广灵县石片山110kv变电站的初步设计

毕业设计（论文）题目广灵县石片山110KV变电站的初步设计所属院（系）电子信息工程学院毕业设计（论文）任务书学院（直属系）电子信息工程学院时间2010年4月8日学生姓名指导教师设计（论文）题目郊区110KV变电站初步设计主要研究内容查阅有关文献，设计并论证变电站电气主接线方式，并画出图纸；进行简单的系统短路计算；选择变电站主变压器型号；选择变压器进出线所用断路器、隔离开关型号。研究方法查阅有关文献，根据相关理论进行论证及方案设计主要技术指标或研究目标设计电气主接线图和变电所电气总平面布置图。阐明设计任务与依据，各部分的设计原则、方法、设计方案。主要参考文献1陈珩电力系统分析水利电力出版社2张保会电力系统继电保护中国电力出版社3孙丽华电力工程基础机械工业出版社4许珉,杨宛辉发电厂电气主系统机械工业出版社5王荣藩工厂供电设计天津大学出版社6姚春球发电厂电气部分中国电力出版社目录摘要IIIABSTRACTV第一章概述111电力工业的发展概况112设计目的及其意义213变电站的发展趋势214设计依据315设计要求316设计的主要技术特点4第二章负荷计算621变电站负荷情况分析622电气主接线设计的原则723设计主接线的基本要求8231技术选择10232110KV侧的接线选择1123335KV主接线设计1223410KV主接线设计13第3章主变压器台数和容量的选择1431变压器的选择原则1432主变压器型式的选择1433主变中性点接地设计15331110KV侧中性点接地方式1533235KV、10KV侧中性点接地方式1534主变全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决1635变压器台数的选择16351变压器的型号及容量1736变压器容量的选择18361变压器容量的选择原则18362主变容量选择及校验18第4章短路电流的计算1941短路概述1942短路电流计算的目的2143短路电流计算的条件21431基本假定21432一般规定2244短路电流的标么值算法2245短路电流计算结果23451将有名值转换成标么值23第5章变电所电气设备选择2851概述2852选择设备的基本原则2953母线的选择29531母线材料及形状的选择29532110KV侧母线的选择2953335KV侧母线的选择3154短路器的选择32541选择断路器时应满足以下基本要求33542断路器的主要参数33543断路器选择其他考虑因素3355隔离开关的选择36551隔离开关的作用36552形式结构36553选择条件36554选择隔离开关基本要求36555110KV隔离开关的选择3755635KV隔离开关的选择3855710KV隔离开关的选择3856电流互感器的选择38561参数选择38562型式选择39563一次额定电流选择39564选择互感器的型号3957电压互感器的选择40571电压互感器的配置40572型式选择40573接线方式选择40第6章继电保护配置4261电力系统继电保护的作用4262保护装置的装设原则4363电力系统继电保护的基本任务4464继电保护装置的选择45641110KV部分4564235KV部分4564210KV部分45643主变压器保护配置46645母线保护46646线路保护46第7章防雷保护计算48总结49参考文献50致谢51附录52广灵县石片山110KV变电站的初步设计摘要电子信息工程学院电气071502班姜力文指导老师曹金亮本次设计为广灵县石片山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，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，断路器及隔离开关等的型号。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110KV变电站，负荷计算，主接线，电气设备110KVSUBSTATIONDESIGNABSTRACTCOLLEGEOFINFORMATIONANDELECTRICALENGINEERINGELECTRICCLASS071502LIWENJIANGDIRECTORFENGPANTHESTATEMENTABOUTTHEGUANGLINGXIANSHIPIANSHAN110KVTRANSFORMERSUBSTATIONDESIGN,FIRST,ACCORDINGTOTHETASKGIVENSYSTEMANDLINEBOOKANDALLTHEPARAMETERS,MAKETHEANALYSISOFLOADDEVELOPMENTTRENDFROMTHELOADINCREASINGILLUSTRATESTHENECESSITYOFTHEESTABLISHMENTOFCONSTRUCTION,ANDTHENTHROUGHTHEGENERALIZATIONOFSUBSTATIONANDOUTLETTOCONSIDER,ANDTHROUGHTHEANALYSISOFTHEDATAOFLOAD,SAFETY,ECONOMYANDRELIABILITYINTOCONSIDERATION,DETERMINETHE110KVANDCONSUMERS10KVPOWERSTATION,ASWELLAS35KVMAINCONNECTIONANALYSESTHEARGUMENTATIONOF110KVSUBSTATIONSAUTOSWITCHMANNEROFVARIOUSADVANTAGESOFELECTRICALEQUIPMENTSELECTIONANDCALCULATION,THEDETAILEDDESCRIPTIONOFSHORTCIRCUITCURRENTCALCULATIONHAVESTRICTCALCULATIONSANDTHROUGHTHELOADCALCULATIONANDSCOPEOFSUPPLYDETERMINED,THEMAINTRANSFORMERCAPACITYANDMODELSFINALLY,ACCORDINGTOTHEMAXIMUMCONTINUOUSWORKINGCURRENTANDSHORTCIRCUITCALCULATIONRESULTSOFCALCULATION,MAKELINEPROTECTION,TRANSFORMERPROTECTION,BUSBARPROTECTION,LIGHTNINGPROTECTION,SUBSTATIONTOFINISHTHEWHOLEDESIGNKEYWORDSTRANSFORMERSUBSTATION，CONSIDERATIONOFLOAD，MAINCONNECTION，THECHOICEOFELECTRICALEQUIPMENT第一章概述11电力工业的发展概况电能是一种二次能源，我国的一次能源十分丰富，这是我国发展电力工业非常优越的物质基础。现代工业生产的主要能源和动力当属电能，它是能量的一种表现形式。电力已成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的高压输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。我国在1949年建国时，全国总装机容量为1849万KW，年发电量仅43亿KWH，在世界上居第25位。经过多年的发展，以2009年4月16日中国电力投资集团公司所属的拉西瓦水电站6号机组投产为标志，我国电力装机容量目前已经突破8亿千瓦，年均投产装机超过7千万千瓦，创造了中国乃至世界电力建设史上的新记录。当前，我国总装机容量和发电量均居世界第一位。但另一方面，我国电力与国民经济未能同步增长，也就是说电力的发展尚不能满足经济发展的需要。所以，虽然建国以来我国的电力工业发展迅速，但是我国目前的电力还不能满足国民经济发展的需要，必须加快发展。我国目前电力工业发展方针是1发展能源工业的基本方针指导下发展电力工业。2电力工业发展速度必须与国民经济发展速度相适应。3发挥水电优势，加快水电建设。4建设大型的矿口电厂，搞好煤、电、运平衡。5因地制宜，多能互补，综合利用，讲求效益。6节约能源，降低消耗。7重视环境保护，积极防止对环境的污染。8我国电力工业自动化水平正在逐年提高。20万KW及以上的大型机组已采用计算机监控系统，许多变电所已装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。迄今，我国电力工业已进入到大机组、大电厂、大电力系统、高电压和高自动化的新阶段。12设计目的及其意义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，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。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变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分，决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。目前，我国的城市电力网和农村电力网正在进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也必须进行更新换代，我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并取得迅猛的发展为满足经济发展的需要，根据有关单位的要求，决定在广灵县石片山附近修建一座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110KV,35KV和10KV三个等级。13变电站的发展趋势我国现阶段变电所主要发展方向是由老设备向新型设备转变，设备趋于无油化，改用气体绝缘设备。变电站接线方案趋于简单化，国外一些知名厂6SF家生产的超高压断路器均可达到20年不大修，更换部件费时很短，进一步控制工程造价，提高经济效益。由有人值守型变电站向无人值守型变电站变电所转变，增加的变电所的自动化程度，引入先进的网络技术，提高变电所安全性，提高电网的稳定性和可靠性，自动运行能力和远程监视控制能力。由目前的交流传输向直流输出转变，并且对电气设备。减少占地提高效率，组合电器、管母线及钢支架等的采用，使变电站布置更为简单，取消站前区和优化布置使变电站占地大幅度下降，节省投资增加经济效益并节省大量城市发展用地。14设计依据本设计以按照国家标准GB5005295供配电系统设计规范、GB500599235110KV变电所设计规范、GB500539410KV及以下设计规范、GB5005495低压配电设计规范等的规定，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。15设计要求（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。首先，考虑石片山附近的环境因素如下待建变电站选址于县城西北部，东邻一条南北公路。本站东西向长99M，南北向宽68M，占地面积6732，出线条件较好，110KV南面进出，35KV北2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20C32C，年平均15C。（2）相对湿度月平均90，日平均95。（3）海拔高度1500M。（4）地震烈度不超过7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24KG/。2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。然后考虑环境保护（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65DB，以达到工业企业噪声卫生标准的规定。16设计的主要技术特点变电站设计的主要技术特点见表11。表11变电站的主要技术特点序号项目名称技术特点110KV采用双母线和内桥接线的方式35KV采用双母线接线1电气主接线10KV单母线带旁路母线接线110KV3512KA35KV1544KA2短路电流10KV8797KA主变压器三相，油浸式、有载变压器110KV六氟化硫LW12110/2500断路器35KV六氟化硫LW835/125040断路器10KV六氟化硫SN1010/300040断路器隔离开关电流互感器3主要设备及其型号电压互感器第二章负荷计算21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。S1，S2具体负荷见表21。表21110KV侧系统线路参数表系统1系统2S1（MVA）1CXS2（MVA）2CX600038800045对35KV侧来讲，本所供电对象是的金属镁冶炼厂，煤油焦化厂，鞋厂，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，水厂的厂区和生活区及市医院和A、B两个居民小区。表22地区负荷一览表电压等级线路名称最大有功（MW）最大无功（MVAR）COS负荷级别供电距离同时率金属镁冶炼厂1568085120煤油焦化厂352208511535KVA居民居民区318085115B居民区21208522510KV水泥厂107081153500085具体各侧负荷见表22。鉴于以上情况，110KV侧线路回数采用6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。22电气主接线设计的原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，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、适用、经济、美观的原则。1接线方式对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。若能满继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110KV220KV配电装置中，当出线为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。在枢纽变电站中，当110220KV出线在4回及以上时，一般采用双母接线。在大容量变电站中，为了限制610KV出线上的短路电流，一般可采用下列措施变压器分列运行；在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；采用低压侧为分裂绕组的变压器。出线上装设电抗器。2主变压器选择主变压器台数为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。主变压器容量主变压器容量应根据510年的发展规划进行选择，并纺织厂080608210自来水厂21508115应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按下式选择SN06PM为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对60负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40，则可保证对84负荷的供电。由于一般电网变电站大约有25的非重要负荷，因此，采用SN06PM，对变电站保证重要负荷来说多数是可行的。对于一、二级负荷比重大的变电站，应能在一台停用时，仍能保证对一、二级负荷的供电。主变压器的型式一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15SN以上时，可采用三绕组变压器。其中，当主网电压为110220KV，而中压网络为35KV时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220KV及以上，中压为110KV及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。3断路器的设置根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。4为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据小负荷为最大负荷的6070，如主要是农业负荷时则宜取2030；负荷同时率取08509，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0951；功率因数一般取08；线损平均取5。23设计主接线的基本要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求1可靠性供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑路器检修时，能否不影响供电。线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。变电站全部停运的可能性。2灵活性主接线的灵活性要求有以下几方面。调度灵活，操作简便应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。检修安全应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。扩建方便应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。3经济性在满足技术要求的前提下，做到经济合理。投资省主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/610KV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。占地面积小电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。电能损耗少在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。24主接线的设计231技术选择技术一线路变压器单元接线，见图21。图21线路变压器单元接线2技术二双母线接线,见图22。图22双母线接线3技术三单母线分段接线，见图23。图23单母线分段接线3技术四内桥接线，见图24。图24内桥接线232110KV侧的接线选择35110KV变电所设计规范规定，35110KV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。下面是针对技术二和技术三进行的方案比较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，比较结果见表23。表23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。由于建设本站就应用电量增长而增设的的变电枢纽，所以供电的持续可靠变的尤为重要。而以上的两个技术方案中单母分段带旁母在技术上略微优于双母线，但造价却远远高出双母线的造价，另外，110KV侧是电源进线侧，为保障其供电可靠性，所以综合考虑，决定采用技术二的双母线和技术四的内桥接线相结合的方式作为110KV侧的主接线。23335KV主接线设计本变电站35KV线路有6回，可选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线两种方案，根据本地区电网特点，本变电站电源主要集中在35KV侧，。比较以上两种接线，双母线及双母线带旁路接线，供电可靠想高，任一回路开关故障或检修，或任一回线故障或检修，都不影响用户停电，但是倒闸操作复杂，造价高，单母线风断接线，接线简单，操作方便，便于扩建，在一定程度上也能提高供电可靠性，但是当一段母线上刀闸检修时，该段母线上全部出线都要长时停电，对于本所35KV出线用户均为一级，二级负荷，为保证对这些重要用户得供电，采用双母线接线方式。23410KV主接线设计本所10KV出线共8回线路，对于10KV系统，出线回路数在6回及以上时，宜采用单母线分段接线，本变电所10KV用户负荷较轻，负荷性质为一级，二级负荷，宜采用技术三中的单母线分段接线。第3章主变压器台数和容量的选择31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7080。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。32主变压器型式的选择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,即三线圈变压器，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。且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。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。变压器三相绕组的接线组别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接线方式只有星形“Y”和三角形“D”两种，所以采用Y,Y,D的连接方式。33主变中性点接地设计331110KV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。33235KV、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）CICI10A（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。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。我国110KV及以上电力变压器三相绕组的连接方式都采用“YN”连接；35KV以上采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地；35KV以下都采用“D”连接。考虑到本所的负荷情况，重要性以及经济合理性，应选定两台三绕组变压器为主变的设计原则，且两台变压器的连接组别均为Y/YN0/D11。34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。35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12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。变压器三相绕组的接线组别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接线方式只有星形“Y”和三角形“D”两种，因此，变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。我国110KV及以上电力变压器三相绕组的连接方式都采用“YN”连接；35KV以上采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地；35KV以下都采用“D”连接。考虑到本所的负荷情况，重要性以及经济合理性，应选定两台三绕组变压器为主变的设计原则，且两台变压器的连接组别均为Y/YN0/D11。电力变压器的冷却方式，随其容量和型式不同而异，一般有以下几种类型自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。351变压器的型号及容量1变压器的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。首先必须要计算侧的负荷，包括10KV侧负荷、35KV侧负荷和110KV侧负荷，计算变压器的负荷采用公式31（1）31NSTKJI式中KT为同时系数,为线损率，取5。（1）35KV侧其出线回数采用6回，09，结合变电站35KV负荷情况分析表知T（1）NSTKJI091508535085200851509105935MVA210KV侧其线路回路数采用8回，085，结合变电站10KV负荷情况分析表知TK（15）NSTKJI0853085208510851080808208105105MVA35KV和10KV侧的负荷容量见表31。表31负荷分析表容量MVA电压级SCSE（2台）35KV935467510KV10552536变压器容量的选择361变压器容量的选择原则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。362主变容量选择及校验1负荷校验SE06104SE624MVA2按上一台主变时的校验SE624MVA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60000KVA的变压器。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75MVA以下小容量变压器。容量大于10MVA的变压器采用人工风冷。从经济上考虑，结合本站选用60MVA的变压器，赢选用强迫空气冷却。所选变压器型号如下表SFZ1063000/110,以上符号分别表示三相、风冷、三绕组、有载调压、设计序号、额定容量,高压绕组等级。表32变压器参数表额定电压（KV）阻抗电压（）损耗（KW）型号高压中压低压连接组别高低高中中低空载电流（）空载负载SFZ1063000/110110115121225353663852256366105225YNYN0D111051756501469255第4章短路电流的计算41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IDIZIF。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00502。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。42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。3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对地的安全距离。4为限制故障范围，保护设备安全，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。5接地装置的设计，也需用短路电流。总的来说，短路电流计算是变电所电气部分设计的基础。进行短路电流计算时要考虑供电系统的最大运行方式和最小运行方式。在最大运行方式下，通过故障元件的短路电流值最大，作为选择和校验电气设备的依据及继电保护整定计算的依据；在最小运行方式下，通过保护安装处的短路电流值最小，可作为继电保护校验灵敏度的依据。43短路电流计算的条件431基本假定短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则1正常工作时，三相系统对称运行；2所有电源的电动势、相位角相同；3系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和磁滞、涡流及导体集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间相差120。电气角度。4电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50负荷接在高压母线，50负荷接在系统侧。5短路发生在短路电流为最大值的瞬间。6元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。432一般规定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，应按设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。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，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的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。44短路电流的标么值算法短路电流计算，可以采用标么值或有名值计算，在高压系统中通常采用标么值计算。所谓标么值，是实际值与基准值之比。标么值没有单位，设所选项的基准值电压，基准电流，基准容量及基准电抗分别为UJ，IJ，SJ，XJ，则这一元件的各已知量的标么值分别为U/UJS/SJI/IJUJI/SJJUJSJI3X/XJIJX/UJ/IJIJXUJXSJ/JX32式中S、U、I、X以有名单位表示的容量（MVA）、电压（KV）、电流（KA）、电抗（）。工程计算上通常先选定基准容量SJ和基准电压UJ，与其相应的基准电流IJ和基准电抗XJ，均可由这两个基准值导出。基准容量可采用电源容量或一固定容量，为了计算一致，通常采用SJ100MVA为基准容量基准电压一般采用短路点所在级的网路平均额定电压，即UJUP。表41是我国电网额定电压的平均额定电压值表41我国电网额定电压的平均额定电压值电网额定电压61035110220平均额定电压631053711523045短路电流计算结果变电站化简总图如图41。图41变电站简化总图首先规定F1110KV石片山变电所主变110KV侧短路点F2110KV石片山变电所主变35KV侧短路点F3110KV石片山变电所主变10KV侧短路点451将有名值转换成标么值1选择基准容量SJ100MVA，基准电压为各级电压的平均额定电压，线路阻抗取LGJ120钢芯铝绞线单位长度阻抗（022042J）/KM2线路042206651LX2BUS21501X042808462L2B223变压器电抗规算所选用变压器的阻抗电压值为175,105,6512SU31S23SU（）（17510565）1075S2SSS1（）17565105）6752S1S23S31S2（）65105175）0253SU23S1SU2S2061TXNS026307512962TS2120483TXNSU102630522061561T2B213X12960982TX2BUS250400363TX2BUS2150485X4、各段线路电抗归算110KV到变压器的线路采用的是LGJ120钢芯铝绞线，单位长度阻抗（022042J）/KM，110KV到变压器的距离为64KM。1LX4620BLUSL02156X35KV到变压器的线路采用的是LGJ300钢芯铝绞线，单位长度阻抗为0395/KM，,35KV到变压器的距离为56KM3LX653902BLUSL016728X10KV到变压器的线路采用的是LGJ300钢芯铝绞线，单位长度阻抗为0395/KM，,10KV到变压器的距离为48KM2LX8439502BLUSL014327X5电抗等值图化简（1）系统等值电抗图，如图42。图42系统等值电抗图（2）等值电路图化简17X3581694970图43等值电路图简化23X1917X06524X208X012517159图44等值电路图简化各母线处短路的计算阻抗标么值F1点短路时15906281JSX251IJSX5906283152（KA）1I13USB3025525531528038（KA）1SHI15115131524759（KA）SI1IF2点短路时1010992JSX42IJSX010991544（KA）2I23USB372552551544394（KA）2SHII1511511544233（KA）SI2F3点短路时0625163JSX23I1JSX625016X8797（KA）3I3USB1255255879722434（KA）3SHII151151879713283（KA）SI3短路电流计算结果见表41。表41短路电流计算结果I（KA）I（KA）SHI（KA）SHIF10628351280384759F20991544394233F31687972243413283第5章变电所电气设备选择51概述电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时必须符合国家有关经济技术政策。技术要先进，经济要合理，安全要可靠，运行要灵活，而且要符合现场的自然条件要求。所选设备正常时应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。电气设备的选择应遵循以下两个原则1按正常工作状态选择；2按短路状态校验。按正常工作状态选择的具体条件（1）额定电压电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。一般220KV及以下的电气设备的最高允许工作电压为115UE。所以一般可以按照电气设备的额定电压UE不低于装设地点的电网的额定电压UEWUEUEW（2）额定电流所选电气设备的额定电流IE不得低于装设回路最大持续工作电流IMAXIEIMAX。计算回路的IMAX应该考虑回路中各种运行方式下的在持续工作电流变压器回路考虑在电压降低5时出力保持不变，所以IMAX105IET母线断路器回路一般可取变压器回路总的IMAX；出线回路应该考虑出线最大负荷情况下的IMAX。按短路状态校验的具体条件（1）热稳定校验当短路电流通过所选的电气设备时，其热效应不应该超过允许值QYQD（2）动稳定校验所选电气设备通过最大短路电流值时，不应因短路电流的电动力效应而造成变形或损坏ICHIDW此外还应该考虑绝缘水平在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。由于变压器