第四篇降压变电所设计计算书.docx
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第四篇降压变电所设计计算书
第四篇降压变电所设计计算书
一:
B变电所短路电流计算
1.1.各元件参数计算
取UB=Up=115KVSB=100MVA
系统等值电路如图:
F1、F2:
Xd″=0.122COSФN=0.8
F3:
Xd″=0.124COSФN=0.8
变压器:
B1、B2:
Ud%=10.5SFL1-31500/110
B3:
Ud%=10.5SFPL1-63000/110
B4、B5:
Ud%=10.5SFZ9-8000/110
联络线:
2×LGJ-185/3080kmX1=0.41Ω/km
XF1*=XF2*=0.122×100/25/0.8=0.39
XF3*=0.124×100/50/0.8=0.198
XT1*=XT2*=10.5×100/100/31.5=0.333
XT3*=10.5×100/100/63=0.167
XT4*=XT5*=10.5×100/100/8=1.313
XLC*=0.5×0.41×80×100/1152=0.124
EB:
XL1*=12.87×100/1152=0.097
EA:
XL2*=12.87×100/1152=0.097
AB:
XL3*=11.03×100/1152=0.083
系统:
XC=0.18S=1200/0.8=1500KVA
XC1*=0.18×100/1500=0.012
1.2.简化等值网络如图
因短路点距发电机距离较远,对连接在同一母线上的发电机可等值合并成一台发电机。
XF*=0.5(XF3*+XT*)(XF1*+XT1*)/[XF3*+XT3*+0.5(XF1*+XT1*)]
=0.5(0.198+0.167)(0.39+0.333)/[0.198+0.167+0.5(0.39+0.333)]
=0.182
XC*=XLC*+XC1*=0.012+0.124=0.136
XL4*=XL2*+XL3*=0.097+0.083=0.18
XL1*=0.097
XT4*=XT5*=1.313
1.3.各短路点短路电流计算
1.3.1.k1点短路
运行方式:
-QF2断开
原因:
XL1* 目的: 选择-QF1、-QF2、-QF3、-QS11、-QS12、-QS21、-QS22、-QS31、-QS32的设备型号,等值电路如图 求转移电抗: XF*′=XF*+XL1*+XF*XL1*/XC*=0.182+0.071+0.182×0.071/0.136=0.348 XC*′=0.136+0.167+0.136×0.167/0.182=0.260 求计算电抗: (以发电机、系统本身额定参数归算) XF.js*=XF*′×PFΣ/COSФ/SB=0.348×100/0.8/100=0.435 XC.js*=XC*′×PC/COSФ/SB=0.260×1200/0.8/100=3.9>3相当于无限大电源系统 短路时间t=tpr+tab=3+0.1=3.1S I″C*=IC½t*=ICt*=1/3.9=0.256 查短路电流运算曲线可知(见教材《电力系统分析》附录Ⅲ图Ⅲ-1、2): I″F*=2.43IF½t*=1.95IFt*=2.08 有名值: I″=2.43×100/(0.8×1.732×115)+0.256×1200/(0.8×1.732×115) =3.453KA I½t=1.95×100/(0.8×1.732×115)+0.256×1200/(0.8×1.732×115) =3.152KA It=2.08×100/(0.8×1.732×115)+0.256×1200/(0.8×1.732×115) =3.233KA ish=2.55×I″=1.414×1.8×3.453=8.79KA ∵t>1S ∴短路电流热效应: QK=Qp=3.1×(3.4532+10×3.1522+3.2332)/12 =31.45[(KA)2S] 1.3.2.k2点短路 运行方式: 正常运方 原因: k2点短路流经-QS51的故障电流最大。 目的: 选择-QS41、-QS51的设备型号,等值电路如图 Xd*=0.071//0.181=0.051 求转移电抗: XF*′=0.182+0.051+0.182×0.051/0.136=0.301 XC*′=0.136+0.051+0.136×0.051/0.182=0.225 求计算电抗: (以发电机、系统本身额定参数归算) XF.js*=XF*′×SFΣ/COSФ/SB=0.301×100/0.8/100=0.376 XCjs*=XC*′×SC/COSФ/SB=0.225×1200/0.8/100=3.375>3 短路时间t=tpr+tab=3+0.1=3.1S I″C*=IC½t*=ICt*=1/3.375=0.296 查短路电流运算曲线可知: I″F*=2.85IF½t*=2.3IFt*=2.4 有名值: I″=2.85×100/0.8/1.732/115+0.296×1200/0.8/1.732/115=4.018KA I½t=2.3×100/0.8/1.732/115+0.296×1200/0.8/1.732/115=3.672KA It=2.4×100/0.8/1.732/115+0.296×1200/0.8/1.732/115=3.735KA ish=1.414×Km×I″=1.414×1.8×4.018=10.227KA ∵t>1S ∴短路电流热效应: QK=Qp=3.1(4.0182+10×3.6722+3.7352)/12=42.607[(KA)2S] 1.3.3.k3点短路 运行方式: 停一台主变 原因: k3点短路流经-QF4的故障电流最大。 目的: 选择-QF4、-QF5、-QF6、-QS61的设备型号,等值电路如图 Xd*=0.071∥0.180+1.313=1.364 求转移电抗: XF*′=0.182+1.364+0.182×1.364/0.136=3.371 XC*′=0.136+1.364+0.136×1.364/0.182=2.519 求计算电抗: (以发电机、系统本身额定参数归算) XF.js*=3.371×100/0.8/100=4.214>3 XC.js*=2.519×1200/0.8/100=37.79>3 短路时间t=tpr+tab=2.0+0.1=2.1S I″C*=IC½t*=ICt*=1/37.79=0.0265 I″F*=IF½t*=IFt*=1/4.214=0.237 有名值: I″=I½t=It =0.237×100/0.8/1.732/10.5+0.0265×1200/0.8/1.732/10.5=3.815KA ish=1.414×Km×I″=1.414×1.8×3.815=9.71KA ∵t>1S ∴短路电流热效应: QK=Qp=2.1(3.8152+10×3.8152+3.8152)/12=30.56[(KA)2S] 1.3.4.k4点短路 运行方式: 正常运行 原因: k4点短路流经10KV母线的故障电流最大。 目的: 选择和校验10KV母线设备型号,等值电路如图 Xd*=0.071∥0.180+1.313∥1.313=0.708 求转移电抗: XF*′=0.182+0.708+0.182×0.708/0.136=1.837 XC*′=0.136+0.708+0.136×0.708/0.182=1.419 求计算电抗: (以发电机、系统本身额定参数归算) XF.js*=1.837×100/0.8/100=2.296 XC.js*=1.419×1200/0.8/100=21.29>3 短路时间t=tpr+tab=1.0+0.1=1.1S I″C*=IC½t*=ICt*=1/21.29=0.047 查短路电流运算曲线可知: I″F*=0.46IF½t*=0.45IFt*=0.45 有名值: I″=0.46×100/0.8/1.732/10.5+0.047×1200/0.8/1.732/10.5=7.04KA I½t=It=0.45×100/0.8/1.732/10.5+0.047×1200/0.8/1.732/10.5=6.97KA ish=1.414×Km×I″=1.414×1.8×7.04=17.92KA ∵t=2.1S>1S ∴短路电流热效应: QK=Qp=2.1(7.042+10×6.972+6.972)/12=80.07[(KA)2S] 1.3.5.k5点短路 运行方式: 正常运行 原因: k5点短路流经-QF7的故障电流最大。 目的: 选择-QF7、所用变及10KV变电所高压熔断器等设备,等值电路图同k4点短路。 由上计算结果得: 有名值: I″=0.46×100/0.8/1.732/10.5+0.047×1200/0.8/1.732/10.5=7.04KA I½t=It=0.45×100/0.8/1.732/10.5+0.047×1200/0.8/1.732/10.5=6.97KA ish=1.414×Km×I″=1.414×1.8×7.04=17.92KA ∵t=1.1S>1S ∴短路电流热效应: QK=Qp=1.1(7.042+10×6.972+6.972)/12=41.94[(KA)2S] 二.电气设备的选择和校验 2.1.断路器和隔离开关选择 按正常工作电压、电流及使用环境选择,按短路冲击电流及热效应进行校验 2.1.1.-QF1、-QF2、-QF3选择 环网EABE中EA解环后,流过-QF1的最大持续电流为: Igmax=(12/0.89+11/0.84)×103/1.732/110=139.5A EB解环时,流过-QF2、-QF3的最大持续电流较小,为了便于检修,-QF1、-QF2、-QF3选择LW6-110/1600型开关。 对所选断路器的技术数据进行比较 计算数据 技术数据 UN(KV) 110 UN(KV) 110 Igmax(A) 139.5 IN(A) 1600 I″(KA) 3.453 INbr(KA) 31.5 ish(KA) 8.79 Ies(KA) 55 INcl(KA) 55 Qk[KA2.s] 31.45 It2t[KA2.s] 3076 通过比较,各项计算数据均满足要求 2.1.2.-QS11、-QS12、-QS21、-QS22、-QS31、-QS32选择 计算数据同-QF1、-QF2、-QF3,选择GW4-110D/600型隔离开关,配CS-14G操作机构。 现对所选的隔离开关技术数据与计算数据进行比较 计算数据 技术数据 UN(KV) 110 UN(KV) 110 Igmax(A) 139.5 IN(A) 600 ish(KA) 8.79 Ies(KA) 50 Qk[KA2.s] 31.45 It2t[KA2.s] 1004 通过比较各项技术数据均满足要求 2.1.3.-QS41、-QS51的选择 Igmax=1.40×8×103/1.732/110=58.83A 选择用GW4-110D/600型隔离开关,配CS-14G操作机构。 现对所选的隔离开关技术数据与计算数据进行比较 计算数据 技术数据 UN(KV) 110 UN(KV) 110 Igmax(A) 58.8 IN(A) 600 ish(KA) 10.227 Ies(KA) 50 Qk[KA2.s] 42.607 It2t[KA2.s] 1004 通过比较各项技术数据均满足要求 2.1.4.-QF4、-QF5、-QF6选择 按停运一台主变,另一台过负荷40%计算,-QF6的正常工作电流小于-QF4、-QF5,为了维修、维护方便及今后的发展选型应一致: Igmax=1.4×8×103/1.732/10=646.7A 安装地点: 户内。 故选择ZN12-10/1250型开关,配CT8操作机构。 对所选断路器的技术数据进行比较 计算数据 技术数据 UN(KV) 10 UN(KV) 10 Igmax(A) 646.7 IN(A) 1250 I″(KA) 3.815 INbr(KA) 31.5 ish(KA) 9.71 Ies(KA) 80 INcl(KA) 80 Qk[KA2.s] 30.56 It2t[KA2.s] 2084 通过比较,各项计算数据均满足要求 2.1.5.–QF7选择 -QF7为10KV出线断路器,B变电所最大负荷为11MW,每回出线按2000KW考虑,共有6条出线,需断路器6台。 每回线最大持续工作电流为: Igmax=1.05×2000/1.732/10/0.85=142.6A 安装地点: 户内。 故选择ZN4-10C/600型开关,配CT8操作机构。 对所选断路器的技术数据进行比较 计算数据 技术数据 UN(KV) 10 UN(KV) 10 Igmax(A) 142.6 IN(A) 600 I″(KA) 7.04 INbr(KA) 17.3 ish(KA) 17.92 Ies(KA) 44 INcl(KA) 44 Qk[KA2.s] 41.94 It2t[KA2.s] 329.2 通过比较,各项计算数据均满足要求 2.1.6.-QS73的选择 10KV出线共6条,需隔离开关6把;压变及所用变高压侧共需4把;计10把。 最大工作电流同-QF7,Igmax=142.6A安装地点: 户内。 选GN6-10T/600闸刀,配CS6-1T操作机构。 对-QS73的计算数据与技术数据进行比较 计算数据 技术数据 UN(KV) 10 UN(KV) 10 Igmax(A) 142.6 IN(A) 600 ish(KA) 17.92 ies(KA) 52 Qk[KA2.s] 41.94 It2t[KA2.s] 440 通过比较各项技术数据均满足要求 2.2.10KV母线桥的选择 2.2.1.按经济电流密度选择 已知: TmaxB=5256h查经济电流密度曲线J=0.76A/mm2 经济截面积Sj=Igmax/J=1.05×8×1000/1.732/10/0.76=638.1mm2 选用100×10单母矩形导线,三相水平平放,Ial=1663A, 集肤效应系数Ks=1.08 2.2.2.按长期允许发热校验 考虑实际环境温度修正系数K=0.92 KIal=0.92×1663=1529.96A 按变压器过负荷校验 Imax=1.40×8×1000/1.732/10=646.7A 2.2.3.热稳定校验 由短路电流计算可知QK=80.07[(KA)2S] 导体正常最高工作温度 θmax=θ0+(θal-θ0)×Imax2/Ial2=32+(70-32)×646.72/1529.962 =38.8℃ 查表得热稳定系数C=99 导体允许最小截面积: =93.9mm2 所选矩形导体S=100×10mm2=1000>93.9mm2 满足热稳定要求。 2.2.4.动稳定校验 a=0.25ml=1.2m m=h×b×pw=0.1×0.01×2700=2.7(kg/m) I=bh3/12=0.01×0.13/12=0.833×10-6(m4) 按母线桥为两端简支多跨梁查表得频率系数Nf=3.56 铝导体弹性模量E=7×1010Pa =362.98HZ>135HZ 故β=1 单位长度导体相间电动力 fph=1.73×10-7ish2/a=1.73×10-7×17.922×106/0.25=380.48N/m 单条矩形导体截面系数W=b×h2/6=0.01×0.12/6=1.67×10-5m3 导体最大相间计算应力: бph=fph×l2/10W=380.48×1.22/10/1.67×10-5=5.62×106pa 查表知硬铝бal=70×106Pa бph<бal动稳定满足要求。 2.3.10KV汇流母线选择 2.3.1.按长期发热允许电流选择截面。 Igmax=1.05ID.N=1.05×11×103/0.84/1.732/10=793.9A 选用单条矩形导体80×8,采用三相水平平放, Ial=1249A,Ks=1.04 Igmax 2.3.2.热稳定校验 由短路电流计算可知Qk=41.94[(KA)2S] 导体正常最高工作温度: θmax=θ0+(θal-θ0)×Imax2/Ial2=32+(70-32)×793.92/1149.12=50.1℃ 可以查得热稳定系数C=95 导体允许最小截面积: =69.5mm2 所选矩形导体S=80×8mm2=640>Smin,满足热稳定要求。 2.3.3.动稳定校验 a=0.25ml=1.2m m=h×b×pw=0.08×0.008×2700=1.728kg/m I=bh3/12=0.008×0.083/12=0.341×10-6m4 按母线桥为两端简支多跨梁查表得频率系数Nf=3.56 铝导体弹性模量E=7×1010Pa =290.56HZ>135HZ 故β=1 单位长度导体相间电动力 fph=1.73×10-7ish2/a=1.73×10-7×17.922×106/0.25=380.48N/m 单条矩形导体截面系数W=b×h2/6=0.008×0.082/6=8.53×10-6m3 导体最大相间计算应力: бph=fph×l2/10W=380.48×1.22/10/8.53×10-6=11×106pa 查表知硬铝бal=70×106Pa бph<бal动稳定满足要求。 2.4.绝缘子选择 2.4.1母线桥支柱绝缘子选择 ①、按额定电压选择UN≥UN.S ②、根据安装地点选择户外式,考虑防污应选用高一级产品ZPC-35。 ③、动稳定校验: 抗弯破坏负荷Fde=12250N,高度H=400mm H1=H+b+h/2=400+12+10/2=417mm Fmax=1.73×10-7ish2L/a=1.73×10-7×9.712×106×1.2/0.25=78.29N Fc=FmaxH1/H=78.29×417/400=81.6N<0.6Fde=7350N 故动稳定校验合格。 2.4.2.汇流母线支柱绝缘子选择 ①、按额定电压选择UN≥10KV ②、根据安装地点选择户内式,选用ZC-10型。 ③、动稳定校验: 抗弯破坏负荷Fde=12250N,高度H=225mm H1=H+b+h/2=225+12+8/2=241mm Fmax=1.73×10-7ish2L/a=1.73×10-7×17.922×106×1.2/0.25=781.6N Fc=FmaxH1/H=781.6×241/225=837.2N<0.6Fde=7350N 故动稳定校验合格。 2.5.穿墙套管选择 2.5.1.母线桥穿墙套管选择 ①、按额定电压选择: UN≥10KV ②、额定电流: IN≥Imax/K 母线桥穿墙套管Imax=1.4×11×103/0.84/1.732/10=1058.5A IN≥Imax/K=1058.5/0.92=1150.6A 选择CWLC-10/1500型,查表得Fde=12250N,l=570mm,It=40KA ③、热稳定校验: It2×t≥Qk It2×t=40×40×5=8000[(KA)2S]>Qk=80.07[(KA)2S] 热稳定校验满足要求 ④、动稳定校验: 计算跨距lc=(l1+l2)/2=(1.2+0.57)/2=0.885m Fmax=1.73×10-7ish2lc/a=1.73×10-7×9.712×106×0.885/0.25 =51.5N<0.6Fde=7350N 动稳定检验满足要求。 2.5.2.汇流母线穿墙套管选择 ①、根据额定电压选用CLB-10/1000型 ②、查表知: Fde=7350N,l=520mm lc=(l1+l)/2=(1.2+0.520)/2=0.86m Fmax=1.73×10-7ish2lc/a=1.73×10-7×17.922×106×0.86/0.25 =560.2N<0.6Fde=4410N 动稳定校验满足要求。 2.6.高压熔断器选择 2.6.1.所用变高压熔断器 作为过电流保护用,故选择RN1型。 ①、按额定电压选择: UN≥10KV ②、按额定电流选择: 熔管额定电流应大于熔体额定电流INft≥INfS=KImax K—可靠性系数,取1.3。 INfS=Imax=1.4IB.N INfS=1.3×1.4×50/1.732/10=5.25A 故选用RN1-10/10型,最大开断容量为200MVA ③、开断电流校验: IN.br=200/10=20KA>I″=7.04KA满足要求 2.6.2.10KV压变用高压熔断器选择 10KV母线压变装在屋内,故选择高压熔断器为RN2型 ①、按额定电压和开断容量选择。 RN2-10/0.5型最大开断容量1000MVA ②、熔断器开断电流校验: IN.br=1000/10=100KA>I″=7.04KA满足要求 所用变熔断器: RN1-10/10型。 压变熔断器: RN2-10/0.5
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