毕业设计-110kv变电站二次设计.doc

1 目 录 摘要摘要 绪论绪论1 第第 1 1 章章 变电站的分析与设计变电站的分析与设计3 1.1 变电站的总体分析变电站的总体分析 .3 1.2 变电站的负荷分析变电站的负荷分析 4 第第 2 2 章章 主变压器的选择及主接线选择主变压器的选择及主接线选择 .7 2.1 主变压器的选择主变压器的选择 7 2.2 电气主接线设计电气主接线设计 11 第第 3 3 章章 短路电流的计算短路电流的计算 .19 3.1 短路的概念及路电流的种类短路的概念及路电流的种类 19 3.2 短路电流的计算短路电流的计算 20 3.3 在最大运行方式下的短路电流在最大运行方式下的短路电流 23 3.4 短路电流计算结果短路电流计算结果 30 第第 4 4 章章 线路保护线路保护31 4.1 电力系统继电保护的作用电力系统继电保护的作用 31 4.2 输配电线保护输配电线保护 34 4.3 线路末端短路电流线路末端短路电流 34 4.4 线路保护整定线路保护整定 35 第第 5 5 章章 变压器的保护变压器的保护.37 2 5.1 变压器装设的保护变压器装设的保护 37 5.2 变压器保护的整定方法变压器保护的整定方法 38 5.3 变压器差动保护整定计算变压器差动保护整定计算 40 5.4 变压器最大运行方式下变压器最大运行方式下 10kv 侧的短路电流侧的短路电流41 5.5 纵差保护的整定计算纵差保护的整定计算 45 5.6 变压器过流保护整定计算变压器过流保护整定计算 46 第第 6 6 章章 母线保护母线保护50 6.1 简介简介 50 6.2 母线的保护方式母线的保护方式 50 6.3 双母线同时运行时母线保护双母线同时运行时母线保护 51 第第 7 7 章章 防雷保护和接地设计防雷保护和接地设计52 7.1 直击雷保护直击雷保护 52 7.2 雷电侵入波保护雷电侵入波保护 53 总结总结55 致谢致谢56 参考文献参考文献 57 附录附录电气主接线图电气主接线图 附录附录变压器保护原理图变压器保护原理图 附录 线路电流保护 3 摘要 本次设计任务旨在体现对本专业各科知识的掌握程度，同时检验本专业的学 习结果。首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋 势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出 线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定 了 110kV，35kV，10kV 以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确 定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后， 根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，做出线路保护，变压器保护，母 线保护，防雷保护。从而完成了 110kV 电气二次部分的设计。 关键词：电力系统，短路电流，继电保护。 ABSTRACT Design the task this time is aim at intensity of mastering of every subject knowledge of this speciality reflecting, and of test this specialitys study result. first, analyze the tend of load department according to all parameter of load about system and circuit on task book. It expounds the necessity to this situation from the rspect of increasing load. Then through to the generalization of planning to build the transformer substation and the analysis of the load materials, safe, economy and dependability are considered, has confirmed the mainly wiring form of 110kV, 35kV, 10kV. Calculated and supplied power in the range and confirmed TV stations number of the main voltage transformer through load finally, capacity and type, capacity and type of using the voltage transformer stand surely at the same time, finally, the result of calculation of calculating that and short out according to the electric current of largest lasting job, make the circuit to protect, the voltage transformer is protected, the bus bar is protected, prevent the thunder from protecting. Thus finished electric designs of the part two times of 110kV. Key Words：Power system；short out in the electric current；relay protection. 4 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。 由于本地区经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应本地区经济的 5 发展要在本地区建设 110kV 变电站。 具体要求如下： 本电力系统应包括变电，配电以及相应的通信、安全自动、继电保护、调度 自动化等设施。在国家发展计划的统筹规划下，合理的开发资源，用最少的资金 为国民经济各部门及人民生活提供充足、可靠、合格的电能。 本次设计的变电站为 110KV 变电站，其下级负荷为 35KV 级乡镇企业、农业 和 10KV 级工业及其它负荷。这些负荷不仅包括水泥厂、开关厂等工业部门，也 有政府、市区等非工业部门。他们对供电的要求不同。依照先行的原则，依据远 期负荷发展本设计该变电所，本变电站主要任务是把 110KV 变成 35kV 和 10kV 电 压供周边城乡使用。尤其对本地区大用户进行供电，改善提高供电水平，提高了 本地供电质量和可靠性。 现在，随着大电网系统的建设，输电的电压等级越来越高，这一方面使降低 损耗的需要，另一方面也是工业生产等负荷发展的需要。我国目前广泛采用的输 电等级有 110KV、220KV 等级别，还有 500KV 级的输电线路也在迅速发展，所以 110KV 级的变电站在电力系统中的应用也十分广泛。并且伴随电力系统中所用电 气元件产品诸如断路器、继电器、隔离开关等性能指标的提高，变电站的功能也 会越来越完善，可靠性也会得到很大的提高。 6 第 1 章 变电站的分析与设计 1.1 变电站的总体分析 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。 随着社会的发展，电能被日益广泛的应用于工农业生产以及人民的日常生活 中。电能可以方便的转化为期他形式的能源，例：机械能、热能、光能、磁能等， 并且电能的输送和分配易于实现，可以输送到需要它的人和工作场所和生活场所。 电能的应用规模也很灵活以电能作为动力，可以促进工农业的机械化和自动化。 保证产品质量大幅度提高劳动生产率。同时提高电气化程度以电能代替其它形式 的能源，是节约能源消耗的一个重要的途径。 为了满足市区生产和生活的供电要求，决定要在 YB 市新建一所 110KV 降压 变电站。变电站的站址选择靠近公路，有良好的交通运输条件，同时也为变电站 职工的生活提供了方便。变电站所处区域地势平坦、土质为黏土，海拔 200 米， 地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊宽阔，有利于线路架设和电气设备的安 装，全线为黄土层带。地耐力为 2.4，天然容重 r2，内擦角 2 cm kg 3 cm g ，土壤电阻率为 100，变电所保护地下水位低，水质良好，无腐蚀性。 0 23cm. 有利于变电站的经济运行，另外，也降低对防雷保护装置的要求。 气象条件：年最高气温40 c，年最低气温20，年平均气温15，最 0 c 0 c 0 热月平均最高气温32，最大复水厚度 b10mm，最大风速 25，属于我国c 0 s m 第六标准气象区。变电站选址避开了大气严重污秽和严重盐雾地区及冬季主导风 向的影响，即避开了工业电力负荷，如化肥厂、纺织厂、水泥厂、柴油机厂等污 染企业的影响。此外，这些电力负荷位于变电站的北部和南部，变电站设在污染 源的下风口（冬季主导风向为西北风） ，受到轻微污染，影响电力系统的运行性 能。变电站东部没有重要的电力负荷，这为进出线提供了广阔的线路走廊，还有 利于变电站的扩建 ，另外，变电站选址还考虑了变电站与附近设施的影响。因 此，若变电站选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，电网的损失及投 资的大小，还可能引起电力倒流，甚至产生更严重的后果。 根据电力系统规划，本变电所的规模如下: 7 电压等级：110/35/10KV 线路回数：110KV 近期 2 回， 远景发展 2 回。 35KV 近期 4 回。 10KV 近期 9 回， 远景发展 2 回。 该变电所位于 YB 市郊东南郊，交通便利，变电所的西边为 10KV 负荷密集区， 主要有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、毛纺厂及部分市区用电。 变电所以东主要有 35KV 的水泥厂、化肥厂及市郊其它用电。 图 11 系统接线简图 1.2 变电站的负荷分析 根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，即一级负荷、二 级负荷、三级负荷。等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。 如果停电，一级负荷将造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染对工厂将造成经 济上的巨大损失，如重要的大型的 设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产 品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响。二级负荷会造成较大 的经济损失，如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产；还可能引起社会秩 序混乱或较严重的政治影响。三级负荷造成的损失不大或不会造成直接经济损失。 由此可知，供电的稳定性直接影响经济的发展，负荷等级不同，对供电的要求也 不相同：对于一级负荷，必须有二个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能 保证对全部一级负荷不间断供电。对特别重要的一级负荷应该由二个独立电源点 供电。对于二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能 保证全部或大部分二级负荷供电。对于三级负荷，一般只需一个电源供电。 对于 110KV 侧，有市甲线、市系线，通过甲变电站、乙变电站和 S 、SII相 I 连，构成了电力系统环网。如果有任何一条线路发生故障，会直接影响电力系统 环网运行的稳定性。由于各条线路的最大穿越功率不同，对电力系统造成的破坏 程度也有所不同。但是，它们都会影响变电站的稳定运行，电能质量下降，导致 8 变电 站变压器容量在三相不平衡负荷下运行，产生谐波电流，造成严重的后果。 表 11 35kv 负荷分析 最大负荷（MW）负荷组成() 电压 等级 负荷 名称近期远景一二 自然 功率 maxT (H) 线长 (KM) 备注 郊一 4.87.25300.912 郊二 68.4 5 300.916 水泥厂 1 3.64.815300.920 35 kv 水泥厂 2 3.64.815300.920 1.2.1 、类负荷分析 t k PPPP S kv %)51 ( cos 一一一一一一一一一一 35 郊一 92 . 0 05 . 1 9 . 0 8 . 48 . 44 . 82 . 7 27.048MVA tI kSSSSS 05 . 1 )( 一一一一一一一一一一 郊一、 （2.83.272.42.4） 1.05 0.92 10.5MVA kv35 S S 、 8 . 38 048.27 5 . 10 在 35KV 负荷中一、二类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命 缩短产品质量下降和一定的经济损失.因此要尽可能保证其供电可靠性。 表 1-2 10KV 负荷分析 最大负荷(MW) 负荷组成 () 电压 等级 负荷 名称 近期远景一二 自然功率 maxT (H) 线长 (KM) 备注 棉纺厂 1 4.8620400.7555003.5 10kv 棉纺厂 2 4.8620400.7555003.5 9 印染厂 1 3.69.630400.7850004.5 印染厂 2 3.64.830400.7850004.5 毛纺厂 2.44.820400.7550002.5 针织厂 2.43.620400.7545001.5 橡胶厂 2.43.630400.7245003 市区 1 3.64.820400.825002 市区 2 3.64.820400.825002 备用 1 3.6.0.78 备用 2 3.6.78 在 10KV 负荷中，印染、毛纺厂、针织厂、棉纺厂、橡胶厂、市区一、二类 负荷比较大；若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，对市 区医院则造成不良政治和社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，必须 保证其供电可靠性。 10 第 2 章 主变压器的选择及主接线选择 2.1 主变压器的选择 2.1.1 主变容台数的选择 （1）对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变 为宜。 （2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三 台的可能性。 （3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的 1-2 级设计，以便负荷发展时更换主变。 变压器的容量、台数直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。 它的确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统 510 年的远景 发展计划，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密 程度等因素，进行综合分析与合理的选择。 2.1.2 主变容量选择 根据“35110KV 变电所设计规范”主要变压器的台数和容量，应根据地区 供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。在有一、二级 负荷变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主 变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容 量不应小于 60的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。具有三种电压的变 电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器的 15以上，主要变压器 宜采用三线圈变压器。 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，因此城网变电所采用有载调压变压器的较 多。 2.1.3 主变容量选择原则 （1）主变容量选择一般应按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择，并适当 11 考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。 （2）根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的 变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主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、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时， 其余主变压器应能保证全部负荷的 60。 (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。 （主要考虑备用品，备件及维修方便） 2.1.4 主变台数的选择原则 （1）对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变 为宜。 （2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三 台的可能性。 （3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的 1-2 级设计，以便负荷发展时更换主变。 （4）在有一级，二级负荷的变电站中，应该装设两台主变电压器。当技术 经济比较合理时主变压器的台数也可以多于两台。如果变电站可由中、低压侧电 力网中取得足够能量的备用电源时，可以装设一台主变压器。 （5）装设两台及其以上主变压器的变电站中，当断开一台时，其余主变压 器的容量应保证用户一级负荷和部分二级负荷（一般不应小于主变压器容量的 60%） 。 具有三种电压等级的变电站中，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到主变压 器容量的 15%时，主变电压器宜采用三绕组变压器。 2.1.5 主变容量和台数选择计算 （1）35KV 中压侧： 其出线回路数为 4 回，,结合“1. 2 变电站的负荷分析”35kv 负荷92 . 0 tK 情况分析表 11 知： t k PPPP S kv %)51 ( cos 一一一一一一一一一一 35 郊一 92 . 0 05 . 1 9 . 0 8 . 48 . 44 . 82 . 7 27.048MVA （2）10KV 低压侧： 12 由于其出线回路数共 11 回，故可取 Kt=0.85,结合 10kv 负荷情况分析可知： 1212 10 (1 5%)(cos coscoscoscoscoscos ) coscoscoscos kvt PPPPPPP Sk PPPP 棉纺棉纺针织橡胶印染印染毛纺 市区一市区二备用一备用二 0.85 1.05 （ ) 78 . 0 6 . 3 78 . 0 6 . 3 8 . 0 8 . 4 8 . 0 8 . 4 72 . 0 6 . 3 75 . 0 6 . 3 75 . 0 8 . 4 78 . 0 8 . 4 78 . 0 8 . 4 75 . 0 6 75 . 0 6 0.85 1.05 （886.156.156.44.8+5+6+6+4.615+4.615） 58.664MVA 则三绕组变压器的计算容量： 2 0.85 (27.04858.664)72.86 1 SjsKtSjsiMVA i 总 因此，选择两台 50MVA 的变压器。 校验：（1） （2-1）50 选 SMVAS716.436 . 0 总 满足一台停运时另一台不小于全部容量的 60。 1212 10 (1 5%)(cos coscoscoscos ) coscoscoscos kvt PPPPP Sk PPPP 棉纺棉纺印染印染毛纺 、 针织橡胶市区一市区二 664.84.8 0.85 1.05 (0.60.60.70.7 0.750.750.780.78 4.83.63.64.84.8 0.60.60.70.60.6) 0.750.750.720.80.8 31.8MVA （2） （2-1）50 选 SMVASS kv 3 . 42 kv1035 、 也满足一台停运时另一台满足全部一、二类负荷。 综上所述，最终确定为 SFSZ750000/110 型变压器。 13 2.1.6 绕组数和绕组连接方式的选择 参考电力工程电气设计手册和相应的规程中指出：在具有三种电压的变 电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的 15以上，或在低压侧 虽没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显 满足上述情况。故 YB 市郊变电所主变选择三绕组变压器。 参考电力工程电气设计手册和相应规程指出：变压器绕组的连接方式 必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方 式有 Y 和型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是型的， 我国 110KV 及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要 选择的连接方式。对于 110KV 变电所的 35KV 侧也采用的连接方式，而 6-0Y0Y 10KV 侧采用型的连接方式。 故 YB 市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为： 。 110. dyY nN 2.1.7 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决 在 110KV 及以上的中性点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流， 有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问 题。110KV 侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相 当的避雷器加以保护。35KV 及 10KV 侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其 中性点都采用全绝缘。 2.1.8 主变压器的冷却方式 根据主变压器的型号有：自然风冷式、强迫油循环风冷式、强迫油循环水冷 式、强迫导向油循环式等。然而自然风冷却适用于 7.5MVA 以下小容量变压器。 容量大于 10MVA 的变压器采用人工风冷。从经济上考虑，结合本站选用 50MVA 的 变压器，应选用强迫空气冷却。 表 2-1 SFSZ7-50000/110 系列电力变压器主要技术参数 型号 额定 容量 （KVA） 额定电压（KV） 连 接 组 别 阻抗电压 （%） 空载 电流 （%） 损耗 （KW） 14 高 压 中 压 低 压 高 低 高 中 中 低 空 载 负 载 SFSZ7-50000/11050000 110 81. 25% 38.5 2 2.5% 10.5 YN yn0 d11 1810.56.51.371.2250 =11 1123123 1 %(%) 2 ssss UUUU =-0.5 2122331 1 %(%) 2 ssss UUUU =7 3233112 1 %(%) 2 ssss UUUU 22 1 1 %11 (110) 26.62 100100 (50) SN T N UU X S （记为 0） 22 2 2 %0.5 (110) 1.21 100100 (50) SN T N UU X S 22 3 3 %7 (110) 16.94 100100 (50) SN T N UU X S 2.2 电气主接线设计 2.2.1 电气主接线的设计要求 变电所主接线设计是电力系统总体设计的组成部份。变电所主接线形式应根 据变电所在电力系统中的地位、作用、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定， 并且应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求。主接线设计的基 本要求为： (1)供电可靠性。主接线的设计首先应满足这一要求；当系统发生故障时， 要求停电范围小，恢复供电快。 (2)适应性和灵活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变 运行方式时操作方便，便于变电所的扩建。 (3)经济性。在确保供电可靠、满足电能质量的前提下，要尽量节省建设投 资和运行费用，减少用地面积。 15 (4)简化主接线。配网自动化、变电所无人化是现代电网发展必然趋势，简 化主接线为这一技术全面实施，创造更为有利的条件。 (5)设计标准化。同类型变电所采用相同的主接线形式，可使主接线规范化、 标准化，有利于系统运行和设备检修。 参考35110KV 变电所设计规范第 3.2.1 条： 变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、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、运行灵活、操作检修方便、节约投资 和便于扩建等要求。 2.2.2 主接线选择原则 电气主接线是指发电厂或变电站中的一次设备按照设计要求连接起来表示生 产、汇集和分配电能的电路,也称为主电路.主接线形式于电力系统原始资料,发 电厂,变电站本身运行的可靠性,灵活性和经济性的要求等密切相关,并且对电气 设备的选择,配电装置布置,继电保护和控制方式的拟定都有较大的影响。 电气主接线是由高压电器通过主接线，按其功能要求组成接受和分配电能的 电路，组成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。主 接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统的重要组成部分。它 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。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、经济论证比较后方可确定。 对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三个方 面。 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。 停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更加严重，往 往比少发电能的价值大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市 生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量。因此，主接线的接线形式必须 保证供电可靠。因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短， 主接线的可靠程度就越高。 电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。不仅 正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或电气设备检修及故障时，也能 适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地转换运行方式，使停电时间最短，影 响范围最小。因此，电气主接线必须满足调度灵活、操作方便的基本要求，既能 灵活地投、切某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故、 检修及特殊运行方式下的调度要求，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的 16 稳定运行，即具有灵活性。 在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可 靠、灵活，必然要选用高质量的设备和现化的自动装置，从而导致投资费用的增 加。因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。一般 应当从以下几方面考虑： （1）投资省 主接线应简单清晰，以节省开关电器数量，降低投资；要适当采用限制短路 电流的措施，以便选用价廉的电器或轻型电器；二次控制与保护方式不应过于复 杂，以利于和节约二次设备及电缆的投资。 （2）占地面积少 主接线设计要为配电布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积减少。 同时应注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量发电厂或变电所，在 可能和允许条件下，应采取一次设计，分期投资、投建，尽快发挥经济效益。 （3）电能损耗少 在发电厂或变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合 理地选择变压器的型式、容量、和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。 2.2.3 电气主接线形式的确定 目前变电所常用的主接线形式有：单母线、单母线分段、单母线分段带旁路、 双母线、双母线分我们在比较各种电气主接线的优劣时，主要考虑其安全可靠性、 灵活性、经济性三个方面。首先，在比较主接线可靠性的时候，应从以下几个方 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 母线或隔离开关检修时，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、类用户的供电；变电站全部停电的可能性；大型机组突然停电时， 对电力系统稳定性的影响与后果因素。其次，电气主接线应该能够适应各种运行 状态，并且能够灵活地进行运行方式的切换。不仅正常时能安全可靠的供电，而 且在电力系统故障或电气设备检修时，也能够适应调度的要求，并能灵活、简便、 迅速地切换运行方式，使停电的时间最短，影响的范围为最小。再次，在设计变 电站电气主接线时，电气主接线的优劣往往发生在可靠性与经济性之间，欲使电 气主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的电气设备和现代化的自动化装置，从 而导致投资的增加。因此，电气主接线在满足可靠性与灵活性的前提下做到经济 合理就可以了。 参考35110KV 变电所设计规范 第 3.2.3 条：35110KV 线路为两回及以下时，宜采用桥形线路变压器组或 17 线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形单母线或单母分段的接线形式， 3563KV 线路为 8 回及以上时，亦可采用双母线接线，110KV 线路为 6 回及以上 时，宜采用双母线接线。 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，可以设置旁路设施。 当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的接 线，当 110KV 线路为 6 回及以上，3563KV 线路为 8 回及以上时，可装设专用的 旁路断路器，主变压器 35110KV 回路中的断路器，有条件时，亦可接入旁路母 线，采用断路器的主接线不宜设旁路设施。 6SF 第 3.2.5 条：当变电站装有两台主变时，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。 综合以上规程规定，结合本变电站的实际情况，110KV 侧有 4 回出线（近期 2 回，远景发展 2 回） ，35KV 侧有 4 回出线，10KV 侧有 11 回出线（近期 9 回，远 景发展 2 回） 。故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理： （1）110kv 侧： 110kv 侧是本站的进线段，它对本站的可靠性有很大影响。下面拟定两种接 线方案。 图 2-1 单母分段的适用范围： (1)610kv 配电装置出线回路数为 6 回及以上时。 (2)3566kv 配电装置出线回路数为 68 回时。 (3)110kv220kV 配电装置出线回路数为 34 回时。 双母接线的适用范围 当母线回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅 速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对 接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下： (1)610kv 配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时。 (2)3566kV 配电装置，当出线回路数超过 8 回时，或连接的电源较多、负 荷较大时。 18 (3)110220kv 配电装置出线回路数为 5 回及以上时，或当 110kv220kv 配 电装置，在系统中后重要地位，出线回路数为 4 回及以上时。 表 2-2 单母分段与双母接线比较 方案 项目 方案 I 单母分段方案 II 双母接线 可靠性 用断路器把母线分段后,对重 要用户可从不同段引出两个回路, 保证不间断供电，可靠。 供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒 换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供 电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电； 检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开 此隔离开关所属的一条回路和与此隔离开关 相连的该组母线，其它回路均可通过另外一 组母线继续运行。 灵活性 当一回线路故障时,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。 调度灵活，各个电源和各个回路负荷可 以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应 电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的 需要。 综合本站实际情况，110kv 级是本站的进线侧，而且不需要经常倒线操 作，它对本站的供电可靠性至关重要。因此选择方案，即单母分段接线。 （2）35kv 侧： 35kv 侧是本站的一个出线电压等级，它向郊区一、郊区二、水泥厂一、水泥 厂二供电。这里 、级所占比重比较高。对 35kv 侧的主接线设计了两种方案： 表 2-3 单母分段与单母接线比较 方案 项目 方案 I 单母分段方案 II 单母接线 可 靠 性 用断路器把母线分段后,对重 要用户可从不同段引出两个回路, 保证不间断供电，可靠。 灵 活 性 当一回线路故障时,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。 灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离 开关故障或检修时，必须断开它所连接 的电源，与之相连的所有电力装置在整个检 修期间均需停止工作。此外，在出线断路器 检修期间，必须停止该回路的供电。 19 图 2-2 单母线接线的适用范围： 一般适用于一台主变压器的以下三种情况： (1)610kv 配电装置的出线回路数不超过 5 回。 (2)3566kv 配电装置的出线回路数不超过 3 回。 (3)110kv220kv 配电装置的出线回路数不超过 2 回。 根据本站实际情况，在 35KV 负荷中一、二类负荷比较大，发生断电时，会 造成生产机械的寿命缩短产品质量下降和一定的经济损失.因此要尽可能保证其 供电可靠性。因此选择方案，即单母分段接线。 （3）10kv 侧： 对 10kv 侧的主接线拟定了两种方案： 图 2-3 单母线分段接线的优缺点： 优点：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段切除，保证 正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。 缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的问路都要在 检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时 密向两个方向均衡扩建。 双母线接线的伏缺点： 20 优点： （1）供电可靠。通过两组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；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔 离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条回路和与此隔离开关相连的该组母线， 其它回路均可通过另外一组母线继续运行，但其操作步骤必须正确。例如：欲检 修工作母线，可把全部电源和线路倒换到备用母线上。其步骤是：先合上母联断 路器两例的隔离开关，再合母联断路器 QF，向备用母线充电，这时，两组母线 等电位，为保证不中断供电，按“先通后断”原则进行操作，即先接通备用母线 上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。完成转换后，再断开母联 QF 及 其两侧的隔离开关，即可使原工作母线退出运行进行检修。 （2）调度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能 灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。通过倒闸操作可以 组成各种运行方式。例如：当母联断路器闭合，进出线分别接在两组母线上，即 相当于单母线分段运行；当母联断路器断开，一组母线运行，另一组母线备 用全部进出线均接在运行母线上，即相当于单母线运行，两组母线同时工作， 并且通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，即称之为固 定连接方式运行。这也是目前生产中最常用的运行方式，它的母线继电保护相对 比较简单。 根据系统调度的需要，双母线还可以完成一些特殊功能。例如：用母联与系 统进行同期或解列操作；当个别回路需要单独进行试验时(如线路检修后需要试验)， 可将该回路单独接到备用母线上运行；当线路利用短路方式熔冰时，亦可用一组 备用母线作为熔冰母线，不致影响其它回路工作。 （3）扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源 和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。当有双回架空线路时， 可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出线交叉 跨越。 （4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开。 缺点： （1）增加了电气设备的投资。 （2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器需在隔离开关和断 路器之间装设闭锁装置。 （3）当馈出线断路器或线路侧隔离开关故障时停止对用户供电。 根据本站实际情况，在 10KV 负荷中，印染、毛纺厂、针织厂、棉纺厂、橡 胶厂、市区一、二类负荷比较大。若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏， 甚至出现事故，对市区医院则造成不良社会影响，严重时造成重大经济损失和人 21 员伤亡，必须保证其供电可靠性。且此电压等级出线回数多，需经常倒换。因此 选择方案双母接线。 表 24 主接线方案表 110kv35kv10kv 单母分段接线 单母分段双母接线 22 第 3 章 短路电流的计算 3.1 短路的概念及路电流的种类 3.1.1 短路的概念 电力系统不可避免会发生短路事故。短路事故威胁着电网的正常运行中，并 有可能损坏电气设备。因此，在电力系统的设计和运行中，都要对供电网络进行 短路电流计算，以便正确地选用和调整继电保护装置，正确地选择电气设备，确 保电力系统的安全、可靠运行。 短路的种类有以下几种： （1）三相短路。 （2）两相短路。 （3）两相短路接地。 （4）单相短路（接地） 。 三相短路是对称短路，此时三相电流和三相电压仍然是对称的，只是三相电 流特大。除三相短路外的其他短路都是不对称性短路，每相电流和电压数值不相 等，相角也不同。 3.1.2 短路电流的暂态过程和短路电流种类 1短路电流的暂态过程 当电力系统发生三相短路时，由于短路回路存在着电感，电流不能突变，因 此有一个暂态过程。短路电流随时间变化，最后达到稳定值。 短路全电流 id 由对称的周期分量和不对成的非周期分量两部分合成，即 z i f i 。周期分量先开始衰减，然后逐渐增加到稳态值。非周期分量按指 dzf iii z ii 数规律衰减，其衰减时间常数为 0.05-0.2。 2计算各短路电流的目的 （1） 短路冲击电流：用来校验电气设备和母线的动稳定。 ch i （2） 短路全电流最大有效值 Ich（第一周期短路全电流有效值）：用来校 验电气设备和母线的动稳定。 （3）超瞬变短路电流有效值 I：用来作继电保护的整定计算和校验断路器 23 的短流量。 （4） 短路后 0.2 秒后的短路电流周期分量有效值：用来校验断路器的 0.2 I 断流量。 （5）稳态短路电流有效值：用来校验电气设备和载流部分的热稳定。I （6） 短路后 0.2S 后的短路容量：用来校验断路器的遮断容量。 0.2 s 3.2 短路电流的计算 一、为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因 素的影响，做出一下规定： （1） 所有的电源电动势相位角均相等，电流的频率相同，短路前，电力系 统的电势和电流是对称的。 （2） 认为变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电 抗值不随电流的变化而变化。 （3） 输电线路的分布电容略去不计。 （4） 每一个电压级采用平均电压，这个规定在计算短路电流时，所造成的 误差很小。因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多。 （5） 计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机、变压器、电抗器、线 路等元件的电抗，因为这些元件 X/3R 时，可以略去电阻的影响。 （6） 短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值的 影响。有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的大容 量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。此时， 电动机将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电势。 （7） 在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合并,两个容 量相差很大的电源不能够合并。 （8） 以供电电源为基准的电抗标幺值3.5,可以认为电源容量为无限大容 量的系统,短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。 二、短路电流的标幺值计算法 短路电流计算,根据电力系统的实际情况,可以采用标幺值或有名值计算,那 种方法方便就采用那种方法.在高压系统中通常采用标幺值计算. 所谓标幺值,是实际值与基准值之比. 标幺值没有单位.设所选顶定的基准 24 值电压,基准电流,基准容量及基准电抗分别为,则这一元件的各已 j U j I j S j X 知量的标幺值分别为 , j j U U U J j S S S 3 j J Jj U I II IS 2 33 /3 jjj j jjj jj I XI XS X XX XUUUI 式中： S、U、I、X-以有名单位表示的容量(MVA)、电压(KV)、电流(KA) 、电抗； 、-以基准量表示的容量(KVA)、电压(KV)、电流(KA)、 j S j U j I j X 电抗。 工程计算上通常先选定基准容量和基准电压，与其相应的基准电流 j S j U 和基准电抗,均可由这两个基准值导出。 j I j X 基准容量可采用电源容量或一固定容量，为了计算一致，通常采用 =100MVA 为基准容量；基准电压一般采用短路点所在级的网路平均额定电压， j S 即=。 j U p U 表 31 电力系统各元件阻抗值的计算公式 计算公式 序号元件名称给定参数电抗平均值 通用式 =100MVA j S 1 发电机 （或电动 机） 额定容量 e S 超瞬变电抗百 分数% d X % 100 j d d e S X X S * 1 % dd e XX S 2变压器 额定容量 p U 阻抗电压百分 % 100 j d b e S U XX S * 1 % bd e XU S 25 比% d U 3 10（6） KV 电缆 平均电压 p U 每千米电抗 0 X 线路长度 L 0.08/ KM 0 2 j p S XX L U * 2 8 p L X U 4 10（6） KV 架空线路 平均电压 p U 每千米电抗 0 X 线路长度 L 0.4/ KM 0 2 j p S XX L U 2 40 p L X U 535KV 架空线路 平均电压 p U 每千米电抗 0 X 线路长度 L 0.425/ KM 0 2 j p S XX L U 2 42.5 p L X U 6电抗器 额定电压 e U 额定电流 e I 电抗百分数 0% X % 100 j e k ep I UX X IU 三、短路电流的有名值计算法 在有名值计算法中，每个电气元件的单位是有名的，而不是相对值。在比较 简单的网路低电压电网，常采用有名值计算法计算短路电流。采用此方法计算， 须将各电压等级的电气元件参数都归算到同一电压等级上来。凡涉及发电机、变 压器、电动机、电抗器等元件的百分数电抗值（铭牌上一般有标出）均应换算成 有名值来计算。 电力系统各元件阻抗有名值的计算公式如下： （1）发电机（电动机） 2 % 100 p d d e U X X S 式中： -发电机的超瞬变电抗值； d X -发电机以额定值为基准的超瞬变电抗的百分数；% d X -发电机额定容量（MVA） ； e S （2）变压器： 2 3 2 10 dp b e PU R S 26 22 bbb XZR 2 % 100 p d b e U U Z S 当电阻值允许忽略不计时， 2 % dP b ee UU X SS 式中： 、-变压器的电阻、电抗、阻抗； b R b X b Z -变压器以额定值为基准的阻抗电压百分数；% d U -变压器短路损耗（KW） d P （3）电抗器 2 % 1003 p k k ee U X X I U 式中： -电抗器以额定值为基准的电抗百分数；% k X -电抗器的额定电流和额定电压（KV、KA） ； ee IU （4）线路 2 0 p e U Rr L U 2 0 p e U Xx L U 式中： 、-线路单位长度的电阻和电抗（） ； 0 r 0 x/ KM -线路运行的额定电压（KV） ； e U 27 3.3 在最大运行方式下的短路电流 图 3-1 系统接线简图 将有名值转换成标幺值： 1.选择基准容量 =100MA 基准电压为各级电压的平均额定电压。 B S 线路电抗取 X=0.4 KM 线路 L1: 11 0.4 8032 L XXL 线路 L2: 22 0.4 104 L XXL 线路 L3: 33 0.4 6024 L XXL * 11 22 100 320.24 (115) B LL B S XX U * 22 22 100 40.03 (115) B LL B S XX U * 33 22 100 240.18 (115) B LL B S XX U * 11 22 100 26.620.20 (115) B TT B S XX U * 33 22 100 16.940.128 (115) B TT B S XX U 110kv 侧简化网络图： 28 图 3-2 先将它化成星形： 图 3-3 将、化成、。 * 3 X * 4 X * 5 X * 13 X * 14 X * 15 X * * 34 13 * 345 0.03 0.24 0.016 0.030.240.18 X X X XXX * * 35 15 * 345 0.24 0.18 0.096 0.030.240.18 X X X XXX 将、合并成；