变电站的设计-毕业设计(论文).doc

绪论变电站是电力系统中的一个重要组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节，担负着电能转换和电能重新分配的重要任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。传统变电站一般都采用常规设备。二次设备中的继电保护和自动装置，远动装置等采用电磁式或晶体管式，体积大，设备笨重，因此主控室、继电保护室占地面积较大。常规装置结构复杂，可靠性底，维护工作量大。随着国民经济的持续发展，人民的生活质量和生活水平越来越高，家用电器越来越多地进入千家万户，各工矿企业和居民用户对保证电能质量的要求越来越高。衡量电能质量的主要指标是电压和频率，另外还要考虑谐波的危害。频率主要由发电厂来调节，而合格的电压则需要发电厂和变电站共同来保证，变电站也应该通过调节变压器分接头位置和控制无功补偿设备进行调节，但传统的变电站大多数不具备自动调压手段，因此无法保证电能质量。对于谐波的危害，更没有引起足够的重视和采取有力措施，且缺乏科学的电能质量考核办法。电力系统要做到优质、安全、经济运行，必须及时掌握系统的运行状况，以便采取一系列的自动控制和调节手段，但传统变电站由于远动功能不全，一些遥测、遥信量无法实时送到调度中心，不能满足向调度中心及时提供运行参数的要求。变电站本身又缺乏自动控制和调控手段，因此无法实时控制，不利于系统的安全、稳定运行。随着社会经济的发展，人民生活水平的不断提高，人们对于电能的需求也在迅速递。特别是近几年来，电力需求量出现了巨大的缺口，尤其是夏季用电高峰期。具统计，2004年，全国31个省、自治区、直辖市中有20个出现了“拉闸限电”的现象，使得国民经济和居民生活受到了一定的影响。其主要原因是电力增长率低于了国民经济生产总值增长率。因此加大电力和电网建设是十分必要的。我们本次所做的毕业设计就是针对电能的传输和分配问题，力图解决主变压器和电气主接线形式的选择问题，可能发生的短路电流，线路、变压器和电容器的保护问题，并综合考虑变电站远景的发展问题。从而使用户使用上可靠、优质、价廉的电能。随着电力系统的发展，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。同时，为提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集中监控和控制，并逐步采用无人值班管理模式。显然，传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统的需求，而且不能适应现代电力系统管理模式的要求。采取更先进的技术改造变电站是一种必然趋势。20世纪70年代以前，为了提高电力系统的安全与经济运行水平，各种功能的自动装置被陆续研制出来，如自动重合闸装置，低频自动减载装置，备用电源自投装置和各种继电保护装置等。这些装置采用模拟电路，由晶体管等分立元件组成，这些元件组成的自动装置逐步由大规模集成电路或微机所代替，出现了微机型继电保护装置，微机监控和微机远动装置等。由微机处理器构成的自动装置具有智能化和计算能力强的显著优点，且装置本身具有故障自诊断能力，大大提高了测量的准确性，监控的可靠性和自动化水平。继电保护技术的发展,对整定计算提出了更高的要求,整定中相当部分的系数具有不确定性,传统整定方法中根据专家经验来确定的整定系数值,很可能不是最优系数。所以在设计中，在完成传统的整定基础上应考虑到在条件允许的情况下引进模糊集理论( fuzzy sets theory) ,应用面向对象(oop) 技术,开发了一个经过系数寻优的继电保护整定计算专家系统,扩大专家系统整定计算的能力,保证整定结果的准确和可靠。 第1章 变电站的设计与分析 1.1 引言 变电站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。变电站在电力系统中起着十分重要的作用，其运行性能的好坏直接影响所处地区经济的发展，是电力系统不可缺少的一部分。 1.2 电力系统分析 电力系统及变电站的设计首先要对电力系统进行分析才能选择正确的方案，即对变电站进行总体分析才能设计比较经济、可靠的变电站方案。根据35110kv变电站设计规范第1.0.31.0.6条规定：第1.0.3条：变电站的设计应根据工程的510年发展规划进行做到远，近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。第1.0.4条：变电站的设计，必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案。第1.0.5条：变电站的设计，必须坚持节约用地的原则。第1.0.6条：变电站设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。zyb市郊变电站是一个110kv地区性城市变电所，向市区及附近工矿企业以及生活用电供电，它由系统1（容量为1500mva）和系统2（容量为200mva）供电，同时向变电站甲和变电站乙供电，与系统联系紧密。 1.3 变电站总体分析1.3.1 设计依据 根据所发任务书设计zyb市郊110kv变电站电气二次部分。1.3.2 变电站建设的必要性 该变电站位于zyb市郊的工矿企业集中区的中心，为了满足市区生产和生活及市郊工农业生产的供电要求，决定在此新建一所区域性变电站。1.3.3 变电站的建设规模根据电力系统规划，本变电站的规模如下:电压等级：110/35/10kv线路回数：110kv近期2回，远景发展2回。35kv近期5回，远景发展2回。10kv近期12回，远景发展2回。1.3.4 系统接线简图：图1-1系统接线图1.3.5 所址概况 该变电站位于zyb市郊东南郊，交通便利，变电站的西边为10kv负荷密集区，主要有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、橡胶厂及部分市区用电。变电站以东主要有35kv的水泥厂、耐火厂及市郊其它用电。该变电站所址区海拔220m,地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊阔，架设方便，全线为黄土层地带，地耐力为2.4kg/，天然容重=2g/，内摩擦角=23,土壤电阻率为100cm,变电站保护地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。气象条件：年最高气温40,年最低气温20，年平均温度15,最热月平均最高温度32,最大复水厚度b=10mm，最大风速25m/s，属于我国第六标准气象区。 1.3.6 变电站的总体分析 变电站的站址选择在市郊东南郊，靠近负荷中心，有利于系统运行性能的提高，降低损耗，提高经济效益；站址选择靠近公路，其附近还有铁路穿越，有良好的交通运输条件；站址所在地的地下水位较底，能很方便的满足生产和生活用水的需要；变电站所处区域地势平坦、全线为黄土层地带，避开了滑坡、滚石、洞穴、明暗河塘、岸边冲刷区等不良的地质条件，有利于线路架设和电气设备的安装，而且为进出线提供了广阔的线路走廊，还有利于变电站的扩建；海拔200米，有利于变电站的经济运行，另外，也降低对防雷保护装置的要求；变电站选址避开了大气严重污秽和严重盐雾地区及冬季主导风向的影响，否则将会发生污闪事故和沿面放电，影响电力系统的运行性能；另外，变电站选址还考虑了变电站与附近设施的影响，因为变电站选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，送电线路的规格和布局，电网损失及投资的大小，还可能引起电力倒流，产生严重后果。新建变电站是110/35/10kv的降压变电站，由电力系统的结构简图如图1-1可知，变电站在电力系统中的位置相当重要，属于地区变电站。如果该变电站出现问题，将会引起环网解列所处地区全部停电，影响工农业的发展，破坏了人民的生活秩序。所以在变电站设计建设时要综合考虑各方面的因素，以保证所建变电站安全可靠、经济合理。 1.4 变电站负荷分析 1.4.1 负荷分析 根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，即一级负荷、二级负荷、三级负荷。等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。当发生停电事故时，一级负荷将造成人身伤亡或回引起对周围环境严重污染；对工厂将造成经济上的巨大损失，如重要的大型的 设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响。二级负荷会造成较大的经济损失，如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产；还可能引起社会秩序混乱或较严重的政治影响。三级负荷造成的损失不大或不会造成直接经济损失。由此可知，供电的稳定性直接影响经济的发展，负荷等级不同，对供电的要求也不相同：对于一级负荷，必须有二个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。对特别重要的一级负荷应该由二个独立电源点供电。对于二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电。对于三级负荷，一般只需一个电源供电。1.4.2 35kv侧负荷分析表1-1 35kv侧负荷电压等级负荷名称最大负荷（mw）负荷组荷()自然力率(h)线长(km) 备注近期远景一二 35kv市郊一2.43.65300.912市郊二34.25300.916水泥厂11.82.415300.920水泥厂21.82.415300.920耐火厂1.21.815300.918备用130.915备用230.915在35kv侧负荷中水泥厂和耐火厂的二类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短水泥质量下降和一定的经济损失。因此要尽可能保证其供电可靠性。1.4.3 10kv侧负荷分析 表1-2 10kv侧负荷 电压等级负荷名称最大负荷（mw）负荷组成()自然力率(h)线长(km) 备注近期远景一二10kv棉纺厂12.4320400.7555003.5棉纺厂22.4320400.7555003.5印染厂11.82.430400.7850004.5印染厂21.82.430400.7850004.5毛纺厂2.42.420400.7550002.5针织厂1.21.820400.7545001.5柴油机厂11.82.425400.840003柴油机厂21.82.425400.840003橡胶厂1.21.830400.7245003市区11.82.420400.825002市区21.82.420400.825002食品厂1.441.815300.840001.5备用11.80.78备用21.80.78在10kv侧负荷中，印染厂、柴油机厂、毛纺厂、橡胶厂、市区一类负荷比较大；若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现设备事故，对市区医院则造成不良政治和社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，必须保证其供电可靠性。 第2章 变电站主变压器的选择 2.1 引言 主变压器的选择直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。所以它的确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统510年的远景发展计划，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密程度等因素，进行综合分析与合理的选择。2.2 变压器容量和台数的选择变压器的容量、台数是选择主变压器的关键问题。如果变压器的容量选择过大，台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能的损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能满足不了变电站的电力负荷的需要，这在技术上是不合理的，所以在进行主变压器的选择之前，应该了解变压器的选择原则，主要包括变压器台数、容量的确定原则: 2.2.1 主变台数的考虑原则 一、主变压器的台数、容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑。二、对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变压器为宜。当技术经济比较合理时主变压器的台数也可以多于两台。三、如果变电站可由中、低压侧电力网中取得足够能量的备用电源时，可以装设一台主变压器。对地区性孤立的一次变电站或大型的工业专用变电站，设计时应考虑装三台的可能性。四、对规划只装两台主变压器的变电站，其主变压器基础宜大于变压器容量的12级设计，以便负荷发展时更换主变压器。2.2.2 主变容量的考虑原则一、主变压器容量的选择一般应按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。二、根据变电站带负荷性质和电网结构来确定主变压器容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60，即（n-1）0.6sjs远，这里的n代表变压器的台数。三、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。2.2.3 主变压器台数的确定和容量的计算依据变电站所处市区的情况，变电站的电力负荷中含有大量的一级、二级负荷，基于对经济状况、占地面积及变电站位于负荷中心等诸多因素的考虑，选择上两台主变电压器。远表示按远景负荷计算的最大综合负荷，远计算公式为： )式中 kt同时率，35kv侧取0.9-0.95，6-10kv侧取0.85-0.9；a%线损率，取5%；各出线自然力率；各出线最大负荷一、由负荷资料表的数据按远期负荷经计算得到：35kv中压侧：取kt=0.90,而且其出线回路数为7回，结合负荷资料表可知： 10kv低压侧： 取kt=0.85,其出线回路数为14回，结合负荷资料表可知： 由此可知三绕组变压器的计算容量：由选择条件： 得： 参考电力工程电气设备手册故可选用主变的型号为:sfszl7-25000/110 (kva/kv)由校核条件： 可得： 所以该条件不满足要求。由此应该选择主变压器的型号为：sfszl7-31500/110（kva/kv） 由较核条件： 满足要求由上述可知，选用型号为sfszl7-31500/110(kva/kv)的主变压器合格。二、近期与远景容量问题近期容量问题实际上是考虑第一期上一台主变还是两台。35kv中压侧：取kt=0.9, 由负荷资料表中的35kv侧近期负荷情况可知： 10kv低压侧：取kt=0.85,由负荷资料表中的10kv侧近期负荷情况可知：则三绕组变压器的计算容量为： 由以上结果看出，显然，故第一期工程应考虑上一台主变压器。2.3 主变压器形式的选择2.3.1 变压器绕组数和绕组连接方式的选择在电力工程电气设计手册和相应规程指出：具有三种电压等级的变电站中，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到主变压器容量的15%以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电站内需要装无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。结合本次设计110kv变电站的实际情况，应选择三绕组变压器。参考电力工程电气设计手册和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有y和型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是型的，我国110kv及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点，所以都需要选择的连接方式。对于110kv变电所的35kv侧也采用的连接方式，而6-10kv侧采用型的连接方式。故zyb市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为：y0/y0/d 2.3.2 调压方式的确定 常用的调压方式有手动调压和有载调压。手动调压用于调整范围22.5%以内；有载调压用于调整范围可达30%，其结构复杂，价格较贵，常用于以下情况：一、接于出力变化大的发电厂的主要变压器。二、接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作的特点联络变压器。三、发电机经常在低功率因数下运行时。规程规定，在满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式(手动调压方式的变压器便于维修)。对于110kv变电站设计由于任务书已经给出系统能保证本站110kv母线的电压波动在5之内，所以可以采用手动调压方式。综合以上分析，本设计中zyb市郊变电站的主变宜采用有载调压方式。 2.3.3 主变压器的冷却方式 根据型号有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。按一般情况，110kv变电站宜选用自然风冷式。 2.3.4 是否选用自耦变压器 选择自耦变压器有许多好处，但是自耦变适用于两个电压级中性点都直接接地的系统中，而本站只有110kv是中性点直接接地系统，且其多用于220kv及以上变电所，发电机及升压联络变压器。它经小阻抗接地，短路电流大，造成设备选择困难和对通信线路的危险干扰，且考虑到现场维护等问题，故不采用自耦变压器。 2.3.5 变压器各侧电压的选择 作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变压器电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于110kv的变电站，考虑到要选择节能新型的，110kv侧应该选115kv,35kv侧选38.5kv,10kv侧选10.5kv。 第3章 变电站电气主接线的设计 3.1 引言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，它要求用规定的设备文字和图形符号，并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系，代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。它的设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，电气主接线的设计很重要。 3.2 电气主接线设计 变电站的主接线应根据变电站所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。 对电气主接线设计的基本要求概括地说应包括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。 3.2.1 电气主接线的基本要求 一、可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，停电会对国民经济各部门带来巨大的损失，会导致产品报废、设备损坏、人身伤亡等，因此主接线的接线形式必须保证供电的可靠性。1、考虑变电站在电力系统中的地位和作用。对于大型超高压变电站，发生事故后影响范围较广，因此其电气主接线应采取供电可靠性高的接线方式。2、变电站接入电力系统的方式。现代化的变电站都接入电力系统运行。其接入方式的选择与容量大小、电压等级、负荷性质以及地理位置和输送电能距离等因素有关。3、由于电能的不可存储性，而负荷的性质按其重要性又有类、类、类之分。当变电站设备利用率较高，主要供应类、类负荷用电时，必须采用供电较为可靠的接线形式。二、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。不仅正常运行时能安全可靠的供电，而且在系统故障或电气设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。同时设计应留有发展扩建的余地。三、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。如果使主接线可靠、灵活，必然要选高质量的设备和现代化的自动装置，从而增加了投资。因此，应在满足可靠性和灵活性的基础上做到经济合理。一般从以下几个方面考虑：1、投资省；2、占地面积小； 3、电能损耗少； 4、扩建和扩展的可能性。随着近年来可耕用地的锐减，国家加大了对土地的管理力度，所以在设计时应不占或少占良田。我国的电力设备生产企业的研发和制造能力较以往已经有了很大的进步，在选用设备时应优先考虑选择国产过关的设备，使国内电力设备制造企业进入一个良性发展循环周期，减少对国外产品的过度信赖。 3.2.2 电气主接线的选择 根据我国能源部关于220550kv变电所设计技术规程sdj2-88中规定，“变电站的电气主接线应根据该变电站在电力系统中的地位，变电站的规划容量、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和扩建的要求。” 市郊将要新建的变电站的负荷资料数据及其对负荷的分析情况，基本上决定了该变电站的电气主接线形式，负荷资料需要辩证的分析，因为负荷的发展和增长受政治、经济、工业水平和自然条件等方面的影响。如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金；否则，电源不同，就影响其他工业的发展，因此，电气主接线的质量不仅在于当前是合理的，而应考虑510年内质量也是好的。但是，对于电气主接线的基本要求（可靠性、灵活性、经济性）的考虑，让变电站的电气主接线更趋合理化，应尽量满足以下要求：电气主接线应具有足够的灵活性，能适用多种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便，调度灵活、检修安全、扩建发展方便；电气主接线的可靠性应综合考虑，辩证统一，在满足各项技术要求的前提下，尽可能投资省、占地面积小、电能损耗少、年费用为最小。主接线的基本形式，就是电气设备常用的几种连接方式，概括地分为：有汇流母线的接线形式、无汇流母线的接线形式。变电站电气主接线的基本环节是变压器，回线和出线，各个变电站出线的回路数和电源数不同，且每回馈线传送的功率也不一样，在进出线数较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用回线作为中间环节，可使主接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。但有回线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。无汇流回线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适用于出线回路少，不再扩建和发展的发电厂或变电站。依据实际情况的需要，新建变电站随着经济的发展和用电负荷的增加还需要进一步扩建，此外变电站的进出线回路数也比较多，因此，新建变电站电气主接线的设计仅考虑有汇流回线的接线形式。那么，根据设计任务书的要求及其对负荷的分析情况，现将各电压级可能采用的可行性方案列出，进而以优化组合的方式，确定最佳的电气主接线形式。 3.2.3 电气主接线形式的确定 一、110kv侧主接线形式的确定110kv高压侧线路的回数为近期2回，远景2回。为了使进出线断路器在检修时不停电，经过初步考虑拟采用两种方案，即方案1单母线分段和方案2单母线分段带旁路母线的主接线形式。主接线形式如图3-1所示。 图3-1 单母线分段、单母线分段带旁母的主接线形式两种主接线方案在技术上相当，可将它们在可靠性、灵活性、经济性方面进行比较。其合理性比较结果如表3-1所示。表3-1 110kv侧两种方案主接线形式合理性的比较 拟定方案方案1 单母线分段方案2 单母线分段带旁母可靠性1.对重要负荷可以从不同段引出两回馈电线路，由两各电源供电。2.当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不会造成重要负荷停电。3.两段母线同时故障的几率很小。1.无论检修母线、断路器及变压器，都不会造成重要的电力负荷停电。2.使用的电气设备比较少，出现故障的几率也比较底。3.机组配置合理，使传输容量在变压器或线路中的电能损耗为最小。灵活性1.运行方式较简单，具有比较好的调度灵活性。2.当一段母线回路故障或检修时，该母线回路要在检修期间停电。3.扩建时需向两个方向均衡发展。1.可以实现多种运行方式，调度灵活性较好，通过旁路断路器可将旁路母线投入运行，代替故障或检修母线段2.易于扩建或扩展。经济性1.该方案所用设备较少。2.年运行费用较高。3.占地面积相对小。1.该方案所用设备相对较多。2.年运行费用较高。3.占地面积相对较大。通过对以上两种可行性方案的比较可知，110kv电压级，综合考虑各种因素，如用电负荷情况，电气主接线的基本要求以及市区的经济水平等，最后，选定方案2单母分段带旁路母线的主接线形式。这种电气主接线形式可以满足该市区经济发展的需要，而且也进行长远的考虑，随着经济的发展，该市用电总负荷也将会不断增加，现在的总电能已经不能满足各行各业发展的需要，必须进行扩建才能满足需求，因此，电气主接线要留有一定的余量，能够进行再扩建，选择这种电气主接线的形式还是比较合理的。二、35kv侧主接线形式的确定35kv中压侧计划线路回数为近期5回，远景发展2回，经过对该电压等级电力负荷进行分析，初步考虑拟采用两种方案，即方案1单母线分段和方案2单母线分段带旁路母线的主接线形式。主接线形式如图3-1所示。两种主接线方案在技术上相当，可将它们在可靠性、灵活性、经济性方面进行比较。其合理性比较结果如表3-2所示。表3-2 35kv侧两种方案主接线形式的合理性比较拟定方案方案1 单母线分段方案2 单母线分段带旁母可靠性同表格3-1同表格3-1灵活性同表格3-1同表格3-1经济性同表格3-1同表格3-1由以上比较结果知道，单母线分段接线与单母线分段带旁路母线接线形式均有较好的可靠性和灵活性，鉴于35kv侧负荷要求，根据电力工程电气设计手册第102节“635kv配电装置”所述，610kv配电装置一般均为屋内布置，当出线不带电抗器，一般采用成套开关柜单层布置。且当635kv配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜采用旁路设施。所以35kv电压级宜采用方案1单母线分段的主接线形式。 三、10kv侧主接线形式的确定由负荷表可知，10kv侧出线回路数较多，而且多为直馈线，电压相对来说较低，用电负荷中含有大量的类、类负荷，为了保证供电的可靠性及灵活性，不至于对重要的电力负荷中断供电，经初步考虑拟采用两种方案，即方案1双母线接线形式和方案2双母线分段接线形式。主接线形式如图3-2所示： 图3-2 双母线接线与双母线分段接线的主接线形式两种主接线方案在技术上相当，可将它们在可靠性、灵活性、经济性方面进行比较。其合理性比较结果如表3-3所示。表3-3 10kv侧两种方案主接线形式的合理性比较拟定方案方案1 双母线接线方案2 双母线分段接线可靠性1.通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修任一组母线而不致中断供电。2.一组母线故障后，能迅速恢复供电。3.使用的电气设备较多，容易发生误操作。1.具有较强的供电可靠性。2.选择轻型的电气设备。3.使用的设备比较多，出现故障的几率比较大。灵活性1.各个电源和回路负荷可以任意分配到某一组母线上。2.可以向双母线左右任何方向扩展。3.可实现多种运行方式。1.运行方式相对简单，并且具有较好的灵活性。2.易于扩建和实现自动化。经济性1.使用的电气设备相对较少，年运行费用较低。2.占地面积比较大，配电装置相对较简单。1.使用的设备较多，投资大，年运行费用较高。2.占地面积比较大。由表中分析可以知道，对于10kv电压级，综合考虑主接线的基本要求，合理考虑zyb市的各类电力负荷基本情况以及全市的经济状况，通过比较，可以确定10kv侧宜采用方案1双母接线的电气主接线形式。这种主接线形式能够满足市区各级电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有扩建和扩展的可能。综上分析可以得出市区新建变电站的电气主接线形式为：110kv电压级采用单母线分段带旁路母线的主接线形式，35kv电压级采用单母线分段的主接线形式，10kv电压级采用双母线接线的主接线形式。 第4章 短路电流的计算 4.1 引言在电力供电系统中，短路能给电力系统带来很大的危害。短路的形式可以分为三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地。在短路电流计算过程中，三相短路电流最大。本章将以三相短路电流计算为例讲解。在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。4.2 计算短路电流的目的计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电器设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。为了达到上述目的，须计算出下列各短路参数： 次暂态短路电流，用来作为继电保护的整定计算和校验断路器额定断流容量。应采用（电力系统在最大运行方式下）继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。 三相短路冲击电流，用来检验电器和母线的动稳定。 三相短路电流有效值，用来检验电器和母线的热稳定。 次暂态三相短路容量，用来检验断路器的遮断容量和判断母线短路容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。4.3 短路电流的计算方法 为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素的影响，做出以下规定： 所有的电源电动势相位角均相等，电流的频率相同，短路前，电力系统的电势和电流是对称的。 认为变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流的变化而变化， 输电线路的分布电容略去不计。 每一个电压级采用平均电压，这个规定在计算短路电流时，所造成的误差很小，唯一例外的是电抗器，应该采用加于电抗器端点的实际额定电压，因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多，否则，误差偏大。 短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值的影响，有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的大容量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。此时，电动机将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电势。在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与临近的电源不能合并；以供电电源为基准的电抗标幺值大于3,可以认为电源容量为无限大容量的系统,短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。4.4 短路电流的计算过程一般情况下，最大短路电流出现在三相短路的情况下，实际上应该将各短路点短路时的电流值计算出并进行比较，以得出最大的短路电流值。结合本次设计的实际情况，我们按最严重母线短路来考虑，在母线上三相短路电流最大，因此，设三个短路电流计算点f1、f2、f3。f1位于110kv母线上,f2位于35kv母线上，f3位于10kv母线上。4.4.1 基准参数的计算选择基准容量 100mva选择基准电压 115kv 38.5kv 10.5kv则基准电流 =0.87ka =2.3ka =9.5ka 基准电抗 =132 =14.8 =1.1一、计算各条线路的阻抗值：经过查电力系统阻抗表可知（参见供配电设计手册97页）各种线形的单位电抗： lgj-185：=0.416/km lgj-240：=0.407/km 所以可把两种线型的单位电抗都近似等效为：=0.4/km则各线路的阻抗为：=700.4=28=100.4=4=500.4=20=100.4=4=100.4=4线路阻抗标幺值为：二、 计算系统的电抗值系统电抗标幺值为： 三、计算变压器的电抗参考电力工程电气设备手册主变型号为sfszl7-31500/110(kva/kv)的变压器的技术参数可知： 先求各绕组的短路电压： 再分别求出各绕组的电抗： 最后可求出三绕组变压器各侧绕组的电抗标幺值为：110kv侧 35kv侧 10kv侧 4.4.2 短路电流的计算按同时上两台变压器，系统的等值电路图如图4-1所示：因为同时上两台变压器所以图4-1中： =0.34 =-0.008 =0.21图4-1对图4-1等值电路图进行化简可得： 因为35kv侧变压器绕组电抗值为负数，所以可以忽略不计，把它等效为导线。于是可得化简后的等效电路图如图4-2所示： 图4-2 将图4-2等值电路图中的三角形化为星形可得： 化简后的等效网络图如图4-3所示： 图4-3 图4-4 进一步化简网络可得： 最后化简得到的等值电路图如图4-4所示： 图4-5 图4-6一、求110kv侧发生短路，即f1点短路时的短路电流当f1点短路时由图4-4可得等值电路图如图4-5所示：将图4-5进行星形到三角形的转化 转化后的等值网络图如图4-6所示：由此可得：系统s1相对于短路点f1的转移阻抗为： 系统s2相对于短路点f1得转移阻抗为：由转移阻抗再分别求出系统s1、 s2相对于短路点f1的计算电抗： 由短路电流通过的时间等于继电保护动作时间与断路器全开断时间之和可知： =+=+=4.0s+0.05s+0.06s=4.11s4s 所以取4s1、查短路电流运算曲线得各系统0s短路电流标幺值： =0.43 =1.22则f1点总的短路电流为： 2、查短路电流运算曲线得各系统=4s短路电流标幺值： =0.46 =1.28则f1点总的短路电流为： 3、查短路电流运算曲线得各系统=2s短路电流标幺值： =0.43 =1.18则f1点总的短路电流为： 4、查短路电流运算曲线得各系统t=s短路电流标幺值： =0.46 =1.38则f1点总的短路电流为： 5、由0s时的短路电流可求冲击电流为： 冲击系数，取=1.8二、求35kv侧发生短路，即f2点短路时的短路电流当f2点短路时的等值电路图如图4-7所示：将图4-7化简得图4-8：将图4-8进行星形到三角形的转化得： 转化后的等值网络图如图4-9所示： 图4-7 图4-8 图4-9 则：