毕业设计（论文）-基于SimPowerSystems的电力系统设计与仿真.doc

学号：12034470429毕业设计说明书基于simpowersystems的电力系统设计与仿真the design and simulation of electric power system based on simpowersystems 学 院 计算机与电子信息学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气12-4班 学 生 指导教师（职称） 完成时间 2016年3月07日至2016年6月10日i 广东石油化工学院本科毕业设计诚信承诺保证书本人郑重承诺：基于simpowersystems的电力系统设计与仿真毕业设计的内容真实、可靠，是本人在陈金鹏指导教师的指导下，独立进行研究所完成。毕业设计中引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处，如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。 学生签名： 年 月 日目 录目 录摘 要iabstractii前 言iii第一章 绪 论11.1电力系统概述11.2 matlab介绍11.3 simpowersystems概述2第二章 主变压器的选择52.1 电力变压器52.2主变压器选择52.2.1相数的确定62.2.2绕组数的确定62.3 主变压器的选择72.3.1主变压器的冷却方式72.3.2变压器各侧电压的选择82.3.3主变压器容量的选择82.3.4主变压器容量选择的计算8第三章 电气主接线的确定113.1主接线设计依据113.2主接线设计的基本要求、原则113.3对主接线设计的基本步骤123.4主接线的选择12第四章 短路电流计算174.1短路电流计算的目的和条件174.1.1短路电流计算的目的174.1.2计算短路电流的基本条件174.1.3计算时的注意事项174.2计算短路电流的步骤184.2.1变压器参数184.2.2电气元件参数计算194.2.3 220kv侧k1点的短路电流计算194.2.4 110kv侧k2 点短路的计算234.2.5 10kv侧k2 点短路的计算254.3计算结果28第五章 仿真结果及分析295.1仿真过程295.2参数设置315.3波形展示（仿真结果）355.4差异对比43总结45致 谢47参考文献49摘 要摘 要变电所是电力系统中十分重要的部分，它对于整个电力系统的安全与运行有着十分重要的影响。变电站联系着供电系统和其每一个用户，在整个电能网络中扮演着变换和分配的角色。变电所设计的合理与否不仅仅对电力负荷的供电可靠性有着十分重要的意义，而且也对电力系统的安全可靠运行提供保障。而结合matlab中simpowersystems模块对于电力系统的仿真模拟，可以使我们对于电力系统的运行有着更加深刻的理解。本论文设计的220/110/10kv的枢纽变电站，将电能分配输送给周围用电的用户，多余的部分就传给附近的其他供电网络。如果本设计的变电站建设完成且投入运行使用，那么当地电网内部的所有设备用户之间的联系更加坚实，而且保障了该变电站所在地的所有用户的活动所需电能的充足性，从而保证了该变电站所在地区的电力系统的安全、灵活、可靠、经济地运行。在设计分析任务后，本论文对电力系统以及其仿真的认识阐述，然后根据变电站的各项指标选择主变压器，确定主变压器的型号；接着根据主接线的四个基础要求，选出两种主接线方案进行综合技术比较，选出性能较为优越的一种设计方案，然后将其主接线图绘制出来；其次进行短路电流计算。最后，用matlab软件的simpowersystems模块做出仿真，并分析仿真所得出的结果，研究与手算结果的误差原因并说明。关键词：变压器选型；主接线图确定；短路电流计算; matlab仿真i前言abstractsubstation is an significant part of the power system, it takes a direct charge of the whole power systems security and economy action. it links its every of its users and power supply system, and performs the role of transformation and distribution of electric energy in the power net. the rationality of this design not only takes a direct influence on the power supply reliability of power load, but also have an affect on the safe and reliable operation of power system .at last,with the help of the simulation in the model simpowersystems in a software named matlab ,people can deeply understand the operation of the power system. this article is a design of a hub substation named 220/110/10kv converting station, it is about to distribute and transform the electric energy to the surrounding users,the rest part will send to the near power supply network.if this substation in my design been accomplished and sent to using,then links of all the users in the local power supply network will become more and more close. this substation can also ensure all the area where it located have enough power to use,thus it can ensure the local power supply network operates more flexible,reliable and secure.after analyzing the task,this article explains the electric system and the simulation in matlab.;then chooses the model of the main transformer according to the index of the designed substation; after that,ensures two types of the main connection of the substation according to the four basic requirements.and then selects the better plan after comparing.next, drawing the main connection.at last, carrying on the short circuit current calculation.eventually, using the module named simpowersystems in matlab to make a simulation, and comparing the results with the consequence calculated by handwork and analyze the reasons for the differences.key words: selection of the main transformer ; confirmation of the main electrical wiring design ; short circuit current calculation ; simulation.21前言前 言电力系统是电能生产和消费的系统，它是一个将自然界中的一次能源转化成电能，再经过一系列的调试后将电能传送到当地域中的每一个用户中。电力系统既然是一个系统，那必然会有很多小的物件组成，为了方便统计，我们将这些小物件分类为两类：电力元件和控制元件，顾名思义，电力元件就是指那些生产、输送、分配电能的元件，最常见的有发电机（generator），变压器（transformer）等；而控制元件，就是指那些在电力系统中起控制作用的元件，最常见的有继电器（electric relay），调节器（regulator）等。而本设计要求建造的是变电站，变电站（substation）是电力系统中对电压的功率转换还有对电流进行变换和分配以及输送的地点。变电站发出的电，电压一般不超过1000-2000伏特，假如直接远距离输送，线路电流会变得很大，从而使线路上电能损耗变大，直接会导致经济利用率的低下，而且线路输送功率也会降低。所以我们会要用变压器根据距离和功率的不同将电压升高，目的就是减小线路电流。为了连接不同距离和功率的电力线路以增加整体安全性，我们需要将不同的等级线路匹配连接。同理，我们将高压电输送到目的地后，为了满足用户需要，需要将其再次降压至10kv、6kv、400v等几个等级。变电所的作用可以概括为五点：变换来自于不同侧的电压的等级、汇集所有电流来源、合理分配电能到各个用户、控制电能的流入流出、根据实际情况调整各个用户的电压等级。本设计的过程列举如下：（1）对电力系统和matlab软件中simpowersystems模块进行阐述、详细介绍；（2）主变压器的选择；（3）主接线的确定；（4）短路电流的计算；（5）将设计的变电所放入matlab软件中进行仿真，比对结果，分析原因。设计中大量采集了电力工程电气设计手册、变电所总部署设计技术规程、电气识绘图、输电线路工程及本专业各教材中的一些思路，计算方法等。最后，本设计的设计来源是根据经典的的220kv发电厂和变电所中所给出的电气主接线图，然后又对对变电站设计进行了阐述，绘出电气主接线图，并作出仿真。iii第一章 绪论第一章 绪 论1.1电力系统概述电力系统（electric system）是一个电能生产与消费系统，它是一个将自然界中的一次能源转化成电能，再经过一系列的调试后将电能传送到当地域中的每一个用户中的一个综合系统。它可以把自然界中的一次能源（风能，光能，水能，火能等等）通过发电动力装置（火电动力装置、水电动力装置等等）转化成电能、经过各种电线网络将电能按照用户的要求传送到用户手中，多余的能量则通过照明灯（光能）、冰箱（冷凝能力）、风扇（机械能）等这些电力设备的转换或加工后成为能为人民造福的能源形式（动力、热、光等），这样才能将电能一丝不浪费地完全利用。由于电能产生的地区与各种负荷的所在地多数是不一样的，有的甚至相差很远，而目前也没有能将电能无消耗存储的设备，因此电能从生产到完全消耗掉这个全过程必须保证在极短的时间内完成，并在该变电所和用户负荷所在地所组成的一个地域内形成一个整体，保证了电能生产与消费的时时平衡。这样，电力系统才能畅通无阻的为所有用户提供源源不断的电能。因为上述的原因，所以电能的集中开发还有电能的分散使用还有其连续不间断的供应与负荷的随机变化的动态平衡，这些因素大大的制约了电力系统的结构和运行。我国的电流全部是使用的频率为50hz的三相交流电，电能从发电机产生之后，通过升压变压器将电压升高到220kv或500kv或更高的等级之后进行长远距输送，当电能传送到目的地后再经过另一个变电站将之前的高等级电压降低至110kv或35kv等级，之后再经过输变电线路将电能传送至各个变电所，这样110kv或35kv等级的电压经过变电所后再次将电压降为更低一级的10kv等级，最后变电所将电压等级为10kv的电能根据每个用户的不同需要发送至每个用户，再经过各用户区域的变压器将电压110kv等级的电能降到可供用户使用的电压等级；而对一些对电能要求高的特殊用户我们可以将变电站所接收到的110kv或35kv的电能直接传送至用户供其使用，届时各用户再根据其自身需要进行适当的升压或者降压。1.2 matlab介绍1975-1980年，cleve moler博士和他的几个一起在编程方面研究的同事受到当时技术的限制，感觉自己在学术领域中能有更深入的探究，于是开发并推广了名叫linpack和eispack的fortran语言子程序库。但是当时将其作为教学任务的时候，博士认为学生的变成负担会大大加重，所以设计一组调用linpack和eispack库程序的“通俗易用”接口，并且命名为matlab。其基本的数据单元是一个维数不加限制的矩阵。在matlab下，矩阵运算变得十分容易。于是，matlab当时作为一个“计算器”在应1第一章 绪论用数学领域中流行起来。本设计的仿真部分主要是应用matlab软件对于电力系统的各种模拟仿真的功能模块，其中主要涉及到matlab软件中的电力系统仿真模块，即simpowersystems和控制系统工具箱（control system toolbox）。而伴着科学技术的飞速成长，人们对matlab软件的更加深刻的认知和研究，模糊逻辑工具箱、信号处理工具箱、小波工具箱和神经网络工具箱等在电力系统中也有着广泛的应用。下面matlab做一个简单的阐述。matlab系统可分为5部分：（1）matlab语言它是隶属于高级矩阵语言，其有着规范所有流程中的状态、功能、数据结构，输入输出及面向对象编程的特征。它既有着“小型编程”（快速建立小型可弃程序）的功能，又有“大型编程”（开发一个完整的大型复杂应用程序）功能。（2）matlab的工作环境matlab是一套工具和设备方便用户和编程者使用的软件，所以它的工作环境包含有在你的工作空间进行管理变量及输入和采集数据的设备。同时也有开发，管理，调试等一系列数据的工具。（3）图形操作作为matlab的图形系统，它包含有一系列高级命令，其中含有二维及三维的数据可视化，图形处理，动画制作，表现图形等内容。同时它也向用户提供低级命令以便于操作者完全定制图形界面并在软件中建立完整的用户图形界面。（4）matlab数据功能库matlab数据功能库，它拥有着庞大的数学运算法则的集合其中包含有基本的加和正余弦功能以及复杂的求逆矩阵以及求矩阵的特征值等等功能，还包括bessel功能和快速傅里叶变换等多种高级复杂的数据处理功能。（5）matlab应用程序编程界面matlab应用程序编程界面是一个容许用户在matlab界面下编写c和fortran程序的库。它可以方便地从matlab中调用例程（即动态链接），从而可以将matlab看成为一个计算器，主要功能是用于读写mat-files。1.3 simpowersystems概述matlab中的电力系统仿真模块（simpowersystems）是一款电气仿真软件，simpowersystems 4.0中含有130多个模块，分布在7个可用子库中，另外还有个功能强大的图形用户分析工具powergui和一个废弃的“相量子库”（phasor elements），这些模3第一章 绪论块可以与标准的simulink模块一起，建立出包含电气系统和控制回路的模型，并可以用附加的测量模块对电路进行信号提取、傅里叶分析和三相序分析。因此simpowersystems在有关电路线性网络元件的分析以及各种电路的大系统分析中都有十分优越的的表现。simpowersystems属于simulink仿真环境，simpowersystems的界面和模块形式和其他工具箱中的模块有着类似的地方，使用户对于simpowersystems的学习应用更加方便明确。simpowersystems本质上是一个建模仿真软件，它的任务主要是让用户在它的工作环境中建立电路模型，然后经过模拟仿真一系列程序的运行，达到和实际功能水准一样的模拟系统，这样，用户在任意一处插入元件，设置故障等动作不会对现实造成任何影响，还能快速得到用户想要的结论。仿真的最大好处在于设计人员可以忽略在实际施工中投入的巨大成本，在设备投入运行时先用matlab软件仿真出一个结果，验证一下所设计的电路的功能、性能的优劣以及有没有电路设计的疏漏。对于我们这种才开始接触该软件的人员而言，仿真对我们而言最重要的就是检验电路的准确性，以及快速生动的理解电路的功能和运作原理；对于设计人员，仿真对于他们而言最重要的地方是减少研究时间节省施工开销。当我们在软件中把模型建立出来后，我们可以随意改变其中的任意元件，或者线路或者参数，进而看出不同的情况下不同的电路反应等等，而有些故障在实际中如果发生的话，结果是很难想象的，有些对于电路的改动的结果是十分严重的，乃至于会伤及用电用户等等。simpowersystems的元件库可以提供出下列典型的电气元件和设备。如下所示：总共分为8类：（1）电源元件 （2）线路元件 （3）电力电子元件 （4）电机元件（5）电路测量仪器（6）应用程序库 （7）附加元件 （8）电力图形用户接口。5第三章 电气主接线的确定9第二章 主变压器的选择第二章 主变压器的选择2.1 电力变压器电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的，不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之，升压与降压都必须由变压器来完成。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。变压器是由绕在同一铁芯上的两个或两个以上的线圈绕组组成的，绕组之间是通过交变磁场而联系着的，按电磁感应原理工作。变压器安装位置应考虑便于运行、检修和运输，同时应选择安全可靠的地方。在使用变压器时必须合理地选用变压器的额定容量。变压器空载运行时，需用较大的无功功率。这些无功功率要由供电系统供给。变压器的容量若选择过大，不但增加了初投资，而且使变压器长期处于空载或轻载运行，使空载损耗的比重增大，功率因数降低，网络损耗增加，这样运行既不经济又不合理。变压器容量选择过小，会使变压器长期过负荷，易损坏设备。因此，变压器的额定容量应根据用电负荷的需要进行选择，不宜过大或过小。2.2主变压器选择根据1-220500kv变电所设计技术规程（dlt 5218-2016），选择变压器时应该遵循如下原则：(1) 主变压器容量和台数的选择，应根据现行的sdj161有关规定和审批的电力系统规划设计决定。变电所同一电压网络内任一台变压器事故时，其他元件不应超过事故过负荷的规定。凡装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70时不过载，并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。如变电所有其他电源能保证变压器停运后用户的一级负荷，则可装设一台（组）主变压器。（2）220kv330kv变压器若不受运输条件的限制，应选用三相变压器。500kv变压器若不受运输条件的限制，一般宜选用三相变压器，但应根据变电所在系统中的地位、作用、可靠性要求和制造条件、运输条件等，经技术经济比较确定。当选用单相变压器时，可根据系统和设备情况确定是否装设备用相，此时，也可根据变压器参数、运输条件和系统情况，在一个地区设置一台备用相。（3）根据电力负荷发展及潮流变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保第二章 主变压器的选择护、对通信线路的危险影响、调相调压和设备制造等具体条件允许时，应采用自耦变压器。当自耦变压器第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率潮流，校核公用绕组的容量。（4）220330kv具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用有三个电压等级的三绕组变压器或自耦变压器。对深入市区的城市电力网变电所，结合城市供电规划，为简化变压层次和接线，也可采用双绕组变压器。（5）主变压器调压方式的选择，应符合sdj161的有关规定。当变压器采用有载调压时，应经过技术经济论证。自耦变压器需有载调压时，宜采用中压侧线端调压。选择变压器的额定抽头及分抽头，应考虑系统远景发展潮流变化的需要。2.2.1相数的确定根据电力工程基础,对于建成小于等于330kv等级的电力系统，一般采用的是三相变压器，但是如果建设的变电站或发电厂地理位置不佳，在运输过程中会有很大麻烦，为降低运输难度，所以本设计采用选用一个三相变压器，因为它的包容性好，只要原理正确，这种变压器可以按照使用者的特殊要求而设计不同的形式。而在建造500kv以上的变电站，因为电压等级很高，安全性能就是我们考虑的首要因素，所以在设计建造初期，要综合考虑很多情况的发生，列举出多个可行的方案，再经多方比对后再决定使用何种型号的变压器，当然，对于一些特殊情况，也可以用变压器组，但是在建造和投入运行时应该确保多建一台备用的三相变压器以防出现故障影响当地的用户的用电。2.2.2绕组数的确定每个发电厂有着它本身所特有的条件，比如说地理位置，用户的总负荷量，电力系统所提供的总电量等等，根据这些不同的条件我们选用变压器的绕组的数量也会有所改变。例如江苏省泰州市安泰发电厂，它的最大机组容量小于等于125mw,它的主系统在跟用户对接时有两种降压方式：一种降到220v供普通居民使用，另一种降到380v供一些当地的大型企业使用，设计师在设计这个发电厂的时候就明确表示推荐使用三绕组的变压器，而且又经过一些接线的子系统设计保证了这三个绕组通过的容量要求大于额定值的20%（防止电机绕组不能被充分利用，造成资源的浪费）。而泰州市发电厂也算特例，在我于该厂实习期间，我了解到一般像这样的发电厂，该发电厂采用的数量一般是一台，但是考虑到泰州市区用电用户结构的复杂性，决定使用两台三绕组变压器，这样才能应付各种突发情况。而面对高压系统的中性点（抑或是中压系统的中性点）直接接地系统的情况时，一般推荐考虑使用子偶变压器（sub even transformer），这种变压器在应对这种情况下的性价比、可用程度等方面占优。对于200mw及以上的机组而言，选择时更加倾向于采用双绕组变压器加联络变压11第二章 主变压器的选择器。在一些特殊情况下需要连接两个变电所的系统，使之能够一起发挥作用，满足用户的用电需求，比较常用到联络变压器（contact transformer）。这种变压器在绕组数量上的选择一般是三个；而当当地电网是允许中性点直接接地的情况下，一般会选择使用自耦变压器（self coupling transformer），低压绕组还可以可作为厂用备用电源（emergency power supply）或厂用起动电源（starting power），亦可连接无功补偿装置（reactive power compensation device）。对具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为了简化电压的等级或降低重复的降压的容量，一般推荐采用双绕组变压器。 变电所主变压器台数的选择应该根据其建设的地区所需带动的负荷的轻重，以及负荷对这个变电所的依赖程度等多重因素来综合考虑。随着技术和研究的不断深入，我们得出：变压器的台数越多，该变电站的可靠性能就越高。但是随着变压器台数的增多，相对的建设成本就会增加，又不满足建设变电站的经济型要求，所以，在保证了设计的变电所可靠性的前提下，变压器的台数越少越好。另外，在确定主变压器的台数的时候，还要想到为用户负荷的发展而考虑到为其留有余量，否则，变电站建成五或十年后还要优化升级，依然是不满足经济性的要求。 对于大型发电厂的设计，因为是大型的发电厂，其所负的责任也很大，因而不能在基础设计时就出现缺漏的现象，因此，对于这一些与电网的联系十分紧密的变电站而言，主变压器的台数应该是最少2部，否则初期设计乃至后期完工之后都会感到这个变电站很鸡肋。当然，相对于第一点，中、小型的发电厂，虽然也对社会负责，也要保证变电站所在地的用户用电正常，但是因为容量没有大型发电厂那么巨大，所以对于这一类与电网的联系并不是那么紧凑的变电站，我们认为从经济性的角度出发，可只装一台主变压器。对于那些对电力要求更高的用户而言，例如地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，我们一般推荐可设置三台主变压器。而根据任务书中设定，待建变电所考进城市的边缘，也就是郊区，建设它的目的是向郊区附近的开发区中的炼钢厂供电，另外还有一个外加条件：变所附近还有其他的负荷。220kv有7回线路；110kv送出2回线路；在低压侧10kv有12回线路。所以，可以得出目前要任务书中要求设计的变电所为枢纽变电所,其中的绕组选择使用三绕组。2.3 主变压器的选择2.3.1主变压器的冷却方式根据型号有：自然风冷（natural wind cooling）、强迫油循环风冷（forced oil circulation air cooling）、强迫油循环水冷（forced oil circulation oil cooling）、强迫导向油循环制冷13第二章 主变压器的选择（forced oil circulation cooling）等。按一般情况，220kv变电站宜选用自然风冷式。2.3.2变压器各侧电压的选择作为电源侧，为了能够在线路末端得到一个质量良好的电压，就是要确保在10%的电压损耗的情况下，我们应该确保线路末端有一个额定值左右的线路电压。所以我们考虑到主变压器的电压的选择时，应该选取为额定电压的10%，以保证能达到要求。在末端的时候，当我们需要用到降压变压器时，最好就能够选取它的电压为额定电压。所以，对于本设计要求的变电站（即220kv变电站）而言，进行多方面综合考虑，给出如下建议：220kv侧应该选220kv的变压器,110kv侧选115kv变压器；10kv侧选10.5kv变压器。2.3.3主变压器容量的选择1、装有一台变压器的变电所：主变压器的容量应该满足全部用电设备的设计的需要，用公式表示：2、对于那些装有两台变压器的变电所，每台变压器的容量应该同时满足两个条件：（1）任一台变压器单独运行时，需要的负荷量应该是总计负荷的70%。（2）任一台变压器单独运行时，该变压器应该可以承受全部一、二级负荷的需要。只有满足以上两点，该变电所才可以满足该区域中的供电能力要求。2.3.4主变压器容量选择的计算变压器的最大负荷为:在计算时，本设计保留了两者中容量较大的主变压器作为确定主变压器的容量的根据。而变压器所承受的日负荷总量会随着用户的随机变换而变换，从而导致其负荷是不均匀的，又考虑到前负荷时间段内节约的使用寿命，这部分寿命我们可把它用在过负荷的时间段中进行消耗，所以本设计选择容量更小的的主变压器作为对象进行过负荷的能力计算，目的就是节省主变压器施工的投资。而，所以选用变压器时容量为34350kva以上的容量的变压器。综上所述，根据电力工程电气设计手册的要求，结合任务书中所给变电所的具体情况和变电站设计时的可靠性要求，本设计一般选用两台一样的无励磁调压的三绕组自耦变压器。在实际选用器材时，加大了主变压器的容量，再结合今后的发展考虑，最终确定选用两台osfp7-40000/220三绕组变压器（详细说明见后图）。vii第二章 主变压器的选择图2-1 变压器型号标注15第三章 电气主接线的确定17第三章 电气主接线的确定3.1主接线设计依据根据220-500kv变电所设计规范，我们可以得出在确定电气主接线的时候应该注意以下几点：（1） 一般而言，330kv500kv配电装置都会有为34回的出线回路数，遇到这种情况，我们一般宜采用“变压器母线组”接线方法，这种接线方法的特点是线路有两台断路器、变压器直接与母线连接。（2） 500kv变电所中的220kv配电装置和330kv变电所中的220kv或110kv配电装置，可采用双母线接线，技术经济合理时，也可采用一个半断路器接线。220kv变电所中的110kv、66kv配电装置（或35kv配电装置），当出线回路数在6回以下时（或47回时）宜采用单母线或单母线分段接线，6回及以上时（或8回及以上时），宜采用双母线接线。（3） 各级电压配电装置，初期回路数较少时，应采用断路器数量较少的简化接线，但在布置上应考虑过渡到最终接线方便性。3.2主接线设计的基本要求、原则按照参考教材规定：主接线设计的时候要满足四个条件：经济性、可靠性、灵活性和发展性。（1） 经济性：经济性的满足主要分列于以下三点：投资少。主接线要设计得很简单，要满足尽可能少的使用一次设备的要求；而且在继电保护及二次回路满足一定要求的前提下，要求接线尽可能简化主接线中的配置、优化控制主接线要求中的电缆的走向，这样才能最有效地节约二次设备和控制电缆长度；另外，还应该控制短路电流在要求范围之内，并且选用便宜的优质的的轻型设备，节约施工资金。电能损耗小。必须从经济合理性的角度选择变压器的类型，例如：双绕组（double winding transformer）、三绕组（three winding transformer）、有载调压（load voltage transformer）、自耦变压器（self coupling transformer）等；以及合理地把握变压器的数量、电压等级和容量等数据。占地面积小。主接线形式的选择及布置方式的挑选，对整个配电装置的占地面积的大小有着十分直接的关系。第三章 电气主接线的确定（2）可靠性：主接线的可靠性包括开关、母线等设备的质量是否过关有着密切的关系，还包括相对的继电保护、自动装置的运行是否到位、有效等也有着密不可分的关系。可靠性就是要实现向用户供应持续、优质的电力的情况，这就要求主接线中所用材料必须质量有所保障且其接线的稳定性也要有所保证。如果要保障主接线足够可靠，第一步就是做好充分的调研工作，当对这个系统的可靠性的定量计算和分析的基础性数据尚不明确时，充分地作好调查研究工作显得十分的重要，这将直接关系到线路的可靠性评估，以及后续线路的施行。（3） 灵活性：因为很多变电站中电力设备经常要面临风吹日晒雨淋等各种恶劣的天气情况，所以电气主接线的设计中，运行要求就必须满足其适合在正常运行和检查修理等各种方式下正常工作的条件。而在变电站整改情况下，就面临一些大的器件的调度，在调度的过程中要注意合理调配电源和负荷。同理，在变电站进行检修时，我们设计的电气主接线还得满足我们方便地停运断路器、母线及二次设备的要求，并且在检修时方便设置安全措施，不会造成电网其他用户的电力断线或其他一些不良影响。（4）发展性：主接线从初期接线过渡到最终接线方式是十分简单的。因为变电站建立起来之后，后续二期工程之类的建设时间长，但是变电站得责任是得保证向用户24小时不停电，所以我们电气主接线要求在不影响持续不断地送电或停电的时间很短的情况下，可以完成整个过渡期的更新扩大，并且对二次部分的改动工作量小。3.3对主接线设计的基本步骤1 综合分析设计依据和原始资料。2 明确几种可使用且实用性高的的主接线形式。3 主变压器的容量和台数的确定。4 电源引接方式的确定。5 对确定的主接线方案进行技术性、经济性等综合比较，最后确定最佳方案。3.4主接线的选择根据sdj2-88220500kv变电所设计技术规程中所规定，“220kv配电装置出现在4回及以上时，宜采用双母线及其他接线”，故设计中考虑两个方案，如下表示：xi第三章 电气主接线的确定表3-1 220kv侧主接线方案方案项目方案1 双母线接线方案2 单母线分段接线可靠性重要用户可从不同母线引出，保证不间断供电，可靠性有保障；断路器的检修保养等工作可以在不停电的情况下进行，供电可靠高。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，保证不断供电，可靠性强。灵活性当一回线路故障时，断路器自动将母线隔离，保证正常段母线不间断供电，不会导致重要用户的停电情况发生。当一回线路故障时，分段断路器自动将故障隔离，保证正常段母线不间断供电，不会导致重要用户的停电情况发生。经济性接线简单，增加了设备，从而会导致其投资会比方案2高。接线简单，运行设备少，投资少，年运行费少。通过上表，我们可以明显看出，方案1和2都有着十分优秀的可靠性和灵活性。但是，按照设计任务书中要求，设计所需的变电站需要确保一些重要用户的24小时用电，故考虑所有情况，220kv侧的接线方案采用方案1。方案项目方案1 双母线接线方案2 单母线分段带旁路接线可靠性重要用户可从不同母线引出两个回路，保证不间断供电，可靠；检修出线路断路器，可以不停电检修，供电可靠高，适合高电压母线接线。母线被断路器分段后，重要用户的接线可从两个不同的段引出两个回路，可保证持续供电，宜用于屋外布置，可采用高压断路器，这样可以保证进出线检修时不中断供电。灵活性当一回线路故障时，母线之间的断路器自动将故障母线隔离，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隔离，并与旁路配合保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，且扩建方便。经济性占地面积大，因为多了一条母线，使投资大大增加，但是用电可靠性高。占地面积小，设备投资较大。表3-2 110kv侧主接线方案通过上表，我们可以看出110kv侧跟220kv侧相似，两种方案的可靠性和灵活性都有保障，但是110kv侧有着它对于负荷所独有的要求，所以查阅资料后，本设计采用19第三章 电气主接线的确定方案1。表3-3 10kv侧的主接线方案方案项目方案1 单母线分段接线方案2 单母线分段带旁路接线可靠性母线被断路器分段后，多重要负荷可从不同母线引出两个回路，保证不间断供电，可靠性得到保证；检修出线路断路器的时候可以不停电检修，供电可靠高，适合多负荷母线接线。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，可靠性能强，适宜用于屋外布置，还能够采用高压断路器，这样可以保证进出线检修时不中断供电。灵活性当一回线路故障时，母线之间的分段断路器自动将故障母线隔离，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隔离，并与旁路配合保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，且扩建方便。经济性占地面积小，没有旁路接线需要占用更多面积，提高了经济性。旁路接线的存在使得占地面积大，设备投资也会增多经过上表的对比可以明显看出结论，虽然两种方案的项目要求都可以满足，但是这是10kv侧的接线，由于其所接负荷的特殊性，全方面考虑后，本设计在10kv侧采用方案1的接线形式。综合上述，总结如下：本设计的变电站的220kv侧断路器采用sf6断路器。原因是这种断路器的检查修理的周期长，而且有很高的可靠性，所以可不必再设旁路母线。而且因为是两回线路的配置，当一回线路停运时，总体上仍满足n-1原则，综合考虑后，本设计决定采用双母线接线的方案。对110kv侧的接线方式，因为设计任务表明：出线仅为两回。按照规程要求，适合采用桥式接线（以双回路线向炼钢厂供电）。而主变不会经常投切，且为了满足对线路操作和检修的方便性，最终决定在110kv侧采用内桥式接线。对10kv侧的接线方式，按照规程要求，为了保证供电的可靠性，对于重要的回路，全部采取双回线路供电的手段，所以我们需要采用单母线分段接线。再考虑到配电装置的占地和占用空间应该尽可能的缩小，还要满足消除火灾、爆炸的隐患及环境保护的要求，本设计对于10kv侧的主接线放弃使用带旁路的接线。21第三章 电气主接线的确定本设计的变电所电气主接线如下图示：图3-1变电所的电气主接线15第四章 短路电流计算25第四章 短路电流计算4.1短路电流计算的目的和条件4.1.1短路电流计算的目的在设计发电厂或者变电站的时候，往往要计算短路电流。短路电流计算是用于修正由于电路问题产生的过电流。主要发生在三相短路、两相短路等电路连接方式中。短路电流计算可以避免由过电流造成的供电破坏，以及电机的过大负荷等问题。目的有很多，下面就计算短路电流的一些比较常见的目的列举如下：1、计算出短路电流方便于将主接线的各种方案进行比较；2、短路电流的结果会影响到对于导体（导线、电阻等）和电子设备的筛选；3、在设计一些外围的，高度很大的户外配电装置时，需要根据短路电流计算出来的数据来把握软导线的相间和相对于大地的安全距离；4、短路电流的计算结果会直接影响到设计的发电厂或变电站进行继电保护方式的选择，以及各种整定计算的执行等等。4.1.2计算短路电流的基本条件1、当所有设备均在正常工作，一般默认三相系统运行是对称的；2、该变电站或发电厂的所有电源，其电动势，相位还有相角等初始数据均是一样的；3、运行时，所有电源均是接小于等于其额定负荷量的负荷；4、当短路电流达到最大值时，才认为短路发生；5、只要计算到短路电流，一般忽略短路时产生的电弧的阻抗和变压器运行的励磁电流；6、计算短路电流是不算元件的电阻的，只关注于短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流；7、在计算短路电流的时候，一般都用额定值进行计算，而不考虑参数和实际情况的数值的差异；8、计算短路电流的时候，不将线路上的电容带进去计算。4.1.3计算时的注意事项1、计算完短路电流之后，要对设计中涉及的电力元件进行稳定性的测算（包括动稳定和热稳定），还要对电气的开关开断时所产生的电流进行验证，在容量计算后，还需考虑一下所设计的变电站的未来规划与发展前景；2、进行导体的短路电流选择，注意考虑异步电机和电容补偿装置的影响，因为在电气连接图中，这种电机具有反馈动作，而电容补偿装置在开关电流的时候会放电产生电流从而影响计算的结果；第四章 短路电流计算3、进行电气元件的选择时，当电路中不带电抗器回路，在选择短路点进行计算时，一般会将其定在正常接线时短路电流最大的那个位置，以方便计算，且这样的结果具有代表性。4.2计算短路电流的步骤4.2.1变压器参数按照教材，计算短路电流时将功率基准值设定为，电压的基准值默认为各电压的平均额定值。按照第二章中所说，我们选用的是两台osfp7-40000/220三绕组变压器，它是。项目阻抗电压百分值高-中10%高-低30%中-低20%表4-1 阻抗电压百分值 图4-1 等值电路4.2.2电气元件参数计算按照教材规定确定。 分析后，我在每一级的电压等级上选择短路点 。本设计的变电站在正常运行时是两台变压器单独运行的，当一台变压器故障，另一台变压器就会运行，从而保证电力用户的24h不断电。而目前考虑的是正常运行时候的短路情况。4.2.3 220kv侧k1点的短路电流计算图4-2 k1的等值电抗网络图39第四章 短路电流计算电源电抗的合并：图4-3 k1的等值电抗网络图化简图（1）则根据以上数据把网络简化如下： 图4-4 k1的等值电抗网络图化简图（1）再用星形接线化为三角形接线进一步将上右图化简为下图：图4-5 k1的等值电抗网络图化简图（2）k1点短路电流计算电抗第一步：计算各电源供给的短路电流。有限容量电源根据其电源电抗查运算曲线（本设计中查询汽轮机发电机曲线），这样可以得到灭一个时刻的短路电流标幺值，那么有名值就会求出。电源c1在短路点处产生的短路电流：先以电源g1容量为基准容量求出，并且以短路点的平均电压为基准电压算电流的基准值。 根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的0s曲线，查出对应。 根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的1.55s曲线，查出对应。 根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的3.1s曲线，查出对应。 电源c2在短路点处产生的短路电流：先以电源g2容量为基准容量求出，并且以短路点的平均电压为基准电压算电流的基准值。根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的0s曲线，查出对应。 根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的1.55s曲线，查出对应。 根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的3.1s曲线，查出对应。 电源c3在短路点处产生的短路电流：先以电源g3容量为基准容量求出，并且以短路点的平均电压为基准电压算电流的基准值。根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的0s曲线，查出对应。 根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的1.55s曲线，查出对应。 根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的3.1s曲线，查出对应。 第二步：计算短路点的总三相短路电流第三步：计算出短路点的短路容量。第四步：求三相短路冲击电流。（此时取）4.2.4 110kv侧k2 点短路的计算k2点的三相短路等值电抗网络图可以根据之前的任务书中的图画出：化简短路等效图： 图4-6 k2点的三相短路等值电抗网络简化图第一步：计算110kv侧的所有电源供给的短路电流：电源c1在短路点处产生的短路电流：先以电源g1容量为基准容量求出，并且以短路点的平均电压为基准电压算电流的基准值。根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的0s曲线，查出对应。 根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的1.55s曲线，查出对应。 根据短路电流周期分量计算曲线数字表中的汽轮发电机计算曲线数字表中的3.1s曲线，查出对应。 电源c2在短路点处产生的短路电流：先以电源g2容量为基准容量求出，并且以短路点的平均电压为基准电压算电流的基准值。但是，短路点距离太大，所以对发电机的电压无影响，即发电机的电压在短路时保持不变。所以短路电流周期值分量的值不会随着时间的变化而产生改变。所以有下面结论：有限容量电源系统gs供给在短路点处产生的短路电流：先求以电源gs容量为基准的容量，一段路店的平均电压为基准电压算电流的基准值。但是，短路点距离太大，所以对发电机的电压无影响，即发电机的电压在短路时保持不变。所以短路电流周期值分量的值不会随着时间的变化而产生改变。所以有下列结论：第二步：求短路点总的三相短路电流第三步：计算出短路点的短路容量。第四步：求三相短路冲击电流。（此时取）4.2.5 10kv侧k2 点短路的计算 k3点三相短路等值电抗网络图化简如下： 图4-7 k3点三相短路等值电抗网络图化简图;利用分布系数法：k3点短路计算电抗： 第一步：计算10kv侧的所有电源供给的短路电流：电源c1在短路点处产生的短路电流：先以电源g1容量为基准容量求出，并且以短路点的平均电压为基准电压算电流的基准值。 但是，短路点距离太大，所以对发电机的电压无影响，即发电机的电压在短路时保持不变。所以短路电流周期值分量的值不会随着时间的变化而产生改变。所以有如下结论：电源c2在短路点处产生的短路电流：先以电源g2容量为基准容量求出，并且以短路点的平均电压为基准电压算电流的基准值。但是，短路