变电站设计项目设计方案

1 变电站设计项目 第 1 章 电力系统及 变电站 概述 力系统 概述 随着社会、经济和科学的发展，电能被越来越广泛的应用于工农也生产以及人民的日常生活中。电能可以方便的转化为其它形式的能源，并且电能的分配和输送易于实现，可以输送到需要它的工作场合和生活场合。 为了安全、经济地发供电，满足国民经济和人民生活的需要， 由发电机、变压器、输配电线路和电力用户的电器装置连接而成的整体，它完成了发电、输电、变电、配电、用电的任务 ，这就是电力系统 。电力系统加上热力发电厂中的热能动力装置、热能用户和水电厂的水能动力 装置，也就是加上锅炉、汽轮机、水库、水轮机以及原子能发电厂的反应堆等，称为动力系统。电力系统中各种电压的变电站及输配电线路组成的统一体，称为电力网。 电站概述 变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所，是发电厂和用户联系的中间环节。变电站按照其升降电压的不同分为升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站是为了减少电能在运输过程中的损耗，将发电厂发出的电升压后输送到远方，这种变电站通常与发电厂联系在一起；降压变电站与负荷中心比较靠近，将高压电通过变压器转变为适合的低压电。 总的来说变电站内的总体 布置合理，便于设备的操作、搬运、检修和巡视，当然也要便于未来的扩建性。 根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，也就是一级负荷、二级负荷和三级负荷。等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。 一级负荷是指将造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染对工业将造成经济的巨大损失，如重要的大型的设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响；二级负荷是指回造成较大的经济损失，产品大量报废或减产，还可能引起社会秩序的混乱或较严重的政治影响；三级负荷指造成的损 失不大或者直接的经济损失。负荷的等级不同，对供电的要求也不同。对于一级负荷，必须有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个独立电源供 2 电，且一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电；对于三级负荷一般只需要一个电源供电。 电站的分类 照变电站在电力系统中的地位和作用 （ 1） 系统枢纽变电站 枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，它的电压是系统最高输电电压，目前电压等级有 220330西北电网 )和 500纽变电站连 成环网，全站停电后，将引起系统解列，甚至整个系统瘫痪，因此对枢纽变电站的可靠性要求较高。 枢纽变电站主变压器容量大，供电范围广。 （ 2） 地区一次变电站 地区一次变电站位于地区网络的枢纽点，是与输电主网相连的地区受电端变电站，任务是直接从主网受电，向本供电区域供电。全站停电后，可引起地区电网瓦解，影响整个区域供电。电压等级一般采用 22030 地区一次变电站主变压器容量较大，出线回路数较多，对供电的可靠性要求也比较高。 （ 3） 地区二次变电站 地区二次变电站由地区一次变电站受电，直接向本地区负荷供电 ，供电范围小，主变压器容量与台数根据电力负荷而定。全站停电后，只有本地区中断供电。 （ 4） 终端变电站 终端变电站在输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，全站停电后，只是终端用户停电。 照变电站安装位置 （ 1） 室外变电站 室外变电站除控制、直流电源等设备放在室内外，变压器、断路器、隔离开关等主要设备均布置在室外。这种变电站建筑面积小，建设费用低，电压较高的变电站一般采用室外布置。 （ 2） 室内变电站 室内变电站的主要设备均放在室内，减少了总占地面积，但建筑费用较高，适宜市区居民密集地 区，或位于海岸、盐湖、化工厂及其他空气污秽等级较高的地区。 3 （ 3） 地下变电站 在人口和工业高度集中的大城市，由于城市用电量大，建筑物密集，将变电站设置在城市大建筑物、道路、公园的地下，可以减少占地，尤其随着城市电网改造的发展，位于城区的变电站乃至大型枢纽变电站将更多的采取地下变电站。这种变电站多数为无人值班变电站。 （ 4） 箱式变电站 箱式变电站又称预装式变电站，是将变压器、高压开关、低压电器设备及其相互的连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式集中布置在一个或几个密闭的箱壳内。 箱式变电站是 由工厂设计和制造的，结构紧凑、占地少、可靠性高、安装方便，现在广泛应用于居民小区和公园等场所。箱式变电站一般容量不大，电压等级一般为 335着电网的发展和要求的提高，电压范围不断扩大，现已经制造出了 132 箱式变电站按照装设位置的不同又可分为户外和户内两种类型。 （ 5） 移动变电站 将变电设备安装在车辆上，以供临时或短期用电场所的需要。 照值班方式 （ 1） 有人值班变电站 大容量、重要的变电站大都采用有人值班变电站。 （ 2） 无人值班变电站 无人值班变电站的测量监视与 控制操作都由调度中心进行遥测遥控，变电站内不设值班人员。 据变压器的使用功能 （ 1） 升压变电站 升压变电站是把低电压变为高电压的变电站，例如在发电厂需要将发电机出口电压升高至系统电压，就是升压变电站。 （ 2） 降压变电站 与升压变电站相反，是把高电压变为低电压的变电站，在电力系统中，大多数的变电站是降压变电站。 电站主要设备组成 4 发电厂和变电站中安装的各种电气设备，其主要任务是启停机组、调整负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理等。根据电气设备的作用 不同，可将电气设备分为一次设备和二次设备。 1 一次设备：通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备。 主要包括：生产和转换电能的设备，如发电机等；接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开关、负荷开关，熔断器、接触器等；限制故障电流和防御过电压的保护电器，如电抗器和避雷器等；载流导体，如裸导线和电缆等；接地装置。 2 二次设备：把对一次设备和系统的运行进行测量、控制、监视、和保护的设备称为二次设备。 主要包括：仪用互感器，如电压互感器和电流互感器；测量表计，如电压表、电流表、功率表和电能表等 ；继电保护及自动装置；直流电源设备；操作电器、信号设备及控制电缆。 压器 电力变压器是发电厂变电站中的重要元件之一。主变压器是变换电压的主要设备，一般可分为降压变压器和升压变压器。变压器由单相变压器和三相变压器。在运输等条件允许的情况下一般使用经济上有利的三相变压器，单相变压器仅在高电压、大容量的 500电站等由于受到搬运上的限制而被采用。 电线和开关设备 在变电站内汇集着许多集中和分配电力的输配电线，与主变压器一起接在母线上，在每一条线路的引出口除装设断路器和隔离开 关。断路器通常用于电路的送出、停止或切换，当输、配电设备发生事故时则用来自动切断。 隔离开关用于输、配电线路时，变压器和断路器等进行保护，检修时把他们从回路中断开，有时用来切换母线环。 制装置与互感器 控制装置是变电站的中枢神经，通过它值班员监视设备的运行状态，根据需要进行设备的操作以及联合互感器进行电压、电流和功率的测量。 互感器主要测量于仪器：将高电压、大电流转换成低电压、小电流进行测量。 5 雷器 避雷器是把系统中如雷电和操作过电压之类的异常电压抑制在规定值以内，从而保 护以主变压器为主的机器设备。 相设备 调相设备，因为在重负荷时可以使电流超前，轻负荷时可以使电流滞后，所以用来进行电压的调整。 它设备 变电站内除上述设备外，还有接地、屏蔽装置、站内电源蓄电池和照明设备等其它各种设备。 次变电站设计任务 始资料 变电所位于某中小型城市边缘，所区西为城区，南为工业区，所址地势平坦，交通便利，进出线方便，空气污染轻微，不考虑对变电所的影响。所区平均海拔186米，最高气温 40，最低气温 年平均气温 14， 土壤温度 25 ,出线方向： 11035西， 10拟建变电所概况如下图： 6 1103510拟建变电所 图 1 概况图 表 1 负荷表 电压 负荷 名称 每回最大负荷（ 功率 因数 回路数 供电 方式 线路长度（ 35变电所 6000 架空 15 7000 架空 8 4500 架空 10 4300 架空 7 5000 架空 11 1000 架空 5 800 电缆 2 7 10厂 700 电缆 3 800 架空 7 200 架空 4 100 架空 5 500 架空 2 务分析 本次所设计变电站担负着向 该城市 市郊工农业生产和居民生活用电的工程，承担着 该 市的输变电任务。 根据电力系统技术规程中的有关 规定： 系统 设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期、长期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方案；应合理利用能源，合理布局电源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协调，并为系统的继电保护设计，系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行，以经济、可靠、质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活不断增长的需要。系统设计的设计水平可为今后第五年至第十年的某一年，并应对过度年进行研究 (五年内逐年研究 )，远景水平可为第十年至第十五年的 某一年，且宜与国民经济计划的年份相一致。系统设计经审查后，二至三年进行编制，但有重大变化时，应及时修改。 该 市郊 110电站是地区性城市变电站，它由系统 系统 电， 该站建成后 与系统 系统 成 110网 ， 与 电网 系统联系较为紧密，在整个 电网 系统中占有重要地位。 8 第 2 章 电力系统及变电站总体分析 力系统分析 电力系统及变电所的设计首先要对电力系统进行分析才能选择正确的方案，及对变电所进行总体分析才能设计比较经济、可靠的变电所方案。 根据 35110电站设计 规范第 条规定： 变电站的设计应根据工程的 510 年发展规划进行做到远近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能 ； 变电站的设计，必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案 ； 变电站的设计，必须坚持节约用地的原则 ； 变电站设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。 设计中应遵循国家电网公司“两型一化”变电站设计建设导则，参照国家电网公司输变电工程 典型设计 110 电站总体分析 电所的总体分析 1 设计依据 根据 相关委托书及批复文件 。 2 变电所的建设的必要性 该所位于 某中小城市 郊 区 ，为满足该地区经济发展及人民生活需要，决定在此建设此区域性变电所。 3 变电所的建设规模 根据电力系统规划，本变电所的规模如下 :电压等级 ： 110 35 10路回数： 110期 2 回，远景发展 2 回 ； 35期 7 回，远景发展 2 回 ； 102 回，远景发展 4 回。 4 所址概况 变电所位于某中小型城市边缘，所区西为城区，南为工业区，所址地势 平坦，交通便利，进出线方便，空气污染轻微，不考虑对变电所的影响。所区平均海拔186米，最高气温 40，最低气温 年平均气温 14，土壤温度 25 ,出线方向： 11035西， 10拟建变电所概况如下图： 9 1103510拟建变电所 5 气象条件：年最高气温 40 ,年最低气温 10 ，年平均温度 15 ,最热月平均最高温度 33 ,水 温度为 +10 ，最大风速 30m/s,属于我国第 V 级标准气象区。 荷分析 1 110 荷分析 从 拟建变电站概况图中 ，近期规模中的两个 1102、 1、拟建变电站构成 110电可靠性较高。 2 35荷分析 在 35荷中 三回线路是三个 35电网中的线路，两回是分别供 D 厂和 E 厂的专线， 因此要尽可能保证其供电可靠性。其中不同负荷的年利用时间为：城市生活用电 2500h，化学工业 7300h。 表 25荷分析 电压 负荷 名称 每回最大负荷（ 功率 因数 回路数 供电 方式 线路长度（ 6000 架空 15 10 35变电所 7000 架空 8 4500 架空 10 4300 架空 7 5000 架空 11 3 10荷分析 在 10荷中， 除两回是供往变电站的线路外，其它均为工厂用电 ，必须保证其供电可靠性。其中不同负荷的年利用时间为：纺织工业 6000h，城市生活用电 2500h，食品工业 4500h，机械制造工业 5000h， 其他工业 4000h。 表 20 荷分析 电压 负荷 名称 每回最大负荷（ 功率 因数 回路数 供电 方式 线路长度（ 10变电所 1000 架空 5 800 电缆 2 700 电缆 3 800 架空 7 200 架空 4 100 架空 5 500 架空 2 力系统接线图 图 2力系统接线图 11 1103510拟建变电所 12 第 3 章 变压器选择 变选择 变压器是变电所中最重要的和最贵重的是设备，变压器的选择在变电所中是比较重要的。 压器容量和台数的选择 1 主变容量选择 考虑 原则 ： (1)主变容量选择一般应按变电所建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。 (2)根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主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、二级 负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的 60 。 (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 主变台数的考虑原则： (1)对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。 (2)对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。 (3)对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的 1设计，以便负荷发展时更换主变。 3 主变容量和台数选择计算 由以上分析可知应选两台 主变 由任务书 中所提供负荷资料和前面所做负荷分析，近期 主变额定容量 (1)35压侧： 其 出 线 回 路 数 为 7 回 ， 取 结合 负 荷 情 况 分 析 知 7 1 m a )1)( i O ）（）（ % 13 2)10压侧： 其出线回路数为 12 回， 取 合负荷情况分析 知： 12 1 m a )1)( i O ）（）（ % 三绕组变压器的计算容量 为 ： ）（i 3)由选择条件： S 2 得： 可选用主变的 容量为 4 校核条件： ( 1) 0 S 总 21)1 e（ 则 ： S）（ 成立，满足条件要求。 综上所述，选用主变的容量为 格。 5 近期与远景容量问题 (分期建设计划 ) 上述计算结果是 近期规模 变电所的台数和容量，远期容量问题应考虑 510 年规划的最终变电所的台数和容量。由于本期负荷较重，考虑本期上两台主变 2本 地区 近期负荷 结合本地区经济发展情况， 负荷按 10%增长率预测， 考虑终期两台主变 2 3510应 增加。 详细预测结果如下： 项目 2009年 2010 年 2011年 2012年 本地区 最高负荷（ 压器型式的选择 数的选择 由相应规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便，也不是由于容量过大而无法解决制造问题 ，在 330其以下的发电厂和变电所中， 宜采用三相变压器， 14 结合以上分析， 本次 变 电所应采用三相变压器。 组数和绕组连接方式的选择 绕组数的选择： 电力工程电气设计手册和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的 15 以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况中，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故 本次设计 变电所主变选择三绕组变压器。 绕组连接方式的选择： 电力工程电气设计手册和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有 Y 和 型两种，而 且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是 型的，我国 110以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中 性点，所以都需要选择 0Y 的连接方式。对于 110电所的 35也采用 0Y 的连接方式，而 610 型的连接方式。 故 本次设计 变电所主变应采用的绕组连接方式为 ： 110N 变阻抗和调压方式的选择 电力系统电气设计手册和相应 规程中指出：变压器各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应由对工程起决定性作用的因素来确定。 变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。由于绝缘因素，高压绕组总放在最外侧，而中、低压绕组可以分别缠绕在变压器的铁心的中间或者最里面。由于变压器的阻抗实际上就是绕组之间的漏抗，因此可见，升压型结构的变压器 12U 大而降 压结构的 13U 大。那么看潮流传输的大小，在传输潮流大的一侧采用阻抗小的以减小正常损耗。但是也还要其他因素的影响，综合考虑，比如为选择轻型的电器需要加限制短路电流的措施，那么为限制短路电流，可以考虑优先采用降压结构(其 13U 大 )，这样可以不再加限流电抗器 常用的调压方式手动调压和有载调压。手动调压用于调整范围 2 内；有载调压用于调整范围可达 30%，其结构复杂，价格较贵，常用于以下情况： 的发电厂的主要变压器。 而为受端，具有可逆工作的特点联络变压器。 15 在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式 (手动调压方式的变压器便宜、维修方便 )， 但是，近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器的质量的提高，作为城市变电站，一般也都用有载调压方式。 综合以上分析本设计中变电站的主变宜采用有载调压方式。 变压器的冷却方式 变压器的冷却方式主要有自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。 油浸自冷式就是以 油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。而油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风冷后可使变压器的容量增加 30% 35%。强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高 3 倍，则变压器可增加容量 30%。 综合经济性和本变电站的实际情况考 虑， 本次 110电站宜选用自然风冷式。 压器各侧电压的选择 作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在 10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按 10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于 110变电站应用近似计算，额定电压选线路两端电压的平均值， 110应该选 1155选 37 10选 绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决 在 110以上的中型点直接 接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题 。 110采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护 ， 35 10为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。 因此本次设计 110采用分级绝缘， 35 10用全绝缘。 16 变型号的选择 综上所述，可以选择三相风冷式有载调压变压器，其型号为 10 表 310 型 变 压器参数 型号 额定 容量定电压 (空载电流(%) 空载损耗抗电压 (%) 10 31500 高压 中压 低压 高 中 110 17 第 4 章 电气主接线设计 气主接线设计 电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依 据，以国家的经济建设方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，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。 电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求用规定的设备文字和图形符号，并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系，代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重 要组成部分。 电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，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发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、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，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案 。 接线设计应满足的基本要求 35 110 ：变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定 ，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。 线设计 变电站电气主接线 设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，我们要重视电气主接线的设计。设计时应依据 35 110电所设计规范原则 及其它设计规程。 第 电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。 18 第 35 110采用桥形线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形单母线或分段单母线的接线， 35 63回及以上时，亦可采用双母线接线， 110路为 6回及以上时，宜采用双母线接线。 第 ：在采用单母线、分段单母线或双母线的 35 110接线中，当不允许停电检修断路器时，可以设置旁路设施。 当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的接线，当 110路为 6 回及以上， 35 63路为 8 回及以上时，可装设专用的旁路断路器，主变压器 35 110路中的断路器，有条件时，亦可接入旁路母线，采用 6路器的主接线不宜设旁路设施。 第 变电站装有两台主变时， 6 10宜采用分段单母线。线路为 12回及以上时亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。 结合 目前国网公司文件建设和 本变电站的实际情况， 110回出线 (近期 2 回，远景发展 2 回 )， 35有 9 回出线 (近期 7 回，远景发展 2 回 )， 106 回出线 (近期 12 回 ，远景发展 4 回 )变电站在整个电力网络中处于重要的地位，各侧均不允许断电。故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理： 1 110 根据要求可以草拟以下两种方案： 图 4案 1 单母线分段接线 图 4案 2 单母线接线 表 4种方案进行比较 方案 项目 方案 1 单母线分段接线 方案 2 单母线接线 19 可 靠 性 用断路器把母线分段后 ,对重要用户可从不同段引出 两个回路 ,保证不间断供电，可靠 母线既可以保证电源并列运行，又能使任一条出线都可以从任一电源获得电能 ，但是对有些设备检修时会造成停电，对用户供电不可靠 灵 活 性 当一回线路故障时 ,分段断路器自动将故障段隔离 ,保证正常段母线不间断供电 ,不致使重要用户停电 当一回线路故障或有些设备检修时，连接在母线上的所有回路都需停止工作，会造成停电，对用户供电不可靠 经 济 性 接线简单 ,运行设备少，投资少，年运行费用少 接线简单，运行设备少，投资少 由于本变电站在整个系统中占有较重要的地位，要求保证某些重要的用户不可中断供电，故要求系统有更好的供电可靠性， 已知 110有 4 回出线 (近期 2回，远景发展 2 回 )，根据 35 110电所设计规范， 所以 110宜采用方案 1。 2 35 根据要求可以草拟以下两种方案： 方案 1单母线接线带旁路 ， 方案 2单母线分段 接线 ； 表 4种方案进行比较 方案 项目 方案 1 单母线接线带旁路 方案 2 单母线分段 接线 可 靠 性 可以不停电检修断路器，提高了供电可靠，但是当母线出现故障或检修时，仍然会造成整个主接线停止工作 用断路器把母线分段后 ,对重要用户可从不同段引出两个 回路 , 保证不间断供电，可靠；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高 灵 活 性 当一回线路故障时 ,分段断路器自动将故障段隔离 ,保证正常段母线不间断供电 ,不致使重要用户停电 当一回线路故障时 ,分段断路器自动将故障段隔离 ,保证正常段母线不间断供电 ,不致使重要用户停电 经 济 性 占地面积大，多一旁路增加了投资 接线简单 ,运行设备少，投资少，年运行费用少 在 35用电负荷中有少量的一级负荷和二级负荷，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短 和 一定的经济损失 根据 35 110电所设计规范 考虑了今后 经济的发展， 通过比较， 35宜采 20 用方案 2：单母线分段接线 。 3 10 根据要求可以草拟以下两种方案： 方案 1单母线接线带旁路 ，方案 2单母线分段接线； 表 4种方案进行比较 方案 项目 方案 1 单母线分段带旁路母线接线 方案 2 单母线分段接线 可 靠 性 用断路器把母线分段后 ,对重要用户可从不同段引出两个回路 , 保证不间 断供电，可靠；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高 用断路器把母线分段后 ,对重要用户可从不同段引出两个回路 ,保证不间断供电，可靠 灵 活 性 当一回线路故障时 ,分段断路器自动将故障段隔离 ,保证正常段母线不间断供电 ,不致使重要用户停电 当一回线路故障时 ,分段断路器自动将故障段隔离 ,保证正常段母线不间断供电 ,不致使重要用户停电，扩建方便 经 济 性 占地面积大，多一旁路增加了投资 接线简单 ,运行设备少，年运行费用少，占地面积小 在 10用电负荷中各回路出线的一，二级负荷较多，且进出线回路数比较多，通过对主接线基本要求的考虑，合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况以及今后经济的发展，还有扩建和扩展的可能。 已知 10有 11回出线 (近期 12 回 ，远景发展 4 回 ) 。由于本设计中采用 10高压开关柜，配真空断路器 ，在检修过程中手车式断路器具有检修安全，操作方便的特点。 根据 35 110电所设计规范 通过比较， 10宜采用方案 2：单母线分段接线 。 综上分析可以得出， 本次 新建变电站的电气主接线形式为 :110压级采用单母线分段接线 形式， 35压级采用 单母线分段 接线 形式 ， 10压级采用单母线分段接线 形式。 21 第 5 章 短路电流的计算 在电力供电系统中，对电力系统危害最大的就是短路。短路的形式可以分为三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地。在短路电流计算过程中，一般都以最严重的短路形式为依据。因此，本文的短路电流计算都以三相短路为例。 路电流的计算目的 路电流的危害 在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上 升有可能损坏设备和电缆；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。 算短路电流的目的 计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电器设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。 为了达到上述目的，须计算出下列各短路参数： I 次暂态短路电流，用来做为继电保护的整定计算和校 验断路器额定断流容量。应采用 (电力系统在最大运行方式下 )继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。 三 相短路冲击电流，用来检验电器和母线的动稳定。 I 三 相短路电流有效值，用来检验电器和母线的热稳定。 S次暂态三相短路容量，用来检验断路器的遮断容量和判断母线短路容 量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。 22 路电流的计算 为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素的影响，做出一下规定： 流的频率相同，短路前，电力系统的电势和电流是对称的。 压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流的变化而变化。 个规定在计算短路电流时，所造成的误差很小。唯一例外的是电抗器，应该采用加于电抗器端点的实际额定电压 ， 因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多，否则，误差偏大。 般只计及发电机、变压器、电抗器、线路等元件的电抗，因为这些元件 X/3R 时， 可以略去电阻的影响。只有在短路点总电阻大于总电阻的 1/3时才加以考虑，此时采用 阻抗等于电抗计算 。 该考虑对短路电流值的影响。有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的大容量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。此时，电动机将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电势。 短路点远的电源与近的电源不能合并。 3,可以认为电源容量为无限大容量的系统 ,短路电流的周期分 量在短路全过程中保持不变。 路电流计算结果 ： 表 5路电流计算结果 短路点 I(I (I A) A) 110线 5线 0线 3 算过程如下： 23 系统等效图如下： X S 1 X L 1 X L 2 X S 2X L 3 X L 4X T 1X T 3X T 2.2图 5统等效图 1 作电力系统结构简图的等值电路图 基准容量： 100准电压：各级平均电压 设计条 件： 假设电源 无线大系统，假设 110路 101103 为 7 (1)选择基准容量 、基准电压： 100115273则基准电流11100 0 . 5 0 ( )3 1 1 5 3dd 22100 1 . 5 6 ( )3 3 7 3dd 33100 5 . 5 0 ( )3 3 1 0 . 5dd 基准电抗 X 221 115 1 3 2 . 2 5 ( )100d X 222 37 1 3 . 7 ( )100d 2 2331 0 . 5 1 . 1 ( )100 (2)计算各 条线路的阻抗值 24 参考 电力工程电气设计手册 ，架空线路 的单位电抗统一选 10单位电抗统一选 2 0 () 它们相对应的标幺值为： X*42115100 =*115100 =算至本变电站 110线的系统阻抗为 2 计算短路点 短路电流参数 110短路电流计算： 则图 5以转化为： X S 1 X 1 2 X L 2X 1 3 X 2 32X S 12X S 2 1 1图 510统等效转化图 将图 5 1 2 1 31 2 1 3 2 3X * X * 0 . 2 4 0 . 0 3 6 0 . 0 2 4 5X * + X * + X * 0 . 2 4 0 . 0 3 6 0 . 0 7 6 1 2 2 31 2 1 3 2 3X * X * 0 . 2 4 0 . 0 7 6X * + X * + X * 0 . 2 4 0 . 0 3 6 0 . 0 7 6 =3*= 1 3 2 31 2 1 3 2 3X * X * 0 . 0 3 6 0 . 0 7 6X * + X * + X * 0 . 2 4 0 . 0 3 6 0 . 0 7 6 =电源相对于 *s 1 1 0 . 3 2 0 . 0 2 4 5 0 . 3 4 4 5 * * * *N s 2 2 2X = X X 0 . 0 5 0 . 0 5 2 0 . 1 2 0 . 2 2 2 星形接线转化为三角形接线 25 * * * . 3 4 4 5 0 . 0 0 8 X X X 0 . 3 4 4 5 0 . 0 0 8 0 . 3 6 5X 0 . 2 2 2I * 33 * 2 2 2 0 . 0 0 80 . 2 2 2 0 . 0 0 8 0 . 2 3 50 . 3 4 4 5 分别求、两条支路的计算电抗： * s 1 . 3 6 5 2 5 0 X 0 . 9 1S 1 0 0 * I I I Ij s 2 . 2 3 5 1 1 0 0X 2 . 5 8 5S 1 0 0 按 上述计算结果 查汽轮机的计算表可知： 当 0* * 路电流周期分量标幺值为： f ( 0 )2 5 0 1 1 0 0I 1 . 1 0 . 3 7 3 . 4 23 1 1 5 3 1 1 5 *1 *2 t k )2 5 0 1 1 0 0I 1 . 2 0 . 4 1 3 . 7 73 1 1 5 3 1 1 5 =2 )0(f)2tk( t=时和 t=4s 时， 随着计算电抗的减小， 它们所对应的曲线 逐渐 重合 ，所以 )tk(f)(f s h k I 2 1 . 8 3 . 4 2 8 . 7 示短路冲击电流为周期分量幅值的倍数，其大小取决于 取值范围为 12，在高电压电路中一般取 3 计算短路点 短路电流参数 35短路电流计算： 系统等效图可转换为 26 图 55统等效转化图 * 1 1 2 1 3 2 31 1 1 0 0( 0 . 1 0 5 0 . 1 8 0 . 0 6 5 ) 0 . 3 52 2 3 1 . 5 S U S * 2 1 2 2 3 1 31 1 1 0 0( 0 . 1 0 5 0 . 0 6 5 0 . 1 8 ) 02 2 3 1 . 5 S U S * 3 2 3 1 3 1 21 1 1 0 0( 0 . 0 6 5 0 . 1 8 0 . 1 0 5 ) 0 . 2 22 2 3 1 . 5 S U S *1233 0 . 1 7 5 0 . 0 0 8 0 . 1 8 32 星形接线转化为三角形接线 * 33*0