变电所电气主接线设计计划书

变电所电气主接线 设计计划书 第一篇 设计书 1 变电所总体分析 变电所性质 由任务书可知，该变电所主要承担工业负荷，但是负荷量并不大，属于地区配电变电站，高压侧电压为 220压侧电压为 10要为地区居民和小型企业供电。地区配电变电站的主接线应根据配电网的接线情况、变电站的地位、出线回路数、设备特点及负荷要求等条件确定，并满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资等要求。 所址条件 所区地势平坦，海拔 800m，交通便利，有铁路、公路经过。最高气温 +38 ，最低温度 ，年平均温度 +10 ，最大风速 20m/s ，覆冰厚度 5震烈度 6 级，土壤电阻率 500 电日小于 30 天，周围环境较清洁，化工厂对本厂影响不大，冻土深度 导风向夏南，冬西北。一般电气设备允许最高环境温度为 40 60，可在最低环境温度 正常运行，可耐受地震烈度为 8 度的地震力，可在风速不大于 35m/s 的情况下正常使用， 破冰厚度一般为 10作海拔最高不超过 1000m。 对比实际环境条件和一 般电气设备的环境要求，当地的气温、风速、温度、污秽等级，海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件均未超过一般电器使用条件，但为了保证可靠性，最低环境温度应留出一定的裕度，因此实际使用中要注意低温情况下设备的保护。且该所地势平坦，交通便利，便于施工和检修。 负荷资料 10负荷表如下，同时率 损率 5%，年最大负荷利用小时数 5500 小时。 负荷名称 最 大 负 荷(功率因数 回路数 出线方式 附注 机械一 厂 15 0 85 2 架空线 有重要负荷 机床二厂 9 0 85 2 架空线 有重要负荷 齿轮厂 3 0 8 2 架空线 有重要负荷 汽车制造厂 15 0 95 2 架空线 有重要负荷 电工机械厂 4 0 9 2 架空线 有重要负荷 红光机械厂 5 0 85 2 架空线 有重要负荷 注： 10共有 12 回出线，都带有重要负荷，所以必须谨慎考虑供电可靠性。 2 主变压器的选择 主变压器台数 选择主变压器台数时考虑了下列原则： （ 1）满足用电负荷对供电可靠性的要求，对供有大量一二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器对一二级负荷继续供电。 （ 2） 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以考虑采用两台变压器。 （ 3） 在确定变电所主要变压器台数时，应适当考虑负荷的发展留有一定的余地。 根据以上主变压器台数的选择原则，结合原始资料，本变电所选用两台主变压器，互为备用。当一台变压器故障检修时由另一台主变压器承担全部负荷的 70%，保证正常供电。 2 主变压器容量 变压器容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷选择， 并适当考虑到远期 1020 年的负荷发展。 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。变电所同一电压网络内任一台变压器事故时， 其他元件不应超过事故过负荷的规定。凡装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的 70%时不过载，并在记及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。 同级电压的单 台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。 变压器的最大负荷按下式确定： 式中 变电所最大负荷 同时率 负荷等级统计的综合用电负荷 在两台及以上主变压器的变电所中，其中一台事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的 70%时不过载。因此对装设两台主变压器的变电所，额定容量 按下式 计算： 根据以上原则，忽略 5 10 年的规划负荷考虑，变压器额定容量为 取主变 压器型号为 20。 变压器型号 额定容量 （ 额定电压（ 空载损耗 （ 负载损耗（ 空载电流（ %） 阻抗电压（ %） 连接组别 高 低 20 90 220 2 电气主接线设计 主接线选择的主要原则 变电站主接线要求与变电站在系统中的地位 、 作用相适应 ， 根据变电站在系统中的地位 、 作用确定对主接线的可靠性 、 灵活性和经济性的要求 。 在满足工程要求的前提下 ， 应首先选用简单的接线方式 。 变电站主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求 ， 还应满足电网出现故障时应急处理的要求 。 各种配电装置接线的选择 ，要考虑配电装置所在的变电站性质、电压等级、进出线回路数、采用的设备情况、供电负荷的重要性和本地区运行习惯等因素。 近期接线与远景接线相结合 ， 方便接线的过渡 。 在确定变电站主接线时要进行技术经济比较 。 电气主接线的设计要求 (1)断路器停电检修时，对供电的影响程度。 (2)进线或出线回路故障，断路器拒动时停电范围和停电时间。 3 (3)线路、断路器、母线故障和检修时，停运的回数以及能否保证对重要用户的供电。 (1)满足接线过度的灵活性。一般变电所都是分期建设的，从初期接线到最终接线的形成，中间要经过多次扩建主接线的设计要考虑接线过度过程中停电范围最小。设备的搬迁最少或不进行设备搬迁。 (2)满足处理事故的灵活性。变电所内部或系统发生故障后，能 迅速地隔离故障部分，尽快恢复供电的方便性和灵活性，保证电网的安全稳定。 (3)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。 主接线设计时，在满足可靠性和灵活性的前提下尽量投资省、占地面积少、电能损耗少。 根据以上要求，根据以上原则与要求，结合实际情况，出线回路数较多，拟定接线方式为 220 2 回线与系统相连采用，双母线接线， 10 12 回出线采用双母线双分段，具有较高的可靠性和灵活性。 可靠性：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。检修任一元件的的母线隔离开关，只停该元件和一条母线，其它元件切换到另一母线，不影响其他元件供电。而且分段接线克服了双母线接线存在全停可能性的缺点，缩小了故障停电范围，可靠性明显提高。 灵活性：根据系统运行的需要，各元件可灵活的连接到任一母线上，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。 经济性 ：增加了一条母线和母线隔离开关，增加了设备及相应到的结构支架，加大了配电装置的占地和工程投资。 4 短路电流计算 短路电流计算的必要性 电力系统由于设备绝缘破坏， 架空线路的线间或对地面导电物短接， 或雷击大气过电压以及工作人员的误操作，都可能造成相与相、相与地之间导电部分短接，短路电流高达几万安、几十万安培。这样大的电流所产生的热效应及机械效应，会使电气设备损坏，人身安全受到威胁，由于短路时系统电压骤降，设备不能运行。单相接地在中性点直接接地系统中，对邻近通信设备将产生严重的干扰和危险影响， 所以电力系 统必须进行短路故障计算。 另外，对于电气设备的规格选择，继电保护的调整整定，对载流导体发热和电动力的核算，都需要对系统短路故障进行计算。 短路计算的一般规定和基本假设 短路电流计算方法按照 5222 导体和电气选择设计技术规定的附件 短路电流实用计算及结合参考文献电力系统分析来完成。 I 短路电流实用计算的基本假设 短路电流的计算中，常采用以下假设和原则： 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； 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、涡流以及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称：定子三相绕组空间位置相差 120 度电角度； 电力系统中，各个器件的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小变化而变化； 4 同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）； 短路发生在短路电流为最大值的瞬间； 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流； 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外， 器件的电阻都忽略不计； 器件的参数都取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围： 输电线的电容略去不计，用概率统计法制定短路电流运算曲线。 般规定 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，应按本工程的设计规划内容计算，并考虑电力 系统的远景发展规划（一般为本工程建成后五至十年）。确定短路电流时， 应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 选择导体和电器时，对不带电抗器同路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的点。 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流，一般按三相短路验算。 短路电流计算结果 短路点 电压水平（ 短路电流 (冲击电流（ 20 2 10 电气设备选择 电器选择的一般要求 电气设备的选择，是根据 5222 导体和电器选择设计技术规定中的有关规定确定的。电器选择的一般原则，应满足以下要求： 应满足正常运行、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； 选用的新产品均应具有可靠的试验数据，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，应经上级批准。 主母线选择 母线是电气主接线和各级电压配电装置中的重要环节，它的作用是用来汇集、传送和分配电能。母线选择的项目一般包括材料、型式、铺设方式和截面选择，并应进行短路热稳定、动稳定校验。 根据 5222 导体和电器选择设计技术规定 ，可得导体的选择标准。以下为两条基本要求： I 导体应根据具体情况，按下列技术条件进行选择或校验： 电流； 电晕； 动稳定或机械强度； 热稳定； 允许电压降； 经济电流密度。 5 体尚应按下列使用环境条件校验： 环境温度； 日照； 风速； 污秽； 海拔高度。 主母线选择结果 ： 220： 5 钢芯铝绞线 10： 3 条（ 125 10） 形型母线 断路器选择 高压断路器式电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统发生短路故障时迅速地自动断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧， 为此断路器设有专门的灭弧装置。灭弧能力是短路器的核心性能。 选择的短路器为： 断路器型号 额定电压（ 额定电流（ A） 开断容量 （ 额 定 开断 电流（ 200 220 1200 6000 21 000 10 3000 29 隔离开关的选择 隔离开关没有灭弧装置 。 它既不能断开正常负荷电流 ， 更不能断开短路电流 。 本变电所的隔离开关，是根据 5222 导体和电器选择设计技术规定中的高压隔离开关选择原则确定的。 (1)电压： 隔离开关安装处线路工作电压 隔离开关额定电压 (2)电流： 隔离开关安装处线路最大工作电流 隔离开关额定电流 (3)热稳定电流： 稳态三相短路电流 短路电流等值发热时间 隔离开关 t 秒热稳定电流 (4)动稳定电流： 短路冲击电流 隔离开关动稳定电流峰值 对隔离开关的型式选择应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素， 进行综合技术经济比较后确定。 (1)断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离； (2)中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地； (3)接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证 电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设 12 组接地刀闸或接地器。 63以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关； (4)安在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关； (5)一般情况下 , 一条线路上靠近母线侧的隔离开关选择上伸式的，另一侧选择平伸式。 6 选择结果： 开关型号 额定电压（ 额定电流 （ A） 极限通过电流峰值 00020 1000 850000 3000 160 电压 互感器选择 本变电所的互感器，是根据 5222 导体和电器选择设计技术规定和 5136 火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程中的有关规定确定的。 电压互感器的选择原则如下： (1)电压互感器的准确级和容量。 电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内， 功率负荷因数为额定值时，电压误差的最大值。 由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关， 所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量， 通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。 用于电度表准确级不应低于 ，用于电压测量不应低于 1 级，用于继电保护不应低于 3 级。 (2)电压互感器的型式按下列使用条件选择： (335)内配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。 110以上配电装置， 当容量和准确度等级满足要求时， 宜采用电容式电压互感器。 (3)为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所 接电网电压应在 (范围内变动，即应满足： 。电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求。 根据规定确定所选电压互感器分别是： 电压互感器型号 一次绕组（ 二次绕组（ 电流互感器 电流互感器用于过电流和差动保护。 一般用于测量、继电保护和同期装置。根据最大持续 电流 和电压等级、安装地点及接线查表可选用 电流互感器，其参数如下表。 型 号 额定一 次电流 电流 变比 级次组合 热稳定电流 5s 动稳定电流 二次负荷 00 300/5 、安装地点及接线查表可选用 瓷绝缘的支持式电流互感器，其参数如下表。 型 号 额定一次 电流变比 级次组合 热稳定电流 动稳定电流 二次负荷 7 电流 D/000 4000/5 50 倍 90 倍 4/ 熔断器的选择 熔断器选用的一般原则是 : (1) 应根据使用条件确定熔断器的类型。 (2) 选择熔断器的规格时、应首先选定熔体的规格然后再根据熔体去选择熔断器的规格。 (3) 熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有良好的配合。 (4) 在配电系统中 般上一级熔体的额定电流要比下一级熔体的额定电流大 2 3 倍。 (5) 对于保护电动机的熔断器，应注意电动机启动电流的影响。熔断器一般只作为电动机的短路保护，过载保护应采用热继电器。 (6) 引熔断器的额定电流应不小于熔体的额定电流 ;额定分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。 通过查阅选用： 额定开断容量为 500大开断电流有效值为 85 避雷器的选择 变电所与发电厂的雷害可能来自两个方面：一是雷击变电所、发电厂；二是雷击输电线路后产生的雷电波侵入变电所或发电厂。 出于对反击问题的考虑， 避雷针的安装方式可分为构架避雷针和独立避雷针两种。 对于 110以上的配电装置，由于电气设备的绝缘水平较高，在土壤电阻不高的地区不易发生反击，可采用构架避雷针。但在土壤电阻率大于 1000 的地区，不宜装设构架避雷针。 为了确保变电所中最重要而绝缘又较弱的设备， 装设避雷针的构架应就近铺设辅助的接地装置。设计站位于地势平坦的地区，雷电活动较少，但为了供电的可靠性，防止事故的发生，考虑到被保护电器的绝缘水平和便用特点以及安装地点，本工程采用 220110电装置构架上设避雷针； 10电装置设独立避雷针进行直接雷保护。 为了防止雷击，主变构架上不设置避雷针。 避雷器参数选择原则如下： (1)避雷器灭弧电压选择； (2)避雷器的雷电冲击保护水平； (3)普通阀型避雷器的工频放电电压 ； (4)流通容量。 因此选 雷器，其参数如下表所示。 型号 额定电压（ 灭弧电压有效值（ 工频放电电压有效值（ 冲击放电电峰值（ 0 s ）不大于（ s20/8 冲击残压不大于（ 不小于 不大于 20 252 503 580 710 740 第二篇 计算书 8 一 主变压器计算 主变压器容量 本变电所选用两台主变压器， 互为备用。 当一台变压器故障检修时由另一台主变压器承担全部负荷的 70%，保证了正常供电。 由任务书已知，最大综合负荷为 即主变压器额定容量为 主变压器相数 主变压器采用三相或者单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件 等因素。 220压器若不受运输条件的限制，应选用三相变压器。 因此本变电所设计采用三相变压器。综上，考虑一定的线损率及安全裕度，选择两台额定容量为 180主变压器，型号 二 短路电流计算 本次短路计算中，选取了两个短路计算点， 220线、 10线上各一个。 短路类型定为对系统影响最为严重的三相短路。 短路计算的基本假设 电力系统在正常工作时三相对称； 磁性元件不饱和，即认为变压器、发电机、电动机等的感抗为一常数； 变压器的励磁电略去不计，相当于将励磁阻抗断开，因而简化了变压器的等值电路； 电力系统中所有发电机的电势相位在短路过程中都相同，频率与正常工作时相同； 对长度在 300内的线路电容略去不计； 电力系统各元件的各电阻略去不计， 但在计算短路电流非周期分量衰减的时间常数时应记及电阻。如果线路过长，或者电阻大于总电抗的三分之一时，也应考虑电阻； 负荷只作近似估计，为简化起见，所有负荷都用固定的电抗来代替。 短路电流计算过程： 基准值： 取 , 计算线路参数 电力系统： 发电机电抗 ： 变压器电抗： 与 连的变压器电抗： 与 连的变压器电抗： 线路电抗： 60 9 20 120 40 50 根据系统可画出等值电抗图： 当系统 220 短路时， 短路等值电抗图为： 10 其中 短路点 转移电抗： 短路点 转移电抗为： 计算电抗为： 计算电抗为： 短路电流标幺值为： 有名值为： 短路电流标幺值为： 有名值为： 得到 路时的总短路电流为： 当系统 10 短路时， 短路等值电抗图为： 其中 短路点 转移电抗： 短路点 转移电抗为： 计算电抗为： 计算电抗为： 短路电流标幺值为： 11 有名值为： 短路电流标幺值为： 有名值为： 得到 路时的总短路电流为： 三 电气设备计算 主母线计算 220汇流母线，根据，查表可选用 5 钢芯铝绞线。允许电流为；环境温度为 35度。 温度修正计算： 满足允许长期最大工作电流的要求。 10汇流母线，根据，查表可选用 3 条（ 125 10） 形型母线。平放允许电流为环境温度为 35 度。 温度修正计算： 满足允许长期最大工作电流