3510kV变电站设计

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学供配电技术供配电技术课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目： 35/10kV变电站设计变电站设计院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： 起止时间：起止时间： 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）I课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程及自动化学院 教研室：电气注：成绩：平时注：成绩：平时20%；论文质量；论文质量60%；答辩；答辩20%。以百分制算。以百分制算学 号080303031学生姓名王琳专业班级电气081课程设计（论文）题目35/10kV变电站设计课程设计（论文）任务要求对工厂 3510kV 供配电进行设计，已知负荷如表，功率因数不得低于 0.96. 负荷名称安装容量（kW）dKcostg供电距离（kM）金工车间11430.790.820.70 0.9铸钢车间47750.710.810.72 0.4铸铁车间14820.830.830.67 0.42水压机车间10000.700.850.62 0.5冷作车间5850.650.790.78 0.8附件车间1640.550.800.75 0.8热处理车间4760.630.750.88 0.98铸件清理车间4750.590.820.70 0.52机修车间1540.520.770.83 1.15煤气站10000.800.840.65 1.22氧气站10810.840.860.59 0.95设计具体内容：负荷计算；无功补偿方案设计；变压器的选择； 变电所主接线方案设计；短路电流计算；电气设备选择及校验；撰写课程设计说明书。指导教师评语及成绩平时成绩： 论文成绩： 答辩成绩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）II摘 要电能是工业生产的主要动力能源，工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换、分配到工厂车力系间中每一个用电设备上。工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电统的一个组成部分，保证安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统的的安全和经济运行以及合理利用能源。工厂供电设计方案必须符合国家标准中的有关规定，同时必须满足安全、可靠、优质、经济的要求。本课程设计为 35kV 降压变电所的设计，其负荷均为三级负荷，根据设计任务书的要求，本设计的主要内容包括：负荷计算及无功补偿，变压器的选择，主接线的选择，短路电流的计算，主要电气设备的选择和校验等。关键词：工厂供电；变电站；设计辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）III目 录第 1 章 绪论.11.1 变电站概况 .11.2 本文研究内容 .1第 2 章 负荷计算及无功补偿.22.1 负荷计算 .22.2 无功补偿 .4第 3 章 变压器的选择.63.1 主变压器台数的选择 .63.2 主变压器容量的选择 .63.3 主变压器形式的选择 .7第 4 章 主接线的设计.84.1 设计主接线的意义 .84.2 设计主接线的要求 .84.3 主接线的设计及论证 .9第 5 章 短路计算.125.1 短路的原因 .125.2 短路的后果 .125.3 短路计算的目的 .135.4 对本设计进行短路计算 .13第 6 章 电气设备的选择.166.1断路器的选择.166.2隔离开关的选择.186.3母线的选择.20第 7 章 总结.21参考文献.22辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）1第 1 章 绪论1.1 变电站概况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，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重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，它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设场所。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。1.2 本文研究内容本文所研究的是 35kV 降压变电站的主接线设计及变压器的选择，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑周全，尽量以最少的投资获得最佳的方案。按照要求选择合适的变压器。短路电流计算，对变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流进行了分别计算。电气设备动、热稳定校验，电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所需要满足的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目，主要电气设备型号及参数的确定。电气总平面及配电装置断面设计和无功补偿方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路的基本原理，在次基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计和保护，最后根据具体环境条件对电气设备进行校验，使本次设计的内容更加完善。辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）2第 2 章 负荷计算及无功补偿2.1 负荷计算供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节电力负荷进行统计计算通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。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，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定得过小，增加电能损耗，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，从而造成更大的损失。由此可见，正确确定计算负荷非常重要。下面，根据需用系数法对本系统进行负荷计算。（1）金工车间已知70. 0tan,82. 0cos,79. 0dKkWkWP97.902114379. 0)1(30var08.63270. 097.902)1(30kkWQ（2）铸钢车间已知72. 0tan,81. 0cos,71. 0dK kWkWP25.3390477571. 0)2(30 var98.224072. 025.3390)2(30kkWQ（3）铸铁车间已知67. 0tan,83. 0cos,83. 0dK kWkWP06.1230148283. 0)3(30 var14.82467. 006.1230)3(30kkWQ（4）水压机车间已知62. 0tan,85. 0cos,70. 0dK辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）3 kWkWP700100070. 0)4(30 var43462. 0700)4(30kkWQ（5）冷作车间已知78. 0tan,79. 0cos,65. 0dK kWkWP25.38058565. 0)5(30 var60.29678. 025.380)5(30kkWQ（6）附件车间已知75. 0tan,80. 0cos,55. 0dK kWkWP2 .9016455. 0)6(30 var65.6775. 02 .90)6(30kkWQ（7）热处理车间已知88. 0tan,75. 0cos,63. 0dK kWkWP88.29947663. 0)7(30 var89.26388. 088.299)7(30kkWQ（8）铸件清理车间已知70. 0tan,82. 0cos,59. 0dK kWkWP25.28047559. 0)8(30 var18.19670. 025.280)8(30kkWQ（9）机修车间已知83. 0tan,77. 0cos,52. 0dK kWkWP08.8015452. 0)9(30 var47.6683. 008.80)9(30kkWQ（10）煤气站已知65. 0tan,84. 0cos,80. 0dK kWkWP800100080. 0)10(30辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）4 var52065. 0800)10(30kkWQ（11）氧气站已知59. 0tan,86. 0cos,84. 0dKkWkWP04.908108184. 0)11(30var74.53559. 004.908)11(30kkWQ因此，总的计算负荷为（取）97. 0,95. 0qpKK=0.95 (902.97+3390.25+1230.06+700+380.25+90.2+299.88+280.25+80.030P8+800+908.04)=8608.88kW=0.97 (632.08+2240.98+824.14+434+296.60+67.65+263.89+196.18+30Q66.47+520+535.74) =5895.40varkAkVQPS01.1043440.589588.86082223023030AkVAkVUSIN08.602410301.10434330302.2 无功补偿无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。由无功功率的静态特性可知，无功功率与电压的关系较有功功率与电压的关系更为密切，从根本上来说，要维持整个系统的电压水平就必须有足够的无功电源。而且，工厂中由于有大量的异步电动机等感性负荷，还有感性的电力变压器，而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。无功补偿一般有以下几个要求：（1）电力系统的无功电源与无功负荷，在各种正常及事故运行时，都应实行分层分区、就地平衡的原则。（2）在正常运行方式时，突然失去一回线路，或一台最大容量的无功补偿设备，或一台最大容量的发电机之后，系统无功电源事故备用的容量方式及配电方式，应能保持电压稳定和正常供电；在正常检修运行方式时，若发生上述辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）5事故，应允许采取切除部分负荷或并联电抗器等必要措施，以维持电压稳定。（3）对于 110以上系统的无功补偿，应考虑提高电力系统稳定性的作kV用。常用的无功补偿装置有以下几种：（1）同步调相机：同步调相机在额定电压5%的范围内，可发额定容量，在过励磁运行时，它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用，能提高系统电压，在欠励磁运行时，它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用，可降低系统电压。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值改变输出无功功率，进行电压调节，但是调相机的造价高，损耗大，施工期长。（2）串联电容补偿装置：在长距离超高压输电线路中，串入电容器组利用电容器的容抗抵消输电线路的一部分感抗，缩短输电线的电气距离，提高静、动稳定度。但对负荷功率因数高（0.95）的线路，串联补偿的调压效果就y很小。（3）静电补偿器补偿装置：由静电电容器与电抗器并联组成，电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合再配以调节装置，就能够改变输出无功功率，与同步调相机相比，运行维护简单，功率损耗小，但相对电容补偿装置，其造价高维护较复杂，一般适用以较高的电压等级 500变电所中。kV（4）并联电容器补偿装置：它具有投资省，装设地点不受自然条件限制，运行简便可靠等优点，故一般首先考虑装设并联电容器。由于本次设计的变电站为 35降压变电站，以补偿的角度及经济和检修kV方面来考虑，首先选择并联和串联补偿装置。而原始资料的数据可知，补偿装置主要补偿负荷的无功容量及平衡主变损耗，所以选择并联补偿装置最优。下面确定本系统无功补偿装置的容量：（1）补偿前的变压器容量和功率因数根据负荷计算，变压器低压侧的视在计算负荷=10434.01，30SAkV 未进行无功补偿时，变电所低压侧的功率因数8608.88/10434.01=0.83cos（2）无功补偿容量按规定，变电所高压侧的0.96，考虑到变压器本身的无功功率损耗cos远大其有功功率损耗,一般，因此在变压器低压侧进行TQTPTTPQ)54(无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于 0.96，这里取=0.98cos要使低压侧功率因数由 0.83 提高到 0.98，低压侧需装设的并联电容器容量为：=8608.88 （）=4046.17CQarccos0.98tan -arccos0.83 tanvarkvark辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）6取=4200，根据工厂常用电气设备手册查表可知：选择以下型号的CQvark装置（如表 2.1 所示）21 台装设在低压侧，实现无功功率补偿。表 2.1 BWF-10.5-200-1W 无功补偿装置技术参数型号额定电压（KV）额定容量（Kvar/KW）WBWF12005 .105 .10200辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）7第 3 章 变压器的选择电力变压器，是变电所中最关键的一次设备，其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送，分配和和适用。在各种电压等级的变电站中，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。3.1 主变压器台数的选择正确选择变压器的台数，对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义。选择主变压器台数时应考虑原则是：（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级负荷而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。（2）对季节性负荷或负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，可以考虑采用两台变压器。（3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器。（4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。 对本设计而言，负荷集中且容量较大，应考虑选择两台变压器。3.2 主变压器容量的选择装有两台主变压器的变电站，每台主变压器容量应同时满足以下两个条TS件： （1）任意一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的 60%70%的30S辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）8需要，即=(0.60.7)TS30S（2）任意一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，) (30S即TS) (30S在前面的设计中，已经采用了无功补偿装置，因此，补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 =8774.2330S22)420040.5895(88.8608AkV AkV 因此，主变压器容量应大于 8774.23，可选择 8800AkV AkV 3.3 主变压器形式的选择（1）主变压器相数的确定在 330及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式kV变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。（2）主变压器绕组形式的确定本设计中只有 35和 10两种电压等级，故采用双绕组变压器。变压器kVkV绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，我国 110及以上电压，变压器绕组都采用星kV接，35也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35及以下电压，变kVkV压器绕组都采用角接。根据本次设计内容可以确定，高、低两侧绕组分别采用星接和角接，其中高压侧的中性点经消弧线圈接地。（3）主变压器调压方式的确定变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无载调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变压器分接头较多，调压范围可达 30%，且分接头可带负荷调节。但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，有两台主变压器并列运行，所以应选用无载调压变压器。综合以上分析，结合技术分析对比及经济可靠性分析对比，本所宜采用SZ9-8800/35 型三相双绕组有载调压变压器，其容量以及技术参数如下：主变容量： = 8800NSAkV 型号： 三相双绕组有载调压降压变压器 阻抗电压： 8.0%联接组别： Y/-11台数： 两台辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）9第 4 章 主接线的设计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。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变电站、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。用规定的图形符号按工作顺序排列，表示电气设备或成套装备的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。4.1 设计主接线的意义主接线是电力系统接线的主要部分，是变电站电气设计的首要部分，它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。主接线的设计是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。4.2 设计主接线的要求电气主接线设计应满足安全性、可靠性、灵活性、经济性四项基本要求，其具体要求如下： 首先，变电站的安全性应符合国家标准和有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。具体要求如下：（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设高压隔离开关；（2）在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设低压隔离开关；（3）在装设高压熔断器、负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离隔离开关；（4）35及以上的线路末端，应装设与隔离开关连锁的接地刀闸；kV（5）变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）10的避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关；接与变压器引出的避雷器，不宜装设隔离开关。其次，要考虑变电站在电力系统中的地位和作用、所采用的设备的可靠性以及结合一次设备和二次设备在运行中的可靠性进行综合分析。具体要求如下：（1）断路器检修时不应影响供电。检修时，应能保证安全、可靠的供电；（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运出线回数及停电时间，并且要保证全部一级负荷和部分二级负荷的供电；（3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。防止系统解裂；（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。此外，主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活要求。从系统的长远规划来设计，应满足灵活性要求。其具体要求如下：（1）调度时应该可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，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以及特殊运行方式下的系统调度要求；（2）检修时可以方便地停运断路器、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车间的供电；（3）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运时间最短的情况下，投入新装机组，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最少。主接线满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。其具体要求如下：（1）主接线力求简单，节省断路器、隔离开关、避雷器等一次设备；（2）要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；（3）35及其以下终端或分支变电所可采用简易电器；kV（4）主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；（5）合理地选择电气设备的种类、容量、数量，要避免设备增加电能损失。4.3 主接线的设计及论证本设计中变电站有两路 35电源进线，所以高压侧宜采用内桥式接线。kV内桥接线的特点：（1）线路操作方便。如线路发生故障，仅故障线路的断路器跳闸，其余三辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）11回线路可继续工作，并保持相互的联系。（2）正常运行时变压器操作复杂。（3）桥回路故障或检修时两个单元之间失去联系，同时出线断路器故障或检修时，造成回路停电。为此，在实际接线中可采用设外跨条来提高运行灵活性。桥形接线简单清晰、设备少、造价低，内桥接线适用于两回进线两回出线且线路较长、故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的变电站中。 图 4.1 低压侧采用单母线分段主接线图辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）12图 4.2 低压侧采用双母线主接线图本设计中变电站有十二回出线线路，所以低压侧的接线方式可以采用单母线分段（如图 4.1）或双母线（如图 4.2） ，下面分别对两种接线方式进行论证:（1）单母线分段接线的优缺点及适用范围优点：1）用断路器把母线分段后，可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。2）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重要用户停电。缺点：1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。适用范围：1）6-10kV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时。2）35-63kV 配电装置出线回路数为 4-8 回时。3）110-220kV 配电装置出线回路数为 3-4 回时。（2）双母线接线的优缺点及适用范围优点：1）检修任一段母线时，可不中断供电，即通过倒闸操作将进出线回路都切换至其中一组母线上工作，便可检修另一组母线。2）检修任一母线隔离开关时，只需停运该回路。3）母线发生故障后，能迅速恢复供电。且在扩建施工时不需停电。4）检修任一回路断路时，可用装接“跨条”的方法，避免该线路长期停电。缺点：1）接线较复杂，且在倒母线过程中把隔离开关当作操作电器使用，易发生误操作事故。2）工作母线短路时，在切换母线的过程中仍要短时停电。3）检修线路断路器时要中断对用户的供电，这对重要用户来说是不允许的。4）双母线接线的母线长，这将使配电装置结构复杂，投资明显增加。辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）13适用范围：1）用于 10-220出线回路较多且有重要负荷的配电装置中kV2）当进出线回路数较多、母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求尽快恢复送电、对接线的灵活性有一定要求等情况下。因此，通过上面的分析，双母线接线比单母线分段接线的供电可靠性高、运行灵活，但投资也明显增大，综合考虑可靠性、灵活性及经济性等因此，本设计低压侧采用单母线分段接线。辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）14第 5 章 短路计算工厂供电系统要求正常的地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产的正常进行。然而，系统中难免出现故障，最常见的故障就是短路，同时，短路是电力系统的严重故障，它会破坏电力系统对用户正常供电和电气设备的正常运行。5.1 短路的原因所谓短路，就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。造成短路的主要原因有：（1）电气设备绝缘损坏 这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘自然老化造成的；也可能是由于设备本身质量低劣、绝缘强度不够而被正常电压击穿；或者设备质量合格、绝缘合乎要求而被过电压击穿；或者是由于设备绝缘受到了外力损伤而造成的。（2）有关人员误操作 这种情况多是由于操作人员违反安全操作规程而发生的，例如带负荷拉闸或将低电压设备接入较高电压的电路中而造成击穿短路。（3）鸟兽为害事故 鸟兽跨越在裸露的相线之间或者相线与接地物体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，从而导致短路。电力系统中，可能发生短路有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但三相短路的短路电流最大，造成的危害也最为严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作，因此短路计算中以三相短路计算为主。不对称短路也可以按对称分量法将不对称的短路电流分解为对称的正序、负序和零序分量，因此，本次设计对系统进行对称的三相短路分析计算。5.2 短路的后果短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多，短路电流可对供电系统产生极大的危害：（1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）15中的其他元件受到破坏和损害，甚至引发火灾事故。（2）短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。（3）短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。（4）不对称短路的短路电流将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通讯线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致破坏。5.3 短路计算的目的在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，这些问题主要是：（1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据。（2）为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。（3）在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行短路计算。5.4 对本设计进行短路计算取基准容量为,基准电压（单位为）为，AMVSB100kVNavBUUU05. 1由公式可以计算出基准电流（单位为） ，由公式，3BBBSIUkA23BBBBBUUXSI可以计算出基准电抗（单位为 ） 。计算出基准值如下表 5.1。表 5.1 基准值取值表额定电压/NUkV1035基准电压/BUkV10.537辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）16基准电流/BIkA5.501.56基准电抗/BX1.1013.69（1）计算变压器的电抗的标幺值：909. 08 . 8100*1000 . 8*100%*NBkTSSUX（2）计算系统的短路电抗标幺值：3333. 0300100*2*1dBSSSSXX（3）画短路系统电抗标幺值等效电路图 6.1图 5.1 系统电抗标幺值等效电路图（4） 计算最大运行方式下短路电流和短路容量：辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）1735侧，点短路时：kV1d短路系统总电抗标幺值为： 1667. 03333. 021/*2*1*1SSffXXX三相短路电流周期分量有效值为： kAXIIffBK358. 91667. 056. 1*11)3(1三相短路电流稳态值：kAIIK358. 9)3(1三相短路冲击电流最大值： kAIiKsh863.23358. 955. 255. 2)3(11三相短路冲击电流有效值： kAIIKsh131.14358. 951. 151. 1)3(11三相短路容量： AMVIUSKavK600358. 93733)3(11110侧，点短路时：kV2d短路系统电抗标幺值为：6212. 0909. 0213333. 021/*2*1*2*1*2TTSSffXXXXX三相短路电流周期分量有效值为：kAXIIffBK854. 86212. 050. 5*22)3(2三相短路电流周期分量稳态值为：kAIIK854. 8)3(2三相短路冲击电流最大值：kAIiKsh578.22854. 855. 255. 2)3(22三相短路冲击电流有效值：kAIIKsh370.13854. 851. 151. 1)3(22三相短路容量： AMVIUSKavK160854. 85 .1033)3(222（5）计算最小运行方式下短路电流和短路容量：35侧，点短路时：kV1d短路系统总电抗标幺值为： 3333. 0*1*1SffXX三相短路电流周期分量有效值为： kAXIIffBK680. 43333. 056. 1*11)3(1三相短路电流稳态值：kAIIK680. 4)3(1三相短路冲击电流最大值： kAIiKsh394.11680. 455. 255. 2)3(11辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）18三相短路冲击电流有效值： kAIIKsh067. 7680. 451. 151. 1)3(11三相短路容量： AMVIUSKavK300680. 43733)3(11110侧，点短路时：kV2d短路系统电抗标幺值为：242. 1909. 03333. 0*1*1*2TSffXXX三相短路电流周期分量有效值为：kAXIIffBK428. 4242. 150. 5*22)3(2三相短路电流周期分量稳态值为：kAIIK428. 4)3(2三相短路冲击电流最大值：kAIiKsh291.11428. 455. 255. 2)3(22三相短路冲击电流有效值：kAIIKsh686. 6428. 451. 151. 1)3(22三相短路容量：AMVIUSKavK80428. 45 .1033)3(222辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）19第 6 章 电气设备的选择6.1 断路器的选择（1）35进线侧断路器、变压器侧断路器和母联断路器的选择：kV最大的持续工作电流为：AUSINN17.14535388003max额定电压选择：；kVUN35额定电流选择；AIIN17.145max开断电流的选择：；kAIIKkd680. 4)3(1极限通过电流的选择： kAiishes863.231因此采用型号为 ZW7-40.5 型的真空断路器，其技术参数如表 6.1。表 6.1 ZW7-40.5 型真空断路器的技术参数断路器型号额定电压/kV额定电流/A额定开断电流/kA极限通过电流(峰值)/ kA热稳定电流/kA动稳定电流/kA固有分闸时间ZW7-40.540.51600256325630.075S下面对断路器进行热稳定度校验：)(2500425222SkAtIt电弧持续时间取 0.04s，继电保护时间取 0.15s，则热稳定时间为：0.150.040.0750.2651ktss则需要计算短路电流非周期分量产生的热效应，取非周期分量的等效时间为，有：0.05Ts09. 1680. 405. 0)(*22)3(12 KnpITITQ)(2SkA80. 5265. 0680. 4)(121022)3(1222 kKktqptItIIIQk)(2SkA89. 680. 509. 1pnpkQQQ)(2SkA所以 ，故满足热稳定要求。2tkI tQ下面对断路器进行动稳定度校验，结果如表 6.2 所示：辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）20表 6.2 ZW7-40.5 型真空断路器动稳定度校验数据对照表计算数据ZW7-40.5 35NsUkV 40.5NUkV 145.17maxIA 1600NIA 4.680(3)KIkA 25NbrIkA 11.394shikA 63esikA 6.89 kQ)(2SkA 2500 2tI t)(2SkA通过表 6.2 看出，型号为 ZW7-40.5 的断路器符合动稳定度要求。（2）10进线侧断路器、变压器侧断路器和母联断路器的选择：kV最大的持续工作电流为：AUSINN08.50810388003max额定电压选择：；kVUN10额定电流选择；AIIN08.508max开断电流的选择：；kAIIKkd428. 4)3(2极限通过电流的选择：kAiishes291.112选择型号为 ZN28G12 的真空断路器，其技术参数如表 6.3 所示：表 6.3 ZN28G12 型真空断路器的技术参数断路器型号额定最高电压/kV额定电流/A额定开断电流/kV极限通过电流(峰值)/kA热稳定电流/kA动稳定电流/kA固有分闸时间ZN28G12121000205020500.06S下面对断路器进行热稳定度校验：)(1600420222SkAtIt电弧持续时间取 0.06s，继电保护时间取 2s，则热稳定时间为：20.060.062.121kts则不需要计算短路电流非周期分量产生的热效应，则可以得出:57.4112. 2428. 4)(121022)3(2222 kKktqpktItIIIQQk)(2SkA所以 ，故满足热稳定要求。2tkI tQ下面对断路器进行动稳定度校验，结果如表 6.4 所示：辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）21表 6.4 ZN28G12 型真空断路器动稳定度校验数据对照表计算数据ZN28G-12 10NsUkV 12NUkV 508.08maxIA 1000NIA 4.428(3)KIkA 20NbrIkA 11.291shikA 50esikA 41.57kQ)(2SkA 16002tI t)(2SkA通过表 6.4 可以直观清楚的看出，型号为 ZN28G-12 的断路器符合动稳定度要求。6.2 隔离开关的选择（1）35进线侧隔离开关、变压器侧隔离开关和母联隔离开关的选择：kV最大的持续工作电流为：AUSINN17.14535388003max额定电压选择：；kVUN35额定电流选择；AIIN17.145max开断电流的选择：；kAIIKkd680. 4)3(1极限通过电流的选择： kAiishes863.231因此，选用型号为 GW14-35/1250 型户外式隔离开关，其技术参数如表6.5。表 6.5 GW14-35/1250 型隔离开关的技术参数隔离开关的型号额定电压/kV额定电流/A最高工作电压/kV极限通过电流(峰值)/ kA热稳定电流/kA动稳定电流/kAGW14-35/125035125040.58031.580下面对隔离开关进行热稳定度校验：)(396945 .31222SkAtIt89. 680. 509. 1pnpkQQQ)(2SkA所以 ，故满足热稳定要求。2tkI tQ辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）22下面对隔离开关进行动稳定度校验，结果如表 6.6 所示，通过表 6.6 可以看出，型号为 GW14-35/1250 的隔离开关符合动稳定度要求。表 6.6 GW14-35/1250 型户外式隔离开关动稳定度校验数据对照表计算数据GN19-10C3/1000-31.5 10NsUkV 10NUkV 145.17maxIA 1000NIA 23.863shikA 80esikA 39.75 kQ)(2SkA 3969 2tI t)(2SkA（2）10进线侧隔离开关、变压器侧隔离开关和母联隔离开关的选择：kV最大的持续工作电流为：AUSINN08.50810388003max额定电压选择：；kVUN10额定电流选择；AIIN08.508max开断电流的选择：；kAIIKkd428. 4)3(2极限通过电流的选择：kAiishes291.112选用型号为 GN19-10C3/1000-31.5 的隔离开关，其技术参数如表 6.7 所示：表 6.7 GN19-10C3/1000-31.5 型隔离开关技术参数隔离开关的型号额定电压/kV额定电流/A最高工作电压/kV极限通过电流(峰值)/kA热稳定电流/kA动稳定电流/kAGN19-10C3/1000-31.510100011.58031.580下面对隔离开关进行热稳定度校验：)(396945 .31222SkAtIt89. 680. 509. 1pnpkQQQ)(2SkA所以 ，故满足热稳定要求。2tkI tQ下面对隔离开关进行动稳定度校验，结果如表 6.8 所示：表 6.8 GN19-10C3/1000-31.5 型隔离开关动稳定度校验数据对照表计算数据GN19-10C3/1000-31.5 10NsUkV 10NUkV 508.08maxIA 1000NIA辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）23 11.291shikA 80esikA 6.89 kQ)(2SkA 3969 2tI t)(2SkA通过表 6.8 可以看出，型号 GN19-10C3/1000-31.5 的隔离开关符合动稳定度要求。6.3 母线的选择35及以下的配电装置一般都是选用矩形的铝母线。铝母线的允许载流量kV较铜母线小，但价格较便宜，安装、检修简单，连接方便。（1）35侧母线的选择：kV最大持续工作电流：AUSINN17.14535388003max按最大持续工作电流选择型号为 LWB-40*4 的立放矩形铝母线，+40 时长期允许电流为 389，母线平放时剩以 0.95,则允许电流为 369。AA 热稳定校验：按式选择满足热稳定时最小导体截面，取(3)3min*10kaIStC短路时间，即：，型号为0.2ats(3)332min4.68*10* 0.2*102487kaIStmmCLWB-40*4 的矩形铝母线截面为，大于，故选择的母线满足热稳2160mm224mm定要求。（2）10侧母线的选择：kV最大的持续工作电流为：AUSINN08.50810388003max按最大持续工作电流选择型号为 LWB-50*6 的立放矩形铝母线，+40C 时长期允许电流为 600A，母线平放时剩以 0.95,则允许电流为 570。A热稳定校验：按式选择满足热稳定时最小导体截面，取(3)3min*10kaIStC短路时间，即：，型号为0.2ats(3)332min4.33*10* 0.2*1022.387kaIStmmCLWB-50*6 的矩形铝母线截面为，大于，故选择的母线满足热2300mm222.3mm辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）24稳定要求。辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）25第 7 章 总结 变电站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。本次变电站设计通过对十一所工厂负荷的计算，确定了无功补偿装置，有效地提高了功率因数，从而提高了供电的效率，满足了工厂电能质量的要求。还通过一系列负荷计算确定了变压器的容量，通过负荷的分布情况确定了主接线的最优方案，主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分，主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置等的拟定将会产生直接的影响。通过短路电流的计算来对系统的各种故障进行分析，并以此来校验各种电气设备的选择是否符合要求，因此，通过对电力系统的短路计算，能够正确的选择电气设备的型号，校验合格后方可用于电力系统之中。辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）26参考文献1刘介才编.工厂供电 （第五版）.北京：机械工业出版社.2009 年 12 月2吴靓，谢珍贵著.发电厂及变电站电气设备.北京：中国水利水电出版社.2008 年 5 月3张素玲主编.工厂企业供电与变电.北京：石油工业出版社.2009 年 2 月4何仰赞，温增银主编. 电力系统分析 （第三版）.武汉：华中科技大学出版社.2002 年 3 月5陈堂主编. 配电系统及其自动化技术.北京：中国电力出版社.2002 年 9 月6刘涤尘主编.电力工程基础.武汉：武汉理工大学出版社.2003 年 6 月7陈珩主编.电力系统暂态分析 （第三版）.北京：中国电力出版社.2007 年6 月8弋东方主编.电力工程电气设计手册 （电气一次部分）.北京：水利电力出版社.1989 年9周裕厚主编.变配电所常见故障处理及新设备应用.北京：中国物质出版社.2002 年 5 月