【導(dǎo)讀】側(cè)接與110kV變電站的10kV母線，380V主要用于小區(qū)用戶的用電。所以這次設(shè)計(jì)必須考慮到供電系統(tǒng)的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。計(jì)較為詳細(xì)地完成了電力系統(tǒng)中變電站的設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，破壞電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的故障最為常見(jiàn)而且危害最大的是各種短路，所謂短路是指電位不同的點(diǎn)在電氣上被短接 。 在三相系統(tǒng)中，短路的基本類(lèi)型有：三相短路、兩路短路、兩相接地短路、單相短路和單相接地短路等。三相短路時(shí)，三相短路回路中的阻抗相等，三相電壓和電流仍然保持對(duì)稱(chēng)，屬于對(duì)稱(chēng)短路。其他形式的短路，由于短路回路三相阻抗不相等，三相電壓和電流均不對(duì)稱(chēng)，屬不對(duì)稱(chēng)短路。表 4— 1 列出了短路的基本類(lèi)型及其特點(diǎn) 。 表 4— 1 短路的種類(lèi)及特點(diǎn) 除了上述短路外，對(duì)變壓器和電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備還可能發(fā)生一相繞組的匝間及層間短路。 根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，在三項(xiàng)系統(tǒng)中最為常見(jiàn)的單相接地短路。三相短路在短路故障中占得比例最小，但三相單路電流值最大，造成的危害最嚴(yán)重。因此，在選擇電氣設(shè)備時(shí)，常以三相短路參數(shù)作為計(jì)算依據(jù)。 造成短路故障的原因很多，主要有以下幾個(gè)方面： （ 1）絕緣損壞。電氣設(shè)備年久陳舊，絕緣自然老化，絕緣瓷瓶表面污穢， 使絕緣下降；絕緣受到機(jī)械性損傷；供電系統(tǒng)受到雷電的侵襲或者在切換電路時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓，將電氣裝置絕緣薄弱處擊穿，都會(huì)照成短路。 （ 2）誤操作。例如，帶負(fù)荷拉切隔離開(kāi)關(guān)，形成強(qiáng)大的電弧，造成弧光短路；或者低壓設(shè)備誤接入高壓電網(wǎng)，造成短路。 （ 3）鳥(niǎo)獸危害。鳥(niǎo)獸跨越不等電位的裸漏導(dǎo)體時(shí)，造成短路。 （ 4）惡劣的氣候。雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動(dòng)作，架空線路由于大風(fēng)或者導(dǎo)短路種類(lèi) 特點(diǎn) 三相短路 三相同時(shí)在一點(diǎn)短接，屬于對(duì)稱(chēng)短路 兩相短路 兩相同時(shí)在一點(diǎn)短接，屬于不對(duì)稱(chēng)短接 單相短路 三相四線制系統(tǒng)中，相線與中性線在一點(diǎn)短接，屬于不對(duì)稱(chēng)短接 兩 相接地短路 中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中兩相與地短接，屬于不對(duì)稱(chēng)短接 單相接地短路等 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，一相與地短接，屬于不對(duì)稱(chēng)短接 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 20 線覆冰引起電桿傾倒等。 （ 5）其他意外事故。挖掘溝渠損傷電纜起重機(jī)臂碰觸架空導(dǎo)線，車(chē)輛撞擊電桿等。 短路時(shí)系統(tǒng)的阻抗大幅度減小，而電流則大幅度。通常 短路電流可達(dá)正常正常工作電流的幾十倍甚至幾百倍，在大電力系統(tǒng)中短路電流可達(dá)幾萬(wàn)甚至是幾十萬(wàn)安培。這樣大的短路電流將產(chǎn)生極大的危害，歸納起來(lái)其危害有以下幾種： （ 1）損害電氣設(shè)備。短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力效應(yīng)和熱效應(yīng)，會(huì)使故障設(shè)備及短路回路中的其他電氣設(shè)備遭到破壞。 （ 2）影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。短路時(shí)電網(wǎng)電壓驟降，使電氣設(shè)備不能正常運(yùn)行。 （ 3）影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。嚴(yán)重的短路會(huì)使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步，造成電力系統(tǒng)解列。 （ 4）造成停電事故。短路時(shí)，電力系統(tǒng)的保護(hù)裝置動(dòng)作，使開(kāi)關(guān)跳閘，從而造成大范圍停電。越靠 近電源，停電范圍越大，造成的經(jīng)濟(jì)損失也越嚴(yán)重。 （ 5）產(chǎn)生電磁干擾。不對(duì)稱(chēng)短路的不平衡電流，在周?chē)臻g將產(chǎn)生很大的交變磁場(chǎng)，干擾附近的通訊線路和自動(dòng)控制裝置的正常工作。 由此可見(jiàn)，短路的后果是非常嚴(yán)重的，因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素。此外還應(yīng)正確地選擇電氣設(shè)備，使電氣設(shè)備在短路電流的作用下不致?lián)p壞；正確選擇和整定保護(hù)裝置，使其能在發(fā)生短路時(shí)，迅速、準(zhǔn)確地把故障線路和設(shè)備從電網(wǎng)中切除，盡量減少短路所造成的危害和損失 。 短路電流計(jì)算的目的 在發(fā)電廠和變電所的電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其 中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其計(jì)算的目的主要有以下幾個(gè)方面： ，確保最嚴(yán)重的短路也能可靠地被切斷或重合閘 ，確保短路電流不會(huì)燒壞或折斷電氣設(shè)備 、穩(wěn)態(tài)短路電流、短路容量 ，也需用短路電流。 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 21 （ 1）電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)荷下運(yùn)行； （ 2）所有同步電機(jī)都具有自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置（包括強(qiáng)行勵(lì)磁）； （ 3）短路 發(fā)生在短路電流為最 大值的瞬間； （ 4） 所有電源的電動(dòng)勢(shì)相位角相同； （ 5） 應(yīng)考慮對(duì)短路電流值有影響的所有的元件，但不考慮短路點(diǎn)的電弧電阻。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的作用，僅在確定短路電流沖擊值和最大安全電流有效值時(shí)才予以考慮。 ：計(jì)算短路電流時(shí)所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式（即最大運(yùn)行方式），而不能僅在切換過(guò)程中可能并列運(yùn)行的接線方式。 ：按本工程設(shè)計(jì)最終容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（一般為本工程建設(shè)后 5～ 10 年） ：一般按三相短路計(jì)算。若發(fā)電機(jī)出口的兩相短路，或直接 接地系統(tǒng)以及自耦變壓器等回路中的單相（或兩相）接地短路較三相短路情況嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按嚴(yán)重情況進(jìn)行校驗(yàn)。 ：在正常接線方式時(shí)，通過(guò)電氣設(shè)備的短路電流為最大的地點(diǎn)，稱(chēng)為短路計(jì)算點(diǎn)。 短路電流的計(jì)算步驟 在工程設(shè)計(jì)中，短路電流的計(jì)算通常采用使用曲線法。步驟如下： （次暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)）圖 （ 1） 首先去掉系統(tǒng)中的所有負(fù)荷分支、線路電容、各元件的電阻，發(fā)電機(jī)電抗用次暫態(tài)電抗。 （ 2） 選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓（一般取各級(jí)的平均電壓）。 （ 3） 將各元件電抗換算為同一基準(zhǔn)值的 標(biāo)幺電抗。 （ 4） 繪出等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號(hào)。 ：為計(jì)算不同短路點(diǎn)的短路電流值，需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡(jiǎn)為以短路點(diǎn)為中心的輻射形等值網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點(diǎn)之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗。 。 (將各轉(zhuǎn)移阻抗按各發(fā)電機(jī)額定功率歸算 ) 。 。 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 22 短路電流的計(jì)算 短路計(jì)算過(guò)程 由于供電電源側(cè)容量相對(duì)于小區(qū)用戶負(fù)荷來(lái)說(shuō)是很大的，所以我們可以 將供電電源側(cè)看做一個(gè)無(wú)窮大容量系統(tǒng)。所謂無(wú)窮大容量系統(tǒng)，是指電源內(nèi)阻抗為零，供電容量相對(duì)于用戶容量大得多的電力系統(tǒng)。不管用戶的負(fù)荷怎樣變動(dòng)甚至發(fā)生短路時(shí)，電源內(nèi)部均不產(chǎn)生壓降，電源母線上的電壓均維持不變。為了簡(jiǎn)化短路計(jì)算，我們將小區(qū)兩個(gè)供電電源均視為無(wú)窮大容量系統(tǒng)。 為了選擇高壓電氣設(shè)備，整定斷電保護(hù)，需計(jì)算配電系統(tǒng) 10KV側(cè)、 側(cè)配電線路末端的短路電流，因此選取三個(gè)短路點(diǎn)，分別為 K K2。由 處城市電網(wǎng)供電，此外該小區(qū)的開(kāi)關(guān)房與箱變距離僅為幾十米，電纜阻抗可忽略不計(jì)，所以只考慮變電站 10KV引線至開(kāi)關(guān)房的電纜阻抗和變壓器阻抗。 電氣主接線圖如下： K 1K 2 圖 42 （ 1）高壓側(cè)短路電流計(jì)算： 設(shè)基準(zhǔn)容量 Sd=100MVA，基準(zhǔn)電壓 V , dnd 40510051 211 ??? ， 則 ddd 55111 ?? ， 31442? 電纜的電抗標(biāo)幺值為 2801 0 . 51 0 8 7 10 212101 ..USLxX dd*L ????? ?? ?**k XI 則，短路點(diǎn) k1 的短路電流和沖擊電流為 ? ? ? ?kAIII d*kk ???? ? ? ? ? ksh 311 ???? ? ? ? ? ksh 311 ???? （ 2）低壓側(cè)短路電流計(jì)算：環(huán)網(wǎng)柜到箱變的電纜距離按最短的 來(lái)算。 變壓器阻抗 1 4 371 0 0 .S%SUX TNdk*T ?? 又 961401 0 0100 3 1 30 22 2222 ....USLxX dd*L ????? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 23 1070)1437961280(112 ....XI **k ????? ? 則，短路點(diǎn) k2 的短路電流和沖擊電流為 ? ? ? ? d*kk 1 41 0 ???? ? ? ? ? ksh 2 8 . 1 322 ???? ? ? ? ? ksh 1 6 . 6 322 ???? 河南理工 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 24 5. 電氣設(shè)備的選擇 電氣設(shè)備選擇的一般條件 盡 管電力系統(tǒng)中各種電器的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相同，但對(duì)它們的基本要求確是一致的。電氣設(shè)備要可靠地工作，必須按正常工作條件進(jìn)行選擇，并按短路狀態(tài)來(lái)校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定性。 按正常工作條件選擇 電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運(yùn)行電壓因調(diào)壓或負(fù)荷的變化，有時(shí)會(huì)高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選的電氣設(shè)備允許的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓。規(guī)定一般電氣設(shè)備允許的最高工作電壓為設(shè)備額定電壓的 倍，一般不超過(guò)電網(wǎng)額定電壓的 倍。因此，在選擇電氣設(shè)備時(shí)，可按照電氣設(shè)備的額定電壓 UN 不低于裝置地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓 UNs 的條件選擇，即 ： UN ? UNs （ 51） 電氣設(shè)備的額定電流 IN 是指在額定環(huán)境溫度 0? 下，電氣設(shè)備的長(zhǎng)期允許電流。 應(yīng)不小于該回路在各種合理運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流 Imax ，即 IN ? Imax （ 52） 由于發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器在電壓降低 5%時(shí) ，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的I max 應(yīng)為發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器的額定電流的 倍；若變壓器有可能過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí) ，I max 應(yīng)按過(guò)負(fù)荷確定（ 倍變壓器額定電流）；母聯(lián)斷路器回路一般可取母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)或變壓器的 Imax ；母線分段電抗器 Imax 應(yīng)為母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)跳閘時(shí)，保證該母線負(fù)荷所需的電流，或最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)額定電流的 50%80%；出 線 回路的 Imax除考慮正常負(fù)荷電流外，還應(yīng)考慮事故時(shí)由其他回路轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的負(fù)荷。 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、地震烈度和覆冰厚度超過(guò)一般電氣設(shè)備使用條件時(shí)，應(yīng)采取措施。本設(shè)計(jì)著重考慮溫度對(duì)電氣設(shè)備的影響。 我國(guó)目前生產(chǎn)的電氣設(shè)備的額定環(huán)境溫度 Q。 =+ 40℃ ，裸導(dǎo)體的額定環(huán)境溫度為河南理工 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 25 +25℃ 。 按短路情況校驗(yàn) 短路電流通過(guò)電氣設(shè)備時(shí)，電氣設(shè)備各部件溫度（或發(fā)熱效應(yīng)）應(yīng)不超過(guò)允許值 即 ： kt QI? （ 53） 式中， tI t 秒內(nèi)通過(guò)的短時(shí)熱電流； KQ短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)。 電動(dòng)力穩(wěn)定是電氣承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能力，亦稱(chēng)動(dòng)穩(wěn)定。 滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為 shes ii ? 或 shes II ? （ 54） 式中， esi 電氣設(shè)備允許通過(guò)的動(dòng)穩(wěn)定電流幅值； esI 電氣設(shè)備允許通過(guò)的動(dòng)穩(wěn)定電流有效值； shi 短路沖擊電流幅值； shI 短路沖擊電流有效值。 下列 幾種情況可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定或動(dòng)穩(wěn)定： （ 1） 用熔斷器保護(hù)的電氣設(shè)備，其熱穩(wěn)定由熔斷器時(shí)間保證，故可不驗(yàn)算熱穩(wěn)定； （ 2） 采用有限流電阻的熔斷器保護(hù)的設(shè)備，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定； （ 3） 裝設(shè)在電壓互感器回路的裸導(dǎo)體和電氣設(shè)備可不校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定。 驗(yàn)算熱穩(wěn)定的短路計(jì)算時(shí)間 Kt 為繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 prt 和相應(yīng)斷路器的全開(kāi)斷時(shí)間 brt 之和，即 Kt = prt + brt 式中 ， prt 一般取保護(hù)裝置的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，這是考慮到主保護(hù)有死區(qū)或拒動(dòng) brt 是指對(duì)斷路器的分閘脈沖傳送到斷路器操作機(jī)構(gòu)的跳閘線圈時(shí)起，到各相觸頭分離后的電弧完全熄滅為止的時(shí)間段。顯然， brt 包括兩個(gè)部分，即 brt = ain tt ? （ 55） 式中， int 斷路器固有分閘時(shí)間； at 斷路器開(kāi)斷電弧持續(xù)時(shí)間，對(duì)少油斷路器為 ,對(duì) SF6 和壓縮空氣斷路器為 ，真空斷路器為