220kV变电站电气主接线设计

220kV 变电站电气主接线设计枢纽变电站电气主接线摘要：电能作为一种二次能源，是一种不能储存的能量。电能的开发应用是人类 征服自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就，而现在，电能已成为工 业生产不可缺少的动力，并广泛应用到生产部门和日常生活方面。而电能的传输离不开变电站， 电经过升压变电站、 传输线路、 降压变电站， 然后才能到用户。这其中变电站担当着一个极其重要的枢纽。而对于枢纽变电站，它位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为 330kV 与以上，联系多个电源，出现回路多，变电容量大；全站停电后将造成大面积 停电，或系统瓦解， 枢纽变电站对电力系统运行的稳定和可靠性起到重要作用。本次发电厂电气部分课程设计的题目正是枢纽变电站的电气主接线设 计，按照老师上课所将设计步骤，首先分析原始资料，通过分析拟建变电站的 进出线方向和负荷等原始资料， 从可靠性、 安全性、经济性等其他方面的考虑， 确定电气主接线方式，主变压器的容量、数量的确定，负荷分析与计算，以与 短路电流的计算和变电所主要电气设备的选择（包括断路器，隔离开关，互感 器等），并在选择时对电气设备进行了必要的计算和校验。同时，针对本次设 计，完成相应图纸的绘制。目录内容提要 错. 误 !未定义书签。Summary H.1 概述 11.1 所址情况 11.2 变电站出线情况 11.3 变电站的基本数据 12 电气主接线的设计 22.1 单母线接线与单母线分段接线 2.2.2 双母线接线与双母分段接线 3.2.3 主接线设计原则 42.4 主接线选择 43 主变压器的选择 63.1 变压器台数选择 63.2 主变容量选择 63.3 主变压器型式的选择 7.3.4 主变压器的配置原则 8.3.5 主变压器选择结果 94 变电站电气部分短路计算 1.0.4.1 短路计算目的与假定 1.1.4.2 各种短路电流计算步骤 1.3.4.3 短路计算过程 1.4.5 导体和电气设备的选择 2.0.5.1 按正常工作条件选择电气设备 2.0.5.2 按短路状态校验 2.0.5.3 断路器与隔离开关的选择 2.1.5.4 互感器的选择 3.0.5.5 母线的选择 3.5.5.6 避雷器的选择 4.0.总结 4.8.参考文献 4.8.附 录错 误!未定义书签。致 谢5.1.附图 1附图 2附图 31 概述本次设计的课题是某地区 220kV 变电站电气主接线设计，该站主要承担 220kV 、 110kV 与 35kV 三个电压等级功率的交换，把接受的功率全部送往 110 kV 与 35kV 侧线路。因此此次 220 kV 降压变电所的设计具有 220 kV 、 110kV 与 35kV 三个电压等级。 220kV 侧为主功率输出， 110kV 、35kV 侧以 接受功率为主。本次设计的变电站是地区变电站，全站停电后，将影响整个地 区的供电。1.1 所址情况变电所所在地区为平原地区，气象条件一般，非地震多发区。无高产农作物，年雷暴日为165天,年最低温度-24 C,最高温度+35 C,最热月平均最高温度+25 C历年最高气温为38.5 C。海拔高度200m，温度校正系数为0.83 , 最大负荷利用小时数 5300 小时。1.2 变电站出线情况本次变电所设计为一区域性变电站，以供给附近地区的工业，农业，民用 电。本工程分为近期与远期，设计中留有扩建的余地；考虑到实际情况，先建 220kV出线远期6回，近期3回；110kV出线远期10回，近期4回；35kV 出线远期 8 回，近期 4 回。1.3 变电站的基本数据 220kV 侧负荷情况，近期输送容量是 300MW ，远期输送容量是 500MW 。 X x 0.006569 ， cos =0.9。110kV 侧负荷情况，近期负荷是120MW，远期负荷是300MW，cos = 0.85。35kV侧负荷情况，近期负荷 30MW，远期负荷为60MW，cos =0.8。2.负荷统计与计算根据任务书，对变电站负荷统计和计算如下。 线路中I4为500kV进线，56 为500KV 联络线，714 为220KV出线，1520为110KV出线。2.1负荷统计根据任务书对负荷统计，见表2.1回路序号回路名称最大负荷最小负荷功率因数I4500KV进线56500KV联络线714220KV出线400MW300MW0.851520110KV出线200MW150MW0.802.2负荷计算2电气主接线的设计变电站电气主接线根据变电站电能输送和分配的要求，表示主要电气设备 相互之间的连接关系 ，以与本变电站与电力系统的电气连接关系，通常以单 线图表示。电气主接线中表示的主要电气设备有：电力变压器、断路器、隔离 幵关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、接地装置以与各种无功补偿 装置等。常用的主接线方式有：单母线接线、单母线分段接线、单母线分段带 旁路母线、双母线接线、双母线带旁路母线接线、双母分段接线、双母线分段 带旁路母线、桥形接线、双断路器接线等。电气主接线通常是根据变电站在电力系统中的地位和作用，首先满足电力 系统的安全运行与经济调度的要求，然后根据规划容量、供电负荷、电力系统 短路容量、线路回路数以与电气设备特点等条件确定，并具有相应的可靠性、 灵活性和经济性。变电站电气主接线方式的选择，将直接影响着变电站电气设备的选择。因 此，必须在合理选择确定变电站的主接线方案后，才能做到合理选择变电站的 电气设备。2.1 单母线接线与单母线分段接线 22.1.1 单母线接线单母线接线的母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任 一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地 分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。单母接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便 于向两端延伸，扩建方便。缺点：可靠性差，母线或母线隔离幵关检修或故 障时，所有回路都要停止工作， 这样全厂或全站都得长期停电。 调度不方便， 电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电 流3。综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发 电厂和变电站中。2.1.2 单母分段接线单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用 户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障， 分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。 在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母 线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站610kV接线中。但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整体母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷出线回路较多、供电容量较大 时，一般不予采用 4 。2.1.3 单母线分段带旁路母线的接线单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但 这增加了一台旁路断路器，大大增加了投资。2.2 双母线接线与双母分段接线2.2.1 双母线接线双母接线方式有主母线和副母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线 的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连 接。两组母线之间的联络， 通过母线联络断路器来实现。 其特点有： 供电可靠、 调度灵活、扩建方便等特点 5 。由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：出线带电抗器的610kV配电装置；3560kV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110220kV 出线数为 5 回与以上时。2.2.2 双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工 作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和 出线回路均匀地分布在两段工作母线上。 双母接线分段接线比双母接线的可靠 性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动 跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线 回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上， 即可恢复供电。这样，只是部分短时停电，而不必长期停电 6。双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中，同时在220550kV 大容量配电装置中， 不仅常采用双母分段接线， 也有采用双母线分四段 接线1。2.2.3 双母线带旁路母线的接线双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使 该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这220kV 变电站电气主接线设计 对于接于旁路母线的线路回数较多， 并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十 分必要的 7 。2.3 主接线设计原则电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。它与电力系统、电 厂动能参数、基本原始资料以与电厂运行可靠性、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的影响。因此，主 接线设计，必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影 响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术比较，合理地选择主接线方案。电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方 针、政策、技术规定、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、维护方便，尽可能地节省投 资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、实 用、经济、美观的原则 8 。2.4 主接线选择2.4.1 本站主接线设计方案 经过对原始资料的分析可以了解到，本次设计的变电站属于地区比较重要 的变电站。 电压有 220kV 、110kV 、35kV 三个等级， 220kV 为电源侧， 110kV 侧和 35kV 侧为负荷侧。 220kV 侧出线近期 3 回，远期 6 回； 110kV 侧出线 近期 4 回，远期 10 回； 35kV 侧出线近期 4 回，远期 8 回。其中 220kV 侧负 荷情况，近期输送容量是 300MW ，远期输送容量是 500MW ； 110kV 侧负 荷情况，近期负荷为 120MW ，远期负荷是 300MW ；35kV 侧负荷情况，近 期负荷是 30MW ，远期负荷是 60MW 。为保证供电可靠性，变电所装设三台主变。 220kV 侧出线近期 3回，远期 6 回，不允许停电检修断路器， 采用六氟 化硫断路器，性能好且检修周期长，因此采用双母接线，不带旁路，既满足了 供电可靠与调度灵活， 而且也减少了占地面积， 同时也便于今后的扩建与发展。 由规程易知，对于变电站的电气主接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线。由于 220kV 专用旁路短路器价格昂 贵，而本站 220kV 侧进出线回路又不多。因此，综合考虑经济性和可靠性， 根据规程 220kV 侧选用双母接线。 110kV 侧出线近期 4回，远期 10 回，不允许停电检修断路器，须保证 其供电可靠性，根据规程同样亦采用双母接线。35kV侧出线近期4回，远期8回，根据规程选择单母分段接线9。2.4.2 本站主接线特点本站 220kV 与 110kV 侧均采用双母线分段的接线方式。每回线路都经一 台断路器和两组隔离开关分别与两组母线相连接， 有两组母线后使运行的可靠 性和灵活性大为提高； 35kV 采用单母分段的接线方式，具体电气主接线图见 附图 1。该主接线的主要特点如下：供电可靠，通过两组母线隔离幵关的倒闸操作，可以不停电检修母线一 组母线故障后，能迅速恢复供电，不停电检修隔离开关。调度灵活，各个电源和各个回路的负荷可以任意分配在某一组母线上， 能灵活地适应电力系统中各种运行方式的调度和潮流变化的需要。扩建方便，本站将扩建为 3台150MVA 主变，届时将实行倒闸操作， 不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配， 在施工中也不会造成原有的回 路停电。无压自投， 在 110kV 母线的母联断路器和 35kV 母线的母联断路器处加 装无压自投装置。当一段母线发生故障时确保其负荷能够继续运行。中性点接地， 变压器 220kV 和 110kV 侧绕组采用中性点直接接地， 35kV 侧中性点不接地。 本站避雷器按小电阻接地系统的过电压水平降低了雷电冲击 残压等相关参数 ,有益于变电站的安全运行 ,并提高了配电装置的绝缘裕度。3 主变压器的选择在各级电压等级的变电站中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其 担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼 顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统510年发展规划综合分析，合理 选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数 过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不 便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷 中运行， 影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性 10 。因此， 确定合理的变压 器的容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、普通、自耦以 与分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特 点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器 的容量，同时要考虑到该变电站以后的扩建情况来选择主变压器的台数与容 量。3.1 变压器台数选择为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电站 中一般装设两台主变压器， 有条件的应考虑设三台主变 11 。由原始资料可知， 本次设计的变电站是市郊区 220kV 变电站，它是以 220kV 受功率为主。把所 受的功率通过主变传输至 110kV 与 35kV 母线上。若全所停电后，将引起该 地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可 靠性。为了保证供电可靠性和该站的负荷要求，并结合该变电站自身的特点， 最终选择三台主变。当一台主变压器故障或检修时，其余两台主变压应能保证 全变电站 70% 的负荷正常供电，且三台主变压器互为备用。3.2主变容量选择同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系 列化、标准化12。而主变容量的大小一般按变电所建成近期负荷，510年规划负荷选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应当与城市规划相结合。该站近期和远期负荷都给定，所以应按近期和 远期总负荷来选择主变的容量。该系统中有110kV和35kV两个负荷等级，其中110kV侧近期负荷为120MW，远期负荷为300MW，cos =0.85; 35kV侧近期最负荷 30MW，远期为60MW, cos = 0.8。近期负荷需要选择的变压器总容量12030+ -0.850.8=179MVA远期负荷需要选择的变压器总容量S= 0.730060+ -0.850.8=299MVA综合以上可知，从长远考虑总共选择三台主变,容量都为150MVA，近期先上两台，另一台备用，其主变总容量为450MVA 3.3主变压器型式的选择 主变压器相数的选择当不受运输条件限制时，在330kV与以下的发电厂和变电站，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。 同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量，这样该站选择三相变压器。绕组数数量和连接方式的选择1. 主变压器绕组数量的选择在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的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，主变宜采用三绕组变压器5。本次所设计的变电站具有三种电压等级， 且通过主变压器的各侧绕组的功率均达到了该变压器容量的15%以上，所以该站选择三绕组变压器。2. 变压器绕组的连接方式和组别选择变压器绕组的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要有Y和，高、中、低三侧绕组如何结合要根220kV 变电站电气主接线设计据具体工作来确定。我国35kV与以上电压，变压器绕组多采用Y连接；35kV 以下电压，变压器绕组多采用连接，于是该站主变采用全星型连接。根据以上原则，该站主变选 YN/yn0/ yn0 接线。3.3.3 主变中性点接地方式所有普通变压器中性点都应经隔离幵关接地，以便于运行调度灵活选择 接地点。当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器中性点绝缘不是按线电 压设计，应在中性点装设避雷器保护。选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接 地的系统。双母线接线有两台与以上变压器时，可考虑两台主变压器中性点接 地。3.3.4 主变调压方式的选择 电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%100% o为了5%保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分 接幵关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。 切换方式有两种： 一种是不带电切换， 称为无励磁调压， 调整范围通常在 以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30% o根据规程规定，在电网电压可能有较大变化的 220kV 与以上的降压变压 器与联络变压器，可采用有载调压，一般不宜采用带负荷调压，于是该变电站 采用无励磁调压。3.3.5 主变压器冷却方式的选择 主变压器常用的冷却方式有：自然风冷却，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。小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环风 冷却，在发电厂水源充足的情况下，为了压缩占地面积，大容量变压器也有采 用强迫油循环水冷却。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。近年来随着变压器制造技术的发展，在大容量变压器中，采用了强迫油循 环导向风冷却方式。它是用潜油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油 道中，故此冷却效率更高。所以，该站主变选择强迫油循环导向风冷却方式。3.4 主变压器的配置原则电力变压器外壳不带电，故采用落地布置，安装在变压器基础上。变压器基础一般制成双梁形并铺以铁轨，轨距等于变压器的滚轮中心 距。为了防止变压器发生事故时，燃油流失使事故扩大，单个油箱油量超过 1000kg 以上的变压器，按照防火要求，在设备下面需设置贮油池或挡油墙， 其尺寸应比设备外廓大 1m ，贮油池内一般铺设厚度不小于 0.25m 的卵石层。主变压器与建筑物的距离不应小于 1.25m ，且距变压器 5m 以内的建筑 物，在变压器总高度以下与外廓两侧各 3m 的范围，不应有门窗和通风孔。当 变压器油量超过25000kg以上时，两台变压器之间的防火净距不应小于5 -10m ，如布置有困难，应设防火墙。主变压器在工程的具体布置见附图 1 所示。3.5 主变压器选择结果查电力工程电气设计手册 电气一次部分 、电力设备选型手册选定 主变型号为： SFPSZ10-150000/220。主要技术参数如下：额定容量： 150/150/75MVA调压方式：无励磁调压额定电压（kV）:高压220 8 X1.25% 中压117 低压37 5% 连接组标号： YN/yn0/ yn0空载损耗： 96kW阻抗电压（ %）：高中： 13高低： 23 中低： 8负载损耗： 491 kW冷却方式： ODAF 强油导向风冷所以选择三台 SFPSZ10-150000/220 型变压器为主变 ,本期先上一台。4 变电站电气部分短路计算电力系统短路概述 在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不 正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它 们会破坏用户的正常供电和影响电气设备的正常运行。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或 相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有，三相短路，两相短路，两相接地短路 和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍 处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。常见短路因素 设备绝缘损坏，正常运行时电力系统各部分绝缘是足以承受所带电压 的，且具有一定的裕度。但电气设备在制造时可能存在某些缺陷；在运输、保 管和安装的过程中，绝缘可能受到机械损伤；长期低电压过电流运行的设备绝 缘会迅速老化等原因，使电气设备的绝缘受到削弱或损坏，造成带电部分的相 与相或相与地形成通路。 恶劣的自然条件，大气过电压（雷击）引起闪络，大风和覆冰引起倒杆 和断线等造成短路。 工作人员误操作如设备检修未拆除地线就加电压、 运行人员带负荷拉刀220kV 变电站电气主接线设计闸等。三相短路计算值电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两 相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很少发生，可其情况却比较 严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检 验电气设备的稳定。选择和校验电气设备、载流导体，一般应计算下列短路电流值。Ik 为短路电流周期分量有效值，单位为 kA；I 为稳态短路电流有效值，单位为 kA ；ib为短路全电流最大瞬时冲击值，单位为 kA ;lb为短路全电流最大有效值，单位为 kA ；Sk 为短路容量，单位为 MVA 。4.1 短路计算的目的与假定4.1.1 短路电流计算的目的在选择电气设备时，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。 例如： 计算某一时刻的短路电流有效值， 用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器 的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计 算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。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相对 地的安全距离。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。接地装置的设计，也需用短路电流。4.1.2 短路电流计算的一般规定验算导体和电器动稳定、热稳定以与电器幵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，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。220kV 变电站电气主接线设计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 作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。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。导体和电器的动稳定、热稳定以与电器的幵断电流一般按三相短路验 算。4.1.3 短路计算基本假定正常工作时，三相系统对称运行；所有电源的电动势相位角相同；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；不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，与不计负荷的影响； 系统短路时是金属性短路。4.2 各种短路电流计算步骤短路计算应考虑的因数接线方式，计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电 流的正常接线方式（即最大运行方式） ，不能用仅在切换过程中可能并列运行 的接线方式。计算容量，应按本工程设计规划容量计算，考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑工程建成后 510年）短路种类，一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路或中性点直 接接地系统与自耦变压器等回路中单相（或两相）接地短路较三相短路情况严 重时，则应该按严重情况的进行校验短路计算点，在正常接线方式中，通过电器设备的短路电流为最大的地 点，称为短路计算点。对于带电抗器的 610kV 出线与厂用分支线回路母线 至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取电抗器前。选择其导 体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。4.2.2 短路电流计算方法 供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值 法。标幺值法是一种相对单位制，它是一个无单位的量，为任一参数对其基 准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系 统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气 参量的折算。在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1kV 以下低压供电系统短路电流的计算。4.2.3 短路电流的计算步骤短路故障选取基准值选择与系统电抗标幺值计算；各短路电流值计算公式；变压器电阻标幺值、电抗标幺值计算；各故障点短路电流计算。4.3 短路计算过程4.3.1 短路故障点选取 根据电气设备选择的需要，选择短路情况最严重的三相短路来进行短路电流计算；结合该站的实际情况，按最大运行方式，即三台主变同时投入运行考 虑，且主变绕组的接线方式为全星型连接；故障点分别选择在 220kV 母线上 k1 点、 110kV 母线上 k2 点和 35kV 母线上 k3 点，故障点的具体分布见图 4.1。4.3.2 基准值选择与系统电抗标幺值计算基准值选择基准容量：Sj 100MVA基准电压： Vj（kV）37115230由基准电流公式可得同理可得各基准电流： I j（kA）1.560.500.25系统短路容量的计算系统电抗标幺值：则短路容量：433各短路电流值计算公式短路电流冲击系数Sj100Sk15244MVAX x 0.006569X x 0.006569t=1+eR = RT1 +RT2 + RT3 =0.528+0.528+3.6967= 4.7527111X = XT1 +XT2 +XT3 + X x = 45.173 3.227 + 29.04 + 0.006569=23.664333在工程设计中，当短路电路的总电阻较小，即时，Tf0.05s，t = 0.01，则:0.01Kb = 1+ e0.05 =1.8三相短路冲击电流ib = Kb Ik3-.2 =1.2Ik3 =2.55Ik3（ 4.1）三相短路全电流最大有效值Ib.1 2 Kb 1 2Ik3一1 2 1.8 1 2 Ik3 1.51l（ 4.2）三相短路容量SQk（5.5）式中： It 电气设备允许通过的热稳定电流t 热稳定电流时间I 电气设备三相短路电流周期分量稳态值绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，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。但所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配 合计算，选用适当的过电压保护设备。5.3 断路器与隔离开关的选择5.3.1 断路器的配置原则按照断路器在配置中所占据的位置，可分为单列、双列和三列布置。断路器的排列方式，必须根据主接线、场地地形条件、总体布置和出线方向等多 种因数选择。断路器有低式和高式两种布置。 低式布置的断路器安装在 0.51m的混 凝土基础上， 其优点是检修比较方便， 抗震性能好， 但低式布置必须设置围栏， 因而影响通道的畅通。在中型配电装置中，断路器多采用高式布置，即把断路 器安装在约2m的混凝土基础上，基础高度应满足：电气设备支柱绝缘子最 低裙边的对地距离为 2.5m :电气设备间的连线对地距离应符合C值要求。断路器在工程的具体布置见附图 1 所示。5.3.2 隔离开关的配置原则接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。断路器的两侧均应配置隔离幵关，以便在断路器检修时隔离电源。中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地。隔离幵关均采用高式布置，其要求与断路器相同。隔离幵关的手动操动 机构装在其靠边一相基础上。隔离开关在工程的具体布置见附图 1 所示。5.3.3 断路器与隔离开关的选择与校验原则断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安 装调试和运行维护，并经过经济技术比较后才能确定。根据目前我国断路器的 生产情况，电压等级在10kV220kV的电网一般选用SF6断路器15。断路器选择的具体技术条件如下：额定电压校验U NU NS（5.6）额定电流校验I N I max（5.7）开断电流Ike Ik3（5.8）热稳定It2t Qk（5.9）动稳定ies ib(5.10 )同样，隔离幵关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求5.3.4 220kV侧断路器与隔离幵关的选择与校验主变侧高压侧断路器的选择与校验1.额定电压选择：Un Uns = 220kV2.额定电流选择：1.05 S1.05 150In I max ， I max = 1.05In = 0.4138kAj3UnV3 220则：In lmax = 0.4138kA3.幵断电流选择：3l ke l k 1 = 38.06kA选择 LW30-252型SF6断路器，其主要参数如表5.1 o表5.1 LW30-252 型SF6断路器参数表型号额定电压额定电流额定短路幵断电流额定短路关合电流动稳定电流4s热稳定电流全幵断时间tcLW30-252 kV3.150k50 kA125 kA125 kA50 kA0.06s252A4.热稳定校验：由上表可知LW30-252型SF6断路器的全断时间t。= 0.06s，取继电保护装置后备保护动作时间tr = 0.15s，则:te = tr +t0 = 0.06+0.15= 0.21s2222于是热稳定电流 Itt=50 4 = 10000J,而 Qk = I te = 38.06 0.21 = 304.2J， 则Ift Qk，故选择的断路器满足热稳定要求。5. 动稳定校验 选择断路器的额定动稳定电流：ies=125kAk=97.05kA，故选择的断路器满足动稳定要求。6. 短路容量的选择 SF6断路器的额定幵断容量SN= 3UNlk= 3 220 50=19052MVA220kV侧短路容量由表4.1可知为14485MVA，则选择的断路器满足短路容量的要求7 .由以上数据与表4.1可得所选断路器的参数校验表5.2。则:一 3U n cos、3 220 0.9表5.2断路器参数校验表Un252kVU Ns220kVIn3150AI max413.8AI ke50kAIk338.06kAies125kAib97.05kAQ304.2JIt2t10000JS19052MVASk2904.3MVA由表5.2可知，所选断路器满足要求。出线与母联断路器的选择与校验，其中Rax为220kV侧的负荷为500MW, cos是220kV侧负荷的功率因数其值为0.9 o1 maxP ax=1.458kA由表5.2可知LW30-252型SF6断路器同样满足出线断路器的选择，其动稳定、热稳定计算与主变侧相同。220kV隔离幵关选择与校验1. 额定电压选择：Un U ns = 220kV2. 额定电流选择：In Imax，其中Imax为220kV系统按最大运行方式时的工 作电流，由上易知lmax = 1.458kA。则选择SPOT 252隔离幵关，其主要参数如表5.3。表5.3 SPOT 252隔离幵关参数型号额定电压额定电流额定峰值耐受电流3s热稳定电流SPOT-252252 kV2.5 kA100kA50kA3. 热稳定校验：220kV侧三相短路电流周期分量稳态值为38.06kA，选择的隔离幵关3s热稳定电流为50kV，即I 3 ib=97.05kA，故选择的断路器满足动稳定要求。5.3.5 110kV侧断路器与隔离幵关的选择与校验主变侧中压侧断路器的选择与校验1. 额定电压选择：Un U ns = 110kV1.05 Sn 1.05 1502. 额定电流选择：In Imax，Imax = 1.05In= = _= 0.8267kAj3UnJ3 110贝y：In Imax = 0.8267kA3. 幵断电流选择：Ike Ik2 =14.10kA选择LW36-126型SF6断路器，其主要参数如表5.4。表5.4 LW36-126 型SF6断路器参数表型号额定电额定电额定短额定短动稳定3s热稳全幵断压流路幵断路关合电流定电流时间电流电流LW36-126 kV3.150k40 kA100kA100 kA40 kA0.06s126A4. 热稳定校验：由上表可知LW36-126型SF6断路器的全断时间t。= 0.06s , 取继电保护装置后备保护动作时间tr = 0.15s,则te = tr +t0 = 0.06+0.15= 0.21s22222于是热稳定电流 Itt = 40 3=4800J，而 Qk = I te =14.10 0.21=41.75J,则 It t Qk , 故满足热稳定要求。5. 动稳定校验 选择断路器的额定动稳定电流为ies=100kAib=35.955kA，故选择的断路器满足动稳定要求。6. 短路容量的选择 SFe断路器的额定幵断容量，即：Sn = 3UNIk 3 110 40 = 7620.8MVA110kV侧短路容量由表4.1可知为2686.3MVA，则选择的断路器满足短 路容量的要求7 .由以上数据与表4.1可得所选断路器的参数校验表5.5。220kV变电站电气主接线设计表5.5断路器参数校验表Un126kVU Ns110kVIn3150AI max826.7A1 ke40kAIk314.10kAi es100kAib35.955kAQk41.75JIt2t4800JSn7620.8MVASk2686.3MVA由表可知，所选断路器满足要求。出线、母联断路器的选择与校验，其中Pmax为110kV侧的近期最大负荷为300MW, cos为110kV侧的负荷功率因数其值是 0.85 。1 maxRnax、3U n cos=1.853kA.3 110 0.85由表5-5可知LW36-126型SF6断路器同样满足出线断路器的选择，其动稳定、热稳定计算与主变侧相同。110kV隔离幵关选择与校验1. 额定电压选择：Un U ns = 110kV2. 额定电流选择：In Imax，其中Imax为110kV系统按最大运行方式时的工 作电流，由上易知lmax=1$53kA o则选择GW16A 126隔离幵关，其主要参数如表 5.6。表5.6 GW16A 126隔离幵关参数型号额定电压额定电流额定峰值耐受电流额定短时耐受电流GW16A-126