某220kv区域性变电所一次系统初步设计

大学毕业设计某220KV区域性变电所一次系统初步设计设计任务书某220KV区域性变电所一次系统初步设计本设计变电所以110KV向地区负荷供电,除220KV电压与系统联络之外,110KV电压的部分出线也与系统有联系一、变电所的规模近期设主变为2120MVA，电压比为220/121/105KV，容量比为100/100/50，本期工程一次建成，设计中留有扩建的余地调相机为260MVAR，本期先建成一台。220KV出线本期5回，最终8回；110KV出线共10回，一次建成所用电按调相机的拖动设备为主来考虑。二、系统负荷功率因数为09，最大负荷利用小时数为5300小时，同时率为09，每回最大负荷为第一回（九江I）输送200MW第二回（九江II）输送200MW第三回（柘林）输送180MW第四回（昌东）输送150MW第五回（南昌电厂）输送100MW第六回（西效I）第七回（西效II）第八回（备用）1、110KV的最大地区负荷，近期为200MW，远期300MW，负荷功率因数为085,最大负荷利用小时数为5300小时,同时率为09,每回最大负荷为第一回每岭输送80MW第二回乐化输送80MW第三回新期周输送40MW第四回象山输送45MW第五回水泥厂输送60MW第六回双港澳输送60MW第七回南电输送60MW第八回化工区备用I输送40MW第八回化工区备用II输送40MW第八回化工区备用III输送40MW三、系统计算粢资料系统阻抗，当取基准容量SJ100MVA，基准电压UJ为各级电压平均值（230，115，37，105）时,两级电系统的远景阻抗标值如下图所示0032800502S1S2两系统联络阻抗按远景三台变电压器的总阻抗考虑。四、所址情况变电所所在地为平原地区，无高产农作物，土壤电阻率为08104CM,年雷暴日为65天,历年最高气温为385。C。变电所在系统中的地理位置如下，220KV用虚线所示，110KV用实线表示九江备用乐化象山南昌电厂新祺周柘林水泥厂双港南电昌东北九江备用乐化象山南昌电厂新祺周柘林水泥厂双港南电昌东北梅岭西效化工备用五、系统和保护要求220KV各线在、相有载波通道，在、相有保护通道。线路对侧有电源，要求同期，电压互感器装于相。110梅岭、南电两回路对侧有电源，要求同期，电压互感器装于各线路相。六、其他所用负荷按典型所用电考虑。七、设计作务1、变电所电气主接线图设计。2、短路电流计算，3、电气主接线图中的设备配置，4、主要电气设备选择，断路器选择，隔离开关选择，互感器选择；5、配电装置选择。八、设计成品1、设计说明书、计算收；2、电气计接线图一份；3、220、110进出线断面图一份。4、110KV电压互感器及避雷图一份。九、设计依据1、规程（包括变电所（或发电厂）设计技术规程、继电保护和自动装置设计技术规程、电气测量仪表装置设计技术规程等）；2、电力工程设计手册1、2册，电力工业常用设备用册，发电厂电气部分教材等。十、题目参数（一）、主要技术参数型号OSFPS7120000/220额定容量高压220225中压121KV低压105KV联接组标号YN，YN，D11阻抗电压，高低2834，高中810，中低1824空载电流08空载损耗70短路损耗320（二）母线技术参数（1）220母线选用LGJ400/95型钢芯铝绞线，其技术参数如下最高允许温度70度，25度下允许截面流量960，集肤系数1，计算截面5012MM2（2）110KV母线选用LGJ800/100型钢芯铝绞线，其技术参数如下最高允许温度70度，25度下允许截面流量1402，集肤系数1，计算截面89605MM2（3）10KV母线用LMR竖放式单条矩形导体，其技术参数如下宽厚（MM）404长期允许载流量480。设计说明书前言本次所设计的课题是某220KV变电所电气初步设计，该变电所是一个地区性重要的降压变电所，它主要担任220KV及100KV两电压等级功率交换，把接受功率全部送往110KV侧线路。本所位于市郊区，稻田、丘陵，所址工程情况良好，处于地区网络枢纽点上，具有220KV、110KV、及10KV三个电压等级，220KV侧以接受功率为主，10KV主要用于所用电以及无功补偿。本次所设计的变电所是枢纽变电所，全所停电后，将影响整个地区以级下一级变电所的供电即本次设计的变电所最后规模采用两台OSFPS7120000/220型三绕组有载调压变压器，容量化为100/100/50，互为备用。220KV侧共有8回出线，近期5回，远期3回，其中4回出线朝西，4回出线朝北，110KV也有10回出线，一次建成，5回朝西，3回朝北，2回朝南。因此220KV及110KV主接线最后方案采用双母带旁母接线形式，正常运行时旁母不带电。10KV采用单母分段，且装设分段断路器，并装设两台所用变，一台所用变故障时，另一台承受全部负荷。一台所用变接一段母线，平时两台变压器分裂运行。10KV侧并联调相机补偿装置进行主变损耗及负荷功率因数补偿，并提高电压。本变电所配电装置采用普通中型配电装置，220KV及110KV均采用断路器单列布置，将隔离开关放置母线下，使其与另一级隔离开关电气距离增大，缩短配电装置的纵向距离。主变中性点及出线均装设避雷器，中性点经隔离开关直接接地，并装设有两段零序保护及放电间隙保护。本变电所大门位于东方，220KV配电装置朝北，110KV配电装置朝西，均与出线方向相对应，主变位于三者之间，其间有行车大道、环形小道、电缆沟盖板作为巡视小道，220KV配电装置有14个间隔，110KV配电装置16个间隔。本次设计论文是以我国现行的各有关规范规程等技术标准为依据，所设计是一次初步设计，根据任务书提供原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出。第一章主变压器容量，台数及形式的选择第一节概述在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统510年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双值组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。第二节主变压器台数的选择由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至110KV及10KV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。第三节主变压器容量的选择主变容量一般按变电所建成近期负荷，510年规划负荷选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电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，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的7080。该变电所是按70全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电所的总装容量为SE2（07PM）14PM。当一台变压器停运时，可保证对60负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40，则可保证98负荷供电，而高压侧220KV母线的负荷不需要跟主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是220KV侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量为SE07（SS）。由原始资料可知，10KV母线上无负荷，主要用来无功补偿用。即主变压器的容量为SE07（SS）。第四节主变压器型式的选择一、主变压器相数的选择当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。二、绕组数的选择在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。在生产及制造中三绕组变压器有自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性。而自耦变压器的变化较小，由原始资料可知，该所的电压波动为8，故不选择自耦变压器。分裂变压器分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。普通三绕组变压器价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。三、主变调压方式的选择为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV及以上网络电压应符合以下标准枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的113倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10，事故后不应低于电网额定电压的95。电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95100。调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在5以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30。由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。四、连接组别的选择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。全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，而且全星形接法，零序电流没有通路，相当于和外电路断开，即零序阻抗相当于无穷大，对限制单相及两相接地短路都有利，同时便于接消弧线圈限制短路电流。但是三次谐波无通路，将引起正弦波的电压畸变，对通讯造成干扰，也影响保护整定的准确度和灵敏度。如果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。我国规定110KV以上的电压等级的变压器绕组常选用中性点直接地系统，而且要考虑到三次谐波的影响，会使电流、电压畸变。采用接法可以消除三次谐波的影响。所以应选择YO/YO/接线方式。故本次设计的变电所，选用主变压器的接线组别为YO/YO/1211接线。五、容量比的选择由原始资料可知，110KV中压侧为主要受功率绕组，而10KV侧主要用于所用电以及无功补偿装置，所以容量比选择为100/100/50。六、主变压器冷却方式的选择主变压器一般采用的冷却方式有自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。自然风冷却一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。第二章电气主接线的选择第一节概述主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系。我国变电所设计技术规程SDJ279规定变电所的主接线应根据变电所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，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。一、可靠性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要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。1、主接线可靠性的具体要求（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。二、灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。（1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；（2）为了检修的目的可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；（3）为了扩建的目的可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。三、经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。（1）投资省主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；（2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。（3）电能损失少经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。第二节主接线的接线方式选择电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。1、单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。单母接线适用于110200KV配电装置的出线回路数不超过两回，3563KV，配电装置的出线回路数不超过3回，610KV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。2、单母分段用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，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，而出线为双回时，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，单母分段适用于110KV220KV配电装置的出线回路数为34回，3563KV配电装置的出线回路数为48回，610KV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。3、单母分段带旁路母线这种接线方式适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。4、桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。内桥接线适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。外桥接线适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修LD时使用。当线路故障时需停相应的变压器。所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。5、一个半断路器接线两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。6、双母接线它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110K220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110KV220KV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110KV）或5回（220KV）时，一般应装设专用旁路断器和旁路母线。7、双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。综上几种主接线的优缺点和可靠性及经济性，根据设计的原始资料可知该变电所选择双母线接线方式。为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。母联断路器PM母联兼旁路断路器MIM专用旁路断路器由设计任务书给定的负荷情况220KV近期7回，远期1回，110KV近期7回，远期1回。可以确定该变电所主接线采用以下参种方案进行比较方案一220KV采用双母带旁路母线接线方式，110KV也采用双母带旁路母线接线，根据电力工程电气设计手册第一册可知，220KV出线5回以上，装设专用旁路断路器，考虑到220KV近期7回，装设专用母联断路器和旁路断路器。110KV母线上近期负荷为7回出线，根据电力工程电气设计手册第一册可知，110KV出线为7回及以上时装设专用旁路断路器。而由原始资料可知，110KV出线为7回，装设专用母联断路器和旁路断路器。10KV，因只用来做无功补偿装置使用，可采用单母接线方式。其接线特点1）220KV、110KV都采用双母带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，及不致影响停电。2）10KV虽然无负荷，但有所用电及无功补偿装置，如采用单母接线时，接线简单清晰，设备少，操作方便等优点。如果某一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电，将影响全所的照明及操作电源、控制电源保护等。以上接线的缺点10KV采用单母线运行时，操作不够灵活、可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电。方案二1）220KV采用一台半断路器接线，又称3/2接线，每一回路经一台断路器接至母线，两回路间设一联络断路器形成一串，运行时，两组母线和全部断路器都投入工作，形成环状供电，具有较高的供电可靠性和运行灵活性。2）110KV近期出线7回，可采用双母接线方式，出线断路器检修时，可通过“跨条”来向用户供电。而任一母线故障时，可通另一母线供电。但由于双母线故障机率较小，故不考虑。3）10KV采用单线线用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障母线分开后才能恢复非故障的供电。其接线的特点1）220KV采用3/2接线方式时，任一母线故障或检修，均不致停电，除联络断路器故障时与其相连的两回线路短时停电外，其它任何断路器故障或检修都不会中断供电，甚至两组母线同时故障（或一组检修时，另一组故障）的极端情况下，功率仍能继续输送。2）110KV采用双母线接线方式，出线回路较多，输送和穿越功率较大，母线事故后能尽快恢复供电，母线和母线设备检修时可以轮流检修，不至中断供电，一组母线故障后，能迅速恢复供电，而检修每回路的断路器和隔离开关时需要停电。3）10KV采用单母线隔离开关分段不够灵活，当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电，当一段母线或母线隔离开关故障或检修，该母线的回路都在检修期间内停电。优点方案一220KV、110KV都采用双母带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，及不致影响停电。可靠性高于方案二，但方案一10KV采用单母线运行时，操作不够灵活、可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电。其可靠性不如方案二。所以，这种方案在本次设计的变电所中都略有差异，应定位第三种方案。方案三1）220KV、110KV都采用双母带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，及不致影响停电。2）10KV虽无出线，但为了满足所用电的可靠性，有用装设两台所用变压器，为互备方式运行，其接线方式为单母分段接线方式。其接线方式的特点1）双母带旁母，并设专用的旁路断路器，其经济性相对来是提高了，但是保证了各段出线断路器检修和事故不致影响供电的情况下，而且也不会破双母运行的特性，继电保护也比较容易配合，相对来可靠性即提高了。2）10KV为了保证所用电可以从不同段两出线取得电源，同时一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。以上三种方案相比较，方案三的可靠性略高于方案一，其经济性略低于方案二，操作灵活性居于方案一、三之中，根据原始资料，方案三满足要求，而且根据可靠性、灵活性、经济性，只有方案三更适合于本次设计切身利益，故选择方案三。第三章短路电流计算第一节概述在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。第二节短路计算的目的及假设一、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。其计算目的是1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5）按接地装置的设计，也需用短路电流。二、短路电流计算的一般规定1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后510年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的导步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。三、短路计算基本假设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）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6）系统短路时是金属性短路。四、基准值高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值基准容量SJ100MVA基准电压VG（KV）105115230基准电流IJ（KA）05020251五、短路电流计算的步骤1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；2）给系统制订等值网络图；3）选择短路点；4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。标幺值ID1XDI有名值IDIIDIJ5）计算短路容量，短路电流冲击值短路容量SVJI3短路电流冲击值ICJ255I6）列出短路电流计算结果具体短路电流计算具体见计算说明书。第四章电气设备的选择第一节概述导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，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，并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。一、一般原则1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2）应按当地环境条件校核；3）应力求技术先进和经济合理；4）选择导体时应尽量减少品种；5）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。二、技术条件1、按正常工作条件选择导体和电气1）电压所选电器和电缆允许最高工作电压VYMAX不得低于回路所接电网的最高运行电压VGMAX即VYMAXVGMAX一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为115VE，而实际电网运行的VGMAX一般不超过11VE。2）电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流IY应不小于该回路的最大持续工作电流IGMAX即IYIGMAX由于变压器在电压降低5时，出力保持不变，故其相应回路的IGMAX105IE（IE为电器额定电流）。3）按当地环境条件校核当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q0不等时，其长期允许电流IYQ可按下式修正IYQIYKIYYY。基中K修正系数QY导体或电气设备正常发热允许最高温度我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。40，裸导体的额定环境温度为25。2、按短路情况校验电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。1）短路热稳定校验QDQR满足热稳定条件为IR2TDZIR2TQ0L短路电流产生的热效应QR短路时导体和电器允许的热效应IRT秒内允许通过的短时热电流验算热稳定所用的计算时间TDZTBTOLTB断电保护动作时间110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间TOL相应断路器的全开断时间2）短路的动稳定校验满足动稳定条件为ICHIDFICHIDFICH短路冲击直流峰值（KA）ICH短路冲击电流有效值（KA）IDF、IDF电器允许的极限通过电流峰值及有效值（KA）第二节断路器的选择变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。1、按开断电流选择高压断路器的额定开断电流IEKD应不小于其触头开始分离瞬间（TD）的短路电流的有效值IETD即IEKDIZ（KA）IEKD高压断路器额定开断电流（KA）IZ短路电流的有效值（KA）2、短路关合电流的选择在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流IEG不应小于短路电流最大冲击值。即IEGICJ或IDWICJIEG断路器额定关合电流IDW额定动稳定电流ICJ短路冲击电流3、关于开合时间的选择对于110KV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0045S，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于004006S。其选择具体过程见计算说明书第三节隔离开关的选择隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵倒闸操作顺序。送电首先合上母线隔离开关（M6）其次合上线路侧隔离开关（X6）最后合上断路器，停电则与上述相反。隔离开关的配置1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设12组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。第四节高压熔断器的选择熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，也可常用于保护电压互感器。1、按额定电压选择对一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网额定电压。另外对于充填石英砂有限流作用的熔断器，只能用于等于其额定电压电网中。2、按额定电流选择（1）熔管额定电流选择为了保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流IERG应大于熔化的额定电流IERT即IERGIERT（2）熔体额定电流选择为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路可按下式选择即IERTKIGMAX用于保护电力电容的高压熔断器熔体即IERTKIECK可靠系数一台电力电容时K1520，一组电力电容器时K1318。IEC电力电容器回路的额定电流。3、熔断器开断电流校验IEKDICJ（或IZ）对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流量来选择。选择的高压断路器、隔离开关、熔断器校验项目项目额定电压额定电流开断电流关合电流热稳定动稳定高压熔断器VEVEWIEIMAXIEKDIIJ高压断路器IEKDIGIGHICJ隔离开关VEVEWIEIGMAXIGHI8TDZTIDWICJ第五节互感器的选择1互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有1）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。电流互感器的特点1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电压互感器的特点1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。互感器的配置1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如发电机和变压器的中性点；3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；4）6220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。一、电流互感器的选择1、电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流I1与I2在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。2、电流互感器10误差曲线是对保护级（BLQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过10。电流互感器的10误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过10的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗Z2F关系曲线。3、额定容量为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SE2。即SE2S2IE22Z2FZ2FVYVJVDVC（）VY测量仪表电流线圈电阻VJ继电器电阻VD连接导线电阻VC接触电阻一般取014、按一次回路额定电压和电流选择电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足VEVEWIE1IGMAX，为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流VEW电流互感器所在电网的额定电压VEIE1电流互感器的一次额定电压和电流IGMAX电流互感器一次回路最大工作电流5、种类和型式的选择选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、装入式等）来选择。6、热稳定检验电流互感器热稳定能力常以1S允许通过一次额定电流IE1的倍数KR来表示，即（KRIE1）2I2TDZ（或QD）7、动稳定校验电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（IE1）的倍数KD动稳定电流倍2数，表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验IE1KDICJ2短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其邻相之间电流的相互作用使绝缘帽上受到外力的作用。因此需要外部动稳定校验，即FY05173ICY2107NL对于瓷绝缘的母线型电流互感器（如LMC型）可按下式校验FY173IY2107NLJS在满足额定容量的条件下，选择二次连接导线的允许最小截面为SM2PLJSZE2VYVJVC二、电压互感器的选择1、电压互感器的准确级和容量电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。2、按一次回路电压选择为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1109）VE范围内变动，即应满足11VE1V109VE13、按二次回路电压选择电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，电压互感器二次侧额定电压可按下表选择接线型式电网电压（KV）型式二次绕组电压（V）接成开口三角形辅助绕组电压IV一台PT不完全符形接线方式335单相式100无此绕组110J500J单相式100/3100360单相式100/3100/3YO/YO/315三相五柱式100100/3（相）4、电压互感器及型式的选择电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在635KV屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110220KV配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。220KV及以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。5、按容量的选择互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），SE2应不小于互感器的二次负荷S2，即SE2S2S2PO2QO2PO、QO仪表的有功功率和无功功率第六节母线的选择母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。1、裸导体应根据具体使用情况按下列条件选择和校验（1）型式载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机，变压器出线端部，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。回路正常工作电流在400A及以下时，一般选用矩形导体。在4008000A时，一般选用槽形导体。（2）配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的载面和导体的结构型式。（3）当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对220KV及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择，导体截面。2、母线及电缆截面的选择除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。（1）按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流IGMAX应不大于导体长期发热的允许电流IY即IGMAXKIY（2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数TMAX将有一个年计算费用最低的电流密度经济电流密度（J），导体的经济截面可由下式SJ取09A/MM2IGMAXJ（3）热稳定校验按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。SSMM（MM2）ICTDZC热稳定系数取I稳态短路电流（KA）TDZ短路等值时间S（4）动稳定校验动稳定必须满足下列条件即MAXYY母线材料的允许应力（硬铅Y为69106P硬铜137106PA，铜为157106PA）提供电源，以获得较高的可靠性。三、所用变压器容量的选择对于枢纽变电站，总容量为60MVA及以上的变电所，装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的变电所，均装设两台所用变压器，分别接在最低一级母线的不同分段上，对装有两台所用变压器时，采用单母分段接线方式。由于本次设计的变电所，采用两台150MVA的主变压器，故采用两台所用变压器，互为备用。且容量相等，一台停运时，另一台承受全部负荷。所用变压器负荷计算采用换算系数法，不经常短时及不经常持续运行的负荷均可不列入计算负荷。当有备用所用变压器时，其容量应与工作变压器相同。所用变压器容量按下式计算SK1P1P2S所用变压器容量（KVA）P1所用动力负荷之和（KW）K1所用动力负荷换算系数，一般取K1085P2电热及照明负荷之和（KW）所用电的接线方式，在主接线设计中，选用为单母分段接线，选两台所用变压器互为备用，每台变压器容量及型号相同，并且分别接在不同的母线上。第六章无功补偿及补偿装置的选择无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。据统计，电力系统用户所消耗的无功功率大约是它们所消耗的有功功率的50100。另外电力系统中的无功功率损耗也很大，在变压器内和输电线路上所消耗掉的总无功功率可达用户消耗的总无功功率的75和25。因此，需要由系统中各类无功电源供给的无功功率为总有功功率