机械厂变电所的电气设计课程设计.docx

《机械厂变电所的电气设计课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械厂变电所的电气设计课程设计.docx（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、宁夏工商职业技术学院课程设计论文题目： XX机械厂变电所的电气设计 系 别 机电工程系 学 号 姓 名 X X X 指导教师 包慧琴 李致远 成 绩 2010 年 12 月 10 日摘 要变电站是电力系统的重要组成部分，是联系电厂和负荷用户的中间环节，是电网中线路的枢纽。如果工厂电能供应突然中断，就会对工业生产造成严重的不良后果。甚至可能发生重大的设备损坏或人员伤亡事故。因此，变电所保证工厂正常有序地供电，具有十分重要的意义。本文以电力系统相关理论知识为基础，以工厂供电为指导，根据所给某冶金机械制造厂的原始资料对其变电站的电气部分进行设计。本文共分为九章，第一章为绪论，主要讲述了论文的背景、意

2、义、研究方法和变电站设计的主要内容；第二章主要根据所给原始资料对本厂负荷进行了详细的计算，从而总降压变电所的位置；第三章，根据负荷的重要性和负荷的大小对变压器进行选择，在高压侧对全厂进行无功补偿；第四章为主接线的选择；第五章为短路电流的计算；第六章对电气设备进行选择和校验。第七章对继电保护的配置、整定及校验。第八章根据本厂的自然条件与后期的安装设计，对全厂的负荷进行防雷及接地保护。在第九章中，得出了整篇论文的结论。在论文的最后附上设计的图纸。关键词：变电站，负荷计算，短路计算，继电保护目 录第1章 绪 论11.1论文的背景及意义11.2课题的研究方法11.3变电站设计的主要内容11.4原始资料

3、21.4.1工厂生产任务及车间组成21.4.2供用电协议2第2章 负荷计算42.1计算负荷的概念42.2用需要系数法确定计算负荷42.2.1需要系数法基本公式42.3各车间或用电设备的负荷计算52.3.1 NO.1-NO.5变电所380V负荷计算52.4配电所所址的选择82.4.1变电站位置确定的原则82.4.2负荷中心的确定92.4.3负荷中心的确定10第3章 变压器的选择与无功补偿133.1变压器的选择133.1.1工厂总降压变电所供配电电压的选择133.1.2变压器的损耗计算133.3无功补偿163.3.1无功补偿的意义163.3.2无功补偿容量的计算17第4章主接线的选择194.1主接

4、线设计的要求194.2主接线的基本形式194.3主接线的选择204.3.1总降压变电所高压侧主接线的选择204.3.2总降压变电所低压侧主接线的选择21第5章 短路电流的计算225.1短路电流计算的目的225.2短路电流计算的方法和步骤225.3短路电流计算24第6章 电气设备的选择316.1电气设备选择与校验的条件316.2各类一次设备的选择316.2.1断路器的选择316.2.2电流互感器的选择346.2.3电压互感器的选择366.2.4熔断器的选择376.2.5隔离开关的选择386.3母线及导体的选择396.3.1导体选择的条件396.3.2母线的选择416.3.3导体的选择43第7章

5、继电保护的配置与校验497.1变压器保护的配置497.1.1变压器保护的种类497.1.2变压器的保护507.2线路的保护537.2.1线路保护的主要类型53第8章 变电站的防雷与接地578.1防雷保护的配置578.2接地装置的设计57第9章 结论58致谢69参考文献60附录1 电气主接线图6142第一章 绪 论1.1论文的背景及意义变电站是电力系统的一个重要组成部分,是联系发电厂和用户的中间环节,是电网中线路的连接点。变电所在确保工厂正常供电中起到关键性作用。如果工厂电能供应突然中断, 就会对工业生产造成严重的不良后果, 甚至可能发生重大的设备损坏或人员伤亡事故。因此, 变电所保证工厂正常有

6、序地供电, 具有十分重要的意义。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。 随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，电力系统的供配电设计更加完善，生产中用电量的急速增长，对供电质量、可靠性指标日益提高，供配电的设计也面临新的挑战。设计的合理性不仅直接影响建设方案、运行费用和原始材料的消耗量，也对运行的可靠性和安全生产起到至关重要的作用。因此做好工厂供电设计工作对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。1.2课题的研究方法在分析给定系统资料的基础上，要结合基本理论的系统性与实用性，围绕供电技术的基本理论来确

7、认工程设计的方法。对论文每一步都一定要遵循国家的线性技术标准和设计规范来设计。变电所进行电气部分初步设计，包括短路电流的计算，电气设备的选择，电气主接线方式的确定，继电保护和防雷保护，并用Auto CAD绘制设计图纸。1.3变电站设计的主要内容供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境、地区供电条件、工程设计所提供的负荷资料进行的。其基本内容有以下几方面：a.分析并确定本所电气主接线；b.计算负荷和无功补偿c.主变电所的所址和形式的确定；d.选择主变压器的台数和容量；e.计算短路电流；f.电气设备选择；选择变压器回路、出线回路的导体规格，选择主母线、电缆；第1章 负荷计算2.1计算负荷的概念在选

8、择电力系统中各个电器元件时，最重要就是满足负荷电流的要求。因此必须要对电力系统各个负荷回路进行科学的计算和统计。计算负荷是通过负荷统计求出的。用来按发热条件选择电力系统中各个电气元件的额定电流、额定功率的负荷值。有功负荷表示为，无功计算负荷表示为，计算电流表示为。这是因为计算负荷基本上与从实际负荷曲线上查得的半小时（即30min）最大负荷相当相当。正确确定计算负荷意义重大。计算负荷的大小直接影响设备和导线选择得是否经济合理。若计算负荷偏大，将使设备和线路选的偏大，造成投资和金属的浪费。若计算负荷偏小，又可能使设备和导线在过负荷下运行，造成损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至毁坏。2.2用需要系

9、数法确定计算负荷目前普遍采用需要系数法确定计算负荷。需要系数法是世界各国均普遍采用的确定负荷计算的基本方法，运算简单方便。2.2.1需要系数法基本公式 (2-1) (2-2) (2-3) (2-4)式中：为有功计算负荷 ；为无功计算负荷；为视在计算负荷；为计算电流；为需要系数。2.2.2同时系数各组用电负荷不会同时出现，在计算总有功负荷和无功负荷，在确定具有多条负荷出线的干线的负荷，或低压母线上的负荷时，分别乘以一个小于1的同时系数。即： (2-5) (2-6)2.3各车间或用电设备的负荷计算2.3.1 NO.1-NO.5变电所380V负荷计算经原始资料分析，变电站2的负荷即简洁有具有代表性，

10、因此选取变电站2为例作详细的负荷计算。铸铁车间： P30=KdPe=0.35200=70KWQ30=P30tan=70kw1.02=71.4kvar S30=P30cos=P302+Q302=702+71.42=100kva I30=S303UN=1003380V=152A 照明： P30=KdPe=0.85=4KWQ30=P30=4KVA I30=S303UN=430.22=0.508A 总计: P30=P30照+P30动=70kw+4kw=74kwQ30=Q30照+Q30动=71.4kvar+0=71.4knarS30=S30照+S30动=100kva+4kvA=104KVAI30.2=S

11、303UN=71.430.22=108.33A为使计算结果简单明了，以下计算以表格的形式给出，各车间负荷统计情况见表2-1。表2-1 各车间380V负荷表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/KW需要系数Kd功率因数costan计算负荷P30(kW)Q30(kvar)S30(kVA)I30(A)1铸造车间动力2000.350.71.027071.4100156.2照明511040410.52锻压车间动力2300.250.651.1757.567.2888.46134.5照明11070718.423金工车间动力3000.20.651.176070.292.31140.3照明1106.406.416.

12、844工具车间动力2500.30.61.337599.75125189.5照明1107.207.218.935电镀车间动力2500.50.80.7512593.75156.25237.5照明1108.404.812.136热处理车间动力2000.50.80.751007512596.7照明1104.804.810.537装配车间动力1500.30. 171.024545.96493.6照明110404.812.638机修车间动力2000.20.651.174046.864.2106.4照明1104.8044.219锅炉房动力800.70.80.75564261.53106.4照明1101.60

13、4.84.2110仓库动力500.70.81.173.540.957081.91照明1101.601.64.2111生活区照明2500.70.90175017526612小计（K=0.9）796.23587.731112.41538.0二级负荷计算二级负荷车间包括铸造车间、电镀车间和锅炉房，我们可以根据需要系数法计算各车间的有功功率、无功功率、容量与工作电流。1.铸造车间计算负荷为：=156.2A2.铸铁车间6KV侧需配备两台工频炉，各计算负荷为：=134.5A3.铆焊车间和空压站6KV侧需配备两台空压机，各计算负荷为：=106.4A计算所得工厂各车间负荷统计情况见表2-2。表2-2 各车间6

14、kV负荷结果表序号高压设备名称设备容量(kW)Kdcostan计算负荷P30(kW)Q30(kvar)S30(kVA)I30(A)1锻造车间2000.350.71.027071.4100156.22电镀车间2300.250.651.1757.567.2888.46134.53锅炉房800.70.80.75564261.53106.4小计小计（K=0.9）165.15152.61224.991622.612.3 380V总负荷的计算380V侧总负荷：总计：2.4配电所所址的选择2.4.1变电站位置确定的原则变电所所址的选择按照国家有关标准和规范，应根据下列要求，选择确定：a. 靠近负荷中心；b.

15、 节约用地，尽量少占耕地及经济效益高的土地；c. 与实际情况相协调，以便线路的引入和引出；d. 交通运输方便；e. 远离有腐蚀性气体或多尘多水的场所，若无法避开，应有相应的保护措施；f. 具不宜设在易爆、有火灾危害的环境附近；g. 应考虑变电所与周围环境、附近设施的相互影响。工厂或车间的负荷中心的确定的方法有两种：一是负荷指示图法，二是按负荷功率矩法确定；本论文综合全厂负荷状况，选择后一种方法进行计算。2.4.2负荷中心的确定负荷功率矩法的基本原理是根据负荷的位置建立合理的直角坐标系，标出相应的负荷的直角坐标，再仿照求重心的方法求得负荷中心。设有负荷、和，他们在任选的的直角坐标系中的坐标分别为

16、（）、（）和（）。现假设总负荷的负荷中心位于坐标（）处，则仿照力学中的力矩方程可得： 即 (2-7) 即(2-8) 由此可求得负荷中心的坐标为（，）.2.4.3负荷中心的确定变电所的形式有很多种，优点各异。户外式配电装置具有运行维护方便，占地面积少、投资少等优点，而屋内式配电装置安装方便、运行可靠，故本设计总降压变电所35kV侧采用屋外式配电装置，变压器放置于露天。根据各车间的地理位置，车间建筑物结构、周围环境和车间负荷等情况，本设计详细考虑了各个车间的变电所形式。根据原始资料，本厂的主要负荷主要包括铸造车间、电镀车间、锅炉房等十一回用电负荷。下面，根据原始资料给给出的全厂总平面布置图中负荷安

17、装位置建立合理的坐标系，可得出各个车间及用电设备的坐标分别如下表所示：表2-3 各负荷对应坐标表车间或用电单位名称在坐标系中对应的点横坐标X纵坐标Y有功计算负荷Pi（kw）铸造车间锻压车间金工车间工具车间电镀车间热处理车间装配车间机修车间锅炉房仓库 因此可得出变电站的位置大致为（ ）。根据所得的负荷中心，以及综合考虑全厂的负荷情况，可以确定主降压变电所的位置，见图2-1所示：图2-1 工厂高压配电系统示意图第3章 变压器的选择与无功补偿3.1变压器的选择变压器的选择主要包括容量、台数、相数、绕组数、冷却方式、调压方式的选择。一般正常环境的变电所，可以选用三相油浸式双绕组变压器。国标GB1094

18、.11094.5-19962003规定，选择型号时要优先选择R10容量系列。推广用低损耗变压器，例如SL7、S7、S9等系列变压器。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用S9-M、S11-M、R等系列全密封式变压器。多层或高层建筑内的变电所，选用SC9等系列环氧树脂注干式变压器或SF6充气型变压器。根据本论文给出的条件我们可以选用SC系列干式变压器。3.1.1工厂总降压变电所供配电电压的选择而对于380V的11个车间，分别根据容量来选择380V的变压器。3.1.2变压器的损耗计算变压器是一种能量转换装置，在能量转换过程中必然产生损耗。变压器的有功损耗可以分为铁损耗和铜损耗。变

19、压器的铁损耗即铁芯中的有功功率损耗，就是主磁通在铁心中引起的磁滞损耗和涡流损耗。变压器的铜损耗即有负荷的情况下变压器一、二次绕组中的有功功率损耗。我们可以同过查询变压器参数得到空载损耗和短路损耗，也就是铁损耗和铜损耗。(3-1)有功功率损耗公式：式中：为空载损耗，为负载损耗，为有功功率损耗，变压器的负荷率。变压器的无功损耗也由两部分组成，一是用来产生主磁通的一部分无功功率，用表示。只与绕组电压有关，与负荷无关。二是额定负荷下消耗在变压器绕组的电抗上的无功功率，用表示。(3-2)有功功率损耗公式：式中：为空载电流，为短路阻抗。(3-3)S7和S9等型号的电力变压器的功率损耗可以按照下列的公式近似

20、计算。(3-4) 3.2 380V车间变压器的选择车间变电所变压器选择的原则与总降压变电所基本相同。在保证供电质量的同时尽量减少投资运行费用，从而达到经济性的要求。车间变电所台数的选择，对于二、三类负荷，变电所只需要设置一台变压器。其容量大于最大视在计算功率。同时，为保证供电可靠性，可以从其他车间变电所的低压母线上拉取备用电源，不仅在变压器故障的情况下可以正常运行，在分段母线发生故障的时候也可以保证供电的可靠性。对于一二级负荷较大的车间，才用两回线两台变压器并列运行，其容量选择与主变的选择相同。1. NO.1变电所变压器的选择已知S1=1112.4KVA，根据原始资料可知工厂的部分负荷为二类负

21、荷，且为保证供电可靠性，选择两台变压器供电，因此必须同时满足一下两个条件：每台变压器单独工作时必须能够承担全变电所70%的负荷，即：当一台变压器故障时，另一台必须能为全部一类及二类负荷供电，根据本厂的实际情况，铸造车间、锻压车间和锅炉房为二类负荷。即：所以变压器容量必须同时满足如下两个条件： =1.4KW；KW ；计算每台变压器的损耗：表3-2 S9系列铜线配电变压器的主要技术数据项目容量(kVA)电压组合(kV)联结组标号空载电流(%)短路阻抗(%)空载损耗(W)负载损耗(W)高压低压8010.50.4Dyn111.840.181.253.3无功补偿3.3.1无功补偿的意义无功功率平衡是保证

22、电力系统电压质量的基础。有效的电压控制和合理的无功补偿不仅可以保证供电质量，同时能提高电力系统运行的安全性、经济性和稳定性。电力系统的无功电源与无功负荷，在各个正常运行以及故障运行时，都应实行分层分区、就地平衡的原则，并且无功电源都应该具备灵活的调节能力，以及一定的检修备用容量和事故备用容量。在工厂中大多数的设备为电感性设备，从原始资料表里便可看出大多数的功率因数较低，无法满足供电部门对工厂的要求。因此必须对负荷进行无功补偿，提高功率因数。在10kV配电线路上，并联电容器的容量不可以过大，一般都为变压器总容量的5%10%。无功补偿的设备包括并联电容器、并联电抗器、同步调相机以及静止无功补偿装置

23、。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此本设计选用并联电容进行无功补偿。按照原始资料的要求，本厂的功率因数应该达到0.9以上。3.3.2无功补偿容量的计算(3-5)无功补偿的计算公式：式中：为有功计算功率，为补偿之前的功率因数对应的正切值，为补偿之后的功率因数对应的正切值总计： 则 考虑到安装方便，决定再10kV侧进行无功补偿。由该厂的负荷计算表可知,所有负荷归算到10kV侧的视在有功负荷为796.23kW，无功计算负荷为1112.4kvar。则功率因数为0.71。按规定，变电所高压侧的功率因数应高于0.9考虑到变压器本身的无功功率损耗QT远大于

24、其有功功率损耗PT，因此在进行无功补偿时，补偿后的功率因素应略高于0.90，这里取。则取则补偿后的视在功率为：本文采用并联电容器补偿，且补偿在10kV侧，即在10kV母线上装设20个型号为BWF6.3-120-1(额定容量为120kVar)的并联电容补偿器。3.4 10kV变压器的选择主变压器台数应根据负荷和经济性的要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台以上主变压器。a.有大量一级或二级负荷b.工厂有大量冲击负荷（高压电动机或电弧炉）c.工厂负荷不均衡，昼夜负荷或季节负荷变化比较大d.分期建设的企业，为节省投资，分期投入，以达到经济性的效果本机械厂最大视在功率达到800kVA，且部分属

25、于2级负荷，应装设2台变压器。由于本厂有1回10kV进线，即有一个进线电源，如果采用2台变压器，则能满足供电可靠性、灵活性的要求。若为节省投资而仅装设1台变压器，一旦出现1台主变故障，将会造成全厂失压从而造成巨大的损失。为避免这种情况的出现，充分利用双电源的作用，选择安装2台主变。根据负荷计算书可知，补偿后全厂总负荷为862.96kVA，所以应选择两台容量为1000kVA的变压器即S9-6300/35,参数如下:表3-3 10kV 1000kVA S9系列双绕组压变压器技术参数 项目容量(kVA)电压组合联结组标号空载电流(%)短路阻抗(%)空载损耗(kW)负载损耗(kW)高压(kV)高压分接

26、范围(%)低压(kV)1000105%0.4Yyn0第4章主接线的选择4.1主接线设计的要求电气主接线图即主电路图，是表示电力系统中电能输送和分配方式的电路图。工厂配电对主接线的基本要求，概括的说包括安全性、可靠性、灵活性和经济性。安全性：主接线的设计应按照国家标准和技术规范的要求，充分保证人身及设备的安全。可靠性：可靠性是指在保护范围以内发生故障时，继电保护装置应能可靠的动作，以切除故障，在保护范围之外的故障不或者系统正常运行时不误动。电气主接线必须保证用户供电的可靠性。经济性：在设计过程中，主要矛盾发生在经济性与可靠性之间。通常在保证可靠性的同时尽量减小投资。经济性主要包括：最少的投资、最

27、低的年运行费和最小的电能损耗。灵活性：电气主接线能适应各种运行状态，并可以在各种运行方式之间灵活切换。主要要求包括重要操作方便、调度方便和扩建方便。4.2主接线的基本形式主接线按照其汇流母线分可分为有汇流母线型和无汇流母线型。其中，有汇流母线的包括单母线接线、单母线分段、单母线分段带旁路母线接线、双母线接线、双母分段接线、双母线带旁路母线接线、3/2断路器接线、3/4台断路器接线等。无母线类型，如桥式、角形、单元接线等。单母线接线：具有接线简单清晰、设备少、投资相对小、运行操作方便，易于扩建等优点，隔离开关仅在检修电气设备是作隔离作用，不做倒闸操作，从而减少了误操作事故。但可靠性和灵活性较差，

28、电源只能并列运行，母线或隔离开关检修时所有回路都停电，且发生短路时，回路中短路电流较大，适用于出线负荷少、没有重要负荷的场合。单母线分段接线：具有单母线的所有优点，根据电源数目和功率，母线可分为23段，段分的越多停电范围随之降低，但使用的断路器及隔离开关的数目也随之增多，加大了投资，其配电装置和运行方式也相对复杂，所以段不宜分的过高。相对比与单母线接线，此接线方式可靠性和灵活性相对有所提高。适用于小容量发电厂的发电机配电装置，且每段母线的出线不多于5回； 。单母线带旁路母线接线：在单母线分段的基础上又增加了旁路母线、专用断路器和两个旁路回路隔离开关。各出线回路与旁路母线相连接。从而在检修任意断

29、路器时可以不中断该回路的供电，可靠性大大的提高，同时投资也相对加大，经济性降低。双母线接线：双母线接线是指工作线、电源线和负荷出线通过断路器隔离开关连接到两条母线上，两组母线都是工作线，互为备用。与单母线相比，双母线接线供电可靠、检修方便。当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，即可迅速恢复供电，减小停电范围。调度灵活，便于扩建。但使用设备多，配电装置复杂，经济性差。操作复杂，容易发生误操作，增大故障概率，不便实现自动化；双母线带旁路接线：双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上，增设旁路母线，当母线或断路器检修时，仍能继续供电；但旁路的倒闸操作比较复杂，增加了误操作机会，也

30、使保护及自动化系统复杂，投资费用较大。双母线分段带旁路母线接线：双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上，在母线上增设分段断路器。它具有双母线带旁路的优点，但投资较大，设备占地间隔较多。接线原则为：当设备连接的进出线总数为1216回时，在一组母线上设置分段断路器；当设备进出线总数为17回时及以上时，在两组母线上设置分段断路器。内桥接线：内桥接线的桥断路器装设在两回路进线断路器内侧，像桥一样将两条回路链接在一起。该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少，占地面积和所需投资相对较少，运行灵活性相对较好，供电可靠性高。可用于一二级负荷的工厂，同时适用于输电线路较长，故障机率较高，而变压器又

31、不需经常切换时采用。外桥接线：内桥接线的桥断路器装设在两回路进线断路器外侧。该接线方式的特点是需用断路器和其它设备少，占地面积和所需投资相对较少，经济性比较好。运行的灵活性和供电的可靠性也较好。但内桥式的使用范围不同。适用于较短的输电线路，故障机率相对较低，而变压器又需经常切换的情况。4.3主接线的选择4.3.1总降压变电所高压侧主接线的选择从原始资料可知工厂的高压侧进线为35kV等级2回，其中一回架空线路作为工作电源，另一回线路作为备用电源，两个电源不并列运行，且线路只有8km。因此将可供选择的方案有外桥接线和单母线接线，下面以表格的方式进行比较，综合选择。表4-1 主总降压变电所高压侧主接

32、线的比较接线方式单母线接线外桥接线可靠性可靠性相对较低可靠性高灵活性调度灵活，方便扩建操作简单、不方便扩建经济性占地面积大、增加了一条母线的投资占地面积少、增加一台断路器和两台隔离开关的投资的投资说明根据本厂的实际情况进线仅有1回，扩建可能性很小，本厂特点输电线路仅10km，出现故障的机率相对较低，综合考虑三方面的因素，选择可靠性高而经济性稍差的外桥的接线方式。4.3.2总降压变电所低压侧主接线的选择由于本厂低压侧的负荷共 回，负荷部分为二类负荷。以及便于日后馈线的扩建，决定选择有汇流母线的接线方式。因此将可供选择的方案有单母线分段接线和单母线分段带旁路母线的接线，下面以表格的方式进行比较，综

33、合选择。具体方案论证如下：表4-2总降压变电所低压侧主接线的比较接线方式单母线分段接线单母线带旁路母线的接线可靠性母线故障和检修时缩小了停电范围检修任意断路器时可以不中断该回路的供电，可靠性大大的提高灵活性调度灵活，方便扩建，重要负荷可从两端分别受电，有利于电源间的相互备用和负荷的合理分配与单母线分段相比，倒闸复杂，容易误操作，增加故障概率经济性与带旁母的单母分段相比，所用设备较少占地面积小单母线分段的基础上增加了旁路母线、专用断路器和两个旁路回路隔离开关，且增加了占地面积说明根据本厂的实际情况，本厂低压侧的负荷共 回，负荷部分为二类负荷，综合考虑三方面的因素，选择可靠性稍低但是经济性和灵活性

34、都较好的单母线分段接线。同时从其他车间变电所的低压母线上拉取备用电源，提高供电的可靠性。通过以上各步骤的设计，可以得出完整的变配电所主接线图，主接线图见附录。第5章 短路电流的计算5.1短路电流计算的目的供电系统要求对负荷可靠的地不间断地进行供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。因此，在设计中不仅要考虑正常运行状态，还要考虑可能发生的故障以及非正常运行状态。短路是系统中最长出现的故障，同时也是危害最大的故障。短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。短路后，系统中的短路电流比正常运行时的负荷电流大得多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的电流引起的非正常

35、的热效应和力效应会使线路中的器件受到损害。由于短路时系统的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。由此可见，短路的危害是很大的，因此必须设法消除可能引起短路的一切因素。同时还需要进行短路电流计算，以便正确地选择电气设备，满足短路电流的动稳定性和热稳定性，采取限制短路电流的措施，从而完全消除或减轻短路电流的危害。进行短路电流计算事必须考虑系统的最大运行方式和最小运行方式。最大运行方式下，系统的阻抗值最小，短路电流最大，作为选择电气设备型号的依据和继电保护装置整定计算的依据。最小运行方式下，系统的阻抗最大，短路电流最小，作为继电保护中灵敏度校验的依据。综上所述，短路电流的目的是为电气设备选择和继电保

36、护的配置提供依据。在三相运行的系统中，短路的形式有：三相短路、两相短路、单相短路以及两相接地短路。三相短路时，回路短路阻抗相等，因此三条回路的电流也相等，三相短路是对称短路。而其他的故障类型中，电压的幅值和相角都不相同，因此短路是非对称的。在所有的短路形式中，三相短路电流最大，因此对系统和设备的危害最大。在计算中，将以三相短路主要进行计算。5.2短路电流计算的方法和步骤进行短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。计算1kV以上高压宜采用标幺值法，低压400V宜采用欧姆法。标幺值法计算短路电流十分方便，无论计算哪个短路点电抗都不需要折算。故本设计采用

37、标幺值法计算。1、绘制计算电路图、选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的所有电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。短路计算点应选择得使需要进行短路效验的电器元件有最大可能的短路电流通过。2、设定基准容量Sd=100MVA和基准电压Ud=Uc（短路计算电压，即1.05UN），并计算基准电流。 （5-1） 3、计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值（一般只计算电抗标幺值）（1）电力系统的电抗标幺值的计算： （5-2）式中，为系统出口处断路器的短路容量，单位为MVA。（2）电力线路的电抗标幺值 （5-3）式中，UC线路所在电网的短路计算电压，单位为kV，UC=1.05UN.（

38、3）变压器的电抗标幺值的计算： （5-4）式中，Uk%为变压器的阻抗电压；SN 为变压器的容量。4、绘制短路回路等效电路，并计算总阻抗。分别对各短路计算点计算各短路电流、短路容量等。在无穷大容量系统中，存在下列关系： = （5-5） 高压电路中的短路冲击电流及其有效值，按下列公式近似计算： （5-6） （5-7） 三相短路容量按下式计算： （5-8） 5.3短路电流计算1、 绘制计算电路图、选择短路计算点。 图5-1 系统电路图2、计算各回路中元器件的标幺值。设定基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc（短路计算电压，即1.05UN），（1）电力系统的电抗标幺值：X1=Uc12S=1.1

39、025 （2） 线路电抗表5-1电力线路每相的单位长度电抗平均值线路结构线 路 电 压35kV及以上610kV220/380V架空线路0.400.350.32电缆线路0.120.080.06610kV进线10km架空线路电抗X2=X0l=0.3510=3.5Xk-1=X1+X2=4.5025Ik-1=UC13Xk-1=1.34Sk-13=3UC1IK-13=81.84MV.AX1=Uc22S=1.610-2X2=X0lUC2UC1=1.410-3X3X4第6章 电气设备的选择6.1电气设备选择与校验的条件电力系统中的故障概率尽管可以降低到很小，但仍然是不可避免的。而合理的选择电气设备可以减小故

40、障电流对电气设备的损害。电气设备要保证可靠地工作，必须按照正常工作条件进行选择，按照故障状态进行校验。尽管电力系统中各类电气设备的功能和工作条件并不一样，具体的选择方法也不尽相同，但是，对他们的基本要求却是一致的。1.按照正常工作条件选择电气设备额定电压：在电气设备的选择中，一般遵循电气设备的额定电压不小于安装地点的电网额定电压即： （6-1)额定电流：电气设备的额定电流应该不小于该回路在各种合理运行的方式下的最大持续工作电流，即： （6-2)环境条件对设备选择的影响：在选择电气设备时必须考虑运行的环境条件如温度、湿度、海拔高度、地震烈度、覆冰厚度以及有无防尘、防爆、防腐、防火等要求，若此类环境条件超过一般电气设备的正常使用条件时，应采取合理的措施。2.按照短路状态进行校验热稳定性校验：短路电流流过电气设备时，其各部件温度应不超过允许值。即应该满足： （6-3）动稳定性校验：动稳定是电气设备所能承受短路电流机械效应的能力。满足的条件为：