所的電氣主接線包括高壓側、中壓側、低壓側以及變壓器的接線。因各側所接的系統情況不同，進出線回路數不同，其接線方式也不同。 主接線是變電所的電氣設備設計的首要部分，它是由高壓電器設備通過連接線組成的接受和分配電能的電路

17、，傳輸強電流、高電壓的網絡，也是構成電力系統的重要環節。主接線的確定直接影響電力運行的可靠性、靈活性、和經濟性，并對電器選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動裝置和控制方式的擬定都有決定性的關系，因此，必須綜合處理好各方面的因素。然而，電氣主接線的設計與所在電力系統及所采用的設備密切相關。隨著電力系統的不斷發展、新技術的采用、電氣設備的可靠性不斷提高，設計主接線的觀念也應與時具進、不斷進步。電氣主接線，它表明變電所內的變壓器、各電壓等級的線路、無功補償設備最優化的接線方式與電力系統連接，同時也表明在變電所內各種電氣設備之間的連接方式。一個變電所的電氣主接線包括高壓側、中壓側、低壓側以及變壓器的接線

18、。因各側所接的系統情況不同，進出線回路數不同，其接線方式也不同。因此，設計時必須綜合待建變電站的各方面的因素選擇出選擇出一種最佳設計方案。我國變電所設計技術規程SDJ2-79規定：變電所的主接線應根據變電所在電力系統中的地位、回路數、設備特點及負荷性質等條件確定，并且滿足運行可靠，簡單靈活、操作方便和節約投資等要求，并便于擴建。一、可靠性：安全可靠是電力生產的首要任務，保證供電可靠和電能質量是對主接線最基本要求，而且也是電力生產和分配的首要要求。1、主接線可靠性的具體要求：（1）斷路器檢修時，不宜影響對系統的供電；（2）斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數和停運時間，并要求保證

19、對一級負荷全部和大部分二級負荷的供電；（3）盡量避免變電所全部停運的可靠性。二、靈活性：主接線應滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性。1、為了調度的目的，可以靈活地操作，投入或切除某些變壓器及線路，調配電源和負荷能夠滿足系統在事故運行方式，檢修方式以及特殊運行方式下的調度要求；2、為了檢修的目的：可以方便地停運斷路器，母線及繼電保護設備，進行安全檢修，而不致影響電力網的運行或停止對用戶的供電；3、為了擴建的目的：可以容易地從初期過渡到其最終接線，使在擴建過渡時，無論在一次和二次設備裝置等所需的改造為最小。三、經濟性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經濟合理。1、投資省：主接線應簡單清晰，

20、以節約斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備的投資，要能使控制保護不過復雜，以利于運行并節約二次設備和控制電纜投資；要能限制短路電流，以便選擇價格合理的電氣設備或輕型電器；在終端或分支變電所推廣采用質量可靠的簡單電器；2、占地面積小，主接線要為配電裝置布置創造條件，以節約用地和節省構架、導線、絕緣子及安裝費用。在不受運輸條件許可，都采用三相變壓器，以簡化布置。3、電能損失少：經濟合理地選擇主變壓器的型式、容量和數量，避免兩次變壓而增加電能損失。2.2 主接線接線方式的選擇電氣主接線是根據電力系統和變電所具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進出線路多時（一般超過四回）為便于電能

21、的匯集和分配，常設置母線作為中間環節，使接線簡單清晰、運行方便，有利于安裝和擴建。而本所各電壓等級進出線均超過四回，采用有母線連接。在有母線的連接中，合理的布置出現和電源的位置，減少功率在母線上的傳輸，就能達到減少母線中功率和電壓的損耗。2.2.1主接線接線方式分析：1、單母線接線單母線接線雖然接線簡單清晰、設備少、操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置等優點，但是不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關）等故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。單母線可用隔離開關分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關將故障的母線段分開后，才能恢復非故障段的供電，并且電壓等級越高，所接的回

22、路數越少。一般只用于一臺變壓器。單母接線適用于：110220KV配電裝置的出線回路數不超過兩回，3563KV，配電裝置的出線回路數不超過3回，610KV配電裝置的出線回路數不超過5回的小型發電或多數箱式變電站，才采用單母線接線方式，故在此不選用。2、單母分段用斷路器，把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，則有兩個電源供電以保證對重要用戶的正常供電；當一段母線發生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。但是，一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間內停電，而出線為雙回時，常使架空線路出現交叉跨越，擴建時需向兩個方向均衡擴建

23、.。單母分段接線適用于：110KV220KV配電裝置的出線回路數為34回，3563KV配電裝置的出線回路數為48回，610KV配電裝置出線為6回及以上，每段所接容量不超過25MW，則適宜采用單母分段接線。3、單母分段帶旁路母線即單母線分段接線中加裝一條旁路母線，在出線隔離開關外側，加裝一條旁路母線，每一回出線通過一旁路隔離開關與旁路母線相連；在每段匯流母線與旁路母線之間加裝一臺斷路器，組成專設旁路斷路器的接線，這樣旁路母線系統也可以用于檢修電源回路中的斷路器，單母線分段帶旁路母線接線方式簡單、清晰，操作方便、易于擴建，當檢修出線斷路器是可不用停電；但其也有缺點，就是當匯流母線檢修或故障時，該段

24、需要母線全段停電。這種接線方式適用于：進出線不多、有不允許停電檢修斷路器的要求，容量不大的中小型電壓等級為35110KV的變電所較為實用，它具有足夠的可靠性和靈活性。4、橋形接線當只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用橋式接線。它只采用三臺斷路器即可，所用斷路器數目最少，根據橋聯斷路器的位置，可分為內橋接線和外橋接線。（1）、內橋接線：當變壓器故障時，只需停掉相應線路的供電；當線路故障時，僅故障線路側的斷路器自動分閘，其余三條回路可繼續工作。因此，內橋接線適合于輸電線路較長，故障機率較多而變壓器又不需經常切除時，采用內橋式接線。（2）、外橋接線：當變壓器故障時，斷路器和變壓器低壓側斷路器自動斷開

25、，切除故障變壓器。當線路故障時需停相應的變壓器。檢修斷路器LD，不致引起系統開環，有時增設并聯旁路隔離開關以供檢修LD時使用。因此，外橋接線適合于出線較短，且變壓器隨經濟運行的要求需經常切換，或系統有穿越功率，較為適宜。所以，橋式接線，可靠性較差，雖然它有：使用斷路器少、布置簡單、造價低等優點，但是一般系統把具有良好的可靠性放在首位。5、一臺半斷路器（3/2）接線每兩個回路用三臺斷路器接在兩組母線上，在兩斷路器之間引接回路，形成每一回路經一臺斷路器接至一組母線，兩個回路間設一聯絡斷路器，形成一個“串”，這樣兩回路共用三臺斷路器稱為一臺半斷路器接線。它具有較高的供電可靠性和運行靈活性，任一母線故

26、障或檢修均不致停電，但是它使用的設備較多，占地面積較大，增加了二次控制回路的接線和繼電保護的復雜性，且投資大。6、雙母線接線它具有供電可靠、調度靈活、擴建方便等優點，而且，采用一條母線工作，另一條母線可實現不停電檢修；任何一回路母線隔離開關檢修時，通過倒母線使該回路單獨在備用母線上停電檢修；母線故障時，所有回路能迅速切換到非故障母線上運行；在特殊情況下，可將個別回路接在備用母線上單獨工作或實驗。當然，此種接法也有不足之處，隔離開光相對較多，配電裝置布置比較復雜，投資和占地面積比單母線要大；同時在倒閘操作中也容易出現錯誤操作，為此在隔離開關和斷路器之間需加裝閉鎖裝置。但，當母線故障時，需短時切換

27、較多電源和負荷；當檢修出線短路器時，該回路仍會短時停電。此種接線方式適用于：356kv出線數超過8回以上時，或連接電源較多，負荷較大時，一般采用雙母線接線；電壓等級為110kv出線數目為5回及以上時，還有220kv電壓等級出線數目在3回及以上時，都采用雙母線接線。 7、雙母線分段接線雙母線分段，可以分段運行，系統構成方式的自由度大，兩個元件可完全分別接到不同的母線上，對大容量且在需相互聯系的系統是有利的，由于這種母線接線方式是常用傳統技術的一種延伸，因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發生問題。而較容易實現分階段的擴建等優點，還有在610kv 配電裝置中，短路電流較大，為選擇輕型設備，限制短

28、路電流提高界限的可靠性，常采用母線分段接線，并在分段處加裝母線電抗器，提高此種接線的可靠性和靈活性。8、雙母線帶旁路母線：為了保證雙母線的配電裝置，在進出線斷路器檢修時（包括其保護裝置和檢修及調試），不中斷對用戶的供電，可增設旁路母線，或旁路斷路器，這樣就可以避免檢修短路器造成的短時停電。當110KV出線為7回及以上，220KV出線在4回以下時，可用母聯斷路器兼旁路斷路器用，這樣節省了斷路器及配電裝置間隔。但這樣就會在檢修短路器期間把雙母線變成但母線運行，并且增加了隔離開關的倒閘操作，可靠性有所降低。 待建變電所不同電壓等級電氣主接線方式的選擇：變電站電氣主接線的選擇，主要決定于變電站在電力系

29、統中的地位、環境、負荷的性質、出線數目的多少、電網的結構等。1、220KV側電氣主接線根據設計任務書所知，該降壓變所的電源電壓將有兩回路輸入的220KV電壓，因此，采用內橋節線方式最為合理，所用的配電裝置少，接線簡單，又能保變電所電源的可靠性。2、110kv側電氣主接線由于此變電所在城市近鄰，向開發區的煉鋼廠和附近的地區負荷供電，那么其負荷為地區性負荷。110kv只向煉鋼廠一個用戶供電，2條輸出回路，最大負荷為42000kw，功率因素為0.9，重要負荷百分數65%。則可采用無母線接線方式接線。根據以上分析、并結合實際情況，保留以下兩種方案，如圖1.1和圖1.2所示。圖1-1無母線接線中的外僑接

30、線圖1-2無母線接線中的內橋接線對圖1.1及圖1.2所示方案、進行綜合比較，見表1-1。表1-1 110KV主接線方案比較表 方案項目方案一單元節線方案二內橋接線技術 = 1 * GB3 簡單清晰、操作簡單、易于發展。 = 2 * GB3 降低故障的可能性。 = 3 * GB3 可靠性、靈活性差 = 1 * GB3 線路投入和切除方便、易于擴建。 = 2 * GB3 有較高的靈活性和可靠性。經濟 = 1 * GB3 單獨連接、配電裝置結構簡單。 = 2 * GB3 設備少、投資小。 = 1 * GB3 斷路器使用相對較多，增加投資成本。 = 2 * GB3 占地相對較大。在技術上（可靠性、靈活

31、性）第種方案明顯合理，在經濟上則方案占優勢。鑒于此站為地區變電站應具有較高的可靠性和靈活性。經綜合分析，決定選第種方案為設計的最終方案。3、10kv側電氣主接線電壓等級為10kv，有6個供電用戶，最大負荷為9800kw，功率因素為0.95，重要負荷百分比為62%，共有12條輸出回路。低壓側10kv，在系統中處重要地位，因此可采用單母線分段帶旁路母線、雙母線、及雙母線分段接線方式。據以上接線方式分析并結合該所的實際情況，篩選出以下兩種方案。如圖1.3及圖1.4所示。圖1-3單母線分段帶旁路母線接線。圖1-4雙母線接線。對圖1.3和1.4所示方案、進行綜合比較，見表1-21-2 10KV主接線接線

32、方式比較表方案項目方案一單母線帶旁路母線接線方案二雙母線接線技術優點：簡單、清晰，操作方便、易于擴建且具有很高的可靠性。當檢修出線斷路器時可不停電。當匯流母線檢修或故障時，該段母線將全部停電，但這機率很小。優點：運行方式比較靈活，可靠性高、便于擴建。缺點：當檢修出現斷路器檢修時，該回路仍會停電。經濟比方案多裝2臺斷路器，增加了投資和配電裝置的占地面積。比方案少些投資成本、占地面積稍少，。根據以上分析，并結合實際情況，經綜合分析后決定選用方案做為該降壓變電所低壓側10KV的主接線方式。2.3 本章小節本章先從大的方面介紹了電氣主接線設計的基本要求及原則和主接線的基本接線形式，然后根據設計資料提出

33、了不同的設計方案，最后從技術和經濟的角度對這些方案進行了綜合比較，得出該降壓變電所各個電壓等級所需的主接線形式。第3章 站用電接線及設備用電源接線方案3.1 所用電源數量及容量1) 樞紐變電所總容量為60MVA及以上的變電所裝有水冷卻或強迫油循環冷卻的主變壓器以及裝有同步調相機的邊點所，均裝設兩臺所用變壓器.采用整流操作電源或無人值班的變電所,裝設兩臺所用變壓器,分別接在不同等級的電源或獨立電源上.如果能夠從變電所外引入可靠的380V備用電源，上述變電所可以只裝設一臺所用變壓器.2) 500KV變電所裝設兩個工作電源.當主變壓器為兩臺時,可以分別接在每一臺主變壓器的第三繞組上。兩臺所用變壓器的

34、容量應相等,并按全所計算負荷來選擇.當建設初期只有一臺主變壓器時,可只接一臺工作變壓器.3) 當設有備用所用變壓器時,一般均裝設備用電源自動投入裝置.3.2 所用電源引接方式1) 當所內有較低電壓母線時,一般均由這類母線上引接12個所用電源,這一所用電源引接方式具有經濟和可靠性較高的特點。如能由不同電壓等級的母線上可分別引接兩個電源,則更可保證所用電的不間斷供電.當有旁路母線時,可將一臺所用變壓器通過旁路隔離開關接到旁路母線上。正常運行時,則倒換到旁路上供電.2) 由主變壓器第三繞組引接,所用變壓器高壓側要選用大斷流容量的開關設備，否則要加裝限流電抗器。3) 由于低壓網絡故障機會較多,從所外電

35、源引接所用電源可靠性較低.有些工程保留了施工時架設的臨時線路，多用于只有一臺主變壓器或一段低壓母線時的過度階段.220KV變電所多由附近的發電廠或變電所引接專用線作為所用電源.3.3 所用變壓器低壓側接線所用電系統采用380/220V中性點直接接地的三相四線制,動力與照明合用一個電源。1) 所用變壓器低壓側多采用單母線接線方式.當有兩臺所用變壓器時,采用單母線分段接線方式，平時分列運行，以限制故障范圍,提高供電可靠性.2)220KV變電所設置不間供電裝置，向通訊設備交流事故照明及監控計算機等負荷供電,其余負荷都允許停電一定時間,故可不裝設失壓啟動的備用電源自投裝置,避免備用電源投合在故障母線上

36、擴大為全所停電事故.3) 具備條件時,調相機專用負荷優先采用由所用變壓器低壓側直接支接供電的方式.3.4本章小結所用電是比較重要的負荷，其電能重要取自電站本身，它的安全運行一定程度上影響著整個變電站的安全運行。為此，我們應謹細的考慮。在本章中重要論述了變電站站用電的電源的選擇、引接線及備用電源的設計。第4章 短路計算計算短路電流的目的主要是 為了選擇斷路器等電氣設備或對這些設備提出技術要求；評價確定網絡方案，研究限制短路電流措施；為繼電保護設計與調試提供依據；分析計算送電線路對通訊網絡設施的影響等。 在電力系統設計中，短路電流的計算應按遠景規劃水平年來考慮，遠景規劃水平年一般取工程建成后5-1

37、0年中的某一年。計算內容為系統在最大運行方式時，個樞紐點的三相短路電流。4.1 短路故障產生的原因 工業與民用建筑中正常的生產經營辦公等活動以及人民的正常生活，都要求供電系統保證持續安全可靠地運行.但是由于各種原因，系統會經常出現故障，使正常運行狀態遭到破壞。 短路是系統常見的嚴重故障。所謂短路，就是系統中各種類型不正常的相與相之間或地與相之間的短接。系統發生短路的原因很多，主要有 ：1）設備原因 電氣設備、元件的損壞。如：設備絕緣部分自然老化或設備本身有缺陷，正常運行時被擊穿短路；以及設計、安裝、維護不當所造成的設備缺陷最終發展成短路的功能。2）自然原因 氣候惡劣，由于大風、低溫、導線覆冰引

38、起架空線倒桿斷線；因遭受直擊雷或雷電感應，設備過電壓，絕緣被擊穿等。 3）人為原因 工作人員違反操作規程帶負荷拉閘，造成相間弧光短路；違反電業安全工作規程帶接地刀閘合閘，造成金屬性短路；人為疏忽接錯線造成短路或運行管理不善造成小動物帶電設備內形成短路事故等。4.2 短路故障的危害供電系統發生短路后，電路阻抗比正常運行時阻抗小很多，短路電流通常超過正常工作電流幾十倍直至數百倍以上，它會帶來以下嚴重后果：1）短路電流的熱效應 巨大的短路電流通過導體，短時間內產生很大熱量，形成很高溫度，極易造成設備過熱而損壞。2）短路電流的電動力效應 由于短路電流的電動力效應，導體間將產生很大的電動力。如果電動力過

39、大或設備結構強度不夠，則可能引起電氣設備機械變形甚至損壞，使事故進一步擴大。3） 短路系統電壓下降 短路造成系統電壓突然下降，對用戶帶來很大影響。例如，異步電動機的電磁轉矩與端電壓平方成正比。同時電壓降低能造成照明負荷諸如電燈突然變暗及一些氣體放電燈的熄滅等，影響正常的工作、生活和學習。4）不對稱短路的磁效應 當系統發生不對稱短路時，不對稱短路電流的磁效應所產生的足夠的磁通在鄰近的電路內能感應出很大的電動勢。5）短路時的停電事故 短路時會造成停電事故，給國民經濟帶來損失。并且短路越靠近電源，停電波及范圍越大。6）破壞系統穩定造成系統瓦解 短路可能造成的最嚴重的后果就是使并列運行的各發電廠之間失

40、去同步，破壞系統穩定，最終造成系統瓦解，形成地區性或區域性大面積停電。4.3 短路電流計算的目的1）電主接線比選 短路電流計算可為不同方案進行技術經濟比較，并為確定是否采取限制短路電流措施等提供依據。2）選擇導體和電器 如選擇斷路器、隔離開關、熔斷器、互感器等。其中包括計算三相短路沖擊電流、沖擊電流有效值以校驗電氣設備動力穩定，計算三相短路電流穩態有效值用以校驗電氣設備及載流導體的熱穩定性，計算三相短路容量以校驗短路器的遮斷能力等。3）確定中性點接地方式 對于35KV 、10KV供配電系統，根據單相短路電流可確定中性點接地方式。4） 選擇繼電保護裝置和整定計算 在考慮正確、合理地裝設保護裝置，

41、在校驗保護裝置靈敏度時，不僅要計算短路故障支路內的三相短路電流值，還需知道其他支路短路電流分布情況；不僅要算出最大運行方式下電路可能出現的最大短路電流值，還應計算最小運行方式下可能出現的最小短路電流值；不僅要計算三相短路電流而且也要計算兩相短路電流或根據需要計算單相接地電流等。4.4 短路電流計算的內容1） 短路點的選取：各級電壓母線、各級線路末端。2） 短路時間的確定：根據電氣設備選擇和繼電保護整定的需要，確定計算短路電流的時間。3） 短路電流的計算：最大運行方式下最大短路電流；最小運行方式下最小短路電流；各級電壓中性點不接地系統的單相短路電流。計算的具體項目及其計算條件，取決于計算短路電流

42、的目的 。4.5 短路電流計算方法 供配電系統某處發生短路時，要算出短路電流必須首先計算出短路點到電源的回路總阻抗值。電路元件電氣參數的計算有兩種方法：標幺值法和有名值法。1）標幺值法 標幺制是一種相對單位制，標幺值是一個無單位的量，為任一參數對其基準值的比值。標幺值法，就是將電路元件各參數均用標幺值表示。由于電力系統有多個電壓等級的網絡組成，采用標幺值法，可以省去不同電壓等級間電氣參量的折算。在電壓系統中宜采用標幺值法進行短路電流計算。2） 有名值法 有名值法就是以實際有名單位給出電路元件參數。這種方法通常用于1KV以下低壓供電系統短路電流的計算。4.6三相短路電流周期分量起始值的計算1短路

43、電流計算的基準值 短路電流的計算通常采用近似標幺值計算。取=100MW，各級基準電壓為平均額定電壓。2網絡模型 計算短路電流對所用的網絡模型為簡化模型，即：忽略負荷電流；不計各元件的電阻，也不計送電線路的電納及變壓器的導納；發電機用次暫態電抗表示，并認為發電機電勢模值標幺制為1，相角為0。3三相短路電流周期分量起始值的計算步驟1）計算各元件參數標幺值，作出等值電路 前已選出了主變壓器（三繞組），其阻抗電壓百分比，如下表4-1：表4-1 繞組高-中高-低中-低阻抗電壓12-1422-247-9計算每個繞組的短路電壓百分數：（）（13238）14 (4-1)（）（13823）-1 (4-2)（）

44、（82313） 9 (4-3)取=100MVA，=計算變壓器各繞組的標幺值0.0583 (4-4)-0.0042 (4-5) 0.0375 (4-6)由于該工程，只有兩臺主變運行。所以，只需考慮2臺變壓器。2變的參數與1變的參數一致。做出等值電路圖4-2所示：圖4-2 等值電路2）當（f-1）點（220kv母線）發生短路時的計算55.6 (4-7)有名值：55.655.614（KA） (4-8)沖擊電流：142.5535.7（KA） ( 4-9 )圖4-33）當（f-2）點（110KV母線）發生短路時的計算圖4-40.05830.00420.0541 (4-10)/0.0271 (4-11)0

45、.0180.0271 (4-12)22.17 (4-13)有名值：22.1722.1711.1（KA） (4-14)沖擊電流：2.5511.128.3（KA） (4-15)4）當（f-3）點（35KV母線）短路計算圖4-50.05830.03750.0958 (4-16)/0.0479 (4-17)0.0180.0479 (4-18)15.2有名值：15.215.223.7（KA） (4-19)沖擊電流：2.5523.760.44（KA） (4-20)4.7本章小結 通過對短路計算為下一步設備的選擇奠定了基礎,比較全面的 計算短路計算。第5章 電氣設備的選擇5.1 概述電氣設備的選擇是發電廠和

46、變電所電氣設計的主要內容之一，正確選擇設備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經濟運行的重要條件，在進行設備選擇時，應根據工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩定地采用新技術，并注意節約投資選擇合適的電氣設備。盡管電力系統中各種電氣設備的作用和條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求都是相同的，電氣設備設備要能可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態來校驗其熱穩定和動穩定。 一般原則（1）應滿足正常進行、檢修、短路和過電壓情況下地要求，并考慮遠景發展（2）應按當地環境條件校驗（3）應力求技術先進和經濟合理（4）與整個工程地建設標準應協調一致（5）同類設備應

47、盡量減少品種（6）選用新產品為應具有可靠的試驗數據，并經正式鑒定合格，在特殊情況下，選用未經正式鑒定的新產品時，應經上級批準 技術條件按正常工作條件選擇導體和電器（1）電壓所選電器和電纜允許最高工作電Uymax，不得低于回路所接地網的最高運行電壓Ugmax即UymaxUgmax，一般電纜和電器允許的最高工作電壓，當額定電壓在220KV及以下時為1.15U，而實際電網運行的Ugmax一般不超過1.1Uco（2）電流導體和電器的額定電流是指在額定周圍環境溫度0下，導體和電器的長期允許電流Iy，應不小于該回路的最大持續工作電流Igumax，即IgumasIy由于變壓器在電壓降低5%時，出力保持不變，

48、按其相應回路的Igumax1.051Ic，（Ic為電器額定電流）（3）按當地環境條件校驗當周圍環境溫度0和導體額定環境溫度0不等時，其長期允許電流Iyo，可按下式修正IyoIyKiy其中K修正系數0y導體和電氣設備正常發熱允許最高溫度我國目前生產的電氣設備的額定環境溫度0040，在環境溫度高于+40（但+60），其允許電流一般可按應增高1，校驗電流減少1.8%，當環境溫度低于+40時環境溫度每降低1，額定電流增加0.5%，但最大負荷不得超過額定電流的20%。我國生產的裸導體的額定環境溫度00為+25。 按短路情況校驗電器在選定后應按最大可能通過的短路電流進行動、熱穩定校驗，檢驗的短路電流一般取

49、三相短路電流，用熔斷器保護繼電器，可不驗算熱穩定，當熔斷器有限流作用時，可不驗算動穩定，用熔斷器保護的電壓互感器回路，可不驗算動、熱穩定。滿足熱穩定條件為QdQr，或I2I2tQd短路電流產生的熱效應Qr短路時導體和電氣設備允許的熱效應Irt秒內允許通過的短路熱電流驗算熱穩定所用的計算時間約tdztb+tdtb繼電保護動作時間當驗算裸導體及110KV以下電纜短路熱穩定時，一般采用主保護動作時間，110KV以上，一般采用后備保護動作時間。tkd相應斷路器的全開斷時間（2）短路動穩定校驗iejidw 或 IejIdwiej短路沖擊電流峰值（KA）Iej短路沖擊電流有效值（KA）idw、Idw允許通

50、過動穩定電流的峰值及有效值5.2 斷路器的選擇電力系統中，高壓斷路器是重要的電氣設備之一，它具有完善的滅弧性能，正常情況下，用來接通和開斷負荷電流，在某些電氣主接線中，還擔任改變主接線的運行方式的任務，故障時，斷路器還常在繼電保護的配合使用下，斷開短路電流，切斷故障部分，保證非故障部分的正常運行。高壓斷路器應根據斷路器安裝地點、環境和使用技術條件等要求選擇其種類型，由于SF6斷路器滅弧性能好，維護工作量小，故220KV一般采用SF6斷路器。 按開斷電流選擇高壓斷路器的額定開斷電流應滿足IckdIzIz高壓斷路器觸頭實際開斷瞬間的短路電流周期分量的有效值 短路關合電流的選擇在斷路器分閘之前，當線

51、路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中，觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過（預擊穿），更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，要求能切斷短路電流，因此確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icg不應小于短路電流最大沖擊值icj即icgicj 關于關合時間的選擇關于分合時間，對于110KV以上的電網當電力系統穩定要求快速切除故障，分閘時間不宜大于0.04S，用于電氣制動回路的斷路器，其分閘時間不宜大于0.040.06S其選擇具體過程見計算說明書5.3 隔離開關的選擇隔離開關配置在主

52、接線上時，保證了線路及設備檢修時形成明顯的斷口與帶電部分隔離，由于隔離開關沒有滅弧裝置及開斷能力低，所以操作隔離開關時，必須遵守倒閘操作順序，送電時，首先合上母線側隔離開關，其次合上線路側隔離開關，最后合上斷路器，停電則與上述順序相反。5.3.1隔離開關的配置（1）斷路器的兩則均應配置隔離開關，以便在斷路器檢修時形成明顯的斷口與電源隔離。（2）中性點直接接地的普通壓器，均應通過隔離開關接地（3）接在母線上的避雷器和電壓互感器，宜合用一組隔離開關，為了保證電器和母線的檢修安全，每段母線上宜裝12組接地刀閘或接地器，63KV及以上斷路器兩側的隔離開關和線路的隔離開關，宜裝設接地刀閘，應盡量選用一側

53、式兩側帶接地刀閘的隔離開關（4）接在變壓器引出線或中性點的避雷器可不裝設隔離開關（5）當饋電線路的用戶側沒有電源時，斷路器通往用戶的那一側可以不裝設隔離開關，但如費用不大，為了防止雷電產生過電壓，也可以裝設。5.4 高壓熔斷器的選擇熔斷器是最簡單的保護電器，它用來保護電氣設備受過載和短路電流的損害，屋內型高壓熔斷器在變電所中常用于保護電力電容器，配電線路和配電變壓器，而在電廠中多用于保護電壓互感器。 按額定電壓選擇對于一般高壓熔斷器，其額定電壓必須大于或等于電網的額定電壓，另外，對于填充石英沙有限流作用的熔斷器，則只能用在等于其額定電壓的電網中，因為這種類型的熔斷器能在電流達最大值之前就將電流

54、截斷，致使熔斷器熔斷時產生過電壓。 按額定電流選擇熔斷器的額定電流選擇，為了保證熔斷器不致損壞，高壓熔斷器的熔管額定電流Ierg應大于或等于熔體的額定電流Iert。IergIert 額定電流選擇為了糾正熔體在通過變壓器勵磁涌流和保護范圍以外短路及電動機的起動等沖擊電流時應動作，保護35KV以下電力變壓器的高壓熔斷器，其熔體的額定電流可按下式選擇IertKigumaxK可靠系數（不計電動機自起動時K1.11.3，考慮電動機自起動時K1.52.0）Igumax電力變壓器回路最大工作電流項目額定電壓額定電流開斷電流短路關合電流熱穩定動穩定高壓斷路器eUewIeIgmaxIckdIzigh icjIt

55、 Itdwicj隔離開關/高壓熔斷器IekdIej/ 用于保護電力電容器高壓熔器高壓熔斷器的熔體，當系統電壓升高或波形畸變引起回路電流增大或運行過程中產生涌流時不應誤動作，其熔體按下式選擇IercKiccK可靠系數Icc電力電熔器回路的額定電流 熔斷器開斷開電流檢驗 IcrdIej對于保護電壓互感器的高壓熔斷器只需按規定電壓及斷流量來選擇高壓斷路器、隔離開關及高壓熔斷器的選擇校驗項目5.5 互感器的選擇互感器包括電壓互感器和電流互感器，是一次系統和二次系統間的聯絡元件，用以分別向測量儀表，繼電器的電壓線圈供電，正確反映電氣設備的正常運行和故障情況。互感器作用（1）將一次回路的高電壓和大電流變為

56、二次回路標準的低電壓和小電流，使測量儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結構輕巧，價格便宜，并便于屏內安裝。（2）使二次設備與高電壓部分隔離，且互感器二次側均接地，從而保證了設備和人身的安全電流互感器的特點：1、一次繞組串聯在電路中，并且匝數少，故一次繞組中的電流完全取決于被測電路的負荷電流，而與二次電流大小無關2、電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以在正常情況下，電流互感器在近于短路的狀態下運行電壓互感器的特點：容量很小，類似一臺小容量變壓器，但結構上要求有較高的安全系數二次側所接測量儀表和繼電器的電壓線圈阻抗很大，互感器在近于空載狀態下運行。5.5.1電壓互感器的配置：1、母

57、線：一般工作及備用母線都裝有一組電壓互感器，用于同期，測量儀表和保護裝置2、線路：35KV及以上輸電線路，當對方帶有電源時，為了監視線路有無電壓，進行同期和設備重合閘，裝有一臺單相電壓互感器5.5.2電流互感器的配置：1、為了滿足測量和保護裝置的需要，在變壓器、出線母線分段及母聯斷路器，旁路斷路器等回路中均設有電流互感器，對于大接地短路電流系統，一般按三相配置，對于小接地短路電流系統，依具體要求按二相或三相配置2、對于保護用電流互感器，應盡量消除主保護裝置的不保護區5.5.3電流互感器的選擇1、電流互感器由于本身存在勵磁損耗和磁飽和等影響，使一次電流與-12在數值和相位上都有差異，即測量結果有

58、誤差，所以選擇電流互感器，應根據測量時誤差的大小和準確度來選擇2、電流互感器10%誤差曲線對保護級（即B級）電流互感器的要求與測量級電流互感器有所不同，對測量級電流互感器的要求是在正常工作范圍內有較高的準確度，而當其通過故障電流時，則希望電流互感較早飽和，以便保護儀表不受短路電流的損壞，保護級電流互感器主要是在系統短時工作，因此在額定一次電流內的準確度要求不如測量級高，一般只相當于310級，但對可能出現的短路電流范圍內，則要求互感器最大誤差限值不超過-10%誤差線，就是在保證電流互感器誤差不超過-10%的條件下，一次電流的倍數n與電流互感器允許最大二次負載阻抗ZZ1關系曲線額定容量保證互感器的

59、準確級，互感器二次側所接負荷S2應不大于該準確級所規定的額定容量SC2即 SC2 S2=Ie22Z2rZ2r=rg+rj+rd+rc ()ry測量儀表電流線圈電阻rj繼電器電阻rd連接導線電阻re接觸電阻一般取0.1按一次回路額定電壓和電流選擇 當電流互感器用于測量時，其一次額定電流應盡量選擇得比回路中正常工作電流大1/3左右，以保證測量儀表得最佳工作，并在過負荷時使儀表有適當的指示。 電流互感器的一次額定電壓和電流必須滿足 UCUcw UetIgmax為了確保所供儀表的準確度，互感器的一次工作電流應盡量接近額定電流Uew電流互感器的一次所在電網的額定電壓Uc、Iet電流到感器的一次額定回路最

60、大動作電流種類的型號的選擇選擇電流互感器種類和型號時，應滿足繼電保護，自動裝置和測量儀表的要求，再根據安裝地點（屋內、屋外）和安裝方式（穿墻、支瓷式、裝入式等）來選擇。熱穩定校驗：電流互感器種類和允許通過一次額定電流IeI 的倍數Kr來表示，故熱穩定應按下式校驗（KrIel）2I2tdz動穩定校驗 電流互感器常以允許通過一次額定電流最大值（ ）的倍數kd 動穩電流倍數，表示其內部穩定能力，故內部穩定可用下式校驗Iclkdicj短路電流不僅在電流互感器內部產生作用力，而且由于其鄰相之間電流的相互作用使絕緣瓷帽上受到力的作用，因此，對于瓷絕緣型電流互感器應校驗瓷套管的機械強度，故部動力穩定應滿足F