目錄

第1章設(shè)計(jì)原始材料及設(shè)計(jì)任務(wù)..............................................2

第2章變電站主接線設(shè)計(jì).....................................................3

第3章變電站用電接線及設(shè)備用電接線........................................7

第4章設(shè)備的選擇及動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)..........................................9

第5章短路vf**算????????????????????????????????????????????????????????24

第6章配電裝置............................................................32

第7章無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)........................................................36

第8章防雷及過電壓俁護(hù)裝置設(shè)計(jì)...........................................44

參考文獻(xiàn)...................................................................45

心得體會(huì)...................................................................46

附錄........................................................................47

_1—

刖百

本畢業(yè)設(shè)計(jì)為二OO六級(jí)電力系統(tǒng)及自動(dòng)化專業(yè)自學(xué)考試畢業(yè)

設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)題目為：220KV變電站電氣一次部分初步設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)

任務(wù)旨在體現(xiàn)我對(duì)本專業(yè)各科知識(shí)的掌握程度，培養(yǎng)我對(duì)本專業(yè)各

科知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用的能力設(shè)計(jì)（一次部分）的全過程。通過對(duì)變

電站的主接線設(shè)計(jì)，站用電接線設(shè)計(jì)，短路電流計(jì)算，電氣設(shè)備動(dòng)、

熱穩(wěn)定校驗(yàn)，主要電氣設(shè)備型號(hào)及參數(shù)的確定，運(yùn)行方式分析，防

雷及過電壓保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)和無功補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)，較為詳細(xì)地完成

了電力系統(tǒng)中變電站設(shè)計(jì)。

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第1章設(shè)計(jì)原始材料及設(shè)計(jì)任務(wù)

1、本次設(shè)計(jì)的變電站為地區(qū)性220KV降壓變電站，有

三個(gè)電壓等級(jí)，即220KV、11OKV.35KV;

2、本系統(tǒng)中有110kv和35kv兩個(gè)負(fù)荷等級(jí)，其最大

負(fù)荷為200MW,cosg0.85,和70MW,co荷=0.8;

3、所用電系統(tǒng)采用380/220V中性點(diǎn)直接接地的三相

四線制，動(dòng)力與照明合用一個(gè)電源；

4、遠(yuǎn)期投入是3臺(tái)主變，近期只要2臺(tái)；

5、待設(shè)計(jì)變電所為長(zhǎng)方形，環(huán)境溫度最高為42。C；

6、本變電所主要由屋外配電裝置，主變壓器、二次室、

靜止補(bǔ)償裝置及軸助設(shè)施構(gòu)成。

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第2章變電站主接線設(shè)計(jì)

變電站電氣主接線設(shè)計(jì)是依據(jù)變電所的最高電壓等級(jí)和變電所的性質(zhì)，選擇已一種與

變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應(yīng)的接線方式。變電所的電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的

重要組成部分。它表明變電所內(nèi)的變壓器、各電壓等級(jí)的線路、無功補(bǔ)償設(shè)備最優(yōu)化的接

線方式與電力系統(tǒng)連接，同E寸也表明在變電所內(nèi)各種電氣設(shè)備之間的連接方式。一個(gè)變電

所的電氣主接線包括高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)以及變壓器的接線.因各側(cè)所接的系統(tǒng)情況

不同，進(jìn)出線回路數(shù)不同，其接線方式也不同。

2.1主接線選擇的主要原則

1）變電所主接線要與變電所在系統(tǒng)中的地位、作用相適應(yīng)。根據(jù)變電所在系統(tǒng)中

的地位，作用確定對(duì)主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的要求。

2）變電所主接線的選擇應(yīng)考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，還應(yīng)滿足電網(wǎng)出故障時(shí)

應(yīng)處理的要求。

3）各種配置接線的選擇，要考慮該配置所在的變電所性質(zhì)，電壓等級(jí)、進(jìn)出線回

路數(shù)、采用的設(shè)備情況，供電負(fù)荷的重要性和本地區(qū)的運(yùn)行習(xí)慣等因素。

4）近期接線與遠(yuǎn)景接線相結(jié)合，方便接線的過程。

5）在確定變電所主接線時(shí)要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，

2.2主接線方案設(shè)計(jì)

2.2.1方案擬定及技術(shù)比較

方案220KV110KV35KV主變臺(tái)數(shù)

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通過對(duì)該接線優(yōu)缺點(diǎn)的分析，可見，在方案二中采用該種接線方式，主要是為了提高

供電的可靠性.但此類接線造價(jià)比較高，所以，一般只在大容量變電站中使用.

從上述的比較可以看出,三種接線從技術(shù)的角度來看主要的區(qū)別是在可靠性上，雙母

線比單母線可靠性高，3/2接線比雙母線的可靠性更高.但對(duì)于220KV地區(qū)性變電站來說,

雙母線接線的可靠性己能達(dá)到要求，且地區(qū)性變電站主要是要求經(jīng)濟(jì)性.所以，確定選擇第

一種接線方案.

在方案中，由于遠(yuǎn)期投入是3臺(tái)主變，近期只要2臺(tái).所以，對(duì)第3臺(tái)的設(shè)計(jì)，主要的區(qū)別

在35KV側(cè)，此時(shí)，第3臺(tái)主變接在35KV的母線斷路器上，這種接線的目的是為了減小投資.

現(xiàn)在從技術(shù)的角度來討論，當(dāng)35KV母線故障或檢修時(shí),3號(hào)主變可以從另一母線向負(fù)荷供

電.可見，它并不影響單母線接線的工作方式，所以，這種接線方式對(duì)35KV側(cè)是可以考

慮的.

2.2.2主變的選擇

變電站主變?nèi)萘?，一般?yīng)按5—10年規(guī)劃負(fù)荷來選擇。根據(jù)城市規(guī)劃、負(fù)荷性質(zhì)，

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等綜合考慮確定其容量。對(duì)重要變電站，應(yīng)考慮當(dāng)1臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓

器容量在計(jì)及過負(fù)荷能力允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)滿足一類及二類負(fù)荷的供電。對(duì)一般性變電站，

當(dāng)1臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量，其余，變壓器容量應(yīng)滿足全部負(fù)荷的60%?70%。

2.2.2.1選擇原則

1）相數(shù)

容量為300MW及以下機(jī)組單元接線的變壓器和330kv及以下電力系統(tǒng)中，一般都

應(yīng)選用三相變壓器。因?yàn)閱蜗嘧儔浩鹘M相對(duì)投資大，占地多，運(yùn)行損耗也較大。同時(shí)配電

裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了維修工作量。

2）繞組數(shù)與結(jié)構(gòu)

電力變壓器按每相的卷組數(shù)為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式；按電磁結(jié)構(gòu)分為

普通雙繞組、三繞組、自耦式及低壓繞組分裂式等型式。在一發(fā)電廠或變電站中興用三繞

組變壓器一般不多于3臺(tái)，以免由于增加了中壓側(cè)引線的構(gòu)架，造成布置的復(fù)雜和困難。

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3)繞組接線組別

變壓器三繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致。否則，不能并列運(yùn)行。電力系

統(tǒng)采用的繞組連接有星形“Y”和三角形“D”。在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機(jī)

組的同步并列以要求限制3次諧波對(duì)電源等因素。根據(jù)以上原則，主變一般是Y,D11常

規(guī)接線。

4)調(diào)壓方式

為了保證發(fā)電廠或變電站的供電質(zhì)量，電壓必須維持在允許范圍內(nèi)，通過主變的分接

升關(guān)切換，改變變壓器高壓側(cè)繞組匝數(shù)。從而改變其變比，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。切換方式有兩

種：一種是不帶電切換，稱為無激磁調(diào)壓。另一種是帶負(fù)荷切換，稱為有載調(diào)壓，

通常，發(fā)電廠主變壓器中很少采用有載調(diào)壓。因?yàn)榭梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁夾實(shí)現(xiàn)調(diào)

節(jié)電壓，對(duì)于220kv及以上的降壓變壓器也僅在電網(wǎng)電壓有較大變化的情況時(shí)使用，一般

均采用無激磁調(diào)壓，分接頭的選擇依據(jù)具體情況定。

5)冷卻方式

電力變壓器的冷卻方式隨變壓器型式和容量不同而異，一般有自然風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷

卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。

2.2.2.2容量計(jì)算

本系統(tǒng)中有.UOkv和35kv兩個(gè)負(fù)荷等級(jí)，其最大負(fù)荷為200MW,cos°=0.85,和70MW,

cos"=0.8

S總=200/0.85+70/0.8=322.8(MVA)

需要選擇的變壓器容量S=0.7X322.8=225.96(MVA)

選用三繞組變壓器，查手冊(cè)，選出的設(shè)備如下表：

SFPS-7型220kv級(jí)三相三圈無載調(diào)壓變壓器

額定容量比電壓比組別空載負(fù)載阻抗電壓%

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損耗

容量損耗高中高低中低

MVA

240100/100/50242±2XYN,yn,dll13572012-1422-247-9

2.5%/121/38.5

第3章變電站用電接線及設(shè)備用電接線

3.1所用電源數(shù)量及容量

1）樞紐變電所、總?cè)萘繛?0MVA及以上的變電所、裝有水冷卻或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻的

主變壓器以及裝有同步調(diào)相機(jī)的變電所，均裝設(shè)兩臺(tái)所用變壓器.

采用整流操作電源或無人值班的變電所,裝設(shè)兩臺(tái)所用變壓器，分別接在不同等級(jí)的

電源或獨(dú)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(shè)一臺(tái)所用變壓器.

2）500KV變電所裝設(shè)兩個(gè)工作電源.當(dāng)主變壓器為兩臺(tái)時(shí)，可以分別接在每一臺(tái)主變

壓器的第三繞組上。兩臺(tái)所月變壓器的容量應(yīng)相等,并按全所計(jì)算負(fù)荷來選擇.當(dāng)建設(shè)初期

只有一臺(tái)主變壓器時(shí),可只接一臺(tái)工作變壓器.

3）當(dāng)設(shè)有備用所用變壓器時(shí)，一般均裝設(shè)備用電源自動(dòng)投入裝置.

3.2所用電源引接方式

1）當(dāng)所內(nèi)有較低電壓母線時(shí)，一般均由這類母線上引接1?2個(gè)所用電源,這一所用電

源引接方式具有經(jīng)濟(jì)和可靠性較高的特點(diǎn)。如能由不同電壓等級(jí)的母線上可分別引接兩個(gè)

電源,則更可保證所用電的不間斷供電.當(dāng)有旁路母線時(shí)，可將一臺(tái)所用變壓器通過旁路隔

離開關(guān)接到旁路母線上。正常運(yùn)行時(shí)，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(cè)要選用大斷流容量的開關(guān)設(shè)備，否則

要加裝限流電抗器。

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3）由于低壓網(wǎng)絡(luò)故障機(jī)會(huì)較多，從所外電源引接所用電源可靠性較低.有些工程保留

了施工時(shí)架設(shè)的臨時(shí)線路，多用于只有一臺(tái)主變壓器或一段低壓母線時(shí)的過度階段.500KV

變電所多由附近的發(fā)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(cè)接線

所用電系統(tǒng)采用380/220V中性點(diǎn)直接接地的二相四線制，動(dòng)力與照明合用一個(gè)電源.

因此：

1）所用變壓器低壓側(cè)多采用單母線接線方式.當(dāng)有兩臺(tái)所用變壓器時(shí)，采用單母線分

段接線方式，平時(shí)分列運(yùn)行，以限制故障范圍，提高供電可靠性.

2）500KV變電所設(shè)置不間供電裝置，向通訊設(shè)備、交流事故照明及監(jiān)控計(jì)算機(jī)等負(fù)

荷供電,其余負(fù)荷都允許停電一定時(shí)間，故可不裝設(shè)失壓?jiǎn)?dòng)的備用電源自投裝置,避免備

用電源投合在故障母線上擴(kuò)大為全所停電事故.

3）具備條件時(shí),調(diào)相機(jī)專用負(fù)荷優(yōu)先采用由所用變壓器低壓側(cè)直接支接供電的方式.

3.4所站用電接線

站用電接線應(yīng)按照運(yùn)行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，積極慎亙地采用

成熟的新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

變電站的站用電源，是保證正常運(yùn)行的基本電源。通常不少于兩個(gè)。其引接方式有

兩種：一種是從母線側(cè)引入，另一種是從主變低壓側(cè)引入。本站由于沒有具體說明，因此

采用通過斷路器和隔離開關(guān)從低壓側(cè)引入。

本站是用兩臺(tái)500KVA變壓器接入，為此，查手冊(cè)，選出站變，如下表:

型號(hào)高壓KV低壓KV組別空載損耗負(fù)載損耗空載電流A

S7—500/35350.4Y,ynO1.087.701.9

3.5備用電源

站用備用電源用于工作電源因事故或檢修而失電時(shí)替代工作電源，起后備作用。備

用電源應(yīng)具有獨(dú)立性和足夠的容量，最好能與電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系，在全廠停電情況下仍能

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從系統(tǒng)取得備用電源。

備用分為名備用和暗備用。本站是地區(qū)性變電所。所以，采用暗備用的方式，兩臺(tái)

變壓潛相互備用，當(dāng)一臺(tái)退出運(yùn)行時(shí)，由另一臺(tái)承擔(dān)負(fù)荷。

第4章設(shè)備的選擇及動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)

盡管電力系統(tǒng)中各種設(shè)備的工作和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相同，

但對(duì)它們的基本要求卻是一致的。電氣設(shè)備要能可靠地工作，必須按正常工作條件進(jìn)行選

搭，并按短路狀態(tài)來校驗(yàn)人穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。

4.1.按正常工作條件選擇電氣設(shè)備

1）電器選擇的一般原則

（1）應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展。

（2）應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核。

（3）應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。

（4）與整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)協(xié)調(diào)一致。

（5）同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種。

（6）選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。

2）額定電壓

在電氣設(shè)備時(shí).，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓“V不低于裝置地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓

“好的條件選擇。即

UN2UNS

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3）額定電流

電氣設(shè)備的額定電流心是在額定環(huán)境溫度下，電氣設(shè)備的長(zhǎng)期允許電流。〃應(yīng)不

小于該賄賂在各種合理運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流即：

INe,max

4）環(huán)境條件對(duì)設(shè)備選攔的影響

當(dāng)電氣設(shè)備安裝地點(diǎn)的環(huán)境條件如溫度、風(fēng)速、污穢等級(jí)、海拔高度、地震烈度和覆

水度等超過一般電氣設(shè)備使用條件時(shí)，應(yīng)采取措施。

5）機(jī)械荷載

所選電器端子的允許荷載，應(yīng)大于電器引線在正常運(yùn)行和短路時(shí)的最大作用力。

4.2.按短路狀態(tài)校驗(yàn)

1）校驗(yàn)的一般原則

（I）電器在選定后應(yīng)按最大可能通過的短路電流進(jìn)行動(dòng)、熱校驗(yàn)。校驗(yàn)的短路電流

一般取三相短路時(shí)的短路電流，若發(fā)電機(jī)出口的兩相短路，或中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)及自耦

變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按嚴(yán)重情況校驗(yàn)，

（2）用熔斷器保護(hù)的電器可不驗(yàn)算熱穩(wěn)定。當(dāng)熔斷器有限流作用時(shí)，可不驗(yàn)算動(dòng)穩(wěn)

定。用熔斷器保護(hù)的電壓互感器回路，可不驗(yàn)算動(dòng)、熱穩(wěn)定。

2）短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)

短路電流通過電器時(shí)，電氣設(shè)備各部件溫度（或發(fā)熱效應(yīng)）應(yīng)不超過允許值。滿足熱

穩(wěn)定條件。

.Qk

式中：Q8—短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)

0、t一電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定的電流和時(shí)間

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3）電動(dòng)力穩(wěn)定校驗(yàn)

電動(dòng)力穩(wěn)定是電器承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能力，也稱動(dòng)穩(wěn)定。滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為:

??

*21sh

式中：“一短路沖擊電流幅值

明一電氣設(shè)備允許通過的動(dòng)穩(wěn)定電流幅值

4）短路計(jì)算時(shí)間

驗(yàn)算熱穩(wěn)定的短路計(jì)算時(shí)間〃為繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和相應(yīng)斷路器的全開斷時(shí)間

%”之和，即：

'k=，pr+%

一般取保護(hù)裝置的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間

5）絕緣水平

在工作電壓和過電壓的作用下，電器的內(nèi)、外絕緣應(yīng)保證必要的可靠性。

電器的絕緣水平，應(yīng)按電網(wǎng)中出現(xiàn)的各種過電壓和保護(hù)設(shè)備相應(yīng)的保護(hù)水平來確定。

但所選電器的絕緣水平低于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值時(shí)，應(yīng)通過絕緣配合計(jì)算，選用適當(dāng)?shù)?/p>

過電壓保護(hù)設(shè)備。

4.3斷路器、隔離開關(guān)的選擇原則

項(xiàng)目參數(shù)

技術(shù)條件正常工作條件電壓、電流、頻率、機(jī)械荷載

電路穩(wěn)定性動(dòng)穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流和持續(xù)時(shí)間

承受過電壓能力對(duì)地和斷口間的絕緣水平、泄漏比距

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操作性能開斷電流、短路關(guān)合電流、操作循環(huán)、操作次數(shù)、操作相

數(shù)、分合時(shí)間及周期性、對(duì)過電壓的限制、某些的開斷電

流、操作機(jī)構(gòu)

環(huán)境條件環(huán)境環(huán)境溫度、日溫差、最大風(fēng)速、相對(duì)濕度、污穢、海拔高

度、地震強(qiáng)度

環(huán)境保護(hù)噪聲、電磁干擾

1）種類

采用的火弧介質(zhì)可分為油斷路器（多油、少油）、壓縮空氣斷路器、斷路器、

真空斷路器等。選用少油斷路器，其特點(diǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，易于維護(hù)，噪聲低。

2）額定電壓和額定電流

UN2UNS，/N2，max

由下式確定:

JMAX4AX

.MUN=MUNCOS@

各母線的最大電流如下表:

110KV35KV220KV

母線

,max20070110

73x110x0.856x35x0.8=]44l.23x220+1.44X

=1.23

35

KA220=0.845

式中：Sv,UNS—分別為電氣設(shè)備和電網(wǎng)的額定電壓KV

N,1max一分別為電氣設(shè)備的額定電流和電網(wǎng)的最大負(fù)荷電流A

3）開斷電流選擇

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校驗(yàn)斷路器的斷流能力，宜取斷路器實(shí)際開斷時(shí)間的短路電流，所為校驗(yàn)條件。因此，高

壓斷路器的額定開斷電流卻"不應(yīng)小于實(shí)際開斷瞬間的短路電流周期分量即：

nbre'p/

4）短路關(guān)合電流的選攔

為了保證斷路器在關(guān)合短路電流時(shí)的安全斷路器的額定關(guān)合電流不應(yīng)小于短路

電流最大沖擊值”,即：

5）短路熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)

在短路電流過斷路器時(shí),產(chǎn)生大量熱量，由于來不及向外散發(fā),全部用來加熱斷路器，使

其溫度迅速上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使斷路器觸頭焊住,損壞斷路器。因此產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了斷路器的

熱穩(wěn)定電流，例如Is、4s的熱穩(wěn)定電流，其物理意義為:當(dāng)熱穩(wěn)定電流通過斷路器時(shí),在規(guī)定

的時(shí)間內(nèi)，斷路器各部分溫度不會(huì)超過國家規(guī)定的允許發(fā)熱溫度，保證斷路器不被損壞。

2Qk,les2lsh

當(dāng)時(shí)，可不考慮非周期分量的熱效應(yīng)，只計(jì)周期分量。

Qk=7

式中：〃一短路電流底期分量

’"一短路電流周期分量發(fā)熱的等值時(shí)間

6）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)

斷路器在閉合狀態(tài)能承受通過的最大電流峰值,不會(huì)因電動(dòng)力的作用而發(fā)生任何機(jī)

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械損壞。該最大電流峰值稱為穩(wěn)定電流。

??

"esn，sh

7）隔離開關(guān)的選擇

隔離開關(guān)是發(fā)電廠和變電站中常用的開關(guān)電器。它需與斷路器配套使用，但隔離開關(guān)

無滅弧裝置，不能用來接通和切斷負(fù)荷電流和短路電流。

隔離開關(guān)與斷路器相比，項(xiàng)目相同。但由于隔離開關(guān)不用來接通和切除短路電流，故

無需進(jìn)行開斷電流和短路關(guān)合電流的校驗(yàn)。

4.4.互感器的選擇

互感器是電力系統(tǒng)中測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)等二次設(shè)備獲取電氣一次回路信息的傳感

器，互感器將高電壓、大電流按比例變成低電壓（100,100/6）和小電流（5,IA）,其

一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表與繼電保護(hù)等。

互感器包括電流互感器和電壓互感器兩大類。

互感器電流互感器電壓互感器

特一次繞組串在電路中，且容量小，近似于一臺(tái)小

匝數(shù)少，電流互感器在近于短容量變壓器，電壓互感器在近

路狀態(tài)下運(yùn)行于空載狀態(tài)下運(yùn)行

點(diǎn)

4.4.1電流互感器的選擇

電流互感器的作用是將一次回路中的大電流轉(zhuǎn)換為1A或5A的小電流以滿足繼電保

護(hù)、自動(dòng)裝置和測(cè)量?jī)x表的要求。

1）種類和型式的選擇

電流互感器根據(jù)使用環(huán)境可分為室內(nèi)式、室外式，根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為在絕緣結(jié)構(gòu)和樹脂

澆注式結(jié)構(gòu)，根據(jù)一次線圈的型式又可分為線圈式和母線式、單匝貫穿式、復(fù)匝貫穿式。

選擇電流互感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)和安裝方式選擇其型式。

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項(xiàng)目參數(shù)

技術(shù)條件正常工作條件一次回路電壓、i次回路電流、二次回路電流、二次回

路負(fù)荷、準(zhǔn)確度等級(jí)、暫態(tài)特性、二次線圈數(shù)量、機(jī)械

荷載

短路穩(wěn)定性動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)、熱穩(wěn)定倍數(shù)

承受過電壓能力絕緣水平、泄漏比距

環(huán)境條件環(huán)境溫度、最大風(fēng)速、相對(duì)濕度、污穢、海拔高度、地

震烈度

2)一次回路額定電壓的選擇

一次回路額定電壓和心應(yīng)滿足：

UN?U於

3)一次額定電流的選攔

當(dāng)電流互感器用于測(cè)量時(shí)，其一次側(cè)額定電流應(yīng)盡量選擇比實(shí)際正常工作電流大1/3

左右，以保證測(cè)量?jī)x表的最佳工作，并在負(fù)荷時(shí)有適當(dāng)?shù)闹甘尽ｋ娏ψ儔浩髦行渣c(diǎn)電流互

感器的一次額定電流應(yīng)按大于變壓器允許的不平衡電流選擇。一般情況下可按變壓器額定

電流的1/3進(jìn)行選擇。

11N2，max

4)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)

動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品本身帶有一次回路導(dǎo)體的電流互感器進(jìn)行校驗(yàn),對(duì)于母線從窗

口穿過且無固定板的電流互感器可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。由同一相的電流相互作用產(chǎn)生的內(nèi)部電

切力校驗(yàn)。

%2hh或611辟四2，sh

4.4.2電壓互感器的選擇

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電壓互感器是把一次回路高電壓呀轉(zhuǎn)換為100V的電壓，以滿足繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置

和測(cè)量?jī)x表的要求。在并聯(lián)電容器裝置中，電壓互感器除作測(cè)量外，還作為放電元件。

項(xiàng)目參數(shù)

技術(shù)條件正常工作條件一次回路電壓、二次回路電壓、二次回路負(fù)荷、準(zhǔn)確度等級(jí)、機(jī)

械荷載

承受過電壓能力絕緣水平、泄漏比距

環(huán)境條件環(huán)境溫度、最大風(fēng)速,相對(duì)濕度、污穢、海拔高度，地震烈

度

1）種類和型式選擇

應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)和使用條件進(jìn)行選擇電壓互感器的種類和型式。

2）額定電壓和電流的選擇UNNS,LN八ax

3）準(zhǔn)確級(jí)

規(guī)程規(guī)定，用于變壓器，所用饋線，出線等回路中的電度表，供所有計(jì)算電費(fèi)的電度

表，其準(zhǔn)確等級(jí)要求為0.5級(jí)，供運(yùn)行監(jiān)視估算電能的電度表，功率表和電壓繼電器等，

期準(zhǔn)確等級(jí)要求一般為1級(jí)，在電壓二次回路上，同一回路接有兒種不同型式和月途的表

計(jì)時(shí)，應(yīng)按要求等級(jí)高的儀表，確定為電壓互感器工作的最高準(zhǔn)確等級(jí)。

4.4.3熔斷器的選擇

高壓熔斷器是一種保護(hù)電器，當(dāng)其所在電路的電流超過規(guī)定值并經(jīng)一定時(shí)間后，它的

熔體熔化而分?jǐn)嚯娏?、開斷電路，熔斷器主要用來進(jìn)行短路保護(hù)，用來保護(hù)線路、變壓器

及電壓互感器等設(shè)備。有的熔斷器具有過負(fù)荷保護(hù)功能。

熔斷器由熔體、支持金屬體的觸頭和保護(hù)外殼三部分組成。

熔斷器是最簡(jiǎn)單的保護(hù)電器，它用來保護(hù)電氣設(shè)備免受過載和短路電流的損害。

在本站中，熔斷器只用于保護(hù)電壓互感器，其只需按額定電壓及斷流容量（S=

扣UNI而）兩項(xiàng)來選擇。當(dāng)短路容量較大時(shí)，可考慮在熔斷器前串聯(lián)限流電阻。

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項(xiàng)目參數(shù)

正常工作條件電壓、電流

技術(shù)條件保護(hù)特性斷流容量、最大開斷電流、熔斷特性、最

小熔斷電流

環(huán)境條件環(huán)境溫度、最大風(fēng)速、污穢、海拔高度、

地震烈度

短路時(shí)各級(jí)保護(hù)設(shè)備之間應(yīng)選擇動(dòng)作，其配合要求如下：

1）熔斷器與熔斷器配合

一般按上、下級(jí)熔件正負(fù)誤差疊加，并計(jì)及10%配合裕度計(jì)算配合級(jí)差。

2）斷路器與斷路器配合

斷路器過流脫扣器配合級(jí)差可取0.1?0.2s,即負(fù)荷斷路器為瞬動(dòng)。廠用變壓器和低

壓側(cè)無分支時(shí)，低壓電源短路器可不裝保護(hù)，則利用高壓側(cè)保護(hù)跳低壓側(cè)斷路器，或僅裝

延時(shí)動(dòng)作欠電壓保護(hù)。

3）斷路器與熔斷器配合

斷路器與熔斷器配合時(shí),應(yīng)將其保護(hù)曲線與熔斷器曲線進(jìn)行比較，以保證可能出現(xiàn)

的各種短路電流下能選擇行幼作。

4.4.4所設(shè)備如下表

UNAnax

%thhQk

計(jì)算參數(shù)

KVA2

AAsKA-S

220845140035702.44-0.07142xl.9=

=2.47372.4

沒備

1101230111028302.4+0.061I2xl.9=

=2.46234.1

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351440237060442.4+0.1123.72x|,9=

=2.511067.2

參數(shù)全開斷動(dòng)穩(wěn)定校

1Nnbr4中

時(shí)間S驗(yàn)

KVAKAKA熱穩(wěn)定校驗(yàn)

斷設(shè)備

SW,-220220120021530.07212x4=1764

53>ish

路>2

SM-110I110150031.5800.0631.52x4=

器so>ish

3969>Qk

35150024.8——0.112—

SW2-35024.8x4=

2460.2>Qk

參數(shù)%IN極限

隔

設(shè)備KVA電流KA

離

GW—220ZV-80220100080

u4/1000°u

開

110125055

關(guān)GW4—110

351600100

GW5—35G

電參數(shù)設(shè)備一次電壓二次電壓最大

容量

壓

MVA

互

JDR—220220/月100/V31.2

感

YDR—110110/73100/61.2

器

JDJJ—3535/V3100/V31.2

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參數(shù)一次電流二次電流10%熱穩(wěn)定電動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)熱穩(wěn)定校

倍數(shù)流驗(yàn)

AA

電設(shè)備

流LCWD3120051535X2.5X1200(35X

357l(v

互220=105Mh1200)2

感>0

器LCWB62X10005—31.5—45452>

U5>驍

110

Qk

LCWD1150051525八30X2.5X1500(30X

35>Lh1500)2

>Qk

4.5.裸導(dǎo)體的選擇

硬導(dǎo)體截面常用的有矩形、槽形和管形。單條矩形導(dǎo)體截面最大不超過1250卯〃2,

以減小集膚效應(yīng)，使用大于電流時(shí)，可將2—4條矩形導(dǎo)體并列使用，矩形導(dǎo)體一般只用

于35KV及以下電流在4000A及以下的配電裝置中；槽形導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度好，載流量大，

集膚效應(yīng)系數(shù)小，一般用于4()()()~80()()A的配電中。

矩形導(dǎo)體的散熱和機(jī)械強(qiáng)度與導(dǎo)體布置方式有關(guān)。三相系統(tǒng)平行布置時(shí)，若矩形導(dǎo)體

的長(zhǎng)邊垂直布置(豎放)方式，散熱較好，載流量大，但機(jī)械強(qiáng)度較低；若矩形導(dǎo)體的長(zhǎng)

邊呈水平布置(平放)，則與前者相反。因此，導(dǎo)體的布置方式應(yīng)根據(jù)載流量大??；短路

電流水平和配電裝置的具體情況而定。

4.5.1一般要求：

1)裸導(dǎo)體應(yīng)根據(jù)下列技術(shù)條件進(jìn)行選擇和校驗(yàn)：

(1)工作電流(2)動(dòng)穩(wěn)定和機(jī)械強(qiáng)度(3)熱穩(wěn)定

2)裸導(dǎo)體尚應(yīng)按下列使用環(huán)境條件校驗(yàn)：

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(1)環(huán)境溫度(2)日照(3)風(fēng)速(4)海拔高度

4.5.2導(dǎo)體的選擇

導(dǎo)體截面可按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。

對(duì)年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大(>5000h),傳輸容量大，長(zhǎng)度在20m以上的導(dǎo)體，其截面

一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。對(duì)傳輸容量不大，可按長(zhǎng)期允許電流來選擇。

4.5.3截面的選擇

1)220KV級(jí)

選擇導(dǎo)體

max=845A

按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇截面

查手冊(cè)：

選用單條矩形鋁導(dǎo)體，豎放允許電流I082A,截面為63X8(hXb)mm,集膚效應(yīng)

系數(shù)K/=1.03

環(huán)境溫度最高為42°C,查表修正：

/必5。=0.74X1082=800.68A<845A

?二不滿足條件

改選單條矩形鋁導(dǎo)體，豎放允許電流為1227A,截面為63義1()(hXb)mm,集膚效

應(yīng)系數(shù)的=1.04

修正：

7HH=0.74X1227=907.98A>845A

?二滿足條件

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熱穩(wěn)定校驗(yàn)

正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體溫度

2

Imax

0=。0+(%—。0)

式中：綜一導(dǎo)體要安裝實(shí)際溫度

%—長(zhǎng)期發(fā)熱允許最高溫度

8452

0=42+(70-42)X9082=66°C

查下表，選熱穩(wěn)定系數(shù)C

不同溫度下裸導(dǎo)體的C值

工作溫度606570

硬鋁及鋁缽合金918987

查得：C=89

前已算得：QK=372KV?S

則滿足短路時(shí)發(fā)熱的最小導(dǎo)體截而為：

@勺，372xKBx1.04

Smin=C=89=227.2<800

,滿足熱穩(wěn)定要求

2)110KV級(jí)

選擇導(dǎo)體

???,max=1230A

按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇截面

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查手冊(cè)

選用單條矩形鋁導(dǎo)體，豎放允許電流為1807A,截面為100X10(hXb)mm,集膚效

應(yīng)系數(shù)0=1.08

環(huán)境溫度最高為42°C,查表修正：

‘心5。=0.74X1082=1337A>1230A

熱穩(wěn)定校驗(yàn)

正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體溫度:

2

/max12302

0=e0+(%_6。)豆=42+(70-42)X1337.22=66°C

查表得：C=89

則滿足短路時(shí)最小截面積：

也SJ234xl()6x]08

Smin=C=89=179<1000mm2

滿足熱穩(wěn)定要求。

3)35KV級(jí)

選擇導(dǎo)體

/

???.nax=]440A

按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇截面

查手冊(cè)

選用單條矩形鋁導(dǎo)體，豎放允許電流為2087A,截面為125X8(hXb)mm,集膚效

應(yīng)系數(shù)0=1.08

修正：的45。=0.74X2087=1544.4A>1440A

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熱穩(wěn)定校驗(yàn)

正常運(yùn)行時(shí)溫度

■ax14402

e=%+(°R_4)I：=42+(70-42)X15442=66°C

查表得：C=89

則滿足短路時(shí)最小截面積

JQ-K/,1067X1()6X1.08

Smin=C=89=381<100()〃"/

滿足熱穩(wěn)定要求。

4.6.運(yùn)行方式分析

母線故障工作方式

220KV當(dāng)母線故障時(shí)，先合上母聯(lián)斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再合母聯(lián)斷路器,想備用

母線充電，這時(shí)，兩組母線等電位，為保證不中斷供電，按“先通后斷”原則進(jìn)

行操作，既先接通備用母線上的隔離開頭，再斷開工作母線上的隔離開美，

完成母線轉(zhuǎn)換后，再斷開母聯(lián)斷路器及其兩側(cè)的隔離開關(guān)，即可使原工作母

線退出運(yùn)行檢修.

110KV其接線方式跟220KV一致,所以，其工作方式與220KV一致。

35KV當(dāng)?母線發(fā)生故障,分段斷路器自動(dòng)將故障隔離，保證正常段母線不間斷供

電，不致使重要用戶停電;兩段母線同時(shí)故障的幾率甚小，可以不予考慮。

主變及站變當(dāng)某一臺(tái)變壓器故障或檢修時(shí)，變壓器兩側(cè)的斷路器將其從線路中切

除。其負(fù)荷由另一變壓器承擔(dān)。

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第5章短路計(jì)算

計(jì)算短路電流的目的主要是為了選擇斷路器等電氣設(shè)備或?qū)@些設(shè)備提出技術(shù)要求；

評(píng)價(jià)確定網(wǎng)絡(luò)方案，研究限制短路電流措施；為繼電保護(hù)設(shè)計(jì)與調(diào)試提供依據(jù)；分析計(jì)算

送電線路對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的影響等。

5.1短路故障產(chǎn)生的原因

短路是系統(tǒng)常見的嚴(yán)重故障。所謂短路，就是系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)生短路的原因很多，主要有：

1）設(shè)備原因

電氣設(shè)備、元件的損壞。如：設(shè)備絕緣部分自然老化或設(shè)備本身有缺陷，正常運(yùn)

行時(shí)被擊穿短路；以及設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)不當(dāng)所造成的設(shè)備缺陷最終發(fā)展成短路的功能。

2）自然原因

氣候惡劣，由于大風(fēng)、低溫、導(dǎo)線覆冰引起架空線倒桿斷線；因遭受直擊雷或雷

電感應(yīng)，設(shè)備過電壓，絕緣被擊穿等。

3）人為原因

工作人員違反操作規(guī)程帶負(fù)荷拉閘，造成相間弧光短路；違反電業(yè)安全工作規(guī)程

帶接地刀閘合閘，造成金屬性短路；人為疏忽接錯(cuò)線造成短路或運(yùn)行管理不善造成小動(dòng)物

帶電設(shè)備內(nèi)形成短路事故等，

5.2短路故障的危害

供電系統(tǒng)發(fā)生短路后，電路阻抗比正常運(yùn)行時(shí)阻抗小很多，短路電流通常超過正常工

作電流兒十倍直至數(shù)百倍以上，它會(huì)帶來以下嚴(yán)重后果：

1）短路電流的熱效應(yīng)

巨大的短路電流通過導(dǎo)體，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大熱量，形成很高溫度，極易造成設(shè)備

過熱而損壞。

2）短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)

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由于短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)，導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力。如果電動(dòng)力過大或設(shè)備

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠，則可能引起電氣設(shè)備機(jī)械變形甚至損壞，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

3）短路系統(tǒng)電壓下降

短路造成系統(tǒng)電壓突然下降，對(duì)用戶帶來很大影響。例如，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

與端電壓平方成正比。同時(shí)電壓降低能造成照明負(fù)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(xué)習(xí)。

4）不對(duì)稱短路的磁效應(yīng)

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，不對(duì)稱短路電流的磁效應(yīng)所產(chǎn)生的足夠的磁通在鄰近的

電路內(nèi)能感應(yīng)出很大的電動(dòng)勢(shì)。

5）短路時(shí)的停電事故

短路時(shí)會(huì)造成停電事故，給國民經(jīng)濟(jì)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(tǒng)穩(wěn)定造成系統(tǒng)瓦解

短路可能造成的最嚴(yán)重的后果就是使并列運(yùn)行的各發(fā)電廠之間失去同步，破壞系

統(tǒng)穩(wěn)定，最終造成系統(tǒng)瓦解，形成地區(qū)性或區(qū)域性大面積停電。

5.3短路電流計(jì)算的目的

1）電主接線比選

短路電流計(jì)算可為不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并為確定是否采取限制短路電流措

施等提供依據(jù)。

2）選擇導(dǎo)體和電器

如選擇斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、互感器等。其中包括計(jì)算三相短路沖擊電流、

沖擊電流有效值以校驗(yàn)電氣設(shè)備動(dòng)力穩(wěn)定，計(jì)算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用以校驗(yàn)電氣設(shè)

備及載流導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性，計(jì)算三相短路容量以校驗(yàn)短路器的遮斷能力等。

3）確定中性點(diǎn)接地方式

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對(duì)于35KV、1OKV供配電系統(tǒng)，根據(jù)單相短路電流可確定中性點(diǎn)接地方式。

4）選擇繼電保護(hù)裝置和整定計(jì)算

在考慮正確、合理電裝設(shè)保護(hù)裝置，在校驗(yàn)保護(hù)裝置靈敏度時(shí)，不僅要計(jì)算短路

故障支路內(nèi)的三相短路電流值，還需知道其他支路短路電流分布情況；不僅要算巴最大運(yùn)

行方式下電路可能出現(xiàn)的最大短路電流值，還應(yīng)計(jì)算最小運(yùn)行方式下可能出現(xiàn)的最小短路

電流值；不僅要計(jì)算三相短路電流而且也要計(jì)算兩相短路電流或根據(jù)需要計(jì)算單相接地電

流等。

5.4短路電流計(jì)算的內(nèi)容

1）短路點(diǎn)的選?。焊骷?jí)電壓母線、各級(jí)線路末端。

2）短路時(shí)間的確定：根據(jù)電氣設(shè)備選擇和繼電保護(hù)整定的需要，確定計(jì)算短路電流

的時(shí)間。

3）短路電流的計(jì)算：最大運(yùn)行方式下最大短路電流；最小運(yùn)行方式下最小短路電流;

各級(jí)電壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相短路電流。計(jì)算的具體項(xiàng)目及其計(jì)算條件，取決于計(jì)算

短路電流的目的。

5.5短路電流計(jì)算方法

供配電系統(tǒng)某處發(fā)生短路時(shí)，要算出短路電流必須首先計(jì)算出短路點(diǎn)到電源的回路總

阻抗值。電路元件電氣參數(shù)的計(jì)算有兩種方法：標(biāo)幺值法和有名值法。

1）標(biāo)幺值法

標(biāo)幺制是一種相對(duì)單位制，標(biāo)幺值是一個(gè)無單位的量，為任一參數(shù)對(duì)其基準(zhǔn)值的比

值。標(biāo)幺值法，就是將電路元件各參數(shù)均用標(biāo)幺值表示。由于電力系統(tǒng)有多個(gè)電壓等級(jí)的

網(wǎng)絡(luò)組成，采用標(biāo)幺值法，可以省去不同電壓等級(jí)間電氣參量的折算。在電壓系統(tǒng)中宜采

用標(biāo)幺值法進(jìn)行短路電流計(jì)算。

2）有名值法

有名值法就是以實(shí)際有名單位給出電路元件參數(shù)。這種方法通常用于1KV以下低壓

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供電系統(tǒng)短路電流的計(jì)算。

5.6三相短路電流周期分量起始值的計(jì)算

5.6.1短路電流計(jì)算的基準(zhǔn)值

短路電流的計(jì)算通常采用近似標(biāo)幺值計(jì)算。取Ss=100M肌各級(jí)基準(zhǔn)電壓為立均額定

電壓。

5.6.2網(wǎng)絡(luò)模型

計(jì)算短路電流對(duì)所用的網(wǎng)絡(luò)模型忽略負(fù)荷電流；不計(jì)各元件的電阻，也不計(jì)送電線路

的電納及變壓器的導(dǎo)納；發(fā)電機(jī)用次暫態(tài)電抗表示，并認(rèn)為發(fā)電機(jī)電勢(shì)模值標(biāo)幺制為1,

相角為0°。

5.6.3三相短路電流周期分量起始值的計(jì)算步驟

1）計(jì)算各元件參數(shù)標(biāo)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:

繞組高一中高一低中一低

阻抗電壓%12—1422—247—9

計(jì)算每個(gè)繞組的短路電壓百分?jǐn)?shù):

匕*（匕X）％+%—%—匕3%）（13+23—8）=14

匕2%=g%+匕（2.3）%—%-）%）（13+8-23）=-1

匕3%=3（%f%+%—）%—匕…％）（8+23—13）=9

取SB=100MVA,叫=心計(jì)算變壓器各繞組的標(biāo)幺值

X-鬻X黑=焉、舞―

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Y_匕2%乂100.

=—X—=-o.0042

71-2100240100240

Y_%%X100_=—X—=0.0375

100'、240100240

由于一期工程，只有兩臺(tái)主變運(yùn)行。所以，只需考慮2臺(tái)變壓器。

2變的參數(shù)與1變的參數(shù)i致。

做出等值電路圖:

XH

E

-1

XT2-3(f-3)

2)當(dāng)(?1)點(diǎn)(22Ukv母線)發(fā)生短路時(shí)的計(jì)算

E]

，/=X=0.018=55.6

SB1001

有名值：。=55.6義技鼠=55.6X6x230=14(KA)

沖擊電流：‘油=&K加々=14X2.55=35.7(KA)

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3）當(dāng)（f-2）點(diǎn)（11OKV母線）發(fā)生短路時(shí)的計(jì)算

E〃

X

E〃

X

>XT2-1

XT

XT2-2CXT卜2

1-------（f-2）「

X

T\=XT2=Xri+Xri-2=0.0583-0.0042=0.0541

XT=Xri//Xr2=Q0271

X\=X4-^7=0.018+0.0271

_??

E

X\=22.17

SB100

有名值：〃=22.17X瘋鼠=22.17X6x115=“.1（KA）

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沖擊電流：”而=收長(zhǎng)而。=2.55X11.1=28.3（KA）

4）當(dāng)（f-3）點(diǎn)（35KV母線）短路計(jì)算

X

X”=XTI=XT\-\+n-3=o.0583+0.0375=0.0958

XT=X”//XT2=o0479

X\=X-f-XT=0.018+0.0479

E

-f=X>=15.2

SB100

有名值：，/=15.2X呵“=15.2X6x37=23.7(KA)