110kV变电站电气部分设计毕业设计论文 电气工程及其自动化

毕业设计（论文）题 目： 110kV变电站电气部分设计 学 院： 电子信息学院 专业班级： 电气工程及其自动化2010级1班 摘 要随着我国工业的发展，各行各业对电力系统的供电可靠性和稳定性的要求日益提高。变电站是连接电力系统的重要组成部分，是一种变换电压、接收和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，在电力系统中有着极其重要的作用。变电站的安全可靠运行对电力系统的稳定运行至关重要。本文根据收集的原始材料进行110kV变电站的设计。主要内容包括：查找、搜集了110kV变电站相关的基本资料，并通过对基本资料进行分析，确定了主变压器的台数、容量及型号；通过对变电站主接线设计进行分析，确定了110kV变电站主接线的类型；通过对短路电流进行计算，得到各电压等级侧的短路电流值，并以此对断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、母线、避雷器、高压熔断器等设备进行了选型，确定主要电气设备的型号及参数，并进行动、热稳定校验，然后根据最大负荷电流确定继电保护装置，从而完成了110kV变电站电气部分的设计。关键词：110kV变电站，电气主接线，主变压器，设备选型ABSTRACTAlong with the continuous developing of agriculture and industry in our country, every walk of lifes demand of reliability and stability towards electric power system .Substation is a very important part of power system, take the task of transforming voltage, receiving and distributing the power, controlling the power flow and adjusting thevoltage of power. Its a crucial point to the stable operation of the power system that the substation works safely.This paper which according to the collection of the raw material, main focus on the designing of primary power system in 110kV substation. The main contents include: searching and collectingthebasicinformation related to the 110kV substation,andthe basic data analysis,to determine thecapacity, the type, andthe number of main transformer. Through to the comprehensive information of the substitution that the main connection program of the transformer stations wiring is designed and confirmed. Based on the short circuit calculation,the short circuits are obtained and the preparation for equipment selection is made. This paper completed the selection of main electrical equipment, includes: circuit-breaker, disconnecting switch, potential transformer, current transformer, busbar, lighting arrestor，high voltage fuse etc. The models of main electrical equipments is confirmed, and the thermal stability section test and the dynamic stability test are checked, then according the maximumload current to determine therelay protection device. Thus completing thepart of 110kV electrical substation design.KEYWORDS: 110kV power substation，main electrical connection，main transformer，selecting of equipments. 目 录第1章绪 论11.1 课题背景11.2 课题研究的目的及意义21.3本文的主要研究内容2第2章 变电站的原始资料32.1 变电站建设规模32.2 变电站选址概况32.3 变电站运行方式32.4 变电站周围环境条件42.5 负荷计算42.5.1负荷计算的目的和意义42.5.2负荷分析与计算52.6 无功补偿62.6.1无功补偿装置72.6.2无功补偿的计算8第3章 电气主接线设计93.1 电气主接线设计的基本要求及原则93.1.1 电气主接线设计的基本要求93.1.2 电气主接线设计的基本原则93.2 电气主接线设计的基本形式及其特点103.3 各侧主接线方案的拟定113.3.1 110kV侧主接线方案123.3.2 10kV侧主接线方案133.3.3 本设计变电站主接线14第4章 主变压器的选择154.1 主变压器台数的选择154.2 主变压器容量的选择154.3主变压器相数的确定154.4主变压器绕组数的确定164.5主变压器联接组号的确定164.6主变压器冷却方式的确定164.7主变压器调压方式的确定164.8主变压器型号的确定17第5章 变电站短路电流计算185.1 短路计算的目的及原则185.1.1 短路电流计算的目的185.1.2 短路电流计算的原则195.2 短路电流计算205.2.1 k1 点短路 （110kV侧短路电流计算）205.2.2 k2 点短路（10kV侧短路电流计算）21第6章 主要电气设备的选择226.1 电气设备选择的一般方法226.2 高压断路器和隔离开关的选择236.2.1 高压断路器和隔离开关的主要功能236.2.2 高压断路器的技术参数246.2.3 高压断路器的种类266.2.4 隔离开关的配置266.2.5 110kV侧断路器、隔离开关的选择276.2.6 10kV侧断路器、隔离开关的选择306.3 高压熔断器的选择336.3.1 熔断器的主要技术参数336.3.2 高压熔断器的校验346.4 母线的选择356.4.1 裸导体选择的一般要求356.4.2 110kV母线的选择366.4.3 10kV母线的选择376.5 电流互感器的选择386.5.1 电流互感器种类和形式386.5.2 一次回路额定电压和电流的选择386.5.3 准确级和额定容量的选择386.5.4 110kV侧电流互感器的选择386.5.5 10kV侧电流互感器选择396.6 电压互感器的选择406.6.1 电压互感器的种类和形式406.6.2 一次额定电压和二次额定电压的选择416.6.3 电压互感器接线方式选择416.6.4 容量和准确级选择416.6.5 电压互感器选型416.7 支柱绝缘子的选择426.7.1 110kV侧绝缘子选择426.7.2 10kV侧绝缘子选择43第7章 过电压保护及防雷接地457.1 直击雷的过电压保护457.2 雷电侵入波的过电压保护457.3避雷器的配置467.4 避雷线的配置46第8章 总结47参考文献48附 录49致 谢51第一章 绪 论1.1 课题背景我国现正处于经济高速发展阶段，工业生产能力迅速发展，人民生活水平也大大提高，部分地区出现高密度负荷，电网建设与城市建设密切相关，一些矛盾也日渐突出。而针对人口较集中、空间局限性大的一些地区甚至出现原规划站址与未来电网发展趋势不适应的现象，因此在合理利用现有站址环境的基础上建设可持续发展电网显得尤为重要，是需要研究和解决的一个重要课题。变电站从电力系统受电，再经过变压，最后合理分配电能，是电力系统的重要组成部分，在电网中占有举足轻重的位置。尤其在110kV变电站的建设中，土地资金等资源浪费现象严重，存在着重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无线电干扰、噪声等环保问题以及电能质量差等问题，这些已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的因素，违背了我国可持续发展战略。所以在110kV变电站设计过程中，需要采用节约资源的设计方案，最核心的部分就是变压器选型以及母线接线方式的选取。接线方式的选取是否合理，不仅直接关系到整个供电系统的运行状况，也直接影响后期的安装和维护。针对不同的供电和用电情况，选取合适的接线方式具有长远的现实意义和经济效益。总的来说，变电所主接线应该满足以下基本要求：保证必要的供电可靠性和电能质量；具有一定的方便性和灵活性；具有经济性，建设投资和运行费用少，占地面积小；配网自动化，变电所无人化，简化主接线；具有发展和扩建的可能性。在目前供电系统中，随着变压器制造技术的不断改进，采用大容量变压器，已经不是难题，但是随着容量改造，占地面积越来越大，且仍无法满足负荷高增长的需求。先进的供电系统是智能供电的时代，认清和适应变电站自动化技术的发展趋势，城市电网将贯彻资源节约、环境友好的原则，在安全可靠的前提下，突出体现经济性，合理性，先进性，依靠科技进步，缩小与世界先进水平之间的差距，使设计方案更紧凑、更集约、更高效。1.2 课题研究的目的及意义 本课题的研究目的在于通过对110kV变电站进行设计，掌握变电站设计的基本流程，巩固加深专业知识，增强工程观念，逐步提高解决问题的能力。明确能源、发电、变电和输电的电气部分的概念，能熟练运用所学的专业知识，进行工程设计及计算，能够按照国家标准要求和有关技术规程设计出供电可靠、接线简单清晰、操作方便、运行灵活、投资少、运行费用低，并且具有可扩建性的变电站。1.3本文的主要研究内容本文的主要研究内容包括：（1）对所搜集的110kV变电站的原始材料数据进行了分析计算；（2）设计了l10kV侧和10kV侧的电气主接线；（3）对110kV侧主变压器进行了选型；（4）对所设计的110kV变电站的短路电流进行了计算；（5）对110kV侧和10kV侧的主要电气设备进行了选型；（6）对所设计的110kV变电站的防雷接地进行了设计。第二章 变电站的原始资料2.1 变电站建设规模 110kV为单母分段接线，GIS组合电器室内二层布置，110kV 进出线各2个间隔，2个PT间隔，2个母联间隔；主变为两台有载调压变压器，110/10kV 25000kVA，2台同时运行或一用一热备，主变各侧容量比为100/100；10kV系统为单母线分段接线，10kV进线2回，10kV馈线20回，母联1回；10kV PT 2个，10kV接地变压器(消弧线圈) 出线2回，10kV动力变压器出线2回，10kV电容器出线4回。待建变电站建设规模如表2-1所示：表2-1 待建变电站建设规模序号项目最终规模本期规模1主变压器222110kV出线22310kV出线882.2 变电站选址概况按照电力先行的原则，依据本地区远期符合发展规划，决定在本地区建设一座中型110kV降压变电站。该变电站周边已建成鸿飞小区、万千百货、航空产业基地等，变电站其他方向空地已被房地产开发商拟建商品住房，根据城市电网规划设计导则中对于环境影响的要求，该地区属于II类地区（已居住、企业为主的区域），对周围环境要求较高。该变电站的建设满足该地区经济发展和人民生活需求，改善并提高供电水平，同时与其他地区的变电站形成环网，保证本地供电的质量和可靠性。2.3 变电站运行方式110kV两回进线运行方式：2回同时分列运行，或一回运行，另一回热备，按此设置进线备自投和分段备自投装置。变压器运行方式：两台同时分列运行，或一回运行，另一回热备，设置主变备自投装置。10kV运行方式：正常时两段母线同时分列运行，当只有一台主变运行时，母联可以合上，设置进线备自投和分段备自投装置。110kV主变压器110kV侧中性点接地方式：根据系统调度要求可直接接地或不接地；10kV侧中性点接地方式：不接地或经消弧线圈接地。2.4 变电站周围环境条件周围空气温度最高温度：40，最低温度：-5；最热月平均最高气温32；环境相对湿度：63%(年平均）；市区平均海拔高度：400m；此地区无不良地质现象，土壤电阻率7000m；安装地点、方式 ：户内，二次设备间组屏安装或分散安装。2.5 负荷计算2.5.1负荷计算的目的和意义计算负荷是设计时作为选择电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的重要依据，根据已知的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。它是电力设备设计部门对机械设备进行电力配套设计时总有一定的裕度，即使电动机功率完全符合机械计算的配套要求，在工厂中使用的情况不同，也会影响到电力负荷的大小，如不同的生产阶段，不同的材料，不同的熟练程度，不同的时期，电气负荷都是有差别的，其他的变化与很多随机因素有关。但是这种电气计算负荷还必须认真地确定，因为它的标准程度直接影响到整个工厂企业供电设计地质量。如计算过高将增加供电设备地容量浪费有色金属，增加初投资。计算过低则可能使供电元件过热，加速其绝缘损坏，增大电能损耗，影响供电系统的正常,还会给工程扩建带来很大的困难。更有甚者，由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂计算负荷为基础的国家电力系统的建设，将会国民经济带来很大的浪费和危害，例如由于计算结果的偏大，我国不少工厂企业投产后的几年内，在已经达到其正常产量的条件下，变压器的负荷率仍不足 50%，这除了意味着变压器安装容易被积压了 50%60%以外，还使用有色金属消耗量增加了75%100%，浪费了大量开关设备和电缆、导线，积压了物资和资金，而且使电力系统的建设和运行质量受到影响，给国民经济带来很大的损失。负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。负荷计算过小，则依次选用的设备和载流部有过热的危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段1。2.5.2负荷分析与计算根据负荷允许停电的程度不同将电力负荷分为三级：一级负荷：中断供电将造成人身事故、设备损坏，将产生废品，使社会秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等。如：工厂大型机器、主要设备造成损坏甚至爆炸，火灾和中毒等给人民的生命造成威胁。必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去供电后，能保证对全部一级负荷不间断供电。二级负荷：中断供电，将造成大量减产，使人民生活受到影响。一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去供电后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。三级负荷：中断供电后造成损失不大或不会直接造成经济损失，一般只需一个电源供电2。10kV侧负荷统计数据如表2-2所示。1、有功功率计算 (2-1) (2-2) (2-3)2、无功功率计算 (2-4) (2-5) (2-6) 3、视在功率计算 (2-7)4、功率因数计算 (2-8) (2-9)表2-2 10kV侧负荷统计数据表出线有功功率(kW)无功功率(kVar)配电站I644.94211.870.95配电站II1881.1800.030.95配电站III1778.7646.480.90配电站IV441330.750.95城市酒店371.09337.430.90李家村7203740.90研究所50400.90万千百货7865760.90鸿飞小区17838470.90医院5642190.95宏业集团458635060.90航空产业基地1250296830.902.6 无功补偿电力系统中有许多根据电磁感应原理工作的电气设备，如变压器、电动机、感应炉等。都是依靠磁场来传送和转换电能的电感性负载，在电力系统中感应电动机约占全部负荷的50%以上。电力系统中的无功功率很大，必须有足够的无功电源，才能维持一定的电压水平，满足系统安全稳定运行的要求。电力系统中的无功电源由三部分组成：（1）发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的40%50%）。（2）无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率。（3）110kV及以上电压线路的充电功率。电力系统中如无功功率小，将引起供电电网的电压降低。电压低于额定电压值时，将使发电、送电、变电设备均不能达到正常的出力，电网的电能损失增大，并容易导致电网震荡而解裂，造成大面积停电，产生严重的经济损失和政治影响。电压下降到额定电压值的60%70%时，用户的电动机将不能启动甚至造成烧毁，所以进行无功补偿是非常有必要的3。2.6.1无功补偿装置无功补偿装置分为串联补偿装置和并联补偿装置两大类。并联补偿装置又可分为同期调相机、并联电容补偿装置、静补装置等几大类。 同期调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供可无级连续调节的容性和感性无功，维持电网电压，并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性。在我国经常在枢纽变电所安装同步调相机，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。静止补偿器有电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据电压需要，向电网提供快速无级连续调节的容性和感性的无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量，并兼有减少有功损耗，提高系统稳定性，降低工频过电压的功能。其运行维护简单，功耗小，能做到分相补偿，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统中得到越来越广泛的应用。但设备造价太高，本设计中不宜采用。电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功功率，运行时功率损耗亦较小4。综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置，并且采用集中补偿的方式。2.6.2无功补偿的计算已知补偿容量为：则，补偿后的最大无功功率为： (2-10)视在功率为： (2-11)功率因数为： (2-12)若考虑变压器损耗，已知有功功率P=244.45kW，无功功率Q=1222.2kVar，则：最大有功功率为： (2-13)最大无功功率为： (2-14)视在功率为： (2-15)功率因数为： (2-16)第三章 电气主接线设计3.1 电气主接线设计的基本要求及原则3.1.1 电气主接线设计的基本要求1、安全性。应符合国家标准和有关技术规范的要求，充分保证人身和设备的安全。例如对中性点不接地系统中电气设备的外壳必须可靠接地，防止接触触电。 2、可靠性。应满足各级电力负荷的连续供电要求。例如对于重要负荷应采用双电源或双回路供电。3、灵活性。在满足安全可靠的前提下，应满足在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求，并能灵活的进行运行方式的转换。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线及二次设备，并方便地设置安全措施，不影响电网的正常运行和对其他用户的供电。而且还要接线简单，操作方便，利于检修和维护，考虑到符合的发展还应方便扩建。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，选用技术先进而又经济适用的节能设备，降低电能损耗和有色金属的消耗量，尽量节省占地面积，使变电站尽快的发挥经济效益5。3.1.2 电气主接线设计的基本原则1、考虑变电站在电力系统中的作用和地位变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站不管是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电所、还是分支变电所，由于他们在电力系统中的作用和地位不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。2、考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应该根据5-10年电力系统发展规划进行。应该根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。3、考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级负荷，必须有两个独立电源供电，并且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只须一个电源供电。4、考虑主变台数对主接线的影响变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对于大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性的要求低。5、考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同。如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式6。3.2 电气主接线设计的基本形式及其特点电气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。在电厂或变电站的进出线较多时（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站。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不分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；双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。选择母线主接线形式，应考虑以下内容：1、变电站的高压侧接线，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、负荷较大或出线回路超过8回时，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，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7。 3.3 各侧主接线方案的拟定在对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的安全性、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。此外，主接线应具有足够的灵活性，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。总之，电气主接线设计应从可靠性与经济性综合考虑，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8。3.3.1 110kV侧主接线方案110kV侧主接线预选方案主要有单母线分段接线和双母线接线两种，如图3-1、图3-2所示：A方案：单母线分段接线 B方案：双母线接线 图3-1单母线分段接线图 图3-2双母线接线图表3-1 110kV侧主接线方案分析A方案B方案1）当一段母线发生故障时,仅故障母线停止工作,另一段母线仍继续工作；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)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)当出线为双回线路时，会使架空线出现交叉跨越。 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，所以选择A方案单母分段接线为110KV侧主接线方案。3.3.2 10kV侧主接线方案 110kV侧主接线预选方案主要有单母线接线和单母线分段接线两种，如图3-1、图3-2所示：A方案：单母线接线 B方案：单母线分段接线 图3-3单母线接线 图3-4单母线分段接线表3-2 10kV侧主接线方案分析A方案B方案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。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，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方案一般适用于10kV出线为6回及以上的装置中，所以综合比较A、B两方案,选择B方案单母线分段接线为10kV侧主接线方案。总结：由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和复合增长而拟建的，所以负荷为地区性负荷。变电站110kV侧和10kV侧，均采用单母分段接线。3.3.3 本设计变电站主接线本设计变电站主接线如图3-5：图3-5变电站主接线第四章 主变压器的选择4.1 主变压器台数的选择主变压器的容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除了依据原始资料的要求之外，还要根据电力系统的发展规划、输送功率的大小、馈线回路的数量、电压等级和接入系统的紧密程度等因素，进行综合合理的分析和选择。若主变容量选得过大或者台数过多，不仅增加投资、增大占地面积，而且增加了运行电能损耗；若选的容量过小则可能封锁发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷的要求。所以在选择变电站主变压器时，容量一般按510年的规划负荷来选择。对于只供给类、III类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。对于重要的变电站需要考虑当一台主变停运时，其余变压器容量要在过负荷允许的范围内，应满足类和类负荷的供电；对于一般的变电站，当一台主变停运时，其余主变应能满足全部负荷的70%80%。对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环网的情况下，变电站装设两台变压器为宜，以提高供电的可靠性9。4.2 主变压器容量的选择 主变压器容量选择一般以变电所建成后510年的规划负荷为依据，并适当考虑到1020年的符合发展。根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于两台变压器的变电所，每台变压器的容量按计算负荷的80%选择。即，所以变压器的容量应选25MVA。4.3主变压器相数的确定容量300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来说投资大、占地多、运行消耗大，配电装置结构也较复杂，增加了维修工作量。待设计变电所为110kV降压变电所，在满足供电可靠性，同时减少投资，应选用三相变压器。4.4主变压器绕组数的确定电力变压器按照每相绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组形式；按照电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等形式。最大机组容量125MW及一下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量需达到该变压器额定容量的15%及以上，否则绕组不能充分利用，不如选择两台双绕组变压器经济合理。因为本文设计的变电站只有两种电压等级，所以选用双绕组变压器。4.5主变压器联接组号的确定并列运行的条件是变压器的连接组别必须和系统电压相位一致，电力系统采用的联结方式只有星形（Y）和三角形()两种，因此对于三相双绕组变压器的高压侧，110kV及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接，35kV及以下采用“Y”连接；对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“”连接，若低电压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“YN”连接，在变电站中，为了限制三次谐波，我们选用“YNd11”常规连接的变压器连接组别。4.6主变压器冷却方式的确定主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却。一般容量在31.5MVA及以下的小容量变压器采用自然风冷却或强迫风冷却的方式，考虑到冷却系统的供电可靠性要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式。4.7主变压器调压方式的确定为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在一定范围内。通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变变比，实现调压。普通型的变压器调压范围小，仅为5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围较大，一般在15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供电质量情况下，有载调压变压器可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器10。4.8主变压器型号的确定综上所述，应选择110kV三相双绕组风冷式铜芯有载调压变压器两台，其参数如表4-1所示：表4-1 110kV三相双绕组风冷式铜芯有载调压变压器变压器型号额定容量（kVA） 额定电压（kV）连接组标号 损耗（kW）阻抗电压（）空载电流（）高压低压空载负载SFZ7-25000/1102500011081.25%11YN,d1135.512310.51.1第五章 变电站短路电流计算5.1 短路计算的目的及原则在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，其中大多数是短路故障。在发生短路时，由于电源供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的短路电流值大大增加，可能超过该回路的额定电流许多倍，对电力系统的正常运行和电气设备危害很大。因此在系统的设计，设备的选择以及系统运行中，都应该着眼尽量限制所影响的范围。短路问题是电力技术方面的基本问题之一，无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说，都必须了解短路电流的产生和变化规律，事先进行短路计算。5.1.1 短路电流计算的目的1、选择电气设备。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，电气设备，如开关电气、母线、绝缘子、电缆等，必须具有充分的电动力稳定性和热稳定性，这就需要进行全面的短路电流计算。2、电气主接线方案的比较和选择。在发电厂和变电所的主接线设计中，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，在比较和评价方案时，短路电流计算是必不可少的内容。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、通信干扰。在设计110KV及以上电压等级的架空输电线时，要计算短路电流，以确定电力线对临近架设的通信线是否存在危险及干扰影响。5、选择继电保护装置并且进行整定计算。在选择继电保护方式和进行整定计算时，都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析，而且不仅要计算短路点的短路电流，还要计算短路电流在网络各支路中的分布，并要作多种运行方式的短路计算。6、短路电流计算还有很多其他目的，如确定中性点的接地方式，验算接地装置的接触电压和跨步电压，计算软导线的短路摇摆，输电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等11。5.1.2 短路电流计算的原则1、用来验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统本期工程建成后510年的远景发展规划。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、用来选择导体和电器的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响以及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下短路电流最大的地点。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两相短路验算。选择电气设备时，通常用三相短路电流；校验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或或单相接地电流。工程设计中主要计算三相短路电流。目前在电力变电站建设工程设计中，计算短路电流的方法通常是采用实用曲线法，其步骤如下：选择要计算短路电流的短路点位置。按选好的设计接线方式画出等值电路图网络图。在网络图中，首选去掉系统中所有负荷支路，线路电容，各元件电阻；选取基准容量和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）；将各元件电抗换算为同一基准值的标么电抗；由上面的推断绘出等值网络图。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。求其计算电抗。由运算曲线查出短路电流的标么值。计算有名值和短路容量。计算短路电流的冲击值。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；计算短路容量，短路电流冲击值。绘制短路电流计算结果表12。5.2 短路电流计算根据前述的步骤，针对本变电所的接线方式，把主接线图画成等值网络图如图4-1所示：图5-1 等值网络图5.2.1 k1 点短路 （110kV侧短路电流计算）110kV侧两回出线均采用电缆型号为64/110kV-YJLWO2-1500，电缆长为0.2km，电缆阻抗为。电缆阻抗： (5-1) 短路容量: (5-2) 则三相短路电流周期分量有效值： (5-3)三相短路冲击电流最大值： (5-4) 短路冲击电流有效值： (5-5) 5.2.2 k2 点短路（10kV侧短路电流计算） (5-6) (5-7)电缆线路上电压损耗不得超过母线电压的10%，因此，出线电缆阻抗最大值为：。则三相短路电流周期分量有效值为： (5-8)三相短路冲击电流最大值： (5-9)短路冲击电流有效值： (5-10)三相短路容量为： (5-11)第六章 主要电气设备的选择6.1 电气设备选择的一般方法尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件不同，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按照正常的工作条件进行选择，并且按照短路状态来校验热稳定和动稳定。1、按照正常工作条件选择电气设备（1）额定电压。通常规定，一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.11.15倍，而电网运行电压的波动范围，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，一般可以按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择。（2）额定电流。电气设备的额定电流是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。额定电流应不小于该回路的各种合理运行方式下的最大持续工作电流。（3）环境条件对电气设备选择的影响。当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。2、按短路状态校验（1）短路热稳定校验，短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度应该不超过允许值，满足热稳定条件。（2）电动力稳定校验，电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，满足动稳定的条件。同时，应该按照电气设备在特定的工程安装使用条件，对电气设备的机械负荷能力进行校验，即电气设备的端子允许负载应该大于设备引线在短路时的最大电动力。以下几种情况可以不校验热稳定或者动稳定：A用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。B采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定。C装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可以不验算动、热稳定。（3）短路电流计算条件。为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并且在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应该按照下列条件确定。A容量和接线。按照工程设计最终容量计算，并且考虑电力系统远景发展规划；其接线应该采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。B短路种类。一般按照三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，应该按照最严重的情况验算。C计算短路点。在计算电路图中，同电位的各短路点的短路电流值相等，但是通过各支路的短路电流将随着短路点的不同位置而不同。在校验电气设备和载流导体时，必须确定出电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。（4）短路计算时间。A热稳定短路计算时间。该时间用于检验电气设备在短路状态下的热稳定，其值为继电保护动作时间和相应断路器的全开断时间之和。B短路开断计算时间。该时间为主保护时间和断路器固有分闸时间之和13。6.2 高压断路器和隔离开关的选择6.2.1 高压断路器和隔离开关的主要功能高压断路器在正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起控制作用；当设备或者线路发生故障时，能够快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，起保护作用。高压断路器最大特点是能够断开电气设备中负荷电流和短路电流。高压隔离开关保证高压电气设备及装置在检修工作时的安全，不能用于切断、投入负荷电流或者开断短路电流，仅可允许用于不产生强大电弧的某些切换操作。6.2.2 高压断路器的技术参数1、额定电压（）额定电压是指断路器长时间运行时能够承受的正常工作电压，额定电压必须满足： （6-1）2、最高工作电压由于电网不同地点的电压可能高出额定电压10%左右，所以制造厂规定了断路器的最高工作电压。3、额定电流（）额定电流是指铭牌上标明的断路器可长期通过的工作电流。断路器长期通过额定电流时，各部分的发热温度不会超过允许的值。额定电流也决定了断路器触头及导电部分的截面。 （6-2）4、额定开断电流（）额定开断电流是指断路器在额定电压下能够正常开断的最大短路电流的有效值。它表征断路器的开断能力。开断电流与电压有关。当电压不等于额定电压时，断路器能可靠切断的最大短路电流有效值，称为该电压下的开断电流。当电压低于额定电压时，开断电流比额定开端电流有所增大。高压断路器的额定开断电流，不小于实际开断瞬间的短路电流周期分量，即： （6-3）5、额定断流容量（）额定断流容量也表征断路器的开断能力。在三相系统中，它和额定开断电流的关系为：= （6-4）断路器所在电网的额定电压断路器的额定开断电流由于不是残压，故额定断流容量不是断路器开断时的实际容量。6、关合电流（）保证断路器能关合短路而不致于发生触头熔焊或者其他损伤，所允许按通的最大短路电流。断路器的额定关合电流不应小于短路电流的最大冲击电流，即： （6-5）7、动稳定电流（）动稳定电流是指断路器在合闸位置时，允许通过的短路电流最大峰值。它是断路器的极限通过电流，其大小由导电和绝缘等部分的机械强度所决定，也受触头的结构形式的影响。满足动稳定的条件为： （6-6）或 （6-7）8、热稳定电流（）热稳定电流是指在规定的某一段时间内，允许通过断路器的最大短路电流。热稳定电流表明了断路器承受短路电流热效应的能力。满足热稳定的条件为： （6-8）9、全开断（分闸）时间（）全开断时间是指断路器接到分闸命令瞬间起到各相电弧完全熄灭为止的时间间隔，它包括断路器固有分闸时间和燃弧时间，即：=+ （6-9）断路器固有分闸时间是指断路器接到分闸命令瞬间到各相触头刚刚分离的时间；燃弧时间是指断路器触头分离瞬间到各相电弧完全熄灭的时间。 全开断时间是表征断路器开断过程快慢的主要参数。越小，越有利于减小短路电流对电气设备的危害、缩小故障范围、保持电力系统的稳定。6.2.3 高压断路器的种类1、油断路器采用油作灭弧介质，按绝缘结构分为多油式与少油式断路器。多油式断路器的油同时兼作灭弧介质和带电体与不带电体之间的绝缘介质，耗油量大，现已淘汰。而少油断路器的油只做灭弧和触头间弧隙的绝缘介质，断路器中的带电导体与接地部件之间的绝缘主要采用瓷件，有量少，占地小，廉价，已有长期运行经验，目前在我国10220kV电力系统中得到广泛应用。由于油断路器的开断性能差，且110kV电压以上产品为积木式，多断口的结构，很难实现断口电压均衡，因而其在500kV及以上电压等级禁止运用。2、真空断路器 利用真空的高介质强度灭弧，具有灭弧时间快、低噪声、高寿命以及可频繁操作的优点，已经在35kV及以下配电装置中获得广泛的采用。真空断路器切断短路电流及分合电动机负荷时，会产生截流过电压，需采用氧化锌避雷器等过电压保护措施。3、压缩空气断路器 采用压缩空气作灭弧介质，具有大容量下开断能力强及开断时