110KV变电站设计毕业设计 .doc

重庆理工大学毕业设计 110KV变电站设计 110KV变电站设计毕业设计目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 变电站的概述11.2 课题研究的目的与意义11.3 国内外研究现状及发展趋势11.4 课题设计的内容及要求31.5 本设计的关键问题31.6本章小结42 电气主接线设计及配电装置52.1 原始资料及设计要求52.1.1 原始资料5 2.1.2 设计要求分析52.2 主接线设计62.2.1 设计原则62.2.2 设计方案72.3 配电装置102.3.1 配电装置的介绍102.3.2 配置选择112.3.3 总布置122.4 本章小结133 负荷计算及主变压器选择143.1 负荷计算143.1.1 负荷计算的重要性143.1.2 负荷计算143.2 主变压器的选择153.2.1 变压器选择原则153.2.2 变压器确定173.3 本章小结174 短路计算184.1 计算的目的184.2 计算的方法184.3 短路电流计算194.3.1 参数计算194.3.2 短路等效电路图214.3.3 K1点短路计算234.3.4 K2点短路计算254.3.5 K3点短路计算284.4 短路电流的效应334.4.1 动稳定校验334.4.2 热稳定校验344.5 本章小结345 电气主设备的选择和校验355.1 电气主设备的介绍355.2 断路器及隔离开关选择365.2.1 断路器和隔离开关的介绍365.2.2 主变110KV侧及母联选择36 5.2.3 主变35KV侧及母联选择选择375.2.4 35KV出线侧选择38 5.2.5 主变10KV侧及母联选择395.2.6 10KV侧出线选择405.3 互感器及熔断器选择415.3.1 互感器和熔断器的介绍415.3.2 电流互感器选择425.3.3 电压互感器及熔断器选择455.4 导线选择465.4.1 按发热条件选择导线截面465.4.2 按经济电流密度选择导线截面475.4.3 导体选择与校验485.5 本章小结556 继电保护配置和整定566.1 主变压器保护配置与整定566.2 主变压器的整定算例596.2.1 10KV侧过电流保护整定计算596.2.2 过负荷保护整定计算606.3 线路保护配置与整定606.4 本章小结627 防雷接地保护与无功补偿637.1 输电线路的防雷保护637.1.1 输电线路雷击介绍637.1.2 输电线路的防雷637.2 变电站的防雷保护647.2.1 变电站对直接雷的防护647.2.2 变电站对雷电侵入波的防护647.3 防雷接地657.4 无功补偿667.4.1 无功补偿的必要性667.4.2 系统无功补偿的计算667.5 本章小结678 结论68致谢69参考文献70附录：电气主接线图72文献综述73摘要变电站是电力系统的重要组成部分，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。本设计是某地区110KV降压变电站设计，根据已给的条件可以完成设计，具有一定的实际意义。该变电站采用两台主变压器，变电站内的电气主接线分为110KV，35KV和10KV三个电压等级。其中110KV侧采用双母线接线方式，35KV和10KV采用单母线分段接线。变电站设计从主接线方案选择，配电装置布置，短路计算，主电气设备选择和校验，以及继电保护和防雷接地几个方面进行。上述内容也是目前国内外变电站设计的大致内容和部分，唯一不同的是越来越趋于智能化和简捷化。关键词：变电站 电气主接线 短路计算 继电保护IAbstractSubstation is an important part of power system. It is contact power plants and users of the intermediate links, and it plays the role transformation and distribution of electricity. This design is a region buck 110KV substation design, and we can complete it according to the terms and conditions have been given, and it has some practical significance. There are two main transformers in the substation in which main electrical connection can be divided into three voltage levels: 110KV, 35KV and 10KV. 110KV side uses double bus wiring, but 35KV and 10KV use single bus connection. Substation design from several aspects, such as: the Main Wiring choice, distribution equipment layout, short circuit calculations, the main electrical equipment selection and validation, as well as lightning protection and grounding. The above content is currently the general content of domestic and substation design, and the only difference is become more and more intelligent and simple technology.Key words: Substation, Main electrical wiring, Short-circuit calculation, relay selection.II1 绪论1.1 变电站的概述变电站是电力系统中的重要环节，变电站是联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。变电站的工作状态直接影响着整个电力系统的安全和经济运行。根据其在系统中的地位，可分为枢纽变电站，中间变电站，地区变电站和终端变电站。其中地区变电站是以向地区用户供电为主的变电站，是一个地区的主要变电站，其高压侧一般为110KV或220KV，全站停电后，仅使该地区中断供电。变电站设计的基本原则是安全可靠、技术先进、投资合理、运行高效。110KV变电站按照变电站布置方式分为户外变电站、户内变电站和半地下变电站三类；按照配电装置分为常规敞开式开关设备和全封闭式组合电气设备两类。1.2 课题研究的目的与意义本课题是来源于某城市开发区新建110KV降压变电所研究和开发设计项目，具有一定的实践性和可行性。随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。为了保证在送变电过程中的供电可靠性，首先要满足的就是变电所的设计规范。近年来，变电所设计逐渐趋于综合自动化，因此本次设计旨在掌握变电站设计的基本流程。在设计过程中，可以学习到最新的，简单而有效的方式方法。同时通过本次设计，既能够使学生将所学到的理论知识运用起来，又是对专业知识的一次实践。通过这次设计能够扩宽我们的知识面，增强工程观念，逐步提高解决问题的能力。1.3 国内外研究现状及发展趋势我国电力工业的水平正在逐步提高，许多变电站已经实现了集中控制和计算机监控，所有电力工业都在努力降低成本，使用新设备，采用新技术。目前国内外的110KV 变电站都在一定程度上拥有了自动化系统，而未来的发展趋势应该是向智能化，网络化，测量、温度、保护和控制为一体化发展。另一方面，随着竞争越发激烈，变电站对于地区性电能分配技术的要求也越来越高。国内外变电站设计主要部分还是大致为主接线设计、短路计算和电气主设备的选择以及防雷保护。国内变电站现在的发展是由老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电站转变，交流传输向直流传输转变。在城市型变电站中，户内型变电站也逐渐流行起来，屋内配电装置广泛使用。国外变电站当前主要是采用柔性技术使交流传输向直流传输转变。其中，我国许多220KV以下的变电站已经开始由监控中心进行监控，基本实现了变电站无人值守。在设计变电站的当前趋势下，数字化智能变电站已经成了主流趋势。在变电站自动化领域中,智能化电气的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,使变电站所有信息的采集、传输实现全智能化处理提供了理论和物质基础。数字化智能变电站会做到站内所有信息数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备共享同一的信息平台。智能化变电站的技术特征：(1) 各类数据从源头实现数字化，真正实现信息集成、网络通信、数据共享。在电流、电压的采集环节采用智能化电气测量系统，打破了常规变电站的监视、控制、保护、故障录波、量测与计量等几乎都是功能单一相互独立的装置的模式。(2) 系统结构更加紧凑，数字化电气量监测系统具有体积小、重量轻等特点，可以有效地集成在智能开关设备系统中，按变电站机电一体化设计理念进行功能优化组合和设备布置。对一、二次设备进行统一建模，资源采用全局统一命名规则，变电站内及变电站与控制中心之间实现了无缝通信，从而简化系统维护、配置和工程实施。目前的技术问题：国外已有一定的成熟经验，国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究，并且在某些方面取得了实质性的进展。但归纳起来，目前主要存在的问题是:(1) 研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关；(2) 材料器件方面的缺陷及改进；(3) 试验设备、测试方法、检验标准，特别是EMC(电磁干扰与兼容)控制与试验还是薄弱环节。国内已有数个智能化变电站顺利投运，运行时间最长的已近两年，总的来看设备运行平稳，各类数据采集、传输无误，保护和自动装置动作正常，说明智能化变电站的技术运用到实际中已初步通过实践的检验，满足了安全、稳定的系统运行要求。但智能化变电站应用发展中遇到的主要问题，还有待进一步深入研究和解决。1.4 课题设计的内容及要求内容：1. 掌握110kV变电所电气主接线的基本设计方法；2. 短路计算；3. 继电保护；4. 主要电气设备的选择与校验。要求：1. 完成所要求的变电所的电气设计；2. 完成毕业论文。1.5 本设计的关键问题关键问题一是电气主接线方面，选择各级电压母线的接线方式是我自己认为不熟的部分，初步印象就是在课本中学习过母线的几种接线方式，在接下来的设计过程中，我会先仔细理解这几种接线方式的好处和适用范围，然后通过本次设计任务的要求选择出各级母线的接线方式，从而选择出最佳的主接线方案。关键问题二是短路电流的计算，在继电保护中学过几种简单的短路计算，而且几乎是默认为无限大系统。在本次设计，有最大和最小两种工作方式，明确规定了每种方式的具体情况，所以应该是计算复杂短路电流。这个较为麻烦，我的思路是可以默认为无限大的就采用公式手算短路电流，不能默认为无限大的，采用等效图记性简化，再用运算曲线法计算。找出几个电位不同的点，算出各点短路电流即可。关键问题三是电气主设备的选择，由于要考虑容量问题和实际负荷的计算，又需要短路电流和其他一些量的计算比较，过程较为复杂。在设计变电站中，一般主设备包括断路器、隔离开关、互感器和避雷器等。1.6本章小结本章介绍了变电站的重要性，以及本课题的研究意义，对于变电站设计的国内外发展现状及趋势也做了介绍，最后说明了本课题的具体设计内容及关键点。2 电气主接线设计及配电装置2.1 原始资料及设计要求2.1.1 原始资料开发区新建110KV降压变电所，由两回110KV电源供电，其中一回来自东南方向30km处的火力发电厂；另一回来自正南方向20km处的地区变电所。本变电站与系统连接情况如图2.1所示。有8回35KV出线，每回负荷按3750kW考虑，,一、二类负荷占50%，总出线长度约70km（其中最长一回35KV出线为9km）；另外有6回10KV出线，总负荷约15MW，,，一、二类负荷占30%。图2.1 原始资料图最大运行方式时，系统1两台发电机和两台变压器均投入运行；最小运行方式时，系统1投入一台发电机和一台变压器，系统2可以视为无穷大电源系统。2. 自然条件本变电站所在地区平均海拔1000m，年最高气温40，年最低气温-10，年平均气温20，年最热月平均气温30，年雷暴日为30天，土壤性质以沙砾粘土为主。2.1.2 设计要求分析1. 掌握110kV变电所电气主接线的基本设计方法：110KV降压变电站有三个电压等级，分别为110KV，35KV和10KV，是不算太大的电压等级。变电站设计的基础也是主接线设计，掌握该设计方法，首先了解和选择合适的几种接线方式，如双母线接线，单母线接线，和分段母线等。然后根据各级电压测的负荷情况，实际情况和环境等，选用合适的方式接线。2. 短路计算：短路计算是变电站设计至关重要的一部分，它可以为电气主设备选择，继电保护提供依据。本设计采用对三个不同电压等级的点进行短路计算，分别是110KV，35KV和10KV母线的三相短路计算。利用等效电路图，化简后进行公式计算，最后列出短路计算电流表。3. 主要电气设备的选择与校验：变电站设计的主要电气设备包括母线，断路器，隔离开关和互感器等。这些也是都需要进行精心仔细选择和校验的设备。主要是通过电压等级、过电流要求以及稳定性等几方面记性选择和校验，是一个庞大的计算过程。4. 继电保护：这是变电站设计的二次部分，不过在保护中是至关重要的。主要是对主变压器和线路进行保护，选择合适的保护方式，以及进行简单的计算和校验即可。2.2 主接线设计2.2.1 设计原则电气主接线是变电站电气设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节，它对于电气设备选择，配电装置布置和继电保护都有较大影响。因此必须优化电气主接线。对于电气主接线方案的选定，有以下几个要求点去进行选取：1、供电可靠性。主接线的设计必须满足当系统发生故障时，停电范围小，恢复供电快。2、经济性。在满足供电可靠和安全的前提下，尽量节省投资和减少占地面积。3、简化性。变电站自动化，无人控制是必然发展趋势，简化主接线可以为此提供方便。4、适应性和灵活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变运行方式时操作简便，恢复供电快。由于本设计的变电站有三个电压等级，所以在设计中需要考虑各等级的母线情况。再拟出方案将三个电压等级与变压器连接，对选出的方案进行综合比较，确定最佳方案。2.2.2 设计方案本设计准备选用的主接线方法有如下几种：1、 双母线接线（图2.2）：优点：运行方式灵活，可靠，便于事故处理和扩建。通过两组母线的隔离开关倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于停电，一组母线故障后能迅速恢复供电。缺点：隔离开关倒换工作容易引起电器误操作，增加了大量的隔离开关和母线长度。当任一回路断路器检修时，该回路仍然要停电。配电装置复杂，经济性较差。 图2.2 双母线接线 2、 单母线分段接线（图2.3）：优点：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，由两个电源供电。当一段母线发生故障，断路器自动将故障切除，从而保证正常母线段正常不间断供电。缺点：当断路器检修时需要全部停电。一条母线故障，该线路所有回路停电。 图2.3 单母线分段接线3、 单母线接线（图2.4）：优点：结构简单清晰，设备较少，操作方便和占地少，有利于扩建。缺点：当母线或母线隔离开关进行检修或发生故障,或线路、变压器继电保护装置动作而断路器拒绝动作时，都会使整个母线断电；运行可靠性不高。 图2.4 单母线接线 主接线的总设计方案有两种选择：方案一：110V采用双母线接线，35KV和10KV采用单母线分段接线，如图2.5： 图2.5 方案一接线方案二：110KV、35KV和10KV都采用单母线分段接线，如图2.6： 图2.6 方案二接线相对于方案二，方案一虽然结构稍微复杂，资金略高，但供电可靠性得到了很大的保障。110KV变电站对于供电可靠的要求很高，所以采用方案一进行设计。2.3 配电装置2.3.1 配电装置的介绍按主接线图，由开关设备、保护电器、母线与辅助设备所组成，用以接受和分配电能的装置总称为配电装置。通常，按布置场所配电装置可分为室内配电装置和室外配电装置。近几年，广泛采用了金属全封闭组合电器（GIS）。室内配电装置的优点：外界调节对电气设备的运行影响不大，因此可以减少维护工作量。提高运行可靠性。在室内操作，方便，占地面积也小。缺点是土建费用较大。室外配电装置的优点：土建工程量和费用较少，缩短建造时间。可使相邻设备之间的距离适当加大，运行更加安全，扩建也方便。缺点是电气设备都露在室外，环境条件影响较大，设备的外绝缘必须按室外来考虑，价格会增高。电气设备布置应根据设防烈度，场地条件和其他环境条件，并结合电气总布置及运行、检修条件，通过技术经济分析确定。2.3.2 配置选择原始数据中，该变电所的平局海拔为1000米，年最高气温40，年最低气温-10，年平均气温20，年最热月平均气温30。由海拔1000米，不需要对配电装置的最小安全净距离进行修正。本设计110KV和35KV配电装置采用室外普通中型配置，这种配置的特点是布置清晰，结构可靠，维修方便，抗震性好，而且大都采用悬挂式软母线，用悬式绝缘子悬挂在母线架上。其中110KV母线进出线方式采用门形构架，经变压器高压侧拉出，但拉线与墙面的角度不应小于30。35KV母线进出线方式采用形构架。电力变压器外壳不带电，可采用落地布置。主变压器与建筑物的距离不应小于3米，当变压器油重为2500KG以上时，两台变压器之间的防火距离不应小于8米。110KV的安全距离为1米，35KV的安全距离为0.75米。110KV的避雷器采用落地式布置，35KV的避雷器采用高式布置。户外配电装置应设有供运行操作、巡视和检修用的通道，其宽度为0.81米。户外配电装置的遮拦高度不应低于1.7米，网孔不应大于40mm40mm，栏杆高度不应低于1.2米，应装锁。10KV采用单层室内高压成套开关柜配置，将线路、母线联络断路器、电压互感器、电流互感器和避雷器组装在柜里。选用XGN2-10系列开关柜。该型号适于在3-10KV 单母线系统中作为接受和分配电能的高压成套配电装置，为金属封闭箱型结构。柜内由钢板分割成断路器室、母线室、继电器室、电缆室，并可通过门面的观察窗和照明灯观察柜内各主要元件的运行情况。2.3.3 总布置设计的配电装置的布置包括高压配电室（分别是110KV配电室、35KV配电室、10KV配电室）、电容器室、变压器室、低压配电室、中控室。如图2.7：图2.7 变电站配电装置平面图对于其他一些配置的选取，如表2.1：表2.1 变电站配置表房间名称高压配电室电容器室变压器室低压配电室中控室建筑物耐火等级二级二级二级一级一级采光宜有自然采光可设采光窗不设采光窗木窗木窗通风木制百叶窗加保护网，自然通风百叶窗设网口，自然通风车间内用非燃烧材质做通风窗，自然通风无要求采暖一般不采暖不采暖无要求一般不采暖规定采暖区 2.4 本章小结本章对主接线进行了方案的比较和选取，考虑到供电可靠性，最终选择了110KV双母线接线，35KV和10KV单母线分段接线的接线方式。在确定好电气主接线后，对整个变电站的配电进行合理配置和布局。3 负荷计算及主变压器选择3.1 负荷计算3.1.1 负荷计算的重要性负荷分为三类： 一级负荷：中断供电将会造成人身伤亡或者重要设计损坏，且难以挽回，带来极大的经济损失和政治损失属于一级负荷。二级负荷：中断供电将会造成局部设计损坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，产品减产属于二级负荷。三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电。变电站建设工作中要考虑变电站的供电负荷选择和变压器的容量，而要选择变压器的容量，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。同时它也是正确选择供电系统中导线、开关电器等的基础，也是保障供电系统安全可靠运行必不可少的重要一环。在方案设计与初步设计时，其电力负荷计算过小或过大，都会引起严重的后果。如果电力负荷计算过小，就会引起供电线路过热，加速其绝缘的老化；同时，还会过多损耗能量，引起电气线路走火，引发重大事故。而电力负荷计算过大，将会引起变压器容量过剩，以及供电线路截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护的灵敏度，与此同时，电力负荷计算过大还增加了投资，降低了工程的经济性。3.1.2 负荷计算1，考虑一、二级负荷需求和城市规划；2，考虑当一台变压器停运时，另一台必须满足70%的全部最大综合计算负荷，即 （式3-1）和 （式3-2）其中，最大综合计算负荷为 （式3-3）式中， 各出线的最大功率；m出线回路数； 各出线的自然功率因数； 同时系数，一般取0.8-0.95； 线损率，取5%。 同时系数Kt：在配电干线上，多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此在求配电干线的计算负荷时，应再计入一个同时系数。本设计原始资料中，35KV和10KV 侧均给出了若干条负荷回路，所以需要计入同时系数，同时系数的选取也与回路数有关。根据现有资料的经验取值，取Kt=0.85。根据（式3-3），10KV侧容量的计算：考虑线损率5%，则=16.734MVA 同理，35KV侧的计算：考虑线损率5%，则 =33.469MVA所以，待建变电站的供电总容量为=+=50.203MVA。3.2 主变压器的选择3.2.1 变压器选择原则变压器是变电站的主要电气设备之一，降压变压器是将高电压降低为用户所需要的各级使用电压，以满足用户的需要。本设计就是一个降压变电站。主变的容量和台数直接影响到主接线的形式和配电装置的结构。在选择变压器时，要根据设计要求资料和所设计的变电站自身特点，在满足变压器的可靠性的前提下，充分考虑经济性来选取。（1）变压器台数：由设计要求资料可知，本次设计的变电站是某城市开发区的一个110KV降压变电站，通过两条进线向其输入电源，主变也通过35KV和10KV两条出线输送电能，是一个一般的地区变电站。在出线回路中，有很多部分是一二类负荷，所以为了满足供电可靠性，采用两台主变压器。这样可以防止因一台变压器出故障而导致整个变电站停运，造成对用户的停电。而且两台主变同时发生故障的几率很低，而且当一台变压器出故障时或检修时，另一台也能供应全部负荷的70%。（2） 变压器容量：主变压器容量一般按变电站建成后5-10年规划负荷计划，并适当考虑远期的负荷发展。又因要考虑到一台变压器停运的情况下，另一台必须满足全部负荷的70%，根据（式3-1）有： =35.142MVA从单台变压器应满足全部一二类负荷的条件下计算，根据（式3-2）有： =18.75MVA =5.625MVA所以为24.375MVA。 所以，主变的容量选取为40MVA。 （3）变压器绕组和相数： 变压器有单相和三相，主变压器采用何种相数主要考虑变压器的制造条件，可靠性和运输条件等。一般情况，现在社会技术条件和交通运输已经逐渐成熟，在330KV以下的变电站，均可采用三相变压器。而且一台三相变压器相对于三台单相变压器的变压器组而言，经济性更好。绕组的一般形式主要有双绕组和三绕组。在具有三种电压等级的降压变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器均可采用三绕组变压器。另一方面，一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比两台双绕组变压器都要少。因此选用三绕组变压器。变压器绕组的连接方式有Y型和型，而且为了保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是型的。我国的110KV以上都用的中性点直接接地系统，所以110KV侧用Y型连接，且中性点直接接地。根据DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合3.1.2条规定：35KV单相接地电容电流大于10A时，应装设消弧线圈。本设计的变电站的35KV侧，单相接地电容电流所以不需要装设消弧线圈，也用Y型连接。而10KV侧则采用型连接。（4）变压器调压：变压器的电压调整就是通过分接开关切换分接头，从而改变变压器的变比实现变压。有两种调压方式：一是无励磁调压，就是必须断电再来调压，这种调压范围在；二是有载调压，可以带电操作进行调压，这种调压范围在，这种方式可以稳定电压，减少调压时的电压波动。110KV以及以下的变压器，考虑要有一级采用有载调压，所以设计中可以全部采用有载调压。对于有载调压变压器，首选SZ9系列的低损耗电力变压器。3.2.2 变压器确定设计选取主变两台40MVA的三相油浸风冷式有载调压的三绕组变压器，型号为：SFSZ9-40000/110。查GB/T 6451-2008可得，SFSZ9-40000/110的技术参数如下表3.1：表3.1 SFSZ9-40000/110变压器技术参数型号电压组合及分接范围（KV）连接组别空载损耗（KW）短路损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压（%）高压中压低压SFSZ9-40000/110110+81.25%353738.510.5YN/yn0/d1148.21890.45高-中10.5高-低17.5中-低6.53.3 本章小结本章结合原始资料和设计要求的规定，对各侧的负荷进行了近似计算，用此数据进行变压器容量的选择，确定采用两台型号为SFSZ9-40000/110的主变压器。4 短路计算所谓短路，就是供电系统中一相或者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。主要原因是由于各种因素（如过电压、雷击、绝缘老化等）造成的电气设备和载流导体的绝缘损伤。4.1 计算的目的短路电流能达到该电路额定电流的几倍甚至到几十倍，上百倍，某些场合短路电流可达到几万安，甚至几十万安。当大短路电流流过导体时，会严重发热，造成损坏。短路也会产生电弧，不仅可能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备。短路也会使得发电机的端电压下降，会造成线路、电抗器等的电压损耗增大，二者作用的后果将使网络电压降低，越靠近短路点降低得越多。短路还能破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至系统瓦解崩溃。在选择电气设备时，为了保证在正常运行和故障情况下都能可靠地工作，这都需要进行短路电流计算；在选择继电保护方式和整定计算时，也需要以短路电流为依据。通常用三相短路电流。4.2 计算的方法求解不对称短路电流的一般方法是：利用对称分量法实现参数转换；列出正、负、零序网络方程；推导出故障点的边界条件方程；将网络方程与边界条件方程联立求解，求出短路电流及其他分量。三相短路是对称的短路计算，两相短路和单相短路是不对称短路计算。经验表明，单相短路发生的几率最大，三相短路的最小，但是三相短路的后果很严重，所以也要引起重视。对于任何不对称的短路进行计算，都可以采用对称分量法，归为对称短路的计算。一般在进行短路电流计算时，对于可以将电源容量视为无穷大的电力系统，当某处发生短路时，电源电压保持不变，即短路电流的周期分量在整个短路过程中不衰减。4.3 短路电流计算4.3.1 参数计算无论采用有名制或标幺制，对多电压等级的网络，都需将参数归算至同一电压等级。标幺值的电压级归算有两种方法，一是先将各电压级的各参数的有名值归算到基本电压级，再除以与基本电压级相对应的基准值；二是先将基本级的各参数基准值归算到各电压等级得到各级的基准值，再用各级的有名值除以各级的基准值得到标幺值。系统一是有限容量，可采用运算曲线（数字表）法，求出各系统到短路点的直接电抗（转移电抗）后，归算成对应于各等效电源容量下的计算电抗（式4-1），再根据查找相应短路电流周期分量的标幺值。只是当电源（系统一）的计算电抗3.45时，即可当初无穷大系统进行计算。再计算出归算到短路点的等效电源的额定电流（式4-2）。短路电流有名值计算将短路电流周期分量的标幺值即可。 =X （式4-1）式中，系统的容量。 (式4-2)式中，短路点所在电压等级的平均额定电压。取基准容量为100MVA。主变压器的额定电压为110/37/10.5KV。本设计采用第二种方式进行标幺值电压级归算。各级的电压基准值为：=115KV，=37KV，=10.5KV。则各级的电流基准值为：=0.5KA=1.56KA=5.5KA基准值之间的关系式为： （式4-3） （式4-4） （式4-5）由式4-3，式4-4和式4-5可得，各电压等级的标幺值归算式： （式4-6） （式4-7） （式4-8）各元件参数计算式如下:发电机： （式4-9）双绕组变压器： (式4-10)三绕组变压器： （式4-11） （式4-12） （式4-13）系统一的发电机和的容量均为62.5MVA，=12.4（由此可得，本次设计的发电机为汽轮发电机）。由（式4-6）和（式4-9）可得系统一的电抗标幺值为：=0.198由（式4-6）和（式4-10）可得双绕组变压器T1、T2、T3的电抗标幺值为：=0.167线路一的电抗标幺值为：=0.091线路二的电抗标幺值为：=0.06三绕组变压器T4、T5技术参数，由（式4-11）、（式4-12）和（式4-13)得 =10.75 =-0.250=6.75同双绕组变压器，可得其各绕组标幺值：=0.269 =0=0.1694.3.2 短路等效电路图最大运行方式下，系统一的两台发电机和两个双绕组变压器并列运行，则系统一的等效电抗标幺值为 =0.274最小运行方式下，系统一仅投入一台发电机和变压器，则系统一的等效电抗标幺值为 =0.456系统二的等效电抗标幺值为=+=0.227。系统短路等效电路图，如图4.1：图4.1 系统短路等效图最大运行方式的短路等效电路图，如图4.2：图4.2最大运行方式的短路等效图最小运行方式的短路等效电路图，如图4.3：图4.3最小运行方式的短路等效图4.3.3 K1点短路计算K1点短路等效电路图可直接使用图4.2、图4.3（1） 最大运行方式下的短路计算（图4.2）：由（式4-1），系统一的计算电抗为=0.274=0.343.45按有限容量系统计算，计算时使用运算曲线（或数字表）法。查汽轮发电机计算曲线数字表得，系统一在0S、0.2S、时刻对K1点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=3.159,=2.519,=2.283.由（式4-2）得，归算到短路点的等效电源的额定电流为=0.628KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K1点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K1点提供的短路电流周期分量有效值为=2.203KA所以流入K1点的总短路电流为=+=3.78KA =+=3.64KA=10.67KK1点的短路容量：=798.279MVA（2） 最小运行方式下的短路计算（图4.3）：系统一的计算电抗为=0.456=0.28使用运算曲线（或数字表）法，查汽轮发电机计算曲线数字表得，系统一在0S、0.2S、时刻对K1点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=3.872,=2.939,=2.378.归算到短路点的等效电源的额定电流为=0.314KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K1点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K1点提供的短路电流周期分量有效值=2.203KA所以流入K1点总短路电流为=+=3.126KA=+=2.95KA=8.7KAK1点的短路容量=651.197MVA4.3.4 K2点短路计算（1） 最大运行方式下的短路计算：等效电路图的简化过程：图4.4为简化第一步，图4.5为简化第二步，合并阻抗8,11，得Y型等效图，图4.6为Y变换。其中：=0.227+0.135+=0.474 图4.4 K2点短路最大运行方式等效化简图1图4.5 K2点短路最大运行方式等效化简图2 图4.6 K2点短路最大运行方式等效化简图3系统一的计算电抗为=0.72查汽轮发电机计算曲线数字表得系统一在0S、0.2S、时刻对K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=1.45,=1.3,=1.68.归算到短路点的等效电源的额定电流为=1.951KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K2点提供的短路电流周期分量有效值=3.291KA所以流入K2点总短路电流为=+=5.827KA=+=6.569KA=15.579KAK2点的短路容量=408.094MVA（2） 最小运行方式下的短路计算：等效电路图的简化过程：图4.7为简化第一步，图4.8为简化第二步，合并阻抗8,11为16，得Y型等效图，图4.9为Y变换。其中： =0.227+0.135+=0.429图4.7 K2点短路最小运行方式等效化简图1 图4.8 K2点短路最小运行方式等效化简图2图4.9 K2点短路最小运行方式等效化简图3系统一的计算电抗为=0.862=0.54使用运算曲线（或数字表）法，查汽轮发电机计算曲线数字表得，系统一在0S、0.2S、时刻对K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=1.92,=1.79,=1.972.归算到短路点的等效电源的额定电流为=0.975KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K2点提供的短路电流周期分量有效值为=3.636KA所以流入K2点总短路电流为=+=5.381KA=+=5.559KA=14KAK2点的短路容量=367.284MVA4.3.5 K3点短路计算（1）最大运行方式下的短路计算：等效电路图的简化过程：图4.10为简化第一步，图4.11为简化第二步，合并阻抗8,10,11,13得Y型等效图，图4.12为Y变换。其中：=0.227+0.219+=0.627 图4.10 K3点短路最大运行方式等效化简图1 图4.11 K3点短路最大运行方式等效化简图2 图4.12 K3点短路最大运行方式等效化简图3系统一的计算电抗为=0.95查汽轮发电机计算曲线数字表得系统一在0S、0.2S、时刻对K3点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=1.091,=1.002,=1.2.归算到短路点的等效电源的额定电流为=6.873KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K3点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K3点提供的短路电流周期分量有效值为=8.772KA所以流入K3点总短路电流为 =+=15.659KA =+=17.02KA=41.42KAK3点的短路容量=295.886MVA（2） 最小运行方式下的短路计算：等效电路图的简化过程：图4.13为简化第一步，图4.14为简化第二步，合并阻抗8,10,11,13得Y型等效图，图4.15为Y变换。其中： =0.227+0.219+=0.555图4.13 K3点短路最小运行方式等效化简图1 图4.14 K3点短路最小运行方式等效化简图2图4.15 K3点短路最小运行方式等效化简图3系统一的计算电抗为=0.7查汽轮发电机计算曲线数字表得系统一在0S、0.2S、时刻对K3点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=1.492,=1.336,=1.734.归算到短路点的等效电源的额定电流为=3.437KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K3点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K3点提供的短路电流周期分量有效值=9.9KA所以，流入K3点的总短路电流为=+=14.492KA =+=15.86KA=38.257KAK3点的短路容量=273.3MVA短路电流计算结果如下表4.1：表4.1 短路电流计算表短路点系统最大运行方式系统最小运行方式三相短路电流/KA短路容量/MVA三相短路电流/KA短路容量/MVAK14.193.783.6410.67798.2793.4183.1262.958.7651.197K26.125.8276.56915.579408.0945.5085.3815.55914367.284K316.2715.65917.0241.42295.88715.02814.49215.8638.257273.3 4.4 短路电流的效应短路电流通过电气设备和导体时，一方面产生很大的电动力，即力效应；另一方面会产生很高的温度，即热效应。力效应可能会使设备变形损坏，而热效应可能会烧毁电气设备。因此电力系统中的设备和载流导体应能承受住这两种效应的作用，并依此两种效应校验电气设备的动、热稳定性。4.4.1 动稳定校验短路时，相邻载流导体间产生很大的电动力，可能会使电气设备和载流导体遭到破坏。所以必须要求电气设备有足够承受电动力的能力，即