10千伏的变电所毕业设计论文.doc

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1、1 摘 要 工厂 10KV 配电所是电力系统的一个重要组成部分，由电气设备及配电网 络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输 送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转 设场所。配电所涉及方面很多，需要考虑的问题多，分析配电所担负的任务及 用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率 补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定配电所的接线方式，再进行 短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算，选择配电所高低 压电气设备。 本配电所的初步设计包括了： （1）功率补偿 （2）变压器确定 （3）系统接线方案选

2、择 （4）短路电流的计算 （5）继电保护的选择与整定 （6）防雷与接地保护等内容 关键词：配电所；主接线；继电保护 2 Abstract 10KV substation power plant is an important part of the system, the electrical equipment and wiring distribution network according to a certain way of composition, he obtained power from the power system, through its transformation

3、, distribution, transportation and protection functions, then energy safe, reliable, economical transportation to each place setting to switch electrical equipment. Distribution involves many aspects, many problems need to be considered, analysis of distribution of the tasks and user load, etc., sel

4、ect the site, the use of user data for load calculation to determine the reactive power compensation device users. While the choice of a variety of transformers in order to determine the distribution of the wiring, then short-circuit current calculation, select the electric Transmission and Distribu

5、tion network and conductors, the short-circuit current calculation, select the high and low voltage electrical distribution equipment. The distribution of the preliminary design include: (1) power compensation (2) to determine the transformer (3) system wiring scheme selection (4) short-circuit curr

6、ent calculation (5) relay selection and tuning (6), lightning protection and grounding protection, etc. Keywords: distribution of; main wiring; relay 3 目录 第一章绪论 6 1.1 工厂变配电所设计指导思想 .6 1.2 原始负荷 .6 第二章 配电所负荷确定及功率补偿 .6 2.1 负荷等级划分 .6 2.2 无功补偿计算 .7 第三章 配电所变压器台数和容量的确定 .8 3.1 变压器的分类 .8 3.2 变压器的构造及常用连接组别 .8

7、3.3 电力变压器的型号 .9 3.4 主 变压器选型应考虑的因素 .9 3. 5 配电所主变压器台数和容量的选择 .9 3. 5. 1 主变压器台数的选择 9 3. 6 变压器台数的选择 10 第四章 配电所的主接线方案 11 4.1 主接线的定义及基本要求 11 4.2 供电系统的接线方式 12 4.3 配电所的主接线方式 .12 4. 3. 1 线路变压器接线 12 4. 3. 2 桥式接线 .13 4. 3. 3 单母线分段式接线 14 4. 3. 4 双母线接线 14 4.4 配电所接线方案的一般要求 .14 4.5 配电所高压侧主接线的选择 .15 第五章 短路的计算 16 5.1

8、 短路电流的基本概念 16 5. 1. 1 短路原因 .16 5. 1. 2 短路的种类 16 5. 1. 3 短路的危害 17 5. 1. 4 研究短路的目的 17 5. 1. 5 进行短路计算的基本假设 .18 5.2 短路计算的方法步骤与作用公式 18 5. 2. 1 短路计算的方法与步骤 .18 5. 2. 2 短路计算的常用公式 .19 5.3 本设计短路计算 .19 第六章 电气设备选择 22 6.1 电气设备选择原则 .22 6.1.1 按正常工作条件选择额定电压与额定电流 22 6.2 开关设备的原则 .23 4 6. 2. 1 高压断路器的选择及校验 .23 6. 2. 2

9、高压负荷开关的选择 .24 6. 2. 3 隔离开关的选择 24 6. 2. 4 高压熔断器的选择 25 6. 2. 5 高压开关柜的选择 26 6.3 本配电所 10KV 的主要设备选择校验 26 6.4 母线选择 .27 6. 4. 1 材料及形状的选择 27 6. 4. 2 母线截面积的选择 27 6. 4. 3 10KV 高压母线的选择 .27 6.5 仪用互感器的选择 29 6. 5. 1 电流互感器选择 29 6. 5. 2 电压互感器选择 29 6.6 架空线的选择 29 6.5 电缆进线的选择 30 第七章 二次回路设计及继电保护的正定计算 .30 7.1 概述 .30 7.2

10、 二次接线的基本要求 30 7.3 二次接线的主要元件 31 7.4 配电所二次回路设备的选择 31 7. 4. 1 配电所二次回路的类别及其功能 31 7. 4. 2 继电保护装置选择的一般要求 32 7. 4. 3 自动装置选择的一般要求 .33 7. 4. 4 绝缘监察装置与测量仪表选择的一般要求 .33 7. 4. 5 断路器控制和信号回路选择的一般要求 .34 7. 4. 6 操作电源选择的一般要求 .35 7.5 继电保护和自动装置 35 7. 5. 1 过电流保护装置 35 7. 5. 2 继电保护装置的整定计算 .35 第八章 配电所的防雷和接地 .37 8.1 概述 .37

11、8.2 雷电的形式及危害性 .37 8.3 10KV 配电所的防雷保护 .38 8. 3. 1 概述 .38 8. 3. 2 10KV 配电所的防雷保护 38 8. 3. 3 10KV 配电线路防雷措施 39 8. 3. 4 10KV 配电所设备防雷措施 40 8.4 配电所的接地网 .41 附表 .42 总结 .43 5 第 1 章 绪论 1.1 工厂配电所设计指导思想 工厂的供配电系统是是电力系统的终端网络，它的供电环节多少不是固定 不变的，它是工厂总负荷量的大小、工厂与供电电源之间的距离以及地区电网 的供电条件等综合因素决定的。因此本次设计主要考虑到以下问题： (1)设备安全和人身安全。

12、 要满足这一点，必须按照国家标准和范围规定，正确选择电器设备及正常 情况下的监视系统和正常情况下的保护系统，考虑到各种人身安全的技术措施。 (2)供电的可靠性。接线应满足不同负荷的不中短供电要求。 (3)供电的灵活性。 由于负荷的分散性以及工厂扩建的可能性和利用最小的切换，能适应不同 的运行方式。例如：负荷不均衡时，能自动的切除不许要的变压器，而在最大 负荷时，有能方便的投入，以利于经济运行。检修时操作简单，不至于断电。 (4)工厂的经济性。 在满足以上的情况下，保障设计投资少，但不要以投资最少为最佳方案， 因为投资的限额可能会影响到灵活性和经济性，以至工厂停电，造成工厂的更 大经济埙失。 接

13、线的方式还应考虑到满足现在和将来的发展需要。 由此，在总体规划中要实现经济、社会、和环境效益的综合优化，达到布 局合理，功能齐全，投资经济，节能节地，既能分期实施，又能相对完整，同 时考虑远期的发展，按照动态体系进行规划。 1.2 原始负荷 (1)负荷指标 根据工厂变变所现有的工作系统的特点及今后发展的需要，本工程各主要 车间的负荷指标是 7000 千伏安。 第 2 章配电所负荷确定及功率补偿 6 2.1 负荷等级划分 由于工厂用电设备多、负荷大，对供电的可靠性要求很高，因此应准确划 分负荷的等级，做到安全供电，节约投资。对负荷等级的划分标准是： (1)一级负荷：中断供电将造成人员伤亡者或重大

14、设备损坏给国民经济带来重 大损失。 ； (2)二级负荷：中断供电将造成大量减产和废品，以至损坏生产设备，在经济 上造成重大损失； (3)三级负荷：凡不属一级和二级负荷者。 而本设计作为变点所的变电所，它包含有一级、二级和三级负荷。主要为 二级负荷。 2.2 无功补偿计算 无功补偿计算就是把无功功率因数由 cos 1提高到 cos 2时需要补偿的 无功功率补偿容量（kvar） 由 = =0.82 （S =7000 ）cos30SP30AKV 得 =5740KW 由 = 230Q=7000kvA 得 =4006kavr 无功补偿计算按下式计算： 380V 侧无功补偿容量：Q C=P30（tan 1

15、- tan 2） （2-7） =5740（1.02-0.43） =57400.59 =3386.6kvar 其中： cos 1=0.7 cos 2=0.92 tan 1=1.02 tan 2=0.43 380V 侧补偿后无功负荷：Q 130=Q30-QC （2-8） USIN453030 7 =4006-3386.6 =619.4kvar 380V 侧补偿后视在负荷： S 130= 230QP =5906 KVA 补偿后功率因数达到：cos 1=P30/S130=5740/5906=0.97 主变压器的功率损耗： P0.025S 130=0.025906=118.12kW Q0.1S 130=

16、0.15906=590.6kvar 10kV 侧的负荷 有功：P 230=5740+118.12=5858.12kW 无功：Q 230=619.4+590.6=1210kvar 视在：S 230=5978 补偿后的功率因数：cos 2=P230/S230=5858.12/6166.4=0.95 第 3 章 配电所主变压器台数和容量的确定 3.1 变压器的分类 变压器通常分为电力变压器和特殊变压器两大类。工厂变电所常用的是电 力变压器。电力变压器可按下列方法分类： (1) 按用途分类：有升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器（联 络几个不同电压等级的电网用）和厂用变压器（供发电厂自用电）

17、等。 (2)按相数分类：有三相变压器、单相变压器。 (3) 按线圈数分类：有双线圈变压器、三线圈变压器。 (4) 按冷却方式分类：有油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、油浸水冷变压器、 强迫油循环风冷变压器、强迫油循环水冷变压器、干式空气自冷变压器、干式 浇注绝缘变压器等。 3.2 变压器的构造及常用连接组别 电力变压器一般由器身（铁心、线圈、绝缘、引线及分接开关等） 、油箱 （油箱以及放油阀门、活门、小车、接地螺丝、铭牌等附件） 、冷却装置（散 热器或冷却器） 、保护装置（油枕、油表、安全气道、呼吸器、测温元件、净 油器、气体继电器等）和出线装置（高压套管、低压套管）等组成。 8 变压器接线组别

18、是指变压器各相线圈的连接方法，以及一次线电压和二次 线电压之间的相位关系。国家规定单相电力变压器连接组别有三种，即 1/1 12、1/11212 和 01/11212；三相电力变压器有五种，即 Y/Y0 12、Y/11、Y 0/11、Y 0/Y12 和 Y/Y12。目前，三相电力变压器常用 的接线组标号为 Y/Y012、Y/11、Y 0/11。 在区别不同的连接组时，我国采用的是时钟表示法。具体做法是把高压和 低压侧的线电压向量作为时钟面上的长针和短针。当长针固定指向 12 点时， 短针所指的钟点就是连接组的组别。例如：当长针指向 12 点而短针也指向 12 点，而针重合时，则接线组别为 12

19、，即表示高低压两侧线电压同相；若长针指 12 点，而短针指在 11，则接线组别为 11，即表示高低压两侧线电压相差 330O。 3.3 电力变压器的型号 国内变压器的型号用字母和数字表示，它分两部分，前一部分有汉语拼音 字母和一位阿拉伯数字组成，分别表示变压器的类别、结构、特征、用途及设 计序号等。后一部分有两位数字和两个字母组成，分别表示变压器容量、高压 线圈电压及防护代号等。而电力变压器的型号有 SL7型、S 7型和 S9型等。 举例说明： SL7125/6 表示三相、油浸自冷式、铝导线线圈、额定容量为 125KVA、 高压线圈电压 6KV、第七次系列设计的电力变压器。 SJL1100/1

20、0 表示三相、油浸自冷式、铝导线线圈、额定容量为 100KVA、第一次系列设计的电力变压器。 3.4 主变压器选型应考虑的因素 (1)变电所所在的具体位置； (2)主要用电设备对供电的要求； (3)当地供电部门对变电所的管理体制； (4)当地气候条件。 3.5 配电所主变压器台数和容量的选择 3.5.1 主变压器台数的选择 当 SNS 30时，选一台变压器；当 SN0.7S 30，S N TS 30（+0 时，选用两 9 台变压器。其中 SN T为单台主变压器容量，S 30为变电所总的计算负荷。 S30（+） 为变电所一、二级负荷的计算负荷。拥有两台或多台变压器的变电所， 各台变压器通常采取分

21、别运行。如果采取并列运行时，应满足：变压比相同、 联接组别相同、短路电压相同等，容量差别不宜过大。 总降压变电所变压器数量及容量选择是根据变压器过负荷能力投资，可靠 性综合考虑结果，总降压变电所中设置 2 台变压器是好处的。2 台变压器的备 用方式有 2 种：(1)明备用：即 1 台工作，1 台备用。2 台变压器均按 100%计算 负荷选择。(2)暗备用：每台变压器都按计算负荷的 70%选择。正常运行时 2 台 变压器承担 50%的最大负荷。则完全满足经济运行要求；而在故障时，由于 0.75，可以过负荷 1.4 倍，一台变压器可承担全部最大负荷。这种备用方式 既满足正常工作时经济要求，又能在故

22、障情况下承担全部负荷，是较合理的备 用方式，因此应用较广泛。电力变压器容量的最后决定还应综合考虑发展负荷 及变电所主接方案的选择，做出几个方案进行经济比较后再作最后的决定。 3.6 变压器容量的选择 变压器的容量 SNT首先应保证在计算负荷 SC下变压器能长期可靠运行。 对有两台变压器的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满 足以下两个条件： 满足总计算负荷 70%的需要，即 SNT(0.6-0.7） S 30 =（42004900） 满足全部一、二级负荷 SC(I+II)的需要，即 SNTS C(I+II) 条件是考虑到两台变压器运行时，每台变压器各承受总计算负荷的 50%，负载率

23、约为 0.7，此时变压器效率较高。而在事故情况下，一台变压器承 受总计算负荷时，只过载 40%，可继续运行一段时间。在此时间内，完全有可 能调整生产，可切除三级负荷。条件是考虑在事故情况下，一台变压器仍能 保证一、二级负荷的供电。 根据无功补偿后的计算负荷，S =7000kVA30 10 即 SNT0.6*7000=4200kVA 取变压器容量为 5000kVA 表 3.1 主变压器的选择 因此，选择为 S95000/10 型电力变压器。 第 4 章 配电所主接线方案 4.1 主接线定义及基本要求 变电所的（电气）主结线也称一次（系统）结线。它的含义是指由各种开 关电器、电力变压器、母线、电力

24、电缆及电抗器、避雷器、电容器等电气设备 以一定次序连接起来的接受和分配电能的电路。而主接线图是指该种电路的接 线方式。 主接线对变配电所电气设备选择、配电装置、运行的可靠性，均有重要影 响。对主接线要求做到：可靠性、灵活性、安全性、经济性。其中，安全可靠 的技术是首要的，决不允许在运行或检修时由于设计不合理而发生人身事故和 重大设备事故。经济节约是一贯的原则，仍应重视，但必须是考虑投资与运行 费用的总效果最为经济。 （1） 供电可靠 应根据负荷等级的不同采取相应的接线方式来保证其不同的可靠性要求。 不可片面强调供电可靠性而造成不必要的浪费。在设计时，不考虑双重事故。 （2） 操作方便，运行灵活

25、 供电系统的接线应保证工作人员在正常运行和发生事故时，便于操作和检 修，以及运行灵活，倒闸方便。为此，应简化接线，减少供电层次和操作程序。 额定容量 SN /kVA 联结组别 空载损耗 P O /kW 短路损耗 P K /kW 空载电流 I O % 阻抗电压 U K % 5000 Yd11 6 39 0.9 5.5 11 （3）经济合理 接线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少设 备投资和运行费用。提高经济性的有效措施之一就是高压线路尽量深入负荷中 心。 （4） 便于发展 接线方式应保证便于将来发展，同时应能满足分期建设的需要。 4.2 供电系统的接线方式 供电系统的接线

26、方式按网络接线布置方式可分为放射式、干线式、环式及 两端供电式等接线系统；按其网络运行方式可分为开式和闭式网络接线系统； 按对负荷供电可靠性的要求可分为无备用和有备用接线系统。在有备用接线系 统中，其中一回路发生故障时，其余回路能保证全部供电的称为完全备用系统； 如果只能保证对重要用户供电的则称为不完全备用系统。备用系统的投入方式， 可分为手动投入、自动投入和经常投入等几种。 4.3 配电所的主接线方式 变电所的主接线是由各种电气设备及其连接线组成，用以接受和分配电能， 是供电系统的组成部分。它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压 器的台数、容量等因素有关，所以变电所的主接线有多种形式

27、。确定变电所的 主接线对变电所电气设备的选择、配电装置的配置及运行的可靠性等都有密切 的关系，是变电所设计的重要任务之一。 4.3.1 线路变压器接线 当供电电源只有一回路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压 器组接线。如图 41 所示。 变电所的变压器的高压侧可以装设隔离开关 QS、高压跌落式熔断器 FU 或 高压断路器 QF 受电，装设哪种设备合适视具体情况而定。 线路变压器组接线方式的优点是接线简单，使用的设备少，基建投资 省。缺点是供电可靠性低。当主接线中任一设备发生故障或检修时，全部负荷 都将停电。所以，这种接线方式多用于仅有二、三级负荷的变电所，如大型企 业的车间变电所和小型用

28、电单位的 10KV 变电所等。 12 4.3.2 桥式接线 为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用有两回 路电源受电和装设两台变压器的桥式主接线。桥式接线分为内桥、外桥和全桥 三种，其接线如图 42 所示。 图中 WL1和 WL2为两回电源线路，经过断路器 QF1和 QF2分别接至变压器 T1 和 T2的高压侧，向变电所送电。断路器 QF3犹如桥一样将两回线路联在一起， 由于断路器 QF3可能位于线路断路器 QF1、QF 2的内侧或外侧，故又分为内桥和 外桥接线。 13 4.3.3 单母线分段式接线 母线采用断路器分段比用隔离开关操作方便，运行灵活，可实现自动切换 以提高供

29、电的可靠性。一般只在出线较少，供电可靠性要求不高时为了经济才 采用隔离开关作为母线的联络开关。 单母线分段比双母线所用设备少，系统简单、经济，操作安全。 电 源6-10kv 图 4.2 单母线分段主接线 4.3.4 双母线接线 变电所每回进、出线通过隔离开关可以接在任何一段母线上，两母线之间 用断路器联络。因此不论那一段与母线同时发生故障，都不影响对用户的供电， 故可靠性高，运行灵活。缺点是设备投资多，结线复杂，操作安全性较差。这 种结线主要用与负荷容量大，可靠性要求高，进、出线回路多的重要变电所。 4.4 配电所主接线方案的一般要求 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔

30、离开关。 在低压断路器（自动开关）的电源侧及可能反馈电能的另侧，必须装设低压刀 开关。在装设高压熔断器负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。 35KV 及以上的线路末端，应装设与隔离开关联锁的接地刀闸。变配电所高压母 线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器宜与电压互感器 共用一组隔离开关，线路上避雷器前不必装隔离开关 h。 14 变电所的主结线方案，必须与负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电 源供电；对二级负荷，应由两回路或者一回专用架空线路供电。接于公共干线 上的变电所电源进线首端，应装设带有短路保护的开关设备。对一般生产区的 变电所，宜采用放射式高压配电，以确保供

31、电的可靠性，但对生活区的变电所， 可采用树干式配电。变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。当有继电保 护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压母线分段开关均应采用低压断 路器。 变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线。两路电源 进线，装有两台主变压器的变电所，当两路电源同时供电时，两台主变压器一 般分列运行；当只一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并列运 行。需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开 关。主结线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。主结线方案要考虑到今 后的扩展。 主结线方案应力求简单，采用的一次设备特别是高压断路器少，而且

32、应选 用技术先进，经济适用的节能产品。由于工厂变电所一般都选用安全可靠且经 济美观的成套配电装置，因此变配电所主结线方案应与选套配电装置的主结线 方案配合一致。柜型一般宜采用固定式；只在供电可靠性要求较高时，才采用 手车式和抽屉式。中小型工厂变电所一般采用高压少油断路器；在需频繁操作 的场合，则应采用真空断路器或 SF 6 断路器。断路器一般采用就地控制，操 作多用手力操动机构，但这只适用于三相短路电流不超过KA 的电路中。如短 路电流较大或有远控，自控要求时，则应采用电磁操动机构或弹簧操动机构。 工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其互感器只供计费的电度表用。应考 虑无功功率的人工补偿，使最

33、大负荷时功率因数达到规定的要求。 4.5 配电所高压侧主接线的选择 属于一级及二级负荷的工厂，一般多采用双回路电源进线和两台主变压器 组成的内桥型结线。进线可以是两个独立电源，或者是单电源的双回路。少数 用电量很大而主变压器有三台的工业企业，其总降压变电所常采用扩大桥型接 线。对中小型总降压变电所，如运行方式没有提出要求，为经济起见，也可以 采用两组隔离开关做成桥型接线的桥支路。 15 属于二级及三级负荷的用户，通常只有一回高压电源进线，少量的重要负 荷宜用 610KV 备用电源给以解决，这样，工厂的总降压变电所可以采用无母 线制的线路变压器组接线。若线路不长，主变压器高压侧可以不装断路器，

34、而由电源侧的出线断路器承担其任务，仅在变电所进线处装设带接地刃的隔离 开关，以策变电所检修时之安全。这种接线之优点是：简单、设备少、基建快、 投资费用低。 根据具体情况及附近的电源，为了便于工厂的用电管理，提高供电的可靠 性及灵活性，本规划高压侧采用单母线接线，在负荷区内设两座 10KV 变电所， 其中一变电所为备用变电所，一路电路故障时另一路电源可以继续运行。 第 5 章 短路电流计算 5.1 短路电流的基本概念 为保障电力系统及工厂供配电系统的安全、可靠运行，在设计中不仅要考 虑系统的正常运行，而且要考虑到故障状态下的运行情况，尤其是短路故障情 况。 所谓短路是指供电系统中不相同的导线或相

35、对地发生金属性的连接或经小 电阻的连接。 5.1.1 短路的原因 产生短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏所致。绝缘损坏是由于 绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。其他如操作人员带负荷拉闸或者检修后 未拆除接地线就送电等误操作。鸟兽在裸露的载流部分跨越以及风雪等自然现 象也能引起短路。 5.1.2 短路的种类 在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相 接地短路和单相接地短路等。第一种短路称为对称短路，后三种统称为不对称 短路。一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都可以归纳为对称短路 的计算。这几种短路的简况如表 51 所示。就上述几种短路故障而言，出现 单相短路

36、故障的机率最大，三相短路故障的机率最小。但在配电系统中，三相 短路的后果最严重，因而以此验算电器设备的能力。 16 5.1.3 短路的危害 发生短路时，由于系统中总阻抗大大减小，因而短路电流可能达到很大的 数值。强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备遭到破坏。短路 点的电弧可能烧毁电气设备。短路点附近的电压显著降低，使供电受到严重影 响或被迫中断。若在发电厂附近发生短路，还可能使全电力系统运行接裂，引 起严重后果。不对称接地短路所造成的零序电流，会在邻近的通讯线路内产生 感应电势，干扰通讯，亦可能危及人身和设备的安全。 表 51 短路的种类 短路种类 示意图 代表符号 性质 三相短路

37、 K（3） 三相同时在一点短接， 属于对称短路 两相短路 K（2） 两相同时在一点短接， 属于不对称短路 两相接地短路 K（1.1） 在中性点直接接地系 统中，两相在不同地 点与的短接 单相接地短路 K（1） 在中性点接地系统中， 一相与地短接 5.1.4 研究短路的目的 为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在变电所和供电系统的设计 和运行中，必须进行短路电流计算，以解决下列技术问题： (1)选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度。 (2)选择和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。 (3) 确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不够经济时，可采取 限

38、制短路电路的措施。 (4) 确定合理的主结线方案和主要运行方式等。 17 5.1.5 进行短路计算的基本假设 供电系统短路的物理过程是很复杂的，影响因素很多。为了简化分析和计 算，采取一些合理的假设以满足工程计算的要求。通常采取以下基本假设： (1) 忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的各元件参数为恒定。 (2) 忽略各元件的电阻。高压网的各种电气元件，其电阻一般都比电抗小得多。 在计算短路电流时，即使 R=1/3X，略去电阻所求得的短路电流仅增大 5%， 这在工程上是允许的。但电缆线路或小截面架空线路当 R1/3X 时，电阻不 能忽略。此外，在计算暂态过程的时间常数时，电阻不能忽略。 (3

39、) 忽略短路点的过渡电阻。过渡电阻是指相与相之间短接所经过的电阻，如 被外来物体短接时，外来物的电阻，接地短路的接地电阻，电弧短路的电弧电 阻等。 (4) 除不对称故障处出现局部不对称外，实际的电力系统通常都可以当作三相 对称。 5.2 短路计算的方法、步骤与常用公式 对于一般中小型变电所来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容 量的系统。无限大容量电力系统的基本特点是其母线电压总维持不变。这里只 介绍无限大容量电力系统中的短路计算。 5.2.1 短路计算的方法与步骤 欧姆法（又名单位制法）的计算步骤如下： (1) 计算短路回路中各主要元件的阻抗； (2) 绘短路回路的等效电路，按阻抗串并

40、联求等效阻抗的方法，化简电路，计 算短路回路的总阻抗。 (3) 计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路电流和三相短路容量。 (4)列出短路计算表 标幺值法（相对单位制法）的计算步骤如下： 设定基准容量 Sd和基准电压 Ud，计算短路点基准电流 Id。一般设 Sd=100MVA，设 Ud=U0（短路计算电压 U0较之同级电网额定电压高 5%） ，I d=Sd/ Ud。3 18 计算短路回路中各主要元件的电抗标幺值。 绘短路回路的等效电路，按阻抗串并联回路求等效阻抗的方法，化简电路， 计算短路回路的总电抗标幺值。 计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路电流和三相短路容量。 列出短路计算表。 5

41、.2.2 短路计算的常用公式 电力系统阻抗： （5-1）OCSUX/20 线路阻抗： （5-2）LRW0 变压器阻抗： （5-3）NKTSUXP/102 2 三相短路电流： 高压侧： （5-4） )3()3()3()()3(0)(51.2IIiZIshKK 低压侧： )3()3( 09.84IIish 三相短路容量： （5-5）)(USK)(K 5.3 本设计短路计算 电源取自距本变电所 3km 外的 35kV 变电站，用 10kV 双回架空线路向本变 电所供电，出口处的短路容量为 250MVA。 19 图 5.1 高压电网短路电流计算图 求 10kV 母线上 K-1 点短路和 380V 低压

42、母线上 K-2 点短路电流和短路容量。 电源侧短路容量定为 Sk=250MVA 确定基准值： 取 S d=100MVA Uc1=10.5kV Uc2=0.4kV Id1= =100MVA/（ *10.5kV）=5.50kA1c33 Id1= =100MVA/（ *0.4kV）=144.34kA2cd 计算： 电力系统 X1*= Sd/Sk=100MVA/250MVA=0.4 架空线路 X2*=X0LSd/Uc2=0.35/km*3km* =0.952)kV5.10(AM 电力变压器 X3*=Uk%Sd/100SNT= =1Ak40*1 3 求 K-1 点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短

43、路容量： 总电抗标幺值 20 X*(k-1) =X1*+X2*=0.4+0.95=1.35 三相短路电流周期分量有效值 Ik-1(3) = Id1/X*(k-1) =5.50kA/1.35=4.07kA 其他三相短路电流 Ik-1”(3) =Ik-1 (3) = Ik-1(3) =4.07kA ish (3) =2.55*4.07kA=10.38kA Ish(3) =1.51*4.07kA=6.15kA 三相短路容量 Sk-1(3) = Sd/X*(k-1) =100MVA/1.35=74.1 MVA 求 K-2 点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量： 两台变压器并列运行： 总电抗

44、标幺值 X*(k-2) =X1*+X2*+X3*/ X4*=0.4+0.95+ =5.3528 三相短路电流周期分量有效值 Ik-2(3) = Id2/X*(k-2) =144.34kA/5.35=26.98kA 其他三相短路电流 在 10/0.4KV 变压器二次侧低压母线发生三相短路时，R Iarm （6-4） 长时允许电流符合要求。 （2） 母线动稳定的校验 GG-1AF 型高压开关柜柜宽 840mm，柜间空间为 18mm，母线中心距为 25mm，则母线所受的电动力最大为： F=0.172 （6-5）aLish2 =0.1726.98720.858/0.25 =28.8N 母线的最大弯矩为

45、： Mmax=FL/10 （6-6） =（28.80.858）/10 =2.47N.m 母线的计算应力为： c=Mmax/W （6-7） =2.74/（12010 210-9/6） =0.12107N/m2 小于铝材料的允许弯曲应力 0.686108N/m2，故动稳定符合要求。 （3） 母线热稳定校验 almlalI 28 母线最小热稳定截面为： （6-8） =2740 /972 =40mm2 40mm2小于所选铝母线截面，故热稳定符合要求。 6.5 仪用互感器选择 6.5.1 电流互感器选择 电流互感器按使用地点，电网电压与长期最大负荷电流来选择，并按短路 条件校验动、热稳定性。此外还应根据

46、二次设备要求选择电流互感器的精确等 级，并按二次阻抗对精确等级进行校验。 （1） 额定电压应大于或等于电网电压； （2） 原边额定电流应大于或等于（1.21.5）倍的长时最大工作电流， 即 I1n（1.21.5）I .arm (6-9) （3） 电流互感器的精确等级应于二次设备的要求相适应。 本设计中选用电流互感器的型号为 LA-10-0.5/3，它的额定电压为 10kV， 原边额定电流为 300A，而进线电压也为 10kV，所以此电流互感器满足要求。 6.5.2 电压互感器选择 （1）一次电压的选择 电压互感器一次额定电压 U 应与接入电网的电压 U 相适应，其数值应满下 式的要求，即 1.

47、1U1NU10.9U1N （6-10） （2） 二次负荷校验精确等级 校验电压互感器的精确等 级应使二次侧联接仪表所消 耗的容量 S2小于精确等级所规 定的二次额定容量 S2N，即 S2NS 2 （6-11） 本设计中选用电流互感器的型号为 JDZJ-10 ，它的一次电压为 10kV，而 CtISimin 29 进线电压也为 10kV，二次侧联接仪表所消耗的容量 S2也小于精确等级所规定 的二次额定容量 S2N，所以此电压互感器满足要求。 6.6 架空线的选择 按热稳定条件选择导体截面：长度为 3km 查表，C=87A mm2， 取 1.2（取值为继电器动作时间）simat AA min=I

48、*103 /C=4.07*103* /87=51.25 mm2imat2.1 初选 70 mm2 的 LGJ 型钢芯铝绞线。 按发热条件进行校验： 全厂总计算电流为：I c=40.72A 查表，70 mm2 的 LGJ 型钢芯铝绞线在 25、30时的载流量为 275A、259A，大于 40.72A，故满足条件。 6.7 电缆进线的选择 按热稳定条件选择导体截面： 查表，C=143A mm2， 取 1.2simat AA min=I *103 /C=4.07*103* /143=31.18mm2imat.1 初选 35mm2 的 YJY 型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 按发热条件进行校验： 全厂总计算电流为：I c=32.45A 查表，35 mm2 的 YJY 型三芯交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆在 25的空气 中敷设时的载流量为 172A，在 20直埋敷设时的载流量为 166A， 第 7 章 二次回路设计及继电保护的整定计算 7.1 概述 工厂供电系统中，通常将电设备分为一次设备和二次设备。主电路中的 设备都是一次设备，而测量仪表、继电保护装置、自动装置和运动装置等称为 二次设备。