变电所设计参考

摘 要变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，它是供电系统的枢纽，在供电系统中占有重要的地位。本毕业设计以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定为准绳，结合工程实际情况，保证供电可靠，调度灵活，满足各项技术要求。本次110kV长征变电站设计，其设计分为电气一次、二次部分设计。本文重点是变电站的一次设计，包括主接线形式、变压器和电气设备的选择以及防雷措施和配电装置的设计等。本文的另一部分是电气二次部分的设计，主要是继电保护的基本原理和线路、变压器的保护配置等。本变电所设计为毕业设计课题，目的是巩固大学所学知识，使我对大学所学的主干课程有一个较为全面、系统的掌握，增强理论联系实际的能力以及提高我的工程意识，为未来的实际工作奠定了必要的基础。关键词 变电所，变压器，主接线，继电保护目 录摘 要I1 绪 论12 电力系统及变电所总体分析32.1 电力系统分析32.2 变电所总体分析32.3 负荷分析与计算53 主变压器选择和电气主接线设计73.1 主变压器选择73.2 电气主接线设计93.3 各电压级电气主接线设计113.4 主变中性点接地方式选择133.5 所用变设计163.6 无功补偿设计164 短路电流计算194.1 短路电流计算概述194.2 短路电流的计算205 电气设备选择235.1 电气设备选择的一般原则与技术条件235.2 导体的选择265.3 高压断路器和隔离开关的选择275.4 互感器的选择285.5 电气设备选择一览表296 配电装置选择和总平面设计326.1 配电装置的选择326.2 总平面布置设计357 防雷设计377.1 防雷设计的一般原则377.2 直击雷保护设计377.3 雷电侵入波保护设计378 电气二次部分的设计418.1 对继电保护的要求418.2 主变压器的配置418.3 线路保护配置43结 论45谢 辞46参考文献46附录2 计算书59附录3 图纸63 / 681 绪论随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电气设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转换场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。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，可分为以下几类：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。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，同时又降低供当地用电，这样的变电所起中间环节作用，所以叫中间变电所。全所停电后，将引起区域电网解列。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，又使该地区中断停电。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，即为终端变电所。全所停电后，只是用户收到损失。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。在电力系统中，除应采取各项积极措施或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而且有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。2 电力系统及变电所总体分析2.1 电力系统分析110kV长征变电所将位于市区，向市区工业、生活等用户供电，属于新建变电所。它由系统S1、S2向它供电，S1容量1700MVA，S2容量250MVA，S1、S2直接向它供电。110kV区域降压变电站是电网建设和电网改造中非常重要技术环节，所以做好110kV变电站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。2.2 变电所总体分析本变电所电压等级：110/10kV；线路回数：110kV近期2回，远景发展2回；10kV近期12回， 远景发展6回。图2.1 电力系统接线简图附注：(1) 图中，系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式； (2) 最小运行方式下：S1=1700MVA，XS1=0.61；S2=250MVA，XS2=0.73。表2.1 负荷资料表（10kV负荷的同时率Kt取0.85）电压等级负荷名称最大负荷(MW)穿越功率(MW)负荷组成（%）功率因数Tmax(h)线长(km)近期远景近期远景一级二级110kV市系线101810市甲线101810备用110备用21210kV棉纺厂12320400.7555003.5棉纺厂22320400.7555003.5印染厂12330400.7850004.5印染厂22330400.7850004.5毛纺厂2320400.7550002.5针织厂1220400.7545001.5柴油机厂13425400.840003柴油机厂23425400.840003橡胶厂1230400.7245003市区12320400.825002市区22320400.825002食品厂1215300.840001.5备用12备用22备用32备用42备用52备用62地形、地质、水文、气象条件： 所址地区海拔200米，地势平坦，非强地震地区。年最高气温+40C，年最低气温-20C，年平均温度+15C，最热月平均最高温+32C。最大覆冰厚度 b=10mm。最大风速25m/s,，属于我国第六标准气象区。全线为黄土层地带，地耐力2.4 ，天然容重=2g/。内摩擦角，土壤电阻率100 , 地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。土壤热阻系数=120Ccm/wm。土温20C。图2.2所址条件2.3 负荷分析与计算2.3.1 负荷大小和重要性一级负荷：必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源断开后，能保证对全部一级符合不间断供电；二级负荷：一般要有两个独立的电源供电，且当任何一个电源断开后，能保证全部或大部分二级负荷不间断供电；三级负荷：对三级负荷一般只需要一个电源供电。2.3.2 负荷计算的目的计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气和导线电缆的选择是否经济合理。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在运行过程中过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷的重要性。2.3.3 负荷计算10kV侧负荷该电压级向市区工业、生活及乡镇工业与农业用户供电，为生产及生活用电。其中，一二重要级负荷占50%左右。计算该电压及时同时系数取0.85。近期负荷： 远期负荷： I类负荷和II类负荷： 3 主变压器选择和电气主接线设计3.1 主变压器选择在变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。利用上节的有关负荷计算结果和以下国家能源部颁发的110kV变电所设计技术规程中有关规程，便可选择主变的台数、容量和型式。第4.1.1条 主变压器容量和台数的选择。凡装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的级和级负荷。第4.1.2条 与电力系统连接的110kV变压器，若不受运输条件的制，应选用三相变压器。第4.1.4条 110kV具有三种电压的变电所中，如通过主变各侧绕组的功率均达到该主变容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。3.1.1 主变台数选择根据河南省电力公司“两型一化”设计建设实施细则，通过综合比较，可知本变电所最终选择3台主变压器，考虑到变电站可靠性，近期上2台，互为备用。3.1.2 主变容量选择变电所主变容量，一般应按年远景负荷来选择。根据城市规划负荷性质电网结构等综合因素确定主变容量。(1) 按规划510年选择，并考虑远期1020年发展，对城郊变，应与城市规划相结合。 (2) 由变电站带负荷性质及电网结构决定主变容量，对有重要负荷变电站，应考虑一台主变停运时期于主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的一、二级负荷，对一般变电站，当一台主变停运时，其余主变应保证其余负荷的6070%。(3) 同级电压单台降压容量不易太多，应从全网出发，推行标准化、系列化。(4) 对城市的郊区一次变，在中、低压侧构成环网下，装两台。(5) 对地区性孤立的一次变或大工业的专用变电所，装三台。(6) 对规划只装两台，其主变基础按大于主变容量的12级设计以便发展时宜更换。1) 选择条件所选择的n台主变压器的容量 ，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷，即 (3.1)式中 主变台数，为3台。 主变额定容量，。2) 校验条件（按远景负荷校验）装有两台及以上主变压器的容量一般应满足60%70%的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷和大部分II类负荷（ 220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部I类负荷和II类负荷）即 (3.2) (3.3) 联立以上两式，求它们的最大值，然后查变压器容量表，即得主变额定容量。根据负荷计算的已知条件，代入以上，求得主变额定容量，本所选择为31.5MVA，变压器远期规划3台，考虑到变电站的可靠性，近期建设两台变压器，互为备用。具体计算过程见计算书。3.1.3 主变型式选择主变压器型式的选择主要包含有：相数、绕组数、电压组合、容量组合、绕组结构、冷却方式、调压方式、绕组材料、全绝缘还是半绝缘、连接组别、是否选择自耦变、主变中性点接地方式等。 3.1.3.1 相数的确定 主变采用三相或单相，主要考虑变压器的容量、制造水平、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及以下的变电所中，一般都应选用三相变压器。本所交通便利，综合考虑本所主变决定选用三相式。3.1.3.2 绕组数的确定 因为本变电站有两个电压等级，故本所主变选用双绕组普通式。3.1.3.3 冷却方式的确定 主变的冷却方式，主要有自然风冷、油浸水冷、强迫油循环水（风）冷、强迫空气冷却、强迫油循环导向冷却等。本所容量较底，考虑综合经济效益，本所主变采用自然风冷。3.1.3.4 调压方式 主变调压方式有无载调压和有载调压两种。本所直接供给用户，为保证用户用电质量，本所采用有载调压。3.1.3.5 绕组接线组别的确定 我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接；35kV采用“Y”连接，35kV以下采用“D”连接。“D”连接具有限制或消除三次谐波对电源和电压质量、波形等的不良影响。因此本所主变采用常规接线组别“YN,d11”。3.1.3.6 主变中性点绝缘水平的确定 主变中性点绝缘水平有两种情况：全绝缘和分级绝缘。采用分级绝缘的经济效益是很明显的，且运输安装较方便，但必须采用主变中性点（高压侧）装设专用避雷器加以绝缘保护。所以本所主变高压侧选用中性点半绝缘（分级绝缘的一种）。表3.1选择的主变型号参数表型号SFZ7-31500/110额定容量31500kVA高压侧电压11082.5%低压侧电压10.5连接组别YNd11调压方式有载调压阻抗电压（%）10.53.2 电气主接线设计发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。3.2.1 电气主接线设计的基本要求对电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性、经济性三方面。(1) 可靠性 断路器检修时，能否不影响供电。 断路器或母线故障以及母线或母线隔离开关检修时，停运的回路数的多少和停电的时间的长短，能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电。 发电厂、变电所全部停运的可能性。 大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求(2) 灵活性 调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配断电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求； 检修时，可方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电； 扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。(3) 经济性节约投资，占地面积小和年运行费用小。3.2.2 影响主接线设计的因素 (1) 变电所在系统中所处的地位、作用、规模 (2) 负荷性质及要求 (3) 电压等级及线路回数 (4) 主要设备特点(如六氟化硫断路器) (5) 厂(所)址条件 (6) 配电装置选型(屋内或屋外) 3.2.3 主接线设计的基本内容(1) 初期与远景工程的主变压器配置 (2) 各电压级主接线的形式 (3) 610kV电压级的限流措施 (4) 所用电的选择 (5) 中性点接地方式的确定 (6) 无功补偿 3.3 各电压级电气主接线设计在进行电气主接线设计时，一般根据设计任务书的要求，综合分析有关基础资料，拟定出23个技术上能满足要求的较好方案进行详细技术经济比较，最后确定最佳方案。 经济比较中，一般只比较各个方案的不同部分，因而不必计算出各方案的全部费用。 3.3.1 110kV侧接线的选择110kV近期设计回路数为2，远景发展为2回。先列出两个可行方案：单母分段接线和双母线进行比较。主要比较两个方案的可靠性、灵活性和经济型。对比一下两种方案：虽然双母线也能满足要求，但其投资大、占地面积大、经济性能差，故不采纳；对于单母线分段接线，将 I、II 类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，可以由另一段母线提供电源，从而可保证供电可靠性，且六氟化硫断路器的安全性，可靠性较高，故采用单母线分段接线。具体比较过程见表3.2。表3.2 110kV侧接线方案比较方案单母线分段双母线接线简图可靠性用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。分段可以缩小母线停电范围的影响。任一母线及母线隔离开关检修，仅停检修段。任一回路断路器检修,所在回路停电。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至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电。经济性较好,费用低较差,增加隔离开关数目,费用高.灵活性有一定灵活性，并在检修断路器时不至于中断对全部用户供电。运行方式灵活，增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作。3.3.2 10kV侧接线选择10kV出线回路数近期为12回，远景发展为6回；先列出两个可行方案：单母线分段接线和手车式单母线分段接线进行比较。对比以下两种方案：手车开关柜灵活，简单，操作方便，故应该采用手车式单母线分段。具体比较过程见表3.3。表3.3 10kV侧接线方案比较方案单母线分段手车式单母线分段接线简图可靠性用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。分段可以缩小母线停电范围的影响,任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段.任一回路断路器检修,所在回路停电。可靠性好,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。用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。分段可以缩小母线停电范围的影响,任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段.任一回路断路器检修,所在回路停电。可靠性好,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。经济性较好,费用低较好,费用低灵活性有一定灵活性，并在检修断路器时不至于中断对全部用户供电。手车开关柜灵活，简单，操作方便。综上所述：110kV侧采用单母线分段；10kV侧采用手车式单母线分段。3.4 主变中性点接地方式选择3.4.1 10kV侧限流问题根据电气设计手册I第2.6节中“变电所610kV侧短路电流的限制”规定：限制变电所610kV侧短路电流不超过1631.5kA，以便采用价廉轻型的SF6断路器，并且使选用的电缆截面不致过大，一般采用下列措施：3.4.1.1变压器分列运行 在变电所中，母线分段电抗器的限流作用小，故采用简便的两台变压器分列运行的方法来限制短路电流，其优点如下：(1) 610kV侧发生短路时，短路电流只通过一台变压器，其值较两台变压器并联时大为减小，从而在许多情况下允许610kV侧装设轻型断路器；(2) 使无故障母线段维持较高的剩余电压。但也有不足之处：(1) 变压器负荷不平衡，使能量损耗较并列运行时稍大；(2) 一台变压器故障时，该分段母线在分段断路器接通前要停电，但可由分段断路器装设自动投入装置解决。3.4.1.2在变压器回路装设电抗器或分裂电抗器 当变压器容量增大，分裂运行不能满足限制短路电流要求时，可在变压器回路装设分裂电抗器或电抗器。采用分裂变压器：变压器低压绕组分裂成相等容量的两个绕组，可大大增加各个分裂绕组和分裂绕组间的电抗，减小短路电流。在出线上装设电抗器：当6-10kV侧短路电流很大，采用其它限流措施不能满足要求时，就要采用在出线上装设电抗器的接线，但这种接线投资贵，需建设两层配电装置楼，故在变电所中一般不采用出线装设电抗器的接线在本变电所中不采用装设电抗器的接线，而要求10kV母线分列运行。3.4.2 变压器中性点接地方式根据电气设计手册I第2-7节中关于“主变压器中性点接地方式”的规定：电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。(1) 变压器的110kV侧采用中性点直接接地方式根据电气设计手册I第2-7节中关于“主变压器中性点接地方式”的规定，电力网中性点的接地方式，决定了主变压器的中性点的接地方式。 变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比X0/X13，以使单相接地时全相上工频电压不超过阀型避雷器的灭弧电压；X0/X11.5以使单相接地时短路电流不超过三相短路电流. 所有普通变压器中性点都经隔离开关接地，以使运行调度灵活选择接地点。 选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成中性点不接地的系统.。(2) 主变压器663kV多用中性点不接地或经消弧线圈接地方式663kV电网多采用中性点不接地方式,但当单相接地故障电流大于30A( 610kV电网)或10A(2063kV电网)时，中性点应经消弧线圈接地,用消弧线圈接地时应注意： 消弧线圈应由系统统筹规划,分散布置,应避免整个电网中只装一台消弧线圈,也应避免在一个变电所中装设多台消弧线圈,在任何运行方式下,电网不得失去消弧线圈的补偿。 在变电所中，消弧线圈一般装在变压器中性点上610kV消弧线圈也可装在调相机的中性点上。 当两台主变压器合用一台消弧线圈时，应分别经隔离开关与变压器中性点相连。消弧线圈的补偿容量按下式计算： (3.4)其中 系数,过补偿取1.35电网或发电机回路的额定线电压(kV)电网或发电机回路的电容电流(A)电网的电容电流Ie,应包括有电气连接的所有架空线路,电缆线路，发电机，变压器以及母线和电器的电容电流,并考虑电网510年的发展电缆的电容电流可按下式估算： (3.5)10kV侧：由于本设计为全室内型，故负荷出线是电缆，计算过程如下：考虑厂站母线增加后：由此分析：主变低压侧采用消弧线圈接地。消弧线圈的选择： 综上：选用型号为XDJI-600/10的消弧线圈，其有关参数见表3.4：表3.4 消弧线圈技术参数型号额定容量/kVA系统电压/kV消弧线圈电压/kVXDJI-600/10600106.063.5 所用变设计3.5.1 所用变容量台数和接线设计本变电所低压侧采用消弧线圈接地，需要接地变，此接地变可以兼做所用变。所用变引接方式选择：因本所10kV侧采用单母线分段接线形式，且选用三台所用变，故使三台所用变分别接于三段10kV母线上。其中，所用变高压侧接消弧线圈做接地变使用，所用变二次侧采用三相四线制接线，给本所所用低压负荷供电。3.5.2 所用变型号选择由，查变压器选型表，选用型号为XDZC-750kVA/10.5kV的所用变，其有关参数见表3.5：表3.5 所用变型式选择结果型号额定容量/kVA额定电压/kVXDZC-750750103.6 无功补偿设计3.6.1 无功补偿设计意义与原则电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力网络安全经济运行，对保证用户的安全用电和产品质量是非常重要的，根据统计，用户消耗的无功功率是它的有功功率的50100%，同时电力系统本身消耗的无功功率可达到用户的2575%。无功功率的不足，将造成电压的下降，电能损耗增大，电力系统稳定的破坏，所以电力系统的无功电源和无功功率必须平衡，总之，补偿变压器的无功损耗，补偿高压网的无功缺额，可以减少无功功率的传输，提高电压质量和减小电能损耗。无功补偿原则：根据并联电容器装置设计技术规程SDJ25-85第1.02条 电容器装置的设计须执行国家的技术经济政策，并根据安装地点的电网条件、谐波水平、自然环境、运行和检修要求等合理和运行检修要求合理地选择接线方式，布置型和控制、保护方式，做到安全可靠、经济合理和运行检修方便。第1.03条 电容器装置的总容量应该根据电力系统武功规划设计，调相调压计算及技术经济比较确定，对35110kV难点所中电容器装置的总容量，按照无功功率就近平衡的原则，可按主变压器容量的15%30%来考虑。本所为地区变电所，取主变压器容量的15%，即：第2.1.3条 电容器装置宜设在主变的低压侧或主变的主要负荷侧。第2.1.1条 小电流接地系统的电容器装置应采用中性点不接地的星形或双星形接地。3.6.2 补偿方法补偿方法主要有串联补偿和并联补偿两类。其中，串联补偿主要是采用串联电容器装置；并联补偿主要采用并联电容器装置、静止补偿装置和并联电抗器装置等。本设计采用并联电容器补偿装置，向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗，提高电网电压和功率因数。3.6.3 补偿电容器选择本设计采用的是并联补偿装置。查设计计算资料可选择型号为的电容器，其技术参数见表3.6：表3.6 并联电容补偿器技术参数补偿电容器型号额定电压（kV）额定容量（kVar）额定电容（F）质量（kg）50039.4894外形尺寸LL1L2Bh1hHF62568573517365592计算并联电容器个数为： 因为本所采用Y型连接，应选36个。4 短路电流计算4.1 短路电流计算概述4.1.1 短路电流计算的目的在变电所电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。其目的主要是为以下提供方面的确定依据。(1) 电气主接线比选(2) 选择导体和电器(3) 确定中性点接地方式(4) 计算软导体的短路摇摆(5) 确定分裂导线间隔棒的间距(6) 验算接地装置的接触电压和跨步电压(7) 选择继电保护装置和进行整定计算4.1.2 系统运行方式的确定系统运行方式主要有两种，即系统最大运行方式和系统最小运行方式。现将简介这两种系统运行方式。4.1.2.1 系统最大运行方式 根据系统最大负荷的需要，电力系统中的所有可以投入的发电设备都投入运行，以及所有线路和规定接地的中性点全部投入运行的方式。该运行方式是考虑了系统510年的发展，对于本设计要考虑远景发展。该运行方式主要用在电气设备的选择校验和保护的整定计算中。4.1.2.2系统最小运行方式 根据系统负荷为最小，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少数接地的运行方式。该运行方式主要针对近期系统规模而言，主要用在保护的灵敏度校验当中。4.1.3 短路形式的确定 三相系统中短路的基本类型有四种，即三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。电气设备的动、热稳定校验，一般按短路情况最严重的短路形式计算，而电气距离距电源较远的变电所，一般三相短路最严重，故本设计中短路电流均按三相短路的情况进行计算。4.1.4 短路计算点的确定选取短路计算点的个数，主要依据变电所的电压等级数，故本所设三个短路点，分别以f1,f2表示110kV和10kV工作母线上的短路点，其中10kV侧计算并列和分列运行两种情况的短路电流。然后根据这三个短路点来依次计算对应点的短路电流值，并利用这三个短路点的短路电流值来校验电气设备和继电保护。4.2 短路电流的计算高压短路电流计算一般只计及各元件的电抗，采用标幺制形式的近似计算法。标幺制中各物理量均用标幺值来表示，此方法使运算步骤简单、数值简明便于分析。 4.2.1 基准值的选取基准有四个，即基准容量（）、基准电流（）、基准电压（）和基准阻抗（）。在此计算中，选取基准容量=100MVA，基准电压为各电压级的平均额定电压（115kV、10.5kV）。选定基准量后，基准电流和基准阻抗便已确定：基准电流： (4.1)基准阻抗： (4.2)4.2.2 元件电抗标幺值的计算(1) 系统S的等效电抗标幺值： 或 (4.3)式中 系统的容量，MVA； 系统以其本身容量为基准的等效电抗标幺值。(2) 线路电抗标幺值： (4.4)式中 线路单位长度的电抗值，110kV及以下一般为单根导线，为0.4/km； L 线路的长度，km。(3) 变压器电抗标幺值：本设计中主变为双绕组 (4.5)4.2.3 网络化简网络化简的目的是简化短路电流计算，以求得电源至短路点间的等值阻抗。表4.1网络变换的图形和公式表变换名称变换前网络变换后网络变换后等值电抗串联并联4.2.4 各短路点的短路电流计算本设计仅有两个电源，且它们距本所的电气距离差别较大，故采用个别法来计算各短路点的短路电流。各短路点的短路电流计算步骤如下：(1) 网络化简，得到各电源对短路点的转移电抗；(2) 求各电源的计算电抗（将各转移电抗按各电源容量归算）： (4.6)(3) 查运算曲线，得到以各电源容量为基准值的各电源至短路点电流标幺值；(4) 求(3)中各电流的有名值之和，即为短路点的短路电流，并计算短路电流冲击值。在本设计计算中，考虑了远期发展中三台主变低压侧是并列运行还是分列运行，将两种运行情况均考虑在内。4.2.5 短路电流的计算结果 短路电流的计算结果见表4.2表4.2短路电流计算的结果（kA）电压等级ItkItk/2110kV母线9.793.73.743.749.4410kV母线107.2221.59621.59621.59655.0710kV母线（分列运行）107.2211.76111.76111.76129.99短路电流计算过程见附录计算书。5 电气设备选择5.1 电气设备选择的一般原则与技术条件5.1.1 电气设备选择的一般原则(1) 力求技术先进、安全适用、经济合理；(2) 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；(3) 应按当地环境条件校核；(4) 应与整个工程的建设标准协调一致；(5) 选择的导体品种不宜太多；(6) 选用新产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。5.1.2 电气设备选择的技术条件参考导体和电器选择设计技术规定SDGJ 14-86的有关规程：(1) 按长期工作条件选择选择的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压（规程第1.1.3条）；即：选用的导体长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流（规程第1.1.4条）；即：或以下列出主要回路的最大持续工作电流的计算公式：汇流母线：110kV主母线： (5.1)10kV主母线： (5.2)110kV系统联络线： (5.3)分段回路：110kV分段： (5.4)10kV分段： (5.5)负荷出线回路：单回线： (5.6)双回线： (5.7)10kV并联电容器补偿回路： (5.8)所用变（或接地变）回路： (5.9)(2) 按经济电流密度选择导体除配电装置的汇流母线外，对于全年负荷利用小时数较大、母线较长，传输容量较大的回路，均应按经济电流密度选择导体截面。即：(3) 按当地环境条件校验海拔条件：海拔在1000m以下时，可不考虑海拔条件；海拔在1000m及以上时，需考虑海拔对电气设备选择的影响。温度条件：我国电气设备使用的额定环境温度为+40。 (5.10)式中 K修正系数；导体或电器长期发热允许最高温度；安装地点周围环境温度；定环境温度其中周围环境温度的确定：裸导体（屋外：最热月平均最高温度；屋内：最热月平均最高温度+5度）电器（屋外：年最高温度；屋内：最热月平均最高温度+5度）(4) 按短路情况校验1) 动稳定校验 电器： (5.11)式中 动稳定电流峰值（有效值），kA； 短路冲击电流峰值（有效值），kA；导体： (5.12)式中 导体允许应力、最大应力，Pa；2) 热稳定校验电器： (5.13)式中 t秒时的短路电流，kA；导体： （或 -钢芯铝绞线采用） (5.14)式中 导体的实际截面、允许最小截面，： 短路热效应，； 导体集肤效应系数；C 热稳定系数(5) 短路计算时间计算短路电流热效应时所用的短路切除时间等于继电保护动作时间与相应断路器的全开断时间之和，即。断路器的全开断时间等于断路器的固有分闸时间与燃弧时间之和，即 。验算裸导体的短路热稳定时，宜采用主保护动作时间；验算电器的短路热稳定时，宜采用后备保护动作时间。(6) 电晕电压校验1) 导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声、无线电干扰和金属腐蚀等不良影响。2) 为了防止发生全面电晕，要求110kV及以上裸导体的电晕临界电压Ucr应大于其最高工作电压，即。在海拔不超过1000m的地区，下列情况可不进行电晕电压校验： 110kV采用了不小于LGJ-70型钢心铝绞线和外径不小于20型管形导体时。220kV采用了不小于LGJ-300型钢心铝绞线和外径不小于30型的管形导体时。5.2 导体的选择导体分为裸导体和电力电缆两种。裸导体一般可分为硬导体和软导体。硬导体主要有矩形、槽形、管形等形状；软导线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线及扩径导线等形式。常用导体材料有铜、铝及铝合金。铜的电阻率低、机械强度大、抗腐蚀性强，是很好的导体材料；但其储存量不多，价格贵。铝的电阻率虽为铜的1.72倍，但其密度只有铜的30%，且其储量丰富，价格低廉。铝合金在铝基础上提高了机械强度和抗腐蚀性。5.3 高压断路器和隔离开关的选择5.3.1 断路器种类和型式的选择按照断路器采用的灭弧介质可分为少油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。 5.3.2 额定电压和电流选择 ， (5.15)式中 、分别为电气设备和电网的额定电压，kV、分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流，A。5.3.3 开断电流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 (5.16)5.3.4 短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时间的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值。 (5.17)5.3.5 断路热稳定和动稳定的校验校验式分别为： ， (5.18)5.3.6 隔离开关的选择隔离开关也是发电厂和变电所中常用的开关电器。它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。5.4 互感器的选择根据技术规定SDGJ14-86：第10.0.1条：电压互感器应按下列技术条件选择和校验 一次回路电压 二次电压 二次负荷 准确度等级 继电保护及测量的要求第10.0.3条电压互感器的型式应按下列使用条件选择： 3-20kV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。 35kV配电装置宜采用电磁式电压互感器。 110kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。第10.0.7条：用于中性点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V，用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等一次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、1V）和小电流（5、1A）。电流互感器的二次侧绝对不能够开路。电压互感器的二次侧绝对不能够短路。5.4.1 种类和型式的选择选择电流互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式）选择其型式。当一次电流较小时，宜优先采用一次绕组多匝式，弱电二次额定电流尽量采用1A，强电采用5A。5.4.2 一次回路额定电压和电流的选择 ， (5.19)式中 、分别为电气设备和电网的额定电压，kV、分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电, A5.4.3 等级和额定容量的选择互感器所选定准确级所规定的额定容量应大于等于二次侧所接负荷，即 (5.20)5.4.4 热稳定和动稳定的校验 ， (5.21)式中 为电流互感器1s通过的热稳定电流，为电流互感器的动稳定电流。5.5 电气设备选择一览表 电气设备选择包括导体、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、支柱绝缘子以及穿墙套管的选择。具体选择的型号见表5.1-5.6：表5.1导体选择结果回路110kV10kV母线铝锰合金管型导线LMY-1008双条平放主变引出线LGJ-185LMY-10010双条平放表5.2 110kV负荷出线及电流互感器选择结果电流互感器型号负荷出线型号备用1LQJC-10(70/5)LGJ-95备用2LQJC-10(70/5)LGJ-95表5.3 10kV负荷出线及电流互感器选择结果电流互感器型号单芯铝导体交联聚乙烯绝缘电缆缆芯截面（单位）毛纺厂LFZ1-10(250/5)400针织厂LFZ1-10(270/5)150橡胶厂LQJC-10(150/5)150棉纺厂LFZ1(400/5)400印刷厂LFZ1-10(400/5)400柴油机厂LAJ-10(600/5)400市区LFZ1-10(400/5)240备用16LQJC-10(150/5)150表5.4 断路器和隔离开关选择结果电压等级断路器隔离开关110kVLW6-110/3150GW5-110W/125010kV分段LN-10/200010kV主变引下线LN-10/200010kV负荷出线LN-10/2000表5.5 电压互感器与电流互感器电压等级电流互感器电压互感器110kV母线JCC3-110B110kV分段LCWB4110(800/5)110kV主变引下线LCWB4-110(300/5)10 kV母线JDX-1010kV分段LMZJ1-10(2000/5)10kV主变引下线LMZJ1-10(2000/5)表5.4 支柱绝缘子与穿墙套管设 备型 号支柱绝缘子ZL-10/8穿墙套管CB-106 配电装置选择和总平面设计6.1 配电装置的选择6.1.1 设计依据