110KV变电站负荷及短路电流计算及电气设备的选择及校验.docx

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第一章短路电流计算

1、短路计算的目的、规定与步骤

1.1短路电流计算的目的

在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

其计算的目的主要有以下几方面：

在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

例如：

计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。

1.2短路计算的一般规定

（1）计算的基本情况

1）电力系统中所有电源均在额定负载下运行。

2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。

3）短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。

4）所有电源的电动势相位角相等。

5）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。

对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

（2）接线方式

计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

1.3计算步骤

（1）画等值网络图。

1）首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。

2）选取基准容量和基准电压（一般取各级电压的1.05倍）。

3）将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。

4）绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。

（2）选择计算短路点。

（3）化简等值网络：

为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的总电抗的标幺值。

（4）求计算无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值。

（5）计算三相短路电流周期分量有效值和三相短路容量。

2、参数计算及短路点的确定

基准值的选取：

2.1变压器参数的计算

（1）主变压器参数计算

由表查明可知：

10.5186.5

0.5*（18+10.5-6.5）=11

0.5*（10.5+6.5-18）=-0.5

0.5*（18+6.5-10.5）=7

电抗标幺值为：

（2）站用变压器参数计算

由表查明：

（3）系统等值电抗

架空线：

所以：

2.2、.短路点的确定

此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中110KV进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。

依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如下：

图3系统等值网络图

2.3、各短路点短路电流计算

（1）短路点d-1的短路计算（110KV母线）

网络简化如图所示：

图4d-1点短路等值图

（2）短路点d-2的短路电流计算（35KV母线）

简化网络如图所示：

图5d-2点短路等值图

（3）短路点d-3的短路电流计算（10KV母线）

网络简化如图所示：

图6d-3点短路等值图

（4）短路点d-4的短路电流计算（380V母线）

网络简化如图所示：

图7d-4点短路等值图

计算结果如表显示

短路点编号

基值

电压

基值

电流

支路名称

总电抗标幺值

短路电流周期分量有效值的标幺值

短路电流周期分量有效值（KA）

短路电流冲击值

（KA）

全电流

有效值

（KA）

短路容量

（MVA）

公式

d-1

115

0.502

110kv

0.1094

9.141

4.5888

11.70144

6.9291

914.08

d-2

37

1.5604

35kv

0.1794

5.3734

8.6978

22.1794

13.1337

537.34

d-3

10.5

5.4985

10kv

0.2294

4.3591

23.9691

61.1211

36.1933

435.91

d-4

0.4

144.3375

0.38kv

8.2294

0.1215

17.5392

44.7251

26.4843

12.15

第二章设备选择或校验计算

1、断路器的选择和校验

1.1、断路1、110KV母线侧断路器的选择及校验

110KV母线侧断路器中包括110KV主变侧断路器，110KV母联断路器和110KV双母分段断路器。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知110KV母线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的断路器，参数见表。

校验：

3）开断电流：

，符合。

4）动稳定：

，符合。

5）热稳定：

综上校验，所选型号为的断路器符合要求。

1.2、110KV进线侧断路器的选择及校验

110KV进线侧断路器是指本变到系统两回路的断路器。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表可知110KV进线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的断路器，参数见表。

校验：

此断路器型号与110KV母线侧断路器型号一样，故这里不做重复检验。

1.3、110KV出线侧断路器的选择及校验

110KV出线侧断路器是指本变到清溪、玉塘、滩岩出线回路的断路器。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表可知110KV出线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的断路器，参数见表。

校验：

此断路器型号与110KV母线侧断路器型号一样，故这里不做重复检验。

1.4、35KV母线侧断路器的选择及校验

35KV母线侧断路器包括35KV主变侧断路器和35KV单母分段断路器。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表可知35KV母线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的断路器，参数见表。

校验：

3）开断电流：

，符合。

4）动稳定：

，符合。

5）热稳定：

综上校验，所选型号为的断路器符合要求。

1.5、35KV出线侧断路器的选择及校验

35KV出线侧断路器是指本变经35KV母线到清溪、赤岩变、外塘变回路的断路器。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知35KV出线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的断路器，参数见表。

校验：

此断路器型号与35KV母线侧断路器型号一样，故这里不做重复检验。

1.6、10KV母线侧断路器的选择及校验

10KV母线侧断路器包括10KV主变侧断路器和10KV单母分段断路器。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知10KV母线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的断路器，参数见表。

校验：

3）开断电流:

，符合。

4）动稳定：

，符合。

5）热稳定：

综上校验，所选型号为的断路器符合要求。

1.7、10KV出线侧断路器的选择及校验

10KV出线侧断路器是指本变经10KV母线到医院、化工厂等各负荷出线回路的断路器。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知10KV出线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的断路器，参数见表。

校验：

3）开断电流:

，符合。

4）动稳定：

，符合。

5）热稳定：

综上校验，所选型号为的断路器符合要求。

2、隔离开关的选择和校验

2.1、110KV母线侧隔离开关的选择及校验

110KV母线侧隔离开关中包括110KV主变侧隔离开关，110KV母联隔离开关和110KV双母分段隔离开关。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知110KV母线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的隔离开关，参数见表。

校验：

3）动稳定：

，符合。

4）热稳定：

综上校验，所选型号为的隔离开关符合要求。

2.2、110KV进线侧隔离开关的选择及校验

110KV进线侧隔离开关是指本变到系统两回路的隔离开关。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知110KV进线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的隔离开关，参数见表。

校验：

此隔离开关型号与110KV母线侧隔离开关型号一样，故这里不做重复检验。

2.3、110KV出线侧隔离开关的选择及校验

110KV出线侧隔离开关是指本变到清溪、玉塘、滩岩出线回路的隔离开关。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知110KV出线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的隔离开关，参数见表。

校验：

此隔离开关型号与110KV母线侧隔离开关型号一样，故这里不做重复检验。

2.4、35KV母线侧隔离开关的选择及校验

35KV母线侧隔离开关包括35KV主变侧隔离开关和35KV单母分段隔离开关。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知35KV母线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的隔离开关，参数见表。

校验：

3）动稳定：

，符合。

4）热稳定：

综上校验，所选型号为的隔离开关符合要求。

2.5、35KV出线侧隔离开关的选择及校验

35KV出线侧隔离开关是指本变经35KV母线到清溪、赤岩变、外塘变回路的隔离开关。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知35KV出线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的隔离开关，参数见表。

校验：

3）动稳定：

，符合。

4）热稳定：

综上校验，所选型号为的隔离开关符合要求。

2.6、10KV母线侧隔离开关的选择及校验

10KV母线侧隔离开关包括10KV主变侧隔离开关和10KV单母分段隔离开关。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知10KV母线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的隔离开关，参数见表。

校验：

3）动稳定：

，符合。

4）热稳定：

综上校验，所选型号为的隔离开关符合要求。

2.7、10KV出线侧隔离开关的选择及校验

10KV出线侧隔离开关是指本变经10KV母线到医院、化工厂等各负荷出线回路的隔离开关。

1）电压：

，，所以。

2）电流：

查表26可得知10KV母线侧回路持续工作电流，，因此选择型号为的隔离开关，参数见表。

校验：

3）动稳定：

，符合。

4）热稳定：

综上校验，所选型号为的隔离开关符合要求。

3、电流互感器的选择及校验

（1）110kV进线电流互感器的选择及校验

选择LB-110/2600/5

电压：

为Ug=110KV ，Un=110KV ，所以Ug=Un

电流：

查表得：

Ig.max=0.3705KA＝370.5A，I1n=2×600=1200A，所以Ig.max

动稳定：

因为I1nKes=×（2×600）×75=127279A=127.279KA，ish=11.70144kA,所以ish

热稳定：

Qk≤（I1nKt）2

由断路器校验时已算出Qk=192.05

（I1nKt）2=［（2×0.6）×75］2=8100

所以Qk<（I1nKt）2

（2）110kV出线侧电流互感器的选择及校验

选择LB-110/2600/5

电压：

为Ug=110KV ，Un=110KV ，所以Ug=Un

电流：

查表得：

Ig.max=0.1853KA＝185.25A故Ig.max

此互感器型号与110KV进线侧互感器型号一样，故这里不做重复检验。

（3）110kV母线侧电流互感器的选择及校验

选择LB-110/2600/5

电压：

为Ug=110KV ，Un=110KV ，所以Ug=Un

电流：

查表得：

Ig.max=0.2204KA＝220.4A故Ig.max

此互感器型号与110KV进线侧互感器型号一样，故这里不做重复检验。

（4）35kV出线侧电流互感器的选择及校验

选择LCWD1-35/400/5型

电压：

为Ug=35kV ，Un=35kV ，所以Ug=Un

电流：

查表得：

Ig.max=0.3105KA＝310.5A，而I1n=400A ，所以Ig.max

动稳定：

因为I1nKes=×400×2.5×75=106066A=106.066kA，ish=22.1794kA,所以ish

热稳定：

Qk≤（ImKt）2

由断路器校验时已算出Qk=689.9763

（I1nKt）2=（0.4×75）2=900

所以Qk<（I1nKt）2

（5）35kV变压器侧及母线侧电流互感器的选择及校验

选择LCWD1-35/800/5型

电压：

为Ug=35kV ，Un=35kV ，所以Ug=Un

电流：

查表得：

Ig.max=0.693KA＝693A，而I1n=800A ，所以Ig.max

动稳定：

因为I1nKes=×800×2.5×56=158392A=158.392kA，ish=22.1794kA,所以ish

热稳定：

Qk≤（ImKt）2

由断路器校验时已算出Qk=689.9763

（I1nKt）2=（0.8×56）2=2007.04

所以Qk<（I1nKt）2

（6）10kV出线侧电流互感器的选择及校验

初步选择LA-10/400/5型

电压：

为Ug=10kV ，Un=10kV ，所以Ug=Un

电流：

查表得：

Ig.max=0.34KA＝340A，而I1n=400A ，所以Ig.max

动稳定：

I1nKes=×400×135=763675A=76.3675kA ,ish=61.1211kA

所以ish

热稳定：

Qk≤（I1nKt）2

由断路器校验时已算出Qk=2557.3249

（ImKt）2=（0.4×75）2=900

Qk>（ImKt）2，不满足热稳定要求，另选择LA-10/800/5

动稳定：

I1nKes=×800×135=152735A=152.735kA>ish=42.7kA，满足要求；

热稳定：

（ImKt）2=（0.8×75）2=3600>Qk，满足热稳定要求。

（7）变压器10kV侧及母线侧电流互感器的选择及校验

选电流互感器型号为LAJ-10/3000/5型

电压：

为Ug=10kV ，Un=10kV ，所以Ug=Un

电流：

查表得：

Ig.max=2.423KA＝2423A，而I1n=3000A ，所以Ig.max

动稳定：

I1nKes=×3000×90=381.838kA ish=42.7kA

所以ies

热稳定：

Qk≤（ImKt）2

由断路器校验时已算出Qk=5239.8198

（I1nKt）2=（3×50）2=22500

所以Qk<（ImKt）2

4、电压互感器的选择及校验

（1）110KV母线电压互感器的选择

1）一次电压U1：

1.1Un>U1>0.9Un U1=110kV Un=110kV

2）二次电压U2n：

U2n=100

3）准确等级：

1级

选择JCC－110型

（2）35KV母线电压互感器的选择

1）一次电压U1：

1.1Un>U1>0.9Un U1=35kV Un=110kV

2）二次电压U2n：

U2n=100

3）准确等级：

1级

选择JDJJ－35型

（3）10KV电压互感器的选择

1）一次电压U1：

1.1Un>U1>0.9Un U1=10kV Un=10kV

2）二次电压U2n：

U2n=100

3）准确等级：

1级

选择JDZ－10型

5、高压熔断器的选择及校验

（1）35KV选熔断器RW10-35型

校验：

35KV母线短路容量S″＝537.34MVA＜SD＝2000MVA

开断电流INbr=85kA>Ish=13.1337kA

满足要求；

（2）10KV选熔断器RN2-10/0.5型

校验:

10KV母线短路容量S″＝435.91MVA＜SD＝1000MVA

开断电流INbr=50kA>Ish=36.1933kA

满足要求。

6、母线选择及校验

（1）110kV母线的选择及校验

110kV及以上高压配电装置，一般采用软导线。

按经济电流密度选择母线截面：

查表5得，Ig.max=0.2204kA=220.4A。

取Tmax=5000h/a

可得经济电流密度J=1.08A/mm2

则母线经济截面为Sj=Ig.max/J=220.4/1.08=204.07.mm2

选LGJ-240型

取环境温度，查表，取综合校正系数K=0.88，，长期允许载流量Ial=610A

Ial35=K0Ial=0.88×610=536.8A

所以Ig.max

电晕电压校验：

110kV所选型号截面和直径大于LGJ-70/,不用进行电晕校验

热稳定校验：

母线正常运行最高温度为,则正常运行时导体温度：

查表得，C=99,由校验断路器可知，短路电流热效应

则母线最小截面为：

满足热稳定。

动稳定校验：

软导体不必进行动稳定校验

（2）35kV母线的选择及校验

按经济电流密度选择：

35KV最大持续工作电流查表得，Ig.max=0.693KA=693A

按Tmax=4500h/a，可得经济电流密度J=0.78A/mm2

则母线经济截面为：

S=Ig.max/J=693/0.78=888.46mm2

选用（100×8）型单条矩形铝母线，平放时长期允许载流量为Ial=1542A，集肤效应系数,取环境温度，查表，取综合校正系数K=0.88，则实际允许载流量为Ial35=1542×0.88=1356.96>Ig.max可满足长期发热要求。

热稳定校验：

母线正常运行最高温度为,则正常运行时导体温度：

查表得，C=97,由校验断路器可知，短路电流周期分量

则母线最小截面为：

满足热稳定。

动稳定校验：

假设,L=1.2m,则产生电动力：

弯曲力矩：

母线截面系数0.167

最大计算应变力:

查资料知硬铝线最大应力为69×106，满足动稳定要求。

（3）10kV母线的选择及校验

按经济电流密度选择：

10kV最大持续工作电流查表5得，=2423A，时，经济电流密度则母线经济截面为：

选用每相3条矩形铝导体，平放时，集肤效应系数，假设环境温度综合修正系数，故允许电流为：

可满足长期发热的要求。

热稳定校验：

母线正常运行最高温度为,则正常运行时导体温度：

查表得，C=93，由校验断路器可知，短路电流周期分量

则母线最小截面为：

满足热稳定。

动稳定校验：

导体自振频率：

其中铝导体弹性模量为，母线频率系数，可根据跨数和支撑方式查手册可得。

可见该母线可不计共振影响

由短路电流计算结果表查得，短路冲击电流为：

相间距离取，跨距L取1m

同相条间应力的计算：

由导体形状系数曲线查的K12=0.37,K13=0.57,则有

条间衬垫最大跨距为：

（3.25）

临界跨距（每相三条铝导体）：

所选衬垫跨距Lb应小于Lcr及Lbmax，为了便于安装，每跨内满必须装设2个衬垫（绝缘子跨距为1.2），衬垫距为：

，则可以满足要求。