220kV变电站电气一次部分初步设计.pdf

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1、 I 毕业设计（论文）课 题 名 称 220kV 变电站电气一次部分初步设计 学 生 姓 名 学 号 系、专 业 电气工程系、电气工程及其自动化 指 导 教 师 职 称 II 内容提要 本次设计为220kV变电站电气一次部分的初步设计。根据原始资料，以设计任务书和国家及行业有关电力工程设计的规程规范为设计依据，并结合该地区实际情况设计该变电站，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。本期该变电站设有两台主变压器，远期该变电站设有三台主变压器。站内主接线分为220kV、110kV和10kV三个电压等级。设计正文分设计说明书和设计计算书两

2、个部分，设计说明书包括电气主接线设计、变压器选择说明、短路电流计算说明、电气设备选择说明、配电装置设计、电气总平面布置和防雷保护设计；设计计算书包括变压器选择、短路电流计算、电气设备选择及校验等，并附有电气主接线图及其它相关图纸。关键词：220kV变电站；短路计算；主接线；设备选择。III Summary The design of 220 kV substation electrical part of the preliminary design at a time.According to the original data,a design specification and coun

3、try and industry relevant power engineering design procedure specification for design basis,and combined with the regions actual condition,the design of the substation design in conformity with the relevant economic and technological policies of the state,the contents of the selected equipment for a

4、ll countries recommend new products,advanced technology,reliable operation,economic and reasonable.The substation is equipped with two sets of the main transformer,forward the has three main transformer substation.station connection is divided into 220 kV,110 kV and 10 kV voltage grade three.This te

5、xt points design specifications and design calculation of two parts,the design specifications,including the main electrical wiring design of transformer selection,the short circuit current calculation,electrical equipment selection,design of power distribution equipment,electrical total plane layout

6、 and lightning protection design;Design calculation includes the choice of transformer,the short-circuit current calculation,electrical equipment selection and calibration,etc.,with the main electrical wiring diagram and related drawings.Key words:220 kV substation;Short circuit calculation;The main

7、 wiring;Equipment selection.目 录 内容摘要.I Summary.II 第一部分 设计说明书 1 原始资料.1 1.1 建站的必要性.1 1.2 系统接入方式.1 1.3 变电工程规模.2 1.4 变电站站址选择.2 1.5 系统短路阻抗及本期出线潮流估计.2 2 变压器选择.5 2.1 主变压器选择.5 3 电气主接线设计.9 3.1 主接线设计的原则和要求.9 3.2 主接线基本接线方式.9 3.3 主接线设计步骤.10 3.4 本站主接线设计方案.11 4 短路电流计算说明.18 4.1 短路电流计算概述.18 4.2 常见短路电流计算.19 4.3 短路电流

8、计算结果.21 5 高压电器设备选择.23 5.1 电气设备选择一般条件.23 5.2 高压断路器的选择.24 5.3 隔离开关的选择.26 5.4 互感器的选择.27 5.5 母线的选择.28 6 配电装置设计.29 6.1 配电装置应满足以下基本要求.29 6.2 配电装置设计的基本步骤.29 6.3 配电装置的种类及应用.29 6.4 本变电站配电装置设计.29 7 防雷保护设计.31 7.1 变电站防雷保护的特点.31 7.2 防雷防护类型.31 第二部分 设计计算书 8 短路电流计算.33 8.1 等值电路计算.33 8.2 对称短路电流计算.34 8.2 不对称短路电流计算.43

9、9 电气设备选择及校验计算.51 9.1 高压断路器选择及校验计算.51 9.2 隔离开关选择及校验计算.53 9.3 互感器选择及校验计算.54 9.4 母线选择及校验计算.55 10 防雷保护计算.58 总结.59 参考文献.60 致谢.62 1 第一部分 设计说明书 1 原始资料 1.1 建站的必要性 考虑到目前花垣县供电现状及将来的网络发展格局，提高了电源外送和用户供电的可靠性，加强了地区 220KV 电网，新建花垣 220KV 变电站主要为地区中间变电站，给花垣县供电并为保靖、水顺、龙山 4 县水电外送提供接入点。1.2 系统接入方式 新建万溶江220kV变一回，岩人坡万溶江剖进花垣

10、形成花垣万溶江、花垣岩人坡各一回，备用三回。其中花垣万溶江50公里;花垣万溶江50公里;花垣岩人坡17公里。新建花垣里耶一回，花桥佳民剖进花垣变形成花垣花桥、花垣佳民各一回，漾水坪天堂湾剖进花垣形成花垣天堂湾一回，并将漾水坪双T至新建的花垣民乐双回线上，形成花垣民乐（漾水坪）T接双回线，备用六回；花垣佳民线3.3公里；花垣花桥线7公里；花垣里耶线41公里；花垣天堂湾线13公里；花垣民乐线（漾水坪）线27.5公里；花垣民乐（漾水坪）线27.5公里。10kV本期、终期均不考虑出线。图1.1 系统接入方案 图 1.1 系统接入方式 2 1.3 变电工程规模 远景规模 （1）220kV 进出线6回:新

11、建至万溶江220kV变一回，岩人坡万溶江剖进花垣形成花垣万溶江、花垣岩人坡各一回，备用三回；（2）110kV终期出线十二回：新建花垣里耶一回，花桥佳民剖进花垣花桥、花垣佳民各一回，漾水坪天堂湾剖进花垣形成花垣天堂湾一回，并将漾水坪新建的花垣民乐双回线上，形成花垣民乐（漾水坪）工接双回线，备用六回；（3）三绕组有载调压变压器三台，容量3180MVA。(4)无功补偿：本期装设57.6Mvar容性无功补偿，10Mvar感性无功补偿；远期装设86.4Mvar容性无功补偿，不另装设感性无功补偿。本期规模（1）本期出线三回：新建万溶江220kV变一回，岩人坡万溶江剖进花垣万溶江、花垣岩人坡各一回；（2）新

12、建花垣里耶一回，花桥佳民剖进花垣变形成花垣花桥、花垣佳民各一回，漾水坪天堂湾剖进花垣形成花垣天堂湾一回，并将漾水坪双 T 至新建的花垣民乐双回线上，形成花垣民乐（漾水坪）T 接双回线；（3）三绕组有载调压变压器两台，容量2180MVA。注：10kV本期、末期均不考虑出线。1.4 变电站站址选择 当地最高气温 35,最低气温5，年平均气温 25；站址选在花垣县美惹村二组，地面原始标高为 179.36201.08 米，总占地面积：1.967 8，原始地貌属于低缓丘陵地貌，耕地与农田，地形起伏不大，目前场地尚未整平，交通运输方便，站址地势较高，排水系统良好，具有较强的防洪能力。1.5 系统短路阻抗及

13、本期出线潮流估计 计算条件 3（1）全省 220kV 及以上网络参与计算。（2）短路水平年按远景水平年考虑。（3）短路阻抗不含变电站本身阻抗。（4）短路阻抗为标幺值，其基准值为：Sj=100MVA，Uj=Ucp。（5）花垣 220kV 变电站系统短路阻抗（6）大方式系统短路阻抗 图 1.2 系统正序图 图 1.3 系统零序图 4 本期出线潮流估计 变电站本期出线潮流估计如表1.1：表1.1出线潮流估计 电压等级 间隔方向 线型 长度(km)输送潮流(MW)220kV 花垣万溶江 LGJ-2300 50-395+100 花垣万溶江 LGJ-400 50-234+100 花垣岩人坡 LGJ-400

14、 17-234+234 110kV 花垣佳民 LGJ-185 3.3-40+70 花垣花桥 LGJ-185 7-40+70 花垣里耶 LGJ-185 41-40+70 花垣天堂湾 LGJ-240 13-50+80 花垣民乐（漾水坪）LGJ-240 27.5-50+80 花垣民乐（漾水坪）LGJ-240 27.5-50+80 注：潮流由首端流入末端为“+”，反之为“-”。5 2 主变压器的选择 在各级电压等级的变电站中，变压器是变电站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510年发展规划综合分析，合理选择

15、，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量选的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且增加损耗，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，确定合理的变压器容量是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。2.1 主变压器的选择 2.1.1 变压器容量及台数的选择 变电站内变压器容量和台数是影响电网结构、供电安全可靠性和经济性的重要因素，而容量大小和台数多少的选择往往取决于区域负荷的现状和增长速度，取决于一次性建设投资的大小，取决于周围上一级电网或电厂提供负载的能力，取决于负荷本身的性质和对供

16、电可靠性要求的高低，取决于变压器单位容量造价、系统短路容量和运输安装条件等等，近几年随着变压器制造技术的不断提高，变压器自身质量和安全运行水平大幅度提高变压器空载损耗下降的幅度大，变压器经济运行的负载率得到不断降低又国家节能减排政策，鼓励企业开展经济运行工作建设、扩建和变压器增容的台数和容量的选择，国内尚无明确具体的规定，也是随技术水平提高不断完善的一个系统工程，一般根据常规经验和规划者的观点来进行结合相关规程制度。首先变压器额定容量应能满足供电区域内用电负荷的需要，即满足全部用电设备总计算负荷的需要，避免变压器长期处于过负荷状态运行。新建变电站变压器容量应满足 510 年规划负荷的需要，防止

17、不必要的扩建和增容，也减少因为扩建增容造成的大面积和长时间停电对较高可靠性供电要求的变电站一次最好投入两台变压器，变压器正常的负载率不大于 50%为最好。对于供电区域内有重要用户的变电站，应考虑一台变压器在故障或停电检修状态下，其它变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的一级和二级负荷，对一般负荷的变电站，任何一台变压器停运，应能保证全部负荷的 70%至 80%的电力供 6 应不受影响，城区变电站变压器台数和容量应满足N-1 的要求。虽然大容量变压器单位容量造价低，在高负荷密度供电区域建设大容量变电站能够节省投资，容量越大，效果就越明显但为保证供电运行方式灵活，应考虑采用多台变压器，单

18、台变压器容量的选择不宜过大和过小，要预留负荷发展而扩建的可能，实现变电站容量由小到大，变压器的台数由少到多城区变电站3 台变压器供电的运行方式最为灵活可靠。为保证变电站运行方式灵活可靠，减少和方便备用容量储备，便于与相联结配电装置的配合，便于检修维护，达到变电站整体规范统一，选择变压器容量的种类应尽量减少，一般不超过两种，在此，建议对城市供电的一个变电站内最好统一变压器容量等级。在一定容量范围内，容量增大变损降低，但节约的电费可能难以补偿投资费用的增加，与之配套的开关等设备的开断能力的要求大，所以变压器容量的选择要考虑变压器及其配套装置的一次性投资。行国家降损节能政策，必要时，要进行经济运行方

19、式的计算。由于供电企业要求城区供电满足N-1 的可靠性准则，变压器容量的选择，除符合上述条件外，要考虑事故和检修状态下，减少供电引起的经济损失和对社会的影响，最少应满足一台变压器停电后，部分负荷可以调至周围变电站，而不影响对全部用户的正常用电需求。对供电企业变电站密集区，由于变电站之间存在联络供电线路，变电站之间可以拉手互供，变压器的容量选择可以适当减小，正常条件下分区域各自供电，当不能满足供电输出时，可以靠周边的变电站通过联络线带部分负荷，但最终要考虑增加变电站布点或增加变压器台数来逐步满足负荷供出的要求。对低压侧有发电机组并网的变电站，变压器容量也可以适当减小，但容量选择时要考虑，满足发电

20、机组的额定容量在区域负荷最小时，能够通过变压器向电力系统正常输出，变压器的容量必须大于机组发电容量。变压器和发电机组的额定容量之和大于该地区的最大负荷。发电机组停运，变压器应能保证全部负荷的70%至 80%的电力供应不受影响，并保证一级和二级负荷正常用电。与上一级电网的设备参数配合得当，满足系统短路容量的要求 7 2.1.2 主变压器相数的选择 容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下的电力系统中，一般都选择三相变压器。但是在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。本次设计的变电所，站址海拔高度179.36201.08m，占地1.9672hm，

21、原始地貌属于低缓丘陵地貌，耕地与农田，地形起伏不大，目前场地尚未整平，交通运输方便。站址地势较高，排水系统良好，具有较强的防洪能力和防洪抗震能力。故本次设计的变电站选用三相变压器。2.1.3 主变压器绕组与结构的选择 在具有三种电压等级的变电所中，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，但在变电站内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。而本变电站具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该站选择普通三绕组变压器。生产制造中的三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器几种类型。（1）自耦变压器：短路阻抗较小，系统发生短路

22、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。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。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，由原始资料可知不宜选择自耦变压器。（2）分裂变压器：分裂变

23、压器约比同容量的普通变压器贵20%。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。由于本次所设计的变电所，受功端的负荷大小不等，故不选择分裂变压器。（3）三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器之间，安装以及调试灵活，供电可靠性高，满足各种继电保护的需求，又能满足调度的灵活性。8 2.1.4 主变压器调压方式的选择 由于花垣 220kV 变电站在整个地区的位置相当重要，需要连续提供高质量的变电效果，另外还需要带负荷调整电压，而电压时有偏差，供电电压不稳定，负荷不稳定，本身对电压质

24、量的要求还比较高，则选用有载调压变压器会提高供电的可靠性。还需要经常调整电压，则应选用有载载调压型变压器 2.1.5 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。（1）自然风冷却：依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却，适用于中、小型变压器。（2）强迫油循环水冷却：虽然有散热效率高、减少变压器本体尺寸等优点。但它须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。（3）强迫油循环风冷却：实用于大型变压器高效率的冷却方式。本设计主变为大型变压器，发热量大，虽然本变电站地势平

25、坦，通风条件好，但考虑到安全性还是使用强迫油循环风冷却。综上所述，本变电站选择三绕组无励磁调压自然风冷却方式 型号为SFSZ9-180000/220型的变压器 3 台，容量为 180000，具体参数如表2.1所示。表 2.1 主变压器技术参数 型号 SFPSZ4-180000/220 联接组标号 YN,yn0,d11 额定容量(kVA)180/180/90 空载电流(%)0.846 空载损耗（kW）175 负载损耗（kW）高中 高-低 中-低 785 额定电压(kV)高 中 低 23081.25%121 11 阻抗电压(%)高中 高-低 中-低 1214 79 2224 9 3 电气主接线设计

26、 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。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2。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 主接线设计的原则及要求 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

27、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、输电和用电在同一时刻完成，所以主接线设计的好坏，直接影响到工农业生产和人们的日常生活。为此，主接线的设计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，全面分析相关因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠3。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，在保证供电安全可靠、运行灵活、经济美观等基本要求下，兼顾运行、维护方便。3.2 主接线的基本接线方式 主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。

28、由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样，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，下面介绍几种常用的主接线方式。（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，任一元件故障或检修时，均需使整个配电装置停电，一般只适用于一台主变压器。10（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，由两个电源供电。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。当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段

29、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。（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35110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。（4）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，一般在超高压电网中使用。（5）双母接线:双目接线有两组母线，并且可以相互备用。每一电源和出线的回路，都装有一台断

30、路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线相连。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。但在检修某线路的断路器时，如果不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。（6）桥形接线：当只有两台变压器和两条输电线路时，宜采用桥形接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。内桥接线：在线路故障或切除、投入时，不影响其他回路工作，且操作简单；而变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电，且操作复杂。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的情况4。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。

31、3.3 主接线的设计步骤 电气主接线的具体设计步骤如下：11（1）分析原始资料，对变电站主变容量、电力系统情况、负荷情况、环境条件、设备选择等情况进行分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。（2）拟定主接线方案，在分析原始资料的基础上，可拟定若干个主接线方案，因为对出线回路数、电压等级、主变容量、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。（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）主要高压电器设备选择（5）绘制电气主接线图，将最终确定的主接线图，按工程要求绘制。3.4 本变电站电气主接线设计 3.4.1 220kV侧接线 由原始资料可知，在正常运

32、行时，本变电站220kV侧主要是由青山220kV变电站和下桥220kV变电站两个电源来供电,110220kV变电所设计规范规定，110220kV线路为两回及以下时，宜采用单母线分段接线。超过两回时，宜采用双母线接线。在采用单母线、单母线分段或双母线的35110kV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220kV侧线路6回，可选择双母线带旁路接线或双母线接线两种方案，如图3.1 所示。方案一 WL1 W2 W3 W4 W2 W1 WP QF1 QF2 QFC1 QFC2 QD1 12 方案二 图3.1 220kV电压侧接线方案 方案二，接线简单，操作方便、设备少、经济性好，

33、并且母线便于向两端延伸，扩建方便。分段断路器QFD进行分段，可以稍微供电可靠性和灵活性。可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关室，只需断开此隔离开关相连的该组母线，其他电路均可通过另一组母线继续运行。调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式。方案一为双母线带旁路接线供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，除了具备方案二的操作方便外，还增加了其可靠性。但其投资较大，扩建也不方便采用方案一虽然能很好的满足其可靠性的要求但并不适合，故选

34、用供电可靠、扩建方便、投资量小的方案二。3.4.2 110kV电压侧接线 本变电站110kV侧线路有12回，可选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线两种方案，如图3.2所示。方案二供电可靠、调度灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，配电装置复杂，投资大。方案一简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，旁路断路器可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要回路特别是类负荷不停电。且方案一具有良好的经济性，供电可靠性也能满足要求。WL1 WL2 WL3 WL4 QFC1 QFC2 W2 W1 QF1 QF2 13 方案一 方案一 方案二 方案二 图3

35、.2 110kV电压侧接线方案 方案一为单母线分段带旁路母线接线，当检修出线断路器时可不停电，因其进行了分段且是断路器分段，所以当一段母线发生故障时，可以保证正常段母线不间断供电，因为设置旁路母线，可以保证、类用户用电要求，同时它结构简单清晰，运WL1 QSP1 WL2 QSP2 QS32 QF3 QS31 QSPI QFP QSPII QSPIII WP QS34 QS33 WI QF1 QFD QF2 WII QSP3 QSP4 QSPIV QSPV QF4 QSP5 QSP6 14 行也相对简单，便于扩建和发展。它投资小，费用低比方案二好，但灵活性和可靠性不能满足110kV侧用户的要求。

36、故110kV 侧接线采用方案二。3.4.1 无功补偿（1）无功补偿的基本原理 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电

37、流。因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至接近 1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90.而电流在电容元件中作功

38、时,电流超前电压90.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小（2）无功补偿的意义 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cos=0.8增加到cos=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。（3）无功补偿方式：15 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组

39、；分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。(4)无功补偿选择 本期装设57.6Mvar容性无功补偿，10Mvar感性无功补偿，远期装设86.4Mvar容性无功补偿，不另装设感性无功补偿。查阅电力设备选型手册得选用三台丹东电力电容器厂生产的并联电容器成套装置BWF10.5-30-1TH。下表为参数。综上所述,本变电站无功补偿设备选择如图表3.1所示。表3.1容性无功补偿设备参数 型号 BWF10.5-30-1TH 额定电压（kV）10.5 总容量(kvar)30060 单台容量（kvar）334 空载损耗（kW）105

40、接线方式 单星（Y）双星 Y-Y 保护方式 1.每台电容器加（内）外熔丝单星保护；2.可采用过电流、过电压、失压、不平衡等继电保护 外形尺寸 960024004600 布置方式 柜式 16 3.4.2 电气一次总接线 经过以上总结，画出如下接线总图：图3.4 电气主接线简图 17 总而言之，从图3.4可以得知：220kV侧采用双母线接线简单清晰，操作方便，不易误操作，调度、扩建方便，为以后的发展和扩建奠定了基础。110kV侧采用单母线分段带旁路接线，当检修出线断路器时可不停电，因为进行分段且是断路器分段，所以当一段母线发生故障时，可以保证正常段母线不间断供电，因为设置旁路母线，可以保证、类用户

41、用电要求，同时它结构简单清晰，运行也相对简单，便于扩建和发展。所以说本变电站的电气主接线设计是在立足于眼前，兼顾远期发展的基础上完成的，完全可以满足用户供电要求和以后的扩建发展。18 4 短路电流计算 电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。发生短路时，系统从一种运行状态剧变到另一种运行状态，并伴随产生复杂的暂态现象。短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况6。单相接地短路、两相接地短路、两相相间短路等属于不对称短路。三相短路属于对称短路。就实际发生的概率来看，电力系统的短路 90%为不对称短路，这 90%里面90%又是单

42、相接地短路。短路有分很多种情况，有单相接地短路，两相短路，两相短路接地，三相短路等。此外，研究短路现象还要和电力系统的接线方式有关，如变压器中性点直接接地，中性点非直接接地等等。针对不同短路，不同的接线方式，短路发生时有不同的现象。如果是中性点非直接接地的电力系统，那么单相短路接地故障时仍然可以运行一段时间，因为此时线电压是不变的，但是故障相的对低电压变为零，非故障相的对低电压变为原来的根号 3 倍，这时候如果绝缘做的不好，容易使故障扩大。4.1 短路电流计算 4.1.1 短路电流计算目的 计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。在变电所和供电系统的设计和运行中，基于如下用

43、途必须进行短路电流的计算：（1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。（2）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，选择和整定继电保护装置，使之能正确的切除短路故障。（3）确定合理的主接线方案、配置各种继电保护方式、进行整定计算、接地装置的设计等运行方式及限流措施。（4）保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态下不损坏，尽量减少因短路故障产生的危害。19 4.1.2 短路电

44、流计算的一般规定（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后510年）。确定短路电流计算时，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运行的接线方式。（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。（4）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。4.1.3 短路电流计算的步骤 短

45、路电流计算的具体计算步骤如下（1）计算各元件电抗标幺值，并折算到同一基准容量下；（2）绘制等值网络，进行网络变换；（3）选择短路点；（4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值；（5）计算短路容量，短路电流冲击值：短路容量：IVjS 3 (4-1)短路电流冲击值:IIcj 55.2 (4-2)（6）列出短路电流计算结果。具体短路电流计算详见计算说明书。4.2 短路类型及其计算方法 以下为电力系统中可能发生的几种形式的短路类型及其计算方法：（1）三相短路电流的计算：*1)3(*1XId (4-3)其有名值为

46、：jddIII)3(*)3(4-4)20)3(*dI系统中发生三相短路时，短路点的短路电流标幺值)3(dI系统中发生三相短路时，短路点的短路电流有名值 *1X归算到短路点的综合正序等值电抗。以下为简便起见，省略下标*。（2）两相短路电流的计算：21)2(13XXId (4-5)2X归算到短路点的负序综合电抗)2(dI两相短路时短路点的全电流 其各序分量电流值为：21)2()2(11XXIIdd (4-6)2(2)2(1,ddII分别为两相短路时，短路点短路电流的正负序分量（3）两相接地短路电流计算：)1,1(120202)1,1()(13ddIXXXXI (4-7)1,1(dI两相短路接地时，

47、短路点故障相全电流 )1,1(1dI两相短路接地时，短路点的正序电流分量 011)1,1(1/1XXXId (4-8)200)1,1(1)1,1(2XXXIIdd (4-9)202)1,1(1)1,1(0XXXIIdd (4-10)1,1(0)1,1(2,ddII分别为两相接地短路时的负序和零序电流分量。21（4）单相接地短路电流的计算：短路点各序分量电流为：01)1(2)1(121xxIIdd (4-11)4.3 短路电流计算结果 4.3.1 本变电站各支路电抗计算 参考原始资料计算可知,220kV 母线三相短路：I3=6.4KA。计算基本任务为系统当前水平年，阻抗标幺值按基准值为jS=10

48、0MVA，Uj=Ucp，以及所知的参数设置短路点以及对各支路电抗进行计算。4.3.2 本变电站等值网络图 计算出各支路电抗等相关数据后对变电站网络图进行计算化简得变电站等值网络图。设置短路点如下如图4.1所示。图4.1 变电站总等值网络图 4.3.3 短路电流计算结果(1)本站最大运行方式为两台主变并列运行，此时阻抗最小；最小运行方式为单台主变运行，此时阻抗最大。(2)本站的短路计算为工程计算，各侧母线可近似看成无穷大系统，所以1d、2d、3d短路时，各侧提供的短路电流都需进行计算。(3)计算时，基准容量取100MVA，基准电压取各级平均额定电压，即 22 220kV侧取230kV，110kV

49、侧取115kV，10kV侧取10.5kV。(4)根据变压器和输电线路继电保护整定的要求，在母线各侧计算不同短路类型（包括三相短路、两相短路、两相接地短路、单相短路）的短路电流，其结果如表4.1所示。短路电流有名值计算结果如下：表4.1 短路电流有名值计算结果（单位kA）最大运行方式下 最小运行方式下 220kV 侧)3(d 16.524 kA 0.2076 kA)2(d 14.3098 kA 0.1798 kA)1.1(d 16.524 kA 0.4584 kA)1(d 16.9023 kA 0.4443 kA 110kV 侧)3(d 9.6594 kA 0.4290 kA)2(d 8.365

50、0 kA 0.3715 kA)1.1(d 11.846 kA 0.6754 kA)1(d 10.988 kA 0.6216 kA 10kV 侧)3(d 55.3716 kA 4.5064 kA)2(d 47.9518 kA 3.9025 kA)1.1(d 95.904 kA 7.805 kA)1(d 107.293 kA 7.0485 kA 其中：)1(d 表示单相接地短路故障 )1.1(d 两相短路故障)2(d表示两相短路故障 )3(d 三相接地短路故障 运 行 方 式 短 路 类 型 短 路 点 23 5 高压电器设备选择 电器设备的正确选择最重要的是保证电气主接线和配电装置达到安全、经济