1、本科生课程设计（论文）题 目 变电所电气设备的选择校验 学 院 机械交通学院 专 业 电气工程及其自动化 班级 104班 姓 名 吴 川 学号 103736427 指导教师 艾海提塞买提 职称 教授 2013 年 05月 20 日 新疆农业大学教务处制目 录一、 摘要 2二、 前言 2三、 变电所概述 2 1 变电所的分类 2 2 变电所主要组成 3四、变电所主要电气设备组成 3五、变电所主要电气设备的选择原则 3 1 高压短路器的选择原则 4 2 隔离开关的选则5 3各级电压母线的选择 5 4 绝缘子和穿墙套管的选择6 5电流互感器的配置和选择 6 6 电压互感器的配置和选择6 7 防雷保护
2、装置7 8各主要电气设备选择结果一览表 7六、 变电所技术条件 8 1长期工作条件 8 2短路稳定条件 8 3绝缘水平 9七、高压短路器的选择校验过程 9 1 高压开关设备在电力系统中的作用及要求 9 （一）高压开关设备的基本要求 9 （二）高压开关设备的分类 10 2 高压断路器形式 10 （一）高压断路器的主要技术参数 11 （二）断路器的种类和特点 11 （三）断路器产品型号的编制 12 3校验过程应用举例 12八、结论13 九、谢辞13 十、参考文献 13 一、摘要 变电所是电力系统的重要组成部分，变电所起着变换和分配电能的作用，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，在工厂中有着极其
3、重要的作用。关键词：变电所 变压器 继电保护Abstract Substation is an important part of power system, substation plays a role in transformation and distribution of electricity，which directly affect the security and economic power system operation, the plant has an extremely important role. Keywords: transformer substatio
4、n transformer grounding relay二、前言 电能是国民经济增长社会要发展的最重要能源电力已成为工农业生产中不可或缺的一种动力并广泛应用到一切生产部门和日常生活的各个方面。变电所就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。变电所要需进行电压调整、潮流控制以及输配电线路和主要电工设备的保护才能保证电能质量及其设备的安全。变电所由主接线主变压器高、低压配电装置继电保护和控制系统所用电和直流系统远动和通信系统必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是
5、变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。主变压器是变电所最重要的设备它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继电保护分系统保护和元件保护两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。三、变电所概述 变电所(substation)就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。按用途可分为电
6、力变电所和牵引变电所（电气铁路和电车用）。 1 变电所的分类电力变电所又分为输电变电所、配电变电所和变频所。这些变电所按电压等级可分为中压变电所（60千伏及以下）、高压变电所（110220千伏）、超高压变电所（330765千伏）和特高压变电所（1000千伏及以上）。按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。 2 变电所的组成变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成 。其中 ，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统
7、。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装23台主变压器；330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5 10年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。前者指一对一的
8、按纽控制。对于控制对较多的变电所，如采用直接控制方式，则控制盘数量太多，控制监视面太大，不能满足运行要求，此时需采用选控方式。选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面积较小等优点；缺点是直观性较差，中间转换环节多。四、变电所主要电气设备的组成 1高压断路器、 2 隔离开关 、3 电流互感器、4 电压互感器、5 母线、6 绝缘子和穿墙套管、7 高压熔断丝、8 防雷保护装置五、变电所主要电气设备的选择 由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 电气设
9、备选择的一般原则为： 1.应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展。 2.应满足安装地点和当地环境条件校核。 3.应力求技术先进和经济合理。 4.同类设备应尽量减少品种。 5.与整个工程的建设标准协调一致。 6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。 技术条件： 选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 1.电压 选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压,即， 。 2.电流选用的电器额定电流不得低于 所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流 ，即 校验的一般原则：
10、 1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。 2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 3.短路的热稳定条件 在计算时间ts内，短路电流的热效应（KA2S） t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S）T设备允许通过的热稳定电流时间（s）校验短路热稳定所用的计算时间Ts按下式计算 t=+ 式中： 继电保护装置动作时间内（S） 断路的全分闸时间（s） 4.动稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是： 上式中 短路冲击电流幅值及其有效值 允许通过动稳定电流的幅值和有效值 5.绝缘水平： 在
11、工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。 由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。 高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。 1 高压短路器的选择原则 选择断路器时应满足以下基本要求： 1.在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。 2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。 3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。 4.应有尽可能长的机械
12、寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。 由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。故在110KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于35KV及以下的电压等级中。所以，35KV侧和10KV侧采用真空断路器。又根据最大持续
13、工作电流及短路电流得知：电压等级型号额定电压额定电流动稳定电流110kvLW14-110110KV31500A31.5A80KA35kvZN23-3535KV1600A25A63KA10kvZN-1010KV600A8.7KA 2 隔离开关的选择 隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。 选择隔离开关时应满足以下基本要求： 1.隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。 2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。 3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、
14、机械强度和绝缘强度。 4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。 5.隔离开关的结构简单，动作要可靠。 6.带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。 又根据最大持续工作电流及短路电流得知： 电压等级型号额定电压额定电流动稳定电流110kvGW-110G110KV1000A8035KVGW4-3535KV1000A5010KVGN8-1010KV600A753 各级电压母线的选择 选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容： 、选择母线的材料，结构和排列方式、选择母线截面的大小； 、检验母线短路时的热稳定和动稳定;、
15、对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕； 、对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。 110kV母线一般采用软导体型式。指导书中已将导线形式告诉为LGJQ-150的加强型钢芯铝绞线。 根据设计要求， 35KV母线应选硬导体为宜。LGJ185型钢芯铝绞线即满足热稳定要求，同时也大于可不校验电晕的最小导体LGJ70，故不进行电晕校验。 本变电所10KV的最终回路较多，因此10KV母线应选硬导体为宜。故所选LGJ150型钢芯铝绞线满足热稳定要求，则同时也大于可不校验电晕的最小导体LGJ70，故不进行电晕校验。 4 绝缘子和穿墙套管的选择 在
16、发电厂变电站的各级电压配电装置中，高压电器的连接、固定和绝缘，是由导电体、绝缘子和金具来实现的。所以，绝缘子必须有足够的绝缘强度和机械强度，耐热、耐潮湿。 选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，以保证绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作。 穿墙套管用于母线在屋内穿过墙壁和天花板以及从屋内向屋外穿墙时使用，635KV为瓷绝缘，60220KV为油浸纸绝缘电容式。 5电流互感器的配置和选择 一.参数选择 1.技术条件 （1） 正常工作条件一次回路电流，一次回路电压，二次回路电流，二次回路电压，二次侧负荷，准确度等级（2） 短路稳定性动稳定倍数，热稳定倍数 （3） 承受过电压能力绝缘
17、水平，泄露比 2.环境条件 环境温度，最大风速，相对湿度。 二.型式选择 35kV以下的屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。 35kV以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，如回路中有变压器套管，穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资，减少占地。 110KV侧CT的选择 根据设计手册35KV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器常用L(C)系列。 出线侧CT采用户外式，用于表计测量和保护装置的需要准确度。 当电流互感器用于测量、时，其一次额定电流尽量选择得比回路中正常工作电流的1/3左右以
18、保证测量仪表的最佳工作、并在过负荷时使仪表有适当的指标。根据： 选择型号为LCWB6-110W型 35KV侧CT可根据安装地点和最大长期工作电流选LCZ-35系列CT。电压等级型号110kvLCWB-6-1105KVLCZ-3510KVLMC-106 电压互感器的配置和选择 一.参数选择 1.技术条件 (1)正常工作条件一次回路电压，一次回路电流，二次负荷，准确度等级，机械负荷 。(2)承受过电压能力绝缘水平，泄露比距。 二.环境条件 环境温度，最大风速，相对湿度，海拔高度，地震烈度。 三.型式选择 1.620kV配电装置一般采用油浸绝缘结构，在高压开关柜中或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇
19、注绝缘结构。当需要零序电压是，一般采用三相五住电压互感器。 2.35110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。 110kV侧PT的选择 电力工程电气设计手册248页，35-110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电式互感器，接在110KV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯，应尽量与耦合电容器结合。统一选用电容式电压互感器。 35KV及以上的户外装置，电压互感器都是单相的出线侧PT是当首端有电源时，为监视线路有无电压进行同期和设置重合闸。 准确度为: 电压互感器按一次回路电压、二次电压、安装地点二次负荷及准确等级要求进行选择。所以选用 YDR-110 型电容式电压互
20、感器。 35kV母线PT选择 35-11KV配电装置安装台单相电压互感器用于测量和保护装置。 选四台单相带接地保护油浸式TDJJ-35型PT选用户内式 准确度测量 准确度测量计算与保护用的电压互感器，其二次侧负荷较小，一般满足准确度要求，只有二次侧用作控制电源时才校验准确度，此处因有电度表故选编0.5级。 PT与电网并联，当系统发生短路时，PT本身不遭受短路电流作用，因此不校验热稳定和动稳定。 7 防雷保护装置 变电站还装有防雷设备主要有避雷针和避雷器。避雷针是为了防止变电站遭受直接雷击将雷电对其自身放电把雷电流引入大地。8 各主要电气设备选择结果一览表 六、变电所的技术条件 1长期工作条件
21、选用电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压即 选用的电器额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流,即 由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。 高压电器没有明确的过载能力，所以在选择额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。 2短路稳定条件 电气设备在选定后按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，用熔断器保护的电器可不验算热稳定。 短路的热稳定条件 或 式中-在计算时间t秒内，短路电流的热效应， Ir-t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值kA
22、t-设备允许通过的热稳定电流时间s 校验短路热稳定所用的计算时间t按下式计算 t=+ 式中tb-继电保护装置后备保护动作时间s， -断路器全分闸时间s。 短路动稳定条件 式中-短路冲击电流峰值kA， -短路全电流有效值kA，-电器允许的极限通过电流有效值kA。 3绝缘水平 在工作电压和过电压的作用下，电器内、外绝缘保证必要的可靠性。电器的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时应通过绝缘配合计算选用适当的过电压保护设备七、高压短路器的选择校验过程 1 高压开关设备在电力系统中的作用及要求 在电力系统中，发电机、变压器等设备，
23、由于电力系统的安全、可靠和经济 运行的需要，须将它们投入或退出而要进行操作。 例如： 1、正常情况下可靠的接通和开断电流； 2、改变运行方式时，可以灵活地进行切换操作； 3、在电路发生故障情况或不正常工作状态时，可以迅速的切断故障 电流。将故障范围限制在局部地区内，并使未故障部分继续运行。以 提高电力系统运行可靠性； 4、在检修设备时，隔离带电部分，保证工作人员的安全等。 为了完成以上的运行操作要求，在电气系统中必须安装一些高压开关设备。(一) 、高压开关设备的基本要求 1、 可靠性要求高。 2、 能承受很大的瞬时功率。电力系统中的故障电流往往为几倍、几十倍的 额定电流，持续时间达几秒钟。开关
24、设备具有能承受，开断及关合故障电流 的能力。 3、动作时间快速。开断故障电流时间的快慢，会影响电力系统传输功率的 大小及系统运行的稳定。要求断路器在接到继电保护的动作信号后，在几十 毫秒内开断故障电流；在“合、分”操作时，触头短接时间在 100 毫秒以内。（二） 、高压开关设备的分类 1、仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流的开关电器。 如高压负荷开关。 2、仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高低 压熔路器。 3、既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷或短路电 流的开关设备，如高压断路器、低压空气开关等。 4、 不要求断开或闭合电流，只用来在检修时
25、隔离电压的开关电器，如隔离开关等。 2 高压断路器形式（一） 、高压断路器的主要技术参数： 1、额定电压（Un） 额定电压是保证断路器正常长期工作的电压。断路器额定电压等级有 10、20、35、60、110、220、330、500KV 各级。额定电压指的是线电压， 标于断路器的设备铭牌上。 按国家标准，对于额定电压在 220KV 及其以下的设备，其最高工作电 压为额定电压的 1.15 倍；对于 330KV 电压等级的设备为额定电压的 1.1 倍； 2、额定电流（In） 断路器长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不应超过允许值。 我国目前所采用的额定电流标准有 200、400、600、1000
26、、1500、2000、3000、4000、5000、6000、8000、10000 安培。 3、额定开断电流（I） 在额定电压下，断路器能够可靠切断的最大电流，称为额定开断电流 （ Id），表明了断路器的开断能力。 4、额定断流容量（Shr n） 由于开断能力既和开断电流有关，也和额定电压有关。因此通常采用一 个综合值。即以额定断流容量来表示断路器的开断能力。 Shr n = 3 UnId 5、热稳定电流（It.n） It.n 表明断路器能承受短路电流热效应的能力。热稳定电流是表明断路 器在某规定时间（国标 4 秒）内允许运行的最大电流。 6、额定动稳定电流（Ie） 断路器能够承受短路电流电动力作用的性能，这个电流值的大小由导 电及绝缘部分的机械强度所决定。 7、合闸时间 对有操作机构的断路器，自发出合闸信号（即合闸线圈加上电压）起， 到断路器接通时为止所经过的时间，为断路器的合闸时间 。 8、分闸时间 断路器开断过程的快慢的参数。从得到分闸命令起，到断路器电弧熄 灭为止经过的时间，称为断路器的全分闸时间。从电力系统对开断短路电流 的要求看，希望分闸越快越好，即对于高压断路器，固有分闸时间和燃弧时 间都必须尽量缩短。 9、自动重合闸性能。 10、部分常用高压断路器
