110kV变电站电气一次部分初步设计.doc

河南机电高等专科学校毕业设计/论文
摘 要
根据设计任务书的要求，本次设计为110kV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110kV、35kV和10kV三个电压等级。各个电压等级分别采用单母线分段接线、单母线分段接线和单母线分段接线。
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。
关键词：变电站 设计 防雷保护
ABSTRACT
From the guide of engineering design assignment, we have to design primary power-system of 110kV substation and draw main electrical one-line diagram and others. There are two main transformer in the substation in which main electrical connection can be divided into three voltage grades: 110kV, 35kV with 10kV.It deposits sectionalized single bus bar scheme, sectionalized single and sectionalized single bus bar scheme per grade.
There is also a design for main electrical connection in this ngineering, the calculation for short-circuit electric current, the selection of electrical device and calibration (including circuit breaker, isolator, current，transformer, potential transformer ,bus bar etc.) and the design for distribution installation per. voltage grade, direct current system and lightning protection is also included.
Key Words：substation design lightning protection
目 录
绪论 1
第1章 变电站总体分析 2
1.1 变电站总体分析 2
第2章 负荷分析计算与主变压器的选择 4
2.1负荷分析计算 4
2.2主变选择 6
2.3 无功补偿 8
第3章 电气主接线设计 11
3.1主接线的设计原则和要求 11
3.2主接线的设计步骤 13
3.3 电气主接线设计 14
第4章 短路电流计算及电气设备选择 16
4.1 短路电流的危害 16
4.2电气设备选择 16
4.3高压断路器的选择 18
4.4隔离开关的选择 19
4.5电压互感器选择 19
4.6电流互感器选择 20
4.7绝缘子和穿墙套管 20
4.8电气设备表 21
第 5 章 配电装置及电气总平面布置设计 23
5.1 概述 23
5.2 配电装置的确定 24
5.3 电气总平面布置 25
第 6 章 防雷保护设计 27
6.1变电站的防雷保护特点 27
6.2变电站直击雷防护 27
6.3侵入波过电压防护 27
第 7 章 避雷针保护范围的计算方法 28
第 8 章 展望………………………… ……………………………………….…….29
致谢 30
参考文献 31
附录Ⅰ 短路电流的计算 32
附录Ⅱ 电气设备的选择 38
附录Ⅲ 避雷针保护范围计算 58
58

绪 论
本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV、35kV、10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号；最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器、隔离开关、母线、绝缘子和穿墙套管、电压互感器、电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。
按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建一所中型110kV变电站。本设计属中间变电站该变电所建成后，,它的主要任务是把110KV变成35kV和10kV电压供周边城乡使用。WH市郊110kV变电站是地区性城市变电站，它由系统1和系统2供电，同较为紧密，在整个系统中占有重要地位。
变电站主要设备的组成主要有主变压器、电气主接线、控制装置、避雷装置以及无功补偿设备。
主变压器是变换电压的主要设备。在110kV变电站中它主要用于降压，此变电站中我们采用了三相变压器，在功率和电压等级上完全满足了我们的设计需要。电气主接线由于直接影响着电力系统的可靠性，至关重要，因此对它的选择应加以足够的重视。考虑到系统的可靠性、灵活性、经济性等因素，所以在本变电站中我们采用了单母分段的接线形式。控制装置是变电站的中枢神经，控制着整个电气元件。值班员可通过集中监视系统了解系统的运行状态。避雷装置是电力系统稳定运行的一个重要部分。它的故障能够导致整个电力系统的瓦解。给国民经济带来重大损失。在电力系统中为了减少电能在线路中的损耗，我们采用了无功补偿装置来调整系统中的无功功率。

第1章 变电站总体分析
1.1 变电站总体分析
1.1.1 设计依据
根据省电力公司设计【XXXX】一文《XX变电所设计任务书的批复》。
1.1.2 WH市变电站建设的必要性

图1-1 110KV变电站系统接线图
1.1.3变电站地址
变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。
变电所位于WH市郊东南郊，交通便利，变电所的西边为10KV负荷密集区，主要有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、橡胶厂及部分市区用电。变电所以东主要有35KV的水泥厂、耐火厂及市郊其它用电。
该变电所所址区海拔220m,地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊阔，架设方便，全线为黄土层地带，地耐力为，天然容重,内摩擦角θ=23°,土壤电阻率为100Ω·cm,变电所保护地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。
气象条件：年最高气温＋40℃,年最低气温－20℃，年平均温度＋15℃,最热月平均最高温度＋32℃,最大复水厚度ｂ＝10mm,最大风速25m/s,属于我国第六标准
气象区。
1.1.4 WH市11OKV变电所建设规模
根据电力系统规划，本变电所的建设规模如下：
额定电压等级：
110KV/35KV/10KV
110KV近期出线2回，远景发展2回；
35KV近期出线3回，远景发展2回；
10KV近期出线9回，远景发展2回。
S1=1000MVA X1=0.5 X2=0.7
S2=600MVA X1=0.4 X2=0.6
1.1.5变电站设计规范
1．本规范适用于电压为35～110kV，单台变压器容量为2500kVA及以上新建变电所的设计。
2．变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。
3．变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案。
4．变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。
变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。
第2章 负荷分析计算与主变压器的选择
2.1负荷分析计算
2.1.1负荷分类及定义
1.一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。
2.二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。
3.三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。
2.1.2负荷组成
根据任务书可知WH市有一市区变电所。WH市110KV变电站的建设将外电与市区变电所更好的连接起来，从而形成统一的供电网络。更好的解决WH市的供电问题，同时也促进了供电网络的形成和供电的可靠性。为了考虑本地区经济的发展此变电站设计的最大容量为36.8MW。
各级负荷见以下图表：
1．110KV负荷情况
表2-1 110KV负荷
电压
等级
负荷
名称
最大负荷（MW）
负荷组成 (﹪)　　　　　　
自然
力率
(H)
线长
(KM)
备注
近期
远景
一
二 　　　　　 　
110
kv
市系线
10
18

10

市甲线
10
18

10

备用1

10

备用2

12

2．35KV负荷情况
表2-2 35KV负荷
电压等级
负荷
名称
最大负荷（MW）
负荷组成 (﹪)　　　　　　
自然
力率
(H)
线长
(KM)
备注
近期
远景
一
二 　　　　　 　
35
KV
水泥厂1
1.5
2
15
30
0.9

20

水泥厂2
1.5
2
15
30
0.9

20

耐火厂
1
1.5
15
35
0.9

18

备用1

2.5

0.9

15

备用2

2.5

0.9

15

在35kv侧负荷中，耐火厂以及水泥厂1和2的Ⅰ、Ⅱ类负荷比重比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短，水泥质量下降，造成很大的经济损失，因此必须保证其供电的可靠性。
3．10KV负荷情况
表2-3 10KV负荷
电压
等级
负荷
名称
最大负荷（MW）
负荷组成 (﹪)　　　　　　
自然力率

(H)
线长
(KM)
备注
近期
远景
一
二 　　　　　 　
10
kv
棉纺厂1
2
2.5
20
40
0.75
5500
3.5

棉纺厂2
2
2.5
20
40
0.75
5500
3.5

印染厂1
1.5
2
30
40
0.78
5000
4.5

印染厂2
1.5
2
30
40
0.78
5000
4.5

毛纺厂
2
2
20
40
0.75
5000
2.5

针织厂
1
1.5
20
40
0.75
4500
1.5

市区1
1.5
2
20
40
0.8
2500
2

市区2
1.5
2
20
40
0.8
2500
2

食品厂
1.2
1.5
15
30
0.8
4000
1.5

备用1

1.5

0.78

备用2

1.5

0.78

在10kv负荷中，棉纺厂、印染厂、毛纺厂、针织厂、食品厂市区Ⅰ、Ⅱ类负荷比较大；若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，对市区医院则造成不良的社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，所以必须保证其供电可靠性。
2.2 主变选择
2.2.1 主变台数的考虑原则
变压器的容量、台数直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。它的确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统5—10年的远景发展计划，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密程度等因素，进行综合分析与合理的选择。如果变压器的容量选择过大，台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能的损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能满足不了变电站的电力负荷的需要，这在技术上是不合理的。
可见，变电站主变压器的选择相当重要。
在进行主变压器的选择之前，应该了解变压器的选择原则，主要包括变压器容量、台数的确定原则、主变压器型号的确定原则：
1．主变压器的台数、容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑；
2．在有一级、二级负荷的变电站中，应该装设两台主变电压器；当技术经济比较合理时主变压器的台数也可以多于两台。如果变电站可由中、低压侧电力网中取得足够能量的备用电源时，可以装设一台主变压器。
3．装设两台及其以上主变压器的变电站中，当断开一台时，其余主变压器的容量应保证用户一级负荷和部分二级负荷（一般不应小于主变压器容量的60%）。
4．具有三种电压等级的变电站中，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到主变压器容量的15%时，主变电压器宜采用三绕组变压器。
依据变电站所处市区的情况，变电站的电力负荷中含有大量的一级、二级负荷，基于对经济状况、占地面积及变电站位于负荷中心等诸多因素的考虑，选择两台主变电压器。规程规定，装有一台主变电压器的变电站，当一台主变电压器运行时，其余主变电压器的容量应不小于60%的全部负荷，并且尽可能保证对I、II类电力负荷不间断供电，即（n-1）≥0.6sjs远 ，这里的n代表 变压器的台数。 远表示按远景负荷计算的 最大综合负荷，远计算公式为：
=Kt () (1+a%)
其中：表示同时率
a%表示线损率
P表示各出线最大负荷
由负荷资料表的数据经计算得到：
=36.8MVA
该变电站是一所110KV的降压变电站，选择降压结构（低、中、高）的三绕组变压器。变电站所处的周围环境比较优越，优先选用SFS7系列的低损耗的油浸式配电变压器:SFS10-25000/110系列三绕组无励磁调压电力变压器；冷却方式为油浸散热器自然冷却。此系列的电力变压器用于额定频率为50HZ，额定电压为110KV的变配电所或输变电线路中传输电能，改变电压之用，产品可以在户内户外连续工作。
2.2.2 变压器联结组别和容量的选择
参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：
变压器三相绕组的接线组别、电压、相位、和系统一致，否则不能并列运行。我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点，所以都需要选择的连接方式；35KV采用“Y”的连接方式，其中性点多通过消弧线圈接地；35KV以下的高电压，变压器三相绕组均采用“D”的连接方式。因此，新建变电站的主变电力变压器采用“YN Yn0 d11”的连接组别。
变压器的绕组容量的选择：变压器的绕组容量有:100/100/100、100/100/50、100/50/50等几种。对于110KV变压器总容量不大，其绕组容量对于造价影响不大，所以采用100/100/100的容量比。
2.2.3 变压器各侧电压的选择
作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于110KV的变电站，考虑到要选择节能新型的，110KV应该选115KV，35KV选37 KV，10KV选10.5KV。

2.2.4 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决
在110KV及以上的中性点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。35KV及10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。
经查阅《新编工厂电气设备手册》，我们选择由常州高压电器厂生产的SFS10-25000/110系列的电力变压器，其主要的技术参数如下：
表2-5 SFS10-25000/110系列电力变压器主要技术参数
型号
额 定
容 量KVA
额定电压（KV）
连接组别
阻抗电压（%）
空载电流
（%）
损耗（MW）
重量
（t）
外型尺寸（长、宽、高）（ｍｍ）
高压
中压
低压
高低
高中
中低
空载
负载
SFS10-25000/110
25000

110±2×2.5%
38.5±2×2. 5%
10.5
YN yn0 d11
10.5
17.5

6.5

1.0

46
175
53.5
5830X4860X5780
2.3 无功补偿
2.3.1 补偿装置的意义
无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。
2.3.2 无功补偿装置类型的选择
1．无功补偿装置的类型
无功补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置。
目前常用的补偿装置有：静止补偿器、同步调相机、并联电容器。
2．常用的三种补偿装置的比较及选择
这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。
（1）同步调相机
同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。
装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大。小容量的调相机每千伏安容量的投入费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。
(2) 静止补偿器
静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且调节不能连续的缺点。
(3) 电力电容器
电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。
电力电容器的装设容量可大可小。而且既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功率，运行时功率损耗亦较小。可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入和切除。
综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。
2.3.3 并联电容器装置的分组
1．分组原则
（1）并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定。
（2）对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与设备相联接，并与该设备同时投切。
对于110KV～220KV、主变代有载调压装置的变电所，应按有载调压分组，并按电压或功率的要求实行自动投切。
2．分组方式
（1）并联电容器的分组方式
等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。
（2）各种分组方式比较
①等差容量分组方式：由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联电容器装置可按不同投切方式得到多种容量组合。既可用比等容量分组方式少的分组数目，达到更多种容量组合的要求，从而节约了回路设备数。但会在改变容量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能使分组容量较小的分组断路器频繁操作，断路器的检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出运行的可能性增加。因而应用范围有限。
②带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组，当某一并联电容器组因短路故障而切除时，将造成整个并联电容器装置退出运行。
综上所述，在本设计中，无功补偿装置分组方式采用等容量分组方式。
2.3.4 并联电容器装置的接线
并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。
从《电气工程电气设计手册》（一次部分）表9-17中比较得，应采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。
中性点接地方式：对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。10KV系统的中性点是不接地的，该变电站采用的并联电容器组的中性点也是不接地的，当发生单相接地故障时，构不成零序电流回路，所以不会对10KV系统造成影响。
2.3.5 无功补偿装置容量的确定
现场经验一般按主变容量的10％～30％来确定无功补偿装置的容量。
此设计中两台主变容量共为50000KVA故并联电容器的容量为：5000KVAR～15000 KVAR为宜，在此设计中取并联电容器的容量12000 KVAR。
具体计算见附录Ⅱ。
第3章 电气主接线设计
电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站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。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。
3.1主接线的设计原则和要求
主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。
3.1.1 电气主接线的设计原则
电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
1. 接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在 110kV～220kV 配电装置中，当出线2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4 回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当110～220kV出线在4回及以上时，一般采用双母接线。
2. 在大容量变电站中，为了限制6～10kV出线上的短路电流，一般可采用下列措施：
（1）变压器分列运行；
（2）在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；
（3）采用低压侧为分裂绕组的变压器。
（4）出线上装设电抗器。
3.1.2 设计主接线的基本要求
在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。
1. 可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：
（1）可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结，设计时应予遵循。
（2）主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。
（3）可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。
通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：
①断路器检修时，能否不影响供电。
②线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。
③变电站全部停运的可能性。
2. 灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。
（1）调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，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度要求。
（2）检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。
（3）扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。
3. 经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。
（1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、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；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电气设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。
（2）占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。
（3）电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。
3.2 主接线的设计步骤
电气主接线的具体设计步骤如下
1. 分析原始资料
（1）本工程情况 变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量等。
（2）电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划（5～10年），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。
（3）负荷情况 负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。
（4）环境条件 当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。
（5）设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。
2. 拟定主接线方案
根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现 多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。
3. 短路电流计算
对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。
4. 主要电器选择
包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。
5. 绘制电气主接线图
将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。
3.3 电气主接线设计
3.3.1 110kV电压侧接线
《35～110kV 变电所设计规范》规定，35～110kV 线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35～63kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV线路为6回其以上时，宜采用双母线接线。
在采用单母线、分段单母线或双母线的35～110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。
本变电站110kV线路有4回，其中备用两回。可选择双母线接线或单母线分段接线两种

图3-1单母分段带旁路接线

图3-2 单母分段接线
方案一供电可靠、运行方式灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。本变电站为地区性变电站，基本不需要外系统支援，电源主要集中在 35kV 侧，110kV 侧是为提高经济效益及系统稳定 性而倒有一回线路与华中大电网联系，采用方案二能够满足本变电站110kV侧对供电可靠性的要求，故选用投资小、节省占地面积的方案二。
设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响。装设SF6 断路器时，因断路器检修周期可长达 5～10 年甚至 20 年，可以不设旁路设施。本变电站110kV侧采用FS6断路器，设旁路母线。
3.3.2 35kV电压侧接线
35KV侧拟定方案同110KV电压等级。
由以上比较结果知道，方案II与方案I均有较好的可靠性和灵活性，鉴于35KV侧负荷要求，宜采用方案II的接线形式。于是35KV侧接线形式分析可按照110KV侧分析，草拟方案I同上比较分析同上。鉴于35KV侧负荷性质对供电可靠性要求，宜采用方案II采用单母分段，手车式高压开关柜屋内配电装置。
3.3.3 10KV电压侧接线
10KV侧拟定方案同110KV电压等级。
根据《电力工程电气设计手册》第10-2节“6～35KV配电装置”所述，6～10KV配电装置一般均为屋内布置，当出线不带电抗器，一般采用成套开关柜单层布置。且当6～35KV配电装置采用小车式高压开关柜时，不宜采用旁路设施。于是10KV侧接线形式分析可按照110KV侧分析，草拟方案I同上比较分析同上。鉴于10KV侧负荷性质对供电可靠性要求，宜采用方案II采用单母分段，手车式高压开关柜屋内配电装置。
第4章 短路电流计算及电气设备选择
4.1 短路电流的危害
在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安。短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。
4.1.1 短路电流实用计算的基本假设条件
1．系统在正常工作时三相是对称的；
2．电力系统中各元件的磁路不饱和，即各元件的电抗值与电流大小无关；
3．电力系统各元件电阻，一般在高压电路中都略去不计，但在计算短路电流的衰减时间常数应计及元件电阻。此外，在计算低压网络的短路电流时，应计及元件电阻，但可以不计算复阻抗，而是用阻抗的绝对值进行计算；
4．输电线路的电容忽略不计；
5．变压器的励磁电流忽略不计，相当于励磁阻抗回路开路，这样可以简化变压器的等值电路。
短路电流计算结果如表4-1
表4-1 短路电流计算结果 单位（KA）
短路点
I"
Itk/2
Itk

ish
110K母线
8.68
8.17
10
9.43
22.16
35KV母线
5.742
5.742
5.742
5.742
14.6
10KV母线
12.21
12.21
12.21
12.21
31.14
具体计算过程附录Ⅰ。
4.2电气设备选择
电气设备选择概述：由于电气设备和载流导体的用途及工作条件各异，因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载流导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。
4.2.1选择的原则
1. 应满足正常运行、检修、短路、和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。
2. 应按当地环境条件校核。
3. 应力求技术先进和经济合理。
4. 与整个工程的建设标准应协调一致。
5. 同类设备应尽量减少种类。
6. 选用的新产品均应具有可靠的实验数据。
4.2.2电气设备和载流导体选择的一般条件
1. 按正常工作条件选择
（1） 额定电压：所选电气设备和电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路的最高运行电压UN≥UNs。
（2） 额定电流：所选电气设备的额定电流IN，或载流导体的长期允许电流Iy，不得低于装设回路的最大持续工作电流I max 。计算回路的最大持续工作电流I max 时，应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流，选用最大者。
2. 按短路状态校验
（1）热稳定校验
当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，It2t> Qk，tk=tin+ta，校验电气设备及电缆（3～6KV厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。
（2）动稳定校验
ies＞ish，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定。
（3）短路校验时短路电流的计算条件
所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。
（4）绝缘水平
在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。
由于变压器短路时过载能力很大，双回路出现的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要来确定。
高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路保持工