60kV变电所初步设计毕业设计.doc

60kV变电所初步设计毕业设计目 录摘 要IAbstractII引 言III第一篇说明书11 变电所设计规程12 10kV线路导线的选择32.1按经济电流密度选择导线经济截面积32.2导线截面积选择的步骤32.2.1 计算10kV线路导线经济截面积32.2.2 按载流量校验导线截面积42.2.3 按电压损失校验导线截面43 主变压器的选择63.1主变压器选择的有关规定63.2主变压器选择的一般原则63.2.1 主变压器台数的确定63.2.2 变压器形式的选择73.2.3 主变容量的确定83.3静电补偿电容器的选择。93.3.1 补偿前平均功率因数计算公式103.3.2变压器的功率损耗103.3.3补偿容量的计算103.3.4确定电容器台数113.4.5补偿后总平均功率因数计算公式114 电气主接线的选择124.1概述124.2主接线的设计原则124.2.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用124.2.2考虑近期和远期的发展规模124.2.3考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响124.2.4考虑主变台数对主接线的影响134.2.5考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响134.3主接线设计的基本要求134.3.1可靠性134.3.2灵活性144.3.3经济性144.4主接线的确定144.4.1对原始资料的分析144.4.2主接线方案的拟定154.4.3方案的比较与确定175 短路计算185.1 概述185.2短路电流计算的主要目的185.3短路计算中的一般规定185.4电路元件参数的计算195.4.1基准值195.4.2各元件参数标么值计算195.4.3标么值表示的等值网络195.5三相短路电流周期分量计算205.5.1影响短路电流变化规律的主要因素205.5.2应用计算曲线的具体步骤如下：205.5.3三相短路电流冲击值的计算215.6短路点选取216 变电所主要电气设备的选择226.1断路器的选择226.1.1按额定电压等级选择226.1.2按额定电流选择226.1.3按额定开断电流选择236.1.4按关合电流选择236.1.5热稳定的校验236.1.6动稳定的校验236.2隔离开关的选择246.2.1按额定电压等级选择246.2.2按额定电流选择256.2.3热稳定的校验256.2.4动稳定的校验256.2.5隔离开关型号含义266.3互感器的选择266.3.1电压互感器的选择266.3.2 电流互感器的选择286.4避雷器的选择306.4.1过电压的分类306.4.2避雷器的作用306.4.3避雷器的类型306.4.4避雷器的选择及型号含义306.5高压开关柜的选择316.6母线的选择336.6.1热稳定校验336.6.2动稳定校验347 防雷保护及其范围计算367.1避雷针的装设原则及接地装置的要求367.2避雷针高度的计算367.2.1保护半径计算367.2.2保护范围最小宽度和最小高度的计算：378.变电所无功补偿388.1无功功率不足的危害388.2消耗无功功率的设备388.2. 1用电设备388.2. 2输电线路388.2. 3变压器398.3无功补偿设备398.3. 1无功功率的电源398.3. 2无功补偿设备398.4无功优化的研究现状408.4.1数学模型的建立。408.4.2优化方法的研究。408.5无功补偿算法418.5.1经典算法418.5.2人工智能算法41第二篇 计算书431选择10kV输电线路导线431.1选择高压设备厂出线架空线型号431.1.1按经济电流密度选择导线截面431.1.2热稳定校验431.1.3电压损耗校验441.2选择陶瓷厂出线架空线型号441.2.1按经济电流密度选择导线截面441.2.2热稳定校验451.2.3电压损耗校验451.3选择玩具厂出线架空线型号451.3.1按经济电流密度选择导线截面451.3.2热稳定校验461.3.3电压损耗校验461.4选择灯饰厂出线架空线型号461.4.1按经济电流密度选择导线截面461.4.2热稳定校验471.4.3电压损耗校验471.5选择首饰加工厂出线架空线型号471.5.1按经济电流密度选择导线截面471.5.2热稳定校验481.5.3电压损耗校验481.6选择针织厂出线架空线型号491.6.1按经济电流密度选择导线截面491.6.2热稳定校验491.6.3电压损耗校验501.7选择区小学出线架空线型号501.7.1按经济电流密度选择导线截面501.7.2热稳定校验511.7.3电压损耗校验511.8选择海飞学院出线架空线型号511.8.1按经济电流密度选择导线截面511.8.2热稳定校验521.8.3电压损耗校验522主变压器的选择532.1主变压器所需容量计算532.2选择变压器型号543选择补偿电容器的容量、台数、型号553.1 .归算变压器高压侧功率553.2 计算无功补偿前系统的功率因数553.3.计算需要补偿的无功容量553.4.选择电容器554电气主接线方案设计575短路电流的计算585.1画等值阻抗图585.2求各元件等值电抗585.3各点发生短路时的短路电流596 电气设备的选择616.1高压断路器的选择616.1.1 60kV侧高压断路器的选择616.1.2 10kV侧高压断路器的选择626.2隔离开关的选择636.2.1 60kV侧隔离开关的选择636.2.2 10kV侧隔离开关的选择646.3电压互感器的选择646.4电流互感器的选择656.4.1 60kV侧电流互感器的选择656.4.2 10kV侧电流互感器的选择666.5 避雷器的选择676.6 高压开关柜的选择676.7 母线的选择697 避雷针的选择717.1 保护半径计算717.2 保护范围最小宽度和最小高度的计算：71结 论73致 谢74参考文献75附 录76电气设备清单76第一篇说明书1变电所设计规程（1）待设计的变电所应根据变电所设计技术规程中有关条例来进行设计，以保证待设计变电所可以安全供电。（2）变电所的设计必须贯彻执行党的有关方针、政策。设计中不断总结实践经验，在保证安全运行、经济合理的条件下，力求接线简化、布置紧凑和逐步提高自动化水平，并积极慎重地采用新技术。（3）本规程使用于电压为35-330千伏，每台变压器容量为5000千伏安及以上新建变电所的设计，扩建工程的设计可参照执行。电压为35千伏，每台变压器容量为16004000千伏安新建变电所的设计，可参照本规程的有关规定，但应予以适当简化。（4）变电所应根据5-10年电力系统发展规划进行设计。枢纽变电所连接的电源数和回路数，还应根据电力系统运行的安全和经济等条件确定。（5）变电所的所址应符合下列要求：1）接近负荷中心；2）不占或少占农田；3）便于各级电压线路的引入和引出。架空线路走廊应与所址同时确定；4）交通运输方便；5）具有适宜的地质条件（例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带等）；如所址是有矿藏的地区，应征得有关部门的同意，避开有危岩和易发生滚石的场所；6）尽量不设在空气污秽地区，否则应采取防污措施或设在污源的上逢侧；7）110-330千伏变电所的所址标高宜在百年一遇的高水位之上，35kV变电所的所址标高宜在50年一遇的高水位之上，否则应有防护措施；8）所址不应为积水淹沁，山区变电所的防洪措施应满足泄洪要求；9）具有生产和生活用水的可靠水源；10）适当考虑职工生活上的方便；11）确定所址时，应考虑对邻近设施的影响。（6）所区内建筑物、构筑物的布置应紧凑合理，充分利用地形，并应考虑便于扩建。为了减少所区内占地面积或当所区面积受限制时，配电装置中应尽量采用减少占地的电器，或在布置上采用高型或半高型方式等。（7）所区的竖向布置，应符合下列要求：1) 尽量利用原有自然地形，减少土石方量，且不致减少扩建时填、挖土石的困难；2)建筑物的标高，基础埋深、路基和管线埋深，应互相配合建筑物的屋内地面一般高出屋外地面150-300毫米，并根据地质条件考虑沉降量；3)所区应有排水措施，各地段的设计坡度不应小于0.5%；4)所区地面坡度不应超过8%；如土质易受冲刷，不宜超过5%，必要时可采用其他措施，如阶梯形布置等，但应便于所内运输。( 8 ) 在装有同步调相机的变电所中，冷却塔或喷水池与主变压器、屋外配电装置 和建筑物间的距离不应小于规定的数值。冷却塔或喷水池应尽量布置在主变压器、屋外配电装置和建筑物的冬季主导风的下风侧。( 9 ) 地下管线一般与道路平行布置。如地下管线和道路交叉，其交叉长度应为最短。(10) 地下管线一般采用直埋敷设。110-330千伏变电所一般设在给、排水管；所区内建有水井的35千伏变电所，一般不设给水管道，但变电所附近已有公用给水管道者除外。(11) 各种底下管线之间和地下管线与建筑物、构筑物道路之间的最小净距，应根据敷设和检修的要求、建筑物基础的构造，管线的埋设深度、检修井的位置及当地其他条件确定。(12) 变电所应有道路与外部公路连接，其路面宽度一般不小于3.5米。变电所内应设置环行道路或回车道，环行道路面宽度一般为3 米。由变电所大门至主变压器的道路可适当加宽。所区内、外道路一般采用中级路面或次高级路面。(13) 变电所没应设巡视小道，并可利用电缆、沟盖板作为部分巡视道。2 10kV线路导线的选择导线是架空线路的主要元件之一，在架空线路建设投资中占很大比重。铜导线虽然导电性能好，机械强度高，具有良好的抗氧化、抗腐蚀能力。但价格较为昂贵，经济性较差，所以不宜采用铜导线。铝导线虽具有很好的导电性，价格低廉，但由于机械强度较差，大约为铜的一半，此外铝易氧化，抗腐蚀性差，因此也不宜采用。架空线路要求有较高的机械性能，耐腐蚀和耐震性能，同时要考虑经济性，符合国家电线产品的标准。因此本变电所的架空线路采用钢芯铝绞线，符号：LGJ*，其中*为导线的标称截面（mm2）。导线截面选择过大，会增加线路的投资，导线截面过小，会增加导线运行中电压和电能损耗，使电能传输质量和运行的经济性变差，所以要选择合适的导线截面。除配电装置的汇流母线及较短导体（20m以下）按最大长期工作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经济密度选择。本变电所采用经济密度选择12回出线架空线的方法。2.1按经济电流密度选择导线经济截面积使年综合费用最小所对应的母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。按经济电流密度选择导线截面，可使用全年综合费用（包括年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等）最低。对于电压较高、线路较长、最大负荷利用小时数较多的线路首选此方法。此外，从经济性的角度，可使网络处于最经济运行状态，故本次设计按经济电流密度选择导线。其计算公式如下。 （2.1） 式中 S导线经济截面（mm2）； 线路正常运行时的最大负荷电流（A）；J经济电流密度（A/mm2），可根据经济电流密度曲线查取。2.2导线截面积选择的步骤选择导线截面积的一般方法：先按经济电流密度初选导线标称截面积，然后作热稳定、电压损失、机械强度、电晕电压等技术条件的校验，最后确定导线的截面积及型号。2.2.1 计算10kV线路导线经济截面积（1）计算线路的最大长期工作电流： （2.2）式中 线路额定电压（kV）；功率因数；P远期最大负荷（KW），对于双回路P=50%；对于单回路P=。（2）根据电力工程电气设计手册377页，图8-30软导线经济电流密度查找不同负荷的最大负荷小时数时的经济电流密度按下式计算。2.2.2 按载流量校验导线截面积允许载流量是根据热平衡条件确定的导线长期允许通过的电流。因此所有线路都必须根据可能出现的长期运行情况作载流量的校验。线路的最大长期工作电流应不大于导体长期发热的允许电流，即：。式中 -导线允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流；-温度修正系数；-线路可能通过的最大电流（A）。2.2.3 按电压损失校验导线截面按电压损失校验导线截面，并不是单纯地为了增大其截面积。对于线路来说，采用增大导线截面积的方法可降低电压损失，虽然增加了投资和金属的消耗量，但这要比提高功率因数、采用有载调压变压器以及改变电网规划方案来满足电压损失来讲，其经济性要好得多。本次设计任务中已明确要求电压损失不超过8%。其中由供用电工程附录A查得+200C时的直流电阻，修正到其实际工作温度时的电阻值，按下式进行修正： （2.3）式中 -电阻的温度系数。对于铜=0.00382；对于铝=0.0036；-导线+200C时的电阻（/km）；-导线的实际工作温度。式中-导体周围介质温度-正常允许最好温度 -允许的最大长期工作电流其电压损失校验可用下式来校验，即： （2.4）式中 P-有功负荷（kW），对于双回路P=75%；对于单回路P=；UN-线路额定电压（kV）；R-线路最高温度（+350C）时的电阻；X-线路电抗（）。当时满足电压损失校。当时，应选下一等级截面的导线，再进行电压损失校验，直到为止，此时的导线即被选择。按照上述方法选择架空线型号见下表表2.1 10kV架空线型号表序号负荷名称导线型号导线阻抗(A)(%)r(/km)x(/km)1高压设备厂LGJ70/300.30580.43295.063650.912陶瓷厂LGJ70/300.30580.43280.713650.243玩具厂LGJ70/300.30580.432106.923650.264灯饰厂LGJ70/300.30580.432112.663650.55首饰加工厂LGJ50/300.56920.35374.722570.916针织厂LGJ50/300.56920.35381.512570.5977区小学LGJ70/300.4320.432114.053650.378海飞学院LGJ50/300.56920.35383.922571.643主变压器的选择各级电压等级的变电所，变压器都是主要电气设备之一，变压器担负着变换网络电压进行电力传输的主要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是当今我国的能源政策是开发与节约并重，近期以来电力以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的前提下，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质有着明显的经济意义。3.1 主变压器选择的有关规定（1）主变压器容量和台数的选择应根据电力系统设计技术规定SDJ161-85有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停止运行后，其余主变的容量应能保证供应该所全部负荷的70%，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。若变电所有其他能源可保证在变电所停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。（2）与电力系统连接的220330kV变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。（3）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。（4）主变压器的冷却方式，主变压器的一般冷却方式有：自然冷却方式、强迫油循环风冷却方式、强迫油循环水冷却方式等。大型变压器一般采用强迫油循环风冷却变压器。（5）主变压器调压方式的选择，应符合电力系统设计技术规程SDJ161的有关规定。3.2 主变压器选择的一般原则3.2.1 主变压器台数的确定 （1） 主变压器台数的确定原则是为了保证供电的可靠性。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器。 1)有大量一级负荷及虽为二级负荷但从保安需要设置时(如消防等)。 2)季节性负荷变化较大时。 3)集中负荷较大时。对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况可以安装24台主变压器。装设多台变压器时，宜根据负荷特点和变化适当分组以便灵活投切相应的变压器组。变压器应按分列方式运行。变压器低压出线端的中性线和中性点接地线应分别敷设。为测试方便，在接地回路中，靠近变压器处做一可拆卸的连接装置。（2） 一般三级负荷或容量不太大的动力与照明宜共负荷只用一台变压器（3） 当属下列情况之一时，可设专用变压器 1）当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器。 2）单台单相负荷较大时，宜设单相变压器。 3）冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。 4）当季节性负荷(如空调设备等)约占工程总用电负荷的1/3及以上时，宜配置专用变压器。本次设计中，选用两台主变压器。3.2.2 变压器形式的选择（1）建筑要求多层或高层主体建筑内变电所，变压器一般可采用环氧树脂浇注型铜芯绕组干式变压器并设有温度监测及报警装置。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用防尘型或防腐型变压器。特别潮湿的环境不宜设置浸渍绝缘干式变压器。 设置在二层以上的三相变压器，应考虑垂直与水平运输对通道及楼板荷载的影响，如采用干式变压器，其容量不宜大于630kVA。居住小区变电所内单台变压器容量不宜大于630kVA。 (2)、内设置的可燃油浸电力变压器应装设在单独的小间内。变压器高压侧间隔两侧宜安装可拆卸式护栏。变压器与低压配电室以及变压器室之间应设有通道实体门。如采用木制门应在变压器一侧包铁皮。变压器基座应设固定卡具等防震措施。变压器噪声级应严格控制，必要时可采用加装减噪垫等措施，以满足国家规定的环境噪音卫生标准，相关的生活工作房间内白天45dB(A)，夜间35dB(A)。 高压配电柜选用下进下出的接线方式，在高压配电室下设电缆夹层。低压配电柜采用上进上出的接线方式，在柜顶上方设电缆桥架布线。上进上出与下进下出的接线方式各有优缺点：上进上出可以省做结构层，但它需要电缆桥架，安装要求极为严格。下进下出的接法必须做结构层，不需要电缆桥架。高低压配电室均应设有气体灭火和排风系统。对于就地检修的室内油浸变压器，室内高度可按吊芯所需要的最小高度再加0.7m；宽度可按变压器两侧各加0.8m确定。多台干式变压器布置在同一房间内时，变压器防护外壳间的净距不应小于安全距离。（3）调压当用户系统有调压要求时，应选用有载自动调压电力变压器。对于新建的电力变电所建议采用有载自动调压变压器，有利于网络运行的经济性。虽然暂时投资稍高一些，但是在短时间内就可以收回所附加的投资。当要求有三种电压的变电所，而且通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15以上，主变压器宜采用三线圈变压器。如220kV、110kV、35kV时，通常采用三绕组变压器。（4）当出现下列情况可设专用变压器：当动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设专用变压器。当季节性的负荷容量较大时(如大型民用建筑中的空调冷冻机等负荷)，可设专用变压器。接线为Y,yno的变压器，当单相不平衡负荷引起的中性线电流超过变压器低压绕组额定电流的25时，宜设单相变压器。出于功能需要的某些特殊设备(如容量较大的X光机等)宜设专用变压器。（5）当需要提高单相短路电流值或需要限制三次谐波含量或三相不平衡负荷超过变压器每相额定容量15以上时，宜选用接线为D，Yn11型变压器。（6）因IT系统的带电部分与大地不直接连接，因此照明不能和动力共用变压器，必须设专用照明变器。 本次设计的变电所，电压等级为60/10kV为二次降压变电所，采用双绕组变压器。3.2.3 主变容量的确定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。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，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。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。同级电压的单台降压变压器的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。本次设计中，两台主变压器为相同容量。变压器最大负荷按下式确定： （3.1）式中 K0负荷同时系数；P 按负荷等级统计的综合用电负荷对于两台主变压器的变电所，其主变压器的额定容量可按下式确定： （3.2）上式中考虑5%的线路损耗。如果重要负荷超过70%，则按原始资料中的百分比代替70%计算，来确定主变压器的额定容量。本次设计变压器选用SF9-12500/60型变压器，其参数如表3.1所示:表3.1 SF912500/60型有载调压变压器参数型号额定容量(kVA)电压组合联接组别空载损耗（W）负载损耗（W）空载电流(%)阻抗电压(%)尺寸(mm)轨距(mm)高压(kV)分接范围低(kV)长宽高SF9-12500/601250060+81.25%10YN，d1116800598501.0954003730472014753.3静电补偿电容器的选择。根据并联电容器装置设计技术规定第15页第2.2.1条规定“设计安装的10kV电容器应采用星形接线为宜。”三角形接线的主要问题是电容器发生故障时故障电流大，较星形接线发生相间短路的可能性较大。所以本次设计采用星形接线方式，被选择电容器的额定电压应为10kV。综合上述分析，选用BWF电容器。表3.1 BWF电容器参数型号规格额定电压（KV）标称容量（kvar）标称电容F相数外形尺寸长*宽*高（mm）重量kgBWF11/2001W11/20015.791700*180*933122BWF电容器型号含义：B-并联电容器；WF-烷基苯浸复合介质；-额定电压（kV）；200-额定电容（kvar）；1-单相；W-户外式电容器。3.3.1 补偿前平均功率因数计算公式 （3.3）3.3.2变压器的功率损耗对于n台容量及参数均相同的变压器并列运行，其总有功功率损耗和总无功功率损耗可根据下式计算： （3.4） （3.5）式中 -总有功功率损耗(kW)；-总无功功率损耗（kvar ）；n-并列运行变压器的台数；-空载损耗(kW)；-短路损耗(kW)；S-变压器负荷的视在功率（kV A）；-变压器的额定容量（kV A）-变压器的空载电流百分数；-变压器的短路电压百分数。将变压器二次侧总功率与变压器的功率损耗相加即得高压侧的总功率。3.3.3补偿容量的计算 电力电容器补偿容量可按下式确定： （3.6）式中 -有功负荷率；-补偿前、补偿后功率因数的正功值；P系统有功负荷(kW)。3.3.4确定电容器台数 （3.7）式中 -计算补偿容量（kvar）；- 每台电容器的标称容量（kvar）。由于无功补偿要做到三相对称补偿，所以所选台数应为3的整数倍。考虑到有可能将电容器分成容量相等的两组，所以所选电容器台数应为6的整数倍，故选择电容器为24台。3.4.5补偿后总平均功率因数计算公式 （3.8）经过计算，补偿达到要求。4电气主接线的选择4.1 概述变电所电气主接线是指变电所的变压器，输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。这一部分是电力系统接线组成中的一个重要部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。4.2 主接线的设计原则4.2.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 变电所在电力系统中地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所可以分为枢纽变电所、地区变电所、终端变电所和中间变电所，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和经济性的要求也不同。4.2.2考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据510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行方式，来确定主接线的形式以及所连接的电源数和出线回数。4.2.3考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响对于一级负荷，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考虑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。通常对大型的变电所，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，而对于容量小的变电所，要求则相对较低。4.2.5考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用是为了保证可靠的供电，适用负荷突增，设备检修，故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如：当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路，变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。4.3 主接线设计的基本要求变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量，负荷性质，线路，变压器连接元件总数，设备特点等条件确定。并应该综合考虑供电可靠，运行灵活，操作检修方便，投资节约和便于扩建等要求。4.3.1 可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准就是运行实践，经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线，经过优选。现今采用主接线的类型并不多，主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的，一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。评价主接线的标志是：（1）断路器检修时是否影响供电（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数与停运时间的长短，以及能否保证对重要用户供电（3）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所的可靠性，先进的指标都在99%以上。4.3.2 灵活性主接线的灵活性有以下几个方面要求：（1）调度要求：可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求（2）检修要求：可以方便的停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致影响对用户的供电。（3）扩建要求：可以容易的从初期过度到终期接线，即在扩建时，无论一次和二次设备改造最小。4.3.3 经济性主接线在满足可靠性与灵活性要求的前提下要做到经济合理，减小占地面积，减少电能损耗，尽量节省投资。一般从以下方面考虑： （1）投资省。主接线应简单清晰，节省断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等一次设备；使继电保护和二次回路不过于复杂，节省二次设备和控制电缆；限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；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。 （2）占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。 （3）电能损失少。在变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压器而增加电能损耗。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，变电所接入系统的电压等级一般不超过两回。4.4 主接线的确定4.4.1 对原始资料的分析根据任务书上所给的原始资料可知，本次设计的变电所的电压等级为60/10kV，是二次降压变电所，其重要负荷占总负荷的50%。60kV侧有2回进线，10kV侧有12回出线。4.4.2 主接线方案的拟定电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计，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、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。根据该变电所的电压等级和进出线回数10kV侧：可采用的主接线方式有单母分段接线和双母线接线。根据变电所设计所述，有可能停电检修断路器，并且10kV侧重要负荷都为双回路供电，因此可不设旁路母线。方案比较如表4.2所示。表4.2 10KV侧主接线方案比较单母分段接线双母线接线可靠性1、当一段母线发生故障时可保证非故障段母线正常供电。2、10KV及60KV母线检修将导致一半负荷停电。3、可能出现全部断电的情况。4、接线形状简单清晰设备少设备本身故障率小。1、可以轮流检修母线而不致使供电中断。2、检修任一母线的隔离开关时，只停该回路。3、母线故障后，能迅速恢复供电。4、隔离开关容易误操作，需在隔离开关和短路器之间装设联锁装置。 灵活性1、运行方式相对简单2、扩建方便3、切换线路较方便1、调度灵活。2、扩建方便。3、便于试验。 经济性1、 设备相对较少，投资少，年费用 少。2、占地面积较小。 增加了母线的长度、隔离开关的数量和配电装置架构，占地面积增大，投资增多。分析：依据变电所设计一书，出线在15回以下使用单母线分段接线。综合考虑多种因素，对于重要负荷，都为采用双回路供电，如果一段检修，另一段仍可以照常运行，单母分段接线就可以满足供电可靠性与灵活性。为了减少电气设备，节省投资，10KV侧选择方案单母分段接线。60KV侧：第一方案：采用内桥接线。如图4.1所示。第二方案：采用外桥。如图4.2所示。图4.1高压侧采用内桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线图4.2 高压侧采用外桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线4.4.3方案的比较与确定以上两个方案中，主接线二次侧方案相同，只比较一次侧方案。第一种方案的特点如下：变压器随负荷变化投切方便；线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障线路运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。桥形接线节省占地面积，不易在一次侧增加进线或出线回路。第二种方案的特点如下：变压器投切方便；在一次侧容易增设进出线数目，相对桥形占地面积大；使用设备多；综合造价高。从经济性来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只是比较综合造价。由于第二种方案比第一种方案所占的面积大、设备多、故不以济。从改变运行方式灵活性来看，第二方案比第一方案投切变压器时，倒闸操作简便。通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小、投资少，供电可靠性高为主要优点。第二方案以改变运行方式灵活为主要优点。考虑综合因素选第一方案为本变电所的主接线方案。5短路计算5.1 概述所谓短路是指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。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、线路杆塔也能造成短路事故。所谓短路是指相与相之间通过电弧或其他较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路以及两相接地短路。由电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少，但情况较严重，应给以足够的重视。从短路计算方法来看，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都可归结为对称短路的计算。在短路过程中，短路电流是变化的，其变化情况决定与系统容量的大小，短路点距电源的远近，系统内发电机是否有调压装置等因素。根据线路电流的变化情况，通常把电力系统分为无限容量系统和有限容量系统两大类。为了校验和选择电气设备及载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用到下述短路电流值：短路电流的冲击值，最大有效值，次暂态短路电流有效值，以及短路后不同时刻的短路电流周期分量有效值，而短路时刻由网络中的条件及所要选用设备的参数确定。5.2短路电流计算的主要目的（1）电气主接线的比较与选择。（2）选择断路器等电气设备，或对这些设备提出技术要求。（3）为继电保护的设计以及调试提供依据。（4）评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。5.3短路计算中的一般规定（1）验算导体和电器动稳定，热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规则（一般为本期工程建成后510年）。（2）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。（3）导体和电器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。5.4电路元件参数的计算5.4.1基准值高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、线路等）的电抗采用标准值计算。为了计算方便，通常取基准容量Sj=100MVA，或Sj=1000MVA，基准电压Uj一般用各级的平均电压，即Uj=Up=1.05Ue。当基准容量Sj（MVA）与基准电压Uj（kV）选定后，基准电流Ij（KA）与基准电抗Xj（）便已确定，如下式：基准电流： （5.1）基准电抗： （5.2）5.4.2各元件参数标么值计算电路元件的标么值为有名值与基准值之比 ，采用标么值之后，相电压和线电压的标么值是相同的，单相功率和三相功率的标么值也是相同的，这是标么值的优点之一。某些物理量可以用标么值相等的的另一些物理量来代替，如I=S，这是标么值的另一个优点。5.4.3标么值表示的等值网络按平均额定电压之比计算： 发电机 (5.3) 变压器 = (5.4) 线 路 (5.5)5.5 三相短路电流周期分量计算在本次设计中，所给的电源均为发电机组，是有限电源，所以在此只说明有限电源供给的短路电流的计算方法。5.5.1影响短路电流变化规律的主要因素影响短路电流变化规律的主要因素有两个：一个是发电机的特性（指类型、参数等），另一个是发电机对短路点的电气距离。在离短路点很近的情况下，发电机本身特性的不同对短路电流的变化规律起决定的作用，因此不能将不同类型的发电机合并成为一组。如果发电机到短路点之间的电气距离很大时，不同类型发电机的特性引起短路电流变化规律的差异受到极大的削弱，在这种情况下，可以将不同类型的发电机合并起来。5.5.2应用计算曲线的具体步骤如下：（1）绘制等值网络；（2）进行网络变换：（3）将前面求出的转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算，便得到各等值发电机对短路点的计算电抗： = (5.6) = (5.7) 式中1、 2为等值电源1、2的额定容量。（4）由计算电抗分别根据适当的计算曲线找出指定时刻各等值发电机提供的短路周期电流的标么值；当Xjs3.45时，由它供给的三相短路电流是不衰减的，其周期分量有效值的标么值为： (5.8)（5）计算短路电流周期分量的有名值。 按下式计算： =+I+ (5.9)这些曲线是我国近年来的研究成果。它是采集国内200MW及以下各种常用机组参数，分析电力系统负荷分布情况，采用概率统计的方法在计算机上得到的结果。5.5.3三相短路电流冲击值的计算三相短路电流的最大峰值出现在短路后半个周期，当f=50Hz时，发生在短路后0.01s，此峰值被称为冲击电流。其计算式为 （5.10）式中 冲击系数。（发电机出口1.9；其他地点1.8）5.6 短路点选取短路电流的计算，是为选择电气设备，如母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等等做准备的。短路电流计算要选择可能出现最大短路电流的点进行计算，以确保在发生突然短路时电气设备不致损坏。并对继电保护设备进行整定计算。-77-6变电所主要电气设备的选择电器设备的选择是根据配电变电所电气工程设计的主要内容之一。正确选择电气设备是保证电气主接线和配电装置的安全、经济、可靠运行的重要条件。在高压电器选择中的主要问题有下述各点：（1）高压电器应满足正常工作状态下的电压和电流的要求；（2）高压电器应满足安装地点和使用的环境条件要求；（3）高压电器应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求；（4）高压电器应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质；（5）对于电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别；（6）同类产品应尽量减少品种。6.1断路器的选择开关电器是电力系统中的重要设备之一，其中以断路器的任务最为繁重，地位最为重要，其结构也最复杂。 高压断路器是用来