35kv_110kv_220kv变电站毕业设计(全)

摘要随着国民经济的快速发展，工业化进程和城镇化建设步伐不断加快,电力的需求量也不断增长。电网的供电能力和可靠性，对工业区的生产和运作是极为重要的。本论文中主要是电气一次部分的设计说明，其内容包括变电所电气主接线设计，负荷计算，主接线方案确定，短路电流计算，主要电气设备选型，变电所电气总平面布置及继电保护的配置。设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。关键词综合自动化二次回路短路电流接地保护AUTOMOTIVEDESIGNAREAWITH220KVSUBSTATIONBUCKABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFTHENATIONALECONOMY,THEPROCESSOFINDUSTRIALIZATIONANDURBANIZATIONCONTINUESTOACCELERATETHEPACEOFCONSTRUCTION,THEDEMANDFORELECTRICITYISALSOGROWINGTHEPOWERSUPPLYCAPACITYANDRELIABILITYOFTHEGRID,ANDTHEOPERATIONOFTHEINDUSTRIALPRODUCTIONAREAISEXTREMELYIMPORTANTTHISPAPERISMAINLYADESCRIPTIONOFTHEDESIGNOFELECTRICALPARTS,ITSCONTENTSINCLUDETHEMAINSUBSTATIONELECTRICALWIRINGDESIGNLOADCALCULATIONMAINWIRINGOKSHORTCIRCUITCURRENTCALCULATIONMAINELECTRICALEQUIPMENTSELECTIONELECTRICALSUBSTATIONGENERALLAYOUTCONFIGURATIONPROTECTIONDESIGNISALSOONTHEMAINHIGHVOLTAGEELECTRICALEQUIPMENTSELECTIONANDCALCULATION,SUCHASCIRCUITBREAKERS,DISCONNECTORS,VOLTAGETRANSFORMERS,CURRENTTRANSFORMERSITALSOCONDUCTEDALIGHTNINGPROTECTIONDESIGNANDCALCULATION,IMPROVESTHESECURITYOFTHEENTIRESUBSTATIONKEYWORDSINTEGRATEDAUTOMATIONSECONDARYCIRCUITSHORTCIRCUITCURRENTGROUNDFAULT目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111国内外现状和发展趋势112原始资料313设计内容及要求3第2章电气主接线的设计421电气主接线设计概述4211对电气主接线的基本要求4212变电所电气主接线的设计原则4213电气主接线的设计步骤522主接线的基本接线形式及其特点6221电气主接线分类623电气主接线的选择8第3章主变压器的选择1231主变压器台数和容量的确定12311变电所主变压器台数的确定12312主变压器容量的选择1232主变压器型式的选择14321主变压器相数的的选择14322绕组数量和连接方式的选择1533主变压器的选择结果1534无功补偿15341无功补偿的目的15342无功功率的人工补偿装置16343并联电容器的选择计算16第4章短路电流计算1741短路电流计算概述17411短路电流计算的目的17412短路电流计算的方法和步骤1742变压器的各绕组电抗标幺值计算19421基准值计算19422各元件参数标幺值计算2043220KV侧短路计算2044110KV侧短路计算204535KV侧短路计算20第5章一次设备的选择与校验2251断路器和隔离开关的选择22511断路器的选择22512隔离开关的选择2552导体的选择与校验28第6章二次接线设计3261变电所操作电源选择3262中央信号装置的选择33621中央信号装置的设计原则33622闪光装置3363断路器的控制、信号回路的选择33631设计原则33632变压器的电压回路与电流回路34第7章防雷接地3871防雷设计38711变电站直击雷保护措施及装置38712变电站防入侵雷保护39713避雷器的选择40714变压器的防雷保护42715内部过电压及其保护4372接地装置设计43721接地简介43722接地网型式选择44第8章总结45参考文献46致谢48第1章绪论11国内外现状和发展趋势1数字化变电站技术发展现状和趋势以往制约数字化变电站发展的主要是IEC61850的应用不成熟，智能化一次设备技术不成熟，网络安全性存在一定隐患。但2005年国网通信中心组织的IEC61850互操作试验极大推动了IEC61850在数字化变电站中的研究与应用。目前IEC61850技术在变电站层和间隔层的技术已经成熟，间隔层与过程层通信的技术在大量运行站积累的基础上正逐渐成熟1。2当前的变电站自动化技术20世纪末到21世纪初，由于半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术飞速发展，变电站自动化技术也已从早期、中期发展到当前的变电站自动化技术阶段。其重要特点是以分层分布结构取代了传统的集中式；把变电站分为两个层次，即变电站层和间隔层，在设计理念上不是以整个变电站作为所要面对的目标，而是以间隔和元件作为设计依据，在中低压系统采用物理结构和电器特性完全独立，功能上既考虑测控又涉及继电保护这样的测控保护综合单元对应一次系统中的间隔出线，在高压超高压系统，则以独立的测控单元对应高压或超高压系统中的间隔设备；变电站层主单元的硬件以高档32位工业级模件作为核心，配大容量内存、闪存以及电子固态盘和嵌入式软件系统；现场总线以及光纤通信的应用为功能上的分布和地理上的分散提供了技术基础；网络尤其是基于TCP/IP的以太网在变电站自动化系统中得到应用；智能电子设备（IED）的大量应用，诸如继电保护装置、自动装置、电源、五防、电子电度表等可视为IED而纳入一个统一的变电站自动化系统中；与继电保护、各种IED、远方调度中心交换数据所使用的规约逐渐与国际接轨。这个时期国内代表产品有CSC系列、NSC系列及BSJ系列2。3国外变电站自动化技术国外变电站自动化技术是从20世纪80年代开始的，以西门子公司为例，该公司第一套全分散式变电站自动化系统LSA678早在1985年就在德国汉诺威正式投入运行，至1993年初，已有300多套系统在德国和欧洲的各种电压等级的变电站运行。在中国，1995年亦投运了该公司的LSA678变电站自动化系统。LSA678的系统结构有两类，一类是全分散式，另一类是集中和分散相结合，两类系统均由6MB测控系统、7S/7U保护系统、8TK开关闭锁系统三部分构成3。4原始变电站自动化系统存在的问题资料分目前国际上关于变电站自动化系统和通讯网络的国际标准还没有正式公布，国内也没有相应的技术标准出台。标准和规范的出台远落后于技术的发展，导致变电站自动化系统在通讯网络的选择、通讯传输协议的采用方面存在很大的争议，在继电保护和变电站自动化的关系及变电站自动化的概念上还存在分歧。市场竞争日益激烈，不同厂家的设备质量和技术（软硬件方面）差异甚大，各地方电力公司的要求也不尽相同，导致目前国内变电站自动化技术千差万别。改革开放以来，随着我国国民经济的快速增长，电力系统也获得了前所未有的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心需要获得更多的信息以准确掌握电网和变电站的运行状况。同时，为了提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集中监视和控制，并逐步采用无人值班管理模式。显然传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的需求。传统变电站一般采用常规设备，二次设备中的继电保护和自动装置、远动装置等采用电磁式或晶体管式，体积大，设备笨重，主控室、继电保护室占地面积大。常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。因此，传统变电站的设计思路和方法已经被国内外摒弃和淘汰。采用一种更先进的技术改造变电站是一种必然趋势4。而变电站综合自动化技术在电力行业中已经引起越来越多的重视，特别是近年来，随着微电子技术、计算机技术和通信技术水平的不断进步，变电站综合自动化技术也得到了迅速发展，并逐渐得到了国内外很多国家的广泛应用。那么，何谓变电站综合自动化呢它是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变电站主要设备和传、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。其重要特点是以分层分布结构取代了传统的集中式；把变电站分为两个层次，即变电站层和间隔层，在设计理念上不是以整个变电站作为所要面对的目标，而是以间隔和元件作为设计依据5。我国对变电站的技术研究的其中一个主要方面是在220KV及以下中低压变电站中采用综合自动化技术，全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，而且技术不断得到完善和成熟。总体来说，实现变电站综合自动化，其优越性主要有提高了供电质量、变电站的安全可靠运行水平，降低造价，减少了投资，促进了无人值班变电站管理模式的实行6。本设计中变电站的设计思路是紧跟现代化国内外变电站综合自动化技术的发展趋势，根据最新和最权威的设计规程和规范，采用先进的原理技术，摒弃落后和即将淘汰的技术，确定科学的模式和结构，选择质量优良和性能可靠的产品，因此，在学习借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，全面系统地研究探讨符合国情的变电站系统设计模式，完成本次毕业设计。12原始资料变电所规模及性质汽车工业区变电所电压等级220KV/110KV/35KV绞线回数220KV2回交联电缆发展1回110KV4回电缆回路发展6回35KV30回电缆回路，一次性配备。最大负荷利用小6500小时13设计内容及要求根据所给原始资料，进行负荷计算，主接线方案确定，主变压器选择，短路电流计算及一次设备选择检验，变电站进出绞及电源联络选择，二次回路方案和继电保护、防雷保护、接地保护设计等。第2章电气主接线的设计变电所的电气主接线是指由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按照一定的顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路。电气主接线又称一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电器保护配置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性作用。21电气主接线设计概述211对电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求（1电气主接线应根据系统和用户的要求，保证供电的可靠性和电能质量。对三类负荷以一个电源供电即可。对一类负荷和二类负荷占大多数的用户应由两个独立电源供电，其中任一电源必须在另一电源停止供电时，能保证向重要负荷供电。电压和频率是电能质量的基本指标，在确定电气主接线时应保证电能质量在允许的变动范围之内。2电气主接线应具有一定得灵活性和方便性，以适应电气装置的各种运行状态。不仅要求在正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。3电气主接线应在满足上述要求的前提下，尽可能经济。应尽量减少设备投资费用和运行费用，并尽量减少占地面积，同时注意搬迁费用、安装费用和外汇费用。4具有发展和扩建的可能性。电气主接线在设计时应尽量留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过渡方案的实施。212变电所电气主接线的设计原则变电所主接线的设计必须满足上述四个基本要求，以设计任务书为依据，以国家经济建设方针、政策及有关技术规范为准则，结合工程具体特点，准确地掌握基础资料，做到既要技术先进，又要经济实用。我国变电所设计技术规程对主接线设计作了如下规定在满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。在110220KV变电所中，当出现为2回时，一般采用桥型接线；当出线不超过4回时，一般采用单母线分段接线；当枢纽变电所的出线在4回及以上时，一般采用双母线。在35KV变电所中，当出线为2回时，一般采用桥型接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。出线回路数和电源数较多的污秽环境中的变电所，可采用双母线接线。在610KV变电所中，一般采用单母线接线或单母线分段接线。旁路设施可按主接线基本形式中所述的情况设置。213电气主接线的设计步骤电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，经历可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度，广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。1对原始资料进行综合分析变电所的情况，包括变电所的类型，在电力系统中的地位和作用，近期及远景规划容量，近期和远景与电力系统的连接方式和各级电压中性点接地方式、最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料室设计主接线的基础数据，应在电力负荷预测的基础上确定，其准确性直接影响主接线的设计质量。环境条件，包括当地的气温、湿度、污秽、覆冰、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素。这些对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响，必须予以重视；此外，对重型设备的运输，也应充分考虑。设备情况。为使所设计的主接线可行，必须对各主要电器的性能、制造能力、供货情况和价格等资料汇集并进行分析比较，保证设计具有先进性、经济性和可行性。2确定主变压器的容量和台数变电所主变压器的容量，一般应按510年规划负荷来选择，根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定。对重要变电所，应考虑当1台主变压器停运时，其余变压器容量在记及过负荷能力允许时间内，应满足类及类负荷的供电；对一般性变电所，当1台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70至80。变电所主变压器的台数，对于枢纽变电所在中、低压侧已形成环网的情况下，以设置2台主变压器为宜；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器，以提高供电可靠性。3主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源盒出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等，可拟定出若干个主接线方案。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留23个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，在进行经济比较。对于在系统中占有重要地位的大容量变电所的主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。4所用电源的引接确定所用电源的引接方式。5短路电流计算和主要电气选择对所选的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。6绘制电气主接线图对最终确定的主接线，按工程要求绘制工程图。22主接线的基本接线形式及其特点电气主接线的型式是多种多样的，按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型的主接线两大类。221电气主接线分类一、有母线型的电气主接线1、单母线接线及单母线分段接线（1）单母线接线单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。单母接线的优点接线简单清晰、设备少、操作方便、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便和采用成套配电装置。缺点可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。适用范围一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况1、610KV配电装置的出线回路数不超过5回；2、3563KV配电装置的出线回路数不超过3回；3、110220KV配电装置的出线回路数不超过两回。（2）单母分段接线单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。单母线分段接线的缺点是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。（3）单母线带旁路母线的接线为了检修出线断路器，但不中断对该出线的供电，可增设旁路母线。当检修电源回路断路器期间不允许断开电源时，旁路母线还可以与电源回路连接，此时还需在电源回路加装旁路隔离开关。有了旁路母线，提高了供电的可靠性，但旁路系统造价昂贵，同时使配电装置运行复杂化，另外检修母线或母线故障期间中断供电。2、双母线接线及分段接线（1）双母线接线双母接线有两组母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。由于有了两组母线，时运行的可靠性和灵活性大为提高。其优点主要有检修母线时不影响正常供电；检修任一组母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属回路和与此隔离开关相连的该组母线，其他回路均可通过另一组母线继续运行；工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电；检修任一出线断路器时，可用母联断路器代替检修的断路器，回路只需短时停电；调度灵活；扩建方便等特点。缺点在倒母线的操作过程中，隔离开关作为操作电器，容易发生误操作；检修任一回路的断路器或母线故障时，仍将短时停电；所使用的设备多（母线隔离开关的数目多），并且使配电装置结构复杂，所以经济性能差。（2）双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母线分段接线，用分段断路器将工作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。这种接线具有单母线分段和双母线的特点，较双母线接线具有更高的可靠性和灵活性。正常运行时工作母线工作，备用母线不工作，它是单母线分段接线方式，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路倒至备用母线上，即可恢复供电，这样，只是部分短时停电，而不必短期停电，仍是单母线分段运行方式。双母线分段接线主要用于大容量进出线较多的配电装置中，如220KV进出线达1014回时，就可采用双母线三分段的接线。在330500KV的配电装置中，也有采用双母线四分段的。（3）双母线带旁路母线的接线为了不停电检修出线断路器，双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这种接线运行操作方便，不影响双母线正常运行，但多装了一组断路器和隔离开关，增加了投资和配电装置的占地面积，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。二、无母线型的电气主接线无母线型的电气主接线在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线连接，常用的有桥型接线、多角形接线和单元接线。1、桥型接线适用于仅有两台变压器和两条引出线的发电厂和变电所中。因此，它不适合本设计中对主接线进出线的要求。2、多角形接线没有集中地母线，相当于将单母线用断路器按电源和引出线的数目分段，且连接成环形的接线。这种接线一般适用于最终规模已确定的110KV及以上的配电装置中，且以不超过六角形为宜。多角形接线的缺点之一就是扩建困难，因此，此接线型式亦不适合本设计的要求。3、单元接线一般适用于只有一台变压器和一回线路时的小容量终端变电所和小容量的农村变电所，因此，此接线也不适合本设计的要求。23电气主接线的选择初选为满足可靠性、灵活性、方便性、经济型、可扩建性、安全性，根据对原始资料的分析以及对主接线的认识，现列出以下三种主接线方案。方案一220KV、110KV侧双母线带旁路母线接线母联兼旁路方式，35KV侧单母线分段接线。220KV进出线两回，而当出线达到5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器，出线少于5个回路时，则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式。这种接线方式具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。110KV进出线四回，110KV侧出线可向远方大功率负荷用户供电，其他出线可作为一些地区变电所进线。根据条件选择双母接线带旁路母线方式。35KV进出线三十回，可向重要用户采用双回路供电。选择单母线分段接线方式。方案主接线图如图21所示图21方案一的电气主接线方案二220KV侧双母线带旁路接线母线兼旁路方式，110KV侧双母接线、35KV侧单母线带旁路母线接分段接线。220KV进出线两回，由于本回路为重要负荷停电对其影响很大，因而选用双母带旁路接线方式。与单母线相比，它的优点是供电可靠性大，可以轮流检修母线而不使供电中断，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电，另外还具有调度、扩建、检修方便的优点。110KV侧双母接线、35KV侧单母线带旁路母线接线，检修出线断路器时，可不中断对该出线的供电，提高了供电的可靠性。主接线如图22所示。图22方案二的电气主接线方案三220KV侧、110KV侧双母线接线，35KV侧单母线分段接线。主接线如图23所示。图23方案三的电气主接线现对三种方案列表21比较如下。表21电气主接线方案比较项目方案可靠性灵活性经济性可扩展性方案一220KV、110KV侧双母带带旁路母线接线、35KV侧单母线分段接线220KV及110KV侧均用双母带旁接线，故检修母线时不影响正常供电，35KV侧用单母分段接线母线故障时，可保证正常段母线不间断供电检修、调试相对灵活；用29台短路器，8条母线，占地较大。各种电压级接线都便于扩建和发展。方案二220KV侧双母线带旁路接线，110KV侧双母接线、35KV侧单母线带旁路母线分段接线。220KV侧用双母带旁接线，110KV侧用双母线接线，检修母线时不影响正常供电，35KV侧用单母分段接线母线故障时，可保证正常段母线不间断供电灵活性较好；用29台短路器，8条母线。扩建方便方案三220KV、110KV侧双母接线、35KV侧单母线分段接线。220KV及110KV侧均用双母线接线，故检修母线时不影响正常供电，35KV侧用单母分段接线母线故障时，可保证正常段母线不间断供电各电压级接线方式灵活性都好；用29台短路器，6条母线。各种电压级接线都便于扩建和发展。综合考虑三种电气主接线的可靠性，灵活性和经济性，结合实际情况，确定第三种方案为设计的最终方案。第3章主变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。31主变压器台数和容量的确定311变电所主变压器台数的确定主变压器的台数选择原则为（1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。（3）对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。根据以上主变压器台数的选择原则以及本设计的要求，该变电所装设两台主变压器。312主变压器容量的选择（1）主变压器容量的确定原则主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期1020年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的7080。同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发，推行系列化、标准化。（2）本变电所主变压器容量的确定本设计中该地区的负荷预测情况及发展2013年负荷为60MW,负荷水平增长率为10。设该地区负荷的功率因数为09，则2013年该地区负荷视在功率（31）6790COSMVAPS根据该地区负荷水平增长率10，可确定未来510年的规划负荷，如2014年该地区的负荷有功功率（32）6106WP视在功率（33）379COSMVAS2015年该地区的负荷有功功率（3672106P4）视在功率（35）6780972COSMVAPS2014年该地区的负荷有功功率（31603W6）视在功率（37）7389067COSMVAPS2023年该地区的负荷有功功率（36215160W8）视在功率（3921705COSMVAPS9）该地区未来510年的规划负荷情况如表31所示。表31该地区未来510年的规划负荷情况年份负荷2013年2014年2015年2016年2017年2018年PMW6066726798687859663SMV6667733380678873976110737年份负荷2019年2020年2021年2022年2023年PMW1062911692128621414815562SMVA1181112992142911572017292根据主变压器容量的确定原则，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的7080，可以确定单台变压器的额定容量。2013年变电所单台主变压器的额定容量0766674667MVA（3NS10）510年规划负荷2018年变电所单台主变压器的额定容量07107377516MVA（35N11）2023年变电所单台主变压器的额定容量0717292121MVA（310NS12）综合考虑以上选择原则和本变电所的负荷情况，确定变电所单台主变压器的额定容量120MVA。（313）NS32主变压器型式的选择321主变压器相数的的选择选择主变压器的相数，需考虑如下原则当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电站，均应选用三相变压器。当发电厂与系统连接的电压为500KV时，已经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升压到500KV的，宜选用三相变压器。对于500KV变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建所初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成所停电。为此要经过经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。根据以上选择原则以及原始资料分析，本变电站选用三相变压器作为主变压器。322绕组数量和连接方式的选择在具有三种电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需要装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器。变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组多采用Y连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器绕组多采用连接。由于35KV采用Y连接方式，与220、110系统的线电压相位角为0，这样当变压变比为220/110/35KV，高、中压为自耦连接时，否则就不能与现有35KV系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星接线的变压器，全国投运这类变压器约4050台。本设计中变电所具有三种电压等级，即220KV、110KV和35KV，需选用三绕组变压器，变压器绕组的连接方式为Y/Y/。33主变压器的选择结果查电力工程电气设备手册电气一次部分，选定变压器的额定容量为120MVA。这里选择三绕组变压器，所选变压器的技术参数如下所示表32220KV三绕组无励磁调压电力变压器额定电压/KV阻抗电压/型号额定容量/KVA高压中压低压空载电流/空载损耗/KW短路损耗/KW高中高低中低SFPS312000/22012000220251213851216365014523734无功补偿341无功补偿的目的变电所中由于有大量的感性负荷，从而使功率因数大大降低。如果在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下尚未达到规定的变电所功率因数时，就需要考虑人工补偿。342无功功率的人工补偿装置进行无功功率人工补偿的设备主要有同步调相机和并联电容器。变电所中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率。并联电容器的补偿方式，有以下三种1高压集中补偿将高压电容器组集中装设在变电所的610KV母线补偿方式只能补偿610KV母线前所有线路上的无功功率。2低压集中补偿将低压电容器组集中装设在车间变电所的低压母线上。这种补偿方式能补偿变电所低压母线前的变压器和所有有关高压系统的无功功率。3个别就地补偿将并联电容器组装设在需要进行无功补偿的各个用电设备近旁。这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高、低压线路和电力变压器的无功功率。对于供电系统中高压侧和低压侧的基本无功功率的补偿，仍宜采用高压集中补偿和低压集中补偿的方式。综合考虑上述各种补偿方式，以求经济合理的达到总的无功补偿要求，定采用低压集中补偿。343并联电容器的选择计算1无功功率补偿容量的计算（3PCQPCQ2TAN1T14）2P为变电所总的有功功率，主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60KW，锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等为250KW。因此，P60250310KW。（315）3根据车间的需要系数和功率因数参考值表得变电所的参考值为1COS；参考值为。6501TAN74无功补偿之后需要达到的功率因数值为。2COS905为无功补偿率，参考表无功补偿率可得，需要补偿的容CQ68CQ量QC068310240KVAR。（316）6由于在变电所低压侧集中补偿，三相电路因此需要选择台额定电压为、额定容量为的电容器。通过查询电气手册选出型号为V40VAR40的电容器组,金属化膜式低压并联电容器。3BZMJ第4章短路电流计算41短路电流计算概述411短路电流计算的目的在供、配电系统设计中，为了选用合理的电气主接线，选择限制短路电流的器件（如电抗器），选用具有足够动稳定度和热稳定度的电气设备，选用载流导体，设计接地装置，以及设计、整定机电保护装置和自动装置，必须计算短路电流。412短路电流计算的方法和步骤（一）欧姆法（又名单位法）1绘计算电路图，选短路计算点计算电路图上应将短路计算中需计入的所有电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件一次编号。短路计算点应选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。2计算短路回路中各主要元件的阻抗2电力系统的电抗（电阻不计，单位为）（4OC2SUXCS1）式中短路计算点的计算电压，取为比所在电网额定电压高5（单C位为KV），电力系统出口断路器的断路容量（单位为MVA）OS电力线路的阻抗（单位为）电阻电抗LWR0LWX0式中L线路长度（单位为KM）；电路单位长度电阻（单位为R/KM）；线路单位长度电抗（单位为/KM）。0X电力变压器的阻抗（单位为）电阻UC/SN电抗（4TRKP10KTUXNSC232）式中变压器的短路损耗（负载损耗，单位为W）KUK变压器的短路电压（阻抗电压）百分值变压器的额定容量（单位为KVA）NS短路计算点的计算电压（单位为KV）CU3绘短路回路等效电路，并计算总阻抗对选定的短路计算点，绘短路回路等效电路。等效电路图上标注的元件阻抗值必须换算到短路计算点。电阻电抗（42CUR）（2C）（UX3）式中R、X在计算电压为的电网中的电阻和电抗值；C换算为计算电压为的电网中的电阻和电抗值。、4计算短路电流分别对各短路计算点计算其三相短路电流周期分量、短暂次暂态短路）（3KI电流、短路稳态电流、短路冲击电流及短路后第一个周期的短路全3I）（3I）（3SHI电流有效值（又称短路冲击电流有效值）（I二标幺值法相对单位制法1绘计算电路图,选短路计算点,与前面欧姆法相同。图41短路计算电路图2设定基准容量和基准电压，计算短路点基准电流一般设DSDUDI100MVA，设（短路计算电压）。DSC3计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值，一般只计算电抗。（1）电力系统的电抗标幺值XSSD/SOC（44）式中S电力系统出口断路器的断流容量（单位为MVA）。OC（2）电力线路的电抗标幺值XWLXLSD/UC2（45）式中U线路所在电网的短路计算电压（单位为KV）C采用标幺值计算时，无论短路计算点在哪里，电抗标幺值均不需换算。（1）电力变压器的电抗标幺值XTUK/100SD/SN（46）式中U变压器的短路电压（阻抗电压）百分值；KS变压器的额定容量（单位为KVA），计算时化为与S同单位。ND4绘短路回路等效电路，并计算总电抗。采用标幺值法计算时，无论有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个。5计算短路电流分别对各短路计算点计算其各种短路电流6计算短路容量ISD（47）（3K在本设计中，我们选择用欧姆法进行短路电流计算。42变压器的各绕组电抗标幺值计算421基准值计算基准容量10MVASJ基准电压K2230KUPJ15KV35KV37UPI基准电流J/SIJJ021A1563基准电抗JJ/SUZ29KV01375422各元件参数标幺值计算三绕组变压器各绕组电抗标幺值计算152U1/2U3S23S1SS07/2S13S23S1S30SXNJD12652D3483JST1459/PRJO06S10G2JN/IB43220KV侧短路计算220KV侧短路0127X32106523106458X9474/3163702/2311875X79482100216512/2433XI1KAU/SLJ44110KV侧短路计算110KV侧短路081X16415/53I197KAU/SLJ4535KV侧短路计算35KV侧短路01387/XX31321AB4C075X1612XAB00694161/AC732XB80813/116716917820924/1871617092423X253/241259701/I5KAU3SLJ第5章一次设备的选择与校验正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。本设计中，电气设备的选择包括断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。51断路器和隔离开关的选择断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并在经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，现一般选用真空、SF6、少油和压缩空气等断路器作为10KV220KV的开关电器。表51高压断路器、隔离开关的选择及其校验项目项目额定电压额定电流开断电流额定关合电流热稳定动稳定高压断路器NETNUMAXWIKPOCNIKVCUDMI25401AXKTQI2SHTFII隔离开关同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，其型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合技术经济比较后确定。511断路器的选择1断路器的基本结构11断路器的功能（1）在正常情况下能开断和关合电路。（2）在电力系统发生故障时，能将故障从电力系统中切除。（3）能尽可能的缩短切除故障时间，减轻了电力设备的损坏和提高电力系统的稳定性。（4）能配合自动重合闸进行多次关合和断开。12断路器的分类（1）按照灭弧介质的不同，断路器可分为以下几类。1）油断路器，又分为多油断路器和少油断路器2）压缩空气断路器3）六氟化硫断路器4）固体产气断路器5）真空断路器6）磁吹断路器（2）按照对地绝缘方式不同，断路器可分为以下几类结构类型。1）绝缘子支柱型结构2）罐式型结构3）全封闭组合结构13断路器的选择220KV侧额定电压20KV额定电流160A349220KV120MW/U3S/INN短路电流4A5三相短路冲击电流1K385IIPSH经查表，220KV系列高压六氟化硫断路器技术数据中LW220型号断路器的参数如下表52LW220型号断路器参数额定工作电压（KV）最高工作电压（KV）额定频率（HZ）额定电流（A）额定开断电流（KA）额定闭合电流峰值（KA）220252501600，250040100403S所以选型号为LW220的SF6断路器。对断路器进行检验动稳定校验一般断路器关合电流不会大于额定动稳态电流，因此，只要,则SHC1I。故动稳定校验合格。SHFTI热稳定校验短路电流的持续时间，等于继电保护的动作时间（按不利情况，取后备保护动作时间，设其为15S）加上断路器的全开断时间（查资料可得时间为006S），可得156STEQ时，所以热稳定3ST40KAI10956/31/TIT校验合格，选断路器LW220满足要求110KV侧额定电压10KV额定电流20698310KV3120MW/U3S/INN短路电流KA597三相短路冲击电流4IIPSH经查表，LW14110的SF6断路器的技术数据为表53LW14110的SF6断路器参数固有分闸时间（MS）全开断时间（MS）金属短接时间（MS）每台质量（KG）额定频率HZ）额定短路闭合电流（KV）255040180050801001254S热稳定电流（KA）额定动稳定电流峰值（KA）额定开断时间（S）额定闭合时间（S）重合闸无电流间歇时间（S）金属短接（S）10000601501603重合闸无电流间隙时间（S）SF6气体的分合闸闭锁压力20表压SF6气体年漏气量分合闸线圈额定控制电压（V）电动机额定电压（V）生产厂家0340ISH38534KA热稳定电流916/TIEQH查表得，型号为GW4220的隔离开关的技术数据为表55GW4220的隔离开关的技术数据热稳定电流（KA）操动机构型号额定电压（KA）额定电流（A）动稳定电流峰值（KA）4S5S主刀闸接地刀闸单项质量（KG）生产厂家220600501414CS14GCJ5、CS14GCS14GCS14G598西安市秦岭电器厂故选型号为GW4220的隔离开关110KV侧额定电压10KV额定电流62983A10KV3120MW/U3S/INN短路电流97KA三相短路冲击电流45IISPH动稳定电流45IS热稳定电流K716/9/TEQH查表得，型号为GW4110的隔离开关的技术数据为表56GW4110的隔离开关的技术数据操动机构型号额定电压（KA）额定电流（A）动稳定电流峰值（KA）热稳定电流（4S）（KA）主刀闸接地刀闸单项质量（KG）生产厂家1106305020CS14G、CG6CS17GCJ2GCS14G、CJ5CS14GCS17GCS14G255470529西安高压开关厂故选型号为GW4110的隔离开关35KV侧额定电压KV35额定电流1974AKV35120MW/US/INN短路电流AK三相短路冲击电流865IIPSH动稳定电流386IS热稳定电流K941/TEQH查表得，型号为GW435的隔离开关的技术数据为表57GW435的隔离开关的技术数据操动机构型号额定电压（KA）额定电流（A）动稳定电流峰值（KA）热稳定电流（4S）（KA）主刀闸接地刀闸单项质量（KG）生产厂家35200010040315CS11GCS17G、CJ2GCS86DCS17G170西安高压开关厂故选型号为GW435的隔离开关。52导体的选择与校验在稳定周围环境温度下，导体和电气设备长期允许电流IAL应不小于该回路的最大持续工作电流IWMAX，即考虑到发电机、调相机和变压器在电压减低5时，出力保持不变，ALWMXI故取其相应回路母联QF回路一般可取母线上最大一台发电机或变ALWMAX105压器的IWMAX。出线回路的IWMAX，除考虑该线路正常运行时的负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷电流。220KV侧最大持续工作电流A306210/5IWMAX年最大负荷利用小时数为TMAX6000H,查经济电流密度曲线得经济电流密度为J09A/MM2,母线经济截面积为SI/J33066/093674MM2选择LF21圆管型铝锰合金导体作为母线。表58LF21圆管型铝锰合金导体参数导体尺寸D1/D2MM导体截面MM2导体最高允许温度为下值时的载流量截面系数W（CM3）惯性半径RI（CM）惯性矩（CM）708060/54539124010727292022191按最大长期工作电流选择设当导体在额定环境温度40，导体最高允许温度为70时，经查表得综合修正系数为K081，则A63041208AKIAL满足要求。（1）热稳定校验短路持续时间TKT后备T开断1506156S短路时导体发热量J623K105876104152TIQ导体运行温度为780查表得热稳定系数95C满足热稳定要求的导体最小截面积为2295610837MIN5399SMKQ（2）按电晕校验110KV及以上电压线路发电所母线均应以当地气候条件下晴天不出现全面电晕为控制条件，使导线安装处的最高工作电压小于临界电晕电压查资料得导线截面大于等于300MM2就不用进行电晕的校验。而所选导线截面面积为，故不用进行电晕校验。2230M59110KV侧AIW36111032MAX110KV侧年最大负荷利用小时数为6500H查经济电流密度曲线得经济电流密度J085A/MM2则母线的经济截面积为2MAX04785361SMJIW可选择LF21圆管形铝锰合金导体作为母线，其技术数据表如下表59LF21圆管形铝锰合金导体参数导体最高温度允许为下值时的载流量导体尺寸D1/D2MM导体截面（MM2）7080截面系数WCM3惯性半径RICM惯性矩JCM480/72954190015451732