(毕业设计)220-kV降压变电所电气部分设计

毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目： 电气部分设计 题目类型： 工程设计型 学 院： 电力工程学院 专 业： 电气工程及其自动化专业 年 级： 学生姓名： XXX 指导教师： 日 期： 2011 年 3 月 6 月 教 务 处 制 设计（论文）专用纸 II 毕业设计（论文）任务书 电 力 工 程 学 院 电 气 工 程 及 其 自 动 化 专业 2007 级 学生姓名： 毕业设计（论文）题目： 2 20 kV 降 压 变 电 所 电 气 部 分 设 计 毕业设计（论文）内容： 一、原始参数： 1、待建变电所基本资料 （1）设计变电所在城市近郊，向开发区的某炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷。 （2）确定本变电所的电压等级为 220/110/10 kV,220 kV 是本变电所的电源电压，110 kV 和 10 kV 是二次电压。 （3）待设计变电所的电源，有双回路 220kV 线路送到本变电所；在中间侧 110kV 母线， 送出 4 回线路；在低压侧 10kV 母线送出 18 回线路；在本变电所 220kV 母线有三回输出线路。 该变电所的所址，地势平坦，交通方便。 2、110kV 和 10kV 用户负荷统计资料 （1）110kV 和 10kV 用户负荷统计资料见下表一及表二； 表一 110kV 用户负荷统计资料 序号 用户名称 最大负荷（kW ） cos 回路数 重要负荷百分数% 1 炼钢厂 120000 0.95 4 70 表二 10kV 用户负荷统计资料 设计（论文）专用纸 III 序号 用户名称 最大负荷（kW ） cos 回路数 重要负荷百分数% 1 矿机厂 1700 0.92 2 60 2 机械厂 1050 0.90 2 64 3 汽车厂 2000 0.92 2 64 4 电机厂 2200 0.90 2 68 5 炼油厂 2100 0.92 2 68 6 饲料厂 800 0.90 2 60 3、待设计变电所与电力系统连接情况 （1）待设计变电所与电力系统连接情况如下图 待 设 计 20kV变 电 所1出 线20kV2x5km4x75MWCOS2x150MWCOS8VAu%20kV20kV系 统 20kV炼 钢 厂 10kV母 线2x4km2x7m2x4m490MVAu%x7m 6MAx=.2（ SB） 二、设计条件 （1）年极端最高温度 38.7C，年最高日平均温度 18C，年极端最低温度2.1C ，最热 月地面下 0.8m 处土壤平均温度 25C。 （2）年平均雷电日 T87.6 日/ 年，土壤电阻率1000m；地震烈度在 6 度以下，海 拔高度小于 2000m。 设计（论文）专用纸 IV 三、设计内容 待设计变电所与系统连接分析；变电所电气主接线方案优化设计，绘制电气主接线图；变 电所所用电接线优化设计；短路电流计算；变电所导体和电气设备选择设计；变电所高压配电 装置设计，绘制配电装置平面布置图、断面图；变电所过电压保护及防雷规划设计，绘制直击 雷保护范围图；变电所仪表与继电保护配置规划设计，绘制保护配置图；编制设计说明书（含 计算书） 。 专题（子课题）题目： 无 专题（子课题）内容：无 毕业设计（论文）指导教师（签字）： 主 管 教 学 院 （部） 长（签字）： 2 0 1 1 年 0 3 月 2 0 日 题 目： 220kV 降 压 变 电 所 电 气 部 分 设 计 设计（论文）专用纸 V 设计作者 学 校： 昆 明 理 工 大 学 班 次： 电气工程及其自动化 姓 名： XXX 指导教师 单 位： 昆 明 理 工 大 学 姓 名： 职 称： 高 级 实 验 师 设计（论文）专用纸 VI Topic ： Design of the 220 KV step-down substation Design Author School： Kunming University of Science and Technology School grade order： Electrical Engineering and its Automation 2007，class4 Name： Pu shixu Instructor Unit： Kunming University of Science and Technology Name： Zhu Jianping Title： Senior engineer 设计（论文）专用纸 VII 设计（论文）专用纸 目 录 摘 要 1 ABSTRACT 2 前 言 3 0.1 毕业设计目的意义 3 0.2 原始资料简要分析 3 第 1 章 电气主接线的设计 .5 1.1 电气主接线设计概述 5 1.1.1 对电气主接线的基本要求 5 1.1.2 变电所电气主接线的设计原则 6 1.1.3 电气主接线的设计步骤 7 1.1.4 主接线的基本接线形式及其特点 8 1.2 电气主接线的初步方案选择设计 .11 1.3 电气主接线方案的经济技术比较 .13 1.4 最优电气主接线方案的确定 .15 1.5 主变压器的选择 .16 1.5.1 主变压器台数和容量的确定 .16 1.5.2 主变压器型式的选择 .17 1.5.3 主变压器的选择结果 .18 1.6 所用电设计 .19 1.6.1 所用电源数量及容量 .19 1.6.2 所用电源引接方式 .19 1.6.3 所用变压器低压侧接线 .20 1.6.4 所用电接线 .20 附：电气主接线方案图 22 设计（论文）专用纸 第 2 章 短路电流计算 23 2.1 短路电流计算概述 .23 2.1.1 短路电流计算的目的 .24 2.1.2 短路电流计算的内容 .24 2.1.3 短路电流计算方法 .25 2.2 短路电流计算过程 25 2.2.1 电路各元件参数标幺值的计算 .25 2.2.2 等效电路图简化 .28 2.2.3 220kV 母线发生三相短路时的短路电流计算 .30 2.2.4 110kV 母线发生三相短路时的短路电流计算 .32 2.2.5 10kV 母线发生三相短路时的短路电流计算 37 附：短路电流计算成果表： 43 第 3 章 变电所导体和电器选择设计 44 3.1 导体和电器选择设计概述 .44 3.1.1 按正常工作条件选择电气设备 .44 3.1.2 按短路状态校验 .45 3.2 导体的选择和校验 .46 3.2.2 导体的选择 .47 3.2.3 截面的选择 .47 3.3 主要电气设备的选择和校验 .51 3.3.1 断路器、隔离开关的选择 .51 3.3.2 互感器的选择 .55 3.4 无功补偿装置选择设计 .62 3.4.1 概述 .62 3.4.2 补偿装置的分类 .62 3.4.3 功率因数定义 .64 设计（论文）专用纸 3.4.4 功补偿容量计算 .64 附：导体和设备选择成果汇总 67 第 4 章 屋外高压配电装置优化设计 68 4.1 高压配电装置概述 .68 4.1.1 对配电装置的基本要求是 .68 4.1.2 配电装置的类型及特点 .68 4.1.3 配电装置的设计原则 .69 4.1.4 配电装置设计的基本步骤 .70 4.2 高压配电装置优化设计 .71 4.2.1 电气总平面布置 .72 附：平面配置图及断面图 73 第 5 章 防雷保护规划设计 75 5.1 变电所过电压及防护分析 .75 5.2 避雷器的配置规划与选择 .76 5.2.1 配置原则 .76 5.2.2 避雷器的选择 .76 5.3 避雷针配置规划及保护范围计算 .80 5.3.1 避雷针配置规划 .80 5.3.2 避雷针保护范围计算 .82 附：直击雷保护范围图 84 第 6 章 继电保护的配置规划设计 85 6.1 继电保护的配置规划概述 .85 6.1.1 基本原理 .85 6.1.2 对继电保护装置的要求 .86 6.1.3 组成 .87 设计（论文）专用纸 6.1.4 分类 88 6.2 继电保护规划设计 .88 附：继电保护配置图 89 结 论 90 总结与体会 .91 谢 辞 92 参考文献 .93 附录一 图纸 94 附录二 外文资料原文 95 附录三 外文资料翻译 .104 设计（论文）专用纸 第 1 页 共 117 页 摘 要 本设计书主要介绍了 220 kV 降压变电所电气部分设计内容和设计 方法。设计的内容有 220kV 枢纽变电所的电气主接线的选择，主变压 器、所用变压器的选择，母线、断路器和隔离刀闸的选择，互感器的 配置，220kV、110kV、10kV 线路的选择和短路电流的计算。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：变电站；主接线；变压器 设计（论文）专用纸 第 2 页 共 117 页 ABSTRACT The design of the book introduces the regional 220kV electrical substation design a part of the content and design. The design of the contents of the electrical substation 220kV main regional cable choice, the main transformer, the transformer used in the choice of bus, circuit breakers and isolation switch option, the configuration of transformer, 220kV, 110kV, 10kV line choice and short-circuit current calculations. The design of the main high pressure also had a choice of electrical equipment and computing, such as circuit breakers, isolating switches, voltage transformers, current transformers and so on. In addition, a lightning protection design and computing, increased the safety of the entire substation. Keywords: substation; main connection; transformer 设计（论文）专用纸 第 3 页 共 117 页 前 言 0.1 毕业设计目的意义 毕业设计是高等学校技术科学专业及其他需培养设计能力的专业或学科应届毕 业生的总结性独立作业。要求学生针对某一课题，综合运用本专业有关课程的理论 和技术，作出解决实际问题的设计。 毕业设计是高等学校教学过程的重要环节之一。相当于一般高等学校的毕业论 文。目的是总结检查学生在校期间的学习成果，是评定毕业成绩的重要依据；同时， 通过毕业设计，也使学生对某一课题作专门深入系统的研究，巩固、扩大、加深已 有知识，培养综合运用已有知识独立解决问题的能力。毕业设计也是学生走上国家 建设岗位前的一次重要的实习。 毕业设计的目的有： (1)培养学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力。 (2)对学生的知识面，掌握知识的深度，运用理论结合实际去处理问题的能力， 实验能力，外语水平，计算机运用水平，书面及口头表达能力进行考核。 0.2 原始资料简要分析 （1）设计变电所在城市近郊，向开发区的某炼钢厂供电，在变电所附近还有 地区负荷。 根据以上所址概述，可了解到该设计中变电所 接近负荷中心，则要求供电的可靠性、调度的灵活性更高 （2）确定本变电所的电压等级为 220/110/10 kV,220 kV 是本变电所的电源电 压，110 kV 和 10 kV 是二次电压。 （3）待设计变电所的电源，有双回路 220kV 线路送到本变电所；在中间侧 设计（论文）专用纸 第 4 页 共 117 页 110kV 母线，送出 4 回线路；在低压侧 10kV 母线送出 18 回线路；在本变电所 220kV 母线有三回输出线路。该变电所的所址，地势平坦，交通方便。 根据建厂规模，对本变电所的电气主接线进行设计确定出 23 种方案，进行 技术和经济比较，确定出最佳方案。 根据以上所址概述，可了解到该设计中变电所的周边环境情况，可推测该所地 处平原地区，占地面积大，由此根据变电所配电系统和配电装置的设计原则，对本 变电所进行高压配电系统及配电装置设计 （1）110kV 和 10kV 用户负荷统计资料 根据负荷预测及发展情况，可了解该地区的负荷情况及发展，根据负荷情况对 主变压器的台数、容量等进行选择。 设计（论文）专用纸 第 5 页 共 117 页 第 1 章 电气主接线的设计 发电厂和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，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电 能的电路。电气主接线又称为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的作用。 1.1 电气主接线设计概述 1.1.1 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。 设计（论文）专用纸 第 6 页 共 117 页 （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。 1.1.2 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，一国 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。 在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书事必不可少的。它 将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计的变电所的容量、电压 等级、出线回路数、主要是负荷要求、电力系统参数和对变电所的而具体要求，以 及设计的内容和范围，这些原始资料是设计的依据，必须进行详细的分析和研究， 从而可以初步拟定一些主接线方案。国家方针政策、技术规范和标准是根据国家实 际状况，结合电力工业的技术特点而制定的准则，设计时必须严格遵循。结合对主 接线的基本要求，设计的主接线应供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。 设计时，在进行论证分析阶段，更应该辩证的统一供电可靠性与经济性的关系，以 使设计的主接线具有先进性和可行性。 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。 设计（论文）专用纸 第 7 页 共 117 页 旁路设施可按主接线基本形式中所述的情况设置。 1.1.3 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。 对原始资料进行综合分析 （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 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。 设计（论文）专用纸 第 8 页 共 117 页 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。 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。 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。 1.1.4 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。 1.1.4.1 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。 设计（论文）专用纸 第 9 页 共 117 页 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： 610kV 配电装置的出线回路数不超过 5 回； 3563kV 配电装置的出线回路数不超过 3 回； 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， 设计（论文）专用纸 第 10 页 共 117 页 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， 设计（论文）专用纸 第 11 页 共 117 页 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。 1.1.4.2 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。 1.2 电气主接线的初步方案选择设计 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 侧采用双母线接线，10KV 侧单母线分段接线。 220kV 进出线五回，而双母接线带旁路母线使用范围是 110220KV 出线数为 5 回及以上时。满足主接线的要求。且具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。 110kV 进出线四回，110kV 侧出线可向大功率负荷用户供电。根据条件选择双 母接线方式。 10kV 进出线十八回，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 1-1 所示： 设计（论文）专用纸 第 12 页 共 117 页 图 1-1 方案一的电气主接线 方案二：220KV 侧双母线接线，110KV、10kV 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 1-2 所示： 设计（论文）专用纸 第 13 页 共 117 页 图 1-2 方案二的电气主接线 方案三：220KV 侧双母线带旁路接线，110KV 侧双母接线，10kV 侧单母线分段 接线。220kV 进出线五回，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。双母线带旁路母线，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。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资。 主接线如图 1-3 所示： 图 1-3 方案三的电气主接线 1.3 电气主接线方案的经济技术比较 方案 经济技术 方案一 方案二 方案三 设计（论文）专用纸 第 14 页 共 117 页 比较 单价 （万 元） 数量 主变 820 2 2 2 220KV 105 8 8 9 110KV 65 7 7 7 断 路 器 10KV 30 21 20 21 220KV 5.5 21 21 29 110KV 2.5 18 16 16 隔 离 开 关 10KV 1.7 40 56 40 单母 分段 560 1 0 1 双母线 940 2 1 1 单母带 旁路 900 0 2 0 配 电 装 置 双母带 旁路 1200 0 0 1 主体设备 投资合计 （万元） 6233 6528 6637 经 济 性 不明显投资及年运行费用各方案基本相等。 设计（论文）专用纸 第 15 页 共 117 页 技 术 性 1、双母线接线检修母线 时不影响正常供电。 2、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。 3、结构紧凑，占地面积 小。 1、单母线带旁路母 线接线，检修母线或 母线故障期间不中断 供电。 2、但旁路系统造价 昂贵，同时使配电装 置运行复杂化， 1、220kV 进出线五回，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。双母线带 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。这样多 装了价高的断路器和隔离开 关，增加了投资。 1.4 最优电气主接线方案的确定 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 一种方案为设计的最终方案。主接线如图 1-4 所示： 图 1-4 最优电气主接线 设计（论文）专用纸 第 16 页 共 117 页 1.5 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。 1.5.1 主变压器台数和容量的确定 1.5.1.1 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。 1.5.1.2 主变压器容量的选择 1、主变压器容量的确定原则 （1）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。 （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。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 设计（论文）专用纸 第 17 页 共 117 页 变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的 70%80%。 （3）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 当年该地区负荷的视在功率为： 。)(42.90 6.098.20168.94.026.9051.27.51cosMVAPS 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，如一年后 该地区的视在功率 ；)(46.9%)10(42.9MVAS 二年后该地区的视在功率 ；)(46.109.2 三年后该地区的视在功率 ；3)(3 十年后该地区的视在功率 ；)(5.24%)10(42.9MVAS 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 70%80%，可以确定单台变压器的额定容量。 十年后变电所单台主变压器的额定容量: SN=0.7234.52=163.8(MVA) 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： SN=150MVA 。 1.5.2 主变压器型式的选择 1.5.2.1 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。 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。 设计（论文）专用纸 第 18 页 共 117 页 1.5.2.2 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丫和，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，变压器绕组多采用丫连接；10KV 亦采用丫连接， 其中性点多通过消弧线圈接地。10KV 以下电压，变压器绕组多采用连接。由于 10KV 采用丫连接方式，与 220、110 系统的线电压相位角为 0，这样当变压变比为 220/110/10KV，高、中压为自耦连接时，否则就不能与现有 10KV 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 10kV，需选用三绕组 变压器，变压器绕组的连接方式为丫/丫/。 1.5.3 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 250MVA。这里选择三绕组变压器，所选变压器的技术参数如下所示： 型号：SFPS3-150000/220 额定容量(kVA)：150000/150000/75000 额定电压（kV）: 高压 2.5% 20 中压 121 低压 11 连接组标号：YN/yn0/d11 设计（论文）专用纸 第 19 页 共 117 页 空载损耗(kW)：270 负载损耗（kW）：高-低：150 阻抗电压（%）： 高-中：15；高-低：25；中-低：8 空载电流（%）：0.8 所以选择两台 SFPS3-150000/220 型变压器为主变压器。 1.6 所用电设计 1.6.1 所用电源数量及容量 (1)枢纽变电所总容量为 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边点所，均装设两台所用变压器。 采用整流操作电源或无人值班的变电所,装设两台所用变压器,分别接在不同等 级的电源或独立电源上。 如果能够从变电所外引入可靠的 380V 备用电源，上述变电所可以只装设一台 所用变压器。 (2)500kV 变电所装设两个工作电源.当主变压器为两台时,可以分别接在每一 台主变压器的第三绕组上。两台所用变压器的容量应相等,并按全所计算负荷来选 择.当建设初期只有一台主变压器时,可只接一台工作变压器。 (3)当设有备用所用变压器时,一般均装设备用电源自动投入装置。 1.6.2 所用电源引接方式 (1)当所内有较低电压母线时,一般均由这类母线上引接 12 个所用电源,这一 所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。如能由不同电压等级的母线上可 分别引接两个电源,则更可保证所用电的不间断供电.当有旁路母线时,可将一台所 用变压器通过旁路隔离开关接到旁路母线上。正常运行时,则倒换到旁路上供电。 (2)由主变压器第三绕组引接,所用变压器高压侧要选用大断流容量的开关设备， 设计（论文）专用纸 第 20 页 共 117 页 否则要加装限流电抗器。 (3)由于低压网络故障机会较多,从所外电源引接所用电源可靠性较低.有些工 程保留了施工时架设的临时线路，多用于只有一台主变压器或一段低压母线时的过 度阶段.500kV 变电所多由附近的发电厂或变电所引接专用线作为所用电源。 1.6.3 所用变压器低压侧接线 所用电系统采用 380/220V 中性点直接接地的三相四线制,动力与照明合用一个 电源。 (1)所用变压器低压侧多采用单母线接线方式.当有两台所用变压器时,采用单 母线分段接线方式，平时分列运行，以限制故障范围,提高供电可靠性。 (2)500kV 变电所设置不间供电装置，向通讯设备交流事故照明及监控计算 机等负荷供电,其余负荷都允许停电一定时间,故可不装设失压启动的备用电源自投 装置,避免备用电源投合在故障母线上扩大为全所停电事故。 (3)具备条件时,调相机专用负荷优先采用由所用变压器低压侧直接支接供电的 方式。 1.6.4 所用电接线 站用电接线应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地 采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、安全、经济地运行。 变电站的站用电源，是保证正常运行的基本电源。通常不少于两个。其引接方 式有两种：一种是从母线侧引入，另一种是从主变低压侧引入。本站由于没有具体 说明，因此采用通过断路器和隔离开关从低压侧引入。 本站是用两台 500kVA 变压器接入，为此，查手册，选出站变，如下表： 型号 高压 kV 低压 kV 组别 空载损耗 w 空载电流% S6500/10 10 0.4 Y，yn0 1030 1.5/3 设计（论文）专用纸 第 21 页 共 117 页 所用电接线图如下图所示： 设计（论文）专用纸 第 22 页 共 117 页 附：电气主接线方案图 设计（论文）专用纸 第 23 页 共 117 页 第 2 章 短路电流计算 2.1 短路电流计算概述 供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过 正常工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果： (1)短路电流的热效应 巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成 设备过热而损坏。 (2)短路电流的电动力效应 由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或 设备结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。 (3)短路系统电压下降 短路造成系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如，异步电动机的电磁 转矩与端电压平方成正比。同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些 气体放电灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。 (4)不对称短路的磁效应 当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻 近的电路内能感应出很大的电动势。 (5)短路时的停电事故 短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波 及范围越大。 (6)破坏系统稳定造成系统瓦解 短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏 系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。 设计（论文）专用纸 第 24 页 共 117 页 2.1.1 短路电流计算的目的 (1)电主接线比选 短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电 流措施等提供依据。 (2)选择导体和电器 如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电 流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以 校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验短路器的遮断能力 等。 (3)确定中性点接地方式 对于 35kV 、10kV 供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。 (4)选择继电保护装置和整定计算 在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短 路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算 出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能 出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根 据需要计算单相接地电流等。 2.1.2 短路电流计算的内容 (1)短路点的选取：各级电压母线、各级线路末端。 (2)短路时间的确定：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算短 路电流的时间。 (3)短路电流的计算：最大运行方式下最大短路电流；最小运行方式下最小短 路电流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条 件，取决于计算短路电流的目的。 设计（论文）专用纸 第 25 页 共 117 页 2.1.3 短路电流计算方法 供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的 回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法。 1）标幺值法 标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值 的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个 电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。 在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。 2） 有名值法 有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于 1kV 以下 低压供电系统短路电流的计算。 高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、电抗器、线路等） 的电抗，采用标幺值计算。 2.2 短路电流计算过程 2.2.1 电路各元件参数标幺值的计算 系统的等效电路图如图 2-1 所示。 设计（论文）专用纸 第 26 页 共 117 页 图 2-1 系统的等效电路图 主变压器的各绕组电抗标幺值计算如下： 168251%21%3231 SSSS UU12192333 SSSS 取 ， ，则avBMVAB0067.24161%* NSTUX2.02* BST 设计（论文）专用纸 第 27 页 共 117 页 0375.241091%3* NBSTUX 发电机、变压器、线路电抗计算： 067.*141TX4225235.*63T 02852301.702.27 avBLUSX59.4.228avBL 06.31.07 229 avBLUSX9.4.52210avBL067.18%31 NBSX5042.12Bd 13.910%315 NBSUX285.07.16Bd 设计（论文）专用纸 第 28 页 共 117 页 2.2.2 等效电路图简化 合并电源，化简后如图所示： 0863.4219.3.0416517 X0736.25.067.2118 X 与 合并， 与 合并，进一步简化：17018X9 设计（论文）专用纸 第 29 页 共 117 页 = + =0.0863+0.0197=0.106019X710 = + =0.0736+0.0265=0.10012089 将 19、20、8 号电抗组成的星形网络化为由 21、22、23 号电抗组成的三角型 网络，23 号电抗连接两电源，与短路电流无关，可略去不画： 设计（论文）专用纸 第 30 页 共 117 页 =21X 1387.01.059659.016.20819819 X198820 2.2.3 220kV 母线发生三相短路时的短路电流计算 等值电路图如下： 将 、 化为计算电抗， （Gs 为无穷大系统， 不用化为计算电抗）：21X 7X4895.01./75438.0)( Gjs 622js 1、电源