220kV变电站设计

1、毕业设计报告（论文） 课题名称 220kV变电站设计 专 业 学生姓名 学号 指导教师 顾问教师 起讫日期 设计地点 目录目录I摘要IIIAbstractIV1 前言12 原始资料及分析32.1 待建变电站概况32.2 选址条件32.3 负荷情况32.4 与系统连接情况52.5 原始资料分析53 变压器的选择73.1 主变压器的选择73.1.1 主变压器台数的确定73.1.2 主变压器容量的确定原则与计算73.1.3主变压器型式的选择93.1.4 主变压器的选型和参数123.2 所用变压器的选择144 电气主接线设计164.1 电气主接线的设计原则164.2 电气主接线的设计要求174.3 电

2、气主接线的设计方法184.4 主接线的设计步骤194.5 主接线的设计方案选择194.5.1 220kV电压母线接线方案拟定194.5.2 110kV电压母线接线方案拟定204.5.3 10kV电压母线接线方案拟定204.5.4 主接线方案的确定215 短路电流计算225.1 短路电流计算的目的225.2 短路电流计算的一般规定225.3 短路计算基本假设235.4 短路电流计算基准值235.5 短路电流计算的步骤235.6 短路电流计算过程245.7 短路电流计算结果表296 主要电气设备选择316.1 电气设备选择的一般原则316.2 电气设备选择的条件316.3 高压断路器的选择336.

3、3.2 110kV电压等级346.3.3 10kV电压等级346.3.4 高压断路器选择情况356.4 隔离开关的选择356.4.1 220kV电压等级356.4.2 110kV电压等级366.4.3 10kV电压等级376.4.4 隔离开关选择情况376.5 互感器的选择386.5.1 电流互感器的选择386.5.2 电压互感器的选择406.6 母线的选择426.6.1 裸导体的选择及校验原则426.6.2 220kV侧母线的选择436.6.3 110kV侧母线的选择446.6.4 10kV侧母线的选择457 配电装置设计477.1 配电装置的特点477.2 220kV配电装置477.3 1

4、10kV配电装置487.4 10kV配电装置488 继电保护的简单设计498.1定时限过电流保护498.2电流速断保护508.3瓦斯保护509防雷规划519.1 直击雷保护措施519.2 防雷保护设计原则519.3 本变电站的防雷措施52结论53致谢54参考文献55摘要本设计主要介绍了220kV变电站的设计内容和设计方法。论文的主要内容包括电气主接线的确定，主变压器、所用变压器的选择，主要电气设备选型，220kV、110kV、10kV三个电压等级的线路的选择和短路电流的计算。设计中还对主要高压电器设备，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、无功补偿装置和继电保护等装置按照具体要求进行选型

5、、设计和配置。此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电站的安全性。关键词：变电站，变压器，主接线AbstractThis design mainly introduced the design content and design method of 220 kV substation.The main content of the thesis included the determination of the main electrical wiring, the main transformer, selection of the transformer used, the ma

6、in electrical equipment selection, 220 kV, 110 kV and 10 kV voltage grade three line selection and the calculation of short-circuit current.Furthermore, in the design of the main high voltage electrical equipment, such as circuit breakers, isolating switch, current transformer, voltage transformer,

7、reactive power compensation device and relay protection device according to the specific requirements for selection, design and configuration.In addition, the design and calculation of the lightning protection improved the security of the whole substation.Key words: substation, transformer, main ele

8、ctrical connection1 前言随着我国国民经济的快速增长，工业化进程和城镇化建设步伐不断加快，电力的需求量也不断增长。电力系统也获得了前所未有的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心需要获得更多的信息以准确掌握电网和变电站的运行状况。电网的供电能力和可靠性，对区域社会经济的发展是极为重要的。同时，为了提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集中监视和控制，并逐步采用无人值班管理模式。传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的需求。变电站是电力系统中不可缺少的一个重要环节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。变电站作为电力系统

9、的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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，对其进行设计势在必行，合理的变电站不仅能充分地满足当地的供电要求，还能有效地减少投资和资源浪费。变电站的设计必须体现社会主义的技术经济政策，符合安全可靠、技术先进、经济合理和确保质量的要求。目前国际上关于变电站自动化系统和通讯网络的国际标准还没有正式公布，国内也没有相应的技术标准出台8。标准和规范的出台远落后于技术的发展，导致变电站自动化系统在通讯网络的选择、通讯传输协议的采用方面存在很大的争议，在继电保护和变电站自动化的关系及变电站自动化的概念上还存在分歧。市场竞争日益激烈，不同厂

10、家的设备质量和技术（软硬件方面）差异甚大，各地方电力公司的要求也不尽相同，导致目前国内变电站自动化技术千差万别1。我国对变电站的技术研究的其中一个主要方面是在220kV及以下中低压变电站中采用综合自动化技术，全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，而且技术不断得到完善和成熟。总体来说，实现变电站综合自动化，其优越性主要有：提高了供电质量、变电站的安全可靠运行水平，降低造价，减少了投资，促进了无人值班变电站管理模式的实行2。本设计中变电站的设计思路是紧跟现代化国内外变电站综合自动化技术的发展趋势，根据最新和最权威的设计规程和规范，采用先进的原理技术，摒弃落后和即将淘汰的技术，确定科学的模式和结构

11、，选择质量优良和性能可靠的产品。设计以中华人民共和国国家发展和改革委员颁布的220500kV变电站设计技术规程（DL-T52182005）为标准，以水利电力部西北设计院编制的电力工程电气设计手册一次部分为原则。设计中的设备的技术参数资料来自设备制造商发布的电子样本和参考文献中的相关资料。因此，在学习借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，全面系统地研究探讨符合国情的变电站系统设计模式，完成本次毕业设计。2 原始资料及分析2.1 待建变电站概况本设计变电站为终端变电站，以江苏邳州220kV邵场变背景资料为设计基础，主变拟定拟定2台变压器，远景规划三台。本变电站的电压等级分别为220kV、11

12、0kV、10kV，其中220kV是本变电站的电源电压，110kV和10kV是二次电压。220kV邵场变是邳州市第一座220千伏变电站，该变电站总容量达到了36万千伏安，极大地满足了邳州用电量日益增长的需求，为迎峰度夏期间电网安全可靠运行奠定了基础。“十一五”期间，地处苏鲁交界的江苏邳州市由工业化初始期向后期冲刺，地方经济加快发展迅猛，特别是金象冶金、申佳合金、南水北调工程以及恒鑫化工等大项目工程落户邳州并先后投产，拉动了用电需求量增长速度加快，原有变电站已经无法满足用电负荷需求，必须尽快扩建增容。一期安装一台180兆伏安主变压器，远期3180兆伏安。220kV出线远期8回。一期4回。即岱山和邵

13、场各2回；220kV远期接线方式为双母线接线。一期为双母线接线。110kV出线远期8回，一期4回。即邵戴线开断环入2回、铁佛1回、备用1回；远期接线方式采用双母线接线。一期双母线接线一次建成。10kV出线远期12回，一期8回。远期为单母线分段环形接线，一期单母线分段接线。无功补偿:远期：按站内装设1210000kVar的规模进行设计。一期：410000kVar。2.2 选址条件该变电站的所址，地势平坦，交通方便，年最高气温+40，最低气温-15，年平均气温+20。工程总征地面积26791.98平方米（约合40.188亩），其中围墙内占地25732.4平方米（约合38.60亩），站区建筑物按一期

14、规模建设，新建二次设备室及功能用房453.6平方米，35kV开关室467.4平方米，全站总建筑面积921平方米。2.3 负荷情况待设计变电站的电源，由双回220kV线路送到本变电站；在中压侧110kV母线，送出8回线路，主要供给工厂（一二类负荷），最大负荷为185MW，其中重要负荷占80%；在低压侧10kV母线，送出12回线路，主要给部分工厂和民用（主要为三类负荷），最大负荷为20MW，其中重要负荷占70%。110kV和10kV侧同时率都为0.9，线路损耗取5%，负荷年增长率为7%。所用电容量为100kVA。下表为详细负荷情况。表2-1 220kV邵场变负荷情况电压等级用电单位最大负荷（MW）

15、功率因数回路数供电方式距离（km）110kV金象冶金400.952架空55申佳合金360.952架空45南水北调工程350.92架空60恒鑫化工320.852架空80石化厂200.91架空70邳州涂料厂220.91架空90备用2有功负荷同时率：0.9，一级负荷30%，二级负荷50%，三级负荷20%。负荷增长率：7无功负荷同时率：0.9，线损5，远景规划数5年10kV配电站A3.50.92架空15配电站B30.852架空10配电站C2.50.92架空15自来水厂30.851电缆5医院20.852电缆3煤气厂1.50.81电缆3化工厂20.81电缆5农药厂1.00.81架空10其它1.50.81电

16、缆5备用2负荷同时率：0.9，一级负荷30%，二级负荷40%，三级负荷30%。所用负荷：所用电率Ky=1.2%其中：一级负荷20%，二级负荷30%， 三级负荷50%。2.4 与系统连接情况与变电站相连的电力系统容量为2100MVA，X=0.32，两者之间的距离130km。220千伏部分导线采用2LGJ-400/35钢芯铝绞线，双回连接，分裂相垂直布置；10千伏部分导线采用LGJ-185/25钢芯铝绞线。避雷线一根采用JLB40-150铝包钢绞线，另一根采用OPGW-145复合光缆地线。下图为变电站与电力系统连接的接线示意图。图2-1 变电站与电力系统连接接线示意图2.5 原始资料分析要求设计的

17、变电站为220kV终端变电站，由原始资料可知它有220kV，110kV，10kV三个电压等级，初次一次性建成投产2台变压器。220kV电压等级出线为2回。110kV电压等级出线为8回，2回备用，最大输送功率为185MW，10kV电压等级的出线12回，2回备用，最大输送功率为20MW。负荷增长按照5年规划计算。由这些数据可以知道各电压等级的出线多，而且该变电站的110kV重要负荷是80%，10kV 重要负荷是70%。由此可见，该变电站的一、二级负荷所占比例大，负荷也较重，所以应能够保证不管是母线或母线设备检修还是任何一个电源断开后，都不会影响对用户的供电。本设计的变电站装为有2台主变压器的二级变

18、电站，当其中一台事故或检修时，另一台变压器的容量应能保证该站60%的负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应能保证用户的一、二级负荷。3 变压器的选择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，变电站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站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。本设计变电站初次一次性建设2台主变压器，远期规划为3台。这种装设方法可以提高变电站的供电可靠性，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3。当

19、变电站装设两台及以上的主变时，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站全部负荷的60%80%。通常一次变电站采用80%，二次变电站采用60%。本变电站为二次变电站，单台变压器容量需保证全部负荷的80%。3.1.2 主变压器容量的确定原则与计算3.1.2.1 主变压器容量的确定原则（1）为了正确的选出变压器额定容量，要绘制变电站的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电站的年及日最高负荷和平均负荷。（2）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。（3）变压器的最大负荷按下

20、式确定为PMK0P式中PM变电站最大负荷； K0负荷同时系数； P按负荷等级统计的综合用电负荷。（4）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。（5）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站的额定容量时，计及变压器允许的经常性

21、过负荷。根据对多数终端，分支和企业变电站的统计，表明变压器容量Se=（0.750.8）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。（6）对两台变压器的变电站，变压器的额定容量可按下式确定为Se=0.8PM即按80%的全部负荷选择，因此变电站的总安装容量为Se=20.8 PM=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%负荷供电。若取Se=0

22、.6PM，则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。由于本设计变电站中，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，对变电站保证重要负荷来说明是可行的。（7）提高供电可靠性，在1989年我国原能源部所颁发的SDJ288标准中，规定当一台主变停运时，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。3.1.2.2 主变压器容量的计算考虑到110kV和10kV侧的同时系数都为0.9，线损都为5%，负荷年增长率为7%，故有：110kV电压等级侧全部负

23、荷为10kV电压等级侧全部负荷为全部负荷为主变压器的总容量最大方式下运行且留裕10%后的容量考虑一台主变停运（检修）后，其余主变压器的容量应保持该所全部负荷的60%以上因此确定每台主变的容量为180MVA，总装机容量2180MVA=360MVA。3.1.3主变压器型式的选择3.1.3.1 主变压器相数的选择当不受运输条件限制时，在330kV以下的变电站均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据变电站的基本数据以及所设计变电站的实际情况来选择。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及继电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。本次设计的变电站，位

24、于市郊区，交通便利，不受运输等条件限制，所址建在平原地区，故本次设计的变电站应选用三相变压器。3.1.3.2 绕组数的选择在具有三种电压等级的变电站，如通过主变压器的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，主变压器宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电站具有三种电压等级，考虑到运行维护中安装调试灵活，操作上满足各种继电保护的需求，工作量少及占地面积小，价格适宜等因素，故本次设计的变电站选择三绕组变压器。3.1.3.3 主变调压方式的选择为了满足用户的用电质量和供

25、电的可靠性，220kV及以上网络电压应符合以下标准4：（1）枢纽变电站二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电站的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的11.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。（2）电网中任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电站一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%100%。调压方式分为两种，一种是不带负荷切换，称为无载调压，调整范围通常在5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。由于该变电站的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足

26、要求。3.1.3.4 连接组别的选择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。全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，而且全星形接法，零序电流没有通路，相当于与外电路断开，即零序阻抗相当于无穷大，对限制单相及两相接地短路都有利，同时便于接消弧线圈限制短路电流。但是三次谐波无通路，将引起正弦波的电压畸变，对通讯造成干扰，也影响保护整定的准确度和灵敏度。如果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。我国规定110kV以上的电压等级的变压器绕组常选用中性点直接接地系统，而且还要考虑到三次谐波的影响，会使电流、电压畸变。采用三角形接法可以消除三次谐波的影响。所以应选择Yo/Yo/

27、接线方式。故本次设计的变电站选用主变压器的接线组别为：Yo/Yo/1211。3.1.3.5 主变压器冷去方式的选择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。自然风冷却一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却方式。3.1.3.5 主变压器分接头选择最大、最小负荷时的电压损耗:V1max(P1R1Q1X1)/V1max2.99 KV V2max(P2R2Q2X2)/V2max-0.04KV V3max(P3R3

28、Q3X3)/V3max1.67 KVV1min(P1R1Q1X1)/V1min0.76 KV V2min(P2R2Q2X2)/V2min0.004 KV V3min(P3R3Q3X3)/V3min0.43 KV最大、最小负荷时，各绕组归算至高压母线电压最大负荷时：V1max225 KV V2max224.996 KV V3max224.566 KV最小负荷时：V1min220 KV V2min217.01 KV V3min215.34 KV选择高压侧分头电压 Vf1maxV3maxVN3/V3max 224.566*10.5/10.8=218.3KV Vf1minV3minVN3/V3min

29、215.34*10.5/10=226KV Vf1（Vf1maxVf1min）/2222.15 于是可选2202.5%的分接头，其中V=225.5 KV校验低压母线实际电压 V3maxV3maxVN3/Vf1 224.566*10.5/225.5=10.0310KV V3minV3minVN3/Vf1 =215.34*10.5/225.5=10.410.8 KV V3max=(10.03-10)/10*100%=0.3%5%可见所选分头符合低压母线的调压要求。选中压侧分接头电压计算中压侧分接头电压为： Vf2maxV2maxVf1/V2max =121*222.15/224.996=119.5

30、KV Vf2minV2minVf1/V2min 110*222.15/217.01=112.6 KV Vf2Vf2minVf2min/2116.05KV于是可选1106%的分接头，其中电压V=116.6 KV校验中压侧母线电压 V2maxV2maxVf2/Vf1 =224.996*116.6/222.15=118.09110KV V2max =(113.9-110)/110*100%=3.5%5%可见所选中压侧分接头满足调压要求。3.1.4 主变压器的选型和参数根据前文的分析，本变电站选用的主变压器容量为kVA，采用三相三绕组有载调压变压器，冷却方式为强迫油循环风冷却方式，采用Yo/Yo/接线

31、方式。具体型号为SFPSZ/220/121/10.5三相风冷、有载调压、节能型电力变压器，下表是其详细参数。表3-1 主变压器参数型号SFPSZ/220/121/10.5额定容量（kVA）电压组合及其分接头范围高压(kV)22022.5%中压(kV)121低压(kV)10.5连接组标号YN，yn0，d11空载损耗(kW)105.30负载损耗(kW)403.75空载电流(%)0.49阻抗电压高中8-10高低28-34中低28-24容量分配100/100/50由表可知 =由此可计算出各绕组的等值电抗如下： 归算到220KV侧得：选取基准值,化为标幺值为：3.2 所用变压器的选择变电站的所用负荷，一

32、般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电站的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电站的所用电压只需0.4kV一级，采用动力与照明混合供电方式。考虑到发生故障时应尽量缩小所用电系统影响范围，并应尽量避免引起全所停电事故，保证变电站正常、事故、检修等运行方式下的供电要求。因此，本变电站应采用两台所用变压器，采用单母线分段接线方式，宜同时供电分列运行，以限制故障的范围，提高供电可靠性。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电5。针对本设计变

33、电站所用变压器型号选择，有以下计算：（1）所用电率为:Ky=1.2%（2）主变压器容量:为Se=2180=360MVA（3）所用电负荷为：Sj=KySe=1.2%360=432kVA（4）选所用变容量为：Sn=2250kVA 校验： 满足要求。因此，本变电站所用变容量为250kVA，选用两台型号为SC9-250/10的三相干式变压器，接入低压侧，互为暗备用，参数如下表表3-2 所用变压器参数产品型号额定容量 (kVA)高压侧 (kV)低压侧(kV)接线组方式短路损耗(KW)阻抗电压(%)空载损耗(KW)空载电流(%)S9-100/10100100.4Y，yn02.16.50.351.94 电气

34、主接线设计变电站电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器的线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计直接关系着全厂电气设备的选择、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全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是：发电、变电、输电和用电是在几乎同一时间完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。4.1 电气主接线的设计原则电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依

35、据，根据国家现行的“安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建设与发展方针，严格按照技术规定和标准，结合工程实际的具体特点，准确掌握原始资料，在保证设计方案的供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的情况下，兼顾运行、维护方便，尽可能节省投资，就近取材，力争设计的先进性和可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则5-6。（1）考虑变电站在电力系统中的地位和作用。变电站在电力系统中的地位和作用事决定主接线的主要因素。变电站不管是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，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。（2） 考虑近期和远期的发展

36、规模。变电站主接线设计应根据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。（3）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。（4）考虑主变压器台数对主接线的影响。变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，

37、因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。（5）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。4.2 电气主接线的设计要求（1）可靠性研究主接线可靠性应注意的问题如下：1）考虑变电站在电力系统中的地位和作用。2）变电站接入电力系统的方式。3）变电站的运行方式及负荷性质。4）设备的

38、可靠程度直接影响着主接线的可靠性。（2）灵活性对灵活性的要求如下：1）调度时，可以灵活地投入和切除变压器和线路，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。2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。3）扩建时，可以容易地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，投入变压器或线路而不互相干扰，并对一次和二次部分的改建工作量最少。（3）经济性一般从以下方面考虑：1）投资省。主接线应简单清楚，节省断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等一次设备；使断电保护和二次

39、回路不过于复杂，节省二次设备和控制电缆；限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电站可采用简易电器。2）占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。3）电能损失少。在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，变电站接入系统的电压等级一般不超两种。4.3 电气主接线的设计方法（1）经济计算方法：经济计算式从国民经济整体利益出发，计算电气主接线各个比较方案的费用和

40、效益，为选择经济上的最优方案提供依据。在经济比较中，一般有投资和年运行费用两大项。计算时，可只计算各方案不同部分的投资和年运行费用。（2）静态比较法抵偿年限法：我国长期沿用至今的抵偿年限法，就是静态法的一种，这种计算方法比较简便，不考虑投资时间对经济效果的影响，它以设备、材料和人工等的经济价值固定不便作为前提，认为经济价值与时间无关，是静态的。（3）动态比较法这种方法主要考虑在经济分析中，一货币的经济价值随时间而经常改变为基础。各种费用都在随市场供求关系，随时间不同而异，对建设期中的电力设施投资、运行期的年运行费用和效益都要考虑时间因素，各种费用的支付时间不同，发挥的效益不同。所以对不同方案进

41、行经济比较时，必须在同等可比的条件下方能进行。按照我国电力工业的电力工程经济分析暂行条例规定，采用“最小年费用法”进行动态经济比较。以年费用最小来确定最优方案。4.4 主接线的设计步骤（1）拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟定出若干个可行方案，内容包括主变压器的型式、台数和容量，以及各级电压配电装置的接线方案接线方式等，并依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰一些比较差的方案，保留23个技术上相当的较好的方案。（2）对23个技术上比较好的方案进行经济计算，选择出经济上的最佳方案（3）技术、经济比较和结论：对23个方案进行全面的技术、经济比较

42、，确定最优主接线方案。（4）电气主接线可靠计算；绘制主接线单线图。电气主接线一般按正常运行方式绘制，采用全国通用的图形符号和文字代表，并将所用设备的型号、发电机主要参数、母线及电缆截面等标注在单线图上。单线图上还应标示出电压互感器、电流互感器、避雷器等设备的配置及以此接线方式，以及主变压器接线组别和中性点的接线方式等。4.5 主接线的设计方案选择4.5.1 220kV电压母线接线方案拟定220kV侧出线共2回，10kV和110kV的负荷功率都由220kV母线供应，10kV和110kV的总负荷为186.9MW。一、二级负荷为80%，要求母线故障后要迅速恢复供电，母线或母线设备检修时不允许影响对用

43、户的供电，由母线形式的适用范围将用双母线。按SDJ288220500kV变电站设计规程规定，“220kV配电装置出线在4回以上时，宜采用双母线及他接线”。 但由于本工程220kV断路器采用断路器，其检修周期长，可靠性高，故不可设旁母线。由于有两回线路，一回线路停运时，仍满足N-1原则，所以，220kV宜采用双母接线。双母线式主接线系统的特点是，供电容量大、可用于供电路多的变电站、供电可靠性高、运行灵活性大，故综合考虑选用双母线接线方式；如下图所示：图4-1 220kV电压母线双母线接线图4.5.2 110kV电压母线接线方案拟定110kV侧出线共8回，其中2回备用，最大输送功率为170MW，是

44、本变电站的重要负荷，要求在母线检修时不中断供电，在母线故障时能迅速恢复供电， 因此选用双母线接线。由于110kV回路较多，综合上述双母接线的优点，采用双母接线方式；考虑现在系统已经较完善，设备检修允许停电，本站不考虑装设旁路设施。故采用双母线接线，如下图所示：图4-2 110kV电压母线双母线接线图4.5.3 10kV电压母线接线方案拟定10kV侧出线共12回，其中2回备用，最大输送功率为16.9MW，所占负荷不大，故只需采用单母线分段接线。图4-3 10kV电压母线单母线分段接线图4.5.4 主接线方案的确定根据上文分析，最终确定的方案为：220kV侧双母线接线，110kV侧双母线接线，10

45、kV侧位单母线分段接线。下图为变电站电气主接线接线图：图4-4 变电站电气主接线接线图5 短路电流计算所谓短路是指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线系统中，还指单相和多相接地。产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。5.1 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，均需要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、可靠的工作，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；计算短路

46、后较长时间短路电流有效值，用于校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用于校验设备的动稳定。（3）在需按短路条件设计屋外高压配电装置时，校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）按地装置的设计，也需用短路电流。5.2 短路电流计算的一般规定（1）计算的基本情况：1）所有电源均在额定负荷下运行；2）所有同步发电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；4）所有电源的电动势相位角相同；5）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击

47、值和最大全电流有效值时才予以考虑。（2）接线方式：短路电流时所用的接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（3）计算容量：应按本工程设计计划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后510年）。（4）短路种类：一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自偶变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的进行校验。（5）计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器610kV出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应

48、该取在电抗器前。选择其余的导体和电气时，短路计算点一般取在电抗器后。5.3 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；（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而发生变化；（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。5.4 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，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：基准容量：= 100MVA基准电压：（kV） 10.5 115 230基准电流：（KA） 0.502 0.2515.5 短路电流

49、计算的步骤（1）计算各元件电抗标幺值，并折算到同一基准容量下；（2）给系统制订等值网络图；（3）选择短路点；（4）对网络进行化简，把供电系统看成为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流的标幺值、有名值；标幺值：有名值：（5）计算短路容量、短路电流冲击值；短路容量：短路电流冲击值：5.6 短路电流计算过程（1）短路故障电路示意图图5-1为电力系统与变电站接线图，图5-2和图5-3分别为10kV母线并列运行与分裂运行的电路图。图5-1 电力系统与变电站接线图0.0104220kV110kV10kVX1X21X421X3421X53421Xd-2d-1d

50、-50.0104220kV110kV10kV10kVX1X21X421X3421X53421Xd-2d-1图5-2图5-3系统S系统Sd-4（2）网络各元件阻抗标幺值计算（3）化简等值电路1）10kV装设限流电抗器，且并列运行图5-4 10kV母线并列运行等值电路2）10kV装设限流电抗器，且分裂运行图5-5 10kV母线分裂运行等值电路（4）计算d-1至d-6三相短路电流1）220kV侧母线短路（d-1）：取由于无限大容量系统的短路电流周期分量是不衰减的，所以：2）110kV侧母线短路（d-2）：取由于无限大容量系统的短路电流周期分量是不衰减的，所以：3）10kV侧母线短路，并列运行时（d-

51、3）：取由于无限大容量系统的短路电流周期分量是不衰减的，所以：4）10kV侧母线短路，分裂运行时（d-4）：取由于无限大容量系统的短路电流周期分量是不衰减的，所以：5.7 短路电流计算结果表短路点平均电压UP(kV)基准电流Ij(kA)分支电抗Xj*稳态电流周期分量有效值I”(kA)稳态短路电流有效值短路电流最大冲击值ich(kA)短路电流最大有效值Ich(kA)短路容量Sd(MVA)d-12300.2510.010424.13424.13461.54236.6849615d-21150.5020.05349.4019.40123.97314.2901872.7d-310.55.4990.16

52、7432.85132.85183.77049.934597.4d-410.55.4990.281419.54319.54349.83529.705355.4d-510.55.4990.079968.82468.82415.504104.6141251.6d-610.55.4990.106451.68051.680131.78478.554939.86 主要电气设备选择导体和电气设备的选择是变电站设计的主要内容之一，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，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电

53、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。6.1 电气设备选择的一般原则（1）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；（2）应按当地环境条件校核；（3）应力求技术先进和经济合理；（4）与整个工程的建设标准应协调一致；（5）同类设备应尽量减少品种；（6）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。6.2 电气设备选择的条件正确的选择电器是使电气主接线和配