【正文】 1 系統(tǒng)概述 建所目的為了滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷增長需要，擬在某市新建一座110kV變電站，用10kV向該地負(fù)荷供電。 變電站情況待建變電站110kV進(jìn)線線路有5回接線，兩回線路與系統(tǒng)相連，其中一回與無窮大系統(tǒng)相連，另外一回與現(xiàn)有110kV變電站相連，兩回110kV線路與一水電站相連；變電站的出線10kV有11回線路，變電站通過10kV向負(fù)荷供電?？紤]到該變電站在系統(tǒng)中的地位，110kV預(yù)留一回出線，10kV預(yù)留2回出線。： 擬建變電站系統(tǒng)接線圖水電廠裝機(jī)4*25MW，豐水期四臺(tái)機(jī)組滿發(fā)，枯水季節(jié)考慮一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行。 負(fù)荷情況：變電站站用總負(fù)荷為400kW,。 10kV出線負(fù)荷一覽表名稱最大負(fù)荷（MW）年最大負(fù)荷利用率 (小時(shí))線路長度電機(jī)廠22006礦山機(jī)械廠20008汽車制造廠240005農(nóng)機(jī)廠28004自來水廠265009有機(jī)化工廠23004飼料廠35004部隊(duì)20008城東Ⅰ線250052 變壓器容量、臺(tái)數(shù)及型式的選擇 概述在各級(jí)電壓等級(jí)的變電所中，變壓器是變電所中的主要電氣設(shè)備之一，其擔(dān)任著向用戶輸送功率，或者兩種電壓等級(jí)之間交換功率的重要任務(wù)。因此，確定合理的變壓器的容量是變電所安全可靠供電和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保證。在生產(chǎn)上電力變壓器制成有單相、三相、雙繞組、三繞組、自耦以及分裂變壓器等，在選擇主變壓器時(shí)，根據(jù)原始資料和設(shè)計(jì)變電所的自身特點(diǎn)，在滿足可靠性的前提下，考慮到經(jīng)濟(jì)性來選擇主變壓器。同時(shí)考慮到該變電所以后的擴(kuò)建情況來選擇主變壓器的臺(tái)數(shù)及容量[1]。 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇 由原始資料可知，我們本次所設(shè)計(jì)的變電所是市郊區(qū)110kV降壓變電所，它是以110kV所受功率為主。在選擇主變臺(tái)數(shù)時(shí)，要確保供電的可靠性。 為了保證供電可靠性，避免一臺(tái)主變壓器故障或檢修時(shí)影響供電，變電所中一般裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器。當(dāng)裝設(shè)三臺(tái)及三臺(tái)以上時(shí)，變電所的可靠性雖然有所提高，但投資增大，以及帶來維護(hù)和倒閘操作等許多復(fù)雜化?？紤]到兩臺(tái)主變同時(shí)發(fā)生故障機(jī)率較小，當(dāng)一臺(tái)主變壓器故障或者檢修時(shí)，另一臺(tái)主變壓器可承擔(dān)70%的負(fù)荷保證全變電所的正常供電。故選擇兩臺(tái)主變壓器互為備用，提高供電的可靠性[2]。 主變壓器容量的選擇 主變壓器容量一般按變電所建成近期負(fù)荷，5～10年規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期10～20年的負(fù)荷發(fā)展，該所近期和遠(yuǎn)期負(fù)荷都給定，所以應(yīng)按近期和遠(yuǎn)期總負(fù)荷來選擇主變的容量，考慮當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量在過負(fù)荷能力允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷，對一般性能的變電所，當(dāng)一臺(tái)主變停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量應(yīng)保證全部負(fù)荷的70%～80%。該變電所是按70%選。因此，根據(jù)計(jì)算（見計(jì)算書）選出容量為25MVA的兩臺(tái)主變壓器[3]。 主變壓器的型號(hào)及主要參數(shù)表型號(hào)電壓組合及分接范圍阻抗電壓容量（MVA）高壓低壓高低SFZ725000/110110210225 主變壓器型式的選擇 主變壓器相數(shù)的選擇 當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時(shí)，在330kV以下的變電所均應(yīng)選擇三相變壓器。而選擇主變壓器的相數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)原始資料以及設(shè)計(jì)變電所的實(shí)際情況來選擇。本次設(shè)計(jì)的變電所，位于市郊區(qū)，稻田、丘陵，交通便利，不受運(yùn)輸?shù)臈l件限制，而應(yīng)盡量少占用稻田、丘陵，故本次設(shè)計(jì)的變電所選用三相變壓器[4]。 繞組數(shù)的選擇 本次所設(shè)計(jì)的變電所具有兩種電壓等級(jí)，考慮到運(yùn)行維護(hù)和操作的工作量及占地面積等因素，選用普通雙繞組變壓器[5]。 主變調(diào)壓方式的選擇 為了滿足用戶的用電質(zhì)量和供電的可靠性，110kV 及以上網(wǎng)絡(luò)電壓應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)[6,7]：（1）樞紐變電所二次側(cè)母線的運(yùn)行電壓可為電網(wǎng)額定電壓的1~，在日負(fù)荷最大、最小的情況下，其運(yùn)行電壓控制在水平的波動(dòng)范圍不超過10%，事故后不應(yīng)低于電網(wǎng)額定電壓的95%。 （2）電網(wǎng)任一點(diǎn)的運(yùn)行電壓，在任何情況下嚴(yán)禁超過電網(wǎng)最高電壓，變電所一次側(cè)母線的運(yùn)行電壓正常情況下不應(yīng)低于電網(wǎng)額定電壓的95%～100%。 調(diào)壓方式分為兩種，不帶電切換，稱為無激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在177。5%以內(nèi)，另一種是帶負(fù)荷切換稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30%。由于該變電所的電壓波動(dòng)較大，故選擇有載調(diào)壓方式，才能滿足要求[8]。 主變壓器冷卻方式的選擇 主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻。 主變主要起通過中繞組從水電廠側(cè)傳送功率（4*35MVA）和系統(tǒng)至低繞組10kVA側(cè)，并在水電廠側(cè)故障時(shí)，通過高壓繞組從110kVA側(cè)無窮大系統(tǒng)傳送 1000MVA（最大）支援。本設(shè)計(jì)主變?yōu)橹行妥儔浩鳎l(fā)熱量大，散熱問題不可輕佻，強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻效果較好，再根據(jù)變電站建在郊區(qū)，通風(fēng)條件好，選用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻方式。 3 電氣主接線選擇 概述主接線是變電所電氣設(shè)計(jì)的重要部分，它是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成的接受和分配電能的電路，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及變電所本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，而且對變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和控制方法的擬定將會(huì)產(chǎn)生直接的影響。因此，必須正確處理好各方面的關(guān)系[9]。 主接線的設(shè)計(jì)原則： （1）考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用； （2）考慮近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)模； （3）考慮負(fù)荷的重要性分級(jí)和出線回?cái)?shù)多少對主接線的影響； （4）考慮主變臺(tái)數(shù)對主接線的影響； （5）考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響。 主接線設(shè)計(jì)的基本要求（1）可靠性：安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠和電能質(zhì)量是對主接線最基本要求，而且也是電力生產(chǎn)和分配的首要要求[10]。 主接線可靠性的具體要求： ①斷路器檢修時(shí)，不宜影響對系統(tǒng)的供電； ②斷路器或母線故障以及母線檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，并要求保證對一級(jí)負(fù)荷全部和大部分二級(jí)負(fù)荷的供電； ③盡量避免變電所全部停運(yùn)的可靠性。 （2）靈活性：主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴(kuò)建時(shí)的靈活性。 ①為了調(diào)度的目的，可以靈活地操作，投入或切除某些變壓器及線路，調(diào)配電源和負(fù)荷能夠滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式，檢修方式以及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)度要求； ②為了檢修的目的：可以方便地停運(yùn)斷路器，母線及繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修，而不致影響電力網(wǎng)的運(yùn)行或停止對用戶的供電； ③為了擴(kuò)建的目的：可以容易地從初期過渡到其最終接線，使在擴(kuò)建過渡時(shí)，無論在一次和二次設(shè)備裝置等所需的改造為最小。 （3）經(jīng)濟(jì)性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理。 ①投資?。褐鹘泳€應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器避雷器等一次設(shè)備的投資，能使控制保護(hù)不過于復(fù)雜；②占地面積小，主接線要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地和節(jié)省構(gòu)架、導(dǎo)線、絕緣子及安裝費(fèi)用； ③電能損失少：經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的型式、容量和數(shù)量，避免兩次變壓而增加電能損失。 主接線的接線方式及其特點(diǎn) 電氣主接線是根據(jù)電力系統(tǒng)和變電所具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進(jìn)出線路多時(shí)（一般超過四回）為便于電能的匯集和分配，常設(shè)置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰、運(yùn)行方便，有利于安裝和擴(kuò)建。而本所各電壓等級(jí)進(jìn)出線均超過四回，采用有母線連接。 單母線接線 單母線接線雖然接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置等優(yōu)點(diǎn)，但是不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關(guān)）等故障或檢修時(shí)，均需使整個(gè)配電裝置停電。單母線可用隔離開關(guān)分段，當(dāng)一段母線故障時(shí)，全部回路仍需短時(shí)停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后，才能恢復(fù)非故障段的供電，并且電壓等級(jí)越高，所接的回路數(shù)越少，一般只適用于一臺(tái)主變壓器。 單母線接線 單母線分段接線 用斷路器，把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個(gè)回路；有兩個(gè)電源供電。（優(yōu)點(diǎn)）當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動(dòng)將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。（缺點(diǎn)）一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時(shí)，該段母線的回路都要在檢修期間內(nèi)停電，而出線為雙回時(shí)，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越，擴(kuò)建時(shí)需向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建，單母分段適用于：110kV～220kV 配電裝置的出線回路數(shù)為3～4 回，36～10kV配電裝置出線為6回及以上，則采用單母分段接線。 單母線分段接線 單母分段帶旁母接線 這種接線方式：適用于進(jìn)出線不多、容量不大的中小型電壓等級(jí)為 35～110kV 的變電所較為實(shí)用，具有足夠的可靠性和靈活性。 單母線分段帶旁母接線 雙母線接線 雙母線接線：雙母線的兩組母線同時(shí)工作，并通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器并聯(lián)運(yùn)行，電源與負(fù)荷平均分配在兩組母線上。（1）優(yōu)點(diǎn)：①供電可靠。一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電，檢修任一回路的母線隔離開關(guān)，只停該回路；②調(diào)度靈活。各個(gè)電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要；③擴(kuò)建方便。向左右任何一個(gè)方向擴(kuò)建，均不影響兩組母線的電源和負(fù)荷均勻分配，不會(huì)引起原有回路的停電；④便于試驗(yàn)。當(dāng)個(gè)別回路需要單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可將該回路分開，單獨(dú)接至一組母線上。 （2）缺點(diǎn)：①增加一組母線需要增加一組母線隔離開關(guān)；②當(dāng)母線故障或檢修時(shí)，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作；③適用范圍：當(dāng)出線回路數(shù)或母線上電源較多，輸送和穿越功率較大，母線故障后要求迅速恢復(fù)供電，母線和母線設(shè)備檢修時(shí)不允許影響對用戶的供電，系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度對接線的靈活性有一定要求時(shí)采用。6～10kV 配電裝置，當(dāng)短路電流較大，出線需要帶電抗器時(shí)；110～220kV 配電裝置，出線回路數(shù)為5 回以上時(shí)。 雙母線接線 雙母線分段接線 雙母線分段，可以分段運(yùn)行，系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大，兩個(gè)元件可完全分別接到不同的母線上，對大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的，由于這種母線接線方式是傳統(tǒng)技術(shù)的一種延伸，因此在繼電保護(hù)方式和操作運(yùn)行方面都不會(huì)發(fā)生問題。較容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)建等優(yōu)點(diǎn)，但易受到母線故障的影響，斷路器檢修時(shí)要停運(yùn)線路，占地面積較大，一般當(dāng)連接的進(jìn)出線回路數(shù)在11回及以下時(shí)，母線不分段。 主接線方案比較選擇 由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的負(fù)荷情況：110kV進(jìn)線5回，10kV出線11回（兩回預(yù)留）該變電所主接線可以采用以下三種方案進(jìn)行比較： 方案一：110kV采用單母線分段接線，10kV采用單母線分段接線；方案二：110kV采用雙母線接線，10kV采用單母線分段接線；方案三：110kV采用雙母線接線，10kV采用單母線接線。（1）110kV側(cè)采用單母線分段接線方式，出線回路較多，輸送和穿越功率較大，母線事故后能盡快恢復(fù)供電，母線和母線設(shè)備檢修時(shí)可以輪流檢修，不致中斷供電，一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電，而檢修每回路的斷路器和隔離開關(guān)時(shí)需要停電；110kV采用雙母接線方式，檢修或故障時(shí)，要檢修的母線斷開，另外一條母線承擔(dān)所有負(fù)荷，及不致影響供電可靠性。比較：從經(jīng)濟(jì)性來看，方案一比方案二和三好，從可靠性看方案二和三遠(yuǎn)高于方案一。故110kV采用雙母線接線符合要求。（2）10kV側(cè)采用單母線接線方式，操作不夠靈活、可靠，任一元件故障或檢修，均需使整個(gè)配電裝置停電；10kV采用單母線分段接線方式，其可靠性如上。比較：方案三所用的斷路器、隔離刀閘比方案一少，其經(jīng)濟(jì)性略高于方案一，但方案三中10kV側(cè)的供電可靠性差，方案一10kV側(cè)的可靠性明顯高于方案三，故不采用方案三。 綜觀以上敘述，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的原始資料可知該變電所選用方案二：110kV等級(jí)采用雙母線接線方式，10kV等級(jí)采用單母線分段接線方式。 4 短路電流計(jì)算 概述電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，在其運(yùn)行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種型式的短路，因?yàn)樗鼈儠?huì)破壞對用戶的正常供電和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行[11]。 短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路。其中，三相短路是對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時(shí)一樣仍處于對稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對稱短路[12]。 短路計(jì)算的目的及假設(shè) 短路計(jì)算目的短路電流計(jì)算是變電所電氣設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其計(jì)算目的是[13]：