110kV终端变电站电气一次部分的设计

1、摘摘 要要 变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电气设备及配电 网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其 变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济 的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢 纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现 110kv 裕州变电站电气部分设计代电力系统、现代化工业生产和社会生 活的发展趋势。本次根据设计的要求，在设计的过程中，根据变 电站的地理环境、容量和各回路数确定变电站电气主接线和站用 电接线，并选择各变压器的型号；进行参数计算、画等值网络图， 并计算各电压等级侧的短路电流，列出短路电流结果表；计算回 路持

2、续工作电流、选择各种高压电气设备，并根据相关技术条件 和短路电流计算结果表校验各高压设备，从而完成了 110kv 终端 变电站电气一次部分的设计。 关键词：关键词：主接线 短路电流 电气设备 配电装置 abstractabstract the substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and the transmission and the distribution. it obtains the ele

3、ctric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. then transport the power to every place with safe, dependable, and economical. as an important part of powers transport and control, the transformer substation must change the mode of

4、 the traditional design and control, then can adapt to the modern electric power system, the development of modern industry and the of trend of the society life. according to the design request, in the design process, according to the transformer substation geographical environment, the capacity and

5、 various return routes number determined the transformer substation electricity host wiring and the station use electricity the wiring, and chooses various transformers the model; carries on the parameter computation, the picture equivalent network chart, and calculates various voltages rank side th

6、e short-circuit current, lists the short-circuit current result table; calculates the return route continually operating current, chooses each kind of high pressure electrical equipment, and verifies various high pressure unit according to the correlation engineering factor and the short-circuit cur

7、rent computed result table,thus completing the design of the substation. keykey words:words: main wiring short-circuit current electrical equipment power distribution equipment 目 录 目目 录录 .1 1 绪 论 .1 1.1 我国电力工业的发展概况.1 1.2 电力系统的概念.1 1.3 变电所类型.2 1.4 裕州变电所概述.2 2 电气主接线的设计 .4 2.1 电气主接线的设计原则和要求.4 2.1.1 电气主

8、接线的设计原则 .4 2.1.2 电气主接线的设计要求 .5 2.2 电气主接线设计.7 2.2.1 裕州变电所 110kv 侧设计 .7 2.2.2 变电所 10kv 侧设计 .9 2.2.3 变电所 35kv 侧设计 .11 2.3 负荷统计和主变压器的选择.13 2.3.1 负荷统计 .13 2.3.2 主变压器的选择 .16 2.3.2.1 主变压器的台数选择 .16 2.3.2.2 主变压器型式的选择 .16 2.3.3.3 主变压器容量的选择 .18 2.3.3.4 主变压器型号的选择 .18 2.4 站用接线及其变压器的选择.19 2.4.1 站用电接线 .19 2.4.2 站用

9、变压器选择的基本原则 .19 2.4.3 站用变压器型号的选择 .20 3 短路电流计算 .21 3.1 短路电流的基本概念.21 3.2 短路电流计算的规定.23 3.3 本次设计中短路电流的计算.23 4 电气设备的选择及校验 .28 4.1 电气设备选择和校验原则.28 4.1.1 电气设备选择原则 .28 4.1.2 校验原则 .28 4.2 高压断路器的选择.30 4.2.1 高压断路器的选择原则 .30 4.2.2 110kv 侧高压断路器的选择和校验 .31 4.2.3 35kv 侧高压断路器的选择和校验 .33 4.2.4 10kv 侧高压断路器的选择和校验 .34 4.3 隔

10、离开关的选择.36 4.3.1 隔离开关选择基本要求 .36 4.3.2 110kv 侧隔离开关的选择与效验 .36 4.3.3 10kv 侧隔离开关的选择 .38 4.4 各级电压母线、绝缘子和穿墙套管的选择.39 4.4.1 各级电压母线的选择 .39 4.4.2 绝缘子和穿墙套管的选择 .40 4.5 电压互感器和电流互感器的选择.40 4.5.1 电压互感器的选择 .40 4.5.2 电流互感器的选择 .42 4.6 电抗器的选择和高压熔断器的选择.43 4.7 各主要电气设备选择结果一览表.46 5 过电压保护设计 .47 5.1 过电压保护设计原则.47 5.2 直击雷过电压保护.

11、47 5.3 雷电入侵波的过电压保护.51 6 结束语 .56 致 谢 .57 参考文献 .58 附附 录录 .60 1 绪 论 1.1 我国电力工业的发展概况 我国具有丰富的能源资源。可开发利用的水能蕴藏量约为 3.78 亿 kw，居世界首位。解放前，全国总装机容量仅为 185 万 kw，年发电量 43 亿 kwh，居世界第 25 位。新中国成立后，我国的电力工业得到了 迅速发展，已经建立起了一套完整的、有相当规模的电力工业体系。到 2005 年底全国发电容量达到 5 亿 kw，发电量和装机容量均跃居世界第 2 位。电力系统的建设也取得了令人瞩目的成就，已建成以 500kv 电压 等级为主干

12、网架的 7 个跨省区域性的电力系统，并且以三峡水电站为核 心的全国性的电网已见雏形2。 1.2 电力系统的概念 由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费 系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括 锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、 变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换 成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由 于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、 输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成 一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡 2。 1.3

13、 变电所类型 变电站是电力系统中接受和分配电能并能变换电压的电气装置，它 是联系发电厂和电能用户的中间环节，同时通过变压器将各种电压的电 力网联系起来。根据变电所在电力系统中的地位和作用，可以分成以下 几类1 3。 1枢纽变电所 枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源，连接电力系统 高压和中压的几个部分，电压等级一般为 330500kv。 2中间变电所 中间变电所的电压等级一般为 220330kv，汇集 23 个电源和若 干线路，高压侧起交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，同时降 压对一个区域供电。 3地区变电所 地区变电所的电压等级一般为 110220kv，主要向一个地区用户 供电

14、。 4终端变电所 位于配电线路末端，接近负荷处，电压一般为 35110kv，经降压 后直接向用户供电。 1.4 裕州变电所概述 110kv 裕州变电站地处博望、广阳、赵河、柳河四乡交汇处，于 2002 年 7 月 25 日投入运行，是方城县第二座 110kv 变电站，占地面积 为 9.5 亩，我站现有主变压器 2 台，额定总容量 71.5mva，110kv 进出 线 4 回，35kv 出线 6 条，10kv 出线 8 条，10kv 静止无功补偿装置两套， 容量为 8400 千乏。110kv鸣裕线为站区供电主电源，通过备自投装置， 110kv 韶裕线与 110kv鸣裕线互为备用。110kv 韶裕

15、线、鸣裕线、 裕杏线、路裕线分别与南阳供电区的 220kv 韶华变、 鹿鸣变和 110kv 杏花变、皇路店变连接，35kv 及 10kv 设备主要供电区域为县城城西区、 博望、广阳、赵河、柳河、袁店、四里店、拐河七乡镇，更重要的是还 担负着 1000kv 特高压南阳开关站站用电和焦枝电气化铁路的可靠供电 任务。 本次设计的题目是关于 110kv 裕州变电所电气一次部分。它的设计 要求为主变压器型号的选择；主接线方案的的初步确定并进行方案的比 较确定最终方案；短路电流计算；根据短路电流计算的结果选择电气一 次设备；防雷保护的设计与配电装置的设计；最后绘制电气主接线图以 及配电装置图完成设计说明书

16、。110kv 终端变电站是电网建设和电网络 改造中非常重要技术环节，所以做好 110kv 终端变电站的设计是我国电 网建设的重要环节。 在目前的电网建设中，尤其是在 110kv 变电所的建设中，土地、资 金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无 线电干扰和噪声等环保问题、电能质量差等问题已成为影响高压输变电 工程建设成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展 战略。电力工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求，更需 要我们提高知识理解应用水平，认真对待。 2 电气主接线的设计 2.1 电气主接线的设计原则和要求 2.1.1 电气主接线的设计原则 1考虑变

17、电站在电力系统中的地位和作用3 变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电 站是枢纽变电站、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规模3 变电站主接线设计应根据 5-10 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及站连接电源数和出线回数。 3考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响 对一、二级负荷，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

18、、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。 4考虑主变台数对主接线的影响3 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，对供电可靠性高，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考虑备用量的有无和大小对主接线的影响3 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；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量

19、等，都直 接影响主接线的形式3。 2.1.2 电气主接线的设计要求 根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位， 变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。 并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于 过度或扩建等要求1 3。 1可靠性 所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电， 衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件 （包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计， 不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备 的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的

20、而是相对的， 一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠 的。评价主接线可靠性的标志如下： （1）断路器检修时是否影响供电； （2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时 间的长短，以及能否保证对重要用户的供电； （3）变电站全部停电的可能性。 2灵活性 主接线的灵活性有以下几方面的要求： （1）调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调 配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的 调度要求。 （2）检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备， 进行安全检修，且不影响对用户的供电。 （3）扩建方便。随着电力事业的发展

21、，往往需要对已经投运的变电 站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接 线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时， 无论一次和二次设备改造量最小。 4经济性 可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之 间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所 以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。 （1）投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次 设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设 备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备； 在终端或分支变电站中，应推广

22、采用直降式（110/610kv）变电站和 以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。 （2）年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、 日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选 择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。 （3）占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件， 以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可 的地方，都应采用三相变压器。 （4）在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发 挥经济效益。 2.2 电气主接线设计 2.2.1 裕州变电所 110kv 侧设计 110kv 进线为 4 回，本

23、站可考虑的接线单母线分段接线，双母线接 线。 方案 a 单母线分段接线，如图 2-1 所示。 图 2-1 单母线分段接线 方案 b 双母线接线，如图 2-2 所示。 方案 a 单母线分段接线方案的主要优缺点: (1)当母线发生故障时,仅故障母线停止工作,另一母线仍继续工作; (2)对双回路供电的重要用户,可将双回路分别接于不同母线分段 上,以保证对重要用户的供电; (3)一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电 源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户 停电； (4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； 图 2-2 双母线接线 (5)当出线为双回线路

24、时，会使架空线出现交叉跨越； (6)110kv 为高电压等级，一旦停电，影响下级电压等级供电， 其重要性较高。 方案 b 双母线接线的主要优缺点： (1)检修母线时，电源和出线可以继续工作，不会中断对用户的供 电； (2)检修任一母线隔离开关时，只需断开该回路； (3)工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电； (4)可利用母联开关代替出线开关； (5)便于扩建； (6)双母线接线设备较多，配电装置复杂，投资、占地面积较大, 运行中需要隔离开关切断电路,容易引起误操作； (7)经济性差。 因此采用单母线分段接线。 2.2.2 变电所 10kv 侧设计 方案 a10kv 接线方式如图 2-3

25、所示。 图 2-3 10kv 侧单母线分段接线 方案 b 单母线接线，如图 2-4 所示。 图 2-4 单母线接线 a 方案的主要优缺点： 1)接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建， 但可靠性和灵活性较差; 2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时；各回路必须在检修或 故障消除前的全部时间内停止工作； 3)出线开关检修时，该回路停止工作。 b 方案的主要优缺点： 1)母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作； 2)对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上， 以保证对重要用户的供电 3)当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电 源和

26、引出线，样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停 电； 4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； 5)当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。 本变电所 10kv 母线侧的馈线多，为了提高单母线接线供电的可靠 性和灵活性，在母线故障或检修时，不至于所有馈线全部停电，宜采用 单母线分段的接线。 对于重要的乡镇企业可采用双回路送电，分别接在 10kv 的 i 段和 ii 段上。经过经济和技术比较，淘汰了设备多、投资大、运行操作不 便的双母线接线和单母线分段带旁路母线的接线，正常运行时，分段断 路器在合闸状态。 2.2.3 变电所 35kv 侧设计 方案 a 单母线分段接线如图

27、2-5 所示。 图 2-5 35kv 侧单母线分段接线 方案 b 单母线接线如图 2-6 所示。 分析： a 方案的主要优缺点： (1)接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建， 但可靠性和灵活性较差; 图 2-6 单母线接线 (2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，各回路必须在检修 或故障消除前的全部时间内停止工作； (3)出线开关检修时，该回路停止工作。 b 方案的主要优缺点： (1)当母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工 作； (2)对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段 上，以保证对重要用户的供电； (3)当一段母线发生故障或检修时，必

28、须断开在该段母线上的全部 电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用 户停电； (4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； (5)当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。 本变电所 35kv 母线侧的馈线多，为了提高单母线接线供电的可靠 性和灵活性，在母线故障或检修时，不至于所有馈线全部停电，宜采用 单母线分段的接线。 2.3 负荷统计和主变压器的选择 2.3.1 负荷统计 要选择主变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。 首先必须要计算各侧的负荷，包括 10kv 负荷、35kv 负荷。 由公式 （2-1） %1 cos 1 n i tc p ks 式

29、中 某电压等级的计算负荷 sc 同时系数（35kv 取 0.9、10kv 取 0.85） kt %该电压等级电网的线损率，一般取 5% p、cos各用户的负荷和功率因数 负荷数据如表 2-1 和 2-2 所示。 表 2-1 35kv 段负荷数据 负荷组成 （%）电压 等级 负荷名 称 最大负荷 mva 一 级 二 级 三 级 功率因 数 tmax (h) 线 长 km 裕 t 线 5.0 40%30%0.920 裕柳线 2.040%30%0.920 裕博线 2.720%30%0.920 裕特线 2.720%.0.910 裕阳线 35kv 裕站用 一 表 2-2 6kv 段负荷数据 负荷组成 （

30、%）电压 等级 负荷名称最大 负荷 mva 一 级 二 级 三 级 功率因 数 tmax (h) 线长 km 裕庹线 3.340%20%0.8550015 裕广一线 3.340%20%0.8550012 裕广二线 2.720%0.755 裕大线 1.3530%30%0.7550008 裕寨线 1.3530%30%0.840003.5 裕袁线 1.3520%30%0.72450022 裕站用二 裕备一 6kv 裕备二 35kv 的负荷计算： （2-2） .max 35 ()(1%) cos i t p sk =0.95*5.0+2.0+2.7+2.7/0.9*1.05=13.74mva 6kv

31、的负荷计算： （2-3） .max 6 ()(1%) cos i t p sk =0.85*(3.3+3.3+1.35)/0.8+(2.7+1.35)/0.75+1.35/0.72*1.05 =15.36mva 总的计算负荷： s=13.74+15.36=29.10mva 2.3.2 主变压器的选择 在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负 着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是 变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供 电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有 明显的经济意义。 2.3.2.1 主变压器的台

32、数选择 为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源 或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一 台。本设计变电站有 四回电源进线， 且还担负着 1000kv 特高压南阳 开关站站用电和焦枝电气化铁路的可靠供电任务，故选择两台主变压 器3。 2.3.2.2 主变压器型式的选择 1相数的确定 在 330kv 及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台 三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小， 同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条 件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也 可选用单相变压器。

33、 2绕组数的确定 在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均 达到变压器额定容量的 15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该 侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。 3绕组连接方式的确定 变压器绕组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接和角接，高、中、低三侧绕组如 何组合要根据具体工程来确定。我国 110kv 及以上电压，变压器绕组都 采用星接，35kv 也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kv 及 以下电压，变压器绕组都采用角接。 4结构型式的选择 三绕组变压器在结构上有两种基本型式。 （1）升压型。升压型的绕组排

34、列为：铁芯中压绕组低压绕组 高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。 （2）降压型。降压型的绕组排列为：铁芯低压绕组中压绕组 高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。 （3）应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器， 如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如 果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。 5调压方式的确定 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其 变比来实现。无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能 调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达 30%，

35、且分接头可带负荷 调节，但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能 保证同步工作。根据变电所变压器配置，应选用有载调压变压器。 2.3.3.3 主变压器容量的选择 变电站主变压器容量一般按建站后 510 年的规划负荷考虑，并按 其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷的 max s 50%70%（35110kv 变电站为 60%） ，或全部重要负荷（当、类负荷 超过上述比例时）选择。 2.3.3.4 主变压器型号的选择 根据以上计算结果，查文献4中变压器选择表，选择变压器型号 如下： 1#主变型号：sfsz931500110 接线方式：y0/-11 因为担负着 1000kv

36、特高压南阳开关站站用电和焦枝电气化铁路的 可靠供电任务，所以选#2 主变型号：sfsz940000110 主变型号及其参数如表 2-1 所示。 表 2-3 主变型号及其参数 运行编号型 式 出厂 日期 额定容量 （kva） 额定电压 （kv） 接线组别厂 家 裕#1主变 sfsz9- 31500/110 2001 .12 31500/31500/3 1500 1108x1.25%/ 38.52x2.5%/1 0.5 ynynod11 青岛青波变压器股 份有限公司 裕#2主变 sfsz9- 40000/110 2009 .11 40000110ynyno d11 沈阳电力压器厂 2.4 站用接线

37、及其变压器的选择 2.4.1 站用电接线 变电站的站用电负荷一般较小，主要有变压器冷却装置、直流系统 中的充放电装置和硅整流设备、检修工具及通讯、照明、供水、采暖等。 这些负荷容量不太大，因此，变电站的站用电压只需 0.4kv，采取动力 与照明混合供电方式。 所用电变压器的台数 方案一. 装设一台所用变压器，这样节省投资，但可靠性差，当站 用变压器所接母线故障或检修时，所用电将停电，造成所内所用电负荷 失去电源，影响所内电气设备的正常运行。 方案二. 装设两台所用变压器，虽然增加了投资，但可靠性提高了。 将两台两台所用变压器分别接在 35kv、10kv 的两段母线上，当任一母 线停电时，都有一

38、台所用变压器供电。 经过以上比较，本变电所采用方案二，用两台所用变压器分别接在 35kv、10kv 的两段母线上。 2.4.2 站用变压器选择的基本原则 站用变压器根据以下原则选择3： 1变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电 压相适应； 2阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷 正常波动范围内，站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的；%5 . 0 3变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功 率。 2.4.3 站用变压器型号的选择 根据 2.3.4 中变电站用电负荷计算结果，查文献4中变压器选择 表，选择站用变压器型号如下： 型号：sc98035

39、、sc910010； 接线方式：y/ y0-12 数量：2（台） 站用变压器型号如表 2-2 所示。 表 2-4 站用变型号及其参数 损耗(kw) 额定电压 (kv) 型 号 额定容 量 (kva) 高 压 侧 低 压 侧 连接组 空载短路 阻抗电 压(%) 空载电 流(%) sc9803563350.4 y/ y0- 12 0.261.444.6 sc91001 0 100100.3 3 短路电流计算 3.1 短路电流的基本概念 在供电系统中，出现次数比较多的严重故障是短路。供配电系统中 的短路，是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电 气连接。 短路的原因和种类： 产生短路的

40、主要原因是电气设备截流部分绝缘损坏所致。绝缘损坏是 由于绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。其它如操作人员带负荷拉闸 或者检修后未拆除接地线就送电等误操作；鸟兽在裸露的截流部分上跨 越以及风雪等自然现象也能引起短路。 在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、 两相接地短路和单相接地短路等。第一种短路称为对称短路，后三种通 称为不对称短路。一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都可 以归纳为对称短路的计算。 就上述几种短路故障而言，出现单相短路故障的几率最大，三相短 路故障的几率最小。但在配电系统中，三相短路的后果最为严重，因而 以此验算电器设备的能力。 计算短路电流的意义

41、： 短路是电力系统中常发生的故障，短路电流会直接影响电器的安全， 危害电力系统的安全运行，假如短路电流较大，为了使电器能承受短路 电流的冲击，往往需要选择重型电器。这不仅会增加投资，甚至会因开 断电流不满足而选择不到合适的高压电器，为了能合理选择轻型电器， 在主接线设计时，应考虑限制 的措施，进而需要计算 。 短路电流计算是选择和检验电气设备的前提和基础，也是载流导体 选择和二次设备保护的基础。为了使所选电器具有足够的可靠性、经济 性、灵活性并在一定的时期内满足电力系统发展的需要，应对不同点的 短路电流进行校验。 进行短路计算的基本假设： 供电系统短路的物理过程是很复杂的，影响因素很多。为了简

42、化分 析和计算，采取一些合理的假设以满足工程计算的要求。通常采取以下 基本假设： 1、忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的各元件参数为恒定。 2、忽略各元件的电阻。高压电网的各种电气元件，其电阻一般都 比电抗小得多。在计算短路电流时，即使 r=0.33x，略去电阻所求得的 短路电流仅增大 5%，这在工程上是允许的。但电缆线路或小截面架空 线路当 r 大于 0.33x，电阻不能忽略。此外，在计算暂态过程的时间常 数时，电阻不能忽略。 3、忽略短路点的过渡电阻。过渡电阻是指相与相之间短接所经过 的电阻，如被外来物体短接时，外来物的电阻、接地短路的接地电阻、 电弧短路的电弧电阻等。一般情况下，都以

43、金属性短路对待，只是在某 些继电保护的计算中才考虑过渡电阻。 4、除不对称故障处出现局部不对称外，实际的电力系统通常都可 以当做三相对称。 以上各点的假设，根据它们各自的适用条件，所以要具体问题具体 分析。 3.2 短路电流计算的规定 验算导体的稳定性和电器的动稳定热稳定以及电器开断电流的能力， 应按本设计的设计规划容量来计算，并考虑到电力系统的 5-10 发展规 划（一般应按本工程的建成之后的 5-10 年）。在确定短路电流时应按 可能发生的短路电流的正常接线方式，而不应按照仅在切换时过程中的 可能的并列运行方式的接线方式。 选择导体和电器时所用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具 有反

44、馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。选择 导体和电器时，对不带电抗的回路的计算短路点，应选择在正常接线方 式时短路电流最大的地点，对带电抗器 610kv 出线与厂用分支回路， 除其母线与隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电 抗器之前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。 导体和电器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短 路验算。若发电机的出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压 器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况 计算。 3.3 本次设计中短路电流的计算 各回路电抗的计算 计算各回路电抗：（取基准功率， ）

45、 100 d smva dar uu 系统 k1k2 110kv 35kv 10kv k3 x2 x5 x4 x1 x3 根据前面所选变压器各参数得： 2121323 11 % 2100 d kkk n s xuuu s = 11001 10.5186.5 250100 =0.22 (3-1) 3122313 11 % 2100 d kkk n s xuuu s = 11001 10.56.5 18 250100 = （3-2） 0.010 4132312 11 % 2100 d kkk n s xuuu s = 11001 186.5 10.5 250100 图 5-1 短路计算图 =0.1

46、4 (3-3) 计算各短路点的短路电流 在配电系统中，当发生三相短路时，后果最严重。因而以此验算电 器设备的能力。 在高压电路发生三相短路时，一般可取 ksh1.8，因此 ish2.55 i ish1.51 i 1点短路时，对于 110kv 系统电源（无穷大容量） ，如图 5-2 1 k 所示。 k1 系统 x1 110kv 图 5-2 k1 点短路时网络简化图 短路电流有名值为： （3-5） 3 1 1 11100 6.73 0.0753 115 kd iika x 冲击电流： （3-6） 1 1.521.526.7310.23 sh iika 短路容量： （3-7）3 115 6.7313

47、40.48 k mva s 2.点短路时，如图 5-3 所示。 2 k k2 x2x1x3 110kv 35kv 图 5-3 k2 点短路时网络简化图 系统 短路电流有名值为: （3-8） 3 2 123 11100 5.1 0.0750.2203 38.5 kd iika xxx 冲击电流： （3-9） 2 2.552.55 5.113.005 sh iika （3-10） 2 1.521.52 5.17.752 sh iika 短路容量： （3-11） 3 37 5.1326.82 k mva s 3.点短路时，如图 5-4 所示。 3 k k3 系统 x2x1x4 110kv 10kv

48、x5 图 5-4 k3 点短路时网络简化图 短路电流有名值: （3-10） 3 3 1245 1 1100 0.0750.220.140.6636.3 8.41 kd ii xxxx ka 冲击电流： （3-11） 3 2.552.55 8.4121.45 sh iika （3-12） 3 1.521.52 8.4112.78 sh iika 短路容量： （3-13） 3 10.5 8.41152.944 k mva s 4 电气设备的选择及校验 4.1 电气设备选择和校验原则 4.1.1 电气设备选择原则 由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择 校验项目和方法也都完全不相

49、同。但是，电气设备和载留导体在正常运 行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 电气设备选择的一般原则为： (1)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。 (2)应满足安装地点和当地环境条件校核。 (3)应力求技术先进和经济合理。 (4)同类设备应尽量减少品种。 (5)与整个工程的建设标准协调一致。 (6)选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特 殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。 4.1.2 校验原则 技术条件： 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 情况下保持正常运行。 (1)电压 选用的电器允许最

50、高工作电压 umax 不得低于该回路的最高运行电 压 ug,即 umaxug (2)电流 选用的电器额定电流 ie不得低于 所在回路在各种可能运行方式下 的持续工作电流 ig ， 即 ieig电气设备校验的一般原则 1)电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验， 校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。 2）用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 3）短路的热稳定条件： （4-1）qd irt 2 qdt在计算时间 ts 内，短路电流的热效应（ka2s） itt 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（ka2s） t设备允许通过的热稳定电流时间（s） 校验短路热稳定所用的计算时间 ts

51、 按下式计算 t=td+tkd式中 td继电保护装置动作时间内（s） tkd断路的全分闸时间（s） 4)动稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。 满足动稳定的条件是： （4-2） ii dwch iidwch 上式中 短路冲击电流幅值及其有效值 ichich 允许通过动稳定电流的幅值和有效值 idwidw 5）绝缘水平 在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口 的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来 确定。 由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也 较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。 高压电器没

52、有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足 各种可能方式下回路持续工作电流的要求。 4.2 高压断路器的选择 4.2.1 高压断路器的选择原则 高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最 重要的电器设备。本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能 采用同一型号断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。 选择断路器时应满足以下基本要求： （1）在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使 通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。 （2）在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。 （3）应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。 （4）应有尽可能长的机械寿

53、命和电气寿命，并要求结构简单、体 积小、重量轻、安装维护方便。 考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化 目标，且由于 sf6 断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路 器。故在 110kv 侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、 不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全 问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操 作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功 小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介 质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。 因而被大量使

54、用于 35kv 及以下的电压等级中。所以，35kv 侧和 10kv 侧采用真空断路器。 4.2.2 110kv 侧高压断路器的选择和校验 4.2.2.1 110kv 侧高压断路器的选择 根据断路器安装在户外，且断路器的额定电压 ,所以110 e ukv 可选择的断路器为六氟化硫断路器，型号为型号为 lw25-126，其主要 参数如表 4-1 所示。 表 4-1 lw25-126 主要参数 型号额定 电压 （kv） 额定 电流 （a） 额定开 断电流 （ka） 动稳定 电流 （ka） 4s 热 稳定电 流 （ka） 固有 分闸 时间 合 闸 时 间 lw25-12612620004080400.

55、150.12 lw25-12612631504080400.150.12 4.2.2.2 110kv 侧高压断路器的效验 通过断路器的最大持续电流为: （4-3）534.10 1153 0.129 5.01max i 由以上参数，断路器额定电流大于最大持续电流，满足要求。 （1）动稳定性校验： 选择动稳定性校验电流时，需选择最大的短路电流，所以选择三相 短路电流进行校验。依据电流大小，断流能力满足要求。所选断路器的 额定关合电流，即动稳定电流 80ka，流过断路器的冲击电流 17.162ka 所以所选断路器的短路关合电流满足要求，因而动稳定也满足要求。 （2）热稳定校验： 设后备保护动作时间为

56、 1.9s，所选断路器的分闸时间为 0.15s，选 择熄弧时间为 0.03s，则短路持续电流时间: （4-4）1.90.150.032.08ts （3）短路热效应： （4-5） 222 6.732.0894.2. k qi tka s 所选断路器允许的热效应: （4-6） 222 4046400.i tka s 即，热稳定也满足要求，以上各种参数校验均满足要求， 2 故选择 lw25-126 断路器。 4.2.3 35kv 侧高压断路器的选择和校验 4.2.3.1 35kv 侧断路器的选择 该侧的断路器要满足的基本要求： (1)户外型断路器； (2)断路器的额定电压要大于等于 35kv； (3

57、)断路器的额定电流要大于通过断路器的最大持续电流 : （4-7）163.20 3.538 4.713 5.01max i 选择的断路器型号为 zn23a-35，其基本参数如表 4-2 所示。 表 4-2 zn23-35 主要参数 型号额定 电压 （kv） 额定 电流 （a） 额定开 断电流 （ka） 动稳定电流 （ka） 固有分 闸时间 合闸 时间 zn23a-3535160025630.150.12 4.2.3.2 35kv 侧断路器的效验 zn23a-35 的额定开断电流大于断路电流 5.1ka，所以断流能力满足 要求。 （1）动稳定性校验： 断路器的动稳定电流是 63kv，流过断路器冲击

58、电流 13.005kv，所 以所选断路器的短路关合电流满足要求，因而动稳定也满足要求。 （2）热稳定性校验： 设后备保护动作时间为 1.9s，所选断路器的分闸时间为 0.15s，选 择熄弧时间为 0.03s，则短路持续电流时间: （4-8）1.90.150.032.08ts （3）短路热效应： （4-9） 222 5.12.0854.1. k qi tka s 所选断路器允许的热效应: （4-10）s2500425t 222 kai 即比较大小，热稳定也满足要求，以上各种参数校验均满足要求， 故选择 zn23a-35 断路器。 4.2.4 10kv 侧高压断路器的选择和校验 4.2.4.1 1

59、0kv侧高压断路器的选择 该侧断路器满足的基本要求： （1）户外型断路器； （2）选择的断路器的额定电压；kvu6 e （3）额定电流大于通过断路器的最大持续电流。 （4-11）780.41 3.36 6.315 5.01max i 所以10kv段选择的断路器型号为zn28a-10，vbg-12p。其基本参数 如表4-3所示。 表 4-3 zn28a-10 主要参数 型号额定 电压 （kv） 额定 电流 （a） 额定开 断电流 （ka） 动稳定 电流 （ka） 4s 热稳 定电流 （ka） 固有分 闸时间 合闸 时间 zn28a-1010125031.54031.50.150.12 vbg-1

60、2p121250 4.2.4.2 10kv 侧高压断路器的效验 通过断路器的短路电流，所选断路器的额定开断电8.41 k ika 流为 31.5ka，故断流能力满足要求。 (1)动稳定性校验： 动稳定电流为 40kv，流过断路器的冲击电流为 21.45ka，所以所选 断路器的短路关合电流满足要求，因而动稳定也满足要求。 (2)热稳定性校验： 设后备保护动作时间为 1.9s，所选断路器的分闸时间为 0.15s，选 择熄弧时间为 0.03s，则短路持续电流时间: （4-12）1.90.150.032.08ts (3)短路热效应： （4-13） 222 8.412.08147.11. k qi tk