110kV变电站设计

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：110kV中型变电站电气部分设计学生姓名：李海峰学 号：0867130214专 业：电气工程及其自动化班 级：电气2008-2班指导教师：李杰 教授85内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）某110kV中型变电所电气部分设计摘 要随着改革开放的深入发展，我国电力工业的发展很快。到2000年，我国电力工业已跃升世界第2位，电力工业的发展为我国的国民经济的高速发展做出了巨大的贡献。目前我国的电力工业已开始进入“大电网”、“大机组”、“超高压交、直流输电”等新技术发展的新阶段，一些世界水平的先进的高新技术，已在我国电力系统中得到了相应的应用。本

2、文主要对电力系统中的终端变电所的电气部分进行了相关设计。论文首先从变电所主接线的接线形式入手，选择相对合理、经济的主接线方式。其次，通过对短路电流及短路点的选取计算，选择相应电气设备并校验。最后，对此次设计进行了保护设置，包括线路保护和变压器保护，保证了供电的可靠性和运行的安全稳定性。关键词：变电所；主接线；短路计算；设备选择；继电保护内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）A Medium-110kV Substation Electrical DesignAbstractWith the further development of reform and opening up, China

3、s electric power industry has developed rapidly. By 2000, Chinas power industry has become the worlds second; the development of the electric power industry of the national economy of Chinas rapid development has made tremendous contributions. At present, Chinas power industry has entered the Great

4、Power, Big Unit, ultra-high pressure delivery, direct current transmission of new technologies, such as a new stage of development, some of the worlds advanced level of high-tech, has been Chinas electric power system the corresponding applications.This article is the design about the power system i

5、n the main terminal of the electrical substation to the relevant part. First of all papers from the substation forms the main connection of the wiring start, choose a relatively reasonable economic way of the main terminal. Secondly, through short-circuit current and short circuit at the selected te

6、rms; select the appropriate electrical equipment and calibration. Finally, for the design of the protection settings, including the line protection and transformer protection, these ensure the reliability of the power supply and operation of the security and stability.Key words: substation; main con

7、nection; short-circuit calculation; equipment selection; relay protection内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 概 述11.1.设计背景11.2.变电所概述11.3.设计概述21.3.1.本次设计的内容21.3.2.电气一次部分设计31.3.3.电气二次部分设计31.4.本章小结3第二章 电气主接线42.1. 电气主接线设计要求42.2. 主接线基本形式62.2.1. 主接线的基本形式概述62.2.2. 主接线基本形式设计分析62.3. 主接线方案设计142.4. 本

8、章小结18第三章 变压器选择203.1. 变压器台数选择203.2. 主变压器容量的选择203.3. 主变压器型式的选择213.4. 变压器型号选择223.5. 厂用变压器的选择233.6. 本章小结23第四章 短路电流计算244.1. 短路电流计算的重要性244.1.1. 三相系统短路基型本类244.1.2. 发生短路故障的危害254.1.2. 短路故障产生的原因264.1.3. 短路计算的目的274.2. 短路计算的规定和步骤284.2.1. 短路计算的方法284.2.2. 短路计算的假设条件294.2.3. 计算步骤294.2.4短路计算的相关物理量304.3. 设计内容计算324.3.

9、1. 计算参数设定324.3.2. 变压器阻抗参数的计算334.3.3. 线路阻抗参数的计算334.3.4. 等值网络化简及短路电流计算344.4. 本章小结37第五章 变电所一次设备的选择395.1. 电气设备选择的一般条件395.1.1. 按正常工作条件选择额定电压和额定电流395.1.2. 按短路条件校验热稳定和动稳定405.2. 电气设备的配置415.2.1. 高压断路器及隔离开关的选择415.2.2. 电流互感器的选择465.2.3. 电压互感器的选择545.2.4. 母线和架空线的选择585.2.5. 避雷器是选择665.2.6. 无功补偿装置675.3. 本章小结69第六章 保护

10、装置706.1输电线路的保护706.1.1. 10kV线路保护配置706.1.2. 110kV线路保护配置736.2. 变压器的保护736.2.1. 瓦斯保护746.2.2. 差动保护746.2.3. 过流保护756.2.4. 零序过电流保护766.2.5. 过负荷保护786.3. 母线的保护786.4. 高压熔断器保护786.5. 本章小结79结 论80参考文献81附录A 电气设备型号选择表82谢 辞84 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 概 述1.1. 设计背景随着现代化进程的快速推进，电力工业发展水平和电气化程度是国家国民经济发展的重要标志。我国的电力工业已经进入了大机组、

11、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化发展的新时期。随着人们对电能的需求量日益增加，电能由发电厂发出要经过变压器变压供给用户，这时变电所就成为了发电厂到用户的媒介。这样就必须合理的规划变电所，以保证向用户可靠、安全的供电。1.2. 变电所概述电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所称变电所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。按用途可分为电力变电所和牵引变电所（电气铁路和电车用）。电力变电所又分为输电变电所、配电变电所和变频所。这些变电所按电压等级可分为中

12、压变电所（60千伏及以下）、高压变电所（110220千伏）、超高压变电所（330765千伏）和特高压变电所（1000千伏及以上）。按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成 。其中 ，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种

13、基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装23台主变压器；330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5 10年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。前者指一对一的按钮控制。对于控制对较多的变电所，如采用直接控制方式，则控制盘数量太多，控制监视面太大，不能满足运行要求，此时需采用选控方式。选控方式具有控制容量大、控制

14、集中、控制屏占地面积较小等优点；缺点是直观性较差，中间转换环节多等。1.3. 设计概述1.3.1. 本次设计的内容某地区110kV变电所的设计，该变电所位于平原地带，交通方便，无特殊环境污染。该地区最热月平均温度30度，年最高温度为40度，年平均气温15度，土壤温度20度。并且该变电所以110kV单回路与相距50kM的系统甲变电站相连；以110kV单回路与相距40KM的系统乙变电站相连，以10kV出线分别向附近的工厂和居民点供电，10kV出线共15回； 10kV侧的最大负荷为35MW，最小负荷为最大负荷的60%；在15回出线中，最大回的负荷按4MW考虑，负荷功率因数均按考虑。并且根据所有的条件

15、进行毕业设计，选择主变压器的台数和容量，并进行短路电流计算，从而进行设备选型和校验，选择合适的电压、电流互感器，同时介绍了一些电气设备选择的原则。进一步整定计算，最后规划该变电所的继电保护措施，做出完整的110kV变电所电气部分设计。变电站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。这就要求变电站的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电站才能正常的运行工作，为国民经济服务。故本次110kV 变电站电气部分设计主要分为电气一次部分设计和电气二次部分设计两部分。1.3.2. 电气一次部分设计电气一次部分设计主要包括主接线选择，主变压器的选择，所用变压器的选择，无功补偿的设计，

16、短路电流的计算，电气设备的选择等内容。本部分设计参考了各类相关资料，按照有关的技术规程和工程实例进行的。1.3.3. 电气二次部分设计电气二次部分设计主要包括变压器主保护设计，变压器后备保护设计，所用变压器保护设计，线路保护设计等主要内容。本部分设计参考了各类相关资料，按照有关的技术规程和工程实例进行的。1.4. 本章小结本章简单介绍了变电所总体概念及设计背景，根据设计题目的要求提出了相关构想，为总体设计做准备。第二章 电气主接线电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发

17、电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计直接关系着全厂电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。变电站电气主接线是指高压电气设备通过连线组成的接受或者分配电能的电路。其形式与电力系统整体及变电所的运行可靠性、灵活性和经济性密切相关， 并且对电气设备选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。所以， 主接线设计是一个综合性问题， 应根据电力系统发展要求， 着重分析变电所在系统中所处的地位、性质、规模及电气设备

18、特点等， 做出符合实际需要的经济合理的电气主接线。2.1. 电气主接线设计要求电气主接线要求可靠性、灵活性、经济性，这三者应综合考虑。1运行的可靠性：可靠性是指一个元件、一个系统在规定的时间内级一定条件下完成预定功能的能力。保证供电可靠性和电能质量是对主接线设计的最基本要求， 特别是保证对重要负荷的供电，当系统发生故障时，要求停电范围小，恢复供电快； 电压、频率和供电连续可靠是表征电能质量的基本指标，主接线应在各种运行方式下都能满足这方面的要求。供电可靠性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。衡量主接线运行可靠性的标志是：(1)断路器检修时，能否不影响供电。(2)线路、断路

19、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范围的大小和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。(3)变电所全部停电的可能性（应尽量避免）。2运行的灵活性：(1)调度灵活，操作方便。应能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，灵活地调配电源和负荷，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、方便。能方便地停运线路、断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电网的运行和对其他用户的供电。减少操作步骤，便于掌握，不易发生误操作。(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终端接线，使在扩建时一、二次设备所需的改造最少。3运行的经济

20、性：(1)投资省，主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资为主；应适当限制短路电流，以便选择廉价轻型电气设备。(2)年运费小，年运费包括电能损耗费（由变压器引起）、折旧费及大修费、日常小修维护费。(3)占地面积小，主接线方案应尽量节约配电装置占地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。2.2. 主接线基本形式2.2.1. 主接线的基本形式概述 单母线不分段接线 单母线接线 单母线分段接线 单母线带旁路母线接线有汇流母线接线 不分段双母线接线 双母线接线 分段的双母线接线 双母线带旁路接线电气主接线 一台半断路器接线 （又称3/2接线） 发电机双（三）绕组变压器单元接线 单元接线 发电

21、机变压器扩大单元接线 发电机变压器线路单元接线 无汇流母线接线 内桥接线 桥型接线 外侨接线 双桥接线 角型接线一般为三角至五角2.2.2. 主接线基本形式设计分析1、单母线接线：只有一组（可以有多段）工作母线的接线为单母线接线，这种接线的每回进线出线都只经过一台断路器固定接于母线的某一段上。1)单母线不分段接线：如图2.1。优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，造价便宜有利于扩建和采用成套配电装置。缺点：可靠性和灵活性较差，只有一种运行方式。母线和母线隔离开关检修或故障时，全部回路均需停运，任一回路断路器检修时，其所在回路也将停运。适用范围：不分段的单母线接线一般只适用于6220kV系统中出

22、线回路较少，对供电可靠性要求不高的小容量发电厂和变电所中。610kV配电装置，出线回路数不超过5回；3563kV配电装置，出线回路数不超过3回；110220kV配电装置，出线回路数不超过2回。2）单母线分段接线：分段的单母线接线即用分段断路器QFd（或分断隔离开关QSd）将单母线分成几段，如图2.2。优点：可靠性和灵活性提高，两边电源可以互为备用。两母线段可并列运行（分断断路器接通）也可分裂运行（分断断路器断开）。重要用户可以用双回路接于不同母线段，保证不间断供电。任一母线或隔离开关检修时，只停该段，其他段可继续供电，缩小停电范围。对于用分段断路器的QFd分段，如果QFd在正常运行时接通，当某

23、段母线故障时，继电保护使QFd及故障段的断路器自动断开，只停该段；如果QFd在正常运行时断开，当某段电源回路故障和其它断路器断开时，备用电源自动投入装置使QFd自动接通，可保证全部出线继续供电。对于用分断隔离开关QSd分段，当某母线故障时，全部短时停电，拉开QSd后，完好段可恢复供电。缺点：分段单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积；某段母线故障或检修仍会有停电问题；某回路的断路器检修，该回路停电。适用范围：一般广泛应用于中、小容量发电厂和变电所的610kV配电装置及出线回路较少的35220kV配电装载中。610kV配电装置，出线回路数为6回及以上时；3563kV配电装置，出线回路数为48回

24、时；110220kV配电装置，出线回路数为34回时。图2.1 单母线不分段 图2.2 单母线分段2、双母线接线：为避免单母线接线的母线或母线隔离开关发生故障及检修时，造成母线供电中断的缺陷，便另外设置一套备用母线，这就构成了双母线接线，如图2.3为双母线不分段。双母线结构操作复杂，容易发生误操作，所用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂，投资高，检修任一回路断路器，该回路仍停电。但供电可靠、运行方式灵活、检修母线时不中断供电，任一母线故障仅短时停电，且易于扩建。适用范围：一般多用于大中型变配电所。610kV配电装置，当短路电流较大、出线需带电抗器时；3563kV配电装置，当出线回路数超过8回

25、或连接的电源较大、负荷较大时；110220kV配电装置，当出线回路数为5回及以上或该配电装置在系统中居重要地位、出线回路数为4回及以上时。分段双母线接线可以三分段，四分段，可靠性更高，灵活性更高，但是操作更为复杂，接线的断路器及配电装置投资较大，用于进出线回路数较多的配电装置。 图2.3 双母线接线3、带旁路的接线方式：单母线和双母线都可以加设旁母，这样可以提高灵活性和稳定性，带旁路母线可以分为：1）有专用旁路断路器的分段单母线带旁路母线接线，如图2.4，QF1p和QF2p为专用旁路断路器；2)分段断路器（母线联络断路器）兼做旁路断路器的接线，如图2.5，QFd为分段断路器，检修线路断路器时，

26、QFd起旁路断路器的作用。这样虽然灵活性很高，基本可以保证不间断供电，但是增设了旁路设备，增加了投资和占地，接线较复杂，不易操作。1）分段单母线设置旁路母线的原则：在110kV以下的配电装置中，一般不设旁路母线，当地区电力网或用户不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。110220kV，线路输送距离较远，输送功率较大，一旦停电，影响范围大，且其断路器的检修时间长；出线回路数较多，则断路器的检修机会越多，停电损失越大。这样一般需设置旁路母线。首先采用分段兼旁路断路器的接线。但在以下情况需装设专用旁路断路器：当110kV出线为7回及以上，220kV出线为5回及以上时；对在系统中居重要地位的配电装置

27、。110kV出线为6回及以上，220kV出线为4回及以上时。另外，变电所主变压器的110220kV侧断路器，宜接入旁路母线。110220kV配电装置具备下列条件时，可不设置旁路母线。采用可靠性高、检修周期长的断路器或可迅速替换的手车式断路器时；系统有条件允许线路断路器停电检修时。2）不分段双母线设置旁路母线的原则：在110kV以下的配电装置中，一般不设旁路母线；110220kV配电装置，设置旁路母线原则与分段单母线相同；110220kV配电装置在下列情况下，可采用简易的旁路隔离开关替代旁路母线。配电装置为屋内型，需节约建筑面积、降低土建造价时；最终出线回路数较少，而线路又不允许停电检修断路器时

28、。 图2.4 有专用旁路断路器的分段单母线带旁路母线接线 图2.5 分段断路器兼作旁路断路的接线 4、一台半断路器接线：即每2条回路共用3台断路器，任一母线故障或检修都不停电，运行调度极为灵活，但所用断路器、电流互感器等设备较多、投资大；继电保护及二次回路的设计、调整、检修比较复杂。所以一台半断路器接线适用于大型电厂和变电所的220kV及以上进出线回路数6回及以上的大机组、超高压配电装置中，如图2.6。 图2.6 一台半断路器接线 图2.7 线路变压器单元接线5、线路变压器组单元接线：此接线方式为无回流母线接线方式，就是线路和变压器直接相连，当只有一回电源供电线路和一台（或两台）变压器时，采用

29、线路变压器单元接线，此接线法优点：接线简单，电气设备少，占地少，节约投资，经济性好。缺点是：当该单元中任何一个设备发生故障或检修时，全部设备都要停止工作，如图2.7。适用范围：只有一台变压器和一回线路时；当发电厂内不设高压配电装置，直接将电能输送至枢纽变电所时。6、桥式接线：当有两台变压器和两条线路时适宜采用桥形接线，所用断路器数量较少，造价低，接线简单清晰，并且容易发展成为单母线分段接线或双母线接线，但可靠性灵活性不够高，为了节省投资，在配电装置中建造初期，负荷较小，出线回路数不多的35220kV的小容量变电站，可采用桥形接线。内桥：变压器的切除、投入或故障时，操作较复杂，需动作两台断路器（

30、QF1、QF2断开，断开变压器侧隔离开关，变压器退出运行，再合QF1、QF2，恢复线路供电），影响一回线路暂时停运；桥联断路器检修时，两个回路须解裂运行；出线断路器检修时，线路需长时期停运，为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条（如图中QS2、QS3），为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条上需加装两组隔离开关，桥联断路器检修时，也可利用此跨条。内桥接法适用于变压器不需要经常切换、输电线路较长（检修和故障机率较高，故障断开机会较多）及穿越功率不大的小容量配电装置中，如图2.8。外桥：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥联断路器检修时，两个回路须解裂运行；变压器

31、侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条(如图QS2、QS3)。桥联断路器检修时，也可利用此跨条。外桥接法适用于输电线路较短或变压器需经常投切及穿越功率较大的小容量配电装置中。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线，如图2.9。 图2.8 内桥接线 图2.9 外桥接法7.、35 角形接线：多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线，其角数等于进、出线回路综述，等于断路器台数。为减少因断路器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行的可靠性，以采用35 角形为宜。并且变压器与出线回路一对角对称布置。此外，当进出回路数较多时，我国个别水电厂采用了双

32、连四角形接线，形成多环形，从而保证了供电的可靠性，但断路器数量增多，有的回路连着三个断路器，布置和继电保护复杂，没有推广使用。角形接线多用于最终规模较明确，进、出线数为35回的110kV及以上的配电装置中（例如水电厂及无扩建要求的变电所等），如图2.10、2.11。 图2.10 三角形接线 图2.11 四角形接线2.3. 主接线方案设计终端变电站又称受端变电站，这类变电站接近负荷中心，110kV进线一般为两路进线，通过两台主变将电能分配给低压用户。在确保供电可靠性的前提下，变电站主接线设计应有利于规范化、简单化、自动化及无人化，尽可能减少占地面积，变电站主接线方式应根据负荷性质、电气设备特点及

33、上级电网强弱等因素确定。综上，本次设计为110kV中型变电所主接线设计，要求可靠灵活，节约投资。（1）电压等级110/10 kV终端变电站 110kV 两回进线；10kV 十五回出线。（2）自然条件：位处平原地带，交通方便，无特殊污染。该地区最热月平均气温30度，年最高温度为40度，年平均气温15度，土壤温度20度。根据变电所的常用接线形式，我采取了四种方案比较的方法进行主接线的选择。方案1：如图2.12。110kV侧单母线分段，10kV侧单母线分段。高压设备投资大，占地大，接线方式继电保护复杂、运行维护工作量大、故障点多，从而安全可靠性低，另外从城区用地紧张，经济性来考虑，此方案舍弃。 图2

34、.12 主接线方案一方案2：如图2.13。110kV侧线路变压器组接法，10kV侧单母线分段接法。线路变压器组接线的特点是由于线路和两主变之间都无连线，不能实现2条线路的互相备用和2台主变的互送功率，当1台主变停电后，低压负荷减少1半，供电可靠性较低；为了保证全站低压负荷在停1台主变时不减少，每台主变应按100%负荷率选择容量，这样，正常运行时主变只能出1半力，造成很大浪费；当1条线路检修或故障时，其主变都被迫停运，供电可靠性很差；另外，该接线一旦建成，很难扩展。该接线虽然经济，但供电可靠性和运行灵活性不好，所以不宜用在重要的110kV终端变电站，可以用在负荷不重要的偏远地区110kV终端变电

35、站，此方案也舍去。图2.13 主接线方案二方案3：如图2.14。110kV侧外桥接法，10kV侧单母线分段接法。外桥接线的特点是主变的运行方式比较灵活，线路运行不灵活，由于线路侧不设断路器，线路的切除和投入较复杂，在倒电操作时，变电站停电时间过长。由于目前送电线路故障率高达，比主变故障率高很多，线路的操作很频繁，所以该接线存在供电可靠性差的严重缺陷，所以舍去。 图2.14 主接线方案三方案4：如图2.15，110kV侧内桥接法，10kV侧单母线分段。内桥接线的特点是线路运行方式非常灵活，主变运行不灵活，由于主变侧不设断路器，主变的切除和投入较复杂，涉及设备多，并有瞬时停电现象。但由于目前主变的

36、制造已经非常先进，可靠性很高，故障率一般小于，而且主变也不需要经常切换，所以主变运行不灵活的问题不是主要的问题。综合分析比较，认为内桥接线最适合用在110kV终端变电站高压侧。 图2.15 主接线方案四综上，方案4为最佳方案，故采取此方案，即110kV侧内桥接法，10kV侧单母线分段。2.4. 本章小结本章主要是对变电所主接线的设计，根据设计要求及对各种接线形式的优缺点总结比较，初步设计四种主接线方案，最后还是根据各自优缺点比较及根据选择的经济性、可靠性、灵活性，选择了变电所主接线的最佳方案，即110kV侧内桥接法，10kV侧单母线分段。第三章 变压器选择发电厂和变电所中，用于电力系统或用户输

37、送功率的变压器，称为主变压器。用于两个电压等级之间交换电能的变压器称为联络变压器，用于本厂（所）用电的变压器称为厂（所）变压器或称自用变。3.1. 变压器台数选择变电所中一般装设两台主变压器，以免一台主变故障或检修时中断供电。对110kV及以下的终端或分支变电所，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷能由中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器。对大型超高压枢纽变电所，可根据具体情况装设24台主变压器，以减小单台容量。在主接线设计中主变台数的考虑原则：(1)对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，以装两台主变为宜。(2)对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，设

38、计时应考虑装三台主变压器的可能性。(3)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12 级设计，以便负荷发展时更换主变。3.2. 主变压器容量的选择主变压器容量一般按变电所、建成后510年的规划负荷选择，并应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷的60% 70%（35110kV变电所为60%，220550kV变电所为70%）或全部重要负荷（到、类负荷超过上述比例时）选择，即其额定容量可按下式确定变压器的额定容量： （MVA） （3.1）式中：变电所最大负荷。n ：变电所主变台数。总安装容量为： （MVA） （3.2）根据容量查表可选择容量为31500kVA3.3. 主

39、变压器型式的选择变压器型式的选择主要包含有：相数、绕组数、绕组接线组别、结构形式、冷却方式等1、相数的确定 变压器有三相变压器和单相变压器组。在330kV及以下的发电厂和变电所中，一般选用三相变压器。因为一台三相式较同容量的三台单项式投资小、占地少、损耗小，同时配电装置的结构较简单，运行维护较方便。如果收到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器组。2、绕组数 只有一种升高电压向用户供电或与系统练剑的发电厂，以及只有两种电压的变电所，采用双绕组变压器。具有三种电压等级的变电所，可以采用双绕组变压器或三绕组变压器（包括自耦变压器）。如通过主变压

40、器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。3、绕组接线组别 变压器的绕组连接方式必须使得其线电压与系统线电压相位一致，否则不能并列运行，电力系统变压器采用的绕组连接方式有星形“Y”和三角形“D”两种。我国110kV及以上的电压级别，变压器绕组均用YN接法，即有中性点引出并直接接地；35kV作为高、中压侧时可采用Y接，其中性点不接地或经消弧线圈接地（多采用经消弧线圈接地）；35kV及以下电压侧（不含0.4kV及以下）一般为D接。4、结构形式的选择 变电所的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选择“降压型”，降压型绕组排列为：铁芯低压绕

41、组中压绕组高压绕组；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可以选用“升压型”，升压型的绕组排列为：铁芯低压绕组中压绕组高压绕组。5、调压方式的确定 由于我国电力不足，缺电严重，电网电压波动较大。变压器的有载调压是改善电压质量、减少电压波动的有效手段。对电力系统，一般要求110kV及以下变电所至少采用一级有载调压变压器。但是，是否需要有载调压通过潮流计算才能判断，然而，潮流计算不属于这次设计范围之内，故在此不需考虑调压。6、冷却方式 电力变压器的冷却方式，随其型式和容量不同而异。主变一般采用的冷却方式有自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却、

42、水内冷。小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环冷却变压器，在发电厂水源充足的情况下，为压缩占地面积，大容量变压器也有采用强迫油循环水冷却。近年来随着变压器制造技术的发展，在大容量变压器中采用了强迫油循环导向冷却方式。它是用潜油泵将冷油压入线圈之间和铁芯的油道中，故此冷却方式效率更高。3.4. 变压器型号选择综上，我们选择三相双绕组变压器。查表可以选择主变压器参数如下：表3.1 主变压器型号参数型号额定电压/kV损耗/kW阻抗电压（%）空载电流（%）连接组别总体质量/t高压低压空载短路SFZ7-31500/11011081.25%6.3 6.610.5 1142.2148

43、10.51.1YNd1150.33.5. 厂用变压器的选择预计厂用负荷总容量为100kVA，选择厂用变压器S9-100/10。表3.2 厂用变压器型号型号额定电压/kV损耗/kW阻抗电压（%）空载电流（%）连接组别总体质量/t高压低压空载短路S9-100/10105%0.40.291.5041.50Y，yn00.6053.6. 本章小结本章主要是对主变的选择，根据一般110kV变电所选择两台变压器为宜，选择两台三相双绕组变压器，根据最大负荷分析计算出主变压器容量31500kVA。最终确定主变压器型号SFZ7-31500/110。根据厂用负荷确定厂用变压器型号S9-100/10。第四章 短路电流

44、计算电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在电气设计和运行中，不仅要考虑系统正常运行状态，而且要考虑系统非正常运行状态，最严重的非正常运行状态就是短路故障。短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。为了消除或减轻短路的后果，就需要对供电系统中可能产生的短路电流数值预先进行计算，以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。4.1. 短路电流计算的重要性4.1.1. 三相系统短路基型本类 对称短路：三相短路 单相接

45、地短路 短路 单相短路 单相接中性点短路 不对称短路 两相短路 两相短路 两相接地短路 两相短路接地 三相短路时，三相回路依旧对称，因为短路回路的三相阻抗相等，所以三相短路电流和电压仍然是对称的，只是电流比正常值增大，电压比额定值降低。三相短路发生的概率最小，只有5左右，但它却是危害最严重的短路形式。因而又称对称短路。其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。4.1.2. 发生短路故障的危害（1）短路时有电弧产生，不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和人员。 （2）短路电流热

46、效应巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及使绝缘体损坏；另一方面，巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。（3）由于短路电流的电动力效应导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。（4）系统电压将大幅度下降短路时，电压骤降，严重影响电气设备正常运行。电压降到额定值的80%时，电磁开关可能断开；降到额定值的30%40%时，持续1s以上，电动机可能停转。（5）不对称短路的磁效应当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的

47、电动势。（6）短路时的停电事故短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及范围越大。（7）破坏系统稳定性，造成系统瓦解短路时，系统功率分布的突然变化和电压严重下降，可能破坏各种电厂并联工作的稳定性，使整个系统被解列，导致并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。由此可见，短路的后果是非常严重的。为保证电气设备和电网安全可靠地运行，首先应设法消除可能引起短路的一切原因。其次在发生短路后应尽快切除故障部分和快速恢复电网电压。为此，可采用快速动作的继电保护装置，以及选用限制短路电流的电气设备(如电抗器)等。4.1.2. 短

48、路故障产生的原因 电力系统由于电气设备载流部分的绝缘被损坏，架空线路的线间或对地面导电物短接，或雷击大气过电压、绝缘材料的自然老化和污秽以及运行人员维护不周、误操作，都可能造成相与相、相与地之间导电部分短接，短路电流高达几万安、几十万安培。短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或地与相之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有 ：1）设备原因 指电气设备、元件的损坏。如设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿导致短路；设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路等。2）自然原因由于气候恶劣，如大风、低温、导线覆冰等引起架空线倒杆断线；因遭受

49、直击雷或雷电感应，导致设备过电压或绝缘被击穿等。3）人为原因工作人员违反操作规程，带负荷拉闸造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程，带接地刀闸合闸造成金属性短路；人为疏忽接错线造成短路；运行管理不善，造成小动物进入带电设备内形成短路事故等。4.1.3. 短路计算的目的变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：（1） 电气主接线比选短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。（2） 选择导体和电器如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器、母线、绝缘子、电缆、架空线等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校

50、验电气设备电动力稳定度，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验断路器的通断能力等。（3） 确定中性点接地方式对于35 kV、10 kV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。（4） 选择继电保护装置和整定计算在考虑正确、合理地装设保护装置和校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流，而且也要计算两相短路电流，或根据需要计算单相接地电流等。4.2. 短路计算的规

51、定和步骤4.2.1. 短路计算的方法 标幺制法 无限大容量系统 对称的短路电流计算 短路功率法 实用运算曲线法 故障电流计算 有限容量系统 有名单位制计算法 非对称的短路电流计算应用序网阻抗合成计算法无限大容量电力系统指容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，可将该电力系统视为无限大容量电力系统。但是，实际电力系统中，它的容量和阻抗都是有一定数值，因此，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈线母线上的电压相应地有所变动。但是一般的供电系统，由于它是在小容量线路上发生短路，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，因此，电力

52、系统可视为无限大容量电力系统。无限大容量电力系统中研究三相短路电流的变化规律可以只需分析一相的情况，是因为三相短路电流是对称的。对称短路无限大电力系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法。标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的纯数，可以用小数或百分数表示，为任一有名值的物理量与同单位的基准值的之比。标幺制法就是将电路元件各参数均用标幺值表示。在短路电流计算中通常涉及四个基准量，即基准电压、基准电流、基准视在功率、和基准阻抗。在高压系统中，由于回路电抗一般远大于电阻，为了方便，在工程上一般可忽略电阻，直

53、接用电抗代替各元件的阻抗，这样。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺制法可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在高压系统中宜采用标幺制法进行短路电流计算。有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数，这种方法通常用于1 kV以下低压供配电系统短路电流的计算。4.2.2. 短路计算的假设条件短路从起始状态到短路稳态，其短路电流受各种因素的影响，变化过程是复杂的。短路电流实用计算方法，就是在满足工程准确等级要求的前提下，采用了一些必要的假设条件，将短路电流的数值较简单地计算出来。其假设条件如下：1、本次设计短路电流计算只考虑三相短路为最严重的情况，只对三相短路进行详细计算。因为单相短路或二

54、相短路时的短路电流都小于三相短路电流，能够分断三相短路电流的电器，一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。2、假设系统有无限大的容量。用户处短路后，系统母线电压能维持不变。即计算阻抗比系统阻抗要大得多。具体规定： 对于335kV级电网中短路电流的计算，可以认为110kV及以上的系统的容量为无限大，只要计算35kV及以下网络元件的阻抗。 3、在计算高压电器中的短路电流时，只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗，而忽略其电阻；对于架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻，一般也只计电抗而忽略电阻。4、 输电线路的电容忽略不计。4.2.3. 计算步骤（1） 绘出计算电路图，并标明各元件的

55、参数。（2） 绘出相应的等效电路图（采用电抗的形式），并注明短路计算点，对各元件进行编号。（3） 选取基准容量，一般取MVA，(基准电压常取元件所在处的短路计算电压)。（4） 求计算各元件的电抗标幺值。（5） 从电源到短路点，化简等效电路，依次求出各短路点的总电抗标幺值。（6） 根据题目要求，计算各短路点所需的短路参数。（7） 将计算结果列成表格形式表示。4.2.4短路计算的相关物理量图4.1 无限大容量系统发生三相短路时的电压与电流曲线（1）正常运行状态。系统在正常运行状态时，电压、电流按正弦规律变化，因电路一般式电感性负载，电流在相位上滞后一定角度。（2）短路暂态过程。短路电流在到达稳定值

56、之前，要经过一个暂态过程，即短路电流周期分量和非周期分量都存在的时间。从物理上说，短路电流周期分量是因短路后，电路阻抗突然小很多倍，电流突然大很多倍造成的：短路电流非周期分量则是因电路中有感抗，短路电流不能突变而产生的。当线路空载和电压过零时发生短路，则出现最大的短路电流。途中画出了最严重时短路全电流的波形曲线。（3）短路稳态过程。一般经过一个周期约0.2s后非周期分量消亡，短路进入稳态过程。1、短路电流周期分量上图所示，假设短路发生在电压瞬时值u=0时，这时负荷电流为，由于短路时电路阻抗减小很多，电路中将要出现一个短路电流周期分量，又由于短路电抗一般远大于电阻，所以滞后电压u大约90，因此短

57、路瞬间（t=0时刻）突然增大到幅值，即：，用标幺值计算时，有 。2、短路电流非周期分量由于电路中存在着电感，在短路发生时电感要产生一个与方向相反的感生电流，以维持短路瞬间（t=0时刻）电路中的电流和磁链不突变。这个反向电流就是短路电流非周期分量，即：。由于电路中还存在着电阻，所以要衰减，它按指数函数衰减的表达式为：如果用、和分别表示短路电路的总电阻、总电感和总电抗，则3、短路全电流任一瞬间的短路全电流为其周期分量和非周期分量之和，即。在无限大容量电源系统中，短路电流周期分量的幅值和有效值是始终不变的，习惯上将周期分量的有效值写作，即。4、短路冲击电流从上图可以看出，短路后经过半个周期（0.01

58、 s）短路电流瞬时值达到最大值，这一瞬时电流称为短路冲击电流，即。冲击系数为：。短路冲击电流有效值是指短路全电流最大有效值，是短路后一个周期的短路电流的有效值。在高压电路中（一般指大于1kV的电压）发生三相短路时，一般可取，所以有 ，。在低压电路中（一般指小于1kV的电压）发生三相短路时，一般可取，所以有 ，。5、短路稳态电流短路电流非周期分量一般经过0.2 s就衰减完毕，短路电流达到稳定状态，这时的短路电流称为短路稳态电流。在无限大容量系统中，短路电流周期分量有效值在短路全过程中始终是恒定的，所以有。4.3. 设计内容计算4.3.1. 计算参数设定短路电流计算利用标幺值来进行计算。选择基准容量为=100MVA，各电压等级的平均额定电压取为基准电压即=1.05则有：(kV) （4.1）(kV) （4.2） (kV) （4.3）根据电力系统规划设计中确定或推荐的系统接线图，求出各元件(发电机，变压器，线路等)的阻抗值，(高压短路电流计算一般只计及各元件的电抗)，为了计算方便，一般均计算成“标幺值”，通常取用基准容量MVA基准电压一般取各级的额定平均电压计算基本关系如下： （4.4）