第1章緒論1.1論文背景和選題意義當(dāng)從人們越來越離不開電時，國家對電力事業(yè)的發(fā)展投入了大量的人資物資，因為電力事業(yè)的發(fā)展可以體現(xiàn)出一個國家的國民經(jīng)濟(jì)水平，隨著現(xiàn)在人們生活的越來越好，不論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、或者國防等都需要電力提供動力。由于中國有廣袤的國土和豐富的礦產(chǎn)資源這給我國的電力事業(yè)發(fā)展提供了基礎(chǔ)。由于礦場資源是不可再生資源，我們必須按照國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展計劃的統(tǒng)籌安排下，合理的利用資源，盡可能用少的資源以及運(yùn)行成本，生產(chǎn)出質(zhì)量合格可靠的電能。本文就是在這樣的背景下進(jìn)行設(shè)計的，通過查閱現(xiàn)代化變電站的設(shè)計規(guī)程，設(shè)計要求以及設(shè)計步驟設(shè)計出比較合理的變電站。110kV變電站不僅是電網(wǎng)建造的重要構(gòu)成，還是配電輸送不可缺少的因素。為了滿足長期負(fù)荷的需求，決定在泰安紅旗區(qū)新建一所110kV變電站。這所變電站主要為當(dāng)?shù)赜脩?，特別是區(qū)域內(nèi)大用戶供電。電力系統(tǒng)會受供電安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響，所以，這所變電站要和其他地區(qū)的變電站連接在一起，形成一個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，來提高該地區(qū)的供電質(zhì)量和供電可靠性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景就國內(nèi)外電力技術(shù)相比而言，外國的電力技術(shù)發(fā)展相對于我國來說是相對較為超前的，外國的變電站技術(shù)從20世紀(jì)就開始了，最先取得成就的外國企業(yè)，以德國的西門子公司為例，他們先是研究出了一整套的變電站的先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行，經(jīng)過多次實(shí)驗之后又先后在德國和歐洲投運(yùn)了該型變電站，因此他們的技術(shù)在此領(lǐng)域中處于領(lǐng)先位置。代表國外變電站技術(shù)發(fā)展突出的還有另一家ABB技術(shù)企業(yè)，他們對西門子的二次設(shè)備的操作上進(jìn)行了優(yōu)化降低了操作難度，也取得了先進(jìn)的技術(shù)。國外對一些技術(shù)一直秉承著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，由于他們的技術(shù)比較先進(jìn)，類似的變電站智能化的廠家也比較多，為了能讓設(shè)備的普遍生產(chǎn)使用，他們對設(shè)備的規(guī)格進(jìn)行統(tǒng)一劃分，這樣既方便電器設(shè)備規(guī)格得統(tǒng)一同時也避免了一些不必要的損失，正因技術(shù)的統(tǒng)一規(guī)范以及技術(shù)共享，使國外的技術(shù)快速提高。后來為了促進(jìn)各國的發(fā)展，國際組織一同制定了變電站電氣的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。我國對電網(wǎng)智能化的研究起步與其他國家相比比較晚，目前正處于由老舊設(shè)備向新型高端設(shè)備升級，由人工控制向無人值班的轉(zhuǎn)變的發(fā)展階段。并且國家也適時出臺了如《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》等大量先進(jìn)的技術(shù)改造規(guī)范，以此來有效地幫助智能變電站的更新發(fā)展。到目前為止也取得了很大的成就，例如，近幾年以來國內(nèi)已經(jīng)有數(shù)個智能化的變電站，而世界上最高電壓等級的變電站就設(shè)在我國，由此證明我國在此方面取得的顯著成績。目前我國還在不斷加大智能方面的研究，為以后更好運(yùn)作國家電力系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。有了上面描述的變化，我國變電站的技術(shù)和管理將會變得更加完善。近期，國內(nèi)國外對于110kV以上的變電站和很多35kV的變電站，都安裝了不同規(guī)模的遠(yuǎn)程控制和自動化系統(tǒng)，世界上各種各樣的因素可以直接影響全球的能源行業(yè)。國外變電站研發(fā)技術(shù)競爭很激烈，全世界的變電站都在開發(fā)新技術(shù)。另外，對電力供應(yīng)商的環(huán)境要求都不一樣，都相應(yīng)的增加了其他的責(zé)任，擴(kuò)展電力行業(yè)自動化設(shè)備。另外，越來越多的用戶意識到10kV以上變電站的自動控制、節(jié)能、環(huán)境保護(hù)，迫切的使其供應(yīng)商進(jìn)入上游，所以會對區(qū)域配電技術(shù)的需求格外的關(guān)注，因為110kV變電站在世界技術(shù)的快速發(fā)展下，使我們國家的變配電設(shè)計迫切加入到先進(jìn)行業(yè)中。變電的原始材料2.1待設(shè)計變電所及位置由于對負(fù)荷的需求，決定在泰安市紅旗區(qū)建設(shè)一所110kV變電站。變電所完成后，主要向當(dāng)?shù)赜脩籼貏e是區(qū)域內(nèi)較大用戶供電，用于提高供電和用電水平。同時，這所變電站要和其他地區(qū)的變電站連接在一起，形成一個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，來提高該地區(qū)的供電質(zhì)量和供電可靠性。110kV出線4條，備用2條；35kV出線8條，備用2條；10kV出線12條，備用2條。2.2站址情況本論文所研究變電站的電壓等級為110/35/10。有兩個系統(tǒng)向變電站供電，S1系統(tǒng)為600MVA，阻抗為0.38，S2系統(tǒng)為800MVA，阻抗為0.45，線路1為30KM，線路2為20KM，線路3為25KM，線路型號為LGJQ-150。同時，35kV系數(shù)為0.9，10kV系數(shù)為0.85，35kV各負(fù)荷與10kV各負(fù)荷之間系數(shù)為0.9、站用系數(shù)為0.85，線損率一般為5%。圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概圖2.3負(fù)荷參數(shù)站用電負(fù)荷為91.5KW，功率因數(shù)為0.85。表2.110kV側(cè)負(fù)荷序號用戶名稱用類別最大負(fù)荷（MW）功率因數(shù)備注1機(jī)械廠Ⅲ40.852醫(yī)院I30.85有備用電源3河?xùn)|變Ⅲ3.50.854鐵路用電I3.20.85有備用電源5化工廠II3.40.856電機(jī)廠II5.60.857食品廠Ⅲ7.80.858印染廠Ⅲ1.20.85表2.235KV側(cè)負(fù)荷序號用戶名稱用類別最大負(fù)荷（MW）功率因數(shù)備注1治煉廠I60.92河西變II或Ⅲ60.9有備用電源3水泥廠Ⅲ50.94紡機(jī)廠I30.95玻璃廠II2.60.856農(nóng)機(jī)廠II3.20.85表2.3110KV側(cè)負(fù)荷序號用戶名稱用類別最大負(fù)荷（MW）功率因數(shù)備注1站甲線I200.92站乙線I5.80.853站丙線I25.50.854站丁線I120.92.4該地區(qū)的自然條件年最高氣溫和最低氣溫分別為40℃和-5℃，年平均氣溫為18℃。設(shè)計110kV出線方向朝北，35kV朝西，10kV朝東。所在地址概括，黃土高原，面積為100×100平方米，土壤電阻率7000Ω.cm。負(fù)荷計算及變壓器選擇3.1電力負(fù)荷3.1.1負(fù)荷計算目的在電力系統(tǒng)中，負(fù)荷的大小和類型直接影響主變壓器的選型和主接線方式的設(shè)計。負(fù)荷電流的準(zhǔn)確計算也將在變電站中發(fā)揮重要作用。負(fù)荷預(yù)測過多會造成材料浪費(fèi)和成本增加；過小的預(yù)測會導(dǎo)致運(yùn)行中電氣設(shè)備損壞。因此，準(zhǔn)確地計算和估計未來的費(fèi)用是非常重要的。在選擇變壓器時，還應(yīng)考慮其中一臺主變壓器出現(xiàn)問題后，其余變壓器能承受供電用戶所有一次和二次負(fù)荷的正常用電。3.1.2負(fù)荷分級根據(jù)電力負(fù)荷對供電可靠性的需求、中斷供電給人們帶來政治經(jīng)濟(jì)損害和其他相關(guān)影響，可以將電力負(fù)荷分為3個等級：一級負(fù)荷是如果電源中斷會造成人員傷亡的負(fù)載。電力供應(yīng)的中斷會導(dǎo)致在政治和經(jīng)濟(jì)等重大設(shè)備損壞，廢棄的重點(diǎn)產(chǎn)品，供電中斷不僅對能耗單位的正常工作量產(chǎn)生影響還將產(chǎn)生重大的政治和經(jīng)濟(jì)影響。負(fù)電荷采用兩個獨(dú)立的電源進(jìn)行供電。而且獨(dú)立的電源就意味著在任何情況下，當(dāng)一個電源出現(xiàn)了故障，另一個電源不會受到損壞。此外，必須將緊急電源添加到特別重要第一級負(fù)載上。而且，為了保證為特別重要的負(fù)載進(jìn)行供電，嚴(yán)禁將其他的負(fù)載連接到應(yīng)急電源系統(tǒng)。二級負(fù)荷是能導(dǎo)致重大設(shè)備受到損壞的負(fù)載。政治和經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生使大量材料被報廢、企業(yè)大量減產(chǎn)、發(fā)生嚴(yán)重的設(shè)備破壞事故。次級負(fù)載必須由兩個電路被提供，并且電源變壓器還必須有兩個（兩個變壓器可以在同一變電站），以達(dá)到當(dāng)電源變壓器故障或電源線功率的常見故障，停電后電源不會中斷或可以恢復(fù)。3、三級負(fù)荷是給一些中小型企業(yè)和普通民用建筑物提供負(fù)載。如果停電會使少量產(chǎn)品報廢、用電設(shè)備的產(chǎn)量可能受到影響。因為三級負(fù)荷對供電要求沒有那么高，所以三級負(fù)荷一般用單回線路供電就可以了[1]。3.2負(fù)荷計算通過計算主變壓器容量和站用變壓器容量，求出各側(cè)變壓器最大連續(xù)工作電流[2]。需要計算的負(fù)載有：站用負(fù)載、10kV負(fù)載、35kV負(fù)載、110kV負(fù)載。計算公式為： (3-1)ScKta%：該電壓等級電網(wǎng)線損率Pcosa：各用戶的負(fù)荷和功率因數(shù)一、站用負(fù)荷計算根據(jù)已知負(fù)荷材料，由公式得（3-2）二、10KV側(cè)負(fù)荷計算(3-3)三、35kV側(cè)負(fù)荷計算S35KV側(cè)四、110KV側(cè)負(fù)荷計算S11OKV側(cè)3.3變壓器的選擇變壓站中的各個電壓等級中，變壓器都特別重要，起著決定性的作用。變壓器連接著發(fā)電廠和用戶，在中間起著改變電壓以及輸送功率的功能。同時，主變壓器的選擇還要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際負(fù)荷和未來發(fā)展等情況進(jìn)行合理分析，通過推算長期發(fā)展的需要，然后根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蜻x擇合適的變壓器。一、主變壓器臺數(shù)的確定為了使居民用電有良好的體驗，在日常生活用電中可以一直供電，一般要安裝兩臺主變壓器。其中一臺發(fā)生事故時，另一臺能保證用戶基本用電，更換故障變壓器，以免給用戶造成停電[3]。對于一些特別重要的用戶，為了保證負(fù)荷的穩(wěn)定供電，又由于重要用戶對電力的要求較高，一旦停電將導(dǎo)致重大損失或人員傷亡，因此至少需要兩臺以上的變壓器。變壓器的增加將大大增加變電站的難度和基本成本，但為了安全方便用電，可以滿足長期負(fù)荷增長的要求，擴(kuò)建更為方便，如果其中一臺主變壓器在檢修或意外發(fā)生故障時，另外一臺要負(fù)擔(dān)百分之七十的負(fù)荷，必須保證變電站內(nèi)都能持續(xù)供電。由于該變電所是一個重要的中間變電所，與系統(tǒng)密切相關(guān)，因此選擇了兩臺容量相等、并聯(lián)運(yùn)行的主變壓器。二、主變壓器容量的選擇結(jié)合長期發(fā)展的情況選擇主變壓器的容量，根據(jù)推算預(yù)測出變電站5到10年對負(fù)荷的需求，選擇主變壓器的容量[4]。不能隨便選擇較大容量，雖然對用戶來說已經(jīng)足夠使用了，但是資金會增加，占地面積增大，資源也會浪費(fèi)，還會給維護(hù)工作帶來了一些不必要的麻煩；也不能選擇小容量，太小變壓器將長時間處于過負(fù)荷狀態(tài)，會降低穩(wěn)定性和壽命。所以，為了可靠性和經(jīng)濟(jì)性必須選取合適的變壓器容量。根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運(yùn)行情況，計算出運(yùn)行時最大負(fù)荷，選擇兩臺容量較小、運(yùn)行時最大負(fù)荷的主變壓器。這種選擇的好處是，當(dāng)其中一臺調(diào)壓器不工作時，另一臺機(jī)器可以提供70%以上的用電量，為一些重要工廠提供用電保障，不至于造成重大事故和損失[5]。根據(jù)用電情況計算出此變電站的最大負(fù)荷為：S總SN通過計算選擇兩臺50兆伏安的主變壓器。三、變電站主變壓器型式的選擇當(dāng)變電站中具有三種變壓等級時，主變壓器兩端繞組的功率到變壓器容量的15%以上，主變壓器采用三相繞組。我國110kV及以上電壓互感器接線組采用Y。型接線，35kV及以下電壓互感器接線組也采用Y型接線，中性點(diǎn)一般通過消弧線圈接地，35kV以下電壓變壓器的連接組別采用的是D型連接。通過以上結(jié)論可選擇主變壓器參數(shù)如下：表3.1變壓器參數(shù)型號電壓組合及分接范圍阻抗電壓空載電流連接組高壓中壓低壓高-中高-低中-低1.3%YNyn0yd11SFSZ9-50000/110110±8×1.25%38.5±5%10.510.5%17.5%6.5%3.4站用變壓器的選擇一、站用變臺數(shù)的確定變電站選擇了兩臺主變壓器，也因為站用負(fù)荷比較重要，所以一般會安裝兩臺站用變壓器。為了提高供電可靠性和操作靈活性，所以兩臺站用變壓器要以暗備用的方式安裝。二、站用變?nèi)萘康拇_定在保證能正常用電的情況下選擇站用變電站的容量，并且要有百分之十的余量來添加臨時負(fù)載[6]。兩臺站用變壓器運(yùn)行方式是以暗備用進(jìn)行的，單臺變壓器在不滿載情況下運(yùn)行的時間較多。一臺變壓器不工作時，另一臺站用變壓器將會承擔(dān)站用負(fù)荷。S站三、所用變型式的選擇根據(jù)我國配電變壓器商家的現(xiàn)狀和正在努力實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備無油化，可以選擇干式變壓器。通過以上結(jié)論可選擇站變壓器參數(shù)如下:表3.2站用變電站參數(shù)型號電壓組合連接組標(biāo)號空載損耗負(fù)載損耗空載電流阻抗電壓高壓低壓S9-200/1010土2.5%0.4kVYyn00.48kW2.6kW1.3%4%第4章電氣主接線設(shè)計電氣主接線是由各種電氣設(shè)備組成的線路，通過線路接收多臺發(fā)電站的電能后通過生、降電壓分配給不同的電網(wǎng)用戶。電氣設(shè)備應(yīng)按線路連接順序進(jìn)行排列，在主接線上用規(guī)定的設(shè)備符號和圖形符號標(biāo)注[7]，我們可以通過電氣主接線詳細(xì)的看出電氣設(shè)備連接組和線路關(guān)系。4.1電氣主接線的基本要求電氣主接線設(shè)計在電氣系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的位置，在設(shè)計時我們要注意它的三個最根本的要求，以下是對其三大要求的具體介紹。一、保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量電壓、頻率和供電必須是連續(xù)且可靠，這些都可以是我們用來準(zhǔn)確表征實(shí)際電能系統(tǒng)質(zhì)量的一個基本測量指標(biāo)，主接線應(yīng)在不同的實(shí)際運(yùn)行條件模式下均衡并能夠準(zhǔn)確達(dá)到此兩個指標(biāo)方面的基本特點(diǎn)。二、具有一定的靈活性和方便性可以滿足系統(tǒng)在出現(xiàn)故障或者是設(shè)備維護(hù)和發(fā)生其它故障等情況下進(jìn)行調(diào)度的需求時，能夠靈活、簡單、迅速地選擇一種倒換操作運(yùn)行的方式，以盡量減少對停機(jī)的時間和影響。滿足檢修過程中所要求的靈活性。檢修時能將其撤回運(yùn)行，并可靠地安全隔離本設(shè)備和帶電操作的部分，以確工作人員的方便性和安全。三、具有經(jīng)濟(jì)性在充分滿足主接線設(shè)計供電可靠性基礎(chǔ)上，盡量將設(shè)備投資成本和運(yùn)營管理成本下降至最低，注意合理節(jié)約設(shè)備的用地面積及搬遷成本，并且在規(guī)定的允許條件下，應(yīng)該對設(shè)備進(jìn)行一次性的設(shè)計，在將所有投資按照分階段進(jìn)行生產(chǎn)之后，要盡快發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益[8]。4.2主接線的基本形式一、單母線接線單母線接線的優(yōu)點(diǎn)是接線方式簡單，清晰，易于維護(hù)；因為接線簡單，它所所需要原材料要求不多、設(shè)備少、占地面積小、投入成本較低。單母線接線的主要缺點(diǎn)是安全性能低、靈活性能低、在斷路器或其他設(shè)備出現(xiàn)問題時，在修復(fù)過程中，會出現(xiàn)全部停電。二、單母線分段接線在單母線中間加一個斷路器，將母線分為兩段，使較重要的用戶分別由兩條斷開的母線連接的兩條線路供電。另外，它還可以對兩條破損的母線分別進(jìn)行清洗和維修，減少用戶的斷電頻率。當(dāng)一段母線或是上面的隔離開關(guān)需要檢修時，與該母線連接在一起的任何線路都將被切斷很長時間。因此，它不適用于大容量發(fā)電廠和特別重要的變電站。三、帶旁路母線的單母線分段接線單母線分段接線添加旁路母線后，可以做到在檢修任何一個出線斷路器時回路都可以不斷電。但是，配電設(shè)備的占地面積會增加，斷路器和隔離開關(guān)的數(shù)量會增加，費(fèi)用會加大。單母線與旁路母線的連接，具有足夠的供電可靠性和運(yùn)行靈敏度。四、雙母線接線單母線接線，母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，會造成母線停止供電，為了解決這個問題，便設(shè)置了備用母線，這就形成了雙母線接線。雙母線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于開關(guān)使用較多，容易造成操作失誤，但是線路的可靠性和靈活性也隨之增加，使之更方便檢查與維修，還容易對其進(jìn)行擴(kuò)建。一般功率較高，送電距離比較遠(yuǎn)時，斷路器或者母線維修時，由于斷路器維修時間比較長所以會長時間不能供電，會造成很大影響，所以規(guī)定110千伏到220千伏雙母線接線時，110千伏回路數(shù)超過7回或者220千伏回路數(shù)超過5回，一般要設(shè)置旁路母線。五、3/2雙母線分段接線供電可靠性和運(yùn)行靈敏度很高。母線出線問題或檢修時都可以一直供電，除連接故障時與斷路器相連的兩個回路發(fā)生短時停電外，其他斷路器的任何故障或維修均不會中斷供電，即使兩組母線同時發(fā)生故障，或者一組進(jìn)行大修，另一組發(fā)生故障，在極端條件下仍能供電。這種接線方式花費(fèi)很高，設(shè)備也很多，運(yùn)行方式復(fù)雜[9]。4.3主接線方案的選擇4.3.1110kV電氣主接線當(dāng)110kV到220kV出線數(shù)超過5回，在系統(tǒng)中非常重要出線數(shù)達(dá)到4回，設(shè)置帶旁路母線的接線形式可以在檢修斷路器時仍能持續(xù)供電。根據(jù)以上分析，選擇以下兩種可能的接線方案，如圖4.1和4.2所示：4.1雙母線帶旁路母線接線4.2單母線分段帶旁路母線接線表4.1110kV方案比較項目方案方案1方案2技術(shù)運(yùn)行可靠、運(yùn)行方式靈活、便于事故處理、易擴(kuò)建倒閘操作復(fù)雜，容易誤操作簡單清晰、操作方便、可靠性高、靈活性差經(jīng)濟(jì)占地大、設(shè)備多、投資大設(shè)備少、投資少方案1可靠性、靈活性比較好，方案2經(jīng)濟(jì)比較好。由于該變壓站是區(qū)域性變壓站，因此可靠性和靈活性的要求應(yīng)該比較高。通過全面的分析，最終確定選擇雙母線帶旁路母線的接線方案。4.3.235kV電氣主接線當(dāng)電壓等級為35～60kV，出線回路為4～8回時，可以使用單母分段和雙母線接線的形式。增加旁路母線可以在線路維護(hù)期間仍然可以不斷電持續(xù)向用戶供電[10]。綜上分析，可以采用下面兩種可能的接線方式，如圖4.3和4.4所示：4.3單母線分段帶旁路母線接線4.4雙母線接線表4.235kV方案比較項目方案方案1方案2技術(shù)接線簡單，對于斷路器的使用不多，可靠性、靈活性不高可靠性高，在任一母線出現(xiàn)故障時，不影響給用戶供電；調(diào)度靈活，便于日后擴(kuò)建操作步驟復(fù)雜，需要用到的設(shè)備多經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)性高，投資少，占地面積小投資大，占地面積大設(shè)備多，配電裝置復(fù)雜雖然方案1的經(jīng)濟(jì)性比較高，但是考慮到35KV側(cè)的負(fù)荷較多，經(jīng)過綜合分析，決定選雙母線接線方式。4.3.310kV電氣主接線6~10kV配電出線回路數(shù)大于等于6回時，可以使用單母分段、雙母接線的主接線方式[11]。選擇以下可能的兩種接線方式，如圖4.5和4.6所示：4.5單母線分段接線4.6雙母線接線表4.310kV方案比較項目方案方案1方案2技術(shù)不會造成全所停電調(diào)度靈活保證對重要用戶的供電任一斷路器檢修，該回路必須停止工作供電可靠、調(diào)度靈活便于擴(kuò)建、便于試驗易誤操作經(jīng)濟(jì)比較經(jīng)濟(jì)，設(shè)備少、投資少，占用面積較小投資大，占地面積大設(shè)備多，配電裝置復(fù)雜方案1比方案2更經(jīng)濟(jì)，調(diào)度靈活，可靠性也可以得到保障。經(jīng)過綜合分析，決定選單母線分段接線方式。4.3.4站用電接線站用電一般選接線簡單、投資小的接線方式。所以使用下面兩種主接線方式，如圖4.7和4.8所示：4.7單母線分段接線4.8單母線接線表4.4方案比較項目方案方案1方案2技術(shù)調(diào)度靈活、保證對重要用戶的供電任一斷路器檢修，該回路必須停止工作、擴(kuò)建時需向兩個方向均衡發(fā)展簡單清晰、操作方便、易于發(fā)展可靠性、靈活性差經(jīng)濟(jì)占地少，設(shè)備少投資少，設(shè)備少經(jīng)過比較兩種方案經(jīng)濟(jì)相差不大，但是方案1比方案2可靠性和靈活性更高。經(jīng)過綜合分析，決定選單母線分段接線方式。第5章變電站短路電流計算5.1各回路最大持續(xù)工作電流由公式Smax=3USmaxUeIgmax由：Smax得：IIgmaxIgmaxIgmax5.2短路電流計算一、短路電流計算的目的在變電站中，短路電流的計算不可忽略的重要元素之一。從以下幾個方面我們可以看出其重要性：1、可以將短路電流計算結(jié)果作為電氣主接線方案的設(shè)計時的主要選擇依據(jù)，然后對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較以決定是否要使用限流措施。2、可以通過短路電流的計算結(jié)果來選擇合適的電氣設(shè)備，從而節(jié)約不必要設(shè)備損耗。3、通過短路電流的計算結(jié)果作為選擇繼電器保護(hù)設(shè)置的整定計算選擇依據(jù)，從而防止一些無用的損耗。4、通過短路電流的計算可以選擇接地裝置設(shè)置時相應(yīng)的避雷材料[11]。二、短路故障產(chǎn)生的原因1、設(shè)備原因電氣設(shè)備損壞和電氣元件損壞。2、自然原因天氣惡劣時，因大風(fēng)、溫度、導(dǎo)線覆冰導(dǎo)致架空線路電桿折斷、設(shè)備過電壓、絕緣擊穿等。3、人為原因工作人員沒按照操作規(guī)程工作，帶負(fù)荷合閘造成相間電弧短路；接地開關(guān)合閘造成金屬短路[13]。三、短路故障的危害產(chǎn)生熱效應(yīng)；產(chǎn)生電動力效應(yīng)；系統(tǒng)電壓下降；造成停電事故；破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性。四、短路電流計算假設(shè)1、在一般情況下，三相系統(tǒng)對稱運(yùn)行；2、電動勢相位角相同；3、以金屬性短路進(jìn)行；4、短路計算點(diǎn)選擇電流最大得那個點(diǎn)；5、元件電阻省去，不受負(fù)荷的影響。五、短路電流計算的步驟1、轉(zhuǎn)換為相同基準(zhǔn)容量計算元件電抗標(biāo)幺值；2、畫出等值網(wǎng)絡(luò)圖；3、選出短路點(diǎn)；4、把電源系統(tǒng)理想化，求出短路點(diǎn)電抗標(biāo)幺值、有名值、沖擊值；標(biāo)幺值：Id?=有名值：Idi=I計算短路容量、短路電流沖擊值。短路容量：S=3UjI短路沖擊電流：Icj=2.55I5.3短路電流計算短路會使電壓降低，回路電流增大。影響用戶正常用電，降低穩(wěn)定性。所以為了整個電力系統(tǒng)可以正常運(yùn)行必須計算短路電流[14]。5.3.1系統(tǒng)等值電路圖忽略系統(tǒng)阻抗，按兩臺主變并列運(yùn)行，計算出短路電流，系統(tǒng)等值電路圖如圖5.1所示5.1系統(tǒng)等值電路圖5.3.2計算參數(shù) 選取基準(zhǔn)值為：SB由原始材料得：XS1XS2XBX1X2線路型號為LGJQ-150,查表得：X=0.1989Ω/kmX3X4X5所選擇變壓器參數(shù)如下：各繞組等值電抗：Vs(1?2) (5-20)(5-21)(5-22) 各繞組等值電抗標(biāo)幺值為：X6X7由選擇的所用變壓器參數(shù)得： (5-25)(5-26) (5-27)系統(tǒng)圖化簡后如圖5-2所示：5.2系統(tǒng)等值電路化簡圖5.3.3短路電流計算1、110kV側(cè)母線三相短路K1點(diǎn)為短路點(diǎn)，簡化后等值電路圖為：5.3K1點(diǎn)短路系統(tǒng)等值電路化簡圖 (5-28)(5-29) (5-30)短路電流有名值： (5-31) 沖擊電流： (5-32)最大電流有效值： (5-33)短路容量： (5-34)2、35kV側(cè)母線三相短路K2點(diǎn)為短路點(diǎn)，簡化后等值電路圖為：5.4K2點(diǎn)短路系統(tǒng)等值電路化簡圖 (5-35) (5-36) (5-37)短路電流有名值： (5-38)沖擊電流： (5-39)最大電流有效值： （5-40)短路容量： (5-41) 3、10kV側(cè)母線三相短路K3點(diǎn)為短路點(diǎn)，簡化后等值電路圖為：5.5K3點(diǎn)短路系統(tǒng)等值電路化簡圖 (5-42) (5-45) (5-46)短路電流有名值： (5-47) 沖擊電流： (5-48) 最大電流有效值： (5-49) 短路容量： (5-50） 0.4kV側(cè)發(fā)生三相短路5.6K4點(diǎn)短路系統(tǒng)等值電路化簡圖 （5-51） （5-52） （5-53）短路電流有名值： （5-54） 沖擊電流： （5-55）最大電流有效值： （5-56）短路容量： （5-57） 主要電氣設(shè)備選擇在選擇用電設(shè)備時，首先要保證電路在正常運(yùn)行情況下做到安全可靠，再考慮降低費(fèi)用，節(jié)約成本。然后我們還需要分析所選擇的電氣設(shè)備是否能夠在發(fā)生事故時繼續(xù)向客戶輸送電力，不能只考慮成本問題，而忽視實(shí)際的實(shí)用性，給客戶帶來不便和損失。選用的設(shè)備必須經(jīng)過各方面的安全檢查和試驗，合格后才可投入使用[15]。在選擇時，還應(yīng)參考短路電流計算得到的實(shí)驗數(shù)據(jù)。電氣設(shè)備的選擇不能不經(jīng)研究，以免發(fā)生事故和經(jīng)濟(jì)損失。6.1電氣設(shè)備選擇條件一、電氣設(shè)備選擇的原則滿足正常過電壓、短路、檢修等條件下的運(yùn)行要求，并充分考慮遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃；根據(jù)環(huán)境進(jìn)行修訂和檢查[16]；盡量做到技術(shù)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)合理；同種設(shè)備應(yīng)盡量選擇同一型號；新產(chǎn)品必須在檢驗合格的情況下才能使用。二、電氣設(shè)備原則的技術(shù)條件1、電氣設(shè)備在正常工作時選擇(1)額定電壓：最高工作電壓Uymax要大于回路中最高運(yùn)行電壓Uymax(2)額定電流：長期允許電流Iy要大于回路最大持續(xù)工作電流I2、校驗原則（1）短路熱穩(wěn)定校驗滿足熱穩(wěn)定條件：（6-3）（6-4）檢驗熱穩(wěn)定計算時間：（6-5）（2）短路的動穩(wěn)定校驗動穩(wěn)定滿足條件：（6-6）（6-7）6.2高壓斷路器的選擇一、高壓斷路器選擇的基本要求1、具有良好的導(dǎo)電性；2、當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，斷路器具有熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定能力；3、在跳閘時有良好的絕緣性；4、做到分?jǐn)嚯娐窌r間短；5、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、便于安裝維護(hù)。二、高壓斷路器的計算選擇1、110kV側(cè)斷路器選擇（1）額定電壓：Uy（2）額定電流：INIg(3）按開斷電流選擇：Iekd(4）短路開斷電流：Ieg(5）檢驗熱穩(wěn)定取后備保護(hù)為5Stb因為td>tdzQdQr即Qr根據(jù)以上計算，選擇SW6-110型少油斷路器2、35側(cè)斷路器選擇(1）額定電壓：Uy(2)額定電流：INIg(3)按開斷電流選擇：Iekd(4)短路開斷電流：Ieg(5)檢驗熱穩(wěn)定取后備保護(hù)為5Stb因為td>tdzQdQr即Qr根據(jù)以上計算，選擇SW2-35戶外高壓型少油斷路器3、10kV側(cè)斷路器選擇(1)額定電壓：U(2)額定電流：Ig裝設(shè)電抗器短路電流限制在9.05kA(3)按開斷電流選擇：Iekd(4)短路短路開斷電流：IegIcj（5）按短路電流容量：S=（6）檢驗熱穩(wěn)定取后備保護(hù)為1Stb因為td>Ir（7）校驗動穩(wěn)定：(6-33)根據(jù)以上計算，選擇戶內(nèi)ZMD11-12/2500-40A型真空斷路器[17]表6.1斷路器型號電壓等級型號額定電壓額定電流IIt動穩(wěn)定電流110kVSW6-110110kV1250A41kA35kVSW2-3535kV2000A2550kA10kVZMD11-12/2500-40A10kV600A31.5kA6.3隔離開關(guān)的選擇一、隔離開關(guān)選擇的基本要求1、隔離開關(guān)斷開后應(yīng)該可以較容易的確定設(shè)備和電網(wǎng)有沒有隔開；2、具有足夠的絕緣距離；3、達(dá)到動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定、絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度要求；4、分合閘同期性好、速度快、正確動作；5、結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠；二、隔離開關(guān)的計算選擇1、對110kV側(cè)隔離開關(guān)選擇（1）熱穩(wěn)定校驗：(6-34)(6-35)即：滿足要求（2）動穩(wěn)定校驗：(6-36)即滿足要求根據(jù)計算選擇型戶外隔離開關(guān)2、35kV側(cè)隔離開關(guān)選擇（1）熱穩(wěn)定檢驗：(6-37)(6-38)即滿足要求動穩(wěn)定校驗：(6-39)即：滿足要求根據(jù)以上計算選擇GN16-35/2000型戶外隔離開關(guān)3、10kV側(cè)隔離開關(guān)選擇（1）熱穩(wěn)定校驗：(6-40)(6-41)即滿足要求（2）動穩(wěn)定校驗：(6-42)即：滿足要求根據(jù)計算選擇型戶內(nèi)隔離開關(guān)表6.2隔離開關(guān)型號電壓等級型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流110kVGW4-110110kV600A5035kVGN16-35/200035kV2000A6410kVGN22Q10kV2000A6.4母線的選擇一、母線選擇的基本要求校驗短路情況下熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定；關(guān)于35kV以上的母線，應(yīng)校驗在當(dāng)?shù)厍缣鞎r會不會產(chǎn)生電暈；對于較為重要的母線和大電流母線，應(yīng)校驗?zāi)妇€的固有頻率。二、母線選擇計算1、對110kV側(cè)母線選擇（1）由短路電流計算求得：最大持續(xù)工作電流：Ig（2）按經(jīng)濟(jì)密度選擇：取即：(6-44)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以選擇2×LGJ?300/100型鋼芯鋁絞線，最高允許溫度70℃，，長期允許載流量1402A，即A,基準(zhǔn)溫度為25℃，S=896.051mm2,環(huán)境溫度修正：(6-45)(6-46)（3）熱穩(wěn)定校驗：(6-47)因為s時需要考慮非周期分量，在周期分量等值時間表上查得：SS(S)(6-48)（4）運(yùn)行時導(dǎo)體最高溫度：℃(6-49)查資料得出C=91,短路時最小導(dǎo)體截面為(6-50)小于所選截面，滿足需求動穩(wěn)定校驗：取2.86，L取1，a取0.5m(6-51)(6-52)通過以上計算LGJ-300/100型鋼芯鋁絞線滿足要求。35kV母線選硬導(dǎo)體比較好，LGJ-185型鋼芯鋁絞線可以達(dá)到熱穩(wěn)定要求，同時還大于可以不用校驗電暈的最小導(dǎo)體LGJ-70，所以不用進(jìn)行電暈校驗。10kV的最終回路比較多，因此10kV母線選硬導(dǎo)體比較好。所選LGJ-150型鋼芯鋁絞線可以達(dá)到熱穩(wěn)定要求，同時還大于可以不用校驗電暈的最小導(dǎo)體LGJ-70，所以不用進(jìn)行電暈校驗[18]。表6.3母線型號電壓等級型號110kVLGJ-300/10035kVLGJ-18510kVLGJ-1506.5互感器的選擇一、電流互感器的計算選擇1、110kV側(cè)電流互感器選擇(1)熱穩(wěn)定校驗：（6-53）（6-54）即：滿足要求（2）動穩(wěn)定校驗：（6-55）（6-56）即：滿足要求根據(jù)以上計算選擇型電流互感器2、35kV側(cè)電流互感器選擇（1）熱穩(wěn)定校驗：（6-57）（6-58）即：滿足要求（2）動穩(wěn)定校驗：（6-59）（6-60）即：滿足要求根據(jù)計算選擇戶外獨(dú)立電流互感器3、10kV側(cè)電流互感器選擇（1）熱穩(wěn)定校驗：（6-61）（6-62）即：滿足要求（2）動穩(wěn)定校驗：（6-63)即滿足要求根據(jù)計算選擇戶內(nèi)型電流互感器電壓等級型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流110kVLB7-110110kV2×600129635kVLB6-3535kV200010210kVLDZB6-1010kV40080二、電壓互感器的特點(diǎn)容量小，和小容量變壓器很像；對安全系數(shù)要求比較高；二次側(cè)儀表和繼電器的電壓線圈阻抗比較大；接近于空載狀態(tài)下運(yùn)行。四、電壓互感器的選擇6-35kV室內(nèi)配電裝置一般采用油浸式或澆注式；110-220kV選用電容式或油浸式比較好。6.6絕緣子和穿墻套管的選擇在變電站的各種配電裝置中，導(dǎo)線、絕緣子和金具實(shí)現(xiàn)了高壓電器的連接、固定和絕緣。所以，絕緣子的絕緣和機(jī)械強(qiáng)度，耐熱性和防潮性等要比較好。戶外式絕緣子可以增加沿面放電的長度，也可以在下雨天阻止雨水進(jìn)入，可以保證絕緣子即使在環(huán)境不好的天氣時也可以正常的工作。母線需要從屋內(nèi)穿墻或者從屋外穿墻時，要選用穿墻套管。6-35kV選瓷絕緣，60-220kV選油浸電容式絕緣。第7章繼電保護(hù)裝置和防雷保護(hù)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)也起著非常重要的作用。它在變電所的正常運(yùn)行過程中，對變壓器、母線和輸電線路等電氣設(shè)備進(jìn)行異常事故保護(hù)。及時自動的切斷不正常的線路和相關(guān)電氣設(shè)備，以減小變電所的損耗，使其他設(shè)備仍能正常運(yùn)行。當(dāng)不能自行處理時，還會發(fā)出意外預(yù)警信號，提醒相關(guān)人員前去處理。而變壓器作為變電站的核心設(shè)備，他對變電站有著非常重要的影響，因此設(shè)計主要的內(nèi)容就是對變壓器的繼電保護(hù)。繼電保護(hù)的基本四性要求是：選擇性、可靠性、速動性和靈敏性[11]。7.1變壓器主變保護(hù)的配置1、瓦斯保護(hù)目前瓦斯保護(hù)分為輕瓦斯保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，它它可以清楚的顯示內(nèi)部問題，如繞組短路、鐵芯問題、接線不良等。此外，發(fā)生故障時瓦斯保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)為動作快、靈敏度高，缺點(diǎn)是只能作為內(nèi)部保護(hù)整定、易受到外界環(huán)境因素的干擾，需要與其他保護(hù)裝置配合使用。重瓦斯用于檢測故障時油面下降時氣體氣體的異常流動，當(dāng)檢測到不正常情況時，它將跳閘；輕瓦斯的作用是保護(hù)信號和動作[18]。2、縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)縱差保護(hù)與瓦斯保護(hù)相輔相成。差動保護(hù)的范圍比較廣。當(dāng)變壓器出線和繞組產(chǎn)生故障時，可以快速跳開斷路器，保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為了可以清晰得看出變壓器繞組和出線的相間短路、出線接地短路、匝間短路，要安裝縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)[19]。3、主變壓器后備保護(hù)為了更清楚的能看到變壓器外部故障引起的繞組過電流，以及其內(nèi)部故障時瓦斯保護(hù)和差動保護(hù)的后備保護(hù)，必須要裝有過電流保護(hù)。4、過負(fù)荷保護(hù)變壓器的三相過載電流一般都是對稱的，過載保護(hù)幾乎是通過延時動作體現(xiàn)在信號上，同一個時間繼電器保護(hù)了三繞組變壓器的每側(cè)的過載保護(hù)。當(dāng)大于0.4MVA的變壓器，當(dāng)變壓器并聯(lián)或獨(dú)立運(yùn)行但給其他負(fù)載做備用電源的時候，應(yīng)該考慮會出現(xiàn)的過載情況安裝過載保護(hù)。7.2母線保護(hù)根據(jù)有關(guān)規(guī)定需要裝設(shè)專用母線保護(hù)的情況：1、在220kV～500kV電壓母線上、110kV的單母線，一些重要電廠或者110kV以上重要變電站里的35kV到66kV的母線、35～66KV電力網(wǎng)中主要變電站的母線，都需要有選擇地快速切除母線上的故障[20]。2、對母線保護(hù)的要求（1）必須快速有選擇性的切除有故障的母線；（2）適應(yīng)母線在運(yùn)行方式上的變化；（3）接線要盡可能的簡單；（4）中性點(diǎn)間接接地系統(tǒng)只需對相間短路進(jìn)行響應(yīng)，可采用兩相接地。母線保護(hù)一般是在差動保護(hù)的原理上進(jìn)行的，所有與母線相連的斷路器動作后都會跳閘。母線保護(hù)由完全電流差動保護(hù)、電壓差動保護(hù)和具有比率制動特性的電流差動保護(hù)組成。根據(jù)上述原則，結(jié)合電氣主接線在本設(shè)計的特點(diǎn)，考慮到變電站的重要性,設(shè)計電路的后備保護(hù)，零序方向的第II段母線故障保護(hù)，不用專門配置母差保護(hù)。7.3自動裝置安全自動裝置有自動調(diào)節(jié)和自動操作兩部分，發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)勵磁和電力系統(tǒng)自動調(diào)頻都是可以自動調(diào)節(jié)的，自動重合閘、備用電源及設(shè)備自動投入、自動同步并列、自動低頻減載、電氣制動、自動解列等屬自動操作型裝置。根據(jù)相關(guān)的自動裝置配置本設(shè)計選擇了以下的自動裝置：1、三相一次重合閘，可以提高供電可靠性。2、自動低頻減載是電力系統(tǒng)在發(fā)生事故空置時，為過多的頻率降低做準(zhǔn)備，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和重要負(fù)荷的正常運(yùn)行。自動故障記錄裝置，可以用于分析電力系統(tǒng)出現(xiàn)的事故、保護(hù)設(shè)備、也可以快速確定線路上哪里出了故障。7.4防雷保護(hù)避雷針屬于避雷設(shè)備的較為常見的一種，可以應(yīng)用在生活和工程中，避雷針通常由金屬材料構(gòu)成。避雷針的避雷原理是：在雷雨天氣偏多的地方，高度較高的避雷針或偏高的建筑群極易吸引大量電荷，避雷針的外型一般是針型，當(dāng)達(dá)到一定條件，擊穿短路會出現(xiàn)在空氣介質(zhì)和避雷器之間，避雷器可以把空氣介質(zhì)中的大量電荷引入大地，以便于保護(hù)負(fù)荷擊穿變電器設(shè)備，所以，在電力系統(tǒng)中，變電站的外形一般是正方形，變電站內(nèi)部通常1有避雷措施，保證各個電氣設(shè)備可以在極端天氣正常運(yùn)行，變電器的四個周圍有4個避雷器，可以預(yù)防直擊雷對變電器的影響。防雷保護(hù)的范圍還涉及到配電間，