某市110kV中心变电所电气一次部分初步设计1

XXXX 工业高等专科学校工业高等专科学校毕业设计毕业设计（ （论论文）文）题目题目 某市某市 110kV 中心变电所中心变电所 电气一次部分初步设计电气一次部分初步设计 系系 别别 电电 气气 工工 程程 系系 专专 业业 班班 级级 姓姓 名名 学学 号号 指导教师（职称）指导教师（职称） （副教授）（副教授） 日日 期期 20122012 年年 2 2 月月 2929 日日 某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 IXX 工工业业高等高等专专科学校科学校毕业设计毕业设计（ （论论文）任文）任务书务书毕业设计（论文）题目某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计校内（外）指导教师职 称工作单位及部门联系方式副教授一、题目说明（目的和意义）：随着国民经济的发展，某市需新建一 110kV 中心变电所。本设计通过对 110kV 一次降压变电所一次部分的理论设计，使学生对所学过的专业知识有一较系统的整理和集成，同时熟悉和掌握工业环境下变电所的一般设计方法、设计思路、过程，为将来从事实际工作打下坚实的理论基础。二、设计（论文）要求（工作量、内容）：（一）内（一）内 容容 1 选择变电所主变台数、容量及型式； 2 设计本变电所的电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个最佳方案； 3 进行必要的短路电流计算； 4 对必须的防雷接地系统进行设计； 5 选择和校验所需的电气设备。（二）要（二）要 求求 1 根据已给出的技术参数与条件，提出两个以上的主接线方案，并优选出一个进行设计； 2 选择变压器台数、容量及型式； 3 设计对变电所厂区和主变进行防雷设计； 4 对设备和器件选择进行表册，并作出技术评估和改进意见； 5 写出设计说明书，其中须附有 200 字左右的中、英文摘要。 某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 II三、进度表日 期内 容20112012 学年十五周-十六周十七周-十九周二十周20112012 春第一周-第二周变电所主接线图设计；根据企业平面布局图确定变电所位置；变电所总体布置方案设计；变压器保护系统设计；防雷接地系统设计；设备、器件选择及表册；技术评估。撰写论文答辩完成日期2011 2012 学年秋 第二十周答辩日期20112012 学年春 第一、二周 四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量：1刘介才主编工厂供电（第三版）北京:机械工业出版社，20002工厂配电设计手册北京:水利电力出版社，19843工厂常用电气设备手册（上、下及补充册）北京:水利电力出版社，19863刘光源主编电工实用手册北京:中国电力出版社，20004何利民，尹全英主编简明电工手册北京:中国建筑出版社，19955张凤珊主编电气控制及可编程控制器北京:中国轻工业出版社，19996金代中主编电工速查速算手册北京:机械工业出版社，2001教研室意见： 教研室主任（签字）： 2011 年 10 月 日注：本任务书要求一式两份，一份打印稿交教研室，一份电子稿交系办。附页：附页：110kV 一次降压变电所技术设计技术参数与条件一次降压变电所技术设计技术参数与条件某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 III一、给定参数一、给定参数1 设计变电所建在城西 2KM 处，建成后，除向周围地区负荷供电外，还输送部分系统的交换功率。2系统电源情况如下： 综合小水电：S=24MVA ，L1= 20KM ，35kV 双回送入变电所，丰水期满发电，枯水期只发三分之一容量，近区用电及站用电占发电容量的 10% ，最大运行方式时的综合电抗折算至 SJ=100MVA 时， XJ*=3 。本市火电厂：发电机两台， Pe=5MW ， cose=0.8 ， Xd=0.18, 经一台双绕组变压器 SL712500kVA ，6.3kV/35kV ，Ud%=8 ，L2= 5KM 用架空线输入变电所，其厂用电占 5%，近区用电占 15% 。 省电网：由西南方向经 110kV ，L3= 65KM 的输电线路与变电所相连，对本市的发供电起综合平衡作用。3变电所最大负荷利用小时数 TMAX=6000h, 同时率取 0.9。4 10kV 用户负荷资料如下表所示：序号用户名称最大负荷负荷级数功率因数1城市区8MW0.952化肥厂2MW0.903工业区3.5MW0.904农机厂1.5MW0.855开发区4MW0.85 变电所建成后第五年总负荷增加到 30.6MW ，建成后第十年总负荷增加到 49.3MW。 5 变电所自用负荷以 2 台 100kVA 考虑。 6 气象及地质条件：设计变电所地处半丘陵区，无污染影响，年最高温度 40 度，最热月平均温度 34 度，年最低温度 40 度，最热地下 0.8M 处土壤平均温度 30.4 度，海拔高度为 50M 。2、变电所的地理位置图变电所的地理位置图某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 IV摘摘 要要变电所作为电力系统中的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。本论文中待设计的变电所是一座降压、枢纽变电所，在系统中起着汇聚、分配和平衡电能的作用，担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务。该变电所的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、经济地运行的目的。本论文某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 ，首先通过对原始资料的分析及根据变电所的总负荷选择主变压器，同时根据主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电所电气主接线方案。其次进行短路电流计算，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。再根据计算结果及各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等） 。本次设计基本上满足了任务书的要求，同时也满足了变电所的设计要求，使电力系统能够安全、稳定的运行。关键词关键词 电气主接线设计，短路电流计算，电气设备选择，防雷 装置某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 VAbstractSubstation as an important part of the power system, the direct impact of the whole power system safety and economical operation. This thesis to design of the substation is a step-down, hub substation, plays a gathering in the system, the distribution and balance the role of electrical energy, assuming the factory to the region, rural power supply an important task. The completion of the substation, not only enhance the local power grid network structure, and for local industrial and agricultural production to provide enough power, so as to make the region grid, reliable, economic operation purpose.This essay, the city of 110 kV electrical substation center is a part preliminary design, first by the original material analysis and the total load selection of substation according to the main transformer, and at the same time, according to the wiring the reliability and flexibility, fuel economy requirements, the choice to choose the two main connection scheme in the technical comparison, eliminated the worse of the scheme, to determine a substation is the main electrical wiring scheme.Next to short-circuit current calculation, from three-phase short-circuit calculation when short circuit happened in each get busbar voltage level, the short circuit current and impact of the current steady-state value. Again according to the calculation result and the rated voltage of voltage level and maximum continuous work current main electrical equipment selection and the check (including circuit breaker, isolating switch, current transformer, voltage transformer, etc.).This design basically meet the requirements of the project, but also meet the design requirements of the substation, power system to the operation of the safe and stable.Keywords : Electrical main wiring design; short-circuit current calculation; electrical equipment selection; lightning protection equipment某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 1目目 录录第一章第一章 绪绪 论论.11.1 选题背景.11.2 选题意义.11.3 变电所发展概况.11.4 设计原始资料.11.4.1 变电所的出线.11.4.2 负荷情况.21.5 设计内容.2第二章第二章 电气主接线的选择电气主接线的选择.32.1 选择原则.32.1.1 主接线设计的基本要求及原则.32.1.2 变电所主接线设计原则.32.1.3 主接线的基本形式和特点.42.1.4 变电所各接线方案的确定.42.2 主接线的形式.42.2.1 110kV 侧主接线方案 .42.2.2 35kV 侧主接线方案 .52.2.3 10kV 侧主接线方案 .72.2.4 最优方案的确定.7第三章第三章 主变压器的选择主变压器的选择.83.1 变电所主变压器台数的确定.83.1.1 主变台数确定的要求.83.1.2 变电所主变压器容量的确定.83.1.3 变电所主变压器型式的选择.83.2 站用变台数、容量和型式的确定.93.2.1 站用变台数的确定.93.2.2 站用变容量的确定.93.2.3 站用变型式的选择.9第四章第四章 短路电流计算短路电流计算.104.1 短路电流计算的目的及假设.104.1.1 短路电流计算的目的.104.1.2 短路电流计算的一般规定.104.1.3 短路电流计算的基本假设.104.2 短路电流计算的步骤.104.3 短路电流的计算.124.3.1 短路点的计算.124.3.2 短路点的确定及其计算.134.3.3 绘制短路电流计算结果.16第五章第五章 电气设备的选择电气设备的选择.175.1 电气设备选择的一般原则.17某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 25.1.1 电气设备选择的一般技术条件.175.1.2 按正常工作条件选择电气设备.175.1.3 按短路情况校验.185.2 高压电气设备.195.2.1 断路器选择与校验.205.2.2 隔离开关的选择与校验.225.2.3 电流互感器选择与校验.235.2.4 电压互感器的选择及校验.255.2.5 母线与电缆的选择与校验.26第六章第六章 防雷和接地设计防雷和接地设计.286.1 防雷设计.286.1.1 变电站的直击雷保护.286.1.2 变电站的侵入雷电波保护.296.1.3 变压器的防雷保护.306.1.4 内部过电压保护.316.2 接地设计.316.2.1 接地概述.316.2.2 接地网型式的选择.31结结 论论.32致致 谢谢.33附附 录录.34参考文献参考文献.35某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 1第一章第一章 绪绪 论论1.11.1 选题背景选题背景电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理的使用及分配电力，必须从工程的设计来提高电力系统的可靠性、灵活性和经济运行效率，从而达到降低成本，提高经济效益的目的。变电所是电力系统配电传输不可缺少的重要组成部分，它直接影响整个电力网络的安全和电力运行的经济成本，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。电气主接线是发电厂变电所电气部分的主体，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置方式的确定，对电力系统的可靠、灵活、经济运行起着决定的作用。目前，110kV、35kV 常规变电所在城农网中仍占有较大的比重，其一次、二次设备都比较落后，继电保护装置多为电磁式继电器组合而成，一般只具有当地控制功能，多为有人值班运行方式。随着电网运行自动化系统的提高,变电所综合自动化系统发挥着越来越强大的作用,少人或无人值守变电所将成为今后变电运行的主流方式，对原有电站及新建电站实现无人值守势在必行。对设计人员来讲，我们只有不断提高自身素质，才能跟得上电力系统的飞速发展，为电力事业的兴盛尽一点微薄之力。1.21.2 选题意义选题意义变电所是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电所起变换电压作用的设备是变压器，除此之外，变电所的设备还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等，有的变电所还有无功补偿设备。本设计针对变电所进行设计，设计内容包括：变压器台数和容量的选择、主接线的选择、短路电流的计算、主要电器设备的选择和校验、继电保护及变电所防雷等。通过对 110kV 降压变电所电气部分的设计，使我明白其目的在于使我们通过这次毕业设计，能够得到各方面的充分训练，结合毕业设计任务加深了对所学知识内在联系的理解，并能灵活的运用。1.31.3 变电所发展概况变电所发展概况随着计算机技术的飞速发展，微型计算机技术在电力系统中得到了越来越广泛的应用，它集变电所中的控制、保护、测量、中央信号、故障录波等功能于一身，替代了原常规的突出式和插件式电磁保护、晶体管保护、集成电路保护。常规控制、保护装置已逐步从电力系统中退出，取而代之的则是这种新型的微机监控方式，它运用了自动控制技术、微机及网络通信技术，经过功能的重新组合和优化设计，组成计算机的软硬件设备代替人工,利用变电所中的远动终端设备来完成对站中设备的遥信、遥测、遥调、遥控即四遥功能。这就为实现变电所无人值守提供了前提条件。变电所、所综合自动化和无人值守是当今电网调度自动化领域中热门的话题，在当今城、农网建设改造中正被广泛采用。1.41.4 设计原始资料设计原始资料1.4.11.4.1 变电所的出线变电所的出线变电所的电压等级为 110kV/35kV/10kV，设两台主变，变电所最终规模的进出线回路某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 2数为：110kV：省电网35kV：3 回（电源进线）10kV：6 回（终端用户）1.4.21.4.2 负荷情况负荷情况35kV、10kV 负荷情况见下表。表表 1.11.1 负荷情况表负荷情况表电压等级负荷级别最大负荷（MW）合计负荷（MW）I8III2II3.5III1.510kVII419 MW站用电I0.40.4 MW线路长度110kV： 架空线，65 公里35kV： 架空线，45 公里1.51.5 设计内容设计内容本次设计的题目是某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 。根据设计的要求，在设计的过程中，根据变电站的地理环境，容量和各回路数确定变电站电气主接线和站用电接线并选择各变压器的型号、进行参数计算、画等值网络图、并计算各电压等级侧的短路电流、列出短路电流结果表、计算回路持续工作电流、选择各种高压电气设备、并根据相关技术条件和短路电流计算结果表校验各高压设备。某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 3第二章第二章 电气主接线的选择电气主接线的选择2.12.1 选择原则选择原则电气主接线是变电所设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。主接线案的确定与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。并对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。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。2.1.12.1.1 主接线设计的基本要求及原则主接线设计的基本要求及原则变电所主接线设计的基本要求有以下几点：1.可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线的设计必须满足这个要求。因为电能的发送及使用必须在同一时间进行，所以电力系统中任何一个环节故障，都将影响到整体。供电可靠性的客观衡量标准是运行实践，评估某个主接线图的可靠性时，应充分考虑长期运行经验。我国现行设计规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结，设计时应该予以遵循。 2.灵活性 电气主接线不但在正常运行情况下能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，能尽快的退出设备、切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，并在检修设备时能保证检修人员的安全。 3.操作应尽可能简单、方便 电气主接线应简单清晰、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。4.经济性 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最小，占地面积最少，使变电所尽快的发挥经济效益。 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，应考虑到有扩建的可能性。2.1.22.1.2 变电所主接线设计原则变电所主接线设计原则1.变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不得采用分支接线。2.在 6-10kV 配电装置中，出线回路数不超过 5 回时，一般采用单母线接线方式，出线回路数在 6 回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大，出线需要带电抗器时，可采用双母线接线。 3.在 35-66kV 配电装置中，当出线回路数不超过 3 回时，一般采用单母线接线，当出线回路数为 48 回时，一般采用单母线分段接线，若接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。 4.在 110-220kV 配电装置中，出线回路数不超过 2 回时，采用单母线接线；出线回路数为 34 回时，采用单母线分段接线；出线回路数在 5 回及以上，或当“0220kV 配电装置在系统中居重要地位；出线回路数在 4 回及以上时，一般采用双母线接线。5.当采用 SF6 等性能可靠、检修周期长的断路器，以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。 某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 4总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规程为标准，结合具体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。2.1.32.1.3 主接线的基本形式和特点主接线的基本形式和特点主接线的基本形式可分两大类：有汇流母线的接线形式和无汇流母线的接线形式。在电厂或变电所的进出线较多时（一般超过 4 回） ，为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰、运行方便、有利于安装和扩建。缺点是有母线后配电装置占地面积较大，使断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器少，占地面积少，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的电厂和变电所。有汇流母线的主接线形式包括单母线和双母线接线。单母线又分为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；又母线又分为双母线无分段、双母线有分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等方式。无汇流母线的主接线形式主要有单元接线、扩大单元接线、桥式接线和多角形接线等。2.1.42.1.4 变电所各接线方案的确定变电所各接线方案的确定在对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的可靠性、灵活性、及经济性等基本要求，综合考虑在满足技术、经济政策的前提下，力争使其为技术先进、供电可靠安全、经济合理的主接线方案。供电可靠性是变电所的首要问题，主接线的设计，首先应保证变电所能满足负荷的需要，同时要保证供电的可靠性。变电所主接线可靠性拟从以下几个方面考虑：1.断路器检修时，不影响连续供电。2.线路、断路器或母线故障及在母线检修时，造成馈线停运的回数多少和停电时间长短，能否满足重要的 I、II 类负荷对供电的要求。3.变电所有无全所停电的可能性。主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便，高度灵活，检修安全，扩建发展方便。 主接线的可靠性与经济性应综合考虑，辩证统一，在满足技术要求前提下，尽可能投资省、占地面积小、电能损耗少、年费用（投资与运行）为最小。2.22.2 主接线的形式主接线的形式2.2.12.2.1 110kV110kV 侧主接线方案侧主接线方案A 方案：单母线分段接线（见图 2-1）QFQSQSQFQFQSQSQSQSQSQFQF图 2-1 单母线分段接线某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 5B 方案：双母线接线（见图 2-2）QFQFQSQSQSQSQSQFQFQFQSQS图 2-2 双母线接线分析：A 方案的主要优缺点：1.母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作。2.双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电。3.一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电。4.任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作。5.出线为双回线路时，会使架空线出现交叉跨越。6.110kV 为高电压等级，一旦停电，影响下级电压等级供电，其重要性较高，因此本变电所设计不宜采用单母线分段接线。 B 方案的主要优、缺点：1.检修母线时，电源和出线可以继续工作，不会中断对用户的供电。2.检修任一母线隔离开关时，只需断开该回路。3.工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电。4.可利用母联开关代替出线开关。5.便于扩建。6.双母线接线设备较多，配电装置复杂，投资、占地面积较大，运行中需要隔离开关切断电路，容易引起误操作。7.经济性差。结论：A 方案一般适用于 110kV 出线为 3、4 回的装置中；B 方案一般适用于 110kV 出线为5 回及以上或者在系统中居重要位置、出线 4 回及以上的装置中。综合比较 A、B 两方案，并考虑本变电所 110kV 进出线共 6 回，且在系统中地位比较重要，所以选择 B 方案双母线接线为 110kV 侧主接线方案。2.2.22.2.2 35kV35kV 侧主接线方案侧主接线方案A 方案：单母线接线（见图 2-3）某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 6QSQFQFQSQSQSQSQSQFQF.图 2-3 单母线接线B 方案：单母线分段接线 （见图 2-4） QFQSQSQFQFQSQSQSQSQSQFQF.图 2-4 单母线分段接线分析：A 方案的主要优缺点： 1.接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建，但可靠性和灵活性较差。2.当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作。3.出线开关检修时，该回路停止工作。B 方案的主要优缺点：1.当母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作。2.对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电。3.当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电。 4.任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作。5.当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。结论：B 方案一般速用于 35kV 出线为 4-8 回的装置中。综合比较 A、B 两方案，并考虑本变某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 7电所 35kV 出线为 2 回，所以选择 B 方案单母线分段接线为 35kV 侧主接线方案。2.2.32.2.3 10kV10kV 侧主接线方案侧主接线方案A 方案：单母线接线（见图 2-3） 。B 方案：单母线分段接线（见图 2-4） 。分析：A 方案的主要优缺点：1.接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建，但可靠性和灵活性较差。2.当母线或母线隔离开关发生故障或检修时；各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作。3.出线开关检修时，该回路停止工作。B 方案的主要优缺点：1.母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作。2.对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电。3.当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电。4.任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作。5.当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。结论：B 方案一般适用于 10kV 出线为 6 回及以上的装置中。综合比较 A、B 两方案，并考虑本变电所 10kV 出线为 6 回，所以选择 B 方案单母线分段接线为 10kV 侧主接线方案。 2.2.42.2.4 最优方案的确定最优方案的确定通过对原始资料的分析及根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电所电气主接线方案。即确定了本次设计主接线的最优方案（主接线图见附图） 。某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 8第三章第三章 主变压器的选择主变压器的选择3.13.1 变电所主变压器台数的确定变电所主变压器台数的确定3.1.13.1.1 主变台数确定的要求主变台数确定的要求 1.对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。 2.对地区性孤立的一次变电所或大型专用变电所，在设计时应考虑装设两台以上主变压器的可能性。考虑到该变电所为一重要中心、枢纽变电所，在系统中起着汇聚、分配和平衡电能的作用，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路带主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。3.1.23.1.2 变电所主变压器容量的确定变电所主变压器容量的确定主变压器容量确定的要求： 1.主变压器容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考到远期1020 年的负荷发展。2.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，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设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，对一般性变电所停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的 60%70%。由于变电所建成后第五年总负荷增加到30.6MW，建成十年后总负荷增加到 49.3MW,故选两台 40MVA 的主变压器就可满足负荷需求。3.1.33.1.3 变电所主变压器型式的选择变电所主变压器型式的选择具有三种电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求 10KV 及以下变电所采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国 110kV 及以上电压变压器绕组都采用连接；35kV 采用 Y 连接，0Y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型连接。表表 3.13.1 主变参数表主变参数表电压组合及分接范围阻抗电压空载电流连接组型号中压高压低压高-中高-低中-低SFSZ7-40000/1101.11010625%375%10.510.5186.513YN，yn0,d11某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 93.23.2 站用变台数、容量和型式的确定站用变台数、容量和型式的确定3.2.13.2.1 站用变台数的确定站用变台数的确定对大中型变电所，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电所具有两台主变压器和两段 10kV 母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。3.2.23.2.2 站用变容量的确定站用变容量的确定 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。3.2.33.2.3 站用变型式的选择站用变型式的选择 考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。表表 3.23.2 站用变参数表站用变参数表电压组合型号高压高压分接范围低压连接组标号空载损耗(kW)负载损耗(kW)空载电流(%)阻抗电压(%)S9-100/1010.55%0.4Y,yn00.291.501.64因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。根据设计要求，自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。电力工程电力设计手册规定“对于 35-110kV 变电所，可按主变压器额定容量的10%-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 10第四章第四章 短路电流计算短路电流计算4.14.1 短路电流计算的目的及假设短路电流计算的目的及假设4.1.14.1.1 短路电流计算的目的短路电流计算的目的1.在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2.在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3.在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4.在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5.按接地装置的设计，也需用短路电流。4.1.24.1.2 短路电流计算的一般规定短路电流计算的一般规定1.验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后 510 年） 。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应仅按在切换过程中可能并列运行的接线方式。2.选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的导步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3.选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。4.导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。4.1.34.1.3 短路电流计算的基本假设短路电流计算的基本假设1.正常工作时，三相系统对称运行。2.所有电源的电动势相位角相同。3.电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。4.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。5.元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响。6.系统短路时是金属性短路。4.24.2 短路电流计算的步骤短路电流计算的步骤目前在电力变电所建设工程设计中，计算短路电流的方法通常是采用实用曲线法，其步骤如下：1.选择要计算短路电流的短路点位置；2.按选好的设计接线方式画出等值网络图；（1）在网络图中，首选去掉系统中所有负荷之路，线路电容，各元件电阻；(2）选取基准容量 和基准电压 UB（一般取各级的平均电压）基准有四个，即基准容量（SB） 、基准电流（IB） 、基准电压（UB）和基准阻抗（ZB） 。在此计算中，选取基准容量 SB=1000MVA，基准电压 UB为各电压级的平均额定电压（115kV、37kV、10.5kV） 。某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 11选定基准量后，基准电流和基准阻抗便已确定：基准电流： 基准阻抗： ；3BBBSIU2BBBUZS(3)将各元件电抗换算为同一基准值的标么电抗（1）系统 S 或发电厂 G 的等效电抗标幺值： 或 （5.1）BSSSSXXSBGGGSXXS式中 、 系统或发电厂的容量，MVA；SSGS 、 系统或发电厂以其本身容量为基准的等效电抗标幺值。SXGX （4）线路电抗标幺值： （5.2）*02BLBSXX LU式中 线路单位长度的电抗值，其中，单根导线为 0.4/km，二分裂导线为0X0.31/km； 线路的长度，km。L （5）变压器电抗标幺值：本设计中主变为三绕组，已给出了各绕组两两之间的短路电压百分数，即、(12)%KU、。则可求出高、中、低压绕组的短路电压百分数，分别为(13%KU）(23%KU） （5.3a） 1(12(13(231%(%)2KKKKUUUU） （5.3b） 2(12(23(131%(%)2KKKKUUUU） （5.3c）3(13(23(121%(%)2KKKKUUUU）再按与双绕组变压器相似的计算公式求变压器高、中、低压绕组的电抗标幺值，分别为 （5.4a）11%100KBTTUSXS （5.4b）22% 100KBTTUSXS （5.4c）33%100KBTTUSXS（6）由上面的推断绘出等值网络图；3.对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，即转移电抗；4.求其计算电抗；5.由运算曲线查出短路电流的标么值；6.计算有名值和短路容量；7.计算短路电流的冲击值； ( 1）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 12标幺值：jdidIII 有名值： djdiIII* (2）计算短路容量，短路电流冲击值短路容量： IVSj短路电流冲击值： 55. 2IIcj8.绘制短路电流计算结果表。4.34.3 短路电流的计算短路电流的计算4.3.14.3.1 短路点的计算短路点的计算 基准值选取 SB=100MVA,UB为各侧的平均额定电压1.主变压器参数的计算 ：U12=10.5 U13=18 U23=6.5U1=(10.5+18-6.5)=1121U2=(10.5+6.5-18)=-0.521U3=(6.5+18-10.5)=7212.电抗标么值：X1=22. 05010010011100%1SSUNBX2=01. 0501001005 . 0100%2SSUNBX3=14. 0501001007100%3SSUNB3.站用变压器的计算： Ud%=4X4=401 . 010010041 . 0100%SUBd4.系统等值电抗计算110kV 母线侧：XS1=r1l1=650.4=0.1972BBUS2115100水电厂侧:XS2=r2l2=200.4=0.295212BBUS2128 .36100火电厂侧：某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 13Xs3= r3l3=650.4=0.1972BBUS2115100X水=0.2=0.678 . 0/24100X火=0.18=1.448 . 0/101004.3.24.3.2 短路点的确定及其计算短路点的确定及其计算在此变电所设计中，电压等级有四个，等值网络图如图 4-1 所示：图 4-1 等值网络图1.短路点 k1的计算见图 4-2图 4-2 k1 等值网络图短路回路总电抗为：=X15. 0705. 0197. 0705. 0197. 0电源总额定容量：=+=42.5MVAX8 . 0248 . 025计算电抗 ： Xjs=0.1506. 01005 .42某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 14X”*=7 .161jsXI” =16.70.213=3.6kAIsh=2.553.6=9.18kAIch=1.52I”=1.523.6=5.5kAS”=MVA9 .6851106 . 332.短路点 k2的计算见图 4-3图 4-3 k2 点等值网络图短路回路总电抗为：=X2 . 0902. 06 . 0302. 0电源总额定容量：=+=42.5MVANX8 . 0248 . 025计算电抗 ： Xjs=0.2085. 01005 .42X”*=kA8.111XjskA66. 03735 .42NZII” =0.6611.8=7.8kAIsh=2.557.8=19.89Ich=1.52I”=1.527.8=11.86kAS”=MVA85.472358 . 733.短路点 k3的计算见图 4-4图 4-4 k3 点等值网络图短路回路总电抗为：=1.042X电源总额定容量： =+=42.5MVANX8 . 0248 . 025计算电抗 ：某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 15Xjs=0.44X”*=3 . 21jsXkA3 . 25 .1035 .42NZII” =2.32.3=5.3kAIsh=2.555.3=13.5kAIch=1.52I”=1.525.3=8.1kAS”=MVA8 .91103 . 53短路点 k4的计算见图 4-5图 4-5 k4 点等值网络图短路回路总电抗为：=42+1.042=41X电源总额定容量：=+=42.5MVANX8 . 0248 . 025计算电抗 : Xjs=414 .171005 .42X”*=06. 01jsXkA34.614 . 035 .42NZII” =61.340.06=3.7kAIsh=2.553.7=9.4kAIch=1.52I”=1.523.7=5.6kAS”=MVA6 . 24 . 07 . 334.3.34.3.3 绘制短路电流计算结果绘制短路电流计算结果表表 4.14.1 短路电流计算结果短路电流计算结果数值 各量X”*(kA)I”(kA)Ish(kA)Ich(kA)S”(MVA)110kV16.73.69.185.5685.935kV11.87.819.8911.86472.85某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 1610kV2.35.313.58.191.80.4kV0.063.79.45.62.6第五章第五章 电气设备的选择电气设备的选择导体和电气的选择，必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到到技术先进合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。5.15.1 电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则 1.应满足正常运行、检修、短路和过电压状态下的要求，并考虑远景发展。2.应力求安全使用、技术先进、质量合格和经济合理。 3.应按当地环境条件长期工作条件下选择，按短路条件下校验，保证任何过电压情况下能正常运行。 4.应与整个工程的建设标准协调一致。 5.选择同类设备的品种不宜过多。 6.选用新产品应积极慎重，新产品应具有可靠的实验数据，并经过正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。5.1.15.1.1 电气设备选择的一般技术条件电气设备选择的一般技术条件选择的导体和电气应能在正常工作的条件下和发生过电压、过电流等情况下保持可靠运行。5.1.25.1.2 按正常工作条件选择电气设备按正常工作条件选择电气设备 1.额定电压 电器允许最高工作电压（）不得低于所接电网的最高运行电压（） ，即almUSmU。一般情况下，可按电器的额定电压（）不低于装设地点电网额定电压（almUSmUNU）的条件选择，即。NSUNUNSU2.额定电流电气设备的额定电流（） ，即在额定周围温度（）下的长期允许电流，考虑实际NI0温度后，应不小于回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流（） ，即 maxI或 (5.1)NKImaxIalKImaxI式中 综合校正系数。K以下列出主要回路的最大持续工作电流的计算公式：变压器回路： max1.051.05( 3)TNTNTNIISU(5.2)某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 17母线回路：中低压母线，取母线上最大一台主变的最大持续工作电流；高压母线： (5.3)max()3)TNNInSSSU穿越高压负荷（出线回路：单回线 ： (5.4)maxmax3cos )(1%)NIPU远（双回线 ： (5.5)maxmax0.83cos )(1%)NIPU远（分段回路： (5.6)max(0.50.8)TNII母联回路：取母线上最大一台主变的最大持续工作电流。 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分别为+40和+35。不同安装地区有不同的实际温度，表 5.1 列出了电气设备环境温度的确定方法，后面数据是本所实际环境温度。表表 5.15.1 电气设备在不同安装场所的实际环境温度电气设备在不同安装场所的实际环境温度电气设备安装场所实际环境温度（）0本所对应数值（）屋外最热月平均最高温度30裸导体屋内最热月平均最高温度+535屋外年最高温度40电器屋内最热月平均最高温度+535其它条件：电气设备的选择中，有些设备还要考虑到日照、风速、冰雪、污秽等环境条件的影响。5.1.35.1.3 按短路情况校验按短路情况校验1.短路热稳定校验 导体热稳定校验条件： (5.7)SminKSSQ KC式中 、 导体的实际截面、允许最小截面，；SminS2mm 短路热效应， （kA）2s；kQ 导体集肤效应系数；SK 热稳定系数。C电器热稳定校验条件： (5.8)2tIt KQ式中 t 秒时的短路电流，kA；tI2.短路动稳定校验 导体动稳定校验条件： 或 (5.9)esishiesIshI某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 18式中（） 动稳定电流峰值（有效值） ，kA；esiesI（） 短路冲击电流峰值（有效值） ，kA。shishI 电器动稳定校验条件： (5.10)almax式中 、 导体允许应力、最大应力，Pa。almax3.短路计算时间 导体热稳定校验的计算时间（）应为主保护动作时间（）和断路器全开断动Kt1prt作时间（）之和，即。abt1Kprabttt电器热稳定校验的计算时间（）为后备保护动作时间（）和断路器全开断动作Kt2prt时间（）之和，即。abt2Kprabttt4.其它方面校验除以上各方面的校验外，电器还应进行绝缘水平方面的校验，导体还应进行共振（硬导体特有） 、电晕等方面的校验。5.25.2 高压电气设备高压电气设备选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。1.电压 选用的电器允许最高工作电压，Umax不得低于该回路的最高运行电压 Ug,即，UmaxUg2.电流 选用的电器额定电流 Ie不得低于 所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流 Ig ，即 IeIg校验的一般原则：（1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。（2）用熔断器保护的电器可不校验热稳定。3.短路的热稳定条件QdIrt2Qdt在计算时间 ts 内，短路电流的热效应（kA2S）Itt 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA2S）T设备允许通过的热稳定电流时间（s）校验短路热稳定所用的计算时间 Ts 按下式计算t=td+tkd 式中 td 继电保护装置动作时间内（S）tkd断路的全分闸时间（s）热稳定校验 I2t*t= QK It、t-电器允许通过的热稳定电流和时间 QK-短路电流热稳定效应4.动稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是： iidwchIIdwchtdtdtdQQdIII2222/1012某市 110kV 中心变电所电气一次部分初步设计 19上式中 短路冲击电流幅值及其有效值ichIch 允许通过动稳定电流的幅值和有效值idwIdw = IesIsh 、-短路冲击电流幅值和电器允许通过的动稳定电流幅值IesIsh5.绝缘水平 在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。5.2.15.2.1 断路器选择与校验断路器选择与校验1.断路器形式的选择除需要满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行，维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压 6220kV 的电网一般选用少油断路器，QF 选择的具体技术条件如下：（1）电压：Ug(电网工作电压)Un （2）电流：Ig.max (最大工作持续电流) In （3）开断电流：IdtIkd IdtQF 实际开短时间 t 秒的短路电流周期分量 IkdQF 的额定开断电流 （4）动稳定： ichimax ichQF 极限通过电流峰值 imax三相短路电流冲击值（5）热稳定： I2tdzIt2t I稳态三相短路电流 tdz=tz+0.05,=I,/I和短路电流计算时间 t，可从（发电厂电气部分课程设计参考资料）短路电流同期分量等值时间 t 从而计算 tdz。2.QF 选择根据以下条件选择 QF电压：Ug(电网工作电压) Un ； 电流：Ig.max (最大工作持续电流) In