110 kV变电站的设计

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1、110 kV变电站的设计目 录摘要1Abstract2绪 论31 毕业设计任务书51.1 设计原始资料51.1.1 电源5所有三级标题考前空两格， 1.1.2 负荷资料51.1.3 简要说明51.2 设计内容62 电力负荷的分级与计算72.1负荷分级与供电要求72.1.1 负荷与计算负荷72.1.2 电力负荷分级72.2 电力负荷的计算82.2.1电力负荷计算的意义82.2.2 本变电所的负荷计算82.3 主变压器的选择92.3.1 主变压器台数的确定92.3.2 主变压器容量的确定92.3.3 主变相数的选择与接线方式102.3.4 主变压器选型102.4 无功功率补偿102.4.1 供配电

2、系统的无功功率102.4.2 功率因数的计算112.4.3 功率因数过低对供电系统的影响112.4.4 提高功率因数的措施122.4.5 无功补偿的计算123 供配电系统设计143.1 电气主接线设计143.1.1 主接线的设计原则143.1.2 主接线的设计要求143.1.3 主接线的形式163.1.4主接线方案的确定173.2 短路电流计算193.2.1 短路电流简述193.2.2 短路电流计算的目的193.2.3 短路回路各元件阻抗计算193.2.4 最大运行方式下短路电流计算223.2.5 最小运行方式下短路电流计算233.3导线和截面的选择243.3.1 导线和电缆截面选择的方法24

3、3.3.2 110kV进线导线的选择263.3.3 110kV电缆线路的选择293.4 主要一次设备选型293.4.1 电气设备选择的一般原则303.4.2 高压短路器的选择313.4.3 隔离开关的选择343.4.4 电流互感器的选择373.4.5 电压互感器的选择383.4.6 母线的选择393.4.8 10kV开关柜的选择41结 论42谢 辞45参 考 文 考46附 录47II摘要：本篇毕业设计论文的内容是南京某企业110 kV变电站的设计，主要是关于变电所的一次侧的电气设计。该工程采用2回110kV进线供企业变电所用电，形成双回路同时供电方式，满足该企业供电可靠性的要求。其负荷等级电压

4、是10kV,经过经济与技术比较，现采用下列方案：1) 内设两台双绕组变压器，电压等级为110/10.5；2) 110kV进线采用内桥接线；3) 10KV配电装置采用单母分段接线方式；4) 根据标准与实际情况进行设备的选型完成最终设计；5) 完成设计图纸。6)关键词：变电所 主变压器 负荷计算 短路计算 设备选型1Abstract: In this graduation project is the design of the 110 kV substation, a company in Nanjing, mainly primary substation electrical design.

5、 The project for the enterprise substation electricity back 110kV line, the formation of double-loop power supply to meet the requirements of the supply reliability. Its load voltage level of 10KV.Technical and economic comparison is the following program:1). equipped with two two-winding transforme

6、r, the voltage rating of 110/10.5;2).110KV line within the bridge connection;3).10KV distribution installations in single-mother segmented wiring;4). the selection of equipment according to standards and the actual situation to complete the final design;5).To complete the design drawings.Keywords: S

7、ubstation Main transformer Oad calculations Short circuit calculations Equipment selection绪 论电力是国民经济发展的基础，而变电站在电力行业中又占据着及其重要的作用与地位。变电站的良好运行不仅可以促进工农业的稳步发展，也是百姓安居乐业和社会稳定的重要保障。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。 变电站起变换电压作用的设备是变压器，除此之外，变电站的设备还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护

8、装置和防雷保护装置、调度通信装置等，有的变电站还有无功补偿设备。在企业生产中，需要稳定、可靠的供电系统来保证生产过程的不间断，从而保障生产的安全性、经济性。变电站就是通过电力变换，提高供电可靠性达到上述目的，因此变电站在现代企业中有着至关重要的作用。本毕业设计的内容主要的研究方向为110kv/10kv变电站的电气一次部分的设计。该变电所采用2回110kV进线，形成双回路同时供电方式，满足该企业供电可靠性的要求。设计范围包括:变电站围墙范围内的110kV及10kV配电装置，主变压器，10KV电容器，自补装置，短路电流计算，设备选型，设计图纸等。目前110KV及以下变电所的设计在国内已经非常普遍。

9、其采用的方案、技术以及电气设备的选择都已十分成熟。故本次毕业设计也采用当前比较常见的方案。这些方案从国内长期的运行情况来看都是经得起实践考验的。在当今社会中，随着生产水平的提高，电气设备也在不断更新换代。如今的110kV变电所常用的电气设备也相应有了很大进步。比如变压器S11，采用了更加先进的材料与技术降低了能量在变压器上的损耗，使其更加节能；110kV断路器采用SF6气体，这种惰性气体能够更安全有效的灭断高强度电弧；10kV断路器采用真空组合开关柜，安装维护方便，集成度高，大大缩小了占地面积等等诸如此类一系列高新技术的电气设备。在变电自动化领域中，智能化电气的发展，特别是智能开关，光电式互感

10、器的机电一体化设备的出现，变电站自动化技术进入了数字化阶段。随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在现状检测、变电站运行操作培训仿真的技术日趋成熟，高速计算机网络在实时系统中的运用，全智能化的变电站自动化技术出现。智能化的一次设备，网络化的二次设备，自动化的运行管理系统，变电站接线方案趋于简单，大量采用新的电气一次设备，变电站采用综合自动化管理，110kV系统日趋采样无人值守，这使得变电站用地面积大大减少。该变电所的电源由两路进线提供，所供给的负荷均为二类负荷，故考虑设置两台变压器，高压侧采用内桥接线，低压侧则采用单母分段接线。这样，不但可靠性高，而且运行方式也非常灵活，也便于将来

11、负荷的发展。首先由提供的负荷资料和对供电可靠性的要求来计算负荷，以确定变压器的型号和负荷侧电力无功补偿的容量。再确定短路电流计算点来计算短路电流，由正常的负荷电流和短路电流共同来选择、校验一次回路中的主要电气设备，如断路器、隔离开关、电流互感器等。并考虑变电所的防雷和接地保护，设计二次部分的继电保护装置和必要的自动装置以及一次回路断路器控制回路设计事故和预告信号回路。当前，变电站正朝着高度智能化和值班无人化的方向发展，其技术已涉及、涵盖和应用了电能、电气设备、自动控制、计算机、网络、通信等技术，在现代国民经济中将会扮演越来越重要的作用。1 毕业设计任务书1.1 设计原始资料1.1.1 电源本变

12、电所由南京市某两条110kV线路T接回路送至该变电站，形成双回路进线同时供电方式，满足供电可靠性的要求。两路架空线分别长4000米和5000米，系统短路容量为SkMAX=4900MVA，SkMIN=3500MVA和SkMAX=6100MVA，SkMIN=3900MVA。系统要求新建变电所继电保护时间不大于2秒，功率因数大于0.9。1.1.2 负荷资料该变电所110kV母线无输出线路；10kV侧带10回出线。考虑到预留两回备用出线，从而10kV母线共送出12回线路。该变电站的负荷资料见下表所示：表1-1 负荷资料编号负荷名称计算负荷（kW）功率因数备注11#出线62500.822#出线50000

13、.833#出线56000.7544#出线32000.855#出线78000.7566#出线41000.877#出线61000.888#出线66000.899#出线42000.851010#出线55000.8511备用80000.8双回路1.1.3 简要说明气象、土壤资料按南京地区考虑；操作电源：直流220V；电能计量：采用高供高计；设计两台所用变。1.2 设计内容1）负荷计算与无功补偿。2）选择变压器台数、容量并设计主电气接线图。3）确定短路电流计算点，计算短路电流值。4）选择主要电气设备（电源进线、断路器、熔断器、互感器、母线、电缆、补偿电容、开关柜等）。5）设计变电所平面布置图。2 电力负

14、荷的分级与计算2.1负荷分级与供电要求2.1.1 负荷与计算负荷电力负荷又称为电力负载，指耗用电能的用电设备或用户。各类负荷的运行特点跟重要性都不一样，对供电的可靠性与电能质量的要求也不一样。计算负荷（calculated load）是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，其物理含义是计算负荷所产生的恒定温升等于实际变化负荷所产生的最高温升。通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的最大负荷称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据。2.1.2 电力负荷分级电力负荷（power load）又称电力负荷，指耗用电能的用电设备或用户。在供配电系统中，各类负荷的运行特点和重要性都不一

15、样，它们对供电的可靠性和电能质量的要求也各不相同。因此，在满足负荷必要的供电可靠性前提下，为了尽量节约投资，降低供电成本，必须将负荷进行分类。我们按照电力负荷供电可靠性的要求（分级原则）及中断供电在政治上、经济上造成损失或影响的程度方面，将电力负荷划分为三级，具体划分如下： (1) 符合下列情况之一时，应为一级负荷： 1)中断供电将造成人身伤亡时。 2)中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。 3)中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽

16、、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。 (2) 符合下列情况之一时，应为二级负荷： 1)中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。 2)中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。 (3)不属于

17、一级和二级负荷者应为三级负荷。 对一级负荷一律应由两个独立电源供电。 二级负荷 较重要的电力负荷对该类负荷供电的中断，将造成工农业大量减产、工矿交通运输停顿、生产率下降以及市人民正常生活和业务活动遭受重大影响等。一般大型工厂企业、科研院校等都属于二级负荷。 三级负荷不属于上述一、二级的其他电力负荷，如附属企业、附属车间和某些非生产性场所中不重要的电力负荷等。根据负荷的性质和表1-1负荷资料的内容可知，本变电站所供给的负荷为二、三级负荷。2.2 电力负荷的计算2.2.1电力负荷计算的意义供电系统在正常条件下能够安全可靠地运行，有赖于科学合理的电力设计。根据类型和负荷资料正确估算负荷所需的电力和电

18、量，是电力设计的基础。负荷计算的目的除了向供电部门申请用电外，是确定供配电系统、选择变压器容量、导线截面、开关电气和互感器等额定参数的重要依据。计算负荷的准确程度直接影响电气设备、导线、电缆的选择是否经济、合理。由此可见，正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。2.2.2 本变电所的负荷计算负荷计算常用方法有需要系数法、二项式法和利用系数法。需要系数法比较简便因而广泛使用，同时适用于变电所的计算，因此本变电所负荷计算所使用的方法即为需要系数法。所使用的公式如下： Qca= Pca tan （2-1） Sca= Pca/ cos （2-2） Pca(

19、)=KPca （2-3） Qca()=KQca （2-4）Sca()= （2-5） （1） 1#出线：Pca=6250kW，=0.8，cos=0.8，tan=0.75，故Qca= Pca tan=62500.75=4687.5(kvar)Sca= Pca/ cos=6250/0.8=7812.5(kVA)（2） 2 #出线：Pca=5000kW，=0.8，cos=0.8，tan=0.75，故Qca= Pca tan=50000.75=3750(kvar)Sca= Pca/ cos=5000/0.8=6250(kVA)（3） 3#出线：Pca=5600kW，=0.75，cos=0.75，tan=

20、0.88，故Qca= Pca tan=56000.88=4928(kvar)Sca= Pca/ cos=5600/0.75=7466.7(kVA)（4） 4#出线：Pca=3200kW，=0.8，cos=0.8，tan=0.75，故Qca= Pca tan=32000.75=2400(kvar)Sca= Pca/ cos=3200/0.8=4000(kVA)（5） 5#出线：Pca=7800kW，=0.75，cos=0.75，tan=0.88，故Qca= Pca tan=78000.88=6864(kvar)Sca= Pca/ cos=7800/0.75=10400(kVA)（6） 6#出线：

21、Pca=4100kW，=0.8，cos=0.8，tan=0.75，故Qca= Pca tan=41000.75=3075(kvar)Sca= Pca/ cos=4100/0.8=5125(kVA)（7） 7#出线：Pca=6100kW，=0.8，cos=0.8，tan=0.75，故Qca= Pca tan=61000.75=4575(kvar)Sca= Pca/ cos=6100/0.8=7625(kVA)（8） 8#出线：Pca=6600kW，=0.8，cos=0.8，tan=0.75，故Qca= Pca tan=66000.75=4950(kvar)Sca= Pca/ cos=6600/0

22、.8=8250(kVA)（9） 9#出线：Pca=4200kW，=0.85，cos=0.85，tan=0.62，故Qca= Pca tan=42000.62=2604(kvar)Sca= Pca/ cos=4200/0.85=4941.2(kVA)（10）10#出线：Pca=5500kW，=0.85，cos=0.85，tan=0.62，故Qca= Pca tan=55000.62=3410(kvar)Sca= Pca/ cos=5500/0.85=6470.6(kVA)（11）11#出线：Pca=8000kW，=0.8，cos=0.8，tan=0.75，故Qca= Pca tan=80000.

23、75=6000(kvar)Sca= Pca/ cos=8000/0.8=10000(kVA)取同时系数K=0.85。因此，总的计算负荷为Pca()=KPca=0.8562350=52997.5(kW) （2-6）Qca()=KQca=0.8547243.5=40157(kvar) （2-7）Sca()=66493(kVA) （2-8）2.3 主变压器的选择2.3.1 主变压器台数的确定变压器台数要依据以下原则选择：(1) 为满足负荷对供电可靠性的要求，根据负荷等级确定变压器的台数，对具有大量一、二级负荷或只有大量二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修时，另一台仍能正常工作。(2)

24、负荷容量大而集中时，虽然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器(3) 对于季节负荷或昼夜负荷变化比较大时，从供电的经济性角度考虑，为了方便、灵活地切换变压器，也可以选择两台变压器。考虑实际情况本次变电所设计采用两台相同容量的变压器。2.3.2 主变压器容量的确定变压器的选择要考虑到负荷将来可能增加和改造的可能性，必要时最好留有一定的富余。在负荷系数较低的场合，实际应用中一般都允许变压器超过额定负荷为峰值提供电力，而不必为短时的峰值负荷让变压器选择特别大的容量。实际应用变压器的选择还要考虑到开关电器的容量和分断容量一起导体的载流量。(1) 当装有一台主变压器的变电所时，主变压器的容量应不小于

25、总的计算负荷，即 SNTSca （2-9）（2） 当装有两台主变压器的变电所。每台变压器的容量应不小于总的计算负荷的60，一般选取为70，即 SNT0.7 Sca (2-10)同时每台主变压器的容量应不小于全部一、二级负荷之和，即 SNT0.7 Sca（+） （2-11）有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为： SNT0.7 Sca=0.7 Sca()=0.766493=46545.1(kVA)所以应选容量为50000KVA的主变压器。2.3.3 主变相数的选择与接线方式主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素；当不受运输条件限制时，在330KV及以下的

26、发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。变压器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星形连接（Y）和三角连接（），高、低侧绕组如何要根据具体情况来确定。 我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星形连接(Y)；35KV及以下电压，变压器绕组都采用三角连接（）连接。有以上知，此变电站110KV侧采用星形接线（Y），其中中性点采用直接地方式；10KV侧采用三角接线（）。2.3.4 主变压器选型由上可得，选择两台SFP7-50000/110

27、系列低损耗、低噪声、风冷式三相双绕组有载调压电力变压器。其主要参数见表2-1表2-1变压器参数型号额定容量kVA额定电压kV联结组标号空载损耗kW负载损耗kW空载电流%阻抗电压%SFP7-50000/11050000高压：11021.25%低压：10.5YNd11652600.710.52.4 无功功率补偿2.4.1 供配电系统的无功功率供配电系统中的变压器、电动机等电气设备都是利用电磁感应原理实现能量装换和传递的，这些负载的电流相量和电压相量之间有一个相位差的功率因数角。当负载电流的相位滞后于电压，则称这类负载为感性负载，感性负载从电源吸收的无功功率称为感性无功功率。当负载电流的相位超前于电

28、压，则称这类负载为容性负载。容性负载从电源吸收无功功率称为容性无功功率。2.4.2 功率因数的计算功率因数是指有功功率在视在功率中所占得比重，即cos= （2-12）功率因数的计算一般分为如下几种：(1) 瞬时功率因数瞬时功率因数可由功率因数表或相位表直接读出，或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出： cos= (2-13)(2) 均权功率因数均权功率因数是指某一规定时间内功率因数的平均值。其计算公式如下：coswm= (2-14) 式中 Wp某一时间内消耗的有功电能 (kWh)，由有功电度表读出；Wq某一时间内消耗的无功电能 (kvar h)，由无功电度表读出 。我国电业部门每月向工业用

29、户收取电费，就规定要按月平均功率因数来调整。对于正在进行设计的工业企业可按下述公式计算： cosav= = (2-15)式中 平均有功负荷系数，一般取0.75；平均无功负荷系数，一般取0.8。(3) 最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数是指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。cosca= (2-16)2.4.3 功率因数过低对供电系统的影响工矿企业的用电设备多为感性负荷，除由电源取用有功功率之外，还有大量无功功率由电源到负荷往返交换，导致功率因数降低。在输送的有功功率维持不变的情况下，功率因数降低，无功功率将增大，从而造成下述不利影响：(1) 在发电和输、配电设备安装容量一定时，无功因

30、数过高，功率因数降低，就会相应地对用户的有功功率的供给，在同样的情况下，系统输送的有功功率也同样降低。(2) 引起线路电流增大，使设备和线路的功率损耗和电能损耗急剧增加。(3) 电流增大，使得系统中电气元件的容量增大，测量仪表等规格尺寸增大，从而增大了投资费用。(4) 增加供配电网络的电压损失。由于用户功率因数的降低，在输送同样的有功功率的情况下，网络张的电流将增大，从而网络中的电压损失增大，网络末端用电设备的电压质量也随之下降。(5) 增加电能成本。发电厂发出的电能均有一定成本，当功率因数降低时，网络和变压器的电能损耗都会增加，使供给用户的电能相应减少，从而增加了线路和变压器在电能输送中的成

31、本，用户端每度电的成本就会增加。 由于以上原因，提高用户功率因数具有重大的经济意义。因此，国家鼓励企业提高功率因数，并采取一定的奖惩措施。2.4.4 提高功率因数的措施电力用户提高功率因数，一般从两个方面采取措施：一是合理选取设备和改善设备运行工况，以提高自然功率因数；而是采用人工补偿技术，以提高总功率因数。1）提高自然功率因数降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数，主要由以下几种措施：正确选用异步电动机的型号和容量，使其接近满载运行。更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线。电力变压器不宜轻载运行，一般在60%以上运行时才较经济。合理安排和调整工艺流程，改善设备的运行状况，使用无

32、电压运行的电磁开关。2）人工补偿无功功率当采用提高自然功率因数的方法后，功率因数仍达不到所要求的数值时，需采用人工补偿，主要有以下三种方法：采用同步电动机补偿。采用移向电容器补偿。这是目前工业企业内广泛应用的一种补偿装置。动态无功功率补偿。2.4.5 无功补偿的计算变电所的无功补偿，一般可以采用同步电动机、并联电容器或静止无功补偿器来进行无功补偿。本变电站采用并联静电电容器来补偿。电力电容器的补偿容量可由下式来确定：Qc=Pav(tan1tan2)=Pca (tan1tan2) (2-17)式中 tan1，tan2补偿前后平均功率因数角的正切值。由公式(2-12)可知，该化工厂的平均功率因数c

33、osav为：cosav=0.778 （2-18）根据规定，应将平均功率因数提高到0.9，则有：tan1= tan(arccos0.778)=0.808tan2= tan(arccos0.9)=0.484Qc=Pca (tan1tan2)=0.7552997.5(0.8080.484)=12878.4(kvar) （2-19）选用TBB（F）66600/（200）型高压并联电容器柜。主变低压侧每段母线上设置两组此型号的电容器柜，则实际补偿的无功容量为13200kvar。所以补偿后实际平均功率因数为： （2-20） 符合要求。经此校验，选用此电容器柜合乎要求3 供配电系统设计3.1 电气主接线设计

34、电力系统是由发电厂,变电站,线路和用户组成.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。为满足生产需要,变电站中安装有各种电气设备,并依照相应的技术要求连接起来。把变压器,断路器等按预期生产流程连成的电路,称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线, 按其功能要求组成接受和分配电能的电路,成为传输强电流,高电压的网络, 故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列,详细地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。3.1.1 主接线的设计原则主接线代表了变电站电气部分主体结构,是电力系统接线的主要组成部分,

35、是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器,线路和断路器等电气设备的数 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。它的设计, 直接关系着全变电站电气设备的选择,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。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,主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关 技术经济政策的前提下,正确处理好各方面的关系,全面分析有关影响因素, 力争使其技术先进,经济合理,安全可靠。电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据,以国家经济建设的

36、方针,政策, 技术规定,标准为准绳,结合工程实际情况,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,适用,经济, 美观的原则。 对于变电所的接线方式，变电站的电气接线,当能满足运行要求时,其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线,如线路变压器组或桥形接线等。若 能满足继电保护要求时, 也可采用线路分支接线。 在110kV220kV 配电装置中, 当出线2 回时,一般采用桥形接线；当出线不超过4 回时,一般采用分段单 母线接线.在枢纽变电站中,当110220kV 出线在4 回及以上

37、时,一般采用双 母接线。在大容量变电站中,为了限制610kV 出线上的短路电流,一般可采用下列措施: 变压器分列运行；在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器； 采用低压侧为分裂绕组的变压器。出线上装设电抗器。3.1.2 主接线的设计要求在设计电气主接线时,应使其满足供电可靠,运行灵活和经济等项基本要求。（1）安全性。必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员和设备的安全。(2)可靠性:供电可靠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。在研究主接线时,应全面地看待以下几个问题: 可靠性的客观衡量标准是运行实践,估价一个主接线的可靠性时,应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设

38、计技术规程中的各项规定,就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。 主接线的可靠性,是由其各组成元件(包括一次设备和二次设备)的可靠性的综合。因此主接线设计,要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。可靠性并不是绝对的,同样的主接线对某所是可靠的,而对另一些所则可能还不够可靠。因此,评价可靠性时,不能脱离变电站在系统中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接线可靠性时,均从以下几方面考虑: 断路器检修时,能否不影响供电。线路,断路器或母线故障时,以及母线检修时,停运出线回路数的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。变电站全部停运的可能性。(3)灵活性:主接线的灵活性要求有

39、以下几方面。调度灵活,操作简便:应能灵活的投入(或切除)某些变压器或线路,调配电源和负荷,能满足系统在事故,检修及特殊运行方式下的调度要求。检修安全:应能方便的停运断路器,母线及其继电保护设备,进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。扩建方便:应能容易的从初期过渡到最终接线,使在扩建过渡时,在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,投入新装变压器或线路而不互相干扰,且一次和二次设备等所需的改造最少。(4)经济性:在满足技术要求的前提下,做到经济合理。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

40、限制短路电流,以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中,应推广采用直降式 (110/610kV)变压器,以质量可靠的简易电器代替高压断路器；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 和节省构架,导线,绝缘子及安装费用.在运输条件许可的地方,都应采用三相变压器。电能损耗少:在变电站中,正常运行时,电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式,容量和台数,尽量避免两次变压而增加电能损耗。3.1.3 主接线的形式图3-1 图3-2 单母线接线 图3-3单母线分段接线线-变组接线 图3-4内桥式接线 图3-5外桥式接线变电所的主接线可以分为有汇流母线的主接线和

41、无汇流母线的主接线两大类。有汇流母线的主接线又可分为单母线接线和双母线接线；无汇流母线的主接线又可分为单元接线、桥式接线和多角接线。变电所的主接线形式有多种，其中常见的有：（1）线路-变压器组接线适用于只有一回进线和一回出线，变电所装设单台变压器的场合。见图3-1。（2）单母线接线所有电源和引出线回路都连接于同一汇流母线上。见图3-2。（3）单母线分段接线母线分段后，对于重要的用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电。在正常情况下，一般采用分列运行方式，即正常时分段断路器QF3是断开的，在QF3上装有备用电源自动投入装置，当任一电源失电后，QF3自动接通，保证全部线路继续供电。见图3-3。

42、（4）桥式接线当只有两台变压器和两条线路时，可采用桥式接线。广泛使用于及以下的变电所中，具有两路电源的工厂企业变电所也普遍采用，还可以作为建设初期的过度接线。按桥断路器的位置可分为：内桥式接线。桥断路器在进线断路器的内侧（即变压器侧）。适用于进线线路较长，负荷比较平稳，变压器不需经常投切的场合。见图3-4。外桥式接线。桥断路器在进线断路器的外侧（即进线侧）。适用于进线线路较短，负荷变化较大，变压器需要经常切换或电网有穿越功率经过的的场合。见图3-5。3.1.4主接线方案的确定（1）方案比较以上介绍的常见的几种主接线形式其技术比较见表3-1。（2）方案确定从表中各种主接线形式的优缺点比较及其适用

43、场合，并考虑到该变电所有两回进线，进线输电距离较长，负荷又较平稳，变压器正常运行时无需经常投切，故110KV侧采用内桥接线方式。本所10KV出线共16回线路，对于10KV系统，当出线回路数在6回及以上时，宜采用单母线分段接线。本变电所10KV负荷均为一、二级负荷且两边对称，每一负荷均可由两段不同母线同时供电。这样即保证了供电的可靠性，又便于将来扩建。故10KV侧采用单母分段接线方式。（3）电气主接线图通过以上的分析可以画出本变电所的电气主接线图。见图3-6所示。表3-1主接线方案比较方案线-变组接线单母接线单母分段接线内桥接线外桥接线优点接线简单清晰；所使用的设备少，节省投资。接线简单清晰；便

44、于进出线；操作方便。接线简单清晰；操作方便；便于扩建；可靠性和灵活性高。接线简单清晰；四条回路使用三台断路器，线路投切比较方便。装置简单清晰；工作可靠、灵活；变压器切换比较方便。缺点主接线中任一设备（包括线路）故障或检修时，全部负荷都将停电，可靠性差。母线或连接于母线上的任一隔离开关故障或检修时都将影响全部负荷的用电，可靠性和灵活性差。增加了断路器的数量，投资较大。变压器的投切比较复杂。不适用于线路需要经常切换的情况。图3-6 电气主接线图 3.2 短路电流计算3.2.1 短路电流简述短路是指电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。(1)产生短路的原因主要有电气绝缘损坏、运

45、行人员的误操作、鸟兽跨接在裸露的导体上、气象条件恶化等因素(2)短路的类型在三相交流系统中，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。如下图3-7所示。其中三相短路也称为对称短路，其余三种短路属于不对称短路。在各种类型的短路中，单相接地短路占大多数，三相短路的机会最少。但三相短路的电流最大，危害最为严重。(3)短路的危害短路电流的热效应使设备急剧发热，持续时间过长会导致设备过热而损坏。短路电流会产生很大的电动力，可能使设备永久变形或严重损坏。短路会造成系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作。短路严重时可能使系统运行失去稳定，造成系统解列，甚至崩溃，引起大面积停电。不对

46、称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。3.2.2 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

47、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。3.2.3 短路回路各元件阻抗计算电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足检修工作的要求，需要经常变更系统的运行方式，由此相应地引起了系统参数的变化。在设计变、配电站选择开关电器和确定继电保护装置整定值时，往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。 最大运行方式，是系统在该方式下运行时，

48、具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。故本变电站的短路电流计算分为按最大运行方式与最小运行方式来计算。则本变电站系统图可简化如图所示：最大运行方式下:图3-7 最大运行方式下的计算电路 其中SkMAX=6100MVA，SkMIN=3900MVA 最小运行方式下： 图3-8 最小运行方式下的计算电路其中SkMAX=4900MVA，SkM

49、IN=3500MVA设,，则有各元件的电抗表幺值如下：（1）系统当系统在最大运行方式下运行时，系统电抗最小，短路电流最大。当系统在最小运行方式下运行时，系统电抗最大，短路电流最小。对电源一： （3-1） （3-2）对电源二： （3-3） (3-4)（2）线路取X0=0.4/km，则有 (3-5) (3-6)（3）变压器 (3-7)由以上计算可画出对应的等值电路图，如下3-8图。最大运行方式下：图3-10 最大运行方式下的等值电路 最小运行方式下：图3-11 最小运行方式下的等值电路3.2.4 最大运行方式下短路电流计算当系统在最大运行方式下运行时，通过上节的计算，当主变的高压侧短路，即图中K1

50、点发生短路时，系统至主变高压侧的总电抗为：X*K1=X*L1+X*S1=0.016+0.015=0.031 而K1点的基准电流Id为 Id=0.502(kA) (3-8) 故，K1点短路时，其短路电流的次暂态值为： (kA) (3-9)短路电流冲击值为： (kA) (3-10)次暂态短路功率为： ( MVA) (3-11)当主变的低压侧短路，即图中K2点发生短路时，K2点的基准电流Id为： Id=5.499(kA) (3-12)短路回路的总阻抗为：X*K2= X*L1+X*S1+ X*T =0.016+0.015+0.21=0.241故，短路电流的次暂态值为： (kA) (3-13)短路电流冲

51、击值为： (kA) (3-14)次暂态短路功率为： ( MVA) (3-15)3.2.5 最小运行方式下短路电流计算当系统在最小运行方式下运行时，通过以上的计算，当主变的高压侧短路，即图中K3点发生短路时，系统至主变高压侧的总电抗为：X*K3=X*L2+X*S2=0.029+0.012=0.041 而K3点的基准电流Id为 Id=0.502(kA) (3-16)故，K1点短路时，其短路电流的次暂态值为： (kA) (3-17)短路电流冲击值为： (kA) (3-18)次暂态短路功率为： ( MVA) (3-19)当主变的低压侧短路，即图中K4点发生短路时，K4点的基准电流Id为： Id=5.4

52、99(kA) (3-20)短路回路的总阻抗为：X*K4= X*L2+X*S2+ X*T =0.029+0.012+0.21=0.251故，短路电流的次暂态值为： (kA) (3-21)短路电流冲击值为： (kA) (3-22)次暂态短路功率为： ( MVA) (3-23)3.3 导线和截面的选择导线和电缆的选择是供配电系统设计中的主要内容之一。由于导线和电缆是供配电系统中输送及分配电能的主要元件，且需大量有色金属，因此在选择时要求：既要保证供电系统的安全、可靠。又要充分利用导线和电缆的负载能力，节约有色金属消耗量，降低成本。选择导线、电缆的材料应当综合考虑导体的载流量和投资造价，及综合考虑供配

53、电系统运行的安全性、经济性和社会效益。但是对于易爆炸、腐蚀严重的场合，以及用于移动设备、监测仪表、配电盘的二次接线等，必须采用铜线。3.3.1 导线和电缆截面选择的方法导线和电缆截面的选择要求必须满足安全、可靠的条件，其选择方法如下：（1）按允许载流量选择导线和电缆的截面在导线和电缆通过正常最大负荷电流（即计算电流）时，导线发热不应超过正常运行时的最高允许温度，以防止因过热而引起导线绝缘损坏或加速老化。所选导体截面对应的允许载流量Ial不应小于通过导体的计算电流Ica，即：IalIca (3-24)Ial= (3-25)式中 Ial、Ial分别为经修正以后的导体实际允许电流值和表中查得的未修正

54、的允许电流； Kt温度修正系数，见公式3-26； Kp并排修正系数； Ktr土壤热阻修正系数。资料中所查得的导体允许载流量一般是对应于环境温度为25的允许载流量，若环境温度不等于25，允许载流量应乘以温度修正系数Kt。 (3-26)式中 导体长期允许温度，；实际环境温度，。（2）按经济电流密度选择导线和电缆截面经济电流密度是年运行费用最小的电流密度，按此选择时可减少电网投资和年运行费用。对电压在35kV及以上的高压线路及35kV以下但距离长、电流大的线路，宜按经济电流密度选择。对工厂内的10kV及以下线路，通常不按此原则选择。其计算公式为： (3-27)式中 Sec导线经济截面，mm2； Ic

55、a线路计算电流，A； Jec经济电流密度,A/mm2。见表3-2所示。表3-2经济电流密度Jec值导体材料年最大负荷利用小时数Tmax/h3000以下300050005000以上铜裸导线和母线3.02.251.75铝裸导线和母线1.651.150.9铜芯电缆2.52.252.0铝芯电缆1.921.731.54（3）按允许电压损失选择截面导体在通过正常最大负荷电流时，产生的电压损失应低于正常运行时允许的电压损失以保证供电质量。其计算公式为： (3-28)式中UN的单位是kV，的单位是V，P的单位为kW，Q的单位为kvar。（4）按机械强度选择截面为保证架空线路在运行中有足够的机械强度，要求导线截

56、面不能太细。如果截面太细，其机械强度太小，则有可能会发生断裂。各种线路、不同材料的导线，其最小机械强度的允许截面值见附表。需要特别注意的是，由于电缆一般埋地敷设，因而不必校验机械强度，但必须校验短路热稳定性。60kV及以上的电力线路要进行电晕校验。实际工程设计中，常常根据不同线路的特点采用不同的方法来选择导体截面，见表3-3所示。表3-3 电力线路截面的选择和校验项目电力线路的类型允许载流量允许电压损失经济电流密度机械强度35kV及以上电源进线校验校验选择校验无调压设备的610kV较长线路校验选择校验610kV较短线路选择校验校验低压照明线路校验选择校验低压动力线路选择校验校验3.3.2 110kV进线导线的选择对于35kV及以上的高压线路，一般按照经济电流密度来选择，然后再进行校验。（1）选择经济截面进线线路上的计算电流为： Ica=308.4(A) (3-29)由年最大负荷利用小时数Tmax5000h,查表2-2得经济电流密度Jec=0.9A/mm2，所以 Sec=342.7(mm2) (3-30)查3-4选标准截面 mm2，即LJ-400。 表3-4 LJ型铝绞线LJ型铝绞线标称面根数/单丝径(mm) 计算截面