220KV变电站设计毕业

1、引言随着经济的腾飞， 电力系统的发展和负荷的增长， 电力网容量的增大， 电压 等级和综合自动化水平也不断提高， 科学技术突飞猛进， 新技术、 新电力设备日 新月异，该地原有变电所设备旧，占地较大，自动化程度不高，为满足该地区经 济的持续发展和人民生活的需要， 电网正在进行大规模的改造， 对变电所的设计 提出了更高、更新的要求。建设新的变电所，采用先进的设备，使其与世界先进 变电所接轨，这对提高电力网的供电可靠性，降低线路损耗，改善电能质量，增 加电力企业的经济效益有很大的现实意义。1、绪论由于经济社会和现代科学技术的发展， 电力网容量的增大， 电压等级的提高， 综合自动化水平的需求， 使变电所

2、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、综合自动化变电所和无人值班变电所等。目前，随着 我国城乡电网建设与改革工作的开展， 对变电所设计也提出了更高、 更新的要求。1.1 我国变电所发展现状变电技术的发展与电网的发展和设备的制造水平密切相关。 近年来，为了满 足经济快速增长对电力的需求， 我国电力工业也在高速发展， 电网规模不断扩大。 目前我国建成的500kV变电所有近200座，220kV变电所有几千座；500kV电网 已成为主要的输电网络， 大经济区之间实现了联网， 最终将实现全国联网。 电气 设备的制造水平也在不断提高， 产品的性能和质量都有了较大的改进。 除空

3、气绝 缘的高压电气设备外，GIS、组合化、智能化、数字化的高压配电装置也有了新 的发展；计算机监控微机保护已经在电力系统中全面推广采用； 代表现代输变电 技术最高水平的750kV直流输电，500kV交流可控串联补偿也已经投入商业运行我国电网供电的可靠性近年来也有了较大的提高， 在发达国家连续发生严重的电 网事故的同时，我国电网的运行比较稳定，保证了经济的高速发展。1.2 变电所未来发展需要解决的问题在未来，随着经济的增长， 变电技术还将有新的发展， 同时也给电力工程技 术人员提出了一些需要解决的问题， 例如：高压、 大容量变电所深入负荷中心进 入市区所带来的如何减少变电所占地问题、 环境兼容问

4、题；电网联系越来越紧密， 如何解决在事故时快速切除隔离故障点， 保证电力系统安全稳定问题； 系统短路 电流水平不断提高， 如何限制短路电流问题； 在保证供电可靠性的前提下， 如何 恰当的选择主接线和电气设备、降低工程造价问题等。1.3 地区变电所的未来发展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等。 所以要实现 变电所的无人值班，必须满足一定的条件，主要有以下几个方面： 变电所的基础设施要符合要求。如：主接线力求简单，运行方式改变易 实

5、现，变压器要具有调压能力 （可以是有载调压变压器或由调压器与无载调压变 压器相配合来实现调压） ，主开断设备要具有较高的健康水平，操作机构要能满 足远方拉合要求等。 另外，所还要具备一定的基础自动化水平， 用以完成对一些 辅助性设备实现控制（如主变风扇的开停、电容器的投切等） ，以减轻调度端的 工作量。 调度自动化系统在达到部颁发的县级电网电力调度自动化规中所要求的功能的基础上，通过扩展“遥控”、“遥调”，实现“四遥”功能，达到实用化要求。同时还要满足 RTU功能先进、通道畅通可靠等条件。 企业要有一支高素质的人才队伍。这既是变电所实现无人值班建设的需 要，更是变电所无人值班建成后运行和管理的

6、需要， 也是变电所能否真正实现无 人化运行，发挥出应有效益的要求。 对企业必须产生明显的效益。因为变电所要实现无人值班，无论是设备 升级，还是上自动化系统，需要有大量的资金投入。对企业来说，要搞无人值班 变电所，首先要作好投入产出评价。一般来说，当运行的无人值班变电所低于 3 4 座时，总体经济效益是不明显的。这主要是因为一方面县调自动化功能由于覆 盖率低而得不到充分发挥； 另一方面企业又要为无人值班变电所的运行、 操作和 管理工作配备一支队伍， 而从变电所减下来的人员由于数量少， 达不到减人增效 的目的。所以说，要搞无人值班变电所，就必须要形成规模。实践证明：一个县 级供电部门，在无人值班变

7、电所数量达到 50%以上时，才可能受到良好的经济效、人 益。实现无人值班的几点意见： 坚持积极稳妥的建设原则，要统筹规划，作好可行性论证，因地制宜， 量力而行，以点带面，逐步展开。目前国家在无人值班变电所设计、建设到管理 等方面还没有制定出一个统一的技术导则或运行管理办法，各供电部门只能边 干，边摸索，边总结，为国家形成相应的文件提供参考依据。 要防止“为无人而无人”的观念。在县级电网的规划建设时，建议在非 枢纽所和用户所可先行实现无人值班， 而对电网影响大的枢纽所可考虑上综合自 动化系统。 要坚持新建与改造并重的原则。对于新建变电所，有条件、有实力的县局可以按照原电力部提出的小型化远景模式方

8、案，一次到位实现变电所无人值 班；对于条件尚不成熟的县局， 可通过对变电所进行改造这条途径， 先从设备改造入手，提高基础自动化水平，分步骤实施，最终达到无人值班的要求。2、电气主接线2.1 电气主接线的设计原则和要求变电所电气主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接， 从而完成输配电任务。 变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部 分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气 设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。2.1.1 主接线的设计原则 考虑变电所在电力系统中的地位和作用。变电所在电力系统中的地位和 作用

9、事决定主接线的主要因素。 变电所不管是枢纽变电所、 地区变电所、 终端变 电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同， 对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。 考虑近期和远期的发展规模。变电所主接线设计应根据510年电力系统发展规划进行。 应根据负荷的大小和分布， 负荷增长速度以及地区网络情况和 潮流分布，并分析各种可能的运行方式， 来确定主接线的形式以及所连接电源和 出线回数。 考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。对一级负荷， 必须有两个独立电源供电， 且当一个电源失去后， 应保证全部一级负荷不间断供 电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当

10、一个电源失去后，能保证大部分 二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。 考虑主变压器台数对主接线的影响。变电所主变的容量和台数，对变电 所主接线的选择将产生直接的影响。 通常对大型变电所， 由于其传输容量大， 对 供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小 的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。发、送、变的备用容量是 为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。 电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同， 例如，当断路器或母线检 修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障

11、时允许切除线路、变压器的数量 等，都直接影响主接线的形式。2.1.2 主接线设计的基本要求根据我国原能源部关于220500k V变电所设计技术规程SDJ2- 88规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容 量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考 虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作， 以保证对用户不间断的供电。 衡量可 靠性的客观标准是运行实践， 经过长期运行实践的考验， 对以往所采用的主接线 经过优选，现今采用

12、主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组成元件， 包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。 因此，不仅要考虑一次设备对供电可 靠性的影响， 还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。 同时可靠 性不是绝对的， 而是相对的。 一种主接线可靠性的标志： 断路器检修时是否影 响供电；线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长 短，以及能否保证对重要用户的供电； 变电所全部停电的可能性。灵活性主接线的灵活性有以下几方面要求： 调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能 够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 检修要求。可以方

13、便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全 检修，且不致影响对用户的供电。 扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次 和二次设备改造量最小。经济性经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。2.2主接线方案比较及确定根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而, 以优化组合的方式，组成最佳可比方案。表2.1方案拟定表电压等级方案I方案n220kV双母线接线双母带旁路接线110kV双母线接线双母带旁路接线10kV单母线接线单母分段接线2.2.1 220kV 和110kV主接线方案确定方案I：图2.1双母线接线 线路故障断路器拒动或母线故障只停一条母线

14、及所连接的元件，将非永久性故障元件切换到无故障母线，可迅速恢复供电。 检修任一元件的母线隔离开关，只停该元件和一条母线，其他元件切换到 另一母线，不影响其他元件供电。 可在任何元件不停电的情况下轮流检修母线， 只需将要检修的母线上的全 部元件切换到另一母线即可。 断路器检修可加临时跨条，将被检修断路器旁路，用母联断路器代替被检 修断路器，减少停电时间。 运行和调度灵活，根据系统运行的需要，各元件可灵活地连接到任一母线 上，实现系统的合理接线。 扩建方便，一般情况下，双母线接线配电装置在一期工程中就将母线构架 一次建成，近期扩建间隔的母线也安装好，在扩建新元件施工时，对原有元件没 有影响。ki1

15、1 .VXLJ、? 1ff2图22双母带旁路接线加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电的问题，但是旁路母线也带来了如下的负面影响： 旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，增加了配电装置的 设备，增加了土地，也增加了工程投资。 旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成 事故。 保护及二次回路接线复杂。 用旁路代替各回路断路器的倒闸操作，需要人来完成，因此带旁路母线 的接线不利于实现变电所的无人值班。近年来，系统地发展，系统接线可靠性的提高，新技术、新设备的采用，使 得采用旁路母线的环境发生了较大的变化，主要有以下几个方面：由于设备制造水平的提高，高质量的断路

16、器不断出现，例如现在广泛采 用的SF6断路器、真空断路器，运行可靠性大幅度提高。连续不检修运行的时间 不断增长，SF6断路器制造厂可保证20年不检修。即使有时因操作机构故障需要 停电检修，检修的时间也很短。近年来弹簧机构、液压弹簧机构等高可靠性的断 路器操作机构也不断涌现。因此，断路器本身需要检修的几率不断减少， 而每次 检修的时间又非常短，旁路母线使用的几率也在逐年下降。由于继电保护装置的微机化，维护工作大量减少，需要停电维护的几率 很小。特别是双重化配置的保护，可以一套保护运行，另一套保护停用更换插件， 不需要旁路保护代替。220kV及以下新设计的变电站，一般都按无人值班方式设计。旁路母线

17、给无人值班带来不便。鉴于上述情况，旁路母线的作用已经逐年渐弱了。作为电气主接线的一个重 要方案带旁路母线的接线已经完成了它的历史作用，现在已经成为了一种过时的 接线方式。新建工程基本上不再采用带旁路母线的接线方式。故而220kV和110kV主接线均采用方案I双母线接线。2.2.2 10kV 主接线方案确定 方案I单母线接线如图2.3。rI图2.3单母线接线 方案U单母线分段接线如图2.4wn图2.4单母线分段接线10kV主接线两种接线方式比较见表 2.2表2.2 10kV 主接线方案比较表方案 项目方案I方案n可靠性可靠性低，无论检修母线或设备故障、 检修都将造成整个配电装置停电。可靠性相对较

18、咼，当一段母线发生故障或 当任一连接元件故障，断路器拒动时，继 电保护动作断开分段断路器，将故障限制 在故障母线围，非故障母线继续运行，整 个配电装置不会全停，也能保证对重要用 户的供电。灵活性接线简单，清晰，操作方便，扩建容易。接线简单，清晰，操作方便，扩建容易经济性相对投资少、设备数量少，年费用低。投资相对较高、设备数量稍多。通过对两种方案的综合分析，方案U在可靠性及灵活性方面占优势， 方案I 在经济性方面稍占优势。由于考虑到该电厂需要的可靠性，方案U可以满足其供 电需要，故最终方案选用方案U单母线分段接线。所用电主接线方案确定所用低压母线主要为所用电提供电源，其接线方式为单母分段接线，如

19、图2.5所示。VVJWI1m丨I图2.5所用电接线方式2.3中性点运行方式中性点非直接接地中性点不接地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6-63kV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。 中性点经高阻抗接地当接地电容电流超过允许值时

20、，也可采用中性点经高阻抗接地方式。 一般用 于大型发电机中性点。2.3.2 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，绝缘水平可下降，减少了设备造价， 特别是在高压，超高压电网，经济效益显著。所以适用于 110kV及以上电网中。此外，在雷电活动较强的山岳丘陵地区， 结构简单的110kV电网，如采用直接接 地方式不能满足安全供电要求和对联网影响不大时， 可采用中性点经消弧线圈接 地方式。2.3.3 各级电压中性点运行方式 220kV 及 110kV 均采用中性点直接接地。 10kV 采用中性点不接地。3、变电所变压

21、器的选择3.1 主变压器的选择3.1.1 主变压器台数的确定为保证供电的可靠性， 避免一台主变压器故障或检修时影响供电， 变电所一 般装设两台主变压器， 但一般不超过两台变压器。 当只有一个电源或变电所的一 级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。对于大型超高压枢纽变电所， 装设两台大型变压器， 当一台发生故障时， 要 切断大量负荷是很困难的。因此，对大型枢纽变电所，根据工程具体情况，应该 安装24台主变压器。这种装设方法可以提高变电所的供电可靠性，变压器的 单台容量以及安装的总容量皆可有所节约， 且可根据负荷的实际增长的进程， 分 期逐台装设变压器，而不致积压资金。当变电所装设两台

22、及以上的主变时， 每台容量的选择应按照其中任一台停运 时，其余变压器容量至少能保证所供的一级负荷或变电所全部负荷的60% 80%。通常一次变电所采用 80%，二次变电所采用 60%。3.1.2 主变压器型式的选用 变电所的主变压器一般采用三相变压器，如因制造和运输条件限制，在220kV的枢纽变电所中，一般采用单相变压器组。当装设一组单相变压器时，应考虑装设备用相。 当主变压器超过一组， 且各组容量满足全所负荷的 75%要求时， 可不装设备用相 变电所中的主变压器在系统有调压要求时，一般采用有载调压变压器。 有载调压变压器可以带负荷调压， 有利于变压器的经济运行。 因此，在新设计的 变电所中，大

23、都采用这种型式的变压器。 与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或高中压间 潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需技术经济比较。 三绕组变压器的选择具有三种电压的变电所， 例如 220、110、35/10kV ，一般采用三绕组变压器。关于三绕组主变压器的阻抗和分接头的选择，现说明如下：1）三绕组变压器的最大阻抗放在高、中侧还是高、低侧以及中低侧，其短 路容量对高压系统稳定、 继电保护、 供电的电压水平以及电压的调整都有很大的 影响，必须全面综合的考虑这些因素。2）三绕组变压器在制造上有两种基本组合方式： 升压结构。这种结构绕组的排列为铁芯一中压一低压一高压绕组，故高、 中压间

24、阻抗最大。 降压结构。 其绕组排列为铁芯低压中压高压绕组， 故高、中压间阻 抗最大。3）双绕组和三绕组变压器的变比和分接头可按制造标准选择，即变压器低 压侧的线间电压为受电设备额定电压的 105%，高、中压侧则为 110%，并带有±2 >2.5%的分接头。若正常运行时，高、低压同时向中压供电，贝U高压绕组的端电 压应为受电设备额定电压的 100%分接头可根据要求选用土 2>2.5%、-1 >2.5%、 -3>2.5%或-4 >2.5%。3.1.3 主变压器容量的选择 为了正确的选出变压器额定容量，要绘制变电所的年及日负荷曲线，并 从该曲线得出变电所的年及

25、日最高负荷和平均负荷。 主变容量的确定应根据电力系统 510年的发展规划进行选择，因此， 为了确定合理的变压器容量，必须尽可能把510年负荷发展规划做得正确，这 是最根本 变压器的最大负荷按下式确定为Pm> K0 刀 P式中P变电所最大负荷；K 0负荷同时系数；刀P按负荷等级统计的综合用电负荷。 如果变压器容量按条件SePm选出，那么，当曲线的尖峰负荷只占很 短时间（0.51h）时，则变压器长时间工作在欠载状态下，从而增大了变压器 的安装容量。 在多数情况下， 把变压器的额定容量选择到接近于较长运行时间的 最大负荷较为有利， 同时考虑充分利用变压器在正常情况下的过负荷能力。 变压 器的过

26、负荷能力，取决于昼夜负荷曲线的负荷系数， 以及昼夜和年温度变化特点， 并取决于变压器的冷却方式。 从年度损失和投资方面来讲，变压器过负荷运行小时数越大则越经济。 原苏联在选择单台变电所的额定容量时， 计及变压器允许的经常性过负荷。 根据 对多数终端，分支和企业变电所的统计，表明变压器容量Se=（0.75 0.8） PM选择较为合理。 此时，以变压器的正常过负荷能力来承担变压器所遭受的短时高 峰负荷（连续运行时间不宜超过1h），过负荷以不缩短变压器的寿命为限。因为 变压器为具有高可靠性和低事故的元件， 可允许在网络故障状态下有较大的过负 荷，其寿命并不怎么缩短。 对两台变压器的变电所，变压器的额

27、定容量可按下式确定为Se=0.8PM即按 80%的全部负荷选择，因此变电所的总安装容量为刀Se=2>0.8 P m=1.6Pm当一台变压器停运时，可保证对 80%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%则可保证98%S荷供电。若取Se=0.6PM,贝U当一台变压器停运时， 可保证对 60%的负荷供电，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证 84%负荷的供电。由于一般变电所中， 大约有 25%的非重要负荷， 在事故状态下可以切除， 因此，采用Se=0.6PM，对变电所保证重要负荷来说明是可行的。 提高供电可靠性，在 1989年我国原能源部所颁发的 SDJ2 88标准中， 规定当一台

28、主变停运时，其余主变容量应保证该所全部负荷的 80%，这样，再将 变压器的过负荷能力考虑进去，大致可以满足全部负荷的需要。3.1.4 主变压器容量的计算110kV和10kV负荷的同时系数都为0.9 ；10kV与10kV负荷同时系数为0.9，故有：110K V电压等级侧全部负荷：Smax =(艺 Pma)/COS0)X0.9= (40 + 27 + 23 + 14 ) /0.9 + 38/0.85 X).9=160.262 >0.9=144.236 MV A10KV电压等级侧全部负荷：(3 + 3 + 3 + 3 ) /0.9 >0.9 = (25.294 + 13.333 )X).

29、9 =38.627 >0.9=34.764 MV A110kV和10kV的总共负荷为：S=(144.236+34.764) >0.9=161.1 MV A考虑负荷同时系数，主变压器承担总负荷：Se = (144.236+34.764 )X).9 + 0.11195 =161.21 MV A一台主变停运(检修)时，主变要满足的容量：S =Se=161.21 >0.8=128.968 MV A最大方式下运行且留裕 10%后的容量：S =(Se /2 )>(1+10%) =(161.21/2)>110%=86.67 MVA经过计算和分析可确定主变压器的容量要为最接近13

30、0 MVA,即选SFPS7-150000/220TH型变压器。3.2 所用变压器的选择3.2.1 所用变压器主要参数选择 绕组接线。常用的绕组接线有 Yyn和Dyn接线两种。Yyn接线在低压侧 单相接地时, 因变压器零序阻抗大, 而高压侧零序电流小, 所以无法实现过电流 保护。Dyn接线变压器，因三角形绕组有零序电流通路，零序阻抗较小，与正序 阻抗接近。低压侧单相接线短路时,高压侧也有短路电流(正序、负序) ,容易 实现过电流保护。 三角形绕组也是三倍次谐波电路的通路， 有利于改善负荷侧电 压波形畸变。低压侧中性点浮动位移也小，低压侧电压也比较稳定。因此，无特 殊要求的情况下，所用变压器应优先

31、选用 Dyn接线变压器。 变压器阻抗的选择。所用变压器的阻抗的大小直接影响低压侧短路电流的大小，母线电压波动和电动机的启动条件。220500kV变电所，380/220V系统一般没有大型电动机，电压波动如超过 5%可采用带负荷调压变压器，因此所 用变压器阻抗的选择主要考虑限制低压侧短路电路的水平。 所用变压器的额定电压选择。在220kV变电所，当所用变压器接于10kV 配电装置主母线时，主母线与10kV配电网相连，通过主变压器调压分接开关和 投切电容器组来调整10kV母线电压，其波动围在10kV配电网允许的围，一般不 超过 5。因此，这类所用变压器的额定电压按主变压器低压侧的额定电压选择， 其电

32、压变化围可按一般配电变压器的情况来考虑。3.2.2 所用变压器容量的计算在选择所用变压器容量时，首先要进行所用变压器的负荷统计。所用变压器的负荷可按动力负荷， 加热负荷，照明负荷换算法按下式计算所用变压器的负荷：S K 1P1 P2 P3式中 S 所用变压器的计算容量，kVA;心一一动力负荷换算系数，一般取 0.80.85 ;P1 总动力负荷， kW;P2 总加热负荷， kW;P3 总照明负荷， kW。对于变电所电动机的计算功率P,应根据负荷的运行方式及特点确定。 对经常、连续运行的设备和连续而不经常运行的设备，即连续运行的电 动机均应全部计入，按下式计算P PN式中的 PN 电动机额定功率，

33、 kW。对经常短时及经常断续运行的电动机应按下式计算P 0.5Pn对不经常短时及不经常断续运行的设备，一般可不予计算p 0故有S =艺s=(0.15 *>66+20X1 + 14X+1.4 XI+1.7 X1+1.7 X1+22>2X).5+1.7 X1)>0.85+ (1X1+1XI) + (20X+20X)=82.3 X0.85+2+4O=111.955 kV A通过计算，本变电所所用变压器选用型号为 59-125/10型变压器，其主要参 数见表3.1 o表3.1变压器参数表变压器型号额定容量联结组别短路阻抗#1V3-1%23.94主SFPSZ7-150000/220TH

34、15O/15O/75(MVA)YNy nOd11V1-2%13.83变V2-3%7.74#2V3-1%23.94主SFPSZ7-150000/220TH15O/15O/75(MVA)YNy nOd11V1-2%13.83变V2-3%7.74所用变59-125/10125kVAYynO4、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，因为它们会破坏用户的正常供电和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，

35、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。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 短路计算的目的及假设4.1.1 短路电流计算目的 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。 在选择电气设备时，

36、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。 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地 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。 按接地装置的设计，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，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 应按只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

37、路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈 作用的异步电动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时，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 短路计算基本假设 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； 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 大小而发生变化； 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，及不计负荷的影响短路电流计算基准值高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用

38、标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：基准容量：S= 1000MVA基准电压：lb=Uv (kV) 10.51152304.2短路电流计算的步骤 计算各元件电抗标幺值，并折算到同一基准容量下； 给系统制订等值网络图；选择短路点； 对网络进行化简，计算出计算电抗，通过查计算曲线来求出短路电流的标幺值，其中计算曲线只作到xjs =3.45为止，当xjs >3.45时可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变，直接按下式计算即可1X js 列出短路电流计算并得出结果各元件电抗标幺值各电厂电抗标幺值A厂：XaxdA ?oSNA0.410000.22000B厂：XbXB ?_Sb_0.3

39、810000.21Snb1800C厂：XcSbXdC ?0.4510000.25Snc1800D厂：XD xdD ?旦 0.5 10000.5Snd1000主变各绕组的等值电抗标幺值Vs1%(Vs(12 (2)%Vs(3 1) %Vs(23)%) (13.83223.957.74)15.02Vs2%(VS(122)%VS(2 3) %V S(31) %)1 (13.8327.7423.95)1.19Vs3%1(Vs(22 (:3) %VS(3 1) %VS(12) %)1(7.74223.9513.83)8.93Xt1Vs1%oSb15.0210001.001100 SNT1100150Xt2

40、VS2 %Sb1.1910000.079100 SNT21001501.191Xt3VS3 % ? Sb100SnT38.9310075 各线路等值电抗标幺值（取架空输电线路单位电抗为 Xl=0.4 Q /km）XliX L2Xl3Xl4X L5Xl6SbU：v0.418010002302Ulv0.416010002302SbU；v0.420010002302,Sb U；v0.412010002302Sb0.41501000U；v2302,Sb0.41801000U：v2302X l ? Li ?1.361Xl ?L2?1.211Xl ?L3?1.512XL ? L4?0.907Xl ?Ls?

41、1.134Xl?L6?1.361总的短路等值电路图9-WY72ILDkVp4d f £2 - wsrAAZ-图4.1短路等值电路总图4.2.3 220kV母线短路点di的短路电流计算220kV母线短路等值电路图如图4.2和4.3B- ?1>SSS_XE4dl220RVXTX1X4X L1X L2X L31.3611.2111.512Xl2 ?Xl31.211 1.512X L1 X L2 X L31.3611.2111.512Xl1 ?Xl31.361 1.512X L1X L2X L31.3611.2111.512Xl4?Xl50.907 1.1341.361 1.2110.

42、4480.5040.9071.1341.361X2X3Xl1 ?Xl2X L4 X L5 X L6图4.2 220kV母线短路等值电路图 1A/B/C/D4ji220kV图4.3 220kV母线短路等值电路图 20.4040.302X5X L5 ? X L61.134 1.361X6X fAXfBXfCXfDX L4 X L5 X L6Xl4?Xl6X L4 X L5 X L6各电厂对短路点XaXbXcXdX f ( A/ B)X f (C / D)X!X2X4X5X60.9071.134 1.3610.907 1.3610.9071.134 1.361d1的转移电抗值(XaXJX3XbX2(

43、XbX2)X3XaX1(XcX4)X6XdX5(XdX5)X60.210.25X3X3X60.20.4040.5Xc X4将A B两厂合并，求其对短路点XJ(Xb X2)0.4540.3630.4480.5040.3020.4540.504(°.2 °.404)°.5041.5710.210.448(0.210.448) 0.504 7110.20.4040.3630.363(°.25°.302)°3631.1250.50.454(0.50.454) 0.3630.250.302d1的转移电抗值(Xa XJ(Xb X2) v (0.2

44、0.404)(0.210.448)X30.504X1 XA XB X20.2 0.404 0.21 0.448将C D两厂合并，求其对短路点d1的转移电抗值X4)(Xd X5)（XcXc X4 Xd X5将A B、C、D四厂合并,X6（°25 °.3。2）（°5 °.454）0.3630.250.3020.50.454求其对短路点d1的转移电抗值1.9440.8190.713X f ( A/ B C D)X f (A/B) ? X f (C / D) X f (A/ B) X f (C / D)0819 °.7130.3810.819 0.71

45、3四厂合并后对短路点d1的计算电抗为X js220X f (A/ B/ C/ D)SST0.3812000 1800 1800 100010002.5146通过查计算曲线得04s不同时间短路电流标幺值，然后求其有名值ptIpt时间（s）00.511.5234标幺值0.4090.4090.4100.4100.4100.4100.410有名值（kA）6.7766.7766.7936.7936.7936.7936.793av表4.1短路点d1的短路电流表4.2.4 110kV母线短路点d2的短路电流计算 等值电路图如图4.4和图4.5。223kV图4.4 110kV母线短路等值电路图1Z2wv-&g

46、t;5?2OkV图4.5 110kV母线短路等值电路图 2 全部电厂对短路点d2的转移电抗值及计算电抗值0.461Xt12(Xt1 Xt2) -(1.001 0.079)2 2转移电抗：X f110 X f(A B/C/ D)Xt120.3810.4610.842计算电抗 :X js110 X f110Sb0.8422000 1800 1800 1000 5.55721000 通过查计算曲线得到04s不同时间短路电流标幺值，然后求其有名值SIpt Ipt 3Uav表4.2短路点d2的短路电流表时间（s）00.511.5234标幺值0.180.180.180.180.180.180.18有名值（

47、kA）5.9645.9645.9645.9645.9645.9645.9644.2.5 10kV母线短路点d3的短路电流计算（未装设电抗器之时）等值电路图如图4.6和图4.7。A/B/C/DA/B/C/D图4.7 10kV母线短路等值电路图2图4.6 10kV母线短路等值电路图111Xti3 (Xti Xt3)-(1.0011.191)22转移电抗：X f10 X f (A/B/C/D) Xt13S计算电抗：Xjs10 Xf10?1.477Sb1.0960.3811.0961.4772000 1800 1800 10009.748 1000 全部电厂对短路点d2的转移电抗值及计算电抗值 通过查

48、计算曲线得到04s不同时间短路电流标幺值，然后求其有名值短路电流标幺值计算公式：'pX js10Sptpt有名值计算公式：I pt I pt 3U av表4.3短路点d3的短路电流表时间(s)00.511.5234标幺值0.1030.1030.1030.1030.1030.1030.103有名值(kA)37.3837.3837.3837.3837.3837.3837.385、电气设备与母线的选择5.1概述导体和电气设备的选择是变电所设计的主要容之一， 正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工 程的实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极

49、而稳妥地采用新技术，并注意 节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先 进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安 全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择， 并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器， 应能在长期工作条件下 和发生过电压、过电流的情况下都能保持正常运行。5.1.1 电气设备选择的一般规则 应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展； 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

50、； 选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。5.1.2 电气选择的条件正确的选择电器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，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。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却是一致的。 电器要能可靠的工作， 必须按正常条 件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。 按正常工作条件选择电气设备 额定电压和最高工作电压 所选用的电器允许最高工作电

51、压不得低于所接电网的最高运行电压，即Ulm A Um一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220kV及以下时为1.155；额 定电压是330500kV时是1.15。而实际电网的最高运行电压 Um般不会超过 电网额定电压的1.1Uns,因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装 置地点电网额定电压LNs的条件选择，即UNA UNs 额定电流电器的额定电流In是指在额定周围环境温度B 0下，电器的长期允许电流。I N不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流I max,即I N A I max由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发

52、电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台 发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸 时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%80%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的 负荷。此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行 种类和形式的选择。 按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过 一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温度9。=+ 40C，如周围环境温度高于+40C(但w + 60C )时，其允许电流一般可按每增高C,额定电流减少1.8 %进行修正，当环境温度低于+40C时，环境温度每降低1C，额定电流可增加0.5 %，但其最大电流不得超过额定电流的 20%。 按短路状态校验 短路热稳定校验短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为：It2 t >Qk ;式中 Q k 短路电流产生的热效应I t、t电器允许通过的热稳定电流和时间。 电动