110KV变电站设计毕业论文

毕业设计（论文）题目名称：110KV变电站设计院系名称：电气工程与自动化学院班 级：电气本11-4班学 号：321108010431学生姓名： 指导教师： 2013 年 5月摘要 本文主要进行110KV变电站一次部分设计。首先根据任务书所给系统及线路和所有负荷的有关技术参数，通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷资料分析，满足安全性、经济性及可靠性的要求确定了110kV、35kV、10kV侧主接线的形式，然后又通过负荷计算及对供电范围内一级负荷供电可靠性的考虑及对N-1原则的应用，确定了主变压器台数、容量及型号，从而得出各元件的技术参数，为以后的计算和设备选取做好准备，又进行等值网络化简，选择短路点做出短路等值电路并进行短路计算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，对包括母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器在内的电气设备做了选择和校验，并根据工程情况参考与关资料确定配电装置。根据负荷及短路计算为线路、变压器、母线配置继电保护并对保护进行整定计算。本文同时对变电所防雷保护尤其是侵入雷保护进行了简单的分析并考虑了接地网的设计。最后绘出了电气主接线图和配电装置图。关键词：电气主接线 短路计算 电气设备 变电所设计河南理工大学毕业设计（论文）说明书AbstractThis paper designs a 110kV substation.Firstly,according to the given material, electricity line and the parameters of load ,which provided by the assignment book,through considering the substation which will be built ,analyzing load materials,confirming the Main electrical bus form of 110kV、35kV、10kV side based on security,economy and reliability,then conform the numbers,volume and type of the main transformer through load calculation and supply district,thus getting the parameters of all the component,simplify electric circuit,select short point to carry on short circuit calculations operation circuit, select and check out electrical equipment, including bus,breaker, disconnect switch, voltage transformer, current transformer and so on,so that conform the distribution apparatus.Configurating relay protection and setting-calculation for the electricity line,transformer and bus according to the load and short calculations.At the same time,this paper analyses simply lightning protection and grounding system.Finally,two pictures are given including main electrical wiring diagram and 110kV power distribution equipment sectional drawing Keywords: Substation design,Transformer,Main electrical wiring,Equipment election目录摘 要第1章 引言11.1 变电站的作用11.1.1变电站在电力系统中的地位11.1.2电力系统供电要求11.1.3电力系统的额定电压21.2 我国变电站及其设计的发展趋势及新变化31.3 变电站设计的主要原则和分类4第2章电气主接线设计52.1 电气主接线设计概述52.1.1对电气主接线的基本要求52.1.2变电站电气主接线的设计原则62.1.3电气主接线设计步骤72.2 电气主接线的基本形式92.3 电气主接线选择9第3章 变电站主变压器选择133.1 主变压器的选择133.1.1主变压器台数的选择133.1.2主变压器容量的选择143.1.3主变压器型号的选择153.2 主变压器选择结果17第4章 短路电流计算174.1 短路的危害及预防办法18 4.2 短路电流计算的目的194.3 短路电流计算方法194.4短路电流计算204.4.1 110kV侧母线短路计算234.4.2 35kV侧母线短路计算264.4.3 10kV侧母线短路计算27第5章 电气设备的选择295.1 导体的选择和校验295.1.1 110kv母线选择及校验315.1.2 35kv母线选择及校验325.1.3 10kv母线选择及校验335.2 断路器和隔离开关的选择及校验345.2.1 110kV侧断路器及隔离开关的选择及校验355.2.2 35kV侧断路器及隔离开关的选择及校验375.2.3 10kV侧断路器及隔离开关的选择及校验395.3 电压互感器和电流互感器的选择415.3.1 电流互感器的选择415.3.2 电压互感器的选择43第6章 防雷保护446.1直击雷保护446.2 侵入波保护456.3接地装置的设计45第7章配电装置467.1配电装置概述467.1.1配电装置的类型及其特点467.1.2配电装置型式的选择477.2 对配电装置的基本要求和设计步骤487.3 屋内配电装置487.4 屋外配电装置49结束语51参考文献52致谢53附录54附录 电气主接线图54第1章 引言1.1 变电站的作用1.1.1变电站在电力系统中的地位 电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产、变换、输送和分配，消费称之为电力系统一次部分；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等称之为电力系统二次部分。 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。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类： 枢纽变电站；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的变电站，成为枢纽，全所停电后，将引起系统解列，甚至出项瘫痪。 中间变电站：高压侧以交换潮流为主，起系统变换功率的作用。或使长距离输电线路分段，一般汇聚23个电源，电压为220330kV，同时又降压供当地供电，这样的变电站起中间环节的作用，所以叫中间变电站。全所停电后，将引起区域电网解列。 地区变电站：高压侧一般为110或220kV，向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。全所停电后，仅使该地区中断供电。终端变电站：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧的电压为110kV，经降压后直接向用户供电的变电站，即为终端变电站。全所停电后，只是用户受到损失。1.1.2电力系统供电要求 (1)保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备的安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。因此，电力系统运行首先应满足可靠、持续供电的要求。 (2)保证良好的电能质量：电能质量包括电压质量，频率质量和波形质量这三个方面，分别以电压偏移量、频率偏移量和波形畸变率来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定电压的5%，给定的允许频率偏移为0.20.5HZ等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。所有这些质量指标，都必须采取一定技术手段来予以保证。 (3)保证系统运行的经济性：衡量电力系统经济性的两个指标是煤耗率和网损率。电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为70，而且在电能变换，输送和分配时的损耗绝对值也相当可观。因此，降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换，输送，分配时的损耗对于提高电力系统的经济性又极其重要的意义。1.1.3电力系统的额定电压电力系统的额定电压等级是国家根据回民经济发展的需要及电力工业的水平，经全面技术经济分析后确定的。它是确定各类用电设备额定电压的基本依据。 (1)额定电压是指能使电气设备长期运行于最佳工作状态的电压。在系统中，各部分电压等级是不同的。三相交流系统中，三相视在功率S=3UI。当输出功率一定时，电压越高，电流越小，线路载流面积就越小，金属的投资也越小，同时由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损耗也较小。另一方面，电压越高，对绝缘水平的要求就越高，变压器、开关等设备的投资也越大。综合考虑这些因素，对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济合理的输电电压，当从设备制造角度考虑，为保证产品的标准化和系列化实现设备间的互换和设备的成批生产，又不应随意确定输电电压。 (2)用电设备的额定电压：经线路向用电设备输送电能时，由于用电设备大都是感性负荷，沿线路的电压分布往往是首段高于末端，系统标称电压与用电设备的额定电压取值一致，使线路的实际电压与用电设备要求的额定电压之间的偏差不致太大。 (3)变压器额定电压：变压器一次侧接电源，相当于用电设备，二次侧向负荷供电，有相当于电源，因此变压器一次侧额定电压等于用电设备的额定电压，由于变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，额定负载下变压器内部的电压降落约为5%，当供电线路较长时，为使正常运行时变压器二次侧电压较系统标称电压高5%，以便补偿线路电压损失。变压器二次侧额定电压较用电设备额定电压高10%，只有当变压器二次侧与用电设备间电气距离很近时，其二次侧额定电压才取为用电设备额定电压的1.05倍。1.2 我国变电站及其设计的发展趋势及新变化 我国变电站的发展趋势变电站无人值班运行管理，早在50年代末60年代初，许多供电局就进行了无人值班的试点，当时采用的是从原苏联引进的有接点远动技术，型号是SF-58,但由于技术手段不完善，管理体制不适应，认识上的种种原因，除上海、郑州等少数地区外都没有坚持。80年代以来，自动化技术的完善，特别是人们对变电站无人值班认识的提高，郑州、深圳、大连、广东出现无人值班，1996年底全国有60余座，97年底有1000余座。 近年来，我国在经济技术领域中取得了飞速发展，特别是计算机网络技术和通信技术的发展，为我国变电站的发展起到了强有力的推动作用，越来越多的新技术新产品应用到变电站方面，具体来说，使我国变电站设计呈现以下发展趋势： 1. 智能化 智能化变电站的发展是随着高压高精度的智能仪器的出现而逐渐发展的，特别是计算机高速通信网络在实时系统中的开发和应用，使变电站的所有信息采集、传输实现的智能化处理提供的强大的物质和理论基础。智能化主要体现在以下几个方面： 紧密联结全网。 支撑智能电网。 高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求。 中低压智能化变电站允许分布式电源的接入。 远程可视化。 装备与设施标准化设计，模块化安装。 2. 数字化 通过采用现代化的精密仪器仪表，以及实时性较高的通信网络，因此在此基础上出现了数字化变电站，数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。 3. 装配化 装配式变电站采用全预制装配结构的建筑形式，大幅缩短了设计及建设周期，减少了变电站占地面积，节约了土地资源。随着国网公司“两型一化”的推广，装配式变电站在全国各地均成功试点，成为今后变电站建设的一种新型模式。依据我国的国情，电力系统的变电技术有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。 1、变电站接线方案趋于简单化随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。 2、大量采用新的电气一次设备 近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、高可靠性新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大。 3、变电站占地及建筑面积减少 随着经济和城市建设的发展，市区的用电负荷增长迅速，而城市土地十分宝贵，地价越来越贵。新建的城市变电站必须符合城市的形象及环保等要求，追求综合经济、社会效益，所以建设形式多采用地面全户内型或地下等布置形式，占地面积有效减少。 4、变电站综合自动化技术 变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。 1.3 变电站设计的主要原则和分类变电站设计的原则是：安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效，努力做到统一性与可靠性、先进性、经济性、适应性、灵活性、时效性和和谐性的协调统一。变电站设计的分类按照变电站标准方式、配电装置型式和变电站规模3个层次进行划分。 (1)按照变电站布置方式分类。110kV变电站分为户外变电站、户内变电站和半地下变电站3类。在变电站设计中，户外变电站是指最高电压等级的配电装置、主变布置在户外的变电站；户内变电站是指配电装置布置在户内，主变布置在户外或者户内的变电站。半地下变电站是指主变布置在地上，其它主要电气设备布置在地下建筑内的变电站；地下变电站是指主变及其它主要电气设备布置在地下建筑内的变电站。 (2)按配电装置型式分类。110kV配电装置可再分为常规敞开式开关设备和全封闭式组合电气2类进行设计。 (3)按变电站规模进行分类。例如户外AIS变电站，可按最高电压等级的出线回路数和主变台数、容量等不同规模分为终端变电站、中间变电站和枢纽变电站。第2章电气主接线设计发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路。电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。2.1 电气主接线设计概述2.1.1对电气主接线的基本要求 现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。 (1) 运行的可靠性 运行可靠性的几个指标：断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 (2)具有一定的灵活性 主接线正常运行时可以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，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。 (3)操作应尽可能简单、方便 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。过于复杂的接线不但不便于操作，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者不必要的停电。 (4)经济上合理 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小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。2.1.2变电站电气主接线的设计原则 电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素 ，正确处理它们之间的关系，合理的选择主接线方案。(1) 接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥型接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110220kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110220kV出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。(2) 为正确选择接线和设备，必须进行各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够 的资料时，可采取下列数据：1. 最小负荷为最大负荷的6070%，如主要农业负荷时则取2030%；2. 负荷同时率取0.850.9，当馈线在三回以下且有大负荷时，取0.951；3.功率因数一般取0.8； . 线损平均取5%。 我国变电所设计技术规程对主接线设计作了如下规定：在满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。在110220kv变电所中，当出现为2回时，一般采用桥型接线；当出线不超过4回时，一般采用单母线分段接线；当枢纽变电所的出线在4回及以上时，一般采用双母线。在35kV变电所中，当出线为2回时，一般采用桥型接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。出线回路数和电源数较多的污秽环境中的变电所，可采用双母线接线。在610kv变电所，一般采用单母线接线或单母线分段接线。2.1.3电气主接线设计步骤电气主接线的设计伴随着发电厂或变电站的整体设计进行，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤基本相同。 （1）分析原始资料1. 本工程情况包括变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。2. 电力系统状况 包括电力系统近期及远景规划（510年），变电站在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。主变压器中性点接地方式是一个综合问题，它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。我国一般对35kV及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电流接地系统，以保证供电可靠性。对110kV及以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统以防止输电线路电压升高而以其它方式保证供电的可靠性。3. 负荷情况包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间(510年)的检验。 4.设备制造情况这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等质量汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可靠性。5.环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。对此，应予以重视。对重型设备的运输条件亦应充分考虑。 （2）主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案（近期和远景）。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留23个技术上相当，有可能满足任务书要求的方案，再进行经济比较，结合最新技术，对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定出在技术上可行、经济上合理的方案。 （3）短路电流计算和主要电气设备选择对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。 （4）绘制电气主接线对最终确定的电气主接线，按照要求，绘图。此外还要注意：对于工程设计，无论哪个设计阶段(可行性研究、初步设计、技术设计、施工设计)，概算都是必不可少的组成部分。它不仅反映工程设计的经济性与可靠性的关系，而且为合理地确定和有效控制工程造价创造条件，为工程付诸实施，为投资包干、招标承包、正确处理有关各方的经济利益关系提供基础，概算的编制以设计图纸为基础，以国家颁布的工程建设预算费用的构成及计算标准、全国统一安装工程预算定额、电力工程概算指标以及其他有关文件和具体规定为依据，并按国家定价与市场调整或浮动价格相结合的原则进行。概算的构成主要有以下内容： (1)主要设备器材费，包括设备原价、主要材料(钢材、木材、水泥等)费、设备运杂费(含成套服务费)、备品备件购置费、生产器具购置费等。除设备及材料费外，其他费用均按规定在器材费上乘一系数而定。其系数由国家和地区随市场经济的变化在某一时期内下达指标定额。(2)安装工程费，包括直接费、间接费及税金等。直接费指在安装设备过程中直接消耗在该设备上的有关费用，如人工费、材料费和施工机械使用费等；间接费指安装设备过程中为全工程项目服务，而不直接耗用在特定设备上的有关费用，如施工管理费、临时设施费、劳动保险基金和施工队伍调遣费用等；税金是指国家对施工企业承包安装工程的营业收入所征收的营业税、教育附加和城市维护建设税。以上各种费用都根据国家某时期规定的不同的费率乘以基本直接费来计算。 (3)其他费用，系指以上未包括的安装建设费用，如建设场地占用及清理费、研究试验费、联合试运转费、工程设计费及预备费等。所谓预备费是指在各设计阶段用以解决设计变更(含施工过程中工程量增减、设备改型、材料代用等)而增加的费用、一般自然灾害所造成的损失和预防自然灾害所采取的措施费用以及预计设备费用上涨价差补偿费用等。根据国家现阶段下达的定额、价格、费率，结合市场经济现状，对上述费用逐项计算，列表汇总相加，即为该工程的概算。 2.2 电气主接线的基本形式 由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同。且各回路馈线中所传输的容量也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，再进出线较多（一般超过4回），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。而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂和变电站。有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类，无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。2.3 电气主接线选择依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，高压侧有4回出线，其中两回备用，宜采用双母线接线或单母线分段接线，中压侧有6回出线，其中两回备用，可以采用双母线接线、单母线分段接线方式，低压侧有11回出线，其中两回备用，可以采用单母线分段、单母线分段带旁路母线的接线方式，经过分析、综合、组合和比较，提出三种方案：方案一：110kV侧采用双母线接线方式，35kV侧采用双母线接线方式，10kV侧采用单母线分段接线方式。110kV侧采用双母线接线方式，优点是运行方式灵活，检修母线时不中断供电，任一组母线故障时仅短时停电，可靠性高。缺点是，操作复杂，容易出现误操作，检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电，任一母线故障仍会短时停电，结构复杂，占地面积大，投资大。10kV侧采用单母线分段接线方式，供给市区工业与生活用电，由于一级负荷占30%左右，二级负荷占30%左右，一级和二级负荷占65%左右，采用单母线分段接线方式，优点是接线简单清晰，操作方便，造价低，扩展性好，缺点是可靠性灵活性差。方案一主接线图如下：图21 方案一主接线图方案二：110kV侧采用双母线接线方式，35kV侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，10kV侧采用单母线分段接线方式，,35kV侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，优点是，检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，和单母线分段接线方式相比，可靠性提高，灵活性增加，缺点是，增设旁路母线后，配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关的数目，接线复杂，投资增大。方案二的主接线图如下：图22 方案一主接线图 方案三：110kV侧采用双母线接线方式，35kV侧采用单母线分段接线方式，10kV侧采用双母线接线方式。 对于上述三种方案综合考虑： 该地区海拔185m，海拔并不高，对变电站设计没有特殊要求，地势平坦，属平原地带，为轻微地震区，年最高气温+40C，年最低气温-10C，年平均气温+12C，最热月平均最高温度+34C。最大风速30m/s，覆冰厚度为10mm，属于我国第V标准气象区。35kVll0kV 变电所设计规范第3.2.5 条：当变电所装有两台主变压器时，6l0kV 侧宜采用单母分段接线，线路为l 2回及以上时，也可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。因此110kV侧采用双母线接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求，对于35kV侧采用单母线分段接线方式而10kV侧采用双母线接线形式。 综合以上分析，本设计采用第三种方案。第3章 变电站主变压器选择 变压器是电力系统中主要的电气设备之一。其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器台数、容量和型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。3.1 主变压器的选择3.1.1主变压器台数的选择在变电站设计过程中，一般需要装设两台主变压器，以保证对用户供电的可靠性。对110kV及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设24台主变压器，以便减小单台容量。因此，在本次设计中装设两台主变压器。并且两部变压器并列运行时必须满足以下条件： (1)并列变乐器的额定一次、二次电压必须对应相等。即并列变压器的电压比必须相同，允许差值不超过10.5。如果并列变压器的电压比不同，则并列变压器二次绕组的回路内将出现环流，即二次电压较高的绕组将向二次电压较低的绕组供给电流，导致绕组过热甚至烧毁。 (2)并列变压器的阻抗电压(短路电压)必须相等。由于并列运行变乐器的负荷是按其阻抗电压值成反比分配的，如果阻抗电压相差很大可能导致阻抗电压小的变压器发生过负荷现象，所以要求并列变压器的阻抗电压必须相等，允许差值不得超过110。 (3)并列变压器的连接纪别必须相同。即所有并列变压器一次、二次电压的相序和相位都必须对应地相同，否则不能并列运行。假设两台变压器并列运行，一台为Yyno型连接，另一台为Dynll型连接，则它们的二次电压将出现30。相位差，从而在两台变压器的二次绕组间产生电位差，并在两变压器的二次侧产生一个很大的环流，能使变压器绕组烧毁。 (4)并列运行的变压器容量比应小于3；1。即并列运行的变压器容量应尽量相同或相近，如果容量相差悬殊，不仅运行很不方便，而且在变压器特性稍有差异时，变压器间的环流将相当显著，特别是容量小的变压器容易过负荷或烧毁。由于变压器是一种高可靠性的电器，两部变压器同时故障的可能性极小，不予考虑。3.1.2主变压器容量的选择 主变压器选择的依据： （1）主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 （2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。判定电力系统安全性的一种准则。又称单一故障安全准则。按照这一准则,电力系统的N个元件中的任一独立元件（发电机、输电线路、变压器等）发生故障而被切除后，应不造成因其他线路过负荷跳闸而导致用户停电；不破坏系统的稳定性，不出现电压崩溃等事故。当这一准则不能满足时，则要考虑采用增加发电机或输电线路等措施。 N1原则与可靠性分析相比较,它的计算简便,不需搜集元件停运率等大量原始数据，是一种极为简便的安全检查准则，在欧美一些电力公司得到了广泛应用。但对“独立元件”的定义不尽相同，如有的公司规定为一输电元件（线路或变压器）和一发电机组，或者两台发电机组。中国某些电力部门在电网规划中也采用了N1原则，一般规定一个独立元件为一台发电机组，或一条输电线路，或一台变压器。判断线路是否过负荷，通常使用线路发热条件的载流量极限值。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%（220kV及以上电压等级的变电所应满足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 （4-1）最大综合计算负荷的计算： （4-2）式中， 各出线的远景最大负荷； m 出线回路数； 各出线的自然功率因数；同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，一般在0.80.95之间；线损率，取5%。结合原始材料可得：35kv侧：10kv侧：总的负荷为： 取=0.85，则： 则， 因此主变容量为：3.1.3主变压器型号的选择 （1）相数选择变压器有单相变压器和三相变压器。在330kV及以下的发电厂和变电站中，一般选择三相变压器。单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高，多用于500kV以上的变电所内，三相变压器与同容量的单相变压器组相比，价格低，占地面积小，并且运行时损耗减小1215。只有受变压器的制造和运输条件的限制时，才考虑采用单相变压器组，在工程设计上在330kV及以下电力系统中，一般都选用三相变压器。因此在本次设计中采用三相变压器组。（2）绕组数选择：变压器按其绕组数可分为双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等型式。当发电厂只升高一级电压时或35kV及以下电压的变电所，可选用双绕组普通式变压器。当发电厂有两级升高电压时，常使用三绕组变压器作为联络变压器，其主要作用是实现高、中压的联络。其低压绕组接成三角形抵消三次谐波分量。110kV及以上电压等级的变电所中，也经常使用三绕组变压器作联络变压器。当中压为中性点不直接接地电网时，只能选用普通三绕组变压器，自耦变压器特点是其中两个绕组除有电磁联系外，在电路上也有联系。因此，当自耦变压器用来联系两种电压的网络时，一部分传输功率可以利用电磁联系，另一部分可利用电的联系。电磁传输功率的大小决定变压器的尺寸、重量、铁芯截面和损耗，所以与同容量、同电压等级的普通变压器比较，自耦变压器的经济效益非常显著。但是，由于自耦变压器在高压电网和中压电网之间有电气连接，故具备了过电压从一个电压等级的电网转移到另一个电压等级电网的可能性。例如，高压侧电网发生过电压时，它可通过串联绕组进入公共绕组，使其绝缘受到危害。如果在中压电网出现过电压时，它同样进入串联绕组，可能产生很高的感应过电压。为了防止高压侧电网发生单相接地时，在中压绕组其它两相出现过电压，要求自耦变压器的中性点必须直接接地。 （3）调压方式的确定 为了保证供电质量可通过切换变压器的分接头开关，改变变压器高压绕组的匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电压切换，称为无激磁调压，调整范围通常在22.5以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30，其结构复杂，价格较贵。发电厂在以下情况时，宜选用有载调压变压器： （1）当潮流方向不固定，且要求变压器副边电压维持在一定水平时； （2）具有可逆工作特点的联络变压器，要求母线电压恒定时； （3）发电机经常在低功率因数下运行时。变电所在以下情况时，宜选用有载调压变压器： （1）地方变电所、工厂、企业的自用变电所经常出现日负荷变化幅度很大的情况时，又要求满足电能质量往往需要装设有载调压变压器； （2）330kV及以上变电站，为了维持中、低压电压水平需要装设有载调压变压器； （3）110kV及以下的无人值班变电站，为了满足遥调的需要应装设有载调压变压器。 （4）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”联接；35kV采用“Y”联接，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”联接。因此，普通双绕组一般选用YN，d11接线；三绕组变压器一般接成YN，y，d11或YN，yn，d11等形式。近年来，也有采用全星形接线组别的变压器，即变压器高、中、低三侧均接成星形。这种接线零序组抗大，有利于限制短路电流，也便于在中性点处连接消弧线圈。缺点是正弦波电压波形发生畸变，并对通信设备产生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。 （5）冷却方式的选择 变压器的冷却方式主要有自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却、水内冷变压器、SF6充气式变压器等。 3.2 主变压器选择结果根据以上计算和分析结果，查发电厂电气主系统可得，选择的主变压器型号为：沈阳变压器厂生产的SFSZ9-25000/110。主要技术参数如下：额定容量：25000kVA额定电压：高压11081.25%（kV）；中压38.522.5%（kV）；低压10.5 （kV）连接组别：YN/yn0/d11空载损耗：21.8（kw）短路损耗：112.5kw空载电流：1.5%阻抗电压（%）：高中:；中低；高低，因此选择SFSZ9-25000/110型变压器两台。第4章 短路电流计算电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的，短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随有复杂的暂态现象。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。短路的原因很多，主要由以下几个方面： （1）元件损坏，如：设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时 （2）击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路等。 （3）气象条件恶劣。例如雷击造成的闪络放电或避雷动作，架空线路由大风或导线覆冰引起电杆倒塌等； （4）人为原理，工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金屑性短路，人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物进入带电设备内形成短路事故等等。 此外还有其它原因，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。4.1 短路的危害及预防办法 短路对电力系统危害巨大，具体表现在以下几点 ： （1）短路回路电流剧烈增大，此电流称为短路电流。 （2）产生电弧，烧坏故障元件本身，周围设备，危及人身安全。 （3）短路电流，使发电机端电压下降，也使系统电压大幅下降。 （4）电力系统短路时，系统中功率分布的突然变化和电压严重下降，可能破坏各发电厂并联工作的稳定性，使整个系统被解列为几个异步运行的部分。 （5）不对称短路将产生负序电流和负序电压，过大的负序电流和负序电影响汽轮发电机和异步电动机的安全运行和运行寿命。 （6）不对称接地短路故障将产生零序电流，它会在邻近的线路上产生感应电动势，造成对通信线路和信号系统的干扰。 （7）在某些不对称短路（如小接地电流系统）情况下，非故障相电压升高，加大了系统的过电压水平。 鉴于短路事故对电力系统的危害巨大，应减小短路的可能性，为此，要： （1）作好短路电流的计算。 （2）正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流。 （3）采用电抗器增加系统阻抗，限制短路电流。 （4）禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸。 （5）带电安装和检修电气设备时，要防止误接线、误操作，在距带电部位距离较近的部位工作，要采取防止短路的措施。 4.2 短路电流计算的目的 在变电站的设计中，短路计算是其中的一个非常重要的环节，其计算的目的主要有以下几个方面： （1）选择电气主接线时,为了比较各种接线方案，确定某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,为了保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情况下都能保证安全、可靠地工作,同时又力求节约资金。这就需要用短路电流进行校验。 （3）在设计屋外高压配电装置时需按短路条件校验软导线的相间和相对地安全距离。 （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短路电流为依据。 短路电流计算的一般规定 ： （1）验算导体和电器的动、热稳定及电器开断电流所用的短路电流、应按工程的设计手册规划的容量计算、并考虑电力系统510年的发展。 （2）接线方式应按可能发生最大短路电流和正常接线方式，而不能按切换中可能出现的运行方式。 （3）选择导体和电器中的短路电流，在电气连接的电网中，应考虑电容补偿装置的充放电电流的影响。 （4）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时,Id取最大的点。对带电抗器的610kV出线应计算两点即电抗器前和电抗器后的Id。短路时，导体和电器的动稳定、热稳定及电器开断电流一般按三相电流验算，若有更严重的按更严重的条件计算。4.3 短路电流计算方法 实用短路电流计算法运算曲线法。 假设：正常工作时，三相系统对称运行 所有电源的电动势相位角相同 系统中的同步和异步电机均为理想电机 电力系统中各元件磁路不饱和 短路发生在短路电流为最大值瞬间 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流 除计算短路电流的衰减时间常数外，元件的电阻不考虑短路按类型分为三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电力系统中，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，但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。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工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主。三相短路用文字符号k表示。在计算电路图上，将短路所考虑的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。4.4短路电流计算 短路电流计算电力系统接线图为：=200MVAXS1=0.6x1=0.6110KV1200MVA甲交Sx2=0.6 2（）110KV图2-1电力系统接线图110KVS2=1200MVA甲交XS2=0.6L2L3 L1L4 2（）110KVFS市变 确定短路点：在本次设计过程中，为了方便选择电气设备及校验，选取的短路点为110kv，35kv及10kv母线。首先计算电路的参数：选取， 等值电路如下：图4-2 系统等值网络图对于三相变压器： 则：计算后等值电路如下：图4-3 系统等值网络化简图4.4.1 110kV侧母线短路计算网络为：图4-4 110kV侧短路的等值电路图/Y 变换： 图4-5 110kV侧短路的等值电路图Y/变换：图4-6 110kV侧短路的等值电路图则有：图4-7 110kV侧短路的等值电路查计算曲线数字表可得：，换算成有名值为：4.4.2 35kV侧母线短路计算图4-8 35kV侧短路的等值电路图4-9 35kV侧短路的等值电路图Y/变换：图4-10 35kV侧短路的等值电路图 图4-11 35kV侧短路的等值电路图3.45即认为周期分量不再衰减查计算曲线数字表可得：，换算成有名值为：4.4.3 10kV侧母线短路计算图4-12 10kV侧短路的等值电路图图4-13 10kV侧短路的等值电路图Y/变换：图4-14 10kV侧短路的等值电路图图4-15 10kV侧短路的等值电路图3.45即认为周期分量不再衰减。查计算曲线数字表可得：，换算成有名值为：第5章 电气设备的选择 导体和电气设备的选择是电气设计的主要内容之一。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。本设计中，电气设备的选择包括：导线的选择，高压断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择，避雷器的选择。5.1 导体的选择和校验 导线型号选择的基本原则 ：架空电力线路的导线：可以采用钢芯铝绞线、铝绞线、防腐钢芯铝绞线、铝包钢芯铝绞线、铝合金绞线、钢芯铝合金绞线、硬铜线一般线路大多采用钢芯铝绞线。导线截面选择的基本原则 ：(1)选择导线截面应符合电力系统发展规划要求：首先要满足架空架空线路输送容量的要求，并考虑短期内的发展要求，所选截面最少5年内不因负荷增加而更换导线截面，其次还应满足用户电压偏移的要求，最后应使所选导线截面的线路电能损耗最小。 (2)导线应具备足够的机械强度，不能因为各种不利条件的组合而造成断线事故。 (3)最大负荷电流要小于导线的安全工作电流，不能因为电流太大而造成断线事故。 (4)验算导线载流量时，钢芯铝线的允许温度一般采用70，大跨越可用90，钢绞线的允许温度一般采用120。环境温度应采用最高气温月的最高平均气温，风速应用0.5m/s,太阳辐射功率密度应采用0.1W/cm2。裸导体应根据具体情况，按导体截面，电晕（对110kV及以上电压的母线），动稳定性和机械强度，热稳定性来选择和校验，同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根、双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。导体的选择校验条件如下：一、导体截面的选择： 1、按导体的长期发热允许电流选择 (5-1) 当实际环境温度不同于导体的额定环境温度时，其长期允许电流应该用下式修正 (5-2)式中，综合修正系数。不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数为 (5-3) 式中,导体的长期发热最高允许温度，裸导体一般为； 导体的额定环境温度，裸导体一般为。由载流量可得，正常运行时导体温度为 （5-4)必须小于导体的长期发热最高允许温度2. 按经济电流密度选择导线截面影响线路投资和电能损耗，为了节省投资，要求导线截面小些；为了降低电能损耗，要求导线截面大些。综合考虑，确定一个比较合理的导线截面，称为经济截面积，与其对应的电流密度称为经济