短路电流计算.doc

目 录
一、绪论 1
（一）、原始资料 1
（二）、设计内容 1
（三）、原始资料分析 2
二、电气主接线方案的拟定 3
（一）电气主接线的基本要求和设计原则 3
（二）主变压器的选择 3
（三）确定各侧接线方式 3
三、短路电流计算 3
（一）短路电流计算的目的 4
（二）短路电流计算的一般规定 4
（三）计算步骤 4
四、主要设备的选择 5
五、主要设备的配置 6
（一）、PT的配置 6
（二）CT的配置 7
（三）避雷器的配置 7
六、所用电设计 7
（一）用电电源数量及容量 8
（二）所用电源引接方式 8
（三）变压器低压侧接线 8
七、配电装置设计 8
八、主变保护的配置 9
九、无功补偿装置 10

一、绪论

（一）、原始资料
1、根据电力系统规划需新建一座220kv区域变电站，该站建成后与110kv和220kv电网相连，并供给近区用户，按规划该站装设两台容量为120MVA主变压器。
2、按规划要求，该站有220kv、110kv和10kv三个电压等级，220kv出线6回（其中备用2回），110kv出线8回（其中备用2回），10kv出线12回（其中备用2回）。变电站还安装4组5Mvar(共20Mvar)无功补偿电容器以满足系统调压要求。
3、110kv侧有两回出线供给远方大型冶炼厂（如：驻马店市南方钢铁公司），其容量为60000KVA，其它作为一些地区变电站进线，最大负荷与最小负荷之比0.6，10kv侧总负荷为30000KVA，Ⅰ、Ⅱ类用户占60％，最大一回负荷为2500KVA，最大负荷与最小负荷之比为0.65。
4、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：
220kv侧 cosφ=0.9 Tmax=3800小时/年
110kv侧 cosφ=0.85 Tmax=4200小时/年
10kv侧 cosφ=0.8 Tmax=4500小时/年
5、220kv和110kv侧出线主保护为瞬时动作,后备保护时间为0.15秒,10kv出线过流保护时间为2秒,断路器燃弧时间按0.05秒考虑。
6、系统阻抗：220kv侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kv母线侧为0.16(SJ=100MVA)，110kv侧电源容量为1000MVA，归算至本所110kv母线侧阻抗为0.32(SJ=100MVA)。

（二）、设计内容
1、拟定主接线方案
在对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑，拟定各级电压母线的接线方式，选择变压器型号、各级电压接线方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。
2、计算短路电流
根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流，并列表表示出短路电流的计算结果。
3、主要电器设备选择
包括主母线型号、断路器、隔离开关、限流电抗器、电压互感器、电流互感器、避雷器、绝缘子及穿墙套管。
4、电气设备配置
①、各级电压等级电压互感器
②、各回路电流互感器
③、各电压等级避雷器配置
5、配电装置设计
①、各电压等级配电装置选型与布置
②、220kv(110kv)平面图
6、所用电设计
①、根据要求计算所用电负荷
②、选择所用变压器型式、台数及容量。
③、设计所用电接线
7、主变保护配置
8、绘制工程设计图纸。
9、编写设计说明书

（三）、原始资料分析
1、变电所的规模
①、变电所类型：地区变电所
②、工程最终容量：240MVA，机组的型式降压变压器，台数2台。利用小时数8000小时/年。
③、第一期工程装机容量240MVA，台数2台。
2、电力系统与本所连接情况
①、变电所在电力系统中的地位和作用：地位为地区变电所，作用是联系发电厂和用户的中间环节，起着交换和分配电能的作用。
②、变电所联入系统的电压等级220kv，出线路数6回(备用2回)。
③、电力系统总装机容量240MVA，归算后的标幺电抗0.16(SJ=100MVA)。
3、电力负荷水平
①、高压侧负荷
220kv：出线6回(2回备用)，最大输送容量240MVA
cosφ=0.9 Tmax=3800小时/年
②、中压侧负荷
110kv：出线8回(2回备用)，最大输送容量240MVA
cosφ=0.85 Tmax=4200小时/年
③、低压侧负荷
10kv：出线12回(备用2回)，最大输送容量120MVA
cosφ=0.8 Tmax=4500小时/年

二、电气主接线方案的拟定

（一）电气主接线的基本要求和设计原则
（略）

（二）主变压器的选择
（略）…三相三绕组普通变电压器
（三）确定各侧接线方式
1.确定220kv侧接线
（略）…双母线带旁路的接线方式。
2.确定110kv侧接线
（同上）
3.确定10kv侧接线
（略）…单母线分段接线。
4.限制短路电流的方法
本设计在10kv侧加装限流电抗器，有计算书可知限制了10kv侧的短路电流，便于选择10kv侧断路器。
三、短路电流计算

（一）短路电流计算的目的
（略）
（二）短路电流计算的一般规定
1、计算的基本情况
①、电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。
②、短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
③、所有电源的电动势相位角相同。
④、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。
2、接线方式
计算短路电流时所用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），而不能仅用在切换过程中可能并列运行的接线方式。
3、计算容量
应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5－10年）。
4、短路种类
一般按三相短路计算，若中性点直接接地系统回路的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的进行校验。
5、短路计算点
对于带电抗器的6－10kv出线与厂用分支线回路，在选择母线至隔离开关之间的引线、套管时短路计算点应该取在电抗器前，选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。

（三）计算步骤
（略）
表3—1 短路电流计算结果
短路点
I″(KA)
(KA)
Ich(KA)
D1(110kv)
3.9943
3.9943
10.17
D2(220kv)
2.2509
1.8409
5.73
D3(10kv)不加电抗器
24.388
24.388
62.08
D3(10kv)加电抗器
19.78
19.78
50.439

四、主要设备的选择
……
（三）母线的选择
……
根据以上要求母线选择如下，见表3－1
电压等级
母线型号
220kv
LGJ—300
110kv
LGJQ－700
10kv
矩形铝导体 导体尺寸：125×10

（四）断路器选择
表4—2
电压等级
所选断路器型号
220kv
LW6—220/2500—40
110kv
LW11—110/1600—31.5
10kv
ZN—10/3150—40
各回路持续工作电流Ig.max
表 4—3
回路名称
计算公式
三相变回路

母线分段断路器或母联断路器回路
Ig.max一般为母线上最大一台发电机或一组变压器的持续工作电流
母线分段电抗器回路
Ig.max该母线上事故切除最大一台发电机时，可能通过的电抗器的电流计算，一般取该台发电机50－80％In
主母线
按潮流分布情况计算

（五）隔离开关的选择
所选隔离开关见表3－4
电压等级
隔离开关型号
220kv
GW6－220
110kv
GW4－110
10kv
GN1－10

（六）限流电抗器的选择
为了选择轻型、合适的断路器，10kv侧需要装一电抗器，所选型号为NKL－10－1500－10。
（七）电压互感器(PT)的选择
（八）电流互感器(CT)的选择
（九）穿墙套管、支柱绝缘子及10kv最大负荷出线电缆的选择
1、穿墙套管的选择：220kv、110kv均为户外配电装置，10kv采用屋内型，（型号：CLC－10D）
2、绝缘子的选择方法与穿墙套管，10kv支柱绝缘子选择：
（型号ZA-1和ZB-10两种）
3、由于10kv出线最大负荷为2500KVA，Imax＝151.6A，所以选：
（YJLV22－3×185电力电缆）

五、主要设备的配置

（一）、PT的配置
1、母线
除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一套PT，用于同期、测量仪表和保护装置。
2、线路
①、35kv及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压，进行同期和设置重合闸，装一台单相电压互感器。
②、对于高压出线，110kv以上装设有同期装置及自动重合闸、装电容式PT。
3、变压器
变压器低压侧为满足同期或保护的要求，装一套不完全星形接线的互感器。①、220kv侧
选用YDR－220 电压比：（
准确级和容量：0.5级：150VA 1级：220VA 3级：440VA
最大容量：1200VA
②、110kv侧
选用YDR－110 电压比：
准确级和容量：0.5级：150VA 1级：220VA 3级：440VA
最大容量：1200VA
③、10kv侧
选用JSJW－10（三相五柱式）
电压比：10KV/100V/（100/3）V
准确级和容量：0.5级：150VA 1级：220VA 3级：440VA
最大容量：960VA（辅助绕组接成开口三角形）

（二）CT的配置
1、对于保护用CT应尽量消除保护的死区。
2、为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线母线分段及母联断路器，旁路断路器等回路中均设有电流互感器，对于大接地短路电流系统，按三相配置，小接地短路电流系统按两相配置。
①、220kv侧
电源进线选用 LCLWD2－220/2×600/5
其他选用 LCLWD2－220/2×300/5
②、110KV侧
根据Ⅰ号、Ⅱ号主变、110kv母线及母联及各出线CT最大负荷电流，选用：
LCWD－110/600/5
③、10KV侧
根据I号、II号主变、10kv母线及母联及各出线CT最大负荷电流，选用
LMZD1－10/2000/5
各出线的最大负荷电流为151.6A，选用LA－10/200/5

（三）避雷器的配置
本设计避雷器选用氧化锌避雷器，其表如下：
安装地点
选用型号
安装地点
选用型号
变压器中性点
220kv：
Y1.5W-144/320
110kv：
Y1.5W-72/186
主变10kv侧
Y5W－12.7
220kv母线
Y10W1-200/500
110kv母线
Y10W1-100/260
主变220kv侧
Y1.5W-144/320
10kv母线
Y5W－12.7
主变110kv侧
Y1.5W-72/186
10kv出线
Y5W－12.7

六、所用电设计

该所容量为两台120MVA，并有4台补偿电容器共20Mvar，故必须装设两台所用变，直接由10kv母线供给电源，并设计备用电源自投装置。

（一）用电电源数量及容量
本所设计两台10kv干式变压器，两台变压器380v电源自动投入装置，保证低压母线的可靠供电，变压器型号：S9－100/10，容量为100KVA，全所事故照明电源由直流电源供给。
（二）所用电源引接方式
两回电源均有10kv母线引接，并要加装限流电抗器。因此，网络故障较多，从所外电源引接所用电源可靠性较低。
（三）变压器低压侧接线
所用电系统采用380/220v中性点直接接地的三相四线制，动力与照明共用一个电源。
1、所用变压器低压侧采用单母线接线方式，本所并采用单母分段接线方式，平时分列运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。
2、专用负荷采用所用变压器低压侧直接供给方式。
七、配电装置设计
（一）设计原则
……
（二）各级电压配电装置选择和布置
1、10kv配电装置
该级电压均为屋内布置，由于该级出线带有电抗器，故采用单层装置与成套混合式布置，电抗器及出线单独设置配电房，成套选型为KYN180金属铠装式柜。
站用电源直接用10kv开关柜和下层干式变压器成套混合而成。
①、土建工作量较小，费用较少，建设周期短。
②、扩建方便。
③、相邻设备之间的间隔较大，便于带电作业。
2、110kv配电装置
本设计选用屋外全封闭SF6断路器，手册上无断面图，暂以半高型配电装置代替全封闭SF6的布置。半高型配电装置是将母线及母线隔离开关升高，将断路器、电流互感器等电气设备布置在母线的下面。该布置方式在工程中运用较多，并具有一定的运行检修经验。
3、220kv配电装置
220kv半高型配电装置的特点同110kv电压级，现采用田字型布置，该布置占地面积为普通中型的60.6％，耗钢量为78.4％，且比较适应该所所处的地理位置。

八、主变保护的配置

（一）电力变压器的故障类型、不正常运行状态
……
（二）主变保护配置
针对故障类型和不正常运行状态，对变压器配置下列保护，其中瓦斯保护和差动保护为变压器的主保护。
1、瓦斯保护
变压器油箱内部的各种故障以及油面降低，它都能感应，其反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护作用于跳闸（切除故障主变后，使故障变压器脱离电源，限制故障范围）。
2、差动保护
本所主变压器容量达120MVA（在容量为6300KVA以上并列运行中，主变保护可采用差动保护，它作用于各侧电源的断路器，无时限的切除电源。
3、过电流保护
本所为两台120MVA的降压变压器，对外部相间短路引起的变压器过电流，主变保护配置过电流保护，保护装置的整定值应考虑事故状态下，可能出现的过电流。
4、零序保护
110kv、220kv电压级变压器中性点接地，为了防止外部接地短路长期流过变压器绕组，在110kv、220kv侧均装设零序保护。
5、过负荷保护
本所两台主变并列运行或单独运行，为防止主变超过其额定值而设置的保护，装设在220kv、110kv、10kv侧分别装设一相电流回路上，并延时动作于信号。
6、其它保护－－油压、温度保护

九、无功补偿装置

……
1、负荷所需补偿的最大容性无功量计算式为：
Qefm=Pfm(tgφ1-tgφ2)
Pfm--母线上的最大有功负荷(KW)，最大负荷为30×103KVA
φ1--补偿前的最大功率因数角（度）cosφ1=0.8
Φ2--补偿前的最大功率因数角（度）cosφ2=0.9
Qefm=Scosφ1(tgφ1-tgφ2)
=30×103×0.8(tgarccos0.8-tgarccos0.9)=6376.3Kvar
2、主变压器所需补偿的最大容性无功量计算式为：

查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选用TBB10-7800/100，双Y接线。
当变电所装设的最大容性无功量确定后，可用下式验算变电站母线电压升高的百分值

附录一 自耦变压器和三绕组变压器的经济比较

（一）自耦变压器
……
（二）普通三绕组变压器
型号SFPSZ9-120000
额定容量 高压/中压/低压（％） 100/100/50
额定电压 高压/中压/低压（kv） 220/121/10.5
损耗（KW）
阻抗电压
（各线圈值）％
综 合
投 资
空载
短路
高－中
高－低
中－低
高－中
高－低
中－低
1901
万元
123.1
510
165
227
24.7
14.7
8.8
同理可算出μ＝575.6万元（计算过程略）
Zo＝1901万元（主体设备投资）
选用普通型三绕组变压器。

附录二 短 路 计 算

电气主接线的等值电路如下：（不加电抗器）
0.16
0.094
0.1995
0.32
ｄ2
ｄ1
变压器等值电抗的计算：
由参考资料查得
V’s（1－2）＝10.17
V’s（3－1）＝17.63
V’s（2－3）＝11.4
ｄ3

折算：Vs（2－3）％＝V's（2－3）（Sn/S3n）
＝11.4％*120/60
＝22.8％
Vs（1－3）％＝V's（1－3）（Sn/S3n）
＝17.63％*120/60
＝35.26％
VS1%=0.5(US（1－2）％+US（3－1）％-US（2－3）％)
＝0.5（10.11％+35.26%-22.8%）
=11.315%
VS2%=0.5(US（1－2）％+ US（2－3）％-US（3－1）％)
＝0.5（10.11％+22.8％-35.26％）
＝-1.145％
VS3%=0.5(US（3－1）％+ US（2－3）％- US（1－2）％)
＝0.5（35.26％+22.8％-10.11％）
＝23.945％
折算为标幺值：Sj＝100MVA Vj＝Vac
等值电抗为：
X1＝（Vs1％/100）*（Sj/Sn）
＝11.315％*100/120
＝0.094
X2＝（Vs2％/100）*（Sj/Sn）
＝-1.145％*100/120
＝-0.012（约等于0）
X3＝（Vs3％/100）*（Sj/Sn）
＝23.945％*100/120
＝0.1995
220KV侧近似为无穷大系统，归算到本所220KV母线侧为0.16(Sj=100MVA),100KV侧电流容量为1000MVA，归算至所110KV母线侧阻抗为0.32（Sj＝100MVA）
等值电抗如下图： d3点短路
0.207
0.32
0.0975
消除a点
进行Y-△变换
ｄ３

Xa＝（0.16+0.094/2）+0.09975+0.09975*0.207/0.32
=0.3713
Xb＝0.32+0.09975+0.32*0.09975/0.207
＝0.574
简化图如上
0.3713
0.574
S2
S1

ｄ2
0.16
0.047
0.32

d2点短路时等值电路如下图：
S1为无穷大系统：

计算电抗：
Xjs2＝0.367*1000/100＝3.67＞3
不能查表，按无穷大系统得

计算电抗：

d1点短路时等值电路图如下：
0.16
0.047
0.32

得

为选择轻型断路器，在每台变压器低压侧串加限流电抗器短路电流的计算
设110KV侧亦为无穷大系统，则电源至电抗器前的系统电抗标幺值为：
要求将短路电流限制到20KA。
电抗器在额定参数下的百分电抗:
XL%=(-X15)××100%
=（-0.226）××100%
=1.87%
Imax===1649.6A
根据变压器低压側回路最大电流Imax,及查手册初选XKK－10／2000－4型电抗器，其XL％＝4、Ies=102KA、I2t=402×4=6.4×103(KA2S)
重算加入电抗器后10KV母线短路电流:
XL=XL%×=0.04×=0.1048
短路计算时间
tK=tpr+tab=2+0.1=2.1S
电气主接线等值电路图如下：
S1
S2
0.207
0.32
0.0997
0.0524

S3

网络变换得:
X13=X1+X3+
=0.207+0.15215+
=0.458
X23=X2+X3+
=0.32+0.15215+
=0.707
IS1===12KA
系统2对短路点的计算电抗为:
Xjs=X22×=7.07>3
短路电流周期分量的幅值已不随时间而变
IS1===7.78KA
I∑=12+7.78=19.78KA

附录三 主要电气设备的选择、校验

（一）、断路器的选择
1、220KV侧

根据电压 U=220KV 和 Ig.max
可知初步选定断路器 LW6－220／2500－40
其性能指标如下：
型号
电压（KV）
额定
电流
（A）
额定闭合电流（KA）
热稳定
电流
4S(KA)
固有分闸时间
（S）
额定开断电流
（KA）
额定
最大
LW6－220
220
252
2500
125
40
0.036
40
计算
结果
220
252
330.7
5.73
1.443

2.205
短路计算时:tk=tpr+tin+ta
=0.15+0.036+0.05
=0.236S<1S
Qp=I〃2t=2.252×0.236=1.19 KA2·S
Qnp=I〃2T=2.252×0.05=0.253 KA2·S
Qk=Qp+Qnp=1.19+0.253=1.443 KA2·S
冲击电流 ish=K××I〃=1.85×1.414×2.25=5.73KA
通过和所选断路器参数进行比较可见满足要求
2、110KV侧
最大一回负荷出线及110KV主变压器侧的断路器

根据 U=110KV Ig.max＝661.3A
可初步选定LW11－110／1600－31.5
LW11－110其性能指标如下：
型号
电压（KV）
额定
电流
（A）
额定闭合电流（KA）
热稳定
电流
4S(KA)
固有分闸时间
（S）
额定开断电流
（KA）
额定
最大
LW11－110
110
126
1600
80
40
0.04
31.5
计 算结 果
110
126
661.3
10.17
4.628

3.994
短路计算时:tk=tpr+tin+ta
=0.15+0.04+0.05
=0.24S<1S
Qp=I〃2t=3.99432×0.24=3.83 KA2·S
Qnp=I〃2T=3.99432×0.05=0.798 KA2·S
Qk=Qp+Qnp=3.83+0.798=4.628 KA2·S
冲击电流 ish=K××I〃=1.85×1.414×3.994=10.17KA
通过和所选断路器参数进行比较可见满足要求
3、10KV侧

根据 U=10KV Ig.max＝1649.6A
可初步选定ZN—10/3150—40
其性能指标如下：
型号
电压（KV）
额定
电流
（A）
额定闭合电流（KA）
热稳定
电流
2S(KA)
固有分闸时间
（S）
额定开断电流
（KA）
额定
最大
ZN－10
10
11.5
3150
100
40
0.08
40
计 算结 果
10
11.5
1649.6
62.08
1267

24.388
短路计算时:tk=tpr+tin+ta
=2+0.08+0.05
=2.13S>1S
Qp=I〃2t=24.3882×2.13=1267 KA2·S
因tk>1S,不计非周期分量
QK＝Qp=1267 KA2·S
冲击电流 ish=K××I〃=1.85×1.414×24.388=62.08KA
通过和所选断路器参数进行比较可见满足要求

（二）隔离开关的选择
1、220Kv侧
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（KA）
GWS—220G
220
1000
50
21
计算结果
220
330.7
5.73
1.443
校验热稳定、动稳定满足要求，可以选用
2、同理110KV、10KV侧选定开关满足要求（过程略）

（三）、母线的校验
1、220KV侧
Ig.max＝
由Ig.max、额定电压U 可初步选定钢芯铝铰线LGJ－300

2、110KV侧
Ig.max＝
由Ig.max、额定电压U 可初步选定钢芯铝铰线LGJQ－700

3、10KV侧
Ig.max＝
Sj＝Ig.max/J=1.455/1.15=1265（J=1.15）
查矩形导体表，同此参数最接近的为125*10

（四）电抗器的校验
电抗器的性能指标如下：
型号
额定电压
(KV)
额定电流（A）
动稳定电流（KA）
热稳定电流
（4S）(KA)
XKK－10－2000－4
10
2000
102
40
Ig.max＝1649.6A
电抗器电压损失校验

电抗器动、热稳定校验
ish=ksh××I〃=2.55×19.78=50.439<102
Qk=I2×t=19.782×2.1=0.82×103<6.4×103
满足要求

（五）PT/CT的选择
1、10KV出线CT的选择：

初步选用LAJ－10，300/5由于送给计费电度表用，故选0.5级，二次负荷额定阻抗1Ω，动稳定倍数Kd=180,热潮稳定倍数Kr＝100
电流互感器负荷：
仪表电流线圈
A相
B相
C相
电流表（46L1－A）
0.3

无功电度表DX1
0.275
0.55
0.275
有功电度表
0.5

0.5
总计
1.125
0.55
0.775
互感器二次额定容量

最大相负荷 SA＝1.125VA<25/3VA 满足要求
热稳定、动稳定校验

2、10KV母线PT的选择
由于10KV是中性点不接地系统，电压互感器除供测量仪表外，还用来作交流电网绝缘监视，所以选用JSJ－10型三相五柱式电压互感器，10/0.1/（0.1/3）KV，所以回路中接有计费用电度表，故互感器选0.5级准确级
三相额定容量Se＝120KV 接线：YN/YN/d0
电压互感器各相负荷分配（不完全星形负荷部分）
名称及型号
每线圈消耗功（VA）
仪表电压线圈
仪表
数目
AB相
BC相

CosФ
SinФ

Pab
Qab
Pbc
Qbc
功率表46D1－W
0.6
1

3
1.8

1.8

功率表46D1－VAR
0.5
1

1
0.5

0.5

有功电度表DS1
1.5
0.38
0.925
7
3.99
9.71
3.99
9.71
46L1－Hz
0.5
1

1
0.5

46L1－V
0.2
1

1

0.2

无功电度表DX1
1.5
0.38
0.925
2
1.14
2.78
1.14
2.78
总计

7.93
2.49
7.63
12.49
由表求出二次负荷为：

各相接有绝缘监视电压表V(Pˊ=0.2, Qˊ=0)
A相负荷为：

同理得出B相总负荷为：

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