220kv张场短路计算及设备选择.docx
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220kv张场短路计算及设备选择
设计计算书
工程编号100-BA06131C工程名称张场220kV变电站新建工程
设计阶段初步D卷无册
项目名称短路电流计算及主要设备选择
计算名称短路电流计算及主要设备选择
计算软件名称（版本号）无
封面封底1页计算纸15页附图无页共计16页
批准人月日
审核人月日
校核者月日
计算者月日
电力规划设计研究院
2012年6月4日北京
220kV张场变电站短路电流计算及设备选择
一.短路电流计算:
1.原始资料:
由我院规划咨询部提供
（1）.主变压器:
三台三相三绕组有载调压变压器180MVA
型号:
SSZ11-180000/220
电压比:
230±8×1.25%/121/38.5kV
容量比:
100/100/50
接线组别:
YN,yn0,d11
阻抗:
UdI-II%=14
UdII-III%=8
UdI-III%=23
（2）.220kV母线最大穿越功率为:
900MVA
（3）.2020年系统远景最大运行方式下，220kV张场变电站220kV母线的系统阻抗如下：
正序阻抗标么值为：
0.0092538
零序阻抗标么值为：
0.014852
220kV母线短路容量及短路电流：
三相短路容量：
10336.394MVA三相短路电流：
27.126kA
单相短路容量：
9252.304MVA单相短路电流：
24.281kA
（4）.基准容量为:
Sj=100MVA基准电压为:
Uj=230kV
2.主变压器三侧阻抗标幺值分别为:
UdI%=1/2（UdI-II%+UdI-III%-UdII-III%）
=1/2（14+23-8）=14.5
UdII%=1/2（UdI-II%+UdII-III%-UdI-III%）
=1/2（14+8-23）=-0.5
UdIII%=1/2（UdI-III%+UdII-III%-UdI-II%）
=1/2（23+8-14）=8.5
于是标幺值为:
XI*=14.5%×100/180=0.081
XII*=-0.5%×100/180≈0
XIII*=8.5%×100/180=0.047
3.系统接线图
4.等值阻抗图
基准容量为:
Sj=100MVA基准电压为:
Uj=230kV
采用Y/△变换简化等值阻抗图，简化后的等值阻抗图为：
5.短路电流计算:
（1）K1点短路:
XK1*=0.0092538
SK1=100×（1/0.0092538）=10806.4（MVA）
IK1=IJ/XK1*=（SJ/√3UJX1）/XK1*
=[100/（√3×230）]/0.0092538=27.127（kA）
Ich1=√2KchIK1=2.55×IK1=2.55×27.127=69.17（kA）
（2）K2点短路:
XK2*=0.0092538+0.081/3=0.0363
SK2=100×（1/0.0363）=2724.8（MVA）
IK2=IJ/XK2*=（SJ/√3UJX2）/XK2*
=[100/（√3×115）]/0.0367=13.68（kA）
Ich2=2.55×IK2=2.55×13.68=34.88（kA）
（3）K3点短路（三台主变分裂运行）
XK3*=0.0092538+（0.081/3+0.047）=0.0832
SK3=100×（1/0.0832）=1201.15（MVA）
IK3=IJ/XK3*=（SJ/√3UJX3）/XK3*
=[100/（√3×37）]/0.0832=18.755（kA）
Ich3=2.55×IK3=2.55×18.755=47.83（kA）
（4）K3点短路（两台主变并列运行）
XK3*=0.0092538+（0.081/3+0.047/2）=0.06
SK3=100×（1/0.06）=1666.6（MVA）
IK3=IJ/XK3*=（SJ/√3UJX3）/XK3*
=[100/（√3×37）]/0.06=26.01（kA）
Ich3=2.55×IK3=2.55×26.01=66.32（kA）
（5）.K3点短路（三台主变并列运行）
XK3*=0.0092538+（0.081/3+0.047/3）=0.0524
SK3=100×（1/0.0524）=1908.4（MVA）
IK3=IJ/XK3*=（SJ/√3UJX3）/XK3*）
=[100/（√3×37）]/0.0524=29.78（kA）
Ich3=2.55×IK3=2.55×29.78=75.94（kA）
6.短路容量,短路电流,冲击电流一览表
短路点
短路容量（MVA）
短路电流（kA）
冲击电流（kA）
K1
10806.4
27.127
69.17
K2
2724.8
13.68
34.88
K3（三台主变分列）
1201.15
18.755
47.83
K3（两台主变并列）
1666.6
26.01
66.32
K3（三台主变并列）
1908.4
29.78
75.94
本计算书按照选用普通阻抗变压器，35kV侧两台并列运行考虑进行设备选择。
二.设备选择中短路电流假想时间tjs的确定：
1.选择电器时计算时间tjs的确定：
（1）.热稳定持续时间tjs：
（见：
《导体和电器选择设计技术规定》第5.0.13条规定“对电器宜采用后备保护动作时间加相应断路器的开断时间”）
tjs=tb+tfd
注：
tjs热稳定持续时间（s）
tb后备保护动作时间（s）（后备保护全部按照有延时整定计算）
tfd断路器开断时间（s）
tb220kV：
3s110kV：
3.6s35kV：
2.4s
tfd220kVGIS：
0.05s（见《通用设备》2009年版P150）
110kVGIS：
0.06s（见《通用设备》2009年版P164）
VD4，HD4：
0.06s
所以：
220kV：
tjs=3+0.03=3.05s
110kV：
tjs=3.6+0.04=3.66s
35kV：
tjs=2.4+0.06=2.46s
2、计算导体时tjs的确定：
根据《导体和电器选择设计技术规定》第5.0.13条规定“对导体（不包括电缆），宜采用主保护动作时间加相应断路器开断时间”及《电力工程电气设计手册电气一次部分》P233表6-5得：
220kV：
tjs=0.1s
110kV：
tjs=0.1s
35kV：
tjs=0.15s
三.高压电器设备选择：
1.高压断路器
（1）.220kV侧：
SK1=10321.5（MVA）；IK1=25.91（kA）；Ich1=66.07（kA）；tjs=3.05（s）;
故：
选用GIS组合电器，220kVGIS最高电压为252kV。
断路器技术参数为：
额定电流：
3150A
额定开断电流：
50kA
额定短时耐受电流：
50kA（3s）
额定峰值耐受电流：
125kA
制造厂保证的最高工作电压为Uzd=252kV
回路的工作电压为：
Ug=220kV所以：
Uzd>Ug
设备的额定电流：
Ｉe=3150A
回路的持续工作电流：
主变:
Ｉbg＝1.05×180000／（√3×230）＝474.4（A）
母线电流考虑母线穿越功率900MVA:
母联:
Ｉmg＝900000／（√3×230）＝2259.2（A）
线路采用2×LGJ-400导线，持续极限输送电流为：
Ixg=2×845A＝1690A
∴Ｉe＞Ｉg
③设备额定断流容量Sdn＝√3×220×50＝19052.56（MVA）
短路容量Ｓk1＝10321.5MVA∴Ｓdn＞Ｓk1
④动稳定校验:
设备极限通过电流（峰值）Ｉgf＝125kA
回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值ｉch1＝66.07kA
∴Ｉgf＞ｉch1
⑤热稳定校验:
由短路的热稳定条件
，及短路电流引起的热效应
，得
Ｉ∞×
＝25.91×
＝26.13（kA）＜It=50kA
注:
Ｉ∞---回路中可能通过的最大稳态短路电流（kA）;
Ｉt---t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）
ｔ---热稳定电流允许的作用时间（s）;
***以上校验均满足要求
（2）.110kV侧：
SK2=2724.8MVA；IK2=13.68（kA）；Ich2=34.88（kA）；tjs=3.66s；
故：
选用GIS组合电器，110kVGIS最高电压为126kV。
断路器技术参数为：
额定电流：
2000A
额定开断电流：
40kA
额定短时耐受电流：
40kA（3s）
额定峰值耐受电流：
100kA
①制造厂保证的最高工作电压Ｕzd＝126kV
回路工作电压Ｕg＝110kV∴Ｕzd＞Ｕg
②设备额定电流Ｉe＝2000A
回路持续工作电流
主变:
Ｉbg＝1.05×180000／（√3×121）＝901.8（A）
所以:
Ｉe>Ｉbg
③设备额定断流容量Ｓdn＝√3×110×40＝7621（MVA）
短路容量Ｓk2＝2724.8MVA∴Ｓdn＞Ｓk2
④动稳定校验:
设备极限通过电流（峰值）Ｉgf＝100kA
回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值ｉch2＝34.88kA
∴Ｉgf＞ｉch2
⑤热稳定校验:
Ｉ∞×
＝13.68×
＝15.11（kA）＜40kA
注:
Ｉ∞---回路中可能通过的最大稳态短路电流（kA）;
ｔ------热稳定电流允许的作用时间（s）;
***以上校验均满足要求.
（3）35kV主变进线:
中置式开关柜（两台主变并列）
Ｓk3＝1666.6MVA;Ｉk3＝26.01kA;ｉch3＝66.32kA;ｔjs＝2.46s
故:
选VD4型断路器:
2500A;31.5kA;31.5kA（4s）;80kA
①制造厂保证的最高工作电压Ｕzd＝40.5kV
回路工作电压Ｕg＝38.5kV∴Ｕzd＞Ｕg
②设备额定电流Ｉe＝2500A
回路持续工作电流Ｉg：
主变:
Ｉbg＝1.05×180000×0.5／（√3×38.5）＝1417.17（A）
所以:
Ｉg<Ｉe
③设备额定断流容量Ｓdn＝√3×35×31.5=1909.6MVA
短路容量Ｓk3＝1666.6MVA∴Ｓdn＞Ｓk3
④动稳定校验:
设备极限通过电流（峰值）Ｉgf＝80kA
回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值
ｉch＝66.32kA∴Ｉgf＞ｉch
⑤热稳定校验:
Ｉ∞×
＝26.01×
＝20.99（kA）＜31.5kA
注:
Ｉ∞---回路中可能通过的最大稳态短路电流（kA）;
ｔ------热稳定电流允许的作用时间（s）;
***以上校验均满足要求.
（4）35kV电容器、站用变及出线柜：
中置式开关柜
Ｓk3＝1666.6MVA;Ｉk3＝26.01kA;ｉch3＝68.32kA;ｔjs＝2.46s
母联侧选HD4型SF6断路器:
线路侧选VD4型真空断路器：
1250A;31.5kA;31.5kA（4s）;80kA
①制造厂保证的最高工作电压Ｕzd＝40.5kV
回路工作电压Ｕg＝38.5kV∴Ｕzd＞Ｕg
②设备额定电流Ｉe＝1250A
回路持续工作电流Ｉg：
<1>35kV出线最大负荷应不会超过1250A；
<2>站用变，Izybg=
（A）
<3>根据系统提供，变电站内规划安装无功补偿电容器9×10Mvar，本期安装6×10Mvar；
于是35kV电容器回路工作电流为
∴Ｉe＞Ｉg
③设备额定断流容量Ｓdn＝√3×35×31.5=1909.6MVA
短路容量Ｓk3＝1666.6MVA∴Ｓdn＞Ｓk3
④动稳定校验:
设备极限通过电流（峰值）Ｉgf＝80kA
回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值
ｉch3＝68.32kA∴Ｉgf＞ｉch
⑤热稳定校验:
Ｉ∞×
＝26.01×
＝20.4（kA）＜31.5kA
注:
Ｉ∞---回路中可能通过的最大稳态短路电流（kA）;
ｔ----热稳定电流允许的作用时间（s）;
***以上校验均满足要求.
2.高压隔离开关:
（1）.220kV侧：
SK1=10321.5（MVA）；IK1=25.91（kA）；Ich1=66.07（kA）；tjs=3.05（s）;
采用GIS组合电器，选其参数为:
3150A;50kA（3s）;125kA
校验同断路器满足要求
（2）.110kV侧：
SK2=2724.8MVA；IK2=13.68（kA）；Ich2=34.88（kA）；tjs=3.66s；
采用GIS组合电器，选其参数为:
2000A;40kA（3s）;100kA
校验同断路器满足要求
（4）220kV主变中性点隔离开关选GW13━126W型
其参数为:
额定电流630A
额定动稳定电流（峰值）50kA
4s额定热稳定电流（有效值）20kA
（5）110kV主变中性点隔离开关选GW13━72.5W型、
其参数为:
额定电流630A
额定动稳定电流（峰值）50kA
4s额定热稳定电流（有效值）20kA
3.电流互感器:
（1）220kV侧:
SK1=10321.5（MVA）；IK1=25.91（kA）；Ich1=66.07（kA）；tjs=3.05（s）;
由前计算知：
主变回路：
Ｉbg=474.4A；母联：
Ｉmg＝900000／（√3×230）＝2259.2（A）；线路：
Ixg=2×845A＝1690A
采用GIS
线路间隔CT选择：
1600~3200／5A0.2s／0.2s，5P30／5P30;
主变间隔CT选择：
0.2s／0.2s／0.2s，5P30／5P30
保护级和计量级均选用：
800~1600/5A
母联间隔CT选择：
1600~3200／5A5P30／5P30，0.2s／0.2s
校验同断路器满足要求
（2）110kV侧:
SK2=2724.8MVA；IK2=13.68（kA）；Ich2=34.88（kA）；tjs=3.66s；
由前计算知:
主变回路Ｉbg＝901.8A；线路回路：
Ixg=845A
主变进线间隔CT选择：
0.2S/0.2S;5P30/5P30
保护级选1200~2000／5A计量级选1200~2000／5A;
出线间隔CT选择：
0.2S/5P30；或者0.2S/0.2S/5P30
保护级选1200~2000／5A计量级选800~2000／5A;
母联间隔CT选择：
0.2s/5P30；1200~2000/5A
校验同断路器满足要求。
（3）35kV侧:
Ｓk3＝1666.6MVA;Ｉk3＝26.01kA;ｉch3＝68.32kA;ｔjs＝2.46s
1）主变进线选:
2500／5A；5P20/5P20/5P20/0.2s/0.2s
分段选：
2500/5A5P20/5P20/0.5s
2）出线及电容器:
选/5P20/5P20/0.5s/0.2s
保护级800／5A，1500/5A；计量级400~800/5A，400~800/5A
（4）主变三侧CT选择:
差动保护CT的计算:
220kV侧
110kV侧
35kV侧
额定电流
1.05×180000／（√3×230）
1.05×180000／（√3×121）
1.05×0.5×180000／（√3×38.5）
结线方式
△
CT结线方式
Y
Y
CT一次电流
1.05×180000/（√3×230）＝474.4（A）
1.05×180000/（√3×121）＝901.8（A）
1.05×0.5×180000/（√3×38.5）＝1417.17（A）
CT的变比
800~1600/5A
1200~2000／5A
2500/5A
CT二次电流
474.4／（800／5）
＝2.97（A）
901.8／（1200／5）
＝3.76（A）
1417.17／（2500／5）
＝2.834（A）
4.35kV侧屋内配电装置穿墙套管:
（1）主变进线间隔穿墙套管:
选CG3-40.5／2000A
①设备额定电流Ｉe＝2500A
回路持续工作电流:
Ｉbg＝1417.17A
∴Ｉe＞Ｉg
②动稳定校验:
按短路动稳定校验,要求:
P≤0.6Pxu
注:
Pxu---穿墙套管的抗弯破坏负荷（N）;
P-----在短路时作用于穿墙套管的力（N）;
计算跨中的力:
F＝1.76×10-1×ｉch2ｌp／a（N）;
式中:
lp＝（l1＋l2）／2;a---相间距（mm）
其中:
l1---支柱绝缘子与穿墙套管的距离（mm）,
取l＝1500mm;
L2---穿墙套管的总长（mm）,取l＝1370mm;
∴F＝1.76×10-1×ｉch2[（ｌ1＋ｌ2）／2]／a（N）
＝1.76×10-1×68.2532×[（1500＋1370）／2]／500
＝2353.09（N）
于是水平布置:
P＝Kf×F＝1×2353.09＝2353.09（N）
注:
Kf＝1（参见新版《电力工程电气设计手册》电气一次部分P256表6--41）
而:
0.6×Pxu＝0.6×8＝4.8（kN）
∴P＜0.6Pxu;满足要求
③热稳定校验:
Ｉ∞×
＝26.01×
＝20.4（kA）＜30kA
注:
Ｉ∞---回路中可能通过的最大稳态短路电流（kA）;
ｔ------热稳定电流允许的作用时间（s）;
***以上校验均满足要求.
5.电压互感器:
不再计算,参考典型设计或其他工程可选为:
220kV侧:
选GIS，其参数为:
220/
／0.1/
／0.1/
／0.1/
／0.1kV
110kV侧:
选GIS,其参数为:
110/
／0.1/
／0.1/
／0.1/
／0.1kV
35kV侧:
选中置式开关柜,其参数为:
35/
／0.1/
／0.1/
／0.1/
／0.1/3kV
6.避雷器:
不再计算,依据（新版）《电力工程电气设计手册》电气一次部分P251表6-36及参考典型设计或其他工程可选为：
220kV侧:
选Y10W━204／532W型,其参数为:
避雷器额定电压（有效值）:
204kV;
系统的额定电压（有效值）:
220kV;
避雷器持续运行电压（有效值）:
159kV;
主变中性点:
选YH1.5WN1-144/320型,其参数为:
避雷器额定电压（有效值）:
144kV;
系统的额定电压（有效值）:
220kV;
110kV侧:
选与110kVGIS配套的避雷器,其参数为:
避雷器额定电压（有效值）:
102kV;
系统的额定电压（有效值）:
110kV;
避雷器持续运行电压（有效值）:
79.6kV;
主变中性点:
选YH1.5WN1-72/186型,其参数为:
避雷器额定电压（有效值）:
72kV;
系统的额定电压（有效值）:
110kV;
35kV侧:
选51/134kV5kA,其参数为:
避雷器额定电压（有效值）:
51kV;
系统的额定电压（有效值）:
35kV;
避雷器持续运行电压（有效值）:
44kV;
四.导体选择:
1.220kV侧:
（1）主母线:
由前计算知:
Ｉbg＝474.4A;Ｉmg＝2259.2（A）
按220kV配电装置进出线布置,母线按最大穿越功率计算.
采用GIS额定电流选择3150A
（2）主变进线:
1）按经济电流密度选择:
由前计算知:
Ｉbg＝474.4A;
取最大年负荷利用小时Tzd＝4000（h）；,
取j＝1.26（A／mm）（见（新版）《电力工程电气设计手册》电气一次部分P377图8-30）
于是:
Sj＝Ig／j＝474.4／1.26＝376.5（mm2）
故选LGJ━400/50型
2）按短路热稳定校验:
导体短路前的导体温度（即在额定负荷下的工作温度）：
（下式同电缆的短路热稳定校验中计算导体短路前的导体温度相同，见（新版）《电力工程电气设计手册》电气一次部分P936~937式17-5）
=0+（Y－0）×（Igmax
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