云岗变电站一次系统项目设计方案

1 云岗变电站一次系统 项目设计方案 第 1章 绪 论 岗矿变电站的设计意义 电力工业是国民经济的一项基础工业，也是国民经济发展的先行工业，为国民经济的发展提供保障，为国民经济发展的其他各部门提供足够的动力。电力工业的发展水平是反映一个国家的经济发展水平的重要指标。电能的发、输、变、配、用五大环节，几乎是在同一瞬间同时完成的，这就要求功率必须随时保持平衡。因此，加强电网建设，做好电力规划，十分重要。由于电能在工业中是必不可少的资源，电能的分配和输送是电网建设中尤为重要的部分。所以，承担输送和分配电能任务的变电站就 是电力网中尤为关键的一环。变电站是将电厂或上级电站经过变换调整后的电能输送给用电用户和下级负荷的功能型场所。变电站的运行情况和容量大小会直接影响到用户和下级负荷的供电，进而影响正常的生产生活。若变电站运行系统中某一环节发生故障，系统保护环节动作，可能造成一系列事故，如停电等，甚至于发生危险，给生产生活带来极大的不便和危害。因此，变电站对于保护供电的可靠性、灵敏性、安全性等指标非常重要。 变电站是联系发电厂和电能用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。 根据变电站任务的不同，可将变电站分为升压变电站和降压变电 站两大类。升压变电站一般设立在发电厂，降压变电站一般建立在靠近下级负荷的地点。根据电压等级 ，还 可 将变电站 分为中压变电 站 （ 60 千伏及以下）、高压变电 站 （ 110 2 220 千伏）、超高压变电 站 （ 330 765 千伏）和 特 高压变电 站 （ 1000 千伏及以上）。按其在电力系统中的地位 ， 可分为中间变电 站 、枢纽变电 站 和终端变电 站三种 。 于是， 电力系统的供电需求要求变电站的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样，变电所才能维持正常的运行工作。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。 降压变电所通常远离发电厂，更靠近负荷中心。 本文设计的就是 10变电所的主要设备有电力变压器，母线和开关设备等。 变电所内都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工 农业生产效率是十分有效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。 可见，云岗青山变电所的设计是云岗矿区工业效率提高及国民经济发展的必然条件。 岗青山变电所的设计要求 由于本矿区经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应本矿区经济的发展要在本矿区建设 10电站。 具体要求如下。该变电所所用电压为 区配电电压为 10 表 荷如下表 序号 出线 有功功率 序号 出线 有功功率 1 #1 4 6 #6 30 2 #2 10 7 #7 30 3 #3 0 8 #8 94 3 4 #4 5 9 #9 110 5 #5 30 10 #10 90 本电力系统应包括变电，配电以及相应的安全自动、继电保护等设施。在国家发展计划的统筹规划下，合 理的开发资源，用最少的资金为国民经济各部门及人民生活提供充足、可靠、合格的电能。 本次设计的变电站为 10下级负荷为 工业及其它负荷。这些负荷不仅包括云岗矿区、开关厂等工业部门，也有周边非工业部门。他们对供电的要求不同。依 照先行的原则，依据远期负荷发展 本设计 该变电所，本变电站主要任务是把 10对本矿区大用户进行供电 ， 改善提高供电水平 ， 提高了本地供电质量和可靠性 。 伴随电力系统中所用电气元件产品诸如断路器、继电器、隔离开关等性能指标的提高，云岗青山 变电所的功能也会越来越完善，可靠性也会得到很大的提高。 岗青山变电所电气部分的设计应达到的目的 本毕业设计课题主要是综合训练运用发电厂电气部分，电力系统继电保护，工厂供电，高低压电气，电力系统分析等电气工程及其自动化专业知识完成“云岗青山变电所电气部分的设计”通过设计，培养综合运用所学基础理论，专业知识与技能，巩固过去所学的电气知识，把所学理论应用到实际工程上去，解决实际问题，进一步了解工程设计规范，要求，掌握设计基本内容和方法，为学生参加工作打好基础！ 云岗青山变电所电气部分的设计方案 1 ) 应先进 行 负荷分析计算 ： 求出计算负荷， 目的是为了合理地选择变电所内的各级电压供电网络 ， 变压器容量和电器设备型号等 。 2 ) 变压器台数及容量的选择：其中包括数量以及容量的选择 。 3 ) 主接线的设计：每种接线都有各自的特点，需要在其中选择最合适的。而且还要 满足可靠性和电能质量的要求。接线简单、清 4 晰，操作简便。必要的运行灵活性和检修方便。投资少，运行费用低。具有扩建的可能性。 4 ) 根据主接线进行短路计算：确定中性点接线方式 ， 采用标幺值的方法进行计算。 另外它也 可以 选择适当的接触器的参数，继电保护的灵敏度也是用它来效验的 。 5) 电气设备的选择及其校验：其中包括断路器，隔离开关，负荷开关等开关电器，电压互感器，电流互感器，熔断器，电力电缆和导线等主要设备。 在选择后还要进行热稳定和动稳定校验。 6 ) 继电保护的设计： 其中包括供电线路的继电保护和变压器的保护。为了保证供电的可靠性还应设置备用电源自动投入装置（ 。 7 ) 防雷与接地的设计：对于变电所防雷有两个重要方面，即直击雷的防护和对由线路侵入的过电压的防护。 8 ) 无功补偿的计算： 在 系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率， 改善供电环境。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高 。 9 ) 编写说明书：对课程设计进行总体的说明和概括，以及说明在那方面还需要改进。 5 第 2章 负荷的分析与计算及无功补偿 荷分析的意义 进行电力设计的基本原始资料是用电部门提供的用电设备安装容量。这些用电设备品种多，数量大，工作情况复杂。如何根据这些资料正确估计所需的电力和电量是一个非常重要的问题。估计的准确程度，影响电力设计的质量，如估算过高，将增加供电设备的容量，使供配电系统复杂，浪费有色金属，增加初期投资和运行管理工作量。而估算 过低，又会使供配电系统投入运行后，供电系统的线路和电气设备由于承担不了实际的负荷电流而过热，加速绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。但是负荷情况复杂，影响计算负荷的因素有很多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可行，但仍难准确确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，他与设备的性能，生产的组织，生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。因此负荷计算只能力求接近实际。 求计算负荷的工作称为负荷计算。计算负荷是根据已知的用电设备安装容 量确定的，预期不变的最大假想负荷。这个负荷是设计时作为选择供配电系统供电线路的导线截面，变压器容量，开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。 负荷的分类及各自的供电要求 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，造成重大的政治影响，经济损失，如重大的设备损坏，重大产品报废。或者公共场所秩序的严重混乱。对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽，通信枢纽，国家级承担重大活动的会堂，国家级的体育中心，以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等一级负荷，为特别重要的负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒，爆 炸和火灾等情况的负荷，一级特别重要的场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。 6 二级负荷：中断供电将造成较大的政治影响，造成设备局部的破坏或生产流程紊乱且需要较长时间才能恢复，或者大量的产品报废，重要产品大量减产，造成较大经济损失。中断供电也将影响重要用电单位的正常工作，以及中断供电将造成大型影剧院，大型商场等较多人员集中的重要公共场所秩序的混乱。 三级负荷：三级负荷为一般的电力负荷，不属于一二级负荷的，都为三级负荷。 各自的供电要求如下： 一级负荷：应由两个独立电源供电，当一个电源故障时，另一个电源不至于同时损坏。特别重要的一级负荷，除了两个独立电源外，还应设置应急电源，为了保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他级别的负荷接入应急供电系统。关于应急电源方式的选用，可参照下列原则： (1)蓄电池包括静态交流不间断电源装置，适用于允许中断供电时间为毫秒级别的负荷供电。（ 2）供电网络中有效地独立于正常电源的专用配电线路，适用于允许中断供电时间 为 3）独立于正常电源的快速自启动发电机组，适用于允许中断供电时间为 15用的应急电源可使用下列几种电源：（ 1）独立于正常电源的发电机组 (2)供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路。 (3)蓄电池 （ 4）干电池。 二级负荷：二级负荷也属于重要负荷，二级负荷也要求有两路独立电源供电，或用两回路送到适宜的配电点。当工作电源失去时，由运行人员手动操作投入备用电源。供电变压器也应有两台（这两台变压器不一定要在同一变电所）。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一 回路 6是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发现且易于检查和维修。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部的二级负荷。 三级负荷：由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊的要求。 荷计算方法的比较及选用 我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的基本方法，有需要系数法和二项式法。（ 1）需要系数法：他是国际上普遍采用的计算负荷的基本方法，最为简便。 7 （ 2）二项式法：他的应用局限性较大，不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而 且考虑了少数容量最大的设备投入运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。但是二项式计算系数 b， c和 乏充分的理论依据，且只有机械工业方面的部分数据，从而使其应用受到一定局限。（ 3）按逐级计算法确定用户的计算负荷 : 他是根据用户的供配电系统图，从用电设备开始，朝电流的方向逐级计算，最后求出用户总的计算负荷的方法称为逐级计算法。 采用需用系数法： 已知该变电所为 10/0.4 区的配电电压为 10表可知：变配电所 需用系数 取 知：出线 #1 有功功率 4 功计算负荷 94= 56.4 功计算负荷 = 在计算负荷 = 算电流 3 * 同理可求出： 出线 #2 6 出线 #3 4 5 出线 #4 1 出线 #5 8 20 出线 #6 8 3.5 2.5 出线 #7 8 4 出线 #8 6.4 5.9 6.7 出线 #9 6 7.3 4.3 出线 #10 4 5.1 7.1 取 K p = K q = 的计算负荷： K p * 487 389 K q * 522 443.7 22js 590 8 3 * 无功补偿的意义及方法 用户中绝大数用电设备，如感应电动机，电力变压器，电焊机，电弧炉及气体放电灯，他们都要从电网吸收大量无 功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于 达不到规定的功率因数要求时，必须考虑进行无功功率的人工补偿。 在供电营业规则中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定： 100率因数在 他电力用户个大，中型电力排灌站，功率因数为 并规定，凡功率因数未达到上述规定的，应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿。这里所指的功率因数，即为最大负荷时的功率因数。 常用的方法 有： 功率因数不满足要求时，首先应提高自然功率因数。自然功率因数是指未装任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数，就是不添加任何补偿设备，采取科学的措施减少用电设备无功功率的需要量，使供电系统总功率因数提高。它不需要添加设备，是最理想最经济改善无功功率因数的方法。工厂里感应电机消耗无功功率的百分之六十左右，变压器消耗了百分之二十的无功功率，提高功率因数的主要途径也是如何减少感应电机和变压器上消耗的无功功率。合理地配置变电所变压器的容量和台数，当变压器容量选择过大而负荷又轻时，变压 器运行很不经济，系统功率因数恶化。若工厂配电变压器选用两台或多台时，根据不同的负荷来决定投入并联变压器的台数，达到供电变压器经济运行，减少系统消耗的无功功率。 常用的方法有：（ 1）并联电容器：他是目前用户，企业内广泛采用的一种补偿装置，具有有功损耗小，无旋转部分，运行维护方便，根据系统需要增加或减少安装容量和改变安装地点，个人电容器损坏不影响整个装置的运行等优点。同样他也有只能有级调节，不能随无功功率变化进行平滑的自动调节，当通风不良及运行温度过高时易发生漏油，鼓肚，爆炸故障等缺点。 单台静电 9 电容器能发出的无功功率较小，但容易组成所需的补偿容量。静电电容器的补偿方式分为三种：个别补偿，分组补偿和集中补偿。个别补偿是在电网末端负荷处补偿，可以最大限度地减少线路损耗和节省有色金属消耗量。个别补偿利用率低，易受环境条件的影响，适用于长期稳定负荷且需无功功率较大的负载。分组补偿是在电网末端多个用电设备共用一组电容器补偿装，分组补偿的电容器利用率较高，比单个补偿节省容量。集中补偿是将电容器安装在工厂变电所变压器的低压侧或高压侧，一般安装在低压侧，这样可以提高变压器的负荷能力。最好的补偿方法是采用电 容器集中补偿与分散相结合的补偿方法。（ 2）同步电动机补偿：他是通过改变励磁电流来调节和改善供配电系统的功率因数，但是其价格高，维修麻烦，所以同步电机应用不广。（ 3）动态无功功率补偿： 若有冲击性负荷 ,一般并联电容器的自动切换装置响应太慢，必须采用大容量，高速动态无功补偿装置。 功补偿的计算 根据供电营业规则规定： 1001）补偿前：功率因数 =2）考虑到无功损耗 所以低压侧补偿后的功率因数应略高 于 取 2） = 所以低压侧装设并联电容器容量为： (查表，补偿率 389*（ = 389*303.4 3）补偿后变电所低压侧视在计算负荷： 22 8 9 4 4 3 . 7 3 0 3 . 4 （ ）= 413.5 计算电流 在负荷计算中， )= 6.2 )=24.8 压侧计算负荷 ） =389+395.2 1） =（ +165.1 1） =428 新的功率因数 足 要求， 无功补偿后 90 413.5 176.5 10 第 3章 变压器台数及容量 的选择 变压器的分类与联结组别 电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送，分配和使用。电力变压器按功能可分为升压变压器和降压变压器两大类，工厂变电所采用的都是降压变压器。直接供电给用电设备的终端变电所的降压变压器常称为配电变压器。电力变压器按容量系列分为 10 两大类。 量系列指容量等级是按 数递增的。我国老式的变压器常采用此系列。 量系列是指容量等级按 数递增的。我国新变压器的容量常采用此系列。 电力变压器的联结组 别是指变压器一二次侧绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一二次侧对应线电压之间的不同相位关系。对于 10电变压器（二次侧电压为 220/380V）有 种常见的联结组。我国过去差不多全采用结的配电变压器。近 10 年来， 结的配电变压器已得到推广应用。之采用 结有下列优点：（ 1）有利于抑制高次谐波电流。（ 2） 结变压器的小得多，从而更有利于单相接地短路故障的保护和切除。（ 3)结变压器的中性线电流允许达 到相电流的 75%以上，其承担单相不平衡负荷的能力远比 结变压器大。这在现代供电系统中单相负荷急剧增长的情况下，推广采用 结变压器就显得更有必要。 压器的容量及过负荷能力 变电所主变压器容量及台数，型号的确定 1 选择主变压器台数时应考虑下列原则： (1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对有大量一二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的 11 变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联 络线作为备用电源，或另有自备电源。（ 2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。（ 3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或者多台变压器。（ 4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定余地。 2 变电所主变压器容量的选择原则：（ 1）只装设一台主变压器的变电所： 主变压器的容量 满足全部用电设备计算负荷 需要， 即 I）装设两台主变压器的变电所： 任一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷 0%需要。 即 ( 还有就是任一台变压器单独运行时，应满足全部的一二级负荷的需要。即 + ） 3变压器并列运行的条件：（ 1）两台并列变压器的电压一定要相同，允许差值不得超过 +5%。（ 2）并列运行的变压器阻抗电压必须相同，允许差值不得超过 +10。（ 3）并列变压器的联结组别必须相同。此外并列运行的变压器应尽量相同或相近，其最大容量与最小容量之比一般不宜超过 3： 容易在变压器间产生环流，并且容易造成小容量变压器的过负荷。 变压器的有载调压是改善电压质量、减少电压波动的有效手段。对电力系统，一般要求 110以下变电所至少采用一级有载调压变压器，因此区网变电所采用有载调压变压器的较多。 变压器的使用年限，主要取决于变压器绕组的绝缘老化速度，而绝缘老化速度又取决于绕组最热点的温度，变压器的绕组导体和铁心，一般可以长时间经受较高的温度而不致损坏。但绕组长期受热时，其绝缘的弹性和机械的强度要逐渐减弱，这就是绝缘老化的现象。绝缘老化严重时，就会变脆，容易裂纹和剥落。 按照规 定：电力变压器的正常使用时的环境温度 :最高气温 +40度，最高年平均气温+20度。而且在维持变压器规定的使用寿命（ 20 年）来考虑，变压器在必要时完全可以过负荷运行。 对于车间变电所单台变压器的容量不宜大于 1000方面是受低压开关电器断流能力和短路稳定要求的限制，另一方面是考虑到使变压器接近车间的负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗。但是如果车间负荷容量较大，负荷集中且运 12 行合理时，也可选择单台容量为 1250样可减少主变压器台数及高压开关电器和电缆等。 对于居住小区变电所内的油浸 式变压器单台容量，不宜大于 630是因为当大于 630设置瓦斯保护。 变电所主变压器容量及台数，型号的确定 总之，主变压器容量一般按变电所建成后 5适当考虑到远期 10于城郊变电所 ,主变压器容量应与城市规划相结合。 ，对于户内变压器，由于散热条件差，一般变压器室的出风口与进风口间有 15度的温差，从而使处在室中间的变压器环境温度比户外变压器环境温度高出的 8度，因此户内变压器的实际容量在所计算的容量还要减少 8%。 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确 定变压器的容量。对于有重要负荷变压器的变电所，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进间内，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 70%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。 还要指出：由于变压器的负荷时变动的，大多数时间是欠负荷运行，因此必要时可以适当过负荷，并不会影响其使用寿命，油浸式变压器，户外正常过负荷 30%，户内可正常过负荷 20%。但是干式变压器一般不考虑过负荷 。最后还必须指出，变电所主变压器台数及容量的确定，应结合主接线方案，按经济比较择优选择。 通过上面的分析：因为考虑到云岗青山变电所属于车间变电所，并且二级负荷占30%。所以应装设两台变压器。 当装设两台变压器： 89 30% 所以选择 10 列油浸式铜线电力变压器 0（ ，并采用线。 13 第 4章 主接线的设计 接线的概述 电气主接线是指变电所中的一 次设备按照设计要求连接起来的，表示接受分配电能的电路，也称为主电路。电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字负荷表示的电路称为主接线图。电气主接线的形式，将影响到配电装置的布置，供电可靠性。运行灵活性和二次接线，继电保护等问题。电气主接线对变电所以及电力系统的安全，可靠经济的运行起着重要的作用。 电气主接线的作用：（ 1）它是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。（ 2）它表明了变压器，断路器和线路等电气设备的数量，规格，连接方式及可能的运行方式。（ 3）主接线的好坏直接影响到电力系统的安全，稳定，灵活， 经济运行，也直接影响到工农业的生产和人民的生活。 电 气 主接线设计是电力系统总体设计的组成部份。变电所主接线形式应根据变电所在电力系统中的地位、作用、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求。 主接线设计的基本要求为： (1)供电可靠性。主接线的设计首先应满足这一要求；当系统发生故障时，要求停电范围小，恢复供电快。 应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。应满足电力负荷特别是其中一二级负荷对供电可靠性的要求 。 (2)适应性和灵活性。能适应一定 时期内没有预计到的负荷水平变化；改变运行方式时操作方便，便于变电所的扩建。 应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检查，且适应负荷的发展。 (3)经济性。在确保供电可靠、满足电能质量的前提下，要尽量节省建设投资和运行费用，减少用地面积。 并节约电能和有色金属消耗量。 (4)简化主接线。配网自动化、变电所无人化是现代电网发展必然趋势，简化主接线为这一技术全面实施，创造更为有利的条件 。 (5)设计标准化。采用相同的主接线形式，可使主接线规范化、标准化，有利于系统运行和设备检修。 参考 35 110电所设计规范 第 。变电所的主接线应根据变电 14 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。 15 接线的分类及其各的特点 目前 变电所常用的主接线形式有：单母线、单母线分段、单母线分段带旁路、双母线、双母线 分段，桥形接线。 分 我们在比较各种电气主接线的优劣时，主要考虑其安全可靠性、灵活性、经济性三个方面。首先，在比较主接线可靠性的时候，应从以下几个方面考虑：断路器检修时，能否不影响供电；线路、断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检 修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对、类用户的供电；变电站全部停电的可能性；大型机组突然停电时，对电力系统稳定性的影响与后果因素。其次，电气主接线应该能够适应各种运行状态，并且能够灵活地进行运行方式的切换。不仅正常时能安全可靠的供电，而且在电力系统故障或电气设备检修时，也能够适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地切换运行方式，使停电的时间最短，影响的范围为最小。再次，在设计变电站电气主接线时，电气主接线的优劣往往发生在可靠性与经济性之间，欲使电气主接线可靠、灵活，必然要选用高质 量的电气设备和现代化的自动化装置，从而导致投资的增加。因此主接线在满足可靠性与灵活性的前提下做到经济合理。 1单母线接线的特点 （ 1）优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。运行经验表明，误操作是造成系统故障的重要原因之一，主接线简单，操作人员发生错误操作的可能性极小，因而接线简单也是评价主接线的条件之一。（ 2）缺点：可靠性和灵活性差。例如当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，必须断开所有回路的电源，造成对全部用户供电中断。但当某一出线发生故障或检修出线断路器时，可只中断对该出线上用户的供电，而不影 响其他用户，所以仍具有一定的可靠性。（ 3） 适用范围：这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。 2单母线分段接线的特点 （ 1）优点：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段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。（ 2）缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修 时，该段母线的问路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时， 16 常使架空线路出现交叉跨越；扩建时密向两个方向均衡扩建。（ 3）适用范围：这种接线广泛用于中小容量发电厂和变电站 6线中。但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整个母线系统可靠性受到限制，所以在重要负荷的出线回路较多，供电容量较大时，一般不予采用。 图 母线接线 图 母线分段接线 3双母线接线的特点 （ 1）优点：首先是供电可靠。通过两组母线隔 离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条回路和与此隔离开关相连的该组母线，其它回路均可通过另外一组母线继续运行，但其操作步骤必须正确。例如：欲检修工作母线，可把全部电源和线路倒换到备用母线上。其步骤是：先合上母联断路器两例的隔离开关，再合母联断路器 备用母线充电，这时，两组母线等电位，为保证不中断供电，按“先通后断”原则进行操作，即先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。完成转换后 ，再断开母联 其两侧的隔离开关，即可使原工作母线退出运行进行检修。其次是调度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。通过倒闸操作可以组成各种运行方式。例如：当母联断路器闭合，进出线分别接在两组母线上，即相当于单母线分段运行；当母联断路器断开，一组母线运行，另一组母线备用全部进出线均接在运行母线上，即相当于单母线运行，两组母线同时工作，并且通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，即称之为固定连接方式运行。这也是目前生 产中最常用的运行方式，它的母线继电保护相对比较简单。还有就是扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。最后就是便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开。（ 2）缺点：增加了电气设备的投资，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器需在隔离开关和断路器之间装设闭锁装置。 17 当馈出线断路器或线路侧隔离开关故障时停止对用户供电。（ 3）适用范 围：广泛用于出线带电抗器的 6电装置， 35线数超过 8 回，或连接电源较大，负荷较大时， 110线数为 5 回及以上时。 图 母线接线 图 桥形接线（内桥） 4桥形接线 可分为内桥接线和外桥接线。内桥接线适用于供电线路长，线路故障几率多，负荷比较平稳，主变压器不经常切换退出工作的，没有穿越功率的终端降压变电所。外桥接线适用于供电线路短，线路故障几率小，工厂负荷变化大，变压器操作频繁，有穿越功率流经的 中间变电所，采用外桥接线，工厂降压变电所运行方式的变化不影响公共电力系统的功率潮流。 旁路母线的设置原则：当 110线在 6 回及以上， 220线在 4 回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线，带有专用旁路断路器的接线，增加了投资然而对接于旁路母线的线路回数较多，且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。 岗青山变电所主接线的设计 因为采用两台变压器，所以我拟定了三种主接线 1 高压侧无母线，低压侧单母线分段：这种主接线的供电可靠性较高，当任一主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时，该变电所通过 闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两台主变压器高压侧断路器装设互为备用的备用电源自动投入装置，则任一主变压器高压侧断路器因电源断电（失压）而跳闸时，另一主变压器高压侧的断路器在备用电源自动投入装置作用下自动合闸，恢复整个变电所的供电。这时该变电所可供一二级负荷。（如图 2 高压侧采用单母线，低压侧采用单母线分段：这种主接线适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可靠性也较高，任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。但在高 压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍要停电。这时只能供电给三 18 级负荷。如果有与其他变电所相连的高压或低压联络线时，则可供一二级负荷。（如图 3 高低压侧均采用单母线分段接线：这种变电所的两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电，因此供电可靠性相当的高，可供一二级负荷。（如图 最后考虑到安全性和经济性，我选择第三种，高低压侧都为单母线分段接线。两条电源进线，一条正常采用，一条备用 。并采用备用电源自动投入装置。对于常用的配电方式有：放射式，树干式和环形。我采用的就是放射式配电网络。其主要的优点是：（ 1）某一线路发生故障时不影响其他用户。（ 2）切换操作方便，继电保护简单，易于实现自动化。但单回路放射式供电可靠性较差，投资较高。一般用于配电给二三级负荷或专用设备，且对一二级负荷供电时，应有备用电源。 压侧无母线，低压单母线分段 图 压侧单母线，低压单母线分段 图 压侧，低压侧均为单母线分段接线 19 第 5章 短路计算 短路的原因，形成及危害 用户供配电系统要求安全，可靠，不间断地供电，以保证生产和生活的需要，但是由于各种原因，系统难免出现故障，其中最严重的故障就是短路。所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的短接。 短路的原因主要有： 1）电气设备存在隐患，如设备的绝缘材料自然老化，绝缘材料机械损伤，设备缺陷未被发现和消除，设计安装有误等。 2） 运行，维护不当，如不遵守操作规程而发生误操作，技术水平低，管理不善等。 3）自然灾害，如雷电过 电压击穿设备绝缘，特大的洪水，大风，冰雪，地震等引起的线路倒杆，断线等。 短路的危害：由于短路后电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达到几万安甚至几十万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压降大幅度下降。所以短路的后果往往都是破坏性的，其主要危害大致有如下几个方面。（ 1）元件发热：热量与电流的平方成正比，所以强大的短路电流将引起电机，电器及载流导体的发热。由于短路电流很大，即使流过的时间很短也会使这些元件引起不能允许的过热，而招 致损坏。（ 2）短路电流引起很大的机械应力。电流流过导体时产生的机械应力与电流的平方成正比。在短路刚发生后，电流达到最大值（即所谓的冲击电流），这时机械应力最大。如果导体和它的固定支架不够坚韧，可能遭到破坏。（ 3）破坏电气设备正常运行。短路时电压降低可使电器的正常工作受到破坏。例如感应电动机的转矩与外加的电压平方成正比，当电压降低很多时，转矩可能不足以带动机械工作，而使电动机停转。破坏系统稳定。严重的短路必将影响到电力系统运行的稳定性。它可使并列运行的发电机组失步，造成与系统解散。干扰通信系统：接地短路对于高 压输电线路平行架设的通信线路可产生严重的电磁干扰。由此可见：短路的后果是十分严重的。为保证电气设备和电网安全可靠地运行，首先应设法消除可 20 能引起短路的一切原因，其次在发生短路后应尽快切除故障部分和快速恢复电网电压。为此，可采用快速动作的继电保护装置，以及选用限制短路电流的电气设备（如电抗器）等。 短路的种类：（ 1）三相短路：是指供电系统中三相导线间发生对称性的短路。（ 2）两相短路：是指三相供电系统中任意两相间发生短路。（ 3）单相短路：是指供电系统中任一相经大地与电源中性点发生短路。（ 4）两相接地短路：是指中性 点不接地的电力系统中两不同相的单相接地所形成的相间短路。也指两相短路又接地的情况。上述的三相短路，属于对称性短路，其他形式的短路都属于不对称短路。电力系统中，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。从短路电流大小来看，一般三相短路的短路电流值最大，造成的危害也最严重，而两相短路的短路电流值最小。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择校验电气设备用的短路电流采用系统最大运行方式下的三相短路电流。而在继电保护的灵敏度计算中，则采用系统最小运行方式下的两相短路电流 。 短路计算的目的：为了确保电气设备在短路情况下不致于损坏，减轻短路危害和防止故障扩大，必须事先对短路电流进行计算，计算短路电流的目的有：（ 1）选择和校验电气设备 （ 2）进行继电保护装置的选型与整定计算。（ 3）分析电力系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的措施。（ 4）确定电力线路对通信线路的影响等。 短路计算的方法及其采用 短路电流的计算方法有欧姆法（又称有名单位制法），标么值法（又称相对单位制法）和短路容量法。欧姆法属于最基本的短路电流计算法，但标么值法在工程设计中应用广泛。其实短路计算是否合理，首先 是看短路计算点选择是否合理。这涉及到短路计算的目的。用来选择校验电气设备的短路计算，其短路计算点应选择为使电气设备可能通过最大短路电流的地点，一般来讲，用来选择校验高压侧设备的短路计算，应选择高压母线为计算短路点。用来选择校验低压侧设备的短路计算，应选择低压母线为短路计算点。但如果线路装有限流电抗器（用来限制短路电流）， 21 则选择校验线路设备的短路计算点，应选在限流电抗器之后。 标么值法计算的优点：（ 1）在三相电路中，标么值相量等于线量。（ 2）三相功率和单相功率的标么值相同。（ 3）当电网的电源电压为额定值时，功 率 标么值 与电流标么值相等，且等于电抗标么值的倒数，即 S =I =1/X（ 4）两个标么值相加或相乘，仍得同一基准下的标么值。由于以上优点，用标么值法计算短路计算可以使计算简便，且结果明显，便于迅速及时地判断计算结果的正确性。 短路计算的步骤： 1）绘出短路的计算电路图，并根据短路计算目的确定短路计算点， 2）确定基准值，取 00c（有几个电压等级就取几个 并求出所有短路计算点电压下的 3）计算短路电路中所有主要元件的电抗标么值。 4）绘出短路电流的等效电路图，也用分子标元件 序号，分母标元件的电抗标么值，并在等效电路图上标出所有短路计算点。 5）针对各短路计算点分别简化电路，并求出其总电抗标么值，然后按有关公式计算其所有短路电流各短路容量。 对于各级高压电力线路合理的输送功率是：对于 送距离要 对于 10电缆线路，输送距离 10架空线路输送距离一般在6 云岗青山变电所短路计算： （ 1）确定基准值： 取 00 ， (基准电压选取额定电压的 ) d / 3 *00 3