降压变电所电气部分设计

110kv 降压变电所电气部分设计 第 1 页 共 79 页 目录 摘 要 .5 ABSTRACT .5 第 1 章 绪论 .6 1.1、变电所的发展历史 .6 1.1.1、城网变电所的发展 .6 1.2、本设计选题意义 .7 第 2 章 电气主接线的设计 .7 2.1、变电所主接线设计的基本要求与设计原则 .8 2.1.1、变电所主接线设计的基本要求 .8 2.1.2、变电所主接线设计原则 .9 2.2、电气主接线的方案论证 .9 2.2.1、35kV 侧主接线方案选取.9 2.2.2、10kV 侧主接线方案选取.11 2.2.3、两种接线方案比较 .11 第 3 章 变压器的选择 .13 3.1、变电所主变压器容量及台数的确定 .14 3.1.1、变电所主变压器容量的确定 .14 3.1.2、变电所主变压器台数的选择 .14 3.2、变电所主变压器型式及调压方式的选择 .14 3.2.1、主变压器型式的确定 .14 3.2.2、绕组连接方式确定 .15 3.2.3、调压方式的选择 .15 第 4 章 短路电流的计算 .16 4.1、 概述 .16 4.1.1、短路计算的目的 .17 4.1.2、计算短路电流的基本假定 .18 4.1.3、计算短路电流的基本步骤 .18 4.2、 等值电路图及其各元件电抗计算 .19 4.2.1、基准值计算 .19 4.2.2、各元件标幺值的计算 .19 4.2.3、等值电路简化 .19 4.3、三相短路电流的计算 .22 110kv 降压变电所电气部分设计 第 2 页 共 79 页 4.3.1 概述.22 4.3.2 短路点的选取及计算.23 第 5 章 电气设备的选择与校验.26 5.1、电气设备选择的原则及条件 .26 5.1.1、电气设备选择的一般原则 .26 5.1.2、电气设备选择的一般条件 .27 5.2、载流导体的设计 .29 5.2.1、导体选型 .30 5.2.2、导体截面的选择与校验 .31 5.2.3、110 侧主变压器引接线的选择.34 5.2.4、35KV 母线选择与校验.35 5.2.5、35KV 主变压器引接线的选择.36 5.2.6、35KV 出线的选择.37 5.2.7、10KV 母线的选择.38 5.2.8、10KV 主变压器引接线的选择.39 5.2.9、10KV 电缆的选择.39 5.3、断路器的选择与校验 .40 5.3.1、断路器种类和型式选择 .40 5.3.2、性能选择 .41 5.3.3、高压断路器的选择 .42 5.4、隔离开关的选择与校验 .51 5.4.1、隔离开关的主要用途 .51 5.4.2、隔离开关选择和校验原则 .51 5.4.3、110KV 侧的高压隔离开关选择.52 5.4.4、35kV 主变侧隔离开关的选择.52 5.4.5、35kV 母线分段隔离开关的选择.53 5.4.6、35kV 出线隔离开关的选择.54 5.4.7、10kV 主变侧隔离开关的选择：.54 5.4.8、10kV 母线分段隔离开关的选择：.55 5.4.9、10kV 出线隔离开关的选择：.55 5.5、互感器的选择 .57 5.5.1、互感器其作用是： .58 5.5.2、电压互感器选择 .58 5.5.3、电流互感器的选择 .60 5.5.4、110KV 进线电流互感器的选择.62 110kv 降压变电所电气部分设计 第 3 页 共 79 页 5.5.5、35KV 主变侧电流互感器选择.63 5.5.6、35KV 母线分段电流互感器选择.64 5.5.7、35KV 出线的电流互感器选择.64 5.5.8、10KV 主变压器侧的电流互感器的选择.65 5.5.9、10KV 母线分段处的电流互感器的选择.66 5.5.10、10KV 出线的电流互感器的选择.66 5.6、高压熔断器选择 .68 5.7、防雷保护设计 .68 5.7.1、雷电过电压的形成与危害 .69 5.7.2、电气设备的防雷保护 .69 5.7.3、避雷器的配置： .70 5.7.4、避雷线的配置： .70 5.7.5、避雷器的选择 .70 第 6 章 无功功率补偿 .71 6.1、概述 .71 6.2、功率因数计算 .72 6.2.1、静电电容器的补偿 .72 6.2.2、静电电容器的补偿计算 .72 第 7 章 继电保护 .74 7.1、概 述 .74 7.1.1、继电保护的任务：.74 7.1.2、对继电保护装置的基本要求.75 7.2、主变压器的保护装置的配置 .75 7.2.1. 变压器保护装设的一般原则.75 7.2.2、瓦斯保护.75 7.2.3、纵联差动保护.75 7.2.4、相间后备保护.76 7.2.5、零序后备保护.77 7.3、变压器保护的整定计算 .77 7.3.1、瓦斯保护的整定：.77 7.3.2、BCH-2 型差动继电器构成的纵联差动保护的整定计算 .77 7.3.3、变压器的过电流保护的整定计算.79 7.3.4、复合电压起动的过电流保护.81 7.3.5、过负荷保护整定计算.81 总结 .82 110kv 降压变电所电气部分设计 第 4 页 共 79 页 致谢 .82 参考文献 .83 110kv 降压变电所电气部分设计 第 5 页 共 79 页 摘 要 本次设计为 110kV 变电站的设计书，共分为任务书、说明书二部分，同时还附有 3 张图纸加以说明。该变电站有 2 台主变压器，分为三个电压等级： 110kV、35kV、10kV，35kV、10kV 均采用单母分段的主接线方式供电。本次设计中进行 了短路电流计算，主要设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压 互感器、母线等） ，并同时略带介绍了防雷保护、主变保护等相关方面的知识。 关键词：110kV110kV 变电站、母线、变压器、短路电流、主变保护 AbstractAbstract This paper is a 110kV substation design book，including assignment paper、explanation paper and three graphs. The substation have two primary transformers including 3 voltage degree：110kV、35kV and 10kV. 35kV and 10kV adopted sectioned single bus primary connection model to supply power. In this paper, we have computed short-circuit current, designed and tested the primary electric equipments ( circuit breaker, isolation switcher、 current transfer、voltage transfer、bus etc ),at the same time, we also introduced the prevent-thunder protection、primary protection and other knowledge relevant. Keyword: 110kV substation、 、short-circuit current 、 、bus、 、transformer、 、primary protection 110kv 降压变电所电气部分设计 第 6 页 共 79 页 第 1 章 绪论 1.1、变电所的发展历史 由于现代科学技术的发展，电力系统容量的增大，电压等级的升高，综合自动化 水平的需求，使变电所设计问题变得越来越复杂。除了常规变电所之外，还出现了微 机变电所、综合自动化变电所、小型化变电所和无人值班变电所等。 当前随着我国城乡电网建设与改造工作的发展，对变电所设计提出了更高、更新 的要求，变电所分为系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三大类。本设计 110kv 降压变电所属于一般变电所。 由于变电所设计与占地面积多少和加强网架可靠性直接相关，变电所的发展经过 了一段发展历史。 1.1.1、城网变电所的发展 我国常规城网变电所的主要问题是设备陈旧，占地面积大与现代化的城市建设不 相适应，为了改变这种面貌，城网变电所已向小型化方向发展，开始采用全封闭组合 电器，即 GIS 成套设备。全封闭组合电器（GIS）就是由于 SF6 气体的出现而发展的一 种新型高压成套设备。它包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感 器、霹雷器，母线、出现套管或电缆终端。这些设备按变电所主接线的要求依次连接 组成一个整体，各元件的高压带电部位均封闭于接地的金属壳内，并充以 SF6 气体， 作为绝缘的灭弧介质，称之为 SF6 气体绝缘变电站，简称 GIS。 目前，GIS 的发展趋向，是将变压器一、二次开关全部合为一体，为气体绝缘组合 的供电系统。今后其将向小型化、智能化、免维护、易施工的方向发展。 （一）、农村变电所的发展 建国以来，我国农电事业得到迅速的发展，随着改革开放的形势发展，现有农村 电网已经适应不了农电负荷迅速增长的要求，二十年来，全国各地农网，特别是对农 村变电所重点进行技术改造，取得了可靠的成绩。但，农村变电所仍存在一些问题。 近年来，有关科研设计单位和农电部门做了大量的工作，经过多次的论证与实践，确 定了农村变电所的建设，应遵循“小容量、密布点、短半径”的原则和“户外式、小 型化、造价化、安全可靠、技术先进”的发展方向。 （二）、变电所综合自动化的发展 110kv 降压变电所电气部分设计 第 7 页 共 79 页 自从计算机技术深入到电力系统以来，微机监测技术获得了迅速的发展。变电所 综合自动化系统、集保护、远动、监控为遗体，是一种分布式的综合自动化装置，其 把继电保护、远动技术、参数监测等各种功能分布在各个单片机上，而这些单片机通 过计算机网络连接起来一个有机的自动化装置。 （三）、无人值班变电所 变电所实现无人值班是一项涉及面广，技术含量高，要求技术和管理工作相互配 套的系统工程，它包括电网，一、二次部分，变电所装备水平，通信通道建设，调度 自动化系统的建立以及无人值班变电所的运行管理工作。 1.2、本设计选题意义 本设计 110kv 降压变电所属于一般变电所，是在校期间最后一个重要综合性实践 教学环节，是全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能对实际问题进行设计的综 合性训练。通过设计可以培养运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工 程观念，以便更好的适应工作需要。 通过毕业设计可以熟悉国家有关技术规程、规定等，树立工程设计必须安全、可 靠、经济的观点；能巩固并充实所学基础理论和专业知识，能够灵活运用，解决实际 问题；初步掌握电气工程专业工程的设计流程和方法，独立完成工程设计、工程计算、 工程绘图等相关设计任务；培养严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风。 第 2 章 电气主接线的设计 电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。主接线方 案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设 备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，主接线的设 计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电所主 接线的最佳方案。 2.1、变电所主接线设计的基本要求与设计原则 2.1.1、变电所主接线设计的基本要求 （一）、可靠性 保证必要的供电可靠性、要充分考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的 影响。供电可靠性是电力系统的首要要求，主接线首先应该满足这个要求： 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。 断路器检修或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回数和停运的时间， 110kv 降压变电所电气部分设计 第 8 页 共 79 页 并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 尽量避免变电所全部停运的可能性。 （二）、灵活性： 调度时，应可以灵活的投入或切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统 在事故的运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 检修时，可以方便地停运断路器，母线以及其继电保护设备，进行安全检修而 不影响电力网的运行和对用户的供电。 扩建时，可以容易的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，投入新机组，变压器或线路而不相互干扰，并对一次或二次部分的 改建工作量最少。 （三）、主接线应力求简单清晰，尽量节约一次设备的投资，节约占地面积，减少电 能损失，即具有经济性： 主接线力求简单，以节省断路器，隔离开关，电流和电压互感器等一次设备。 要能使继电保护和二次设备不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。 要能限制断路电流，以便于选择廉价的电气设备和轻型电器。 （四）、应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过度时，一次和二次设备所需 的改造最小，即具有发展和扩建的可能性。 2.1.2、变电所主接线设计原则 （1）、变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式， 在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不 得采用分支接线。 （2）、在 35-60kV 配电装置中，当线路为 3 回及以上时，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、负荷较大地区，可采用双母线接线。 （3）、在 6-10kV 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 回以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率 较大时，可采用双母线接线。 （4）、110-220kV 配电装置中，线路在回以上时，一般采用双母线接线。 （5）、当采用 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。 总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规范、规程为标准，结合 具体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。 110kv 降压变电所电气部分设计 第 9 页 共 79 页 2.2、电气主接线的方案论证 2.2.1、35kV 侧主接线方案选取 根据任务书要求：40km 架空出线 6 回，每回平均输送容量 7MW。最大负荷 50MW， 最小负荷 40MW，最大负荷运行时间 Tmax=5500h，cos =0.85，一、二类负荷占 55%。本设计提出两种方案进行经济和技术比较：单母线分段接线和双母线接线。 （一）、单母线分段接线(如图 2-1) （1）优点： 1、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两条回路，有两个电源 供电； 2、当一段母线发生故障，分断断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间 断供电和不致使重要用户停电。 （2）缺点： 1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内 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。 （3） 适用范围： 1、 610KV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时； 2、 3563KV 配电装置出线回路数为 45 回时； 3、 110220KV 配电装置出线回路数为 34 回时。 1234 W OQF 图 2-1 单母线分段接线 （二）、双母线接线(如图 22) 110kv 降压变电所电气部分设计 第 10 页 共 79 页 TQF W 1234 图 22 双母线接线（TQF-母线联络断路器） 双母线接线，其中一组为工作母线，一组为备用母线，并通过母线联路断路器并 联运行，在进行倒闸操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操作或先通 后断。如检修工作母线时其操作步骤是：先合上母线断路器 TQF 两侧的隔离开关，再 合上 TQF，向备用线充电，这时两组母线等到电位。为保证不中断供电，应先接通备用 母线上的隔离开关，再断开工作母线上隔离开关。完成母线转换后，再断开母联断路 器 TQF 及其两侧的隔离开关，即可对原工作母线进行检修。 1 优点： （1）、供电可靠 通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母 线而不致使供电中断,一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开 关,只停该回路。 (2)、调度灵活 各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活地 适应系统中各种运行方式调度和潮流变化约需要。 (3)、扩建方便 向双母线的左右任何一个方向扩建,均不影响两组母线单位电 源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置， 以至接线不同的母线短时不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。 (4)、便于实验 当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至 一组母线上。 2 缺点： (1)、增加一组母线和使每回路就需要加一组母线隔离开关。 (2)、当母线故障或检修是隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作。为了避免隔 离开关误操作,需要隔离开关和短路器之间装设连锁装置。 3 适用范围： 110kv 降压变电所电气部分设计 第 11 页 共 79 页 当出线母线数式母线电源较多,输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供 电，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)、6220KV 配电装置,当短路电流较大,出线需要带电抗器时； (2)、3563KV 配电装置,当出线回路数超过 8 回路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 110220KV 配电装 置，在系统中居重要地位出线回路在 4 回路以上时。 2.2.2、10kV 侧主接线方案选取 根据任务书要求：10kV 侧进出线共计 10 回，均为电缆出线其中一、二类负荷占总 最大负荷的 45%。预选方案为：单母线接线、双母线接线。 由于单母线接线、双母线接线第一节均已列出，故在此不再重复。 2.2.3、两种接线方案比较 方案一： 110kv 10kv . 共10回 35kv . 共6回 110kv 110KV 电压等级采用双母线接线，10KV 电压等级采用双母线接线。 方案二： 110kv 降压变电所电气部分设计 第 12 页 共 79 页 10kv10kv 110kv110kv 35kv35kv 110KV 电压等级采用单母分段接线，10KV 电压等级采用单母分段接线。 表（2-12-1）两种方案进行比较： 方案一方案二 可 靠 性 可靠性较高，双母线 接线能满足这一要求。通 过两组母线隔离开关的倒 换操作，可以轮流检修一 组母线而不致使供电中断； 与方案一比起来，高 压侧采用这种接法可靠性 相对低一些。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 要在检修期间内停电； 灵 活 性 调度灵活，操作方便。调度灵活，操作方便。 经 济 性 高压侧配电装置复杂， 使建造费用增多，经济性 不好。 高压侧接线简单、清 晰，采用设备少，经济性 相对好一些。 可便于扩建高压侧扩建不方便， 110kv 降压变电所电气部分设计 第 13 页 共 79 页 扩 建 性 要考虑平衡扩建。 经过上述综合比较，作为一般的变电所，对可靠性要求不是很高，综合经济性及 灵活性，因此采用方案二。 第 3 章 变压器的选择 主变压器的选择主要包括变压器的容量、变压器的台数、变压器的形式、绕组连 接方式、变压器的调压方式选择。以下分别根据本次设计进行详细的阐述。 3.1、变电所主变压器容量及台数的确定 3.1.1、变电所主变压器容量的确定 主变压器的容量一般按变电所建成 5-10 年的规划负荷选取，并适当的考虑到远期 10-20 年的负荷发展。再者，可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。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变故障或检修停运时，其余主变 容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应能保证用户的一级和二级负荷，一般性变 电所，应能保证全部负荷的 70%-80%。 根据设计任务： S=S35KV+S10KV =0.7（50+20）0.85=57650（kVA） 3.1.2、变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数应考虑下列原则： 1、应满足用电负荷对供电可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所， 宜采用两台变压器，以便当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷供电。对只 有二级负荷而无一级负荷的变电所，也可以只用一台变压器，但在低压侧应敷设与其 他变电所相连的联络线作为备用电源。 2、对季节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。 综上所述，选用两台 31500 kVA 主变压器。当一台突然故障切除，在最大负荷情 况下，另一台变压器过负荷倍数 70（0.8531.5）=2.61 允许过载时间接近 2 小时， 在此时间处理事故，调整发电功率。 110kv 降压变电所电气部分设计 第 14 页 共 79 页 3.2、变电所主变压器型式及调压方式的选择的确定 3.2.1、主变压器型式的确定 变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性及运输条件等因素， 在不受运输条件限制时，330kV 及以下的变电所均应选用三相变压器，对具有三种电压 的变电所，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15以上时，采 用三绕组变压器，本变电所变压器各侧绕组的功率均已达到了总容量的 15，故选三 相三绕组变压器。 3.2.2、绕组连接方式确定 主变压器中性点接地方式选择： 由设计规程知，中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时， 供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流，但由于过电压水平高，要求有 较高的绝缘水平，不宜用于 110KV 及以上电网，在 663KV 电网中，则采用中性点不 接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间 歇接地过电压，波及整个电网；中性点经消弧线圈接地，当接地电容电流超过允许值 时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过 电压；中性点直接接地，直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备须立即切除， 增加了断路器负担，降低供电连续性。但由于过电压较低，绝缘水平下降，减少了设 备造价，特别是在高压和超高压电网，经济效益显著。故适用于 110KV 及以上电网中。 主变压器中性点接地方式，是由电力网中性点的接地方式决定。 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星形和三角形，如何组合要根据具体工程来确定，我国 110kV 及以上电压变压器绕组都采用 Y0 连接，35kV 采用 Y 连接，35kV 以下电压等级、 变压器绕组都采用连接，所以本变电所主变压器绕组连接方式为 Y0/Y/。 3.2.3、调压方式的选择 普通型的变压器调压范围很小，仅为5%而且当调压要求的变化趋势与实际相反 （如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头就无法满足要求，有载调压它的调整 范围较大，一般在 15以上，而且，既要向系统传输功率，又可能从系统倒送功率， 要求母线电压恒定保证供电质量的情况下，有载调压变压器可以实现。 设置有载调压的原则如下： 对于 220kv 及以上的降压变压器，仅在电网电压可能有较大变化的情况下，采 用有载调压方式，一般不宜采用。 对于 110kv 及以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方 式。 110kv 降压变电所电气部分设计 第 15 页 共 79 页 因此选用有载调压变压器。 综上所述，选择 SFSZL-31500/110 型变压器 型号含义如下： S三相 F风冷式 S三绕组 Z 有载调压 L绕组导线材料为铝 31500容量 110额定电压 所选主变压器的特性数据如表（3-13-1）所示： 损耗（KW） 型号 额定容量 （KVA） 各侧容 量比为：调压范围 空载损 耗 负载 损耗 阻抗 电压 （%） 连接 组别号 SFSZL7 31500/11 0 31500 100/100 /50 高压 11081.25% kV 中压 38.522.5% kV 低压 11kV 50.3175高中： 17.5 高低： 10.5 中低： 6.5 Yn,yn0,d 11 第 4 章 短路电流的计算 4.1、 概述 所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线） 之间的连接， 在电力系统正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是相互绝缘的。如果 由于绝缘破坏而构成通路，电力系统就发生了短路故障。通常引起绝缘损坏的原因由： 绝缘材料的自然老化，机械损伤，雷电造成过电压等。此外，运行人员的误操作，如 带负荷拉隔离刀闸，设备检修后遗忘拆除临时接地线而误合刀闸均克造成短路；另外， 鸟兽跨接在裸露的载流部分以及风、雪、雹等自然灾害也会造成短路。 在三相系统中，可能发生的短路由：三相短路（f(3)） 、两相短路（f(2)） 、两相短路 110kv 降压变电所电气部分设计 第 16 页 共 79 页 接地（f(1,1)） 、以及单相接地短路（f(1)） 。 三相短路时系统三相电路仍然是对称的，称为对称短路，其它几种短路均使三相 电路不对称，称为不对称短路。电力系统短路故障大多数发生在架空部分。 发生短路时，由于供电回路的阻抗减小以及突然短路时暂态过程，使短路点及附 近电力设备流过的短路电流可能达到额定值的几倍甚至十几倍，从而引起导体及绝缘 的严重发热甚至损坏。同时，在短路刚开始，电流瞬时值达到最大时，电力设备的导 体间将受到很大的电动力，可能引起导体或线圈变形以致损坏。在电流急剧增加的同 时，系统中的电压突然降低，短路点附近电压下降得最多，这将影响用户用电设备得 正常工作。 为了减少短路故障对电力系统的危害，一方面必须采取限制短路电流的措施，合 理设计电网；另一方面是迅速将发生短路的部分与系统其它部分隔离开来，使无故障 部分恢复正常运行。这就要依靠继电保护装置检测除故障，并有选择地使最接近短路 点的、流过短路电流的断路器断开。系统中大多数的电流都是瞬时性的，因此架空线 路普遍采用自动合闸装置。 在变电所可能发生的各种故障中，对系统危害最大，而且发生概率最高的是短路 故障。 ，短路电流的计算是一个重要环节，我在设计时是按照三相短路来计算的。 4.1.1、短路计算的目的 1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案 ，确定某接线方案是否需要采 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，为了保证各种电气设备和导体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，这就需要用短路电流对所选电气设备进 行动稳定和热稳定校验； 3、在选择继电保护方法和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 为了达到上述目的，对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路 点的三相短路电流计算，算出下列各短路参数： I三相短路电流，用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流容量。 应采用继电保护安装处发生短路的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。 ish三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。 Ish三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的的热稳定。 Sd三相短路容量，用来校验断路器和遮断容量和判断容量是否超过规定值。 Sj基准容量（MVA） 。 Uav所在线路的平均电压（kV） 。 4.1.2、计算短路电流的基本假定 为了简化短路电流计算的方法，在保证计算精度的情况下，忽略了一些次要因素 110kv 降压变电所电气部分设计 第 17 页 共 79 页 的影响，作出如下规定： 1、电源的电动势相位角相同，电流的频率相同，短路前，变电所的电势和电流是 对称的。 2、变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流 大小发生变化。 3、线路的分布电容略去不计，不计磁路饱和，认为各元件为线性元件 4、个电压级采用平均额定电压，这个规定在计算短路电流时，所造成误差很小。 5、在短路电流计算中，由于短路电流比正常负荷电流大得多，多数情况下可不考 虑负荷； 6、忽略元件的电阻及并联支路，只考虑元件的感抗； 7、系统中的短路为金属性短路，即过度电阻为零。 8、短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 9、考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 4.1.3、计算短路电流的基本步骤 1、照供电系统图绘制等效电路图，要求在图上标出各元件的参数，对复杂的供电 系统，还要绘制出简化的等效图 2、定基准容量和基准电压，并按照公式求出基准电流和基准电抗 3、出供电系统中各元件电抗标幺值 4、制相应的短路电流计算阻抗图； 5、出由电源至短路点的总阻抗 X* 5、根据需要取不同的短路电点进行短路电流计算； 6、列出短路电流计算结果图。 4.2、 等值电路图及其各元件电抗计算 4.2.1、基准值计算 高压供电系统通常采用标幺值的方法来计算短路电流，所以，应求出供电系统中 各元件的电抗标幺值。 为了计算方便，取基准容量 Sd=100MVA，基准电压 Uav一般取用各级的平均额定电 压. 基准容量 Sd（MVA）和基准电压 Ud（KV）选定以后，基准电流 Id（KA）和基准电 抗 Xd（欧姆）便可用下式决定： 基准电流 IdSd/Ud3 基准电抗 XdUd/Id3 110kv 降压变电所电气部分设计 第 18 页 共 79 页 4.2.2、各元件标幺值的计算 在用标幺值（相对值）进行计算时，电路中全部元件的电抗，必须换算到选定的 基准容量下的标幺值，标幺值某电气量的实际值同单位同电气量的基准值。 对于不同电量，计算公式如下： 电压标幺值 Ud*UUd 容量标幺值 Sd*=SSd 电流标幺值 Id*=IId =IUdSd3 电抗标幺值 Xd*=XXd 4.2.3、等值电路简化 为了计算不同短路点的短路电流值，需要将等值网络分别化简为以短路点为中心 的等值网络，常常采用的方法有：网络等值变换、利用网络的对称性简化并联电源支 路的合并和分布系数法四种。 根据本次设计所选主接线方式和长期运行方式（两台主变压器并联运行），对网 络图进行简化。 选取基准容量为 Sj=100MVA Uj= Uav 变压器电抗的计算： X*= Ud1%Sj/100 Sje 根据所选主变压器型号，查表得： 阻抗电压分别为： U13%=18 U12%=10.5 U23%=6.5 US1%=( U12+ U13- U23)/2=(10.5+186.5)/2=11 US2%=( U12+ U23- U13)/2=(10.5+6.518)/2=0 US3%=( U13+ U23- U12)/2=(18+6.510.5)/2=7 式中 Uk变压器短路电压的百分数（） ； Se最大容量绕组的额定容量（MVA） ； Sj基准容量（MVA）： 阻抗的标幺值： X*1= =0.55 je S S SU 100 1 20100 10011 X*2=0 je s S SU 100 2 X*3=0.35 je s S SU 100 3 20100 1007 由于是本次设计是两台变压器并联运行，所以： X*1=X*2=0.55/2=0.275 110kv 降压变电所电气部分设计 第 19 页 共 79 页 X*3= X*4=0 X*5= X*6=0.35/2=0.175 在没有选择线路的情况下，各类元件可以取电抗平均值： 架空线:X=0.4/Km 电缆线：X=0.08/Km 线路电抗的计算： X*= 2 U SX X*7= X*8= =0.39 2 0.4 100 40 115 X*9= =1.17 2 37 401004 . 0 X*10= =0.8 2 5 . 10 1110008 . 0 绘制网络等值电路如下： 图（4-1） 11