110KV变压器继电保护系统设计 毕业设计说明书.doc

I 110KV 变压器继电保护系统设计 摘要 本设计首先对电力工业发展、电力系统的概念和变电站的设计等做了一个初步的 概括。然后进行变电站的负荷计算和无功补偿计算等等。再利用结果对主变压器台数 和容量进行选择和主结线方案的确定。其中对主接线的选择做了较为详细的说明。选 择过电流保护，对电网进行短路电流计算，包括适中电流的正序、负序、零序电流的 短路计算，整定电流保护的整定值。在过电流保护不满足的情况下，相间故障选择距 离保护，接地故障选择零序电流保护，同时对距离保护、零序电流保护进行整定计算。 其中电器设备的选择主要包括：断路器、隔离开关、PT、CT、支柱绝缘子、套管、母 线导体、避雷器、电抗器、高压熔断器等。 关键词：变电站，继电保护，短路计算，设备选型 II 110KV TRANSFORMER PROTECTION SYSTEM DESIGN ABSTRACT The design is first on the development of the power industry, power system substation design concepts and made a preliminary summary. Then substation load calculation and reactive power compensation calculations and so on. And then use the results to the number of units on the main transformer and capacity to select and determine the main wiring scheme. One of the main terminal of choice to do a more detailed explanation.Select overcurrent protection, short- circuit current calculation on the grid, including the moderate current positive, negative and zero sequence current short circuit calculation, setting current protection setting value. Over-current protection is not satisfied in the case, phase fault distance protection options, select the zero sequence ground fault current protection, while the distance protection for zero sequence current protection setting calculation. The selection of electrical equipment which include: circuit breakers, disconnectors, PT, CT, insulators, bushings, bus conductors, surge arresters, reactors, high voltage fuses, etc. KEYWARDS：substation, relay protection, short circuit calculations, equipment selection i 目录 摘要 I ABSTRACT.II 1.1 供电技术的发展概况 .1 1.2 变电站技术的发展 .1 1.3 110kV 变电站发展现状 .2 1.4 变电站设计的基本要求 .3 2 电气主接线的设计.4 2.1 主接线概述 .4 2.2 主接线设计原则.4 2.3 主接线选择.5 3 主变压器的选择 6 3.1 主变压器的选择原则.6 3.1.1 主变压器台数的选择 .6 3.1.2 主变压器容量的选择 .6 3.1.3 主变压器型式的选择 .7 3.1.4 绕组数量和连接形式的选择 .7 3.2 主变压器选择结果.8 4 所用电设计 9 4.1 所用变选择.9 4.2 110KV 变电站主接线图 10 5 110KV 变电站电气部分短路计算11 5.1 变压器的各绕组电抗标幺值计算11 5.2 10KV 侧短路计算 .11 5.3 110KV 侧短路计算 13 6 导体和电气设备的选择14 6.1 电气设备选择的基本条件14 6.1.1 电气设备选择的一般原则 14 6.1.2 电气设备选择的技术条件 14 6.1.3 工作条件 14 6.1.4 短路稳定条件 14 6.1.5 绝缘水平 15 6.1.6 环境条件 15 6.2 高压隔离开关与断路器的选择与校验16 6.2.1 隔离开关的用途 16 6.2.2 对隔离开关的基本要求 16 6.2.3 隔离开关的类型 17 6.2.4 高压断路器的用途和类型 17 6.2.5 对高压断路器的基本要求 17 6.2.6 参数选择.18 6.2.7 隔离开关与断路器的选择 18 6.3 互感器的选择与校验19 ii 6.3.1 电流互感器的选择 19 6.3.2 电压互感器的选择 21 6.4 高压熔断器和避雷器的选择与校验22 6.5 母线与电缆线截面的选择与校验24 6.5.1 110kV 侧进线的选择.24 6.5.2 110kV 母线的选择.25 6.5.3 10kV 母线的选择25 6.5.4 10kV 电缆出线的选择25 6.6 绝缘子和穿墙套管的选择及校验26 6.6.1 支柱绝缘子的选择与校验 26 6.6.2 穿墙套管的选择与校验 26 7 继电保护的配置27 7.1 继电保护装置基本原理27 7.2 出线保护的配置29 7.2.1 110kV 侧出线的保护配置.29 7.2.2 35kV 侧出线的保护配置.31 7.2.3 10kV 侧出线的保护配置.34 7.3 变压器的保护配置 35 7.3.1 变压器配置 35 7.3.2 保护配置的整定 37 7.4 母线的保护配置43 参考文献 .44 致谢 .45 1 1 绪论 1.1 供电技术的发展概况 电是能量的一种表现形式，电力已成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用 于一切生产部门和日常生活中。电能有许多优点：首先，它可简便地转化成另一种形 式的能量。例如，电灯，是将电能转变为光能，满足照明需要，又如工厂中的电动机， 就是将电能转换成机械能，拖动各种机械。其次，电能经过高压输电线路，还可输送 很长的距离，供给远方用电。另外，许多生产部门用电进行控制，容易实现自动化， 提高产品质量和经济效益。由此可见，电力工业在国民经济中占有十分重要的地位， 而且电力必须先行，才能满足工农业发展的需要。我国目前电力工业开发的方针是： 积极发展火电。火电应立足于煤碳资源发电，我国今后相当长的时间内，火电仍为 主要能源。大力开发水电。因水能是一种再生能源，水资源不但可以发电，还可与 航运、灌溉、防洪、水产等进行综合利用。我国水电资源主要集中在西南和西北地区。 它的发电成本低，但大型工程投资大，建设周期长。有重点有步骤地建设核电厂。 在自然能源缺乏的缺电地区建设核电厂，可改善能源平衡。发展联合电力系统。由 于系统容量不断增大，应采用超高压远距离输电和直流输电，并逐步形成跨区的联合 电力系统，以提高供电可靠性和经济性。开发多种发电能源。可根据当地条件，因 地制宜、由地方和群众兴办小水电、火电、风力发电和地热发电等。我国电力工业自 动化水平正在逐年提高，大部分电厂实现了集中控制和采用计算机控制，电网也实现 了分级集中调度。我国电力工业将跨入世界先进水平行列。 1.2 变电站技术的发展 我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气 设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高；而随着科学技术的高速发展，制造、 材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞 跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。 l、变电站接线方案趋于简单随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠 性的增加，变电站接线简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制 造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。近期国内新建的许多变 电站 220kV 及 110kV 电压等级的接线采用双母线而不带旁路母线。采用 GIS 的情况下， 优先采用单母线分段接线。终端变电站中，尽量采用线路变压器组接线等。 2、大量采用新的电气一次设备近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性 能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用 SF6 气体绝缘的设备价格不断下降， 伴随着国产 GIS 向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不 2 断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用 GIS 配电装置。变电站设计的电气 设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6 开关和机、 电组合一体化的小型设备发展。 3、变电站综合自动化技术新动向变电站综合自动化系统近几年一直是电力建设的 一个热点。无论国内国外，还是从管理方、运行方及设计单位对于变电站实现综合自 动化均取得了共识。伴随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，变电站综合自 动化也采用了新的技术，其技术动向主要集中在以下两个方面。 （1）全分散式变电站自动化系统，新型的全分散式变电站自动化系统，设计思想 上实现了变电站二次系统由”面向功能“设计向”面向对象“设计的重要转变。系统 不再单纯考虑某一个量，而是为某一设备配置完备的保护、监控和测量功能装置，以 完成特定的功能，从而并保证了系统的分布式开放性。其特点是各现场输入输出单元 部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元部件可以是保护、监控 和测量功能的集成装置，亦可以是现场的保护、监控和测量部件分别保持其独立性。 变电站遥测遥信采集及处理、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立 完成，并将这些信息通过网络送至后台主计算机。 （2）引入先进的网络技术，通信网络是综合自动化变电站与常规站的最明显的区 别之一，只有采用通信网络，才可能节省大量电缆。因此必须保证通信网络安全、可 靠，传输速度满足变电站综合自动化系统的要求。全分散式变电站自动化系统的实现 尤其依托于如今发展很快的计算机网络技术。引入先进的网络技术使得自动化系统的 实现更加简单，性能也大大优于以往的系统，并可解决以往系统中链路信息传输的实 时性问题，以及信号传输的容量问题。 4、变电站占地及建筑面积减少变电站接线方案的简化，组合电器、管母线及钢支 架等的采用，使变电站布置更为简单，取消站前区和优化布置使变电站占地大幅度下 降。据有关资料介绍，采用 GIS 的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地 80%以上。 采用 PASS 的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地 40%.60%.即使同样敞开式配电 装置，由于简化接线（比如取消旁路母线等）也会减少变电站占地面积。配合我国经 济建设的迅速发展，搞好电网建设尤为重要。其中，变电站设计是电网建设的一个重 要环节。研究和分析国内外变电站技术的发展，把握其趋势，对变电站设计是很有必 要的。 1.3 110kV 变电站发展现状 110kV 变电站从六十年代开始逐渐走入普通的地级市，由于当时负荷水平低，电力 建设投资少，城市电网结构简单。当时国内绝大部分城市还辅以 35kV 变电站构成高压 输电网络。进入八十年代以来，我国经济进入前所未有的高速发展阶段。经济建设对 3 电力事业提出更高要求的同时也促进了电力事业的发展。这段时期建设的 110kV 变电 站 l10kV 电气设备多采用常规设备户外敞开式布置；变电站主接线较为复杂，例如为 单母线分段带旁路；电气设备为多油或少油设备；主变容量大多选择 31.5MVA 或 40MVA.这 种模式的变电站占地面积大，设备繁多，设备安全可靠性较低，日常维护工作量大。 进入九十年代中期，供电紧张的情况得到好转，电网设计和建设越来越强调供电可靠 性。人们开始把注意力转向性能好、质量高、检修周期长或多年不需检修等特点的电 气设备。 实施”四遥“功能，实现变电站无人值班已成为可能。这段时期，110kV 电气设备 出现了 GIS 设备、COMPASS 设 备等；电气布置形式也出现了半户内布置、全户内布置 等形式；二次设备系统也有简单的”四遥“系统和变电站综合自动化系统。由于采用 了先进可靠的设备，这段时期建设的 l10kV 变电站主结线较为简洁。除主变外 l10kV 电气设备多采用户内布置的形式，主变容量多为 40MVA 或 50MVA,开关设备为无油设备， 变电站具备无人值班的功能。这些变电站占地面积小，自动化程度高，日常维护工作 量小，安全可靠性高。 1.4 变电站设计的基本要求 变电站和其他工程设计一样，包括设计、施工、运行三步。设计是第一步，且工 作责任大，因此，必须严格遵守以下要求：必须严格遵守国家标准，认真执行国家的 技术经济政策，并应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格积极采用 新技术，提高自动化水平，尽量结合具体情况做定型设计，做到工程技术先进、经济 合理、安全使用，确保设计质量。根据规划进行设计，必要时可分期建设，做到远、 近期结合，以近期为主，适当考虑工程扩建发展的可能。从生产实际出发，树立设计、 施工、运行的整体观念，防止绝对化。必须从全局考虑，统筹兼顾，按照负荷性质、 用电容量、工程特点和本地区供电条件，合理确定设计方案，满足供电可靠性的要求。 电力工程设计人员应坚持到现场调查，收集有关资料，使设计和施工、运行检修相结 合，理论和实际相统一。 1.5 本课题的研究内容 本课题设计一个典型的 110kV 变电站，主要是设计其一次系统，包括以下主要工 作： （1）变电站主接线的方案设计 （2）变电站一次设备的选择与校验 （3）变电站防雷与接地系统设计 （4）变电站的选址与布置 （5）变电站所用系统的设计 4 （6）变电站保护的设计 2 电气主接线的设计 2.1 主接线概述 电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环 节。它的确定主对电力系统有着非常大的影响。可以说是电力系统的关键组成部分。 因此必须通过多方面的比较，确定合理的主接线方式。 2.2 主接线设计原则 主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求 （1）可靠性 供电可靠性是电力生产荷分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。 主接线可靠性的具体有以下几点： 1、断路器检修时，不宜影响对系统的供电； 2、断路器或者母线故障一级母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并 要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电； 3、尽量避免变电站全停电的可能性。 （2）灵活性 主接线应满足再调度、检修及扩建时的灵活性。 1、调度时，应可以灵活的投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统 在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 2、检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不 致影响电网的运行和对用户的供电。 3、扩建时，可以容易地从初期接线过渡到终期接线 （3） 经济性 是主接线在满足可靠性、灵活性要求得前提下做到经济合理。 1、投资省 (1) 主接线力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等 一次设备； (2) 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆； (3) 要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。 2、占地面积少 5 主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积小。 3、电能损失少 经济合理的选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损 失。此外，在系统规划中，要避免建立复杂的操作枢纽，简化主接线，电站入系统的 电压等级一般不超过两种。 2.3 主接线选择 (1)变电站在电力系统中的地位和作用 电力系统中的变电站有系统枢纽变电站、地区重要变电站和一般变电站三种类型。 根据所要建设的变电站的重要性来对该所进行主接线方式各方面的确定。 (2)变电站的分期和最终规模建设 变电站根据 510 年电力系统发展规划进行设计。 (3)负荷大小和重要性 1、对于一级负荷，必须有两个独立的电源供电，且当任何一个电源失去后，能保 证对全部一级负荷不间断供电 。 2、对于二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保 证全部或大部分二级负荷的供电。 3、对于三级负荷一般只需一个电源供电。 6 3 主变压器的选择 3.1 主变压器的选择原则 在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着 向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负 荷增长情况，并根据电力系统 510 年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成 经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大 占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若 容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统 的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的 保证。 在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器 等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的 前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。 选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的 台数及容量。 3.1.1 主变压器台数的选择 由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是 110kV 降压变电所，它是以 110kV 受功率为主。把所受的功率通过主变传输至 10kV 母线上。若全所停电后，将引起下一 级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电 的可靠性。 为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设 两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网 络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以 及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻 型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而 当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电所的正 常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。 3.1.2 主变压器容量的选择 主变容量一般按变电所建成近期负荷，510 年规划负荷选择，并适当考虑远期 1020 年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近 期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带 7 负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当 一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级 和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证 全部负荷的 70%80%。该变电所是按 70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变 电所的总装容量为： 。PMse4.1)7.0(2 当一台变压器停运时，可保证对 60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为 40%，则可保证 98%负荷供电，而高压侧 110kV 母线的负荷不需要通过主变倒送，因为， 该变电所的电源引进线是 110kV 侧引进。其中，低压侧全部负荷需经主变压器传输至 各母线上。因此主变压器的容量应选择为：Se=0.7S。由原始资料可知，选择容量为 31.5MVA 变压器。 3.1.3 主变压器型式的选择 当不受运输条件限制时，在 330kV 以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主 变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。 单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电 保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。 本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制， 而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。 3.1.4 绕组数量和连接形式的选择 （1）在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该 变压器容量的 15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变 宜采用三绕组变压器。 一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器 都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作 量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。 在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。 自耦变压器：它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继 电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁 的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进 入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入 串联绕组，产生很高的感应过电压。 （2）由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接 接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧 8 的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。由于本次所设 计的变电所所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变 压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和 零序保护的可靠性。而自耦变压器的变化较小，由原始资料可知，该所的电压波动为 ±8%，故不选择自耦变压器。 分裂变压器：分裂变压器约比同容量的普通变压器贵 20%，分裂变压器，虽然它的 短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂 变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两 端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增 大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本 次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂 变压器。 普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活， 满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压 两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计 的变电所，选择普通三绕组变压器。 我国 110kV 级以上的电压变压器绕组都采用“Y”连接，35kV 及以下电压等级，变 压器都采用“Y-”连接，故选择 YN，D11 连接。 3.2 主变压器选择结果 综合以上，我选择的变压器型号为 SFL1-31500/110 两台 短路损耗： 空载损耗:KWPS190KWP5.310 短路电压： 空载电流：%5.sU7%I 9 4 所用电设计 4.1 所用变选择 变电所用电一般要满足运行、检修、施工的要求。所用电系统可靠要求，要根据 其负荷的性质来定。变电所用电的负荷一般有下列： 1、充电装置：类负荷； 2、断路器的操作机构：类负荷； 3、保护屏室及远动通信机房空调电源： 类负荷； 4、主变调压装置电源： 类负荷； 5、事故照明： 类负荷； 6、生活用电： 类负荷。 所用电的低压侧电压为 380V/220V 三相四线系统。为保证在全站全停时的检修电 源，应有一个本站自己的电源和一个独立的外接电源，平时一个工作一个备用。两个 电源独立，互为备用。根据本站实际情况，我们可在两条 10kV 母线上各设一个开关柜， 低压侧接线方式，采用单母线分段，这样两路电源互为备用。 根据站的负荷大小及实际情况选用： #1 所用变：S C -80/10 型变压器， #2 所用变：S C -80/10 型变压器。 10 4.2 110KV 变电站主接线图 11 5 110KV 变电站电气部分短路计算 5.1 变压器的各绕组电抗标幺值计算 选取基准容量 =100MVAbS 基准电压 KVUav151KVUavb5.102 基准电流 ）（ kAIbb .03 ）（S.5122 系统 .0*kbsX 变压器 3.1%UNTbTS 短路容量 1000MVA 1X2X3X4X1d2d 图5.1短路等值电路图 5.2 10KV 侧短路计算 最大运行情况下（两台变压器同时运行）： +*1Xs 265.03.12*T 7.*1)3(2I 三相短路电流为： KAIIbk 74.205.732)*3(21)( 12 三相短路次稳态电流及短路稳态电流为： 3'()32120.74kIIkA 三相短路冲击电流的瞬时值为： =52.89kA5.321shi)3('I 三相短路冲击电流的有效值为： =31.52kA.321shI)3('I 最小运行情况下（只有一台变压器单独运行）： +*2Xs 4.0.*T 3.1*)3(I 三相短路电流为： =2.33 5.50kA=12.82kA2*)3()(2bkII 三相短路次稳态电流及短路稳态电流为： kAIIk8.13)('32 三相短路冲击电流的瞬时值为： 5.32shi KI70.2)3(' 三相短路冲击电流的有效值为： .132shIAI49.)3(' 变压器额定数据： 高压侧：额定电压： kVUN10 额定电流： ASIN3.6531 低压侧：额定电压： kN02 额定电流： USIN65.8322 13 5.3 110KV 侧短路计算 )3(kavkIUS 三相短路电流为： 1)3(1avkkI KA02.503 三相短路次稳态电流及短路稳态电流为： kIIk2.53)('31 三相短路冲击电流的瞬时值为： .231shi KAI80.1)3(' 三相短路冲击电流的有效值为： 5.31shII6.7)3(' 14 6导体和电气设备的选择 6.1 电气设备选择的基本条件 6.1.1 电气设备选择的一般原则 （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）应按当地环境条件校核； （3）应力求技术先进和经济合理； （4）与整个工程的建设标准应协调一致； （5）同类设备应尽量减少品种； （6）选用的新产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下， 选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。 6.1.2 电气设备选择的技术条件 选择的高压电器，应能在长期工作和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 6.1.3 工作条件 （1）电压 电器额定电压 不于长期工作电压NUwUN （2）电流 电器额定电流 不低于计算电流NIcINc 6.1.4 短路稳定条件 （1）校验的一般原则 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 电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系 统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况 校验。 2）用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳 定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 （2）短路的热稳定稳定条件 校验短路热稳定所用的计算时间按下式计算： KtOPCt 式中： ：路计算时间Kt 15 :动作时间OPt :路器固有分闸时间C 对于快速及中速断路器，取 stK15.0 热稳定校验满足条件为： 2tIima +0.05iK2')(I 式中： ：设备给定的热稳定电流 t：设备给定的热稳定时间 ：短路电流的次暂态值'I ：短路电流的假象时间imat （3）动稳定性校验动稳定满足条件为： shiImax 式中： ：三相短路电流冲击值shi ：断路器极限通过电流峰值max 6.1.5 绝缘水平 在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。 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。 6.1.6 环境条件 （1）日照 屋外高压电器在日照影响下将产生附加温升。但高压电器的发热试验是在避免阳 光直射的条件下进行的。如果制造部门未能提出产品在日照下额定载流量下降的数据， 在设计中可暂按电器额定电流的 80%选择设备。在进行试验或计算时，日照强度取 0.1W/ ，风速取 0.5m/s。2cm （2）风速 一般高压电器可在风速不大于 35 m/s 的环境下使用。 选择电器时所用的最大风速，可取离地 10 m 高、30 年一遇的 10min 平均最大风速。 最大风速超过 35 m/s 的地区，可在屋外配电装置的布置中采取措施。 （3）冰雪 在积雪和覆冰严重的地区，应采取措施防止冰串引起瓷件绝缘对地闪络。隔离开 关的破冰厚度一般为 10mm。 （4）湿度 选择电器的湿度，应采用当地相对湿度最高月份的平均相对湿度(相对湿度在 16 一定温度下，空气中实际水汽压强值与饱和水汽压强值之比；最高月份的平均相对湿 度该月中日最大相对湿度值的月平均值)。一般高压电器可使用在+20，相对湿 度为 90%的环境中(电流互感器为 85%)。 （5）污秽 污秽地区内各种污物对电气设备的危害，取决于污秽物质的导电性、吸水性、附 着力、数量、比重及距物源的距离和气象条件。在工程设计中,应根据污秽情况选用下 列措施： 增大电瓷外绝缘的有效泄漏比距或选用有利于防污的电瓷造型，如采用半导体、 大小伞、大倾角、钟罩式等特制绝缘子。 采用屋内配电装置。2 级及以上污秽区的 63110kV 配电装置采用屋内型。 （6）海拔 电器的一般使用条件为海拔高度不超过 1000m。海拔超过 1000m 的地区称为高原地 区。由于现在 110kV 及以下大多数电器的外绝缘有一定裕度，故可使用在海拔 2000 m 以下的地区。 （7）地震 选择电器时，应根据当地的地震烈度选用能够满足地震要求的产品。电器的辅助 设备应有与主设备相同的抗震能力。一般电器产品可以耐受地震烈度为 8 级的地震力。 6.2 高压隔离开关与断路器的选择与校验 隔离开关是高压开关的一种。因为它没有专门的灭弧装置，所以不能用它来接通 和切断负荷电流和短路电流。 6.2.1 隔离开关的用途 在近代的高压电网中，装设着大量的隔离开关，其主要用途是： （1）隔离电源 用隔离开关将需要检修的电气设备与带电的电网可靠地隔离，以 保证检修工作的安全进行。 （2）倒闸操作 在双母线制的电路中，利用隔离开关将设备或供电线路从一组母 线切换到一组母线上去，即称倒闸操作。 （3）用以接通和切断小电流的电路 例如可以用隔离开关进行下列操作： 断开和接通电压互感器和避雷器； 电压为 35kV，长 10 公里以内的空载输电线路的接通和断开； 电压为 10kV，长 5 公里以内的空载输电线路的接通和断开； 35kV，1000kVA 及以下和 110kV，3200kVA 及以下的空载变压器的接通和断开。 17 6.2.2 对隔离开关的基本要求 按照隔离开关所担负的工作任务，对它提出以下基本要求： （1）有明显的断开点 隔离开关应具有明显的断开点，易于鉴别电器是否与电网 隔开。 （2）隔离开关断开点间应具有可靠的绝缘 即要求隔离开关断开点间有足够的绝 缘距离，应保证在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）具有足够的短路稳定 隔离开关在运行中，会受到短路电流热效应与电动力 的作用，所以要求它具有足够的稳定性，尤其是不能因电动力的作用而自动断开，否 则将引起严重事故。 （4）结构简单动作可靠 隔离开关的结构应简单、动作要可靠。户外型隔离开关 在冰冻的环境里，能可靠的分、合闸。 （5）与接地刀闸相互联锁 带有接地闸刀的隔离吞并，必须装设联锁机构，以保 证先断开隔离开关，后闭合接地闸刀；先断开接地闸刀，后闭合隔离开关的操作顺序。 6.2.3 隔离开关的类型 隔离开关可按下列原则进行分类： 按绝缘支柱的数目可分为单柱式、双柱式及三柱式隔离开关。 按闸刀的运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式四种。 按有无接地闸刀，可分为有接地闸刀和无接地闸刀两种。 按装设地点不同，分为户内式和户外式两种。 按操作机构的不同，分为手动、电动和气动等类型。 6.2.4 高压断路器的用途和类型 高压断路器是电力系统中最重要的控制电器。无论系统处在什么状态，例如空载、 负载或短路故障，当要求断路器动作时，它都应能可靠地动作，或是接通、或是断开 电路。 高压断路器按装设的地点不同，分为户内和户外两种型式。 按断路器的灭弧原理划分有：油断路器（多油断路器，少油断路器） ，气吹断路器 （空气断路器，六氟化态硫断路器） ，真空断路器和磁吹断路器等。 6.2.5 对高压断路器的基本要求 由于断路器要在正常工作时接通和切断负荷电流，短路时切断短路电流，并受装 置环境变化的影响。故对高压断路器的要求大致有下述几个方面： 18 （1）工作可靠 断路器在制造厂给定的技术条件下工作时，就能可靠地长期正常 运行。 （2）应具有足够的断路能力 由于电力网电压较高、电流较大，当断路器在断开 电路时，触头间会出现电弧，只有将电弧熄灭，才能断开电路。因此，要求断路器有 足够的断路能力，尤其在短路故障时，能可靠的切断短路电流，并保证具有足够的热 稳定度和电动稳定度。 （3）具有尽可能短的切断时间 当电力网发生短路故障时，要求断路器迅速切断 故障电路，这样可以缩短电力网的故障时间和减轻短路电流对电气设备的损害。在超 高压电网中，迅速切断故障电路，可以增加电力系统的稳定性。因此，切断时间是高 压断路器的一个重要参数。 （4）实现自动重合闸 架空输电线路的短路故障，大多数是临时性故障。为了提 高供电可靠性并增加电力系统的稳定性，线路保护多采用自动重合闸方式。在发生短 路故障时，继电保护动作使断路器跳闸，然后，经很短时间又自动重合。重合后，如 故障仍未消除，断路器必须再次跳闸，切除短路故障。所以，要求装设自动重合闸的 断路器，在很短的时间内，应能可靠地按规定完成其重合闸的次数。 （5）结构简单、价格低廉 在要求安全、可靠的同时，还应考虑到生产的经济性。 因此，要求断路器的结构力求简单、尺寸小、重量轻、价格低廉。 6.2.6 参数选择 断路器及其操动机构应按以下技术条件选择，并按其使用环境条件校验。 技术条件： （1）正常工作条件：电压、电流、频率、机械荷载； （2）短路稳定性:动稳定电流、热稳定电流、持续时间； （3）承受过电压能力:对地和断口间的绝缘水平、泄漏比距； （4）操作性能:开断电流、短路开合电流、操作循环、操作次数、操作相数等。 环境条件： （1）环境:环境温度、日温差、最大风速、相对湿度、污秽、海拔高度、地震烈 度； （2）环境保护:噪声、电磁干扰。 6.2.7 隔离开关与断路器的选择 110kV 侧： 表 6-1 110kV 侧隔离开关与断路器选择结果 计算数据 LW14-110 型断路器 GW4-110D/1000-80 型隔离开关 19 110kVNU 165ACI 5.02kA, 12.8kAish KQSkA204.5 110kVNU 2000AI 31.5kAbr 80kANkl tI2