35KV变电站微机综保系统设计毕业设计

1、河北联合大学轻工学院 qinggong college, hebei united university 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计（论文）题目：设计（论文）题目：35kv 变电站微机综保系统设计变电站微机综保系统设计 学生姓名：学生姓名： 学学 号号：200915390514 专业班级：专业班级：09q 电气电气 5 班班 学学 部：信息科学与技术部部：信息科学与技术部 指导教师：指导教师： 2013 年 03 月 17 日 摘 要 -i- 摘 要 变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经 济运行，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。微机

2、综保又称微机综合保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的一种经济 型保护；它采用了国际先进的 dsp 和表面贴装技术及灵活的现场总线（can）技 术，满足变电站不同电压等级的要求，实现了变电站的协调化、数字式及智能 化。 本次设计为 35kv 变电站微机综保系统初步设计，首先，根据 35kv 变电站 基础数据进行电力负荷计算，其次按照经济可靠、运行灵活的要求完成主接线 的设计，对电气设备变压器、隔离开关、高压断路器等的选型，然后对综保设 备进行选型，最后完成综保系统功能的确定和接线原理设计。 关键词 电力系统；变电站；变压器；微机综保 abstract -ii- abstract tran

3、sformer substation is an important component of the system, it will directly affect the power system security and economic operation of power plants are linked and users of intermediate links, transformation and distribution of power plays a role. microcomputer comprehensive security,also known as c

4、omputer integrated protection device is used for measurement,control,protection,communications integration, an economical protection. it adopts the international advanced dsp and surface mount technology and flexible can technology to meet the requirements of different voltage levels electricity sub

5、station, transformer substation achieve harmonization , digital and intelligent. the design of preliminary design is the microcomputer comprehensive security about 35kv transformer substation. first, date the electrical load calculations according to 35kv transformer substation.second, according to

6、the economic and reliable operation of flexible wiring required to complete the design of the main, selection of electrical equipment transformers, isolation switch, high voltage circuit breakers and microcomputer comprehensive security. finalized comprehensive security system functions to identify

7、and wiring schematic design. keywords power systems; transformer substation; transformer; microcomputer comprehensive security 目 录 -iii- 目 录 摘 要.i abstract.ii 第 1 章 绪论.1 1.1 我国变电站及微机综保发展概述.1 1.1.1 我国电力及变电站发展近况.1 1.1.2 我国微机综保发展状况.1 1.2 变电站情况简介.1 1.3 本次设计的目的和意义.2 第 2 章 电力负荷的计算.3 2.1 负荷计算的必要性.3 2.2 负荷计

8、算方法.3 2.3 短路电流的计算.9 2.4 功率因数的补偿.13 第 3 章 主接线的设计.15 3.1 主接线设计要求.15 3.2 主接线设计的种类和特点.15 3.2 变电站主接线设计.19 第 4 章 电气设备的选型.21 4.1 变压器的选型.21 4.1.1 变压器台数的选择.21 4.1.2 变压器容量的选择.21 4.1.3 方案选择.22 4.2 隔离开关的选型.23 4.3 高压断路器的选型.24 4.4 电流互感器的选型.25 4.5 电压互感器的选型.26 4.5 高压断路器的选型.26 第 5 章 微机综保的选型.27 5.1 变电站技术要求.27 5.1.1 主

9、题内容.27 5.1.2 适用范围.27 5.1.3 技术要求.27 5.2 微机综保的总体设计.29 5.2.1 综保系统结构与配置.30 5.2.2 综保系统技术设计方案.31 5.3 微机综保的选型.37 5.3.1 asl-511/512 装置概述.37 5.3.2 asl-511/512 技术数据.39 第 6 章 微机综保系统功能.41 目 录 -iv- 6.1 主要功能数据.41 6.2 主要结构.42 6.3 操作说明.42 结 论.49 参考文献.50 谢 辞.51 附 录.52 第 1 章 绪论 -1- 第 1 章 绪论 1.1 我国变电站及微机综保发展概述 1.1.1 我

10、国电力及变电站发展近况 电力是国民经济发展的动力,国民经济的持续、快速、稳定发展需要有足够 的电力能源作保障。进入新世纪以来,我国经济进入新的高速增长时期,电力工 业的发展面临着空前的机遇。随着电力体制改革的不断深化和多元投资主体的 形成，从今年到 2012 年，每年投产装机容量都将达到 5000 万千瓦左右。继今 年全国发电装机容量突破 4 亿千瓦和水电装机容量 1 亿千瓦之后，电力工业将 很快实现新的跨越，预计到 2015 年全国发电装机将达到 6.5 亿千瓦，到 2020 年达到 9.5 亿到 10 亿千瓦。因而，越来越多变电站的新建及运行就迫在眉睫。 变电站是联系发电厂和用户的中间环节

11、，起着变换和分配电能的作用。变 电站在配电网中具有十分重要的地位。它既是变压器侧配电网中的负荷，又是 下一级配电网的电源。 1.1.2 我国微机综保发展状况 微机综保又称微机综合保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的 一种经济型保护；针对配网终端高压配电室量身定做，以三段式无方向电流保 护为核心，配备电网参数的监视及采集功能，可省掉传统的电流表、电压表、 功率表、频率表、电度表等，并可通过通讯口将测量数据及保护信息远传上位 机，方便实现配网自动化；装置根据配网供电的特性在装置内集成了备用电源 自投功能，可灵活实现进线备投及母分备投功能。 微机综保与测控装置采用了国际先进的 dsp 和表面

12、贴装技术及灵活的现场 总线（can）技术，满足变电站不同电压等级的要求，实现了变电站的协调化、 数字式及智能化。此系列产品可完成变电站的保护、测量、控制、调节、信号、 故障录波、电度采集、小电流接地选线、低周减载等功能，使产品的技术要求、 功能、内部接线更加规范化。产品采用分布式保护测控装置，可集中组屏或分 散安装，也可根据用户需要任意改变配置，以满足不同方案要求。 1.2 变电站情况简介 随着国民经济的持续发展，能源是国家前进的灵魂与动力，其中电能又是 河北联合大学轻工学院 -2- 企业与人们生活中不可或缺的一种能源，经济与人们物质生活水平的提高使得 对电能的需要达到了前所未有的高度，这样以

13、来为了保证各大企业的及家庭生 活的可靠，安全用电，地区近年来新建成了很多变电站，而地区建成一所新型 35kv 变电站的需要也是刻不容缓。所以变电站的建设是必要的。 1.3 本次设计的目的和意义 本次设计为 35kv 变电站的微机综合保护系统设计，具体内容有根据变电 覆盖系统计算电站负荷；按运行安全、投资经济的原则选择电站的主接线方式； 通过负荷计算、短路计算选择供、配电设备；设计电站设备的二次回路微机控 制、综合保护系统。 本次设计为实际工程设计，题目来源于实际现场。通过本次设计能使我学 习到实际工程设计中所需要的资料搜集及分析能力，工程综合读图、制图能力， 初步的工程设计能力，初步的程序编程

14、能力，综合运用能力和独立的工作能力。 第 2 章 电力负荷的计算 -3- 第 2 章 电力负荷的计算 2.1 负荷计算的必要性 为一个企业或用户供电,首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容 量变压器等问题,这就需要进行负荷的统计和计算，为正确地选择变压器容量与 无功补偿装置，选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数。 2.2 负荷计算方法 进行电力负荷计算主要目的就是为了正确选择变压器容量、各种电器设备 的型号规格及供电网络所用的导线。 供电设计常采用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系 数法和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷均 适

15、用，且计算结果基本上符合实际，尤其对各用电设备容量相差较小且用电设 备数量较多的用电设备组，因此，这种计算方法采用最广泛。二项系数法主要 适用于各用电设备容量相差大的场合，如机械加工企业，煤矿井下综合机械化 采煤工作面等。利用系数法以平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出最 大负荷与平均负荷的关系，这种计算方法目前积累的实用数据不多，且计算步 骤较为繁琐，故工程应用较少。单位产品电耗法常用于方案设计。 以二轧为例。 以下为所计算的供电系统的电力负荷计算图。 a b 主风机 d d c d d d 辊边架 风机水泵 起重机 车 床 照 明 图 2-1 供电系统电力负荷计算图 分析可知：此系统中

16、负荷可分为三种： 河北联合大学轻工学院 -4- 风机水泵：主风机水持续运行，其 pe为铭牌上规格的额定功率。 辊边架、起重机、车床：为反复短时工作制，其 pepn 。 （其25/e 中 25为其值为 25%的负荷持续率。 ） 照明设备：pe为设备上标定的额定功率。 计算步骤： 各用电组的计算负荷：（图 2-1 中 b、d 点） kdp30/pe kd：该设备组的需用系数（查表） q30tgp30 pe ：该设备组额定容量总和 un：设备组额定电压 2 30 2 3030 qps i30s30/(un)3 注：其中上式的 p30、q30、s30分别为有功计算负荷、无功计算负荷和视在计 算负荷。

17、对低压母线的计算负荷的确定：（图 2-1 中 c 点） p30(c)kpp30(d) q30(c)kqq30(d) s30(c)p30(c)+q30(c) 注：kp及 kq为有功功率及无功功率的参差系数。 （查表） 确定变压器的有功损耗及无功损耗： 变压器的有功损耗及无功损耗可根据 s30近似计算： pb0.012s30 （kw） qb0.06s30 （kvar） 注：s30的单位为千伏安（kva） 高压母线上计算负荷的确定：（图 2-1 中 a 点） p30(a)p30(b)p30(c)pb q30(a)q30(b)q30(c)qb 将各组设备的数据通过上述公式进行负荷计算。 以下为详细的计

18、算过程： 低压设备的计算（图 2-1 中 d 点） 辊道架 pe976.5kw， kx0.65， cos0.75， tg0.88 p30kxpe0.65976.5634.73（kw） 第 2 章 电力负荷的计算 -5- q30tgp300.88634.73558.56（kvar） 845.5（kva） 2 30 2 3030 qps 22 56.558634.73 风机水泵 pe760kw， kx0.75， cos0.8， tg0.75 p30kxpe0.75760570（kw） q30tgp300.75570427.5（kvar） 712.5（kva） 2 30 2 3030 qps 22

19、427.5570 起重机 pe820kw， kx0.25， cos0. 5， tg1.73 p30kxpe0.25820205（kw） q30tgp301.73205354.65（kvar） 车床 pe370kw， kx0.14， cos0.6， tg1.33 p30kxpe0.1437051.8（kw） q30tgp301.3351.868.9（kvar） 86.2（kva） 2 30 2 3030 qps 22 9 . 6851.8 照明 pe150kw p30pe150kw q300 低压总计 p30634.7357020551.81501611.53（kw） q30558.56427.

20、5354.6568.91409.61（kvar） 2141.03（kva） 2 30 2 3030 qps 22 6 . 14091611.5 低压母线计算负荷（图 2-1 中 c 点） kp0.9 kq0.97 p30(c)0.9p300.91611.51450.38（kw） q30(c)0.97q300.971409.611367.32（kvar） s30(c)1993.28（kva） 22 3 . 13671450.38 确定变压器有功损耗和无功损耗 pb0.015s30(c)0.0151993.2829.9（kw） 河北联合大学轻工学院 -6- qb0.06s30(c)0.061993

21、.28119.6（kvar） 主风机 （图 2-1 中 b 点） pe7600kw， kx0.75， cos0.8， tg0.75 p30(b)kxpe0.7576005700（kw） q30(b)tgp300.7557004275（kvar） s30(b)7125（kva） 22 42755700 总计：p30(a)p30(b) p30(c)pb 1450.38570029.9 7180.28（kw） q30(a)q30(b) q30(c)qb 1367.324275119.6 5761.92（kvar） s30(a)9206.31（kva） 22 92.57617180.28 其他单位的计

22、算方法及公式同二轧一样，略去计算步骤，结果列于下表中： 表 2-1 二轧设备选型计算 需用系数计算负荷用电设备设备容量 kwkd costg p30q30s30 辊边架976.50.650.750.88634.73558.56845.5 风机水泵7600.750.80.75570427.5712.5 起重机8200.250.51.73205354.65 车 床3700.140.61.3351.868.986.2 照 明150150 低压总计1611.531409.612141.03 主风机76000.750.80.75570042757125 0.9 有功1450.38参差系数 0.97 无功

23、1367.32 1993.28 1.5%有功29.9变 损 6%无功119.6 二 轧 总计7180.285761.929206.31 第 2 章 电力负荷的计算 -7- 表 2-2 能源部设备选型计算 需用系数计算负荷用电设备设备容量 kwkd costg p30q30s30 深井加压泵5700.750.80.75427.5320.63534.37 照明300300 低压总计727.5320.65 高压风机水泵8000.750.80.75600450750 0.9 有功654.75参差系数 0.97 无功311.01 724.86 1.5%有功10.87变损 6%无功43.49 能 源 部

24、总计1265.6804.51499.7 表 2-3 氧气厂设备选型计算 需用系数计算负荷用电设备设备容量 kwkd costg p30q30s30 水泵风机8070.750.80.75605.25453.94756.56 照明200200 低压总计805.25453.94924.39 高压氧机12000.750.80.759006751125 0.9 有功724.73参差系数 0.97 无功440.32 848 1.5%有功12.72变损 6%无功50.88 氧 气 厂 总计1637.451166.22010.29 表 2-4 一轧设备选型计算 需用系数计算负荷用电设备设备容量 kwkd co

25、stg p30q30s30 辊边架976.50.650.750.88654.73558.56845.5 风机水泵6750.750.80.75506.25379.69632.8 河北联合大学轻工学院 -8- 起重机7500.250.51.73187.5324.4 车 床3600.140.61.3350.467.0383.86 照 明150150 低压总计1548.881329.682026.4 主风机63200.750.80.75474035555925 0.9 有功1375.99参差系数 0.97 无功1289.79 1885.98 1.5%有功28.29变 损 6%无功113.16 一 轧

26、总计6144.284957.957895.15 表 2-5 铸造厂设备选型计算 需用系数计算负荷用电设备设备容量 kwkd costg p30q30s30 电炉辅机3720.850.850.62316.2196.04392.04 风机水泵8780.750.80.75658.5493.88823.12 起重机932050.250.51.73233.13403.31 车 床2050.140.61.3328.738.1747.76 照 明150150 低压总计2361.231131.42618.3 电炉变压器57603571.26777.25 0.9 有功2125.1参差系数 0.97 无功1097

27、.48 2391.76 1.5%有功35.88变 损 6%无功143.51 铸 造 厂 总计7920.984812.199268.17 表 2-6 一炼设备选型计算 需用系数计算负荷用电设备设备容量 kwkd costg p30q30s30 转炉侧动机20750.250.51.73518.75897.441036.58 第 2 章 电力负荷的计算 -9- 通风水泵7600.750.80.75570427.5712.5 起重机4500.250.51.73112.5194.63224.8 照 明170170 低压总计1371.251519.572046.81 高压风机15000.750.80.75

28、125843.751406.25 0.9 有功1234.13参差系数 0.97 无功1473.98 1922.42 1.5%有功28.84变 损 6%无功122.81 一 炼 总计2387.972440.543414.47 表 2-7 各部门用电负荷总结 计算负荷厂 名 p30（kw）q30（kv）s30（kva） 二 轧7180.285761.929206.31 能源部1265.62804.51499.67 氧气厂1637.451166.22010.29 一 轧6144.284957.957895.15 铸造厂7920.984812.199268.17 一 炼2387.972440.5434

29、14.47 小 计26536.5819943.333195.26 0.9 有功23882.92参差系数 0.97 无功19345 30734.72 1.5%有功461.02变 损 6%无功1844.08 总 计24343.9421189.0832273.9 2.3 短路电流的计算 工厂供电系统的设计和运行中，不仅要考虑正常运行的情况，更要充分考 河北联合大学轻工学院 -10- 虑发生故障的情况，更严重的是发生短路故障。在现代大容量电力系统相连的 工业企业供配电系统中，如发生短路故障，能使短路电流达到几万甚至几十万 安的数值。为防止这种情况，电路中电源、电网、负载这三个组成部分的所有 与载流部分

30、有关的设备、装置、元件，都必须经受得起可能最大的短路电流所 产生的热效应和电动力效应的作用而不致损坏，以及必须装设相应的保护装置 来迅速消除短路故障，因此有必要了解当电力系统线路发生短路事故时，所产 生的短路电流数值。 一短路的原因和后果 供电系统发生短路的原因，大致是由于电气设备的绝缘因陈旧老化而损坏。 电气设备受机械损伤而使绝缘损坏。因电气设备承受过电压而使电气设备的绝 缘击穿等所造成以及鸟兽跨接裸露的导电部分而发生短路，也可能是由于没遵 守安全操作规程的误操作。 短路后，短路电流比正常电流大的多；在大电力系统中，短路电流可达几 万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害

31、，即 短路电流的热效应：短路电流通常要超过正常工作电流的十几倍至几十 倍，这将使电气设备严重过热，绝缘物质受到损伤，甚至烧毁电气设备。 短路电流的电动力效应：巨大短路电流将在电气设备中产生很大的电动 力，可能引起电气设备的机械变形、扭曲、甚至损坏。 短路电流产生的电压降：短路时电压要骤降，严重影响电器设备的正常 运行。 短路电流的磁效应：当巨大的短路（多变）电流通过线路时，在线路周 围的空间就建立起多变电磁场，而多变电磁场将在临近的导体回路中产生感应 电势。 短路可造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的 损失也越大。 严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可是并列运行的发电机

32、组失 去同步，造成系统解列。 单项短路，其电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、 电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。 由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短 路的一切因素；同时需要进行短路电流计算，以便正确地选择电器设备，使设 备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不 致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和 选择限制短路电流的元件（如电抗器）等，也必须计算短路电流。 第 2 章 电力负荷的计算 -11- 二短路电流的计算 计算等值电路的电路参数时，为了简化短路电路的计算，常常运

33、用相对单位 制，即标么值。此时进行运算的量，不是用具体的单位（如电流用 a 或 ka，电 压用 v 或 kv，容量用 va 或 kva，电抗用 ） ，而是用其相对值表示，这种 计算方法叫作标么值法。标么值的概念如下： 某量的标么值该值实际值/该量的基准值 基准值是指衡量某个量的标准或尺度 元件电抗标准值： 取基准值： sjz1000mva ujz35kv ijz16.5a 变压器的阻抗标幺值： x*bjz(ud/100)(sjz/sbe)(8/100)(1000103/31560) 2.54 从上级电站到本站输出线路阻抗： 最大运行方式： x*x 大2.738 最小运行方式： x*x 小7.1

34、4 35kv 线路阻抗标幺值： x*xt0.86 总阻抗标幺值： 最大运行方式： 2.7380.862.546.138 最小运行方式： 7.140.862.5410.54 短路点如图 2-2： d1 点：35kv 母线短路时最大、最小运行方式下的次暂态短路电流。 x*xt0.86 x*x 大2.738 x*x 小7.14 35kv x*bjz2.54 d1 6.3kv d2 河北联合大学轻工学院 -12- 图 2-2：短路点 upeijz/x*2sjz/ x*23 ijzsjz/upe3 i d1 大ijz/ *x 大 sjz/(upe*x 大)3 1000/1.73235(2.7380.86

35、) 4.58ka i d1 小ijz/ *x 小 sjz/(upe*x 小)3 1000/1.73235(7.140.86) 2.06ka 三项短路全电流最大有效值 ic及短路冲击电流 ic（冲击数 kc=1.8） ic d1 大i d1 大4.586.92ka 2 c 1k21）（ ic d1 小i d1 小2.063.1ka 2 c 1k21）（ 2 1)-2(1.81 icd1 大kc i d1 大1.4141.84.5811.67ka2 icd1 小kc i d1 小1.4141.82.065.25ka2 次暂态三相短路容量 s s d1 大upe i d1 大277.62mva3 s

36、 d1 小upe i d1 小125mva3 d2 点计算同上，忽略计算步骤，将结果列于下面： i d2 大14.93ka i d2 小8.695ka 三相短路全电流最大有效值 ic及短路冲击电流 ic（冲击数 kc=1.8） ic d2 大22.54ka icd2 大38ka ic d2 小13.13ka icd2 小22.13ka 次暂态三相短路容量 s s d1 大162.9mva 第 2 章 电力负荷的计算 -13- s d1 小94.88mva 2.4 功率因数的补偿 上述二级部门电气设备都是感性的，运行时功率因数很低，供电系统除 去供给有功功率之外，还供给无功功率，这给系统带来下述

37、不良影响： 网路中电功率损耗增大； 网路中电压损失增大； 降低了供电设备的供电能力，提高了电能成本； 网路和变压器中有功功率损耗增大，提供给用户的有功电能就相对减少， 因而均摊到生产用电的每度电成本必然抬高。 如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况 下，尚达不到规定的功率因数要求时，则需考虑人工补偿。 功率因数的补偿方法： 提高企业自然功率因数： 通过合理选用、维修电动机和调整改革工艺流程，达到提高功率因数的目 的，此方法只适用于厂矿，不适用于总降变电站。 采用同步电机补偿： 此方法适用于厂矿功率因数补偿，投资高，经济效益好，不适用于变电站。 静电电容的补偿： 价格便

38、宜，有功损耗小，安装运行维护方便，适用于厂矿及 10kv 以下的 供电系统。 动态无功率补偿： 平滑性能优越，响应快，谐波损耗噪音小，补偿效率高，维修方便，适用 于大型变速生产机械，采用直流电机拖动，电动机功率较大并由可控硅整流装 置供电的厂矿。 综上所述，选用并联电容的动态无功率补偿最为合适。 以下为详细的功率因数计算过程： 补偿以前的功率因数 cosp30/q3024343.94/32273.90.75 预计补偿后的功率因数为 0.95，则 cos 2 30 2 3030 )(/p c qqp 河北联合大学轻工学院 -14- 24343.94/ 0.95 22 )08.21189(94.2

39、4343 c q qc13187.61kvar 采用三角形接线取 qc13200kvar c(qc103)/3u2w(13200103)/ 3(6.3103)20.02 5.54f 选用 bwf6.3401w 型电容器共 300 个，分三组，每组 100 个，每相 33 对。 校验cos 2 30 2 3030 )(/p c qqp 24343.94/0.9 22 )1320008.21189(94.24343 501 符合要求。 表 2-8 补偿前和补偿后的功率因数 p30q30s30 cos 补偿前24343.9424343.9432273.90.799 补偿后24343.9413187.

40、6115270.10.9501 第 3 章 主接线的设计 -15- 第 3 章 主接线的设计 3.1 主接线设计要求 变电站的主接线图，是表示变电站的电能接受、分配关系的主电路，或者 说是变电站一次高压线路、设备，如主母线、变压器、互感器、断路器、隔离 开关、避雷器等连接方式的主电路图。在变电站电气设计过程中从初步设计起， 就要通过调查研究，反复考虑、研讨，确定主接线。 这部分就是要确定 35kv 主接线及二次侧母线结构。 (1) 规范 必须按现行国家标准规定的图形符号、文字符号绘制标注。 (2) 安全 应符合国家标准有关技术规范的要求，能充分保证运行操作维 修测试人员的作业人身安全和设备的安

41、全； (3) 可靠 应符合各种类型 电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可 靠性的要求。选用质量高技术先进的定型产品，合理安置设备及元件之间的连 接关系； (4) 灵活 能适应各种不同的运行方式，便于切换操作和检修，适应负荷 发展。 (5) 合理 所有的一次设备和二次设备都应该合乎规范要求，应本着合理 排列有序注意对称以使作业人员便于记忆和进行管理。 (6) 裕量 充分考虑本单位长远发展规划，适当的留有易于各器件增容扩 建和技术改造的余地，以减少短期发展的被动因素； (7) 经济 在满足上列要求的前提下，尽量使主接线简单、投资少、运行 费用低，并节约电能和有色金属消耗量。 3.2 主接线设计的

42、种类和特点 变电站主接线由电力变压器、隔离开关、电流互感器等主要电器设备所组 成，用以接受、分配电能。主接线有多种形式，它是根据系统的电压和负荷等 级不同而不同。下面将它的特点、适用范围介绍一下： 桥式主接线（内桥式和外桥式） 内桥式（图 3-1）：桥接断路器位于线路断路的内侧，并靠近变压器，省掉 变压器回路的断路器，仅装隔离开关，提高了线路运行灵活性，增强了可靠性。 其特点是电源进线检修或处理故障比较方便。变压器发生事故时，会使电源侧 断路器跳闸，于是停掉一路电源。 内桥式主接线适用于 35kv 及以上，且故障几率较高的长线路；负荷比较 河北联合大学轻工学院 -16- 平稳，主变压器不需要经

43、常切换退出工作；设有穿越功率的终端降压变电站 （所谓穿越功率，是指某一功率由一条线路流入并穿越横跨桥又经另一线路流 出时，称该功率为穿越功率） 。 外桥式（图 3-2）：跨接桥靠近线路侧，桥开关装在变压器一次开关外，进线 回路仅装隔离开关，不装断路器；当主变压器电源侧断路器外侧发生事故时， 可能造成该路电源大面积停电；当主变压器需倒换电源而进行操作的过程中， 需要变压器短时停电。 wl1 wl2 qs11 qs21 qf11 qf21 qs12 qf10 qs22 qs01 qs02 qs13 qs23 t1 t2 qf12 qf22 qs14 qs24 qf20 qs03 qs04 图 3-

44、1 内桥式主接线 第 3 章 主接线的设计 -17- wl1 wl2 qs11 qf10 qs21 qs12 qs01 qs02 qs22 qf11 qf21 t1 t2 qf12 qf22 qs14 qf20 qs24 qs03 qs04 图 3-2 外桥式主接线 外桥式主接线适用于 35kv 及以上，且故障几率较低的短线路，工厂负荷 变化大以至于主变压器需经常操作，有穿越功率流经的中间变电站。 单母线分段主接线 这种主接线可分为以隔离开关分段（图 3-3）或以断路器分段（图 3-4）两 种。双电源单母线分段式主接线与双电源单母线不分段式主接线相比，其可靠 性、灵活性均有所提高。 qs qs

45、 qs qs qs qf qs qs qs qs qf fu f qf qf fu f qs tv qf qf tv qs tm tm tm tm 电源 电源 图 3-3 双电源单母线隔离开关分段式主接线 河北联合大学轻工学院 -18- qs qs qs qs qs qs qf qs qs qf qs qs qf fu f qf qf fu f qs tv qf qf tv qs tm tm tm tm 电源 电源 图 3-4 双电源单母线断路器分段式主接线 采用隔离开关分段，当隔离开关在分闸位置，即分列运行时，可以对任一 分段母线及母线侧隔离开关进行检修（部分用户停电） ，而另一分段母线继续

46、运 行。当隔离开关在合闸位置，即一路电源带两母线时，则任一分段母线及母线 隔离开关的故障均会造成全部停电。 采用断路器分段则比用隔离开关分段优越多了。首先，断路器在必要的时 候，可带负荷进行分、合闸操作，这对于因停电倒换电源而严重影响生产的变 电站来说，显得灵活多了。另外，如果分段断路器配置相应的保护装置，在断 路器合闸母线发生故障时，分段断路器与某一电源进线断路器同时跳闸，以保 证非故障部分连续供电，可靠性大大提高。 其可靠性与桥式相近，缺点为任一母线需要检修或发生故障时，接于该母 线的全部进出线都将停止运行。具有一、二级负荷且进出线数量较多的总降变 电站。 双母线主接线（图 3-5） qf

47、 qs qs qs qs qs qs qs qs qs qs qf qf qf qf qs qs qs qs 电源 电源 第 3 章 主接线的设计 -19- 图 3-5 双母线分段式主接线 其主要特点：可以轮流检修母线而不中断对用户的供电；检修某一母线侧 隔离开关时，仅使本回路中断，而不致引起大面积的断电；当工作母线发生故 障或安排检修时，可以通过备用母线供电，从而迅速恢复正常运行；检修某一 回路断路器时，可以利用备用母线及母线联络断路器，不使本回路长期中断供 电。接于母线的隔离开关数量多，操作概率高，一旦发生误操作，容易引起母 线短路而造成大面积的断电；双母线式主接线的一次设备数量多，连锁机

48、构也 复杂，继电保护要求也高，而且整体投资高，经济性差；母线隔离开关用作操 作电器，在正常工作状态下进行各种切换操作过程的任何失误，都将可能引起 母线等元件的短路故障，乃至造成极为严重的后果；双母线接线也可以作为单 母线分段方式运行，即两组母线同时工作，互为备用。 其大大提高了变电站供电的可靠性、灵活性，克服了单母线分段主接线的 缺点。但开关设备也相应大大增加，从而大大增加了初投资。适用于负荷较重， 负荷性质重要，进出线回路较多，对可靠性要求较高的电力系统枢纽变电站。 3.2 变电站主接线设计 通过上述比较，并考虑到本变电站的负荷情况，以及运行可靠性、投资经 济性，确定 35kv 侧采用外桥式

49、主接线，6.3kv 侧采用单母线分段主接线的结 构。 具体电路如图 3-6 所示。 为了使主接线简明起见，图上省略了包括电能计量柜在内的所有电能互感 器、电压互感器级避雷器等一次设备。 河北联合大学轻工学院 -20- wl1 35kv 电源进线 wl2 qs111 qs121 qs101 qs102 qf10 qs112 qs122 qf11 qf12 t1 t2 qs21 qs22 qf21 qf22 6.3kv 6.3kv qf20 图 3-6 变电站主接线图 第 4 章 电气设备的选型 -21- 第 4 章 电气设备的选型 4.1 变压器的选型 4.1.1 变压器台数的选择 变压器台数的

50、选用原则 应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，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器 能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采 用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其它变电所相联的联络线作为备用电源。 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而易于采用经济运行方式的变电所， 也可考虑采用两台变压器。 除上述情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中而容 量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或以上变压器。 在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定余地。 当变压器仅装设一台变压器时，其容

51、量应考虑 1525的富裕，以适应 发展需要。 两台变压器互为备用方式 明备用：两台变压器，每台均按承担 100负荷选择，其中一台工作，另 一台作为备用。 暗备用：正常运行时，两台变压器同时投入工作，每台按 50计算负荷。 但两台变压器的容量均按计算负荷的 7080来选择。 综上，由于企业绝大部分负荷为一、二级负荷，决定选择两台主降变压器， 暗备用方式。 4.1.2 变压器容量的选择 以前选择变压器容量时，奔着如何充分利用变压器过负荷能力方面，即对 于两台变压器的变电站来说，当一台变压器退出工作时，另一台变压器在考虑 了环境温度修正和变压器的正常过负荷能力后，能担当起对全部一、二级负荷 的供电，

52、因而变压器容量就可选得小些。但是变压器容量这样选择后电能损耗 往往增大，达不到经济运行的目的。由于目前能源问题日益严重，国内外文献 河北联合大学轻工学院 -22- 提出在某些情况下，把变压器容量适当选大些（不能过大，否则适得其反） ，所 增加的投资将从它节约的电能损耗方面很快补偿回来。这样，既缓解了电网供 电紧张状况，又达到了经济运行的目的。 4.1.3 方案选择 第一方案：选用两台 sf7-20000/35 型变压器。 表 4-1 sf7-20000/35 型变压器参数 额定电压（kv）损耗阻抗电压空载电流额定容量 （kva） 高压低压 pkpe udikse 38.56.622.593.0

53、80.720000 变压器空载无功损耗： qk(ik/100)se0.720000/100140kvar 变压器短路无功损耗： qe(ud/100)se200008/1001600kvar 变压器负荷率 124343.94/(220000)0.6086 当负载率为 0.6086 时，其有功损耗： p12pe(0.6086)293.034.45kw 无功损耗： q12qe(0.6086)21600592.63kvar 变压器总的有功和无功损耗： pbpk12pe22.534.4556.95kw qbqk12qe140592.63732.63kvar 在计入了电网因传输变压器无功损耗后，也就是在考

54、虑了无功功率经济当 量 kw后，变压器年电能损耗为： abab1ab2 (pkkwqk)8760(12pekw 12qe) (22.50.1140)8760(34.450.1592.63)6000 882000kwh 第 4 章 电气设备的选型 -23- 注：式中 kw0.1，6000， 下同。 第二方案：选用两台 sf7-31500/35 型变压器。 表 4-2 sf7-31500/35 型变压器参数 额定电压（kv）损耗阻抗电压空载电流额定容量 （kva） 高压低压 pkpe udikse 381131.60132.080.631500 变压器空载无功损耗： qk(ik/100)se(0.

55、6/100)31500189kvar 变压器短路无功损耗： qe(ud/100)se315008/1002600kvar 变压器负荷率 224343.94/(231500)0.386 短路有功损耗： p22pe(0.386)2132.019.67kw 短路无功损耗： q22qe(0.386)22600387.39kvar 变压器总的有功和无功损耗： pbpk22pe31.6019.6751.27kw qbqk22qe189387.39576.39kvar 变压器年电能损耗： abab1ab2 (pkkwqk)8760(22pekw 22qe) 462090311502 792840kwh 第二

56、方案比第一方案年节约电能损耗： 2(882000792840)178320kwh 已知计及基本电价后的综合电价为 0.055 元/kwh， 则第二方案每年节约电能： 1783200.0550.98 万元 河北联合大学轻工学院 -24- 由上述可知，选第二方案符合经济运行原则。 4.2 隔离开关的选型 表 4-3 高压隔离开关应校验科目 短路电流校验项目 名称 电压/kv电流/a断流能力/ka 动稳定热稳定 高压隔离开关 35kv 侧应选用户外形式，选用 gw535/630 型。 表 4-4 gw535/630 型高压隔离开关数据 额定电压/kv最大工作电流/a热稳定/ka动稳定/ka 计算数据

57、3551972.5ic=6.92 ic11.67 所选数据3563080ic=ic50 6.3kv 侧应选用户内形式，选用 gn2210/3150 型。 表 4-5 gn2210/3150 型高压隔离开关数据 额定电压/kv最大工作电流/a热稳定/ka动稳定/ka 计算数据6.32886.6738.2ic=22.54 ic38.44 所选数据10315050ic=ic125 4.3 高压断路器的选型 按工作电压选择： ueque 按工作电流选择： ieqigmax 按短路下的热稳定性选择： it2ti2t 其中：igmax：电网最大工作电流 it：电器在 t 秒内的热稳定电流 i:三相短路最大

58、有效值 高压断路器应校验科目： 注：表中“”表示必须校验， “”表示不要校验，下同。 表 4-6 高压断路器校验 项目电压/kv电流/a断流能力/ka短路电流校验 第 4 章 电气设备的选型 -25- 名称动稳定热稳定 高压断路器 35kv 侧应选用户外形式，选用 sw235/1000 型少油断路器。 表 4-7 sw235/1000 型少油断路器数据 计算数据选用型号数据 额定电压35kv35kv 最大工作电流igmax519a1000a 短路容量277.621mva400mva 短路电流4.585ka24.4ka 热稳定it2t72.58ka98ka 动稳定ic6.92ka ic11.6k

59、aimaximax63ka 6.3kv 侧应选用户内形式，选用 sn1010/3000 型少油断路器。 表 4-8 sn1010/3000 型少油断路器数据 计算数据选用型号数据 额定电压6.3kv10kv 最大工作电流igmax2886.67a3000a 短路容量162.9mva500mva 短路电流14.93ka40ka 热稳定it2t38.2ka160ka 动稳定ic22.5ka ic38kaimaximax125ka 4.4 电流互感器的选型 表 4-9 电流互感器应校验科目 短路电流校验项目 名称 电压/kv电流/a断流能力/ka 动稳定热稳定 电流互感器 35kv 侧选用 lcw3

60、5 型 变比：151000/5 河北联合大学轻工学院 -26- 1s 热稳定倍数：65 动稳定倍数：100 热稳定校验：it2t（keie）2t（165600）219.8109 i2t725.8105 it2ti2t igmaxke ie1001.41460014.14ka 2 ic11.67 igmaxieq 符合要求 6.3kv 侧选用 lmj10 型 变比：1500/5 额定热稳定倍数：65 动态稳定倍数：100 计算同 35kv 侧，故忽略计算步骤，符合要求。 4.5 电压互感器的选型 表 4-10 电压互感器应校验科目 短路电流校验项目 名称 电压/kv电流/a断流能力/ka 动稳定