110kV城市变电站设计-毕业论文

江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：110kV城市变电站设计专题题目：学 院：电气工程与自动化学院专 业：电气工程及其自动化专业时间：2015年6月10日摘 要变电站是电力系统的重要组成部分，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，直接影响整个电力系统的安全经济运行。电气主接线的设计是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。它的拟定直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资的重要决定因素。此外，在变电站的设计中，既要求所变电能很好地服务于工业生产，又要切实保证工厂生产和生活的用电的需要，并做好节能工作，就必须达到满足安全、可靠、优质、经济这四点要求。本设计书中所要求的110kV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）变电所总体分析 （2）主变压器的选择 （3）电气主接线设计 （4）短路电流的计算 （5）电气设备的选择 （6）防雷设计。 关键词： 主接线设计；短路电流；电气设备选择ABSTRACTSubstation is an important part of power system, is the intermediate link between power plants and users, plays a role in transformation and distribution of electric energy, a direct impact on the safe and economic operation of the whole power system. The design of electrical main wiring is the main task of the substation design, and is the important link of the power system. Its formulation is directly related to the choice of the total station electrical equipment, the arrangement of the distribution equipment, the relay protection and the determination of the automatic equipment, and the important determinant of the investment of the electrical parts of the substation. In addition, in the design of substation, not only requires the substation can very good service in industrial production, but also to ensure the factory production and living electricity needs, and do a good job of energy conservation work, we must to meet the safety, reliability, quality, economic demands these four points.Required in the design of the book of the 110kV substation belongs to the high voltage network, the area change are involved in many aspects, to consider the issue, and tasks such as user load of substation and analysis, the choice of the site, the use of user data load calculation and determine the user of reactive power compensation device. At the same time, the choice of various transformers, so as to determine the substation wiring, and then short-circuit current calculation, choose power distribution network and wire, short-circuit current calculation. Select the high and low voltage electrical equipment in the substation, provide the basis for the substation plan and the profile map. Preliminary design of the substation, including: (1) substation overall analysis (2) main transformer (3) the main electrical wiring design (4) short circuit current calculation (5) electrical equipment selection (6) lightning protection design.Key words: main wiring design; short-circuit current; electrical equipment selection目 录第一章 绪论11.1选题背景和意义11.2原始资料31.3 变电所总体分析4第二章 主变压器选择62.1负荷分析计算62.2主变压器的选择72.3 站用变压器的选择11第三章 电气主接线设计123.1 电气主接线的设计原则123.2 电气主接线方式设计的基本要求123.3电气主接线方案的确定14第四章 短路电流计算174.1 短路电流计算的目的174.2 短路电流计算的一般规定174.3 短路电流计算的步骤184.4短路电流计算过程184.5 短路电流计算结果表23第五章 电气设备选择255.1导体和电气设备选择的一般条件255.2 主要电气设备的选择275.3电气设备的选择305.4 高低压配电装置型式选择32第六章 防雷设计366.1防雷保护措施366.2进线保护376.3防雷设计38总结40参考文献41致谢43江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)第一章 绪论电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能书送给下级负荷，是电能输送的核心部分。其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。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。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。将压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是110KV降压变电站。它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可见，变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。1.1选题背景和意义我选择设计本课题，是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识，学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。电力工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，综合应用所学理论知识，开拓思路，锻炼独立分析问题及解决问题的能力。110kV区域降压变电所是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节，所以做好110kV变电所的设计是我国电网建设的重要环节。在目前的电网建设中，尤其是在110kV变电所的建设中，土地、资金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无线电干扰和噪声等环保问题、电能质量差等问题已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。所以110kV变电所需要采用节约资源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用率高的要求。110kV变电所的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，110KV变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，110kV变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。基于此，我以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的110KV变电所为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路。1）变电所一次设备主接线方式的现状通常， 110kV变电站最常用的主接线方式主要有：单母线、单母线分段带旁路、单母线分段、双母线分段带旁路、双母线、1个半断路器接线、线路变压器组接线及桥形接线等。随着生产厂生产的高压电气设备质量的不断提高以及电网可靠性要求的增加，变电站主接线方式简化趋于可能。例如， 高压断路器是变电站主要的电气设备，其制造技术再近年来有了很大程度的发展，可靠性也大大提高， 维护时间较少甚至免维护。特别是国外一些知名生产厂家的超高压断路器一般均可达到20年左右不大修，更换元件费时也很短。因此，从形式上看， 变电站一次系统主接线的发展过程经历了由简单到复杂，再由复杂回到简单的过程。在70年代，由于当时受到制造技术、控制技术和通信技术等条件的制约，为了提高供电系统的可靠性，产生了主接线从简单到复杂的演变过程。在当今的技术环境下，随着新技术、高质量电气产品的广泛应用，某些条件下采用简单的主接线方式会比复杂主接线方式更加可靠、更加安全。因此， 变电所主接线方式也就日趋简化。变电所电气主接线方式应该根据可靠性、经济性、灵活性及技术环境统一性来决定。为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专家反复论证，我国少数变电站设计目前已经逐渐采用了一些新的、更为简单的主接线方式。近期，国内新建的部分110kV电压等级的枢纽变电站的主接线采用双母线不带旁路母线。 在采用GIS的情况下，优先采用单母线分段接线。 而在终端变电站中，应尽量采用线路变压器组接线方式等。2）变电站二次回路的发展现状综合自动化变电站与传统的变电站在二次回路进行比较，综合自动化变电站具有接线较为简单，设备相对减少，接线方式更合理，系统性强等特点。传统的变电站的二次回路可以说是一个复杂的网络，它既包含了控制系统、测量系统、信号系统与监察系统，又包含了继电保护、调节系统、 自动装置系统及操作电源系统等。其中光是信号系统就包含了位置信号、瞬时预警信号、事故音响信号、延时预警信号等。这些二次回路中， 各系统之间都是靠硬件连接， 因此二次接线就比较复杂。而综合自动化的变电站在基本原理上打破原来的框架。如原来靠硬件连线的系统，现在可以通过数字通信进行联系，原来控制屏、保护屏、信号屏等各屏内设备间的连线由保护装置内部的电路板取代，这样二次回路的接线就更简单得多了。传统变电站的二次设备，是分散地装设在控制屏、信号屏及保护屏上，每一个电气元件都要配置测量仪表、 转换开关、光字牌、位置指示灯等。而每一套继电保护都是需要要有若干个中间继电器、交流测量继电器、信号继电器等组成。一个变电站包括多个电气单元就会有很多的二次设备。而综合自动化变电站一个电气单元的控制、测量、保护及信号可以在一个保护测控装置内实现，继电保护则是由一套微机保护装置组成。综合自动化变电站中，也可以取消中央信号屏及控制屏。这样，二次设备相应减少了很多。综合自动化变电站中，二次设备是按照每一个电气单元配置，二次接线也是按电气单元，一对一的方式进行连接。不同的电气单元之间，只有操作闭锁回路的连接，保护之间配合的连接，相应之间的连接大为减少。对变电站的一些公用二次设备和一些不属于各个电气单元的二次设备将它们组合为公用屏。这样，从变电站整体来看，二次回路的接线比较合理，系统性强，也有规律，使得运行维护人员易于掌握。1.2原始资料110kV城市变电站设计1）建设性质及规模为满足市区工业及城市生活用电，决定新建一座110kV降压变电所电压等级：110/10kV线路回数：110kV2回，发展2回 10kV11回，发展2回2）电力系统接线简图（见图 1-1） 图1-1 电力系统接线简图注 （1）图中系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式； （2）系统可保证本变电所母线电压波动在5%以内； （3）甲变电所及乙变电所的主要负荷为煤矿，供电可靠性要求高。3）所址条件新建变电所位于市工业区，邻近负荷中心。所区海拔为100m，为非地震多发区。最高气温为+39，最低气温为-15，最热月平均最高气温为+32。4）设计任务（1）变电所总体分析，负荷分析计算与主变压器选择；（2）电气主接线设计；（3）短路电流计算及电气设备选择；（4）高、低压配电装置型式选择。1.3 变电所总体分析市变电站位于市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，是新建地区变电所。变电站作为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。为了使变电站的一次设计能够很好地接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。1）变电站类型：110kV城市降压变电站2）电压等级：110/10kV3）线路回数：110kV 2 回，发展 2 回 10kV 11 回，发展 2回4）地理条件：所区海拔为100m，为非地震多发区。最高气温为+39，最低气温为 -15，最热月平均最高气温为+32。5）负荷情况：主要是一二级负荷，负荷主要为市区生活用电和工业用电；第二章 主变压器选择2.1负荷分析计算2.1.1负荷分析的目的负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法，计算负荷确定得是否正确无误，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。对供电的可靠性非常重要。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确负荷计算的重要性。负荷计算不仅要考虑近期投入的负荷，更要考虑未来几年发展的远期负荷，如果只考虑近期负荷来选择各种电气设备和导线电缆，那随着经济的发展，负荷不断增加，不久我们选择的设备和线路就不能满足要求了。所以负荷计算是一个全面地分析计算过程，只有负荷分析正确无误，我们的变电站设计才有成功的希望。变电所进行电力设计的基本原始资料是根据各用电负荷所提供，但往往这些统计是不齐全的，所以在设计时必须考虑5到10年的负荷增长情况并如何根据这些资料正确估计变电所所需要的电力、电量是一个非常重要的问题。负荷计算直接影响着变压器的选择，计算负荷是根据变电所所带负荷的容量确定的，预期不便的最大假想负荷1。这个负荷是设计时作为选择变电所电力系统供电线路的导线截面，母线的选择，变压器容量，断路器，隔离开关，互感器额定参数的依据。2.1.2计算方法：根据原始材料给定的有功功率P、功率因素，求出无功功率。 (2-1)=+ （2-2） =+ （2-3）计算负荷: （2-4）为需要系数一般取0.8。2.1.3负荷计算过程根据原始资料：cos=0.8，则tan=0.75，由公式可计算出：纺织机械厂2回：Pc1=Pc2=7.5 MWQc1=Qc2=Pc1tan=7.50.75=5.625 MVar肉联厂2回：Pc3=Pc4=2 MWQc3=Qc4=Pc3tan=20.75=1.5 MVar拖拉机厂2回：Pc5=Pc6=6 MWQc5=Qc6=Pc5tan=60.75=4.5 Mvar铁路枢纽站2回 ：Pc7=Pc8=8 MWQc7=Qc8=Pc7tan=80.75=6 MVar市区南线1回，市区东线1回： Pc9=Pc10=1 MWQc9=Qc10=Pc9tan=10.75=0.75 Mvar市区北线1回:Pc11=1.5 MWQc11=Pc11tan=1.50.75=1.125 MVar发展线2回：Pc12=Pc13=3 MWQc12=Qc13=Pc12tan=30.75=2.25 MVarP= Pc12+Pc32+Pc52+Pc72+Pc9+Pc10+Pc11+Pc122= 7.52+22+62+22+1+1+1.5+32= 44.5 MWQ = Qc12+Qc32+Qc52+Qc72+Qc9+Qc10+Qc11+Qc122= 5.6252+1.52+4.52+62+0.75+1.125+2.252= 42.375 Mvar由公式得出： Sc = P 2+Q 2 = 0.844.52+42.3752 = 49.65 MVA2.2主变压器的选择主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的选择依据除了依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，与系统联系的紧密程度。另外主变选择的好坏对供电可靠性和以后的扩建都有很大影响。总之主变的选择关系到待建变电站设计的成功与否，所以对主变的选择我们一定要全方面考虑。既要满足近期负荷的要求也要考虑到远期。 2.2.1 变压器容量及台数的选择原则主变压器容量、台数直接影响主接线方式及高压配电装置的结构。它的确定除依据传递容量等基本原始资料外，还应根据电力系统 5 年10 年的发展规划、馈线回路数、输送功率大小、电压等级及接入系统的紧密程度等因素，进行合理选择和综合分析。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资成本，增大设备占地面积，而且也增加了设备运行电能的损耗，设备不能够充分的发挥效益；若变压器选择容量过小，会满足不了变电站负荷的需要。 因此，在选择主变压器时，应按 5 年10 年内的规划负荷来选择容量。根据城市规划、 电网结构、 负荷性质等综合考虑确定变压器的容量。并应考虑变压器正常运行及事故时的过负荷能力。对装设两台变压器或两台以上变压器的变电站，每台变压器额定容量一般选择为变电站最大负荷。对于、级负荷占用比重较大的变电站，应能在 1台主变压器检修或停役时，其余变压器的容量在过负荷能力允许的时间内，能够满足对、级负荷的正常供电。为保证供电可靠性，变电站一般来说装设两台主变压器。当只有一个电源或者变电站可由低压侧电网获得备用电源给其它负荷供电时，可以装设一台变压器。对于大型的枢纽变电站，根据现场实际情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上的主变压器。2.2.2 变压器型式及结构的选择原则1）主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压等级的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均可以达到 15%Sn 以上时，可采用三绕组的变压器。其中，当主网电压采用110220kV，而中压网络采用 35kV 时，由于中性点可以具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为 220kV 及以上，中压为 110kV 及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。2）绕组接线组别：变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，电力系统采用的绕组连接方式只有三角形“D”和星形“Y”两种，因此，变压器三相绕组的连接方式应根据现场实际来确定，我国 110kV 及以上电压，变压器三相绕组都是采用“YN”连接；35kV都是采用“Y”连接，其中性点大多通过消弧线圈接地； 35kV 以下高压电压，变压器三相绕组都是采用“D”连接。3）调压方式：为了保证变电站的供电质量，电压必须保持在允许的范围之内。通过变压器分接开关进行切换，改变变压器高压侧绕组的匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在22.5%之内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%。其结构复杂，价格较贵，只有在电网电压不能满足要求时才采用。4）冷却方式：电力变压器的冷却方式随着变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫油循环水冷却、强迫风冷却、 强迫油循环导向冷却、强迫油循环风冷却等。2.2.3 主变压器台数的选择据资料分析以及线路来看，变电所的类型为110kV终端变电站，为保障对、类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，以便当其中一台主变故障或者检修时，另一台能继续供电约为1.2倍最大负荷的容量。2.2.4 主变压器的容量的选择1）主变压器负荷的估算 变电所中一般装设两台主变压器，考虑到今后的发展，主变压器的容量应根据电力系统的规划负荷来选择。当一台主变压器检修和事故时，另一台主变压器的容量应保证70的全部负荷或重要用户的主要生产负荷的需要。2）电力负荷估算 电力负荷估算公式为 (2-5)式中 某一级电压的最大视在计算负荷，kVA； Kt同时系数，一般取Kt0.85-0.9，当输电线路在三回以下时，取Kt=0.95-1.00；%该电压等级电网的线损率，一般取5%；P一一各工厂或农业负荷馈电线最大有功计算负荷，kw，最小负荷的计算值一般取最大值的60一70，若主要为农业用电负荷，则取最大值的20一30。cos功率因数远期总负荷： PM =44.5 MW ，用电负荷的总视在功率为：SM=Sc=49.65MVA主变压器的总容量应满足：Sn=49.65 MVA 变电所有两台主变压器，考虑到任意一台主变停运或检修时，另一主变要满足的容量： Sn49.6570% =34.755MVA所以选每台主变容量：Sn=34.755 MVA为了满足系统要求，以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：40MVA总装机容量为：240MVA=80MVA考虑周围环境温度的影响：p=(max+min)/2=（39-15）/2=12K=（15-12）/100+1=1.03根据Sn0.6KSM / K=0.60.849.65/1.03=24.58 MVA 即Sn=40MVA24.58 MVA 满足要求。2.2.5主变压器型式的选择1）相数的选择：电力系统中大多数为三相变压器，三相变压器较之于同容量的单相变压器组，其金属材料少20%25%，运行电能损耗少12%15%，并且占地面积少，因此考虑优先采用。本变电所设在城郊附近，不受运输条件限制，所以采用三相变压器。2）绕组的确定：该变电所只有两个电压等级（110kV和10kV），且自耦变压器一般用在220kV以上的变电所中，所以这里选择双绕组变压器。3）绕组接线方式的选择：变压器绕组的连接方式必须和系统电压的连接方式相位一致，否则不能并联运行。我国110kV及以上变压器绕组都选用Y连接，35KV及以下电压，绕组都选择连接方式，所以该变电站的两台主变，高压侧（110kV）采用Y连接，低压侧(10kV)采用连接方式。根据110kV变电所设计指导，以上选择符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时，可选择型号为SF9-25000/110的主变，技术参数如表2-1： 表2-1 主变压器的技术参数型号高压低压空载电流空载损耗负载电流阻抗电压连接组别SFL1-40000/11012122.5%1050.742110.7105Yn,d112.3 站用变压器的选择根据35110kV变电所设计规范规定，在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。变电所的所用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电所的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需0.4KV一级，采用动力与照明混合供电方式。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。本变电所所用容量为100KVA，选用两台型号为S9-100/10的三相油浸自冷式铜线变压器，接入低压侧,互为暗备用。参数如表2-2所示：表2-2 站用电变压器参数表产品型号额定容量 (KVA)高压侧 (KV)低压侧(KV)接线组方式短路损耗(W)短路电压(%)空载损耗(W)空载电流(%)S9-100/10100100.4Y,yn0150042901.6站用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，所用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段。第三章 电气主接线设计 3.1 电气主接线的设计原则电气主接线的设计以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程的实际情况，在保证供电可靠性、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护的方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争电气设备元件与设计的先进性和可靠性，坚持可靠、适用、先进、美观、经济的原则。 同时， 设计的主接线方式应该能够满足供电可靠、经济、灵活、留有扩建及发展的余地。1）考虑变电站在电力系统中的位置变电站在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线方式的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对其电气主接线方式的可靠性、 经济性和灵活性的要求也不同。2）考虑近期与远期的发展规模变电所电气主接线方式的设计，应根据 5 年-10 年电力发展规划要求进行。根据负荷的大小、分布及增长速度。根据地区网络情况与潮流的分布，分析各种可能的运行方式，来确定电气主接线方式的形式及连接电源数和出线回数。3）考虑负荷的重要性分级及出线回数对一级负荷，必须有两个独立的电源供电，且当其中一个电源失电后，应保证全部一级负荷能够不间断供电； 对二级负荷，一般要求有两个电源供电，且当其中一个电源失电后，应保证大部分的二级负荷供电； 三级负荷一般只需要一个电源供电.4）考虑主变台数变电所主变压器的台数对电气主接线的选择将产生直接的影响。 变压器传输容量的不同，对主接线的可靠性、灵活性的要求也不相同。5）考虑备用容量的有无及大小发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、故障停运、设备检修等情况下的应急要求，电气主接线方式的设计要根据备用容量的有无有所区别，例如，当断路器或者母线检修时，是否允许线路、变压器停运； 当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响着电气主接线的形式。3.2 电气主接线方式设计的基本要求变电所的电气主接线方式应该根据变电站在电力系统中的地位、变电站的实际规划容量、线路、负荷性质、设备特点、变压器连接元件总数等条件确定，并应综合考虑供电的可靠性、检修操作方便、运行灵活性便于过渡、节约投资和扩建等要求。3.2.1 供电可靠性安全可靠是电力系统首要任务，保证供电可靠也是电气主接线方式最基本的要求。电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂或变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂或变电站则不一定能够满足可靠性要求。 因此，在分析电气主接线方式的可靠性时，要考虑发电厂或变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平和运行经验等诸多因素。1）发电厂和变电站在电力系统中所处的地位和作用。发电厂和变电站都是电力系统中的重要组成部分，其可靠性应该与电力系统相适应。评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。2）负荷性质和类别。负荷按其重要性可分成类负荷、 类负荷和类负荷。 类负荷、 类负荷都要求必须有两路电源供电。3）设备的制造水平。主接线的可靠性，是由其各组成元件（一次设备、 二次设备）的可靠性的综合。电气设备制造水平决定的设备质量和可靠度直接影响着电气主接线的可靠性。因此，主接线方式的设计必须同时考虑到一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。4）长期实践运行经验。主接线方式可靠性和运行管理水平、 运行值班人员的综合素质等因素有着密切的关系，衡量可靠性的客观标准就是运行实践，估价一个主接线方式的可靠性时，应充分考虑到长期积累的运行经验。我国现行得设计技术规程中的各项规定，就是对国、 内外长期的运行实践经验的总结，设计时均应该予以遵循。 评价电气主接线方式可靠性的标志是:（1）断路器检修时， 不应该影响对系统的供电；（2）线路或者母线发生故障时， 应该尽量减少线路的停运回路数机主变的停运台数，尽量保证对重要用户的供电；（3）尽量避免变电站全停的可能性。3.2.2 运行检修的灵活性电气主接线应该能够适应各种运行状态，并能够灵活的进行运行方式的改变。主接线方式的灵活性要求有以下三个方面：1）调度灵活，操作简便。 应该能够灵活的投入（或切除）某些变压器或线某些路，调能够配电源及负荷，能够满足电力系统在事故、检修及其它特殊运行方式下的调度要求，实现变电站的无人值班；2）检修时，可以方便的停运断路器、 继电保护设备及母线等， 在保证检修安全的情况下，而不致于影响电力系统的运行及对用户的供电。3）适应性和可扩展性能适应一定时期内没有预计到的负荷水平的变化，满足供电需求。扩建时，可以适应从初期的接线方式过渡到最终的接线方式。在影响连续供电或停电时间最少的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。3.2.3 经济性主接线方式在满足可靠性、灵活性等要求的前提下，要求做到经济合理。1)投资省。即变电站的建筑工程费、安装工程费、设备购置费和其它费用应节省，采用不同的接线方式，其投资额度具有明显的不同。2）占地面积小。电气主接线设计要为高压配电装置的布置创造条件，以便节约用地、节省构架、绝缘子、导线和安装费用。在运输条件许可的区域，都应采用三相变压器。3）能量损失小。 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、容量及台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。3.2.4 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。3.2.5 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。变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等3.3电气主接线方案的确定35110KV变电所设计规范规定，35110kV线路为两会及以下时，宜采用桥形线路变压器货单母线接线。超过两回时采用扩大桥形双母线或单母线分段的接线。在采用单母线、单母线分段或双母线的35110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。线或单母线接线分段接线两种方案由于类、类负荷居多（将近60%），为了安全可靠起见，保留2种方案。 110kV侧进线以单母线分段接线方式引入，10kV侧同样以单母线分段接线方式输出。 110kV侧进线以双母线接线方式引入，10kV侧以单母线分段接旁路接线方式输出。 3.3.1 10KV侧2种接线方案的比较表3-1 接线方案单母分段单母分段带旁路比较结果可靠性比纯粹单母线高，但是整体稳定性不算高比不带旁路稳定可靠610kV一般不设旁路母线，因为供电负荷小，供电距离短，而且一般可在网络中取得备用电源，同时大多为电缆出线，事故跳闸次数很少。所以选择单母线分段接线方式输出。灵活性简单、方便、易于扩建倒闸操作简单经济性具有单母线接线经济的特点设备增多，投资增大，占地面积也相应增大由表3-1可以得到10KV侧接线方式选择，我们要选择占地和资金少的线路，但是必须在保障安全，灵活的前提下，资金和占地相差不是多，而安全性和灵活性提高很多。可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应该选择单母线分段接线。3.3.2 110KV侧电气主接线的选择高压侧，即110kV电源侧采用单母分段接线，优点是方便，经济灵活接线简单，缺点是可靠性一般；高压侧采用双母线接线，两个线路断路器、两个主变断路器、还有一个母连断路器，总共5个断路器，可靠性还可以了。跟单母线分段接线方式输出比较经济性欠完好。经比较高压侧选择单母线分段接线。图3-1 为电气主接线图。图3-1 电气主接线图第四章 短路电流计算4.1 短路电流计算的目的在发电厂、 变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个非常重要的环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面：1）在选择电气主接线方式时，为了比较各种接线方案，或者确定某一接线方式是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行短路电流的计算。2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行情况下及故障情况下都能够安全、可靠的工作，同时又力求尽量节约资金，这就需要进行短路电流的计算。例如：计算某一时刻短路电流的有效值，用以校验高压开关设备的开断能力，以及确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间内短路电流的有效值，用以校验电气设备的热稳定；计算短路电流的冲击值，用以校验电气设备的动稳定。3）在设计室外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相对相之间及相对地的安全距离。4）在选择继电保护方式及进行继电保护整定计算时，需要以各种短路时的短路电流作为依据。5）接地装置的设计，也需用考虑到短路电流的大小。4.2 短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定：1）计算的基本情况（1）电力系统中所有电源点都在额定负荷下运行；（2）同步电机具有自动励磁调整装置(包括强行励磁)；（3）短路发生在短路电流最大值的瞬间；（4）所有电源电动势相位角相同；（5）正常工作时， 系统三相负荷对称运行；（6）应考虑对短路电流大小有影响的所有元件，但不考虑短路点电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值及最大全电流有效值时才予以考虑。2）接线方式计算短路电流时所采用的接线方式，应该是可能发生最大短路电流时的正常接线方式，即最大运行方式，而不能用仅在改变运行方式过程中并列运行的接线方式。3）计算容量应按设计规划容量计算，并且要考虑到电力系统远景发展规划（一般考虑工程建成后5 年10 年）。4）短路种类一般是按三相短路计算。若发电机出口两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路比三相短路情况严重时，则应该按照严重情况进行校验。5）短路计算点在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流值最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的 610kV 出线与厂用分支回路，在选择母线至母线侧隔离开关间的引线及套管时，短路计算点应取在电抗器前。选择其余的导体和电气设备时，短路计算点一般取在电抗器后。4.3 短路电流计算的步骤在工程设计中，短路电流的计算一般采用实用计算曲线法。 其具体计算步骤如下：1）绘制等值网络。（1）选取基准功率及基准电压 ；（2）略去网络各个元件的电阻、输电线路的电容及变压器的励磁支路；（3）无限大功率电源的内电抗等于零；（4）略去负荷。2）进行网络变换。按网络变换的原则，将网络中的各个电源合并成若干组。 如共有 N 组，每组用一个等值的发电机代表。无限大功率电源（如果有的话） 则另成一组。求出各等值发电机对短路点的转移电抗 以及无限大功率电源对短路点的转移电抗 。3）将求出的转移电抗按照各自相应的等值发电机的容量进行计算，便可得出各个等值发电机对短路点的计算电抗。4）分别根据适当的计算曲线， 找出在指定时刻各等值发电机提供的短路周期电流的标幺值。5）计算短路电流周期分量有名值。6）计算短路容量及短路电流冲击值。7）绘制短路电流计算结果表。4.4短路电流计算过程查资料可知，架空线电抗X一般取为0.4/km.选基准: =100MVA=1.05Un=115kV110kV侧: =0.50 KA10kV侧：=5.50 KA 1）110KV高压侧K1（3）短路计算：即当K1（3）点短路时，等值电路及其简化电路如下：(1)求短路点K1（3）的总电抗标么值求各元件的电抗标么值。求发电机G1的电抗标么值 XpuG1=Sb XpuG1SNG1=1000.61250=0.048 求发电机G2的电抗标么值 XpuG1=Sb XpuG1SNG1=1000.8350=0.229架空线路的电抗标幺值：X3=X0L3SbUb = 0.4(14+6)100115 = 6.957X4=X0L4SbUb = 0.410100115 = 3.478X5=X0L5SbUb = 0.420100115 = 6.957X8=X0L8SbUb = 0.426100115 = 9.043电力变压器TM1、TM2 的电抗标幺值：XPUT1=XPUT2=X6=X7=Uk % Sb100SN = 10.510010040 = 0.263 图 4-1 短路电流计算电路图化简等值电路Y：X9=X11=X3X4X3+X4+X5=24.19617.392 = 1.391X10=X3X5X3+X4+X5=48.40017.392 = 2.783图4-2 Y等值电路化简图化简电抗器等值电路。化简过程如图： X1与X9串联得：X12=X1+X9=0.048+1.391=1.439X2与X8、X10串联得：X13=X2+X8+X10=12.055X12与X13并联得：X14=X12X13X12+X13 =1.43912.0551.439+12.055 = 1.286X6与X7并联得：X15=X6X7X6+X7 =0.2630.2630.263+0.263 = 0.132X14与X11 串联得：X16=X14+X11=1.286+1.391=2.677短路点K1（3）总电抗：Xpu1 = X16=2.677图4-3 等值电路化简图（2）短路点K1（3）的三相短路电流：取Sb=100MVA，Ub=Uav=1.05UN1=115 kV 三相短路电流周期分量的有效值三相短路电流的标么值：Ipub1(3)= 1Xpu1 =12.677 = 0.37 三相短路电流的基准值：Ib1(3)= Sb3Ub =1003115 =0.50 KA三相短路电流周期分量的有效值：Ik1(3) = Ib1(3)Xpu1 =0.502.677 = 0.19KA三相短路次暂态电流及短路稳态电流：Ik1(3)=I1(3)=I1(3)=0.19 KA求K1（3）点的三相短路冲击电流：瞬时值： ish1(3) =2.55I1(3) =2.550.19=0.48 KA有效值：Ish1（3）=1.52I1(3) = 1.520.19 =0.29 KAK1（3）点的三相短路容量Sb1(3):Sb1(3) =3UbIk1(3)=31150.19=37.8 MVA2) 10KV 低压侧 K2（3）短路计算：（1）短路点K2（3）总电抗：X17=Xpu2 =X16+X15=2.677+0.132=2.809（2）短路点K2（3）的三相短路电流：取Sb=100MVA，Ub=Uav=1.05UN2=10.5 kV 周期分量有效值：标幺值：Ipub2(3) =1Xpu2 = 12.809 =0.36基准值：Ib2(3)= Sb3Ub2 =100310.5 =5.50 KA周期分量有效值：Ik2(3) = Ib2(3)Xpu2 =5.502.809 = 1.96 KA次暂态电流及短路稳态电流：Ik2(3)=I2(3)=I2(3)=1.96 KA求K2（3）点的三相短路冲击电流瞬时值： ish2(3) =2.55I2(3) =2.551.96=5.0 KA有效值：Ish2（3）=1.52I2(3) = 1.521.96 =3.0 KAK2（3）点的三相短路容量Sb2(3)：Sb2(3) =3UbIk2(3)=310.51.96=35.65 MVA4.5 短路电流计算结果表短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有2个，即110KV母线短路（K1点），10KV母线短路（K2点） 计算结果:高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取基准值如表4-1.表4-1基准值列表基准容量：S = 100MVA基准电压：V（KV）10.5115基准电流：I（KA）5.500.50短路电流计算结果如表4-2：表4-2 短路电流计算结果列表项目结果短路点编号短路点基准电压Uj（kV）短路点基准电流Ij（kA）短路电流冲击电流Sd(MVA)标么值I*”有名值I”(kA)标么值icj*有名值icj(kA)序号K11150.500.370.190.480.2937.8K210.55.500.361.965.03.035.65第五章 电气设备选择5.1导体和电气设备选择的一般条件导体和电气设备选择是电气设计的主要内容之一。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电器设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来效验热稳定和动稳定。正确地选择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。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。5.1.1 一般原则1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况的要求，并考虑远景发展的需要；2）应按当地环境条件校核；3）选择导体时应尽量减少品种；4）应力求技术先进和经济合理； 5）