110kV变电站一次部分设计

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1、. . 论文题目：110kV变电站一次部分设计 专 业：电气工程与其自动化 本 科 生： （签名）＿＿＿＿ 指导教师：（签名）＿＿＿＿ 摘要 变电站是电力系统的重要组成部分，它担负着从电力系统中受电、经过变压，然后分配电能的任务。因此变电站的设计工作是整个工程环节的关键部分。电气主接线是发电厂变电站的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装的布置置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气

2、部分投资大小的决定性因素。 本次设计某110kV降压变电站的一次部分，首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。 其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。 最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验。 [关键词]变电所；主接线；短路电流；断路器；变压器；防雷接地 41 / 46 Subject: 110kV transformer substa

3、tion electrical part design Specialty: Electrical Engineering And Automation Name: Li Jingwen (Signature）＿＿＿＿ Instructor: Liu Qing (Signature) ＿＿＿＿ Abstract The substation is the importance of the electric power system to constitu

4、te part, it carries to be subjected to electricity and pass by to change to press, and then assign the mission of electric power from the electric power system. So the design work of substation is the whole key part of engineering link. Electricity lord's connecting line is the vital link of power p

5、lant substation, the electricity lord connects a linear draw-up to relate to the choice of the whole factories electricity equipments directly, The decoration going together with electricity device, after electricity protection and automatic device really settle, is a transformer substation electric

6、ity part investment size of decisive factor. This design constructs a 110 kV to decline to press a transformer substation, connecting linear economy credibility and circulating a vivid request to choose each electric voltage grade to connect a line method according to the lord first, carrying on a

7、comparison in the technique aspect and the economic aspect, selecting by examinations vivid superior connect a line method. Carry on a short-circuit electric current calculation secondly, according to each a little bit short-circuit compute an at all point and short-circuit steady state electric cu

8、rrent and short circuit to pound at electric current, is been short circuit occurrence to work in each electric voltage grade from three mutually short-circuit calculations female line, it the value of short-circuit steady state electric current and pound at electric current. End, according to the

9、sum of each electric voltage grade settle electric voltage and biggest keep on work electric current to carry on an equipments choice, then carry on a school to check. [Keywords]Substation；The lord connects line；Short-circuit electric current；Object；Transformer；Defending the thunder connects grou

10、nd 目 录 1绪论1 2 设计原始资料与负荷计算2 2.1 原始资料2 2.2 负荷计算的概念3 2.3利用需用系数法进行负荷统计3 3 主变压器的确定5 3.1主变压器的容量和台数的选择5 3.2 容量的计算和条件5 3.3 近期与远景容量问题5 3.4变压器型式的选择6 3.4.1相数绕组数量和连接方式的选择6 3.4.2主变阻抗和调压方式选择6 3.4.3容量比、冷却方式、电压级选择7 4 电气主接线设计8 4.1 电气主接线的设计原则8 4.1.1考虑变电站在系统中的地位和作用8 4.1.2分期和最终建设的规模8 4.1.3所址条件8

11、 4.2 电气主接线设计的基本要求9 4.2.1可靠性9 4.2.2 灵活性9 4.2.3经济性10 4.3 各电压级主接线型式选择10 4.3.1 110kV主接线方案比较10 4.3.2 35kV主接线方案比较11 4.3.3 10kV主接线方案比较11 4.4 最优方案确定12 4.4.1技术比较12 4.4.2经济性比较12 5 短路电流计算14 5.1 短路电流计算的目的14 5.2 短路电流计算的一般规定14 5.2.1计算的基本情况14 5.2.2接线方式15 5.2.3计算容量15 5.2.4短路种类15 5.2.5短路计算点15

12、5.3 短路电流的计算方法15 5.4 短路电流的计算结果16 5.4.1变压器参数的计算16 5.4.2 对110kV侧母线即短路点d-1的短路计算17 5.4.3 对35kV侧母线即短路点d-2的短路计算18 5.4.4 对10kV侧母线即短路点d-3的短路计算19 6 电气设备的选择与校验21 6.1电气设备选择的一般条件21 6.2选择导体和电气设备的一般原则21 6.3导体的选择21 6.3.1母线型号选择21 6.3.2材料的选择21 6.3.3母线截面积的选择22 6.4电气设备的选择24 6.4.1断路器选择24 6.4.2隔离开关的选择25

13、6.4.3电压互感器选择26 6.4.4电流互感器选择27 6.5电气设备的校验29 6.5.1 校验的一般原则29 6.5.2 断路器的校验29 6.5.3 隔离开关的校验32 6.5.4 电压互感器的技术数据33 6.5.5 电流互感器的技术数据34 7 变电站的防雷保护36 7.1避雷器原理36 7.2避雷器应满足的基本要求36 7.3直击雷的保护37 7.4雷电侵入波的保护37 7.5避雷器的选择37 参考文献39 附录40 致41 1 绪论 我国变电站按电压等级可分为超高压、高压、中压变电站和低压变电站。电压在330kV以上的称为超高压；电压

14、高于10kV低于330kV的称为高压；电压为1~10kV的称为中压；电压在1kV以下的称为低压。 按供电对象的差异可分为城镇变电站、工业变电站和农业变电站。 根据其在电力系统中的地位和作用，可分为枢纽变电站、中间变电站、区域变电站、企业变电站和末端变电站。 目前，我国变电站按电压等级分为35kV变电站、110kV变电站、220kV变电站和500kV变电站。 电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，是构成电力系统的主要环节。主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、配电

15、装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。 电气主接线设计的基本要求包括可靠性、灵活性和经济性三方面。主接线的基本接线形式：有汇流母线接线形式分为单母线接线、双母线接线和3/2接线；无汇流母线的接线形式有桥形接线、角形接线和单元接线。 选择主变压器形式和结构的选择原则，应考虑以下问题。1、相数。2、绕组数和结构。3、绕组联结组号。4、阻抗和调压方式。5、冷却方法。 电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。按正常工作条件选择电气设备，1、额定电压：电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压。2、额定电流：不小于

16、该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流。3、环境条件：安装地点环境如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施；按短路状态校验，1、短路热稳定校验：短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度应不超过允许值。2、点动力稳定校验：电气设备允许通过的热稳定电流的幅值与其有效值大于等于短路冲击电流幅值与其有效值。 本次毕业设计的目的是，掌握变电站与电气主系统设计的方法、步骤，负荷计算，短路电流的计算方法，电气设备的选择校验方法，防雷设计等设计方法，使获得设计变电站一次部分的工程训练。变电站一次部分设计是强电类专业学生应具备的一项基本能力，进行本设

17、计可以使学生对所学的专业知识融会贯通，提高学生应用专业知识解决工程实际的能力。 2 设计原始资料与负荷计算 2.1原始资料 该所位于ZY市郊的工矿企业集中区的中心，为满足该地区经济发展人民生活需要，决定在此建设此区域性变电所。 根据电力系统规划，本变电所的规模如下：电压等级：110/35/10kV 线路回数：110kV近期2回，远景发展2回。 35kV近期5回，远景发展2回。 10kV近期12回，远景发展2回。 该变电所位于ZY县东南郊，交通便利，变电所的西边为10kV负荷密集区，主要有棉纺厂，食品厂，印染厂，针织厂，柴油机厂，橡胶厂与部分市区用电。变电所以东主要有35kV

18、的水泥厂，耐火厂与市郊其它用电。该变电所所址区海拔200m地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊阔，架设方便，全线为黄土层地带，地耐力为2.4kg/cm？，天然容重γ=2g/cm,摩擦角θ=23°,土壤电阻率为100Ω·cm变电所保护地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。气象条件：年最高气温＋40℃,年最低气温－20℃，年平均温度＋15℃,最热月平均最高温度＋32℃,最大复水厚度ｂ＝10cm，最大风速25m/s。 表2-1 35kV负荷表格 电压 等级 负荷 名称 最大负荷MW 负荷组成 (﹪) 自然力率 Ｔmax(h) 线长 (km) 备注 近期 远景 一 二

19、35 kV 郊一 2 3 5 30 0.9 12 郊二 2.5 3.5 5 30 0.9 16 水泥厂1 1.5 2 15 30 0.9 20 水泥厂2 1.5 2 15 30 0.9 20 耐火厂 1 1.5 15 30 0.9 18 备用1 2.5 0.9 15 备用2 2.5 0.9 15 在35kV负荷中水泥厂和耐火厂的一类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短、水泥质量下降和一定的经济损失，因此要尽可能保证

20、其供电可靠性。 表2-2 10kV负荷表格 电压 等级 负荷 名称 最大负荷MW 负荷组成 (﹪) 自然力率 Ｔmax(h) 线长 (km) 备注 近期 远景 一 二 10 kV 棉纺厂1 2 2.5 20 40 0.75 5500 3.5 棉纺厂2 2 2.5 20 40 0.75 5500 3.5 印染厂1 1.5 2 30 40 0.78 5000 4.5 印染厂2 1.5 2 30 40 0.78 5000 4.5 毛纺厂 2 2 20 40 0.75

21、 5000 2.5 针织厂 1 1.5 20 40 0.75 4500 1.5 柴油机厂1 1.5 2 25 40 0.8 4000 3 柴油机厂2 1.5 2 25 40 0.8 4000 3 橡胶厂 1 1.5 30 40 0.72 4500 3 市区1 1.5 2 20 40 0.8 2500 2 市区2 1.5 2 20 40 0.8 2500 2 食品厂 1.2 1.5 15 30 0.8 4000 1.5 备用1 1.5

22、 0.78 备用2 1.5 0.78 在10kV负荷中，印染厂、柴油机厂、毛纺厂、橡胶厂、市区一类负荷比较大；若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，对市区医院则造成不良政治和社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，必须保证其供电可靠性。 2.2负荷计算的概念 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电气设备或导体的依据。 平均负荷为一段时间用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大

23、负荷班（即有代表性的一昼夜电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。 2.3利用需用系数法进行负荷统计 1)需用系数是用电设备实际所需要的功率与额定负载时所需的功率的比值，用公式表示为           （2-1） ——用电设备实际所需功率 ——用电设备额定功率     需要系数的大小要综合考虑用电设备的负荷状态、工作制(连续、短时、重复短时工作)和该类设备的同时工作几率等方面的因素。一般是根据实经验统计后取平均值

24、。 需要系数的计算分步进行:     (1)计算各电动机和其它电气设备的额定所需功率。     (2)选择计算工况，并确定各工况下所需使用的电气设备。     (3)估计各辅机和各电气设备实际使用功率，了解使用情况并确定需要系数。     (4)计算各电气设备的所需功率，并计算总功率。     (5)考虑5%的电网损失，计算所需总功率。     (6)选择发电机组，计算各工况下发电机的负荷百分率。一般发电机组应有10%-20%的功率余量，因此发电机负荷度不超过80%-90%。 2)综合最大计算负荷Sjs的计算方法。 各侧Sjs的计算(35kv和10kv) Sjs=

25、Kt＇()(1+α%) （2-2） 单位为KVA或MVA. Pimax是各出线的最大负荷，COSФt是各出线的功率因数。Kt＇为同时系数35kV侧取0.9-0.95 ，6-10kV侧取0.85-0.9。α%=5%为线损率。 3) 三绕组负荷Sjs的计算：Sjs= 35kV侧的负荷 Sjs=0.9(++++++)(1+5%) =17.85MVA 10kV侧的负荷 Sjs=0.85(++++++)(1+5%) =30.582MVA. Sjs总= Kt＇(17.85+30.582)=0.85(17.85+30.582)=41.167MVA

26、 3 主变压器的确定 3.1主变压器的容量和台数的选择 (1)主变容量选择一般按变电所建成以后5-10年的规划符合选择，并适当考虑到远期10-20年的发展。对城郊变电站，主变容量应与城市规划相结合。 (2)根据变电站带负荷的性质和负荷电网结构来确定主变容量。对有重负和的变电站应考虑一台主变停运时，其余主变容量在计与过负荷能力后的允许时间，应该保证用户的一、二级负荷；对一般性变电所点一台主变停运时，其余主变应能保证全部负荷的60%。 (3)对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装设两台变压器为宜。 (4)对地区性孤立的一次变或大型工业专用变电所，设计时应考

27、虑有装设三台的可能性。 (5)对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜按大于变压器容量的1-2级设计， 以便负荷发展时更换主变。 台数选择由以上分析应选择两台。 3.2容量的计算和条件 容量Se的选择计算: (1)选择条件：nSeSjs Sjs-综合最大计算负荷,n为主变压器的台数 (2)校核条件：(n-1)Se0.6Sjs(3-1) (n-1)SeS1+S2 (S1,S2为一二类负荷).(3-2) 由选择条件nSeSjs总(n=2)可得2Se41.167MVA. 故该变压器容量可暂定为31.5MVA. 校验 a. (2-1)Se=31.5>0.6 Sjs总=0.6*4

28、1.167MVA(3-3) b.(2-1)Se=31.5>S1+S2=23.047MVA. 满足要求。(3-4) 3.3 近期与远景容量问题 按照上述计算结果是5-10年规划的最终变电所的台数与容量，近期容量问题实际值为 S近期=0.85(S1+S2) S1为35kV侧近期负荷，S2为10kV 侧近期负荷 S1=0.9(++++)(1+5%)=8.925 S2=0.9(+++++++) (1+5%)=25.465 故S近期总=0.85（8.925+25.465）=29.2315<31.5MVA一台主变可满足近期负荷的需要，施工时可先装设一台，但是在平面布置时，土建部

29、分在工期工程中要全部竣工，二期只需要电气设备安装。 3.4变压器型式的选择 3.4.1相数绕组数量和连接方式的选择 当不受运输条件限制时 ，在330kV与以下的变电所均应选用三相变压器。 依据以上原则：此110kV变电站应选用三相变压器。 （1）绕组数量选择原则： 在具有三种电压等级的变电所中，如通过各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三绕组变压器。 （2）绕组连接方式： 变压器绕组的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“Y”和“⊿”。高中低三侧绕组如何组合，要根据具体工程来定。我国110kV与以上电压

30、，变压器绕组都采用“Y”型连接，35kV亦采用“Y”型。35kV以下电压变压器绕组都采用“⊿”型连接。ZY110kV变电站电压等级为110/35/10kV，接线方式采用Y/Y/⊿接线方式。 3.4.2主变阻抗和调压方式选择 （1）阻抗选择原则： 变压器的阻抗实质时绕组漏抗。漏抗的大小，取决于变压器的结构和采用的材料，当变压器的电压比和结构型式，材料确定后，其阻抗大小和变压器容量关系不大，以电力系统稳定和供电电压质量考虑，希望主变的阻抗越小越好，但阻抗偏小会使系统短路电流增加，高，低压设备选择困难。另外，阻抗大小还要考虑变压器并联运行的要求，主变阻抗的选择要考虑的原则如下： a.抗值

31、的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统的调压手段和并联运行等方面综合考虑，并应以对工程起决定作用的因素来确定。 b.对绕组的普通型，其最大阻抗是放在高—中压侧还是放在高—低压侧，必 须按I条原则确定。 综上，选择“降压型”结构的变压器，绕组的排列顺序为自铁芯向外依次为低，中，高。高—低压侧的阻抗最大。 （2）调压方式的选择 变压器的电压调整是用分接头开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。设置有载调压对于110kV与以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器。采用有载调压方式，用高压侧调节围较大，所以分接头设在高压侧。不选用自耦变压器。

32、 3.4.3容量比、冷却方式、电压级选择 该变电所为区域性变电所，主要潮流为10kV侧，宜采用容量组合为100/100/100。 110kV变电所自然风冷。 变压器一次侧接电源，相当于用电设备与线路额定电压相等；二次侧向负荷供电，相当于发电机二次侧。电压较额定电压高5%所以电压等级为110/38.5/11kV。 查资料表综合后选择变压器型号为三相油浸风冷有载铝制变压器SFZL7-315000/110。 表3-1 SFZL7-315000/110型变压器 电压组合（kV） 连接组别 损 耗（kW） 短路阻抗（%） 高 中 低 空载 有载 高-低 高-中

33、 中-低 110±3×2.5%/38.5/6.6 YN,yn,d11 41.34 141.6 17.5 10.5 6.5 空载电流（%） 外部尺寸（mm） 轨距（mm） 1.0 6340×5265×5390 2000 4 电气主接线设计 变电站电气主接线是将变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性，灵活性，同时对电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护，自动装置和控制方式等诸多方面有决定性的关系。 4.1电气主接线的设计原则 4.1.1考虑变电

34、站在系统中的地位和作用 此ZY变电站位于该地区负荷中心，为保证电能质量,必须保证供电可靠性。由于 Ⅰ类和Ⅱ类负荷所占比重较大，故对电能质量提出很高要求，特别是医院,一旦停电， 除造成经济损失外，还易造成人身伤亡,故该变电站属地区重要变电站。 4.1.2分期和最终建设的规模 根据电力系统发展的需要，ZY变远景规划有扩建的可能，所以在设计主接线时应留出发展扩建的余地，本设计采用一次设计，分期投资，扩建，尽快发挥经济效益。线路回路数: 110kV近期2回，远期发展2回。35kV近期5回，远期发展2回。10kV近期12回，远期发展2回，主变台数选两台，经容量校验后可知：近期可以只投运一台主

35、变压器，且有足够的备用容量，以满足近期负荷供电的要求。 4.1.3所址条件 变电站所址的选择，应根据以下要求综合考虑确定 a. 靠近负荷中心。 b. 节约用地，不占或少占耕地与经济效益高的土地。 c. 与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空线和电缆线路的引入和引出。 d. 交通运输方便。 e. 具有适应地形，地貌，地址条件。 ZY市110kV变电站所址在市郊,地价相对较低，是供地方用电的地区变电站。在建站时必须遵循节约用地，少占良田的原则，可建成中型规模变电站。 4.2电气主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、经济性三方面。根

36、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。 4.2.1可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。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而是相对的

37、，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，以与能否保证对重要用户的供电； (3)变电站全部停电的可能性。 在可靠性分析中，最主要的基础统计数据是断路器的可靠性，其主要指标是故障率、可用系数和平均修理小时数。评估供电可靠性的主要指标有停电频率、每次停电的持续时间与用户在停电时的生产损失或电网公司在电力市场环境下通过辅助服务市场获得备用容量所付出的代价。 4.2.2 灵活性 主接线的灵活性有以下几方面的要求： (1)调度

38、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、检修与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、母线与其继电器保护设备，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，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。 4.2.3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

39、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气设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易设备代替高压侧断路器。 (2)年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以与大修费、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、台数以与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

40、和节省架构、导线、绝缘子与安装费用。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。 4.3各电压级主接线型式选择 4.3.1110kV主接线方案比较 方案一：单母分段接线。方案二：单母线分段带旁路。 （1）单母分段接线： 优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。 缺点：当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建 （2）单母分段带旁路接线： 优点：母线经

41、断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电;一段母线故障时（或检修），仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作。在不给用户停电的情况下可以对出线的断路器进行检修，不影响用户供电。 缺点：经济性差，多了一个断路器和数个隔离开关；占地面积大。 单母线分段接线，虽然缩小了母线或母线隔离开关检修或故障时的停电围，在一定程度上提高了供电可靠性，但在母线或母线隔离开关检修期间，连接在该段母线上的所有回路都将长时间停电，这一缺点，对于重要的变电站和用户是不允许的。 （3）通过以上两种接线优缺点的分析，可见，对于110kV侧若采用双母线接线方式，其优点是可靠性高

42、，当一组母线出现故障可将负荷转至另一母线，不使线路停电。扩展和调度都灵活。缺点是增加了隔离开关数目，检修时容易误操作。但是110kV考虑的主要是可靠性，所以选方案一双母线接线。 4.3.235kV主接线方案比较 方案一：单母线分段接线。方案二：双母线接线。 (1)单母分段接线： 优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。 缺点：当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建。 （2）双母线接线： 优点：供电可靠，调度灵活，扩建

43、方便，便于设计。 缺点：增加了一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，增加了投资，操作复杂，占地面积增加。 （3）通过以上两种接线优缺点的分析，电压等级为35kV～60kV，出线为4～8 回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。35kV出线有8回与以上时，为保证线路检修时不中断对用户的供电,采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。双母线与双母线带旁路接线，供电可靠性高，任一回路开关故障或检修，或任一回路故障或检修时，都不影响用户停电，但是倒闸操作复杂，造价高，单母线分断接线，接线简单，操作方便，便于扩建，在一定程度上能提高供电的可靠性，但是当一段母线上刀闸检

44、修时，该段母线上全部出线都要长时停电，为保证对这些重要用户得供电，采用单母分段接线方式。 4.3.3 10kV主接线方案比较 方案一：单母分段接线。方案二：单母线接线。 （1）单母分段接线： 优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。 缺点：当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建。 （2）单母线接线： 优点:结构简单，操作简便，投资少，经济性好，运行费用低，较适用于小容量和用户对可靠性不高的场所，母线便于向两端延伸，扩建方便。

45、 缺点：可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止运行，造成全厂(站)长期停电。调度不方便，电源只能并列运行，不能分裂运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷和发电厂和变电站中。 （3）6～10kV 配电装置出线回路数目为6 回与以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。本变电所10kV用户负荷较轻，负荷性质为一级，二级负荷，宜采用单母线分段接线。 4.4最优方案确定 4.4.1技术比较 在初步设计的两种方案中，方案一：11

46、0kV侧采用单母分段接线；方案二：110kV侧采用单母分段带旁路接线。采用双母线接线的优点：优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。所以应选单母线分段接线。 在初步设计的两种方案中，方案一:35kV侧采用单母分段接线；10kV侧采用单母分段接线；方案二：35kV侧采用双母线接线；10kV侧采用单母线接线。有原材料和经分析可知，35kV侧采用单母分段接线方式。10kV侧侧单母线分段接线方式。 4.4.2经济性比较 在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线与土建费用上，在运行灵活性上35kV、1

47、0kV侧单母线形接线比双母线接线有很大的灵活性。 由以上分析，最优方案可选择为方案一，即110kV侧采用单母分段接线，35kV侧采用单母分段接线，10kV侧采用单母分段接线。如图4-1。 图4-1电气主接线图 5 短路电流计算 5.1短路电流计算的目的 在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面： (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，为了保证设备在正常运行和故障

48、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。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。 (3) 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校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) 接地装置的设计，也需用短路电流。 5.2短路电流计算的一般规定 验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定： 5.2.1计算的基本情况 (1) 电

49、力系统中所有电源都在额定负荷下运行； (2) 同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁)； (3) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间； (4) 所有电源的电动势相位角相同； (5) 正常工作时，三相系统对称运行； (6) 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。 5.2.2接线方式 计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 5.2.3计算容量 应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统

50、的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5～10 年）。 5.2.4短路种类 一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以与自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。 5.2.5短路计算点 在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的6～10kV 出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。 5.3短路电流的计算方法： (1)选择计算短路点。 (2)画等值网络图。 ①首先去

51、掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。 ②选取基准容量SB和基准电压UB（一般取各级的平均电压）。 ③将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。 ④绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。 (3)化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。 (4)求计算电抗Xjs。 (5)由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到Xjs=3.5）。 ①计算无限大容量（或Xjs≥3）的电源供给的短路电流周期分量。 ②计算短路电流周期分量的有名值和短路容量。

52、 5.4短路电流的计算结果 （1）系统S等效电抗标幺值： （5-1） 式中 —— 系统的容量，MVA； —— 系统以其本身容量为基准的等效电抗标幺值。 （2）线路电抗标幺值： （5-2） 式中 —— 线路单位长度的电抗值，其中，单根导线为0.4Ω/km，二分裂导线为0.31Ω/km； —— 线路的长度，km。 5.4.1变压器参数的计算 基准值的选取：，取各侧平均额定电压 表5-1 平均额定电压 电网额定电压 10 35 110 平均额定电压 10.5 37 115

53、 主变压器参数计算： 由主变型号表查明可知：U12%=10.5 U13%=17.5 U23%=6.5 U1%=0.5(U12%+U13%-U23%)=0.5(10.5+17.5-6.5) =10.75 （5-3） U2%=0.5(U12%+U23%-U13%)=0.5(10.5+6.5-17.5)=-0.25<0所以U2%=0 （5-4） U3%=0.5(U13%+U23%-U12%)=0.5(17.5+6.5-10.5)=6.75 （5-5） 其中：U12%—变压器高压与中压绕组间短路电压

54、 U13%—变压器高压与低压绕组间短路电压 U23%—变压器中压与低压绕组间短路电压 电抗标幺值为：X1=U1%/100SB/SN=10.75/100100/31.5=0.341 （5-6） X2=U2%/100SB/SN=-0/100100/31.5=0 （5-7） X3=U3%/100SB/SN=6.75/100100/31.5=0.214 （5-8） 系统等值电抗： X3=X1lSB/UB2 =0.4050100/1152 =0.15（5-9） 依据本变电站选定的主

55、接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如图5-1： 图5-1 短路等值图 5.4.2 对110kV侧母线即短路点d-1的短路计算 图5-2 d-1点短路等值图 系统等值电抗X3=X1lSB/UB2 =0.40×50×100/1152 =0.15 XF1=X3=0.15 XBf1=Xf1SN/SB=0.15×3000/100=4.5 I〞*= 1/XBf1=1/4.5=0.22 IB=SB/(×UB)=100/(×115)=0.502(KA) IN=IB×SN/SB =0.502×3000/100=15.06(KA) I〞=I〞*IN=0.22×15.06

56、=3.313(KA) Itk=1.51×I″=1.51×3.313=5.002(KA) Ish==1.8××3.313=8.432 (KA) 其中 I″：次暂态电流有效值 Itk：电流最大有效值 Ish：短路冲击电流 5.4.3 对35kV侧母线即短路点d-2的短路计算 图5-3 d-2点短路等值图 Xf1=Xs+(X1+X2)//(X1+X2)=0.15+(0.341+0)//(0.341+0)=0.3205 XBs2=Xf2×SN/SB=0.3205×3000/100=9.615 I〞*= 1/XBs2=0.104 IB=SB/(×UB)=100

57、/(×37)=1.56(KA) IN=IB×SN/SB=1.56×3000/100=46.814(KA) I〞=I〞*IN= 0.104×46.814=4.869(KA) Itk=1.51×I″=1.51×4.869=7.352(KA) Ish==1.8××4.869=12.393 (KA) 其中 I″：次暂态电流有效值 Itk：电流最大有效值 Ish：短路冲击电流 5.4.4 对10kV侧母线即短路点d-3的短路计算 图5-4 d-3点短路等值图 Xf3=Xs+(X1+X3)//(X1+X3)=0.15+(0.341+0.214)//(0.341

58、+0.214)=0.4275 XBs3=Xf3×SN/SB=0.4275×3000/100=12.825 I〞*= 1/XBs3=0.078 IB=SB/(×UB)=100/(×10.5)=5.5(KA) IN=IB×SN/SB =5.5×3000/100=165(KA) I〞=I〞*IN= 0.078×165=12.87(KA) Itk=1.51×I″=1.51×12.87=19.43(KA) Ish==1.8××12.87=32.76 (KA) 其中 I″：次暂态电流有效值 Itk：电流最大有效值 Ish：短路冲击电流 短路电流计算结果如表5-2

59、： 表5-2 短路电流计算结果 短路点 I"（kA） I tk （kA） Ish（kA） 110kV母线 3.313 5.002 8.432 35kV母线 4.869 7.352 12.393 10kV母线 12.87 19.43 32.76 6 电气设备的选择与校验 6.1电气设备选择的一般条件 尽管电气系统中各种电气设备的作用和工作条件不一样，具体选择方法也不完全相同，但对他们的基本要一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。 6.2选择导体和电气设备的一般原则 (1)应力求技术先进，安全

60、适用，经济合理。 (2)应满足正常运行，检修，短路，过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 (3)应按当地环境条件校准。 (4)选择的导体品种不宜过多。 (5)应与整个工程建设标准协调一致。 (6)选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。 6.3导体的选择 除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济电流密度选择。 载流导体应选择铝质材料。 6.3.1母线型号选择 变电所屋屋外配电装置的主母线、变压器电气设备与配电装置母线之间的连接导线统称为母线。选择配电装置中的母线主要考虑：母线的材料、母线截面形状、母线截面积的大小、校验母线的动稳定和热稳定

61、。 6.3.2材料的选择 配电装置母线的材料有铜、铝、铝合金。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，用途广，是很好的母线材料。但是铜的储量不多，价值较贵，因此铜母线只用于空气中含腐蚀性气体的屋外配电装置。铝的电阻率为铜的1.7-2倍，密度为铜的30%，而且储量多价值也低，因此在屋屋外配电装置中广泛采用铝母线或铝合金母线。在机械强度要求较高的情况下使用铜母线。 6.3.3母线截面积的选择 表6-1 各回路持续工作电流结果表 回路名称 计算公式与结果 110kV母线 Imax===166.06A 35kV母线 Imax===496.01A 35kV出线 郊一 Im

62、ax===49.99A 郊二 Imax===58.32A 水泥厂1 Imax===33.33A 水泥厂2 Imax===33.33A 耐火厂 Imax===24.99A 备用1 Imax===41.66A 备用2 Imax===41.66A 10kV母线 Imax===1736.04A 10kV出线 棉纺厂1 Imax===174.96A 棉纺厂2 Imax===174.96A 印染厂1 Imax===134.58A 印染厂2 Imax===134.58A 毛纺厂 Imax===139.97A 针织厂 Imax===104.98A 柴油机

63、厂1 Imax===131.22A 柴油机厂2 Imax===131.22A 橡胶厂 Imax===109.35A 市区1 Imax===131.22A 市区2 Imax===131.22A 食品厂 Imax===98.41A 备用1 Imax===100.94A 备用2 Imax===100.94A 按长期发热允许电流选择 各种电压等级的配电装置中，主母线和下引线以与临时装设的母线，一般均按长期发热允许电流选择截面积。因此，必须满足在正常运行中，通过母线的最大长期工作电流不应大于母线的长期发热允许电流，即：

64、 KIal≥Imax (6-1) 式中： Ial——在额定环境温度为θ0=25oC时导体允许电流 Imax——导体所在回路中最大持续工作电 K——温度修正系数 θ0为母线的额定温度，通常θ0=250C，θ为母线安装地点的实际环境温度，θal为母线的长期允许温度，通常θal=700C。 K==0.844 (6-2) (1)110kV母线选择 由表5-1计算知110kV母线中Imax =166.06A KIal=0.844×586=494.58>166.06=Imax 所以110kV选50

65、×4单条矩形铝导线截面积为200mm2平放Ial=586A。 (2)35kV母线选择 由表5-1可知35kV母线中Imax =496.01A KIal=0.844×661=557.88A>496.01=Imax 所以35kV选50×5单条矩形铝导线截面积为250mm2平放Ial=661A。 (3)10kV母线选择 由表5-1可知10kV母线 Imax=1736.04A KIal=0.844×2089=1763.12A>1736.04= Imax 所以选125×10单条矩形铝导线截面积为1250mm2平放Ial=2089A。 6.4电气设备的选择 6.4.1断路器

66、选择 高压断路器选择规定：断路器型式的选择除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。 35kV与以下，可选用少油，真空，多油断路器等，应注意经济性。35kV—220kV可选用少油，SF6，空气断路器等。 综合考虑，110 kV为检修方便，选用SF6断路器，35 kV与10 kV侧均采用真空断路器。 110kV侧选用LW6-110I型高压六氟化硫断路器。此型号断路器由三个单相和一台液压操动机构组成，单相为单柱单断口，灭弧室与瓷套和动力元件连成一体，支柱有绝缘连杆连接动力元件的工作缸和灭弧室的动触头，实现分合闸操作。 表6-2 LW6-110I型高压六氟化硫断路器技术数据 型号 动稳定峰值kA 3s热稳定电流kA 合闸时间不大于ms 分闸时间不大于ms LW6-110I 100 40 5 3 35kV侧选用ZN12-35型真空断路器。此型号断路器为额定电压35kV，三相交流50Hz的高压开关设备，适用于发电厂、变电站、配电站等输配电系统中，作为控制或保护开关用，尤其适用于开断重要负载与频繁操作的