毕业设计（论文）-110kV降压变电所电气一次部分初步设计（含图纸）

1 广西电力职业技术学院电力工程系 毕业设计说明书毕业设计说明书 如需图纸，联系 QQ153893706 题 目 110kV 降压变电所电气一次部分初步设计 专 业 发电厂及电力系统 班 级 电力 904 班 学 号 学生姓名 指导教师 2011 年 11 月 1 日 2 前言 随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固 性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理 设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建 方便。变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足 轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代 电力系统管理模式的需求；同时用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧 急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。 而且社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我国的电力事 业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对 电能的质量的要求进一不提高，电网自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通 信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。 变电站在配电网中的地位十分重要，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。因此，变电站自动化既是实现自 动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的 需要，更是电力系统自动化 EMS 和 DMS 的基础。 变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装 置及远动装置等）利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变 电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合性的自动化系统。它是变电站的一 种现代化技术装备，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的 综合应用，它可以 收集较齐全的数据和信息。它具有功能综合化、 ，设备、操作、监视微机化，结构分布 分层化，通信网络光缆化及运输管理智能化等特征。变电站的综合自动化为变电站小 型化、智能化、扩大监视范围及变电站安全、可靠、优质、经济地运行提供了现代化 手段和基础保证。 3 目录 前言 第一章第一章 负荷分析及主变压器的选择负荷分析及主变压器的选择5 1.1 原始材料原始材料.5 1.1.11.1.1 变电站基本资料变电站基本资料.5 1. .1. .2 变电站负荷情况：变电站负荷情况：.6 1.21.2 负荷分析负荷分析.6 1.2.11.2.1 概述概述6 1.2.21.2.2 负荷分类负荷分类6 1.2.31.2.3 负荷汇总负荷汇总7 1.31.3 主变压器的选择主变压器的选择7 1.3.11.3.1 概述概述.7 1.3.21.3.2 主变压器台数的原则及选择主变压器台数的原则及选择.8 1.3.31.3.3 主变压器容量的选择主变压器容量的选择.8 1.3.41.3.4 主变压器形式的选择主变压器形式的选择.9 第二章 电气主接线的初步设计及方案选择11 2.1 电气主接线的概况11 2.1.1 概况11 2.1.2 主接线设计的基本要求.11 2.2 对变电所电气主接线的具体要求.12 2.3 几种常用接线的一些特点12 2.3.1 单母线接线.12 2.3.2 单母线分段接线.13 2.3.3 双母线接线.13 2.4 110KV 侧主接线的设计.14 2.4.1 回路设计14 2.4.2 方案一 内桥接线方式14 2.4.3 方案二 单母线分段接线方式14 2.5 35KV 侧主接线的设计.16 2.5.1 回路设计16 2.5.2 方案一 单母线接线方式16 2.5.3 方案二 单母线分段接线方式16 2.6 10KV 侧主接线的设计.18 2.6.1 方案一 单母线分段接线方式18 2.6.1 方案二 单母线接线方式18 2.7 主接线选择的汇总情况：19 第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算20 3.13.1 概述概述20 3.23.2 目的目的20 3.33.3 方法方法.20 4 3.43.4 基本假定基本假定.20 3.53.5 短路电流的计算步骤短路电流的计算步骤21 3.5.1 短路点的选择.21 3.5.2 元件电抗.21 3.5.3 三相短路电流计算.22 第四章第四章 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验30 4.14.1 电气选择的一般条件电气选择的一般条件30 4.24.2 断路器的选择和校验断路器的选择和校验31 4.2.1 对断路器的基本要求31 4.4.2 断路器选择31 4.34.3 隔离开关的选择隔离开关的选择35 4.3.1 隔离开关的作用.35 4.3.2 隔离开关的选择35 4.44.4 熔断器的选择熔断器的选择.38 4. .5 高压开关的选择高压开关的选择.39 4.64.6 消弧线圈的配置：消弧线圈的配置：.40 4.6.1 35kV 系统消弧线圈的选择与校验.40 4.6.2 10kV 系统消弧线圈的选择与校验.41 第五章第五章 互感器的选择互感器的选择41 5.1 概述41 5.2 110kV 进线及母联电流互感器选择.42 5.3 35kV 进线及母联电流互感器选择.43 5.4 10kV 进线及母联电流互感器选择.43 5.55.5 电压互感器的选择电压互感器的选择44 5.6 电压互感器的选择和配置按下列条件44 5.7 根据以上原则选择电压互感器.45 第六章第六章 变电站防雷装置的配置变电站防雷装置的配置46 6.16.1 概述概述46 6.26.2 防雷保护配置原则防雷保护配置原则47 6.2.1 避雷针的配置原则47 6.2.2 避雷器的配置原则47 6.36.3 避雷线和避雷器的配置避雷线和避雷器的配置47 6.3.1 避雷线的配置.47 6.3.2 避雷器的配置48 6.46.4 变电站的进线段保护变电站的进线段保护.48 第七章第七章 继电保护的配置继电保护的配置48 7.17.1 概述概述48 7.27.2 继电保护的重要性继电保护的重要性49 7.37.3 继电保护的基本要求继电保护的基本要求.49 7.4.7.4. 本变电站的保护配置本变电站的保护配置49 7.4.1 变压器保护配置.49 1、变压器装设的保护种类变压器装设的保护种类49 2、变压器保护配置原则及结果变压器保护配置原则及结果50 7.4.2 母线保护母线保护51 5 1 1、母线的保护方式、母线的保护方式51 2 2、母线保护的配置原则及结果、母线保护的配置原则及结果51 7.57.5 输电线路的保护装置输电线路的保护装置51 1 1、110kV 线路保护线路保护51 2 2、35kV 线路保护线路保护52 3 3、10kV 线路保护线路保护52 7.67.6 变电站综合自动化变电站综合自动化.52 7.77.7 自动装置自动装置52 1 1、备用电源自动投入装置的含义和作用备用电源自动投入装置的含义和作用.52 2 2、自动重合闸装置自动重合闸装置52 参考文献52 致 谢53 6 第一章第一章 1.1 原始材料原始材料 1.1.11.1.1 变电站基本资料变电站基本资料 （1）本变电站建成后主要直接向本地用户供电，预计变电所今后不再扩建。 （2）本变电所与电力系统连接情况： 本变电所需设 110/35/10KV 三个电压等级。 110KV 侧：设有两回架空线路与 110KV 系统相连接；110KV 系统可视为无限 大电源。 35KV 侧：共有四回架空线路，其中有两回线路连至 35KV 侧系统，35KV 系 统总装机容量为 90MVA,最大等值电抗为 5.7，最小等值电抗为 4.6（均已归算至 110KV） ，35KV 系统发电机主要为水轮发电机。 变电所在系统中的地理位置示意图如下： 1. .1. .2 变电站负荷情况：变电站负荷情况： （1）35KV 侧有两回架空线路给某城镇变电站供电，最大负荷为 11.7MW，且该变电站 无其它电源。 （2）110KV 侧有 27 回电缆出线，电缆总长度为 173Km，最大综合用电负荷为 43MW。 （3）正常运行时，预计有穿越功率最小为 8MW，最大为 13MW，由 110KV 系统送入 35KV 电网。 （4）环境情况： 年最高气温为 38.5，年最低气温为-2.8;海拔高度为 80.6 米；年平均雷暴日数为 77.5 日年。 （5）其他： 所有架空线路的正序阻抗均可取 0.4 欧公里; 所有负荷的平均功率因数均为 0.85 7 1.21.2 负荷分析负荷分析 1.2.11.2.1 概述概述 由于电能的生产、输送和使用本身所固有的特点，以及保证连续不断地为用户提 供电能。对用户的分析及计算是必要的，是选择变压器、电气主接线、计算短路电流 等提供依据。 1.2.21.2.2 负荷分负荷分类类 1、一类负荷指短时的停电可能影响人身或设备安全，使变电站无法正常运行或发电量 大幅度下降的负荷。一类负荷为重要负荷，若中断供电，将会带来人身伤亡和设备损 坏。一类负荷要求有两个及两个以上独立电源供电，当任何一个电源失去后，能保证 全部一类负荷不间断供电。 2、二类负荷指短时停电，但停电时间过长有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。二 类负荷为比较重要负荷，若中断供电，将会造成生产大量减产，城市公用事业和人民 生活受到影响，二类负荷应由两个独立的电源供电，当任何一个电源失去供电后，能 保证二类负荷的供电。 3、三类负荷是指较长时间停电不会直接影响变电站生产的负荷。对三类负荷若中断供 电，影响较小，一般不会带来严重的后果，一般采用一个电源供电即可，不考虑备用。 4、因本变电站要给某城镇变电站供电，35KV 系统总装机容量小，且该城镇变电站无其 他电源、待设计变电站今后不再扩建，一旦断电，该城镇的城市公用事业和人民生活 可能受到影响，所以该待设计 110KV 变电站应有两台主变压器供电。 1.2.31.2.3 负荷负荷汇总汇总 1、35kV 侧负荷统计 p=13+11.7=24.7(MW) 2、10kV 侧负荷统计 p=43(MW) 表 1-1 负荷统计表 电压等级负荷(MW) 35 kV247 10 kV43 汇总67.7 注：以上负荷的统计是根据第一章的原始资料来汇总。 8 3、负荷统计分析 因本变电站要给某城镇变电站供电，35KV 系统总装机容量小，且该城镇变电站无 其他电源、待设计变电站今后不再扩建，一旦断电，该城镇的城市公用事业和人民生 活可能受到影响，所以该待设计 110KV 变电站应有两台主变压器供电。 1.31.3 主变压器的选择主变压器的选择 1.3.11.3.1 概述概述 主变压器的选择与变压器的台数、形式、连接组别、电压等级、调压等级、冷却 方式、运输条件以及变电站的容量有关。它的确定除了依据基本原始资料外，还应根 据电力系统 510 年的发展规划，输送功率大小、馈线回路数、电压等级及接入系统 的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。根据变电站所带负荷性质和电网结构 来确定主变压器的容量。 在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电站的自身特点，在满足可靠性的 前提下，要考虑到经济性来选择变压器。 选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电站的扩建情况来选择主变压器的台数 及容量。 1.3.1.3.2 2 主变压器台数的原则及选择主变压器台数的原则及选择 1、选择原则 （1）于只供电给二类，三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。 （2）对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的变电站，应选用两台相同容量的 主变压器。 （3）对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装 设两台为宜，对于地方性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑 装设三台主变压器的可能性；对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器的基 础宜按大于变压器容量的 12 级设计。 2、主变压器台数的选择 根据原始资料可知，本次所设的变电站是 110kV 降压变电站，分别为 110kV、35kV、10kV，本本变电站要给某城镇变电站供电，且该城镇变电站无其他电 源，一旦断电，该城镇的城市公用事业和人民生活受到影响，所以该待设计 110KV 变 电站应要求有两个及两个以上独立电源供电，当任何一个电源失去后，能保证不间断 供电。 根据规定选择两台主变时供电可靠性较高，所以选用两台主变压器。 9 1.3.31.3.3 主变压器容量的选择主变压器容量的选择 1、变压器容量选择原则 （1）只有一台主变压器的变电站，选择主变容量 SNT应大于总视在计算容量，即 SNTSC。 （2）对装有两台主变压器的变电站，每台主变压器容量应同时满足以下两个条件：任 一台主变单独运行时，应满足全部一、二类重要负荷的需要，即 SNTSC(+)；任一台 主变单独运行时，应满足全部总计算负荷 75%的需要，即 SNT=0.75SC。 2、主变压器容量的确定 （1）主变压器容量一般按变电站建成后 5-10 年的发展规划负荷选择，但本变电站本 变电站建成后主要直接向本地用户供电，预计变电所今后不再扩建。本变电站主变压 器容量应留有 10%的裕度，以备加接临时负荷或负荷增长之用(电力工程类专题课程设 计与毕业设计指导教程 15 页)。 （2）容量计算过程： cos %)1 ( C C PK S 式中 K-同时系数，一般取 K=0.850.9，本变电站取 0.9； PC-各工厂或其他用户负荷馈电线最大有功计算负荷，(S 为视在 cosSPC 功率)； -功率因素，取 0.85； cos -线损率，取 5%。 % 35kV 侧： )(34.23 85 . 0 %)51 ( 7 . 249 . 0 1MVASC 10kV 侧： )(81.47 85 . 0 %)51 (439 . 0 2MVASC 考虑负荷的发展，留有 10%的裕度，则有 )(265.781 . 19765.63%)101 (MVASSCC 按单台变压器容量选择为 SNT=63MVA 验证： 任一台主变单独运行时，满)(79.54265.787 . 07 . 063MVASMVASCNT大于 足了全部总计算负荷 70%的需要。则单台变压器容量选择为 SNT=63MVA。 10 1.3.41.3.4 主变压器形式的选择主变压器形式的选择 1、主变相数的选择 当不受运输条件限制时，在 330kV 以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主 变压器的相数时，应根据原始资料及设计变电所的实际情况来选择。 本次设计的变电站，考虑运输的条件和占地面积，选用三相变压器。 2、主变绕组数的选择 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%以上的主变宜采用三绕组变压器。 本次所涉及的变电站具有三种电压等级，且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，所以选用三绕组变压器。 3、主变调压方式的选择 在电力工程电气设计手册 （电气一次部分）第五章第三节规定： 调压方式变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器 变比来实现的，切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在5%以 内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调压范围可达到30%。 对于 110kV 及以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式， 所以本变电站采用有载调压方式。 4、主变连接组别的选择 变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用 的绕组连接方式只有星型和三角型。我国 110kV 及以上电压，变压器绕组都采用星型 连接；35kV 亦采用星型连接，其中性点多通过消弧线圈接地，故本变电站 110kV 侧采 用星型接线，35kV 侧采用星型连接，10kV 侧采用三角型接线。即可确定本 110kV 降压 变电站所选择变压器绕组接线方式为 Ynyn0d11 接线。 5、主变冷却方式的选择 （1） 自然风冷却，一般适用于 7500kVA 以下小容量变压器。 （2）强迫风冷却，适用于容量大于等于 8000kVA 的变压器。 （3）强迫油循环水（风）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。 （4）油浸风冷，适用于容量在 8000kVA 以上的变压器。 根据待设计变电站主变的容量为 63000kVA，为使主变的冷却方式既能达到预期的 冷却效果，又简单、经济，所以选用油浸风冷却方式。 综上可得该变电站的主变压器型号及相关参数如下表所示 11 表 1-2 主变压器型号及相关参数 额定电压（kV） 负载损耗 （kW） 阻抗电压(%)变压 器 型号 额定 容量 （kVA ） 高压中压低压 空载 损耗 kW 高 中 高低 中 低 高 中 高 低 中 低 空载 电流 （%） SFSZ9 - 63000 /110 63000 110 81. 25% 38.5 2 2.5% 10.551.5 270. 0 降压型 高中：10.5 高低：17.5 中低：6.5 0.32 注：该型号变压器为三绕组有载调压变压器，在电网电压波动时，它能在负荷运行条 件下自动或手动调压，保持输出电压的稳定，从而提高供电质量。 12 第二章 电气主接线的初步设计及方案选择 2.1 电气主接线的概况 2.1.1 概况 发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线， 也成主电路。电气主接线通常是根据变电所在电力系统中的地位和作用，首先满足电力 系统的安全运行与经济调度的要求，然后根据规划容量、供电负荷、电力系统的短路容 量线路回路数以及电器特点条件确定，并具有相应的可靠性、灵活性和经济型。 变电所电气主接线方式的选择，将直接影响着变电所电气设备的选择。因此，必须 在合理选择确定变电所的电气主接线方案后，才能做到合理选择变电所的电器设备。 在选择电气主接线时的设计依据： 1、发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用。 2、发电厂、变电所的分期和最终建设规模。 3、负荷大小和重要性。 4、系统备用容量大小。 5、系统专业对电气主接线提供的具体资料。 2.1.2 主接线设计的基本要求 1、可靠性 根据变电所的性质和在系统中的地位和作用不通，对变电所的主接线可靠性应提出 不同的要求。主接线的可靠性是接线方式和一次、二次设备可靠性的综合。通常采用定 性分析来比较各种接线的可靠性，一般比较以下几项： （1）断路器停电检修时，对供电的影响； （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）母线故障或母线检修时，停电范围和停电时间； （4）母线联络断路器或母线分断断路器故障的停电范围和停电时间； （5）全停的几率。 2、灵活性 主接线的灵活性主要体现在正常运行或故障情况下都能迅速改变接线方式，具体情 况如下： （1）满足调度正常操作灵活的要求，调度员根据系统正常运行的需要，能方便、灵 活地切除或投入线路、变压器或无功补偿装置，使电力系统处于最经济、最安全的运行 状态； （2）满足输电线路、变压器、开关设备停电检修或设备更换方便灵活的要求。设备 13 停电检修引起的操作，包括本站内的设备检修和系统相关的厂、站设备检修引起的站内 的操作是否方便灵活； （3）满足接线过渡的灵活性。一般变电站都是分期建设的，从初期接线到最终接线 的形成，中间要经过多次扩建。主接线设计要求考虑接线过渡过程中停电范围最少，停 电时间最短，一次、二次设备接线的改动最少，设备的搬迁最少或不进行设备搬迁； （4）满足出来事故的灵活性。变电所内部或系统发生故障后，能迅速地隔离故障那 部分，尽快恢复供电操作的方便和灵活性，保障电网的安全稳定。 3、经济性 经济性是在满足接线可靠性、灵活性要求的前提下，尽可能地减少与接线方式有关 的投资。主要内容如下： (1)采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。在投产初期回路数较少 时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。能缓装的设备，不提前采购装设； (2)在设备形式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小、 以高代低； (3)在悬着接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节 省配电装置征地的费用。 变电所电气主接线的可靠性、灵活性和经济性是一个综合概念，不能单独强调其中 的某一特性，也不能忽略其中的某一特性。需要根据变电所在系统中的地位和作用的不 同对变电所电气主接线的性能要求有不同侧重。 2.2 对变电站电气主接线的具体要求 1、按变电所在电力系统中的地位和作用选择。电力系统电网中一般有枢纽变电所、 地区变电所、一般变电所、终端变电所等几种。由于地位和形式不同，对变电所的可靠 性、灵活性、经济性的要求也不同。 2、考虑变电所近期和远期规划发展。变电所的电气主接线选择，应根据地方经济 及电网 510 年发展规划来考虑。 3、按负荷的性质和大小来考虑。同时要考虑地区电力负荷的分布情况、负荷增长 速度；并分析各种可能的运行方式，来确定变电所的主接线形式，以及回路数。 4、按照变电所变压器台数和容量来选。 在供电负荷允许的条件下，变电所第一期工程一般安装一台主变压器，当最终安 装两台变压器时，应考虑到有足够的备用容量。其中一台停用时，另一台主变的容量应 保证该变电所百分之七十的负荷。 2.3 几种常用接线的一些特点 2.3.1 单母线接线 14 1、单母线接线，这种接线的特点是一条汇流母线，电源和负荷线均通过这一台断 路器连接到母线上。它是母线制接线中最简单的一种接线。 2、其优点是接线简单、清晰，采用设备少、造价低、操作方便、扩建容易。 3、缺点是可靠性不高，当任一连接元件故障，断路器拒动或母线故障，都将造成 整个配电装置全停。母线或母线隔离开关检修，整个配电装置也将全停。单母线接线可 作为最终接线，也可作为过渡接线，只要在布置上留有位置，单母线接线可过渡到单母 分段接线、双母线接线、双母线分段接线。 4、适用范围 一般只适用于一台发电机或一台变压器的以下三种情况： （1）610kV配电装置的出线回路数不超过5回； （2）3563kV配电装置的出线回路数不超过3回； （3）110220kV配电装置的出线回路数不超过2回。 2.3.2 单母线分段接线 1、这种接线是为消除单母线接线的缺点而产生的一种接线。用断路器将母线分段， 分段后母线和母线隔离开关可以分段轮流检修。对重要用户可从不同母线段引双回路供 电。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，由继电器保护动作断 开分段断路器。将故障限制在故障母线范围内，非故障母线继续运行，配电装置不会全 停，也能保证对重要用户的供电。 2、其优点是具有单母线接线的简单、清晰、采用设备少、操作方便、扩建容易等， 增加分段断路器后，提高了可靠性。因此这种接线的应用范围也比单母线接线广。 3、其缺点是当分段断路器故障时，整个配电装置全停电；母线和母线隔离开关检 修时，该断母线上连接的元件都需在检修期间停电。 4、适用范围： （1）610kV配电装置的出线回路数不超过6回及以上时； （2）3563kV配电装置的出线回路数为48回时； （3）110220kV配电装置的出线回路数为34回时。 2.3.3 双母线接线 1、为克服单母线分段接线在母线和母线隔离开关检修时，改善母线上连接的元件 都要在检修期间停电的缺点而发展出双母线接线。这种接线，每一元件通过一台断路器 和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线间通过母线联络器连接。根据需要，每一 元件可通过母线隔离开关连接到任一元件上。在实际运行中，由于系统运行或几点保护 的要求，某一元件要固定连接到一组母线上，以所谓“固定连接方式”运行。 2、双母线接线具有较高的可靠性和灵活性，主要体现在以下几点： 15 （1）线路故障断路器拒动或母线故障只停一条母线及所连接的元件。将非永久性故 障元件切换到无故障母线，可迅速恢复供电； （2）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外一 母线，不影响其他元件供电； （3）可再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； （4）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的 断路器，减少停电时间； （5）运行和调试灵活。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； （6）扩建方便。一般情况下，双母线接线配电装置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。在扩建新单元施工时，对元件没有影响。 3、适用范围 当出线回路数或母线上的电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢 复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统的运行调度对接线的灵 活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下 （1）610kV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时； （2）3563kV配电装置，当出线回路数超过8回时；或连接的电源较多、负荷较大 时； （3）110220kV配电装置的出线回路数为5回及以上时；或当110220kV配电装置， 在系统中居重要地位，出线回路数为3回及以上时。 6-220KV 高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。 2.4 110KV 侧主接线的设计 2.4.1 回路设计 110KV 侧设有两回架空线路与 110KV 系统相连；110KV 视为无限大电源。 2.4.2 方案一 内桥接线方式 1、优点： （1）高压侧断路器用量少，两个回路只需要 3 台断路器； （2）当桥联断路器检修时两个回路可以解列运行，无需全线停电； （3）桥回路故障或检修时，全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系。同时出 线断路器故障或检修时，造成该回路停电。为此，在实际接线中可采用设外跨条提高运 行灵活性。 16 2、缺点： （1）正常运行时变压器操作复杂，即内桥内（单元投切）不便； （2）变压器投切复杂，故障检修影响其他回路。 2.4.3 方案二 单母线分段接线方式 1、 优点： （1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源 供电，提高了供电可靠性，可对重要用户供电； （2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供 电和不致使重要用户停电。 2、 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 修期间内停电 当出线为双回线时，常使架空线路出现交叉跨越使用范围。 内桥接线方式图 2-1 如下所示。 图 2-1 内桥接线方式 单母线分段接线图 2-2 如下所示。 17 图 2-2 单母线分段接线 从供电可靠性来说，方案 2 运行可靠性高，但从经济性来说，方案二明显比方案一 经济性高而且安装方便。因为考虑到工业区不便停电，所以选择方案二比较理想。 综上所述，110kV 侧采用单母分段线方式。 2.5 35KV 侧主接线的设计 2.5.1 回路设计 35KV 侧出线回路数为 4 回,其中有两回线路连至 35KV 侧系统； 由电力工程电气设计手册第二章第二节中的规定可知，当 3563KV 配电装置 出线回路数为 48 回，采用单母分段连接，或单母接线。 2.5.2 方案一 单母线接线方式 1、优点： 单母线接线简单、清晰，采用设备少，操作方便，投资少，便于扩建。 2、缺点： （1）供电可靠性和灵活性较差，在母线及母线隔离开关检修或故障时，各支路都 必须停止工作需使整个配电装置停电； （2）引出线的断路器检修时，该支路要停止供电； （3）使用范围：适用于不重要负荷和中、小容量的水电站和变电站中。 单母线接线方式如图 2-3 所示。 18 图 2-3 单母线接线方式 2.5.3 方案二 单母分段线接线方式 1、优点： 单母线分段接线简单、清晰，方便经济，具有一定的供电可靠性、灵活性。当母线 故障时，仅故障母线停止工作，另一段母线仍继续工作。 2、缺点： 当任一出线断路器检修时，该回路必须停止供电，任一分段母线隔离开关检修或故 障时，连接在该分段母线上所有出线上的所有进出回路都要停止工作。 从供电可靠性来说，方案二单母线分段接线简单、清晰，方便经济，具有一定的供 电可靠性、灵活性。当母线故障时，仅故障母线停止工作，另一段母线仍继续工作。方 案二明显比方案一可靠得多而且又方便。 综上所述，35kV 侧采用单母分段线方式 单母分段线接线方式如图 2-4 所示。 图 2-4 单母分段线接线方式 19 2.6 10KV 侧主接线的设计 10KV 侧有 27 回电缆出线，电缆总长度为 173KM； 2.6.1 方案一 单母线分段接线方式 1、优点： （1）当母线故障时，仅故障母线停止工作，另一段母线仍继续工作； （2）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，两端母线可 看成是两个独立电源，提高了供电可靠性，可对重要用户供电； （3）当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线。 2、缺点： （1）当一段母线故障或检修时，必须断开接在该段母线上的所有支路，使之停止工 作； （2）任一支路断路器检修时，该支路必须停止工作； （3）当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩 建。 3、使用范围： （1）610kV，每段母线容量不超过 25MW；35kV 配电装置的出线回路数为 34 回； （2）110kV 配电装置的出线回路数为 34 回。 2.6.2 方案二 单母线接线方式 1、优点： 单母线接线简单、清晰，采用设备少，操作方便，投资少，便于扩建。 2、缺点： （1）供电可靠性和灵活性较差，在母线及母线隔离开关检修或故障时，各支路都必 须停止工作需使整个配电装置停电； （2）引出线的断路器检修时，该支路要停止供电。 使用范围：适用于不重要负荷和中、小容量的水电站和变电站中。 单母线分段接线如图 2-5 所示。 20 图 2-5 单母线分段接线 单母线接线如图 2-6 所示。 图 2-6 单母线接线 从供电可靠性来说，方案二单母线分段接线简单、清晰，方便经济，具有一定的供 电可靠性、灵活性。当母线故障时，仅故障母线停止工作，另一段母线仍继续工作。方 案二明显比方案一可靠得多而且又方便。综上所述，10kV 侧采用单母分段线方式 2.7 主接线选择的汇总情况： 由以上可知，此变电站的主接线为：110KV、35KV、10KV 侧采用单母分段的连接方 式，供电可靠、调度灵活、扩建方便：采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出 两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间 断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。 21 第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算 3 3.1.1 概述概述 所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。主 要有三相短路、两相短路和单相短路。一般情况下，三相短路电流都大于两相和单相短路电流。 短路电流的大小也是比较主接线方案，分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路时还会出现电 压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。 选择电气设备时，通常用三相短路电流；校验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流 或或单相接地电流。工程设计中主要计算三相短路电流。 3 3.2.2 目的目的 1、选择电气设备；电气设备，如开关电气、母线、绝缘子、电缆等，必须具有充分的电动力稳定性 和热稳定性，而电气设备的电动力稳定性和热稳定性的效验是以短路电流计算结果为依据的。 2、继电保护的配置和整定；系统中影配置继电保护以及继电保护装置的参数整定，都必须对电力系 统各种短路故障进行计算和分析算。 3、电气主接线方案的比较和选择；在发电厂和变电站的主接线设计中，比较和评价方案时，短路电 流计算是必不可少的内容。 4、通信干扰；在设计 110KV 及以上电压等级的架空输电线时，要计算短路电流，以确定电力线对 临近架设的通信线是否存在危险及干扰影响。 5、短路电流计算还有很多其他目的，如确定中性点的接地方式，计算软导线的短路摇摆，输电线路 分裂导线间隔棒所承受的向心压力等。 3 3.3.3 方法方法 1、有名值法 2、标幺值法 3、短路功率法 结合本设计的实际情况，采用标幺值法进行计算较为方便，即标幺值=实际有名值基准值（与实 际有名值同相量）。 3 3.4.4 基本假定基本假定 短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则： 1、正常工作时，三相系统对称运行。 2、所有的电源的电动势相位角相同。 3、短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 4、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 5、元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 6、输电线路的电容略去不计。 22 3 3.5.5 短路电流的计算步骤短路电流的计算步骤 3.5.1 短路点的选择 一般发生在母线上的短路电流较大，故短路点选择在各侧的母线上。考虑 110KV、35kV 和 10kV 侧母联断开与闭合的情况，故作出短路系统电抗标幺值等效电路图，母联断开时如图 3-1 所示，母 联闭合时如图 3-2 所示。 3.5.2 元件电抗 求各元件的电抗标幺值求各元件的电抗标幺值：SB=100MVA UB=Uav 待设计变电站与 110KV 系统的架空线长度 70km，110KV 系统为无限大电源系统;待设计变电站与 35KV 系统的架空线路为 45Km,其总装机容量为 90MVA，最大最大等值电抗为 5.7，最小等值电抗 为 4.6（均已归算至 110KV） ，35KV 系统发电机主要为水轮发电机。 （所有架空线路的正序阻抗均 取 0.4 欧/公里） (1)110KV 系统的阻抗计算系统的阻抗计算 01SX (2) 110KV 线路总阻抗计算线路总阻抗计算 （3）35KV 系统阻抗计算系统阻抗计算 1059 . 0 115 100 704 . 0 2 2 1 2 1 2 B B LL U S LxX 图 3-1 标幺值等效电路图图 3-2 标幺值等效电路图 23 35KV 系统最大阻抗：043 . 0 7 . 5 2 115 100 * max1 S X 35KV 系统最小阻抗：035 . 0 6 . 4 2 min115 100 * SL X （4）35KV 系统线路总阻抗计算系统线路总阻抗计算 657 . 0 454 . 0* 22 37 100 2 1 2 1 35 B B U S LKVL LxX (5) 变压器各侧阻抗计算变压器各侧阻抗计算 高压侧：75.10)5 . 6 5 . 17 5 . 10(%)%(% 2 1 231312 2 1 1KKKKUUUU 中压侧：25 . 0 )5 ,175 . 6 5 . 10(%)%(% 2 1 132312 2 1 2KKKKUUUU 低压侧：75 . 6 ) 5 . 105 . 6 5 . 17(%)%(% 2 1 122312 2 1 3KKKKUUUU 变压器容量为MVASNT63 17 . 0 63 100 100 75.10 100 % 1 NT BKI T S SU X 004. 0 63 100 100 25. 0 100 %2 2 NT BK T S SU X 107 . 0 63 100 100 75 . 6 100 %3 3 NT BK T S SU X 3.5.3 三相短路电流计算 1、110KV、35KV 侧和 10KV 侧的母联都断开时 110kV 侧的情况 110KV 系统到 110kV 母线侧 SB=100MVA UB=Uav=115 kV 当 110KV 母线在 K1（K2）处发生三相短路时 （1）35KV 系统最大电抗运行方式下，110KV 母线短路电流最小，作出等值电路图如下图 5-3 所示 图 3-3 标幺值等效电路图 24 110KV 系统电源至短路点的总电抗的标幺值 2118 . 0 21059 . 0 11okvfX 35KV 系统电源至短路点的总电抗的标幺值 110KV523 . 1 043 . 0 2657 . 0 004 . 0 17 . 0 * (min)352135 KVSTTkvf XXXX 系统：短路电流周期分量的有效值：7214 . 4 2118 . 0 1 110 1 *110 kvf kvf X I 35KV 系统：计算电抗查（电力系统）P227 叶图 3707 . 1 523 . 1 * 100 90 SB S fjs N XX D9 得最大的 If*=0.85 最后短路点 K1 短路电流周期分量的有效值 )(754 . 2 85. 07214 . 4 1153 90 3115 100 1 KAI f 稳态短路电流有效值: )(754 . 2 1kAIIf 短路冲击电流: )(011 . 7 754 . 2 8 . 128 . 122111kAIIKiffMm 短路电流最大有效值：)(16 . 4 754 . 2 51 . 1 51 . 1 I11mkAIf 短路容量：)(56.548754 . 2 1153311MVAIUSfavf （2）当 35KV 母线发生三相短路时，35kV 侧 SB=100MVA UB=Uav=37 kV 当在 K3（K4）短路时 35KV 系统最大电抗运行方式下，35KV 母线短路电流最小，作出等值电路图如下图 3-5 所示 25 图 3-4 标幺值等效电路图 110KV 系统电源至短路点的总电抗的标幺值为： 3778 . 0 004 . 0 17 . 0 21059. 0* 21110 110 TTkvL KVfXXXX 35KV 系统电源至短路点的总电抗的标幺值为：357 . 1 043 . 0 2657 . 0 * 35 KVf X 110KV 系统：短路电流周期分量的有效值：674 . 2 3778 . 0 1 1 1 1 f f X I 35KV 系统：计算电抗查（电力系统 P227 叶）图 2213. 1357 . 1 * 100 90 SB S fjs N XX D9 得最大的 If*=0.98 最后短路点 K3 短路电流周期分量的有效值 )(55 . 5 98. 0674 . 2 373 90 373 100 3 KAI f 稳态短路电流有效值: )(55 . 5 3kAIIf 冲击电流: )(12.1455 . 5 8 . 128 . 122331kAIIKiffMm 短路电流最大有效值：)(38 . 8 55 . 5 51 . 1 51 . 1 I31mkAIf 短路容量：)(68.35555 . 5 373331MVAIUSfavf （3）10kV 侧 SB=100MVA UB=Uav=10.5kV 当在 K5（K6）短路时 35KV 系统最大阻抗运行方式下，10KV 侧母线短路电流最小，作出等值电路图如下图 5-7 所示 26 图 3-5 标幺值等效电路图 将图 37 由 Y 形转化成形如下图： 110KV 系统电源至短路点的总电抗的标幺值为： 519 . 0 107 . 0 3818. 0* 353 . 1 107 . 0 3818 . 0 * *)*( 31 115 352 31 KVLT TTL XX XXX TTL kvfXXXX 同理 35KV 系统电源至短路点的总电抗的标幺值为：84 . 1 * 35 KVf X 27 110KV 系统：短路电流周期分量的有效值927 . 1 519 . 0 1 1 1 1 f f X I 35KV 系统：计算电抗查（电力系统 P227 叶）图 D9 得 7 . 184 . 1 * 100 90 SB S fjs N XX 最大的 If*=0.65 最后短路点 K5 短路电流周期分量的有效值 )( 8 . 1365 . 0 927. 1 5 . 103 90 5 . 103 100 5 KAI f 稳态短路电流有效值: )( 8 . 135kAIIf 冲击电流: )( 2 . 35 8 . 138 . 128 . 122551kAIIKiffMm 短路电流最大有效值：)(84.20 8 . 1351 . 1 51 . 1 I51mkAIf 短路容量：)(251 8 . 13 5 . 103351MVAIUSfavf 2、110KV、35KV 侧和侧和 10KV 侧的母联都合上时侧的母联都合上时 110kV 侧的情况侧的情况 (1)当在 K1 短路时 35KV 系统最小电抗运行方式下，110KV 母线短路电流最大，作出等值电路图如下图 5-4 所示 图 3-4 标幺值等效电路图 110KV 系统电源至短路点的总电抗的标幺值为：1059 . 0 110KVfLX 短路电流周期分量的有效值为：443 . 9 1059 . 0 1 110 1 7 KVfL f X I 35KV 系统电源至短路点的总电抗的标幺值为：7575 . 0 * 35 KVf X 28 35KV 系统：计算电抗查（电力系统 P227 叶）图 682 . 0 7575 . 0 * 100 90 SB S fjs N XX D9 得最大的 If*=1.8 最后短路点 K1 短路电流周期分量的有效值 )(55 . 5 8 . 1443 . 9 1153 90 1153 100 7 KAI f 稳态短路电流有效值: )(55 . 5 7kAIIf 冲击电流: )(13.1455 . 5 8 . 128 . 122777kAIIKiffMm 短路电流最大有效值：)(381 . 8 55 . 5 51 . 1 51 . 1 I77mkAIf 短路容量：)(48.110555 . 5 1153377MVAIUSfa