1、邵阳学院毕业设计（论文）- 1 -1 系统概述1.1 建所目的为了满足电力系统负荷增长需要，拟在某市新建一座 110kV 变电站，用 10kV向该地负荷供电。1.2 变电站情况待建变电站 110kV 进线线路有 5 回接线，两回线路与系统相连，其中一回与无穷大系统相连，另外一回与现有 110kV 变电站相连，两回 110kV 线路与一水电站相连；变电站的出线 10kV 有 11 回线路，变电站通过 10kV 向负荷供电。考虑到该变电站在系统中的地位，110kV 预留一回出线，10kV 预留 2 回出线。系统接线如图 1.1 所示：现有 1 1 0 k V 变电站待建 1 1 0 k V 变电站
2、1 1 0 k V 变电站预留2 5 k M6 0 k M4 0 k M8 0 k MS = 1 0 0 0 M V A水电厂1 0 k V ( 共 1 1 回 ， 预留两回cos0.8dX25X.4.35图 1.1 拟建变电站系统接线图水电厂装机 4*25MW，丰水期四台机组满发，枯水季节考虑一台机组运行。1.3 负荷情况该变电站 10kV 出线侧负荷如表 1.1 所示：各线路负荷同时率为 0.9变电站站用总负荷为 400kW, 。cos0.85邵阳学院毕业设计（论文）- 2 -表 1.1 10kV 出线负荷一览表名称 最大负荷（MW）年最大负荷利用率(小时)cos线路长度电机厂 2.5 2
3、200 0.85 6矿山机械厂 2.3 2000 0.85 8汽车制造厂 2 4000 0.85 5农机厂 1.5 2800 0.85 4自来水厂 2 6500 0.85 9有机化工厂 1.8 2300 0.85 4饲料厂 1.75 3500 0.85 4部队 2.2 2000 0.9 8城东线 2.5 2500 0.9 5邵阳学院毕业设计（论文）- 3 -2 变压器容量、台数及型式的选择2.1 概述在各级电压等级的变电所中，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。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。
4、在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，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，考虑到经济性来选择主变压器。同时考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量 1。2.2 主变压器台数的选择 由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区 110kV 降压变电所，它是以 110kV 所受功率为主。在选择主变台数时，要确保供电的可靠性。 为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但投资增大，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂
5、化。考虑到两台主变同时发生故障机率较小，当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性 2。2.3 主变压器容量的选择 主变压器容量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，该所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，考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的 70%80% 。该变电所是按 70%选。因此，根据计算（见计算书
6、）选出容量为 25MVA 的两台主变压器 3。主变压器参数如表 2.1。表 2.1 主变压器的型号及主要参数表电压组合及分接范围 阻抗电压型号高压 低压 高低容量（MVA）邵阳学院毕业设计（论文）- 4 -SFZ7-25000/110 110 210 210.5 252.4 主变压器型式的选择 2.4.1 主变压器相数的选择 当不受运输条件限制时，在 330kV 以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器
7、4。 2.4.2 绕组数的选择 本次所设计的变电所具有两种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，选用普通双绕组变压器 5。 2.4.3 主变调压方式的选择 为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，110kV 及以上网络电压应符合以下标准 6,7：（1）枢纽变电所二次侧母线的运行电压可为电网额定电压的 11.3 倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过 10%，事故后不应低于电网额定电压的 95%。 （2）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% 。 调压方式分为
8、两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在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%。由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求 8。 2.4.4 主变压器冷却方式的选择 主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却。 主变主要起通过中绕组从水电厂侧传送功率（4*35MVA）和系统至低绕组10kVA 侧，并在水电厂侧故障时，通过高压绕组从 110kVA 侧无穷大系统传送 1000MVA（最大）支援。本设计主变为中型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，选用强迫油邵
9、阳学院毕业设计（论文）- 5 -循环风冷却方式。 3 电气主接线选择3.1 概述主接线是变电所电气设计的重要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，而且对变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系 9。 3.1.1 主接线的设计原则： （1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用； （2）考虑近期和远期的发展规模； （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； （4）考虑主变台数对主接线的影
10、响； （5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。3.1.2 主接线设计的基本要求（1）可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求 10。 主接线可靠性的具体要求： 断路器检修时，不宜影响对系统的供电； 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电； 尽量避免变电所全部停运的可靠性。 （2）灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特
11、殊运行方式下的调度要求；为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电； 邵阳学院毕业设计（论文）- 6 -为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。 （3）经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。 投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器避雷器等一次设备的投资，能使控制保护不过于复杂；占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用； 电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式
12、、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。 3.2 主接线的接线方式及其特点电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。 3.2.1 单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线
13、段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。L 1G 1WG 2L 2图 3.1 单母线接线邵阳学院毕业设计（论文）- 7 -3.2.2 单母线分段接线 用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。 （优点）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 （缺点）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，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：110kV220kV 配电装置的出线回路数为 3
14、4 回，3610kV 配电装置出线为 6 回及以上，则采用单母分段接线。L 1G 1W G 2L 2W 图 3.2 单母线分段接线3.2.3 单母分段带旁母接线 这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为 35110kV 的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 邵阳学院毕业设计（论文）- 8 -L 1G 1W G 2L 2W W P图 3.3 单母线分段带旁母接线3.2.4 双母线接线 双母线接线：双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。（1）优点：供电可靠。一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该
15、回路；调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；扩建方便。向左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电；便于试验。当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。 （2）缺点：增加一组母线需要增加一组母线隔离开关；当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作；适用范围：当出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用。610kV 配电装置，当短
16、路电流较大，出线需要带电抗器时；110220kV 配电装置，出线回路数为 5 回以上时。邵阳学院毕业设计（论文）- 9 -L 1 L 2W 1W 2G 2 G 1图 3.4 双母线接线3.2.5 双母线分段接线 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。较容易实现扩建等优点，但易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在 11 回及以下时，母线不分段。3.3 主接线方案比较选择 由设
17、计任务书给定的负荷情况：110kV 进线 5 回，10kV 出线 11 回（两回预留）该变电所主接线可以采用以下三种方案进行比较： 方案一：110kV 采用单母线分段接线，10kV 采用单母线分段接线；方案二：110kV 采用双母线接线，10kV 采用单母线分段接线；方案三：110kV 采用双母线接线，10kV 采用单母线接线。（1）110kV 侧采用单母线分段接线方式，出线回路较多，输送和穿越功率较大，母线事故后能尽快恢复供电，母线和母线设备检修时可以轮流检修，不致中断供电，一组母线故障后，能迅速恢复供电，而检修每回路的断路器和隔离开关时需要停电；110kV 采用双母接线方式，检修或故障时，
18、要检修的母线断开，另外一条母线承担所有负荷，及不致影响供电可靠性。比较：从经济性来看，方案一比方案二和三好，从可靠性看方案二和三远高于方案一。故 110kV 采用双母线接线符合要求。邵阳学院毕业设计（论文）- 10 -（2）10kV 侧采用单母线接线方式，操作不够灵活、可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电；10kV 采用单母线分段接线方式，其可靠性如上。比较：方案三所用的断路器、隔离刀闸比方案一少，其经济性略高于方案一，但方案三中 10kV 侧的供电可靠性差，方案一 10kV 侧的可靠性明显高于方案三，故不采用方案三。 综观以上叙述，根据设计任务书的原始资料可知该变电所选用方案二：
19、110kV等级采用双母线接线方式，10kV 等级采用单母线分段接线方式。 4 短路电流计算4.1 概述电力系统中的电气设备，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，因为它们会破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行 11。 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 12。4.2 短路计算的目的及假设 4.2.1 短路计算目的短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。其计算目的是 13：
