110kV终端变电站电气一次部分的设计.doc

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文
摘 要
变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电气设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现110kV裕州变电站电气部分设计代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。本次根据设计的要求，在设计的过程中，根据变电站的地理环境、容量和各回路数确定变电站电气主接线和站用电接线，并选择各变压器的型号；进行参数计算、画等值网络图，并计算各电压等级侧的短路电流，列出短路电流结果表；计算回路持续工作电流、选择各种高压电气设备，并根据相关技术条件和短路电流计算结果表校验各高压设备，从而完成了110kV终端变电站电气一次部分的设计。

关键词：主接线 短路电流 电气设备 配电装置
ABSTRACT
The substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution. It obtains the electric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. Then transport the power to every place with safe, dependable, and economical. As an important part of power’s transport and control, the transformer substation must change the mode of the traditional design and control, then can adapt to the modern electric power system, the development of modern industry and the of trend of the society life. According to the design request, in the design process, according to the transformer substation geographical environment, the capacity and various return routes number determined the transformer substation electricity host wiring and the station use electricity the wiring, and chooses various transformers the model; Carries on the parameter computation, the picture equivalent network chart, and calculates various voltages rank side the short-circuit current, lists the short-circuit current result table; Calculates the return route continually operating current, chooses each kind of high pressure electrical equipment, and verifies various high pressure unit according to the correlation engineering factor and the short-circuit current computed result table,Thus completing the design of the substation.
Key words: Main wiring Short-circuit current Electrical equipment Power distribution equipment

I

目 录
目 录 1
1 绪 论 1
1.1 我国电力工业的发展概况 1
1.2 电力系统的概念 1
1.3 变电所类型 2
1.4 裕州变电所概述 2
2 电气主接线的设计 4
2.1 电气主接线的设计原则和要求 4
2.1.1 电气主接线的设计原则 4
2.1.2 电气主接线的设计要求 5
2.2 电气主接线设计 7
2.2.1 裕州变电所110kV侧设计 7
2.2.2 变电所10kV侧设计 9
2.2.3 变电所35kV侧设计 11
2.3 负荷统计和主变压器的选择 13
2.3.1 负荷统计 13
2.3.2 主变压器的选择 16
2.3.2.1 主变压器的台数选择 16
2.3.2.2 主变压器型式的选择 16
2.3.3.3 主变压器容量的选择 18
2.3.3.4 主变压器型号的选择 18
2.4 站用接线及其变压器的选择 19
2.4.1 站用电接线 19
2.4.2 站用变压器选择的基本原则 19
2.4.3 站用变压器型号的选择 20
3 短路电流计算 21
3.1 短路电流的基本概念 21
3.2 短路电流计算的规定 23
3.3 本次设计中短路电流的计算 23
4 电气设备的选择及校验 28
4.1 电气设备选择和校验原则 28
4.1.1 电气设备选择原则 28
4.1.2 校验原则 28
4.2 高压断路器的选择 30
4.2.1 高压断路器的选择原则 30
4.2.2 110kv侧高压断路器的选择和校验 31
4.2.3 35kv侧高压断路器的选择和校验 33
4.2.4 10kv侧高压断路器的选择和校验 34
4.3 隔离开关的选择 36
4.3.1 隔离开关选择基本要求 36
4.3.2 110KV侧隔离开关的选择与效验 36
4.3.3 10KV侧隔离开关的选择 38
4.4 各级电压母线、绝缘子和穿墙套管的选择 39
4.4.1 各级电压母线的选择 39
4.4.2 绝缘子和穿墙套管的选择 40
4.5 电压互感器和电流互感器的选择 40
4.5.1 电压互感器的选择 40
4.5.2 电流互感器的选择 42
4.6 电抗器的选择和高压熔断器的选择 43
4.7 各主要电气设备选择结果一览表 46
5 过电压保护设计 47
5.1 过电压保护设计原则 47
5.2 直击雷过电压保护 47
5.3 雷电入侵波的过电压保护 51
6 结束语 56
致 谢 57
参考文献 58
附 录 60

河南理工大学万方科技学院本科毕业（设计）论文

1 绪 论

1.1 我国电力工业的发展概况
我国具有丰富的能源资源。可开发利用的水能蕴藏量约为3.78亿kW，居世界首位。解放前，全国总装机容量仅为185万kW，年发电量43亿kW·h，居世界第25位。新中国成立后，我国的电力工业得到了迅速发展，已经建立起了一套完整的、有相当规模的电力工业体系。到2005年底全国发电容量达到5亿kW，发电量和装机容量均跃居世界第2位。电力系统的建设也取得了令人瞩目的成就，已建成以500kV电压等级为主干网架的7个跨省区域性的电力系统，并且以三峡水电站为核心的全国性的电网已见雏形[2]。

1.2 电力系统的概念
由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡[2]。

1.3 变电所类型
变电站是电力系统中接受和分配电能并能变换电压的电气装置，它是联系发电厂和电能用户的中间环节，同时通过变压器将各种电压的电力网联系起来。根据变电所在电力系统中的地位和作用，可以分成以下几类[1] [3]。
1．枢纽变电所
枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源，连接电力系统高压和中压的几个部分，电压等级一般为330～500kV。
2．中间变电所
中间变电所的电压等级一般为220～330kV，汇集2～3个电源和若干线路，高压侧起交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，同时降压对一个区域供电。
3．地区变电所
地区变电所的电压等级一般为110～220kV，主要向一个地区用户供电。
4．终端变电所
位于配电线路末端，接近负荷处，电压一般为35～110kV，经降压后直接向用户供电。

1.4 裕州变电所概述
110kV裕州变电站地处博望、广阳、赵河、柳河四乡交汇处，于2002年7月25日投入运行，是方城县第二座110KV变电站，占地面积为9.5亩，我站现有主变压器2台，额定总容量71.5MVA，110kV进出线4回，35kV出线6条，10kV出线8条，10KV静止无功补偿装置两套，容量为8400千乏。110kVⅡ鸣裕线为站区供电主电源，通过备自投装置，110kV韶裕线与110kVⅡ鸣裕线互为备用。110kV韶裕线、Ⅱ鸣裕线、裕杏线、路裕线分别与南阳供电区的220kV韶华变、 鹿鸣变和110kV杏花变、皇路店变连接，35kV及10kV设备主要供电区域为县城城西区、博望、广阳、赵河、柳河、袁店、四里店、拐河七乡镇，更重要的是还担负着1000kV特高压南阳开关站站用电和焦枝电气化铁路的可靠供电任务。
本次设计的题目是关于110KV裕州变电所电气一次部分。它的设计要求为主变压器型号的选择；主接线方案的的初步确定并进行方案的比较确定最终方案；短路电流计算；根据短路电流计算的结果选择电气一次设备；防雷保护的设计与配电装置的设计；最后绘制电气主接线图以及配电装置图完成设计说明书。110kV终端变电站是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节，所以做好110kV终端变电站的设计是我国电网建设的重要环节。
在目前的电网建设中，尤其是在110kV变电所的建设中，土地、资金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无线电干扰和噪声等环保问题、电能质量差等问题已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。电力工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。
2 电气主接线的设计

2.1 电气主接线的设计原则和要求
2.1.1 电气主接线的设计原则
1．考虑变电站在电力系统中的地位和作用[3]
变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。
2．考虑近期和远期的发展规模[3]
变电站主接线设计应根据5-10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。
3．考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响
对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。
4．考虑主变台数对主接线的影响[3]
变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。
5．考虑备用量的有无和大小对主接线的影响[3]
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式[3]。
2.1.2 电气主接线的设计要求
根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求[1] [3]。
1．可靠性
所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可靠性的标志如下：
（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，以及能否保证对重要用户的供电；
（3）变电站全部停电的可能性。
2．灵活性
主接线的灵活性有以下几方面的要求：
（1）调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。
（2）检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。
（3）扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。
4．经济性
可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，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，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。
（2）年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。
（3）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架构、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。
（4）在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。

2.2 电气主接线设计
2.2.1 裕州变电所110kV侧设计
110kV进线为4回，本站可考虑的接线单母线分段接线，双母线接线。
方案A单母线分段接线，如图2-1所示。

图2-1 单母线分段接线

方案B双母线接线，如图2-2所示。
图2-2 双母线接线

方案A单母线分段接线方案的主要优缺点:
(1)当母线发生故障时,仅故障母线停止工作,另一母线仍继续工作;
(2)对双回路供电的重要用户,可将双回路分别接于不同母线分段上,以保证对重要用户的供电;
(3)一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；
(4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作；
(5)当出线为双回线路时，会使架空线出现交叉跨越；
(6)110kV为高电压等级，一旦停电，影响下—级电压等级供电，其重要性较高。
方案B双母线接线的主要优缺点：
(1)检修母线时，电源和出线可以继续工作，不会中断对用户的供电；
(2)检修任一母线隔离开关时，只需断开该回路；
(3)工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电；
(4)可利用母联开关代替出线开关；
(5)便于扩建；
(6)双母线接线设备较多，配电装置复杂，投资、占地面积较大,运行中需要隔离开关切断电路,容易引起误操作；
(7)经济性差。
因此采用单母线分段接线。
2.2.2 变电所10kV侧设计
方案A10kV接线方式如图2-3所示。

图2-3 10kV侧单母线分段接线
方案B单母线接线，如图2-4所示。
图2-4 单母线接线

A方案的主要优缺点：
1)接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建，但可靠性和灵活性较差;
2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时；各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作；．
3)出线开关检修时，该回路停止工作。
B方案的主要优缺点：
1)母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作；
2)对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电
3)当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；
4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作；
5)当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。
本变电所10kV母线侧的馈线多，为了提高单母线接线供电的可靠性和灵活性，在母线故障或检修时，不至于所有馈线全部停电，宜采用单母线分段的接线。
对于重要的乡镇企业可采用双回路送电，分别接在10kV的I段和II段上。经过经济和技术比较，淘汰了设备多、投资大、运行操作不便的双母线接线和单母线分段带旁路母线的接线，正常运行时，分段断路器在合闸状态。
2.2.3 变电所35kV侧设计
方案A单母线分段接线如图2-5所示。

图2-5 35kV侧单母线分段接线
方案B单母线接线如图2-6所示。
图2-6 单母线接线

分析：
A方案的主要优缺点：
(1)接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建，但可靠性和灵活性较差;
(2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作；
(3)出线开关检修时，该回路停止工作。
B方案的主要优缺点：
(1)当母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作；
(2)对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电；
(3)当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；
(4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作；
(5)当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。
本变电所35kV母线侧的馈线多，为了提高单母线接线供电的可靠性和灵活性，在母线故障或检修时，不至于所有馈线全部停电，宜采用单母线分段的接线。

2.3 负荷统计和主变压器的选择
2.3.1 负荷统计
要选择主变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括10kV负荷、35kV负荷。
由公式
（2-1）
式中 ——某电压等级的计算负荷
——同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85）
а%——该电压等级电网的线损率，一般取5%
P、cos——各用户的负荷和功率因数
负荷数据如表2-1和2-2所示。
表2-1 35kV段负荷数据

电压
等级

负荷名称

最大负荷
MVA
负荷组成
（%）

功率因数

Tmax
(h)

线长
km
一级
二级
三级

35kV

裕T线
5.0
40%
30%

0.9

20
裕柳线
2.0
40%
30%

0.9

20
裕博线
2.7
20%
30%

0.9

20
裕特线
2.7
20%
.

0.9

10
裕阳线

裕站用一

表2-2 6kV段负荷数据

电压
等级

负荷名称

最大负荷
MVA
负荷组成
（%）

功率因数

Tmax
(h)

线长
km
一级
二级
三级

6kV

裕庹线
3.3
40%
20%

0.8
5500
15
裕广一线
3.3
40%
20%

0.8
5500
12
裕广二线
2.7
20%

0.75

5
裕大线
1.35
30%
30%

0.75
5000
8
裕寨线
1.35
30%
30%

0.8
4000
3.5
裕袁线
1.35
20%
30%

0.72
4500
22
裕站用二

裕备一

裕备二

35kV的负荷计算：
（2-2）
=0.95*[5.0+2.0+2.7+2.7]/0.9*1.05=13.74MVA
6kV的负荷计算：
（2-3）
=0.85*[(3.3+3.3+1.35)/0.8+(2.7+1.35)/0.75+1.35/0.72]*1.05
=15.36MVA

总的计算负荷： S=13.74+15.36=29.10MVA
2.3.2 主变压器的选择
在各种电压等级的变电站中，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。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。
2.3.2.1 主变压器的台数选择
为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。本设计变电站有四回电源进线，且还担负着1000kV特高压南阳开关站站用电和焦枝电气化铁路的可靠供电任务，故选择两台主变压器[3]。
2.3.2.2 主变压器型式的选择
1．相数的确定
在330kV及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。
2．绕组数的确定
在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。
3．绕组连接方式的确定
变压器绕组连接方式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接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用星接，35kV也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用角接。
4．结构型式的选择
三绕组变压器在结构上有两种基本型式。
（1）升压型。升压型的绕组排列为：铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。
（2）降压型。降压型的绕组排列为：铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。
（3）应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。
5．调压方式的确定
变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可带负荷调节，但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，应选用有载调压变压器。
2.3.3.3 主变压器容量的选择
变电站主变压器容量一般按建站后5~10年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷的50%~70%（35~110KV变电站为60%），或全部重要负荷（当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时）选择。
2.3.3.4 主变压器型号的选择
根据以上计算结果，查文献[4]中变压器选择表，选择变压器型号如下：
1#主变型号：SFSZ9―31500∕110 接线方式：Y0/△-11
因为担负着1000kV特高压南阳开关站站用电和焦枝电气化铁路的可靠供电任务，所以选#2主变型号：SFSZ9―40000∕110
主变型号及其参数如表2-1所示。
表2-3主变型号及其参数
运行编号
型 式
出厂
日期
额定容量
（KVA）
额定电压
（KV）
接线组别
厂 家
裕#1主变
SFSZ9-31500/110
2001.12
31500/31500/31500
110±8X1.25%/
38.5±2X2.5%/10.5
Ynynod11
青岛青波变压器股份有限公司
裕#2主变
SFSZ9-40000/110
2009.11
40000
110
YNyno d11
沈阳电力压器厂

2.4 站用接线及其变压器的选择
2.4.1 站用电接线
变电站的站用电负荷一般较小，主要有变压器冷却装置、直流系统中的充放电装置和硅整流设备、检修工具及通讯、照明、供水、采暖等。这些负荷容量不太大，因此，变电站的站用电压只需0.4kV，采取动力与照明混合供电方式。
所用电变压器的台数
方案一. 装设一台所用变压器，这样节省投资，但可靠性差，当站用变压器所接母线故障或检修时，所用电将停电，造成所内所用电负荷失去电源，影响所内电气设备的正常运行。
方案二. 装设两台所用变压器，虽然增加了投资，但可靠性提高了。将两台两台所用变压器分别接在35KV、10kV的两段母线上，当任一母线停电时，都有一台所用变压器供电。
经过以上比较，本变电所采用方案二，用两台所用变压器分别接在35kV、10kV的两段母线上。
2.4.2 站用变压器选择的基本原则
站用变压器根据以下原则选择[3]：
1．变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应；
2．阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内，站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的；
3．变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。
2.4.3 站用变压器型号的选择
根据2.3.4中变电站用电负荷计算结果，查文献[4]中变压器选择表，选择站用变压器型号如下：
型号：SC9―80∕35、SC9―100∕10；
接线方式：Y/ Y0-12
数量：2（台）
站用变压器型号如表2-2所示。
表2-4 站用变型号及其参数
型 号
额定容量(kVA)
额定电压(Kv)
连接组
损耗(kW)
阻抗电压(%)
空载电流(%)
空载
短路
高压侧
低压侧
SC9―80∕35
63
35
0.4
Y/ Y0-12
0.26
1.4
4
4.6
SC9―100∕10
100
10
0.3

3 短路电流计算

3.1 短路电流的基本概念
在供电系统中，出现次数比较多的严重故障是短路。供配电系统中的短路，是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接。
短路的原因和种类：
产生短路的主要原因是电气设备截流部分绝缘损坏所致。绝缘损坏是由于绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。其它如操作人员带负荷拉闸或者检修后未拆除接地线就送电等误操作；鸟兽在裸露的截流部分上跨越以及风雪等自然现象也能引起短路。
在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。第一种短路称为对称短路，后三种通称为不对称短路。一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都可以归纳为对称短路的计算。
就上述几种短路故障而言，出现单相短路故障的几率最大，三相短路故障的几率最小。但在配电系统中，三相短路的后果最为严重，因而以此验算电器设备的能力。
计算短路电流的意义：
短路是电力系统中常发生的故障，短路电流会直接影响电器的安全，危害电力系统的安全运行，假如短路电流较大，为了使电器能承受短路电流的冲击，往往需要选择重型电器。这不仅会增加投资，甚至会因开断电流不满足而选择不到合适的高压电器，为了能合理选择轻型电器，在主接线设计时，应考虑限制的措施，进而需要计算。
短路电流计算是选择和检验电气设备的前提和基础，也是载流导体选择和二次设备保护的基础。为了使所选电器具有足够的可靠性、经济性、灵活性并在一定的时期内满足电力系统发展的需要，应对不同点的短路电流进行校验。
进行短路计算的基本假设：
供电系统短路的物理过程是很复杂的，影响因素很多。为了简化分析和计算，采取一些合理的假设以满足工程计算的要求。通常采取以下基本假设：
1、忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的各元件参数为恒定。
2、忽略各元件的电阻。高压电网的各种电气元件，其电阻一般都比电抗小得多。在计算短路电流时，即使R=0.33X，略去电阻所求得的短路电流仅增大5%，这在工程上是允许的。但电缆线路或小截面架空线路当R大于0.33X，电阻不能忽略。此外，在计算暂态过程的时间常数时，电阻不能忽略。
3、忽略短路点的过渡电阻。过渡电阻是指相与相之间短接所经过的电阻，如被外来物体短接时，外来物的电阻、接地短路的接地电阻、电弧短路的电弧电阻等。一般情况下，都以金属性短路对待，只是在某些继电保护的计算中才考虑过渡电阻。
4、除不对称故障处出现局部不对称外，实际的电力系统通常都可以当做三相对称。
以上各点的假设，根据它们各自的适用条件，所以要具体问题具体分析。

3.2 短路电流计算的规定
验算导体的稳定性和电器的动稳定热稳定以及电器开断电流的能力，应按本设计的设计规划容量来计算，并考虑到电力系统的5-10发展规划（一般应按本工程的建成之后的5-10年）。在确定短路电流时应按可能发生的短路电流的正常接线方式，而不应按照仅在切换时过程中的可能的并列运行方式的接线方式。
选择导体和电器时所用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。选择导体和电器时，对不带电抗的回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的地点，对带电抗器6～10kv出线与厂用分支回路，除其母线与隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器之前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。
导体和电器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机的出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。

3.3 本次设计中短路电流的计算
各回路电抗的计算
计算各回路电抗：（取基准功率， ）
系统
K1
K2
110KV
35KV
10KV
K3
X2
X5
X4
X1
X3

图5-1短路计算图

根据前面所选变压器各参数得：

=
=0.22 (3-1)

=
= （3-2）

=
=0.14 (3-3)
计算各短路点的短路电流
在配电系统中，当发生三相短路时，后果最严重。因而以此验算电器设备的能力。
在高压电路发生三相短路时，一般可取Ksh＝1.8，因此ish＝2.55 I″ Ish＝1.51 I″
1．点短路时，对于110KV系统电源（无穷大容量），如图5-2所示。
K1
系统
X1
110KV
图5-2 K1点短路时网络简化图

短路电流有名值为：
（3-5）
冲击电流：
（3-6）
短路容量：
（3-7）
2.点短路时，如图5-3所示。
K2
X2
X1
X3
110KV
35KV
图5-3 K2点短路时网络简化图

系统

短路电流有名值为:
（3-8）
冲击电流：
（3-9）
（3-10）
短路容量：
（3-11）
3.点短路时，如图5-4所示。
K3
系统
X2
X1
X4
110KV
10KV
X5
图5-4 K3点短路时网络简化图

短路电流有名值:
（3-10）
冲击电流：
（3-11）
（3-12）
短路容量：
（3-13）

4 电气设备的选择及校验

4.1 电气设备选择和校验原则
4.1.1 电气设备选择原则
由于电气设备和载流导体得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，电气设备和载留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。
电气设备选择的一般原则为：
(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)应满足安装地点和当地环境条件校核。
(3)应力求技术先进和经济合理。