220KV枢纽变电站电气部分设计

1、目目 录录 前前 言言 摘摘 要要.1 第一章第一章 基本资料的分析基本资料的分析.1 第二章第二章电气主接线的设计电气主接线的设计.5 2.1 电气主接线的基本原则和要求.5 2.2 电气主接线的选择.6 第三章第三章主变的选择和负荷的计算主变的选择和负荷的计算.13 3.1 主变压器型式的选择.13 3.2 负荷的计算.14 第四章第四章最大负荷电流及短路电流计算结果最大负荷电流及短路电流计算结果.19 4.1 短路电流计算的目的及原则.19 4.2 短路电流计算.19 第五章第五章 母线的选择与效验母线的选择与效验.27 5.1 母线的选择.27 5.2 母线的效验.30 第六章第六章

2、主要电气设备的选择主要电气设备的选择.31 6.1 电气设备选择的一般原则.31 6.2 电气设备的选择.32 6.3 继电保护配置.44 附件附件 1 1.47 附件附件 2 2.48 后后 记记.50 参参 考考 文文 献献.51 摘摘 要要 社会在不断进步，中国的电力事业也随着发展起来。直到今天，电力事业在中国 已有了举足轻重的地位。企业、居民都离不开用电。建立大型电站是发展电力事业的 必经之路。当今社会不少企业正在筹备 220KV 大型变电站的建设工作。 本次设计也离不开这个话题。设计的课题是 220KV 枢纽变电站电气部分，它主要 包括变电所主接线方案的设计、负荷计算、变电所位置和型

3、式的选择、变电所主变压 器的台数与容量、类型的选择、短路电流的计算、变电所一次设备的选择与校验、主 变压器的继电保护配置、避雷器的选择和支柱及绝缘子选择等。 在设计的过程中让我很好地复习了以前学过的知识。 ，特别是短路电流的计算，开 始还对它有所畏惧，经过不断的查找资料，不断的了解熟悉资料，终于在大家的努力 下，我们突破重重难关，解决了这一难题。当然主变压器的继电保护配置也是这次设 计的一个重点，这在电力系统中是很有必要的。同时也要求我们掌握基础的专业知识， 面对在设计的过程中遇到的疑难问题能做出正确的判断。 本次毕业设计能顺利进行，与老师们的辛勤辅导是分不开的。她们的耐心指导和 详细讲解，给

4、了我们很大的帮助。在这天气寒冷的季节，她们还坚持来教室监督指导 我们，凭着她们对工作的认真和负责，足以值得我们尊敬。 【关键词】: 220KV 枢纽变电站；负荷计算；变电所主接线；短路电流的计算 第一章第一章 基本资料的分析基本资料的分析 1.1 设计的题目： 220KV 枢纽变电站电气部分设计 1.2 建所的目的： 由于某地区电力系统的发展和负荷的增长，拟建一个 220KV 变电所，向该地区 110KV 和 10KV 电压等级供电。 1.3 系统资料见下表： 表 1-1 系统容量 系统电抗 X 电压等级 线路电抗 （查得） 1 表 线路电阻 （查得） 1 表 系统一1500MVA0.3822

5、0KV 0.427/KM0.107/KM 系统二1000MVA0.45220KV 0.427/KM0.107/KM 系统三750MVA0.5220KV 0.427/KM0.107/KM 注：线路型号为 LGJQ300 为于永源、杨绮雯编电力系统分析第二版 中国电力出版社 P317 表 II7 1 表 1.4 负荷统计资料：最大容量计算公式 S=P/COS 110KV 侧用户负荷统计资料见下表: 表 1-2 名称石化厂炼油厂甲县变乙县变丙县变丁县变汇总 最大负荷 (MW) 403520221020147 COS 0.90.90.90.90.850.85 最大容量 （MVA） 44.4438.88

6、22.2224.4411.7623.53165.27 10KV 侧用户负荷统计资料见下表： 表 1-3 项目 名称 最大负荷 （MW） COS 最大容量 （MVA） 总容量 （MVA） 总负荷 （MW） 氮肥厂 30.853.53 机械厂 30.853.53 纺织厂 2.50.852.94 化工厂 30.853.53 造纸厂 2.50.852.94 水厂 50.95.55 建材厂 2.50.92.78 A 变 30.93.33 B 变 30.93.33 C 变 30.93.33 D 变 30.93.33 38.1233.5 所用负荷统计资料见下表： 表 1-4 名称容量(KW)台数 COS 最

7、大容量 (KVA) 主变风扇0.15 26 0.852.12 主充电机2010.8523.53 浮充电机1410.8516.47 蓄电池进风1.410.851.647 蓄电池排风1.710.852 锅炉房水泵1.720.854 空压机220.8525.88 载波机1.70.852 220KV 配电装置电源 200.8523.53 110KV 配电装置电源 200.8523.53 220KV 断路器冬天加 热 10.851.18 110KV 断路器冬天加 热 10.851.18 室外配电装置 照明 200.8523.53 室内照明100.8511.76 汇总138162.35 1.5 待建变电站

8、与电力系统接线情况： 1.6 变电站的类型 变电站有三个电压等级，高压为 220KV，中压为 110KV，低压为 10KV。变电站 性质为枢纽变电站。主要向一些大型的厂家和附近的一些地方负荷供电。 1.7 变电站与系统连接情况 待设计变电站的电源，由两回 220KV 线路送到本变电站，它是通过双回路与系统 连接的。 1.8 负荷输电回路数 1、220KV 母线有 5 回输出线路，其中 1 回线路备用； 2、110KV 母线送出 10 回线路，其中 2 回线路备用； 3、10KV 母线送出 14 回线路，其中 2 回线路备用。 1.9 变电站的气候条件 变电站待建地区年最高气温 40,年最低气温

9、-5，年平均气温 18。需要考虑熔 冰措施。 1.10 需要考虑的设计项目 1、主接线方案选择的分析和论证； 2、变压器的容量及型号的选择； 3、电气设备的选择和校验； 4、短路电流的计算； 5、绘制电气主接线图； 6、按变电站通常要求配置继电保护装置。 第二章第二章电气主接线的设计电气主接线的设计 2.12.1 电气主接线的基本原则和要求电气主接线的基本原则和要求 2.1.1 电气主接线的基本原则： 主要以本次设计任务书为依据，按照国家国规定的“安全可靠，经济适用，符合 国情”的电力建设与发展的方针，结合工程实际的具体特点，准确的掌握基本资料， 保证设计方案的可靠性，经济性和灵活性。同时，在

10、电气主接线的设计中要严格按照 以下步骤来进行： 1、原始资料的分析，根据下达的设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上， 各电压等级拟订可采用的数个主接线方案； 2、对拟定的各方案进行技术，经济比较，选出最好的方案。各主接线方案都应该 满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定何种方案，要通过经济比较，选用年 运行费用最小的作为最终方案，还要兼顾到今后的扩容和发展； 3、绘制电气主接线图。按工程要求，绘制工程图，图中彩新国标图形符号和文字 代号，并将所有设备的型号，主要参数，母线及电缆截面等标注在图上。 出自陈跃主编电气工程专业毕业设计指南电力系统分册中国水利水电出版社 P59 2.1.2 电

11、气主接线的要求： 1、可靠性：要从三个方面来考虑。断路器检修时是否会影响对用户的供电，设备 和线路故障或检修时，停电线路的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户 的供电，是否存在发电厂、变电所全部停止工作的可能性； 2、操作力求简单、方便：电气主接线应该简单清晰、明了； 3、经济合理：占地面积要少，以节省基建投资和减少年运行费用，让发电厂变电所 尽快的发挥社会和经济效益； 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P133-134 2.22.2 电气主接线的选择电气主接线的选择 2.2.1 原始资料分析： 1、变电所的类型：根据任务书的要求，本次设计为枢纽变电所，其特点为

12、：系统 枢纽变电所汇集多个大电源和大容量联络线，在系统中处于枢纽地位，高压侧交换交 换巨大功率潮流，并向中压侧输送大量电能，全所停电后，将使系统稳定破坏，电网 瓦解，造成大面积停电； 2、变电所在电力系统中的地位及作用：待建变电所在城市近郊，向该地区 110KV 和 10KV 电压供电。220KV 有 5 回线路，其中 1 回备用；110KV 送出 10 回线路，其 中 2 回备用线路；10KV 有 14 回线路，其中 2 回备用，该所为枢纽变电所，所址，地 势平坦，交通方便； 3、其它因素影响，地区自然条件：年最高气温：40，年最低气温-5，年平均 气温 18，需要考虑熔冰措施，出线方向：2

13、20KV 向北，110KV 向西，10KV 向东南。 主接线的选择： 根据任务书的要求，在分析原始资料的基础上，参照变电站设计技术规程，以及 变电所在电力系统中的地位，负荷情况，出线回路数等条件，拟定出下面两种方案。 方案一：220KV 采用双母接线；110KV 采用双母分段接线：10KV 采用单母接线 方式； 方案二：220KV 采用双母带旁路接线；110KV 采用双母带旁路接线：10KV 采用 单母分段带旁路接线方式。 2.2.2 双母线接线（见下图）： 优点： 1、运行灵活,可以采用任一组母线工作,另一组母线备用； 2、一组母线检修时所有回路均不中断供电；检修任一回路的母线侧隔离开关时，

14、 只中断该回路的供电； 3、检修任一回路断路器时，可用母连断路器代替工作。 缺点： 1、运行方式改变时，需要用母线隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容 易出现误操作，导致人生或设备的安全； 2、任一回路断路器检修时，该回路需停电或短时停电； 3、增加了大量的母线侧隔离开关及母线的长度，配电装置结构较为复杂，占地面 积与投资都有所增加。 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P138 2.2.3 双母线带旁路接线（见下图）： 优点 ： 双母线带旁路母线的接线大大提高了主接线的可靠性。当电压等级较高、出线回 路较多时，每年断路器的检修累计时间较长，这一优点就显得更为突出。

15、 缺点： 这种接线所用的电气设备数量较多，配电装置结构复杂，占地面积大，经济性较 差。应特别指出的是旁路母线只是为检修出线断路器时不停止对该回路供电而设立的， 它并不是为了替代主母线工作而设置的。 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P140 2.2.4 双母分段接线 在发电厂变电所中，母线发生故障时，影响范围很大，采用工作母线不分段的双 母线接线，当一组线故障时会造成约半数甚至全部回路停电或短路时停电，大型发电 厂变电所对运行的可靠性和灵活性要求非常高。 优点： 1、可以大大提高供电可靠性与灵活性，当母线任一段母线发生短路故障时，分段 电抗器都起限制短路作用； 2、当一

16、台或多台发电机退出运行时，母线系统的短路电流减小，不需要电抗器限 流时，可利用母联断路器，将母线与备用母线并列运行，以消除分段电抗器，电抗中 不必要的电压，功率损耗并可以避免两段母线出现的电压差。 缺点： 所用设备较多，保护复杂，占地面积与投资大大增加，应用于 10-110KV 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P138-139 2.2.5 单母线接线 优点： 接线简单、清晰，所用的开关设备少，操作方便，配置装置造价较低。 缺点： 只能提供一种运行方式，对运行方式变化的适应能力差，不够灵活可靠，任一元 件故障或检修，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

17、段母线 故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故 障的供电。 适用范围：一般只适用于一台主变压器的以下三种情况： 1、6-10KV 配电装置的出线回路数不超过 5 回； 2、35-63KV 配电装置出线回路数不超过 3 回； 3、110-220KV 配电装置出线回路数不超过 2 回。 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P13 2.2.6 单母分段接线（见下图）： 为了提高单母分段的运行可靠性，我们利用分断器将母线分为两段，母线的分段 数目取决于电源的数目及容量，出现的回路数运行要求，一般为 2-3 段，分段时应尽 量将电源与负荷均衡的分

18、配于各母线上，以减小各母线段间的功率交换。 优点： 分段的单母线接线可以与各母线段并列两组运行方式，而且变于分别对各母线进 行检修，减小了母线检修时的停电范围，由于各母线同段同时发生故障可能性很小， 显然提高了运行的灵活性与供电可靠性。 缺点： 单母线分段的主要缺点，是在任一一段故障时或检修期间，该母线的所有回路都 必需停电，而且任何一台断路器检修时该断路器所有回路都必需停电。 应用于 6- 220KV 配电装置。 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P136 2.2.7 单母分段带旁路接线（见下图）： 要求在任一出线断路器检修时，不中断该回路供电，增设一组旁路母线，以及

19、各 出线回路中相应的旁路隔离开关。 优点： 单母分段带旁路的接线方式具有相当高的供电可靠性和灵活性。应用于线路较多， 但负荷较为重要的中小型发电厂 35-110KV 的变电所中。 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P136-137 2.2.8 需装设专用旁路断路器情况： 我国一般规定，当 220KV 有 5（或 4）回及以上出线、110KV 有 7（或 6）回及其以 上出线时，可采用具有专用旁路断路器的双母线带旁路母线接线。 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P140 2.2.9 根据以上几种主接线方式，并结合待建变电站的实际，现对各电压等级采取

20、的主 接线方式作如下分述： 1、220KV 主接线的选择：220KV 电压等级的出线回路数为 5 回，其中 1 回备用， 4 回与系统相连接，且变电站的处于系统的重要位置，根据以上主接线形式的适用情况， 可选择双母带旁路接线方式。 2、110KV 主接线的选择 （1）按出线回路数选择：110KV 的出线回路数为 10 回，其中 2 回备用，按母线的 选用情况将选用双母带旁路母线的接线方式； （2）输送功率选择：110KV 的最大负荷为 P=147MW，输送功率较大，所以要求母 线故障后能声速恢复供电，母线或母线设备检修时不中断对得要用户的供电，因此要 求其主接线具有较高的可靠性和快速的恢复送电

21、能力，故采用双母带旁路母线线接线 方式。同时 110KV 侧出线回路数较多，也需加装专用旁路开关。 （根据设计手册，对于 在系统处于重要位置时，当 110KV 出线为 6 回及以上时，一般装设专用旁路断路器） 。 这样，110KV 电压等级的接线方式为双母线带旁路的接线方式（专用旁路断路器） 。 3、10KV 接线形式选择 （1）按出线回路选择：10KV 出线回路为 14 回，其中 2 回备用，根据母线的适应 范围选择单母线分段带旁路接线方式。 （2）按输送功率选择：10KV 的最大负荷为：P=33.5MW， ，因此可采用单母线分段 带旁路或单母分段的接线方式，但由于 10KV 所传输的功率较

22、大，出线回路较多,而单 母分段接线方式供电可靠性和灵活性相对较弱，故从可靠性和灵活性考虑，确定 10KV 采用单母线分段带旁路的主接线方式。 综上所述，待建变电站的主接线方式为：220KV 和 110KV 都采用双母线带旁路的接 线方式，10KV 采用单母线分段带旁路的接线方式。 4、站用电主接线的确定：本地区变电站所用电只有 0.138MW，电压：380/220V。 站用电主接线可采用双母线的接线方式，从 10kV 单母线分段旁路各设一台所用变压器 为所用电电源。 接线图如下： 第三章第三章主变的选择和主变的选择和负荷的计算负荷的计算 3.13.1 主变压器型式的选择主变压器型式的选择 3.

23、1.1 主变压器一般按以下几个方面来选择： 1、容量和台数的确定: （1）主变压器的容量一般按变电所建成后 5 到 10 年规划、负荷性质、电网结构 等来选择；为保证供电可靠性，对于供电负荷较大的城市变电所或有一类负荷的重要 变电所，应选用两台相同容量的主变压器。每台变压器的容量应满足一台变压器停运 后，另一台能供给全部一类负荷；在无法确定负荷所占比重时，每台变压器的容量可 按计算负荷的 60%80%选择； （2）对大城市郊区的一次变电所， 中果中、低压侧已构成环网的情况下，变电 所以装设两台为宜；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应 考虑装设三台主变压器的可能性；对于规划

24、只装两台主变压器的变电所，其变压器的 基础大于变压器容量的 12 级设计。 因此，我们选择两台相同容量的主变压器。 2、相数和绕组的确定： （1）对于 330KV 及其以下电力系统，若不受运输条件限制一般选用 3 台变压器； 对 500KV 及其以上系统中应按其容量、可靠性要求程度及运输条件，通过经济技术比 较后选择；我们选择 3 台变压器； （2）绕组的确定：国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分类有双绕组普通式、 三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等型式变压器。如以两种升高电压级向用户供 电或与系统连接时，可以采用二台双绕组变压器或三绕组变压器，亦可选用自耦变压 器。 在 110KV 及以

25、上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优 先选用自耦变压器，它损耗小、体积小、效率高，但限制短路电流的效果较差，变比 不宜过大。由于所查参考资料选自耦变压器的额定容量达不到要求，故选用三绕组变 压器。 3、绕组连接方式的选择：110KV 及其以上的电压，变压器三相绕组都采用 YN 连接 方式；35KV 采用 Y 连接方式；35KV 及以下电压，采用 D 连接方式；我们选 YN 接线； 4、阻抗及冷却方式的选择：要严格按照原则来选择；容量在 10000KVA 以上的 变压器采用油浸风冷式，7500KVA 及其以下的小容量变压器采用油浸式自然空气冷却 式，50000KVA 以上的

26、巨型变压器采用强迫油循环水冷式。强迫油循环风冷与强迫油 循环水冷原理相同，根据实际情况选择强迫油循环风冷； 5、调压方式的确定：为了保证变电所的供电质量，电压必须维持在允许范围内。 通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现 电压调整。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在2 2.5%以 内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%，但其结构较复杂、价 格昂贵。 考虑到变电站的经济性，故选用无励磁调压方式。 3.23.2 负荷的计算负荷的计算 3.2.1 负荷的计算公式 预测的最大负荷 Smax=Smax(1)tm 式中 Sma

27、x预测最大负荷 Smax按负荷统计的最大负荷 m负荷年增长率，按照 7%左右考虑 t时间，可按五年考虑 出自卢文鹏 、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P263 110KV 侧的最大负荷和最大容量(根据表 1-2 可知) P110=147MW S110=165.27MVA 10KV 侧的最大负荷和最大容量(根据表 1-3 可知) P10=33.5MW S10=38.12MVA 所用负荷的最大负荷和最大容量(根据表 1-4 可知) P 所=138KW S 所=162.5KVA 各段上的所用计算负荷，假设所有的所用负荷平均分配在两段母线上，则两段计 算负荷为所用变压器每台的容量为： 1

28、 S 2 =162.5=81.25KVA S所变 1 2 S所 1 2 总负荷和总容量 因 110KV 负荷间的同时系数为 Kp1=0.85;10KV 负荷的同时系数为 Kp2=0.8；110KV 负荷与 10KV 负荷同时系数为 Kp3=0.85； 因此 Pmax=(P110Kp1+P10Kp2)Kp3+ P 所 =(1470.85+33.50.8)0.85+0.138=129.1255MW Smax=(S110Kp1+S10Kp2)Kp3+ S 所 =(165.270.85+38.120.8)0.85+0.1625 =145.46MVA 系统总功率因数：COS= =0.89 Pmax Sm

29、ax 129.1255 145.455675 Sin=0.46 2 1 0.89 那么 Qmax= Smax Sin=145. .46=66.91 Mvar 注：同时系数 KP用户在用电时，各种用电设备如：照明灯、电动机等不可能 同时工作，一些用电设备的功率达到最大值时，另一些可用电设备的负荷功率不一定 达到最大值，换言之，各种用电设备从电网中获得的功率不可能同时达到最大值，这 种用电设备及负荷参差不齐，相互错开的情况，可用同时系数表示。 出自杜文学主编供用电工程中国电力出版社 P42 3.2.2 线路的损耗 三相线路中所产生的功率损耗为 = 26 3() 10 C sIRjXjQ 22 2

30、() C PQ RjXjQ U = 2222 22 C PQPQ RjXjQ UU C Pj QjQ 式中三相线路中所产生的功率损耗，MVA；S I线电流，A； R+jX线路一相的阻抗，； P、Q流过线路阻抗上的三相有功和无功功率，MW，Mvar； U对应于功率的线路首端和末端的线电压，近似计算时可以用额定电压 代 N U 替，kv。 式中，=称为线路电阻中有功功率损耗；=称为线路电P 22 2 PQ R U Q 22 2 PQ X U 抗中无功功率损耗；为线路容纳中的无功功率。对起补偿作用。 C Q C QQ 出自杜文学主编供用电工程中国电力出版社 P75 因线路型号为 LGJQ300，根据

31、表 1-1 可知： =0.107 =0.427 =0.054 =0.308 1 r 1 x 2 r 2 x 那么 R=+=0.107 (180+120+150+80)+0.=63.19 1 r 1 L 2 r 2 L X=+=0.427 (180+120+150+80)+0.=263.27 1 x 1 L 2 x 2 L =6.9MWP 22 2 PQ R U 22 2 64.533.5 63.19 220 =28.7MvarQ 22 2 PQ X U 22 2 64.533.5 263.27 220 根据长线路分析理论，可作大致估计。对线路不长，长度不超过 100K m，电压等 级为 220

32、KV 电力线路，线路将消耗感性无功，故不考虑。 C Q 出自永源、杨绮雯编电力系统分析第二版 中国电力出版社 P117 = max1 S 22 PQ = 22 6.928.7 =29.5MVA 3.2.3 变压器的损耗 根据王士政主编课程设计与毕业设计指导教程中国水利水电出版社 P21 面可 知：变压器有功损耗 0.015S T P 变压器无功损耗 =0.06S T Q 根据 Smax1 进行粗略估算，取额定容量为 180MVA 那么单台变压器的损耗 Smax2=11.13MVA 22 TT QP 22 (0.06 180)(0.015 180) 总容量 Smax4=+Smax1+ Smax2

33、 2=202.89MVA max S P 有功=202.89 0.89=180.6MW 由于现在的国民经济增长很快，所以我们的负荷年增长率按 5%考虑。考虑今后 10 年的发展， 因此预测的最大容量为： Smax=S=(1+0.05202.89=330.5MVA(1)tm 10 ) 对装有两台主变压器的变电所，因能在一台停运时，可保证 70%负荷的供电，考虑 变压器 20%的事故过负荷能力，则可保证对 84%负荷的供电。由于一般电网变电所大约 有 25%的非重要负荷。因此，该主变压器的容量能保证对变电所重要负荷的供电要求。 那么一台主变所需容量： S= 0.7 Smax4=0.7 330.5=

34、231.4MVA 3.2.4 变电所所用电源 中小型降压变电所一般采用一台所用变压器，从变电所最低一级电压母线引接， 其二次侧采用 380/220V 中性点接地的三相四线制，用单母线接线供电。 对枢纽变电所、总容量为 60MVA 及其以上的变电所、装有水冷却或强迫油循环冷 却的主变压器以及装有调相机的变电所，应装设两台所用变压器。如能够从变电所外 引入可靠的 380V 备用电源，可只装一台所用变压器。如有两台所用变压器，应装设备 用电源自动投入装置。 根据表 1-4 可查所用变的容量为 162.5KVA；额定电压为 10KV。 故主变选择 SFPS7-/220（三相强迫油循环风冷三绕组变压器）

35、 表 3-1 型号 额定容量 （KVA） 高压中压低压 连接 组标号 SFPS7-/220 2422x2. 5 12115.7yN,yn0,d11 负载 175 高压中压低压 损耗 空载 800 阻抗 电压25.014.09.0 所用变的选择为 S9M100（S9-M三相全密封油铜绕组变压器） 表 3-2 额定电压损耗 型号 高压低压 连接 组别空载负载 阻抗 电压 空载 电流 S9M10010.5KV0.4KV Y，yn0 0.291.50 4.01.6 注：表 3-1 为东南大学 曹绳敏 主编电力系统课程设计及毕业设计参考资料中国电力出版社 P109 附表 1-15 表 3-2 为杜文学

36、主编供用电工程中国电力出版社 P403 附表-1 第四章第四章最大负荷电流及短路电流计算结果最大负荷电流及短路电流计算结果 4.14.1 短路电流计算的目的及原则短路电流计算的目的及原则 4.1.1 短路电流计算的目的 计算短路电流的目的主要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要 求；评价并确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计和调试提供依据； 分析计算送变电线路对通讯设施的影响等。 4.1.2 短路电流计算的原则 在电力系统设计中，短路电流的 计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平 一般取工程建成后 510 年中的某一年。计算内容为系统在最大运行方式时，各枢纽 点的

37、三相短路电流和单相接地短路电流，并列表供查用。假如短路电流过大，应采取 措施将其限制到合理水平。 4.24.2 短路电流计算短路电流计算 4.2.1 系统的最大短路点的位置: 4.2.2 各短路点的计算： 设基准容量=100MVA 基准电压=230KV,且和已查得出，各部 av S j U av U 0 r 0 x 1 表 分电抗标么值： 发电机标么额定值： =0.38 =0.025 1*j X 1* x j 1 S S 100 1500 =0.45=0.045 2*j X 2* x j 2 S S 100 1000 =0.5=0.067 3*j X 3* x j 3 S S 100 750

38、线路的电抗 =0. =78.86 404 Xxl =0. =51.24 505 Xxl =0. =64.05 606 Xxl =0.=36.96 7807 2XXxl 线路的等值电抗的标么额定值： =78.86=0.145 4*4 2 j j av S XX U 2 100 230 =51.24=0.097 5*5 2 j j av S XX U 2 100 230 =64.05=0.121 6*6 2 j j av S XX U 2 100 230 =36.96=0.07 7*8*7 2 j jj av S XXX U 2 100 230 4.2.3“”形转化为“Y”形时， “Y”形各支路的

39、电抗： = =0.039 945456 X =X X /X +X +X 0.145 0.097 0.1450.0970.121 = =0.048 1046456 X =X X /X +X +X 0.145 0.121 0.1450.0970.121 = =0.032 1156456 X =X X /X +X +X 0.097 0.121 0.1450.0970.121 = =0.035 127 X =X /2 0.07 2 4.2.4 从并联到串连 =0.038 131921019210 X =(X +X ) (X +X )/(X +X )+(X +X ) 0.067+0.035=0.102

40、14312 X =X +X = =0.042 15111314111314 X =(X +X ) X /X +X +X 计算电抗： = =0.042=1.365 15 X 15 X j S S 总 3250 100 查和得： 2 表 3 表 t=0 时，短路电流周期分量有效值的标么值 =0.75 * I 短路电流的有名值 =3250/(230)=6.119 0 I * I3 t=4s 时，=0.8 =0.8 3250/(230)=6.527 * I 4 I3 Q=t=4=170.4 2 t I 2 6.527 取 K=1.85 K为冲击系数 可查陈跃主编电气工程专业毕业设计指南电力系统分册中国

41、水利水电出版社 P31 表 2- 13 冲击电流ish=k=16KA2 I 短路全电流的最大有效值: =16=24.96kA im I 2 12(1) m IK 2 12 (1.85 1) 4.2.5 220KV 侧短路计算： 以下所求为等值电路中各绕组的电抗，是以变压器的额定参数（见表 3-1）为基准 值的标么额定值电抗： =0.0625 1617 XX 1 (%) 200 j kIIIkIIIIkIIIII N S uuu S =0.0417 1819 X =X 1 (%) 200 j kIIIIIkIIIkIIII N S uuu S =0 2021 X =X 1 (%) 200 j k

42、IIIIkIIIIIkIII N S uuu S 4.2.6 110KV 短路计算： =(0.0625+0.0417)/2=0.0521 221618 X =(X +X )/2 =0.042+0.054=0.094 232215 X =X +X =0.094=3.058 23 X 23 X j S S 总 3250 100 查和得： 2 表 3 表 t=0 时，=0.3 * I =0.3 (3250/115)=4.895 I3 t=3s时，=0.32 t=4s时，=0.32 * I * I I=0.32 (3250/115)=5.2213 Q3=t=3=81.78 Q4=t=X4=109.0

43、2 t I 2 5.221 2 t I 2 5.221 取 K=1.85 sh=K=12.8KA 2I =12.8=19.97KA im I 2 12(1) m IK 2 12 (1.85 1) 4.2.7 10KV 短路计算： =0.0625/2+0.042=0.0733 24615 X =X /2+X =0.0733=2.38 24 X 24 X j S S 总 3250 100 查和得： 2 表 3 表 t=0 时，=0.4 =0.4 (3250/10.5)=71.484 * I I3 t=4s时，=0.42 =0.42 3250/(10.5)=75 * I 4 I3 取 K=1.85

44、=K=187KA sh i 2I271.48 1.85 =187=291.75KA im I 2 12(1) m IK 2 12 (1.85 1) 分析：10KV 侧短路电流太大，必须限制短路电流，而一般规定 610KV 发电厂的 短路电流不超过 20KA 来考虑（出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力 出版社 P295） ，故我们要在变压器 10KV 侧出口处安装电抗器。 1、按正常工作电压和最大工作电流选择 CKS（Q）36/10 型电抗器。 根据所选电抗器可知 =0.873 * 2 % 1003 j L L j av n S xUn X UI 2 610100 10010.5

45、3 3.6 2、计算加了电抗器后的短路电流 =0.873+0.0733=0.946 24*615 X =+X /2+X L j X =0.1083=30.7 24 X 24 X j S S 总 3250 100 一般的，当3.45 时，可当做无限大容量电源考虑。 *C X 故 稳态短路电流标么值 =1.057 * * 1 Z C I X 1 0.946 稳态短路电流 1.057=5.81KA *j III 100 3 10.5 冲击短路电流 =2.55 5.81=14.8KA sh i 电抗器残余电压校验，按所选择的电抗器的计算残压不小于 60%，即 =6=9.680.6% remL NL I

46、 UX I 5.81 3.6 故所选电抗器符合要求。 加了电抗器后的短路电流计算结果统计资料： 表 4-1 0S 短路电流周期 分量 4S 短路电流周期 分量 短路点 编号 基准 电压 Uav (kV) 支路 计算 电抗 js X 标么 值 * I 有名值 (kA) I 标么 值 0.4* I 有名值 0.4 I (kA) 短路 电流 冲击值 sh I （kA） 公式 *N II 0.4*N II K 2I 1 K 2301.3650.756.1190.86.52716 2 K 115 238 0.34.8950.325.22112.8 3 K 10.5 0946 1.0575.811.057

47、5.8114.8 第五章第五章 母线的选择与效验母线的选择与效验 5.15.1 母线的选择母线的选择 发电厂和变电所的各级电压配电装置中，将发电机、变压器等大型电气设备与各 种电器之间连接的导线称为母线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。母线是构成 电气主接线的主要设备。 5.1.1 根据母线材料及截面种类的不同选择 1、母线按所使用的材料可分为铜母线、铝母线和钢母线。在含有腐蚀性气体或有 强烈振动的地区一般选用铜母线；在屋内和屋外配电装置中广泛使用铝母线；钢母线 仅用在高压小容量电路、工作电流不大于 200A 的低压电路、直流电路以及接地装置回 路中； 2、母线按截面形状分为矩形、圆形、槽形

48、和管形等。 （1）35KV 及其以下的屋内配电装置中常选用矩形截面母线；在 35KV 以上的户 外配电装置中，为防止产生电晕，大多采用圆形截面母线；当母线的工作电流很大， 每相需要三条以上的矩形母线才能满足要求时，一般采用槽形母线；管形母线一般用 在 35KV 以上的户外配电装置中； （2）母线截面的选择：配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流 选择，其余导体的截面一般按经济电流密度选择： 按导体长期发热允许电流选择。载流导体所在电路中最大持续工作电流 Ig.maxK yke I 式中 Iyke导体允许温度和基准环境条件下的长期允许电流； K综合校正系数（可查得 0.81） 3 表

49、 最大持续工作电流 .max 1.05 3 N g N p I U 220KV =1.05=0.5KA .maxg I 180 3220 110KV =1.05=0.995KA .maxg I 180 3 110 带电抗器的按电抗器的额定电流计算： 10KV =1.05=1.94KA .maxg I 36 0.89 3 10 导线允许电流的选择 220KV /2 = (0.50/0.81) /2=0.31KA yke I Ig.max K 110KV /2=(0.995/0.81) /2=0.615KA yke I Ig.max K 10KV /2=(1.94/0.81) /2=1.2KA y

50、ke I Ig.max K 按经济电流密度选择导线截面为： S=Ig.max/J 式中 S经济截面， 2 mm Ig.max正常工作时的最大持续工作电流 J经济电流密度，A/（查得 1） 2 mm 4 表 220KV S=Ig.max/J/2=250 2 mm 110KV S=Ig.max/J/2=500 2 mm 10KV S=Ig.max/J/2=600 2 mm 表 5-1 电压等级母线型号载流量（屋外） 几何均距（ m） 电阻（/ ）km 放置方式 220KV LGJQ300 690A 40.108垂直放置 110KV LJ500 980A 40.187垂直放置 10KV LJ625

51、1140A 40.17垂直放置 注：因母线为双回路所以它的最大持续电流和截面积由两条线承担，故除 2。 出自卢文鹏 吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P282 表 19-1 3 表 查卢文鹏 吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P287 图 19-2 4 表 表 5-1 出自杜文学 主编供用电工程 中国电力出版社 P399 附表-8 5.1.2 根据母线的布置方式的不同选择 1、以矩形截面母线为例，母线最为常见的布置方式可分为水平布置和垂直布置。 （1）水平布置：三相母线固定在支持绝缘子上，具有同一高度。各条母线之间既 可以竖放，也可以平放。竖放式水平布置的母线散热条件好

52、，母线的额定允许电流较 其他放置方式要大，但机械强度不是很好。对于载流量要求不大，但机械强度有较高 要求的场合可采用平放式水平布置的结构。 （2）垂直布置：垂直布置方式的特点是三相母线分层安装，这种布置方式不但散 热性强，而且机械强度和绝缘能力都很高，克服了水平布置存在的不足之处。然而垂 直布置增加了配电装置的高度，需要更大的投资。 2、槽形截面母线布置方式：与矩形母线是相似的，应当指出的是，槽形母线的每 相均由两条组成一个整体，构成所谓的双槽式，整个断面接近正方形，槽形母线均采 用竖放式，两条同相母线之间每隔一定距离，用焊接片进行连接，构成一个整体。这 种结构形式的母线其机械性能相当强，而且

53、能节约金属材料。 因我们所设计的变电站载流量大，固选用垂直布置。 5.25.2 母线的效验母线的效验 校验的方法：导体材料、类型和敷设方式；导体截面；电晕；热稳定； 动稳定；共振频率。这里我们考虑 5.2.1 热稳定校验 按正常电流选出导体截面后，还应按短路时热稳定进行校验。根据短路电流的热 效应、计及集肤效应，按热稳定决定的导体最小截面应满足的条件为： S/C k Q 式中 S所选导线的母线截面， 2 mm QK短路电流热效应，S 2 KA C与导体材料及发热温度有关的热稳定系数（在不同的工作温度 下，对于不同母线材料，C 值可查得 99） 5 表 220KV S/C=/99=0.131 k

54、 Q170.4 110KV S/C=/99=0.105 k Q109.0 10KV S/C=/99=0.117 k Q135.02 满足要求，故合格。 注：出自卢文鹏 、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P287 表 19-3 5 表 第六章第六章 主要电气设备的选择主要电气设备的选择 6.16.1 电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则 6.1.1 电气设备的选择的重要性 1、电气设备的选择是发电厂和变电所规划的主要内容之一，是工程上的具体应用。 正确的选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件； 2、在进行设备选择时，必须执行国家的有关技术经济政策，根据

55、工程实际情况， 在保证安全、可靠的前提下，做到技术先进、经济合理、运行方便和留有余地，选择 合适的电气设备。 6.1.2 电气设备的选择应满足以下原则 1、按正常工作条件选择： （1）额定电压和最高工作电压：导体和电气设备所在电网的运行电压常高于电网 的额定电压；所选电气设备和载流导体允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运 行电压； （2）额定电流：导体和电气设备的额定电流或载流导体的长期允许电流应不小于 该回路的最大持续工作电流； 2、选择导线时应尽是减少品种； 3、应与工程的建设标准协调一致，使新老型号一致； 4、应考虑远景发展； 5、按短路状态校验其动稳定和热稳定： （1）容量和接线：

56、按工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划；其 接线方式应采用可能发生最大短路电的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能并 列运行的接线方式； （2）短路的种类：一般按三相短路验算，若其他种类短路比三相短路严重时则应 按最严重情况验算； （3）计算短路点：应使所选的电气设备通过的短路电流是最大的那些点为短路计 算点； （4）短路计算时间：验算电气设备和 110KV 及其以上冲油电缆的热稳定时，一般 采用后备保护动作时间；当验算裸导线及 3-6KV 厂用馈线电缆短路热稳定时，一般采 用主保护动作时间； 6、必须在正常运行和短路时都能可靠地工作。 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备

57、中国电力出版社 P281-285 6.26.2 电气设备的选择电气设备的选择 6.2.1 高压断路器的选择 1、高压断路器的作用 （1）控制作用：在正常时，根据电网的需要，接通或断开电路的空载电流和负荷 电流； （2）保护作用：当电网发生故障时，高压断路器与继电保护装置及自动装置配合， 迅速、自动地切除故障电流，将故障部分从电网中断开，保证电网无故障部分的安全 运行。 2、对高压断路器的主要要求 （1）绝缘部分应能长期承受最大工作电压，还要能承受操作过电压和大气过电压； （2）在长期通过额定电流时，各部分的温度不得超过允许值； （3）分断时间要短，灭弧速度要快，这样当电网发生短路故障时可以缩短

58、切除故 障的时间，以减轻短路电流对电气设备的危害； （4）能快速自动重合闸； （5）额定开断电流要大于系统短路电流，以避免断路器在开断短路电流时引起爆 炸或扩大事故； 出自袁铮喻、张国良主编电气运行中国水利水电出版社 P1143、 3、高压断路器型式的选择 （1）高压断路器的分类： 油断路器：指采用变压器油作灭弧介质的断路器； 压缩空气断路器（简称空气断路器）：是指用空气做灭弧介质的断路器； 真空断路器：是指利用真空的高介质强度来灭弧的断路器； 六氟化硫断路器：是指用六氟化硫气体作为灭弧介质和绝缘介质。 4、真空断路器与六氟化硫断路器的比较 现在广泛使用的断路器为真空断路器和六氟化硫断路器，所

59、以我们重点对这两种 断路器进行比较。 （1）真空断路器 优点： 寿命长，适用于频繁操作。真空断路器的触头不氧化，烧损量小，满容量开断 数可达 30 次以上，而少油断路器满容量开断最多 3 次即需检修； 触头开距与行程小，仅为油断路器开距的 1/10 左右，这不仅减小了灭弧室体积， 而且大大减少了操动机构的合闸功，并且分合闸速度大，操作噪声及机械振动均小； 燃弧时间短，一般不超过 20ms，燃弧时间基本上不受分断电流大小和负载性 质的影响； 可以无油化，防火防爆； 体积小，重量轻，10KV 级重量约为少油断路器的一半； 检修间隔时间长、维护方便。 缺点： 真空灭弧室的真空度保持和有效的指示尚待改

60、进； 价格较昂贵； 容易产生危险的过电压。 出自卢文鹏、吴佩雄主编发电厂变电所电气设备中国电力出版社 P85 （2）六氟化硫断路器 优点： 灭弧室单断口耐压高（可达 400KV） ； 开断能力大，通流能力强； 电寿命长，检修间隔周期长； 开断性能优异； 无火灾危险，无噪声公害； 六氟化硫气体灭弧性能优越：散热性强，气体中电弧的弧柱细，弧压降也较小， 气体电负性能强。 缺点： 在不均匀电场中，气体的击穿电压下降大，因此，对断路器零部件加工要求高； 对断路器密封性能要求高，对水分与气体的检测与控制要求很严； 六氟化硫易液化，-40时，工作压力不得大于 0.35Mpa，-30时，工作压力 不 得大于