330KV变电站电气部分设计毕业设计论文

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1、 330kV变电站电气主系统的设计 本次毕业设计针对330kV变电站的特点，以电气设计部分为核心，通过分析拟建变电站的进出线方向和负荷等原始资料，从可靠性、安全性、经济性等方面考虑，确定了电气主接线方式。主要从主变压器的容量、数量的确定，负荷分析及计算，进行适量的无功补偿，以及短路电流的计算和变电所主要电气设备的选择（包括断路器，隔离开关，互感器等），继电保护的配置以及防雷保护的设计等方面阐述了330kV变电站电气部分的设计思路、设计步骤，并在选择时对电气设备进行了必要的计算和校验。同时，针对本次设计，完成相应图纸的绘制。关键字变电站；主变压器；电气主接线；电力系统继电保护。目录引言11 主变

2、压器的选择21.1 主变压器选择的一般原则21.1.1 主变压器台数的选择21.1.2 主变压器容量的选择21.2 主变压器型式选择21.2.1 主变压器相数的选择21.2.2 绕组数的选择31.2.3 绕组连接方式的选择31.2.4 主变调压方式的选择31.2.5 容量比的选择41.2.6 主变压器冷却方式的选择41.3 主变压器的选择结果41.4 变电站站用变选择41.4.1 站用变的选择51.4.2 站用电接线图52 电气主接线及设计72.1电气主接线概述72.1.1电气主接线的基本要求72.1.2 主接线设计的原则82.2主接线的基本接线方式选择92.2.1 单母线接线及单母线分段接线

3、92.2.2 双母线接线及双母线分段接线102.2.3 带旁路母线的单母线和双母线接线102.2.4 一台半断路器双母线接线112.2.5 桥形接线122.3 主接线方案的比较选择122.4 电气主接线设计图143 短路电流的计算143.1 概述143.2 短路电流计算相关内容153.2.1 短路电流计算的目的153.2.2 短路电流计算的一般规定153.2.3 短路计算的基本假设163.2.4 短路电流计算的步骤164 电气设备的选择 174.1 概述.174.1.1 电气设备选择的一般原则174.1.2 电气设备选择的有关规定174.2 电气设备选择的技术条件184.2.1 按正常工作条件

4、选择电气设备184.2.2 按短路条件校验设备的动稳定和热稳定184.2.3 高压电气设备的选择校验项目194.3 断路器的选择204.3.1 330kV侧断路器的选择204.4 隔离开关的选择224.4.1 330kV侧隔离开关的选择224.4.2 隔离开关的选择结果234.5 电流互感器的选择234.5.1 电流互感器配置234.5.2 电流互感器的特点244.5.3 电流互感器的选择及校验244.5.4 330kV侧电流互感器的选择254.6 电压互感器的选择264.6.1 330kV侧电压互感器的选择265 母线的选择与校验275.1 概述275.1.1 母线的分类及特点275.1.2

5、 母线截面的选择275.2 母线选择与校验285.2.1 母线校验的一般条件285.2.2 330kV侧母线选择296 防雷及接地装置设计306.1 防雷设计306.1.1 防雷设计原则306.1.2 防雷保护的设计316.2 避雷器的选择336.2.1 330kV侧避雷器的选择和校验336.3 避雷针的配置346.3.1 避雷针的配置原则346.3.2 避雷针位置的确定346.4 接地设计346.4.1 接地设计的原则346.4.2 接地网型式选择及优劣分析357 继电保护配置357.1 变压器的保护配置357.2 线路保护配置387.2.1 330kV线路保护388 配电装置的布置388.

6、1 概述388.1.1 配电装置特点388.1.2 配电装置类型及应用388.2 配电装置的确定388.3电气总平面布置418.3.1电气总平面布置的要求418.3.2电气总平面布置41总 结43致 谢45参考文献46附录48- VI -引言毕业设计是对我们前三年所学理论知识的一个巩固和升华，也是理论转变为实践的关键一步。通过此次毕业设计可以巩固所学各课程理论知识，了解变电所设计的基本方法，了解变电所电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算机绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后从事电力技术等方面的工作

7、奠定了非常好的基础。随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。一个变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，设计一座符合电力系统整体规划的变电站就显得尤为重要。由于现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，使变电所设计问题变得越来越复杂。随着我国城乡电网建设与改造工作的开展，对变电所设计也提出了更高、更新的要求。变电所可根据电压等级、升压或降压及在电力系统中的地位分类。根据在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间

8、变电所、地区变电所、终端变电所。本次设计的禹门330kV变电站属于地区变电站。结合电力系统专业知识，通过变电站电气部分设计让我对变电站有了一个整体的了解。本次毕业设计主要包括有以下任务：1、论证并确定各电压等级电气主接线设计；2、必要的短路电流计算；3、主要电气设备的选择和校验；4、综合自动化产品选型及系统配置；5、保护配置及防雷规划；6、适量的无功补偿。本次设计是在掌握变电站生产过程的基础上完成的。通过它可以复习巩固专业课程的有关内容，拓宽了知识面，增强了工程观念，培养了变电站设计的能力。同时对能源、发电、变电和输电的电气部分有个详细的概念，能熟练的运用有些知识，如短路计算的基本理论和方法、

9、主接线的设计、电气设备的选择等。为我们顺利走上工作岗位打好基础。1 主变压器的选择主变压器是指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。主变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形势和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资、减少占地面积，同时也可以减少运行电能的损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。主变压器是主接线的中心环节。本章是对变电站主变压器的选择。1.1 主变压器选择的一般原则（1）主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的

10、变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的级和级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的70%80%。（3）为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性。1.1.1 主变压器台数的选择根据原始资料分析，本变电站为地区变电站，其与当地电网系统联系紧密，所以在选择主变台数时应考虑其在当地电力网络中的重要地位。若全站停电后，将引起下一级变电站与地区电网瓦解，影响整个地区的供电，因此在主变台数的选择上，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，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

11、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，同时增大了占地面积，配电设备以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，另一台主变压器至少能保证所供的一二类负荷或为全部负荷的70%80%。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。综上所述，主变压器选择2台。 1.1.2 主变压器容量的选择（1）主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择，适当考虑到远期1020年的负荷发展。对于

12、城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。（2）根据变电所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，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计其过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%80%。（3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化、简单化和灵活化。根据原始资料分析，本期主变压器容量选择为240MVA。1.2 主变压器型式选择1.2.1 主变压器相数的选择当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电所均应选择三相式变压器。因为一台

13、三相式较同容量的3台单项式投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。本次设计的变电所，位于城市郊区，交通便利，不受运输的条件限制，故本次设计的变电所选用三相变压器。1.2.2 绕组数的选择在具有3种电压等级的变电所中，如变压器各侧绕组的通过容量均达到该变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地

14、面积等因素，该所选择三绕组变压器。在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变压器、分裂变压器以及普通三绕组变压器。（1）自耦变压器：自耦变压器的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，除具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。（2）分裂变压器：分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分

15、裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。（3）普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。在大型降压变电所中，普通三绕组变压器的应用范围较为有限。当主网电压为110220k

16、V，中压网络为35 kV时，由于它们的中点采用不同的接地方式，才采用普通三绕组变压器。当中压为110 kV及以上的电压时，降压变压器和联络变压器多采用自耦变压器，因自耦变压器高、中压绕组有直接电气联系，故有巨大的经济优越性。其优点有：消耗材料省，体积小、重量轻同时功率损耗低、输电效率高、可扩大变压器的制造容量，便于运输和安装。故本设计选用自耦变压器。1.2.3 绕组连接方式的选择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。我国110kV及以上电压，变压器都采用Y0连接；35kV及以下电压等级变压器绕组都采用连接。根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为Y0/ Y0/接线。

17、接线组别为：YN，a0,d11。1.2.4 主变调压方式的选择为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220kV及以上网络电压应符合以下标准：枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的11.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%100%。调压方式分为两种，不带电切换称为无激磁调压，调整范围通常在5%以内；另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达3

18、0%。 1.2.5 容量比的选择由原始资料可知，110kV中压侧为主要受功率绕组，而35kV侧主要用于附近地区负荷、站用电以及无功补偿装置，所以容量比选择为：100/100/30。1.2.6 主变压器冷却方式的选择主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却，强迫油循环导向冷却。自然风冷却、强迫风冷却：一般只适用于中小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点，但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。1.3 主变压器的选择结果查电力变压器参数表选定主变

19、压器的型号参数如下。主变压器的型号为：OSFPS7-240000/330主要技术参数如下：额定容量：240000(kVA)容量比（%）：240/240/72MVA(100/100/30)电压比：34522.5%/121/35kV接线组别：YN,a0,d11空载损耗: 116(kW)负载损耗: 553(kW)空载电流（%）:0.2阻抗电压（%）：Ud1-2=10.5% Ud1-3=24% Ud2-3=13%总重：193（t）备注：西安西电变压器有限责任公司所以选用两台OSFPS7-240000/330型变压器为主变压器。1.4 变电站站用变选择变电站的主要站用电负荷是变压器的冷却装置，直流系统中

20、的充放电装置和晶闸管整流设备，照明、检修及供水和消防系统，对330kV变电站，还包括高压断路器和隔离开关的操纵机构电源，尽管这些负荷的容量并不大，但由于330kV变电站在电力系统中的重要地位，处于运行安全的考虑，其站用电系统必须具有高度的可靠性。1.4.1 站用变的选择（1）选择原则：变电站站用母线采用单母分段接线方式。当有两台站用变采用单母线分段接线方式，平时分列运行互为备用，以限制故障。站用电容量得确定，一般考虑所用负荷为变电所总负荷的0.1%0.5%,这里取变电所总负荷的0.2%计算。（2）站用电负荷：S=240000/0.70.2%=685.7kVA（3）站用变容量计算： Sj =0.

21、7S=480kVA站用变压器选择结果如表1-1所示表1-1 35kV双绕组变压器技术数据表型号额定容量/kVA额定电压/kV连接组损耗/kW空载电流/%阻抗电压/%高压低压空载短路S9-500/35500355%0.4Yyn01.036.901.36.51.4.2 站用电接线图由于变电站的自用电负荷耗电量不多，因此，变电站的自用电接线简单。枢纽变电站、总容量为60MVA及以上的变电站，装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的变电站，均装设两台站用变压器，分别接在电压最低一级母线的不同分段上。因而本设计两台站用变分别接于35kV母线的段和段，互为暗备用，并联运行。当一台故障时，另

22、一台能够承担变电所的全部负荷。接线图如图1-1所示。 .2 电气主接线及设计本次设计的变电站为降压变电站，共有三个电压等级：高压侧电压为330kV，本期2回出线；中压侧电压为110kV，本期11回出线；低压侧电压为35kV。且该站址位于距市中心约10km（直线距离），东邻西三环线，北靠高速公路及铁路，交通便利。从以上资料分析可知该变电站为一座地区变电站。2.1电气主接线概述电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，是由多种电气设备通过连接线，按其功能要求组成的接受和分配电能的电路，也称为电气一次接线或电气主系统。它不仅表示出各种电气设备的规格、数量、连接方式和所用，并且反映了各电力回路的相互关

23、系和运行条件，从而构成了发电厂和变电所电气部分的主体。用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细的表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。主接线代表了发电厂或变电站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，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。发电厂和变电所的主接线，是根据容量、电压等级、负荷等情况设计，并经过技术经济比较，而后选出最佳方案。2.1.1电气主接线的基本要求根据我国能源部关于220kV500kV变电所设计技术规程SDJ2-88规定：“变电所的电气主

24、接线应根据该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、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活性、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。”（1）可靠性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。经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组元件，包括一、二次部分在运行中可靠地综合性。因此，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，可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线对某些变电

25、站是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。评价主接线可靠性的标志是： 断路器检修时是否影响供电； 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，以及能否保证对重要用户的供电； 变电所全部停电的可能性； 有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电可靠性，先进的指标都在99.9%以上。（2）灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不至影响对用户的供电。 扩建要求。可以容易的从

26、初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。（3）经济性经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。2.1.2 主接线设计的原则电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，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，

27、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、实用、经济、美观的原则。2.2主接线的基本接线方式选择电气主接线的类型通常根据变电所在系统中的地位、负荷情况、出现回路数、布置方式、设备特点周围环境及最终规模等条件确定。它以电源和出线为主体，由于各个发电厂或变电站的出现回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，在进出线路多时（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设

28、备较少，配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂或变电站。有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。 2.2.1 单母线接线及单母线分段接线（1）单母线接线电气主接线的基本环节是由电源进线、主变压器和引出线三部分组成，每一组母线是由A、B、C三相组成。当主接线为一组母线时，称为单母线接线。 单母线接线形式的主接线主要优点是接线简单、清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。该接线方式的主要缺点是供电可靠性差，运行不够灵活，当母线及母线隔离开关等设备故障或检修时，均需将整个配电装置停电

29、，影响供电。故单母线接线只适用于单电源进线的一般中、小型容量的变电所及用户，在供电可靠性要求不高的装置中采用。单母线接线适用于：610kV配电装置的出线回路数不超过5回时；3560kV配电装置的出线回路数不超过3回时；110220kV配电装置的出线回路数不超过2回时。（2）单母线分段接线当出线回路增多时，单母线供电不够可靠，需用断路器将母线分段，形成单母线分段接线。可根据电源的数目和功率大小，母线可分为23段。段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用的断路器数量越多，其配电装置和运行也就越复杂，所需费用就越高。单母线分段接线的优点是，在母线分段后，可提高供电的可靠性和灵敏性。对重要用户可以从不

30、同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。单母线分段接线的缺点有：增加了分段开关设备的投资和占地面积；某段母线或母线隔离开关故障或检修时，仍有停电问题；任何一出线断路器检修时，该回路必须停止工作。单母线分段接线适用于：110220kV配电装置的出线回路数为34回；3560kV配电装置的出线回路数为48回；610kV配电装置的出线回路数为6回以上。 2.2.2 双母线接线及双母线分段接线（1）双母线接线双母线接线有两组母线，一组为工作母线，一组为备用母线。每一电源

31、和每一出线都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线相连，任一组母线都可以作为工作母线或备用母线。两组母线之间通过母线联络断路器连接。双母线接线具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点。而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。其广泛用于：出线带电抗器的610kV配电装置；3560kV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110220kV出线数为5回及以上时。（2）双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母线分段接线。双母线分段接线比双母线接线的可靠性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所

32、连的出现回路停电；随后将故障段母线所连的电源回路和出现回路切换到备用母线上即可恢复供电。为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。双母线分段接线广泛应用于火电厂的发电机电压配电装置中，同时在220500kV大容量配电装置中，不仅采用双母线三分段接线，也有采用双母线四分段接线的。当110kV出线为7回及以上，220kV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。 2.2.3 带旁路母线的单母线和双母线接线断路器经过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修。为了能使单母线分段或双

33、母线的配电装置检修断路器时，不致中断该回路供电，可增设旁路母线。通常，旁路母线有三种接线方式：有专用旁路断路器的旁路母线接线；母联断路器兼做旁路断路器的旁路母线接线；用分段断路器兼做旁路断路器的旁路母线接线。（1）单母线分段带旁路母线的接线这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。单母分段带专用旁路断路器的旁路母线极大的提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器的投资。（2）双母线带旁路母线的接线双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。双母线带旁路母线的接线可以设专用旁路断路器，也可以

34、用旁路断路器兼做母联断路器，或用母联断路器兼做旁路断路器。分段双母线也可以带旁路母线，但需设两台旁路断路器，分别接在两个母线上，接线更为复杂。（3）旁路母线设置的原则当110kV出现在6回及以上、220kV出现在4回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线，带有专用旁路断路器的接线，多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接入旁路母线的线路回数较多，且对供电可靠性有特殊需求的场合是十分必要的。不采用专用旁路断路器的接线，虽然可以节约建设投资，但是检修出线断路器的倒闸操作十分繁杂，而且对于无论是单母线分段接线或双母线接线方式，在检修期间均处于单母线不分段运行状况，极大的降低了可靠性

35、。下列情况可以不设置旁路设施：当系统条件允许断路器停电检修（如双回路供电的负荷）；当接线允许断路器停电检修时(每天回路有2台断路器供电，如角形、一台半断路器接线)；中小型水电站枯水季节允许停电检修出现断路器时；采用高可靠性的SF6断路器时及全封闭组合电器时(GIS)。随着高压配电装置广泛采用六氟化硫断路器及国产断路器、隔离开关的质量逐步提高，同时系统备用容量的增加、电网结构趋于合理与联系紧密、保护双重化的完善以及设备检修逐步由计划检修向状态检修过度，为简化接线，总的趋势将逐步取消旁路设施。 2.2.4 一台半断路器双母线接线两组母线之间接有若干串断路器，每一串有3台断路器，中间一台称为联络断路

36、器，每两台之间接入一条回路，每串共有两条回路。平均每条回路装设一台半（3/2）断路器，故称为一台半断路器接线，又称3/2接线。这种接线是在双断路器的双母线接线基础上改进而来，它是介于双断路器双母线接线与单断路器双母线接线之间的一种接线。（1）一台半断路器接线的主要优点如下：可靠性高。任何一组母线故障时，只是与故障母线相连的断路器自动分闸，任何回路不会停电，甚至在一组母线检修、另一组母线故障的情况下，仍能继续输送功率；在保证对用户不停电的前提下，可以同时检修多台断路器。运行灵活性好。正常运行时，两条母线和所有断路器都同时工作，形成多环路供电方式，运行调度十分灵活。操作检修方便。隔离开关只用作检修

37、时隔离电源，不用于倒闸操作。另外，当检修任何一组母线或任一台断路器时，各个进出线回路都不需切换操作。（2）接线的主要缺点为投资大、继电保护装置复杂。（3）适用范围：一台半断路器双母线接线用于大型发电厂和330kV及以上、进出线回路数6回及以上的高压、超高压配电装置中，是国内外大机组、超高压电气主接线中广泛采用的一种典型接线形式。 图2-1一台半断路器接线2.2.5 桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥形接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。（1）内桥接线：适合于输电线路较长、线路故障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。即负荷端可以频繁停、送电操作，而

38、变压器端不能频繁操作。 （2）外桥接线：适合于线路较短、故障率较低、主变压器需按经济运行要求经常投切及电力系统有较大的穿越功率通过桥臂回路的场合。即负荷端不能频繁进行操作，变压器需要频繁停、送电操作。桥形接线属于无母线的接线形式，简单清晰、设备少、造价低，也易于发展过渡为单母线分段或双母线接线。但因内桥接线中变压器的投入与投除要影响到线路的正常运行，外桥接线中线路的投入与切除要影响到变压器的运行，而且更改运行方式时需利用隔离开关作为操作电器，故桥形接线的工作可靠性和灵活性较差。 2.3 主接线方案的比较选择本次待设计变电站位于距市中心约10km（直线距离），东邻西三环线，北靠高速公路及铁路，交

39、通便利。该变电站为330/110/35kV地区变电站，其本期规模为：330kV侧出线2回；110kV侧出线为11回；35kV侧用于连接补偿装置。综合考虑本期变电站建设的要求和远期变电站扩建方便，现列出以下方案进行比较选择。方案一：330kV侧选用一台半断路器接线，110kV侧选用双母线分段接线，35kV侧选用单母线分段接线。 方案二：330kV侧选用桥形接线，110kV侧选用双母线接线，35kV侧选用单母线接线。 方案三：330kV侧选用双母线分段接线，110kV侧选用双母线分段接线，35kV侧选用单母线接线。 现对三种方案进行比较选择如下：表2-1：主接线方案比较 方案项目方案一：330kV

40、一台半断路器接线；110kV双母线分段接线；35kV单母线分段接线。方案二：330kV桥形接线；110 kV双母线接线；35 kV单母线接线。方案三：330kV双母线分段接线；110kV双母线分段接线；25kV单母线接线。可靠性选用一台半断路器接线时任一母线故障或检修，均不致停电；任一断路器检修也不引起停电；甚至于两组母线同时故障的极端情况下，功率仍能继续输送；110kV和35kV侧可靠性高。330kV侧选用桥形接线可靠性低；110kV侧接线简单，但可靠性不高。330kV侧选用双母线通过母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；330kV侧一组母线故障后，能迅速恢复供电。灵

41、活性灵活性高；运行方便，操作简单；扩建方便。桥形接线是适用于小容量的变电站；操作复杂；扩建方便。灵活性高；运行方便，操作简单；扩建方便。经济性设备相对较多，投资大设备少，投资小设备相对较多，占地面积增加通过对方案在可靠性、灵活性和经济性三个方面的比较，最终确定方案一为最终设计方案。2.4 电气主接线设计图见附录。3 短路电流的计算3.1 概述电力系统正常运行方式的破坏，多数是由于短路故障引起的，系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安培。变电站设计中不能不全面地考虑短路故障的各种影响。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指相与相之间通过电弧或其它较小阻

42、抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。在三相系统中短路的基本类型有：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。 变电所中的各种电气设备必须能承受短路电流的作用，不致因过热或电动力的影响造成设备损坏。短路电流的大小也是比较主接线方案、分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。为限制故障范围，保护设备安全，继电保护装置整定必须在主回路通过短路电流时准确动作。 由于上述原因，短路电

43、流计算成为变电所电气部分设计的基础。选择电气设备时，通常用三相短路电流；校验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或单相接地电流。工程设计中主要计算三相短路电流。3.2 短路电流计算相关内容3.2.1 短路电流计算的目的计算短路电流的目的主要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求；评论并确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送电线路对通讯设施的影响等。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。其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

44、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。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）验算接地装置的接触电压和跨步电压。3.2.2 短路电流计算的一般规定（1）验算导体和电气设备动稳定、

45、热稳定以及电气设备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）选择导体和电气设备的短路电流，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）选择导体和电气设备时，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时短路电流为最大的地点。 （4）导体和电气设备的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路计算。 （5）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

46、行计算，为了计算方便选取如下基准值: 基准容量: 基准电压： 3.2.3 短路计算的基本假设（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）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 短路电流计算的步骤（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

47、短路点的电抗标幺值，并计算短路电流有名值。 标幺值： 有名值： （5）计算短路容量，短路电流冲击值短路容量： 短路电流冲击值：短路冲击电流有效值： Ish=1.52 I （6）列出短路电流计算结果 4 电气设备的选择4.1 概述电气设备的选择是发电厂和变电所电气部分设计的重要内容之一。如何正确地选择电气设备，将直接影响到电气主接线和配电装置的安全及经济运行。因此，在进行电气设备的选择时，必须执行国家的有关技术经济政策，在保证安全、可靠的前提下，力争做到技术先进、经济合理、运行方便和留有适当的发展余地，以满足电力系统安全、经济运行的需要。学习中应注意把学过的基本理论与工程实践结合起来，在熟悉各种

48、电气设备性能的基础上，结合实例来掌握各种电气设备的选择方法。电力系统中的各种电气设备由于用途和工作条件各异，它们的具体选择方法也就不尽相同，但从基本要求来说是相同的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，按短路条件校验其动、热稳定性。电气设备的选择，必须满足供电系统正常工作条件下和短路故障条件下工作要求，同时电气设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。4.1.1 电气设备选择的一般原则（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；（2）应按当地环境条件校核；（3）应力求技术先进和经济合理；（4）选择导体时应尽量减少品种；（5）扩建工程应尽量使

49、新老电器的型号一致；（6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。4.1.2 电气设备选择的有关规定电气设备应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动稳定和热稳定，并按环境条件校核电器的基本使用条件：（1）在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按有关规定进行计算。（2）验算电气设备用的短路电流，按下列情况进行计算：除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计；在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响；在变电所中，应考虑如果安有同步调相机时，应将其视作附加电源，短路电流的计算方法与发电机相同；对不带电抗器回路

50、的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点，对带电抗器的610kV出线的计算点，除其母线隔离开关前的引线和套管应选择在电抗器前外，其余导线和电气设备宜选择在电抗器之后。4.2 电气设备选择的技术条件4.2.1 按正常工作条件选择电气设备电气设备的正常工作条件是指额定电压、额定电流和自然环境条件3个方面。（1）额定电压所选电气设备的最高允许电压，必须高于或等于所在电网的最高运行电压。设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.11.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围，故选择时只要满足下式即可：式中 设备所在电网的额定电压，kV； 设备的额定电压，

51、kV；（2）额定电流所选设备的额定电流，应大于或等于所在回路的最大长期工作电流: 由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的（为电气设备的额定电流）。（3）按使用环境选择设备温度和湿度污染情况海拔高度安装地点4.2.2 按短路条件校验设备的动稳定和热稳定电气设备在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。（1）短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定的条件为: 式中

52、- 短路电流产生的热效应 、 t - 电气设备允许通过的热稳定电流和时间。（2）短路的动稳定校验满足动稳定条件为： 或 式中 i 短路冲击电流峰值 （kA）I 短路冲击电流有效值 （kA）、I 电气设备允许通过的动稳定电流峰值及有效值（kA） （3）短路计算时间验算热稳定的短路计算时间为继电保护动作时间和相应断路器的开断时间之和，即 一般取保护装置的后备保护动作时间，这是考虑到主保护有死区或拒动;而 是指对断路器的分闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后的电弧完全熄灭为止的时间段。显然， 包括两个部分，即 式中，为断路器固有分闸时间，它是由断路器接到分闸命令起，到灭弧触头刚

53、分离的一段时间，此值可在相应手册中查出；为断路器开断时电弧持续时间，它是指由第一个灭弧触头分离瞬间起，到最后一极电弧熄灭为止的一段时间，对少油断路器为0.040.06s.对 断路器和压缩空气断路器为0.020.04s,真空断路器约为0.015s.（4）几种特殊情况说明由于回路的特殊性，对下列几种情况可不校验热稳定或动稳定。用熔断器保护的电器，其热稳定由熔体的熔断时间保证，故可不校验热稳定。采用限流熔断器保护的设备可不校验动稳定。在电压互感器回路中的电器可不校验动、热稳定。对于电缆，因为内部为软导线，外部机械强度很高，不必校验其动稳定。4.2.3 高压电气设备的选择校验项目表4-1高压电气设备的

54、选择与校验项目表序号电器名称额 定电 压额 定电 流额 定容 量机 械荷 载额定开断电流热稳定动稳定绝缘水平kAAKVANA1断路器2隔离开关3组合电器4负荷开关5熔断器6PT7CT8电抗器9消弧线圈10避雷器11封闭电器12穿墙套管13绝缘子4.3 断路器的选择高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统发生短路故障时迅速的自动断开电路。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。灭弧能力是断路器的核心性能。断路器形式的选择，应在全面了解其使用环境的基础上，结合产品的价格和以运行设备的使用情况加以确定。110kV330kV电压等级的

55、可选用户外式少油断路器或断路器；10kV、35kV电压等级可选用户内式少油断路器、真空断路器或断路器。4.3.1 330kV侧断路器的选择额定电流和电压的选择：UNUNS， INImax式中UN、UNS分别为电气设备和电网的额定电压，kV； IN、Imax分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流，kA。（1）额定电压选择： （2）额定电流： kA（3） 开断电流选择： kA （4）额定关合电流的选择： kA 根据以上数据初步选择 LW10-330高压六氟化硫断路器，其参数为下表4-2所示。表4-2 LW10-330高压六氟化硫断路器额定工作电压：330kV额定关合电流（峰值）：100kA额

56、定工作电流：2500A动稳定电流（峰值）:100kA额定开断电流：40kA3s热稳定电流：40kA（5）热稳定校验查变电所及电力网设计与应用知当主保护为速断保护时，在缺乏断路器分闸时间数据时，可用下列平均值:对于快速及中速断路器，取；对于慢速动作断路器，取(为验算热稳定的短路时间)。满足热稳定需求（6）动稳定校验： 满足要求。LW10-330高压六氟化硫断路器选择校验结果如下表4-3。表4-3 LW10-330高压六氟化硫断路器选择校验结果 项目参数 LW10-330产品数据计算数据330kV330kV2500A440.9A40kA4.92kA4800 kA2.s3.631 kA2.s100k

57、A12.546kA经校验满足要求，故选择LW10-330型高压SF6断路器。4.4 隔离开关的选择隔离开关（俗称刀闸）没有灭弧装置。它既不能断开正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则即发生“带负荷拉刀闸”的严重事故。此时产生的电弧不能熄灭，甚至造成飞弧（相间或相对地经电弧短路），会严重损坏设备并危及人身安全。 隔离开关的用途有以下几个方面：（1）隔离电压。在检修电气设备时，将隔离开关打开，形成明显可见的断点，使带电部分与被检修的部分隔开，以确保检修安全。 （2）可接通或断开很小的电流。如电压互感器回路，励磁电流不超过2A的空载变压器回路及电容电流不超过5A的空载线路等。 （3）可与断路器配合或

58、单独完成倒闸操作。4.4.1 330kV侧隔离开关的选择 （1）额定电压选择： kV （2）额定电流选择： kA根据以上数据初步选择户外GW10-330/1600隔离开关，其参数见表4-9。表4-9 GW10-330/1600隔离开关额定电压：330kV固有分闸时间：0.025s额定电流：1600A燃弧时间：0.05s动稳定电流峰值：100kA3s热稳定电流：40kA（3）热稳定校验（取后备保护时间） 其中 验算热稳定的短路时间 后备保护动作时间 固有分闸时间 电弧持续时间 满足热稳定需求（4）动稳定校验： 满足要求。 GW10-330/1600隔离开关选择校验结果如下表4-10。表4-10 GW10-330/1600隔离开关选择校验结果 项目参数GW10-330/1600产品数据计算数据330kV330kV1600A440.9A4800 kA2.s5.446 kA2.s100kA12.546kA经校验满足要求，故选择GW-330/1600型隔离开关。4.4.2 隔离开关的选择结果各隔离开关的选择结果如表4-15所示。表4-15 隔离开关的型号及参数开关编号型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流(s)(kA)330kV侧GW10-330/1600330160010040(3)110kV变压器侧GW4-110/2000110200