1、 毕业设计（论文）题目 35kV 变电站电气一次部分初步设计 学生姓名 吴建威 学号 038 专业 电气工程及其自动化 班级 指导教师 鲁杰爽 评阅教师 完成日期 2012 年 04 月 03 日毕业设计（论文）课题任务书（2009-2012 学年）学院名称：三峡大学课题名称 35kV 变电站电气一次部分初步设计学生姓名 吴建威 专业 电气工程及其自动化 学号 038指导教师 鲁杰爽 任务书下达时间 2012.3课题概述：本次设计为35kV 变电站电气一次部分初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为35kV 和10kV 二个电压等级。各个电压等级分别采用
2、单母线不分段接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路接线。设计内容遵守各部分相关规范，参照同类变电站进行设计。本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等）、各电压等级配电装置设计、直流系统设计以及防雷保护的配置要求阅读或检索的参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）：高电压技术、变电所及电力网设计与应用、发电厂及变电站电气设备、电力工程电气设计手册、电力系统基础、发电厂及变电所二次回路、电力系统继电保护及二次回路、35110Kv 小型化无人值班变电站标准工程图集、继电保护、35kv 及以上工程（下） 、电力系
3、统工程 CAD 设计与实训1 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文
4、属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 2 目 录学位论文原创性声明及版权使用授权书1目录2摘要1前言21 计算机测量与控制31.1 主接线的设计原则和要求31.2 主接线的拟定41.3 主接线的比较与选定81.3.1 技术比较81.3.2 经济比较91.4 所用电的设计111.4.1 所用电设的要求计112 变压器的选择132.1 主变的选择132.1.1 变电站变压器台数的选择原则132.1.2 变电站主变压器台数的确定142.1.3 变电所主变压器容量的确定原则142.1.4 待设计变电所主变压
5、器容量的计算和确定142.1.5 主变压器绕组数的确定152.1.6 主变压器相数的确定152.1.7 主变压器调压方式的确定152.1.8 主变压器绕组连接组别的确定152.1.9 主变压器冷却方式的选择162.2 所用变的选择172.2.1 所用变台数的选择172.2.2 所用变容量的选择173 短路电流的计算183.1 短路的基本知识183.2 计算短路电流的目的203.3 短路电流实用计算的基本假设203.4 短路电流的计算步骤203 4 设备的选择与校验254.1 电气选择的一般条件254.1.1 按正常工作条件选择导体和电器264.1.2 按短路情况校验274.2 高压断路器的选择
6、及校验284.2.1 对高压断路器的基本要求294.2.2 额定电流的计算294.2.3 高压断路器的选择结果及校验304.2.4 高压熔断器的选择及校验354.3 进线与出线的选择与校验394.3.1 35 kV 架空线路的选择与校验404.3.2 10 kV 电缆的选择与校验414.4 互感器的选择与配置424.4.1 电流互感器的选择424.4.2 电压互感器的选择444.4.3 互感器的配置455 补偿装置465.1 补偿装置的种类和作用465.2 并联电容器容量的计算475.3 并联电容器装置容量选择和主要要求486 变电站接地与防雷的设计496.1 防雷保护的必要496.2 变电所
7、中可能出现大气过电压的种类496.3 避雷针高度的确定506.4 变电所入侵波的保护516.5 接地体和接地网的设计537 继电保护的配置587.1 继电保护的基本知识587.2 输电线路的保护配置597.2.1 相间短路保护的配置607.2.2 过负荷保护的配置607.2.3 单相接地保护607.2.4 输电线路的保护配置结果617.3 变压器的保护614 7.4 母线保护637.5 备用电源自动投入装置的含义和作用597.5.1 自动重合闸装置59致谢66参考文献671 内容摘要根据设计任务书的要求，本次设计为35kV 变电站电气一次部分初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该变电站设有
8、两台主变压器，站内主接线分为35kV 和10kV 二个电压等级。各个电压等级分别采用单母线不分段接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路接线。设计内容遵守各部分相关规范，参照同类变电站进行设计。本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等）、各电压等级配电装置设计、直流系统设计以及防雷保护的配置。本设计以35110kV 变电所设计规范、供配电系统设计规范、35110kV高压配电装置设计规范等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。2 前 言变
9、电站是电力系统的重要组成部分，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，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟订直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本次设计为35kV 变电站电气一次部分初步设计，分为设计说明书、设计计算书、设计图纸等三部分。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本文是在鲁杰爽老师的精心指导下完成的。鲁杰爽老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕业设计期间鲁杰爽老师在设计思路上给了我很多的指导和帮助。
10、鲁杰爽循善诱的教学方法、热情待人的处事方式、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。在此，我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！本文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图、电气总平面布置图、35KV出线间隔至主变间隔断面图等相关设计图纸。由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。第一章 主接线的选择1-1 主接线的设计原则和要求发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。电气主接线的设计原则：应根据发电厂和变电所所
11、在电力系统的地位和作用。首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求，根据规则容量，本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性，保证供需平衡，电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规则与要求等条件确定，应满足可靠性、灵活性和经济型的要求。电气主接线的主要要求：1、可靠性：可靠性的客观衡量标准时运行实践主接线的可靠性是其组合元件（包括一次不分和二次部分）在运行中可靠性的综合，因此要考虑一次设备和二次部分的故障及其对供电的影响，衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是：（1） 断路器检修时，是否影响供电、停电的范围和时间（2） 线路、断路器或母线故障以及母线检修时，停电出线回
12、路数的多少和停电时间长短，能否保证对重要用户的不间断供电。（3） 发电厂、变电所全部停电的可能性。 、2、灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便，调度灵活，电气主接线的灵活性要求有以下几方面：（1） 调度灵活、操作方便，应能灵活地投切某些元件，调配电源和负荷能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调整要求。（2） 检修安全，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时使一次和二次设备等所需的改造最少。3、控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资，要适当限制- -8经济型：通过优化比选，应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少，在满足技术要求的前提下，要做到
13、经济合理。（1） 投资省，电气主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资，要使短路电流，一边选择价格合理的电气设备。（2） 占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约地和节省架构、导线、绝缘小及安装费用，在运输调节许可的地方都应采用三相变压器。（3） 电能损耗少，经济合理的选择变压器的型式、容量和台数，避免因两次变压而增加投资。1-2 主接线的拟定待设计变压所为一座 35KV 降压变电所，以 10KV 电缆线各车间供电，距改变电所6KM 处有一系统变电所，用 35KV 双回架空线向待设计的变电所供电，在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为 100
14、0MVA，待设计变电所的高压部分为二进二出回路，为减少断路器数量及缩小占地面积，可采用内桥接线和外桥接线，变电所的低压部分为二进八处回路，同时考虑以后装设两组电容量要预留两个出线间隔，故 10KV 回路应至少设有 10 回出线，其中，一车间和二车间为类负荷，其余为类负荷，其主接线可采用单母不分段接线，单母分段接线和单母分段带旁路接线，综上所述，该变电所的主接线形式初步拟定为 6 种，如下图 2-1 所示- -9图 2-1（a）方案一图 2-1（b）方案二- -10图 2-1（c）方案三图 2-1（d）方案四- -11图 2-1（e）方案五图 2-1（f）方案六1-3 主接线的比较与选定1-3-
15、1 技术比较1、内桥线路的特点：（1）线路操作方便（2）正常运行时变压器操作复杂（3）桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元间失去联系内桥接线试用于两回进线两回出线且线路较长，故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的发电厂和变电站中。2、外桥接线的特点：- -12(1)变压器操作方便（2）线路投入与切除时，操作复杂（3）桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系。外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性小和变压器需要经常切换，且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。待设变电所 35KV 回路进线为 6KM，进线较长，且没有穿越功率通过，正常运行时两台变压
16、器不需要经常切换，经比较，内桥接线的线路投入与切除操作方便，故以上 6 种设计方案中，方案一、方案二和方案三为优。3、单母线不分段接线的特点：接线简单、清晰、设备少、操作方便、投资少、便于扩建，但其不够灵活可靠，接到母线上任一元件故障时，均使整个配电装置停电。4、单母线分段接线的特点：单母线分段接线也比较简单、清晰，当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段母线仍继续工作，两段母线可看成是两个独立的电源，挺高了供电可靠性，可对重要用户供电，当一段母线故障或检修时，必须断开接在该段母线上的所有支路，使之停止工作，任一支断路器检修时，该支路必须停止工作。5、单母线分段带旁路接线的特点：在母线引
17、出各元件的断路器，保护装置需停电检修时，通过旁路木母线由旁路断路器及其保护代替，而引出元件可不停电，加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电的问题，提高了供电的可靠性，但也带来了一些负面影响。a) 旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，增加了配电装置的设备，增加了占地，也增加了工程投资。b) 旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故。c) 保护及二次回路接线复杂。d) 用旁路代替个回路断路器的倒闸操作，需要人来完成，因此带旁路母线的界限不利于实现变电所的无人值班。方案一种采用单母线不分段接线，虽然简单灵活，但其可靠性不高，当接到母线上- -13任一元件公
18、章时，均使整个配电装置停电，且带设变电所的符合均为类、类中药符合，因此方案一种的单母线不分段接线不能满足类、类负荷供电可靠性的要求。方案二与方案三中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电的可靠性，为了确保当任何一路电源发生故障或检修时，都不回中断对重要用户类负荷的用电，可分别在每段母线上都设有一车间与二车间的出现间隔。方案二与方案三的可靠性都较高，加设旁路母线的方案三可使出现线路上断路器故障或检修时，通过旁路母线使用电不用中断，相比之下，方案三的供电可靠性要比方案二高，但由于加设旁路母线也带来了倒闸操作复杂等负面影响，即方案三灵活性要低于方案二，为最终确定带设变电所的主
19、接线方式，下面对方案二与方案三进行经济比较。1-3-2 经济比较1、综合投资比较 )0(aZ该变电所为 35KV 等级，故不明显的附加费用比例系数 a 取 10002Z式中 包括变压器、开关设备。配电装置等设备的费用，由式子可知，综合投资与0成正比。Z方案三语方案二相比，方案三多设了一条 10KV 母线，1 台旁路母联断路器及隔离开关。即方案三中的 大于方案二中的 。故方案二的综合投资 Z 小于方案三的综合投资 Z。0Z0Z2、年运行费用 U 的比较AZ式中 为折旧费， 为损耗费ACUZ- -14式中 C 为折旧维护检修费，对主变及配电装置可取 8%10%.对水泥杆线路可取 5%，对铁塔线路可
20、取 4%，故 与 Z 成正比。UAU式中 为电能电价（常数） 。双绕组主变的年电能损耗 )(20emKSPtn该变电所采用 2 台主变，故 n=2式中 为主变压器的空载损耗和短路损耗0t 为变压器年运行小时数为变压器的额定容量， 为变压器持续最大负荷eSmS为最大负荷年损耗小时数，决定于最大负荷年利用小时数 T 与平均功率因数 。 COS由于方案二与方案三都选用同样两台型号相同的主变，故主变的年电能损耗相同。架空输电线路的年电能损耗。 LKPmA式中 为通过线路的最大持续功率，L 为线路长度，K 为线路有功损耗系数。方案二与方案三中都从距变电所 6KM 处的系统变电所用 35KV 双回架空线路
21、向带设变电所供电。故其 、L、K 相同，即架空输电线路的年电能损耗相同。mP由于 U= +ZUA当损耗费用相同时， 大的年运行费高，故方案二与方案三相比，方案二的经济ZU性较优。而且近年来，系统的发展，电力系统接线的可靠性有了较大提高，220KV 以下电网建设的目标是逐步实现 N-1 或 N-2 的配置，这样有计划地进行设备检修，不会对用户的供电产生影响，不需要通过旁路断路器来代替检修断路器；由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断出现，例如现在广泛采用的 SF6 断路器，真空断路器，运行可靠性大幅度提高，使旁路母线的使用几率也在逐年下降；由于现今的变电站都有向无人值班方式设计趋势，旁路母线
22、给无人值班带来不便，故新建工程中基本上不再采用带旁路母线的接线方式，所以经综合分析比较后，最终确定方案二为该变电所的电气主接线方式，即 35KV 高压部分采用内桥接线，10KV 低压部分采用单母分段接线方式。如下图- -152-2 所示：图 2-21-4 所用电的设计1-4-1 所用电设的要求计变电所用电系统设计和设备选择，直接关系到变电所的安全运行和设备的可靠。 最近几年设计的变电所大都不采用蓄电池作为直流电源，而是广泛采用晶闸管整流或复式整流装置取得直流电源，这就要求交流所用电源可靠连续、电压稳定，因此要求有两个电源。其电源的引入方式有内接和外接两种。其接入方式有三种，如下图 2-3 所示
23、：- -16图 2-3（a）图 2-3（b）- -17图 2-3（c）其中图 2-3（a）两台所用变均从外部电源引进，其供电可靠性最高，但由于接入电源电压较高（35KV）,投资成本也较大；图 2-3（c）的所用变投资成本最低但其可靠性较低；图 2-3（b）的所用电源接入形式，当该变电站的两台主变压器都发生故障时，一号所用变又外不电源接入，可以保证变电所的所用电正常。其成本投资低于图 2-3（a） ，是在保证了可靠性的前提下最优经济方案。因此本变电所的所用变接线形式如图 2-3（b）所示。第二章 变压器的选择2-1 主变的选择2-1-1 变电站变压器台数的选择原则（1）对于只供给二类、三类负荷的
24、变电站，原则上只装设一台变压器。（2）对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，应选用两台两台相同容量的主变压器，每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台变压器能供给全部一类负荷；在无法确定一类负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的- -1870%80%选择。（3）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，变电站以装设两台为宜；对地区性孤立的一次变电站，在设计时应考虑装设三台主变的可能性；对于规划只装两台主变的变电站，其变压器的基础宜按大于变压器容量的 12 级设计。2-1-2 变电站主变压器台数的确定待设计变电站由 6KM 处的系统变电所用 35K
25、V 双回架空线路供电，以 10KV 电缆供各车间供电。该变电所的一车间和二车间为类负荷，其余的为类负荷。类负荷要求有很高的供电可靠性，对于类用户通常应设置两路以上相互独立的电源供电，同时类负荷也要求有较高的供电可靠性，由选择原则的第 2 点结合待设计变电站的实际情况，为提高对用户的供电可靠性，确定该变电站选用两台相同容量的主变压器。2-1-3 变电所主变压器容量的确定原则（1）按变电所建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑 1020 年的负荷发展。（2）对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在计算过负荷能力及允许时间内，满足、类负荷的供电；对一般性变电所，一台主变压器停运后
26、，其余变压器应能满足全部供电负荷的 70%80%。2-1-4 待设计变电所主变压器容量的计算和确定变电所主变的容量是由供电负荷（综合最大负荷）决定的。 )(39107503205804 414971 KWQP )(8691742222 VAS每台变压器的容量按计算负荷的 80%选择。（KVA）6937%8071*80ST- -19经查表选择变压器的型号为 SZ9-8000/35，即额定容量为 8000 ，因为KVA ，即选择变压器的容量满足要求。%9210867SN802-1-5 主变压器绕组数的确定国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等变压
27、器，待设计变电所有 35KV、10KV 两个电压等级且是一座降压变电所，宜选用双绕组普通式变压器。2-1-6 主变压器相数的确定在 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、运行规模也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量，待设计变电所谓 35KV 降压变电所，在满足供电可靠性的前提下，为减少投资，故选用三项变压器。2-1-7 主变压器调压方式的确定为了确保变电所供电量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接头开关切换，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：不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常
28、在 2 2.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%，但其结构较复杂，价格较贵，由于待设计变电所的符合均为、类重要负荷，为确保供电质量，有较大的调整范围，我们选用有载调压方式。2-1-8 主变压器绕组连接组别的确定变压器的连接组别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有星形和三角形两种，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“d”连接，若低电压侧电压等级为 380/220V，则三相绕组采用“yn”连接，在变电所中，
29、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。- -202-1-9 主变压器冷却方式的选择电力变压器的冷却方式，随其型号和容量不同而异，一般有以下几种类型：（1） 自然风冷却：一般适用于 7500KVR 一下小容量变压器，为使热量散发到空气中，装有片状或管型辐射式冷却器，以增大油箱冷却面积。（2） 强迫油循环水冷却：对于大容量变压器，单方面加强表面冷却还打不到预期的冷却效果。故采用潜油泵强迫油循环，让水对油管道进行冷却，把变压器中热量带走。在水源充足的条件下，采用这种冷却方式极为有利散热效率高、节省材料、减少变压器本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件且对冷却器的密封性能要
30、求较高。即使只有极微量的水渗入油中，也会严重地影响油的绝缘性能。故油压应高于水压 0.10.15Mpa，以免水渗入油中。（3） 强迫空气冷却：又简称风冷式。容量大于等于 8000KVA 的变压器，在绝缘允许的油箱尺寸下，即使有辐射器的散热装置仍达不到要求时，常采用人工风冷。在辐射器管间加装数台电动风扇，用风吹冷却器，使油迅速冷却，加速热量散出，风扇的启停可以自动控制，亦可人工操作。（4） 强迫油循环导向风冷却：近年来大型变压器都采用这种冷却方式。它是利用潜油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油管中，使铁芯和绕组中的热量直接由具有一定流速的油带走，二变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器冷
31、却后，再由潜油泵注入变压器油箱底部，构成变压器的油循环。（5） 强迫油循环风冷却：其原理与强迫油循环水冷相同。（6） 水内冷变压器：变压器绕组用空心导体制成，在运行中将纯水注入空心绕组中，借助水的不断循环将变压器中热量带走，但水系统比较复杂且变压器价格比较高。待设计变电所主变的容量为 8000KVA,为使主变的冷却方式既能达到预期的冷却效果，有简单、经济，我们选用强迫空气冷却，简称风冷却。综上得该变电所的主变型号及相关参数如下表 1-1 所示：表 2-1额定电压（KV）损耗（KW）变压器型号额定容量（KVA）高压 低压连接组标号空载 负载阻抗电压（）空载电流（）- -21SZ9-8000/35
32、 8000 35 10.5 Ynd11 9.84 42.75 7.5 0.92-2 所用变的选择目前可供选择的所用变压器的型式有油浸式和干式两种，后者又分为普通干式和环氧树脂浇注式等。三种变压器作为自用变各具有特点。油浸式的特点是过载能力强，屋内外均可布置，维修简便，价格便宜，但由于采用油为绝缘和冷却介质，屋内外必须要有防火防爆小间，同时检修、维护复杂；干式变压器的特点是无油，防火性能较好，布置简单，可就近布置在中压开关柜附近，缩短了电缆长度并提高供电可靠性，还可节省间隔及土建费用，但过载能力低，绝缘余度小，在有架空线路直接连接的场合不宜使用，一面遭受感应雷过电压；环氧树脂浇注式的特点是具有一
33、定的防尘耐潮和难燃的优点，比普通干式变更佳，但价格相对昂贵。随着干式变压器生产技术的不断进步，已能生产出散热性能更好、体积小、过载能力大的干式变压器。由于油浸式变压器屋内布置需要防火防爆小间，且要考虑通风散热以及事故排油设施，因此，待设计变电所采用干式变压器。2-2-1 所用变台数的选择待设计的变电所中采用 2 台所用变。且分别接在两个独立引接点。正常运行时各分担一半的自用负荷；当其中一个电源停电或发生故障时，由另一台所用变担负全部自用负荷。2-2-2 所用变容量的选择所用变压器负荷计算采用换算系数法，不经常短时及不经常断续运行的负荷均可不列入计算负荷。当有备用所用变压器时，其容量应与工作变压
34、器相同。所用变压器容量按下式计算：SK1P1+P2式中 S所用变压器容量（KVA）;P1所用动力负荷之和（KW）;- -22K1所用动力负荷换算系数，一般取 K1=0.85；P2电热及照明负荷之和（KW）;经分析，我们把所用电的主要负荷中：主充电机、浮充电机、蓄电池室通风、屋内配电装置通风归为动力负荷，把交流电焊机、检修实验用电、载波、照明负荷和生活用电归为电热及照明负荷。则： )(5.302.1035.421 KWP)(9.1.9.2（KVA）8.75.8.05321 PKS由以上数据查表得选择所用变的型号及相关参数如下表 1-2 所示：表 2-2额定电压(kV) 损耗（KW）型号高压 低压
35、额定容量（KVA）连接组别 空载 负载阻抗电压空载电流S9-100/35 %530.4 100 Yyn0 0.3 2.03 6.5% 2.1%S9 10.5 0.4 80 Yyn0 0.24 1.25 4.0% 1.8%第三章 短路电流的计算3-1 短路的基本知识电力系统正常运行方式的破坏多数是由于短路故障引起的，系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安。因此，在变电所设计中必须全面地考虑短路故障各种影响。变电所中各种电器设备必须能承受短路电流的作用，不致因过热或电动力的影响而损坏。例如，断路器必须能断开可能通过的最大短路电流；电流互感器应有足够的过电流
36、倍数；母线效验短路时要承受最大应力；接地装置的选择也与短路电流的大小有关等。- -23短路电流的大小也是比较主接线方案、分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。为限制故障范围，保护设备安全，继电保护装置必须整定在主回路通过短路电流的准确动作。由于上述原因，短路电流计算称谓变电所电气部分设计的基础。选择电气设备时通常用三相短路电流，效验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或单相接地电流。工程设计主要计算三相短路电流。3-2 计算短路电流的目的短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分严重，因此在系
37、统的设计，设备的选择以及系统运行中，都应该着眼于防止短路故障的发生，以及在短路故障发生后腰尽量限制所影响的范围。短路的问题一直是电力技术的基本问题之一，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，掌握分析计算短路电流的方法。短路电流计算具体目的是；（1） 选择电气设备。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，而电气设备的电动力稳定性和热稳定性的效验是以短路电流计算结果为依据的。（2） 继电保护的配置和整定。系统中影配置哪些继电保护以及继电保护装置的参数整定，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
38、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。（3） 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，往往遇到这样的情况：有的接线方案由于短路电流太大以致要选用贵重的电气设备，使该方案的投资太高而不合理，但如果适当改变接线或采取限制短路电流的措施就可能得到即可靠又经济的方案，因此，在比较和评价方案时，短路电流计算是必不可少的内容。（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） 确定分裂导线间隔棒的间距。在 500KV 配电装置中，普遍采用分
39、裂导线做软导线。当发生短路故障时，分裂导线在巨大的短路电流作用下，同相次导线间的电磁力- -24很大，使导线产生很大的张力和偏移，在严重情况下，该张力值可达故障前初始张力的几倍甚至几十倍，对导线、绝缘子、架构等的受力影响很大。因此，为了合理的限制架构受力，工程上要按最大可能出现的短路电流确定分裂导线间隔的安装距离。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。3-3 短路电流实用计算的基本假设考虑到现代电力系统的实际情况，要进行准确的短路计算是相当复杂的，同时对解决大部分实际问题，并不要求
40、十分精确的计算结果。例如，选择效验电气设备时，一般只需近似计算通过该设备的最大可能的三相短路电流值。为简化计算，实用中多采用近似计算方法。这种近似计算法在电力工程中被称为短路电流实用计算。它是建立在一系列的假设基础上的，其计算结果稍偏大。短路电流实用计算的基本假设如下：（1） 短路发生前，电力系统是对称的三相系统。（2） 电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同，频率与正常工作时相同。（3） 变压器的励磁电流和电阻、架空线的电阻和相对地电容均略去，都用纯电抗表示。次假设将复数运算简化为代数运算。（4） 电力系统中各元件的磁路不饱和。即各元件的参数不随电流而变化，计算可应用叠加原理。（5
41、） 对负荷只作近似估计，由于负荷电流一般比短路电流小得多，近似计算中，对离短路点较远的负荷忽略不计，只考虑在短路点附近的大容量电动机对短路电流的影响。（6） 短路故障时金属性短路，即短路点的阻抗为零。短路故障称为电力系统的横向故障，由断线造成的故障，称为电力系统的纵向故障。电力系统中仅有一处出现故障称简单故障，若同时有两处或两处以上发生故障，称复杂故障。3-4 短路电流的计算步骤- -251、把该变电站主接线图中去掉不参与短路电流计算的开关设备，得到短路电流计算图如 3-1 所示=35kv =10 kV 1U1K2U2K电力系统 架空线路 变压器Skml6kvASN80X/4.0 5.7%kU
42、图 3-12、求各元件的电抗标么值，取 =100MVA，BSavrUB线路： 175.0364.0220avrBLUlX变压器： 9.8015.710%NBKTS3、当在 K1 处发生三相短路时，作出等值电路图，如图 3-2 所示0.175 LX11K- -260.175 LX2最大运行方式下电源至短路点的总电抗为： 0875.1.2/1LX无限大容量电源 E短路电流周期分量的标么值 4.10875./ XI有名值 )(8.1730.3/ KAUSIIBB 冲击电流 )(.45.812/IKiimpp短路全电流最大有效值 )(9.26)18.(28.17)(212/ KAIimpimp 短路容
43、量 )(140.0/ MVAISB最小运行方式下电源至短路点的总电抗为:- -27= =0.175XL无限大容量电源 =1E短路电流周期分量的标么值 7.51.0/I有名值 )(9.83710./ KAIB冲击电流 )(7.2.2/IKiimpp短路容量 )(507.1/ MVAISB4、当在 K2 处发生三相短路时，作出等值电路图如下 3-3 所示0.175 0.94 LX1TX31K0.175 0.94LX2TX4最大运行方式下电源至短路点的总电抗为 0.56.94)(0.172)/(T4L2T3L1 - -28无限大容量电源 =1E短路电流周期分量的标么值 79.156.0I/ X有名值 )(8.95103./ KAIB冲击电流 )(.24.2/IKiimpp短路全电流最大有效值 )(8.14).(218.9)(2122/ KAIimpimp 短路容量 )(7.0/ MVAISB最小运行方式下电源至短路点的总电抗为 15.94.0175.TLX无限大容量电源 =1E短路电流周期分量的标么值 9.015./ XI有名值 )(9.45103./ KAIB冲击电流 )(6.12.82/IKiimpp
