煤矿地面变电所设计.doc

摘 要本次设计为110KV变电站的初步设计书。首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线.对电气设备的选型作了详细的说明和计算，短路电流的计算有严格的计算书。又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号。最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，做出线路保护，变压器保护，母线保护，防雷保护，从而完成了整个变电站设计。关键词:变电站；负荷计算；主接线；电气设备选型；继电保护ABSTRACTThe design of 110 KV substations is for preliminary design. First, according to the task given system and line book and all the parameters, make the analysis of load development trend. From the load increasing illustrates the necessity of the establishment of construction, and then through the generalization of substation and outlet to consider, and through the analysis of the data of load, safety, economy and reliability into consideration, determine the 110 KV and consumers 10 kV power station, as well as 35kV main connection. Analyses the argumentation of 110 KV substations auto-switch manner of various advantages of electrical equipment selection and calculation, the detailed description of short-circuit current calculation have strict calculations. And through the load calculation and scope of supply determined, the main transformer capacity and models. Finally, according to the maximum continuous working current and short circuit calculation results of calculation, make line protection, transformer protection, bus bar protection, lightning protection, substation to finish the whole design.Keywords: Transformer substation；Consideration of load；Main Connection ；the choice of Electrical Equipment ；Relay目 录1 概述1.1课题来源11.2设计依据11.3设计范围11.4设计分工11.5设计的基本要求216基础资料21.6.1原始背景资料21.6.2变电站负荷情况分析42 电气主接线方案的确定52.1选择原则52.1.1主接线设计的基本要求62.1.2主接线的设计依据82.2主接线的方案与分析82.2.1 110KV侧主接线设计92.2.2 35KV侧主接线设计112.2.3 10KV侧主接线设计122.2.4 所用电设计133 主变压器台数和容量的选择143.1变压器的选择原则143.2主变压器型式的选择143.3主变中性点接地设计153.3.1110kV侧中性点接地方式153.3.235kV、10kV侧中性点接地方式153.4主变全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决163.5变压器台数的选择163.6变电站负荷计算173.7变压器容量的选择183.7.1主变容量选择及校验183.7.2所用变选择194 短路电流的计算214.1短路概述214.2 短路电流计算的目的224.3 短路电流计算的条件224.3.1基本假定224.3.2一般规定234.4短路电流的标么值算法234.5短路电流计算结果245 变电所电气设备选择295.1概述295.2选择设备的基本原则305.3断路器的选择315.3.1选择断路器时应满足以下基本要求315.3.2断路器的主要参数315.3.3断路器选择其他考虑因素315.3.4 110kV断路器的选择：325.3.5 35kV断路器的选择：335.3.6 10kV断路器的选择345.4隔离开关的选择345.4.1隔离开关的作用355.4.2形式结构355.4.3选择条件355.4.4选择隔离开关基本要求355.4.5 110kV隔离开关的选择365.4.6 35KV隔离开关的选择365.4.7 10kV隔离开关的选择375.5母线的选择375.6电流互感器的选择395.7电压互感器的选择406 继电保护配置426.1电力系统继电保护的作用426.2保护装置的装设原则：436.3电力系统继电保护的基本任务446.4继电保护的选择要求456.5继电保护的装置选择与整定466.6线路末端短路电流466.7线路保护整定466.8变压器保护：486.8.1变压器装设的保护种类486.8.2变压器保护的整定方法506.8.3变压器差动保护整定计算526.9母线保护527 防雷接地保护547.1变电所可能出线大气过电压的种类547.2直击雷保护：547.3避雷针装设注意问题547.4雷电侵入保护557.4.1保护措施557.4.2避雷器的设置557.5变电站的保护56总结57参考文献58致谢59附录: 110KV变电站电气主接线图601 概述1.1 课题来源本课题为本人毕业设计题目，具有一定的实践性和可行性。为满足经济发展的需要，根据有关单位的要求，决定修建一座110KV变电站。本变电站和电力系统中的S1、S2发电厂形成环网结构。负荷分为35KV和10KV两个等级。1.2 设计依据1、中华人民共和国电力公司发布的35kV110kV无人值班变电所设计规程（征求意见稿）2、某110kV变电站工程设计委托书。3、电力工程电气设计手册（电气一次部分）。1.3 设计范围1、所区总平面、交通及长度约20米的进所道路的设计。2、所内各级电压配电装置及主变压器的一、二次线及继电保护装置。3、系统通信及远动。4、所内主控制室、各级电压配电装置和辅助设施。5、所区内给排水设施及污水排放设施。6、所区采暖通风设施、消防设施。7、所区内的规划。8、编制主要设备材料清册。9、编制工程概算书。1.4 设计分工1、110kV配电装置以出线门型架为界，10kV电缆出线以电缆头为界。电缆沟道至围墙外1米。2、所外专用通信线、光纤系统通信、施工用电、用水等设施由建设单位负责。1.5 设计的基本要求（1）必须遵照国家标准，认真执行国家的技术经济政策，并应该做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、（2）积极采用新技术，提高自动化水平，尽量结合具体情况采用定型设计，做到工程技术先进、经济合理、安全适用，确保设计质量。（3）根据规划进行设计，必要时可分期建设，做到远、近结合，以近期为主，适当考虑工程扩建发展的可能。（4）从生产实际出发，树立设计、施工、运行的整体观念，防止片面性和绝对化。（5）必须从全局考虑，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和本地区供电条件，合理确定设计方案，满足供电可靠性的要求。电力工程设计技术人员应该坚持到现场调查，收集有关资料，使设计和施工、运行检修相结合，理论和实际相统一。16 基础资料1.6.1 原始背景资料 电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反应国家经济发展水平的重要标志。 随着社会的发展，电能被日益广泛的应用于工农业生产以及人民的日常生活中。电能可以方便的转化为其他形式的能源，例如机械能、热能、光能、磁能等，并且电能的输送和分配易于实现，可以输送到需要它的任何工作场所和生活场所。电能的应用规模也很灵活以电能作为动力，可以促进工农业的机械化和自动化。保证产品质量大幅度提高劳动生产率。同时提高电气化程度以电能代替其它形式的能源，是节约能耗消耗的一个重要途径。为了满足市区生产和生活的供电要求，按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建1中型110kV变电所。该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。同时和其他地区变电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。待建110kV变电站地址选在市开发区的北部，西邻一条南北公路，有良好的交通运输条件。电站年负荷增长率为5%，变电站总负荷考虑五年发展规划。 1、环境条件该站位于市开发区的北部，西邻一条南北公路。占地东西长69m，南北长66m，面积4554m2，合6.831亩。该站出线条件较好，110kV南面进出，35kV北面进出，10kV电缆从西侧进出(电缆沟)。交通方便，靠近乡镇，职工生活方便。围墙内自然高差与公路相差3m左右，回填土方量较大。（1）环境温度:-15C+35C，年平均15C。（2）相对湿度：月平均90%，日平均95%。（3）海拔高度:1000m。（4）地震烈度:不超过8度。（5）风速:35m/s。（6）最大日温差:25C。（7）土壤电阻率：100.cm。（8）地耐力：2.4kg/cm2。变电站选址避开了大气严重污秽和严重烟雾地区急冬季主导风向的影响，周围环境无易燃且无明显污秽，具有适宜的地质、地形和地貌条件(如避开断层、交通方便等)。并应考虑防洪要求，以及邻近设施的相互影响(如对通讯、居民生活等)。2、环境保护（1）变电所仅有少量生活污水，经处理后排入渗井。变压器事故排油污水，经事故油池将油截流，污水排入生活污水系统，对周围环境没有污染。（2）噪音方面是指变压器和断路器操作时所产生的电磁和机械噪声。对主变及断路器要求制造厂保证距离设备外壳2米处的噪声水平不大于65bB，以达到工业企业噪声卫生标准的规定。3、绿化在所内空闲地带种植草坪及绿篱，以美化环境。1.6.2变电站负荷情况分析本变电站和电力系统中的S1、S2发电厂形成环网结构，如果变电站110kV侧故障，则此环网结构就会瓦解，系统之间的紧密性就被破坏，轻则影响S1、S2发电厂的出力，重则可能会引起系统的解列等严重后果。对35kV侧来讲，本所供电对象是的冶炼厂，焦化厂，鞋厂，洗衣机厂的厂区和生活区及百货商场及其他散户，10kV侧供电对象是造纸厂，化工厂，毛纺厂，水泥厂，纺织厂，水厂，首饰厂的厂区和生活区及市医院和A、B、C三个居民小区。一旦停电，就会造成地区断电、断水等后果，严重影响的人民正常生活，还将造成机器停运，整个生产处于瘫痪状态，严重影响各厂生产的质量和数量。同时还可能造成对环境的污染，因此对本所的运行可靠性必须保证。在非特殊情况下，一般不允许对它们断电。鉴于以上情况，110kV侧线路回数采用4回，其中2回留作备用，35kV侧线路回数采用8回，另有2回留作备用，A厂、B厂采用双回路供电，10kV侧线路回数采用12回，另有2回留作备用，f厂采用双回路供电，以提高供电的可靠性。具体110KV变电所各电压级负荷数据如下表表1.1 110KV侧系统线路参数表系统1系统2线路参数S1（MVA）S2（MVA）L1（kM）L2（kM）L3（kM）6000.388000.45302025110kV侧线路回数采用4回，其中2回留作备用。表1.2 35kV负荷资料见下表负荷名称最大负荷MWCOS回路数冶炼厂5.80.92焦化厂550.92鞋厂5.10.91洗衣机厂3.70.91百货商场2.80.851散户3.30.85135kV负荷同时系数为0.9。35kV侧线路回数采用8回，其中2回留作备用。表1.3 10kV负荷资料见下表负荷名称最大负荷MWCOS回路数造纸厂4.20.851化工厂3.20.851毛纺厂3.20.851水泥厂3.10.851纺织厂3.40.851水厂5.20.852首饰厂2.80.851市医院3.10.91A居民区3.20.91B居民区3.10.91C居民区2.60.9110kV负荷同时系数为0.8510kV侧线路回数采用12回，另有2回留作备用2 电气主接线方案的确定电气主接线是指发电厂或变电站中的一次设备按照设计要求连接起来表示生产、汇集和分配电能的电路，也称为主电路。电气主接线是由高压电器通过主接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，组成为传输强电流、高电压的网络，故称为一次接线或电气主系统。变电所的电气主接线是变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，它与电力系统供电电源情况、负荷对供电可靠性的要求、配电装置的布置、继电保护自动装置和控制方式的拟定都有决定性关系。因此，电气主接线的合理设计，必须综合处理好各个方面因素，经过技术经济论证比较后方可确定。2.1 选择原则电气主接线的设计原则，应根据变电所在电力系统中得地位，负荷性质，出线回路数，设备特点，周围环境及变电所得规划容量等条件和具体情况，并满足供电可靠性，运行灵活，操作方便，节约投资和便于扩建等要求。具体如下:2.1.1主接线设计的基本要求主接线的基本要求：应满足安全性，可靠性，灵活性和经济性。（1）安全性安全是电力生产的首要任务，安全性的具体要求：1高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关；2低压断路器（自动开关）的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须设低压刀开关；3装设高压熔断器、负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关；、4 35KV及以上线路末端，应装设与隔离开关连锁的接地刀闸。5变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器宜与电压互感器共用一组隔离开关，线路上避雷器前不必装隔离开关。（2）可靠性保证供电可靠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。可靠性的具体要求： 1断路器检修时，不宜影响对系统和负荷的供电；2断路器和母线故障以及母线检修时应尽量减少停运的回路数及停运时间，并要保证对一级负荷及大部分二级负荷的供电。3尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。4. 大机组超高压电气主接线应满足可靠的特殊要求；5. 采用综合自动化，优化变电所设计：（3）灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。1调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。2检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行和对用户的供电。3扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。具体来说1变电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线；2两路电源进线，装有两台主变压器的变电所，当两路电源同时供电时，两台主变压器一般分列运行；当只一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并列运行；3 35KV及以上电源进线为双网络时，宜采用桥形接线或线路变压器组接线。4 带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关；5主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。6电气主接线方案按企业发展规划留有一定的发展余地，考虑到将来的发展扩建需要。（4）经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，做到经济合理。1投资省（1）主接线应力求简单清晰，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备，而且应选用技术先进、经济适用的节能产品。（2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。（3）要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。（4）如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。（5）由于工厂变配电所一般都选用安全可靠且经济美观的成套配电装置，因此变配电所主接线方案应与所选成套配电装置的主接线方案配合一致。柜型一般宜采用固定式；只在供电可靠性要求较高时，才采用手车式或抽屉式；（6）中小型工厂变电所一般采用高压少油断路器，在需频繁操作的场合，则应采用真空断路器或SF6断路器。2占地面积小主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，优化接线及布置，尽量使占地面积减少。3电能损失少经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中电流，电压互感器柜只供计费的电能表用。应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因素达到国家规定的要求此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽。为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。总之，变电所通过合理的接线、设备无油化、布置的紧凑以及综合自动化技术，并将通信设施并入主控室，简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。2.1.2 主接线的设计依据在选择电气主接线时应以下列各点作为设计依据：1发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用；2发电厂、变电所的分期和最终建设规模；3负荷大小和重要性（1）对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。（2）对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对大部分二级负荷的供电。（3）对于三级负荷一般只需一个电源供电。4系统备用容量大小装有2台组级以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故断开，其余主变压器的容量应保证该所60%的全部负荷，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。5系统专业对电气主接线提供的具体要求。2.2 主接线的方案与分析 目前变电站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、双母线等。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。参考35-110KV变电所设计规范第3.2.3条：35110KV线路为两回及以下时，宜采用桥形线路变压器或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形单母线或单母分段的接线形式，3563KV线路为8回及以上时，亦可采用双目接线，110KV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。第3.2.4条：在采用单母线、分段单母线或双母线的35110KV主接线中，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110KV线路为6回及以上，3563KV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器，主变压器35110KV回路中的断路器，有条件时，亦可接入旁路母线，采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。第3.2.5条：当变电站装有两台主变时，610KV侧宜采用分段单母线。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。综合以上规程规定，结合本变电站的实际情况，10kV侧线路回数采用4回，其中2回留作备用，35kV侧线路回数采用8回，另有2回留作备用，A厂、B厂采用双回路供电，10kV侧线路回数采用12回，另有2回留作备用。故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理:2.2.1 110KV侧主接线设计根据变电所设计技术规程第22条：110220kV配电装置中，当出线数为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。本所远景出线为4回，符合采用分段单母线接线，从占地面积上看，采用单母分段也是合理的。同时规程第24条规定：采用单母分段或双母线的110220kV配电装置中除断路器允许停电检修外，一般设置旁路设施。110KV侧是本站的进线段，它对本站的可靠性有很大影响。拟定以上两种接线方案：双母接线，单母分段带旁母接线，如下图2.1，2.2图2.1双母线接线 图2.2单母线分段带旁母接线双母接线的适用范围：当母线回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：（1）610KV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时。（2）3566KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时。（3）110220KV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110KV220KV配电装置，在系统中占重要地位，出线回路数为4回及以上时。单母线分段带旁路接线范围：（1）610KV配电装置出线回路数为6回及以上时。（2）3566KV配电装置出线回路数为68回时。（3）110KV220KV配电装置出线回路数为34回时。到底选用哪种接线方式更为合理、可靠，现对这两种方案作一比较：如下表2.1表2.1 双母接线和单母分段待旁母对比表双母接线单母分段带旁母可靠性采用双母接线，可提高供电可靠性，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及任一回路的母线隔离开关；一组母线故障后，能迅速恢复供电； 在运行中隔离开关作为操作电器，容易发生误操作采用单母分段，对重要用户可以从不同分段上引接，当一段母线上发生故障时，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。加设旁路母线为了检修出线断路器，不至中断该回路供电，具有足够的可靠性。灵活性灵活性较高，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上 灵活性高，当出线断路器需检修，则可由分段断路器来承担出线断路器，继续运行。经济性采用的设备也较多（特别是隔离开关），投资较多。 与双母接线相比，多用了隔离开关，这样投资增大，同时所占用的空间也较大。发展扩建适应性向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分配，在施工中也不会造成原有回路停电。由于接线比较复杂，操作不太灵活，不利于发展及扩建。由于本变电站担负着为本区供电的重任，和电力系统中的S1、S2发电厂形成环网结构，对本变电站的运行可靠性必须保证。因此经过比较后，决定采用单母分段带旁母作为110kV侧的主接线。架空线路型号选用LGJQ300。2.2.2 35KV侧主接线设计35KV侧是本站的一个出线电压等级，它向冶炼厂，焦化厂，鞋厂，洗衣机厂的厂区和生活区及百货商场及其他散户供电。对35KV侧的主接线设计了两种方案：仍从双母接线和单母分段带旁母两种方案比较，由于35kV回路较多，采用双母接线接线后，可以轮流检修一组母线及任一回路的母线隔离开关，一组母线故障后，能迅速恢复供电，各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，因此就没有必要采用增设旁母。投资也较单母分段带旁母少。因此经过比较后，决定采用双母线接线作为35kV侧的主接线。2.2.3 10KV侧主接线设计变电所设计技术规程第23条：6kV和10kV配电装置中，一般采用分段单母线或单母线接线。电气工程设计手册1规定：610kV配电装置出线回路数为6回以上时，可采用单母线分段接线。拟定单母接线和单母分段接线两种方案:如下图2.3,2.4单母接线的适用范围：一般适用于一台主变压器的以下三种情况：（1）610KV配电装置的出线回路数不超过5回。（2）3566KV配电装置的出线回路数不超过3回。（3）110KV220KV配电装置的出线回路数不超过2回。图2.3单母线分段接线图2.4单母线接线表2.2 单母分段和单母接线对比表方案 项目 方案I 单母分段 方案II 单母接线 可 靠 性 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，保证不间断供电，可靠 灵活性和可靠性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所连接的电源，与之相连的所有电力装置在整个检修期间均需停止工作。此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的供电。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。本所10kV侧出线数为12回，又水厂采用双回路供电，所以采用单母分段接线方式。该方式具有较高的可靠性和灵活性，双回线路分别接到不同母线上，这样当一回故障时，另一回可继续对其供电而不至使重要用户停电。2.2.4 所用电设计一所用电源引接方式在选择所用变时一般情况下，厂家不生产110/0.4kV或35/0.4kV的双绕组变压器，又因为网络故障较多，从所外电源引接所用电源可靠性较低。这样所用电必须从主变低压侧（10kV）母线不同段上各引接一个。并要加装限流电抗器。二所用电接线 电力工程设计手册1规定：所用变高压侧尽量采用熔断器，所用变的低压侧采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用，且设置一个检修电源。本所站变电压等级10/0.4kV，低压侧为三相母线制运行，且0.4kV侧采用单母分段接线方式，以保证所用电的可靠性和灵活性。以维护变电所的正常运行。3 主变压器台数和容量的选择3.1 变压器的选择原则变压器的型式、容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统510年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。为了保证每年电容按10%的增长，并在10年内能满足要求， 并按下例方案进行综合考虑：两台以上变压器工作方式有明备用和暗备用两种：1.明备用方式，即所有主变压器的容量都满足的要求，任何情况下都只有1台运行，几台主变压器互相备用。2.暗备用方式，即所有主变压器的容量之和满足的要求。正常情况下两台主变运行，各承担50%计算负荷，故障情况下一台运行，因此，每台变压器的容量应满足安全用电的要求,即保证、类负荷的供电，一般要求能满足全部负荷的70%-80%。3.在设计中，初期主变压器可采用明备用方式，随着负荷的增加和发展，后期可采用暗备用方式。3.2 主变压器型式的选择参考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，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。由于本变电站有三个电压等级110/35/10kV，因此应采用三绕组变压器，又考虑运行的经济性和合理性，选用三相式三绕组变压器。采用三相变压器比单相变压器合理之处在于：三相变压器的损失比单相变压器平均低1215%，同时三相变压器比单相变压器在有效材料（Fe和Cn）的重量方面可节省20%左右，而故障率则因3台单相组成一组，为一台三相变压器的3倍。同时就本所来说，负荷总容量不是很大，且高压侧电压级不算高（110kV），根据规程，采用三相式最为合理。参考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星形和三角形两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是三角形的。本变电站所在的电力系统中潮流变化较大，电压偏移也较大，根据变电所设计技术规程19条：电力潮流变化大和电压偏移大的变电所，如经计算普通变压器不能满足电力系统和用户对电压的要求，应尽量采用有载调压变压器。当电力系统运行确有需要时，可装设单独的调压变压器。同时，有载调压方式能在额定容量范围内负荷调整电压，调压范围大，可以减少或避免电压大幅度波动，减小高峰、低谷电压差，如带有移相电容器时还可以充分发挥电容器的作用。当然，它与同容量的变压器相比，体积较大，造价较高，但从长远观点看是经济合理的。故选用有载调压方式。绕组连接方式为Yn/Yn0/d11。3.3 主变中性点接地设计3.3.1 110kV侧中性点接地方式在110kV及以上电网中，绝缘费用在设备总价格中占有很大的比重，设备价格几乎和试验电压成正比，降低绝缘水平的经济效益很显著。因而着重考虑过电压和绝缘水平方面的问题。故采用中性点直接接地方式。中性点直接接地可以使系统内部过电压降低2030%，变压器可作成分级绝缘，并可采用氧化锌避雷器作过压保护。接地图为：如图3.1图3.1 110KV侧中性点接地方式图3.3.235kV、10kV侧中性点接地方式在电压等级较低（60kV及以下）的电网，绝缘费用在总投资中所占的比重不大，降低绝缘水平的经济价值不甚显著，着重考虑供电可靠性的要求，一般采用中性点不接地方式 ，但是当电网单相接地电容电流超过一定数值后，如果电网发生单相电弧接地，接地电弧不易自动熄灭，这样其供电可靠性就受到影响，因此当单相接地电流大于下列数值时，中性点应装设消弧线圈接地。30A（36kV电网） 20A（10kV电网）10A（2063kV电网）根据本变电站实际情况，35kV及10kV侧采用中性点不接地方式，且不需装设消弧线圈。3.4 主变全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决在110KV及以上的中性点直接接地系统中，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。110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用中性点绝缘等电压等级相当的避雷器加以保护。35KV及10KV侧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。3.5 变压器台数的选择1.对于大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以两台主变压器为宜。2.对于孤立的一次变电站或大型工业专业用变电站，在设计时要考虑设三台主变压器的可能性。3.对于规划只住两台主变压器的变电站，其变压器基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便符合发展时更换变压器的容量。4对于不重要的负荷（三级负荷）供电或一、二级负荷比重小（小于30%）并且可由领近变电站取得备用电源时，可选择一台变压器。5在下述情况下可选择两台变压器：1)一、二级负荷比重大（大于70%）； 2）有大型冲击负荷（大容量高压电动机或电弧炉等）时，为减小它们对其他负荷的影响，应单设为冲击负荷供电的变压器； 3）由于发展原一台变压器容量不够用而又不能增大容量变压器时； 4）分期建设的工程，为节约投资，提高变压器运行效率，可分期投入23台变压器，以达到经济效果。6对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。7负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器。8在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。考虑到本所的负荷情况，重要性以及经济合理性，应选定上两台主变的设计原则。3.6 变电站负荷计算要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括10kV负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。由公式 （3.1）式中 某电压等级的计算负荷同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85）% 该电压等级电网的线损率，一般取5%P、cos各用户的负荷和功率因数（1）35KV侧 其出线回数采用8回，Kt=0.9，结合变电站35KV负荷情况分析表知： S35KV=Kt（/COS）（1+5%）=0.9(5.8+5.5+5.1+3.7+2.8+3.3)/0.81.05=30.94MVA(2)10KV侧 其线路回路数采用12回，Kt=0.85，结合变电站10KV负荷情况分析表知： S10KV=Kt（/COS）（1+5%） =0.85(4.2+3.2+3.2+3.1+3.4+5.2+2.8+3.1+3.2+3.1+2.6)/0.81.05 =41.40MVA表3.1 负荷分析表电压级容量(MVA)SCSe（2台）10kV41.4020.735kV30.9415.473.7 变压器容量的选择 1选择一台变压器时：当负荷较平稳时，则变压器容量比全部计算负荷大15%（负荷率为85%），如昼夜或季节性负荷波动大，则考虑变压器的过负荷能力，在负荷高峰时变压器可以适当过载运行。2当装设两台或两台以上变压器时，其容量应满足一台故障检修时，其余变压器能保证对一级负荷和二级负荷的供电。3主变压器总容量应满足某一级电压的最大视在计算负荷，降压变电所与系统相连的主变压器台数一般不超过两台。4当负荷发展需要增大容量时，应先考虑更换大容量的变压器；当只有一个电源或变电所可有系统中低压侧网络取得备用电源时，可装设一台主变压器。3.7.1 主变容量选择及校验1）负荷选择：2Se72.34 Se36.17 (MVA)2)负荷校验(2-1)Se0.672.34 Se43.40(MVA)3)按上一台主变时的校验 Se43.40 (MVA)选主变容量时，按最大负荷选择和校验，再按只上一台主变校验，所选主变容量应为两台40000kVA的变压器。主变压器的冷却方式： 根据主变压器的型号有：自然风冷式、强迫油循环风冷式、强迫油循环水冷式、强迫导向油循环式等。然后自然风冷却适用于7.5MVA以下小容量变压器。容量大于10MVA的变压器采用人工风冷。从经纪上考虑，结合本站选用40MVA的变压器，赢选用强迫空气冷却。通过查设计手册，得到所选取主变技术参数为下表：所选变压器型号如下表:SFSZ8-40000/1108*1.25%/38.5/10.5SFSZ8-40000/110 三相、风冷、三绕组、有栽调压、设计序号、额定容量。见变压参数表3.2表3.2 变压器参数表型号额定容量（KVA）额定电压（KV）连接组别阻抗电压（%）空载电流（%）损耗（KW）高压中压低压高低高中中低空载负载SFSZ8-40000/11040000110+8X1.25%38.5+2X2.5%10.5YNYn0d1118%10.5%6.5%1.371.22503.7.2 所用变选择一所用电源数量的确定规程第29条：采用整流操作电源或无人值班的变电所，应装设两台所用变压器。并应分别接在两条不同母线的电源或独立电源上。如能够从变电所外引入可靠的380V备用电源，上述变电所可只装设一台所用变压器。第30条：如有两台所用变压器应装设备用电源自动投入装置。同时电力工程设计手册说明：1）枢纽变中一般装设两台所用变，其他变电所中一般装设一台所用变，但容量在60000kVA以上时，应装设两台所用变。2）变电所中装有强迫油循环冷却变压器或调相机时，均装设两台所用变。因此，根据规定并结合本所情况，采用两台所用变，平常使用一台，另一台备用。二、所用变容量的选择所用电负荷情况如下表3.3表3.3 所用电荷负荷情况表名称容量kVA备注主变压器风扇210连续、经常主充硅20连续、不经常浮充硅14连续、经常蓄电池通风1.4连续、不经常蓄电池排风1.7连续、不经常锅炉房水泵1.7连续、经常载波室1.7连续、经常110kV配电装置电源10短时、不经常110kVQF冬天加热1连续室外配电装置照明10连续室内照明10连续根据所列的表格可得出计算总容量91.5 kVA因此，本所设计两台10kV干式变压器，两台变压器380V电源自动投入装置，保证低压母线的可靠供电，变压器型号：S9-100/10，容量为100kVA，全所事故照明电源由直流电源供给。4 短路电流的计算4.1短路概述供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。因此在变电所的设计和运行中不仅要考虑正常运行状态，还要考虑可能发生短路故障及非正常工作状态。短路的电流引起的电气设备热效应和力效应会使设备损坏，电压降落严重影响非故障元件的正常运行。所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。短路一般包括三相短路，两相短路，两相接地短路，单相短路。其中，三相短路是对称短路，此时三相电流和三相电压仍热是对称的，只是三相电压特大。除三相短路外的其他短路都是不对称短路，每相电流和电压数值不相等，相角也不同。当电力系统发生三相短路时，由于短路回路存在着电感，电流不能突变，因此有一个暂态过程。短路电流随时间变化，最后达到稳定值。短路全电流id由对称的周期分量iz和不对称分量if两部分合成，即id=iz+if。周期分量iz先开始衰减，然后逐渐增加到稳态值i。非周期分量按指数规律衰减，其衰减时间常数为0.05-0.2 。造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘自然老化或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备绝缘正常而被过电压（包括雷电过电压）击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压的设备接入较高电压的电路中，也可能造成短路。鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，也是导致短路的一个原因。短路的后果：短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害：1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损害。2）短路时短路电路中电压要骤降，严重影响其中电气设备的正常运行。3）短路时保护装置动作要造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。4）严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。5）不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。 4.2 短路电流计算的目的在变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几方面：1在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流