1、I / 34目录一 引言 .11 变电站的作用 .12 变电站设计的主要原则和分类 .23 原始资料与设计任务 .2二 设计说明书 .51 电气主接线设计 .51.1 电气主接线设计概述 .51.2 电气主接线的基本形式 .81.3 电气主接线选择 .82 变电站主变压器选择 .102.1 主变压器的选择 .102.2 主变压器选择结果 .12三 设计计算书 .131 短路电流计算 .131.1 短路的危害 .131.2 短路电流计算的目的 .131.3 短路电流计算方法 .131.4 短路电流计算 .141.4.1 110kv 侧母线短路计算 .161.4.2 10kv 侧母线短路计算 .1
2、82 电气设备的选择 .202.1 导体的选择和校验 .202.1.1 110kv 母线选择及校验 .212.1.2 10kv 母线选择及校验 .222.2 断路器和隔离开关的选择及校验 .232.2.1 110kv 侧断路器及隔离开关的选择及校验 .242.2.2 10kv 侧断路器及隔离开关的选择及校验 .262.3 电压互感器和电流互感器的选择 .282.3.1 电流互感器的选择 .282.3.2 电压互感器的选择 .293 防雷与接地方案的设计 .313.1 防雷保护 .313.2 接地装置的设计 .31参考文献 .33附录 .65附录一 电气主接线图 .65附录二 110KV 屋外普
3、通中型单母线分段接线的进出线间隔断面图 .661 / 34一 引言1. 变电站的作用一、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（发电机） 、变换（变压器、整流器、逆变器） 、输送和分配（电力传输线、配电网） ，消费（负荷） ；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。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：（1）枢纽变电站；位于
4、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。（2）中间变电站：高压侧以交换潮流为主，其系统变换功的作用。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。（3）地区变电站：高压侧一般为 110220kv，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。（4）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 11
5、0kv，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。二、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，电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定电压的正负 5%，给定的允许频率偏移为正负 0.20.5%HZ 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
6、取一切手段来予以保证。2 / 34（3）保证系统运行的经济性：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 1/3 ，而且在电能变换，输送，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，又极其重要的意义。2. 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。1. 统一性：建设标准统一，基建和生产标准统一，外部形象提醒公司企业的文化特征。2. 可靠性：主接线方案安全可靠。3. 经济性，按照利
7、益最大化原则，综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求设备寿命期内最佳经济效益。4. 先进性：设备选型先进合理，占地面积小，注重环保，各项技术经济可比指标先进。5. 适应性：综合考虑不同地区的实际情况，要在系统中具有广泛的适应性，并能在一定时间内对不同规模，不同形式，不同外部条件均能适应。6. 灵活性：规模划分合理，接口灵活，组合方案多样，规模增减方便，能够运行于不同的情况环境下。7. 时效性：建立滚动修改机制，随着电网的发展和技术的进步，不断更新、补充和完善设计。8. 和谐性：变电站的整体状况与变电站周边人文地理环境相协调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
8、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，主变布置在户内、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他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
9、量等不同规模分为终端变电站、中间变电站和枢纽变电站。3 / 343. 原始资料与设计任务一、 题目： 110/10kV 变电所电气部分设计二、 变电所有关资料。变电所编号 最大负荷（MW ）功率因数cos负荷曲线 重要负荷（） 或 或 或 （）环境最高气温 ，最热月最高平均气温。（）变电所侧过电流保护动作时间为。（）输电线路电抗按计算。（）发电厂、变电所地理位置图如图所示。（）典型日负荷曲线如图所示。三、设计文件及图纸要求（）设计说明书一份。（）设计计算书一份。（）变电所主接线图一张，系统SL 52 L G J - 2 4 0G GL 1L 2L 3L 4AB CP 1P 2 P 3图 发电厂
10、、变电所地理位置接线图汽轮发电机数据：，“变压器数据：，4 / 3402 04 06 08 01 0 03 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 2 402 04 06 08 01 0 03 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 2 4（） （）图 典型日负荷曲线三、设计任务 一、设计说明书： 1、简要说明所设计变电所在电力系统中的地位（终端） ； 2、变电所主变压器的台数、容量、具体的型号； 3、采用的主接线的形式单母线分段（B 所） 、桥式（A 、C 所）; 4、所用变得数量、型号规格（50kva 或 100kva 的干式变压器） ； 5、其他高压电器：断路器、隔离开关、电流互感器、电
11、压互感器的规格型号； 二、设计计算书 1、在你设计的变电所选取 110kv、10kv 两个短路点，计算短路电流；（元件等效电抗-等效电路-网路简化 -转移电抗-计算电抗 -短路电流标幺值-短路电流有名值） ； 2、依据短路电流和正常负载电流选取断路器；并作动稳定、热稳定校验； 3、依据负荷电流选取隔离开关、电流互感器，并按短路电流进行动稳定、热稳定校验； 4、选取电压互感器、避雷器； 5、按负荷曲线和负载电流选取母线规格，并做动稳定、热稳定校验；5 / 34二 设计说明书(一) . 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
12、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。1.1 电气主接线设计概述一、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一下基本要求。（1）运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，
13、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。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
14、用小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。6 / 34（5）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，在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。二、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
15、气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。他与电力系统、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 ，正确处理他们之间的关系，合理的选择主接线方案。在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。(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
16、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。在大容量变电站中，为了限制 610kv 出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1. 变压器分列运行 2. 在变压器回路中装置分裂电抗器。3. 采用低压侧为分裂绕组的变压器。4. 出线上装设电抗器。(2)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。(3)为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平
17、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其中有特大负荷时，可取 0.951；3. 功率因数 一般取 0.8；. 线损平均取 5%。7 / 34三、电气主接线设计步骤（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
18、等。主变压器中性点接地方式是一个综合问题，他与电压等级、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，对 110kv 就以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，有称大电流接地系统。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
19、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. 环境条件包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、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，特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差较大，应予以重视。5. 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。（2）主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要
20、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8 / 34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，有能满足任务书要求的方案，再进行经济比较，结合最新技术，最终确定出在技术上合理、经济山可行的最终方案。（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。1.2 电气主接线的基本形式主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种接线方式，它以电源和
21、出线为主体。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。1.3 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
22、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，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 25%左右，二级负荷占 30%左右，一级和二级负荷占9 / 3455%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。方一主接线图如下：图 11 方案一主接线图方案二：110kv 侧采用双母线接线方式，10kv 侧采用单母线分段带旁路母线接线方式方案二的主接线图如下：
