60kV变电所电气工程部分的初步设计毕业设计.pdf

辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 i 摘要 本设计是辽通二次变电所电气工程 （部分） 初步设计。 本论文由说明书和计算书组成。 在说明书中，阐述设计基本原则、方法、结论，设备选择的最基本要求和依据。在计算书 中，给出具体计算方法和步骤。设计内容包括：10kv 出线选择；主变压器的台数、容量、 型号选择；补偿电容器主要技术数据的确定；介绍电气主接线的重要性、设计依据、基本 要求、各种接线形式的优缺点以及主接线的比较选择，确定适合本所要求的主接线；介绍 短路电流计算的目的、一般规定、元件参数的计算、网络变换以及各种短路点的计算等知 识；选择高压电气设备：母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷 器；10kv 高压开关柜选择。本所高压配电装置采用屋外普通中型布置，低压采用屋内式。 防雷保护主要针对避雷针和避雷器设计。绘制了主接线图、断面图、防雷保护图。 关键词： 变电所，电力系统，短路，电气设备，电气工程设计 沈阳工程学院毕业设计（论文） ii abstract this design is the liaotong two transformer substation electrical engineering (part) the preliminary design. the present paper is composed of the instruction booklet and the account book. in instruction booklet, elaboration design basic principle, method, conclusion,unit select most essential requirements and basis. in the account book, gives the concrete computational method and the step. the design content includes: 10kv going beyond a line choice; main transformers taiwan number, capacity, model choice; compensates the capacitor main technicaldata the determination; introduced that the electrical main wiring the importance, the design rest on, the essential requirements, various seed grafting linear -like the good and bad points as well as the host wiring choice quite, determined that suits this institute request the main wiring; introduction short-circuit current computation goal, general requirement, part parameter computation, network transformation as well as each kind of short dot knowledge and so on computation; choice high pressure electrical equipment: bus bar, high-pressured circuit breaker, isolator, current transformer, voltage transformer, arrester; 10kv high pressure switch cabinet choice. this institute high pressure power distribution equipment uses outside the room the ordinary medium arrangement, the low pressure uses in the room the type. the anti-radar protection mainly aims at the lightning rod and the arrester design. has drawn up the main wiring diagram, the horizontal plan, the sectional drawing, the anti-radar protection chart. key word:transformer substation, electrical power system, short circuit, electrical equipment, electrical engineering design 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 目 录 摘要 i abstractii 引 言1 第一部分 毕业设计说明书2 1 10kv 架空线路的选择.2 1.1 导体型号的选择.2 1.2 导体截面的选择2 1.3 导线选择的经济电流密度法.2 1.4 导线截面的校验.3 1.4.1 电晕电压校验3 1.4.2 机械强度校验4 1.4.3导体载流量的校验4 1.4.4热稳定校验4 1.4.5电压损失条件校验4 2 静电补偿电容器的选择6 2.1 负荷计算6 2.1.1 线路的功率损耗的计算6 2.1.2总的线路的损耗7 2.1.3 各回路的计算负荷7 2.1.4 计算变电所的低压侧母线的负荷7 2.2 无功补偿7 2.2.1 无功功率平衡7 2.2.2 无功补偿的意义8 2.2.3 电容器的选择原则8 2.3 补偿容量计算8 2.3.1 计算补偿前总平均功率因数8 2.3.2 补偿容量的计算9 2.3.3 计算补偿后总平均功率因数9 2.4 电容器选择结果9 3 主变压器的选择11 3.1 主变压器选择的要求11 3.2 主变选择的一般原则11 3.2.1 主变台数的确定11 3.2.2 主变压器容量的确定11 3.2.3 主变压器型式的选择12 3.3 主变容量的选择12 3.4 变压器功率损耗的估算13 3.4.1 有功功率和无功功率损耗的计算公式13 沈阳工程学院毕业设计（论文） 3.4.2 计算总的负荷13 3.5 计算的功率因数14 4 确定变电所主接线15 4.1 主接线的基本要求15 4.1.1 可靠性15 4.1.2 灵活性15 4.1.3 经济性15 4.2 变电所主接线设计原则15 4.2.1 变电所在电力系统中的作用和地位15 4.2.2 近期和远期的发展规模15 4.2.3 负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响16 4.2.4 主变台数对主接线的影响16 4.3 变电所电气主接线的设计步骤16 4.4 主接线的选择16 4.4.1 高压侧主接线16 4.4.2 低压侧接线18 4.5 主接线方案的确定18 5 短路电流计算20 5.1 短路概念20 5.1.1 发生短路的原因20 5.1.2 短路的基本类型20 5.2 短路计算20 5.2.1 短路电流计算的目的20 5.2.2 短路点的选取21 5.2.3 短路电流计算步骤21 5.2.4 短路电流的计算方法21 6 电气设备选择23 6.1 电气设备选择的一般要求23 6.1.1 电气设备选择的一般原则23 6.1.2 技术条件23 6.2 高压断路器的选择24 6.2.1 高压断路器的要求24 6.2.2 高压断路器分类25 6.2.3 断路器的选择过程25 6.3 高压隔离开关选择26 6.3.1 高压隔离开关作用26 6.3.2 高压隔离开关的要求26 6.3.3 隔离开关选择过程27 6.4 互感器选择27 6.4.1 互感器的作用27 6.4.2 电压互感器使用注意事项27 6.4.3 电压互感器选择28 6.4.4 电流互感器使用注意事项28 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 6.4.5 电流互感器的选择28 6.5 避雷器的选择29 6.6 母线的选择29 6.6.1 母线一般按下列各项选择和校验29 6.6.2 母线材料、类型和布置方式29 6.6.3 母线截面的选择30 6.6.4 热稳定校验31 6.6.5 动稳定校验31 6.7 开关柜的选择32 6.8 电气设备的安放配置32 7配电装置设计33 7.1 对配电装置的基本要求33 7.2 配电装置的最小安全净距33 7.3 配电装置的设计原则及步骤34 7.3.1 配电装置的设计原则34 7.3.2 配电装置设计的基本步骤34 7.4 屋内配电装置和屋外配电装置35 7.4.1 屋内配电装置的型式和特点35 7.5 屋外配电装置的型式35 7.5.1 隔离开关的配置35 7.5.2 电压互感器的配置35 7.5.3 电流互感器的配置35 7.5.4 避雷器的配置36 7.5.5 断路器的配置36 7.5.6 电力变压器的配置36 7.5.7 母线及构架的配置36 7.5.8 道路的设置37 7.6 设备的安全距离37 8继电保护的配置38 8.1 继电保护的基本知识38 8.2 输电线路的保护配置38 8.2.1 相间短路保护的配置38 8.2.2 过负荷保护的配置38 8.2.3 单相接地保护38 8.2.4 输电线路的保护配置结果39 8.3变压器的保护39 9 防雷保护设计42 9.1 避雷针的位置42 9.2 变电所直击雷保护的基本原则42 9.3 避雷针的保护范围42 第二部分 毕业设计计算书44 1 选择所有 10kv 线路导线.44 1.1 生物制品厂(双回路).44 沈阳工程学院毕业设计（论文） 1.1.1 出线架空线选择44 1.1.2 数据校验44 1.2 化肥厂(双回路).45 1.2.1 出线架空线选择45 1.2.2 数据校验46 1.3 食品加工厂(双回路).46 1.3.1 出线架空线选择46 1.3.2 数据校验47 1.4修造厂(单回路).47 1.4.1 出线架空线选择47 1.4.2 数据校验48 1.5 纺织厂(双回路).48 1.5.1 出线架空线选择48 1.5.2 数据校验49 1.6 供水厂(双回路).49 1.6.1 出线架空线选择49 1.6.2 数据校验50 1.6.3 10kv 导线选择结果.50 2 选择静电补偿电容器52 2.1 线路损耗总功率的计算52 2.1.1 计算各条线路的损耗52 2.1.2 变电所线路总损耗的计算53 2.2 各回路的计算负荷53 2.3 补偿容量计算53 2.3.1 变电所 10kv 出线有功功率计算负荷为.54 2.3.2 变电所 10kv 出线无功功率计算负荷为.54 2.3.3 补偿前总平均功率因数54 2.3.4 需要补偿的容量54 2.4 静电电容器的选择54 2.5.1 电容器台数的计算54 2.5 补偿后的功率因数55 3 选择主变台数、容量56 3.1 主变容量的选择56 3.2 变压器有功和无功损耗57 3.2.1 两台变压器中的功率损耗57 3.2.2 高压侧负荷总有功和无功57 3.3 计算功率因数57 4 短路电流计算58 4.1 系统网络图58 4.2 系统各参数电抗标幺值59 4.3 短路点选择如下图60 4.4 计算各短路点在其运行方式下的短路电流60 4.4.1 1 k点短路时的阻抗电路等值图及短路电流 60 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 4.4.2 2 k 点短路时的阻抗电路等值图及短路电流 61 4.4.3 3 k 点短路时的阻抗电路等值图及短路电流62 4.4.4 短路电流结果62 5 电气设备选择64 5.1 等值时间的计算方法64 5.2 高压断路器的选择64 5.2.1kv60侧高压断路器的选择64 5.2.2kv10侧高压断路器的选择64 5.3 高压隔离开关的选择66 5.3.1kv60侧高压隔离开关的选择66 5.3.2kv10侧高压隔离开关的选择67 5.4 电压互感器的选择68 5.4.1kv60电压互感器的选择68 5.4.2kv10电压互感器的选择68 5.5 电流互感器的选择69 5.5.160kv侧电流互感器的选择69 5.5.2kv10侧电流互感器的选择69 5.6 避雷器的选择72 5.6.1kv60侧高压避雷器的选择72 5.6.2kv10侧高压避雷器的选择73 5.7 高压开关柜的选择73 5.7.1 进线开关柜的选择（2 个）.73 5.7.2 左右联络开关柜的选择74 5.7.3 出线开关柜的选择（12 个）.76 5.7.4 避雷器电压互感器开关柜的选择（2 个）.76 5.7.5 所用变开关柜的选择（2 个）.77 5.7.6 补偿电容器开关柜的选择（2 个）.78 5.810kv侧母线的选择与校验78 5.8.1kv10侧母线的选择78 5.8.2热稳定校验79 5.8.3 动稳定校验79 6 防雷保护计算80 6.1 所内范围的计算80 6.1.1 计算避雷针的范围80 6.1.2 确定避雷针的位置80 6.2 避雷针高度选择80 6.3 避雷针的保护范围81 6.3.1 两针间联合保护范围上部边缘的最低点高度81 6.3.2 保护范围的最小宽度81 结 论82 致 谢83 沈阳工程学院毕业设计（论文） 参考文献84 附 录85 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 1 - 引 言引 言 电力是发展国民经济不可缺少的一种宝贵能源， 它在各个领域中已获得了广 泛的应用。离开了电力，要想实现人类社会的物质文明和精神文明是根本不可能 的，要实现国家的现代化也是办不到的。 由于本人将要到电力系统工作，为更好的熟悉设备及掌握电气接线原则， 毕 业设计选择了二次降压变电所设计题目。 通过设计可以巩固所学到的专业理论知 识，包括设计原则，设计步骤和设计方法。 在毕业设计中，我们要全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，解决 实际问题，增强工程观念，为将来走向工作岗位奠定良好基石。 待设计变电所是辽通 60kv 降压变电所，10kv 侧供电负荷出线共有 11 回。 在短短的几个月中,我将完成很多项目的设计,从主变压器的选择到短路的计算, 到配电装置的规划,最后到上机画图，层层推进,逐一细化。 本设计的主要步骤是熟悉设计题目、线路的选择、静电补偿电容器的选择、 变压器的选择、电气主接线的选择、运行方式分析、短路电流的计算、主要电气 设备的选择、高压配电装置的设计、主变及线路的保护初步设计、防雷装置的设 计以及制图。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 2 - 第一部分 毕业设计说明书 1 10kv 架空线路的选择 1.1 导体型号的选择 导体通常由铜、铝、铝合金制成，载流导体一般使用铝或铝合金材料。本变 电所 10kv 导线采用铝线。 常用架空线的型号、规格，由材料、结构的汉语拼音的第一个字母、额定载 流截面积（mm2）和钢线部分额定截面积（mm2）等几部分组成，字母含义为： t铜l铝g钢j多股绞线lh铝合金f防腐型等，例如 lgj 表示机械强度为普通型的钢芯铝绞线。 本变电所 10kv 导线线路采用 lgj 型架空线， 含义为机械强度为普通型的钢 芯铝绞线。 1.2 导体截面的选择 规程规定导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度法选择。 对负荷利 用小时数大（通常指 max t5000h），传输容量大，长度在 20m 以上的导体，如 发电机，变压器的连接导体，其截面一般按经济电流密度选择。根据电力工程 电气设计手册架空电力线路的导线截面积选择 10kv 及以下架空配电线路，以 及负荷不大，供电距离较远，传输容量大的回路，均应按经济电流密度法选择导 线截面。 本次设计采用经济电流密度法选择 10kv 导线截面。 1.3 导线选择的经济电流密度法 按经济电流密度法选择： 按经济电流密度选择架空线截面可使年综合费用最低， 年综合费用包括电流 通过导体产生的年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等。从降低电能损耗的 角度看导体截面越大越好，从降低投资、折旧费和利息的角度看，则希望导体截 面越小越好。 综合这些因素，使年综合费用最小时所对应的截面称为导体的经济截面， 对 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 3 - 应的电流密度称为经济电流密度。母线的经济截面可由下式决定： j j i s max (1.1) 式中：s母线的经济截面（mm2）； j j经济电流密度（a/ mm2）； axmi正常工作时的最大长期工作电流（a）。 cos3 n max max u p i(1.2) 式中：p本线路的有功功率（kw）； n u本线路的额定电压 (kv)； cos本线路的功率因数。 然后根据负荷的性质得知最大负荷利用小时数 max t,查出所用导线材料的经 济电流密度 j j。 计算导线截面时，分单回线和双回线，公式如下： 单回线路： cos3 n maxmax j j ju p j i s（1.3） 双回线路： cos3 2/ n maxmax j j ju p j i s（1.4） 选出标准截面应接近于计算截面，然后用求得的导线标准截面的 1 r、 1 x计算 线路的电压损失。再与允许电压损耗相比较，判断选择是否适合 1.4 导线截面的校验 导线截面校验方法一般包括：电晕电压校验、机械强度校验、导体载流量的 校验、电压损耗校验、热稳定校验。 1.4.1电晕电压校验 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 4 - 电晕放电将引起电晕损耗、无线电干扰、噪声干扰和金属腐蚀等不利现象。 电晕的产生与电压等级及导体的直径有很大关系。只有在110kv及以上电压等 级才需要校验电晕电压，本次设计的是10kv线路电压等级，所以不用进行电晕 电压校验。 1.4.2机械强度校验 导线截面应保证一定的机械强度。由于架空线在运行时要承受一定的机械 负载，所以要求导线截面不可过小。否则难以保证应有的机械强度。通常根据重 要程度将架空线分成三个等级：35kv以上线路为i类线路，1-35kv为类线路， 1kv以下为类线路。规程规定类线路不用进行机械强度校验，本次设计属于 类线路，所以不用进行机械强度校验。 1.4.3导体载流量的校验 正常工作的导线都有其容许的最高温度（屋内70、屋外80） ，按照周 围空气温度25计算，不同截面的导线持续容许电流不同。为了使用方便，工 程上都预先给出各类导线的持续容许电流列表， 查表就可以知道某型号导线从长 期发热的限制来看，最大可以通过多少电流。本设计最大长期工作电流 max i， 应 小于导体长期发热的允许电流， 即ali / 。 单回线：alii / max ； 双回线：alii / max 2。 其中 ali / 为允许温度取+80，周围空气温度取当地最高气温，对查表所得持续 容许电流 al i的修正值，即ali / kial k取值如下： 0 al al k（1.5） 式中：k-修正系数 al -导体或电气设备正常发热允许最高温度设计中c al 80 -环境最高气温 0 -额定环境温度25 1.4.4热稳定校验 本设计选择的是组合导线，是按照经济电流密度法选择的，按规程规定热稳 定能满足要求，所以一般不做热稳定校验。 1.4.5电压损失条件校验 电压损耗 ： 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 5 - nu xqrp u maxmax （1.6） 式中：r-各段线路电阻； x-各段线路电抗； maxp-各段线路通过的有功功率mw； maxq-各段线路通过的无功功r率mvar； n u-线路上的额定电压kv。 )cos(tgpq 1 maxmax （1.7） lxx lrr 1 1 式中：l-线路长度km； 1 r-每千米线路电阻； 1 x-每千米线路电抗。 注:电压损失不超过8%。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 6 - 2 静电补偿电容器的选择 电力网运行时，在线路和变压器中将要产生功率损耗和电能损耗。电力网的 损耗是由两部分组成的：一部分是与传输功率有关的损耗，它产生在输电线路和 变压器的串联阻抗上，传输功率愈大则损耗愈大，在总损耗中这部分所占比重较 大。另一部分损耗则仅与电压有关，它产生在输电线路和变压器在并联导纳上， 如输电线路的电晕损耗、变压器的激磁损耗等。 综上所述，可知电力系统运行过程中，虽然功率损耗和电能损耗是不可避免 的，但应尽力采取措施去降低它，从节约能源、降低电能成本、提高设备利用率 等方面来说都是十分重要的。 静电补偿电容器的选择所需要的参数主要有：1）负荷同时系数。2）线路有 功功率计算负荷和线路无功功率计算负荷。3）有功负荷率。由于负荷同时系数 和有功负荷率任务书上已给定， 所以应进行线路有功功率和无功功率计算负荷的 计算；而这两个参数的计算应首先对线路功率损耗进行计算。 2.1 负荷计算 2.1.1线路的功率损耗的计算 r u qp p 2 22 （2.1） x u qp q 2 22 （2.2） 式中：p线路总有功损耗（kw）； q线路总无功损耗（kvar）； p、q线路末端有功功率和无功功率（mw，mvar）； n u线路末端电压(kv)。 双回路时： （1）两条线路运行 2 2 22 r u qp p n 和 2 2 22 x u qp q n （2.3） （2）一条线路运行 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 7 - r u qp p n 2 22 和x u qp q n 2 22 （2.4） 2.1.2总的线路的损耗 12n pppp （2.5） 12n qqqq （2.6） 2.1.3各回路的计算负荷 12n pppp 12n qqqq（2.7） pp p qqq （2.8） 2.1.4计算变电所的低压侧母线的负荷 )91. 0,85. 0( qp kk cap pkp caq qkq（2.9） 在电力系统中，必须统设法提高电力网中各有关部门的功率因数，以充分利 用电力系统中各发电设备和变电设备的容量，增加其输电能力，减小供电线路导 线的截面，节约有色金属，减小电力网中的功率损耗和电能损耗，并降低线路中 的电压损失和电压波动，以达到节约电能和提高供电质量的目的，为了补偿无功 功率，经常装设电力电容器作为补偿装置。 2.2 无功补偿 2.2.1无功功率平衡 系统无功功率平衡是电力系统运行中的一个重要问题， 所谓的无功功率平衡 就是指在运行的每一个时刻系统中各无功电源发出的无功功率要等于用户所消 耗的无功功率（即无功负荷）与系统中各环节上无功功率损耗之和。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 8 - 电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器、静电补偿器等。 后 三种又称无功补偿装置。 本设计选用补偿装置为静电电容器，且采用星型接线。 2.2.2无功补偿的意义 （1）提高功率因数； （2）改善电能质量； （3）降低网络功率损耗和电能损耗 2.2.3电容器的选择原则 (1)补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置； (2)对于110kv及以下电网中的串联电容补偿装置，可以减少线路电压降， 降低受端电压波动，提高供电电压；在闭合电网中，改善潮流分布，减少有功损 耗； (3)对于并联补偿装置，可以向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多 余的感性无功；减少电网有功损耗和提高电网电压； (4)对于静止补偿装置，可以向电网提供可快速无级连续调节的容性和感性 无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量，并兼有减少有功损耗， 提高系统稳定性，降低工频过电压的功能。 (5)电力电容器的台数应均为6的倍数。因为电容器集中补偿在变电所的低 压侧（即本设计中的10kv侧） ，且本设计中低压侧采用单母分段，为了保证无 功功率的平衡，所以电容器的选择应为6的倍数。 (6)并联电容器的接线分为星型接线和y型接线， 所以本次设计电容器应选择 y型接线。 2.3 补偿容量计算 2.3.1计算补偿前总平均功率因数 )85. 0,70. 0( 2 )(1 1 cos 1 ca ca av av p qs p av )9 . 0(cos 1 要进行补偿 av （2.10） 式中： av p 有功平均计算负荷，（kw）； av q 无功平均计算负荷，（kvar）； 、有功及无功平均负荷系数； av s、avs / 全企业补偿前、后的视在平均计算负荷，（akv.）； 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 9 - 2.3.2补偿容量的计算 21 tgtgpq cac 式中： ca p 最大有功计算负荷，（kw）； 月平均有功负荷系数； 1 tg、 2 tg补偿前、后均权功率因数的正切值； 在确定了总的补偿容量 c q 后,就可以根据所选电容器的单个容量来确定电 容器的个数，为 单个容量 总的容量 c q n ，式中计算所得电容器的个数,对于单相电容器 来说，应取 3 的倍数,以便三相均衡。本变电所设计两段低压母线，为了保持两 边平衡，所以要取 6 的倍数。如果计算结果不是 6 的倍数要增加数量变成 6 的倍 数。 2.3.3计算补偿后总平均功率因数 2 )(1 1 cos 2 ca cca av av p qqs p av )9 . 0cos( 2 合格当 av （2.11） 式中： av p 有功平均计算负荷，（kw）； av q 无功平均计算负荷，（kvar）； 、有功及无功平均负荷系数； av s、avs / 补偿前、后的视在平均计算负荷，（akv.）； 2.4 电容器选择结果 由此可见，每台电容器的容量为 200vark，则需要电容器 36 台。若考虑在 变压器的二次侧加电容器进行补偿，则在选定变压器前应减掉补偿的无功功率。 则补偿后低压侧母线的： pca=11845.03（kw） qca=11144.51（vark） sca= 222 () cacac pqq=12913.98（kva） 电容器型号选择如表 2.1 所示： 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 10 - 表 2.1电容器型号 型号 额定 电压 （kv） 标称 容量 (vark） 标准 电容 )(f 相 数 外型尺寸 （mm） 重量 （kg） bwf 3/11-2 00-1w 3/11 200157816191741010120 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 11 - 3 主变压器的选择 3.1 主变压器选择的要求 （1）和电力系统连接的主变压器一般不超过两台。当只有一个电源或变电 所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。 （2）变电所装设两台主变压器时，每台容量的选择应按照其中任一台停用 时，其余变压器容量至少能保证所供电的全部一级负荷或为变电所全部负荷的 70。 （3）变电所的主变压器一般采用三相变压器，因制造或运输条件限制及初 期只装一台主变压器的 220kv 枢纽变电所中，一般采用相变压器组，当装设一 组单相变压器时，应设有备用相，当主变压器超过一台，且各台容量满足上述要 求时，单相变压器组可不装设备用相。 （4）变电所中的变压器在系统调压有要求时，一般采用带负荷调压变压器， 如受设备制造限制时，可采用独立的调压变压器预留位置。 （5）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“y”型和“”型，高、中、低三侧绕组如何组 合要根据具体工程来确定 3.2 主变选择的一般原则 3.2.1主变台数的确定 变电所中为保证供电的可靠性，一般应装设两台主变，但一般不超过两台主 变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可只装设一 台主变。对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况，应装设24-台主变。待设 所为电压等级为 60/10kv 的降压变电所，采用两台同型号的变压器并联运行。 3.2.2主变压器容量的确定 （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，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 两台并联运行变压器，每台容量的选择应按照其中任一台停用时，其余变压器容 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 12 - 量至少能保证所供电的全部一级负荷或为变电所全部负荷的 70。 （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。 3.2.3主变压器型式的选择 选择主变压器型式时，应考虑以下问题： （1）相数 容量为 300mw 及以下机组单元连接的主变压器和 330kv 及以下电力系统 中， 一般都应采用三相变压器。 容量为600mw机组单元连接的主变压器和500kv 电力系统的主变压器应综合考虑运输和制造条件、经技术经济比较，可采用单相 组成三相变压器。 （2）绕组数和结构 电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁 结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。具有直接由高 压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级，减少重复降压容量，可采用双 绕组。 （3）绕组的接线组别 在变电站中， 一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制 3 次谐波对电源 的影响等因素，根据以上变压器绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都 选用 yn.d11 常规接线。 （4）调压方式 变电所的调压方式有两种：一种为无励磁调压，另一种为有载调压。当系统 有调压的要求时，应采用有载调压变压器。对于新建的变电所，从网络经济运行 的观点考虑，应注意选用无载调压变压器。 根据本变电所实际情况，交通便利，只有两个电压等级 60/10kv，故选择采 用三相双绕组变压器。 3.3 主变容量的选择 根据 10kv侧负荷表计算， （详细的计算过程见计算书） ，最大负荷为： 2 2 )( ccacaca qqps （2）装有两台及以上主变压器的变电所，当开断一台变压器时，另一台变 压器的容量一般应保证全部符合的70%。因此，对于装有两台变压器的变电所， 每台变压器的额定容量可按下式确定： cabj ss%70（3.1） 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 13 - 式中 ca s-计算负荷 本设计选用两台变压器，其型号为94000 60sf，其主要的技术参数为： 表 3.194000 60sf型变压器相关参数 3.4 变压器功率损耗的估算 3.4.1有功功率和无功功率损耗的计算公式 2 0 )( n ca kt ns s pnpnp（3.2） 2 0 )( 100 % 100 % n cank nt ns ssu ns i nq（3.3） 式中： 0 ppk 、变压器的短路损耗和空载损耗，（kw）； % 0 iuk、变压器的短路电压百分数和空载电流百分数； n s 变压器的额定容量，（akv.）； ca s变压器的总负荷，（akv.）； n并列运行变压器台数； 3.4.2计算总的负荷 t ppp t qqq （3.4） cap pkp caq qkq（3.5） 额定 容量 （kav） 电压组合 联合组 编号 空载损 耗(w) 负 载 损 耗 （w） 阻抗 电压 (%) 空载 电流 （%） 高压 （kv） 高压分 接范围 低压 (kv) 4000605%10.5yn u d60002880081.0 重量( g k) 外形尺寸(mm)轨距(mm) 器身油重总重长宽高 1475 5718337911839312021603790 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 14 - 3.5 计算的功率因数 2 1 cos(cos0.9) 1 () cac ca qq p 当合格（3.6） 如果补偿后的总的平均功率因数不满足要求，则还需要进行无功补偿，补偿 后需要再次的确定变压器的容量，重新计算功率因数直到满足要求为止，则最终 选定变压器的容量作为设计的结果。 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 15 - 4 确定变电所主接线 4.1 主接线的基本要求 4.1.1可靠性 评价主接线可靠性的标志是： （1）断路器检修时，能否不影响供电； （2）线路、断路器或母线故障时以及母线隔离开关检修时，停运出线回路数 的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 （3）发电厂或变电所全部停电的可靠性； （4）有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电可靠性，先进的指 标都在 99.9%以上。 4.1.2灵活性 电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。 4.1.3经济性 在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在 满足可靠性和灵活性的的前提下做到经济合理。 4.2 变电所主接线设计原则 4.2.1变电所在电力系统中的作用和地位 变电所在电力系统中的作用和地位是决定主接线的主要因素， 变电所是枢纽 变电所，地区变电所，终端变电所，企业变电所还是分支变电所。由于它们在电 力系统中的地位和作用不同， 对主接线的可靠性， 灵活性， 经济性的要求也不同。 4.2.2近期和远期的发展规模 变电所主要接线设计应根据 5-10 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的 大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 16 - 行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。 4.2.3负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级负荷来说，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后， （应保 证全部负荷的大小和分布，负荷增长速度以及地区网络） ，应保证全部一级负荷 不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保 证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。 4.2.4主变台数对主接线的影响 变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常 对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高。因此，其对主接线的 可靠性，灵活性的要求也高，而容量小的变电所，对其主接线的可靠性、灵活性 的要求低。 4.3 变电所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站的整体设计进行， 即按照工程基本 建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段等四个阶段， 但 总的设计思路和步骤如下： （1）对原始资料进行综合分析； （2）确定主变压器的容量和台数，拟定可能采用的主接线形式； （3）所用的电源的引接； （4）论证是否需要限制短路电流，并采取相应措施； （5）对选用的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案； 4.4 主接线的选择 4.4.1高压侧主接线 由电力工程电气设备手册可知：3563kv 配电装置中，当只有两台变 压器或两条线路时，宜采用桥型接线。桥型接线，根据桥断路器的安装位置， 可 分为内桥和外桥接线两种。 （1）内桥接线 内桥接线适用于线路较长，并且变压器不需要经常切换的情况。 （2）外桥接线适用于线路较短，并且变压器不需要经常切换的情况，故障 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 17 - wl1 wl2 t1 t2 内桥 dqf wl1 wl2 t1 t2 dqf 外桥 率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，宜采用外桥型接线。 两种桥型接线图，分别如图 4.1、4.2 所示： 图 4.1 内桥接线图 4.2 外桥接线 根据上述及本变电所处系统和负荷性质的要求， 对高压侧预选两种方案进行 比较，如下： 表 4.160kv 侧主接线方案比较 60kv 侧接线 第一种方案第二种方案 内桥接线形式外桥接线形式 可靠性 可靠性较高，在线 路故障或切除、 投入时， 不影响其余回路工作。 可靠性较差， 变压器侧断路器 检修时，变压器需较长时期停运， 影响供电可靠性 灵活性 线路故障或切除、 投入时，不影响其余回 路工作， 并且操作简单、 灵活。 线路的切除和投切较复杂， 需 动作两台断路器， 并有一台变压器 暂时停运，操作不灵活。 经济性高压断路器数量 少，四个回路只需三台 断路器，节省投资。 高压断路器数量少， 四个回路 只需三台断路器，节省投资。 经上述比较，由于待设计变电所线路较长且变压器不需要经常切换，因此择 优选择内桥接线为高压侧接线形式。 4.4.2低压侧接线 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 18 - wl1wl2wl3wl4 wlwl qfd qf1qf2 s1s2 单母分段接线 双母线接线 s1s2 qf1 qfc qf2 wl wl wl2wl1wl3wl4 由 电力工程电气设备手册 可知：3563kv 的主接线 （电压应包含10kv） ， 当有两电源或连接的电源数较多， 负荷较大时， 宜采用单母分段接线和双母接线。 两种接线，分别如图4.3、4.4所示： 图 4.3 单母分段接线图 4.4 双母线接线 根据上述及本变电所处系统和负荷性质的要求， 对低压侧预选两种方案进行 比较，如下： 表 4.210kv 侧主接线方案比较 10kv 侧接线 第一种方案第二种方案 单母分段接线型式双母线接线型式 可靠性 可靠性高；当一段母线发生故 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，不致重要用户停电。 可靠性较高； 通过两组隔离开关 倒换操作， 可以轮流检修一组母 线而不致使供电中断。 灵活性 操作简单、灵活，可自动分断 断路器，调度灵活。 倒闸操作较复杂， 且操作必须正 确。 经济性 经济性高， 设备较少、 占地小、 投资少，因此经济性较高。 经济性较低， 由于较单母分段接 线设备多，占地大、投资多， 故 经济性稍差。 由于上述两种接线方式比较，经权衡考虑，单母分段接线以占地面积小、 投 资少、 供电可靠性高为主要优点， 故本设计低压侧采用的是单母线分段接线型式。 4.5 主接线方案的确定 通过定性分析和可靠性及经济计算，在技术上（可靠性、灵活性）10kv侧 方案和60kv侧方案明显占优势，鉴于大、中型变电所应以可靠性和灵活性 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 19 - 为主，所以，经综合分析，决定选10kv侧方案和60kv侧方案为设计最终方 案。 图 4.5 电气主接线图 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 20 - 5 短路电流计算 5.1 短路概念 所谓“短路”是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地 （或中性 线） 之间的接通。 在正常运行时， 除中性点以外， 相与相或相与地之间是绝缘的。 5.1.1发生短路的原因 产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。 绝缘损坏的原因多因 设备过电压、直接遭受了雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。 此 外，如输电线路断线、线路倒杆也能造成短路事故。 5.1.2短路的基本类型 三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地 短路，其中三相短路是对称短路。 本次设计选用三相短路电流计算，即 (3) k 。由于短路回路电抗相等,因此三 相电流和电压是对称的,故又称为对称短路.而出现其它类型短路时,不仅每相电 路中的电流和电压数值不等,其相角也不同,这些短路总称不对称短路。电力网在 设计及运行阶段考虑最重要的故障情况下工作的可能性时， 三相短路起着决定性 的作用。此外，研究三相短路之所以重要，还由于在分析计算不对称短路时， 经 常利用对称分量法将不对称短路分解成三相对称的形式加以讨论， 所以选择三相 短路进行计算。 5.2 短路计算 5.2.1 短路电流计算的目的 (1)电气主接线的选择。 (2)选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保 证安全可靠，而且在发生短路时保证不损坏。 (3)选择断电保护装置。 辽通地区 60kv 变电所电气工程部分的初步设计 - 21 - 5.2.2短路点的选取 根据运行方式分析，可选三个短路点进行计算。 5.2.3短路电流计算步骤 （1）画等值电抗图 首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。 选取基准容量和基准电压。 计算各元件的电抗标么值。 （2）选择计算短路点。 （3）求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。 （4）各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。 （5）列出短路电流计算数据表。 5.2.4 短路电流的计算方法 （1）额定容量、额定电压：假设 b s100mva， avb uu 式中： b s基准容量（mv.a）； b u基准电压（kv）； av u各电压级的平均额定电压（kv）； 注： av u1.05 n u（5.1） 式中： n u 各级额定电压kv； （2）发电机电抗标幺值：54. 0 max*1 x57. 0 max*2 x （3）求变压器电抗标么值 n bk t s su x 100 (%) * （5.2） 式中： t x变压器电抗标么值； (%) k u变压器短路电压百分比； n s变压器额定容量（mv.a）。 注：两台同型号变压器并联，总电抗标么值为单台的一半。 （4）求线路电抗标么值 nav b l u s lxx . 2 1* （5.3） 式中： *l x线路电抗标么值； 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 22 - 1 x线路电抗()。 注： 1 两条同型号架空线并联，总电抗标么值为单条的一半。 2 这里规定每千米线路电抗为0.4 （5）求短路电流标么值 * * 1 k k x i（5.4） 式中： *k i短路电流标么值； （6）求短路电流 * 3 b kk b s ii u =（5.5） 式中： k i短路电流有效值（ka）； （7）求冲击短路电流 2.55 shk ii=（5.6） 式中： sh i冲击短路电流（ka）； 注：短路发生在一般的高压电力网时，因电抗比电阻要大得多，取 sh k=1.8， sh i=2.55 kp i；当短路发生在大容量电力网或发电机附近时