供电设计经典

1、前言随着社会现代化建设的飞速发展，近年来城市电网建设力度亦随之加大，各地区不同电压等级变电所的建设已成为电力行业中非常重要的一项建设。变电所的作用主要是进行高低压的变换，主要分为降压变电所和升压变电所。升压变电所便于远距离输电并且降低了输电线路上的损耗，而电压必须降压以后才可以接入用户。其中主接线方式直接影响到设备的选择等，是影响投资的关键因素。66/10kV的变电所是电力系统的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行，起着变换和分配电能的作用。为了保证供电的可靠性和一次性满足远期负荷的要求，按照远期负荷规划进行变电所的电气部分设计，从而保证变电所能够长期可靠供电。本设计铁山变电所的

2、主要作用是给化工厂、有机玻璃厂、有机化工厂等以及城东变电所和城南变电所供电，其属于降压变电所，设计依据变电所建设的一般步骤进行：第一章主要介绍了待建变电所的基本情况，包括负荷情况及其自然条件分析，选择了变电所的形式；第二章进行了变电所的负荷计算，为后续章节的计算做准备；第三章从台数、容量、相数、组数、连接组别和调压方式方面进行了主变压器的选择，并说明了其型号表示意义；第四章计算出了变电所的功率因数，在不满足建设要求的情况下，对其装设了无功无偿补偿装置；第五章初步拟定了待建变电所的主接线方式，为后续章节的计算做准备；第六章选取了重要短路点，进行了短路计算；第七章选择并校验了常用的电气设备，包括断

3、路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器及熔断器；第八章配置了待建变电所的主变压器的继电保护装置，包括瓦斯保护、纵联差动保护、过电流保护及过负荷保护；第九章进行了变电所的防雷保护设计；第十章进行了变电所的接地保护设计。11 铁山变电所形式的确定1.1 铁山变电所的自然条件分析待设计变电所为铁山地区公用变电所，电压等级为66/10kV，所处地区地势平坦，海拔高度为500m，交通方便，周围空气无污染，最高气温+35，最低气温-20，年平均温度16，工程一次建成。由以上自然条件可知，待建变电所运输设备方便；屋外配电装置的散热条件好；无需选择防污型设备；无需考虑增加设备的外绝缘。1.2 铁山变电所

4、的负荷情况铁山变电所电压等级为66/10kV，其中66kV侧仅知道其由两回进线供电，所以不考虑其它情况；10kV侧主要给化工厂、有机玻璃厂等七个工厂以及城南变电所和城东变电所两个变电所供电，共14回出线，没有提及一、二级负荷之分，所以该设计不考虑负荷级数的影响，具体数据见表1-1：表1-1 铁山变电所10kV侧的负荷情况Tab.1-1 The Tieshan substation load statistic·序·设备名称负荷远期最大负荷/Kw功率因数线路状况/h出线形式号等级回路长度/km化工厂53000.90247000架空线有机玻璃厂34000.91246800架空线

5、有机化工厂38000.90266500架空线电线厂45000.91256000架空线起重机厂34000.89155000架空线标准件厂8000.881105000架空线自来水厂8000.88287500架空线城东变电所18000.86153000架空线城南变电所17000.86143000架空线1.3 变电所形式选择结合实际条件，待建变电所的形式设计成室外室内相结合，具体来说：将66kV高压侧电气设备和主变压器等部分装设在室外，10kV低压侧及该侧电气设备装设室内，由电力线路从主变压器的低压侧经穿墙套管引进。2 计算负荷2.1计算负荷的意义在进行变电所设计时，由于各条线路的设备并非同时运行，并

6、且运行的设备实际需用的负荷并不是每一时刻都等于设备的额定容量，而是在不超过额定容量的范围内，时大时小的变化着，因此直接用线路提供的额定容量选择设备必然导致投资增加。因而，设计的第一步需要计算全所的实际负荷，即计算负荷。计算负荷分别用、和表示，是按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想负荷。计算负荷持续运行所产生的热效应，与按实际负荷持续运行所产生的最大热效应相等。换言之，当导体持续流过计算负荷时所产生的恒定温升，恰好等于导体持续流过实际变动负荷时所产生的平均最高温升，从发热效果来看，二者是等效的。2.2负荷计算方法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

7、电耗法等1。需用系数法计算负荷简便，对于任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际，尤其是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。二项式系数法主要适用于各用电设备容量相差较大的场合，如机械加工企业、煤矿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，这种方法目前积累的实用数据不多，且计算步骤较繁琐，故工程应用较少。单位产品电耗法常用于方案设计。经分析比较以上各种计算负荷方法的特点，并且该设计已经告知同时系数为0.9，所以设计采用需用系数法来计算负荷。以化工厂为例，其最大负荷利用小时数为7

8、000h，选需用系数0.9，求计算负荷。有功负荷 无功负荷 考虑需用系数和线损，得化工厂的计算负荷：其中表示需用系数，表示线损率。 同样计算其他各个负荷，得到各自的有功计算负荷和无功计算负荷，如表2-1。表2-1 各个负荷的计算负荷Tab.2-1 Table of the calculation load of each load负荷名称有功功率计算负荷/kW无功功率计算负荷/kvar化工厂5008.52425.7有机玻璃厂32131463.9有机化工厂35911739.2电线厂4252.51937.5起重机厂32131646.1标准件厂756408自来水厂756408城东变电所1701100

9、9.3城南变电所1606.5953 各个相应计算负荷相加，再乘以同时系数即可得到总的计算负荷，具体公式如下： 其中表示同时系数，值为0.9，代入相应数据得到整个变电所的计算负荷，如下表所示。表2-2 待建变电所的计算负荷Tab.2-2 Table of the calculation load of the substation有功功率计算负荷/无功功率计算负荷/视在功率计算负荷/24097.511991208023 主变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器称为主变压器。在各电压等级的变电所中，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。

10、确定合理的主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。主变压器的容量、台数、型式和结构等直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据所传递的容量外，还应考虑到电力系统的近期规划、进出回路线数、电压等级以及在系统中的地位，通过综合分析再合理确定2。3.1 主变压器台数的确定根据设计规程规定：为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变压器，但一般不超过两台，当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。根据本地区的负荷情况以及重要负荷所占的比例，同时66kV系统由双回线供电，考虑供电的可靠性和经济性选择两台主变压器为宜。这样在一台主变压器因故障或检修

11、影响供电时，仍然可以由备用主变压器向重要负荷提供电源。保证不间断供电，满足供电可靠性的要求。3.2主变压器容量的确定根据变电所带负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量，并考虑把变压器正常和事故时的过负荷能力。对于两台主变压器的变电所，每台主变压器的容量应不小于负荷容量的70%3，当一台主变压器停运时，另一台主变压器应能保证全部负荷的70%80%。这样对保证重要符合可以正常运行是可行的。主变压器的容量：因此，选择单台主变压器容量为16000，台数为2台。3.3主变压器相数的确定选择主变压器的相数时，主要考虑主变压器的制造及运输条件等因素。容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330k

12、V及以下电力系统中，一般应选用三相变压器4。因为单相变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。但是，由于变压器的制造条件和运输条件的限制，特别是大型变压器需要考察其运输可能性。若受到限制时，则可选用单相变压器组。结合实际情况，待建变电所运输设备方便，所以不用考虑变压器的运输受限，此外，待建变电所容量小于300MW，优先选用三相变压器。3.4主变压器组数的确定电力变压器按其每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分列式等型式。对于深入负荷中心的变电站，未简化电压等级和避免重复容量，可采用双绕组变

13、压器。待建变电所出线数多，直接相连多个负荷，因而采用双绕组变压器。3.5主变压器联结组号的确定变压器三相绕组的联结组号必须与系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组联结方式只有星接“Y”和角接“d”两种。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，主变压器联结组号一般都选用YNd11常规接线。3.6主变压器调压方式的确定为了保证发电厂或变电站的供电质量，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。应当看到，这种调压仅改变电网的无功潮流分配，并不会增加整个电网的无功容量。

14、因此，当电网无功容量不足造成电压偏低，变压器调压仅是各厂之间无功容量的再分配。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压，调压范围通常在22.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%以内2。该待建变电所为了调压方便，选择有载调压变压器。综上所述，本变电所采用型号为SZ11-16000/66三绕组有载调压变压器。主要参数见表3-1。表3-1 主变压器的主要参数Tab.2-6 Table of the main parameters of the main transformer项目技术参数备注型号SZ11-16000/66空载损耗16300W冷却方式油浸式自冷变压器相

15、数三相低压侧10.5kV高压侧66kV额定容量16000空载电流0.5%阻抗电压9%4 无功补偿功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备利用率，增加了线路供电损失，使负荷端的电压下降，甚至低于允许值，严重影响异步电动机及其他用电设备的正常运行。4.1功率因数的分析及计算根据设计要求，变电所的平均功率因数应达到0.9以上，因此需要计算出补偿前的变电所平均功率因数。若低于0.9，则需要在低压母线10kV侧装设无功补偿装置，以提高变电所的平均功率因数：若高于0.9，则可以直接选择主变压器进行主接线设计。补偿前的功率因数：其中，为有功负

16、荷率，取值为0.75；为无功负荷率，取值为0.8。由于，不能满足系统要求，所以需要装设无功补偿装置来提高功率因数。需补偿的无功功率4.2无功补偿装置的选择无功补偿装置包括同步调相机、静电电容器、静止无功补偿器和静止无功发生器。同步调相机能平滑的改变输出或吸收的无功功率进行电压调节，但是其为旋转机械，运行维护比较复杂，难以适应动态无功控制的要求。静电电容器的装设容量可大可小，而且既可集中使用，又可分散装设来就地供应无功功率，以降低网络的电能损耗。电容器每单位容量的投资费用较小且与总容量的大小无关，运行时功率损耗亦较小。此外由于它没有旋转部件，维护比较方便。因此，电容器是目前最广泛使用的无功补偿装

17、置4。并联电容器常常集中补偿在降压变电所的二次侧，由于此设计中有两台主变压器，为了使两台主变压器补偿均匀分布，因此应使补偿电容器的个数为6的倍数。此外为了装设方便，电容器的台数不宜过多。结合实际情况，铁山地区地势平坦，海拔高度为500m，交通方便，周围空气无污染，最高气温+35，最低气温-20，年平均温度16，BFM型电容器安装运行地区环境温度范围为-25+45，所以初步选择12台型号为BFM10.5-400-1W的电容器，相关参数见表4-1。若补偿后校验的功率因数达到系统要求，则可确定选择12台型号为BFM10.5-400-1W的电容器作为补偿装置；若补偿后校验的的功率因数不符合系统要求，则

18、需要重新选择无功补偿设备。表4-1 BFM10.5-400-1W补偿电容器各代号的代表意义Tab.4-1 Table of representative BFM10.5-400-1W compensation capacitor of each code代号BFM10.54001 W意义并联电容器液体介质二芳基乙烷全膜介质额定电压为10.5kv额定容量400kvar单相户外式4.3校验功率补偿装置的合理性补偿后的功率因数由于，满足系统的功率因数要求，所以可确定选择12台型号为BFM10.5-400-1W的电容器作为补偿装置。5 电气主接线电气主接线，又称一次接线或电气主系统，是指发电厂、变电站

19、的主接线，它是由发电机、变压器、断路器、隔离开关和母线等高压电气设备通过连接组成的接受和分配电能的电路。主接线电路图是用规定的电气设备图形符号和文字符号并按其作用依次连接的单线图。它不仅描述了各电气设备的基本组成、数量和作用，而且也反映各设备的连接方式和各回路之间的关系。主接线是发电厂或变电站电气部分的主体结构，直接影响电力系统运行的可靠性、灵活性和经济性。主接线同时对配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择都起着决定性的作用。因此正确、合理地设计主接线是电力系统设计中的一项十分重要的工作，必须综合考虑各个方面的因素，并经过详细的经济、技术比较论证，才能最终确定4。5.1电气主

20、接线设计的基本要求电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。 (1)可靠性可靠性安全可靠供电是电力生产的首要任务，也是对电气主接线的基本要求。在社会对电能的依赖程度越来越高的情况下，停电不仅对国民经济带来很大的损失，而且会导致人身伤亡、城市人们生活混乱、设备损坏和产品报废等无法估量的损失。因此电气主接线必须保证供电的可靠性。电气主接线的可靠性不是绝对的。因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。值得注意的是，并不是设备和元件使用得越多、接线越复杂就越可靠。复杂的接线有可能造成运行不便，进而降低可靠性。可靠性的高低还与设备质量、

21、管理水平等因素有很大的关系。 (2)灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活进行各种运行方式的转换。具体为：1)操作的方便性。在保证供电可靠性的前提下，接线应尽量简单，操作方便并减少操作次数，这样便于运行人员掌握，能有效地防止在操作过程中误操作的发生。2)调度的灵活性。电气主接线不仅在正常运行时能安全可靠地转换运行方式，而且在发生各种故障时，也能适应调度要求，并能灵活、简单、快速地切除故障和倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。3)在一定的条件下，考虑扩建的方便性。随着建设事业的高速发展，需要对已投产的发电厂或变电站进行扩建，因此在设计时应留有扩建的余地，这包括位置和分期建设的过渡

22、方案的可行与施工的方便等。 (3)经济性在主接线设计时，主要问题经常是可靠性与经济性之间的矛盾，欲使主接线可靠、灵活方便，将导致投资增大。总的原则应该是：在满足供电可靠、灵活方便的基础上，尽力减少投资和运行费用。投资费用主要包括设备费和土地征用费以及安装费等，如使用一些限制短路电流的措施，以便降低开关的容量和数量，合理布置配电装置，节约土地等。运行费主要是电能损耗费，变压器产生的电能损耗较大，因而，变压器的型式、台数和容量在设计中必须适当合理且经济。尤其应避免二级变压而增加电能损耗。5.2电气主接线的设计原则电气主接线的设计是发电厂或变电站设计的主要部分，是一个综合性问题，电气主接线的设计与电

23、力系统结构、状况密切相关，要与系统的运行可靠性、经济性的要求相适应。因此，在进行主接线设计时，应根据设计任务书的要求，全面分析相关影响因素，正确处理他们之间的关系，进行详细的技术经济论证，选出合理的主接线方案。电气主接线设计的基本原则是：以设计任务书为依据，以国家经济建设方针、政策、技术规范、技术标准为准则，并结合工程实际的具体特点，对基础资料进行全面的分析和研究，在保证供电可靠、调度灵活和较为经济的前提下，还要兼顾运行、维护方便和设备的先进性等，同时还应给以后的扩建和发展留有余地。5.3电气主接线方案设计主接线的基本接线形式可根据有无母线分为有母线接线形式和无母线接线形式两大类，它是以电源和

24、出现的多少来确定的。一般当进出线多于4回时，为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。但有母线后可能使断路器等设备增加及占地面积增多。无母线接线形式使用电器设备较少，配电装置占地面积少，但不利于扩建和发展。一般用于进出线回路数为4回且不在扩建和发展的或少于4回的发电厂或变电站。对于有母线的接线形式又可分为单母线接线、双母线接线、一个半断路器接线以及带旁路母线接线；而无母线接线形式又可分为桥形接线、角形接线和单元接线。各种电气主接线的应用范围如表5-1所示：表5-1 主要接线形式的应用范围Tab.5-1 Table of the scope of

25、 application of the main wiring forms接线形式应用范围单母线接线没有重要用户且出线数少的发电厂或变电站单母线分段接线35110kV的变电站和610kV的低压母线上双母线接线进出线较多、容量较大、出线带电抗器的610kV配电装置双母线分段接线发电厂发电机的电压配电装置中以及220kV以及以上的配电装置中内桥接线输电线路较长、故障概率较大且变压器不需要经常切换的小容量变电站和发电厂 外桥 接线输电线路较短、故障概率较小且变压器需要经常切换的小容量变电站和发电厂 单元接线6220kV电压等级的电力系统发电机与变压器连接 带旁路母线接线110kV及以上的高压配电装置

26、根据表5-1，可初步得到待建变电所的电气主接线方式：(1) 鉴于10kV电压级出线回数多，所以可以采用单母线分段接线以及双母线接线形式。 (2) 66kV电压级只有2回进线且工程一次建成(不考虑扩建)，所以优先选用内桥接线和单元接线形式。 至于最终选用哪种接线方式组合，则需要比较各种接线方式组合的可靠性、灵活性及经济性，选择最优接线方式组合，下面对这四种接线形式的优缺点作简单说明，见表5-2。表5-2 各电压侧备用接线方式的优缺点Tab.5-2 Table of the advantages and disadvantages of the standby connection mode电压等

27、级接线形式优点缺点 10kV单母线分段接线接线简单、较为经济可靠性较低、灵活性较差双母线接线可靠性较高、灵活性较好使用设备多、配电装置复杂、经济性差 66kV内桥接线投资小利于扩建成单母线分段接线方式可靠性和灵活性较差但比单元接线要好单元接线投资小接线简单、配电装置结构简单可靠性较低灵活性较差结合表5-2，综合考虑可靠性和经济性，选择66kV侧采用内桥接线方式，10kV侧采用单母线分段接线方式，如图5-1所示。从图5-1中可以看出，对于10kV侧双回线供电的负荷，都采用两回线分别接到单母线分段的两段上，这样当一段母线发生故障时，分段断路器动作跳闸，从而保证正常段的继续供电，提高了可靠性；对于一

28、回线供电的负荷而，尽量均匀的分布在单母线分段的两段上，尽量使两段母线所带负荷相等。通常，为了限制短路电流，简化继电保护，在降压变电站中，采用单母线分段接线时，低压侧分段断路器QFD常处于断开状态，电源分列运行。当66kV侧的一断路器进行检修时，先闭合桥断路器QF3和分段断路器QFD，这样就可以通过桥断路器和分段断路器QFD对线路供电,与检修断路器对应的电源不用停止供电；若采用单元接线，则相关电源也必须退出运行，这就是采用内桥接线的优越之处。图5-1 主接线图Fig.5-1 The diagram of the main wiring6 短路计算6.1短路的概念 (1)短路的定义及分类在电力系统

29、可能发生的各种故障中，危害较大且发生概率较高的首推短路故障。所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。电力系统的短路故障也称为横向故障，因为它是相间或相对地的故障；一相或两相断线的情况，为断线故障，也称纵向故障5。产生短路故障的主要原因是电力设备绝缘损坏，引起绝缘损坏的原因有：各种形式的过电压引起的绝缘子、绝缘套管表面闪络；绝缘材料恶化等原因引起绝缘介质击穿，此外恶劣的自然条件、鸟兽跨接裸露导体及运行人员的误操作等也会造成短路。短路故障分为三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路，其定义性质及代表符号各不相同，如表6-1所示。表6-1短路的种类Ta

30、b.6-1 Table of short circuit classification短路种类定义性质代表符号三相短路系统中三相导体间的短路对称故障两相短路任意两相导体间的短路不对称故障两相接地短路中性点直接接地系统中，任意两相在不同地点发生单相接地而产生的短路 不对称 故障单相接地短路任意一相导体经大地与中性点或中性线发生的短路 不对称故障电力网络中，除了上述的同一地点的短路之外，还可能在不同地点发生短路，称为多重短路。其中出现单相短路故障的几率最大，但由于三相短路所产生的短路电流最大，危害最严重，所以短路计算的重点是三相短路的计算。 (2)短路的危害短路对电力系统的危害主要表现在以下几方面

31、：1)发生短路时，短路回路中的电流大大增加。例如在发电机端发生短路时，流过定子绕组的短路电流最大值可达发电机额定电流的1015倍。过大的短路电流，其热效应会引起导体或其绝缘的损坏；同时电动力效应也可能使导体变形或损坏。2)短路引起电网中电压降低，结果可能使部分用户的供电受到损坏，用电设备不能正常工作。例如系统中的主要负荷异步电动机，其电磁转矩与电压的平方成正比，若电压下降，会导致电动机不能正常工作，甚至停机。3)不对称短路所引起的不平衡电流，将产生不平衡磁通，会在附近的平衡通信线路内感出电动势，造成对通信系统的干扰，威胁人身和设备安全。4)短路可能造成最严重后果是破坏系统的稳定性。由于短路引起

32、系统中功率分布的变化，发电机输出功率与输入功率不平衡，可能会引起并列运行的发电机失去同步，使系统瓦解，造成大面积停电。 (3)短路计算的目的电力系统设计与运行时，要采取适当的措施降低短路故障发生的概率，例如采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。同时，通过采用继电保护装置，迅速切除故障设备，保证无故障部分的安全运行。在变电所及整个电力系统的设计和运行中，短路计算是解决很多问题的基本计算，其计算目的如下：1)选择有足够动稳定性和热稳定性的电气设备，如选择断路器、互感器等电气设备，必须以短路电流计算为依据。例如，计算冲击电流以校验设备的电动力稳定性；计算短路电流周期分量以校验设备的热稳定性等。2)

33、合理的配置继电保护及自动装置，并正确整定其参数，必须对电力系统各种短路故障进行分析计算。3)比较和评价电气主接线方案时，可依据短路计算的结果，确定是否采取限制短路电流的措施，并对设备的造价进行评估，选择最佳的主接线方案。此外，进行电力系统暂态稳定的计算、确定电力线路对邻近通信线路的干扰等，都要进行短路计算。 (4)短路计算基本假设 工程上，在进行短路计算时，通常做以下几方面假设：1)磁路饱和、磁滞忽略不计。即系统中各元件呈线性，参数恒定，可以运用叠加原理。2)在系统中三相除不对称故障外，都认为是三相对称的。3)各元件的电阻比电抗小的多，可以忽略不计，所以各元件均可用纯电抗表示。4)短路性质为金

34、属性短路，过渡电阻忽略不计。6.2 电路元件参数计算电力系统是由线路、变压器和发电机等元件构成的一个整体，直观地考虑，对于电网只需画出各元件的等值电路并按照其连接关系将它们连在一起就可构成电网的等值电路。然而实际电网由不同电压等级的元件通过变压器的电磁耦合连接构成的，实际中给的参数一般都为实际值，也就是有名值。在电网等值电路中，采用有名值参数需要将其归算到同一个电压等级，才能将等值电路连接起来。这在复杂系统有时是很困难的，因而更多地采用标幺值来表示元件参数。标幺值定义为式中，基准值采用与有名值相同的单位，所以标幺值是没有量纲的数值，一般用变量后带*表示。对于同一个实际有名值，基准值选得不同，其

35、标幺值也就不同。因此，当给出一个量的标幺值时，还需要同时说明它的基准值，否则，标幺值的意义是不明确的5。标幺值的计算方法分为精确计算法和近似计算法两大类。在电力系统计算中，在制定标幺值的等值电路时，各元件的参数必须按统一基准值计算，在多电压等级中，精确计算法需要把各个标幺值在归算到同一电压等级，这就加大了计算的繁琐程度。因此在工程计算中，常采用后者，即将各个电压级都以平均额定电压作为基准电压，然后在各个电压级将有名值换算成标幺值。各级电压的平均额定电压见表6-2。表6-2 额定电压与平均额定电压Tab.6-2 Table of the average rated voltage and rat

36、ed voltage额定电压/kV36103566110220平均额定电压/kV3.156.310.53766115230选取功率基值，电压基值(为系统各级平均额定电压)，该设计中所用到元件的标幺值计算公式如表6-3：表6-3 标幺值计算公式Tab.6-3 Table of calculation formula for normalized value元件名称变压器负荷线路 计算 公式其中，为变压器短路电压百分数，为变压器额定容量，为额定负荷容量，为每千米电抗值，为线路长度。取电源为，,，则各元件电抗的标幺值计算如下：主变压器T的标幺值： 为了选取66kV侧相关设备，必须选取66kV侧的架空

37、线长度，经查取相关资料，取为15km，则以化工厂为例，取架空线路的单位阻抗计算其架空线路的标幺值：表6-4 出线标幺值Tab.6-4 Table of normalized value of the line parameter 负荷名称化工厂有机玻璃厂有机化工厂电线厂起重机厂标准件厂自来水厂城东变电所城南变电所阻抗标幺值1.451.452.181.811.813.632.901.811.456.3 短路电流计算进行短路电流计算时，通常根据以后的设备选择选取几个短路点。在本设计中，选择以下几个短路点进行计算 短路图如图6-1：图6-1 短路计算图Fig.6-1 short-circuit ca

38、lculation chart d1：两台主变压器并列运行10kV母线短路(短路电流可以用来校验低压侧断路器、隔离开关、分段断路器和变压器高压侧的两个隔离开关等) 等效电阻： 短路电流周期分量的标幺值： 短路电流周期分量的实际值： 短路电流冲击值： d2：两台主变压器分列运行(短路电流可以用来校验66kV侧的断路器和隔离开关) 等效电阻： 短路电流周期分量的标幺值： 短路电流周期分量的实际值： 短路电流冲击值：7 变电所一次设备的选择7.1 电气设备选择的一般原则虽然电力系统中各种电气设备的作用及工作条件并不相同，具体的选择方法也不完全相同，但对这些设备的基本要求却是一致的，即要能可靠运行。为

39、此电气设备不仅要满足正常的工作条件，而且在发生短路时应能承受短时发热和电动力的作用，即满足热稳定和动稳定的条件6。(1) 按正常工作条件选择电气设备电气设备正常的工作条件主要是电压、电流及环境条件的影响。1) 额定电压各种电气设备都有它的额定电压，该电压必须与设备工作处电网的额定电压相一致。电网的实际电压由于负荷的变动、调压的要求等，有时会高出额定电压，又因为电压合格率的要求，电网的实际电压一般不高于1.15倍的额定电压，因而要求电气设备在此电压下必须能正常运行，故要求电气设备允许的最高工作电压应大于电网的最高运行电压，即通常电气设备可在其额定电压的1.15倍及以下安全运行，这也是电气设备的最

40、高工作电压。所以，选择电器时，一般可按电器的额定电压不低于装设地点电网额定电压的条件，即2) 额定电流各种电气设备都有它的额定电流，即在额定环境温度下(一般是40)，电气设备长期运行所允许通过的电流。为了使电气设备能长期正常工作，其额定电流应不小于该设备在工作中的最大持续工作电流，即3) 环境条件在选择电器时应考虑设备安装地点的环境条件，如温度、湿度、污染等级、海拔高度以及地震烈度等。不同的环境应选择适应该环境的电器。尤其还应注意小环境。例如，电气安装在室内时应选择户内型设备，安装在室外时应选择户外型设备；此外，还应根据环境分别使用能抗寒的高寒区产品，适应热带区的产品，尤其是能抗污染的防污型产

41、品。在实际运行中，当环境温度高于+40时，电气设备的允许电流可按增高一度，额定电流减小1.8%修正；当环境温度低于+40时，电气设备的允许电流可按降低一度，额定电流增加0.5%修正，但其最大电流不得超过额定电流的20%。(2) 按短路条件校验电气设备电气设备在选定后，应按其最大可能通过的短路电流进行热、动稳定的校验。不满足热、动稳定条件的电气设备应重新选择。1) 短路热稳定校验短路时短路电流通过电器可导致设备温度升高，满足热稳定的根本条件是短路时的最高发热温度不应超过设备短时发热最高允许温度。用于校验电器热稳定的使用条件为式中，为短路电流产生的热效应，它是短路电流向设备的热量；为设备允许通过的

42、热稳定电流；t为设备所允许通过电流的持续时间；就是该设备所允许吸收的热量。2) 短路动稳定校验 动稳定是指设备承受短路电流机械效应的能力。动稳定的根本条件是短时冲击电流产生的最大应力不大于材料的允许应力。用于校验电器动稳定的实用条件为式中，为设备允许通过的动稳定电流的有效值；为短时短路冲击电流的有效值，也是短路电流最大有效值。它的计算公式为式中，为短路电流的周期电流分量的有效值，当冲击系数时，；当冲击系数时，。在以下情况下，可不校验热稳定或动稳定：(1) 用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，可不验算热稳定。(2) 采用有限流电阻的熔断器保护的电气设备，在短路电流未达到峰值时已熔断，

43、故可不验算动稳定。(3) 对于熔断器保护的电压互感器回路，可不校验动、热稳定。 下面将常用设备的选择项目与校验项目见表7-1，表7-1 电力设备选择项目和校验项目表Tab.7-1 High voltage electrical equipment to select items and test items table设备名称选择项目校验项目额定电压/kV额定电流/A装置类型（户内、外）准确度级短路电流开断能力/kA二次容量热稳定动稳定断路器××隔离开关×××熔断器××电流互感器电压互感器母线××注：“”

44、表示必须检验，“”表示可不校验，“×”表示不必校验。7.2 断路器的选择与校验选择断路器主要包括高压断路器的种类、型式、额定电压、额定电流、开断电流、关合短路电流以及短路时的热稳定和动稳定校验。断路器一般按照灭弧介质分为油断路器、压缩空气断路器、真空断路器和断路器等。油断路器用油作为灭弧介质，开断能力差，目前应用越来越少；真空断路器以真空作为绝缘和灭弧介质，可连续多次操作，开断性能好，灭弧迅速，常用于10kV、35kV电压等级中，尤其是10kV电压等级中，90%以上使用它；断路器用气体灭弧，额定电流和开断电流可做得都很大，开断性能好，常用于35kV以上电压等级中，尤其是超高压领域，大

45、都选用它；压缩空气断路器的额定电流和开断电流都可做得很大，一般用于110kV及以上电压等级，它的缺点是维修周期长且需要一套压缩空气装置作为气源。选择断路器型式时，应根据断路器的特点以及使用的电压等级、环境和价格等经济技术比较后确定。7.2.1 10kV出线断路器的选择与校验(1)为了保证开断性能并综合经济性，10kV侧选择真空断路器。(2)根据以上短路计算结果，预选择SN10-10/2000断路器其相关参数见表7-2。表7-2 SN10-10III/2000断路器参数Tab.7-2 SN10-10III/2000 Breaker parameters型号项目额定电压/kV额定电流/A动稳定电流

46、/kA热稳定电流/kA额定开断电流/kA额定断流容量/MV·ASN10-10/2000技术参数10200012540（4s）40750计算参数10923.7642.4816.66（0.85s）16.66300(3)校验1)额定电压的校验：很明显，满足要求2)额定电流的校验：设备的最大长期工作电流为式中，为一台主变压器的额定容量；为断路器工作端的额定电压。考虑到待建变电所周围环境年平均温度为+16的影响，必须进行温度修正，即环境温度低于+40时，电气设备的允许电流可按降低一度，额定电流增加0.5%修正，故电气设备的允许电流按增加12%修正。可见，所以满足要求。3) 额定开断电流检验：,

47、满足要求；4) 开断容量：短路处的容量可见，满足要求；5) 动稳定校验：，所以满足要求；6)热稳定性校验：继电保护装置后备保护动作时间，断路器分闸时间，则，则满足，符合要求。7.2.2分段断路器的选择与校验 由电路路可知，分段断路器短路时，流过的电流为10kV母线短路时的2倍，选择SN10-10III/2000，校验过程与上面类似，满足要求。综上，10kV侧断路器选择型号为SN10-10III/2000的断路器，且经校验满足要求，共需23台。7.2.3 66kV进线断路器的选择与校验(1)为了保证开断性能并综合经济性，66kV侧选择六氟化硫断路器。(2)根据以上短路计算结果，预选择LW4-11

48、0/1000断路器其相关参数见表7-2。表7-3 LW4-110/1000断路器参数Tab.7-3 LW4-110/1000 Breaker parameters型号项目额定电压/kV额定电流/A动稳定电流/kA热稳定电流/kA额定开断电流/kA额定断流容量/MV·ALW4-110/1000技术参数11010005532（1s）20.43500计算参数66146.9624.799.72（0.85s）9.721111.11 (3)校验1)额定电压的校验：很明显，满足要求2)额定电流的校验：设备的最大长期工作电流为式中，为一台主变压器的额定容量；为断路器工作端的额定电压。考虑到待建变电所

49、周围环境年平均温度为+16的影响，必须进行温度修正，即电气设备的允许电流按增加12%修正，则可见，所以满足要求。3)额定开断电流检验：,满足要求；4)开断容量：短路处的容量可见，满足要求；5)动稳定校验：，所以满足要求；6)热稳定性校验：继电保护装置后备保护动作时间，断路器分闸时间，则 满足，符合要求。7.2.4 桥连断路器的选择与校验电路图可知，当桥连断路器发生短路时，流过的短路电流为变压器侧短路电流的2倍，选择LW4-110/1000，校验过程与上面类似，都满足要求。综上，66kV侧断路器选择型号为LW4-110/1000的断路器，且经校验满足要求，桥连断路器与66kV所需要的断路器相同，

50、所以共需3台。7.3 隔离开关的选择与校验隔离开关的主要功能是隔离电压和倒闸操作。它虽不能切断短路电流，但必须能够经受住短路电流的考验。这是因为电路短路后，断路器未动作前，短路电流同样流过隔离开关。因隔离开关不用来切断和接通短路电流，故无须进行开断电流和短路关合电流的校验。隔离开关的型式较多，按安装地点不同可分为屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式，此外还有V型隔离开关。它对配电装置的布置和占地面积有很大的影响，选型时应根据配电装置的特点和使用要求以及技术经济条件来确定。7.3.1 10kV侧隔离开关的选择与校验(1)根据以上短路计算结果，预选择GN6-10/1000-

51、80隔离开关其相关参数见表7-5。表7-5 GN6-10/1000-80隔离开关参数Tab.7-5 GN6-10/1000-80 isolation switches parameters型号项目额定电压/kV额定电流/A动稳定电流/kA热稳定电流/kAGN6-10/1000-80技术参数1010008031.5（4s）计算参数10923.7642.4816.66（0.85s） (2)校验1)额定电压的校验：很明显，满足要求2)额定电流的校验：设备的最大长期工作电流为式中，为一台主变压器的额定容量；为隔离开关工作端的额定电压。考虑到待建变电所周围环境年平均温度为+16的影响，必须进行温度修正，

52、即环境温度低于+40时，电气设备的允许电流可按降低一度，额定电流增加0.5%修正，故电气设备的允许电流按增加12%修正。可见，所以满足要求。3)动稳定校验：，所以满足要求；4)热稳定性校验：继电保护装置后备保护动作时间，断路器分闸时间，则满足，符合要求。综上，10kV隔离开关选择型号为GN6-10/1000-80隔离开关，且经校验满足要求，共需40台。7.3.2 分段隔离开关的选择与校验(1) 根据以上短路计算结果，短路电流为10kV母线短路电流的2倍，因此预选择GN6-10/1000-80隔离开关其相关参数见表7-6。表7-6 GN6-10/1000-80隔离开关参数Tab.7-6 GN6-10/1000-80 isolation switches parameters型号项目额定电压/kV额定电流/A动稳定电流/kA热稳定电流/kAGN2-10/2000-85技术参数1020008551（5s）计算参数101847.5284.9633.32（0.85s） (2)校验1)额定电压的校验：很明显，满足要求2)额定电流的校验：设备的最大长期工作电流为式中，为一台主变压器的额定容量；为隔离开关工作端的额定电压。考虑到待建变电所周围环境年平均温度为+16的影响，必须进行温度修正，即环境温度低于+40时，电气设备的允许电流可按降低一度，额定电流增加0.5%修正，