河南理工大学电气学院毕业论文110kV变电所设计说明书

河南理工大学毕业设计（论文）说明书目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 11.1变电站概述 11.1.1变电站在电力系统中的地位 11.1.2负荷对变电所供电的要求 11.1.3电力系统的额定电压 21.2我国变电站及其设计的现状、发展趋势及新变化 31.3变电站设计的主要原则 41.4设计任务书 52电气主接线设计 82.1电气主接线设计基础 82.1.1对电气主接线的基本要求 82.1.2变电站电气主接线的设计原则 82.1.3电气主接线设计步骤 92.2电气主接线的基本形式 112.3电气主接线选择 113变电站主变压器选择 153.1主变压器台数的选择 153.2无功补偿措施 153.2.1无功功率补偿的必要性 153.2.2无功功率补偿的方法 163.3主变压器容量的选择 173.4主变压器型号的选择 183.5主变压器型号选择 193.6变电所所用电设计 203.6.2直流系统 203.6.3所用电选择 214短路电流计算 224.1短路形成原因 224.2短路的危害及预防办法 224.3短路电流计算的目的 234.4短路电流计算方法 234.5短路电流计算 234.5.1110kV侧母线短路计算 264.5.235kV侧母线短路计算 274.5.310kV侧母线短路计算 285电气设备的选择 315.1导体的选择和校验 315.1.1110kV母线选择及校验 335.1.235kV母线选择及校验 335.1.310kV母线选择及校验 345.2断路器和隔离开关的选择及校验 355.2.1110kV侧断路器及隔离开关的选择及校验 365.2.235kV侧断路器及隔离开关的选择及校验 385.2.310kV侧断路器及隔离开关的选择及校验 405.2.410kV侧母联断路器的选择和校验 425.3互感器的选择 445.3.1电流互感器的选择 445.3.2电流互感器的校验 455.3.3电压互感器的选择 466防雷保护 486.1直击雷保护 496.2侵入波保护 496.3变电所接地装置 507配电装置 517.1配电装置概述 517.1.1配电装置的类型及其特点 517.1.2配电装置型式的选择 527.2对配电装置的基本要求和设计步骤 527.3屋内配电装置 537.4屋外配电装置 538结论与展望 56致谢 57参考文献 581绪论 1.1变电站概述 1.1.1变电站在电力系统中的地位电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络，它包括通过电气的或机械的方式连接在网络中的所有设备。变电站是电力系统的至关重要的组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，其工作状况直接影响整个电力系统的安全与经济运行，电力系统中的这些互联元件可以分为两类：一类是电力元件，它们能实现电能生产、变换、输送和分配、消费任务称之为电力系统一次部分；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如电力系统的保护、监控及远动等功能组成等称之为电力系统二次部分。根据变电站在系统中的地位和作用，可将变电站分为下列几类：（1)枢纽变电站枢纽变电站是位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压部分起汇集多个电源作用的电压为330~500kV的变电站，枢纽变电站是整个系统的神经中枢，枢纽变电站一旦停电，将引起大面积停电事故，严重影响国民经济的发展和人民生活，重者将引起系统解列，甚至出现系统瘫痪。（2)中间变电站中间变电所的高压侧以交换潮流为主，起系统变换功率的作用。系统中为了使长距离输电线路分段，一般汇聚2~3个电源，电压等级为220~330kV，同时又降压供当地负荷用电，中间变电所停电以后，将引起本区域的部分负荷供电，重者引起区域电网解列。（3)地区变电站地区变电站是以向地区用户供电为主的变电站，是一个地区或城市的主要变电站，其高压侧一般为110或220kV，全所停电后，仅使该地区中断供电。（4)终端变电站终端变电站在输电线路的终端，接近负荷点，其高压侧的电压为110kV，经降压后直接向用户供电的变电站，全所停电后，只是用户受到损失，一般不会对系统造成较大影响。1.1.2负荷对变电所供电的要求(1)保证可靠的持续供电。电力系统供电的可靠性是其能不间断供电的可靠程度。对于系统中的一级负荷，一旦出现供电中断，不仅影响生产，而且可能使设备损坏，进而影响社会稳定甚至会因断电而引起人员伤亡事故，更有甚者将造成整个系统的的瘫痪，停电给国民经济和人民生活造成的损失远远大于电力系统本身的损失。(2)保证良好的电能质量即满足供电的技术合理性。良好的电能质量即供电的技术合理性是指电能的电压、频率、波形等技术指标要达到一定的标准。国家标准规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的±5%，10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%，220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。频率质量的偏差会影响到某些电气设备如电动机和军用雷达的正常工作。国家标准规定：3000MW以及上系统不超过±0.2Hz，3000MW以下系统不超过±0.5Hz，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。(3)保证系统运行的经济性：衡量电力系统经济性的两个重要指标是煤耗率和网损率。即便是损耗的比率不是特别大，但电能生产的规模很大，消耗的一次能源总消耗占的比重约为70％，输送和分配时的损耗绝对值也非常巨大。因此，降低每向用户供应一度电能损耗的能源和降低变换、输送、分配时的损耗对于提高电力系统的经济性又十分重要的意义。1.1.3电力系统的额定电压为了使电力设备的生产实现标准化、系列化并实现各设备间互换，系统中发电机、变压器、电力线路及各种设备都是按规定的额定电压进行设计和制造的。电力系统的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要及电力工业的发展、运行水平，经全面经济技术分析后确定的。我国现阶段电力设备的额定电压分三类：第一类额定电压在100V以下，这类电压主要用于国民经济的照明、蓄电池及开关设备的操作电源中；第二类额定电压高于100V，低于1000V，这类电压主要用于低压三相电动机及照明设备，常见的有380V和660V；第三类额定电压高于1000V，这类电压主要用于发电机、变压器、输配电线路及设备。三相系统的功率S=3UI，当输出功率为定值时，电压升高，电流降低，线路、电气设备的载流部分所需的截面积就变小，有色金属的投资也降低，同时由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损耗也较小；另一方面，电压越高，对设备和导线绝缘水平的要求就越高，变压器、开关等设备绝缘方面的投资也越大。综合考虑这些因素，对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济合理的输电电压，当从设备制造角度考虑，为保证产品的标准化和系列化，又不应随意确定输电电压。1.2我国变电站及其设计的现状、发展趋势及新变化新世纪以来，我国电力系统进入了一个快速发展阶段，电力建设得到长足发展。由于我国电力建设起步比较晚，目前我国变电站主要趋势是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电站转变，交流传输向直流传输转变，在城市变电站建设中，户内型变电站大幅增加，屋内配电装置广泛使用。国外变电站主要是采用柔性技术由交流输出向直流输出转变，而数字化智能变电站也是国内外变电站未来发展趋势之一。1.无人值守变电站我国变电站的发展趋向于变电站无人值班运行管理，许多220kV及以下电压等级变电站已经开始由监控中心进行监控，基本上实现了变电站无人值守。但作为国内电网中最高电压等级的500kV和330kV变电站，即使采用了变电站综合自动化系统的，也基本上都是实行有人值守的管理方式。而在欧美发达国家，各个电压等级变电站都能实现无人值守,由此可见，在国内外无人值守变电站之间、国内外变电站自动化系统之间都还有很大的差异。全面实现变电站无人值守对我国电网建设有非常明显的技术经济效益:（1)大幅度提高了运行可靠性；(2)加快了对事故处理的速度；(3)提高了电力行业劳动生产率；(4)降低了电力基础建设成本；(5)降低系统运行费用。2.城市变电站建设多种变电站的型式中屋内型变电站受到各方面的重视，在最近几年得到飞速发展，由于屋内变电站允许安全净距小且可以分层布置而使占地面积较小并且室内变电站的维修、巡视和操作在室内进行，可减轻维护工作量，变电所运行不受气候影响。数字化智能变电站在变电站综合自动化领域中，智能化电器的发展，特别是智能化开关设备、光电式互感器等机电一体化设备的出现，变电站自动化技术即将进入新阶段，这些新技术的日趋成熟带来全数字化的变电站新概念。数字化变电站三个最重要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。依据我国电力工业发展的实际情况，电力系统的变电所运行技术有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。1.变电站接线方案趋于简单化

制造厂生产的电气设备质量以及电网运行可靠性的提高，为变电站接线简化提供了可能。例如，高压断路器是变电站的主要电气设备之一，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间缩短。2.新的电气一次设备大量采用

近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、高可靠性新型设备不断出现，电气设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用范围不断扩大。3.变电站占地及建筑面积减少经济和城市建设的发展要求新建的城市变电站必须符合城市的形象及环保要求，追求综合经济和社会效益，所以设计形式多采用地面全户内型或地下等布置形式，这使得占地面积有效减少。4.变电站综合自动化技术变电站综合自动化是一项新兴的用以提高变电站运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。1.3变电站设计的主要原则变电站设计的基本原则是：安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效，时效性和和谐性的统一。变电站设计的分类可依据变电站标准方式、配电装置型式和变电站规模三个层次进行划分。(1)按照变电站布置方式分类：110kV变电站分为户外变电站、户内变电站和半地下变电站三类。户外变电站是指最高电压等级的配电装置、主变压器布置在户外的变电站；户内变电站是指配电装置布置在户内，主变压器布置在户外或者户内的变电站。半地下变电站是指主变压器布置在地上，其它主要电气设备布置在地下建筑内的变电站；地下变电站是指主变压器及其它主要电气设备布置在地下建筑内的变电站。(2)按配电装置型式分类：110kV配电装置可再分为常规敞开式开关设备和全封闭式组合电气设备两类。(3)按变电站规模进行分类：例如户外AIS变电站，可按最高电压等级的出线回路数和主变压器台数、容量等不同规模分为终端变电站、中间变电站和枢纽变电站。1.4设计任务书一、题目：110kV变电站设计二、原始资料（一）变电所性质及规模本所位于某市郊区。10kV除了向本地区生活用电外，还向工矿企业供电，并以35kV电压向郊区企业及几个乡镇的农业负荷供电。其性质为区域性终端变电站。电压等级：110/35/10kV线路回数：110kV近期2回，远景发展2回；35kV近期4回，远景发展2回；10kV近期9回，远景发展2回；（二）电力系统接线简图图2-1电力系统接线图图2-1电力系统接线图=200MVA图2-1电力系统接线图图2-1电力系统接线图XS1=0.6S2=1200MVAXS2=0.6附注:1.图中，系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式：2.最小运行方式下：=170MVA，XS1=0.9S2=1000MVA，XS2=0.853.系统可保证本所110kV母线电压波动在±5%以内。4.系统中L1长12km，L2长30km，L3长80km，L4长25km。(三)负荷资料电压等级负荷名称最大负荷MW穿越功率MW负荷组成（%）自然力率Tmax（h）线（km）备注近期远景近期远景一级二级三级110kV市甲线152012市乙线152025备用一1035kV化肥厂11.5240300.920化肥厂21.5240300.920甲乡镇2320300.910乙乡镇22.520300.920备用11.50.915备用220.91210kV煤矿12.52.540200.7855002煤矿22.52.540200.7855002开关厂12.520300.7540003电线电缆厂111.520300.7345002电线电缆厂211.530300.7345002玻璃厂1130300.7550002机械厂11.530300.7840003.5食品厂11.520300.845003.5市区1.2220400.830001.5备用一10.78备用二10.78地形、地质、水文、气象等条件所址地区海拔170m,属轻微地震区。年最高气温+42°C，年最低气温-8°C，年平均气温+14°C，最热月平均最高温度+36°C。最大风速25m/s，覆冰厚度为8mm，属于我国第V标准气象区。线路由系统变电所S1,南墙出发至RM变电所南墙上，全长共12km。全线地质为黏土地层，地耐力为3kg/cm2，天然容重3.2kg/cm3，土壤电阻率为95Ω。地下水位较低，水质良好，无腐蚀作用。土壤热阻率ρT=120°C/w，土温25°C。三、设计任务变电所总体分析；负荷分析计算与主变压器选择；电气主接线设计；短路电流计算及电气设备选择；配电装置设计；四、设计成品一次部分设计说明书一册设计图纸电气主接线图（#1图）；2电气主接线设计电气主接线根据电能输送和分配的要求，表示主要电气设备相互之间以及本变电站(或发电厂)与电力系统的电气连接关系，电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。主接线的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况，电气主接线直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、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的作用。2.1电气主接线设计基础2.1.1对电气主接线的基本要求现代电力系统是一个规模庞大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务，其主接线的质量的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。(1)运行的可靠性运行可靠性的几个评价标准：断路器检修时是否影响导致供电中断、设备和线路故障检修时停电支路数目的多少和停电时间的长短、以及能否保证对重要用户的不间断供电。(2)具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度指令灵活的改变运行方式，而且在各种事故或设备检修时，能尽快的将有关设备或线路退出系统运行。尽量做到切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且在检修时可以保证电力检修人员的人身安全。(3)操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、明了、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。太复杂的接线不但不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或者不必要的停电。(4)经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使建设投资和年运行费用小，占地面积最少，降低电力系统的运行成本，使其尽可能的发挥最佳经济效益。2.1.2变电站电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术标准为准绳，结合工程具体情况，在保证供电安全可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行和维护的经济方便，尽可能地节省投资，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主要内容之一。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，合理的选择主接线方案。对于变电站的电气主接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用较少断路器的或不用断路器的接线，如线路—变压器组接线，若能满足继电保护要求时，也可使用线路分支接线。为正确选择接线和设备，必须进行各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡，当缺乏足够的技术资料时，可采取下列数据：1.最小负荷为最大负荷的60~70%，如主要农业负荷时则取20~30%；2.负荷同时率取0.85~0.9，当馈线在三回以下且有大负荷时，取0.95~1；3.功率因数一般取0.8；4.线损平均取5%。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110~220kV变电所中，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6~10kV变电所，一般采用单母线接线或单母线分段接线。2.1.3电气主接线设计步骤电气主接线的设计需伴随着发电厂或变电站的整体设计进行，即按照工程基本建设程序，经过可行性分析调查阶段、工程初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段四个阶段。（1）分析原始资料1.本工程情况包括变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变压器台数及容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。2.电力系统状况包括电力系统近期及远景规划（5~10年），变电站在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用,本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。电力系统中性点接地方式是一个综合问题，它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对附近通信线路的干扰等。我国电力安全规程规定35kV及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电流接地系统，以保证供电可靠性。对110kV及以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统以防止输电线路电压升高而以其它方式保证供电的可靠性。3.负荷情况包括本地区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是设计主接线的基本依据之一，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接决定着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间(5~10年)的检验。4.设备制造情况设备制造情况往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等情况汇集并分析比较，保证设计的可行性。5.环境条件包括当地的最热月平均气温、环境湿度、覆冰厚度、污秽程度、风向水平、水文地质情况、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的设计均有直接影响。对此，应予以足够重视,对重型设备如大容量三相变压器的运输条件亦应充分考虑。（2）主接线方案的拟定与选择设计时应根据任务书的要求，在对原始资料分析的基础上，根据对电源进线数和出线回路数、变电所内电压级别、变压器台数、容量以及母线结构的考虑，可拟定出若干个可行的主接线方案（近期和远景）。然后从经济技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2~3个技术上相当，有可能满足任务书要求的方案，再进行经济比较，结合最新技术，对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定最终方案。（3）短路电流计算和主要电气设备选择与校验对选定的电气主接线选择适当短路点进行短路电流计算，并选择校验合理的电气设备包括导线、断路器、隔离开关、互感器等。（4）绘制电气主接线对最终选择的电气主接线形式，按照要求，绘出电气主接线图。此外还要注意：对于工程设计，无论哪个设计阶段，工程概算都是必不可少的组成部分，它不仅反映工程设计的经济性与可靠性的关系，而且为合理地确定和有效控制工程造价创造条件，概算的编制以设计图纸为基础，以国家颁布的有关文件和具体规定为依据，并按国家定价与市场调整或浮动价格相结合的原则进行。概算的构成主要包含以下内容：主要设备器材费，包括设备原价、主要材料(钢材、木材、水泥等)费、设备运杂费(含成套服务费)、备品备件购置费、生产器具购置费等。除设备及材料费。(2)安装工程费，包括直接费、间接费及税金等。直接费指在安装设备过程中直接消耗在该设备上的有关费用；间接费指安装设备过程中为全工程项目服务，而不直接耗用在特定设备上的有关费用；税金是指国家对施工企业承包安装工程的营业收入所征收的营业税、教育附加和城市维护建设税。(3)其他费用。2.2电气主接线的基本形式由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同，且各回路馈线中所传输的容量也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，在进出线较多（一般超过4回）的场合，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂和变电站。有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类，无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。2.3电气主接线选择依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，高压侧有4回出线，其中两回备用，宜采用双母线接线或单母线分段接线，中压侧有6回出线，其中两回备用，可以采用双母线接线、单母线分段接线方式，低压侧有11回出线，其中两回备用，可以采用单母线分段、双母线的接线方式，经过分析、综合、组合和比较，提出三种方案。方案一：110kV侧采用双母线接线方式，35kV侧采用双母线接线方式，10kV侧采用单母线分段接线方式。110kV侧采用双母线接线方式，优点是运行方式灵活，检修母线时不中断供电，任一组母线故障时仅短时停电，可靠性高。缺点是，操作复杂，10kV侧采用单母线分段接线方式，一级负荷占35%左右，二级负荷占30%左右，一级和二级负荷占65%左右，采用单母线分段接线方式，优点是接线简单清晰、操作方便、造价低、扩展性好；缺点是可靠性灵活性差，方案一的电气主接线形式如下图所示。图2-1方案一主接线图图2-1方案一主接线图方案二：110kV侧采用双母线接线方式，35kV侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，10kV侧采用单母线分段接线方式，优点是，检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，和单母线分段接线方式相比，可靠性提高、灵活性增加；缺点是，增设旁路母线后、配电装置占地面积增大、增加了断路器和隔离开关的数目、接线复杂、投资增大，方案二的主接线图如下所示。图2-2方案二电气主接线图图2-2方案二电气主接线图图2图2—2方案二主接线图方案三：110kV侧采用双母线接线方式，35kV侧采用单母线分段接线方式，10kV侧采用双母线接线方式,接线图如下图所示。图2-3方案三主接线图图2-3方案三主接线图 对于上述三种方案综合考虑：该地区海拔170m，海拔并不高，对变电站设计没有特殊要求，地势平坦，属平原地带，为轻微地震区，年最高气温+42°C，年最低气温-8°C，年平均气温+14°C，最热月平均最高温度+36°C。最大风速25m/s，覆冰厚度为8mm，属于我国第V标准气象区。《35kV~ll0kV变电所设计规范》第3.2.5条：当变电所装有两台主变压器时，6~l0kV侧宜采用单母分段接线，线路为12回及以上时，也可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。因此110kV侧采用双母线接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求，对于35kV侧采用单母线分段接线方式而10kV侧采用双母线接线形式。综合以上分析，本设计采用第三种方案。3变电站主变压器选择电力变压器是电力系统中最为重要的电气设备之一，它担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务，合理确定的变压器台数、容量和型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。3.1主变压器台数的选择在变电站设计过程中，一般需要装设两台主变压器，以保证对用户供电的可靠性。对110kV及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体工程情况装设2~4台主变压器，以便减小单台容量，因此，在本次设计中装设多台主变压器。并且两部变压器并列运行时必须满足以下条件：(1)并列运行变压器的一次额定、二次额定电压必须对应相等。即并列变压器的电压变比必须相同，否则将引起较大的不平衡电流，所以允许差值不超过10.5％。如果并列变压器的电压变比不同，则并列变压器二次绕组的回路内将出现环流，即二次电压较高的绕组将向二次电压较低的绕组供给电流，导致绕组过热甚至烧毁，影响系统运行的安全性。(2)并列运行变压器的阻抗电压(短路电压)必须相等。由于并列运行的变压器的负荷是按其阻抗电压值成反比分配的，如果阻抗电压相差很大，可能导致阻抗电压小的变压器发生过负荷现象，所以要求并列变压器的阻抗电压必须相等，差值不超过10％。(3)并列运行变压器的连接组别必须相同。即所有并列变压器一次、二次电压的相序和相位都必须对应地相同，否则不能并列运行。(4)并列运行的变压器容量比应小于3：1。即并列运行的变压器容量应尽量相同或相近，如果容量相差悬殊，不仅运行很不方便，而且在变压器特性稍有差异时，变压器间的环流将相当显著，特别是容量小的变压器容易过负荷或烧毁。3.2无功补偿措施3.2.1无功功率补偿的必要性在工企用电设备中，有大量设备工作需要从系统吸收感性的无功功率来建立交变磁场，如电动机利用吸收无功功率建立圆形旋转磁场，这样系统输送的电能容量中无功功率的成分就会增加，功率因数降低，对系统会造成如下影响：使变配电设备的容量增加；使供配电系统的损耗增加；使电压损失增加；使发电机的效率降低。由于功率因数降低对供电系统有着如上诸多不利的影响，因此必须提高功率因数，降低无功功率的输送量，提高系统及用户供电质量，保证经济、合理地供电的需要。3.2.2无功功率补偿的方法要使供配电系统的功率因数提高，一般从两个方面采取补偿措施：一是提高用电设备的自然功率因数，自然功率因数是指不采用任何补偿装置情况下的功率因数，这种方法只能通过选择功率因数较高的电气设备来实现，但不能达到完全补偿的程度。二是采取人工补偿的方法使总功率因数得以提高，有两种方法：（1）采用同步电动机替代异步电动机工作，由于同步电机是旋转机构，故维护不方便，此外投资和损耗较大，又不便于检修，供配电系统中很少采用。（2）采用并联电容器补偿,采用并联电容器补偿无功功率以提高功率因数是目前供配电系统中采用较为普遍的一种补偿方法，也叫移相电容器静止无功补偿。它具有有功损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、个别电容器损坏不影响整体使用等特点，所以本设计采用并联电容器补偿。补偿后变压器10kV侧无功率因数要达到：需要的无功补偿量：计算后得需补偿的无功功率Q=7.4592MVar需装设YY10.5-24-1型电容器个数为：考虑到三相均衡分配，应装设YY10.5-24-1电容器312个，每相104个，采取功率补偿后的功率因数即可满足要求。3.3主变压器容量的选择主变压器容量选择的依据：（1）主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20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。（2）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。N－1原则是判定电力系统安全性的一种准则，按照这一准则,电力系统的N个元件中的任一独立元件（发电机、输电线路、变压器等）发生故障而被切除后，应保证不会出现因其它线路过负荷跳闸而导致用户停电；不破坏系统的稳定性，不出现电压崩溃等事故。当这一准则不能满足时，则要考虑采用增加发电机或输电线路等措施。N－1原则与可靠性分析相比较计算更简便,不需搜集元件停运率等大量原始数据，是一种极为简便的安全检查准则，在欧美一些电力公司得到了广泛应用。中国一些电力部门在电网规划中也采用了N－1原则，一般规定一个独立元件为一台发电机组或一条输电线路或一台变压器，通常使用线路极限发热条件下的载流量来判断线路是否过负荷运行。对于有一级负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足对60%（220kV及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷供电，以及满足全部=1\*ROMANI类负荷和大部分=2\*ROMANII类负荷(110kV及以上电压等级的变电所供电，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部=1\*ROMANI类负荷和=2\*ROMANII类负荷)，即（4-1）最大综合计算负荷的计算：（4-2）式中—各出线的远景最大负荷；m—出线回路数；—各出线的功率因数；—同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，一般在0.8～0.95之间；—线损率，取5%。在本设计中，结合任务书所给原始材料可得：对于35kV侧，MVA对于10kV侧，则总的负荷为：MVA取=0.85，则：MVA此时，MVA因此主变压器容量为：MVA3.4主变压器型号的选择（1）相数选择变压器有单相变压器和三相变压器之分，在330kV及以下的发电厂和变电站中，一般选择三相变压器，单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高，多用于500kV以上的变电所内，三相变压器与同容量的单相变压器组相比，价格低，占地面积小，并且运行时损耗减小12~15％，只有受变压器的制造和运输条件的限制时，才考虑采用单相变压器组，在工程设计上对于330kV及以下电力系统中，一般都选用三相变压器，因此在本次设计中采用三相变压器。（2）绕组数选择变压器按其绕组数可分为双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等型式。当发电厂只升高一级电压时或35kV及以下电压的变电所，可选用双绕组普通式变压器；当发电厂有两级升高电压时，常使用三绕组变压器作为联络变压器，110kV及以上电压等级的变电所中，也经常使用三绕组变压器作联络变压器；自耦变压器特点是其中两个绕组除有电磁联系外，在电路上也有联系。因此，当自耦变压器用来联系两种电压的网络时，一部分传输功率可以利用电磁联系，另一部分可利用电的联系。电磁传输功率的大小决定变压器的尺寸、重量、铁芯截面和损耗，所以与同容量、同电压等级的普通变压器比较，自耦变压器的经济效益非常显著。（3）调压方式的确定为了满足供电质量要求可通过切换变压器的分接头开关，改变变压器高压绕组的匝数，从而改变其变比，实现电压调整。（4）绕组接线组别的确定我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”联接；35kV采用“Y”联接，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下变压器三相绕组都采用“D”联接。因此，普通双绕组一般选用YN，d11接线；三绕组变压器一般接成YN，y，d11或YN，yn，d11等形式。（5）冷却方式的选择变压器的冷却方式主要有自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却、水内冷变压器、SF6充气式变压器等。（6）对一级负荷的供电可靠性的考虑一级负荷适中那些在国民经济和国家日常生活起着特别重要作用的中负荷，一旦中断供电将在政治、经济上产生重大损失及人身伤亡。所以，要格外考虑一级负荷供电可靠性。对一级负荷，要求供电系统当线路发生故障停电时，仍保证其连续供电，所以应由两个独立电源供电。考虑到变压器是一种高可靠性的电气设备，且在保护方法上有两套原理不同的保护共同构成主保护，所以两部变压器同时故障的可能性较小，基本可以保证对一级负荷的不间断供电，对于特别重要的一级负荷如大型三甲医院的手术室、重症监护室等可以考虑采用不间断供电模式即除两个独立电源同时供电外还应配置不间断供电系统即UPS和专门的可快速启动并投入供电运行的柴油发电机，并且要求市电的供电开关和柴油机的投入运行开关采取联动处理，UPS只负责短暂的过渡性供电任务。综合以上分析，为充分保证对一级负荷供电的可靠性，应在变电所内设置两部以上变压器，考虑到电力系统的经济性，又不应设置过多变压器以降低变压器的损耗。3.5主变压器型号选择 在以上分析结果的基础上，查变压器技术参数表可得，选择的主变压器型号：SFSZ9-25000/110。主要技术参数如下：额定容量：25000kVA额定电压：高压—110±8×1.25%（kV）；中压—38.5±2×2.5%（kV）；低压—10.5（kV）连接组别：YN/yn0/d11空载损耗：21.8kW短路损耗：112.5kW空载电流：1.5%阻抗电压（%）：高中:；中低；高低。所以，选择SFSZ9-25000/110型变压器两台。3.6变电所所用电设计变电所内负荷包括照明设备、监控设备、二次部分及动力设备，现代变电所自动化程度较高，所以应加强对所用电的考虑，确保所用电安全性。变电所蓄电池用电设计原则：（1)按放电时间来选择蓄电池的容量，其容量应能满足事故全停状态下长时间放电容量的要求。

(2)按放电电流来选择蓄电池的容量，其容量应能满足在事故运行时，供给最大的冲击负荷电流的要求。

3.6.1所用电、直流系统及主控室变电所所用电属于必须确保供电的负荷，提高所用电供电可靠性的措施如下：(1)对于容量在60MVA及以上或枢纽变电所采用两台所用变供电；(2)两台所用变分别接至变电所最低一级电压母线或独立电源上，并装设备用电源自动投切装置；(3)对于采用复式整流、电容储能等整流电源代替蓄电池时，其交流供电电源由两种不同电压等级取得电源，并装设备用电源自接装置；(4)能可靠地利用所外380V电源备用时，需2台所变的变电所可装一台所变；(5)采用强迫油循环水冷却主变压器或调相机，变电所装设两台所用变。所用变压器一般高压侧采用熔断器，为了满足用户侧电压质量要求，故宜采用6.3kV或10.5kV的所用变。所用变压器低压侧采用380/220V中性点直接接地的三相四线制以提高供电可靠性，动力和照明共用一个电源，所内一般设置检修电源。本次设计在10kV母线上接两台10/0.4kV接地变压器、低压侧为Y0接线、正常运行时供给380/220V站用电源。3.6.2直流系统所用电直流供电系统主要是指变电所中的直流蓄电池组，主要用于控制、信号、继电保护和检测回路操作电源，也用于各类断路器的操动电源以及用于直流电动机拖动的供电。本次设计直流系统采用智能高频开关电源系统，蓄电池采用2×100AH免维护铅酸蓄电池，N+1热备份，有较高的智能化程度，能实现对电源系统的遥测、遥控、遥信及遥调功能;可对每一个蓄电池进行自动管理和保护。3.6.3所用电选择选择原则：所用电负荷按0.2%变电所容量计，设置2台所用变压器且能相互备用，两部变压器应满足在其中一部故障或者因检修退出运行时，剩下的一部变压器应能对变电所内的全部负荷供电，所以在选择变电所所用电变压器时，应按一部变压器就能对全部负荷供电选择变压器。所用电负荷:S=34548.6×0.2%=69.09kVA所用变容量计算：SB=KtS=0.8×69.09=55.kVA依据以上原则和分析，选择的所用变压器参数:型号：S9—80/10U1e=10±5%kVU2e=0.4kV连接组别：Y，yn0空载损耗：0.25kW阻抗电压：4（%）空载电流：2.4（%）4短路电流计算短路是指不同电位点经小电阻或电弧而接通的情况，电力系统正常运行状况的破坏多半是由短路故障引起的。出现短路时，系统从一种状态快速变化到到另一种状态，并伴随有复杂的机电暂态、电磁暂态和波暂态现象。4.1短路形成原因短路的原因很多，主要有以下几个方面：（1）元件损坏，如设备绝缘材料自然老化，设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路；（2）气象条件恶劣，例如雷击造成的闪络放电或避雷动作，架空线路由大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；（3）违规操作，例如运行人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金屑性短路，人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物进入带电设备内形成短路事故等等。此外还有其它原因，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。4.2短路的危害及预防办法短路对电力系统危害巨大，具体表现在以下几点：（1）短路回路电流迅速变的很大，此电流称为短路电流；（2）产生电弧，烧坏故障元件本身及周围设备甚至会危及人身安全；（3）短路电流使发电机端电压下降，也使系统电压大幅下降，不利于负荷总的交流电机尤其是重载电机的运行；（4）电力系统短路时，系统中功率分布的突然变化和电压严重下降，可能破坏各发电厂并联工作的稳定性，使整个系统被解列为几个异步运行的部分；（5）不对称短地短路故障将产生零序电流，它会在邻近的线路上产生感应电动势，造成对通信线路和信号系统的干扰。鉴于短路事故对电力系统的危害巨大，可采取以下措施降低系统中出现短路事故的可能性：（1）做好短路电流的计算工作；（2）正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，减小短路持续时间；（3）采用限流电抗器增加系统阻抗，限制短路电流；（4）设置互锁装置，防止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸；（5）带电安装和检修电气设备时，要严格执行工作票制度防止误接线、误操作，在距带电部位距离较近的部位工作，要采取防止短路的措施。4.3短路电流计算的目的短路计算的目的的主要包括以下几个方面：（1）选择电气主接线时,为了比较各种接线方案，确定某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,为了保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情况下都能保证安全、可靠地工作,需要依据正常运行条件选择设备并依据短路条件校验设备；（3）在设计屋外高压配电装置时需按短路条件校验软导线的相间和相对地安全距离；（4）在整定继电保护中继电器动作值时需以各种短路电流为依据。选择导体和电器时，导体和电器的动稳定、热稳定及电器开断电流一般按三相电流验算，若有更严重情况的按更严重的条件计算，总之，要用最大短路电流校验。4.4短路电流计算方法在电力系统中常用的短路电流计算法有运算曲线法和计算机算法。本设计采用运算曲线算法。短路按类型分为三相短路、两相相间短路、单相短路和两相接地短路。电力系统运行经验表明：发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主，三相短路用文字符号k表示。在计算电路图上，将短路计算需要考虑的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要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。在等效电路图上，由于将电力系统当做有限大容量电源，短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出求等效总阻抗，再换算成计算电抗，根据计算曲线查出短路电流标幺值，再换算成有名值。4.5短路电流计算电力系统接线图为：图4-1系统接线图图4-1系统接线图S1=200MVAXS1=0.6S2=1200MVAXS2=0.6确定短路点：在本次设计过程中，为了方便选择电气设备及校验，选取的短路点为110kV，35kV及10kV母线。首先计算电路的基准值：选取MVA，。图4图4-2系统等值网络图对于三相变压器：则，图4-3系统等值网络化简图计算后等值电路如下：图4-3系统等值网络化简图4.5.1110kV侧母线短路计算图4图4-4110kV侧短路的等值电路图图4-5110kV侧短路的等值电路图图4-5110kV侧短路的等值电路图Y/△变换：图图4-6110kV侧短路的等值电路图计算转移阻抗后则有：图图4-7110kV侧短路的等值电路查计算曲线数字表可得：，，，，换算成有名值为：=3.8982kA=3.6880kA=3.8918kAkA4.5.235kV侧母线短路计算图4-8图4-835kV侧短路的等值电路图图4图4-935kV侧短路的等值电路图Y/△变换：图图4-1035kV侧短路的等值电路图计算转移电抗后电路如下：图图4-1135kV侧短路的等值电路图>3.45即认为周期分量不再衰减。查计算曲线数字表可得：，，换算成有名值为：=3.9796kA=3.9618kA=4.0854kAkA4.5.310kV侧母线短路计算短路等值电路：图图4-1210kV侧短路的等值电路图图图4-1310kV侧短路的等值电路图Y/△变换：图图4-1410kV侧短路的等值电路图计算转移阻抗后网络化简为：图图4-1510kV侧短路的等值电路图>3.45即认为周期分量不再衰减。查计算曲线数字表可得：，，换算成有名值为：=11.1580kA=11.1646kA=11.1646kAkA5电气设备的选择导体和电气设备的选择与校验是电气设计的主要内容之一，尽管各种电气设备在系统中的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不尽相同，但对它们的基本要求却是一致的即电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件选择并按短路条件校验。本设计中，要选择的电气设备主要包括导线、高压断路器、隔离开关、互感器、和避雷器。5.1导体的选择和校验1.导线型号选择的基本原则架空电力线路的导线，可以采用钢芯铝绞线、铝绞线、防腐钢芯铝绞线、铝包钢芯铝绞线、铝合金绞线、钢芯铝合金绞线、硬铜线，但系统中一般线路大多采用钢芯铝绞线以在保证可靠性的前提下提高经济性。2.导线截面选择的基本原则(1)选择导线截面应符合电力系统发展规划要求：首先要满足架空架空线路输送容量的要求，并考虑短期内的发展要求，所选截面最少5年内不因负荷增加而增加导线截面而增加建设成本。(2)导线应具备足够的机械强度，不能因为各种不利条件的天气而造成断线或倒塔事故。(3)最大负荷电流要小于导线的安全工作电流，不能因为过负荷而造成导线发热严重进而降低导线的绝缘性能和机械强度直至引发断线事故。(4)验算导线载流量时，钢芯铝线的允许温度一般采用70℃。裸导体应根据具体情况，按导体截面、电晕、动稳定性和机械强度，热稳定性来选择和校验，同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。一、导体截面的选择：1.按导体的长期发热允许电流选择(5-1)当实际环境温度不同于导体的额定环境温度时，其长期允许电流应该用下式修正:(5-2)式中—综合修正系数。不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数为(5-3)式中—导体的长期发热最高允许温度，裸导体一般为；—导体的额定环境温度，裸导体一般为。由载流量可得，正常运行时导体温度为（5-4)必须小于导体的长期发热最高允许温度。2.按经济电流密度选择导线截面影响线路投资和电能损耗：为了节省投资，要求导线截面小些；为了降低电能损耗，要求导线截面大些。综合考虑，确定一个比较合理的导线截面，称为经济截面积，与其对算费用最小。长度在20米以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。经济截面积用下式应的电流密度称为经济电流密度。按经济电流密度选择导体截面可以使年计计算：（5-5）式中—正常运行方式下导体的最大持续工作电流，计算式不考虑过负荷和事故时转移过来的负荷；—经济电流密度，常用导体的值，可根据最大负荷利用时数，由经济电流密度曲线中查出来。二、导体的校验：1.电晕电压校验（5-6）即确保导线到最高电压下不出现电晕，以降低网络损耗并提高系统的稳定性。2.热稳定校验按最小截面积进行校验（5-7）当所选导体截面积时，即满足热稳定性要求。5.1.1110kV母线选择及校验按导体的长期发热允许电流选择：AA查矩形导体长期允许载流量表格，每相选用单条254mm矩形铝导体，平放时允许电流A，集肤系数为，环境温度为36°C时的允许电流为：A所以，满足长期发热条件要求。1.热稳定校验短路电流热效应：(kA)2.s(kA)2.s(kA)2.s短路前导体的工作温度为：由插值法得：mm2所选截面Smm2，能满足热稳定性要求。5.1.235kV母线选择及校验1.按导体的长期发热允许电流选择AA查矩形导体长期允许载流量表，每相选用单条255mm矩形铝导体，平放时允许电流A，集肤系数为，环境温度为36°C时的允许电流为：即满足长期发热条件要求。2.热稳定校验短路电流热效应：(kA)2.s(kA)2.s(kA)2.s短路前导体的工作温度为：由插值法得：mm2所选截面Smm2，能满足热稳定性要求5.1.310kV母线选择及校验1.按导体的长期发热允许电流选择：AA查矩形导体长期允许载流量表，每相选用单条1258mm矩形铝导体，平放时允许电流A，集肤系数为.08，环境温度为36度时的允许电流为：满足长期发热条件要求。2.热稳定校验短路电流热效应：(kA)2.s(kA)2.s(kA)2.s短路前导体的工作温度为：由插值法得：mm2所选截面Smm2，能满足热稳定性要求5.2断路器和隔离开关的选择及校验 高压断路器(或称高压开关)它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，依据灭弧介质的不同可分为：油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、压缩空气断路器等。一、高压断路器的选择一般原则（1）按正常工作条件包括电压、电流、频率、机械荷载等选择；（2）按短路条件包括短时耐受电流、峰值耐受电流、关合和开断电流等选择；（3）按承受过电压能力包括绝缘水平等选择；（4）按各类高压电器的不同特点包括开关的操作性能、熔断器的保护特性配合、互感器的负荷及准确等级等选择。综上所述，应按照正常工作条件选择断路器，按短路条件校验断路器，确保开关在短路条件下能正常运行以系统的稳定性。二、高压断路器选择与校验的技术条件如下（1）额定电压选择：（2）额定电流选择：（3）额定开断电流选择：（4）额定关合电流选择：（5）热稳定校验：（6）动稳定校验：由于隔离开关不具有灭弧装置，所以不具备开断和接通负荷电流及短路电流的功能，因此不需要开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。5.2.1110kV侧断路器及隔离开关的选择及校验1.断路器的选择和校验流过断路器的最大持续工作电流：A选择及校验过程如下：（1）额定电压选择：kV（2）额定电流选择：A（3）额定开断电流选择：由上述短路计算得，kA所以，kA（4）额定关合电流选择：kAkA根据以上条件查断路器技术手册，选择的满足要求的高压断路器的型号为SW4—110/1000，技术参数如下表：表5-1SW4—110Ⅰ/1000技术参数表型号额定电压/kV额定开断电流/kA额定电流/A动稳定电流/kA热稳定电流/kA固有分闸时间/S1sSW4—110Ⅰ/100011018.4100080320.04（5）热稳定校验条件：