厂用电设计

目 录

前 言 ..................................................................................................................... 1 第一章 电气主接线设计 ..................................................................................... 2

1.1 设计原则 ................................................................................................ 2 1.2 各方案比较 ............................................................................................ 3 第二章 厂用电设计 ............................................................................................. 8

2.1 厂用电设计原则 .................................................................................... 8 第三章 短路电流计算 ......................................................................................... 9

3.1 对称短路电流计算 ................................................................................ 9 3.2 非对称短路电流计算 .......................................................................... 19 第四章 电器主设备选择 ................................................................................... 30

4.1对方案I的各主设备选择 ................................................................... 30 4.2 对方案Ⅱ的各主设备选择 .................................................................. 44 第五章 发电机继电保护原理设计及保护原理 ............................................... 46

5.1 初步分析 .............................................................................................. 46 5.2 对F1 的保护整定计算 ....................................................................... 47 5.3 对F5的保护整定计算： .................................................................... 50 第六章 计算机监控系统方案论证选择 ........................................................... 54

6.1 系统功能 .............................................................................................. 54 6.2 监控对象 .............................................................................................. 56 6.3 系统结构 .............................................................................................. 56 小 结 ................................................................................................................. 58 致 谢 ................................................................................................................. 59 参考文献 ............................................................................................................. 60 附 录Ⅰ ............................................................................................................... 62 附 录Ⅱ ............................................................................................................... 63

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前 言

随着我国经济的不断发展，对能源的需求量也越来越大，然而能源的不足与需求之间的矛盾在近几年不断恶化，国家急需电力事业的发展，为我国经济的发展提供保障。就我国目前的电力能源结构来看，我国主要是以火电为主，但是火电由于运行过程中污染大，在煤炭价格高涨的今天，火电的运行成本也较高，受锅炉和其他火电厂用电设备的影响，其资源利用率较低，一般热效率只有30%-50%左右。与之相比水电就有很多明显的优势。因此，关于电力系统水电站设计方面的论文研究就显得格外重要。

本毕业设计（论文）课题来源于青海省直岗拉卡水电站。主要针对直岗拉卡水电站在电力系统的地位，拟定本电厂的电气主接线方案，经过技术经济比较，确定推荐方案，对其进行短路电流的计算，对电厂所用设备进行选择，然后对各级电压配电装置及总体布置设计。并且对其发电机继电保护进行设计。在这些设计过程中需要用到各种电力工程设计手册，并且借用AutoCAD辅助工具画出其电气主接线图、室外配电装置图、发电机保护的原理接线图、展开图、保护屏的布置及端子排接线图。故本论文属于典型的针对某工程进行最优设计的工程设计类论文。

通过本论文的研究，可以使直岗拉卡水电站安全可靠的在系统中运行，保证其持续可靠的供电。也能提高自己使用AutoCAD,word等软件的能力，培养出自己工程设计的观念，是对大学四年所学理论知识与实践的融合。

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第一章 电气主接线设计

1.1 设计原则

电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。电气主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。

在电气主接线设计时，综合考虑以下方面： ① 保证必要的供电可靠性和电能质量

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。直岗拉卡水电站虽然是一个中小型水电站，但是由于担负了许多工业企业，及农业抗旱排涝等供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。

② 具有经济性

在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。

③ 具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。 主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。显然，复杂地接线不会保证操作方便，反而使误操作机率增加。但是过于简单的接线，则不一定能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和停电时间。

④ 具有发展和扩建的可能性

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随着经济的发展，已投产的水电站可能需要扩大机组容量，从主变压器的容量、数量到馈电线路数均有扩建的可能，有的甚至需要升压，所以在设计主接线时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。

根据以上几点，对直岗拉卡水电站的主接线拟定以下几种方案。

1.2 各方案比较

方案Ⅰ

本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线，110kv侧采用了双母接线。双母接线的供电可靠性较高，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，检修任一组母线上的隔离开关也不需要中断供电，且调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到一组母线上，能灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建性也非常号，可以向母线左右方向任意扩建，且施工过程也不会停电，只是双母接线多了一台旁路断路器，投资有所增加。

图1-1 电气主接线方案Ⅰ

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方案Ⅱ

本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线与110kv侧直接相连。110kv侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。其特点是：扩大单元接线接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出现，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。单元接线的接线简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。其110kv侧的单母分段带专用旁路断路器的母线接线方式中,由于增加了分段其全厂停电的可能性为0，且任一台断路器检修时都不会引起停电，其供电可靠性较高

图1-2 电气主接线方案Ⅱ

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为; Sn?45?47.368MVA 0.95''d发电机F1~F5:X1=X2=X3=X4=X5=XSjSn=0.23?1000?4.856

47.368Ud%Sj141000141000??2.8 变压器B1~B3:X6=X7=????1.4 X8?100Sn10010010050系统阻抗XSj10：X10?S''?10002543?0.393 d对d[2]1点进行短路计算： 网络简化如下：

图3-2 d1网络简化图

X11?X1//X2?4.8562?2.428X12?X9?X10?0.91716?0.393?1.310

X13?X7?X3//X4?1.4?4.8562?3.828 X14?X8?X5?2.8?4.856?7.656

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继续简化上图：

图3-3 d1网络简化图

X15?X13//X3.828?7.65614?3.828?7.656?2.552

再化简得：

图3-4 d1网络简化图

X16?XX12X612?X6?X?3.429 15

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X17?X15?X15X66?XX?9.710 12三相短路电流周期分量计算： 系统A侧：

IIj(10.5).986ZA?X?54163.429?16.036kA

S''d?Sj1000X?163.429?291.630MVAB侧（F3~F5）的计算电抗为Xjs?XSn17S?9.710?142.104?1.371 j1000由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得：

I''*Z?0.752 I*Z0.2?0.731 I*Z2?0.834 I*Z4?0.837

10.5kV侧额定电流为：

ISn(F3~F5)142.104n(F3~F5)?3U?7.814kA

j3?10.5因此：I''''Z?I*ZIn(F3~F5)?0.752?7.814?5.876kA IZ0.2?I*Z0.2IN(F3~F5)?0.731?7.814?5.712kA IZ2?I*Z2In(F3~F5)?0.834?7.814?6.517kA

IZ4?I*Z4?In(F3~F5)?0.837?7.814?6.540kA S''d?I''*ZSn(F3~F5)?0.752?142.104?106.862MVA

C侧（F1~F2）的计算电抗为： Xjs?XSn11S?2.428?94.736?0.230 j1000由计算电抗查短路电流运算曲线得：

I''*Z?5.087 I*Z0.2?3.523 I*Z2?3.23 8 I*Z4?3.328 其10.5kV侧的额定电流为：

ISn(F1~F2)94.736n(F1~F2)?3U??5.209kA

j3?10.5因此：

I''Z?5.087?5.209?26.498kA IZ0.2?3.523?5.209?18.351kA 12

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IZ2?3.238?5.209?16.867kA IZ4?3.328?5.209?17.336kA

''''Sd?I*.922MVA ZSn(F1~F2)?5.087?94.736?481所以，d1点的三相短路电流为：

'' IZ?16.036?5.876?26.498?48.410kA

IZ0.2?16.036?5.712?18.351?40.099kA

IZ2?16.036?6.517?16.867?39.420kA IZ4?16.036?6.540?17.336?39.912kA

''Sd?291.630?106.862?481.922?880.414kA

d1点三相短路冲击电流ich及全电流最大有效值Ich计算:

(1).系统A侧和F3~F5三电源B侧的KZ,Kch值采用远离发电机地点发生短路时的数值，则Kch＝1.80，KZ＝0.97

ich＝''=2?1.80IZ2?1.80?(16.036+5.876)=55.779KA

Ich＝

''2IZKZ?2(Kch?KZ)2?(16.036+5.876)

0.972?2?(1.80?0.97)2?33.366

(2)C侧二电源的KZ，Kch值采用发电机机端短路时的值，故Kch＝1.90，KZ＝0.93

''＝2?1.90?26.498＝71.200KA ich＝2?1.90IZ''2IZKZ?2(Kch?KZ)2?26.498?0.932?2?(1.90?0.93)2?35.608kA

(3) 总的冲击电流ich及全电流Ich为：

ich＝55.779＋71.200＝126.979KA Ich=33.3666+35.608=68.974KA d1点短路电流热效应计算：

''22IZ?10I2t?IZtZQZt＝

212t 其中t取4S

48.4102?10?39.4202?39.9122?4 =

12=6491.953kA2S

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d2点短路电流计算.

网络简化如下，并结合其正序阻抗图得，

图3-5 d2点正序阻抗网络图

X11＝X9?X10?1.310 X12?X6?X1//X2?3.828

X13?(X7?X3//X4)//(X8?X5)?2.552 三相短路电流周期分量计算： 系统A侧：

Ij(110)020ZA?IX?5.111.310?3.832kAS''Sj1000

d?X?111.310?763.359MVAB侧（F1~F2）的计算电抗为：

XSnjs?X12S?3.828?94.736?0.363 j1000由计算电抗查水轮机短路电流运算曲线得：

I''*Z?3.035 I*Z0.2?2.523 I*Z2?2.734 I*Z4?2.804 14

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分析：因为方案Ⅰ和方案Ⅱ除主接线外其余部分接线形式相同，故方案Ⅱ的D1~D7,G1~G8与方案Ⅰ的D1~D7,G1~G8相对应，故其型号也相同。方案Ⅱ的D8~D11,G9~G20的校验与方案Ⅰ的D8~D11,G12~G23校验相同，故其相对应的型号也相同，方案Ⅱ的D12,G21~G23与方案Ⅰ的

D12,G24~G25校验相同，故其对应的型号也相同。 对D13断路器和G24~G25隔离开关的选择。

右侧短路时的短路电D13左侧短路时的短路电流为3.832＋2.149＝5.981kA，

流为3.832＋1.445＝5.277kA，其左侧短路时的短路电流大于右侧短路时的短路电流，故应按左侧短路时来选择设备。但D13的短路电流小于D12短路时的短路电流，两者电压等级又相同，所以D12也适用于D13,G21~G23也适用于G24~G25.

综合上述分析，方案Ⅱ所选断路器和隔离开关型号如下：

表4.13方案Ⅱ各断路器隔离开关技术数据

断路器 断路器型号 隔离开关 隔离开关型号 D1~D4 SN10?10/3000?43.3 SW6－110 SW4－110 SW6－110 SW6－110 G1~G4 GN10?10T/3000 GW4－110D GW4－110 GW4－110D GW4－110D GN2－10 D5~D7 G6~G8 G9~G20 G21~G23 G24~G25 G5 D8~D11 D12 D13 技术经济比较

由方案Ⅰ和方案Ⅱ的断路器和隔离开关设备表可看出，两方案的隔离开关台数相同，但方案Ⅱ比方案Ⅰ多一台SW6－110型断路器，所以方案Ⅱ比方案Ⅰ投资较大，且由于方案Ⅰ是双母接线，其可靠性又比方案Ⅱ的单母分段带旁母可靠性高，综合考虑方案Ⅰ比方案Ⅱ即经济又可靠，故选择方案Ⅰ为最终主接线方案。

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第五章 发电机继电保护原理设计及保护原理

5.1 初步分析

发电机的安全运行对电力系统和本水电厂供电系统的稳定运行起着决定性的作用。因此，在发电机上必须装社比较完善的继电保护装置。根据有关规程，应对下列故障及异常运行方式设置继电保护装置[9]。 1 定子绕组相间短路； 2 定子绕组匝间短路； 3 定子绕组接地短路； 4 外部短路引起的过电流； 5 对称过负荷；

6 励磁回路一点或两点接地故障；

本水电厂发电机保护装置的设置可依据以上原则并结合具体情况进行，一般可以设置下列保护：

表5.1配置的保护类型 纵差保护 护 横差保护 过负荷保护 定子单相接地 励磁回路两点接地保护 主保护 跳闸 复合电压启动的过电流保作差动保护后备及外部故障远后备 跳闸 定子绕组匝间的保护 异常运行延时动作 防御定子单相接地的保护 置 因为5台发电机型号一样，且F1,F2,F3,F4,对称，故只需对F1进行保护整定，F2,F3,F4的保护整定与F1相同，再对F5进行保护整定，就可完成该水电站5台发电机的保护整定。

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跳闸 发出信号 跳闸 转子一点或两点接地，投入保护装跳闸 2006届电气工程及其自动化（电力）毕业设计（论文）

5.2 对F1 的保护整定计算

1 短路电的分析计算及电压电流互感器的变比选定:

由短路电流的计算结果可知，F1 的最大短路电流为13.249kA,而 F1 出口额定电流为INf?47.368＝2.605 kA,所以电流互感器的变比级次应该为

3?1.053000/5，即电流互感器变比为nl?3000/5＝600，电流互感器变比为10.5/0.1＝105。

2 各种保护的整定计算[10]： 1) 纵差保护的整定:

a. 动作电流Idz 应按躲过外部短路时流过保护装置的最大不平衡电

流Ibp

即Idz ＝Kk Ibp.js = Kk kfzq ktx fi Id.zd

=1.3×1×0.5×0.1×13.249×103=1.3×662.45＝861.17A。 Kk 可靠系数，采用1.3; Ibp.js 计算不平衡电流；

kfzq 非周期分量影响的系数，取＝1； ktx 电流互感器的同型系数，取ktx＝0.5；

Id.zd 发电机外部三相短路时,流过保护最大周期性短路电流，Id.zd＝13.249kA

b. 为避免保护在电流互感器二次回路断线时误动作，保护动作电流

应该大于发电机最大负荷电流； Idz ＝Kk INf ＝1.3×2.605＝3385.9A Kk 可靠系数，取 Kk ＝1.3; INf 发电机的额定电流；

取以上计算中较大者，作保护的动作电流，故Idz ＝3385.9A ,则差动继电器动作电流为Idz.j ＝

kjxIdznl?1?3385.9?5.64A。 600 nl 电流互感器的变比； kjx 接线系数，取kjx＝1

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c. 灵敏度：

klm=

IdminIdz3?13.249?103?=3.39>2 ?23385.9满足灵敏度要求。

Id.min 最小短路电流，即在单机运行情况下，发电机出口两相短路电流；

d. 差动回路断线监视器的动作电流应大于正常运行时的最大不平衡电流Ibp， 可按照一下经验公式整定： a) Idz.j ＝0.2×Inf/nl=0.2?47.368=0.868A.

600?3?10.52) 横差保护的整定：保护动作电流按照躲过外部短路故障最大不平衡电流整定，由于不平衡电流很难确定，因此在工程设计中根据运行积累的数据计算。

即 Idz ＝0.2 Inf =0.2×2605＝521A 则继电器动作电流为：

Idz.j＝

Idz?521/600＝0.868A nl

3）定子单相接地保护整定

保护动作电流根据外部发生单相接地并伴随外部两相短路的选择性来选择，需要躲过发电机固有电容电流和不平衡电流，且一次动作电流不超过5A. Idz=

1'(kkIjd.f?kk''Ibp.bs.1) khIjdf被保护发电机的接地稳态电容电流，对45MW额定容量电压为 10.5kV，发电机取Ijdf＝1.21A

Ibp.bs.1 闭锁继电器一次不平衡电流取Ibp.bs.1=0.9A Kk’’ 可靠系数，取1.5； Kh返回系数，取0.85； 故 Idz=

1'(kkIjd.f?kk''Ibp.bs.1) kh48

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=

1(2?1.21?1.5?0.9) 0.85=4.43,小于5A。

4） 励磁回路两点接地保护

当发电机励磁回路发生两点接地故障时，部分励磁线圈将被短路，由此由于气隙磁势的对称性遭到破坏，可能使转子产生剧烈振动，因此在发电机上需要装设励磁回路两点接地保护，该装置只设一套,并仅在励磁回路中出现稳定性的一点接地时才投入工作。 5） 复合电压闭锁过电流保护的整定校验：

复合电压闭锁过电流保护是发电机后备保护，它选择性是用阶梯时限特性来满足的，因此，在整定电流电压元件时只需要考虑躲过正常运行时相应值就够了，其整定计算如下：

a 电流计电器动作电流为： Idz.j=

KkINf＝1.2×2.6×103/(0.85×600)=6.12A KhnlKk可靠系数,取kk=1.2； kh 返回系数，取kh＝0.85； nl 电流互感器变比； INf 发电机额定电流

b. 按照躲过正常运行时不平衡电压降为条件整定，负序电压继电器动作电压，Udz.j=0.06UNf/nY=0.06×1.05×103/1.05=6V, UNf 发电机额定电压； nY 电压互感器变比；

c.动作时限：作为远后备保护，发电机过电流保护时限应该比连接在发电机电压母线上的其他设备的保护装置最大时限还要大1－2个时间级差△t(一个△t一般为0.5s),即t＝tmax+(1～2) △t。 6．过负荷保护整定校验：

过负荷保护是动作于信号的保护，考虑到过负荷对称性，该保护只有一相中装设，并与过电流保护共用一组互感器，保护由电流继电器及时间

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该系统的零序阻抗为X10?Sj''?1000?0.395，由原始资料可知线路的零

Sd2529.9序阻抗为1.1235，故其零序阻抗图为：

图3-9零序阻抗网络图

（一）正序网络的变换[4]

短路d1点等效后的正序阻抗图为：

图3-10 d1点正序阻抗网络图

X1??11?1.24X?1

?111X16X17

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短路d2点等效后的正序阻抗图为：

图3-11 d2点正序简化图

X1??11?0.706

X?1?111X12X13短路d3点等效后的正序阻抗图为;

图3-12 d3点正序简化图

X11??11?2.060

X?X?1513X14(二).负序网络的变换

短路d1点等效后的负序阻抗图为：

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图3-13 d1点负序阻抗等值图

X11?X1//X2?7.04122?3.507 X12?X9?X10?1.310

X13?(X7?X3//X4)//(X5?X8)?5.274

再简化得,

图3-14 d1点负序简化图

XX12X614?X12?X6?X?3.270 13X15?XX13X613?X6?X?8.173 12 22

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X2??1?1.402

111??X11X14X15短路d2点等效后的负序阻抗图为：

图3-15 d2点负序简化图

X11?X9?X10?1.310 X12?X6?X1//X2?4.92 1X13?(X5?X8)//(X7?X3//X4)?3.280

X2??1?0.787

111??X11X12X13短路d3点等效后的负序阻抗图为：

图3-16 d3点负序简化图

X11?X9?X10?1.310 X12?(X6?X1//X2)(X7?X3//X4)?2.460

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再化简得：

图3-17 d3点负序简化图

X13?X11?X8?X2??X11X8XX?5.601 X14?X12?X8?128?10.518 X12X111?2.406

111??X5X13X14（三）零序网络的变换：

短路d1点等效后的零序阻抗图为：

图3-18 d1点零序简化图

X6?X4?X5?1.518 X7?X2//X3?0.933 再化简为：

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图3-19 d1点零序简化图

X8?X6?X1?X6X1?5.196 XX7X1X9?X7?X1??3.19 37X6X0??11?1.978

X?18X9短路d2点等效后的零序阻抗图为：

图3-20 d2点零序简化图

X6?X4?X5?1.518 X7?X2//X3?0.933

X0??111?0.409

X?X?116X7短路d3点等效后的零序阻抗图为：

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图3-21 d3点零序简化图

X6?X4?X5?1.518 X7?X1//X2?0.7 再化简得：

图3-21 d3点零序简化图

XX6X38?X6?X3?X?10.39 XXX3X79?X3?7?X?4.791 76X0??11?3.279

X?18X9

不对称短路电流计算 （一）d1点短路

正序综合阻抗 X1??1.24 负序综合阻抗 X2??1.402 零序综合阻抗 X0??1.978 1. 单相短路电流

正序电流的标么值 I''(1)?1*1X?X?0.21 11?2??X0?

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''(1)正序电流的有名值 I1''(1)?I*?54.986?11.602kA 1Ij?0.211单相短路电流 I''(1)?mI1''(1)?3?11.602?34.806kA 2. 单相短路电流

''(2)正序电流的标么值 I*?1X1?1 ?0.378?X2?''(2)正序电流的有名值 I1''(2)?I*kA 1Ij?0.378?54.986?20.785两相短路电流 I''(2)?3?20.785?36.001kA 3. 两相接地短路电流

''(1,1)正序电流的标么值 I*?1X1?1?0.48 1X2?X0??X2??X0?X2?X0?(X2??X0?)2''(1,1)正序电流的有名值 I1''(1,1)?I*Ij?0.481?54.986?26.448kA 1两相接地短路电流 I''(1,1)?3?1? (二) d2点短路

正序综合阻抗 X1??0.706 负序综合阻抗 X2??0.787 零序综合阻抗 X0??0.409 1. 单相短路电流

''(1)正序电流的标么值 I*?1?I1''(1,1)?39.962kA

X1?1?0.526

?X2??X0?''(1)正序电流的有名值 I1''(1)?I*kA 1Ij?0.526?5.020?2.641单相短路电流 I''(1)?mI1''(1)?3?2.641?7.923kA 2. 单相短路电流

''(2)?正序电流的标么值 I*1X1?1?0.670 ?X2?''(2)正序电流的有名值 I1''(2)?I*kA 1Ij?0.670?5.020?3.363两相短路电流 I''(2)?3?3.363?5.825kA

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3. 两相接地短路电流

''(1,1)正序电流的标么值 I*?1X1?1?1.026

X2?X0??X2??X0?X2?X0?(X2??X0?)2''(1,1)正序电流的有名值 I1''(1,1)?I*Ij?1.026?5.020?5.151kA 1两相接地短路电流 I''(1,1)?3?1?(三) d3点短路

?I1''(1,1)?7.854kA

正序综合阻抗 X1??2.060 负序综合阻抗 X2??2.406 零序综合阻抗 X0??3.279 1. 单相短路电流

''(1)正序电流的标么值 I*?1X1?1?0.129

?X2??X0?''(1)正序电流的有名值 I1''(1)?I*kA 1Ij?0.129?54.986?7.093单相短路电流 I''(1)?mI1''(1)?3?7.093?21.279kA 2. 单相短路电流

''(2)正序电流的标么值 I*?1X1?1 ?0.224?X2?''(2)正序电流的有名值 I1''(2)?I*kA 1Ij?0.224?54.986?12.317两相短路电流 I''(2)?3?12.317?21.334kA 3. 两相接地短路电流

''(1,1)正序电流的标么值 I*?1X1?1 ?0.289X2?X0??X2??X0?X2?X0?(X2??X0?)2''(1,1)正序电流的有名值 I1''(1,1)?I*Ij?0.289?54.986?15.891kA 1两相接地短路电流 I''(1,1)?3?1?不对称短路计算结果如下：

?I1''(1,1)?23.947kA

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表3.1不对成短路电流计算结果

短路点 单相短路电流(kA) 34.806 36.001 39.962 两相短路电流(kA) 7.923 5.825 7.854 两相接地短路电流(kA) 21.114 21.334 23.947 d1 d2 d3 方案Ⅰ也相同。

因为方案Ⅱ的等效阻抗图与方案Ⅰ相同，故方案Ⅱ的短路电流计算结果与

29

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第四章 电器主设备选择

4.1对方案I的各主设备选择

其接线方式如下图：

图4-1 方案Ⅰ主接线图

断路器和隔离开关的选择[5]

对D1～D4断路器和G1～G4隔离开关的选择 A.对10.5kV D1～D4断路器的选择 （1）按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

Un?10.5kV

（2）按额定电流选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

In?Imax?1.05Sn/(3Un)?1.05?47.368/(3?10.5)?2.735kA

（3）按开断电流选择

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若在D1～D4上侧短路时流过D1～D4的短路电流为F1流过的短路电流，即为26.498/2＝13.249kA，而在D1～D4下侧短路时流过D1～D4的短路电流为系统和F2～F5的短路电流之和，即16.036＋5.876＋13.249＝35.161kA，故应按D1～D4下侧短路时来选择设备，其短路电流为35.161kA。 断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即

INbT?Id?35.161kA

（4）按动稳定电流选择

电器允许通过的动稳定电流ies不小于短路冲击电流ish，即

''ies?ish?1.92Id?1.92?35.161?94.583kA

（5）按热稳定度校验

Qk?(Id''2''?10I2d2?I2dt)/12?t

''Id?35.161kA

Id2?16.036?6.517?8.434?30.987kA Id4?16.036?6.540?8.668?31.244kA

代入上式，得 Qk?3938.14kA2S 则Qt?Qk?3938.14KA2S

B.对10.5kV G1～G4隔离开关的选择 （1）按额定电压选择： Un?10.5kV （2）按额定电流校验： In?Imax?2.735kA （3）按动稳定度校验： ies?ish?94.583 （4）按热稳定度校验： Qt?Qk?3938.14kA2S 选择D1～D4为SN10?10/3000?43.3型断路器 选择G1～G4为GN10?10T/3000型隔离开关

表4.1 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 SN10?10/3000?43.3GN10?10T/3000 计算数据 UN(kV) IN(A) INbr(kA)

10 3000 43．3 10 3000 —— UN(kV) Imax(A) ''10 2735 Id(kA) 35.161 31

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It?t(kA2S) 243.32?4?7499.56 702?4?19600 Qk(kA2S)3938.1 4 94.58 ies(kA) 130 160 ies(kA) 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数能满足 对D5，D6断路器和G6～G9隔离开关选择 A．对110kV D5，D6断路器的选择 （1）按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

Un?110kV

（2）按额定电流选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

In?Imax?1.05Sn/(3Un)?1.05?94.736/(3?110)?0.522kA

（3）按开断电流选择

若在D5，D6上侧短路时流过D5，D6的短路电流为F1和F2流过的短路电流为1.445kA，而在D5，D6下侧短路时流过D5，D6的短路电流为系统和F3～F5的短路电流之和，即3.832＋2.149＝5.981kA，故应按D5，D6下侧短路时来选择设备，其短路电流为5.981kA。

断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即

INbT?Id?5.981kA

（4）按动稳定电流选择

电器允许通过的动稳定电流ies不小于短路冲击电流ish，即

''ies?ish?1.82Id?1.82?5.981?15.255kA

（5）按热稳定度校验

Qk?(Id''2''?10I2d2?I2dt)/12?t

''Id?5.981kA Id2?5.768kA Id4?5.367kA

代入上式，得 Qk?132.425kA2S 则Qt?Qk?132.425KA2S

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B.对110kV G6～G9隔离开关的选择 （1）按额定电压选择： Un?110kV （2）按额定电流选择： In?Imax?0.522kA （3）按动稳定选择： ies?ish?15.255kA （4）按热稳定度校验： Qt?Qk?132.425KA2S 选择D5，D6为SW6－110型断路器 选择G6～G9为GW4－110D型隔离开关

表4.2 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 SW6－110 110 1200 31．5 80 GW4－110D 110 1200 —— 80 计算数据 UN(kV) IN(A) INbr(kA) UN(kV) Imax(A) 110 522 5．981 132．425 15．225 Id(kA) ies(kA) ''2It?t(kA2S) 31.52?4?3969 252?4?2500 Qk(kA2S) ies(kA) 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数能满足 对10.5kV G5断路器的选择 （1）按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

Un?10.5kV

（2）按额定电流选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

In?Imax?1.05Sn/(3Un)?1.05?47.368/(3?10.5)?2.735kA

（3）按动稳定电流选择

若在G5上侧短路时流过G5的短路电流为F5流过的短路电流为12.535kA，而在G5下侧短路时流过G5的短路电流为系统和F1～F4的短路电流之和，即9.125＋6.376＝15.501kA，15.501>12.535，故按G5下侧短路时来选择设备，其短路电流为15.501kA。

电器允许通过的动稳定电流ies不小于短路冲击电流ish，即

ies?ish?1.92?15.501?41.649kA

（4）按热稳定度校验： Qk?(Id

''2?10I2d2?I2dt)/12?t

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其中 Iz?15.501

''Iz2?9.125?6.813?15.938kA Iz4?9.125?6.813?15.938kA

代入上式得 Qk?1011.500KA2S则Qt?Qk?1011.500KA2S

表4.3 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 GN2－10 10 3000 602?4?14400 计算数据 UN(kV) IN(A) UN(kV) Imax(A) 10 2735 1011．500 41．649 It?t(kA2S) ies(kA) 2Qk(kA2S) ies(kA) 100 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数符合要求 对D7断路器和G10,G11隔离开关选择. A．对110kV侧D7断路器的选择 （1）按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

Un?110kV

（2）按额定电流选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

1.05?Sn1.05?47.368?0.261 kA IN≥Imax＝＝

3?1103UN（3）按开断电流选择

若在D7上侧短路时流过D7的短路电流为F5流过的短路电流，即为2.149－1.445＝0.704kA，而在D7下侧短路时流过D7的短路电流为系统和F1～F4的短路电流之和，即3.832＋2?1.445＝6.722kA，故应按D7下侧短路时来选择设备，其短路电流为6.7221kA。

断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即

INbr≥Id’’＝6.722kA

（4）按动稳定电流校验：

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电器允许通过动稳定电流ies 不小于短路冲击电流ish 即

‘’ies≥ish =1.8?2Id?1.8?2×6.722＝17.111kA

（5）按热稳定校验：

''2''2''2IZ?10IZt/2?IZtt Qk=

12''其中IZ＝6.722kA,

''

IZ2=3.832+21.301=6.434kA ''IZ4=3.832+2?1.335=6.502kA

带入上式得，

Qk＝167.1kA2.s,则 Qt ≥ Qk =167.1 kA2.s B 对110kV侧G10，G11 隔离开关的选择： 1、按额定电压选择：UN≥110 kV. 2、按额定电流选择：IN≥0.261A； 3、按动稳定校验： ies≥ish =17.11kA 4、按照热稳定校验 Qt≥Qk ＝167.1 kA2.s, 选择D7为SW6-110型断路器 选择G10G11 为GW4－110D型隔离开关

表4.4 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 UN （kV） IN （A） INbr(kA) It2×t ies(kA) SW6-110 110 1200 31.5 31.52?4=3969 80 GW4－110D 110 1000 -- 252?4＝2500 80 计算数据 UN （kV） Imax（A） Id’’(kA) Qk(kA2.s) ish(kA) 110 261 6.722 167.1 17.11 由上表可知所选断路器隔离开关符合技术参数要求 对于D8～D11断路器，和G12～G23 隔离开关的选择 A 对110kV 侧D8～D11断路器选择： （1） 按额定电压选择：

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断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UN≥110 kV；

（2）按额定电流选择：

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

IN≥Imax＝

1.05?Sn3UN＝

1.05?5?47.3683?110?4?0.326 kA

（3）按开断电流选择：

若在D8～D11下侧短路电流时流过D8～D11的短路电流为系统侧短路电流即为3.832kA,而在D8～D11上侧短路时流过D8～D11短路电流为5台发电机短路电流之和，即为1.445＋2.149＝3.549kA，3.832>3.594，所以 按照D8～D11下侧短路的短路电流来选择设备，其短路电流为3.832kA

断路器的额定开断电流INbr不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。即

断路器额定开断电流INbr≥Id’’＝3.832kA （4）按动稳定电流校验：

电器允许通过动稳定电流ies 不小于短路冲击电流ish 即

‘’ies≥ish =1.8?2Id?1.8?2×3.832＝9.756kA

（5）按热稳定校验：

''2''2''2IZ?10IZt/2?IZtt Qk=

12''''''

其中IZ＝IZ2=IZ4=3.832kA 带入上式得

Qk=58.739 kA2.s 则Qt≥Qk=58.739 kA2.s

B. 对G12～G23隔离开关的选择：

1、 按额定电压选择：UN≥110 kV； 2、按额定电流选择：IN≥Imax＝0.326 kA 3、按动稳定电流校验ies≥ish =9.756kA

4、按热稳定校验：Qt≥Qk=58.739 kA2.s 选择D8～D11为SW4-110型断路器 选择G12～G23为GW4－110型隔离开关

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表4.5 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 UN （kV） IN （A） INbr(kA) It2×t ies(kA)

SW4-110 110 1000 18.4 31.52?4=3969 55 GW4－110 110 630 -- 1600 50 计算数据 UN （kV） Imax（A） Id’’(kA) 110 326 3.832 58.739 9.756 202?4＝Qk(kA2.s) ish(kA) 对D12断路器和G24,G25隔离开关选择. A. 对母联断路器D12的选择： （1） 按额定电压选择：

断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即

UN≥110 kV；

（2）按额定电流选择

断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即

1.05?Sn1.05?47.368?0.261 kA IN≥Imax＝＝

3?1103UN（3）按开断电流选择：

若在D12上，下侧短路时，其短路电流都是7.426kA，断路器的开断电流INbr不应小于断路器开断开断瞬时的短路电流周期分量。即 断路器额定开断电流INbr≥Id’’＝7.426kA （4）按动稳定电流校验：

电器允许通过动稳定电流ies 不小于短路冲击电流ish 即

‘’ies≥ish =1.8?2Id?1.8?2×7.426＝18.9kA

（5）按热稳定校验：

''2''2''2IZ?10IZt/2?IZtt Qk=

12''''''

其中IZ＝7.426kA IZ2=7.069kA IZ4=7.152kA 带入上式得

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Qk=202.001 kA2.s 则Qt≥Qk=202.001 kA2.s

B. 对母联隔离开关G24～G25的选择：

1、按额定电压选择：UN≥110 kV； 2、按额定电流选择：IN≥Imax＝261 kA 3、按动稳定电流校验ies≥ish =18.9kA

4、按热稳定校验：Qt≥Qk=202.001kA2.s 选择D12为SW6-110型断路器

选择G24～G25为GW4－110D型隔离开关

表4.6 所选各设备技术数据与计算数据

设备参数 UN （kV） IN （A） INbr(kA) It2×t ies(kA) SW6-110 110 1200 31.5 31.52?4=3969 80 GW4－110D 110 1000 -- 252?4＝2500 80 计算数据 UN （kV） Imax（A） Id’’(kA) Qk(kA2.s) ish(kA) 110 261 7.426 200.001 18.9 对方案Ⅰ所选断路器，隔离开关汇总如下：

表4.7 方案Ⅰ所选各断路器隔离开关技术数据

断路器 断路器型号 隔离开关 隔离开关型号 D1~D4 SN10?10/3000?43.3 SW6－110 SW4－110 SW6－110 G1~G4 GN10?10T/3000 GW4－110D GW4－110 GW4－110D GN2－10 D5~D7 G6~G11 G12~G23 G24~G25 G5 D8~D11 D12

电流互感器的选择[6]

（1）110kV侧电流互感器的选择 ①型号的选择

选择LVQB-110W2型SF6气体绝缘电流互感器，其参数如下：

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表4.8 所选电流互感器技术数据

电流互感器 LVQB-110W2 额定电压额定电流短时热稳定电流It（kA） 50 耐受冲击电流imax(kA) 115 Un(kA) 110 ②按额定电流选择

In(A) 1500 根据该水电站主变压器容量为2 ?50＋100＝200MVA，其额定电压为110kV，则主变压器110kV侧的工作电流为

1.05?2003?110?1102A，所选电流

互感器一次额定电流为1500A，满足该水电站一次负荷电流变化的要求。 ③按动稳定校验

LVQB-110W2型电流互感器的动稳定电流为imax＝115kA,大于该水电站110kV侧短路时的冲击电流ish?18.904kA,满足动稳定要求。 ④按热稳定校验

LVQB-110W2型电流互感器热稳定电流为It＝50kA，大于该水电站110kV,侧短路时的稳定电流7.152kA，满足热稳定要求。 （2）10.5kV发电机出口处电流互感器的选择 ①型号的选择

选择LZZBJ9-12/175b/2s型电流互感器，其参数如下：

表4.9 所选电流互感器技术数据

电流互感器 额定电压额定电流短时热稳定电流It（kA） 80 耐受冲击电流imax(kA) 160 Un(kA) LZZBJ9-12/175b/2s ②按额定电流选择

10.5 In(A) 3150 根据发电机的容量47.368MVA, 其额定电压为10.5kV，则发电机出口处的工作电流为

1.05?47.3683?10.5?2735A，所选电流互感器一次额定电流为3150A，

满足该水电站一次负荷电流变化的要求。

③按动稳定校验

LZZBJ9-12/175b/2s型电流互感器的动稳定电流为imax＝160kA,大于该水电

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站发电机出口处的冲击电流ish?126.979kA，满足动稳定要求。

④按热稳定校验

LZZBJ9-12/175b/2s型电流互感器热稳定电流为It＝80kA，大于该水电站发电机出口处的热稳定电流39.912 kA 电压互感器的选择 ① 型号的选择

110kV侧选择WVB110-20(H)型电压互感器 10.5kV侧选择JDZX10-12BG型电压互感器 其各参数如下：

表4.10 所选电压互感器技术数据

电压等级 110kV 选择型号 WVB110-20(H) 额定电压 一次/二次 额定绝缘水平 选择最高电压126kV 1100.10.1选择绝缘耐压185kV ///0.1 333额定雷电冲击电压450kV 10.5kV JDZX10-12BG 1100.10.1///0.1 333选择最高电压12kV 选择绝缘耐压185kV 额定雷电冲击电压450kV

避雷器的选择[7]

110kV侧避雷器的选择 (1) 避雷器型号的选择：

选择Y10W5-110/260型无间隙氧化锌避雷器。其参数为：

表4.11 所选避雷器技术数据

型号 系统额定电压（kV） 避雷器额定电压（kV） 避雷器持续运行电雷电冲击电流下残不大于（kV） 陡波冲击电流下残不大于（Kv） 291 压（kV） 压（峰值）压（峰值）Y10W5-110/260 110 100 73 260 (2) 按额定电压选择：

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110kV系统最高电压为126kV，避雷器相对地电压为0.75Um＝0.75?126?94.5kV ,所选避雷器额定电压为110kV大于94.5kv，满足额定电压要求。

(3) 按持续运行电压选择：

110kV系统相电压为126/3＝72.75kV,所选避雷器持续运行电压有效值为73kV，大于72.75kV，故满足持续运行电压要求。 (4) 按雷电冲击残压选择：

110kV变压器额定电流冲击（内外绝缘）耐受电压（峰值）450kV，避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为：

BLC450??321kV,所选避雷器雷Kc1.4电冲击电流下残压（峰值）不大于260kV，该值小于321kV,故满足雷电冲击残压的要求。

(5) 按陡波冲击电流选择：

110kV变压器的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为550kV，其陡波冲击电流下残压为

BIC550??393kV，所选避雷器陡波冲击电流下残压（峰值）不Kc1.4大于291kV,该值小于393kV,故满足陡波冲击电流下的残压要求 10.5kV侧避雷器的选择 (1)避雷器型号的选择：

选择Y5WS5-17/50L型避雷器。其参数为：

表4.12 所选避雷器技术数据

型号 系统额定电压（kV） 避雷器额定电压（kV） 避雷器持续运行电雷电冲击电流下残不大于（kV） 陡波冲击电流下残不大于（Kv） 51.8 压（kV） 压（峰值）压（峰值）Y5WS5-17/50L 10 17 8.6 50 (2) 按额定电压选择：

10kV系统最高电压为11.5kV，避雷器相对地电压为0.75Um＝0.75?11.5?8.6kV ,所选避雷器额定电压为17kV大于8.6kv，满足额定电压

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龙哲君：直岗拉卡水电站电气一次及发电机保护

要求。

(3) 按持续运行电压选择：

10kV系统相电压为11.5/3＝6.64kV,所选避雷器持续运行电压有效值为8.6kV，大于6.64kV，故满足持续运行电压要求。 (4) 按雷电冲击残压选择：

10kV发电机额定电流冲击（内外绝缘）耐受电压（峰值）75kV，避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为：BLC75??53.57kV,所选发电机雷电Kc1.4冲击电流下残压（峰值）不大于51.8kV，该值小于53.57kV,故满足雷电冲击残压的要求。

(5) 按陡波冲击电流选择：

10kV发电机的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为75kV，其陡波冲击电流下

BIC75残压为??53.57kV，所选避雷器陡波冲击电流下残压（峰值）不

Kc1.4大于51.8kV,该值小于53.57kV,故满足陡波冲击电流下的残压要求。

绝缘子的选择：

10.5kV侧发电机出口端绝缘子选择ZD-10F型 110kV侧母线和线路侧选择ZS2-110/1500型

母线选择[8]： 110kV主母线的选择. ① 母线类型的选择：

110kV主母线选择LF－21Y－?80/72型铝锰合金管母线。 ② 按母线长期工作电流选择

110kV主母线的长期工作电流为Imax?1.05?47.368?503?110的长期允许电流为1900A。环境温度为34.5C,可得温度校正系数0.81，则

?1305A,所选母线

导体长期允许电流为1900?0.81＝15.39A，大于110kV主母线的长期工作电流1305A，故满足母线长期工作电流要求。 ③ 按热稳定校验要求选最小截面：

110kV侧三相短路周期分量稳态值为7.152kA，热稳定系数C=87，时间ta＝

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2006届电气工程及其自动化（电力）毕业设计（论文）

0.2s，则代入公式得：

Smin?I??103 C7.1520.2?103 87＝

＝36.8mm

而所选母线的截面S＝954mm，大于热稳定最小截面Smin?36.8mm，故所选母线满足热稳定的要求。 ④ 按电晕电压校验：

因为晴天不可出现可见电晕要求管型母线最小截面为?30mm,选择管型母线的型号为?80，满足电晕校验要求。 110kV进线选择 ① 线类型的选择：

110kV主变压器出线选择LGJ－400/50钢芯铝绞线 ② 按母线长期工作电流选择

较大容量变压器出口处的长期工作电流为Imax?1.05?1003?110?551A,所选母

线的长期允许电流为898A。环境温度为34.50C,可得温度校正系数0.81，则导体长期允许电流为898?0.81＝727A，大于551A.故满足母线长期工作电流要求。

③ 按热稳定校验要求选最小截面： 由Smin?I??103＝36.8mm，所选导体的截面为S=51.82mm，大于热稳定最C小截面Smin?36.8mm，故所选母线满足热稳定的要求。 ④ 按电晕电压校验：

因为有电晕电压校验的110kV软导体型号为LGJ－70，所选母线比此大，，故满足电晕校验要求。

10.5kV发电机出口处的母线选择： ① 母线类型的选择：

10.5kV发电机出口处的母线选择LF－21Y－?130/116型铝锰合金管型母

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线。

② 按母线长期工作电流选择 发电机出口处的长期工作电流为Imax?1.05?47.3683?10.5?2735A,所选母线的长

期允许电流为3511A。环境温度为34.50C,可得温度校正系数0.81，则导体长期允许电流为3511?0.81＝2844A，大于2735A.故满足母线长期工作电流要求。

③ 按热稳定校验要求选最小截面： 由Smin?I?28.0630.2?103=1441mm，所选导体的截面为?103＝

87CS=2705mm，大于热稳定最小截面Smin?1441mm，故所选母线满足热稳定的要求

④ 按电晕电压校验：

因为晴天不可出现可见电晕要求管型母线最小截面为?30mm,选择管型母线的型号为?130，满足电晕校验要求。

4.2 对方案Ⅱ的各主设备选择

其接线图如下：

图4-2 方案Ⅱ主接线图

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