前厅部服务标准1

前言

可以说，变电站就是国家电网中的中枢，一方面它连接外网，在这里进行着电压转换，另一

方面再把汇集的电力源源不断的输向终端用户。本论题所设计的区域终端变电站为新建的

UOKV站，所面向的用户为周边居民和工业厂区，以保证人们生活和经济发展的基本动力。变

电站的设计是依据电气设计类国家和地方标准，以带动地方发展和满足人民生产生活的需求

为根本目的，同时结合区域的规划设计和工程的实际情况，在满足基本需求的基础上，尽可

能的节约用地和降低成本费用，争取以最小的投入带来更多的经济效益。同时在设计过程中要

把灵活性和易操作性融入进去，后期维护的便捷也是设计考虑的因素之一。UOkV变电站电气

设计涉及的内容比较广，既有变压器等主要设备、线路与线路连接、配电装置等的选择，也包

括了短电流、直流系统、消弧与过压保护等方面的计算与设计，材料与设备的硬件设施是变电

站最基本的结构单元，而设施选择的各类计算与设计就是保障变电站技术层面的平稳可靠、安

全经济的核心部分，是变电站技术上的优势所在。所以在具体的设计任务中，最先应该就是分

析技术资料和标准要求，进一步论证与确立技术参数，进而选择适合技术要求的设备数量、规

格型号、容量大小，以及对电气设备、继电保护等方面还需要规划、计算、矫验这些必不可少

的过程。

摘要

随着我国科学技术的快速发展，变电站不仅从设备和技术上，都有了新的革新，110KV变电站

是我国变电站的重要组成部分，其电气设计工作十分重要。在整个电力系统中，变电站在实际

上发挥着其监控和中转机构的作用，是从高压输电向终端输电的重要模块，所以如何在变电站

的新建过程中，在基于现代科学技术和规范的基础上，电气主接线、重要设备类型和连接方式

等都直接影响着使用过程中的经济，安全和可靠性等，这不仅体现了建设设计的重要性和可持

1

续发展，也体现了在设施设备选择上的科学严谨的态度。对于设计人员来说，把握这些内容做

到心里有数才能更好的完成任务。本论文就是基于liokv变电站电气部分的整体设计，把握设

计过程中的每一个部分，包括了设施设备的选择、设计与论证以及安全与检修方面等内容，其

目标主要是在合乎技术规范的基础上，集约、经济、有效、安全、可靠的完成电气化设计工作,

同时也是为行业技术领域的发展提供一个参考模板，共同努力把这块工作做的更好。

［关键词］:变电站电气设计短路电流

目录

前言........................................................................1

摘要......................................................................1

第1章某llOkV变电站一次部分电气设计项目任务.......................4

1.1任务描述..........................................................4

1.2任务要求..........................................................4

1.3原始资料分析......................................................5

第2章制作某llOkV变电站一次部分电气设计的工作计划...............6

2.1工作计划安排.....................................................6

2.2某llOkV牵引变电所设计的内容和要求...........................7

第3章主变压器的选择....................................................8

3.1变电所主变压器台数的选择.......................................8

3.2功率因数和无功功率补偿........................................11

第4章主接线的选择与设计..............................................16

2

4.1变电站主接线设计的基本要求.............................16

4.2变电站主接线设计原则...................................17

4.3主接线的基本形式和特点...............................18

4.411OKV侧接线的方案选择..................................19

4.535KV侧接线的选择.......................................22

4.610KV侧接线的选择.......................................23

第5章短路电流计算............................................25

5.1短路计算的目的及假设...................................25

5.2短路电流计算的步骤.....................................25

5.3短路电流计算及计算结果.................................27

5.4小结...................................................30

第6章导体和电气设备的选择....................................30

6.1电气设备的选择原则.....................................30

6.2断路器和隔离开关的选择.................................31

6.3互感器的选择...........................................36

6.4电压互感器的选择.......................................38

6.4母线的选择.............................................39

6.5高压熔断器的选择.......................................40

6.6消弧线圈的选择.........................................41

6.7小结..................................................41

第7章防雷及过电压保护........................................43

7.1避雷器................................................43

7.2避雷器的选择计算......................................43

7.3变电所的防雷保护......................................45

第8章高压配电装置及平面布置..................................46

8.1设计原则与要求.........................................46

8.2高压配电装置...........................................48

8.3小结.................................................49

第9章项目总结................................................49

9.1内容总结.............................................49

9.2心得体会...............................................52

致谢.........................................................54

参考文献.......................................................55

3

第1章某llOkV变电站一次部分电气设计项目任务

1.1任务描述

变电站是输电系统的核心部分，保障HOkV变电站的安全稳定是变电站电气设计最为重要的

问题且一直被研究者。从传统的11OkV变电站项目来看，其设计更多的侧重于设备的安装和

设计，这是因为变电站有着比较大的体量，放在户外的设备又容易腐蚀，如此发生污闪事故的

概率就增大，从而影响用电。本文从降低事故发生率和提高设备使用效率角度出发，以11OkV

变电站作为研究的对象，充分利用现代较为尖端的科学技术，以变电站的标准化设计典型为

目标，争取把电气化设计做到更加充分与完善。

1.2任务要求

1.2.1任务要求

由于llOkV变电站的一次电气设计涉及的设备种类较多，所以设计工作系统、复杂，而且

要全盘考虑，牵一发而动全身。这对设计人员提出了很高的要求，必须掌握变电站一次电气设

备的设计要点，遵循电气化设计的基本原则。在变电所总体设计时第一步就是进行设计分析，分

析llOkV变电站一次电气设备的设计要点，分析变压器的选择和主接线方式的选择，进行电气

设备的选择校验。最后研究了继电保护及自动装置，并对全文进行总结，作出远景计划。

1.2.2任务过程要求

（1）对任务内容进行初步分析；

（2）查阅所有相关的资料文件，知识储备；

（3）工作计划与方案的必定；

（4）计划与方案的实施;

4

（5）实施过程中问题的纠错；

（6）按照既定的格式整理分析研究成果和技术报告，形成毕业设计。

1.3原始资料分析

1.3.1变电站设计基本概况

（1）类型概况：本次设计属于地方变电站，用电UOkV。

（2）容量概况：规划一次设计并建成容量为31.5MVA两台，主变压器电压为

110kV/35kV/10kV,100/100/100的主变各侧容量比。

1.3.2电力连接概况

（1）变电站功能描述：从类型上看属于降压变电站，服务功能为周边有限地区的居民、

厂区供电服务。

（2）电力连接：35kV与平行线路各两回，以上即为电力系统连接线路。

（3）连接示意：我们通过示意图来表示系统的正、负阻抗的标么值（系统运行最大化

情况下，同时在电源容量和线路都表示无穷大的阻抗值）。示意图1（）：

351rV

图1变电所连接示意图

假设：在无功补偿设备如电容器、装调相机等电所方面暂时忽略，同时由于35kV所在电

网线有着比较少的电容电流，当然UOkV出线无电源的情况也是有可能的，所以也暂且不安

装如消弧线等设备。

电力负荷水平：

llOkV变压器：共存在2个回路的UOkV进出线，平行供电线路进线也是两个回路，根据

线路测定，每个回路能够最大承载35000KVA电容量。

35kV两个回路进线引入电源，共设有2个回路的35kV进出线，每个回路能够最大承载

35000KVA电容量。

本变电站共设计12个回路的10kV电源引导出线，根据设计规范和要求，因此建成的是

清一色的架空线路，这包括按5000KVA/同输送容量设计的3回、4000KVA/回输送容量的有5

5

回、另外4个目前为预留，根据今后实际需要再另行改寸建使用。

自用电方面，本变电站需要承载主要负荷如表卜2

表1-2本变电站自用电负荷参数

可以计算出负荷：

S=5.2+4.5+(20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5)*0.85=49.725(kVA)

1.3.3环境条件

(1)变电站所在地区有记载的气象环境如季节温度差异较大，如冬季温度最低年份为一

5.9℃,不属于极寒地区；夏季温度最高年份达到了39.1℃,夏季平均温度最高的一般只有

29C；土壤温度方面来看，在0.81n地下中且最热的月份，土壤温度为21.5℃。

(2)从本地区海拔来看，平均海拔高度较高，达到了1716.7米。

(3)从本地区雷电来看，雷电情况总体较少，仅为。

第2章制作某HOkV变电站一次部分电气设计的工作计划

2.1工作计划安排

2.1.1分工计划

任务序号任务名称任务分配

负责主变压器台数与容量型式的选择、

1陈睿

变电所电气主接线设计任务

2负责计算短路电流方面任务龚薇

负贡选择主要电气设备、确定关于电压等级配电装置类

3李伟

型的任务

2.1.2毕业设计进度安排表

时间设计任务主要内容

阅读指定文献和其它有关文献，

第13周撰写毕业设计方案

写出毕业设计方案

6

学习llOkV变电站相关知识、提

信息资料查询，学习变电站一次部

升一次部分电气设计理论学习水

第14周分电气设计相关知识

平，并完成文章大纲

撰写llOkV变电站主要相关联的一llOkV变电站一次部分电气设计

第1S周

次部分电气设计工作设计内容和具体保护措施

完成毕业设计，对不足的地方进

第16周毕业设计的修改行修改

2.2某llOkV牵引变电所设计的内容和要求

2.2.1设计内容

本次任务是一个降压变电站的设计工作，包含着110kV/35kV/10kV三个电压等级，利用

双母线接线方式作为llOkV主接线，进线为两路，均利用单母线分段接线方式作为35kV和

10kV主接线。2*31.5MVA为主变压器容量，利用Yo/丫3—12连接方式作为llOkV与35kV之

间连接类型，利用Yo/A-11连接方式作为llOkV与10kV之间连接类型。

主变压器本次设计有两个出线端子，一端与35kV的引出线相连接，一端与10kV的引出线

相连接。我们把变电站内部电气部分的设计作为本次任务，而出线线路的应用方面本次暂不涉

及，因此会有着相对简洁负荷统计表，同时在电气主接线图的制作难度上也有所降低。

2.2.2设计原则和基本要求

依照国家标准和电气设计技术规范与要求进行设计，本着用户供电可靠、保证电能质量的

基本原则要求，同时还需要有着接线简单清晰、操作方便、运行灵活的特点，而且尽可能的低

投入、低运行费用，后期方便扩建性。具体要求表现在如下几个方面：

1）根据实际考虑主变压器台数，衡量容量和型式选择方面；

2）充分考虑与分析变电所电气主接线的设计；

3）模拟计算短路电流情况；

4）充分利用并选择主要电气设备，确定与选择各电压等级配电装置类型；

7

第3章主变压器的选择

3.1变电所主变压器台数的选择

对保障供电可靠性的前提下的用电负荷要求，若变电所需要承载大量一、二级负荷的，按

照两台变压器来进行设计安装，一台变压器作为备用，极端条件下一台故障或检修时，可以及

时启用另一台以便保证正常的供电需求。若变电所仅仅涉及二级负荷而无一级负荷则可以采用

一台变压器，同时在低压侧应敷设备用电源并与其他变电所相连。若根据地域、季节等其他因

素针对负荷或昼夜负荷变动较大地区，变电所可以采用经济运行的方式，当然采用两台变压器

效果会更好。综上所述，本次设计根据实际情况拟采用两台变压器并联运行。

确定变压器的最大负荷公式为:

8

P.NkoEP

均一一代表变电所所承受的最大负荷量；

即一一代表负荷同时系数；

——代表综合用电负荷(按负荷等级系统)

在基于对大多数变电所和终端分支数据分析研究得出，变电所的容量估算的计算公式

如下：

才(0.75--0.8)&

鉴于本次变电所设计安装主变压器2台,团表示每台变压器的容量，那么在以下几个方面须

同时满足：

其中单独运行一台变压器时，其容量应满足约70%的计算负荷负荷团值，即：

ST"7PM

具体负荷计算结果为：

35kV侧：最大30MVA,最小18MVA,

10kV侧：最大16MVA,最小I0MVA,

那么：

Sc=0.7*(30MVA+16MVA)=32.2MVA

由于前期设计明确了需要选择满足调压要求的变压器，因此宜采用U0KV(参数

0=1OOMVA)三绕组有载调压电力变压器较为合适。

由_£述可得知，主变压器的型号选择为：0

该型号变压器主要参数见表(3T):

表(3-1)

9

型号SFSZL7—400C0/110

额定容量(KVA)40000

主接头额定电压(KV)高110

中38.5

低6.3,6.6,10.5,11

阻抗电压(%)高一中10.75

高一中17.5

中一低6.5

绕组连接方式YN,yn0,cll

10

3.2功率因数和无功功率补偿

对于绝大多数用电设备而言，它们在产生交变磁场时都会从电网吸收大量无力电流，而

且有着功率因数小于1的共同特点。通常衡量供配电系统是否经济的一个重要指标就是功率因

数。功率因数会对供配电系统产生什么样的影响及如何提高功率因数成为了关键问题。

3.2.1功率因数对供配电系统的影响

从供配电系统中吸收无功功率是几乎所有电感特性的用电设备的基本特点，这就无形中

使得功率因数有所下降。功率因数提高，给供配电系统带来电能损耗减小、电压损失降低以及

供电设备利用率也就会相应提高；相反，功率因数太低，那么就意味着电耗、电损增大，电的

有效利用率就会大大减小等。由此可见提高功率因素的意义还是很大的，在实际应用中必须要

求用户功率因素达到规定的值，没有达到这个值的则需要功率补偿。

太低将会给供配电系统带来电能损耗增加、电压损失增大和供电设备利用率降低等不良影

响。正是由于功率因数在供配电系统中影响很大，所以要求电力用户功率因数达到一•定的值,

低于某一定值时就必须进行功率补偿。在规范文件《评价企业和利用电机疏导则》（国家标准

GB./T3485-1998）中规定：“在企业最大负荷时的功率因数不低于0.9,凡功率因数未达到上述

规定的，应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备”。

3.2.2提高功率因数的方法

在功率因数无法达到规定的值时，为了减少损失，提高自然功率因数成为了首先要考虑的

问题，在此之后再另行考虑人工功率补偿。一般认为未装设任何补偿装置的实际功率因数即为

自然功率因数。自然功率因数提高的基本原则为：无须增加补偿设备，充分利用现有的科学方

法最大程度的将用电设备无功功率的需要量降下来，从而从根本上提高了功率因素。因此容量

合理匹配是选择变压器的衡量标准，从大或从小都会对变电所产生重大影响。但是合理、合适

的匹配都是限定在一定条件下，条件发生了重大变化，结果就会截然不同。当自然功率因素无

法满足现有实际情况时，人工补偿功率因数就不得不参与了，这种方式提高功率因素的最常用

的手段就是利用并联电力电容器。这种补偿装置是目前最为广泛采用的，具体优点如下：

11

一是有功损耗小，大概为团，1.5%—3%是同步调相机有功损耗；二是在无旋转部分条件下,

设备运行、维护更加快速与便捷；三是具有较为灵活性的选择增加或减少安装容量，当然也可

以变换安装地点；四是整个装置运行不受个别电容器损坏的影响；当线路发生短路紧急情况下,

短路电流瞬间被同步调相机增大，用户开关的断流容量也被增大了，但是电容器却没有这样的

缺陷。

3.2.3补偿容量和电容器台数的确定

正是由于电容器没有上述的缺点，所以用电容器来改善与提高功率因数是非常具有经济

效益的事情。若在使用过程中出现电容性负荷过大那么就会出现电压过高的情况发生，这种不

利影响是非常危险的。因此选择适当的电容器安装容量是很有必要的。电容器无功补偿方法主

要是固定补偿。在变电所10KV侧的母线上则一把情况下会采用固定补偿的方式，因为负荷变

化时，补偿电容器是无法进行改变。计算补充容量有以下公式：

Qcc=Pavjawan。小2)

上述公式中，代表补偿容量为；代表平均有功负荷为；，其中代表的是有功计算

负荷情况，表示有功负荷系数字母为，即为补偿率。

根据设计要求变电所110KV侧的功率因数为0.9o无功补偿在配置上应当遵循地平衡和便

于调整两大原则，可以充分利用集中式补偿的方法，因为统一集中安装，这样就在变电所内就

可以电压平衡，这是非常有利的。向电网提供容性无功且具有可调节性，这就相当于对于感性

无功的一种补偿，从而达到电网有功损耗的降低以及提高电压的目标。

应根据就电压的原则进行配置，采用集中补偿的方式，集中安装在变电所内有利于控制

电压水平。向电网提供可调节的。以补偿多余的感性，减少电网有功损耗和提高电压。根据无

功补偿的基本原则，提高电网的经济运行水平，可以在10kV每段母线上各接一组由开关投切

的分档投切并联电容器成套装置，以便达到对无功负荷系统的调节。

3.2.4补偿电力电容器容量的计算

首先，利用公式计算补偿前的负荷、功率因数，由此可以计算出低压侧的有功负荷：

12

匕=S,1*0.85=16*0.85=13.6MW

计算出的低压侧无功负荷数值为：

22

Qcl=巧-p2A=7i6-13.6=8.428Mvar

同样，也可以计算出变压器的功率损耗情况：

△耳二0.02*16=0.32MW

△QT=0.1*16=1.6Mvar

计算出的中压侧的有功负荷情况是：

CVit*0.85=30*0.85=25.5MW

计算出的中压侧无功负荷情况是：

22

QC2=旧2-〃，=V3O-25.5=15.8Mvar

计算出的变电所高压侧总负荷情况是：

P^3=P.,+P2+1\=13.6+25.5+0.32=39.42MW

+

QC3=QeiQc2+Qr=8.428+15.8+1.6=25.828Mvar

222

Sc3=\IPC3+Q(^=^39.42+25.828=47.127MVA

计算出的变电所高压侧的功率因数情况是：

COSQ=Pc3/Sc3=39.42/47.127=0.836

确定补偿容量

根据设计要求，高压侧大于或等于0.9,低压侧实现二补偿，综合情况，因为还要设计

到变压器各方面的损耗，现可做一个功率因素的设定值为。.99,那么利用公式计算出来的补

偿容量情况为：

Qcc=Pcl(tan^avI-tan^av2)

=13.6[tan(accos().85>tan(arccos().^)]

=6.528Mvar

13

同时，也根据上述数值，得出补偿后负荷和功率因数情况为：

变电所低压侧计算荷为：

%=+(&i-D

={13.62+(8.428-6.528)2

=13.73MVA

此时时变压器的功率损

\PT=0.02*5H=0.274MW

△Qr=0.1*$c；=1.373Mvar

变电所高压侧总的计懒荷为

PC3=Pcl+Pc2+\PT=13.6+25.5+0.274=39.374MW

QC3=QC1+QC2+AQr=1.9+15.8+1.373=19.1Mvar

5门=\/匕；+。「：=X"I"汕典-Sr—!—G吗

C3\C3NC3K3心研0758K207587

二139.3732+19.F

=43.7MVA

cos仍=pjsc3=39.374/43.7=0.901

基于上述的数值结果，那么在主变压器的型号的选择上为:团

该型号的变压器其主要参数情况有：

两台三绕组主变压卷HSZL7—31500/11()

表(3-2)

14

型号SFSZL7—31500/110

额定容量（KVA）31500

高110

主接头额定电压（KV）中38.5

低6.3,6.6,10.5,11

高一中10.75

阻抗电压（%）高一中17.5

中一低6.5

绕组连接方式YN,yn(),dll

所用变压器容量的选择

主变压器的容量是一般所用变压器容量选择的基本依据和标准，一般变压器容量是主变

压器容量的3%以内，若31.5MVA是主变压器的容量，那么所用的变压器容量就很容易计算出

来了：

31.5*3%=945KVA

则选用SL7—800/10型双绕双绕组电力变

那么该变压器的主要参数情况为：

两台双绕组所用变压器SL7-800/10

额定容额定电压（KV）损耗（KW）

连接组标

空载电流外阻抗电压与

量(KVA)高压低压空载短路

6.3

80010、，YnO1.549.92.54.5

0.4

15

第4章主接线的选择与设计

本次设计题目为UOKV变电所电气一次部分设计。其电压等级为U0KV/35KV/10KV;系统情况

为：系统经双回路给变电所供电；取为100MW,系统归算为100KV母线的等值电抗0.2;系统

110KV母线电压满足常调压要求。负荷主要为一、二级负，所以选用两台三绕组变压器并联运

行。出线回路：110KV侧两回（架空线）LGJ-400/10KM；35KV侧6回架空线，负荷：最大30MVA,

最小18MVA；10KV侧8回架空线，负荷：最大16MVA,最小10MVA。

这种论题的设计是U0KV变电站电气设计的一部分。有着UOKV/35KV/10KV三种不同的

电压等级；双回路向变电站供电系统条件；若有100MW,100KV母线的等值电抗系统归算为

0.2;电压符合常规电压系统U0KV母线调整要求。一、二级负荷，因此选择两个三绕组变

压器进行并联运行。在此出线回路的设计上：LGJ-400/10KM是110KV侧两回（架空线）；35KV

侧架空线6条，上述计算明显得出最大30MVA,最小18MVA负载量；8个架空线10KV侧，最

大16MVA,最小10MVA负载量。

4.1变电站主接线设计的基本要求

1）可靠性

电力供应的可靠性是发电和配电的最基本保障，电力设施的设计和规程必要按要求进行。

因为电力的传输和使用必须同时进行，电力系统任何人、设计部分的任何故障，将提供关于供

电体验的可靠性的现行设计法规，并应在设计期间予以控制。

2）灵活性

电气设备不仅可以根据正常工作条件下的交付要求，根据实际情况灵活地改变运行模式，

这是电力分配的调度的目的，而且还可以快速从设备中取回并消除各种事故或修理期间的故

障的设备，范围更小，设备被控制时保障维护人员的安全可以在提供。

3）简单明了的操作

简单明了的主接线使得工作人员能够清晰和易懂各方面的操作，信息一目了然，运行人

16

员只要有一定的专业知识很快就会被掌握住。过犹不及，若太简单的话，形成运行无法正常进

行，运行会造成很大的不便，而且还可能会出现停电的极端情况。若接线太复杂的话，工作人

员不一定马上明白，影响工作人员的工作效率。

4）经济性

经济型主要涉及的是经济效益方面的有灵性。在保证主接线具有安全可靠的、灵活操作这

个大前提下，就需要考虑成本问题，理想的状态是投资最小化，效益最大化。

5）应具有扩建的可能性

扩建的可能性主要指代的是发展的潜力，经济的高速发展，用电情况也会随着水涨船高，电

力负荷可能在很短的时间内就会上升，所以主接线要考虑预留，为以后的扩展做好准备。

4.2变电站主接线设计原则

1）与变电站高压侧的连接应尽可能少或不使用中断器。根据继电保护要求，分支安装也

可用于区域线路，但需要明确的是系统骨干线路不允许使用分支接线的。

2）在配电设备6~10kV,输出回路数不超过5时，一般采用单母线连接；当输出电路数

量为6或更多时，可以使用单母线分段安装。当短路电流较大的极端情况时，有较多的输出

回路，设备功率又比较大，而且在需要电抗器的时候，此时可以双母接就必须要有了。

3）在35-66kV配电设备中，在不超过3个输出回路时，这时一般单母线接线就能满足要

求了；当输出回路数增加至4-8个时，那么此时就得需要单母线分段接线的方式；若电源和出

线都比较多，负荷量又比较大或处在较为污染区域，此时双母线接线就更为适合了。

4）若配电装置处在110-220kV,而且是不能多于2个回路时，那么就比较适合用单母线接

线就足够了；当回路有3-4个的时候，那么简单的单母线就不能满足需求了，但是可以用单母

线分段接线的方法来进行处理；当回路数更高达到5个以上的时候，或者说配电装置在整个的

电力系统中非常的重要，那么这种就是比较大的电力网络工程了，这时候一般都会采用双母

线接线的方式才能满足电力的需求。

5）具有可靠性能和检修保养周期性比较长的断路器，如采用SF6断路器，或者是更换迅

17

速

的手车式断路器，那么在这种情况下，旁路设施的工程就可以暂时不设了，以免造成资源的

浪费。

所以说，设计技术规范、设计要求内容、原始设计材料、工程特点等因素是一个完整的电气

设计必备的最为基础的资料和需求，同时也要视工作开展的情况进行相应的调整。只有准确、

全面、有效和精通这些情况下，认真、耐心的设计态度才能将设计圆满的完成，既能完成设

计基本工作，也能把现代科学技术融入到设计中，以发展的眼光去看待设计，才能完成经

济、实用的变电站这样的基础设施，把供电服务做到最好最有保障。

4.3主接线的特点和基本形式

根据是否存在母线汇流这个标准，我们可以把主接线分为有汇流和无无汇流母线两种主

流的接线形式，不同的接线形式有着不同的特点和优点与不足之处，实际使用中，根据具体

情况进行具体选择。

18

汇流母线接线形式：根据变电站规模与作用情况，进出线都会有一定的差异，在多余4个回

路时，线路就显得较为复杂，电力汇集与分配也要本着实际情况进行集约化设计，所以在中

间环节上通常的做法都是用母线代替，这种做法上可以使得整个接线形式上表现出清晰感,

无论从运行角度还是安装角度来看都相对便捷与实用，同时，后期如果需要改扩建电力电线

设备等也相对简单的多。优点是明显的，缺点也不含糊，由于采用母线接线，那么与母线紧

邻的后端设备就相对较多，使得增加的短路设备等配电装置占用更大的土地资源，占地面积

大这个缺点对于很多城区土地资源十分有限的情况来说无疑是致命的，所以应用也要看具体

情况。这种接线形式实际上也可以分为细化的两类接线：单母线和双母线。单母线根据分段

情况又可以再细化为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等；双母线也同

样可以再细化为双母线无分段、双母线有分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等。

无汇流母线接线形式：这种接线形式最大的优点就是占地相对较小，因此没有母线的设置,

后端的相关设备也都大大臧少了，所以无需占用大面积的土地资源，节约优势明显。但是这

样接线方式最大的缺点是不能有太多太复杂的线路，进出线回路较少的可以采用这种办法。

同时在先期接线已经形成相对固定，如果要考虑配电站后期的该扩建，那么这种形式就不能

适合了，改造的成本极大，无任何意义所言。该种接线形式也可以再根据接线形式再细化为

扩大单元接线、多角形接线、单元接线桥式接线等。

4.4110KV侧接线的方案选择

4.4.1可选择性方案一

即为单母线接线

优点：充分利用单母线接线在线路分布上的间接明了的优势，操作、安装相对程序便捷；

同时单母线较双母线后端配电装置也相对少一些；安全性能高，比如在隔离开关的作用上就能

体现出现，隔离开关无须发挥重要的操作上的作用，其主要还是为了检修时的安全考虑，大

大咸小了操作上的失误；资金投入上也相对节约；后期如果涉及改扩建也有预留，不再重复投

入，也节约了运行成本。

19

不足：点母线接线的不足之处也非常明显，因为母线的原因，一旦发生故障或者正常的检

修过程中，整个配电装置不得不面临全部停电的风险，即整体断电操作，从而使得所涉及的

整个电力系统都得停电，影响居民生活或生产经营活动，所以在灵活性方面大打折扣。当然即

使采用了分段的隔离开关，仍然涉及部分线路段的停电操作，相当于串联电力系统一样，只

有全部完成检修或故障排除后，才能使得整体供电得到回复。

4.4.2可选择性方案二

即为双母线接线

与单母线不同之处在于双母线接线有备用母线，即有一条母线是供日常工作，另外一条母线

是作为备用的，相当于系统处于并联状态，只不过这种并联是通过联路断路器来实现的。进出

的电源和负荷可以通过两条线来进行分担，这样可以减少母线的压力，母线运行的可靠性也

大大增加。

这种接线方式在倒闸操作上有许多关键要点需要掌握。隔离开关需要在等电位情况下有先

后的操作顺序，即现通后断；母线的日常检修工作上，规范的操作流程为：一是母线断路器的

隔离开合闸操作，二是TQF的合闸操作，三是备用线通电，这样才能形成两条母线的等电位。

20

在启用备用母线时，此时的操作流程是：一是打开备用母线隔离开关的操作，二是对待

检修的母线关闭隔离开关的操作，三是母联断路器TQF的断开工作；四是关闭TQF两侧的隔离

开关操作。只有这样才是合乎规范的操作规范，也能保持供电的持续性。

优点：一是与单母线接线形式相比，整个供电的可持续性和可靠性都大大增加。因为本身

具有两条线路，工作线路和备用线路，这样在检修过程中关闭其中一条线路，另外一条线路

仍然可以正常工作。两条线路的倒换操作，可以轮流进行线路的检修，另外一条线路的正常供

电不至于使得整个线路停电，这样供电的可持续和可靠性都得到了保障；二是调度灵活性方面

也有所提升。因为电源和负荷可以根据各种环境和形势进行灵活性的调度、系统控制，能够在

两条线路上进行分配，这样实用性也得到了更大的提高；三是有利于后期的改扩建项目。双母

线不同方向的改扩建可以分组进行，一组改建完成再进行另一组改建工程，而且整个电力却

不受供电影响，输出的用电可以正常工作，同时在电源和负荷均分也不受到相互影响。可以按

照顺序合理的布局双回架空线路，不至于出现相互交叉影响。这点在单母线分段上就容易出现,

在布线顺序上容易出现交叉跨域，这样的话线路相互影响的概率就大大增加；四是方便实验。

如果需要实验操作，可以断开一条线路断开，接在一组母线线路之上，这样也不影响正常的

外部供电。

不足：增加一组线路使得投资成本有所增加；增加一组线路就直接意味着需要更多的配电

装置，如隔离开关等；在进行检修或排除故障过程中，因为需要掌握倒换操作，只有掌握流程

才能进行工作，如果不熟练则会容易出现误操作，这样就会出现风险或危险性。当然也可以通

过增加连锁装置来避免误操作，这也是引起费用增加。

4.4.3可选择性方案三

即为桥形接线

如果根据实际环境，在仅有两台变压器和两条输电线路的情况下，无法用其他方法代替，

那可以利用桥形接线方法来进行。我们可以把桥形接线形式分为内桥与外桥。和系统相连接的

是noKV侧双回路，在日常的工作中变压器之间的切换工作是最为常见和注意的地方。当连接

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线路比较稳定可靠，在故障发生的概率极低的情况下或者不需要进行变压器频繁切换的情况

下内桥接线法常常被采用。

优点：因为在输出线路比较少：与之匹配的高压断路器在数量上就会相应的减少，如此在同样

只有四个回路的进出线的情况下，三台断路器就能满足日常需求了。

不足：最为明显的不足之处就是比较复杂的变压器的切除和投入，因为涉及变压器的切换工

作，这样两台断路器都会在这个过程中需要进行操作，同时不得不暂时停止运行其中的一条

线路；如果需要涉及桥连断路器故障或检修的情况下，这是就不得不解列运行两个回路；更为

重要的缺点是当出线断路器故障或需要检修时，长时期停运线路使面临着最大的挑战。随着现

代电气技术的进步，跨条设备可以加装在配电装置中，如果加装了2组隔离开关：这样就可

以轮流检修不同的隔离开美，这样的话在日常工作中带来的较大的便捷，使得影响降到最低,

我们也可以同样原来把跨条安装在桥连断路器上，这样也会相应的较小不利的因素。

应用领域：这种技术实际上已经被广发的应用到适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压

器不经常切换或线路较长，

故障率较高情况。

对比以上三种方案，对于110KV来说，它要供给一类、二类负荷较多，需要较高的可靠性。

方案（三）比较符合设计要求。

4.535KV侧接线的选择

4.5.1方案一：单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少、操作方便；隔离开关仅在检修设备时作隔离电压用，不担

任其它任何操作，使误操作的可能性减少；此外，投资少、便于扩建。

缺点：不够灵活可靠，任意元件的故障或检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔

离开关分段，但当一段母线故障时各回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线分开后

才能恢复到非故障段的供电。

4.5.2方案二：单母线分段接线

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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条回路，有两个电源供

电；当一段母线发生故障，分段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。

缺点：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；

当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

4.5.3方案三：分段断路器兼作旁路断路器

不设专用旁路断路器而以母联断路器兼作旁路断路器用。

优点:节约专用旁路断路器和配电装置间隔。

缺点:当进出线断路器检修时，就要用母联断路器代替旁路断路器。双母线成单母线，破坏了

双母线固定接线的运行方式，增加了进出线回路母线隔离开关的倒闸操作。

对比以上三种方案，方案（二）比较符合设计要求。

4.610KV侧接线的选择

4.6.1方案一：单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少、操作方便；隔离开关仅在检修设备时作隔离电压用，不担

任其它任何操作，使误操作的可能性减少；此外，投资少、便于扩建。

缺点：不够灵活可靠，任意元件的故障或检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔

离开关分段，但当一段母线故障时各部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线分开

后才能恢复到非故障段的供电。

4.6.2方案二：单母线分段带旁路母线

优点：有单母线分段全部优点，检修断路器时不至于中断对用户供电。

缺点：优于单母线分段。

4.6.3方案三：双母线接线

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,

电源与负荷平均分配在两组母线上，由于母线继电保护的要求，一般某一回路母线连接的方

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式运行。

优点：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；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

调度和潮流变化的需要；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；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。

对比以上三种方案，方案（二）比较符合设计要求。由上述方案的比较可以确定变电所的

电气主接线方案，如下图所示。

图4-1

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第5章短路电流计算

5.1短路计算的目的及假设

5.1.1短路电流计算的目的

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。

3.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。

4、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、按接地装置的设计，乜需用短路电流。

5.1.2短路电流计算的一般规定

1.验算导体和电潜动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，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5〜10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，而不应仅按在切换过程中可能并列

运行的接线方式。

2、选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的导步电机

的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

3、选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路

电流为最大的地点。

4.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。

5.1.3短路计算基本假设

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；

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3、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发生变化;

4.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

5、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；

6.系统短路时是金属性短路。

5.2短路电流计算的步骤

依据目前电力变电站建设工程设计特点来看，通常是采用实用曲线法来计算短路电流问

题，具体情况为：

1.确定和选择短路点位置；

2.画出等值电路图网络图，充分利用设计接线图；

1）负荷之路，线路电容，各元件电阻去除；

2）基准电压Ub和选取基准容量；

3）将同一基准值的标么电抗，按照规则要求各元件电抗可以进行折算；

4）基于以上三点，绘出曰上面的推断绘出等值网络图；

3、无限放大供电系统，简化网络格，在短路电流周期分量的衰减不考虑情况下，求出转移

电抗；

4.电抗计算过程；

5、根据已有的运算曲线，短路电流的标么值被求出；

6.根据公司计算短路容量和有名值数值；

7、把短路电流的冲击值计算出来；

1）无限放大供电系统，简化网络格，在短路电流周期分量的衰减不考虑情况下，求出转移

电次，并计算短路电流标幺值、有名值。

J-ldi_

标幺值〃

有名值:

2）计算短路电流冲击值以及短路容量:

26

短路容量:s=",

短路电路电流冲G4=2.55/

8、电流计算结果表的绘制

5.3短路电流计算及计算结果

等值网络制定及短路点选择：根据前述的步骤，针对本变电所的接线方式，把主接

线图画成等值网络图如图4-1所示：

基准电准(KA):5.501.560.50

5.3.1主变电抗计算

SFSZ7——315OO/11(的技术技术

X12*=(Ud1%/100)*(Sj/SB)=(10.75/100*(100/40)=0.269

X13*=(Ud2%/1()())*(Sj/SB)=(0/1()())*(100/40)=0

X14*=(Ud3%/100)*(Sj/SB)=(6.75/100)*(100/40)=0.169

关于计算三相短路简图，图4-2

图4-2三相短路计算简图

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5.3.2三相短路计算lloKV

XI0.102I

(1)110kV侧三相短路简图如下图-3

S\oo1rF1

若Fl短路状况,'"危而布=0.643kA『

那么此时短路电流：

图4-3110KV

稳态短路电流的有名值/万=/尸।*/Fi=0.643*9.8=6.3X4

在冲击电流的值为，”“=2.55*/F\=16.065K4

当短路发生时全电流最大有效值/加=L51*/内=9.51K4

短路容量S-=/"FI*5^=9.8*100=980Am

(2)如下图4-4,表示的是35kV侧三相短路情况下的简图为:

当F2短路时，

I=_____!______=________!_______=2933

短路电流“用十九十九0.102+0.269+0…

稳态短路电流的有名值丁尸2=/尸2*〃2'=156*2.933=4.58以

冲击击电Vch2=2.55M.58=11.68kA

短路全电路全电流最大「陋=1.51*4.58=6.92kA

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短路容量S2*=I"F2*SB=2.933*100=293.3MVA

如下图4-5,表示的是10kV侧三相短路情况下的简图为:

当F3短路时路I'=SB/(^V33)=100/(1.732*10.5)=5.499kA

短路电路I%=1/(0.102+0.269+0.169)=1.852

稳态短路电流的有名值％=1"*1、=5.499*1.852=10.184kA

冲击击