毕业设计（论文）220KV枢纽降压变电所设计

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1、摘 要本次设计的220KV枢纽降压变电所，将从经济性、可靠性以及灵活性几方面予以选择主变压器、主接线方式、短路电流的计算及电气设备的选择，并将安全性作为继电保护规划、配电装置的规划及防雷规划设计的基本准则，同时还须兼顾经济性方面的考虑。主接线的可靠性、经济性、灵活性较好。由于所设计的变电站是枢纽变电站，全站停电后，将影响整个地区的供电，所以此变电站在设计时，采用两台OSFPSL-120000/2200型变压器，满足了灵活性和可靠性。220KV侧2回架空线路，出于经济性和灵活性的考虑，采用双母线接线形式；110KV侧4回架空线路，为了满足供电的可靠性，采用了双母线带旁路母线的接线形式；10KV侧

2、重要负荷较多，为14回电缆线路，出于可靠性和经济性的考虑，则采用了单母线分段的接线形式。设备选择后，对设备进行校验。关键词：变电所；电气主接线；短路电流计算；设备选择校验； AbstractShould design the some problem that discussed in design first 220 KV change to give or get an electric shock, include an electricity lord that changing and giving or get an electric shock the choice, short

3、-circuit electric current calculation connects the line design, electricity equipments and press protection etc. problem with the research that conduct electricity after the electricity protection programming.The reliability、economic and flexibility of the bus arrangement is well. This is a local el

4、ectric substation. If the electric substation power cut, it will influence the whole area. So in the design of this electric substation use two transformers which model number is OSFPSL-120000/2200. So it can satisfy the flexibility and reliability. It doesnt take load in the side of 220KV, so it us

5、es double bus bar cord form in order to satisfy economy and reliability .There is much load in the side of 110KV. In order to satisfy the reliability of power supply, it uses double bus bars which have bypass bus bar cord form. There are much important load and it take the load of this electric subs

6、tation in the side of 10KV, considering the reliability and economy, it use single bus bar section card form .After the equipment be selected, it should be checked. Key words：substation ；the electrical bus arrangement ；the calculation of short circuit；equipment selection and check。摘 要IAbstractII绪论10

7、.1 引言10.2 选题意义10.3 国内外发展概况1第1章 设计要求及概述31.1 原始资料31.1.1所在变电所建设规模31.1.2变电所与系统的连接情况31.2 原始资料分析31.2.1 变电所的性质、地理位置及自然条件31.2.2 负荷资料31.2.3 系统情况4第2章 电气主接线的确定52.1 主变压器的选择52.1.1主变压器台数选择52.1.2容量选择62.1.3变压器类型的选择72.2电气主接线确定72.2.1电气主接线的基本要求72.2.2主接线方案82.2.3 本所主接线形式102.3 电网中性点接地方式12第3章 短路电流计算133.1 概述133.2 短路电流计算的目的

8、及一般规定133.2.1 短路电流的计算目的133.2.2 短路电流计算的一般规定143.3 短路电流的计算方法与步骤143.3.1短路电流计算的方法143.3.2短路电流计算的步骤153.4 本所短路点的选择和短路计算153.4.1短路计算点的选择原则153.4.2本所短路电流的计算数据表16第4章 电气设备的选择174.1 设备选择的一般原则174.2 技术条件174.2.1 长期工作条件174.2.2 短路稳定条件174.3 高压断路器的选择184.3.1 断路器选择的具体技术条件184.3.2 220KV进线侧断路器的选择及校验184.3.3 220KV母线及出线侧断路器的选择及校验1

9、94.3.4 110KV出线侧断路器的选择及校验204.3.5 110KV母线及进线侧断路器的选择及校验214.3.6 10KV出线侧断路器的选择及校验214.4 限流电抗器的选择224.4.1 限流电抗器选择的具体技术条件224.4.2 电抗器电抗的标么值224.4.3 电抗器的校验234.4.4 10KV母线及进线侧断路器的选择及校验234.5 隔离开关的选择244.5.1 隔离开关选择的具体技术条件244.5.2 220KV进线侧隔离开关的选择及校验244.5.3 220KV母线及出线侧隔离开关的选择及校验254.5.4 110KV出线侧隔离开关的选择254.5.5 110KV母线及进线

10、侧隔离开关的选择及校验264.5.6 10KV出线侧隔离开关的选择及校验264.5.7 10KV母线及进线侧隔离开关的选择及校验264.6 电流互感器的选择274.6.1 电流互感器选择的具体技术条件274.6.2 220KV进线侧电流互感器的选择及校验284.6.3 220KV母线及出线侧电流互感器的选择及校验294.6.4 110KV出线侧电流互感器的选择及校验294.6.5 110KV母线及进线侧电流互感器的选择及校验304.6.6 10KV出线侧电流互感器的选择及校验304.6.7 10KV母线及进线侧电流互感器的选择及校验304.7电压互感器的选择314.7.1 电压互感器选择的具体

11、技术条件314.7.2 220KV侧电压互感器的选择324.7.3 110KV侧电压互感器的选择324.7.4 10KV侧电压互感器的选择324.8 母线的选择及校验334.8.1 母线选择的具体技术条件334.8.2 220KV母线的选择及校验354.8.3 110KV母线的选择及校验354.8.4 10KV母线的选择及校验364.9 高压熔断器的选择384.9.1 高压熔断器选择的具体条件384.9.2 熔断器的选择及校验384.10 避雷器的选择394.10.1 220KV侧避雷器的选择及校验394.10.2 110KV侧避雷器的选择及校验404.10.3 10KV侧避雷器的选择及校验4

12、04.11 电缆的选择414.11.1 选择及校验条件414.11.2 10KV出线电缆的选择及校验42第5章 继电保护规划设计445.1 继电保护的基本要求445.2 主变压器保护的规划设计445.2.1 电力变压器常见正常运行状态时保护的装置445.2.2 变压器保护的选择465.3 输电线路保护475.3.1 220kV侧输电线路继电保护475.3.2 110kV侧输电线路继电保护485.3.3 10kV输电线路继电保护485.4 母线保护485.5 继电保护的整定计算495.5.1 继电保护的整定计算的目的和基本任务495.5.2 继电保护的整定计算49第6章 配电装置规划保护526.

13、1 配电装置的分类526.2 配电装置的基本要求526.3 配电装置的设计原则53第7章 变电所过电压与防雷547.1 雷电过电压与直击雷保护547.1.1雷电过电压547.1.2直击雷保护547.2 避雷器557.2.1避雷器的作用557.2.2装设避雷器的原则557.3 防雷措施567.3.1架空线路的防雷措施567.3.2变电所的防雷措施567.4 避雷线的保护范围与雷击危险度评估577.4.1避雷线的保护范围577.4.2雷击危险度评估58经济与社会效益分析59结 论60谢 辞61参考文献62附录63附录1中文译文63附录2 英文原文65附录3 本站短路电流计算书68附录4 本站设备技

14、术数据表7678绪论0.1 引言电力工业是国民生产中的基础环节，而变电站又是电力输送中的枢纽环节，所以变电站在电力工业中的地位极其重要。对于即将加入到电力行业中工作的我来说,进行变电站电气部分初步设计有着重要的意义，能够使我对变电站进行更全面的了解。该变电站是一个具有220KV、110KV、及10KV三个电压等级的枢纽变电站，它主要担任220KV与110KV及10KV两电压等级功率交换，220KV侧无负荷，它以接受功率为主，把接受功率全部送往110KV及10KV侧线路。全站停电后，将影响供电区域用户的正常用电。所以在变电站设计时，应采用两台三绕组有载调压变压器，以满足灵活性和可靠性。220KV

15、侧不带负荷，出于经济性和灵活性的考虑，采用双母线接线形式会满足要求；110KV侧负荷较多，为了满足供电的可靠性，采用双母线带旁路母线的接线形式会满足要求；10KV侧重要负荷较多，且带有站用负荷，出于可靠性和经济性的考虑，则采用单母线分段母线的接线形式会比较适合。0.2 选题意义近代一切大规模工农业生产、交通运输和人民生活都需要大量的电能，电力已是人民生活不可缺少的一部分，人民对电力系统的要求越来越高，电能质量是用户最为关心的问题，在现代，电能的利用已远远超出作为机器动力的范围，电力工业已经成为国民经济现代化的基础，是真正的支柱产业。变电所更是直接与重要用户接触的电力设施之一，它不仅起着集中变压

16、调解负荷的重要作用，而且它的可靠性也将直接关系到工矿企业的效益和国民经济的年生产总值。本次设计所完成的是枢纽降压变电所，变电所又称变电站，有升压和降压之分，是变换电能电压和接受电能与分配电能的场所，是联系发电厂和用户的中间枢纽，它主要由电力变压器、母线和开关控制设备等组成，按一定的接线方式所组成，在保证安全运行经济合理的前提下，本着接线力求简单可靠，布置力求紧凑和经济提高自动化水平的原则，积极采用新技术和新设备，更好的适应于企业生产和人民生活水平增长的需要。0.3 国内外发展概况我国的电力工业目前已跃居世界前列，但与发达国家相比仍有一定的差距，今后还有待奋力追赶。就国民经济建设的情况来看，电力

17、工业仍未能满足工农业生产和人民生活对用电的需求，有些地区缺电还比较严重.随着城市和电网建设的发展，220kV变电所不断增加，其附近的供电负荷亦增多，在这情况下，为了充分利用变电所变压器低压绕组容量，减少电网变电重复容量、电能损耗及建设投资，近年来新建的220kV变电所要求低压侧出线供电的较多；对于一些原有的220kV变电所亦要求进行改造，增加低压侧出现供电。国外的发展状况大体与我国相近，进入90年代后，其发展逐渐形成了以下三个突出的动向：发电量的年增长率趋缓，而一些发展中国家，特别是亚洲国家仍维持较高的电力增长速度；电力技术的发展向效率、环保的更高目标迈进；电业管理体制和经营方式发生变革，由垄

18、断经营逐步转向市场开放。第1章 设计要求及概述1.1 原始资料1.1.1所在变电所建设规模（1）类型：220KV枢纽变电所（2）最终容量：根据工农业负荷的增长，需要安装两台220KV/110KV/10KV，容量为120MVA，容量比100/100/50的变压器，一次设计，两期建设。1.1.2变电所与系统的连接情况（1）变电所与220KV和110KV两个电力系统相连，并担负一个地区的供电，是一个枢纽变电所。（2）变电所用两回线与220KV系统连接，用3回线路与110KV系统相连。（3）将来有一座大型水电厂建成后，有两回220KV线路连至本变电所。另有一座火电厂建成后，用2回110KV线路连至本变

19、电所。（4）本变电所有2回110KV线路与110KV地区电网相连。（5）为了将来负荷发展需要，在220KV和110KV侧各留有一回线路作为备用。（6）电力系统总装机容量465万KW。1.2 原始资料分析此变电所为降压变电所，又为枢纽变电所，设置两台以上三绕组变压器以提高供电可靠性适用不同用户需要。1.2.1 变电所的性质、地理位置及自然条件 1.性质 主要向地区供电的枢纽变电所,与水、火两大电力系统连接。 2.地理位置 该变电所新建于所建的化工区，直接以110KV线路供地区工业用户符合为主。3.自然条件所区地势平坦、海拔800米、交通方便、有铁路、公路通过本所附近，属于四级典型气候区，周围环境

20、较清洁，无污染影响。1.2.2 负荷资料1.220KV侧共两条进线；2.110kV侧最大综合负荷为120MW，功率因数为0.85,出线为4条；负荷情况如表1-1。3.10kV侧最大综合负荷为25MW，功率因数为0.80,出线为14条。负荷情况如表1-2。表1-1 110KV侧负荷情况用 户 名 称最 大 负 荷（Mw）回 数化 肥 厂82重 型 机 械 厂102军 工 机 械 厂82汽 车 制 造 厂72纺 织 厂72机 床 厂121化 工 厂61市 区 变 电 所102表1-2 10KV侧负荷情况用 户 名 称最 大 负 荷（Mw）回 数地 区 变 电 所101轴 承 厂51水 泥 厂51洗

21、 毛 厂511.2.3 系统情况 图1-1 变电所系统情况图第2章 电气主接线的确定电气主接线是由高压电器通过连接线，组成接受和分配电能的电路，又称为一次接线或电气主系统。主接线代表了发电厂或变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性、和经济性密切相关，并且对电气设备的选择，配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟订有较大的影响。因此，必须正确处理好各个方面的关系，全面分析有关的影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的设计方案。其中变压器和主接线的形式是变电所的关键部分，本章就是从这两个方面进行分析和设计的。

22、2.1 主变压器的选择变电所主变压器的台数对主接线的形式和配电装置的结构有直接关系。显然变压器的台数愈少则主接线愈简单，配电装置所需的电气设备也愈少，占地面积愈少。2.1.1主变压器台数选择变电所是电力系统实现发、送、变、供电功能的重要环节,不仅承担着电网变电和配电任务,同时还承担着电力的转移。合理地选择变电所主变压器台数,不仅可以减少停电、限电机率,提高电网运行的经济性、灵活性和可靠性,而且可以提高供电的电能质量。所以变压器的选择必须考虑下面因素：1.供电可靠性保证供电的连续性无论对电力生产自身还是工业生产及人民生活都是至关重要的。由于变压器故障停电造成的损失也是相当大的。因此变电所设计技术

23、规程中要求:装有两台及以上主变压器的变电所中,当一台断开时,其余主变压器容量一般保证60%的全部负荷,但应保证用户的一级负荷和大部分二级负荷。但世界上许多国家都要求保证率达90%以上,日本则要求100%。在美国则要求任何一个元件事故不得引起停电。我国电力系统技术导则中要求,突然失去任意元件(线路或变压器)时,不得使其他元件超过事故过负荷的规定。在城市电网规划设计导则中要求:一个变电所的主变压器台数(三相)不宜少于2台或多于4台。仅从供电可靠性来说,变电所主变台数越多越好,但主变台数过多(如多于4台)则造成占地面积过大、投资高,给限制系统短路容量和低压侧布置及出线造成困难,而且变压器过负荷一般允

24、许20%30%(2h),因此,变电所主变台数不必多于4台。按n-1原则,保证一台变压器故障不引起其他变压器过负荷(或事故过负荷)来分析,当2台变压器时,为达到这一要求,2台同容量的变压器各自带50%60%的负载。而当变压器为3台时,则每台可带67%80%的负荷。当4台主变时,每台主变可带负荷至75%90%。因此从供电可靠性、变压器运行经济性看,220kV变电所规划主变台数为2台是可以的。2.容载比和供电灵活性变电容载比是区域供电网(特别是城网)内同一电压等级主变压器总容量(kVA)与对应的供电总负荷(kW)之比。确定合理的容载比实际上就是确定合理的变电设备(即变压器)的备用容量。容载比(备用容

25、量)过大将导致电网建设投资增大,电能成本增加。反之则使电网适应性差,调度不灵活,甚至发生“卡脖子”现象,供电可靠性降低。从电网运行灵活性上看,变电所装2台主变,一主一备或各带50%60%的负荷,便于管理。实际上灵活性与可靠性是相互统一的,可靠性高必然要求具有较高的灵活性,只有具备灵活性才可能具备可靠性。从灵活性出发,220kV主电所配置2台主变是必要的。3.变电所投资在保持同等供电可靠性(负荷保证率)及满足相同负荷需要条件下,一般主变台数少投资会相应少些。市场经济条件下,要有较好的经济效益需要有一定规模,这就是所说的规模效益。对变电所来说同样存在规模效益,变电所选择恰当的主变容量和台数,必然能

26、降低投资和生产成本。因此从变电所初投资、分期投资和过渡灵活性及取得规模经济效益上看,变电所规划配置2台主变是有利的。4.占地面积土地是人类赖以生存的基础。随着社会的发展,土地显得越来越宝贵,特别是位于市区的城网变电的,其土地可谓“寸土寸金”。因此,在规划变电所时节约占地具有十分重要的意义。随着电压等级的升高,负荷密度的加大,人口的增长和耕地面积紧张,选一个变电所很不容易,而且要求变电所总变电容量越来越大,因而变电所按2台配置变压器是合理的。2.1.2容量选择由设计任务书给定的负荷资料：110kV侧最大综合负荷为120MW，功率因数为0.85,可得:由设计任务书给定的负荷资料：10kV侧最大综合

27、负荷为25MW，功率因数为0.80,可得:所以,变电所的总负荷为：所以所选择变压器该变电所对电压要求：高压侧，中压和低压侧为了弥补远距离输电过程中输电线路阻抗和变压器本身阻抗造成的电压损失，则变压器中、低压的额定值应为：在选择变压器的容量时，可以选择一台主变压器和一台备用变压器。也可以选择两台主变压器并列运行。但是必须保证一台故障时另一台变压器能够维持一、二级负荷的正常运行。故选用两台主变压器时，其单台的最小容量为： 2.1.3变压器类型的选择变压器类型选择包括确定变压器的相数、绕组数与结构、绕组的接线方式，以及是否需要带负荷调压等。在电力系统中为了简化配电装置，减少占地面积，应尽可能选用三相

28、变压器。只有在特大型变电所，由于变压器容量过大而发生制造困难或运输困难时，才考虑采用单相变压器组连接成三相变压器。在此220/110/10kV变电所中，则应选择三绕组变压器，以减少变压器台数，简化配电装置。通过查220kV三绕组电力变压器的技术数据可知，可供选用的电力变压器，见表2-1。表2-1 电力变压器参数型号额定容量MVA额定电压kv高压中压低压高压侧中压侧低压侧OSFPSL-1200001001005022012110.5续表2-1 电力变压器参数型号损耗kw空载高-中中-低高-低OSFPSL-12000014513823单台变压器能提供的负荷：S=100+50=150MVA因此SSm

29、in，所以选择的变压器符合要求。2.2电气主接线确定2.2.1电气主接线的基本要求电气主接线是变电所电气部分的重要部分，它表明了变压器、线路和断路器设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。所以，它的设计直接关系到全所电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。由于电能生产的特点是：发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，对电气主接线的基本要求，概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。1.可靠性对于一般电力系统来说，可靠性是指一个元件、一个系

30、统在规定的时间内及一定条件下完成预定功能的能力。电气主接线属于可修复系统，可靠性用可靠度表示，即主接线无故障工作时间所占的比例。变电所主接线可靠性的要求程度，与其在电力系统中的地位和作用有关，而地位和作用则是由其容量、电压等级、负荷大小和类别等因素决定。主接线可靠性的具体要求断路器检修时，不宜影响对系统的供电。断路器或母线故障，以及母线或母线隔离开关检修时尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对、类负荷的供电。尽量避免变电所全部停电的可能。2.灵活性（1）调度灵活，操作方便。应能灵活的切除变压器或线路，灵活的调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。（2）检修安全。

31、应能方便的停运线路、断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求。（3）扩建方便。在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过渡到最终的接线，使在扩建时一、二次设备所需的改造最小。3.经济性可靠性和灵活性是主接线设计在技术方面的要求，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，在满足技术要求的前提下，做到经济合理。（1）节省一次投资。（2）年运行费用小。（3）占地面积小。（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。2.2.2主接线方案220kV侧有两回线路，为使其断路器在检修时

32、不停电，我们采用双母线，以保证其供电的可靠性和灵活性。110KV侧出线回路为四回，为使其断路器在检修时不停电，应采用双母线或单母线分段带旁路接线或双母线分段带旁路接线，以保证其供电的可靠性和灵活性。10kV侧电压较低，负荷也小，并且没有特殊要求，所以考虑经济合理的接线方式，则可能采用单母线分段带旁路或单母线分段接线方式。综合上节各电压等级主接线方案，以优化组合方式，组成以下两种最佳方案: 方案1：220kV侧采用双母线接线方式，110KV侧采用双母线带旁路接线方式，10kV侧采用单母线分段的接线方式。方案2：220kV侧采用双母线带旁路接线方式，110KV侧采用双母线分段接线方式，10kV侧采

33、用单母线分段的接线方式。图2-1 方案1接线图图2-2方案2接线方案1，可靠性高，无论检修母线或设备故障，均不致全变电所停电。每一种电压等级中，均与两台变压器联系，保证了变压器检修或故障时，不致使各级电压解列，提高了供电的可靠性。各电压级均有多种运行方式，从而调度灵活，但相应保护装置较复杂；易于扩建和实现自动化。投资高，设备数量多，年费用大；双母线分段带旁路提高了供电可靠性，但增大了占地面积。方案2，简明清晰，设备少，设备本身故障率小；母线检修时，可能造成部分断电。运行方式相对简单，调度灵活性差；各电压等级易于扩建和发展。设备少，投资相对减少，年费用小；占地面积相对减小。通过以上分析，在技术上

34、（可靠性、灵活性）第1方案明显很合理，但经济上则第2方案占有优势，鉴于枢纽变电所应以可靠性和灵活性为主，所以经综合分析，决定选第1方案为设计最终方案。2.2.3 本所主接线形式本变电所220KV侧无负荷，所以采用双母线接线，110KV侧带有重要负荷，采用双母线带旁路接线。10KV侧采用单母线分段带旁路接线。双母线和双母线带旁路的接线方式虽花费高，但更重要的是满足了供电的可靠性。在本次设计中采用的这三种接线方式有如下特点：1. 单母线分段接线 (1)用断路器将母线分段后，对重要用电负荷可从不同段引出两个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障时分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电

35、，不致使重要负荷停电。(2)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内停电。当出线为双回路架空线路时，出现交叉跨越。扩建时需要向两个方向均衡扩建。图2-3 单母线分段接线图2. 双母线接线 双母线接线有两组母线，并且可以互为备用。每一电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。其特点如下：（1）优点供电可靠。调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式。扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，

36、均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路工作等。（2）缺点增加一组母线该回路就需要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修隔离开关时隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。图2-4双母线接线图3. 双母线带旁路接线（1）具有专用旁路断路器的双母线带旁路接线。这种接线运行操作不便，不影响双母线的运行方式，但多用一组旁路母线、一台旁路断路器和多太旁路隔离开关，增加投资和占地面积，且旁路断路器的继电保护整定较复杂。（2）以母联断路器兼做旁路断路器的接线。为了节省专用旁路断路器，节省投资和占地面积，对可靠性和灵活性要求不太高的配电装置或工程建设的初期，常以母联断路器兼做旁路断

37、路器。图2-5 双母线带旁路接线图2.3 电网中性点接地方式 电网中性点接地方式与电网的电压等级，单相接地故障电流，过电压水平以及保护配置等有密切关系。电网中性点接地方式直接影响电网的绝缘水平；电网供电的可靠性、连续性和运行的安全性；电网对通信线路及无线电的干扰。在选择中性点接地方式时，必须考虑下列因素：（1）供电可靠性。（2）过电压、电力系统的绝缘水平和配合。（3）继电保护的配置。（4）电力线路对电信线路的影响。（5）对系统稳定的影响。电力系统中性点接地有多种方式，如电阻接地、经电抗接地、经消弧电消弧线圈接地、有效接地（包括直接接地和经低阻接地）和不接地。我国电力系统的中性点接地方式主要采用

38、不接地、经消弧线圈接地和直接接地三种。1. 220KV及以上电网在这类电网中，降低过电压与绝缘水平的考虑占首要地位，因为它对设备价格和整体系统建设投资的影响很大，而且这类电网的单相接地电流具有很大的有功分量，恶化了消弧线圈的消弧效果，所以在这类电网中应采用中性点直接接地或经小阻抗接地方式。220KV电网采用中性点直接接地方式，单相短路电流很大，电网中设备或线路发生单相短路故障时须立即切除，增加了断路器的负担，降低了供电连续性。但由于过电压较低设备和线路的造价，经济效益显著。当选择接地点时应保证在任何故障形式下，都不应使电网解列成为中性点不接地系统。2.110KV154KV电网对这类电网的电压等

39、级而言，上述几个原因都对中性点接地方式有影响。因此，变电所应根据具体条件和对上述几个因素考虑的侧重点不同，所采用的接地方式也不同。大部分110KV电网采用直接接地方式；必要时也有经电阻、电抗或消弧线圈接地。3. 363KV电网这种电力网一般来说线路不太长，网络结构不太复杂，电压也不算太高，绝缘水平对电网建设费用和设备投资的影响不大。所以，通常总是从供电可靠性与故障后果出发选择中性点接地方式。当单相接地电流不大于规定数值时，宜采用不接地方式，否则可采用经消弧线圈接地的方式。综上考虑，220KV和110KV侧均采用中性点直接接地，10KV侧中性点不接地。第3章 短路电流计算3.1 概述在电力系的电

40、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型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。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。发生短路的原因主要有下列几种：（1）电气设备及载流导体因绝缘老化、或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起绝缘损坏；（2）架空线路因大风或导线覆冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等；（3）电气设备因设计、安装及维护不良所致的设备缺陷引发的短路；（4）运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备

41、检修后未拆除接地线就加上电压等。短路故障发生后，由于网络总阻抗大为减少，将在系统中产生几倍甚至几十倍于正常工作电流的短路电流。强大的短路电流将造成严重的后果，主要有下列几方面：（1）强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加，短路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁；（2）巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏；（3）短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或停转，造成产品报废甚至设备损坏；（4）短路将引起系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电。这是短路所

42、导致的最严重的后果；（5）巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场，尤其是不对称短路时，不平衡电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，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

43、算的目的及一般规定3.2.1 短路电流的计算目的（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为了简化短路电流的计算的方法，在保证计算精度的情况下，忽略了一些次要因

44、素的影响，作出如下规定：（1）所有电源的电动势相位角相同，电流的频率相同，短路前，电力系统的电势和电流是对称的。（2）认为变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流的大小发生变化。（3）输电线路的分布电容略去不计。（4）每一个电压级采用平均额定电压，这个规定在计算短路电流时，所造成误差很小，唯一例外的是电抗器，应采用加于电抗器端点的实际额定电压，因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大得多。否则误差偏大。（5）计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机变压器电抗器线路等元件的电抗，因为这些元件X/3R时，可略去电阻的影响。只有在短路点总电阻大于短路点总电抗1/3时才加以考虑

45、。（6）短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应考虑对短路电流值的影响。（7）在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合并。（8）以供电电源为基准的电抗标幺值3，可认为电源容量为无限大的系统，短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。3.3 短路电流的计算方法与步骤3.3.1短路电流计算的方法几种常用的短路电流计算方法：一、有名制法；二、图表法；三、标幺制；四、兆伏安法。本所短路电流计算采用标幺制法和有名制法两种计算方法。标幺制法：在电力系统正常运行和短路计算中，可以把电流、电压、功率、阻抗和导纳等物理量分别用相应的单位等有名制表示，也可以采用不含单位的这些物理量的相对值来表示。由于电

46、力系统中电气设备的容量规格多，电压等级多，用有名单位制计算工作量很大，尤其是对于多电压等级的归算，因此，在复杂电力系统计算中，尤其在电力系统的短路计算中，各物理量广泛的采用没有单位的相对值来表示，该相对值成为标幺制。标幺值可定义为物理量的实际值与所选定的基准值间的比值，即 ，标幺值没有单位。由公式可以看出，基准值的选择很关键，原则上可以是任意的，但并非所有的基准值都可以任意选取，在电力系统分析中，主要涉及对称三相电路，计算时习惯上采用线电压、线电流、三相功率和一相等值阻抗作为基准值。三相电路计算公式与单相电路的计算公式完全相同，因此有名单位制中单相电路的基本公式，可直接应用于三相电路中标幺值的

47、运算。电力系统中的发电机、变压器、电抗器等电气设备的铭牌数据中所给出的阻抗参数，通常是以其本身额定值为基准的标幺值或百分值，即以各自的额电压额定功率作为基准值的。有名制法：用来计算三相短路，首先计算短路回路中各电气元件的阻抗，包括系统电抗、变压器电抗、电抗器电抗等等，在回路中若有变压器存在，应将不同电压下的各元件阻抗都归算到同一电压下，作出等效电路，计算其总阻抗，必须把不同电压等级中各元件的阻抗归算到某一电压等级下，然后按电压运算规则进行。3.3.2短路电流计算的步骤（1）选择计算短路点。（2）给出等值网络图，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电流值，需将等值网

48、络分别化简为以短路点为中心的辅射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。（4）求计算电抗。（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)。（6）计算无限大容量(或)的电源供给的短路电流周期分量。（7）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。（8）计算短路电流冲击值。（9）绘制短路电流计算结果表。 3.4 本所短路点的选择和短路计算3.4.1短路计算点的选择原则在正常接线方式中，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10KV出线与厂用分支线回路母线至母线隔离开关之间的设备选择时，短路计算点应该取电抗器前。选择其导体和电器时，短路

49、计算点一般取在电抗器后。在本次设计中选择了四个短路点，依次分别为220kV母线、110kV母线、10kV母线和10kV出线。进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所需要考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算短路电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，一般是分子标序号，分母标阻抗值。然后将等效电路化简。求出短路电路的等效总阻抗。最后计算短路电

50、流和短路容量。下图为计算电路电流所选择的短路点。3-1 短路点图3.4.2本所短路电流的计算数据表短路点标号d1d2d3d4基准电压（KV）23012110.510.5短路点名称220K母线110K母线10KV母线10KV出线短路电流8.34462.112.8661.754短路电流7.36522.0622.7441.797稳态短路电流8.902.1712.9571.754短路电流冲击值（KA）21.285.3807.3084.473全电流最大有效值（KA）12.6843.2084.3562.666短路容量（MVA）29348221039715.8第4章 电气设备的选择4.1 设备选择的一般原则

51、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并要求考虑10到20年的发展。并按当地环境条件校核。应力求技术先进和经济合理，与整个工程的建设标准应协调一致。同类设备应尽量减少品种。选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格，在特殊情况下，用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保持正常运行。电气设备选择的一般要求是：（1）满足工作要求。应满足正常运行、检修以及短路和过电压情况下的工作要求。（2）适应环境条件。应按当地环境进行校核。（3）先进合理。应力求技术先进和经济合理。（4）整体协调。应与整个工程的建设标准协调一致。

52、（5）适应发展。应适当考虑发展，留有一定的裕量。4.2 技术条件4.2.1 长期工作条件1.电压：选用的电器允许最高工作电压不低于该回路的最高运行电压,即： （4-1） 2.电流：选用的电器额定电流不得低于所在回路在各种可能方式下的持续工作电流,即： （4-2）4.2.2 短路稳定条件（1）校验的一般原则 ：电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，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严重时，则应按严重情况校验。用熔断器保护的电器可不校验热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。用熔

53、断器保护的电压互感器，可不验算动、热稳定。（2）短路的热稳定条件： （4-3） -t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(kA)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(s)按下式计算： （4-4）-继电保护装置后备保护动作时间（s）-断路器全分闸时间（s）（3）短路的动稳定计算： （4-5）- 短路冲击电流峰值（kA）-电器允许的极限通过电流峰值（kA）4.3 高压断路器的选择 断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压6220kV的电网一般选用少油断路器，电压1103

54、30kV电网，可选用SF6或空气断路器，大容量机组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。根据任务书中的要求,在选择设备时要注意满足设备无油化小型化等要求，尤其10KV侧设备，要满足这些要求，必须选择新式的设备。4.3.1 断路器选择的具体技术条件（1）电压：参见公式 （4-1）（2）电流：参见公式 （4-2）（3）开断电流： -断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量-断路器额定开断电流（4）动稳定：参见公式（4-5）（5）热稳定：参见公式（4-3）其中由和短路电流计算时间t，可从发热等值曲线中查出短路电流周期分量等值时间，从而可计算出。4.3.2 220KV进线侧断路器

55、的选择及校验所以选择的断路器技术数据见表4-1表4-1 220KV进线侧断路器技术数据型号额定电压(KV)额定电流(A)额定开断电流(KA)额定关合电流(峰值KA)动稳定电流(峰值KA)3s热稳定电流(KA)固有分闸时间 (s)LW2-220220250031.5808031.50.03检验（1）额定开断电流: , 所以,满足要求。（2）关合电流(动稳定): , 所以,满足要求。（3）热稳定: 可从发热等值曲线中查出短路电流周期分量等值时间 , 所以,满足要求。综上校验,此断路器满足各项校验要求。4.3.3 220KV母线及出线侧断路器的选择及校验所以选择的断路器技术数据见表4-2表4-2 2

56、20KV母线及出线侧断路器技术数据型号额定电压(KV)额定电流(A)额定开断电流(KA)额定关合电流(峰值KA)动稳定电 流(峰值KA)3s热稳定电流(KA)固有分闸时间(s)LW2-220220250031.5808031.50.03检验（1）额定开断电流: , 所以,满足要求。（2）关合电流(动稳定): , 所以,满足要求。（3）热稳定: 可从发热等值曲线中查出短路电流周期分量等值时间 , 所以,满足要求。综上校验,此断路器满足各项校验要求。4.3.4 110KV出线侧断路器的选择及校验所以选择的断路器技术数据见表4-3表4-3 110KV出线侧断路器技术数据型号额定电压(KV)额定电流(

57、A)额定开断电流(KA)额定关合电流(峰值KA)动稳定电流(峰值KA)3s热稳定电流(KA)固有分闸时间(s)LW11-110110160031.5808031.50.04检验（1）额定开断电流:,所以,满足要求。（2）关合电流(动稳定):,所以,满足要求。（3）热稳定: 可从发热等值曲线中查出短路电流周期分量等值时间 , 所以,满足要求。综上校验,此断路器满足各项校验要求。4.3.5 110KV母线及进线侧断路器的选择及校验所以选择的断路器技术数据见表4-4表4-4 110KV母线及进线侧断路器技术数据型号额定电 压(KV)额定电流(A)额定开断电流(KA)额定关合电流(峰值KA)动稳定电流

58、(峰值KA)3s热稳定电流(KA)固有分闸时间(s)LW11-110110160031.5808031.50.04检验（1）额定开断电流:,所以,满足要求。（2）关合电流(动稳定):,所以,满足要求。（3）热稳定: 可从发热等值曲线中查出短路电流周期分量等值时间 , 所以,满足要求。综上校验,此断路器满足各项校验要求。4.3.6 10KV出线侧断路器的选择及校验所以选择断的路器技术数据见表4-5表4-5 10KV出线侧断路器技术数据型号额定电压(KV)额定电流(A)额定开断电流(KA)额定关合电流(峰值KA)动稳定电流(峰值KA)3s热稳定电流(KA)固有分闸时间(s)ZN18-1010630

59、256363250.03检验（1）额定开断电流: ,所以,满足要求。（2）关合电流(动稳定):,所以,满足要求。（3）热稳定: 可从发热等值曲线中查出短路电流周期分量等值时间 , 所以,满足要求。综上校验,此断路器满足各项校验要求。4.4 限流电抗器的选择电抗器应根据额定电压、额定电流和百分电抗进行选择,并按短路电流校验动、热稳定。 4.4.1 限流电抗器选择的具体技术条件应满足 （4-7） （4-8）K-温度修正系数。;-普通电抗器的额定电流或分裂电抗器一个臂的额定电流;-通过普通电抗器或分裂电抗器一个臂的最大持续工作电流。4.4.2 电抗器电抗的标么值 （4-9）-电抗器电抗百分数-电抗器所在线路的基值电流-电抗器所在线路的基值电压-电抗器的额定电流-电抗器的额定电压电抗器技术数据见表4-6表4-6 电抗器技术数据型号额定电压（KV）额定电流（A）电抗率（%）额定电抗（）单相容量（kvar）75