220kV变电站电气主接线设计

邵阳学院毕业设计（论文） 枢纽变电站电气主接线枢纽变电站电气主接线 摘要： 电能作为一种二次能源，是一种不能储存的能量。电能的开发应用是人类征服 自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就，而现在，电能已成为工业生产不 可缺少的动力，并广泛应用到生产部门和日常生活方面。 而电能的传输离不开变电站，电经过升压变电站、传输线路、降压变电站， 然后才能到用户。这其中变电站担当着一个极其重要的枢纽。 而对于枢纽变电站，它位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为 330kV 及以上， 联系多个电源，出现回路多，变电容量大；全站停电后将造成大面积停电，或系统 瓦解，枢纽变电站对电力系统运行的稳定和可靠性起到重要作用。 本次发电厂电气部分课程设计的题目正是枢纽变电站的电气主接线设计， 按照老师上课所将设计步骤，首先分析原始资料，通过分析拟建变电站的进出线方 向和负荷等原始资料，从可靠性、安全性、经济性等其他方面的考虑，确定电气主 接线方式，主变压器的容量、数量的确定，负荷分析及计算，以及短路电流的计算 和变电所主要电气设备的选择（包括断路器，隔离开关，互感器等） ，并在选择时对 电气设备进行了必要的计算和校验。同时，针对本次设计，完成相应图纸的绘制。 目目 录录 内容提要.I Summary . 1 概述.1 1.1 所址情况.1 1.2 变电站出线情况.1 1.3 变电站的基本数据.1 2 电气主接线的设计.2 2.1 单母线接线及单母线分段接线.2 2.2 双母线接线及双母分段接线.3 2.3 主接线设计原则.4 2.4 主接线选择.4 3 主变压器的选择.6 3.1 变压器台数选择.6 3.2 主变容量选择.6 3.3 主变压器型式的选择.7 3.4 主变压器的配置原则.8 3.5 主变压器选择结果.9 4 变电站电气部分短路计算.10 4.1 短路计算目的及假定.11 4.2 各种短路电流计算步骤.12 4.3 短路计算过程.13 5 导体和电气设备的选择.19 5.1 按正常工作条件选择电气设备.19 5.2 按短路状态校验.20 5.3 断路器与隔离开关的选择.21 5.4 互感器的选择.28 5.5 母线的选择.33 5.6 避雷器的选择.40 总结.46 参考文献.46 附 录.47 致 谢.49 附图 1 附图 2 附图 3 邵阳学院毕业设计（论文） 1 1 概述 本次设计的课题是某地区220kV变电站电气主接线设计，该站主要承担 220kV、110kV及35kV三个电压等级功率的交换，把接受的功率全部送往110 kV与35kV侧线路。因此此次220 kV降压变电所的设计具有220 kV、110kV 及35kV三个电压等级。220kV侧为主功率输出，110kV、35kV侧以接受功率 为主。本次设计的变电站是地区变电站，全站停电后，将影响整个地区的供电。 1.1 所址情况 变电所所在地区为平原地区，气象条件一般，非地震多发区。无高产农作物,年 雷暴日为165天, 年最低温度-24，最高温度+35，最热月平均最高温度 +25，历年最高气温为38.5C。海拔高度200m，温度校正系数为0.83，最大 负荷利用小时数5300小时。 1.2 变电站出线情况 本次变电所设计为一区域性变电站，以供给附近地区的工业，农业，民用电。 本工程分为近期与远期，设计中留有扩建的余地；考虑到实际情况，先建220kV 出线远期6回，近期3回；110kV出线远期10回，近期4回；35kV出线远期8 回，近期4回。 1.3 变电站的基本数据 220kV侧负荷情况，近期输送容量是300MW，远期输送容量是 500MW。，。0.006569 x Xcos= 0.9 110kV侧负荷情况，近期负荷是120MW，远期负荷是300MW， 。 cos= 0.85 35kV侧负荷情况，近期负荷30MW，远期负荷为60MW，。 cos= 0.8 2.负荷统计及计算 邵阳学院毕业设计（论文） 2 根据任务书，对变电站负荷统计和计算如下。线路中 l4 为 500kV 进线，56 为 500KV 联络线，714 为 220KV 出线，1520 为 110KV 出线。 2.1 负荷统计 根据任务书对负荷统计，见表 2.1 回路序号回路名称最大负荷最小负荷功率因数 l4500KV 进线 56500KV 联络 线 714220KV 出线400MW300MW0.85 1520110KV 出线200MW150MW0.80 2.2 负荷计算 2 电气主接线的设计 变电站电气主接线根据变电站电能输送和分配的要求，表示主要电气设备相互 之间的连接关系1，以及本变电站与电力系统的电气连接关系，通常以单线图表示。 电气主接线中表示的主要电气设备有：电力变压器、断路器、隔离开关、电压互感 器、电流互感器、避雷器、母线、接地装置以及各种无功补偿装置等。常用的主接 线方式有：单母线接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路母线、双母线接线、 邵阳学院毕业设计（论文） 3 双母线带旁路母线接线、双母分段接线、双母线分段带旁路母线、桥形接线、双断 路器接线等。 电气主接线通常是根据变电站在电力系统中的地位和作用，首先满足电力系统 的安全运行与经济调度的要求，然后根据规划容量、供电负荷、电力系统短路容量、 线路回路数以及电气设备特点等条件确定，并具有相应的可靠性、灵活性和经济性。 变电站电气主接线方式的选择，将直接影响着变电站电气设备的选择。因此， 必须在合理选择确定变电站的主接线方案后，才能做到合理选择变电站的电气设备。 2.1 单母线接线及单母线分段接线2 2.1.1 单母线接线 单母线接线的母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个 电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各 出线上，以减少功率在母线上的传输。 单母接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向 两端延伸，扩建方便。缺点：可靠性差，母线或母线隔离开关检修或故障时，所 有回路都要停止工作，这样全厂或全站都得长期停电。调度不方便，电源只能并 列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流3。 综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂 和变电站中。 2.1.2 单母分段接线 单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可 以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路 器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求 不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判 别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。 这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站610kV接线中。但是，由于 这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整体母线系 邵阳学院毕业设计（论文） 4 统可靠性受到限制，所以，在重要负荷出线回路较多、供电容量较大时，一般不予 采用4。 2.1.3 单母线分段带旁路母线的接线 单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增 加了一台旁路断路器，大大增加了投资。 2.2 双母线接线及双母分段接线 2.2.1 双母线接线 双母接线方式有主母线和副母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回 路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。两组 母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。其特点有：供电可靠、调度灵活、 扩建方便等特点5。 由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：出线带电抗器的610kV配电装置； 3560kV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110220kV出线 数为5回及以上时。 2.2.2 双母线分段接线 为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工作母 线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路 均匀地分布在两段工作母线上。双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，当一 段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障 段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故 障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。这样，只 是部分短时停电，而不必长期停电6。 双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中，同时在220550kV 大容量配电装置中，不仅常采用双母分段接线，也有采用双母线分四段接线1。 2.2.3 双母线带旁路母线的接线 双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回 路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于 旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的7。 邵阳学院毕业设计（论文） 5 2.3 主接线设计原则 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。它与电力系统、电厂动 能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气 设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必 须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理 它们之间的关系，经过技术比较，合理地选择主接线方案。 电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，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、实用、经济、美观的原 则8。 2.4 主接线选择 2.4.1 本站主接线设计方案 经过对原始资料的分析可以了解到，本次设计的变电站属于地区比较重要的变 电站。电压有220kV、110kV、35kV三个等级，220kV为电源侧，110kV侧和 35kV侧为负荷侧。220kV侧出线近期3回，远期6回；110kV侧出线近期4回， 远期10回；35kV侧出线近期4回，远期8回。其中220kV侧负荷情况，近期输 送容量是300MW，远期输送容量是500MW ；110kV侧负荷情况，近期负荷为 120MW，远期负荷是300MW；35kV侧负荷情况，近期负荷是30MW，远期负 荷是60MW。 为保证供电可靠性，变电所装设三台主变。 220kV侧出线近期3回，远期6回，不允许停电检修断路器，采用六氟化 硫断路器，性能好且检修周期长，因此采用双母接线，不带旁路，既满足了供电可 靠与调度灵活，而且也减少了占地面积，同时也便于今后的扩建与发展。由规程易 知，对于变电站的电气主接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器 较少或不用断路器的接线。由于220kV专用旁路短路器价格昂贵，而本站220kV 侧进出线回路又不多。因此，综合考虑经济性和可靠性，根据规程220kV侧选用 邵阳学院毕业设计（论文） 6 双母接线。 110kV侧出线近期4回，远期10回，不允许停电检修断路器，须保证其供 电可靠性，根据规程同样亦采用双母接线。 35kV侧出线近期4回，远期8回，根据规程选择单母分段接线9。 2.4.2 本站主接线特点 本站220kV与110kV侧均采用双母线分段的接线方式。每回线路都经一台断 路器和两组隔离开关分别与两组母线相连接，有两组母线后使运行的可靠性和灵活 性大为提高；35kV采用单母分段的接线方式，具体电气主接线图见附图1。 该主接线的主要特点如下： 供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以不停电检修母线一组母 线故障后，能迅速恢复供电，不停电检修隔离开关。 调度灵活，各个电源和各个回路的负荷可以任意分配在某一组母线上，能灵 活地适应电力系统中各种运行方式的调度和潮流变化的需要。 扩建方便，本站将扩建为3台150MVA主变，届时将实行倒闸操作，不会 影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有的回路停电。 无压自投，在110kV母线的母联断路器和35kV母线的母联断路器处加装 无压自投装置。当一段母线发生故障时确保其负荷能够继续运行。 中性点接地，变压器220kV和110kV侧绕组采用中性点直接接地，35kV 侧中性点不接地。本站避雷器按小电阻接地系统的过电压水平降低了雷电冲击残压 等相关参数,有益于变电站的安全运行,并提高了配电装置的绝缘裕度。 邵阳学院毕业设计（论文） 7 3 主变压器的选择 在各级电压等级的变电站中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任 着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系 统负荷增长情况，并根据电力系统510年发展规划综合分析，合理选择，否则， 将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投 资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发 挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿 命和电力系统的稳定性10。因此，确定合理的变压器的容量是变电站安全可靠供电 和网络经济运行的保证。 在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、普通、自耦以及分 裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满 足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时 要考虑到该变电站以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。 3.1 变压器台数选择 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，有条件的应考虑设三台主变 11。由原始资料可知，本次设 计的变电站是市郊区220kV变电站，它是以220kV受功率为主。把所受的功率通 过主变传输至110kV与35kV母线上。若全所停电后，将引起该地区电网瓦解， 影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电 可靠性和该站的负荷要求，并结合该变电站自身的特点，最终选择三台主变。当一 台主变压器故障或检修时，其余两台主变压应能保证全变电站70%的负荷正常供电， 且三台主变压器互为备用。 3.2 主变容量选择 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12。而主变容量的大小一般按变电所建成近期负荷，510年规划负荷选择， 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当与城市 规划相结合。该站近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变 邵阳学院毕业设计（论文） 8 的容量。该系统中有110kV和35kV两个负荷等级，其中110kV侧近期负荷为 120MW，远期负荷为300MW，；35kV侧近期最负荷30MW，远期cos= 0.85 为60MW,。 cos= 0.8 近期负荷需要选择的变压器总容量 12030 =+=179MVA 0.850.8 S 远期负荷需要选择的变压器总容量 30060 = 0.7+= 299MVA 0.850.8 S 综合以上可知，从长远考虑总共选择三台主变，容量都为150MVA，近期先 上两台，另一台备用，其主变总容量为450MVA。 3.3 主变压器型式的选择 3.3.1 主变压器相数的选择 当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂和变电站，一般都应选用 三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电 装置结构复杂，也增加了维修工作量，这样该站选择三相变压器。 3.3.2 绕组数数量和连接方式的选择 1.主变压器绕组数量的选择 在具有三种电压等级的变电所，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，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变 宜采用三绕组变压器5。本次所设计的变电站具有三种电压等级，且通过主变压器 的各侧绕组的功率均达到了该变压器容量的15%以上，所以该站选择三绕组变压器。 2.变压器绕组的连接方式和组别选择 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要有Y和，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工 作来确定。我国35kV及以上电压，变压器绕组多采用Y连接；35kV以下电压， 变压器绕组多采用连接，于是该站主变采用全星型连接。 根据以上原则，该站主变选YN/yn0/ yn0接线。 3.3.3 主变中性点接地方式 所有普通变压器中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调度灵活选择接地 邵阳学院毕业设计（论文） 9 点。当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器中性点绝缘不是按线电压设计， 应在中性点装设避雷器保护。 选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地的系 统。双母线接线有两台及以上变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。 3.3.4 主变调压方式的选择 电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧 母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%100%。为了保证发电 厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换， 改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种： 一种是不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在5%以内；另一种是带负荷 切换，称为有载调压，调整范围可达30%。 根据规程规定，在电网电压可能有较大变化的220kV及以上的降压变压器及 联络变压器，可采用有载调压，一般不宜采用带负荷调压，于是该变电站采用无励 磁调压。 3.3.5 主变压器冷却方式的选择 主变压器常用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水 冷却，强迫、导向油循环冷却。 小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却， 在发电厂水源充足的情况下，为了压缩占地面积，大容量变压器也有采用强迫油循 环水冷却。 强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。 但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较 大。 近年来随着变压器制造技术的发展，在大容量变压器中，采用了强迫油循环导 向风冷却方式。它是用潜油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油道中，故 此冷却效率更高。所以，该站主变选择强迫油循环导向风冷却方式。 3.4 主变压器的配置原则 电力变压器外壳不带电，故采用落 地布置，安装在变压器基础上。 邵阳学院毕业设计（论文） 10 变压器基础一般制成双梁形并铺以铁轨，轨距等于变压器的滚轮中心距。为 了防止变压器发生事故时，燃油流失使事故扩大，单个油箱油量超过1000kg以上 的变压器，按照防火要求，在设备下面需设置贮油池或挡油墙，其尺寸应比设备外 廓大1m，贮油池内一般铺设厚度不小于0.25m的卵石层。 主变压器与建筑物的距离不应小于1.25m，且距变压器5m以内的建筑物， 在变压器总高度以下及外廓两侧各3m的范围，不应有门窗和通风孔。当变压器油 量超过25000kg以上时，两台变压器之间的防火净距不应小于510m，如布置 有困难，应设防火墙。 主变压器在工程的具体布置见附图1所示。 3.5 主变压器选择结果 查电力工程电气设计手册 电气一次部分 、 电力设备选型手册选定主变型 号为：SFPSZ10-/220。 主要技术参数如下： 额定容量：150/150/75MVA 调压方式：无励磁调压 额定电压（kV）：高压22081.25% 中压117 低压375% 连接组标号：YN/yn0/ yn0 空载损耗：96kW 阻抗电压（%）：高中：13 高低：23 中低：8 负载损耗： 491 kW 冷却方式：ODAF强油导向风冷 所以选择三台SFPSZ10-/220型变压器为主变,本期先上一台。 邵阳学院毕业设计（论文） 11 4 变电站电气部分短路计算 电力系统短路概述 在电力系的电气设备，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型式的短路，因为它们会破坏 用户的正常供电和影响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一样仍处于对称 状态，其他类型的短路都是不对称短路。 常见短路因素 设备绝缘损坏，正常运行时电力系统各部分绝缘是足以承受所带电压的，且 具有一定的裕度。但电气设备在制造时可能存在某些缺陷；在运输、保管和安装的 过程中，绝缘可能受到机械损伤；长期低电压过电流运行的设备绝缘会迅速老化等 原因，使电气设备的绝缘受到削弱或损坏，造成带电部分的相与相或相与地形成通 路。 恶劣的自然条件，大气过电压（雷击）引起闪络，大风和覆冰引起倒杆和断 线等造成短路。 工作人员误操作如设备检修未拆除地线就加电压、运行人员带负荷拉刀闸等。 三相短路计算值 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。三相短路虽然很少发生，可其情况却比较严重，应 给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的 稳定。 选择和校验电气设备、载流导体，一般应计算下列短路电流值。 为短路电流周期分量有效值，单位为kA； k I 为稳态短路电流有效值，单位为kA；I 邵阳学院毕业设计（论文） 12 为短路全电流最大瞬时冲击值，单位为kA； b i 为短路全电流最大有效值，单位为kA； b I 为短路容量，单位为MVA。 k S 4.1 短路计算的目的及假定 4.1.1 短路电流计算的目的 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 一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值； 计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击 值，用以校验设备动稳定。 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的 安全距离。 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 接地装置的设计，也需用短路电流。 4.1.2 短路电流计算的一般规定 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，应按工 程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后 510年） 。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式， 而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用 的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线 方式时短路电流为最大的地点。 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。 4.1.3 短路计算基本假定 正常工作时，三相系统对称运行； 所有电源的电动势相位角相同； 邵阳学院毕业设计（论文） 13 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小 发生变化； 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流； 元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响； 系统短路时是金属性短路。 4.2 各种短路电流计算步骤 4.2.1 短路计算应考虑的因数 接线方式，计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的 正常接线方式（即最大运行方式） ，不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 计算容量，应按本工程设计规划容量计算，考虑电力系统的远景发展规划 （一般考虑工程建成后510年） 短路种类，一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路或中性点直接接 地系统及自耦变压器等回路中单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则 应该按严重情况的进行校验 短路计算点，在正常接线方式中，通过电器设备的短路电流为最大的地点， 称为短路计算点。对于带电抗器的610kV出线与厂用分支线回路母线至母线隔 离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取电抗器前。选择其导体和电器时， 短路计算点一般取在电抗器后。 4.2.2 短路电流计算方法 供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的 回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法。 标幺值法是一种相对单位制，它是一个无单位的量，为任一参数对其基准值 的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个 电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。 在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。 有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1kV以 下低压供电系统短路电流的计算。 邵阳学院毕业设计（论文） 14 4.2.3 短路电流的计算步骤 短路故障选取 基准值选择与系统电抗标幺值计算； 各短路电流值计算公式； 变压器电阻标幺值、电抗标幺值计算； 各故障点短路电流计算。 4.3 短路计算过程 4.3.1 短路故障点选取 根据电气设备选择的需要，选择短路情况最严重的三相短路来进行短路电流计 算；结合该站的实际情况，按最大运行方式，即三台主变同时投入运行考虑，且主 变绕组的接线方式为全星型连接；故障点分别选择在220kV母线上k1点、110kV 母线上k2点和35kV母线上k3点，故障点的具体分布见图4.1。 4.3.2 基准值选择与系统电抗标幺值计算 基准值选择 基准容量： 100MVA j S 基准电压： （kV） 37 115 230 j V 由基准电流公式 可得 同理可得 3 j j j S I U 1 100 kA 37 3 j I 各基准电流：（kA） 1.56 0.50 0.25 j I 系统短路容量的计算 系统电抗标幺值： 0.006569 x X 则短路容量： 100 15244MVA 0.006569 j k x S S X 4.3.3 各短路电流值计算公式 短路电流冲击系数 =1+e t T b K T12T3 = R+R= 0.528+0.528+3.6967 = 4.7527 T RR T12T3 111 =X+X+=45.1733.227+29.04+0.006569 = 23.664 333 Tx XXX 邵阳学院毕业设计（论文） 15 在工程设计中，当短路电路的总电阻较小，即时， 1 3 RX 0.05s f T t0.01，则: 0.01 0.05 =1+e=1.8 b K 三相短路冲击电流 （4.1） 333 =2 =1.8 2= 2.55 bbkkk iKIII 三相短路全电流最大有效值 （4.2） 22 333 12112 1.8 11.51 bbkkk IKIII 三相短路容量 （4.3） 3 1 =3 knk SUI 4.3.4 变压器电阻、电抗标幺值计算 变压器电阻标幺值的计算 负载损耗：491kW，该变压器低压侧容量为75MVA，而额定容量为 k P 150MVA，则将变压器负载损耗换算到额定容量时的负载损耗 k P 2 2 1 1 3 3 150 = 491=1964kW 75 n kk n S PP S 2 2 2 2 3 3 150 = 491=1964kW 75 n kk n S PP S 变压器三绕组负载损耗 11 21 32 3 1 =+ 2 1 =491+1964 1964 2 = 245.5kW kkkk PPPP 21 22 31 3 1 =+ 2 1 =491+1964 1964 2 = 245.5kW kkkk PPPP 31 32 31 2 1 =+ 2 1 =1964+1964491 2 =1718.5kW kkkk PPPP 邵阳学院毕业设计（论文） 16 则变压器三绕组的电阻值 2 3223 T3 1 2 1728.5220 R=10/10 150000 knn PUS 2 3223 T2 2 2 245.5220 R=10/10 150000 knn PUS 2 3223 T3 3 2 1718.5220 R=10/10 150000 knn PUS 变压器电抗标幺值的计算 变压器阻抗电压（%）： U12%：13； U23%：8； U13%：23 则主变是全星型连接，则三侧绕组电抗 1121323 11 % =%+% =13+238 =14% 22 UUUU 2122313 11 % =%+% =13+823 =1% 22 UUUU 3132312 11 % =%+% =23+8 13 = 9% 22 UUUU 所以 32 1 1 2 14220 3 =10%100=10= 45.173 100 150000 T nN XUUS 2 323 22 1 220 10%100103.227 100 150000 T nN XUUS 2 323 23 1 220 10%1001029.04 100 150000 T nN XUUS 而变压器三侧绕组电抗标幺值 11j 14 100 = U %S / 100=0.09334 100 150 TN XS 22j 1 100 = U %S=0.00667 100150 / 100 TN XS 33j 9100 = U %S=0.06 100150 / 100 TN XS 短路系统电抗标幺值等效电路图如图4.1 邵阳学院毕业设计（论文） 17 图 4.1 短路系统电抗标幺值等效电路图 4.3.5 各短路点具体计算过程 220kV母线上k1点短路电流的计算 三相短路电流周期分量有效值 13 1 0.25 = 38.06kA 0.006569 j k x I I X 三相短路电流周期分量稳态值 33 11 = 38.06kA kk II 三相短路冲击电流最大值 3 1 = 2.55= 2.55 38.06 = 97.05kA bk iI 三相短路冲击电流有效值 33 11 =1.51=1.51 38.06 = 57.47kA bk II 三相短路容量 邵阳学院毕业设计（论文） 18 3 1 =3=3220 38.06 =14485MVA knk SUI 110kV母线上k2点短路电流的计算 先计算k2点短路处电抗标幺值总和 12 1 =+ 3 1 =0.093340.00667 +0.006569 3 = 0.035459 TTx XXXX 三相短路电流周期分量有效值 23 2 0.5 =14.10kA 0.035459 j k I I X 三相短路电流周期分量稳态值 33 22 =14.10kA kk II 三相短路冲击电流最大值 3 2 = 2.55= 2.55 14.10 = 35.955kA bk iI 三相短路冲击电流有效值 3 2 =1.51 14.10 = 21.291kA k I 三相短路容量 3 2 =3=3 110 14.10 = 2686.3MVA knk SUI 35kV母线上k3点短路电流的计算，则k3点短路处电抗标幺值 13 1 =+ 3 1 =0.09334+0.06 +0.006569 3 = 0.057683 TTx XXXX 三相短路电流周期分量有效值 33 3 1.56 = 27.044kA 0.057683 j k I I X 三相短路电流周期分量稳态值 33 33 = 27.044kA kk II 三相短路冲击电流最大值 3 3 = 2.55= 2.55 27.044 = 68.96kA b iIk 三相短路冲击电流有效值 邵阳学院毕业设计（论文） 19 3 33 =1.51=1.51 27.044 = 40.836kA bk II 三相短路容量 3 3 =3=33527.044 =1639.41MVA knk SUI 由以上计算结果，可得表4.1即该变电站三相短路电流计算值。 表 4.1 变电站三相短路电流计算值 短路电流周期分量短路冲击电流 有效值稳态值有效值最大值 短路点 编号 短路点额 定电压 /kV n U 短路点平 均电压 /kV av U/kA 3 k I/kA 3 I/kA b I/kA b i 短路容量 /MVA k S 1 k22023038.0638.0657.4797.0514485 2 k110 11514.1014.1021.2935.9552686.3 3 k35 3727.04427.04440.83668.961639.41 邵阳学院毕业设计（论文） 20 5 导体和电气设备的选择 正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。 在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳 妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统中各种电 器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求 确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状 态来校验动、热稳定性13。 本设计中，需选择的主要电气设备有：断路器和隔离开关，电流、电压互感器， 导线、避雷器等等。 5.1 按正常工作条件选择电气设备14 电器选择的一般原则 应满足运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 应按当地环境条件校核。 应力求技术先进和经济合理。 与整个工程的建设标准应协调一致。 同类设备应尽量减少品种。 选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。 额定电压 电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电 压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。因此， 在电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压 不低于装置地点电网额定电压 N U 的条件选择 NS U （5.1） NNS UU 额定电流 电气设备的额定电流是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。应 N I N I 不小于该设备在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 max