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緒論1.1設(shè)計(jì)課題的目的對(duì)該66kV變電站的所處環(huán)境,與上級(jí)下級(jí)系統(tǒng)連接情況及所送負(fù)荷進(jìn)行分析,根據(jù)結(jié)果進(jìn)行變壓器的選擇;根據(jù)進(jìn)出線(xiàn)回路數(shù)及變壓器臺(tái)數(shù),在對(duì)各種主接線(xiàn)的優(yōu)劣性對(duì)比后進(jìn)行66kV進(jìn)線(xiàn)及10kV出線(xiàn)的選擇;根據(jù)所選主接線(xiàn)形式選擇短路點(diǎn),進(jìn)行各個(gè)短路點(diǎn)的短路電流計(jì)算并制成短路電流計(jì)算結(jié)果表格,根據(jù)短路電流計(jì)算結(jié)果,進(jìn)行電氣設(shè)備的挑選,包括母線(xiàn)、隔離開(kāi)關(guān)、電流和電壓互感器、高壓斷路器,并采用科學(xué)的方式對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行全面、嚴(yán)格的審查[2]。最后根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行變壓器主,后備保護(hù)和線(xiàn)路三段式電流保護(hù)的計(jì)算整定,最終保證變電所能夠長(zhǎng)期可靠對(duì)地區(qū)66kV及以下用電等級(jí)用戶(hù)進(jìn)行供電,并且能保證供電的安全可靠性,穩(wěn)定性與靈活性。1.2設(shè)計(jì)方案首先應(yīng)對(duì)該66kV變電站的所處環(huán)境,與上級(jí)下級(jí)系統(tǒng)連接情況及所送負(fù)荷進(jìn)行分析,根據(jù)結(jié)果進(jìn)行變壓器的選擇。(1)站用變壓器的容量應(yīng)滿(mǎn)足負(fù)荷需要且留有10%左右的裕度。考慮到目前我國(guó)配電變壓器生產(chǎn)廠家情況和實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備逐步安全化,先進(jìn)化,且散熱需求較寬松,故本站用變選用干式變壓器。(2)通過(guò)計(jì)算出的各類(lèi)參數(shù)完成電氣主接線(xiàn)的確定。在平魯66kv變電設(shè)計(jì)中,變壓器的作用是向各個(gè)用戶(hù)輸送電能,承擔(dān)著不同電壓等級(jí)的功率交換,擔(dān)負(fù)著整個(gè)電力系統(tǒng)負(fù)荷等重要任務(wù),它是電氣設(shè)計(jì)中主要的電氣設(shè)備,可以根據(jù)5-10年的發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行合理選擇變壓器的臺(tái)數(shù)、型號(hào)和容量。根據(jù)各種電氣主接線(xiàn)的特點(diǎn)和適用情況,選擇66kV和10kV適合的主接線(xiàn)方案。(3)計(jì)算短路電流,電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)要始終考慮到各種隨時(shí)突發(fā)的故障,比如最有可能發(fā)生的危險(xiǎn)故障是短路,因此為了減小整個(gè)電氣系統(tǒng)的損耗,防止短路,在變電所的設(shè)計(jì)中需要對(duì)短路電流就行詳細(xì)精確的推導(dǎo)計(jì)算。通過(guò)分析系統(tǒng)的主接線(xiàn)形式來(lái)確定其等值電路圖,從而計(jì)算短路故障中各個(gè)計(jì)算值,包括短路電流、沖擊電流、短路容量等參數(shù),不僅僅校驗(yàn)了之前的主接線(xiàn)形式,也是變電所中電氣一次設(shè)備選擇的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。采用標(biāo)幺值法,求出變壓器、線(xiàn)路等電抗標(biāo)幺值,畫(huà)出短路電流計(jì)算標(biāo)幺阻抗圖。本設(shè)計(jì)選取三個(gè)短路點(diǎn),分別是66kv進(jìn)線(xiàn),10kv分列運(yùn)行和10kv并列運(yùn)行。(4)確定變電所內(nèi)變壓器、線(xiàn)路的保護(hù)及過(guò)電壓保護(hù)。(5)最后進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)和保護(hù)。以保證變電所的整體安全。對(duì)于直擊雷保護(hù)來(lái)說(shuō),本站66kV配電裝置、變壓器均為戶(hù)外布置,因此選擇在66kⅤ構(gòu)架上設(shè)置避雷針。由于10kV高壓開(kāi)關(guān)柜、電容器組等均為戶(hù)內(nèi)布置,因此選擇在屋頂設(shè)置避雷帶。對(duì)于雷電侵入波保護(hù),為防止線(xiàn)路侵入雷電波的過(guò)電壓,在66kV進(jìn)線(xiàn)和10kV出線(xiàn)分別安裝合適的避雷器[6]。1.3原始資料(1)變電所類(lèi)別:地區(qū)性終端變電所,所送負(fù)荷為10kV生活區(qū)。(2)變電所與上下級(jí)系統(tǒng)的聯(lián)系,如圖1-1:圖1-1變電所與系統(tǒng)的聯(lián)系(3)電力系統(tǒng)與本地連接情況=1\*GB3①本變電所為地區(qū)性終端變電所,建成后像10kV生活區(qū)送電。=2\*GB3②本變電所與發(fā)電廠高壓66kV母線(xiàn)相連,共有兩回進(jìn)線(xiàn)。上級(jí)火力發(fā)電廠參數(shù):小型地區(qū)性火力發(fā)電廠,共有二臺(tái)發(fā)電機(jī),,,與本變電所的直線(xiàn)距離。(4)10kV生活區(qū)負(fù)荷參數(shù):=1\*GB3①[2],;=2\*GB3②10kV用戶(hù)負(fù)荷資料如表1-1所示:表1-110kV用戶(hù)負(fù)荷資料序號(hào)用戶(hù)名稱(chēng)最大負(fù)荷(kW)功率因數(shù)備注11#開(kāi)閉站Ⅰ段58000.852備用56000.853生產(chǎn)檢測(cè)1TM24000.854辦公大樓1TM8000.8553#開(kāi)閉站Ⅱ段58000.85(5)環(huán)境條件該變電所地處半丘陵區(qū),海拔高度為50m,無(wú)污染影響,年最高溫度為40℃,年最低溫度為-10℃,最熱月平均溫度為35℃,最熱地下0.8m處土壤溫度為30.4℃。變電站長(zhǎng)80m,寬。
第2章負(fù)荷計(jì)算與變壓器的選擇2.1負(fù)荷計(jì)算的意義負(fù)荷計(jì)算是設(shè)計(jì)變電站最重要的工作,可以確定線(xiàn)路持續(xù)工作電流[2],是確定主變?nèi)萘亢瓦x擇母線(xiàn)的重要依據(jù)。2.2變電站負(fù)荷計(jì)算計(jì)算公式如下:(2-1)(2-2)(2-3)式中各物理量代表意義如下表2-1所示:表2-1各物理量意義視在功率有功功率無(wú)功功率功率因數(shù)在這里根據(jù)66kV變電所近期的供電和運(yùn)營(yíng)情況等有關(guān)資料,利用上述公式組分別計(jì)算了開(kāi)閉站I段、開(kāi)閉站II段,生產(chǎn)檢測(cè),研發(fā),實(shí)驗(yàn)等10kv側(cè)用戶(hù)的負(fù)荷功率、無(wú)功功率、視在負(fù)荷以及負(fù)荷電流并將其列在下表2-2中。表2-210KV負(fù)荷資料序號(hào)用戶(hù)名稱(chēng)無(wú)功功率(kar)功率因數(shù)無(wú)功功率(kar)視在功率(kV·A)最大負(fù)荷(A)1開(kāi)閉站Ⅰ段58000.85359368230.3942生產(chǎn)相關(guān)24000.85148628230.1633辦公大樓8000.854959410.0544開(kāi)閉站Ⅱ段58000.85359368230.3945備用56000.85347065880.38062040012637239981.385由式(2-2)得:由式(2-3)得:2.3變壓器的選擇在66kV變電所電氣設(shè)計(jì)中,變壓器的作用是向各個(gè)用戶(hù)輸送電能,承擔(dān)著不同電壓等級(jí)的功率交換,擔(dān)負(fù)著整個(gè)電力系統(tǒng)負(fù)荷等重要任務(wù),它是電氣設(shè)計(jì)中主要的電氣設(shè)備,可以根據(jù)5-10年的發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行合理選擇變壓器的臺(tái)數(shù)、型號(hào)和容量。作為配電系統(tǒng)的連接裝置對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行和電壓等級(jí)的變換起著關(guān)重要的作用,對(duì)其選擇必須謹(jǐn)慎合理,不然將帶來(lái)一系列的不便。變壓器的選用還應(yīng)考慮進(jìn)出線(xiàn)回路數(shù)、所需電壓等級(jí)等,要進(jìn)行全面分析和考慮。2.3.1主變數(shù)量及單臺(tái)容量的選擇方法及選擇結(jié)果在進(jìn)行主變選擇時(shí),要考慮負(fù)荷增長(zhǎng)情況,保證容量充足。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,從可靠性上分析,降壓變電所中裝有兩臺(tái)變壓器,保證不間斷供電,需保證本變電站供電的可靠性[2]。宜選用兩臺(tái)主變并且保證每臺(tái)主變的容量不小于變電所所送負(fù)荷的百分之七十或大于所有一,二級(jí)負(fù)荷的總和,從而確保在一臺(tái)主變因事故或檢修停運(yùn)時(shí),能保證全部一,二級(jí)負(fù)荷的正常用電以及部分三級(jí)負(fù)荷的供電。用公式表示為:(2-4)其中,而對(duì)于本66kV變電所取0.7,共選用兩臺(tái)主變,故n取2,所以由式(2-4)得:,即>15115kVA故根據(jù)變壓器容量選擇的要求,暫定選擇容量為16MVA的主變[7]。2.3.2主變的選擇(1)相數(shù)在地區(qū)性變電所設(shè)計(jì)中一般選用經(jīng)濟(jì)性較好,安裝檢修較為簡(jiǎn)單的三相變壓器,在變壓器容量特別大時(shí),為了保證運(yùn)輸安全,也可以選擇單相變壓器組。但本變電所主變要求容量不大,三項(xiàng)式主變可以運(yùn)輸安裝,又因?yàn)橐慌_(tái)三相式較同容量的三臺(tái)單項(xiàng)式項(xiàng)投資小、占地少、損耗小,故選擇三相變壓器是合適的。(2)繞組本變電站只有66kV和10kV兩個(gè)電壓等級(jí)[5],不宜選用三繞組變壓器。且變比數(shù)大于2,選用自耦變壓器經(jīng)濟(jì)性不好。故采用雙繞組變壓器是合適的。(3)接線(xiàn)形式雙繞組變壓器其繞組接線(xiàn)形式一般有Yyn0、Yd11、YNd11,YNy0、Yy0。其中Y表示一次側(cè)星形聯(lián)結(jié);D表示一次側(cè)三角形聯(lián)結(jié);y表示二次側(cè)星形聯(lián)結(jié);d表示二次側(cè)三角形聯(lián)結(jié)。在無(wú)特殊要求時(shí),一般選用星角11點(diǎn)接線(xiàn)組別。(4)調(diào)壓方式有載調(diào)壓對(duì)比無(wú)載調(diào)壓在穩(wěn)定電壓,保證電能質(zhì)量方面有很大的優(yōu)勢(shì),為了保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量,可采用變壓器分接頭對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。因本變電所為終端變電所,用于區(qū)域供電,為保證供電可靠性和電能質(zhì)量,所以需要使用有載調(diào)壓。(5)冷卻方式由于額定容量≈16000kVA,所以使用強(qiáng)迫空氣循環(huán)冷卻,散熱能力強(qiáng)于普通風(fēng)冷弱于強(qiáng)迫油循環(huán),適用于本變電所。2.4變壓器的型號(hào)選擇經(jīng)過(guò)上述得分析計(jì)算后,查得《電力設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》,66kV變電所應(yīng)當(dāng)選取SZ7-16000/63變壓器比較合適,該變壓器得主要參數(shù)如表2-3所示[11]:表2-3變壓器主要參數(shù)型號(hào)額定容量(kVA)額定電壓(kV)損耗(kW)空載電流(%)連接組高壓低壓空載短路SZ7-16000/631600066±2×2.5%10.525.381.71.0YN,d11第3章電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)3.1電氣主接線(xiàn)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)電氣主接線(xiàn)時(shí),應(yīng)用最廣泛的設(shè)計(jì)方法是將核心設(shè)備如[5]。發(fā)電機(jī)、電容器、母線(xiàn)、避雷器等按照要求連接形成一個(gè)分配和傳送電能的總電路,它是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分[2]。電氣主線(xiàn)接入系統(tǒng)后,因電氣主接線(xiàn)方式的設(shè)備的擴(kuò)建產(chǎn)生的影響,對(duì)選型、配電裝置的要求。整體的靈活性以及可靠醒決定了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。因此,必須協(xié)調(diào)好各方面的因素,做到全面分析。3.2電氣主接線(xiàn)的基本接線(xiàn)形式本變電所進(jìn)線(xiàn)電壓為66kV,出線(xiàn)電壓為10kV,依據(jù)電壓等級(jí)的設(shè)計(jì)要求及進(jìn)線(xiàn)數(shù)量選擇主接線(xiàn)形式。(1)單母線(xiàn)接線(xiàn)優(yōu)點(diǎn):所需電氣設(shè)備較少,經(jīng)濟(jì)性較好,靈活性較好缺點(diǎn):可靠性差,雖然采用隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行分段,但其中母線(xiàn)的某一段發(fā)生故障時(shí),還是要讓整個(gè)配電裝置斷電,從而增大維修的工作量。適用范圍:適用主變壓器、發(fā)電機(jī)。具體包含以下兩種情況。應(yīng)小于5;應(yīng)小于3。: (2)單母線(xiàn)分段優(yōu)點(diǎn):為保證一,二級(jí)負(fù)荷用電可靠性,可采用斷路器分段,這相當(dāng)于兩個(gè)電源互為后備,保證重要用戶(hù)的安全用電。缺點(diǎn):當(dāng)一段單母線(xiàn)或者單母線(xiàn)分段上的開(kāi)關(guān)出現(xiàn)問(wèn)題,需要對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)時(shí),需要停電后進(jìn)行操作。當(dāng)變電所擴(kuò)建時(shí)要求要向前后兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。使用范圍:大于等于5。小于8。:3.366kV側(cè)不同接線(xiàn)形式的經(jīng)濟(jì)性比較單母線(xiàn)接線(xiàn)接線(xiàn)與單母線(xiàn)分段接線(xiàn)中開(kāi)關(guān)數(shù)量對(duì)比如表3-1所示。表3-1開(kāi)關(guān)數(shù)量對(duì)比表單母線(xiàn)接線(xiàn)單母線(xiàn)分段接線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)斷路器數(shù)量23進(jìn)線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)數(shù)量463.3.1變壓器年電能損耗的計(jì)算為保證變電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較,其中年電能損耗為重要的一部分[6],其計(jì)算公式如下:式中;,kVA;S;t;;K,系統(tǒng)中取0.1-0.15。由公式3-1:3.3.2綜合造價(jià)P的計(jì)算(3-2)式中,110kV以下電網(wǎng)取90。查閱相關(guān)資料,66kV側(cè)斷路器每臺(tái)價(jià)格為5000元,66KV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)每臺(tái)價(jià)格為1500元。變壓器每臺(tái)造價(jià)約為25萬(wàn)元。(1)由公式3-2:(3-3),單位為千瓦時(shí);a為電能損耗折算系數(shù),取每度電的平均售價(jià),一般取0.06-0.08;為檢修維護(hù)費(fèi),萬(wàn)元取(0.022-0.042)P為折舊費(fèi),萬(wàn)元取0.58P由公式3-3:(2)單母線(xiàn)分段接線(xiàn)的綜合造價(jià)單母線(xiàn)分段接線(xiàn)的年運(yùn)行費(fèi)用C由公式3-3:式中為年電能損耗,單位為千瓦時(shí);a為電能損耗折算系數(shù),取每度電的平均售價(jià),一般取0.06-0.08;為檢修維護(hù)費(fèi),萬(wàn)元?。?.022-0.042)P為折舊費(fèi),萬(wàn)元取0.58P綜上所述,單母線(xiàn)接線(xiàn)經(jīng)濟(jì)性更好,故66KV側(cè)選用單母線(xiàn)接線(xiàn)是合適的。3.410kV側(cè)不同接線(xiàn)形式的經(jīng)濟(jì)性比較單母線(xiàn)分段接線(xiàn)與雙母線(xiàn)分段接線(xiàn)中開(kāi)關(guān)數(shù)量對(duì)比如表3-2所示。表3-2開(kāi)關(guān)數(shù)量對(duì)比表單母線(xiàn)分段接線(xiàn)雙母線(xiàn)分段接線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)斷路器數(shù)量34進(jìn)線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)數(shù)量683.4.1變壓器年電能損耗的計(jì)算,:;,kVA;S;t;;K,系統(tǒng)中取0.1-0.15。由公式3-1:3.4.2綜合造價(jià)P的計(jì)算:式中,110kV以下電網(wǎng)取90。查閱相關(guān)資料,10kV側(cè)斷路器每臺(tái)價(jià)格為2000元,10KV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)每臺(tái)價(jià)格為1000元。變壓器每臺(tái)造價(jià)約為25萬(wàn)元。(1)由公式3-2:?jiǎn)文妇€(xiàn)接線(xiàn)的年運(yùn)行費(fèi)用C式中為年電能損耗,單位為千瓦時(shí);a為電能損耗折算系數(shù),取每度電的平均售價(jià),一般取0.06-0.08;為檢修維護(hù)費(fèi),萬(wàn)元?。?.022-0.042)P為折舊費(fèi),萬(wàn)元取0.58P由公式3-3:(2)單母線(xiàn)分段接線(xiàn)的年運(yùn)行費(fèi)用C式中為年電能損耗,單位為千瓦時(shí);a為電能損耗折算系數(shù),取每度電的平均售價(jià),一般取0.06-0.08;為檢修維護(hù)費(fèi),萬(wàn)元?。?.022-0.042)P為折舊費(fèi),萬(wàn)元取0.58P綜上所述,單母線(xiàn)分段接線(xiàn)經(jīng)濟(jì)性更好,故10KV側(cè)選用單母線(xiàn)接線(xiàn)是合適的[11]。3.5主接線(xiàn)方案的確定10kV出線(xiàn)側(cè)若采用單母線(xiàn)接線(xiàn),根據(jù)負(fù)荷資料,出線(xiàn)共有5回[6],單母線(xiàn)接線(xiàn)無(wú)法滿(mǎn)足供電可靠性和靈活性[6]。而單母線(xiàn)分段接線(xiàn)可滿(mǎn)足供電可靠性,也具有較好的靈活性,進(jìn)線(xiàn)共有2回,采用單母線(xiàn)接線(xiàn)方式即可滿(mǎn)足可靠性,也便于擴(kuò)建[7]。在經(jīng)濟(jì)性方面上文比較了進(jìn)線(xiàn)側(cè)單母線(xiàn)和單母線(xiàn)分段接線(xiàn),出線(xiàn)側(cè)則比較了單母分段及雙母分段,在進(jìn)線(xiàn)側(cè)選用單母線(xiàn)經(jīng)濟(jì)性較好,在出線(xiàn)側(cè)選用單母分段經(jīng)濟(jì)性較好。經(jīng)過(guò)比較,本次設(shè)計(jì)的66kV變電站。進(jìn)線(xiàn)側(cè)采用單母線(xiàn)接線(xiàn)方式,出線(xiàn)側(cè)選用單母分段接線(xiàn)形式[6]。第4章短路電流的計(jì)算4.1計(jì)算的目的及計(jì)算方法4.1.1進(jìn)行短路電流計(jì)算的目的,比如最有可能發(fā)生的危險(xiǎn)故障是短路,因此為了減小整個(gè)電氣系統(tǒng)的損耗,防止短路,需要在變電所的電氣設(shè)計(jì)中考慮并計(jì)算短路電流。由于本變電站的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系著該地區(qū)的供電問(wèn)題,因此,在電力設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),要保證電力系統(tǒng)仍然能夠安全、穩(wěn)定、有效供電,在選擇主接線(xiàn)時(shí)需要進(jìn)行重新計(jì)算短路電流,繼電保護(hù)的方式選擇多樣的方式進(jìn)行,主要參考幾種常規(guī)的短路情況而定。4.1.2短路電流的計(jì)算方法電力系統(tǒng)中的短路電流計(jì)算有標(biāo)幺值法、短路容量法和有名單位制法[7],根據(jù)原始資料分析得出,66kV變電所的具體情況選用標(biāo)幺值法計(jì)算更為合理,。(1)基準(zhǔn)值在進(jìn)行基準(zhǔn)值選擇時(shí),根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),系統(tǒng)容量一般選擇100MVA作為基準(zhǔn);在求取線(xiàn)路的平均額定電壓時(shí),將線(xiàn)路首、末兩端電壓值相加求平均數(shù),求得的電壓即為線(xiàn)路的平均額定電壓,得出:基準(zhǔn)電壓,也可查表獲得,如表4-1[1]:表4-1線(xiàn)路額定電壓與平均額定電壓額定電壓(kV)103566110220平均額定電壓(kV)10.53763115230(2)標(biāo)幺值標(biāo)幺值本身是一個(gè)無(wú)單位的數(shù)值,求取各個(gè)基本參數(shù)的標(biāo)幺值的公式如下:容量標(biāo)么值:(4-1):(4-2):(4-3):(4-4):(4-5):(4-6):(4-7)系統(tǒng)主要設(shè)備的電抗(取每公里單位電抗為0.4歐姆):(4-8)變壓器電抗:(4-9)電抗器電抗:(4-10)4.2等值電路圖的繪制及短路點(diǎn)的確定4.2.1繪制計(jì)算電路圖設(shè)定最大運(yùn)行方式下的電站工作狀態(tài),此時(shí)對(duì)應(yīng)的整個(gè)電網(wǎng)以及對(duì)應(yīng)的保護(hù)電網(wǎng)電路都處于最大載荷運(yùn)行狀態(tài),也是考驗(yàn)保護(hù)系統(tǒng)效能時(shí)刻。此時(shí)應(yīng)對(duì)的保護(hù)電路應(yīng)該有逐次配合的保護(hù)效能,這樣電網(wǎng)能夠在最大工況下能得到保護(hù)也不會(huì)誤動(dòng)作。在相應(yīng)的最大運(yùn)行的工況下對(duì)應(yīng)的等效綜合抗阻值處于最低處。如下圖4-1所示。圖4-1計(jì)算電路圖4.2.2短路點(diǎn)的選擇本設(shè)計(jì)共選擇兩個(gè)電路點(diǎn)K1、K2。K1點(diǎn)為66kV高壓母線(xiàn),K2點(diǎn)為10kV低壓母線(xiàn)。4.3主要元件標(biāo)幺值計(jì)算及等值電抗圖的繪制4.3.1主要元件標(biāo)幺值的計(jì)算::,:,線(xiàn)路電抗:本變電所有兩回進(jìn)線(xiàn),長(zhǎng)度為50km,根據(jù)計(jì)算得出。:,,主變的等值電抗:根據(jù)第二章所選變壓器,經(jīng)查表得此變壓器=1,經(jīng)過(guò)計(jì)算主變等值電抗為==4.3.2系統(tǒng)等值電抗圖的繪制發(fā)電機(jī)等值電抗用次暫態(tài)電抗表示,如下圖4-2所示[7]:圖4-2系統(tǒng)等值電抗圖4.4最大運(yùn)行方式下短路電流計(jì)算4.4.1K1短路點(diǎn)短路電流的計(jì)算:根據(jù)計(jì)算電路圖繪制K1點(diǎn)短路時(shí)系統(tǒng)等值電抗圖如下圖4-3所示[7]:圖4-3最大運(yùn)行方式K1短路點(diǎn)短路時(shí)系統(tǒng)等值電抗圖;;得出,如下圖4-4所示:圖4-4最大運(yùn)行方式K1短路點(diǎn)短路時(shí)系統(tǒng)等值電抗圖,得出,如圖4-5所示圖4-5(1):(2)::=:=:=:=::=::(3)4.4.2K2短路點(diǎn)電路電流的計(jì)算:圖4-6最大運(yùn)行方式K2短路點(diǎn)短路時(shí)系統(tǒng)等值電抗圖,;得出,,圖如下圖4-7所示:圖4-7最大運(yùn)行方式K2短路點(diǎn)短路時(shí)系統(tǒng)等值電抗圖,,化簡(jiǎn)圖如下4-8所示;圖4-8(1):(2)::::::兩::(3):4.5最小運(yùn)行方式下短路電流的計(jì)算4.5.1最小運(yùn)行方式下的等值電路圖在最小運(yùn)行方式下短路電流較小不利于保護(hù)動(dòng)作[7],保護(hù)電路能夠識(shí)別到的最小短路電流,并實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作,驗(yàn)證保護(hù)電路的靈敏性。根據(jù)原始資料和第二章的變壓器選擇,系統(tǒng)中兩組發(fā)電機(jī)和變壓器均相同。對(duì)應(yīng)只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行并且分段斷路器斷開(kāi)的情況。如下圖4-9所示:圖4-9最小運(yùn)行方式系統(tǒng)計(jì)算電路圖繪制等值電抗圖,如下圖4-10:圖4-10最小運(yùn)行方式系統(tǒng)等值電抗圖化簡(jiǎn),4.5.2K1短路點(diǎn)短路電流和容量的計(jì)算繪制等值電抗圖如下圖4-11: 圖4-11最小運(yùn)行方式K1短路點(diǎn)短路時(shí)系統(tǒng)等值電抗圖化簡(jiǎn),,化簡(jiǎn)圖如下圖4-12:圖4-12最小運(yùn)行方式K1短路點(diǎn)短路時(shí)系統(tǒng)等值電抗圖(1):::::::(3):4.5.3K2短路點(diǎn)短路電流和容量的計(jì)算繪制等值電抗圖如下圖4-13:圖4-13最小運(yùn)行方式K2短路點(diǎn)短路時(shí)系統(tǒng)等值電抗圖化簡(jiǎn),,化簡(jiǎn)圖如下4-14:圖4-14(1)(2)::=:::::(3)4.6短路電流計(jì)算結(jié)果表經(jīng)過(guò)計(jì)算,短路電流計(jì)算結(jié)果如表4-2所示[16]:表4-2短路電流計(jì)算結(jié)果表短路類(lèi)型短路點(diǎn)運(yùn)行方式短路電流周期分量有效值(kA)沖擊電流(kA)三相短路容(MVA)三相66kV母線(xiàn)大1.8694.76620466kV母線(xiàn)小0.9342.38210210kV母線(xiàn)大9.98025.449172.854續(xù)表10kv母線(xiàn)小5.2713.34891.27兩相66kv母線(xiàn)大1.6194.12766kv母線(xiàn)小0.8092.06310kv母線(xiàn)大8.64324.03910kv母線(xiàn)小4.56411.637第5章電氣設(shè)備的選擇電氣一次設(shè)備的挑選是電氣設(shè)計(jì)所研究的主要對(duì)象[9],挑選并使用合適的機(jī)器是主配線(xiàn)設(shè)備安全運(yùn)行的非常重要的因素。在挑選電氣機(jī)器設(shè)備的時(shí)候,必須要按照工程項(xiàng)目的具體運(yùn)行情況,同時(shí)執(zhí)行國(guó)家有關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策,即先進(jìn)技術(shù)、合理經(jīng)濟(jì)、安全可靠、操作方便、發(fā)展適宜,使其可以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)安全有效的運(yùn)作,在過(guò)電壓和電流的情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。5.1電氣設(shè)備選擇的一般條件5.1.1總體原則確定電器時(shí),首先要保證電氣設(shè)備在電路處于故障和異常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,仍然能夠安全、可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。并在正常運(yùn)行時(shí)保證經(jīng)濟(jì)效益。電氣設(shè)備處于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值,因此,進(jìn)行電器選擇時(shí),必須根據(jù)正常運(yùn)行方式進(jìn)行電氣設(shè)備的選擇,根據(jù)短路時(shí)進(jìn)行電氣設(shè)備的檢驗(yàn)[9]。5.1.2電氣設(shè)備的選擇方式及條件(1)標(biāo)稱(chēng)電壓。進(jìn)行選擇時(shí)最基礎(chǔ)的條件,因此所選擇的電氣機(jī)器設(shè)備在正常工作的電壓要高于這一數(shù)值[10],而所聯(lián)網(wǎng)的正常工作的最大數(shù)值的電壓,一般是高于了網(wǎng)絡(luò)上最大的工作電壓的1.1倍左右。(2)額定電流。電氣機(jī)器設(shè)備所預(yù)先設(shè)定的電流用來(lái)表示,主要是指在低于所預(yù)先設(shè)定的環(huán)境溫度時(shí),電氣的機(jī)器設(shè)備在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)所使用的允許電流。理論上講,要高于這一回路中,在各種正常運(yùn)行情況下的最大數(shù)值的持續(xù)工作電流,以公式來(lái)表示即為考慮到輸電線(xiàn)路和變壓器因損耗而造成電壓降低的因素,考慮5%的裕量,因此相應(yīng)回路的最大持續(xù)工作電流為電氣設(shè)備和電纜的額定電流的1.3倍。5.1.3電氣設(shè)備的校驗(yàn)方式及方法電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí),短路電流會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)力效應(yīng)和發(fā)熱效應(yīng),將導(dǎo)致它們自身產(chǎn)生非常大的熱量,受到巨大的電動(dòng)力[10],發(fā)生這些變化后將導(dǎo)致載流導(dǎo)體外部的絕緣層受到破壞,電力設(shè)備無(wú)法正常工作。所以選定電力設(shè)備和電纜后,應(yīng)進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定檢驗(yàn)[10]。5.2斷路器的選擇及校驗(yàn)5.2.1斷路器的類(lèi)型需要嚴(yán)格按照其所將要安裝的位置、所處的環(huán)境以及技術(shù)水平等來(lái)選擇,故本設(shè)計(jì)的66kV和10kV側(cè)均選用六氟化硫斷路器[1]。5.2.2高壓斷路器額定電壓和額定電流選擇(1)標(biāo)稱(chēng)電壓,(5-1)式中:,,(2)斷路器的額定開(kāi)斷電流,應(yīng)當(dāng)大于或等于實(shí)際運(yùn)行中的開(kāi)斷瞬間短路電流周期分量[11],用公式來(lái)表示如下:(5-2)(3)關(guān)合電流,用公式表示為:(5-3)5.2.3主變壓器66kV側(cè)進(jìn)線(xiàn)斷路器(1):決定。額定電壓。即。(2):系統(tǒng)運(yùn)行中。(5-4):應(yīng)大于時(shí)出現(xiàn)的短路電流。我國(guó)的斷路器額定開(kāi)斷電流已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,采用的值有1.6kA、3.15kA、6.3kA、8kA、10kA、12.5kA、16kA、20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA、63kA、80kA、100kA。故,經(jīng)前文的計(jì)算得出。(4):應(yīng)不小于短路電流的,即根據(jù)以上要求以及對(duì)短路情況的分析,可初步選擇LW9-63型SF6斷路器,其參數(shù)如下表5-1[2]:表5-1額定電壓63kV額定電流2.5kA額定閉合電流峰值(kA,峰值)80kA最高工作電壓72.5kV額定開(kāi)斷電流(kA,有效值)31.5kA3S額定短時(shí)耐受電流(kA,有效值)31.5kA(5)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn),式中,為斷路器允許通過(guò)動(dòng)穩(wěn)定電流,為三相短路沖擊電流,有的斷路器的產(chǎn)品目錄未給出[12],而凡給出的均有。由于,則滿(mǎn)足動(dòng)穩(wěn)定[1]。(6)熱穩(wěn)定校驗(yàn)(5-5):。t,。,一般按下式計(jì)算:(5-6)由于本系統(tǒng)可視為無(wú)限大系統(tǒng),故可認(rèn)為,為短路時(shí)間。由于所選斷路器為六氟化硫斷路器,分合閘時(shí)間均不大于0.06S,近似忽略。當(dāng)動(dòng)作時(shí)間大于1S時(shí),可大致認(rèn)為。==經(jīng)過(guò)計(jì)算。5.2.4主變10kV側(cè)出線(xiàn)斷路器(1)額定電壓額定電壓。即。(2)額定電流選擇(3)短路開(kāi)斷電流選擇額定短路開(kāi)斷電流INbr應(yīng)大于安裝處的最大短路電流,,經(jīng)短路電流計(jì)算結(jié)果表得出[2]。(4)短路關(guān)合電流選擇為保證斷路器在關(guān)合短路時(shí)的安全,斷路器額定短路關(guān)合電流應(yīng)不小于短路電流的最大瞬時(shí)沖擊值[12],即根據(jù)以上要求以及對(duì)短路情況的分析,可初步選擇HB-10型斷路器,其參數(shù)如表5-2所示[1]:表5-2額定電壓10KV額定電流2000A額定閉合電流峰值(KA,峰值)100KA最高工作電壓12KV額定開(kāi)斷電流(KA,有效值)40KA3S額定短時(shí)耐受電流(KA,有效值)40KA(5)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn),式中,為斷路器允許通過(guò)動(dòng)穩(wěn)定電流[1];為三相短路沖擊電流[1]。由于,且額定關(guān)合電流經(jīng)廠家校驗(yàn)可滿(mǎn)足任何條件的要求。(6)熱穩(wěn)定校驗(yàn)其中。t,。,一般按下式計(jì)算[1]:由于本系統(tǒng)可視為無(wú)限大系統(tǒng),故可認(rèn)為,為短路時(shí)間[1]。由于所選斷路器為六氟化硫斷路器,分合閘時(shí)間均不大于0.06S,近似忽略。當(dāng)動(dòng)作時(shí)間大于1S時(shí),可大致認(rèn)為。==經(jīng)過(guò)計(jì)算,熱穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。5.3隔離開(kāi)關(guān)基本原理及其選擇高壓隔離開(kāi)關(guān)的主要功能是確保檢修車(chē)間高壓電器設(shè)備的安全,其特點(diǎn)是在有電壓、無(wú)負(fù)荷電流情況下,分合電路[1]。對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇時(shí),要參照具體的工作環(huán)境,以及電路的額定電壓值、電流值。5.3.1主變壓器66kV側(cè)出線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)的選擇(1)額定電壓由隔離開(kāi)關(guān)安裝處的系統(tǒng)電壓UNS決定。隔離開(kāi)關(guān)所處電路的工作電壓是66kV,基于額定電壓選擇(2)為保證隔離開(kāi)關(guān)可長(zhǎng)期工作,額定電流IN不應(yīng)低于斷路器安裝處的系統(tǒng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最大的負(fù)荷電流。由此根據(jù)工作電壓和工作電流,可初步選擇GW4-63型隔離開(kāi)關(guān),其具體參數(shù)如表5-3所示[1]:表5-3額定電壓63kv額定電流630A動(dòng)穩(wěn)定電流80ka最高工作電壓72.5kv額定熱穩(wěn)定時(shí)間4s4S熱穩(wěn)定電流有效值20KA(1)校驗(yàn)如下:,80KA>4.766KA(3)其中。t,。,一般按下式計(jì)算:由于本系統(tǒng)可視為無(wú)限大系統(tǒng),故可認(rèn)為,為短路時(shí)間。由于所選斷路器為六氟化硫斷路器,分合閘時(shí)間均不大于0.06S,近似忽略。當(dāng)動(dòng)作時(shí)間大于1S時(shí),可大致認(rèn)為。==經(jīng)過(guò)計(jì)算,熱穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。校驗(yàn)合格。故66KV側(cè)選用GW4-63型隔離開(kāi)關(guān)。5.3.3主變壓器10kV側(cè)出線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)的選擇(1)額定電壓選擇額定電壓由隔離開(kāi)關(guān)安裝處的系統(tǒng)電壓UNS決定。(2)額定電流IN不應(yīng)低于斷路器安裝處的系統(tǒng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最大的負(fù)荷電流。由此根據(jù)工作電壓和工作電流,可初步選擇GN2-10/2000型隔離開(kāi)關(guān),其具體參數(shù)如表5-4[1]:表5-4型號(hào)GN2-10/2000額定電壓10KV最高工作電壓11.5KV額定電流2000A動(dòng)穩(wěn)定電流峰值100KA熱穩(wěn)定電流40/2(KA/S)校驗(yàn)如下:(1)(2),100KA>25.449KA(3)其中。t,。,一般按下式計(jì)算:由于本系統(tǒng)可視為無(wú)限大系統(tǒng),故可認(rèn)為,為短路時(shí)間。由于所選斷路器為六氟化硫斷路器,分合閘時(shí)間均不大于0.06S,近似忽略。當(dāng)動(dòng)作時(shí)間大于1S時(shí),可大致認(rèn)為。==經(jīng)過(guò)計(jì)算,。5.4互感器的選擇5.4.1電壓互感器的選擇方式(1):在進(jìn)行電壓選擇時(shí),必須留有一定的裕度[1]。一次側(cè)額定電壓由該側(cè)的接線(xiàn)方式和所在回路電壓共同確定[1];V。(2)根據(jù)電壓互感器在電路中所處的具體位置,進(jìn)行容量的選擇。準(zhǔn)確度級(jí)的選擇則要在滿(mǎn)足電壓等級(jí)的情況下,即,即最高工作電壓應(yīng)大于66KV,在二次電壓和負(fù)荷條件都滿(mǎn)足的情況下選擇。(3)在66KV母線(xiàn)側(cè)選擇JCC-60型電壓互感器,其相關(guān)數(shù)據(jù)如下表5-5:表5-5JCC-60型電壓互感器參數(shù)安裝地點(diǎn)66kV側(cè)型號(hào)JCC-60額定電壓66KV一次繞組60/√3二次繞組0.1/√3輔助繞組0.1/3最大容量2000VA電壓互感器的一次回路一般需要并聯(lián)在電路中,這樣的連接方式的好處是能夠在電路出現(xiàn)故障的情況時(shí),保護(hù)電壓互感器不至于燒毀。而且,在對(duì)電壓互感器的各參數(shù)進(jìn)行測(cè)量校驗(yàn)時(shí)比較簡(jiǎn)單。在10KV母線(xiàn)側(cè)則選用JSW-10型電壓互感器,其相關(guān)數(shù)據(jù)如表5-6[1]:表5-6安裝地點(diǎn)10KV側(cè)型號(hào)JSW-10額定電壓10KV一次繞組10KV二次繞組0.1輔助繞組0.1/√3最大容量960VA5.4.266KV側(cè)電流互感器的選擇(1)電流互感器的額定電壓即為對(duì)地絕緣可最大承受并不被擊穿的電壓,為了保證互感器的安全,有效運(yùn)行,電壓條件為,即。(2)按最大長(zhǎng)期工作電流選擇為保證電流互感器的準(zhǔn)確度和安全,需要滿(mǎn)足≥;即(3)按準(zhǔn)確級(jí)選擇由所接儀表所決定。經(jīng)過(guò)計(jì)算,在66KV母線(xiàn)側(cè)選擇LDB-60型電流互感器,其相關(guān)參數(shù)如表5-7[1]:表5-7安裝地點(diǎn)66KV側(cè)型號(hào)LDB-60額定電壓66KV額定變比750/5最高工作電壓72.5KV額定動(dòng)穩(wěn)定電流63KA額定短時(shí)熱電流25KA(3)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn),63KA≥4.766KA其中。t,。,一般按下式計(jì)算:由于本系統(tǒng)可視為無(wú)限大系統(tǒng),故可認(rèn)為,為短路時(shí)間。由于所選斷路器為六氟化硫斷路器,分合閘時(shí)間均不大于0.06S,近似忽略。當(dāng)動(dòng)作時(shí)間大于1S時(shí),可大致認(rèn)為。=經(jīng)過(guò)計(jì)算,。5.4.310KV側(cè)選擇(1),即(2),需要滿(mǎn)足≥;即≥=1.62KA經(jīng)過(guò)計(jì)算,在10KV母線(xiàn)側(cè)選擇LJWD-10型電流互感器,其相關(guān)參數(shù)如表5-8[1]:表5-8安裝地點(diǎn)10KV側(cè)型號(hào)LJWD-10額定電壓10KV額定變比1200/5(3)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn);合格。5.5母線(xiàn)的選擇5.5.1母線(xiàn)的作用及選擇條件在電力系統(tǒng)的各級(jí)電壓配電裝置中均設(shè)置有母線(xiàn),母線(xiàn)的主要作用是匯集、分配和傳送電能,由于母線(xiàn)在運(yùn)行中傳送巨大的電功率,通過(guò)很大的負(fù)荷電流,在短路時(shí)承受很大的發(fā)熱和電動(dòng)力效應(yīng)[5]。因此,對(duì)母線(xiàn)的材料、截面形狀、截面積大小、排列方式、連接固定方法等,都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算、分析、比較,合理選擇,符合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求[5]。在配電裝置中,廣泛采用的是鋁母線(xiàn),在某些含有腐蝕性氣體或強(qiáng)烈地震地區(qū),由于技術(shù)上的要求可采用銅母線(xiàn),在某些高電壓小電流的裝置中,需要機(jī)械強(qiáng)度高的部位,也可采用鋼母線(xiàn)[5]。5.5.2母線(xiàn)材料的選擇電路中母線(xiàn)一般要求具備優(yōu)良的導(dǎo)電性,并考慮經(jīng)濟(jì)性要求,故導(dǎo)體材料一般為銅、鋁、鋁合金。其材料的選擇一般需要綜合考慮環(huán)境、安全、經(jīng)濟(jì)等因素。由于該變電所地處半丘陵區(qū),海拔高度為50m,無(wú)污染影響,故在材料的選擇上可不用選擇強(qiáng)抗腐蝕的銅線(xiàn)。5.5.3母線(xiàn)截面尺寸的選擇(1)滿(mǎn)足長(zhǎng)期發(fā)熱條件導(dǎo)體截面大小的選擇與其長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱允許通過(guò)的電流大小或流經(jīng)導(dǎo)體截面的電流密度有關(guān)。按長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱允許通過(guò)的電流大小確定:≤(5-7)式中,為一定溫度25℃時(shí)導(dǎo)體工作電流,是修正系數(shù);由導(dǎo)體所處的環(huán)境溫度和海拔高度決定。根據(jù)原始資料,取35℃。因而在本設(shè)計(jì)中,母線(xiàn)選擇時(shí)K取0.149=0.881。:當(dāng)導(dǎo)體的截面取Sj時(shí),年運(yùn)行費(fèi)最低,此截面成為經(jīng)濟(jì)截面,與該截面對(duì)應(yīng)的電流密度稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)電流密度J,經(jīng)濟(jì)電流密度與最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)有關(guān),可根據(jù)已知的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)查閱載流導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流密度曲線(xiàn)得出經(jīng)濟(jì)電流密度J[5]。(5-8)5.5.4母線(xiàn)的校驗(yàn)(1):63kV及以下系統(tǒng),不必校驗(yàn)。(2)熱穩(wěn)定校驗(yàn):(5-9)熱穩(wěn)定系數(shù)可用如下公式計(jì)算:(5-10)式中,K'為常數(shù),取149(鋁)或248(銅);τ為常數(shù),取245℃(鋁)或235℃(銅);θf(wàn)為導(dǎo)體斷路最高允許溫度,取200℃(鋁及鋁錳合金)或300℃(銅)。θw(5-11)其中:::5.5.566KV母線(xiàn)的選擇及校驗(yàn)(1)(2)根據(jù)原始資料。最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4000h,故以經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)確定導(dǎo)體截面的大小[12]。如此一來(lái),可以大大降低年計(jì)劃費(fèi)用減小損耗,提高經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)查詢(xún)表格可以得到經(jīng)濟(jì)電流密度為1.15A/mm2。故經(jīng)濟(jì)截面為根據(jù)上述經(jīng)濟(jì)截面和最大長(zhǎng)期工作電流可選擇LGJ-400型鋼芯鋁線(xiàn),其長(zhǎng)期允許載流量如下表5-9[1]:表5-9型號(hào)+70℃+80℃LGJ-400840A835A(3)基于負(fù)荷電流的校驗(yàn):經(jīng)過(guò)計(jì)算K=0.881,故,故滿(mǎn)足長(zhǎng)期發(fā)熱條件。(4):。5.5.610KV母線(xiàn)的選擇及校驗(yàn)(1)(2)根據(jù)原始資料,本變電站最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4000h,故以將經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)確定導(dǎo)體截面的大小[12]。如此一來(lái),可以大大降低年計(jì)劃費(fèi)用減小損耗,提高經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)查詢(xún)表格可以得到經(jīng)濟(jì)電流密度為1.15A/mm2。故經(jīng)濟(jì)截面為:選用125mm(3)基于負(fù)荷電流的校驗(yàn):經(jīng)過(guò)計(jì)算K=0.881,校驗(yàn)合格。(5-12)其中:S:母線(xiàn)截面積:C::短路發(fā)熱時(shí)間取1.5S,母線(xiàn)截面積為1250。則::其中:::母線(xiàn)通過(guò)(5-13)其中M:這里取。W=b2h6根據(jù)第四章的計(jì)算,=25.449KA,L取1M,a取0.1M。故:::查表得,140Mpa校驗(yàn)合格,母線(xiàn)可以使用。5.6電氣設(shè)備平面布置根據(jù)所選電氣設(shè)備,配電裝置按不同層面的分類(lèi)及其特點(diǎn),見(jiàn)表5-9。表5-9類(lèi)型特點(diǎn)按裝設(shè)地點(diǎn)分屋內(nèi)配電裝置所有電氣設(shè)備均放置在屋內(nèi),安全凈距小,可采用分層布置,占地面積小,操作、維護(hù)與檢修都在室內(nèi)進(jìn)行,工作條件較好,不受氣候影響,土建工程量大,投資較大屋外配電裝置所有電氣設(shè)備放置在屋外,土建工程量小,相應(yīng)的投資較小,建設(shè)工期短,擴(kuò)建方便,相間及設(shè)備之間的距離大,便于帶電檢修作業(yè),受外界環(huán)境影響,設(shè)備的運(yùn)行條件及人員進(jìn)行操作維護(hù)的工作條件較差,而且占地面積大按安裝方法分裝配式配電裝置電氣設(shè)備及其結(jié)構(gòu)物均在現(xiàn)場(chǎng)組裝成套式配電裝置在制造廠已將所需電氣設(shè)備裝配成一整體,并成套供應(yīng),運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后,連接起來(lái)即可投入運(yùn)行。可靠性高,維護(hù)方便,結(jié)構(gòu)緊湊,占地少,建設(shè)時(shí)間短,便于擴(kuò)建和搬遷,耗用鋼材較多,造價(jià)較高設(shè)計(jì)中變電所所處位置為半丘陵地帶,地震等級(jí)高,風(fēng)力大,對(duì)構(gòu)架的的牢固程度要求較高,因而不宜選用高型或半高型配電裝置,因此66kV選用普通中型配電裝置,10kV選用戶(hù)內(nèi)配電裝置,采用開(kāi)關(guān)柜[2]。具體情況見(jiàn)表5-10。表5-10配電裝置情況說(shuō)明66kV側(cè)單母線(xiàn)接線(xiàn)。架空進(jìn)出線(xiàn),變壓器間隔大于6M,配電裝置按31.5kA短路電流水平設(shè)計(jì)。10kV側(cè)單母分段接線(xiàn)。采用戶(hù)內(nèi)配電裝置。按31.5KA短路電流水平設(shè)計(jì)。第6章繼電器保護(hù)設(shè)計(jì)6.1繼電保護(hù)概述6.1.1繼電保護(hù)裝置的工作原理和任務(wù)繼電保護(hù)主要是利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時(shí)的電氣量(電流、電壓、功率、頻率等)的變化構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作的原理,還有其他的物理量,如變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)伴隨產(chǎn)生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強(qiáng)度的增高。[3]大多數(shù)情況下,不管反應(yīng)哪種物理量,繼電保護(hù)裝置都包括測(cè)量部分(和定值調(diào)整部分)、邏輯部分、執(zhí)行部分。原理圖如下圖6-1[3]:圖6-1它的基本任務(wù)是[1]:當(dāng)被保護(hù)的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時(shí),應(yīng)該由該元件的繼電保護(hù)裝置迅速準(zhǔn)確地給脫離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令,使故障元件及時(shí)從電力系統(tǒng)中斷開(kāi),以最大限度地減少對(duì)電力系統(tǒng)元件本身的損壞,降低對(duì)電力系統(tǒng)安全供電的影響[3]。反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況,并根據(jù)不正常工作情況和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件的不同發(fā)出信號(hào),以便值班人員進(jìn)行處理,或由裝置自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整,或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行會(huì)引起事故的電氣設(shè)備予以切除,反應(yīng)不正常工作情況的繼電保護(hù)裝置允許帶一定的延時(shí)動(dòng)作[3]。6.1.2繼電保護(hù)裝置的作用繼電保護(hù)裝置的作用是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運(yùn)行情況時(shí),用于快速切除故障,消除不正常狀況的重要自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備[3]。電力系統(tǒng)發(fā)生故障或危及其安全運(yùn)行的事故時(shí),它們能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),或直接發(fā)出跳閘命令以終止故障或事故[3]。6.1.3繼電保護(hù)裝置的要求可靠性是指保護(hù)該動(dòng)體時(shí)應(yīng)可靠動(dòng)作,不該動(dòng)作時(shí)應(yīng)可靠不動(dòng)作,可靠性是對(duì)繼電保護(hù)裝置性能的最根本的要求[3]。?選擇性是指首先由故障設(shè)備或線(xiàn)路本身的保護(hù)切除故障,當(dāng)故障設(shè)備或線(xiàn)路本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí),才允許由相鄰設(shè)備保護(hù)、線(xiàn)路保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)切除故障[3]。為保證對(duì)相鄰設(shè)備和線(xiàn)路有配合要求的保護(hù)和同一保護(hù)內(nèi)有配合要求的兩元件(如啟動(dòng)與跳閘元件或閉鎖與動(dòng)作元件)的選擇性,其靈敏系數(shù)及動(dòng)作時(shí)間,在一般情況下應(yīng)相互配合[3]。靈敏性是指在設(shè)備或線(xiàn)路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí),保護(hù)裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù),各類(lèi)保護(hù)的最小靈敏系數(shù)在規(guī)程中有具體規(guī)定,繼電保護(hù)的可靠性主要由配置合理、質(zhì)量和技術(shù)性能優(yōu)良的繼電保護(hù)裝置以及正常的運(yùn)行維護(hù)和管理來(lái)保證[3]。任何電力設(shè)備(線(xiàn)路、母線(xiàn)、變壓器等)都不允許在無(wú)繼電保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行[3]。速動(dòng)性是指保護(hù)裝置應(yīng)盡快地切除短路故障,其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,減輕故障設(shè)備和線(xiàn)路的損壞程度,縮小故障波及范圍,提高自動(dòng)重合閘和備用電源或備用設(shè)備自動(dòng)投入的效果等[3]。般從裝設(shè)速動(dòng)保護(hù)(如高頻保護(hù)、差動(dòng)保護(hù))、充分發(fā)揮零序接地瞬時(shí)段保護(hù)及相間速斷保護(hù)的作用、減少繼電器固有動(dòng)作時(shí)間和斷路器跳閘時(shí)間等方面入手來(lái)提高速動(dòng)性[3]。6.2變電站主變壓器保護(hù)(1)瓦斯保護(hù)[1]瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù),對(duì)變壓器匝間和層間短路,鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線(xiàn)及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動(dòng)作[3]。當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時(shí),由于電弧將使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體,從油箱向油枕流動(dòng),其強(qiáng)烈程度隨故障的嚴(yán)重程度不同而不同,反應(yīng)這種氣流與油流而動(dòng)作的保護(hù)稱(chēng)為瓦斯保護(hù),也叫氣體保護(hù)[3]。(2)相間短路保護(hù)[1]:當(dāng)變壓器的引出線(xiàn)、繞組之間出現(xiàn)短路時(shí),便會(huì)觸動(dòng)速斷保護(hù)、縱差動(dòng)保護(hù)[3]。(3)過(guò)負(fù)荷保護(hù)[1]。(4)后備保護(hù)[1]:一般指過(guò)電流保護(hù),過(guò)電流保護(hù)宜采用降壓變電所,保護(hù)裝置的整定值應(yīng)考慮事故時(shí),可能出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷[3]。主變的繼電保護(hù)配置如下[1]:(1)瓦斯保護(hù):當(dāng)油箱內(nèi)的油液下降到一定值或快速分解生成瓦斯時(shí),保護(hù)便會(huì)動(dòng)作與發(fā)出信號(hào)或直接跳閘。當(dāng)故障程度不同時(shí),瓦斯的動(dòng)作也存在差異,若油箱內(nèi)的油液正在降低或產(chǎn)生微量氣體,那么保護(hù)將會(huì)動(dòng)作于發(fā)信號(hào);若在短時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生大量的瓦斯氣體,則會(huì)立即跳開(kāi)高壓側(cè)斷路器。根據(jù)原始資料,結(jié)合實(shí)際情況,本設(shè)計(jì)選用開(kāi)口式瓦斯繼電器,與其他繼電器相比,開(kāi)口式瓦斯繼電器具有經(jīng)濟(jì)性好、實(shí)用性強(qiáng),保護(hù)效果好特點(diǎn)。但是其中繼電器的氣體容積整定范圍要大于同類(lèi)型繼電器,經(jīng)查表具體為250-300cm2。在本設(shè)計(jì)中,油流速度設(shè)定為0.89。(2)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)本變電站的變壓器選用帶比率制動(dòng)特性的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù),即在保護(hù)中引入能變化的制動(dòng)電流[1]。比率制動(dòng)特性的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定項(xiàng)目還有最小動(dòng)作電流及制動(dòng)特性斜率K,保護(hù)特性原理曲線(xiàn)圖如下圖6-2:圖6-2保護(hù)特性原理圖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下表6-1[1]:表6-1名稱(chēng)66KV側(cè)10KV側(cè)額定一次電流接線(xiàn)方式Y(jié)Y電流互感器接線(xiàn)方式ΔΔ電流互感器實(shí)際選用變比750/51200/5額定二次電流取高壓側(cè)為基本側(cè)。①:(6-1):,取1.2-1.3;:,取0.01:,取0.05故②:(6-2)③K:根據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般取0.5-0.6,本設(shè)計(jì)取0.5④保護(hù)動(dòng)作值表達(dá)式為:當(dāng)時(shí):(6-3)及在≤0.933A時(shí)。當(dāng)時(shí):(6-4)及在>0.933A時(shí)。⑤:靈敏度按照最小運(yùn)行方式下變壓器引出線(xiàn)兩相短路電流校驗(yàn),校驗(yàn)公式如下[3]:(6-5)可根據(jù)相應(yīng)的制動(dòng)電流得出,要求靈敏度大于1.5,校驗(yàn)靈敏度的最小短路電流應(yīng)取最小運(yùn)行方式下,在基本側(cè)發(fā)生兩相短路的短路電流[3]。根據(jù)第四章的計(jì)算:。:::==2.17>1.5校驗(yàn)合格。(3)電流速斷保護(hù):為防止在發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)保護(hù)無(wú)法正確動(dòng)作,需要配置電流速斷保護(hù)作為輔助保護(hù)[3]。(6-6)——,取1.2-1.3;——;根據(jù)第四章的計(jì)算,取1.3,,采用接線(xiàn),,為:選用GL15-10繼電器最小動(dòng)作電流為2A,故,故靈敏度滿(mǎn)足要求[15]。(4)過(guò)負(fù)荷保護(hù)過(guò)負(fù)荷保護(hù)是指被保護(hù)區(qū)出現(xiàn)超過(guò)規(guī)定的\t"/item/%E8%BF%87%E8%B4%9F%E8%8D%B7%E4%BF%9D%E6%8A%A4/_blank"負(fù)荷時(shí)的保護(hù)措施,動(dòng)作電流方式為[3]:(6-7)其中Krel取1.1;Kr取0.95。故::6.3輸電線(xiàn)路的保護(hù)6.3.1輸電線(xiàn)路短路的概念及分類(lèi)所謂短路,是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相或者相與地之間的連接,在正常運(yùn)行時(shí),除中性點(diǎn)外,相與相或相與地直接是絕緣的[3]。短路故障分為三相短路,兩相短路,兩相接地短路和單相接地短路四種,三相短路時(shí)三相系統(tǒng)仍然保持對(duì)稱(chēng),故稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)短路,其余三種類(lèi)型的短路發(fā)生時(shí),三相系統(tǒng)不再對(duì)稱(chēng),故稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)短路[3]。6.3.2線(xiàn)路三段式電流保護(hù)的配置(1)整定計(jì)算原則:躲開(kāi)本條線(xiàn)路末端最大短路電流,即最大運(yùn)行方式下K1點(diǎn)的短路電流[3]。用整定計(jì)算公式表示為:(6-8)其中:,取1.2-1.3故=1.3×1.869=2.429kA(2)根據(jù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原則和以往經(jīng)驗(yàn),配電網(wǎng)可不裝設(shè)限時(shí)電流速斷保護(hù)[6]。(3)定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)一般是作為后備保護(hù)使用,要求作為本線(xiàn)路主保護(hù)的后備以及相鄰線(xiàn)路或元件的遠(yuǎn)后備[3]。整定計(jì)算原則:動(dòng)作電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定[3]。用整定計(jì)算公式表示為:(6-9)1.2,0.85-0.95,1.5。故=1.2×1.5×246/0.85=520.94A第7章變電站防雷保護(hù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)7.1雷電的危害及防雷保護(hù)設(shè)計(jì)原則雷電對(duì)電力系統(tǒng)的傷害分為:直擊,繞擊,反擊,感應(yīng),侵入等幾類(lèi)[1]。雷擊造成的過(guò)電壓具有波峰陡,波幅大的特點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)中絕緣最薄弱的設(shè)備(如變壓器等)威脅最大,戶(hù)外架空線(xiàn)及開(kāi)關(guān)閘刀互感器的絕緣瓷瓶都會(huì)受到威脅,甚至室內(nèi)的電氣設(shè)備也會(huì)受到雷電波的侵害[1]。除了設(shè)備的直接損失,線(xiàn)路跳閘,局部停電,所造成的間接損失更大[1]。所以防雷保護(hù)是變電站設(shè)計(jì)中的重要一環(huán),其設(shè)計(jì)原則大致如下[1]:(1)對(duì)變電所而言,直擊雷主要防護(hù)裝置為避雷針,雷電侵入波的主要防護(hù)裝置為避雷器[1]。(2)110kV及以上,通常選擇在配電裝置的屋頂、構(gòu)架之上加裝避雷裝置,對(duì)于土壤電阻率超過(guò)一萬(wàn)的區(qū)域,一般會(huì)加裝獨(dú)立的避雷裝置。(3)對(duì)于獨(dú)立的避雷裝置而言,通常需要與獨(dú)立的接地裝置配合應(yīng)用,且接地電阻越小越好。變電站接地電阻一般要求小于100Ω,當(dāng)超過(guò)該值時(shí)需要采取另外的措施,例如鋪設(shè)專(zhuān)用接地網(wǎng)。7.2避雷針及其保護(hù)范圍7.2.1單只避雷針的保護(hù)范圍當(dāng)時(shí),;(7-1)式中;h;;p,在h≤30m時(shí),p=1;h=30-120m時(shí),當(dāng)時(shí),(7-2),h,,p,在h≤30m時(shí),p=1;h=30-120m時(shí),(7-3)7.2.2兩只等高避雷針的保護(hù)范圍(1)兩針外側(cè)的保護(hù)范圍與單只避雷針的計(jì)算方法相同[1]。(2)兩針間的保護(hù)最低點(diǎn)高度按下式計(jì)算[1]:(7-4)其中為兩針間保護(hù)最低點(diǎn)的高度,D為兩針間的距離[15]。(3)兩針間的保護(hù)最小寬度可以按下式計(jì)算[15]。當(dāng)時(shí),;(7-5)當(dāng)時(shí),。(7-6)7.3避雷器的選擇電氣設(shè)備的絕緣配合基于避雷器的保護(hù)水平,設(shè)備所承受的大氣過(guò)電壓由避雷器來(lái)限制,即選用設(shè)備的絕緣水平取決于避雷器保護(hù)性能,氧化鋅避雷器的非線(xiàn)性伏安特性?xún)?yōu)越,且沒(méi)有串聯(lián)間隙,保護(hù)性能好,故本變電站采用氧化鋅避雷器[1]。7.3.1避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓的選擇由于金屬氧化物避雷器沒(méi)有串聯(lián)間隙,正常工頻相電壓要長(zhǎng)期施加在金屬氧化物電阻片上[1]。為了保證使用壽命,長(zhǎng)期施加于避雷器上的運(yùn)行電壓不得超過(guò)避雷器允許的持續(xù)運(yùn)行電壓[1]。在進(jìn)出線(xiàn)側(cè)分別根據(jù)電壓選擇合適的避雷器[1]。66kV:Uc>=72.5kV,取75kV。10kV:Uc>=13.2kV,取13.6kV。7.3.2避雷器額定電壓的選擇避雷器的額定電壓要大于暫態(tài)過(guò)電壓,暫態(tài)過(guò)電壓是由于長(zhǎng)線(xiàn)電容效應(yīng),突然甩負(fù)荷,單相接地及其它故障引起的系統(tǒng)電壓的暫時(shí)升高,因此,氧化鋅避雷器必須具備耐受這種暫態(tài)過(guò)電壓的能力[1]。選取如下:66kV側(cè):Ue=1.3Um=1.3×72.5=94.25kV,取96kV;10kV側(cè):Ue=1.3Um=1.3×12=15.6kV,取17kV;7.3.3避雷器選擇結(jié)果66kV配電裝置選用96/250的避雷器,安裝66kv側(cè)進(jìn)線(xiàn)[1];10kV配電裝置選用17/45的避雷器,安裝在10kV側(cè)出線(xiàn)[1]。7.3.4絕緣配合電氣設(shè)備的絕緣配合,參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50064-2014)確定的原則進(jìn)行。①66kV、10kV氧化鋅避雷器按國(guó)內(nèi)制造廠生產(chǎn)的設(shè)備選型,作為66kV、10kV絕緣配合的基準(zhǔn),其中主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表7-1[8]:表7-1避雷器參數(shù)66kV10kV額定電壓(kV,有效值)9617最大持續(xù)運(yùn)行電壓(kV,有效值)7513.6操作沖擊殘壓(2kA)(kV,峰值)21338.3雷電沖擊殘壓(8/20μs)(kV,峰值)25045陡波沖擊殘壓(1μs)(kV,峰值)28851.5②66kV系統(tǒng)以雷電過(guò)電壓決定設(shè)備的絕緣水平,在此條件下一班都能耐受操作過(guò)電壓的作用,所以在絕緣配合中不考慮操作波試驗(yàn)電壓的配合[8]。雷電沖擊的配合以雷電沖擊5kV殘壓為基準(zhǔn),配合系數(shù)取1.4[8]。表7-2系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓(kV)設(shè)備最高電壓(kV)設(shè)備類(lèi)型雷電沖擊耐受電壓kV短時(shí)(1min)工作耐受電壓(有效值)kV相對(duì)地相間斷口相對(duì)地相間斷口斷路器隔離開(kāi)關(guān)斷路器隔離開(kāi)關(guān)6672.5變壓器350350150150開(kāi)關(guān)350350350375150150155197③10kV電氣設(shè)備的絕緣水平,按國(guó)標(biāo)選取,取值見(jiàn)下表7-3[1]:表7-3系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓(kV)設(shè)備最高電壓(kV)設(shè)備類(lèi)型雷電沖擊耐受電壓kV短時(shí)(1min)工作耐受電壓(有效值)kV相對(duì)地相間斷口相對(duì)地相間斷口斷路器隔離開(kāi)關(guān)斷路器隔離開(kāi)關(guān)1013變壓器75753535開(kāi)關(guān)75757585424242497.4避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算根據(jù)原始資料,本變電站長(zhǎng)寬均約為80M,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用四根避雷針是合適的,分別放置在變電站的四角。根據(jù)變電站設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),變電站門(mén)型構(gòu)架高度可取=8.5M。故在=8.5M時(shí),避雷針保護(hù)范圍需包括整個(gè)變電站。根據(jù)兩只等高避雷針的保護(hù)范圍相關(guān)公式,進(jìn)行計(jì)算[14]:①根據(jù)兩針間的保護(hù)最低點(diǎn)高度計(jì)算[1]:假設(shè)h=30m,則對(duì)角兩針的保護(hù)范圍計(jì)算如下[1],,,;校驗(yàn)合格,避雷針高度可以小于30m,高度系數(shù)P=1。帶入算式,求得避雷針高度h最小值:帶入數(shù)值:②根據(jù)針間保護(hù)最小寬度計(jì)算:帶入數(shù)值校驗(yàn)合格,可取h=25m。經(jīng)過(guò)校驗(yàn),選擇4根25m高的避雷針可以保護(hù)全站,是合適的。第8章變電站對(duì)周?chē)h(huán)境的影響8.1噪聲及噪聲控制隨著電網(wǎng)建設(shè)和城市發(fā)展的同步快速推進(jìn),城市變電站的選址與建設(shè)越來(lái)越困難,因變電站設(shè)備運(yùn)行噪聲而引發(fā)的環(huán)保問(wèn)題時(shí)有發(fā)生[9]。因此,需要對(duì)城市變電站的噪聲水平進(jìn)行有效控制[9]。8.1.1我國(guó)城市變電站噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)城市變電站周邊聲環(huán)境功能區(qū)應(yīng)滿(mǎn)足GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的環(huán)境噪聲等效聲級(jí)限值(見(jiàn)表8-1)[9]。表8-1環(huán)境噪聲限值時(shí)段聲環(huán)境功能區(qū)類(lèi)別晝間夜間0類(lèi)50401類(lèi)55452類(lèi)60503類(lèi)65554類(lèi)4a類(lèi)70554b類(lèi)70608.1.2變電站及設(shè)備噪聲特性及傳播規(guī)律變電站噪聲源主要包括主變壓器、電抗器、電容器、高壓斷路器等各類(lèi)開(kāi)關(guān)裝置操作、風(fēng)機(jī)和產(chǎn)生電暈噪聲的導(dǎo)體等[9]。主變壓器的噪聲主要由鐵芯磁致伸縮及繞組電磁力引起的振動(dòng)而產(chǎn)生,并通過(guò)鐵芯墊腳和絕緣介質(zhì)傳遞給箱體和附件[9]。電容器噪聲主要由電容器單元介質(zhì)內(nèi)電極間產(chǎn)生的電場(chǎng)力及電磁力引起元件振動(dòng)而產(chǎn)生[10]。高壓斷路器等各類(lèi)開(kāi)關(guān)裝置操作引起的噪聲持續(xù)時(shí)間短,且不連續(xù)。這些噪聲可不考慮[10]。8.1.3變電站降噪措施① 為了從根本上解決變壓器的噪聲問(wèn)題,降低本體噪聲是最為捷徑和有效的途徑[10]。而要降低變壓器的本體噪聲,亦應(yīng)從減少其本體振動(dòng)入手,變壓器內(nèi)部振源主要是鐵心和繞組,那么減少鐵心硅鋼片的磁致伸縮和繞組間的電磁力便成為內(nèi)部減振降噪的主要任務(wù)[10]。②傳播途徑中采取降噪措施③輔助降噪措施近年來(lái),國(guó)外對(duì)于變電站輔助降噪措施研究的報(bào)告比較鮮見(jiàn),國(guó)內(nèi)的研究工作比較多。總的來(lái)講,隔聲降噪措施的應(yīng)用方式有:1.隔聲隔聲是通過(guò)材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)來(lái)隔絕空氣傳播噪聲的方法,變電站常見(jiàn)
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