kV变电所电气一次系统设计

1、华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）1110kV110kV 变电所电气一次系统设计变电所电气一次系统设计摘摘 要要电能是现代城市发展的主要能源和动力。随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。城市供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。本设计拟建设一座110kV 降压变电所。变电所设计除了注重变电所设计的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要内容包括：变电所主接线方案的选择；变电所主变压器台数、容量和型式的确定；短路电流的计

2、算；主要电气设备的选择（断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器，母线及进出线，避雷器） 。另外，绘制了电气主接线图，断面图、防雷接地及平面布置图。图纸规格与布图规范都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制。关键词：变电所 电气主接线 电气设备选择 防雷及接地华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）2目录摘 要 .11 电气主接线设计 .41.1 电气主接线的设计原则和要求 .41.1.1 电气主接线的设计原则 .41.1.2 对主接线设计的基本要求 .51.2 电气主接线的设计步骤 .61.3 变电所电气主接线设计 .71.3.1

3、 原始资料及分析 .71.3.2 变电所电气主接线的设计 .81.4 变电所自用电接线设计 .101.4.1 对所用电源的要求 .101.4.2 所用电源的引接 .111.4.3 所用电接线及供电方式 .111.4.4 变电所的自用电接线 .112 主变及所用变的选择 .112.1 概述 .112.2 主变压器台数的选择 .122.3 主变压器容量的选择 .122.3.1 变电所负荷计算 .122.3.2 变电所主变及所用变容量的确定 .132.4 绕组数和接线组别的确定 .132.5 调压方式的选择 .142.6 冷却方式的选择 .143 短路电流计算 .143.1 概述 .143.2 短路

4、电流计算的目的及假设 .153.2.1 短路电流计算是变电站电气设计中的一个重要环节。 .153.2.2 短路电流计算的一般规定 .153.2.3 短路计算基本假设 .153.2.4 基准值计算 .163.3 短路电流计算的步骤 .164 主要电气设备的选择 .174.1 一般原则 .174.2 高压开关电器的选择 .184.2.1 选择条件 .184.2.2 隔离开关的配置 .194.3 互感器的选择 .194.3.1 电流互感器的选择 .204.3.2 电压互感器的选择 .214.4 导体的选择和校验 .21华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计

5、 （ 论论 文文 ）35 屋内外配电装置设计 .236 防雷及接地系统设计 .246.1 雷电过电压的形成与危害 .246.2 电气设备的防雷保护 .246.3 避雷针保护范围计算及避雷器的保护配置 .256.3 避雷器的选择与配置 .286.4 接地设计 .286.4.1 接地设计的原则 .296.4.2 接地网型式选择及优劣分析 .297 总平面布置设计 .297.1 变电所的总平面布置规定 .297.2 本变电站的电气设备布置 .308 设计计算书 .318.1 短路电流计算 .318.2 主要电气设备的选择 .338.2.1 各回路最大持续工作电流的计算 .338.2.2 断路器和隔离

6、开关的选择与校验 .338.2.3 电流互感器的选择及校验 .358.2.4 电压互感器的选择及校验 .378.2.5 导体的选择和校验 .378.2.6 避雷器的选择 .40变电所主体设备型号表 .41致谢 .42参考文献 .43华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）41 1 电气主接线设计电气主接线设计电气主接线是发电厂、变电所设计的主体。采用何种主接线形式，与电力系统原始资料，发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性的要求等密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟订都有较大的影响。因此，主接

7、线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电所的具体情况，全面分析，正确处理好各方面的关系，通过技术经济比较，合理的选择主接线方式。1.1 电气主接线的设计原则和要求1.1.1 电气主接线的设计原则1、 电气主接线的基本原则为：电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、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，尽可能地节省投资，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。在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的。设计的主接线应满足供电可靠

8、、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。(1)接线方式：对于变电所的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在 110kV220kV 配电装置中，当出线为 2 回时，一般采用桥形接线；当出线不超过 4 回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电所中，当 110220kV 出线在 4 回及以上时，一般采用双母接线。在大容量变电所中，为了限制 610kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措施：变压器分列运行；在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；采用低压侧为分裂绕组的变压器；出线上装设电抗器

9、。(2)断路器的设置根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。(3)为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据：最小负荷为最大负荷的 6070%，如主要是农业负荷时则宜取 2030%；负荷同时率取 0.850.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.951；华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）5功率因数一般取 0.8；线损平均取 5%。1.1.2 对主接线设计的基本要求电气主接线设计应满足可靠性、灵活性、经济性和发展性等

10、四个方面的要求，其具体要求如下：1、可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。主接线可靠性应根据变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路和变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：1）断路器检修时，能否不影响供电；2）线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数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；3）变电所全部停运的可能性。2、灵活性：主接线应满足在调度、检

11、修及扩建时的灵活性。主接线应力求简单可靠，灵活合理，以节省断路器、隔离开头、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。要能限制短路电流，以便于选择价格合理的电气设备或轻型电器。要求电能损失少，经济合理地选择主变压器的型式、容量、台数，要避免因两次变压而增加电能损失。主接线的灵活性要求有以下几方面：1）调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求；2）检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电；3）

12、扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。3、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。在满足技术要求的前提下，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，以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电所中，应推广采用直降式华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）6（110/

13、610kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器；2）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构架、导线、绝缘子及安装费用；3）电能损耗少：在变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。4、发展性：主接线可以容易地从初期接线方式过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，完成过渡期的改扩建，且对一次和二次部分改动工作量最少。1.2 电气主接线的设计步骤电气主接线的具体设计步骤如下：1、分析原始资料本工程情况包括变电所类型，设计规划容量（近期，远景） ，主变台数及容量，

14、最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。电力系统情况包括电力系统近期及远景发展规划（510 年） ，变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。主变压器中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。我国一般对 35kV 及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地） ，又称小电流接地系统；对110kV 及以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统

15、。负荷情况包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电所电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间（510 年）的检验。环境条件包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应予以重视。设备制造情况华华 北北 电电

16、 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）7这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。2、主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案（本期和远期） 。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留 23 个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行经济比较，结合最新技术，

17、最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。拟定主接线方案的具体步骤如下：1)根据变电所和电网的具体情况，初步拟定出若干技术可行的接线方案。2)选择主变压器台数、容量、型式、参数及运行方式。3)拟定各电压等级的基本接线型式。4)确定自用电的接入点、电压等级、供电方式等。5)对上述各部分进行合理组合，拟出 35 个初步方案，再结合主接线的基本要求对各方案进行技术分析比较，确定出两三个较好的待选方案。6)对待选方案进行经济比较，确定最终主接线方案。在进行主接线方案的技术比较时，需要考虑主接线方案能够保证系统的稳定性、保证供电可靠性以及电能质量、运行的安全和灵活性、自动化程度、新设备新技术的应用以

18、及扩建的可能性等。3、短路电流计算为了选择合理的电气设备，需根据选定的电气主接线进行短路电流计算。1）主要电气设备的配置和选择按设计原则对隔离开关、互感器、避雷器等进行配置，并选择断路器、隔离开关、母线等的型号规格。2）绘制电气主接线图将最终确定的主接线方案，按要求绘制相关图纸，一般包括电气主接线图、平面布置图、断面图等。1.3 变电所电气主接线设计1.3.1 原始资料及分析1、原始资料变电所类型：110kV 降压变电所电压等级：110/10kV负荷情况：华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）810kV 侧：最大 25MW，最小

19、14MW，Tmax=4800 小时，cos=0.85出现情况：110kV：2 回（架空线）10kV：10 回（电缆）系统情况:（1）110kV 母线短路电流标幺值为 20（UB=Uav，SB=100MVA） ；（2）10kV 对端无电源。所用电率：0.5%环境条件：最高温度 40,最低温度-25，年平均温度 20；土壤电阻率 400 欧米当地雷暴日 40 日/年2、原始资料分析资料分析在变电所设计之前，因地制宜地分析变电所的容量、装机台数、负荷性质以及在系统中的地位等原始资料，并且查阅国家有关政策及技术规范，是整个变电所设计的基础。这为后续的变电所主接线确定以及合理选择主变压器的容量及结构提供

20、了重要依据。本次毕业设计所提供的课题是 110kV 变电所电气一次系统设计，该变电所是一座降压变电所。变电所有 110kV、10kV 两个电压等级，一次性设计并建成。其中 110kV 侧有两回来自电网的架空供电线路。10kV 侧出线十回，最大负荷 25MW，最小负荷14MW，Tmax=4800 小时，cos=0.85。根据以上情况分析可知，系统直接通过 110kV 侧母线向变电所主变压器供电，所有负荷通过 10kV 侧出线分配出去。考虑到该变电所供电负荷的重要性，应选择两台相同容量的主变压器，以提高供电可靠性。本变电所与电力系统的连接情况，如图 1-11.3.2 变电所电气主接线的设计华华 北

21、北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）9根据对原始资料的分析，可有如下电气主接线的设计：1、110kV 侧主接线方式拟定35110kV 变电所设计规范规定，35110kV 线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。3563kV 线路为 8 回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV 线路为 6 回其以上时，宜采用双母线接线。在采用单母线、分段单母线或双母线的 35110kV 主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电所 110kV 进线为 2 回。因本

22、变电所属区域性降压变电所，且供电负荷比较重要，因此，110kV 侧主接线形式可选择为单母线或桥形接线。 （1）当选择单母线时优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点：此种接线可靠性和灵活性较差，在任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。适用范围：110200kV 配电装置的出线回路数不超过两回，3563kV，配电装置的出线回路数不超过 3 回，610kV 配电装置的出线回路数不超过 5 回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。（2）当选择桥形接线时当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外

23、桥接线。内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修时使用。当线路故障时需停相应的变压器。桥形接线具有接线简单清晰、设备少、造价低、易于发展成为单母分段或双母线接线等优点。比较上述两种方案：单母线虽然接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置，此种接线可靠性和灵活性较差，在任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电，故不采用单母线

24、接线；而桥形接线接线简单清晰、设备少、造价低、易于发展成为单母分段或双母线接线等优点，兼顾了可靠性和灵活性。又因本变华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）10电所属于区域性降压变电所，没有穿越功率，故 110kV 侧应选择内桥接线。2、10kV 侧主接线方式拟定根据原始资料分析可知，10kV 侧出线为十回，且供电负荷较大。610kV 配电装置出线回路数目为 6 回及以上时，可采用单母线分段接线，为提高可靠性还可装设旁路母线。当选择单母线分段接线时优点：用断路器对母线分段后，对重要用户可从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一

25、段母线故障后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。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停电；当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时要向两个方向均衡扩建。适用范围：610kV 配电装置出线回路为 6 回及以上时；3563kV 配电装置出线回路数为 48回时；110220kV 配电装置出线回数为 34 回时。（2）当选择单母分段带旁路母线接线时优点：不会造成全所停电，调度灵活，保证对重要用户的供电，任一出线断路器故障或检修时可以用旁路断路器代路送电，使线路不停电；且占地面积小，设备投资少。缺点:此种接线多装了价格较高的断

26、路器和隔离开关，增大了投资。单母分段带旁路母线接线满足可靠性和灵活性要求，投资也比双母线接线少。比较上述两种方案：单母分段接线当一段母线发生故障时，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，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障时，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，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。单母分段带旁路母线虽然使用设备较少，减少了投资，设置旁路设施的目的也是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响，但在本变电站中 110kV 侧采用 SF6 断路器时，因 SF6 断路器检修周期可长达 510 年甚至 20 年，故可不

27、必装设旁路母线，这样又会降低供电可靠性，故不易采用；故 10kV 侧应选择单母分段接线。1.4 变电所自用电接线设计1.4.1 对所用电源的要求华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）11据有关技术规程，对 35110kV 变电所的所用电源有如下要求：有两台及以上主变时，宜装设两台容量相同、可互为备用的所用工作变压器，每台工作所用变按全所计算负荷选择，两台所用变压器可分别由主变最低电压等级的不同母线段引接，如有可靠的 635kV 电源联络线，也可将一台接于联络线断路器外侧；如能从变电所外引入可靠的低压所用备用电源时，亦可装设一台所用

28、变压器。只有一回电源进线时，如果采用交流控制电源，宜在电源进线断路器外侧装设一台所用变压器；如果采用直流控制电源，并且主变为自冷式时，可在主变最低电压等级母线上装设一台所用变压器。1.4.2 所用电源的引接（1）当所内有较低电压母线时，一般均由较低电压母线上引接 12 台所用变压器，这种引接方式具有经济性和可靠性较高的特点。（2）当有可靠的 635kV 电源联络线，将一台所用变压器接于联络线断路器外侧，更能保证所用电的不间断供电，这种引接方式对采用交流操作的变电所及取消蓄电池而采用硅整流或复式整流装置取得直流电源的变电所尤为必要。1.4.3 所用电接线及供电方式（1）所用电系统采用 380/2

29、20V 中性点直接接地的三相四线制，动力和照明合用一个电源。（2）所用电母线采用按工作变压器划分的分段单母线，相邻两段工作母线间可配置分段断路器或联络断路器，各段同时供电、分列运行。由于其负荷允许短时停电，工作母线段间不装设自动投入装置，以避免备用电源投合在故障母线上时扩大为全部所用电停电事故。1.4.4 变电所的自用电接线根据所用电源的引接要求，考虑到经济性和可靠性本变电所从 10kV 母线不同段上引接 2 台所用变压器，考虑到单母线分段接线简单、清晰、操作方便，投资少等特点，所用电 380/220V 侧接线方式选择单母线分段接线。2 2 主变及所用变的选择主变及所用变的选择2.1 概述在各

30、级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统 510 年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）12而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠

31、供电和网络经济运行的保证。35110kV 变电所设计规范规定，主变压器的台数和容量，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确定。在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于70%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来

32、选择主变压器的台数及容量。2.2 主变压器台数的选择由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是 110kV 降压变电所，它是以 110kV 受功率为主。把所受的功率通过主变传输至 10kV 母线上。若全所停电后，将影响整个供电区域的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，以及配合电气主接线的设计方案，同时避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜

33、选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。2.3 主变压器容量的选择主变容量一般按变电所建成近期负荷，510 年规划负荷选择，并适当考虑远期1020 年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保

34、证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%80%。该变电所是按 70%全部负荷来选择。华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）132.3.1 变电所负荷计算要选择主变压器和所用变压器的容量，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 侧负荷和所用电负荷。（1）10kV 侧负荷计算10kV 侧负荷容量可由以下公式得出：max10coskVPS式中 -10kV 侧负荷容量（kVA） ；10kVS -最大负荷（kW）;maxP -功率因数。co

35、s因此 10kV 侧负荷容量为max1025 100029411.76cos0.85kVPSkVA主变的总容量为：1029411.76kVSSkVA总（2）所用电负荷计算根据原始资料中所用电率为 0.5%，所以所用负荷为：0.5%0.005 29411.76147.0588SSkVA总所2.3.2 变电所主变及所用变容量的确定由以上对变电所负荷的计算可得变电所的两台主变每台主变容量为：70%0.7 29411.7620588.232TSSkVA总主两台所用变每台的容量为：147.0588SkVAT所故选两台 25000kVA 的主变压器及两台 160kVA 的所用变压器就可以满足负荷要求。2.

36、4 绕组数和接线组别的确定该变电所有两个电压等级，所以选用双绕组变压器，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形“Y”和三角形“D”两种，因此，变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定，我国 110kV 及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接；35kV 都采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）14圈接地；35kV 以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。若变压器低压侧电压等级为 380/220V，则三相绕组采用“yn0”连接。35110

37、kV 变电所设计规范规定，在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。变电所的所用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电所的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需 0.4kV 一级，采用动力与照明混合供电方式。所以本变电所主变绕组连接方式为：110kV 侧“YN” ；10kV 侧“D” ；所用变压器绕组连接方式为：10kV 侧“Y” ；0.4kV 侧“yn0” 。2.5 调压方式的选择为了保证变电所的供

38、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。普通型的变压器调压范围小，仅为5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围可达 30%，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供电质量情况下，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器比较合适。2.6 冷却方式的选择主变压器一般采用

39、的冷却方式有：自然风冷、强迫空气冷却、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却、水内冷。考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式，当容量大于等于 8000kVA 时，选择强迫空气冷。最终主变选择三相风冷双绕组有载调压变压器，参数如下：所用变选择 S9 系列三相油侵铜绕组变压器，其参数如下表：额定电压（kV）损耗（kW）额定容量（kVA）高压低压连接组标号空载负载阻抗电压（%）空载电流（%）16010.50.4Yyn00.42.241.4额定电压（kV）型号额定容量（kVA）高压低压连接组标号空载损耗（kW）负载损耗（kW）阻抗电压（%）空载电流（%）SFZ9

40、-25000/11025000/2500011081.25%10.5YNd1121.2110.710.50.46华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）153 3 短路电流计算短路电流计算3.1 概述电力系统的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路，因为短路会破坏电气设备的正常运行，对用户的正常供电造成影响。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两

41、相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。3.2 短路电流计算的目的及假设3.2.1 短路电流计算是变电站电气设计中的一个重要环节。其计算目的是：1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2）在选择电气设备时，为了保

42、证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5）按接地装置的设计，也需用短路电流。3.2.2 短路电流计算的一般规定1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后 510 年） 。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2）选择导

43、体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）16时短路电流为最大的地点。4）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。3.2.3 短路计算基本假设1）正常工作时，三相系统对称运行；2）所有电源的电动势相位角相同；3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5

44、）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6）系统短路时是金属性短路。3.2.4 基准值计算高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：基准容量：Sj = 100MVA基准电压：Uj =Uav =1.05Un （其中 Uav 为平均额定电压；Un 为电力线路额定电压。）根据此式算出变电站两个电压等级的平均额定电压分别为：10.5、115kV。当基准容量 Sj（MVA）与基准电压 Uj（kV）选定后，基准电流 Ij（kA）与基准电抗Xj（）便已决定：基准电流：3jjjSIU基准电抗：23jjjjjUUXSI3.3 短路电流计算的步骤短

45、路电流计算的步骤：1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；2）给系统制订等值网络图；3）选择短路点；4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。标幺值： （其中为电源对短路点的等值电抗标幺值）1diIXX有名值：didijIII 5）计算短路冲击电流值，短路全电流最大有效值，短路容量华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）17短路冲击电流值： （其中为冲击系数，变电站母线上取）2MMdiiK IMK1.8MK短路全电流最大有效值：1.

46、52MdiII短路容量： （其中为短路点的正常额定电压）3dndiSU InU在标幺值计算中，取基准电压,则有：jNUU33dndiddijnjSU ISISU I利用这一关系，短路功率就很容易的由短路电流求得：ddjdijSS SIS6）列出短路电流计算结果具体结果见设计计算书。4 4 主要电气设备的选择主要电气设备的选择4.1 一般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同。但是，电气设备和载流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

47、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下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。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 选用的电器允许最高工作电压 Umax不得低于该回路的最高运行电压 UNSmax,即，UmaxUNSmax2.电流华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）18 选用的电气设备的额定电流 IN 不得

48、低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流 Imax，即INImax校验的一般原则：1.电器在选定后应按最大可能通过的最大短路电流进行动、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 2kttQIkpapQQQ /22221012dddptttQIII22()apQTIkAs式中 Qk在计算时间 td内，短路电流的热效应（kA2S） ； Qp短路电流周期分量的热效应（kA2S） ； Qap短路电流非周期分量的热效应（kA2S） ； Itt 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA） ； t 电气设备允许通过的热稳定电流

49、时间（s） ； 次暂态短路电流周期分量有效值（kA） ；在无限大容量电力系统中次暂态I电流等于短路电流； td/2时刻短路电流周期分量有效值（kA） ；/2dtI td时刻短路电流周期分量有效值（kA） ；dtI td 短路热效应的计算时间（s） ，td=tpr+tab；其中，tpr是继电保护动作时间，tab是断路器分闸时间； T非周期分量等效时间，与短路点及短路时间 td有关。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：IesMesMIii式中 短路冲击电流峰值及其有效值（kA） ；MiMI电气设备允许通过动稳定电流的峰值和有效值（kA） 。

50、esiesI华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）194.2 高压开关电器的选择4.2.1 选择条件 选择高压断路器、高压隔离开关和高压负荷开关的长期工作条件基本相同，区别在于它们的短路校验的内容不同，如隔离开关和负荷开关不校验短路开断电流。1、种类和型式的选择：根据用途、安装地点、安装方式、结构类型和价格因素等综合条件合理选择高压开关电器。2、额定电压选择：开关电器的额定电压应等于或大于安装地点电网的额定电压，即UNUNs3 额定电流选择：开关电器的额定电流应等于或大于通过断路器，隔离开关的长期最大负荷电流，即INImax4、断

51、路器的开断电流选择：断路器的允许开断电流 INbr应大于或等于断路器实际开断时间的次暂态短路电流，即NbrII5、动稳定校验开关电器允许的动稳定电流峰值 ies应大于或等于流过开关的三相短路冲击电流 ik，即iesik6、热稳定校验开关电器 t 秒热稳定电流 It 算出的允许热效应大于或等于通过开关的短路电流2tI t热效应，即Qk2tI t4.2.2 隔离开关的配置隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。隔离开关的配置：1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形

52、成明显的断口，与电源侧隔离；华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）202）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设 12 组接地刀闸或接地器。63kV 及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；4）接在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也

53、可以装设。4.3 互感器的选择互感器包括电压互感器（TV）和电流互感器（TA） ，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以交换电压和电流，分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，反映电气设备的正常运行和故障情况。1、互感器的作用有：1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的标准值。使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。2 电流互感器的特点：1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2）电流互感器二次

54、绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。3、电压互感器的特点：1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。4、互感器的配置：1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点；3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相非直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；4）6220kV 电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5）当需要监

55、视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）214.3.1 电流互感器的选择1、按一次回路额定电压和电流选择电流互感器的一次额定电压和电流必须满足：UNUNs ； INImax式中 UNs电流互感器所在电网的额定电压（kA） ；UN、 IN电流互感器的一次额定电压和电流；Imax电流互感器一次回路最大工作电流（A） 。2、电流互感器种类和形式选择在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择。35kV 以下的屋内配电装置的电流互感器，根据

56、安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35kV 以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，如回路中有变压器套管，穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资，减少占地。3、热稳定检验电流互感器热稳定能力常以 1s 允许通过的热稳定电流或一次额定电流 IN1的倍数tIKt来表示，故热稳定校验式为： Qk或（Kt IN1）2 Qk2tI4、动稳定校验电流互感器常以允许通过的动稳定电流或一次额定电流最大值（IN1）的倍数 Kes（动稳定电流倍数）表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验：iesiM或iM 21es2NIK4.3.2 电压互感器的选择

57、1、按一次回路额定电压选择为了确保电压互感器安全和在规定的准确度等级下运行，电压互感器一次绕组所接系统电压 UNs应在 1.160.85UNI范围内变动，满足下列条件，即：0.85UNIUNs1.2UNI2、种类和形式选择电压互感器的中分类和形式应根据安装地点和使用条件进行选择。例如：在6235kV 屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式；110220kV 配电装置，一般采用串级式电磁式电压互感器；在 200kV 及其以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）223

58、、热稳定和动稳定校验TV 与电网并联，当系统发生短路时，TV 本身不遭受短路电流作用，因此不校验热稳定和动稳定。4.4 导体的选择和校验1、导体材料、类型和布置方式一般采用铝或铝合金材料作为导体材料。常用的软导线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于 330kV 及以上的配电装置。矩形导体一般只用于 35kV 及以下、电流在 4000A 及以下的配电装置中。槽形导体一般用于 40008000A 的配电装置中。管形导体用于 8000A 及以上的大电流母线上，或用于 110kV 及以上的配电装置中。导体的散热和机械强度与导体布置方式有关。导体的布置方式应根据载流量的大小、短路电流水

59、平和配电装置的具体情况而定。2、导体截面选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大、传输容量大、长度在 20m 以上的导体，其截面一般按经济电流密度来选择。按导体长期发热允许电流选择。其计算式为：KIalImax式中 Imax导体所在回路中的最大持续工作电流； Ial在额定环境温度 0=25时导体允许电流； K与实际温度和海拔有关的综合修正系数。（2）按经济电流密度选择。按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数 Tmax，将有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度 J。导体的经济截

60、面为下式：maxISJ式中 Imax正常工作时的最大持续工作电流。应尽量选择接近上式计算的标准截面。当无合适规格的导体时，为节省投资，允许选择小于经济截面的导体。按经济电流密度选择的导体截面的允许电流还必须满足KIalImax。3 电晕电压校验电晕放电将引起电晕损耗、无线电干扰、噪声和金属腐蚀等许多不利影响。当 110kV所选导线截面积大于 50mm2时，可不作电晕电压校验。矩形导体不作电晕电压校验。4、热稳定校验华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ）23校验式为：min/KSQC式中 C热稳定系数，C 值与导体材料及工作温度有关