华北水利水电大学电气工程毕业设计kv变电站重点 - 图文

分类号 编 号

华北水利水电学院

North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power

毕 业 设 计

题目159变电站电气部分设计

学 院 电力学院 专 业 电气工程及其自动化

姓 名 王万山 学 号 200708001

指导教师 张洋

2011年 6月 日

华 北 水 利 水 电 学 院

毕 业 设 计 任 务 书

设计题目：159变电站电气部分设计

专 业： 电气工程及其自动化 班级学号： 200708001 姓 名: 王万山 指导教师： 张洋 设计期限： 2011年 2月 21 日开始

2011年 月 日结束

院、系： 电力学院

2010 年 2月 12 日

华北水利水电学院毕业设计

一、毕业设计的目的

毕业设计是本专业教学计划中的重要环节。此次毕业设计的目的是通过变电站设计实践，综合运用所学知识，贯彻执行我国电力工业有关方针政策，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电力工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定必要的基础。

二、主要设计内容

设计内容为变电站电气一次部分和二次部分。电气一次设计包括主变的选择，电气主接线设计，短路电流计算，电气设备选择等。主接线设计中，初选两个可行方案中必须包含有最佳方案，并通过技术经济比较，主要是技术方面的论证，将其选出使用。 在短路计算中，要求计算三相短路和各种不对称短路（单相短路接地，两相短路，两相短路接地）。短路计算点不宜选得过多，如不同电压等级的母线上，出线电抗器后等。 变电站电气设备种类很多，这里只对几种主要设备进行选择：要求选择断路器，隔离开关，母线，绝缘子，电压互感器，电流互感器，避雷器，熔断器，消弧线圈等，如根据具体题目需配置其它设备可再进一步选择。

电气二次设计主要进行变压器保护的整定计算，以及其他保护的规划配置，无需整定计算。

设计中使用的有关数据，有些在后面已给出，若没有给出的请参照规程，手册自行选用合理的数值，或向指导老师请教。 三、重点研究问题

1. 选择本变电所主变的台数、容量和类型。

2. 设计本变电所的电气主接线，选出两个电气主接线方案进行技术经济综合比较，确定一个较佳方案。

3. 进行短路电流计算。 4. 选择和校验所需的电气设备。 5. 变压器保护的整定计算。 四、主要技术指标或主要设计参数 1`变电所建设规模：

1）变电所电压等级：110/35/6 Kv 2）与系统连接情况：

3）该变电站通过双回65Km的110Kv线路（线路电位长度电抗0.4Ω/Km）与一电厂相连，

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电厂机组参数：2×25MW, ｘ”d=0.13，x2=0.160，cos?=0.8;发电机出口变压器参数：2×31.5MVA，Us（%）=10.5。

该变电站还通过双回100Km的110Kv线路（线路电位长度电抗0.4Ω/Km）与系统相连，系统参数：最大运行方式下，当该变电站的110kv母线发生三相短路时，系统送来的短路电流为4KA;最小运行方式下，当该变电站的110kv母线发生三相短路时，系统送来的短路电流为3.5KA。

4）进出线回路数：（负荷均按远景考虑）

35Kv出线3回，每回负荷为4MW，功率因数0.85，35Kv线路总长度约120Km； 6Kv出线8回，每回负荷为1MW，功率因数0.85，6KV线路总长度约为9.6Km。 35KV负荷与6KV负荷的同时率为0.8。 2.环境条件

年最高温度：40℃；最低温度：—10℃；最热月平均温度：25℃；海拔高度：150M，污秽程度中级。 五、设计成果要求 1. 设计说明书

编制毕业设计的内容及结构规范： （1） 毕业设计开题报告

（2） 毕业设计任务书（抄录元件有关内容） （3） 目录 （4） 毕业设计正文 （5） 参考文献

（6） 专业相关文献翻译（原件及译文，汉字3000字以上）

2. 设计计算书

要求包含所有短路计算过程和设备选型的相关计算内容

3. 设计图纸

图纸数量不少于3张；图纸名称：

（1） 电气主接线图（计算机绘制，A1或A2纸打印），为了主接线图的完整性，要将所

有主接线图上的设备画全，并将主要设备表上参数； （2） 开关站平面布置图（手工绘制，1号图纸幅面）；

（3） 变压器保护原理接线图（展开图，手工绘制，1号图纸幅面）。 2

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华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告

2011 年 3 月 7 日 学生姓名 题目名称 模拟 一、设计的原始资料 1 变电所建设规模 5）变电所电压等级：110/35/6 Kv 6）与系统连接情况： 该变电站通过双回65Km的110Kv线路（线路电位长度电抗0.4Ω/Km）与一电厂相连，电厂机组参数：2×25MW, ｘ”d=0.13，x2=0.160，cos?=0.8;发电机出口变压器参数：2×31.5MVA，Us（%）=10.5。 该变电站还通过双回100Km的110Kv线路（线路电位长度电抗0.4Ω/Km）与系统相连，系统参数：最大运行方式下，当该变电站的110kv母线发生三相短路时，系统送来的短路电流为4KA;最小运行方式下，当该变电站的110kv母线发生三相短路时，系统送来的短路电流为3.5KA。 主 要 内 容 7）进出线回路数：（负荷均按远景考虑） 35Kv出线3回，每回负荷为4MW，功率因数0.85，35Kv线路总长度约120Km； 6Kv出线8回，每回负荷为1MW，功率因数0.85，6KV线路总长度约为9.6Km。35KV负荷与6KV负荷的同时率为0.8。 2.环境条件 年最高温度：40℃；最低温度：-10℃；最热月平均温度：25℃；海拔高度：150M，污秽程度中级。 二 、变压器的选择 （1）变压器台数的确定 按照原始资料的情况来确定确定变压器的台数，它与电压等级、接线形式、传输容量以及与系统的联系有关。通常与系统具有前联系的大、中型枢纽变电站，主变台数不少于2台。本次设计的变压器台数选择2台。 （2）型式的选择 159变电站电气部分初步设计 王万山 学号 200708001 专业 电气工程及其自动化 课题来源 I

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变压器的型式会直接的影响到电气主接线的形式，所以应综合考虑选择三相还是单相，三绕组或是双绕组，中压侧或低压侧带不带分裂绕组等。本变电所有三个电压等级，故选择三绕组变压器。 （3）容量的确定 此变电所负荷按远景考虑，应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷的60%选择（此变电所为110 Kv）。 三 、电气主接线方案的拟定与选择 根据任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可以拟定出若干个主接线方案。依据对主接线的基本要求，从技术上淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2个技术上相当，又能满足任务书要求的方案，在进行经济比较。对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线，还应进行可靠行分析计算比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的方案。本次设计拟选择两种方案比较。 方案一：110kV侧的接线方式选择分段单母线接线方式；35Kv侧的接线选择分段单母线接线方式；6Kv侧的接线选择分段单母线接线方式。 方案二：110kV侧的接线方式选择双母线接线；35Kv侧的接线选择单母线接线；6Kv侧的接线选择单母线接线方式。 四 、短路电流计算 对选择的主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备并进行校验。为了保证电力系统的安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流校验设备的动稳定和热稳定，以保证该设备在运行中能够经住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。 短路电流可以手算也可以机算。手算三相短路电流的步骤如下： （1）根据发电厂主接线图画出电气接线图； （2）据规定的电气设备选择任务，确定所用的短路计算点； （3）计算各个电气元件的标幺值，画出等值电路图； （4）对各计算点进行网络简化； （5）求出计算电抗，求出各短路计算点的三相短路电流。 不对称短路电流的计算采用负序、零序网络化简进行计算。 II

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五 、电气设备的选择 设备选择包括选型和确定技术参数。设备的选型和技术参数应能保证变电站的安全运行和供电可靠性，并留有适当的发展裕度，应尽量选用轻型设备和常用产品。在同一站内，应尽量减少设备和材料的种类。 （1）断路器的选择 断路器的形式选择要根据电压等级、安装地点、该断路器对系统稳定运行的影响等因素决定。对于中小机组可选择少油断路器；35KV及以下的配电装置中可选用少油或真空断路器；110KV配电装置中多使用少油断路器。 （2）隔离开关的选择 隔离开关的选择主要根据进户电压，负荷电流，最大短路冲击电流，确定型号。并根据工作环境，确定室内还是室外用。 （3）母线、绝缘子及穿墙套管的选择。 （4）互感器的选择 在设计中应根据测量、同期、保护等的需要，分别装设相应的互感器。 （5）避雷器的选择 采用避雷器来防止雷电侵入波对电气设备绝缘造成危害。 （6）熔断器的选择 熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，也可常用于保护电压互感器。 （7）消弧线圈的选择。在我国110Kv电网一般采用直接接地方式，故无需选择消弧线圈。 六 、变压器保护配置 变压器主保护可选择纵差保护，它能反映变压器的绕组和引出线相间短路、中性点直接接地系统绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路等故障。 后备保护选择过流短路，可用于防御短路引起的过电流，并作为瓦斯和纵差保护的后备，保护延时动作于跳闸。 七 、配电装置的选择 110Kv选屋外配电装置；35Kv和6Kv选屋内配电装置。 III

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（1） 仔细阅读分析任务书及资料； （2） 不懂的问题向指导老师咨询； 采取的主（3） 使用计算机绘图软件绘制电气主接线图； 要技术路（4） 查阅图书馆相关电气设计手册和资料； 线或方法 （5）上网搜索有关电气设计的资料。 1 设计说明书 （1）编制毕业设计的内容及结构规范： （2）毕业设计开题报告 （3）毕业设计任务书（抄录元件有关内容） （4）目录 （5）毕业设计正文 （6）参考文献 预期的成果及形式 （7）专业相关文献翻译（原件及译文，汉字3000字以上） 2 设计计算书 要求包含所有短路计算过程和设备选型的相关计算内容 3 设计图纸 图纸数量不少于3张；图纸名称 （1）电气主接线图（计算机绘制，A1或A2纸打印），为了主接线图的完整性，要将所有主接线图上的设备画全，并将主要设备表上参数； （2）开关站平面布置图（手工绘制，1号图纸幅面）； （3）变压器保护原理接线图（展开图，手工绘制，1号图纸幅面） （1） 王世政，冯金光主编 发电厂电气部分（第三版）中国水利水电出版社 2002 （2） 西北电力设计院 电力工程电气设计手册（电气一次部分，电气二次部参考文献 分）水利电力出版社 1989 （3） 李光琦主编 电力系统暂态分析 中国电力出版社 2002 （4） 张保会 尹项根主编 电力系统继电保护 中国电力出版社 2005 IV

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（1） 熟悉设计题目，阅读，学习相关资料及设计规程（1周） （2） 主变选择，变电站电气主接线设计，短路电流计算（1周） （3） 电气设备选择和校验（2周） （4） 变压器保护整定计算（1周） 时间安排 （5） 绘图（1周） （6） 整体说明书，计算书（2周） （7） 外文文献翻译（1周） （8） 答辩（1周） 签 名： 年 月 日 备注 指导教师意见 摘要

本次设计题目为110/35/6KV降压变电所电气部分设计,该变电站是为了满足城郊负荷增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量所建设的一所区域性降压变电所，该变电所高压侧与系统和发电厂相连，中低压侧仅带有负荷。

本次设计是对变电所电气一次部分的设计及电气二次的初步设计，设计过程可以通过对该变电所的原始资料分析首先确定变电所的电气主接线及主变型号，然后根据电气主接线进行短路点的选择并进行短路电流计算，根据短路电流计算结果并依据变电所设计规范、参考有关电力工程设计手册，按照目前电力系统工程设计的新思路来选择设备，并进行校验。

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设计的主要内容包括：电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择与校验（包括变压器的选择、断路器及隔离开关的选择和校验、导体的选择与校验、电流互感器及电压互感器的选择与校验等）、主变保护配置、配电装置设计。

关键词：变压器、电气设备、电气主接线、短路电流

Abstract

This design of this topic is the electricity one of the 110/35/6 Kv dropping transformer substation. The transformer substation is built to meet the need for the growing load, and to improve the reliability and the electrical energy quality. And the high side of this transformer is connected with the system and the middle side is connected with the steel works to supply electric power, but the low pressure side only has the load.

This design is the electric preliminary design of the transformer substation. Through the analysis of firsthand information, I determine the main wiring and style of the main transformer and choice the dot of the short-circuit, and make short-circuit calculation, and basing on that and the standard of the transformer substation design, the reference related to the electric power project design hand book, and according to the new mentality of the electrical power system engineering design at president, I make the check.

The design mainly includes: main electrical wiring design, the calculation of the short-circuit, the choose and the check of the elect equipment ( including transformer, line breaker, bus-bar, current transformer, tension transformer and so on), and the design of the setting equipment.

Key words: transformer, electric equipment, main electrical wiring, short-circuit current.

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目录

摘 要 ??????????????????????????????????????????????I

Abstract ?????????????????????????????????????????????II

第一部分 设计说明书

1 概述??????????????????????????????????????????????1 1.1 变电站的作用 ??????????????????????????????????????1 1.2 变电站的负荷 ??????????????????????????????????????1

2 主变压器容量、台数及形式的选择?????????????????????????????2

2.1 概述????????????????????????????????????????????2 2.2 主变压器容量的选择 ??????????????????????????????????2 2.3 主变压器台数的选择 ??????????????????????????????????2 2.4 主变压器型式的选择?????????????????????????????????? 2 2.4.1 主变压器相数的选择????????????????????????????????3 2.4.2 绕组数的选择????????????????????????????????????3 2.4.3 主变压器调压方式的选择????????????????????????????? 4 2.4.4 连接组别的选择???????????????????????????????????4 2.4.5 容量比的选择????????????????????????????????????4 2.4.6 主变压器冷却方式的选择 ?????????????????????????????4 2.4.7 变压器的技术参数?????????????????????????????????5

3 电气主接线设计??????????????????????????????????????? 6

3.1 电气主接线设计的基本要求 ??????????????????????????????6 3.2 电气主接线设计的特点????????????????????????????????? 6 3.3 各种接线形式的特点 ??????????????????????????????????8 3.4 电气主接线方案的比较及确定????????????????????????????10 4 短路电流的计算?????????????????????????????????????12 4.1 短路的类型??????????????????????????????????????? 12 4.2 短路电流的危害 ????????????????????????????????????12 4.3 短路计算的目的 ????????????????????????????????????12 4.4 短路计算的步骤 ????????????????????????????????????12

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4.5 短路电流的计算结果??????????????????????????????????13 5 导体与电气设备的选择?????????????????????????????????15 5.1 电气设备选择的一般条件??????????????????????????????? 15 5.1.1 按正常工作条件选择电气设备 ??????????????????????????15 5.1.2 按短路状态校验设备????????????????????????????????15 5.2 具体电气设备的选择及结果??????????????????????????????16 5.2.1 断路器????????????????????????????????????????16 5.2.2 隔离开关?????????????????????????????????????? 17 5.2.3 母线?????????????????????????????????????????18 5.2.4 绝缘子和穿墙套管的选择?????????????????????????????19 5.2.5 电压互感器?????????????????????????????????????21 5.2.6 避雷器 ???????????????????????????????????????23 5.2.7 高压熔断器?????????????????????????????????????24 6 主变压器保护的配置和整定???????????????????????????????? 25 6.1 变压器保护配置?????????????????????????????????????25 6.2 变压器保护整定?????????????????????????????????????25 6.2.1 瓦斯保护的整定?????????????????????????????????? 25 6.2.2 BCH-2纵联差动保护的整定 ???????????????????????????25 7 配电装置的设计???????????????????????????????????????28 7.1 配电装置的类型及应用?????????????????????????????????28 7.1.1 配电装置的类型?????????????????????????????????? 28 7.1.2 配电装置的应用?????????????????????????????????? 28 7.2 配电装置的设计要求及步骤??????????????????????????????29 7.2.1 配电装置的设计要求??????????????????????????????? 29 7.2.2 设计的步骤?????????????????????????????????????31 第二部分 设计计算书

1 三相短路电流的计算??????????????????????????????????32 1.1 参数化简???????????????????????????????????????? 32 1.2 K1点短路????????????????????????????????????????33 1.3 K2点短路????????????????????????????????????????35

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1.4 K3点短路????????????????????????????????????????37 2 不对称短路电流的计算???????????????????????????????????40 2.1 K1点短路????????????????????????????????????????40 2.2 K2点短路????????????????????????????????????????46 2.3 K3点短路????????????????????????????????????????52 3 导体与电气设备的选择与校验??????????????????????????????57 3.1 断路器 ????????????????????????????????????????? 57 3.1.1 220kV侧断路器 ??????????????????????????????????57 3.1.2 110kV侧断路器???????????????????????????????????58 3.1.3 10kV侧断路器??????????????????????????????????? 58 3.2 隔离开关?????????????????????????????????????????59 3.2.1 220kV侧隔离开关????????????????????????????????? 60 3.2.2 220kV变压器中性点隔离开关???????????????????????????60 3.2.3 110kV侧隔离开关????????????????????????????????? 61 3.2.4 110kV变压器中性点隔离开关???????????????????????????62 3.2.5 10kV侧隔离开关 ?????????????????????????????????62 3.3 母线 ???????????????????????????????????????????63 3.3.1 220kV侧母线????????????????????????????????????63 3.3.2 110kV侧母线桥???????????????????????????????????64 3.3.3 10kV侧母线?????????????????????????????????????66 3.4 绝缘子和穿墙套管的选择 ???????????????????????????????67 3.4.1 220kV侧绝缘子???????????????????????????????????67 3.4.2 110kV侧绝缘子???????????????????????????????????67 3.4.3 10kV侧绝缘子 ???????????????????????????????????67 3.4.4 10kV侧穿墙套管的选择??????????????????????????????68 3.5 互感器的选择??????????????????????????????????????69 3.5.1 220kV侧电压互感器????????????????????????????????68 3.5.2 220kV侧电流互感器????????????????????????????????69 3.5.3 220kV侧变压器中性点电流互感器????????????????????????69 3.5.4 110kV侧电压互感器????????????????????????????????70

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3.5.5 110kV侧电流互感器????????????????????????????????70 3.5.6 110kV侧变压器中性点电流互感器????????????????????????71 3.5.7 10kV侧电压互感器 ????????????????????????????????71 3.5.8 10kV侧电流互感器 ????????????????????????????????72 3.6 高压熔断器的选择 ???????????????????????????????????72 结束语??????????????????????????????????????????????74 参考文献 ???????????????????????????????????????????75 附录

附录一 外文原文??????????????????????????????????????76 附录二 外文译文??????????????????????????????????????82 附录三 220kV变电站电气主接线图 附录四 220kV配电装置断面图

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第一部分 设计说明书

1 概述

1.1 变电站的作用

变电站是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压，在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点，变电站主要分为升压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。

变电站是联系发电厂和用户用电设备的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，其变换和分配电能的作用。

此次所设计的变电站是一座110kv降压变电站，是为了满足城市近郊负荷日益增长的需要，同时也是为了提高对用户供电的可靠性和电能质量所建设的一所 110/35/6 Kv 区域性降压变电站。

1.2 变电站的负荷

（1）该变电站的等级为110/35/6 KV。

（2） 待设计变电所电源，该变电站通过双回65Km的110Kv线路（线路电位长度电抗0.4Ω/Km）与一电厂相连；

（3）最大运行方式下，当该变电站的110Kv母线发生三相短路时，系统送来的短路电流为4KA;最小运行方式下，当该变电站的110Kv母线发生三相短路时，系统送来的短路电流为3.5KA。

（4）电厂机组参数：2×25MW, ｘ”d=0.13，x2=0.160，cos?=0.8; 发电机出口变压器参数：2×31.5MVA，Us（%）=10.5。

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2 变压器容量、台数及形式的选择

2.1

概述

在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

2.2 主变压器台数的选择

由原始资料可知，本次所设计的变电所是110Kv降压变电所，它是以110Kv所受功率为主，把所受的功率通过主变传输至35Kv及6Kv母线上。若全所停电后，将引大规模负荷断电，影响整个地区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担60%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

2.3 变压器容量的选择

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间

2

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内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的60%～70%。该变电所是按60%全部负荷来选择。考虑到线路损耗为10%，并根据原始资料所给数据可得一台主变所带的负荷应为

SN = 0.6 x (3 x 4 + 8 x 1) x 1 x(1+10%) x 0.8 = 10.56 MVA

2.4 主变压器型式的选择

2.4.1 主变压器相数的选择

当不受运输条件限制时，在330kV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。

单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。

本次设计的变电所，所处位置海拔较低，地势平坦，条件限制少。本次设计的变电所选用三相变压器。

2.4.2 绕组数的选择

在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。

一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。

在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。 自耦变压器：它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。

由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性。

分裂变压器：约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁

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势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。

普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。

2.4.3 主变压器调压方式的选择

调压方式分为两种，不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在±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%。由于该变电所的电压波动和出力变化都不大，故选择无载调压方式也能满足要求。

2.4.4 连接组别的选择

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致。

2.4.5 容量比的选择

由原始资料的要求容量比选择为：100/100/50。

2.4.6 主变压器冷却方式的选择

主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。

自然风冷却，一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以选择强迫油循环风冷却。

2.4.7 变压器的技术参数

根据以上条件选择，确定采用沈阳变压器厂型号为SFS7-16000/110的110kV三绕组无载调压电力变压器，具体参数如下：

表 2-1 主变压器技术参数

型号 联接组标号 空载电流(%) 空载损耗(Kw) SFS7-16000/110 YN，yn0，d11 1.1 28 4

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额定电压(Kv) 额定容量MVA 阻抗电压％ 高压 110±2×2.5% 16 高－中 10.5 中压 35±2×2.5% 16 高－低 17 低压 6.6 8 中－低 6.5 3 电气主接线的设计

3.1 电气主接线设计的基本要求

现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。

电气主接线必须满足以下三项基本要求。 （1） 可靠性要求

电气主接线不仅要保证正常运行时，还考虑到检修和事故时，都不能导致一类负荷停电，一般负荷要尽量减少停电时间。为此，应考虑设备的备用，并有适当的裕度。 （2） 灵活性要求

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且在检修时可以保证检修人员的安全。

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。 （3） 经济性要求

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。此外，主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

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3.2 各种接线形式的特点

电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。 （1） 单母线接线

单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。

单母接线适用于：110～200kV配电装置的出线回路数不超过两回，35～63kV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式。 （2） 单母分段

用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。

单母分段适用于：110～220kV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63kV配电装置出线回路数为4～8回，6～10kV配电装置出线为6回及以上。 （3） 单母分段带旁路母线

这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110KV的变电所，具有足够的可靠性和灵活性。 （4） 桥形接线

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。

内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。

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外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修断路器时使用。当线路故障时需停相应的变压器。

所以，桥式接线虽靠性一般但它有：使用断路器少、布置简单、造价低等优点。 （5） 一个半断路器（3/2）接线

两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。 （6） 双母接线

它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于110～220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大。

双母接线适用于：110kV～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）及以上时，且一般应装设专用旁路母线。 （7） 双母线带旁路母线接线

在双母线接线的基础上，增设旁路母线。其特点是具有双母线接线的优点，当线路（主变压器）断路器检修时，仍有继续供电，但旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会，也使保护及自动化系统复杂化，投资费用较大，一般为了节省断路器及设备间隔，当出线达到5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器。

3.3 主接线的接线方式选择

（1） 110 kV母线

110kV侧进线共为4回，电压等级高，故可以采用的方案有双母线接线以及单母线分段接线。

（2） 35 kV母线

35kV侧出线为3回，可以采用的方案有单母线接线以及单母分段接线。 （3） 6 kV母线

6 kV侧出线为8回，可以采用的方案有单母分段以及单母线接线。

通过对以上接线方式的对比分析、筛选、组合，可保留两种可能接线方案，具体的方案如下所示。

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方案一：110kV侧的接线方式选择分段单母线接线方式；35Kv侧的接线选择分段单母线接线方式；6Kv侧的接线选择分段单母线接线方式。

方案二：110kV侧的接线方式选择双母线接线；35Kv侧的接线选择单母线接线；6Kv侧的接线选择单母线接线方式。

220kV

10kV 图3-1 方案一主接线图

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110kV 华北水利水电学院毕业设计

220kV

110kV

10kV

图3-2 方案二主接线图

3.4 电气主接线方案的比较及确定

对以上两个方案可进行如下比较：

表 3-1 主接线方案技术经济比较

方案 电压 等级 110kV 技术性 方案一 方案二 分段单母线 用断路器把母线分段后，有双母线接线 它具有供电可靠、调度灵活、扩两个电源供电。当一段母线发生建方便等优点，而且检修另一母线时，故障，分段断路器自动将故障切不会停止对用户连续供电。 除，保证正常段母线不间断供电但本变电所的110Kv只有4回进和不致使重要用户停电。但是，线故无需采用双母线接线。 一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。 9

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经济性 分段单母线节省了一台断所用高压设备增多，增加了投资路器、一条母线和数台隔离开关，和占地面积，考虑经济性不宜采用。 故大大节省了投资。 分段单母线 有接线简单清晰、设备少、单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设35kV 技术性 操作方便，便于扩建和采用成套备少、操作方便等优点，但是不够灵配电装置等优点。一段母线或母活可靠，任一元件故障或检修时，均线隔离开关故障或检修时，该段需使整个配电装置停电。单母线可用母线的回路都要在检修期间内停隔离开关分段，但当一段母线故障时，电。但是比单母线灵活可靠。 全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。故不采用。 经济性 6kV 设备相对增多，造价高 分段单母线 用断路器把母线分段后，对重电器少、布置简单、造价低 单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设 技术性 要用户可以从不同段引出两个回备少、操作方便，便于扩建和采用成路；有两个电源供电。当一段母套配电装置等优点，但是不够灵活可线发生故障，分段断路器自动将靠，任一元件故障或检修时，均需使故障切除，保证正常段母线不间整个配电装置停电。 断供电。 一般只适用于一台主变压器。故不采用。 经济性 设备相对增多，造价相对较高。 布置简单、造价低。 综上所述，通过技术性和经济性对每个电压等级电气主接线方案的比较，方案一的可靠性、灵活性比方案二要高，经济性上也相对较好，故综合分析，选用方案一为最终设计

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方案，即三个电压等级均采用分段单母线的接线方式。

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4 短路电流的计算

4.1 短路的类型

短路故障分为对称短路和不对称短路。三相短路是对称短路，造成的危害最为严重，但发生的机会较少。不对称短路包括单相短路、两相短路和两相短路接地，其中单相短路发生的机会最多，约占短路总数中的70％以上 。本次设计的短路计算对三相对称短路和不对称短路分别进行计算。

4.2 短路电流的危害

电力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。其危害主要有：

（1） 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和电缆；

（2） 在短路点附近电压显著降低，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作； （3） 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；

（4） 当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失步，而使整个电力系统的运行解裂。

4.3 短路计算的目的

为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。

4.4 短路计算的步骤

（1） 三相短路短路电流计算步骤如下：

① 根据变电所主接线图画出电气接线图；

② 据规定的电气设备选择任务，确定所用的短路计算点； ③ 计算个电气元件的标幺值，画出等值电路图； ④ 对各计算点进行网络简化；

⑤ 求出计算电抗，求出各短路计算点的三相短路电流； （2） 不对称短路电流的计算方法：

不对称短路电流的计算采用负序、零序网络化简进行计算。

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4.5 短路电流的计算结果

系统的等值电路图如下：

SX2XSX2X3XT1XT1X3X4X5X5K1 XT1XT1X1X1X1X1XT2XT2X6X8X8X9X9X7X7X6G1G1G1G1G2G2K2K3图4-1 系统的等值电路图

短路电流计算结果(Sd?100MVA,Ud?Uav)：

表 4.1 三相短路电流计算结果

短路电流（kA） 短路点 K1 短路位置 冲击电流（kA） 20.82 5.13 83.46 基准电压(kV) 230 115 11 I?f? 220kV母线 110kV母线桥 10kV母线 7.959 1.962 31.9 I?f?1 7.587 1.9605 31.9 I?f?2 7.626 1.9605 31.92 K2 K3

表 4.2 不对称短路电流计算结果

短路电流（kA） 短路点 短路位置 单相短路 I???1? K1 K2 两相短路 I???2? 两相短路接地 I???1,1? 220kV母线 110kV母线桥 10kV母线 8.202 3.01 0 12 6.867 1.069 19.17 7.72 2.728 19.17 K3 华北水利水电学院毕业设计

5 导体与电气设备的选择

5.1 电气设备选择的一般条件

5.1.1 按正常工作条件选择电气设备

（1） 额定电压

在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择，即

UN?UNS (5-1)

（2） 额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度?0下，电气设备的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IN?Imax (5-2)

（3） 环境条件对设备选择的影响 ① 温度和湿度

一般高压电气设备可在温度为＋20oC，相对湿度为90％的环境下长期正常运行。当环境的相对湿度超过标准时，应选用型号后带有“TH”字样的湿热带型产品。

② 污染情况

安装在污染严重，有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的电气设备，应选用防污型产品或设备布置在室内。

③ 海拔高度

一般电气设备的使用条件为不超过1000m。当用在高原地区时，由于气压较低，设备的外绝缘水平将相应降低。因此，设备应选用高原型产品或用外绝缘提高一级的产品。现行电压等级为110kV及以下的设备，其外绝缘都有一定的裕度，实际上均可使用在海拔不超过2000m的地区。

④ 安装地点

配电装置为室内布置时，设备应选户内式；配电装置为室外布置时，设备应选户外式。此外，还应考虑地形、地质条件以及地震影响等。

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5.1.2 按短路状态校验设备

（1） 短路热稳定校验

通常制造厂直接给出设备的热稳定电流（有效值）It及允许持续时间t。热稳定条件为 It2t?Qk (5-3)

式中 It2t——设备允许承受的热效应，kA2?s; Qk——所在回路的短路电流热效应，kA2?s。 （2） 短路动稳定校验

制造厂一般直接给出设备的动稳定峰值电流imax，动稳定条件为

imax?ish (5-4)

式中 ish——所在回路的冲击短路电流，kA；

imax——设备允许的动稳定电流（峰值），kA。

（3） 短路计算时间

验算热稳定的计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开闸时间

tab之和，即 tk?tpr?tab (5-5) 式中 tpr——继电保护动作时间；

tab——断路器的全开闸时间。

注：在本次设计中热稳定校验时，对于裸导体取tpr＝0.05s，对于电器设备取tpr＝2s，燃弧时间th?0.03s。

5.2 具体电气设备的选择及结果

本设计要求选择的设备有断路器、隔离开关、互感器、避雷器以及母线等。根据电气设备选择的一般原则，按照正常运行情况选择设备，按短路情况校验设备。同时兼顾今后的发展，选用性价比高，运行经验丰富，技术成熟的设备，尽量减少选用设备的类型，以减少备品备件，也有利于运行、检修等工作。

5.2.1 断路器

（1） 额定电压和电流选择

UN?UNS (5-6)

IN?Imax (5-7)

式中 UN、UNS——分别为电气设备和安装处电网的额定电压，kV

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IN、Imax——分别为电气设备的额定电流和所在回路的最大长期工作电流，A

（2） 校验开断电流

Ibr?Ikt (5-8)

式中 Ibr——断路器的额定开断电流，kA

Ikt——断路器实际开断瞬间的短路全电流有效值，kA

当断路器的Ibr较系统短路电流大很多时，简化计算时可用Ibr?I\进行选择，I\为

短路电流值。

（3） 校验动稳定和热

I2t?Qk (5-9)

ies?ish (5-10)

式中 Qk——短路电流产生的热效应；

It——电气设备允许通过的热稳定电流和时间; ish——短路冲击电流幅值；

ies——电气设备允许通过的动稳定电流峰值。

本设计中断路器选择如下所示：

表 5-1 断路器型号参数

安装 地点 型号 额定电额定电额定开动稳定压（kV） 流（A） 断电流 电流 ies（kA） （kA） 220 110 10 1600 1200 2000 40 15.8 43.3 100 41 130 热稳定电流It（kA） 40 (3s) 15.8 (4s) 43.3 (4s) 固有分闸时间（s） 0.03 0.07 0.06 220kV侧 LW-220/1600 110kV侧 SW3?110G/1200 10kV侧 SN10?10Ⅲ/2000 5.2.2 隔离开关

隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路短路动、热稳定校验的项目相同。隔离开关与断路器相配合，所以短路热稳定计算时间与断路器相同。但由于隔离开关不用接通和切断短路电流，故无需进行开断电流的校验。

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本设计中隔离开关选择如下所示：

表 5-2 隔离开关型号参数

安装 地点 220kV侧 110kV侧 10kV侧 220kV变压器 中性点 110kV变压器 中性点 型号 GW7?220D GW7?110D GN10?10T 额定 额定动稳定电热稳定电流电压 电流流ies（kA） It（kA） （kV） （A） 220 110 10 220 1000 600 3000 600 83 55 160 55 33(4s) 14(5s) 75(5s) 21(5s) GW7?220D GW7?110D 110 600 55 14(5s)

5.2.3 母线

（1） 母线的选择

① 选型

导体通常由铜、铝、铝合金制成，载流导体一般使用铝或铝合金材料，铜导体只用在持续电流大，且出线位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐蚀的场所。

硬导体截面常用的有矩形、槽形和管性。其中槽形导体机械强度好，载流量大集肤效应系数较小，一般用于4000～8000A的配电装置中。

导体的布置方式应根据载流量大小、短路电流水平和配电装置的具体情况而定。

② 截面积

导体截面积可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对负荷利用小时数大（通常指Tmax=5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，可按长期工作电流选择。

（2） 母线的校验

① 校验电晕电压

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对110kV及以上裸导体，需要按照晴天不发生全面电晕条件校验，即裸导体的临界电压Ucr应大于最高工作电压Umax。可不进行电晕校验的最小导体型号: 220kV侧为 LGJ-240 ，110kV 侧为 LGJ-50 。

② 校验热稳定

满足热稳定要求的导体最小截面积Smin?1KfQk，只需实际选用的导体截面积CS?Smin，导体便是热稳定的。

③ 校验动稳定

各种形状的硬导体通常都安装在支柱绝缘子上，短路冲击电流产生的电动力将使导体发生弯曲，因此，导体应按弯曲情况进行应力计算，而软导体不必进行动稳定校验。 本设计中母线的选择如下：

表 5-3 220kV、110kV电压等级母线的选择选择结果

电压等级 型号 标称截面 （mm2） 240 外径 长期允许载流拉断力 （mm） 量（A）（70℃） （N） 21.88 446 71200 220kV 110kV 母线桥 LGJQ-240 LGJQ-300 300 23.7 491 8630O 表 5-4 10kV侧母线型号参数

导体尺寸 电压等级 h 10kV 100 （mm） b 10 2 条数 惯性半径（cm） 2.312 集肤效应系数kf 1.42 导体载流量(A) 2613 5.2.4 绝缘子和穿墙套管的选择

（1） 型式选择

根据装置地点、环境，选择屋内、屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。一般屋外采用联合胶装多棱式，屋外采用棒式，需要倒装时，采用悬挂式。 （2） 额定电压选择

无论支持绝缘子或套管均要负荷产品额定电压大于或等于所在电网电压要求

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（3） 穿墙套管的额定电流选择与窗口尺寸配合

具有倒替的穿墙套管额定电流IN应大于或等于回路中最大持续工作电流Imax，当环境温度为?，导体温度为?al，额定环境温度?0为＋25℃，IN应按照一下公式修正：

?al??IN?Ima x (5-11)

?al??0

母线型穿墙套管，只需保证套管的型式与穿过母线的窗口尺寸配合即可。 （4） 动热稳定校验

① 穿墙套管的热稳定校验。

具有导体的套管，应对导体校验热稳定，其套管的热稳定能力It2t，应大于或等于短路电流通过套管所产生的热效应Qk，

即 It2t?Qk (5-12) 母线型穿墙套管无需热稳定校验。 ② 动稳定校验。

无论是支持绝缘子或套管均要进行动稳定校验。布置在同一平面内三相导体，在发生短路时，支持绝缘子（或套管）所受的力为该绝缘子相邻跨导体上电动力的平均值。例如某一绝缘子所受电动力Fmax为 Fmax?F1?F22Lc?1.73ish?10?7 （N） (5-13) 2a式中 ish——冲击电流； a——相邻线路距离；

Lc——计算跨距（m）,Lc?(L1?L2)2， L1与L2是绝缘子与相邻绝缘子（或

套管）的距离，对于套管L2?Lca（套管长度）。

支持绝缘子的抗弯破坏强度Fde是按作用在绝缘子高度H处给定的，而电动力Fmax是作用在导体截面中心线H1上，折算到绝缘子帽上的计算系数为H1H，则应满足：

H1Fmax?0.6Fde (5-14) H式中 0.6——裕度系数，是计及绝缘材料性能的分散性；

H1——绝缘子底部导体水平中心线的高度（mm），H1?H?b?h2，而b是

导体支持器下片厚度，一般竖放矩形导体b＝18mm，平放矩形导体及槽形导体b＝12mm，h为导体中心到支持器距离。

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本设计中绝缘子及穿墙套管的选择如下：

表 5-5 220kV、110kV侧母线绝缘子型号参数

设备名称 悬式绝缘子 安装地点 220kV母线 110kV母线桥 型号 XP?70 片数 13 7 XP?70 表 5-6 10kV侧母线支柱绝缘子型号参数

型号 ZC-10 额定电压（kV） 绝缘子高度（mm） 机械破坏负荷（N） 10 225 12500 表 5-7 10kV侧母线穿墙套管型号参数

额定电压 型号 （kV） 额定电流 热稳定电（A） 流不小于（kA)5s 套管长度 机械破坏负荷 （mm） （N） CLD-10 10 2000 40 580 20000 5.2.5 互感器

互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：

（1） 将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。

（2） 使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

在设计中应根据测量、同期、保护等的需要，分别装设相应的互感器。其具体配置要求如下：

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（1） 为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；

（2） 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点； （3） 对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，按两相或三相配制； （4） 6－220kV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；

（5） 当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 本设计中互感器的选择如下：

表 5-8 电流互感器型号参数

安 装 地 点 型号 额定电 流比(A) 级次 组合 1s热稳定 电流（kA） 动稳定 电流 （倍数） 80(kA) 130 90 80(kA) 准确级

220kV母线 110kV母线桥 10kV母线 220kV变压器中性点 110kV变压器中性点 LCWB2-220W 2?200/5 LCWD2-110 LBJ-10 2?200/5 2000/5 0.2/0.5 P/P0.5/D D31.5 75 50 31.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5D 0.2/0.5 P/P0.5/D DLCWB2-220W 2?200/5 LCWD2-110 200/5 75 130 0.5 表 5-9 电压互感器型号参数

安 装 地 点 220kV母线 220kV出线 110kV母线桥 型号 额定电压比(kV) 二次额定容量（VA） 150 150 150 最大容量 (VA) 2000 1200 2000 准确级 JCC2-220 YRD-220 JCC2-110 2200.1//0.1 332200.1//0.1 331100.1//0.1 330.5 0.5 0.5 20

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110kV出线 10kV母线 YRD-110 JSJW-10 1100.1//0.1 33150 120 1200 960 0.5 0.5 100.10.1 //333 5.2.6避雷器

避雷器是用于保护电力系统各种电气设备免受线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的损害，是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一。

氧化锌避雷器是当前最先进的过电压保护设备，与传统碳化硅阀式避雷器相比，具有优良的非线性，动作迅速，残压低，通流量大，无续流，结构简单，可靠性高。耐污性强，维护简便等优点，是传统碳化硅阀式避雷器的更新换代产品。

避雷器的配置原则：

（1） 配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器；

（2） 三绕组变压器中压或低压侧可能会开路运行时,应在其出线处设置一组避雷器； （3） 直接接地系统中,变压器中性点为分级绝缘时且装有隔离开关时，应装避雷器。 采用避雷器来防止雷电侵入波对电气设备绝缘造成危害。避雷器的选择，考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器（磁吹避雷器），且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本设计220kV、110kV及10kV系统中，采用氧化锌避雷器。

由于金属氧化物避雷器没有串联间隙，正常工频相电压要长期施加在金属氧化物电阻片上，为了保证使用寿命，长期施加于避雷器上的运行电压不可超过避雷器允许的持续运行电压。

本设计中避雷器选择具体情况如下：

表 5-10 各电压等级避雷器型号参数

设备名称 安装地点 220kV母线 型号 Y10W5?200/520 避雷器 220kV出线 110kV母线桥 110kV出线 Y10W5?200/520 Y10W5?100/260 Y10W5?100/260 21

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220kV变压器中性点 110kV变压器中性点 10kV母线 Y10W5?200/520 Y10W5?100/260 Y5W?12.7/25

5.2.7 高压熔断器

熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。屋内 型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，也可常用于保护 型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，也可常用于保护电压互感器。

保护电压互感器的高压熔断器，一般选RN2型，其额定电压应高于或等于所在电网的额定电压，额定电流通常均为0.5A。

开断电流Ibr应满足： Ibr?I?? (5-15) 本设计中高压熔断器的选择如下：

表 5-11 10kV侧高压熔断器型号参数

型号 额定电压(kV) 10 额定电流(A) 0.5 最大切断电流（kA） 50 RN2

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6 主变压器保护的配置和整定

电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备,它的故障将对供电可靠性和系统正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的设备。 因此,必须根据变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。

变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低。

6.1 变压器保护配置

对于上述故障和不正常工作状态变压器应装设如下保护：

（1） 为反应变压器油箱内部各种短路和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式压器和户内0.4MVA以上变压器,应装设瓦斯保护；

（2） 为反应变压器绕组和引线的相间短路,以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路,应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器, 6.3MVA及以上的所用变压器,应装设纵差保护； （3） 为反应变压器外部相间短路引起的过电流并作为瓦斯、纵差保护(或电流速断保护)的后备应装设过电流保护.例如,复合电压起动过电流保护或负序过电流保护； （4） 为反应大接地电流系统外部接地短路,应装设零序电流保护； （5） 为反应过负荷应装设过负荷保护 。

6.2 变压器保护的整定

6.2.1 瓦斯保护的整定

（1） 一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250~300cm3，变压器容量在10000kVA以上时，一般整定值为250cm3，气体容积整定值是利用调节重锤的位置来改变的。 （2） 重瓦斯保护油流速度的整定

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重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为 0.6~1.5ms，在整定流速时以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中油流速度整定为0.6~1ms。但在变压器外部时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0.4~0.5ms。因此，为防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在1ms左右。

6.2.2 BCH-2纵联差动保护的整定

保护的整定计算原则：

（1） 按平均电压及最大容量计算变压器各侧额定电流Ie

Ie?Se3Ue (6-1)

式中 Se——最大容量时绕组的额定容量； Ue——该侧的额定相电压。

（2） 计算互感器各侧二次回路额定电流

Ie2?Kjx?IenL (6-2)

式中 Kjx——三相对称情况下电流互感器的接线系数，星形接线时Kjx?1，三角形

接线时Kjx?3；

nL——电流互感器的变比。

（3） 计算变压器各侧外部短路时的最大短路电流。 （4） 按照下面三个条件确定保护装置的一次动作电流；

① 避越变压器空载投入或外部故障 切除后电压会腐蚀的励磁涌流

Idz?KkIe (6-3)

式中 Kk——可靠系数，一般取1.3； Ie——变压器的额定电流。

② 避越外部短路时的最大不平衡电流

Idz?KkIbp (6-4)

式中 Kk——可靠系数，一般取1.3； Ibp——不平衡电流。

③ 躲电流互感器二次回路断线时的最大负荷电流

Idz?1.3Ifh?max (6-5)

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式中 Ifh?max——正常运行时变压器的最大负荷电流，在负荷电流不能确认时，可用

变压器的额定电流。 选用按上述三条件算得的最大值作为计算值。

（5） 确定基本侧差动线圈的匝数 差动继电器的动作电流 Idz?j?jb?js? 差动线圈匝数 Wcd?js?Idz?jb?js?Ie2?jbIe?jb (6-6)

AW0 (6-7)

Idz?j?jb?js继电器的实际动作电流 I60dz?j?jb?W cd?z保护的一次动作电流 IIdz?j?jb?nLdz?j?jb?K jx式中 AW0——继电器的动作安匝，AW0=60At; Wcd?z——差动线圈计算匝数。

（6） 确定非基本侧工作线圈和平衡线圈匝数 Ⅰ侧平衡线圈匝数 W2?jb?111?Ie2?fj?1ph?fj?js?1?IeIWcd?z e2?fj?1Ⅰ侧工作线圈匝数 Wph?fj?js?1?Wfh?fj?1?Wcd?z Ⅱ侧平衡线圈匝数 WIe2?jb?111?Ie2?fj?11ph?fj?js?11?IWcd?z e2?fj?11Ⅱ侧工作线圈匝数 Wph?fj?js?11?Wfh?fj?11?Wcd?z 式中 Ie2?fj?1，Ie2?fj?11——非基本侧二次额定电流； Ie2?jb?111——基本侧二次额定电流。

（7） 计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差?fph?js??Wph?zzd?WW ph?js?Wcd?z式中 Wph?js?——平衡线圈计算匝数； Wph?z——平衡线圈整定匝数；

Wcd?z——差动线圈整定匝数。

（8） 保护装置的灵敏系数校验

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(6-8) (6-9)

(6-10)

(6-11) (6-12)

(6-13) (6-14)

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klm?kjxId???maxIdz?jb (6-15)

式中 kjxId???max——变压器差动保护范围内短路时，总的最小短路电流有名值； Idz?jb——保护的接线系数

7 配电装置的设计

配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用。配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常情况下，用来接收和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统运行。

7.1 配电装置的类型及应用

7.1.1 配电装置的类型

配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按其组装方式，又可分为装配式和成套式。

（1） 屋内配电装置的特点：由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；维修、巡检和操作在室内进行，可减轻工作量，不受气候影响；外界污秽空气对电气设备影响较小，可以减少维护工作量房屋建筑投资较大，建设周期长，但可采用价格较低的户内型设备。

（2） 屋外配电装置的特点：土建工作量和费用较小，建设周期短；与屋内配电装置相比，扩建比较方便；相邻设备之间距离较大，便于带电作业；与屋内配电装置相比，占地面积大；受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘；不良气候对设备维修和操作有影响。

（3） 成套配电装置的特点： 电气设备布置在封闭或半封闭的金属（外壳或金属框架）中，相见和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小； 所有电气设备已经在工厂组装成一体，如SF6全封闭组合电器、开关柜等，大大减少现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁； 运行可靠性高，维护方便； 耗用钢材较多，造价较高。

7.1.2 配电装置的应用

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在发电厂和变电站中，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，其中3～10kV的大多采用成套配电装置；110kV及以上的配电装置大多采用屋外配电装置；110 ～220kV配电装置有特殊要求时，如建在城市中心或处于严重污秽地区（如沿海边或化工厂区）时，也可以采用屋内配电装置。

成套配电装置一般布置在屋内，目前我国生产的3~35kV的各种成套配电装置，在发电厂和变电站中已被广泛采用，10~500kV的SF6全封闭组合电器也已得到应用。

7.2 配电装置的设计要求及步骤

7.2.1 配电装置的设计要求

(1) 满足安全净距的要求：

屋外配电装置的安全净距不应小于表7-1所列数值。屋外配电装置带电部分带电部分的上面或下面，不应有照明、通信和信号线路架空跨越或穿过。屋外电气设备外绝缘体最低部位距离地小于2.5m时，应装设固定遮拦。屋外配电装置使用软导线时，带电部分至接地部分和不同相的带电部分之间的最小电气距离，应根据外过电压和风偏，内闪过电压和风偏，最大工作电压、短路摇摆和风偏三种条件进行校验，并采用其中最大数值。

屋内配电装置的安全净距不应小于表7-2所列数值。屋内配电装置带电部分带电部分的上面不应有明敷的照明或动力线路跨越。屋内电气设备外绝缘体最低部位距离地小于2.3m时，应装设固定遮拦。

配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确定其安全净距。

表7-1 屋外配电装置的安全净距?mm? 符号 额定电压（kV） 适用范围 3-10 1、带电部分至接地部分之间 2、网状遮栏向上延伸线距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间 15-20 35 63 110J 110 220J 330J 500J A1 200 300 400 650 900 1010 1800 2500 3800 A2 1、不同相的带电部分之间 2、断路器和隔离开关的断口两侧引200 线带电部分之间 300 400 650 1000 1100 2000 2800 4300 27

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1、设备运输时，其外部至无遮栏带电部分之间 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 950 3、栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间 4、带电作业时的带电部分至接地部分之间 1、网状遮栏至带电部分之间 300 B1 1050 1150 1400 1650 1750 2550 3250 4550 B2 400 500 750 1000 1100 1900 2600 3900 C 1、无遮栏裸导体至地面之间 2、无遮栏裸体至建筑物、构筑物之2700 间 1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 2200 2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间

2800 2900 3100 3400 3500 4300 5000 7500 D 2300 2400 2600 2900 3000 3800 4500 5800 表7-2 屋内配电装置的安全净距?mm? 符号 额 定 电 压（kV） 适用范围 图号 3 6 10 15 20 35 63 110J 110 220J 1、带电部分至接地部分之间 A1 2、网状和极状遮栏向上延伸10-4 75 100 125 150 180 300 550 850 950 1800 线距地2.3m处当遮栏上方带电部分之间 1、不同相的带电部分之间 A2 2、断路器和隔离开关的断10-4 75 100 125 150 180 300 550 900 1000 2000 口两侧带电部分之间 1、栅状遮栏至带电部分之间 B1 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 B2 网状遮栏至带电部分之间 C 10-4 825 850 875 900 930 1050 1300 1600 1700 2550 10-5 175 200 225 250 280 400 650 950 1050 1900 无遮栏裸导体至地（楼）面10-4 2375 2400 2425 2450 2480 2600 2850 3150 3250 4100 之间 平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间 通向屋外的出线套管至屋外通道的路面 10-4 1875 1900 1925 1950 1980 2100 2350 2650 2750 3600 D E 10-4 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4500 5000 5000 5500 (2) 噪声的允许标准及限制措施：

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配电装置中的噪声源主要是变压器、电抗器及电晕放电。我国规定有人值班的生产建筑最高允许连续遭生的最大值为90dB（A），控制室为65dB。我国《城市区域环境噪声标准》中规定：受噪声影响人的居住或工作建筑物外1m处的噪声级，白天不大于65dB（A）,晚上不大于55dB（A）。因此，配电装置布置要尽量远离职工宿舍或居民区，保持足够的间距，以满足职工宿舍或居民区对噪声的要求。

限制噪声的措施有：优先选用低噪声或符合标准的电气设备；注意主控室、通信楼、办公室、等与主变压器的距离和相对位置，尽量避免平行相对布置。

(3) 电晕无线电干扰和控制：

在超高压配电装置内的设备、母线和设备间连接导线，由于电晕产生的电晕电流具有高次谐波分量，形成相空间辐射的高频电磁波，从而对无线电通信、广播和电视产生干扰。

根据实测，频率为1MHz时产生的无线电干扰最大。

对上海地区8个220kV和110kV变电站的实测，测得220kV变电站的最大值为41dB(A),110kV变电站为44dB(A)。

我国目前超高压配电装置中无线电干扰水平的允许标准暂定为：在晴天，配电装置围墙外（距出线边相导线投影的横向距离20m外）20m处对1MHz的无线电干扰值不大于50dB(A)。为增加载流量及限制无线电干扰，超高压配电装置的导线采用扩径空芯导线、多分裂导线、大直径铝管或组合铝管。对于330kV及以上的超高压电气设备，设计中应满足电气设备在1.1倍最高工作电压下，晴天夜间电气设备上应无可间电晕，1MHz时无线电干扰电压不应大于2500?V。

7.2.2 设计的基本步骤

（1） 选择配电装置的型式。选择应考虑配电装置的电压等级、电气设备的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素。

（2） 配电装置的型式确定后，接着拟定配电装置的配置图。

按照所选电气设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照配电装置设计有关技术规程的规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置平面图和断面图。

本变电所三个电压等级：即220kV、110kV、10kV根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220kV及110kV采用屋外中型配电装置，10kV采用屋内成套配电装置。

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第二部分 设计计算书 1 三相短路电流的计算

1.1 参数化简

简化图及短路点的选取如图1-1所示：

SX2XSX2X3XT1XT1X3X4X5X5K1 XT1XT1X1X1X1X1XT2XT2X6X8X8X9X9X7X7X6G1G1G1G1G2G2K2K3

图1-1 系统的等值电路图

取Sd=100MVA ，Ud?Uav，求得各电抗标幺值如下： （1） 发电机 XG=Xd??G1: X1?0.124?Sd SGN100?0.1984 500.830

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G2: X9?0.1423?100?0.605

200.85（2） 变压器 XT?XT1?0.18?UK%Sd

100SN100?0.2857 63XT2?0.18?100?0.75 24 X6?1?U1?2%?U1?3%?U2?3%?Sd?1?0.22?014?0.075??100?0.285 2SN250X7?X8?1?U1?3%?U2?3%?U1?2%?Sd?1?0.14?0.075?0.22??100??0.005 2SN2501?U1?2%?U2?3%?U1?3%?Sd?1?0.22?0.075?0.14??100?0.155 2SN250（3） 线路 X2?0.405?50?X4?0.466?40?100?0.038 2302X3?0.399?67?100?0.05 2302100100?0.034X?0.408?60??0.046 523022302（4） 系统 220kV系统：XS?0.4?100?0.0194 21001.2 K1点短路

网络化简如图1-2所示所示：

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110.019G1220kV220kVS150.14 S220kV100.121120.7025130.017140.042 G2120.7025130.017140.042 G1G2K1220kVK1220kV

图1-2 K1点短路系统的等值电路图化简

X10?X11?X12?X13?1?X1?X2??1?0.1984?0.2857??0.121 4411X2??0.038?0.019 221?X9?XT2?X3??1?0.05?0.75?0.605??0.7025 2211X4??0.034?0.017 2211X5??0.046?0.019?0.042 22X14?XS?X15?X10?X11?0.019?0.121?0.14 星型化三角为

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图1-3 K1点短路系统的等值电路图化简

星型化网得发电机和系统对短路点的转移电抗：

X16?X15?X13?X17?X13?X12?X13X150.14?0.017?0.14?0.017??0.16 X120.7025X13X120.7025?0.017?0.7025?0.017??0.805 X150.14将转移电抗化为各电源对短路点的计算电抗： 发电机G1：Xjs?X16SGN?0.16?SdSGN?0.16?Sd4?500.8?0.4 1000.85?0.379 1002?20发电机G2：Xjs?X17则发电机和系统供给的短路电流为： 发电机G1：Id?SG3Ud4?50?0.8?0.628?kA? 3?230查运算曲线，对应Xjs?0.4

t = 0时，I\G1*?2.625 I\G1?2.625?0.628?1.647(kA) t = 1时，I\G1*?2.15 I\G1?2.15?0.628?1.35(kA) t = 2时，I\G1*?2.19 I\G1?2.19?0.628?1.37(4kA) 发电机G2：Id?SG3Ud2?20?0.85?0.118?kA?

3?230查运算曲线，对应Xjs?0.379

??2*?2.81 IG??2?2.81?0.118?0.332(kA) t = 0时，IG??2?2.18?0.118?0.257(kA) ??2*?2.18 IGt = 1时，IG??2*?2.31 IG??2?2.31?0.118?0.272(kA) t = 2时，IG??*?系统： IS11??23.8 X140.042???23.8?IS1003?230?5.98?kA?

总的三相短路电流：

t = 0时, I?f?1?1.647?0.332?5.98?7.959(kA) t = 1时, I?f?1?1.35?0.257?5.98?7.587(kA)

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t = 2时, I?f?1?1.374?0.272?5.98?7.626(kA) 三相短路冲击电流：ish?2?1.85?7.959?20.82(kA)

表1-1 K1点短路电流计算结果

短路电流（kA） 短路点 短路位置 冲击电流（kA） 20.82 I?f?1 K1

220kV 母线 7.959 I?f?1(1) 7.587 I?f?1(2) 7.626 1.3 K2点短路

网络化简如图1-4所示：

11111X18?X16?(X8?X6)?(???2X16X17X14(X6?X8)1 ?0.16?(0.285?0.155)?35.85?1.26

2

2X19?0.805?0.22?35.85?6.35 X20?0.042?0.22?35.85?0.33

SG1160.16140.042 S220kV60.28560.285G1181.26G2170.805200.3380.15580.155G2196.35K2110kVK2

图1-4 K2点短路系统的等值电路图化简

将转移电抗化为各电源对短路点的计算电抗： 发电机G1：Xjs?X18SGN?1.26?Sd4?500.8?3.15 10034

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发电机G2：Xjs?X19SGN?6.35?Sd2?200.85?2.99 100则发电机和系统供给的短路电流为： 发电机G1：Id?SG3Ud4?50?0.8?1.255?kA? 3?115查运算曲线，对应Xjs?3.15

??1*?0.29 IG??1?0.29?1.255?0.364(kA) t = 0时，IG??1?0.288?1.255?0.3615??1*?0.288 IGt = 1时，IG(kA) ??1?0.288?1.255?0.3615??1*?0.288 IGt = 2时，IG(kA) 发电机G2：Id?SG3Ud2?20?0.85?0.236?kA?

3?115查运算曲线，对应Xjs?2.99

??2*?0.33 IG??2?0.33?0.236?0.078(kA) t = 0时，IG??2*?0.335 IG??2?0.33?t = 1时，IG50.236?0.07(9kA) ??2*?0.335 IG??2?0.33?t = 2时，IG50.236?0.07(9kA)

??*?系统： IS11??3.03 X200.33???3.03?IS1003?115?1.52?kA?

总的三相短路电流：

t = 0时, I?f?2?0.078?0.364?1.52?1.962(kA) t = 1时, I?f?2?0.019?0.3615?1.52?1.9605(kA) t = 2时, I?f?2?0.019?0.3615?1.52?1.9605(kA) 三相短路冲击电流：ish?2?1.85?1.962?5.13(kA)

表1-2 K2点不对称短路电流计算结果

短路电流（kA） 短路点 短路位置 冲击电流（kA） 5.13 I?f?2 K2 110kV 母线桥 1.962 I?f?2(1) I?f?2(2) 1.9605 1.9605

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1.4 K3点短路

网络化简如图1-5所示：

G1160.16140.042 S220kV60.28560.2857-0.005G2G1180.86200.23G2G2170.8057-0.005K3194.3310kVK3

图1-5 K3点短路系统的等值电路图化简

11111X18?X16?(X7?X6)?(???2X16X17X14(X6?X7)1 ?0.16?(0.285?0.005)?38.45?0.86

2

2X19?0.805?0.14?38.45?4.33 X20?0.042?0.14?38.45?0.23

将转移电抗化为各电源对短路点的计算电抗： 发电机G1：Xjs?X18SGN?0.86?SdSGN?6.35?Sd4?500.8?2.15 1000.85?2.04 1002?20发电机G2：Xjs?X19则发电机和系统供给的短路电流为： 发电机G1：Id?SG3Ud4?50?0.8?13.75?kA? 3?10.5查运算曲线，对应Xjs?2.15

??1?0.485?13.75?6.67(kA) ??1*?0.485 IGt = 0时，IG??1*?0.486 IG??1?0.486?13.75?6.68(kA) t = 1时，IG36

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