1、I摘要电力系统是国民经济的重要能源部门，而变电所的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于变电所的设计内容多、范围广、逻辑性强，因此要求要有较高的专业水平，并熟悉各种设计规程和设计原理，设计过程中要针对变电所的规模和形式，具体问题具体分析。本文是对大北 60kv/10kv 二次降压变电所提供的设计方案，设计分为两部分。第一部分说明书中包括了对原始设计条件的分析，导线的选择，无功补偿静电电容器的选择，主变压器的选择，电气主接线的确定，短路计算，各种电气设备的选择与校验，高压配电装置的规划设计，防雷保护的规划设计。在设计和选择设备中都充分考虑到了可靠性，灵活性和经济性。另外，各种断路器、隔离开
2、关、电流互感器型号的选择要与高压配电装置的布置联系在一起考虑。计算书部分包括了计算变电所的最大负荷容量，无功补偿的计算，计算主变压器的容量，化简短路阻抗和计算短路电流，电气设备的校验，和防雷保护保护范围的计算。本设计是有文字说明和图表解释的比较完整的二次降压变电所的设计方案。关键词 电力系统，电气设备，变压器，继电保护IIAbstractThe electrical power system is the national economy important energy department, but the transformer substation design is in the e
3、lectric power industry construction an essential project. Because transformer substation design content many, scope broad, logical, therefore requests to have to have the high specialized level, and the familiar each design regulations and the principle of design, in the design process must aim at t
4、he transformer substation the scale and the form, concrete question concrete analysis. The content quite are many, the scope is broad, different voltage rank, different type, when heterogeneity load transformer substation design stresses the aspect is dissimilar. This book is about mishan 60/10KV Tr
5、ansformer Station Design of Electric Portion. The design is divided into two parts.The first part description includeddesigned conditional analysis to the originality,the choice of transmission line,static capacitor and main transformer,key diagram finalized,ect.high pressure in transformer substain
6、, In all of the design the equipments choice in consideration of reliability, flexibility and economy. Moreover, all of the circuit breaker, disconnecting switch, electric current the choice of feeling machine model number want to go together with the decoration of giving or getting an electric shoc
7、k the device with high pressure to contact to together consider with each other.Calculations include the calculation of the maximum load capacity of substations, reactive power compensation, the calculation of main transformer capacity, a short way of calculating the impedance and short-circuit curr
8、ent, electrical equipment check, and the scope of protection lightning protection calculations.The design is a text description and a chart to explain the relatively complete secondary step-down substation design.Key words electrical power system, electrical equipment, transformer, relay protection目
9、 录摘要 .IAbstract.II第一篇 设计说明书 11 变电所设计原则 .11.1 所址选择和所区规划 .11.2 电气部分设计原则 .12 10KV 线路导线的选择 .32.1 按经济电流密度选择导线经济截面积 .32.2 选择导线截面积的步骤 .33 主变压器容量、台数和型式的选择 .73.1 变压器选择的规定 .73.2 主变压器容量和台数的选择 .73.3 变压器型式的选择 .84 补偿电容器的选择 .104.1 求出变压器的功率损耗 .114.2 补偿前平均功率因数计算公式 .124.3 补偿容量的计算 .124.4 确定电容器台数 124.5 补偿后总平均功率因数计算公式 1
10、25 电气主接线方案设计 135.1 主接线设计的基本要求 135.2 主接线方案 145.3 方案的比较与确定 155.4 主接线二次方案的说明 156 短路电流的计算 .166.1 发生短路的原因和短路的定义 .166.2 短路的分类 166.3 计算短路电流的目的 166.4 短路电流的计算过程 177 电气设备的选择 .197.1 断路器的选择 .197.2 隔离开关的选择 .217.3 互感器的选择 .237.4 避雷器的选择 277.5 高压开关柜的选择 .297.6 母线的选择 338 继电保护 .368.1 电力系统继电保护的作用 368.2 主变压器的保护 .368.3 线路
11、保护 .389 防雷保护 .409.1 避雷针的装设原则及接地装置的要求 409.2 避雷针高度的计算 40第二篇 设计计算书 421 选择 10KV 输电线路导线 .421.1 选择机械制造厂出线架空线型号 .421.3 选择织布厂出线架空线型号 461.4 选择标准件厂出线架空线型号 481.5 选择服装厂出线架空线型号 .501.6 选择粮食加工厂出线架空线型号 521.7 选择汽水厂出线架空线型号 541.8 选择化工厂出线架空线型号 552 选择主变压器的台数、容量、型号 .592.1 线路损耗的总功率 .592.2 线路所有负荷的总功率 .592.3 计算变压器二次侧总功率 602
12、.4 选择变压器型号 603 选择补偿电容器的容量、台数、型号 .623.1 计算变压器功率损耗 .623.2 计算变压器高压侧功率 .623.3 计算无功补偿前系统的功率因数 623.4 计算需要补偿的无功容量 .633.5 选择电容器 634 电气主接线方案设计 .645 短路电流的计算 .655.1 画系统等值阻抗图 .655.2 求各元件等值电抗 .655.3 计算各点发生短路时的短路电流 666 电气设备的选择 .696.1 断路器的选择 696.2 隔离开关的选择 716.2.1 60KV 侧隔离开关的选择 716.3 电压互感器的选择 726.4 电流互感器的选择 726.5 避
13、雷器的选择 746.6 高压开关柜的选择 756.7 母线的选择 787 继电保护 .817.1 变压器的保护 817.2 线路保护设计 838 防雷保护设计 .858.1 范围计算 858.2 避雷针高度选择 858.3 避雷针的校验 868.4 保护半径的计算 868.5 保护范围的计算 86结论 .88致谢 .89参考文献 .90附录 .91- 1 -第一篇 设计说明书1 变电所设计原则变电所的设计必须贯彻执行党的有关方针、政策。设计中应不断总结实践经验，在保证安全运行、经济合理的条件下，力求接线简化、布置紧凑和逐步提高自动化水平，并积极慎重地采用新技术。变电所设计规程规定电压为3533
14、0KV，每台变压器容量为 5000KA 及以上新建变电所的设计，扩建工程的设计可参照行。变电所应根据 510 年电力系统发展规划进行设计。1.1 所址选择和所区规划变电所的所址应符合下列要求：接近负荷中心；不占或少占农田；便于各级电压线路的引入和引出。架空线路走廊应与所址同时确定；交通运输方便；具有适宜的地质条件；尽量不设在空气污秽地区，否则应采取防污设施或设在污源的上风侧；所址不应为积水淹浸，山区变电所的防洪设施应满足泄洪要求；具有生产和生活用水的可靠水源；适当考虑职工生活上的方便；确定所址时，应考虑邻近设施的影响。所区内建筑物、构筑物的布置应紧凑合理，充分利用地形并考虑便于扩建。为了减少所
15、区占地面积或当所区面积受到限制时，配电装置中应尽量采用减少占地的电器，或在布置上采用高型或半高型方式等。1.2 电气部分设计原则1.2.1 主变压器变电所中一般装设两台主变压器。如只有一个电源或变电所可由中、低压侧电力网取得备用电源，可装设一台主变压器。变电所中主变压器一般采用三相式变压器，其容量应根据电力系统装 510 年的发展规划进行选择。装有两台及以上主变压器的变电所，当一台断开时，其余主变压器的容量一般保证 70%的全部负荷，但应保证用户的一级和大部分二级负荷。1.2.2 主接线变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负载性质等条件确定，并应满足运行可靠，简单灵
16、活、操作方便和节约投资等要求。- 2 -当能满足运行要求时，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，如线路变压器组或桥形接线等。当满足电力系统继电保护的要求时，也可采用线路分支接线。如有扩建的需要，在布置上应为过渡到最终接线准备条件。3560KV 配电装置中，当出线为两回时，一般采用桥形接线，当出线为两回以上时，一般采用分段单母线或单母线接线。出线回路数较多、连接的电源较多，负荷大或污秽环境中的 3560KV 屋外配电装置，可采用双母线接线。 6KV 和10KV 的配电装置中，一般采用分段单母线或单母线接线。配电装置中旁路设施或专用的旁路断路器，应按下列条件设置：3560KV配电
17、装置中，一般不设旁路母线；如线路断路器不允许停电检修，可设置其他旁路设施。当地区电力网或用户不允许停电检修线路断路器时，采用单母线或分段单母线的 6KV 和 10KV 配电装置中，可设置旁路母线。- 3 -2 10KV 线路导线的选择导线是架空线路的主要元件之一，在架空线路建设投资中占很大比重。铜导线虽然导电性能好，机械强度高，在抗氧化、抗腐蚀能力。但价格较为昂贵，经济性较差，所以不宜采用铜导线。铝导线虽具有很好的导电性，价格低廉，但由于机械强度较差，大约为铜的一半，此外铝易氧化，抗腐蚀性差，因此也不宜采用。架空线路要求有较高的机械性能，耐腐蚀和耐震性能，同时要考虑经济性，符合国家电线产品的标
18、准。因此本变电所的架空线路采用钢芯铝绞线，符号：LGJ*，其中*为导线的标称截面（mm 2） 。导线截面选择过大，会增加线路的投资，导线截面过小，会增加导线运行中电压和电能损耗，使电能传输质量和运行的经济性变差，所以要选择合适的导线截面。2.1 按经济电流密度选择导线经济截面积使年综合费用最小时所对应的母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。按经济电流密度选择导线截面，可使用全年综合费用（包括年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等）最低。对于电压较高、线路较长、最大负荷利用小时数较多的线路首选此方法。此外，从经济性的角度，可使网络处于最佳经济运行状态，故本次设计按经济电流密度选择导线。
19、其计算公式如下。（2-JIS/max1） 式中 S导线经济截面（mm 2） ；线路正常运行时的最大负荷电流（A） ；maxIJ经济电流密度（A/mm 2） ，可根据经济电流密度曲线查取。2.2 选择导线截面积的步骤选择导线截面积的一般方法：先按经济电流密度初选导线标称截面积，然后作热稳定、电压损失、机械强度、电晕电压等技术条件的校验，最后确定导线的截面积及型号。2.2.1 10KV 线路导线经济截面积计算- 4 -计算线路的最大长期工作电流： 1（2-cos305.1maxNUPI2）式中 线路额定电压（kV） ；N功率因数；cosP远期最大负荷（kw） ，对于双回路 P=60% ；对于单回路
20、 P=maxP。max根据电力工程电气设计手册377 页，图 8-30 软导线经济电流密度 2查找不同负荷的最大负荷小时数 时的经济电流密度 按下式计算。maxTJJIS/max2.2.2 按电压损失校验导线截面按电压损失校验导线截面，并不是单纯地为了增大其截面积。对于线路来说，采用增大导线截面积的方法可降低电压损失，虽然增加了投资和金属的消耗量。但这要比提高功率因数、采用有载调压变压器以及改变电网规划方案来满足电压损失来讲，其经济性要好得多。本次设计任务中已明确要求电压损失不超过 9%。其电压损失校验可用下式来校验，即：（2-)tan(2XRUPLN3）式中 P-有功负荷（KW） ，对于双回
21、路 P=60% ；对于单回路 P= ；maxPmaxPL线路长度（km） ；UN-线路额定电压（KV） ；R-线路最高温度（+38 0C）时的电阻；X-线路电抗（） 。其中由供用电工程附录 A 查得+20 0C 时的直流电阻，修正到其实际工作温度时的电阻值，按下式进行修正：（2-)2(120trRt4）式中 -电阻的温度系数。对于铜 =0.00382；对于铝 =0.0036； - 5 -导线+20 0C 时的电阻（/km） ；20r-导线的实际工作温度。t当 时满足电压损失校。当 时，应选下一等级截面的导线，%1 %10再进行电压损失校验，直到 为止，此时的导线即被选择。2.2.3 按载流量校
22、验导线截面积允许载流量是根据热平衡条件确定的导线长期允许通过的电流。因此所有线路都必须根据可能出现的长期运行情况作载流量的校验。线路的最大长期工作电流应不大于导体长期发热的允许电流，即： 。maxIKl式中 -导线允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流；alI-温度修正系数；K-线路可能通过的最大电流（A） 。max按照上述方法选择架空线型号见下表表 2-1 10KV 架空线型号表导线阻抗序号 负荷名称 导线型号r(/km) X(/km)(maxAI07.calI(A)(%)1 机械制造 厂 LGJ-120/7 0.2422 0.4 138.38 417 2.72 针织器材 厂 LGJ120
23、/7 0.2422 0.4 126.88 417 3.573 织布厂 LGJ120/7 0.2422 0.4 142.64 417 5.14 标准件厂 LGJ50/8 0.5946 0.4 66.13 240 4.95 服装厂 LGJ70/10 0.4217 0.4 85.58 297 6.46 粮食加工 厂 LGJ95/15 0.3058 0.4 106.98 365 6.9- 6 -7 汽水厂 LGJ50/8 0.5946 0.4 71.32 240 4.448 化工厂 LGJ150/8 0.1989 0.4 143.98 472 1.5- 7 -3 主变压器容量、台数和型式的选择在各级电
24、压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。3.1 变压器选择的规定为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。根据电力系统设计技术规程SKJ16185 有关规定：凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变容量应保证供应该所全部负荷的 70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。根据供配电设计手册P50 页规定，选择主变压器台数时应考虑下列原则：（1）应满足供电的可靠性要求。对
25、供有在量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。（2）对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可采用两台变压器。（3）对于集中负荷较大的情况，虽为三级负荷，也应采用两台及以上的变压器。（4）在确定变电所主变压器参数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。综上所述，本变电所设计的主变压器台数应装设两台。3.2 主变压器容量和台数的选择首先应确定变电所的总装设容量。变电所总装设容量的确定根据电力工程电气设计手册P214 页规定：一般按变电所建成后 510 年的远期规划负荷选择。其容量的大小应为低压侧母线的计算负荷的总和，可
26、按下式确定：（3-2QPSca1）- 8 -式中 P-系统总的有功功率；Q-系统总的无功功率。其中，在总负荷的计算中要先计算线路上的功率损耗，再加上出线负荷，之后乘以同时系数，得出总负荷。线路上的功率损耗可根据供用电工程P41 页，公式 2-41 及式 2-42 求出，其计算公式如下：（3-3210RUQPL2）（3-3210XL3）式中 P-有功功率损耗（KW） ；Q-无功功率损耗(kvar)；P-负荷有功功率（KW） ；Q-负荷无功功率(kvar)；U-线路额定电压（kV） ；RX-线路电阻、电抗（） 。根据上述公式计算出 、 。PQ（3-)(K4）（3-Qq5）式中 -最大负荷时有功负荷
27、的同时系数；p-最大负荷时无功负荷的同时系数。qK每台变压器的容量 S 的确定：根据电力系统设计技术规程SDJ161-85 有关规定：当变电所有两台主变压器时，一台故障或检修时，其另一台主变压器应保证供应全部负荷的70%。 即： caNS%703.3 变压器型式的选择（1）根据电力工程电气设计手册P216 页规定：当不受运输条件限制时，在 330KV 有以下的发电厂和变电所均采用三相变压器。由于本次设计中电- 9 -压等级为 60KV/10KV，且变电所处于交通方便之地，故选用三相变压器。根据电力工程电气设计手册P217 页规定 35KV 以上的绕组采用 Y 接线。35KV 以下的变压器绕组采
28、用接线，所以本次设计采用的变压器联结组别为Ynd11 型。选择两台 SF912500/60 型有载调压变压器。主变压器主要参数见下表：表 3-1 SF912500/60 型有载调压变压器参数电压组合 尺寸(mm)型号额定容量(KVA) 高压(KV)分接范围低压(KV)联接组别空载损耗（W）负载损耗（W）空载电流(%)阻抗电压(%)长 宽 高轨距(mm)SF9-12500/6012500 60 +81.25% 10YN，d1116800 59850 1.0 9 5400 3730 4720 1475（2）SF912500/60 其型号含义说明如下：S-三相电力变压器；F-冷却方式风冷式；9-设计
29、序号；60-高压绕组电压等级（KV） ；12500-额定容量（KVA） 。- 10 -4 补偿电容器的选择系统无功平衡是一个重要的问题,为维持电压水平就必须为负荷点提供一定的无功功率,如果负荷侧的功率因数过低,会造成诸多不利影响:(1)引起线路电流增大，使线路中功率、电压、电能损失增加。(2)由于电流增大，从而使系统中设备的容量增大，这样会增加总投资。为此，当系统功率因数过低的时候，应增设无功补偿设备来提高功率因数，根据全国供电规则规定“对于新建及扩建的电力用户其功率因数一律不应低于 0.9,这与本次设计任务要求相一致，即变电所的功率因数在 0.9 以上。在电力系统中除了发电机能发出无功功率外
30、，还有同步调相机、静电电容器和静止补偿器三种无功补偿装置。其中调相机、静止补偿器主要用于枢纽变电所中。而静电电容器由于其质量轻、安装方便、投资少、故障少、损耗少、易维护等诸多优点，主要将其安装在中、小型变电所。所以本次设计采用静电电容器作为无功补偿装置。并联电容器使系统总电流相量 I 与电压相量 U 的角度 减小，因为容性电流 与感性电流分量 恰好相反，从而抵消一部分感性电流。串联电容器的容抗cili可以补偿一部分系统电抗，从串联电容补偿的电压损耗计算公式来看，只有负荷蓄在数低，导线为较粗的架空线，采用串联补偿才合适。因此本次设计采用并联方式。并联电容器装置向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补
31、偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电网电压，在本次变电所中可直接连接在低压侧的母线上。根据并联电容器装置设计技术规定第 15 页第 2.2.1 条规定“设计安装的 10KV 电容器应采用星形接线为宜。 ”三角形接线的主要问题是电容器发生故障时故障电流大，较星形接线发生相间短路的可能性较大。所以本次设计采用星形接线方式，被选择电容器的额定电压应为 10KV。综合上述分析，选用 BWF电容器。W12031- 11 -表 4-1 BWF 电容器参数W12031型号规格 额定电压 （KV） 标称容量（kvar） 标称电容 F 相数 外形尺寸长*宽*高 （mm） 重量 kgBWF11/ 32001
32、W11/ 200 15.79 1 700*180*933 122BWF 电容器型号含义：W12031B-并联电容器；WF-烷基苯浸复合介质；-额定电压（KV） ；200-额定电容（Kvar） ；1-单相；W-户外式电容器。4.1 求出变压器的功率损耗对于 n 台容量及参数均相同的变压器并列运行，其总有功功率损耗和总无功功率损耗可根据下式计算：（4-20)(NKTnSP1） （4-20)(10%NKNTnSUInQ2）- 12 -式中 -总有功功率损耗(KW)；TP-总无功功率损耗（Kvar ） ；Qn-并列运行变压器的台数；-空载损耗(KW)；0-短路损耗(KW)；KS-变压器负荷的视在功率（
33、KVA） ；-变压器的额定容量（KVA）NS-变压器的空载电流百分数；%0I-变压器的短路电压百分数。KU将变压器二次侧总功率与变压器的功率损耗相加即得高压侧的总功率。4.2 补偿前平均功率因数计算公式（4-221)(cosQP3）4.3 补偿容量的计算电力电容器补偿容量可按下式确定：（4-)tan(t21PQC4）式中 -有功负荷率；-补偿前、补偿后功率因数的正功值；21tan，P系统有功负荷(KW)。4.4 确定电容器台数（4-cCqQn5）式中 -计算补偿容量（kvar） ；C- 每台电容器的标称容量（kvar） 。cq由于无功补偿要做到三相对称补偿，所以所选台数应为 3 的整数倍。考虑
34、到有可能将电容器分成容量相等的两组，所以所选电容器台数应为 6 的整数倍，- 13 -故选择电容器为 24 台。4.5 补偿后总平均功率因数计算公式（4-223)(cos补QPT6）经过计算 ，补偿达到要求。9.0cos3- 14 -5 电气主接线方案设计电所主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要部分。主接续线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及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。变电所的电气主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性
35、质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求5.1 主接线设计的基本要求主接线应基本满足供电可靠性、运行灵活性和经济性。（1）可靠性所谓可靠性是指主接续线能可靠的工作，以保护对用户不间断地供电。评价主接线可靠性的标志是：1）断路器检修时是否影响供电；2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能保证对用户（重要用户）的供电；3）变电所全部停电的可能性。（2）灵活性主接线的灵活性有以下几方面要求：1）调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。2）检修要求。可以
36、方便地停运断路器、母线及继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。3）扩建的要求。可以容易的从补期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。（3）经济性经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。- 15 -5.2 主接线方案根据系统和负荷性质的要求，主接线方案初步给出以下两种：第一方案：高压侧采用内桥接线，低压侧单母线分段的主接线，如图 5-1所示。第二方案：高压侧采用单母线分段，低压侧单母线分段的主接线，如图 5-2 所示。图 5-1 高压侧采用内桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线图 5-2 高压侧采用单母线分段，低压侧采用单母线分段的主接线- 16 -5.3 方
37、案的比较与确定以上两个方案中，主接线二次侧方案相同，只比较一次侧方案。第一种方案的特点如下：变压器随负荷变化投切方便；线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障线路运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。桥形接线节省占地面积，不易在一次侧增加进线或出线回路。第二种方案的特点如下：变压器投切方便；在一次侧容易增设进出线数目，相对桥形占地面积大；使用设备多；综合造价高。从经济性来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只是比较综合造价。由于第二种方案比第一种方案
38、所占的面积大、设备多、故不经济。从改变运行方式灵活性来看，第二方案比第一方案投切变压器时，倒闸操作简便。通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小、投资少，供电可靠性高为主要优点。第二方案以改变运行方式灵活为主要优点。考虑综合因素选第一方案为本变电所的主接线方案。5.4 主接线二次方案的说明主接线二次侧采用单母分段的目的是：对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电，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负荷停电，可减小停电范围。但当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线回路都在检修期内停电。单母分段接线简单、经济、方便，而且供电可
39、靠性和灵活性相对较高。- 17 -6 短路电流的计算6.1 发生短路的原因和短路的定义所谓“短路”即是指载流导体相与相之间发生非正常接通的情况；在中性点直接接地的系统中，还有相与地之间的短路。发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。其次还有气候条件恶化，例如雷击过电压造成的闪络放电，由于风灾引起架空线路断线或导线覆冰引起电杆倒塌等。再其次是人员过失，例如运行人员带负荷拉刀闸，检修线路或设备之后未拆除接地线就合闸供电等。最后是其他原因，例如挖沟损伤电缆、鸟兽或风筝跨接在载流裸导体上等。绝缘损坏的原因多因设备地电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线
40、、线路倒杆也能造成事故。6.2 短路的分类在三相系统中短路的基本形式有：三相短路-K （3） ；两相短路-K （2） ；单相接地短路-K （1） ；以及两相接地短路-K （1，1） 。当三相短路时，由于短路回路阻抗相等，因此三相电流和电压仍是对称的，故又称为对称短路。此时三相短路电流同速正常情况一样是对称的，只是线路中电流增大，电压降低而已，而电压和电流之间的相位差一般也较正常情况时大，除了三相短路这外，其它类型的短路皆为不对称短路，此时三相所处的情况不同，各相电流、电压数值不等，其相位角也不同。三相短路其后果一般最为严重。电力网在设计及运行时考虑最严重的故障情况下工作的可能性时，三相短路起着
41、决定性的作用。故在设计中需要计算的是三相短路。6.3 计算短路电流的目的短路电流的计算主要是为了解决以下几方面的问题：（1）作为选择电气设备（断路器、隔离开关、母线、互感器等）的依据。电力系统中的电气设备在短路电流的电动力效应和热效应作用下，必须不受损坏，以免扩大事故范围造成更大的损失。为此在设计时必须校验所选择的电气设备的电动力稳定度和热稳定度，因此就需要计算发生短路时流过电气设备的短路电流。（2）继电保护的设计和整定（3）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等。- 18 -在短路电流计算中用到短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。此外在短路电流的计算中，为了能够在工程要求的
42、准确度范围内方便和迅速地计算短路电流，做出下列假设：（1）认为在短路过程中，所有发电机转速和电势相位相同；（2）在考虑磁路饱和，变压器励磁电流可略去不计；（3）一般不计元件的电阻和电容，仅在 RX/3 时计入电阻，在超高压远距离输电时计入电容。6.4 短路电流的计算过程6.4.1 根据系统连接图画出等阻抗图图 6-1 系统等值阻抗图6.4.2 等值电路中各元件电抗的计算、短路电流的计算根据电力工程电气设计手册P119 规定“除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络（1KV 以下）的短路电流外，元件的电阻都略去不计” 。常用的归算公式如下：变压器： （6-NBdTSUX10%1）式中 -基准容量取
43、 1000MVA；BS-额定容量（MVA） ；N-短路电压百分数（%） 。dU线路： （6-20*avBLSX2）- 19 -式中 -基准容量取 1000MVA；BS-线路电抗（） （注：线路单位电抗取 0.4/km） ；0X-线路所在电压等级平均标称电压（KV） 。avU由于本次设计中电力系统电源为无限大，所以系统电压标么值为 1。经网络化简后求出电源到适中短路点之间的总电抗标么值，计算出短路电流标么值。即： （6-3）*1XId最后将电流标么值化为有名值，运用公式：（6-4）BdUSI3式中 -平均标称电压(KV)。B短路计算点：该点短路时，流过电器或导体的短路电流最大，称为短路计算点。由
44、等值阻抗图可以看出，系统为并列运行，所以分别取 d1、d2 为短路点，计算出短路电流，为以后选择设备的校验的冲击电流提供数据。所以计算得出：d1 点短路电流为 3.2KA；d2 点短路电流为 8.52KA；负荷侧最大短路电流为 4.01KA。- 20 -7 电气设备的选择电器设备的选择是根据配电变电所电气工程设计的主要内容之一。正确选择电气设备是保证电气主接线和配电装置的安全、经济、可靠运行的重要条件。在高压电器选择中的主要问题有下述各点：（1）高压电器应满足正常工作状态下的电压和电流的要求；（2）高压电器应满足安装地点和使用的环境条件要求；（3）高压电器应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求
45、；（4）高压电器应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质；（5）对于电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别；（6）同类产品应尽量减少品种。7.1 断路器的选择在各种电压等级变电所的设计中，断路器是最为重要的电气设备，它是通断故障电流和正常负荷电流的元件。在电力系统运行中，对断路器的要求是比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。目前国产高压断路器按其灭弧介质和灭弧方式，一般可分为少油断路器、多油断路器、压缩空气断路器、SF6 断路器、真空断路器。高压断路器应根据断路器的安装地点、环境和使用技术条件等要求选择其种类和型
46、式，由于少油断路器制造简单、价格便宜，维护工作量小，故在 3220KV 电压等级中被广泛采用。7.1.1 按额定电压等级选择断路器断路器的额定电压应满足：（7-neNU1）式中 -断路器的额定电压；N-设备所在电力网的额定电压（kV） 。ne7.1.2 按额定电流选择断路器断路器的额定电流应满足大于系统长期最大工作电流的要求：- 21 -（7-maxIN2）式中 -最大长期工作电流，其计算公式如下：maxI（7-NcaUSI305.1ax3）式中 -线路额定电压（KV） ；NS-对于 10KV 侧时， ；即为变压器额定容量；对于 60KV 侧时，采用NS外桥接线时， ；若采用内桥接线时，应考虑
47、事故时由其他回路转移过来S的负荷电流。7.1.3 按开断电流选择断路器开断电流即在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流，它应满足下式：（7-kpocNI4）式中 -短路电流周期分量的有效值；kpI7.1.4 按关合电流选择断路器表征断路器关合短路故障能力的参数为额定关合电流，一般取额定开断电流的 1.8 倍，即短路电流的最大冲击值。它满足下式：2（7-shcli5）式中 -冲击电流（KA） ；根据下式计算：shi（7-KshIi5.26）7.1.5 热稳定的校验断路器及其它的电器设备通过短路电流时，各部分温度不超过允许值，即应满足热稳定要求。即：（7-tItIheq227）式
48、中 -短路电流（KA） ；I- 22 -短路等值时间（S） ；eqt-t 秒内允许通过的短时热电流（或短时耐受电流） 。hI7.1.6 动稳定的校验动稳定即导体和电器承受短路电流机械效应的能力。应满足的动稳定条件为：（7-shtFi8）式中 -短路冲击电流幅值（KA） ；shi-允许通过的动稳定电流幅值（KA） 。tF根据以上要求,参照计算书中的计算数据,确定 60kV 侧选择断路器的型号为：型，该断路器的主要参数见表 7.1 所示：160/32SW表 7.1 断路器参数表160/32SW型号 UN (kV)IN (A)开断电流（kA ）开断容量MVA动稳定电流（ kA）热稳定电流（kA）4S固有分闸时间（S）合闸时间（S）SW263/1600 63 1600 20 2500 50 20 0.08 0.5型号含义：户外用少油断路器，设计序号为 2，额定电压160/32SW63kV, 额定电流 1600A。根据以上要求,参照计算书中的计算数据,确定 10kV 侧选择断路器的型号为：ZN2810 型，该断路器的主要参数见表 7.2 所示：表 7.2 10kV 侧断路器参数表型号UN （ kV）IN （A）开断电流（ kA）开断容量（MVA）极限通过电流峰值（ kA）动稳定电流（k
