10kV开闭站计算书

目 录

一、 短路电流计算…………………………………………………2

（一）、目的…………………………………………………2 （二）、短路电流计算理论依据……………………………2 （三）、绘制计算电路图及短路电流计算…………………3 二、高压电气设备的选择校验……………………………………6

（一）、10kV母线选择校验…………………………………6 （二）、10kV出线电缆选择校验……………………………7 （三）、10kV断路器的选择校验……………………………9 （四）、10kV电压互感器的选择……………………………10 （五）、10kV电流互感器的选择……………………………10

（六）、各类设备选型结果表………………………………11 三、各线路保护整定计算…………………………………………11

（一）、计算条件……………………………………………12 （二）、计算过程……………………………………………13 四、参考文献………………………………………………………18

第1页

一、 短路电流计算

（一）目的：为了正确选择电气设备，确定短路电流的方式，为继电保护提供整定计算的依据。

（二）短路电流计算理论依据：

1. 假设条件和原则：

（1）正常工作时，三相系统对称运行。 （2）所有电源的电动势相位角相同。

（3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

（4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

（5）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。

（6）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 （7）不计周期分量的衰减。 （8）输电线路的电容略去不计。

2. 计算公式：

取系统容量S=∞，基准容量Sj=100MVA，基准电压Uj=10.5kV，基准

电流Ij=5.50kA，已知10kV母线短路阻抗标幺值Xmax=0.419，Xmin=0.419。

（1）变压器标幺值：X*b=（Ud%/100）×（Sj/Se） （2）线路、电缆标幺值：X*=X×(Sj/Uj2)×L

（3）三相短路电流：Izd（3）=Sj/（X*dUj3），Izd（3）=I” （4）两相短路电流：Id（2）=0.866Id（3）

（5）短路电流全电流最大有效值：Ich=I”12(Kch1)2，Kch取1.8 （6）冲击电流：ich=3KchI”，Kch取1.8 （7）短路容量：Sd（3）=3UjId（3） （8）工作电流：Ig=1.05Se/(Ue3)

（9）标幺值为有名值与基准值之比：

容量：S*=S/Sj， 电压：U*=U/Uj，

电流：I*=I/Ij=√3UjI/Sj， 电抗：X*=X/Xj=XSj/Uj2

第2页

（三）根据主接线方案最大运行方式，按照标准阻抗绘制计算电路图如下： S10.5kV10.5kV0.419d1AL=1.3kmLJ-3×240BL=1.3kmLJ-3×2400.39580.395837kV分界线电缆L=0.7km10.5kV短路电流计算接线图电缆L=0.7km分界线0.06030.0603d210.5kV正序阻抗图

1、 对d1点进行短路电流计算以选择两回电缆的大小及参数： 1）短路电流周期分量计算

(1) d1点三相短路Izd1=

2）计算短路冲击电流

ich1=2.55×Izd1(3) =2.55×13.123=33.46365kA;

3）短路全电流有效值计算

d1点三相短路Itd1(3)= I”12(Kch1)2=13.123×1.51=19.8157kA;

4）短路容量计算

Sd1(3) =3Uj Izd1(3)= 3×10.5×13.123=238.662MVA

(3)

SjX*d1Uj3=

1000.41910.53=13.123kA;

(2) d1点两相短路d1(2)=0.866×Izd1(3) =0.866×13.123=11.35kA;

第3页

短路电流计算结果表： 三相短路两相短路电短路全电流有效短路点 短路冲击电流 短路容量 电流 流 值 kA kA kA kA MVA d1 13.123 11.35 33.4637 19.8157 238.662 2、 10kV进线电缆选择校验：

按当一回线路出线故障停电时，另一回线路应能带所有的负荷考虑： 1) 型式的选择

为确保电缆的使用寿命和提高安全系数，选用聚氯乙烯交联电缆，为使安装检修维护方便采用电缆沟多层敷设。

2) 电缆额定电压选取

因为相电压Ue=10kV，故应选8.7/15kV电压规格的电缆。

3) 10kV短路热稳定要求的最小截面计算 对于铜芯电缆YJV22-8.7/15kV:

∵Smin=Izd12t∵Smin=Izd12t1000131232

1=95.788 mm ，t取1，90℃时C=137；∴Smin=137C1000131232

1=170.4286mm ，t取1，90℃时C=77；∴Smin=77C对于铝芯电缆YJLV22-8.7/15kV:

4) 按经济电流密度选择 S=

Igj，Ig=1.05×3625/(10.5×3)=209.25A,当Tmax=3000h时，

jAL=1.73A/mm2，jCU=2.25A/mm2：

SAL=

209.25209.25=120.9766mm2，SCU==93.018mm2 1.732.25

5) 按持续允许载流量选择电缆

环境温度按30℃，敷设条件按多根电缆重叠敷设地电缆沟中，查表得：SAL= 120mm2，SCU=70mm2。

6) 综合热稳定、经济电流密度及持续允许电流，选取电缆如下：

YJV22-8.7/15-3×120

第4页

3、 计算正序阻抗图中电抗标幺值：

1) 线路：已知线路几何均距为1424mm，水平排列，并采用LJ-3×240

铝绞线，故几何均距D=相间距离d=1424mm，导线半径r=8.74mm

XL=0.145lg(d/0.7r)=0.3357Ω/km X*L=0.3357×(100/10.52)×1.3=0.3958

2) 电缆：根据YJV22-3×120查表得：X=0.095Ω/km

X*=0.095×(100/10.52)×0.7=0.0603

4、 对d2点进行短路电流计算以实现对10kV开闭所内高压电气设备的选

择校验：

1）短路电流周期分量计算

(1) d2点三相短路Izd2=

2）计算短路冲击电流

ich2=2.55×Izd2(3) =2.55×8.4979=21.6696kA;

3）短路全电流有效值计算

d2点三相短路Itd2(3)= I”12(Kch1)2=8.4979×1.51=12.832kA;

4）短路容量计算

Sd2(3) =3Uj Izd2(3)= 3×10.5×8.4979=154.547MVA

短路电流计算结果表： 三相短路两相短路电短路全电流有效短路点 短路冲击电流 电流 流 值 kA kA kA kA d2 8.4979 7.3592 21.6696 12.832

(3)

SjX*d2Uj3=

1000.70510.53=8.4979kA;

(2) d2点两相短路d2(2)=0.866×Izd2(3) =0.866×8.4979=7.3592kA;

短路容量 MVA 154.547 第5页

二、 高压电气设备的选择校验

(一)、10kV母线选择校验 1、型式确定：由于Ig=1.05×

SeUe3=1.05×

362510.53=209.25A<2000A，

Se等于配出线总容量，因此应选择矩形铝导体。

2、截面选择

按经济电流密度选择，Tmax=3000h，铝导体经济电流密度1.07A/mm2， 截面则应选择Sj=Ig/1.07=209.25/1.07=195.5977 mm2;

按允许持续电流选择，Ixu≥Ig，当工作环境温度25℃时，25×3矩形铝导体单条平放。

本方案按允许持续电流选取25×3矩形铝导体单条平放。

3、热稳定校验 ∵Smin=Izd22t10008497.92

1=97.677 mm ，t取1，70℃时C=87；∴Smin=87C所选导体截面75 mm2<97.677 mm2故不满足热稳定条件，另选为50×5矩

形铝导体单条平放。

4、动稳定校验及结构参数计算

根据10kV户内布置电气净距的要求，相间距离α选为0.25m，导体支承方式为多等跨、简支，

由机械强度允许的最大跨距=91.1×

Ich=91.1×

0.25=2.102m

21.6696由机械共振允许的最大跨距为1.27m

考虑到10kV开关柜的尺寸，故选取支柱绝缘子间的跨距选为L=1.2m。 查表得导体弹性模数E=7×104N/mm2；单位长度质量m=0.972kg/m；

频率系数Nf=3.56；截面系数W=0.167bh2=2.088×10-6m3 最大允许应力70N/mm2

求导体得断面二次矩

bh35503I===5.208×10-8 m4=52083.33mm4 1212第6页

求导体得一阶固有频率

f1=

NfL2EI3.56710105.208108=2=151.4045(Hz) m1.20.972

固有频率f1在35～135 Hz以外，故动应力系数β=1。

求短路时导体相间产生的最大机械应力

=223.4254N/cm2 , 1N/cm2=10-2N/mm2 =2.23N/mm2＜70 N/mm2

故满足动稳定要求。

(二)、10kV出线电缆选择校验

1、型式的选择

L2120221.6696212-3

σx-x=17.248×10Ichβ=17.248×10×

102.0882510W-3

为确保电缆的使用寿命和提高安全系数，选用聚氯乙烯交联电缆，为使安

装检修维护方便采用电缆沟多层敷设。

2、电缆额定电压选取

因为相电压Ue=10kV，故应选8.7/15kV电压规格的电缆。

3、10kV短路热稳定要求的最小截面计算 对于铜芯电缆YJV22-8.7/15kV:

∵Smin=Izd22t∵Smin=Izd22t10008497.92

1=62.0285mm ，t取1，90℃时C=137；∴Smin=137C10008497.92

1=110.36mm ，t取1，90℃时C=77；∴Smin=77C对于铝芯电缆YJLV22-8.7/15kV:

4、经济电流密度选择 S=

Igj，,当Tmax=3000h时，jAL=1.73A/mm2，jCU=2.25A/mm2，下面列出各

配出线电缆经济截面表：

第7页

序号1234567配出线名称水源变配电变分厂变住宅变服务公司车间变1车间变2计算工作电流铜芯经济截面铝芯经济截面11.555736.37162136.37162118.1981132.33141936.37162136.371621

5、按持续允许载流量选择电缆

环境温度按30℃，敷设条件按多根电缆重叠敷设在空气中采用电缆沟多层敷设

序号配出线名称计算工作电流铜芯电缆铝芯电缆111.553×103×16水源变236.373×163×25配电变336.373×163×25分厂变418.193×103×16住宅变532.333×163×25服务公司636.373×163×25车间变1736.373×163×25车间变2

第8页

6、综合热稳定、经济电流密度及持续允许电流，选取电缆如下表： 序号配出线名称计算工作电流电缆型号111.55YJV22-8.7/15-3×70水源变236.37YJV22-8.7/15-3×95配电变336.37YJV22-8.7/15-3×95分厂变418.19YJV22-8.7/15-3×70住宅变532.33YJV22-8.7/15-3×95服务公司636.37YJV22-8.7/15-3×95车间变1736.37YJV22-8.7/15-3×95车间变2 注：所用变无需电缆，为柜内安装。一般上级变电站10kV部分都要考虑补偿电容，本设计不考虑。毕业设计任务书中给出的低压电容为200kvar不属于10kV开闭所的设计范畴。

(三)、10kV断路器的选择校验

要求：工作电压Ug=10kV；工作电流Ig=209.25A；开断电流Itd2=12.832kA; 动稳定电流ich2=21.6696kA;

1.5取tjs=1.5s，3秒热稳定电流I∞t=8.4979×3=6.01kA；

1.5tjs4秒热稳定电流I∞t=8.4979×4=5.2kA；

tjs

由断路器选择的原则要求可知，应当选取各参数都优于以上数值的断路器方能满足要求。

第9页

根据当代断路器发展和应用情况，为降低维护要求，提高安全可靠系数，选取断路器型式为VS1-12/630A 25kA中置断路器。

其铭牌参数如下：

最高工作电压12kV>Ug;额定工作电流630A>Ig;

tjst4秒短路电流25kA> I∞; 动稳定电流50kA>ich;

额定短路开断电流25kA> Itd2; 所以断路器符合选择要求。

10kV由于选择中置式开关柜，没有隔离开关，故不作选择。 (四)、10kV电压互感器选择

1、型式选择：

选用油浸式JDZJ6-10 中置式安装。其电压满足1.2Ue>U1>0.8Ue。

2、参数选择

二次电压：因为一次系统为中性点非直接接地系统，一次、二次绕组电压选择如下：（二次3个绕组，分别为计量、保护、开口绕组）

10000100100100///(V)。 3333

准确度等级确定：按照设计规程规定，计量绕组精度应达到0.5级及以上，继电保护绕组精度应达到3级以上。 额定容量的确定：

假设计算计量绕组二次容量S2=50VA，则可选0.5级绕组Sn2=80VA， 假设计算保护绕组二次容量S2=250VA，则可选3级绕组Sn2=300VA，

熔断器的选择：可选XRNP-10/0.5A

(五)、10kV电流互感器的选择

工作电压Ug=10kV；工作电流Ig=209.25A；

第10页

tjs取tjs=1.5s，2秒热稳定电流I∞

1.5t=8.4979×2=7.359kA；

另外，出线中最小工作电流为11.55A。

由电流互感器选择原则可知，应当选取各参数都优于以上数值的电流互感器方能满足要求。

选取LH型式为LZZBJ9-10A 300-20/5A 两相两组、三相两组，精度选择0.5/10P、0.5/10P。

其铭牌参数如下：

额定工作电压10kV=Ug；额定工作电流300A-20A>Ig；

2秒热稳定电流为20-100/5时为20kA，动稳定电流峰值为50kA；75-300/5时为20kA，55kA；200-800/5时为32kA，80kA。 2秒热稳定最小电流为

tjs20kA> I∞

t；最小动稳定电流50kA＞21.6696kA；

0.5级用于测量；10P级用于后备保护

所以选用该型电流互感器符合选择要求。

(六)、各类设备选型结果表 序设备名称 号 1 10kV母线 2 10kV断路器 3 4 5 6 10kV YH 10kV LH 10kV避雷器 型号及规格 LMY-50×5 VS1-12/630A， 25kA JDZJ6-10 ，10000100100100/// 3333备注 0.5/1/3级 0.5/10P，0.5/10P级 用于总进线、母线 LZZBJ9-10， 300A-20A/5A HY5WZ-17/45 注：避雷器的选择，根据工作点母线过压限值、避雷器动作电压、最大通流容量、以及产品手册建议工作条件选取。

三、 各线路保护整定计算

第11页

（一）、因变压器均采用S7型，各配出线电缆大小上述已确定，故计算条件如下：

1、水源变：200kVA变压器阻抗电压Ud%=4，则X*B1=(4/100)×(100/0.2)=20；

YJV22-8.7/15-3×70的电抗X1=0.101Ω/km，则X*L1=0.101×(100/10.52)

×0.7=0.013。

2、配电变：630kVA变压器阻抗电压Ud%=4.5，则X*B2=7.143

YJV22-8.7/15-3×95的电抗X1=0.096Ω/km，则X*L2=0.0174

3、分厂变：630kVA变压器阻抗电压Ud%=4.5，则X*B3=7.143

YJV22-8.7/15-3×95的电抗X1=0.096Ω/km，则X*L3=0.0610

4、住宅变：315kVA变压器阻抗电压Ud%=4，则X*B4=12.7

YJV22-8.7/15-3×70的电抗X1=0.101Ω/km，则X*L4=0.0412

5、服务公司：630kVA变压器阻抗电压Ud%=4.5，则X*B5=7.143

YJV22-8.7/15-3×95的电抗X1=0.096Ω/km，则X*L5=0.0435

6、车间变1：630kVA变压器阻抗电压Ud%=4.5，则X*B6=7.143

YJV22-8.7/15-3×95的电抗X1=0.096Ω/km，则X*L6=0.0374

7、车间变2：630kVA变压器阻抗电压Ud%=4.5，则X*B7=7.143

YJV22-8.7/15-3×95的电抗X1=0.096Ω/km，则X*L7=0.0418

（二）、计算过程：

计算的正序阻抗图如下所示： 1、第一条线路（水源变）：

5500262.7A

0.4190.45610.0120（2）

D1= D1（3）×3／2=227.5A

D1（3）=

保护整定：

（1） 速断按躲变压器涌流整定：Id1=10Ie=

1020010.53109.97A

（2） 按躲过低压侧三相短路整定：Id1=1.2×D1（3）=321.24A

第12页

S10.5kV0.4190.3958分界线0.06030.39580.060310.5kV0.010.01740.06100.04120.04350.03740.041820D17.143D27.143D312.7D47.143D57.143D67.143D7正序阻抗图 （3） 按与上级过流配合整定：因上级过流电流为 120×6=720A 即Id1＜720A。

综上所述第一条线路速断按（2）整定，Id1=321.24A

二次电流：IXd=1.2×Id1／nl=1.2×321.24/10=38.55A，取38.5A 其中nl为电流互感器的变比。

（4）过电流保护装置的动作电流及灵敏系数：

Idz．j=

1.3kjxIfmax1.310.9971.72，取2A，其中kjx=1

nlkfh0.8510 Klm= D1max（2）/ Idz=227.5/(2×10)=11.375＞1.5满足规程要求。

线路1保护配合： ① 速断与上述保护过流配合整定：38.5A，0” ② 过流2A，时间整定根据具体情况定，如果水源变有大电机，应躲过启动时间，一般整定2S以上。

2、第二条线路（配电变）： D2（3）=

5500684.5A

0.4190.45610.01747.143第13页

D2（2）= D2（3）×0.866=592.777A 保护整定：

（1） 速断按躲变压器涌流整定：Id2=10Ie=

1063010.53346.41A

（2） 按躲过低压侧三相短路整定：Id2=1.2×D2（3）=821.4A

（3） 按与上级过流配合整定：因上级过流电流为 120×6=720A， 虽然Id2＞720A，但Id2＜1560A。 综上所述第一条线路速断按（2）整定，Id2=821.4A

二次电流：IXd=1.2×Id2／nl=1.2×821.4/10=98.568A，取98.5A 其中nl为电流互感器的变比。

（4）过电流保护装置的动作电流及灵敏系数：

Idz．j=

1.3kjxIfmax1.334.15.3，取5A，其中kjx=1，nl=10

nlkfh0.8510Idz=Idz.j×nl/kjx

Klm= D2max（2）/ Idz=592.777/(5×10)=11.86＞1.5满足规程要求。 线路2保护配合： ① 速断与上述保护过流配合整定：98.5A，0” ② 过流5A，一般整定2S以上。

3、第三条线路（分厂变）： D3（3）=

5500680.77A

0.4190.45610.0617.143D3（2）= D3（3）×0.866=5.55A 保护整定：

（1） 速断按躲变压器涌流整定：Id3=10Ie=

1063010.53346.41A

（2） 按躲过低压侧三相短路整定：Id3=1.2×D3（3）=816.924A

（3） 按与上级过流配合整定：因上级过流电流为 120×6=720A， 虽然Id3＞720A，但Id3＜1560A。 综上所述第一条线路速断按（2）整定，Id3=816.924A

二次电流：IXd=1.2×Id3／nl=1.2×816.924/10=98.031A，取98.0A 其中nl为电流互感器的变比。

第14页

（4）过电流保护装置的动作电流及灵敏系数：

Idz．j=

1.3Ifmaxkjx1.334.15.3，取5A，其中kjx=1，nl=10

nlkfh0.8510Idz=Idz.j×nl/kjx

Klm= D3max（2）/ Idz=5.55/(5×10)=11.79＞1.5满足规程要求。 线路3保护配合： ① 速断与上述保护过流配合整定：98.0A，0” ② 过流5A，一般整定2S以上。

4、第四条线路（住宅变）： D4（3）=

5500403.93A

0.4190.45610.041212.7D4（2）= D4（3）×0.866=349.8A 保护整定：

（1） 速断按躲变压器涌流整定：Id4=10Ie=

1031510.53173.21A

（2） 按躲过低压侧三相短路整定：Id4=1.2×D4（3）=484.716A

（3） 按与上级过流配合整定：因上级过流电流为 120×6=720A， 即Id4＜720A

综上所述第一条线路速断按（2）整定，Id4=484.716A

二次电流：IXd=1.2×Id4／nl=1.2×484.716/10=58.166A，取58.0A 其中nl为电流互感器的变比。

（4）过电流保护装置的动作电流及灵敏系数：

Idz．j=

1.3kjxIfmax1.317.3212.65，取3A，其中：接线系数（一

nlkfh0.8510般为Y接线）kjx=1，nl=50/5=10，可靠系数（因为取反时限GL型继

电器）Kk=1.3，Idz=Idz.j×nl/kjx，继电器返回系数kfh=0.85，前后所述均类同。

Klm= D4max（2）/ Idz=349.8/(3×10)=11.66＞1.5满足规程要求。 线路4保护配合： ① 速断与上述保护过流配合整定：58.0A，0” ② 过流3A，一般整定2S以上。

第15页

5、第五条线路（服务公司）： D5（3）=

5500682.25A

0.4190.45610.04357.143D5（2）= D5（3）×0.866=590.83A 保护整定：

（1） 速断按躲变压器涌流整定：Id5=10Ie=

1063010.53346.41A

（2） 按躲过低压侧三相短路整定：Id5=1.2×D5（3）=818.7A

（3） 按与上级过流配合整定：因上级过流电流为 120×6=720A，虽然Id5＞720A，但Id5＜1560A。 综上所述第一条线路速断按（2）整定，Id5=818.7A

二次电流：IXd=1.2×Id5／nl=1.2×818.7/10=98.244A，取98.0A 其中nl为电流互感器的变比。

（4）过电流保护装置的动作电流及灵敏系数：

Idz．j=

1.3kjxIfmax1.334.15.3，取5A

nlkfh0.8510Klm= D5max（2）/ Idz=590.83/(5×10)=11.82＞1.5满足规程要求。

线路5保护配合： ① 速断与上述保护过流配合整定：98.0A，0” ② 过流5A，一般整定2S以上。

6、第六条线路（车间变1）： D6（3）=

5500682.76A

0.4190.45610.03747.143D6（2）= D6（3）×0.866=591. 3A 保护整定：

（1） 速断按躲变压器涌流整定：Id6=10Ie=

1063010.53346.41A

（2） 按躲过低压侧三相短路整定：Id6=1.2×D6（3）=819.3A

（3） 按与上级过流配合整定：因上级过流电流为 120×6=720A，虽然Id6＞720A，但Id6＜1560A。 综上所述第一条线路速断按（2）整定，Id6=819.3A

二次电流：IXd=1.2×Id6／nl=1.2×819.3/10=98.316A，取98.0A

第16页

其中nl为电流互感器的变比。

（4）过电流保护装置的动作电流及灵敏系数：

Idz．j=

1.3kjxIfmax1.334.15.3，取5A

nlkfh0.8510Klm= D6max（2）/ Idz=591.3/(5×10)=11.826＞1.5满足规程要求。

线路6保护配合： ① 速断与上述保护过流配合整定：98.0A，0” ② 过流5A，一般整定2S以上。

7、第七条线路（车间变2）： D7（3）=

5500682.4A

0.4190.45610.04187.143D7（2）= D7（3）×0.866=590. 9A 保护整定：

（1） 速断按躲变压器涌流整定：Id7=10Ie=

1063010.53346.41A

（2） 按躲过低压侧三相短路整定：Id7=1.2×D7（3）=818.88A

（3） 按与上级过流配合整定：因上级过流电流为 120×6=720A，虽然Id7＞720A，但Id7＜1560A。 综上所述第一条线路速断按（2）整定，Id7=818.88A

二次电流：IXd=1.2×Id7／nl=1.2×818.88/10=98.266A，取98.0A 其中nl为电流互感器的变比。

（4）过电流保护装置的动作电流及灵敏系数：

Idz．j=

1.3kjxIfmax1.334.15.3，取5A

nlkfh0.8510Klm= D7max（2）/ Idz=590.9/(5×10)=11.818＞1.5满足规程要求。

线路7保护配合： ① 速断与上述保护过流配合整定：98.0A，0” ② 过流5A，一般整定2S以上。

四、参考文献

第17页

《电力工程电气设计手册》电气一次部分 《电力工程电气设计手册》电气二次部分 《工业与民用配电设计手册》第二版

《电力工程电气设备手册》电气一次部分上册 《电力系统继电保护原理》

附件：一次主接线图（Autocad R14中文版制作）。

本文中含有Microsoft 3.0公式，及Autocad R14中文版制作的插图。

第18页

第19页