kV变电站工程电气部分设计-毕业论.doc

昆明理工大学成人高等教育昆明理工大学成人高等教育 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 姓姓 名：名： 尹忠魁尹忠魁 学学 号：号： 13425301401541342530140154 专专 业：业： 电气工程及自动化电气工程及自动化 年年 级：级： 20132013 级级 学习形式：函学习形式：函 授授 夜夜 大大 脱脱 产产 学习层次：高起本学习层次：高起本 专升本专升本 高起专高起专 函函 授授 站：站： 楚雄楚雄 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 2 页 (共 85 页) 昆明理工大学成人高等教育昆明理工大学成人高等教育 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 1 11 10 0kVkV 变电站工程电气部分设计变电站工程电气部分设计 学生姓名：学生姓名： 尹忠魁尹忠魁 学学 号：号： 13425301401541342530140154 专业班级：专业班级：电气工程及其自动电气工程及其自动 20132013 级级 学习形式：学习形式：函授函授 夜大 脱产 学历层次：学历层次：高起本 专专升升本本 高起专 函函 授授 站：站： 楚雄楚雄 毕业设计（论文）内容：毕业设计（论文）内容： 1 1、设计参数：、设计参数： 序号 变电站 类 型 电压 (kV) 进出线 回数 所用电率 (%) 电源距离 (km) Tmax 系统容量 (MVA) *d X 穿越功率 (MVA) 4 区域变 11060.4445420020001.75 45 负荷数(条)总负荷（MW）距离 km电缆 序 号 l X /km 1103510110351011035103510 距离 km cos 40.4- 812- 3520- 3010-12.50.8 2 2、设计条件：、设计条件：海拔 2500m ，污秽等级 3，地震裂度8 级，最高气温 35C，最低 气温-5C，平均温度 16.5C，最热月平均温度 25C，其他条件不限。 3 3、设计任务：、设计任务：变电站电气主接线设计，绘制电气主接线图；短路电流计算；变 电站主要导体和电气设备选择校验；变电站屋外高压配电装置设计，绘制屋外配电装 置平面布置图、断面图；变电站过电压及防雷保护规划设计，绘制变电站直击雷保护 范围图；变电站继电保护配置规划设计，绘制变电站继电保护配置规划配置图；编制 设计说明书（含计算书） 。 专题（子课题）题目：专题（子课题）题目： 无无 内内 容：容： 无无 设计（论文）指导教师（签字）：设计（论文）指导教师（签字）： 主主 管管 教教 学学 院院长（签字）：长（签字）： 20172017 年年 1 1 月月 1010 日日 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 3 页 (共 85 页) 题 目：110kV 变电站电气部分设计 设计作者 学 校：昆明理工大学昆明理工大学 班 次：20132013 级级 姓 名：尹忠魁尹忠魁 指导教师： 单 位：昆明理工大学昆明理工大学 姓 名： 职 称：高高 级级 工工 程程 师师 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 4 页 (共 85 页) 目目 录录 摘摘 要要6 6 第一章第一章 绪绪 论论7 7 第二章第二章 变电站电气主接线设计变电站电气主接线设计1212 2.1 电气主接线设计概述 .12 2.2 电气主接线的初步方案选择设计 .17 2.3 电气主接线方案的经济技术比较 .21 2.4 最优电气主接线方案的确定 .21 2.5 变电站主变和厂用变选择 .22 2.6 变电站所用电设计 .23 2.7 最优电气主接线图绘制 .24 第三章第三章 短路电流计算短路电流计算2525 3.1 短路电流计算概述 .25 3.2 短路电流计算过程 .28 3.3 短路电流计算成果 .35 第四章第四章 变电站主要导变电站主要导体体和电气设备选择检验和电气设备选择检验3737 4.1 导体和电气设备选择设计概述 .37 4.2 导体的选择和校验 .40 4.3 电气设备的选择和校验 .44 4.4 无功补偿装置选择设计 .57 4.5 导体和设备选择成果汇总表 .59 第五章第五章 变电站屋外高压配电装置选择设计变电站屋外高压配电装置选择设计6262 5.1 变压配电装置概述 .62 5.2 高压配电装置的优化设计 .65 5.3 高压配电装置平面布置图和断面图的绘制 .67 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 5 页 (共 85 页) 第六章第六章 变电站过电压及防雷保护规划设计变电站过电压及防雷保护规划设计7070 6.1 变电站过电压及防护概述 .70 6.2 变电站避雷器的配置规划与选择 .71 6.3 变电站避雷针配置规划及保护范围计算 .73 6.4 变电站接地设计 .74 第七章第七章 变电站继电保护配置规划设计变电站继电保护配置规划设计7676 7.1 变电站继电保护的配置规划概述 .76 7.2 继电保护配置规划设计 .77 7.3 变电站继电保护配置图绘制 .83 结结 论论8585 总结与体会总结与体会8686 谢谢 辞辞8888 参考文献参考文献8989 附附 录录9090 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 6 页 (共 85 页) 摘摘 要要 本文主要进行 110kV 变电站设计，对象模拟“110kV*输变电工程” （在建项目） ， 变电站类型为区域变电站。 本次设计中进行了电气主接线的论证、短路电流计算、主要电气设备的选择及校 验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器） 。分为任务书和说明书两部分， 同时附有变电站电气主接线图、变电站高压配电装置平面图、变电站高压配电装置断 面图、变电站继电保护配置规划图、变电站直击雷保护范围图。该站内主接线分为 110kV、35kV 和 10kV 三个电压等级。 首先根据任务书所给系统及线路和所有负荷的有关技术参数，通过对所建变电站 及出线的考虑和对负荷资料的分析，满足安全性、经济性及可靠性的要求，确定 110kV、35kV、10kV 侧主接线的形式，然后通过负荷计算及供电范围确定主变台数、容 量及型号，从而得出各元件的参数，进行等值网络化简，然后选择短路点进行短路计 算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，对包括母线、断路器、隔离开关、 电压互感器、电流互感器在内地电气设备进行选择和校验，并确定配电装置。根据负 荷及短路计算，为线路、变压器、母线配置继电保护并进行整定计算。本文同时对防 雷接地及补偿装置进行简单的分析，最后给出电气主接线图。 关键词：变电站 主接线 短路电流 装置选择 继电保护 防雷保护 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 7 页 (共 85 页) 第一章第一章 绪绪 论论 一、毕业设计目的和意义一、毕业设计目的和意义 毕业设计是检验几年来所学专业知识的一个重要手段，是培养综合素质和工程实 践能力的教育过程，是完成教学计划、实现培养目标的重要教学环节。 毕业设计可以培养独立工作、独立思考并运用已学的知识解决实际工程技术问题 的能力，结合课题的需要可培养独立获取新知识的能力；可以通过毕业设计加强对文 献检索与翻译、计算、绘图、实验方法、数据处理、编辑设计文件、使用规范化手册、 规程等最基本的工作实践能力的培养。 成人教育学生具有社会实践优势，通过毕业设计的训练，可以使自己进一步巩固 加深所学的基础理论、基本技能和专业知识，使之系统化、综合化。 经过毕业设计，所学专业理论知识将得到相当的运用和实践，设计过程与日常工 作开展实践的充分结合将使自己所学的理论知识提升到更高的运用层次，为完成实际 工程设计奠定扎实的基本功和基本技能，最终达到学以致用的目的。 二、毕业设计选题原由二、毕业设计选题原由 电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络，它包括通过电的或机械 的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是 电力元件，它们对电能进行生产（发电机） 、变换（变压器、整流器、逆变器） 、输送 和分配（电力传输线、配电网） ，消费（负荷） ；另一类是控制元件，它们改变系统的 运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。而变电站是联系发电 厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，依据我国的国情，以及我国多年 来积累的关于变电站设计的实践和经验，目前我国变电站建设系统容量越来越大，短 路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高，而随着科 学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，综自程 度越来越高，遥控遥信技术在广大范围内得到了应用，电力系统的变电技术也有了新 的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。 目前，结合地域特点和供电可靠性的要求，一乡（镇）一站（变电站）的变电站 设置方式得到了广泛推广应用。 本人的工作岗位为电网规划，主要从事区域配电网规划和配电网建设项目前期管 理工作（项目可研、设计组织管理） ，结合实际工作实践，参考目前正在实施 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 8 页 (共 85 页) “110kV*输变电工程” （在建项目） ，本次毕业设计选题为“110kV 变电站电气部分设 计” ，旨在深入掌握 110kV 变电站设计的基本流程，变电站电气主接线的选定、主要设 备选型、短路计算、防雷接地保护等相关知识，这既是对几年来所学专业知识的一次 实践，又能结合工作实际需求，提高自身专业理论水平和实际工作能力。 三、设计任务要求三、设计任务要求 1.本次设计任务的要求 根据设计任务书的要求，分析原始数据资料后，基本明确本次变电设计任务，即 在规定的时间内完成 110kV 变电站初步设计。最终得出以下成果：初步设计说明书、 计算书合订本一份；完成以下设计图：推荐方案电气主接线图一张、配电装置平面布 置图一张、配电装置断面图一张、防雷布置图一张。 2.本次设计的题目及参数 （1）设计参数 序号 变电站 类 型 电压 kV 进出 线数 所用 电率 % 电源 距离 km Tmax 系统 容量 MVA *d X 穿越 功率 MVA 4 地区 变电站 11060.4445420020001.75 45 负荷数(条)总负荷（MW）距 离 km电缆 序 号 l X /km 1103510110351011035103510 距离 km cos 40.4- 812- 3520- 3010 12.50.8 （2）设计条件：海拔 2500m ，污秽等级 3，地震裂度 8 级，最高气温 35C，最 低气温 -5C，平均温度 16.5C，最热月平均温度 25C，其他条件不限。 （3）设计任务：变电站电气主接线设计，绘制电气主接线图；短路电流计算； 变电站主要导体和电气设备选择校验；变电站屋外高压配电装置设计，绘制屋外配电 装置平面布置图、断面图；变电站过电压及防雷保护规划设计，绘制变电站直击雷保 护范围图；变电站继电保护配置规划设计，绘制变电站继电保护配置规划配置图；编 制设计说明书（含计算书） 。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 9 页 (共 85 页) 四、对设计课题和原始资料的分析四、对设计课题和原始资料的分析 1.设计题目：110kV 变电站电气部分设计 2.原始资料 （1）建设性质及规模 本站位于*市西南部山区，主要以 35kV 电压向周边乡（镇）7 座 35kV 变电站 （公用变电站）辐射供电，优化区域 35kV 网架结构，缩短 35kV 线路供电半径。同时， 以 10kV 电压向该站所在及邻近乡（镇）直供电。其性质为区域变电站。 电压等级：110/35/10kV 线路回数：110kV 近期 4 回，远景发展 2 回；35kV 近期 4 回，远景发展 4 回； 10kV 近期 5 回，远景发展 5 回。 （2）设计课题分析 主题主题内容已知参数自然条件分析结论 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 10 页 (共 85 页) 110kV 变电站 工程电 气部分 初步设 计 设计主题内容为 110/35/10kV 区域变电 站的电气主接线、配电 装置、防雷接地、继电 保护的配置规划，其设 计的重点是变电站电气 主接线的拟订及配电装 置的布置。设计内有电 气主接线方案的设计、 短路电流计算、导体、 设备选型、设计防雷保 护和接地装置、继电保 护的配置规划、绘制电 气一次主接线图、配电 装置的平面布置图、断 面图以及防雷图、写设 计说明书。 110kV 部分有 110kV 进出线 4 回， 其中进线设计回， 出线路回，电源距 离 44 公里，系统 容量 2000MVA，最 大利用小时 4200h，系统电抗 1.75，所用电率 0.44。35kV 部分， 出线 8 回，供电距 离 30 公里，供电 负荷 35MW。10kV 部分，出线 12 回， 供电距离 10 公里， 供电负荷 20MW，其 中有一回电缆供电， 供电距离 2.5 公里。 功率因数 0.8，穿 越功率 45MVA。 海拔 1600m ，污秽等级 3，地震裂度 8 级，最高气 温 35 度，最 低气温 -5 度， 平均温度 16.5 度,最热 月平均温度 25 度，其他 条件不限。 该变电站具有 110kV、35kV、10 kV 三 个电压等级，110kV 侧以接受功率为主。 110kV 侧共有 6 回进线，35kV 侧有 8 回出线，10kV 侧有 12 回出线，因此， 根据电气工程设计手册相关内容， 110kV 主接线适宜双母线接线，35kV 适宜双母线接线或单线分段接线，10kV 侧适宜单母线分段或双母线接线，配电 装置适宜采用普通中型配电装置，在设 备部分主变中性点及出线均装设避雷器， 中性点经隔离开关直接接地，并装设有 两段零序保护及放电间隙保护。在 110kV 变电站中它主要用于降压，此变 电站中我们采用了三相变压器，在功率 和电压等级上完全满足了我们的设计需 要。电气主接线由于直接影响着电力系 统的可靠性，至关重要，因此对它的选 择应加以足够的重视。考虑到系统的可 靠性、灵活性、经济性等因素，所以在 本变电站中可以考虑采用无功补偿装置。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 11 页 (共 85 页) 第二章第二章 变电站电气主接线设计变电站电气主接线设计 2.1 电气主接线设计概述 一、一、 电气主接线设计依据电气主接线设计依据 1、 设计任务书要求； 2、 变电站设计技术规程 ； 3、 电力工程设计手册 ； 4、根据变电站在电力系统中的地位和作用； 5、根据变电站的最终建设规模； 6、根据变电站负荷的大小和重要性； 7、根据系统备用容量的大小； 8、根据变电站主接线设计的具体参数； 二、变电站主接线设计的原则二、变电站主接线设计的原则 电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、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，尽可能地节省投资，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。在接线 方式上，根据电力工程电气设计手册对于变电站的电气接线，当能满足运行要求 时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥 形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在 110kV220kV 配 电装置中，当出线为 2 回时，一般采用桥形接线；当出线不超过 4 回时，一般采用分 段单母线接线。在枢纽变电站中，当 110220kV 出线在 4 回及以上时，一般采用双母 接线；在大容量变电站中，为了限制 610kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措 施：变压器分列运行、在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器、采用低压侧为分裂 绕组的变压器、出线上装设电抗器。主接线应使满足供电可靠，运行灵活和经济等基 本要求。 （一） 可靠性方面 （1）可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考 虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验 的总结，设计时应予遵循。 （2）主接线的可靠性是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的 综合，主接线设计要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 12 页 (共 85 页) （3）是可靠性并不是绝对的，评价可靠性时不能脱离变电站在系统中的地位和作 用，充分从断路器检修时，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， 以及变电站全部停运的可能性等。 （二） 灵活性方面 （1）要调度灵活，操作简便，应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调 配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。 （2）在检修是应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而 不影响电力网的正常运行及对用户的供电。 （3）在负荷增加扩建时应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在 不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且 一次和二次设备等所需的改造最少。 （三）经济性方面 （1）做到投资省，主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资。 （2）占地面积小，电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地 和节省构架、导线、绝缘子及安装费用，在运输条件许可的地方，都应采用三相变压 器。 （3）三是电能损耗少，在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应 经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。 （四）其它 （1）变电站的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，如 桥形接线、变压器线路组等，在满足继电保护的要求下，也可在地区线路上采用分 支接线，即 T 形接线，但在系统主干网上不得采用分支接线。 （2）在具有两台主变压器的变电站中，当 35kV220kV 线路为两回时，若无特 殊要求，该电压级主接线均采用桥形接线。 （3）在 35kV60kV 配电装置中，当线路为 3 回以上时，一般采用单母线或单 母线分段接线。若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母 线接线。 （4）在 6kV35kV 配电装置中，线路回数不超过 5 回时，一般采用单母线接线 方式，线路在 6 回及以上时，一般采用单母线分段的接线方式。当短路电流较大时、 出线回路数较多、功率较大等情况时，可采用双母线接线方式。通常，不设旁路断路 器。 （5）在 110kV220kV 配电装置中，当线路为 34 回时，一般采用单母线分段接 线，若在枢纽变电站，线路在 4 回及以上时，一般采用双母线接线。 （6）如果断路器不允许停电检修，则应增设相应的旁路设施，其原则基本同发电 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 13 页 (共 85 页) 厂，当需旁路的断路器较少时，首先考虑采用以母联或分段断路器兼作旁路断路器。 在 35kV60kV 配电装置中，若接线方式为单母线分段，可增设旁路母线和隔离开关， 用分段断路器兼做旁路断路器；若为双母线时，可不设旁路母线，仅增设旁路隔离开 关，用母联断路器兼作旁路断路器。在 110kV220kV 配电装置中，若最终出线回路 较少时，亦可用母联兼作旁路断路器，当 110kV 线路在 7 回及以上时，220kV 线路 在 5 回及以上时，一般专设旁路断路器；在系统中地位重要的变电站，110kV 线路在 6 回及以上、220kV 线路在 4 回及以上时，亦设置专用旁路断路器。 （7）变电站主变压器的 110kV220kV 侧断路器常接入旁路母线。 （8）当采用六氟化硫（SF6）等性能可靠、检修周期长的断路器以及更换迅速的 手车式断路器时，均可不设旁路设施。供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主 接线首先应满足这个要求。对可靠性应注意的问题：应重视国内外长期运行的实践经 验及其可靠性的定性分析。主接线可靠性的衡量标准是运行实践。主接线的可靠性要 包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。主接线的可靠性在很大 程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。要考虑所设 计变电站在电力系统中的地位和作用。主接线可靠性的具体要求如下： 1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。 2) 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并保 证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 3) 尽量避免发电厂、变电站全部停运的可能性。 （9）设计步骤 1）分析原始资料，从本工程情况、变电站类型、设计规划容量（近期，远景） ， 主变台数及容量、电力系统情况、负荷情况、环境条件、设备制造情况等资料汇集并 分析，保证设计的先进性、经济性和可行性。 2）拟定主接线方案，根据设计指导老师下发的设计任务书要求在原始资料分析的 基础上，可拟定出若干个主接线方案，对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量 以及母线结构等充分考虑，应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的 技术合理、经济可行的主接线方案。 3）对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。 4）高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。 5）五是将最终确定的主接线，按工程要求，绘制电气主接线图 6）将通过复核的设计资料打印并提交，准备答辩。 三、变电站电气主接线设计规程条文说明 电气主接线是根据变电站在电力系统中的具体用途条件确定的，它以电源和出线 为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作 为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本站各电压等级进 出线均超过四回，采用有母线连接。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 14 页 (共 85 页) 四、变电站电气主接线设计方法 1、单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装 置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时， 均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回 路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电， 并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。 单母接线适用于：110200KV 配电装置的出线回路数不超过两回，3563KV，配 电装置的出线回路数不超过 3 回，610KV 配电装置的出线回路数不超过 5 回，才 采用单母线接线方式， 2、单母组分段接线 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切除，保证正常段母线不间断供 电和不致使重要用户停电。但是，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，而出线为双回时，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，单母分段适用于： 110KV220KV 配电装置的出线回路数为 34 回，3563KV 配电装置的出线回 路数为 48 回，610KV 配电装置出线为 6 回及以上，则采用单母分段接线。 3、单母分段带旁路母线 这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为 35110KV 的 变电站较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 4、桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它 可分为内桥和外桥接线。 内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采 用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。 外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有 穿越功率，较为适宜。为检修断路器 LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离 开关以供检修 LD 时使用。当线路故障时需停相应的变压器。 所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有：使用断路器少、布置简单、造价低等 优点，但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。 5、一个半断路器接线 两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电 可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占 地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。 6、双母接线 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 15 页 (共 85 页) 它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停 止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条” ，则该回路在检 修期需要停电。对于，110K220KV 输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线 检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定， 110KV220KV 双母线接线的配电装置中，当出线回路数达 7 回， （110KV）或 5 回 （220KV）时，一般应装设专用旁路断器和旁路母线。 7、双母线分段接线 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接 到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式 是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。 而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停 运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在 11 回及以下时，母线不分段。 综上几种主接线的优缺点和可靠性及经济性，根据设计的原始资料可知该变电站 选择双母线接线方式。为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其 保护装置和检修及调试） ，不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。当 110KV 出线为 7 回及以上，220KV 出线在 4 回以下时，可用母联断路器兼旁路断路 器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。 8、增设旁路母线 为了保证单母线分段或双母线的配电装置在进出线断路器检修时不中断对用户的 供电，可在需要的时候增设旁路母线，以便提高供电可靠性，减少负荷停电时间，但 这会导致投资增加。 2.2 电气主接线的初步方案选择设计 一、一、110kV110kV 侧主接线选择侧主接线选择 110kV 侧共有进出线 6 回。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 16 页 (共 85 页) 名称优点缺点适用范围备注 单母线 分段接 线 1、用断路器把母线分段后，对 重要用户可从不同段进行供电； 2、任意一段母线故障时，可保 证正常母线不间断供电。 1、当一段母线或母线隔 离开关故障或检修时， 该段母线的回路都在检 修期内停电；2、当出线 为双回路时，常使架空 线路出现交叉跨越。3、 扩建时需向两个方向均 衡扩建。 110220kV 配电装置 出线回路数为 34 回 不适应本站，但 可靠性较差。 双母线 接线 1、供电可靠，检修母线及工作 母线发生故障时，能利用备用 母线正常工作；2、调度灵活， 能适应系统中各种运行方式调 度和潮流变化需要；3、扩建方 便；4、便于试验。 1、增加一组母线每回路 就需增加母线隔离开关； 2、母线故障或检修时， 容易误操作；3、出线断 路器检修时，线路无法 供电。 110220kV 配电装置 出线回路数为 5 回及 以上时，或当 110220kV 配电装置， 在系统中居于重要地 位，出线回路为 4 回 及以上时。 适用于本站，但 可靠性稍差。 双母线 带旁路 接线 1、具有双母线接线的各种优点； 2、检修出线断路器时，能够正 常供电。 增加投资。 110kV 出线在 6 回及以 上，220kV 出线在 4 回 及以上。 适用于本站，满 足供电可靠性。 二、二、35kV35kV 侧主接线选择侧主接线选择 35kV 侧出线 8 回，供电负荷 35MW。 名称优点缺点适用范围备注 单母线 接线 接线简单清晰，设备少，操作方 便，便于扩建和采用成套配电装 置。 不够灵活可靠，母线任一元件 故障或检修均需使整个配电装 置停电。 3563kV 配电 装置的出线回 路数不超过 3 回。 不适应本站。 单母线 分段接 线 1、用断路器把母线分段后，对重 要用户可从不同段进行供电；2、 任意一段母线故障时，可保证正 常母线不间断供电。 1、当一段母线或母线隔离开关 故障或检修时，该段母线的回 路都在检修期内停电；2、当出 线为双回路时，常使架空线路 出现交叉跨越。3、扩建时需向 两个方向均衡扩建。 3563kV 配电 装置的出线回 路为 48 回时。 适用于本站， 但可靠性较差， 扩建困难。 双母线 接线 1、供电可靠，检修母线及工作母 线发生故障时，能利用备用母线 正常工作；2、调度灵活，能适应 系统中各种运行方式调度和潮流 变化需要；3、扩建方便；4、便 于试验。 1、增加一组母线每回路就需增 加母线隔离开关；2、母线故障 或检修时，容易误操作；3、出 线断路器检修时，线路无法供 电。 3563kV 配电 装置的出线回 路数超过 8 回 时，或连接电 源较多，负荷 较大时。 适用于本站。 三、三、10kV10kV 侧主接线选择侧主接线选择 10 kV 侧出线 10 回，供电负荷 20MW。 名称优点缺点适用范围备注 单母线 接线 接线简单清晰，设备少，操作方 便，便于扩建和采用成套配电装 置。 不够灵活可靠，母线任一元件 故障或检修均需使整个配电装 置停电。 610kV 配电装 置的出线回路 数不超过 5 回。 不适应本站。 单母线 分段接 线 1、用断路器把母线分段后，对重 要用户可从不同段进行供电；2、 任意一段母线故障时，可保证正 常母线不间断供电。 1、当一段母线或母线隔离开关 故障或检修时，该段母线的回 路都在检修期内停电；2、当出 线为双回路时，常使架空线路 出现交叉跨越。3、扩建时需向 两个方向均衡扩建。 610kV 配电装 置的出线回路 为 6 回及以上。 适用于本站。 双母线1、供电可靠，检修母线及工作母1、增加一组母线每回路就需增610kV 配电装适用于本站。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 17 页 (共 85 页) 接线线发生故障时，能利用备用母线 正常工作；2、调度灵活，能适应 系统中各种运行方式调度和潮流 变化需要；3、扩建方便；4、便 于试验。 加母线隔离开关；2、母线故障 或检修时，容易误操作；3、出 线断路器检修时，线路无法供 电。 置，当短路电 流较大出线需 要带电抗器时。 四、初步方案的选定四、初步方案的选定 1、110kV 侧接线： 方案：双母线接线 据电力工程电气设计手册 ，110kV 至 220kV 配电装置出 线回路数 5 回或者以上必须选择双母线接线规定。而本站 110kV 侧有出线 6 回，但出 线断路器检修或故障时，该回路必须停电。 方案：双母带旁路接线 这种接线增加了旁母、旁路断路器、旁路隔离开关等， 虽然增加投资成本，但供电可靠性提高，出线断路器故障或检修时，保证了对该站供 电，同时保证了穿越功率对外输送。 2、35kV 侧接线： 方案：双母线接线 据电力工程电气设计手册 ，35kV 至 63kV 配电装置出线 回路数超过 8 回，或连接电源较多，负荷较大时，选择双母线接线规定。但出线断路 器检修或故障时，该回路必须停电。而本站 35kV 侧有出线 8 回，供电负荷 35MW，平均 单条线路供电负荷 4.375MW，且 35kV 断路器检修时间较短，故选择双母线接线。 方案：单母线分段接线 据电力工程电气设计手册 ，35kV 至 63kV 配电装置 出线回路数为 4 至 8 回时，选用单母线分段接线。本站 35kV 供电负荷 35MW，总供电负 荷较大，故不选该接线方式。 3、10kV 侧接线： 方案：单母线分段接线 据电力工程电气设计手册 ，6kV 至 10kV 配电装置 出线回路数为 6 回及以上，选用单母线分段接线的规定。本站 10kV 共有出线 12 回， 为提高供电可靠性，在选择 10kV 出线断路器时，用性能较好的六氟化硫开关，所以暂 时选择单母线分段接线。 方案：双母线接线 据电力工程电气设计手册 ，6kV 至 10kV 配电装置，当 短路电流较大，出线需要带电抗器时，选择双母线接线规定。待到短路计算完成，需 要出线带电抗器时，选择双母线接线。 初步主接线方案一 110kV 侧35kV 侧10kV 侧 双母线分段接线双母线接线单母线分段接线 初步方主接线案二 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 18 页 (共 85 页) 110kV 侧35kV 侧10kV 侧 双母线接线双母线接线单母线分段接线 2.3 电气主接线方案的经济技术比较 主接线所选的两个初步方案，主接线中压、低压次侧方案相同，只比较一次侧方 案。 方案方案 特性特性特点特点经济性经济性可靠性可靠性灵活性灵活性 一 当本站出线断路器故障或 检修检修时，均可通过旁 路母线正常正常送电，提 高供电可靠性；今后扩建 方便，但占地面积有所增 加。 增加了盘路母线，占 地面积较有所增加， 从设备上来看，需多 加一个间隔设备及 7 组隔离开关，建设费 用增加。 当进出线断路器故 障或检修时，可由 盘路临时供电。 能适应系统中各种 运行方式调度和潮 流变化需要，试验 方便。 二 今后扩建方便；当进出线 断路器故障或检修时，故 障或检修断路器的进出线 必须停电；占地面积较第 一方案少。 较经济 当进出线断路器故 障或检修时，故障 或检修线路只好停 运 能适应系统中各种 运行方式调度和潮 流变化需要，试验 方便。 2.4 最优电气主接线方案的确定 通过以上分析比较，可以发现第一方案虽然投资费用有所增加，但可以保证断路 器故障或检修时正常供电，供电可靠性较高，符合当前市场发展的总体需求，110kV 断 路器故障修复时间一般是 6 至 7 天，而且因故障停电造成的停电损失是少供电量电费 的成本的十倍，从已知条件可知，本站 35kV 侧供电负荷 35MW，10kV 侧供电负荷 20MW，110kV 侧有穿越功率 45MVA。以断路器故障停电一次造成少供负荷 10 MVA，6 天 修复，将造成少供电量 225.23 万 kWh,造成的损失就相当于 22523 万 kWh。考虑综合因 素选第一方案为本变电站的主接线方案。 110kV 侧35kV 侧10kV 侧 双母线分段接线双母线接线单母线分段接线 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 19 页 (共 85 页) 2.5 变电站主变和厂用变选择 变压器是主要的电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务， 确定合理的变压器台数、容量和型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。特别 是我国当前的能源政策是开发、利用、节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安 全可靠供电的基础上，确定变压器的台数、容量和型号，提高网络的经济运行将具有 明显的经济效益。 从任务书原始资料分析，本次设计任务的变电站是 110kV 区域变，它是以 110kV 受功率为主，把所受功率转供至其它 110kV 变电站和通过主变传输至 35kV 及 10kV 母 线上，因此，选择主变台数时，要确保供电的可靠性,保证两台变压器不出现同时停运。 为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电站中一般 装设两台主变压器。考虑到两台主变压器同时发生故障机率较小，适用远期负荷的增 长及扩建，而当一台主变压器故障或检修时，另一台主变压器可承担 70的负荷，保 证全变电站正常供电，故选择两台主变压器互为备用，提高供电可靠性。 在具有三种电压等级的变电站，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压 器容量的 15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备，主变宜 采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两 台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电站具有三种电压等级，考虑到运行维 护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器，变压器选择性能比较： 比 较单台变压器两台变压器 供电安全比满足要求满足要求 供电可靠性基本满足要求满足要求 供电质量电压损耗略大电压损耗略小 灵活方便性灵活性差灵活性好 技 术 指 标 扩建适用性稍差好 经济 指标 电力变压器的综合投 资 跟两台变压器相比所需要的花费 要少 花费投资比较多 一、主变压器的选定一、主变压器的选定 主变容量一般按变电站建成后 510 年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期 1020 年的负荷发展，对于城郊变电站，主变压器容量应与城市规划相结合，对于有 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 20 页 (共 85 页) 重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足 60%的全部最大综合计算负荷，该变电站 35kV 侧负荷为 35MW，10kV 侧负荷为 20MW，功 率因数 0.8。当一台主变压器故障或检修时，另一台主变压器按可承担 7080的 负荷保证全变电站的正常供电进行选择。 S=0.7（3520）/0.848.125(MVA) *1-248.125 (MVA) 查电力工程电气设计手册334 页（Sj=100kVA） ， 额定电压（kV） 型号容量比 高压侧中压侧低压侧 U*1-2%U*1-3%U*2-3% SFSL7-63000100/100/5012138.510.518.510.56.5 二、所用变压器的选定二、所用变压器的选定 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，所用电源 引接方式具有经济性和可靠性较高的特点。本站所用电占用率 0.44。 所用变压器容量的确定： S（3520）0.44/0.80.3025（MVA）302.5（kVA） 查电力工程电气设计手册412 页，选择 SLZ7-315/10 型变压器，其技术数据见 下表。 额定电压(kV)损耗（kW） 型号 额定容量 （kVA）高压低压空载负载 阻抗电 压 （） 空载电 流 （） 连接组 别 C-315/10315100.40.883.4741.4 Y，yno 2.6 变电站所用电设计变电站所用电设计 变电站的所用电是变电站的重要负荷。在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维 护方便是要求，使设计达到经济合理、技术先进，保证变电站安全、经济的运行。 一、所用变压器台数的确定一、所用变压器台数的确定 本变电站总容量为 126MVA，另有 45MVA 穿越功率，且变压器采用强迫油循环水冷 型，为保证所用电运行可靠、安全，装设两台所用变压器。 二、所用电源的引接方式二、所用电源的引接方式 根据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 所用电源引接具有经济和可靠性较高的特点。本站采用从 10kV段母线引接一个电源， 从 10kV段母线引接一个电源的接线方式。 三、所用变压器低压侧接线三、所用变压器低压侧接线 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 21 页 (共 85 页) 所用电系统采用 380/220V 中性点直接接地的三相四线制，动力与照明和用一个电源。 所用电低压侧采用单母线分段接线方式，平时分列运行。 2.7 最优电气主接线图绘制最优电气主接线图绘制 一、绘制主接线图说明一、绘制主接线图说明 电气主接线是变电站为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电 气设备之间相互连接关系的传送电能的电路，此设计绘制主接线图内容包括变压器、 母线、断路器、隔离刀闸、线路等，为了清晰和方便，将三相电路图描绘成了单线图， 并将互感器、避雷器、电容器、中性点设备等元件也在图纸上表示了出来。 二、绘制的二、绘制的 CADCAD 图图 设计图纸按工程设计要求,采用 CAD 绘制，绘制图如下： 附：电气主接线方案图 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 电气工程及其自动化（函授）2013 级高起本：尹忠魁 第 22 页 (共 85 页) 第三章第三章 短路电流计算短路电流计算 3.1 短路电流计算概述 电力系统的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运 行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路，因为它们会破坏对用 户的正常供电，电气设备的正常运行。 短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地 （对于中性点接地系统）发生通路的情况。 在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相接地短路和单相 接地短路。其中三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时