kV变电站一次部分设计

1、摘要变电站是电力系统中的一个重要环节，变电站中各种设备的合理选 择和安全运行直接关系到电力系统的安全和稳定。因此，变电站中各种 电气设备的选择、布置和保护设置是变电站设计中的一个重要组成部 分。本文针对城网改造工程下的中里变电站进行重新设计。第一章主要 阐述了变电站的发展现状和前景以及中里变电站的基本情况。第二章为 负荷计算和主变压器的选择。第三章阐述了电气主接线的设计，根据进 出线、负荷的性质等因素综合确定电气主接线的形式。先确定每一级电 压下的基本接线形式，最后确定整个变电站可靠的、经济的、灵活的电 气主接线形式。第四章为短路电流计算。明确短路电流计算的目的，确 定了短路电流计算点，并做出

2、等值电路图，从而进行标幺值的换算。第 五章为电气设备的选择与校验。主要内容有母线、断路器、隔离开关、 补偿电容器组、电流和电压互感器以及避雷器的选择等。一般是按正常 条件选择，按短路电流校验。第六章介绍了配电装置。结合中里变电站 的实际情况，确定中里变电站配电装置的形式。最后简要介绍了变电站 的保护装置。关键词：负荷计算；变压器选择；电气设备；继电保护ABSTRACTSubstation is an important link of power system, its appropriate disposal and safe operati on will in flue nee the

3、stabilizati on and safety of power system directly. So more attention should be paid on the choice of the electric devices and buildi ngs duri ng the process of desig ning a tran sformer stati on. Chapter 1 mainly elaborated the development of present condition of the transformer substation and basi

4、c circumstanee of the transformer substation of Zhongli.Chapter 2 computes for the burden and the choice of the main transformer. Chapter 3 elaborated the design of electricity lord connecting line, accord ing to pass in and out the line, burde n of property etc,the n make sure the form of the conne

5、cting line .First make sure each class electric voltage under the basic connecting line form, and then make sure the whole transformer substation s dependable, econprflexible connecting line form. Chapter 4 for short-circuits current computation. Explicated short-circuit current computation goal, de

6、termined the short-circuiting current computation spot, and makes the equivale nt circuit diagram, thus carries on the sig n value conversion. Chapter 5 for electrical equipment choice and verification. The main content has the bus, enters the going beyond a line, the circuit breaker, the isolator,

7、as well as the electric current and the voltage transformer choice. Gen erally the choice is accord ing to the no rmal con diti on and the check of the electricity equipments is under short-circuiting electric current. Chapter 6 introduces the electric device. Combine the actual circumstanee of the

8、tran sformer substati on of Zhon gli。 make sure that the tran sformer substati on of Zhon glis form of electric device.the last Chapter in troduces the protecti on device of the Substati on briefly.Keywords: Load calculation 。 Choice of transformer。 Electricityequipments Relay protection目录1绪论11.1变电站

9、的发展现状和前景11.2变电站在电力系统中的地位11.3研究任务和设计指导原则21.4中里变电站原始资料调查31.5中里变电站改造的原因及内容42负荷计算及变压器选择52.1负荷计算52.2变压器的选择82.3本章小结123电气主接线设计133.1电气主接线设计原则133.2主接线设计的基本要求133.3对原始资料的分析163.4电气主接线方案的选定173.5 一次系统接线203.6本章小结214短路电流计算224.1短路电流计算的目的224.2短路电流计算所用方法234.3各侧短路电流计算254.4本章小结285电气设备的选择与校验295.1电气设备选择所遵循的原则295.2断路器及隔离开关

10、的选择325.3电流互感器的选择385.4电压互感器的选择415.5母线的选择425.6电容器的选择455.7避雷器的选择465.8本章小结476配电装置476.1概述476.2屋内配电装置486.3屋外配电装置506.4成套配电装置516.5中里变电站的配电装置宜采用的方式526.6本章小结537继电保护介绍547.1继电保护的任务547.2继电保护的基本要求547.3变电站继电保护的设置557.4本章小结578结论58致谢59参考文献60附录611绪论1.1变电站的发展现状和前景近十年来，随着我国国民经济的快速增长，用电也成为制约我国经 济发展的重要因素，各地都在兴建一系列的用配电装置。变

11、电站的规 划、设计与运行的根本任务，是在国家发展计划的统筹规划下，合理的 开发和利用动力资源，用最少的支出（含投资和运行成本 为国民经济各 部门与人民生活提供充足、可靠和质量合格的电能。这里所指的“充 足”，从国民经济的总体来说，是要求变电站的供电能力必须能够满足 国民经济发展和与其相适应的人民物质和文化生活增长的需要，并留有 适当的备用。变电站由发、送、变、配等不同环节以及相应的通信、安 全自动、继电保护和调度自动化等系统组成，它的形成和发展，又经历 了规划、设计、建设和生产运行等不同阶段。各个环节和各个阶段都有 各自不同的特点和要求，按照专业划分和任务分工，在有关的专业系统 和各个有关阶段

12、，都要制订相应的专业技术规程和一些技术规定。同 时，变电站正朝着自动化、智能化方向发展。因此为了适应我国国民经 济的快速增长，需要密切结合我国的实际条件，从电力系统的全局着 眼，瞻前顾后，需要设计出一系列的符合我国各个地区的用以供电的变 电站，用以协调各专业系统和各阶段有关的各项工作，以求取得最佳技 术经济的综合效益。1.2变电站在电力系统中的地位电力系统是由发电机，变压器，输电线路，用电设备 负荷）组成的 网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系 统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行 生产 发电机），变换 变压器，整流器，逆变器），输送和分配

13、电力传 输线，配电网），消费 负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运 行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。其中变电所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。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类：1）枢纽变电站枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几 个部分，汇集多个电源，电压为 330500kv的变电所，称为枢纽变电 站。全站停电后，将会引起系统解列，甚至出现瘫痪。2）中间变电站中间变电站高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距 离输电线路分段，一般汇集 23个电源，电压为220330kV，同时又 降压供给当地用电，这样

14、的变电站主要起中间环节的作用。全站停电 后，将引起区域电网解列。3）地区变电站地区变电站高压侧电压一般为 110220kV，向地区用户供电为主的变电 站，这是一个地区或城市的主要变电站。全站停电后，仅使该地区中断 供电。4）终端变电站 终端变电站在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110kV，经降压后直接向用户供电的变电站。全站停电后，只是用户受到损失。1.3研究任务和设计指导原则1.3.1研究任务变电站一次部分设计方案的比较与确定，包括负荷计算、主变压器 的选择、各级电压接线方式的设计等。短路电流计算，包括确定主接线 的运行方式，绘制等值网络，计算各短路点的三相短路电流。主要电气 设

15、备的设计有母线、断路器、隔离开关、以及电流和电压互感器的选 择、避雷器的选择等以及变电站继电保护的介绍。1.3.2设计指导原则本次设计主要考虑到以下问题：1）设备安全和人身安全要满足这一点，必须按照国家标准和范围规定，正确选择电器设备 及正常情况下的监视系统和正常情况下的保护系统，考虑到各种人身安 全的技术措施。2）供电的可靠性接线应满足不同负荷的不中断供电要求。3）供电的灵活性由于负荷的分散性以及工厂扩建的可能性和利用最小的切换，能适 应不同的运行方式。例如：负荷不均衡时，能自动的切除不需要的变压 器，而在最大负荷时，又能方便的投入，以利于经济运行。检修时操作 简单，不至于断电。4）工厂的经

16、济性在满足以上的情况下，保障设计投资少，但不要以投资最少为最佳 方案，因为投资的限额可能会影响到灵活性和经济性，以至工厂停电， 造成工厂的更大经济埙失。接线的方式还应考虑到满足现在和将来的发由此，在总体规划中要实现安全、经济、环境效益的综合优化，达 到布局合理，功能齐全，投资经济，节能节地，既能分期实施，又能相 对完整，同时考虑远期的发展，按照动态体系进行规划。1.4中里变电站原始资料调查1）中里110kV变电站位于博爱县城东郊。1983年建成投运，站内 35kV、10kV配电装置陈旧，所用变为高耗能变压器。2）中里110kV变电站是以110kV太中线为主电源，以中城线为联络 电源及冯中线为备

17、用线的降压变电站。3）中里110kV变电站所在地的气象条件为年最高温度 42C，平均 气温25C，条件一般，无特殊要求。4）中里110kV变电站主要有110kV、35kV和10kV三个电压等级, 担负着城区和部分乡镇的供电任务。5）其上一级变电站 太子庄变电站）110kV出线的短路容量为3011MVA。6）中里110kV变电站所在地的土质为砂质粘土，其冻土厚度0.30m。气候情况四季分明，其最热月室外最高气温：dmw=42C，最热月室内最高气温： n=30C。最热月土壤最高气温： R=25C。1.5中里变电站改造的原因及内容1）改造的原因随着博爱县经济建设的发展和人民物质文化生活水平的提高，县

18、城 规模的不断扩大，市政及生活用电比例逐年上升，负荷密度迅速增长， 对电能的质量和可靠性都提出了更高的要求。为缓解这一供求矛盾，博 爱县农村电网和城网改造工程正在紧锣密鼓的进行着。为了满足城网工 程要求，积极配合城网改造工作，缓解周边区域电力供求矛盾，改善供电质量，提供优质服务，位于博爱县城东部，与县城毗邻的110kv中里变电站改扩建工程提到议事日程上来。然而，由于中里变建站时间较早， 站内35kV、10kV配电装置陈旧，所用变为高耗能变压器，跟不上经济 及用电发展的要求。鉴于中里变电站在博爱电网中的重要作用，为消除 中里变的安全运行隐患，提高供电可靠性。经过仔细勘察、认真分析， 一致认为对中

19、里变电站进行彻底改造是必要的。和15回选择供 电设备和供配电系统，必将导致有色金属的浪费和工程投资的增加。因 而，变电站的设计过程中负荷计算及其变压器选择是十分重要的，它是 选择主变压器以及其它电气设备的基础。2.1负荷计算2.1.1负荷计算的意义新建一个变电站或者将现有的一个变电站进行扩建或改建时，都必 须进行电气设计。首先，遇到的问题是如何估计变电站各出线、进线的 负荷，以便选择变压器、导线以及开关等电气设备。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。 和照明负荷）、 由公式：首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷 动力负荷10kV负荷、35kV负荷和110

20、kV侧负荷。Pca g P2-1)Qca =kd 迟 Ptan82-2)2-3)2-4其中k为同期系数I2.1.2负荷统计中里变电站为三个电压等级的中间变电站，110kV线路3回，分别与 太子庄变电站和城西变电站联网，35kV线路出线5回，分别向柏山变电 站、磨头变电站、唐村变电站、金城变电站以及药厂变电站供电，10kV线路出线10回。如表2-1所示。表2-1中里变电站负荷统计表电压等级线路名称负荷值MW )功率因数城生I线2.50.9亚星线20.9苏农线2.20.9化肥线2.60.9510kV小中里线2.80.9阳工线2.30.95面粉线2.40.9阳庙线20.9鸿昌东线2.10.9城生n线

21、20.9中柏线6.50.9中磨线60.935kV中唐线50.9中金线5.50.9中药线.3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，首先必须要计算各侧的负荷。视在功率，在三相交流电路中 是.3乘以线电压与线电流，用S表示。S、P、Q三者关系式Fcmax二KD巳 + 心2 PCs - P2 Q2 1) 35kV出线负荷计算QLI = PLI 疋 tanT = 6.5 x tan(ar cos0.9) =3.15QL2 = PL2 tan v =6 tan (ar cos0.9) =2.90QL3 =PL3 an8=5xtan(ar cos

22、0.9) =2.42QL4 = PL4 汇 tan 日=5.5 汇 tan (ar cos0.9) =2.66QL5 = PL5 an日=5.4汉 tan(ar cos0.9) =2.612) 10kV出线负荷计算QLI =PLi an日=2.5an(ar cos0.9)=1.21QL2 = PL2 tan=2 tan (ar cos0.9) =0.97QL3 二 PL3 tan v =2.2 tan (ar cos0.9) =1.06QL4 = PL4 沃 tan =2.6父 tan(ar cos0.95) =0.85QL5 二 PL5 tan v =2.8 tan (ar cos0.9)

23、=1.36QL6 二 PL6 tan =2.3 tan (ar cos0.95) =0.76QL7 二 PL7 tan =2.4 tan (ar cos0.9) =1.16QL8 二 PL8 tan=2 tan (ar cos0.9) =0.97QL9 二 P【9 tan =2.1 tan (ar cos0.9) =1.02QL10 二 PL10 tan=2 tan (ar cos0.9)=0.97于是母线侧的总负荷为=0.85X 6.5+6+5+5.5+5.4) +0.8XV2.5+2+2.2+2.6+2.8+2.3+2.4+2+2.1+2) =42.46MWQcmax=K D1 二 Qc

24、+ K D2 二QC=0.85X 3.15+2.90+2.42+2.66+2.61)+0.V1.21+0.97+1.06+0.85+1.36+0.76+1.16+0.97+1.02+0.97) =19.94Mvar则系统的计算负荷为：Scmax -巳怎Q；max42.46219.942 =46.91 MVA2.2变压器的选择2.2.1变压器的选择原则1）相数的确定依据电力工程设计手册 电气一次部分）第52节主变形式的选择，依据的原则：当不受运输条件限制时，在330KV及以下的变电所均应选用三相变2）绕组的确定依据电力工程设计手册规定指出：第2.1.4条 在具有三种电压等级的变电所中，如通过各侧

25、绕组的功 率均达到该变压容量的15%以上，主变压器宜采用三绕组变压器。或YN,yno,d11（Y,yno,d11,此形式限制三次谐 波电压保证供电质量且能使机组或系统并列，不影响通讯和保护设备。4）变压器电压调整方式的选择调压方式变压器的电压调整方式是分接开关切换变压器的分接头，从而改变 变压器变比来实现，切换方式有两种：不带电的切换，称为无激磁调 压，调整范围通常在正负5%以内，另一种是带负载切换，称为有载调 压，调整范围可以达到30%。调压方式的确定为了保证变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过变 压器的分接头开关切换，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

26、换方式有无激磁调压和有载调压两种，一般接于 时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络电压采用有载调压 方式，保证供电质量、母线电压恒定。5）主变压器的冷却方式主变压器一般采用的冷却方式有：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 循环风冷却变压器。6）主变中性点的接地方式：选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。它与电压等级、单 相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘 水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对 通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地

27、、中性点经消弧线圈 接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接 地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。 222主变压器台数及容量的确定主变压器容量一般按变电站建成后 5- 10年的规划负荷选择，并适当 考虑到远期10-20年的负荷发展。对于城郊变电站，主变压器容量应与 城市规划相结合。根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压 器的容量。对于有重要负荷用户的变电站，应考虑当一台变压器停运 时，其余变压器容量在设计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；对一般性的变电站，当一台主变压器停运时，其余变 压器容量能保证全部负荷的70%-8

28、0%。对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，变电站以装设两台主变压器为宜。对 地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台 主变压器的可能性。对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器 基础按大于变压器容量的12级设计，以便负荷发展时，更换变压器的 容量。根据以上规则，此变电站宜装设两台变压器。考虑到此变电站中有重要负荷，我们考虑当一台停运时，变压器容 量在设计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： 对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷6070%。由上一节的负荷计算结果可知，S=46.91MVA,所以，两台主变压器应 各

29、自承担23.46MVA，当一台停运时，另一台则承担 70%为32.84MVA。 可以选择两台40MVA的主变压器。当一台变压器停运时，若能保证一、二级负荷供电，及时切除三级 负荷，也可选用31.5MVA的主变压器。考虑到现在供电比较充足和负荷的快速增长以及切除负荷影响电力 系统的稳定性，同时两种变压器价格相差不大，故本次选用40MVA的主变压器。2.2.3主变压器型号的确定1）相数的确定主变压器选用三相或是单相组，主要考虑技术经济性和运输条件确 定，在330kV及以下发电厂和变电站采用三相变压器，由于中里变电站 为110kV变电站，因此选用三相变压器。2）绕组数量的确定在具有三种电压的变电站中

30、，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，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设 无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据中里变电站的负荷统计、负荷计算及其无功功率补偿等实际情 况，中里变电站主变压器宜采用三绕组变压器。3）绕组接线组别的确定变压器绕组的连结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结方式只有星形和三角形两种，高、中、低 三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110kV电压等级变压器绕组都采用星形连接，35kV电压等级变压器绕组也都采用星形连接， 10kV电压等级变压器绕组采用三角形连接。中里变电站主变压器因此采 用星形

31、/星形/三角形连结方式。40000额定电压（kV110 8X 1.25%/38.5 2X 2.5%/11空载电流（%0.2空载损耗（kW36.6负载损耗（kW178.5阻抗电压（%10.5/17.5/6.52.3本章小结电力负荷的确定，对于选择变电站主变压器容量，电源布点以及电 力网的接线方案设计等都是非常重要的，电力负荷应在调查和计算的基 础上进行。本章以原始数据为依据，分别计算了各线路的负荷，通过对 负荷及变电站的原始资料分析，确定了各线路的大概方案，最后根据变 电站站用电的负荷要求选择了变电站主变压器的容量和型号。3电气主接线设计发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，

32、 称为电气主接线，也称主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分 给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以 及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分 的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着 重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的 拟定有较大影响。电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重 要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵 活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、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，必须正确处理好各方面的关 系，全面分析

33、有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方 案。3.1电气主接线设计原则电气主接线的设计原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的 方针，政策，技术规定为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠， 调度灵活，满足多项技术要求的前提下，兼顾运行维护方便，尽可能节 省投资，就地取材，力争设备元件先进性和可靠性，坚持可靠，先进， 适用，经济，美观的原则。因此，电气主接线的正确，合理设计，都必须结合电力系统和变电 站的具体情况。全面分析有关因素，综合处理各个方面的因素，正确处 理它们之间的关系，经过技术，经济论证比较后方可合理地选择接线方 案，在进行论证分析阶段，更应辨证地统一供电可靠性与经济性的

34、关 系。3.2主接线设计的基本要求变电站电气主接线是变电站电气设计的主体，它与电力系统、基本 原始资料以及变电站运行可靠性，经济性的要求等密切相关，对电器选 择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分 配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，故又称为一次接线或 电气主接线。主接线代表了变电站电气部分主体结构，它表明了变压 器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式，从而完成变电、输配 电的任务。它的设计直接影响电器设备运行的可靠性，灵活性，关系着 全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定， 关系着电力系统的安

35、全、稳定、灵活和经济运行。因此，电气主接线的正确，合理设计，必须结合电力系统和变电站 的具体情况，全面分析有关因素，必须综合处理各个方面的因素，正确 处理它们之间的关系，经过技术，经济论证比较后方可合理地选择接线 方案，在进行论证分析阶段，更应辨证地统一供电可靠性与经济性的关 系，方能达到先进性和可靠性。主接线设计代表了变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结 构的重要组成部分。它直接影响整个系统运行的可靠性，灵活性，并对 电器选择，配电装置布置，继电保护，自动装置和控制方式的拟定都有 决定性的关系，对电气主接线的基本要求，概括的说应满足可靠性，灵 活性和经济性三方面的要求。1）可靠性 供电

36、可靠性是电力生产和分配的首要任务，保证供电可靠性是电气主接 线最基本的要求。停电不仅使变电站造成损失，而且对国民经济各部门 带来的损失将更加严重，往往比少发电能的价值大几十倍，至于导致人 身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等造成的经济损失和政治 影响，将更是难以估量。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。 因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接 线的可靠程度就越高。分析和研究主接线可靠性通常应从以下几方面综 合考虑：电厂或变电站在电力系统中的地位和作用发电厂和变电站都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适 应。其主接线应采取供电可靠性高的接线形式。在设计

37、时，除了予以定 性论证外，还需对主接线可靠性进行定量分析和计算。 发电厂和变电站的运行方式及负荷性质电能的特点是：发电、变电、输电和用电同时完成。而负荷的性质按其 重要性又有I类、U类和川类之分。对担任负荷的变电站，设备利用率 较高，年利用小时数5000 h以上，且主要供应I、U类负荷用电时，必 须采用供电较为可靠的接线形式，且保证有两回路电源供电；因此，根 据变电站的运行方式和负荷的要求，进行具体分析，以满足必要的供电 可靠性。 设备的可靠程度直接影响着主接线的可靠性电气主接线是由电气设备组成的，电气设备本身的质量及可靠程度直接 影响着主接线的可靠性。因此，主接线设计必须同时考虑一次设备和二

38、 次设备的故障率及其对供电的影响。随着电力工业的发展，新型设备的 投运、自动装置和先进技术的使用，都有利于提高主接线的可靠性，但 不等于设备及其自动化元件使用的越多、越新、接线越复杂就越可靠。 相反，不必要的多用设备，使接线复杂、运行不便，将会导致主接线可 靠性降低。因此，电气主接线的可靠性是一次设备和二次设备在运行中 可靠性的综合，采用高质量的元件和设备，不仅可以减小事故率，提高 可靠性，而且还可以简化接线。2）灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。灵活 性包括一下几个方面：操作的方便性电气主接线应该在满足可靠的条件下，结构简单，操作方便，尽可 能的使操作步骤少，以

39、便于运行人员掌握，不致在操作过程中出错。可 以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系 统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。调度的方便性电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方便地改变运行方 式，并且在发生事故时，要尽快地切除故障，使停电时间最短，影响范 围最小，不致过多的影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。扩建的方便性对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具备有扩建的方便 性。尤其是火电厂和变电站，在设计主接线时不仅要考虑最终接线的实 现，还要考虑到从初期到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使 其尽可能地不影响连续供电时间最短的情

40、况下，将来可顺利完成过渡方 案的实施，使改造工程量最小。3）经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。主接 线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。一般应当从 以下几方面考虑： 投资省主接线应简单清晰，以节约开关电器数量，降低投资；要适当采用 限制断路电流的措施，以便选用价廉的电器或轻型电器；二次控制与保 护方式不应过于复杂，以利于运行和节约二次设备及电缆的投资。 占地面积少主接线要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积 减少。电能损耗少在发电厂或变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应 经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压

41、而增加 电能损耗。3.3对原始资料的分析中里变目前最大负荷46.91MVA，在博爱县电网中的地位非常重要， 担负着博爱县5个35kV变电站和城区大部分工农业生产和生活的供电任 务，中里变电站110kV进出线3回，35kV接线本期出线5回，10kV接 线本期出线10回。3.4电气主接线方案的选定3.4.1 110kV电气主接线设计适合与110kV线路的电气主接线形式主要有单母分段，单母分段加 旁路，双母线，双母线分段。我们保留以下两种方案：双母接线和单母 分段接线。1）双母接线的特点由图3-1可知虽然这种主接线方式，可以保证供电可靠性，无论是 检修隔离开关或任一条母线都不会导致母线停电。但是这种

42、接线方式不 仅增加了母线，同时也增加了隔离开关的数量，这会导致投资费用大大 增加，这是很不经济的。还有其倒闸操作也较复杂，容易误操作。WL1WL2礼3WL4图3-1双母接线2）单母分段接线的特点优点：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* QF2回路，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。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障和检修时，该段母线的回路 都要在检修期间停电。当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨 越。扩建时需向两个方向均衡扩建。单母分段接线如图3-2所示。WL3甲L*111111S2图3-2单

43、母分段接线根据以上的分析，现在将110kV电压等级的电气主接线定为单母分 段接线方式。分段的数目，取决于电源数目和容量。段数分得越多，故 障时停电范围越小，但使用断路器的数量亦越多，且配电装置和运行也 越复杂，所以本变电站采用单母双分段的接线形式。并且对重要负荷必 须加装备用线。采用这种接线方式保证了供电的可靠性使各项生产都能顺利地进 行；这种接线方式还节省了投资，保证了经济性，而且随着企业的发 展，还可以在以后扩建时方便地将负荷接入。为了限制短路电流，简化继电保护，采用这种接线方式时，低压侧 母线分段断路器常处于断开状态，电源是分列运行的。这样是为了防止 因电源断开而引起的停电，所以应在分段

44、断路器QF上装设备用电源自动投入装置，在任一分段的电源断开时，使 QF自动接通。3.4.2 35kV电气主接线设计参照电力工程电气设备选择手册我们发现适合35kV电压等级的电气主接线形式主要有单母线，单母线分段，单母线分段带旁路，双母 VIWL1 WL2线分段，双母线分段带旁路，结合中里变电站的实际情况及其负荷，我 们选择两种方案：单母线接线和单母线分段接线。1）单母线接线的特点 接线简单，清晰，采用设备少。 投资少，操作方便。 便于扩建和采用成套装置。2）单母接线的缺点不够灵活可靠，任一元件 母线及母线隔离开关等）故障或检修，均 需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障

45、 时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能 恢复非故障段的供电。单母接线如图 3-3所示。图3-3单母线接线3）单母线分段接线的优点 母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路， 有两个电源供电。 一段母线故障时或检修，仅停故障段工作，非故障段仍可继续工 作。4）单母线分段接线的不足之处 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，接在该母线上的电源 和出线，在检修期间必须全部停电。甲1WLl WL2VL3 VFL4押2 在任一回路的断路器检修时，该回路必须停止工作。单母分段接线如图3-4所示。图3-4单母分段接线根据以上的分析，根据中里变电所的实际情况，现在将35

46、k V侧的电气主接线定为单母分段接线方式。3.4.3 10kV电气主接线设计适合10kV的电压等级的电气主接线形式主要有单母线接线，单母线 分段，双母线接线等。由于10KV侧出线10回，根据电力工程电气设 计手册第二章第二节中的规定可知：当6 10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接。同时它也较单母线供电可靠，而经 济效益相差不大。故10KV侧采用单母分段连接。3.5 一次系统接线中里变电站110kV进出线3回 目前有一条冯中线停运未用）， 35kV出线6回（其中备用线1回，10kV出线15回其中备用线5回）。 根据以上主接线设计原则和依据，通过可靠性、灵活性和经济性比较来 选

47、择出以下主接线形式。1) 110kV系统为单母分段接线，东母、西母经断路器、东、西刀闸 连接。110kV东母、西母分别安有一组电压互感器和避雷器。110kV太中线及#2主变高压侧接东母，110kV冯中线及#1主变高压侧接西母， 110kV中城线接西母。2)35kV系统为单母分段接线方式，东、西母线由分段断路器及隔 离开关连接。西母线接#1主变中压侧、一组电压互感器和避雷器、中柏 线、中磨线、中唐线；东母线接#2主变中压侧、一组备用间隔、一组电 压互感器和避雷器、中金线、中药线。一阳二软-小中里就戴生J-*址祀寒 f-备闿歳f-*苏农域 亚星址 f-洛用绒-v10k10k图3-5中里变电站主接线

48、图3.6本章小结本章以电气主接线的设计为中心，介绍了对主接线的基本要求，通 中炖找 冯中践中捋绞中暦找 中压址丸中找过对所设计及变电站的原始资料分析，确定了各个可能的方案，经过对 主接线的定性的技术分析和经济计算比较，并根据实际工程要求，确定 了变电站主接线的接线形式为110KV侧采用单母分段，35KV侧采用单 母分段，10KV侧采用单母分段。4短路电流计算电力系统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，发生短路时，因短路回路的总阻抗非常小，故短路电流可能达到很 大的数值。强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电

49、气设备受到 破坏，短路点的电弧可能烧毁电气设备，短路点附近的电压显著降低， 使供电受到影响或被迫中断。若在发电厂附近发生短路，还可能使全电 力系统裂解，引起严重后果。此外，接地短路故障所造成的零序电流会 在邻近的通信线路内产生感应电动势，干扰通信，亦可能危及人身和设 备的安全。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。但三相短路虽然很少发生， 其情况较严重，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性。4.1短路电流计算的目的为了保证电力系统安全，可靠地运行，在电力系统设计和分析中， 不仅要考虑系统在

50、正常状态下的运行情况，还应该考虑系统发生故障时 的运行情况及故障产生的后果，短路电流直接影响电器的安全，危害主 接线的运行。为了使电器能承受短路电流的冲击，提高电能的质量，往 往通过短路电流计算选用适当容量的电气设备。1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度。4-12）设置和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。3）确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不够经济 时，可米取限制短路电流的措施。4）确定合理的主接线方案和主要运行方式等。4.2短路电流计算所用方法对较复杂的高压供电系统，计算短路电流时采用标么值进行比较简 便。标么值属于相对单位制的一种，在用

51、标么值计算时，各电气元件的 参数都用标么值表示。由短路电流计算接线图可画出正序阻抗图。要画 出正序阻抗图必须知道系统阻抗标幺值、线路阻抗标幺值、变压器阻抗 标幺值。系统电抗实质上是电源、电力网络与上级供电变压器等折算到 供电母线上的综合电抗，它因电力网联结方式复杂而不能简单计算，并 与系统的运行方式有关。中里变电站短路电流计算的等效电路如图 所示。1）基准值的选取与计算取 Sd= 1000MV A，Ud1 = 115kV，Ud2 = 37kV，Ud3=10.5kV图4-1中里变电站短路电流计算等效电路图MN、3二22)等值电路图则 Id仁 Sd =1000V3Ud13x115=5.020kAS

52、d1000 =15.604kA Id3= d =一1000=54.986kV,3 37,3Ud3 .3 10.5等值电路如图4-2所示。太子庄变0.332中城线和冯中线v 0.3331号主变太中线太子庄变电站110kv母线0.188k12.688HWLI1.688-0.063k235kv母线2.6882号主变,IS;-0.0631.688中里变电站110kv母线10kv母线k3图4-2中里变电站一次系统等效阻抗图=10.752211Uk2(%)= (Ui U2； -U1；) = (10.5+6.5 17.5= 0.25221 1Uk3(%) = 2(U1J3 U2：-U1N)= 2 (17.5

53、+6.5 10.5=6.75XT1=Uk1 (%) 蛍=0.1075X100ST1U k2 (%) Sb1000XT2= 竺-=0.0025X= 0.063100ST140X Uk3 (%)_SL =0.0675X I000 =1.688100ST1402#主变压器，1代表高压，2代表中压，3代表低压U1(%)=10.5U1J3(%) =17.5 U2J3(%) =6.511U k1 (%) = (U2 U1：-U2)=(10.5+17.5 6.5=10.75221 1Uk2(%) = 2(U1，U2, -U1；)=? (10.5+6.5- 17.5= 0.2511Uk3(%)=丄(Uy U2

54、；2)=丄(17.5+6.5 10.5=6.7522XT2 = Uk2 (%) 宝二0.0025X100ST2Uk3 (%) Sb1000XT3= 邑-=0.0675X=1.688100ST2404.3各侧短路电流计算1) 110kV母线在最大运行方式下发生短路如图4-3X1sk2Xs=0.332Xn=0.333X12=0.1880.333 0.188 ,X13 = Xii II X12 =0.1200.3330.188X1=Xs X13=0.332+0.120=0.452* 1I1=2.2120.452I1= I； Id1=2.212X 5.020=11.106kA短路容量 Sk,?3I1U

55、av、3 11.106 115=2212.158MVA三相短路冲击电流ish =2 Ksh I1=2 X 1.8X 11.106 =28.271kA2) 35kV母线在最大运行方式下发生短路如图 4-4X22wwwvX21图4-4 k2点短路阻抗等效图X1=0.452X 23 = X 21/ X22=1.313k312.640=0.379X21 =2.688-0.063=2.625X22=2.688-0.063=2.625X2= X1 + X23 =0.452+1.313=1.765* 1I2=0.5671.765I2= Id2 I2=15.604X 0.567=8.847kA短路容量 Sk2

56、 3LU av2 =3 8.847 37=566.968MVA三相短路冲击电流 iSh = 2 Ksh l2 二2 X 1.8X 8.847=22.521kA3) 10kV母线短路并列运行如图4-5X32X1S /卜飞iZr-N、一X31图4-5 k3点短路阻抗等效图X1=0.452X31 =2.688+1.688=4.376X32=2.688+1.688 =4.376X33 = X31 / X32 =2.188X3 = X1 + X33 =0.452+2.188=2.640II3= Id3 I3 =0.379X 54.986=20.840kAX1X31S短路容量 Sk3 二 3l3Uav3

57、二 3 20.840 10.5 =379.002MVA三相短路冲击电流 ish 二 2 Ksh 丨3 二 2 X 1.8X20.840=53.050kA分列运行如图4-6图4-6 k4点短路阻抗等效图X3 = X1 X31 = 4.828* 1l30.2074.828l3 =0.207 54.986=11.382 kA短路电流计算结果如表4-1所示。表4-1短路电流计算结果表短路点短路电流标幺值基准电流冲击电流(kAK12.2125.02011.10628.271K20.56715.6048.84722.521K30.37954.98620.84053.0504.4本章小结在电力系统设计和分析

58、中，不仅要考虑系统在正常状态下的运行情 况，还应该考虑系统发生故障时的运行情况及故障产生的后果，短路电 流直接影响电器的安全，危害主接线的运行。本章主要计算系统的短路 电流的一系列值，为了限制短路的危害和缩小故障的影响的范围，变电 站和供电系统的设计和运行中必须进行短路计算。为选择电气设备、载 流导体和确定限流措施提供依据。k45电气设备的选择与校验电气设备选择是供电系统设计的主要内容，选择是否合理将直接影 响整个供电系统的安全可靠运行。因此，电气设备的选择，必须遵循一 定的选择原则。本章主要介绍电气设备选择的一般原则以及高压电器参 数选择的方法，为正确合理使用电气设备提供依据。尽管电力系统中

59、各种电气设备的作用和条件并不一样，具体选择方 法也不完全相同，但对它们的基本要求都是相同的，电气设备设备要能 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其热 稳定和动稳定。5.1电气设备选择所遵循的原则电气设备选择的一般原则是： 应满足导体和电器正常运行、检修、短路和过电压情况下的要 求，并考虑远景发展的需要； 应按当地环境条件校验； 应力求技术先进和经济合理； 选择设备时应尽量减少品种； 与整个工程的建设标准应协调一致； 选用的新产品应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。电气设备选择的一般条件是：V1）按正常工作条件选择电器按当地环境条件校核电气设备在制造上分户内、户外两大

60、类。户外设备的工作条件比较 恶劣，故各方面要求比较高，成本也高。户内设备不能用于户外，但户 外设备可以用于户内，但不经济。此外，在选择电气设备时，还应根据 不同环境条件考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以及电气设备安装地 点的小环境，如气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚 度等条件进行选择。电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，能允许长期通过的最 大工作电流。此时电气设备的长期发热温升不超过其允许温度。而在实 际运行中，周围环境温度直接影响电气设备的发热温度，所以电气设备 的额定电流必须经过温度修正我国目前生产的电气设备使用的额定环境 温度为40 C,如周围环境温度高于+40C而低