1、（3） 学习和掌握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法。本课程设计只作电气系统的初步设计，不作施工设计和土建设计。（1） 主变压器选择：根据负荷主变压器的容量、型式、电压等级等。（2） 电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性。（3） 短路电流计算：电力系统侧按无限大容量系统供电处理；用于设备选择时，按变电所最终规模考虑；用于保护整定计算时，按本期工程考虑；举例列出某点短路电流的详细计算过程，列表给出各点的短路电流计算结果Sk、I”、I、Ish、Teq（其余点的详细计算过程在附录中列出）。（4）选择主要电气设备：断路器、隔离开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器
2、、消弧线圈。每类设备举例列出一种设备的详细选择过程，列表对比给出选出的所有设备的参数及使用条件。（5）编写“变电所电气部分设计”说明书，绘制电气主接线图（2图纸）（1） 通过经济技术比较，确定电气主接线；（2） 短路电流计算；（3） 主变压器选择；（4） 断路器和隔离开关选择；（5） 导线（母线及出线）选择；（6） 限流电抗器的选择（必要时）。（7） 完成上述设计的最低要求；（8） 选择电压互感器；（9） 选择电流互感器；（10） 选择高压熔断器（必要时）；（11） 选择支持绝缘子和穿墙套管；（12） 选择消弧线圈（必要时）；（13） 选择避雷器。1、待建变电站的建设规模 变电站类型： 110
3、 kV降压变电站 三个电压等级： 110 kV、 35 kV、 10 kV 110 kV：近期线路2回；远期线路 3回 35 kV：近期线路2回； 远期线路4 回 10 kV：近期线路4回；远期线路 8回2、电力系统与待建变电站的连接情况 变电站在系统中地位：地区 变电站 变电站仅采用 110 kV的电压与电力系统相连，为变电站的电源 电力系统至本变电站高压母线的标么电抗（Sd=100MVA）为：最大运行方式时0.28 ；最小运行方式时0.35；主运行方式时0.30; 上级变电站后备保护动作时间为2.5s3、待建变电站负荷 110 kV出线：负荷每回容量 10000 kVA，cosj0.9，T
4、max 4000 h 35 kV负荷每回容量5000 kVA，cosj0.85，Tmax4000 h；其中，一类负荷 0回；二类负荷 2回 10kV负荷每回容量1500 kW，cosj0.95，Tmax 4200 h；（4）负荷同时率 0.784、环境条件 当地年最高气温400C，年最低气温-200C，最热月平均最高气温350C，年最低气温-50C。 当地海拔高度：600m 雷暴日：15日/年5、其它 变电站地理位置：城郊，距城区约10km 变电站供电范围： 110 kV线路：最长100 km，最短50 km； 35 kV线路：最长60 km，最短20 km； 10 kV低压馈线：最长 15
5、km，最短 3 km； 未尽事宜按照设计常规假设。1、 主变压器的选择（1） 变压器台数的选择在大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台变压器为宜；对地区性孤立的一次变电站或复合较高的变电站，在设计时应该考虑装设三台变压器的可能性。考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，含有交大份额的一、二类负载，故一起工程选择两台主变压器，并列运行且容量相等。考虑到地区经济发展较快，远期增加负荷较多，负荷密度迅速增大，故而起工程增加一台主变压器。变压器是变电站主要电气设备之一，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。从电工学中知道，输电线路中流
6、过的电流越大，损失的功率就越大。所以采用高压输电减少线路的功率损耗，故将发电厂发出的电力经变压器升压后输送，送到供电地区后经降压变压器变换成低电压供用户使用。（2）变压器容量的选择设计的变电站中，35kV侧负荷每回容量5000kVA,cos=0.85，Tmax=4000h；10kV侧负荷每回容量1500KW，cos=0.95，Tmax=4200h。近期系统负荷总量和类型统计如下：35kV侧的总负荷S35=50002kVA=10000kVA10kV侧的总负荷S10=（15004）/0.95kVA=6316kVA近期的总负荷 S =0.78（S35 +S10）=12726kVA远期系统负荷总量和类
7、型统计如下：35kV侧的总负荷 4kVA=20000kVA10kV侧的总负荷 8）/0.95kVA=12632kVA远期的总负荷 （S35 +S10）=25453kVA拟选用三台（近期两台、远期增加一台）SFSL7-10000/110型三绕组变压器，其容量比为：100/100/50；电压比为11022.5%/38.52.5%/11kV；接线方式为YN,y0,d11，阻抗电压为：Uk12%=10.5%,Uk13%=18%,Uk23%=6.5%。（2） 校验变压器的负荷 近期工程的主变压器的负荷率：。 远期工程的主变压器的负荷率：（3）事故情况下变压器过载能力的校验三台主变，停一台，应承担全部负荷
8、的70%80远期时，三台主变，停一台，应承担全部负荷的70%80%。此变电站一台出现故障时承担全部负荷为 三绕组变压器各侧容量选择：要求：各侧容量均应15%（远期）110kV： 选35kV： 选10kV： 选变压器容量比 接地方式：直接接地；不接地；不接地所以不考虑自耦变压器2、主接线的选择设计原则：应根据发电厂和变电所在电力系统中的地位和作用，首先应满足电力系统可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压登记、进出线回数、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划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性要求。主接线的选择必须要
9、保证向用户供给符合质量的电能，而且能够适应各种的运行方式（包括正常，事故和检修运行方式）并能够通过操作来实现运行方式的变化而且在某一基本回路检修时不影响其它回路的继续运行。其次，主接线还应该简明清晰，运行维护方便，在满足上述要求的前提下，主接线的设计应简单，投资少，运行管理费用低，一般情况下，应考虑节约电能和有色金属的消耗量。即考虑安全、可靠、经济性原则，按照以上原则对主接线进行选择。（1）110kV侧接线的选择方案一：采用单母分段接线优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好，在一段母线发生故障或者检修的时候另一段仍然可以继续运行。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。缺点：不够
10、灵活可靠，当要一路母线检修或者出现故障时，该母线上的负荷会停电。方案二：采用双母线方式接线供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。）各电源和回路的负荷可以任意的分配到某一组母线上，可以灵活的调度以适应系统各种运行方式和潮流变化。投资较大，由于线路较为复杂，在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资比较结论：经过比较，在保证供电可靠性前提下，就必须适当的增加投资。采用方案一的供电可靠性太差，一旦发生故障，有可能导致
11、全网停电。故选择双母线接线，即保证供电可靠性，同时投资也有一定的加大，但是在可以承受的范围之内。.（2）35kV侧接线的选择和10kV侧接线的选择采用单母线接线接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。可靠性和灵活性差。当电源线路，母线或者母线隔离开关发生故障或者检修的时候全部回路停止供电，造成很大的经济损失。选择单母线分段接线母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。对于双回路线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证重要用户的供电。当一段母线故障或检修时，必须断开在此段的所有回路减少了系统的供
12、电量，并使该回路的用户停电。方案三：选择单母分段加旁路母线供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组进出线，一组母线故障后能够通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。投资大，由于线路较为复杂。在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。由于该两个电压电压等级侧没有一类负荷，2回路的二类负荷，选择方案一可靠性太差，故采用方案二双母线接线。 经过比较，一方面要保证可靠性，另一方面要考虑到投资的多少，所以35kV母线采用选择单母分段加旁路母线接线方式，而10kV母线采用单母线分段接线方式。注：35kV侧和10kV侧的二类负荷均由两个独立电源供电，其来自不同的变电
13、站。三、短路电流以及工作电流计算1、主变压器各侧阻抗的百分值：Uk1%=（10.5+18-6.5）/2=11%Uk2 %=（10.5+6.5-18）/2=0Uk3 %=（18+6.5-10.5）/2=7%其标幺值：（Sd=100 000kVA=100MVA）各个电压等级基准电流：1100kv侧： 35kv侧：10kv侧：2、三相短路电流的计算（远期）：（1）、三台主变同时运行的情况A K1 点三相短路电流计算最大运行方式正常工作时运行方式下：最小运行方式下：B K2点三相短路电流计算C K3点三相短路电流计算三台变压器同时运行时最大运行方式下的短路电流如下表一所示：表一：（2）、一台主变停运情
14、况停运一台变压器时最大运行方式下的短路电流如下表二所示：表二：由以上数据可以得出最大运行方式下的短路电流，如下表三所示：表三：3、热稳定计算的等效时间热稳定计算的等效时间等于三部分等效时间之和，即继电保护动作时间继电器固有分闸时间断路器灭弧时间。系统中各处的热稳定计算的等效时间计算如下：10kV出线：0.5S0.2S0.05S0.75S10kV母联：1S0.2S0.05S1.25S主变10kV侧：1.5S0.2S0.05S1.75S35kV出线：1.0S0.15S0.05S1.20S35kV母联：1.5S0.15S0.05S1.70S主变35kV侧：2.5S0.15S0.05S2.70S110
15、kV出线：2S0.1S0.05S2.15S主变110kV侧：110kV进线：3S0.1S0.05S3.15S结果统计见表二。热稳定等效时间（S）如表四所示表四：类别继电保护动作时间断路器分断时间灭弧时间等效时间10kV出线0.50.20.050.7510kV母联11.25主变10kV侧1.51.7535kV出线1.00.151.2035kV母联1.70主变35kV侧2.52.70110kV出线20.12.15主变110kV侧110kV进线33.154、回路的工作电流计算：主变压器110KV侧：主变压器35KV侧：主变压器10KV侧：110KV进线：110KV出线：35KV出线：10KV出线：1
16、0kV 母线分段开关按10kV 侧的总负荷的60%计算，分段开关流过的电流：35kV 母线分段开关按35kV 侧的总负荷的60%计算，分段开关流过的电流：110KV母线分段开关按总负荷和穿越功率和的60%，分段开关流过的电流： 四、设备选择：1、开关电器的选择：（选择条件来源参见各短路点计算）高压断路器是变电站的重要设备之一。正常情况下，断路器用来开断和关合电路；故障时通过继电保护动作来断开故障电路，以保证电力系统安全运行；同时，断路器又能完成自动重合闸任务，以提高供电可靠性。为此，对高压断路器要求： 在正常情况下能开断和关合电路。能开断和关合负载电流，能开断和关合空载长线路或电容器组等电容性
17、负荷电流，以及能开断空载变压器或高压电动机等电感性小负载电流。 在电网发生故障时能将故障从电网上切除。尽可能缩短断路器故障切除时间，以减轻电力设备的损坏，提高电网稳定性。 能配合自动重合闸装置进行单重、综重的动作。电力系统应在有电压无负荷电流的情况下，应用隔离开关分、合闸电路，达到安全隔离的目的，因此隔离开关是高压电器中应用最多的一种电器。在选用时应考虑的主要因素有以下几点： 隔离开关一般不需要专门的灭弧装置。 隔离开关在分闸状态下应有足够大的断口，同时不论隔离开关高压线端电压是否正常，均要满足安全隔离的目的。 隔离开关在合闸状态时应能耐受负荷电流和短路电流。 在使用环境方面，户外隔离开关应能
18、耐受大气污染并应考虑温度突变、雨、雾、覆冰等因素的影响。 在机械结构上，需考虑机械应力、风力、地震力与操作力的联合作用，其中包括隔离开关高压接线端在三个方面耐受有机械力，以及支持绝缘子的机械强度要求。此外，对垂直伸缩式隔离开关，还需考虑静触头接触范围的要求。 隔离开关应具备手动、电动操动机构，信号及位置指示器与闭锁装置等附属装置。 隔离开关亦应配备接地刀闸，以保证线路或其他电气设备检修时的安全。 应考虑配电装置尺寸的要求及引线位置与形式来选用合适的隔离开关。（1） 变压器110KV侧断路器和隔离开关：1. 设备选型。根据设备参数列表，拟选用SW3-110G/1200 型断路器， GW4-110
19、/600 型隔离开关。该两种型号的断路器和隔离开关的额定电流电压均可以满足要求。2. 校核动稳定性。断路器：=41kA=4.564kA 隔离开关：=50kA3. 校核热稳定性。T=15.824KA2*S=1.79322.15KA2*S 隔离开关：T=1425KA2*S 4. 校核开断能力。=15.8KA1.793KA 有关参数如表五、六所示：表五：SW3-110G/1200项目设备参数使用条件额定电压110KV额定电流1200A55.1A开断电流15.8KA1.793KA热稳定15.824KA2*S1.7932动稳定41KA4.564KA操动机构表六：隔离开关：GW4-110/600600A1
20、425KA2*S50KA4.564 KACS-14其他参数如下所示：（2）110kV进线断路器和隔离开关：设备选择如表七，表八表七 断路器：110 KV328.7/3 =109.3A1.793 KA3.15KA2*S表八 隔离开关：（3）110kV出线断路器和隔离开关：设备选择如表九，表十表九 断路器：52.4A1.793表十 隔离开关：（4）110kV母线断路器和隔离开关：设备选择如表十一，表十二表十一 断路器：197.2A表十二 隔离开关：（5）主变压器35kV侧断路器和隔离开关：设备选择如表十三，表十四表十三 断路器：SW3-35/60035KV157.5A16.5KA1.21KA6.621.2122.70KA2*S2.395KA表十四 隔离开关：GW2-35/600（6）35KV出线断路器和隔离开关：设备选择如表十五，表十六表十五 断路器：82.5A2.41KA2.4121.20KA2*S6.14KA表十六 隔离开关：（7）35KV双母线连接母联断路器及隔离开关：设备选择如表十七，表十八表十七 断路器：197.9A1.7KA2*S表十八 隔离开关：（8）主变压器10KV侧断路器和隔离开关：设备选择如表十九，表二十表十九 断路器：SN10-10/100010KV1000A275.6A29KA2.33KA28.922.3321.75KA
