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摘要本设计书阐述了电网设计的基本的原理以及基本的步骤，变电所设计的基本原理以及基本步骤，介绍电网设计及变电所设计的方法。通过对技术经济的综合比较，从而确定电网接线方式及电线截面；进行电网潮流计算从而实现了110KV区域电网设计说明书和计算书。根据负荷资料，待设变电所的地理位置和供电情况作出了变压器的选择，再根据短路计算，最大负荷电流计算作出隔离开关及断路器选择，10KV硬母线选择，实现了降压变电所设计的说明书计算书自动生成。电网设计中重点研究了方案选择、精确潮流和调压计算，降压变电所设计设计着重讨论三相短路电流的计算、断路器和隔离开关选择、母线选择，设计了变电所主接线图纸和区域网接线图。关键词 区域电网的设计，变电所的设计， 潮流计算 ,短路计算，设备的选择Abstract This paper describes the basic principles of network design and the basic steps, basic principles of substation design and basic steps, described the design and the power substation design a general way. Through the technical and economic comparison of results, determine the network connection and wire cross-section; to 110KV power flow calculation to achieve regional power grid design specifications and calculations automatically. According to load data, to be set up power substations location and circumstances, to make the choice of transformer, and then under short-circuit calculation, calculation of the maximum load current switches and circuit breakers to isolate the choice, 10KV bus hard choices to achieve blood pressure changes electrical specification designed to automatically calculate the book. This paper focuses on the power grid design flow calculation, step-down substation design design short-circuit calculation circuit breaker option is an important part of the design. Key words network design, substation design, flow calculation, short-circuit calculation Equipment selection第一篇 设计说明书第一部分 区域电网说明书1电网有功功率的初步平衡1.1有功功率平衡的目的通过计算最大、最小负荷时发电厂的应发功率，能合理的确定发电厂的运行方式；通过比较发电厂额定出力及应发功率，可求出对应的潮流。1.2电力负荷（1） 在最大负荷情况下的发电负荷算法 新建电网 新建电网最大负荷之和c厂用电率（7%）d线损率（6%） 原有电网 式中： 原有电网最大负荷之和 总的发电负荷 发电机发出的功率 联络线上的潮流（2）在最小负荷情况下的发电负荷算法 新建电网 式中： 新建电网最小负荷之和 c厂用电率（7%）d线损率（6%）原有电网总的发电负荷发电机发出的功率联络线上的潮流高压配电网中有功功率平衡计算结果见下表2-1。 单位：MW计算结果原有电网新建电网总发电负荷发电机运行方式发电机总出力联络线上功率最大负荷34.41124.14158.55252+50 100 58.55最小负荷17.262.0779.27252+500.8 90 10.73由此可见：在最大负荷时，,故系统向该高压配电网送电58.55MW。在最小负荷时，故高压配电网向该系统送电10.73MW。2.新建电网电压等级的确定2.1选择原则根据电气工程专业毕业设计指南电力系统分册（陈跃主编）2.2本设计选择本次设计电力网的电压等级确定为110kV。3.确定电网的接线方案3.1拟定电网的接线方案3.2初步选择方案7种可行性方案初步筛选结果：方案1开关总数（台）线路总长（km）4+7+3+7+3=24(30+18+20+30)1.8=176.4km 方案2开关总数（台）线路总长（km）6+3+7+3+3=22(30+20+30+30)1.8=198km方案3开关总数（台）线路总长（km）6+3+7+3+3=22(30+30+20+21)1.8=181.8km方案4开关总数（台）线路总长（km）4+7+3+7+3=24(30+18+20+30)1.8=176.4km方案5开关总数（台）线路总长（km）4+7+3+7+3=24(30+34+20+21)1.8=189.6km方案6开关总数（台）线路总长（km）4+7+7+3+3=24(30+30+21+34)1.8=207km方案7开关总数（台）线路总长（km）7+3+3+3+4=20(20+30)1.8+30+30+18=168km方案8开关总数（台）线路总长（km）7+3+3+3+4=20(32+21)1.8+30+34+20=175.8km通过比较，初步选择方案3、74. 待建变电所主变台数、容量、型号的选择4.1 变电所主变台数的选择根据35110kV变电所设计规范（GB50059-92）第三章根据江苏省35kV220kV 变电所设计技术导则（试行）第3.1.8条:变电所的主变压器一般不宜少于两台，主变压器的容量应保证当其中一台停运时全部负荷的70供电。在负荷密度较大的地区，应考虑装设34 台主变压器。如有其他电源与自动化系统能保证变压器停运后其所带负荷，则可装设一台主变压器。4.2 变电所主变容量的选择4.2.1 选择原则根据发电机电气部分（姚春球主编）P1664.2.2 具体选择、校验方法1）一台运行可带走本所全部的最大负荷； 2）当其中一台退出时，剩下的可带走全部的重要负荷。 因此取上面最大值为查电气工程专业毕业设计指南电力系统分册（第二版）（陈跃主编）P166附表25，得出，若，则进行过负荷校验 计算欠负荷系数K1: 计算过负荷系数K2: 4.3 变电所主变型式的选择4.3.1 选择原则 根据发电机电气部分（姚春球主编）P1674.3.2 A、B、C、D四所变电所主变型号以及参数表4-1 各变电所主变型号选择结果变电所ABCD主变台数2222主变型号SFZ10-20000/110SFZ10-25000/110SFZ10-20000/110SFZ10-31500/110额定容量（kVA）20000250002000031500额定电压高压（kV）11081.25%11081.25%11081.25% 11081.25%额定电压低压（kV） 1111 1111连接组别YN,d11YN,d11YN,d11YN,d11空载损耗 （kW）2124.852129.54短路损耗（kW）88.4073.288.40125.80空载电流（%）0.560.500.560.50阻抗电压（%）10.510.510.510.5由此可见： 本设计中，四所变电所中的主变均为三相式双绕组的有载变，选择YN即有中性点引出并直接接地的连接组别。5. 选择导线截面5.1 技术比较步骤5.2 确定各变电所负荷5.2.1 求最大、最小负荷5.2.2 求各变电所最大负荷年利用小时数 表5-1各变电所负荷的情况变电所编号最大负荷(MW)功率因数COS负荷曲线性 质 A240.94B5256 24+j8.7112+j4.085B300.86B5256 30+j17.815+j8.9C230.95B5256 23+j7.5611.5+j3.78D310.94B5256 31+j11.2515.5+j5.6255.3 导线型号的选择5.3.1 选择原则截面积 双回线：5.3.2 导线截面积选择5.3.3 对所选导线进行校验1） 所选的全部导线满足机械强度的要求。表5-2满足机械强度要求的导线最小截面（）3525251616162）电晕校验导线截面积表5-3不必验算电晕临界电压的导线最小直径和相应的导线型号220330500（四分裂）750（四分裂）21.433.1LGJ50LGJ6004LGJQ3004LGJQ400（3）电压损耗的校验由算出在正常运行及故障情况下各段导线的电压损耗是否在允许范围里，需考虑最严重情况故障时至最远端变电所电压损耗（正常运行时U10%，故障时U1S时，Qk = Qp6.3.3短路电流计算结果表7-2系统最大运行方式下的短路电流（kA）间隔名称短路电流201、202、21029.427.2429.2374.843111.7211、21227.0125.126.368.762626.3213、21417.10515.416.343.541053.29711、7123.7743.7743.7749.644.157101.8871.8871.8874.811.041111214.634.634.6311.78645101、102、1102.3162.3162.3165.89611.2646.4变电所及系统短路故障分析6.4.1短路条件分析6.4.1.1电所与系统连接情况简图6.4.1.2短路电源分析 如系统连接图所示，拟建变电所E与220kV变电所D和220kV系统C直接向连；变电所发生短路，提供短路电流的电源也来自220kV变电所D和220kV系统C。220kV系统C容量和暂态电抗稳定，提供短路电流的大小取决于线路L4的运行方式。220kV变电所D与两个电厂连接，短路电流大小随运方不同而异，本设计考虑最不利的情况下，发生短路故障，所以220kV变电所D提供最大短路电流的方式就是发电厂A和发电厂B全接线运行，线路L1和线路L2均是双回同时运行，这样220kV变电所D提供容量最大，短路阻抗最小。6.4.1.3变电所主接线简图6.4.2变电所220kV侧短路故障分析6.4.2.1全接线运行时短路故障显然220kV网络在全接线条件下，短路时电流最大的。(1)全短路电流可能流过的断路器情况一：所有出现开关（211、212、213、214）接在正母线上运行，副 母线运行（210运行），这时候副母线发生短路，那么全短路电流流过210 开关；情况二：全接线运行时，主变压器220kV出口短路，那么全短路电流 流过201或202开关； 在这种情况下，各出线开关流过各支路提供的短路 电流。(2)大部分短路电流可能流过的断路器情况一：全接线运行时，211开关出口发生短路，那么211线路短路电流不流过211开关，其它短路电流流过211开关。包括系统系统C提供的短路电流，变电所D提供的短路电流的一半；全接线运行时，212开关出口发生短路和211开关出口发生短路情况完全相同；情况二：全接线运行时，213开关出口发生短路，那么213线路短路电流不流过213开关，其它短路电流流过213开关。包括变电所D提供的短路电流，系统C提供的短路电流的一半；全接线运行时，214开关出口发生短路和213开关出口发生短路情况完全相同；6.4.2.2非全接线运行时短路故障系统在全接线条件下，短路电流可能不是最大的，但流过断路器的短路 电流可能是最大的。在211开关运行，212开关冷备用情况下（线路L3是单线运行），发生母线短路，这时211开关流过变电所D提供的所有短路电流；在212开关运行，211开关冷备用发生母线短路的情况完全相同。在213开关运行，214开关冷备用情况下（线路L4是单线运行），发生母线 短路，这时213开关流过系统C提供的所有短路电流；在214开关运行，213开关冷备用发生母线短路的情况完全相同。6.4.2.3 计算分析（详见计算书）6.4.3变电所110kV侧短路故障分析变电所110kV侧的电源为220kV侧，那么110kV侧短路最大电流必定发生在220kV侧系统最大运方下。6.4.3.1两变压器并列运行时短路故障在这种运方下，发生110kV母线短路时，短路电流最大。在出线开关（711、712）出口处断路，流过该开关的是全部的短路电流；而流过母线分段开关（710）是全部短路电流的一半。6.4.4变电所10kV侧短路故障分析变电所10kV侧的电源为220kV侧，那么10kV侧短路最大电流必定发生在220kV侧系统最大运方下。6.4.4.1 两变压器并列运行时短路故障在这种运方下，发生10kV母线短路时，短路电流最大。在出线开关（111121）出口处断路，流过该开关的是全部的短路电流；而流过主变10kV出口开关（101、102）和母线分段开关（110）是全部短路电流的一半。6.4.4.2 一台变压器运行时短路故障在这种运方下，发生10kV母线短路时，短路电流将全部流过主变10kV出口开关（101、102）或母线分段开关（110）。6.4.4.3算分析（详见计算书）变压器并列运行时，母线短路流过10kV出口或分段断路器（102、102、110）的短路电流，比单台运行时母线短路流过该开关的短路电流小，所以10kV出口或分段断路器（102、102、110）应按单台运行时母线短路校验。7 断路器及隔离开关的选择7.1回路最大工作电流的计算7.1.1.方法详细计算见计算书。7.2环境温度 实际环境温度7.3断路器的选择7.3.1型式的选择本设计中10kV选用户内式真空断路器，220kV、110kV采用户外式SF6断路器。7.3.2选择校验项目详见计算书。7.3.3变电所各间隔选择7.4隔离开关的选择（详细见计算书）7.4.1型式的选择由设计资料可知，E变电所高压侧采用户外式，低压侧采用户内式。高压侧为电动操作机构，低压侧为手动操作机构。7.4.2选择校验项目（详细见计算书）7.4.3变电所各隔离开关选择（详细见计算书）8. 10KV硬母线的选择和校验8.1 材料、形状及布置方式8.1.1 材料在通常情况下都用铝母线：持续工作电流大的时候，采用铜母线。8.1.2 截面形状在35kV及以下，持续工作电流在4kA及以下的屋内配电装置中，一般采用矩形母线：在35kV及以上的屋外配电装置，可采用钢芯绞线；100kV及以上，持续工作电流在8kA以上的屋内、外配电装置，可采用管形母线。8.1.3 布置方式钢芯铝绞线母线，管形母线一般采用三相水平布置。矩形母线布置方式有三相水平布置和三相垂直布置。8.2 本案选择根据资料，本设计中10kV硬母线采用三相垂直布置竖放矩形铝导线。8.3 按长期发热允许电流校验 8.4 热稳定校验 8.5 动稳定校验 9. 电网继电保护的配置9.1 电网继电保护的配置原则满足继电保护的四项基本要求：速动性、可靠性、灵敏性、选择性。 9.2 220kV线路保护装设如下保护： 高频保护作为主保护 电流保护作为后备保护9.3 110kV线路保护9.4 变压器保护9.5 10kV出线保护第二篇 设计计算书第一部分 110kV区域电力网设计计算书1. 有功功率平衡1.1在最大负荷情况下的发电负荷 总的发电负荷 发动机发出的功率联络线上的潮流系统向该高压电网送电58.55 MW。1.2在最小负荷情况下的发电负荷总的发电负荷发动机发出的功率联络线上的潮流高压电网向该系统送电10.73MW。2. 高压配电网电压等级的选择本设计电力网的电压等级确定为110KV。3. 变电所主变容量的选择3.1 A变电所：根据的最大值，查油浸式电力变压器技术手册（江苏华朋）初选择。因为，所以不需要进行过负荷校验。所以A变电所选2台。 3.2 B变电所：根据的最大值，查油浸式电力变压器技术手册（江苏华朋）初选择。因为，所以需要进行过负荷校验。 校 验 ： 欠负荷系数： 过负荷系数： 查发电厂电气部分P439图11-6（a），在曲线上,对应于查得。故所选变压器满足正常过负荷要求，所以A变电所选2台。3.3 C变电所：根据的最大值，查油浸式电力变压器技术手册（江苏华朋）选择。因为，所以不需要进行过负荷校验，c变电所选2台。3.4 D变电所：根据的最大值，查油浸式电力变压器技术手册（江苏华朋）选择。因为，所以不需要进行过负荷校验，所以D变电所选2台。 变电所型号额定电压（kV）连接组别空载损耗(kW)负载损耗 (kW)空载电流阻抗电压高压低压A-20000/11011081.25%11，d112188.400.5610.5B-25000/11011081.25%24.8573.20.50C-20000/11011081.25%2188.400.56D-31500/11011081.25%29.54125.800.504.选择导线截面4.1 计算不同负荷曲线的最大负荷小时数 负荷曲线A： 负荷曲线B：4.2 方案3导线截面选择4.2.1 计算各变电所的最大最小 （1）A变电所：B变电所C变电所D变电所（2）下面为变压器损耗计算公式： A变电所变压器损耗: 同理B变电所变压器损耗： 同理C变电所变压器损耗： 同理D变电所变压器损耗： 同理 4.2.2 每段导线流过的最大电流（1）导线的初选（不计线路损耗）GA：双回线中的一回线选取的导线型号为LGJ120/25。GB：双回线中的一回线选取的导线型号为LGJ150/25BC：双回线中的一回线选取的导线型号为LGJ120/25。GD：双回线中的一回线选取的导线型号为LGJ120/25。下表为导线初选型号：表4-2初选导线型号 有关参数各段导线导线型号单位长度阻抗值(/KM)长度(KM)阻抗值()GALGJ-12030GBLGJ-15030BCLGJ-12021GDLGJ-120204.2.3 校验分以下几种情况进行校验：4.2.3.1机械强度校验S35mm2，满足要求，无需校验4.2.3.2电晕校验 4.2.3.3发热校验本案最高平均温度为32度，根据差值法求得温度修正系数K=1.125。GA双回线断开一回，流过另一回的最大电流为I=2x67.32=134.64A，小于1.125x380=427.5A，所以LGJ-120/25满足要求。GB双回线断开一回，流过另一回的最大电流为I=2x155.84=311.68A，小于1.125x445=550.625A，所以LGJ-150/25满足要求。BC双回线断开一回，流过另一回的最大电流为I=2x63.83=127.66A，小于1.125x380=427.5A，所以LGJ-120/25满足要求。GD双回线断开一回，流过另一回的最大电流为I=2x86.9=173.8A，小于1.125x380=427.5A，所以LGJ-120/25满足要求。4.2.3.4 电压损耗校验(1)正常情况下的电压损耗GA:满足要求GB: 满足要求。BC: GC=GB+BC=1.85%+2.12%=3.97%10%满足要求。GD: 满足要求。(2)故障情况下的电压损耗GA: 满足要求。GB：满足要求。 BC： 总损耗=3.7%+4.24%=7.94%15%满足要求。GD: 满足要求。4.3. 方案7导线截面选择4.3.1每段导线流过的最大电流应用直线插值法得到的经济电流密度J如下：导线的初选（不计线路损耗，且为均一网）每段导线流过的最大电流、经济截面和选择导线型号如下：GC、GD、CD如下： GA：双回线中的一回线选取的导线型号为LGJ150/25.GD：双回线中的一回线 选取的导线型号为LGJ120/25.CD：双回线中的一回线选取的导线型号为LGJ120/25.GB：双回线中的一回线选取的导线型号为LGJ185/30.4.3.2下表为导线初选型号 表4-2初选导线型号 有关参数各段导线导线型号单位长度阻抗值(/KM)长度(KM)阻抗值()GALGJ-15030GBLGJ-18530CDLGJ-12030GDLGJ-12020ABLGJ-185184.3.3导线的电压损耗校验（忽略线损和充电功率） (1)正常情况下的电压损耗GD:满足要求CD: 总损耗=2.68%+1.33%=4.01%10%满足要求。GA: 满足要求。GB: 总损耗=2.298%+3.37%=5.668%10%满足要求。(2)故障情况下的电压损耗GD:断开一回 满足要求。CD：双回路断开一回满足要求。 GA：断开GB 满足要求。GB:断开GA 满足要求。4.4 通过经济比较确定最佳方案4.4.1工程总投资4.4.1.1线路总投资方案3的线路总投资：方案3方案7长度GALGJ-120/25LGJ-150/2530GBLGJ-150/25LGJ-185/3030型号单价（万元/km） ABLGJ-185/3018LGJ-120/2514.75GDLGJ-120/25LGJ-120/2520LGJ-150/2515.10 CDLGJ-120/2530LGJ-185/2517.78BCLGJ-120/2521 (万元)方案（7）的线路总投资：(万元)（2）变电所总投资方案3：A、C、D变电所高压侧采用内桥接线；B变电所高压侧采用单母分段。其中，B变电所比典型接线多出的4个间隔费用为。方案7：A、 B、C变电所高压侧采用内桥接线； D变电所高压侧采用单母分段（4个间隔）。其中，D变电所比典型接线多出的4个间隔费用为。（3）工程总投资方案3方案74.4.2电能损耗方案（3）：GA：，GB：，,BC：，GD：，则方案（3）的电能总损耗=方案（7）：GA：，GB：，,GD：，CD：，则方案（7）的电能总损耗=4.4.3年运行费U4.4.3.1电能损耗费方案（3）电能损耗方案（7）电能损耗：4.4.3.2折旧费、维修、管理费用方案3：=2700.45*7%+6301.4*13%=1008.2（万元）方案7：=2633.9*7%+6301.4*13%=1003.56（万元）4.4.3.3年费用方案3的年费用=1971.73（万元）方案7的年费用=1967.09（万元）表6.1经济比较结果方案经济比较年费用(万元)总投资 Z(万元)电能损耗W MWh)总折旧 U(元)39001.8519501008.21971.7378935.3423751003.561967.09根据以上的技术比较和经济比较，方案7的总投资和年费用均较低，为最佳方案。5. 选定方案的潮流计算5.1变压器及线路参数计算5.1.1变压器参数表7-1 主变压器的参数变电所型号空载损耗(kw)负载损耗(kw)空载电流阻抗电压ASFZ10-20000/1102188.400.5610.5BSFZ10-25000/11024.85104.550.5010.5CSFZ10-20000/1102188.400.5610.5DSPZ7-31500/11029.54125.800.5010.5根据变压器给定的参数计算、。A变电所:B变电所: C变电所: D变电所: 5.1.2线路参数线段导线型号充电功率（Mvar/100km）长度（km）线路阻抗GALGJ-1501.0854306.3+j12.48GBLGJ-1851.1025305.1+j12.3CDLGJ-1201.0716306.69+j12.63GDLGJ-1200.7144204.46+j8.42ABLGJ-1850.6615183.06+j7.38 5.2 用运算负荷简化电力等值网络5.2.1 绘制等值网络图表7-3各变电所最大，最小负荷情况变压所编号最大负荷(MW)功率因数COS负荷曲线性 质A240.94BB300.86BC230.95BD310.94B5.2.2 各变电所等值负荷计算（最大，最小负荷均按两台变压器并列运行计 算）A变电所：最大负荷时： 最小负荷时： B变电所：最大负荷时： 最小负荷时： C变电所：最大负荷时： 最小负荷时： D变电所： 最大负荷时： 最小负荷时： 表5-4各变电所的变电所ABCD(MVA)(MVA)计及线路充电功率后的变电所等值电路运算负荷为： A 变电所： B 变电所： C 变电所： D 变电所： 表5-5各变电所的变电所ABCD(MVA)24.114+j9.77330.152+j19.76823.107+j8.78831.128+j12.48(MVA)12.039+j3.94115.05+j8.78311.537+j3.73615.55+j5.3375.2.3 简化后的网络图 AB段： CD段： 5.3 线路的潮流计算及变电所高压母线电压的计算5.3.1计算功率分布： 检验: 由此可见计算式成功的。（2）精确潮流计算最大负荷 （1）GCDG环网 初步潮流 有功功率分点和无功功率分点均在B 点，因此从B点把环网拆开进行精确潮流计算。5.3.2（1）GCD 段在最小负荷情况下:首段电压为计算功率分布： 检验: 由此可见计算式成功的。（2）精确潮流计算最小负荷 GCDG环网 初步潮流 有功功率分点和无功功率分点均在B 点，因此从B点把环网拆开进行精确潮流计算。5.3.3 GDC 段最大负荷情况下首段电压为（1）如图线路的功率损耗为：则从G输入到线路以及充电公率之和为：(2)计算电压降落及母线电压：线路四的电压损耗：所以D所高压母线电压为：线路AB的电压损耗为：所以D所的高压母线电压为：5.3.4 GDC 段最小负荷情况下首段电压为（1）如图线路的功率损耗为：则从G输入到线路以及充电公率之和为：(2)计算电压降落及母线电压：线路四的电压损耗：所以D所高压母线电压为：线路AB的电压损耗为：所以B所的高压母线电压为：发电厂节点电压ABCD115KV110.858112.26109.56109.67110KV108.6108.627108.024107.266调压计算6.1调压计算所需要的数据见下表参数ABCDZ()1.34+j31.771.01+j25.411.34+j31.770.756+j20.17 24.112+j9.03230.152+j19.52523.107+j8.57431.128+j12.6712.039+j3.54515.05+j8.5811.537+j3.18715.55+j5.52110.858112.26109.56109.67108.6108.627108.024107.266.2分接头的选择变电所调压要求选择原则C顺调压A逆调压BD恒调压Umin102%UN=10.2KVUmax105%UN=10.5KV6.3变电所的调压计算 （1）变电所A（逆调压）最大负荷下选：最小负荷下选：检验：(2)变电所B（
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