220kv变电站电气一次部分设计毕业设计论文

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1、目 录摘 要绪 论2第一部分 设计说明书第1章 负荷分析21.1 负荷分类21.2 本设计中系统负荷分布2第2章 电气主接线的设计22.1 电气主接线的基本知识22.2 电气主接线的基本要求22.3 电气主接线的设计2第3章 变压器选择23.1 主变压器的选择23.2 变电站用变压器的选择2第4章 短路电流计算24.1 短路故障产生的原因24.2 短路故障的危害24.3 短路电流计算的目的24.4 短路电流计算的内容24.5 短路电流计算方法24.6 计算短路电流的条件24.7 计算短路电流的步骤24.8 短路电流计算结果2第5章 电气设备的选择25.1 电气设备的选择25.2 母线的选择与校

2、验25.3 高压断路器的选择和校验25.4 高压隔离开关的选择25.5 电压互感器的选择和校验25.6 电流互感器的选择和校验2第6章 变电站主变压器的保护2第7章 变电站的防雷保护2第8章 配电装置的布置28.1 概 述28.2 高压配电装置的选择2第二部分 设计计算书第9章 短路电流计算书29.1 系统相关参数的计算29.2 短路电流计算2第10章 主要电气设备的选择与校验计算210.1 高压断路器的选择与校验计算210.2 高压隔离开关的选择与校验计算210.3 互感器的选择与校验计算210.4 母线的选择与校验计算2第11章 变压器保护整定计算211.1 瓦斯保护整定计算211.2 主

3、变纵联差动保护与整定校验计算211.3 后备保护（过流保护）的整定计算211.4 过负荷保护整定计算2致 谢2参考文献2附 录2附录1：电气设备选择表2附录2：短路电流计算结果2附录3：电气主接线图2摘 要本设计说明书是根据设计任务书要求，结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关规程。通过对负荷资料的分析以及供电质量要求，从安全、经济及可靠性等方面考虑。对220kv变电站电气一次部分设计，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。确定了220kv、110kv、35kv以及站用电的主接线的设计，然后通过对负荷的分析计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，并确定了站用变压

4、器的容量及型号。其次，计算各种运行方式下的短路电流，并对高压断路器，隔离开关，母线，电压互感器，电流互感器等主要电气设备进行了选型和校验。最后，对主变压器进行了保护设计和变电站防雷保护设计，从而较为详细系统地完成了220kv变电站电气一次部分的设计。关键词：变电站；变压器；主接线；短路电流计算AbstractThe design is based on the design requirements, combining the relevant design manual, supporting information and the state orders. By the load da

5、ta analysis and the quality of power supply, and considering the security, reliability and economic, I seclect the 220 kv electrical substation on the first part of the designs various voltage levels of connection mode, at the same time,according to the main wiring reliablity and economics,and flexi

6、ble operations requirements. Whats more, the main wiring design of 220kv, 110kv, 35kv and electricity stations are worked out, also I identify the main electricity transformer number, capacity and models studying the load; secondly, I make out the High-voltage fuse、isolating switch、bus、TV、TA and oth

7、er electrical equipment by calculating the short-circuit current. Finally, the main transformer substations for the protection of design and lightning protection are the endly tasks. 220kv electrical substation a part of the design is completed taking my about two months. Key words: substations；tran

8、sformer；the main wiring；short-circuit current calculation绪 论电力系统就是由各种电压的输配电线路，将发电厂、变电所和用户连接成一个整体，能完成发电、输电、变电、配电直到用电这样一个全过程。另外，在电力系统中，将输配电线路及其它连接的各类变电所称为电力网络，简称电网，因而，电力系统也可以看成由各类发电厂、电力网和用户组成的一个整体，有时，将各级电压的电力线路称作电力网或电网。变电所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。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类：（1）枢纽变电所 位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中

9、压的几个部分，汇集多个电源，电压为330500KV的变电所，称为枢纽变电所。全所停电后，将 引起系统解列，甚至出现瘫痪。（2）中间变电所 高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集23个电源，电压为220330KV，同时又降压供当地用电，这样的变电所起中间环节的作用，所以叫中间变电所。全所停电后，将引起区域电网解列。（3）地区变电所 高压侧一般为110220KV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅使该地区中供电。（4）终端变电所 在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压为110KV，经降压后直接向用户供电的变电所，即为终

10、端变电所。全所停电后，只是用户受到损失。随着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简单，除了常规变电站之外，还出现了微机变电站、综合自动化变电站、小型化变电站和无人值班变电站等。目前，变电站设计出现了一些新的趋势：变电站接线方案趋于简单；大量采用新型的电气一次设备；全分散式变电站自动化系统；引入先进的网络技术；变电站占地及建筑面积减少，变电站接线方案的简化，组合电器、管母线及钢支架等的采用，使变电站布置更为简单，取消站前区和优化布置使变电站占地大幅度下降。随着科学技术的发展，变电站的发展将会越来越迅速越来越趋向于自动化、智能化、简

11、单化。我国电力工业自动化水平正在逐年提高。许多变电所以装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。迄今，我国电力工业已进入了大机组，大电厂，大电力系统，高电压和高自动化的新阶段。国家方针、政策、技术规范和标准是根据国家实际情况、结合电力工业的技术特点而制定的准则，是把科学、技术总结成条理化，也是长期生产实践的结晶，在进行论证分析阶段，更应辩证的统一供电可靠性与经济性的关系，方能达到先进性与可行性。本次设计以实际工程技术水平为基础，以变电站实际资料为背景，从原始资料的分析做起，内容涵盖发电厂电气部分、电力系统分析、电力系统继电保护等电气工程及其自动化专业教育期间的主要专

12、业课。通过设计巩固、延伸和拓展自己的专业知识，提高自己的专业技术水平，更好的掌握所学的知识，理解其内涵，使所学的知识与实际相结合。培养对专业课程知识的综合运用能力，对相关资料信息的收集、处理、整合的能力。能较好的锻炼自己综合运用所学知识提出问题、解决问题的能力，同时检验自己对所学知识的掌握程度，为将来工作中进行电力工程设计打下一定的基础。第一部分 设计说明书第1章 负荷分析1.1 负荷分类根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度进行分级，并针对不同负荷等级确定其对供电电源的要求。一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属

13、于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。1.2 本设计中系统负荷分布设计任务原始资料表明：机械厂、钢厂、棉纺厂等，最大负荷80MW,最小负荷为40MW，最大负荷利用小时数为4500小时，全部用电缆供电，每回负荷不等，但平均在10MW左右，送电距离为8-10KM，并以110KV电压供给附

14、近的化肥厂和煤矿用电，其最大负荷为58MW,最小负荷为32MW，最大负荷利用小时数为5000小时，要求剩余功率全部送入220KV系统，负荷中类负荷比例为60%，类负荷为40%。第2章 电气主接线的设计2.1 电气主接线的基本知识1、电气主接线的作用电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。主接线方案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护等有较大影响。因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线

15、、移相电容器、避雷器等电气设备依一定的次序相连接的接受和分配电能的电路。而用规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，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。2、电气主接线的分类主接线可分为有母线接线和无母线接线两类。有母线接线分为单母线接线和双母线接线；无母线接线分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。各种主接线的特点和适用范围如下：（1）单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但

16、当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。110200KV配电装置的出线回路数不超过两回，3563KV配电装置的出线回路数不超过3回，610KV配电装置的出线回路数不超过5回，时采用单母线接线方式。（2）单母分段用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，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，而出线为双回时，常使架空

17、线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。110KV220KV配电装置的出线回路数为34回，3563KV配电装置的出线回路数为48回，610KV配电装置出线为6回及以上，时采用单母分段接线。（3）单母分段带旁路母线这种接线方式：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。（4）桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行

18、的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修LD时使用。当线路故障时需停相应的变压器。所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有：使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。（5）一个半断路器（3/2）接线两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。（6）双母接线它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另

19、一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110K220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110KV220KV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110KV）或5回（220KV）时，一般应装设专用旁路母线。（7）双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问

20、题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。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。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 电气主接线的基本要求现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工

21、农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。（1）运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目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。（2）具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。（3）操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不

22、能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。（4）经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。（5）应具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。2.3 电气主接线的设计电气主接线的设计，应根据变电站在电力系统中得地位，负荷性质，出线回路数，设备特点，周围环境及变电站得规划容量等条件和具体情况，并满足供电可靠性，运行灵活，操作方便，节约投资和便于扩建等要求。根据35110KV变电所设计规程规定：第3.2.1条 变电站主接线应根据变电站在电网

23、中的地位，出线回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠性，运行灵活，操作检修方便，节约投资和便于扩建等需要。第3.2.2条当能满足运行要求时，变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。第3.2.3条35110KV线路超过两回时，宜采用扩大桥形，单母线或分段单母线的接线。3563kv线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。第3.2.4条在采用单母线、分段单母线或双母线的35110KV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线，主变压器35110KV回路中的断路器，有条件时亦可接入旁路母线，采用SF6

24、断路器的主接线不宜设旁路设施。第3.2.5条当变电所装有两台主变压器时，610KV侧宜采用分段单母线，线路为12回及以上时，亦可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当635KV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。第3.2.6条当需要限制变电所610KV线路的短路电流时，可采用以下措施变压器分列运行采用高阻抗变压器在变压器回路中装电抗器.第3.2.7条接在母线上的避雷器和电压互感器，可合用一组隔离开关，对接在变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。主接线的选择直接影响到电力系统运行的可靠性，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

25、有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各方面的因素，经过技术、经济比较后方可确定。1、220kv电气主接线设计（1）方案选择方案：双母线接线双母线接线方案见图2-3-1图2-3-1 双母线接线方案：双母线分段接线双母线分段接线方案见图2-3-2图2-3-2 双母线分段接线方案：双母线带旁路母线接线双母线带旁路母线接线方案见图2-3-3图2-3-3 双母线带旁路母线接线（2）主接线方案比较主接线方案技术经济比较见表2-3-1表2-3-1 主接线技术经济对比表方案项目双母线接线（方案）双母线分段接线（方案）双母线带旁路母线（方案）技术供电可靠、调度灵活扩建方便、易误操作供电可靠

26、较高，调度灵活，扩建方便配电装置检修断路器时，不中断该回路供电经济占地少设备少设备多、配电装置复杂，投资较高投资较大经比较三种方案：方案虽然具有良好的经济性，但是可靠性、灵活性不如方案、方案。鉴于此电压等级较高，故可选用方案：双母线分段接线2、110kv电气主接线设计（1）方案选择方案：单母线分段接线单母线分段接线方案见图2-3-4图2-3-4 单母线分段接线方案：单母线分段带旁路母线接线单母线分段带旁路母线接线方案见图2-3-5图2-3-5 单母线分段带旁路母线接线方案： 双母线接线双母线接线方案见图2-3-6图2-3-6 双母线接线（2）主接线方案比较主接线方案技术经济比较见表2-3-2表

27、2-3-2 主接线技术经济对比表方案项目单母线分段接线（方案）单母线分段带旁路母线（方案）双母线接线（方案）技术不会造成全所停电，调度灵活，保证对重要用户的供电。任一断路器检修，该回路必须停止工作，扩建时需向两个方向均衡发展简单清晰、操作方便易于发展。可靠性、灵活性差，旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电操作较复杂供电可靠调度灵活扩建方便便于试验易误操作经济占地少设备少设备多、投资大用母线分段断路器兼作旁路断路器可节省投资设备多、配电装置复杂投资和占地面较小经方案技术和经济比较方案的可靠性不如方案、方案，但是方案的投资较大，操作复杂。因此选用方案：双母线接

28、线。3、35kv电气主接线设计（1）方案选择方案：单母线接线单母线接线方案见图2-3-7图2-3-7 单母线接线方案：单母线分段接线单母线分段接线方案见图2-3-8图2-3-8 单母线分段接线 方案： 双母线接线双母线接线方案见图2-3-9图2-3-9 双母线接线（2）主接线方案比较主接线方案技术经济比较见表2-3-3表2-3-3 主接线技术经济对比表方案项目单母线接线（方案）单母线分段接线（方案）双母线接线（方案）技术简单清晰、操作方便、易于发展可靠性差灵活性差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灵活性好，各电压级便于扩建和发展。供电可靠调度灵活扩建方便

29、便于试验易误操作经济占地少设备少设备少、投资小节约配电装置间隔占地面积小设备多、配电装置复杂投资和占地面大经方案技术和经济比较方案虽然投资少但是可靠性较差，而方案虽然可靠性较高但是投资较大，鉴于电压等级要求不高，因此可选用方案：单母线分段接线。4、站用电的主接线设计（站用电电源选取来自外部两个不同电源的两回进线供电）（1）方案选择方案：单母线接线单母线接线方案见图2-3-10图2-3-10 单母线接线方案：单母线分段接线单母线分段接线方案见图2-3-11图2-3-11 单母线分段接线（2）主接线方案比较主接线方案技术经济比较见表2-3-4表2-3-4 主接线技术经济对比表方案项目方案I 单母线

30、接线方案II 单母线分段接线可靠性接线简单清晰，设备少，运行操作方便，当母线或母线QS故障或检修时，必须断开它所接的电源，在检修出线QS时，必须停止该回路工作，不满足I，II类用户的要求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灵活性灵活性差，各电压级便于扩建和发展。具有足够的灵活性，易于扩建经济性运行设备少，投资少，年运行费用少节约配电装置间隔占地面积小经方案的可靠性、灵活性和经济性比较，方案I投资较少，但是站用电作为重要的一级负荷对于供电可靠性有较高的要求，因此选用方案II：单母线分段接线。第3章 变压器选择3.1 主变压器的选择在各级电

31、压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统510年发展规划综合分析，合理选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。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，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70-80。1、选择原则（1） 相数容量为300MW及以下机组单

32、元接线的变压器和330kv及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量，故选用三相变压器。（2）绕组数与结构 电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。 在一发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。（3）绕组接线组别 变压器三绕组的接线组别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有星形“Y”和三角形“D”。根据以上原则，主变一般是Y，D11

33、常规接线。我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y0连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下电压变压器绕组都采用连接（4）调压方式为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。（5）冷却方式电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。2、容量计算主变压器的台数：待设计变电站为大型的区域变电站，负荷较重（

34、本期最大负荷80+58=138MVA,远期最大负荷3150=450MVA），又因负荷均为，级负荷，对于供电质量要求较高，现在市场上生产的变压器的容量，选择2台变压器不能满足负荷的要求，我选择4台相同容量的变压器。主变压器容量：根据运行经验，变压器的容量应保证在有一台检修的情况下，其他变压器能带全部负荷的70%，且能够带动所有的一、二级负荷按任务书给定的资料（按远期最大负荷算），即3台主变的容量应满足70%的负荷需求，因此本设计的主变每台应带负荷为： 由于近期最大负荷为138MVA（均为一、二级负荷），所以选择主变容量为150MVA的变压器。3、主变型式的选择选用SFSZ9-150000/220

35、三绕组有载调压变压器，设备参数如表3-1-1所示：表3-1-1 SFSZ9-150000/220三绕组有载调压变压器主要技术参数额定容量 MVA电压组合及分接范围联结组标号空载损耗kw负载损耗kw空载电流%阻抗电压（%）高压KV中压KV低压KV高中高低中低24022081.25%12110.5YN,a0,d11124/112662/5600.5/0.412-1422-247-9负载损耗容量分配为100/100/503.2 变电站用变压器的选择1、站用变台数的确定对大中型变电站为满足整流操作电源、强迫油循环变压器、无人值班等的需要，装设两台所用变压器，两台所用变分别接于10kV母线的段和段，互为

36、暗备用，平时半载运行，当一台故障时，另一台能够承但变电站的全部负荷2、站用变容量的确定站用变压器容量选择的要求：站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。根据站用电负荷统计表可知占用电计算负荷为55.45KVA则有：经查设备手册，选每台站用变压器容量为63KVA的变压器。3、站用变型式的选择选用SF9-63/10双组无励磁调压配电变压器，设备参数如表3-2-1所示：表3-2-1 SF9-6

37、3/10双组无励磁调压配电变压器主要技术参数额定容量 KVA电压组合联结组标号空载损耗kw负载损耗kw空载电流%阻抗电压（%）高压KV高压分接范围低压KV63105%0.4YNyn00.221.402.54第4章 短路电流计算4.1 短路故障产生的原因 工业与民用建筑中正常的生产经营办公等活动以及人民的正常生活，都要求供电系统保证持续安全可靠地运行.但是由于各种原因，系统会经常出现故障，使正常运行状态遭到破坏。 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 电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然

38、老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路的功能。（2）自然原因 气候恶劣，由于大风、低温、导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，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或运行管理不善造成小动物带电设备内形成短路事故等。4.2 短路故障的危害供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果：（1）短路电流的热效应 巨大的短路电流

39、通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。（2）短路电流的电动力效应 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。（3）短路系统电压下降 短路造成系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如，异步电动机的电磁转矩与端电压平方成正比。同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些气体放电灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。（4）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电动势。（5）短路时的停电事故

40、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。（6）破坏系统稳定造成系统瓦解短路可能造成的最严重的后果就是使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。4.3 短路电流计算的目的（1）电气主接线的比较和选择 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、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流，冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定；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

41、器的遮断能力等。（3）确定中性点接地方式 对于35KV 、10KV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，在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。4.4 短路电流计算的内容（1）短路点的选取：各级电压母线、各级线路末端。（2）短路时间的确定：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算

42、短路电流的时间。（3）短路电流的计算：最大运行方式下最大短路电流；最小运行方式下最小短路电流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条件，取决于计算短路电流的目的 。4.5 短路电流计算方法 供配电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。（1）标幺值法 标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在电压系统中宜采用标

43、幺值法进行短路电流计算。（2）有名值法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1KV以下低压供电系统短路电流的计算。4.6 计算短路电流的条件 为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：（1）容量和接线按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建成后510年），其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。（2）短路种类一般按三相短路验算，若其他种类的短路较之三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。（3）计算短路点 在计算电

44、路图中，同电位的各短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同，在校验电器和载流导体时，必须确定电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。（4）短路电流的计算短路电流一般都按三相短路计算，计算参数如下：三相短路电流分量，KA。三相短路电流冲击电流，KA。三相短路电流冲击电流有效值，KA。三相短路容量，MVA。（5）计算公式：4.7 计算短路电流的步骤（1）根据电气主接线图画出系统接线图。（2）画出等值网络图。（3）计算出个电源与短路点之间的电抗，即X*。（4）计算电抗X。（5）选取合适的短路点。（6）计算三相短路电流周期分量IK。（7）计算

45、三相短路冲击电流ish。（8）计算三相短路稳态有效值Ish。（9）计算次暂态三相短路容量SK。4.8 短路电流计算结果短路电流计算结果见表4-8-1所示：表4-8-1 短路电流计算结果运行方式电压等级短路点三相短路电流Ik三相短路全电流冲击值（KA）冲击电流有效值(KA)三相短路容量（KVA）标幺值有名值(KA)最小运行方式220KVK17.35291.84574.69842.7869703.3062110KVK23.45661.73544.41762.6204330.638135KVK34.36117.485619.055211.3030453.7904最大运行方式220KVK112.180

46、33.05757.78314.61671165.064110KVK26.29723.16158.04794.7738602.346635KVK37.763912.114830.839218.2929734.4207第5章 电气设备的选择5.1 电气设备的选择电气设备的选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时必须符合国家有关经济技术政策。技术要先进，经济要合理，安全要可靠，运行要灵活，而且要符合现场的自然条件要求。所选设备正常时应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。电气设备的选择应遵循以下两个原则

47、：1.按正常工作状态选择；2.按短路状态校验。1、电气设备的选择（1）按正常工作条件选择额定电压和额定电流1）额定电压和最高工作电压导体和电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即一般电气设备允许的最高工作电压：当额定电压在220kV及以下时为1.15；额定电压为330500kV时为1.1。而实际电网运行的，一般不超过1.1，因此在选择设备时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择。 2）额定电流电气设备的额定电流是指在额定周围环境温度下，导体和电器的长期允许电流（或额定电流）应不小

48、于该回路的最大持续工作电流，即 由于发电机、调相机和变压器在电压降低5时，出力保持不变，故其相应回路的（为电机的额定电流）；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的；母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流；出线回路的除考虑线路正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。 3）按当地环境条件校核 在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境条件，当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应向制造部门提出要求或采取相应的措施。 我国目前生产的电气设备，设计时取周围空气温度40作

49、为计算值，若装置地点日最高气温高于40，但不超过60，最大连续工作电流应适当降低，设备的额定电流应乘以温度校正系数。 温度校正系数：式中实际环境温度，取最热月平均最高气温， 导体或电气设备正常发热允许最高温度（当导作用螺栓连接时为70）； 温度修正系数。当时，每降低1允许电流增加0.5，但总数不得超过20；当时，每增高1允许电流应减少1.8。（2）按短路情况来校验电气设备的动稳定和热稳定1）短路热稳定校验短路电流通过时，导体和电器各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。热稳定校验应选择两相短路和三相短路中最严重的一种作为计算依据。或式中规定的电气设备在时间s内的热稳定电流， kA。在指定时间内

50、短路电流不会使电气设备发热超过设备允许的最大短时温度的电流； 与对应的时间，s； 短路稳态电流，kA； 假想时间，s。取距离短路点最近的继电保护装置的主保护动作时间与断路器固有动作时间之和，如主保护装置有保护死区，假想时间可根据该保护区短路故障的后备保护装置的动作时间来校验。2）电动力稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。动稳定校验应以三相短路电流为计算类型，并应满足下式要求：式中、厂家规定的电气设备极限通过电流的有效值和峰值，kA； 、按三相短路计算所得的冲击电流的有效值和瞬时值，kA；3）按三相短路容量来校验开关电器的断流能力（遮断容量）式中、制造厂提供的

51、在额定电压下允许的开断电流，kA；允许的断流容量，MVA； 、电器设备安装处的短路电流，kA；短路容量，MVA。铭牌断流容量值所规定的使用条件，一般的断路器如用于高海拔地区、矿山井下，或电压较低的电网中，都要降低断流容量值。当断路器采用手动操动机构或自动重合闸装置时，其遮断容量应下降到原来的额定值的6070。5.2 母线的选择与校验1、母线的选型通常情况下母线有软母线和硬母线两种。软母线常用的有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于330KV及以上配电装置。软母线因其机械强度决定与支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度，而且软母线也不用校验动稳定性。常用的硬母线截面为矩形，槽形

52、和管形。（1）矩形母线散热条件较好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大。为避免集肤效应系数过大，单条矩形母线的截面最大不超过1250mm2。当工作电流超过最大截面单条母线允许电流时，可用24条矩形母线并列使用。但由于集肤效应的影响，多条母线并列的允许载流量并不成比例增加，故一般避免采用4条矩形母线。矩形导体一般只用于35kV及以下，电流在4000A及以下的配电线路中。 （2）槽型母线机械强度较好，载流量较大，集肤效应系数也较小。槽型母线一般用于40008000A的配电装置中。 （3）管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内可以通水和通风，用此，可用于8000A以上的大电流母线。另

53、外，由于圆管形表面光滑，电晕放电电压高，因此可用作110kV及以上配电装置母线。母线的布置方式应根据载流量的大小、短路电流水平和配电装置的具体情况确定。2、母线截面选择 导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择，对年负荷利用小时数大（通常指）,传输容量大，长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择，而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，可按长期允许电流来选择。 （1）按导体长期发热允许电流选择导体所在电路中最大持续工作电流应不大于导体长期发热的允许电流，即式中相应于导体允许温度和基准环境条件下导体所在回路中最大长期持续工作电流，A；在额定环境温度时导体允许电流

54、，A 综合修正系数，裸导体的值与海拔和环境温度有关。 （2）按经济电流密度选择 按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。年计算费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投资（包括损耗引起的补充装机费）和折旧费、以及利息等，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数将有一个年计算费用最低的电流密度经济电流密度（J）。 导体的经济截面可由下式决定： (2) 式中正常工作时的最大持续工作电流，A。3、母线的校验 （1）电晕电压校验 对于110220kV裸母线，可按晴天不发生全面电晕条件进行校验，即裸母线的临界电压应大于最高工作电压式中 三相导线等边三角布置时为1，水平布置时为0.96；

55、 导线表面粗糙系数，取0.98；空气相对密度，取0.955；相间距离， cm；导体半径为，cm；安装处的电网长期最大工作电压 （2）热稳定校验 按正常电流选出导体截面后，还应按热稳定进行核验。根据短路电流的热效应，并计及集肤效应系数，当导体通过短路电流，在假想时间的情况下，与导体最高允许加热温度所对应的截面为最小允许截面。式中热稳定系数，与导体材料、结构及最高允许温度、长期工作额定温度有关。 短路电流的热效应，KA2S，,可由查出， 满足热稳定的最小截面，mm2 （3）动稳定校验动稳定应满足：式中 线材料的允许应力 母线材料的所受的最大应力5.3 高压断路器的选择和校验高压断路器是主系统的重要

56、设备之一。它的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备和线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。对于切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行起重要作用。 断路器的选择必须按正常的工作条件进行选择，并且按断路情况校验其热稳定和动稳定。此外，还应考虑电器安装地点的环境条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取有效措施。1、种类和形式的选择断路器一般有油断路器（多油、少油），压缩空气断路器，SF6断路器、真空断路器等，选择断路

57、器形式时，应依据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。 （1）多油断路器实现简单、价格便宜，但由于用油量大、体积大、检修工作量大、且易发生爆炸和火灾现象，一般情况下不采用。 （2）少油断路器用油少、油箱结构小而坚固，具有节省材料、防爆防火特点。少油断路器使用安全，使配电装置大大简化，体积小、便于运输、目前被大量采用。 （3）空气断路器断路能力大、动作时间快、尺寸小、重量轻、无火灾危险，但结构复杂、价格贵、需要装设压缩空气系统等，主要用于110KV及以上对电气参数及断路时间有较高要求的系统中。（4）SF6电气性能好、断口电压可较高。设备的操作维护和检修都很方便、检修周期长而且它的开断性能好、占地

58、面积小、特别是发展SF6封闭组合电器可大大减少变电所的占地面积。SF6断路器广泛应用于90年代，目前我国已成功生产和研制了220、330、500KV的SF6断路器。 基于各种断路器的性能在本设计中采用了SF6断路器和空气断路器。2、高压断路器的选择原则选择高压断路器应满足有以下几个方面的要求： （1）断路器在额定条件下（额定电压、额定电流）可以长期工作。 （2）应有足够的开断能力，并保证有足够的热稳定和动稳定（开断电流、额定关合电流、极限通过电流、热稳定电流）。 （3）具有尽可能短的开断时间，这对减少电网的故障时间，减轻故障设备的损害，提高系统稳定性都是有利的。 （4）结构简单、价格低廉、体积

59、小、重量轻、便于安装。3、额定电压和额定电流选择（1）额定电压和电流选择、式中断路器的额定电压大和电网的额定电压，kv； 断路器的额定电流和电网的最大负荷电流，A。（2）开断电流电流的选择 高压断路器的额定开断电流,不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量,即：（3）短路关合电流的选择为保证断路器在关和短路电流时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值,即：（4）短路热稳定和动稳定校验热稳定校验式动稳定校验式 5.4 高压隔离开关的选择隔离开关作为发电厂和变电站中常用的开关电器，主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。在检修高压电器时，将被修理的设备与其他带电的部分可靠地断开并构成明显的断开点，以保证检修时的安全。1、隔离开关的的功用隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下，分、合电路。其主要功用为： （1）隔离电压：在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设与电源电压隔离，以确保检修的安全。（2）倒闸操作：投入备用母线