35KV110KV220KV变电站毕业设计全

摘要

随着国民经济的快速发展，工业化进程和城镇化建设步伐不断加快,电力的需求量也不断增长。电网的供电能力和可靠性，对工业区的生产和运作是极为重要的。本论文中主要是电气一次部分的设计说明，其内容包括：变电所电气主接线设计，负荷计算，主接线方案确定，短路电流计算，主要电气设备选型，变电所电气总平面布置及继电保护的配置。设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。

关键词:综合自动化二次回路短路电流接地保护

AutomotiveDesign Area with 220kV Substation Buck

Abstract
Withthe rapid development of the national economy, the process ofindustrialization and urbanization continues to accelerate the paceof construction, the demand for electricity is also growing. Thepower supply capacity and reliability of the grid, and the operationof the industrial production area is extremely important. This paperis mainly a description of the design of electrical parts, itscontents include: the main substation electrical wiring design; loadcalculation; Main Wiring OK; short-circuit current calculation; mainelectrical equipment selection; electrical substation general layout;configuration protection. Design is also on the main

disconnectors, voltage transformers, current transformers. It alsoconducted a lightning protection design and calculation, improves thesecurity of the entire
high-voltage electrical equipmentselection and calculation, such as circuit breakers,

substation.

secondarycircuit short-circuit current

目 录

摘要...........................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................II第1章绪论...................................................................................................................11.1国内外现状和发展趋势.................................................................................11.2原始资料.........................................................................................................31 3设计内容及要求.............................................................................................3第2章电气主接线的设计..........................................................................................42.1电气主接线设计概述......................................................................................42.1.1对电气主接线的基本要求..................................................................4
2.1.2变电所电气主接线的设计原则..........................................................4
2.1.3电气主接线的设计步骤......................................................................5
2.2主接线的基本接线形式及其特点.................................................................6

2.3电气主接线的选择.........................................................................................8 2.2.1电气主接线分类..................................................................................6
3.1.2主变压器容量的选择........................................................................12
3.2主变压器型式的选择...................................................................................14
3.2.1主变压器相数的的选择....................................................................14
3.2.2绕组数量和连接方式的选择............................................................15
3.3主变压器的选择结果...................................................................................15
3.4无功补偿.......................................................................................................15
3.4.1无功补偿的目的................................................................................15
3.4.2无功功率的人工补偿装置................................................................16
3.4.3并联电容器的选择计算....................................................................16
第4章短路电流计算................................................................................................17
4.1短路电流计算概述.......................................................................................17
4.1.1短路电流计算的目的.........................................................................17
4.1.2短路电流计算的方法和步骤............................................................17

4.2变压器的各绕组电抗标幺值计算...............................................................19

4.2.1基准值计算......................................................................................19
4.2.2各元件参数标幺值计算..................................................................20
4.3220KV侧短路计算.......................................................................................204.4 110KV侧短路计算.......................................................................................204.5 35KV侧短路计算........................................................................................20第5章一次设备的选择与校验...............................................................................225.1断路器和隔离开关的选择...........................................................................225.1.1断路器的选择..................................................................................22
5.1.2隔离开关的选择..............................................................................25
5.2导体的选择与校验.......................................................................................28第6章二次接线设计................................................................................................326.1变电所操作电源选择...................................................................................326.2中央信号装置的选择...................................................................................336.2.1中央信号装置的设计原则...............................................................33
6.2.2闪光装置..........................................................................................33

6.3.1设计原则..........................................................................................33 6.3.2变压器的电压回路与电流回路......................................................34
6.3断路器的控制、信号回路的选择...............................................................33

7.1.2变电站防入侵雷保护......................................................................39
7.1.3避雷器的选择..................................................................................40
7.1.4变压器的防雷保护..........................................................................42
7.1.5内部过电压及其保护......................................................................43
7.2 接地装置设计.............................................................................................43
7.2.1接地简介..........................................................................................43
7.2.2接地网型式选择..............................................................................44
第8章总结................................................................................................................45
参考文献......................................................................................................................46
致谢..............................................................................................................................48

第1章绪论

1.1国内外现状和发展趋势
(1)数字化变电站技术发展现状和趋势
以往制约数字化变电站发展的主要是IEC61850的应用不成熟，智能化一次设备技术不成熟，网络安全性存在一定隐患。但2005年国网通信中心组织的IEC61850互操作试验极大推动了IEC61850在数字化变电站中的研究与应用。目前IEC61850技术在变电站层和间隔层的技术已经成熟，间隔层与过程层通信的技术在大量运行站积累的基础上正逐渐成熟[1]。

(2)当前的变电站自动化技术
20世纪末到21世纪初，由于半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术飞速发展，变电站自动化技术也已从早期、中期发展到当前的变电站自动化技术阶

次，

而是以间隔和元件作为设计依据，即变电站层和间隔层，在设计理念上不是以整个变电站作为所要面对的目标，在中低压系统采用物理结构和电器特性完全独段。其重要特点是：以分层分布结构取代了传统的集中式；把变电站分为两个层

的间隔出线，立，

量内存、闪存以及电子固态盘和嵌入式软件系统；现场总线以及光纤通信的应用为功能上的分布和地理上的分散提供了技术基础；网络尤其是基于TCP/IP的以太网在变电站自动化系统中得到应用；智能电子设备（IED）的大量应用，诸如继电保护装置、自动装置、电源、五防、电子电度表等可视为IED而纳入一个 与继电保护、各种IED、远方调度中心交换数据所统一的变电站自动化系统中
；使用的规约逐渐与国际接轨。这个时期国内代表产品有CSC系列、NSC系列及BSJ系列[2]。

(3)国外变电站自动化技术
国外变电站自动化技术是从20世纪80年代开始的，以西门子公司为例，该公司第一套全分散式变电站自动化系统LSA678早在1985 年就在德国汉诺威正式投入运行，至1993年初，已有300多套系统在德国和欧洲的各种电压等级的变电站运行。在中国，1995年亦投运了该公司的LSA678变电站自动化系统。LSA678的系统结构有两类，一类是全分散式，另一类是集中和分散相结合，两

类系统均由6MB测控系统、7S/7U保护系统、8TK开关闭锁系统三部分构成[3]。

(4)原始变电站自动化系统存在的问题

资料分目前国际上关于变电站自动化系统和通讯网络的国际标准还没有正

式公布，国内也没有相应的技术标准出台。标准和规范的出台远落后于技术的发

展，导致变电站自动化系统在通讯网络的选择、通讯传输协议的采用方面存在很

大的争议，在继电保护和变电站自动化的关系及变电站自动化的概念上还存在分

歧。市场竞争日益激烈，不同厂家的设备质量和技术（软硬件方面）差异甚大，

各地方电力公司的要求也不尽相同，导致目前国内变电站自动化技术千差万别。

改革开放以来，随着我国国民经济的快速增长，电力系统也获得了前所未有的发

展，电网结构越来越复杂，各级调度中心需要获得更多的信息以准确掌握电网和

变电站的运行状况。同时，为了提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集

中监视和控制，并逐步采用无人值班管理模式。显然传统的变电站已经远远不能

满足现代电力系统管理模式的需求。

传统变电站一般采用常规设备，二次设备中的继电保护和自动装置、远动装置等

采用电磁式或晶体管式，体积大，设备笨重，主控室、继电保护室占地面积大。

方法已经被国内外摒弃和淘汰。

势[4]。 采用一种更先进的技术改造变电站是一种必然趋常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。因此，传统变电站的设计思路和

何谓变电站综合自动化呢？它是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信

技术和信号处理技术，实现对变电站主要设备和传、配电线路的自动监视、测量、

控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。其重要特点是：以分层分布结

构取代了传统的集中式；把变电站分为两个层次，即变电站层和间隔层，在设计

理念上不是以整个变电站作为所要面对的目标，而是以间隔和元件作为设计依据

[5]。

我国对变电站的技术研究的其中一个主要方面是在220kV及以下中低压变

电站中采用综合自动化技术，全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，而且

技术不断得到完善和成熟。总体来说，实现变电站综合自动化，其优越性主要有：

提高了供电质量、变电站的安全可靠运行水平，降低造价，减少了投资，促进了

无人值班变电站管理模式的实行[6]。

本设计中变电站的设计思路是紧跟现代化国内外变电站综合自动化技术的

发展趋势，根据最新和最权威的设计规程和规范，采用先进的原理技术，摒弃落

后和即将淘汰的技术，确定科学的模式和结构，选择质量优良和性能可靠的产品，

因此，在学习借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，全面系统地研究

探讨符合国情的变电站系统设计模式，完成本次毕业设计。

1.2原始资料

变电所规模及性质:汽车工业区变电所
电压等级220kV/110KV/35KV
绞线回数220KV 2回交联电缆(发展1回)
110KV 4回电缆回路(发展6回)
35KV 30回电缆回路，一次性配备。

最大负荷利用小 6500小时

1.3设计内容及要求

根据所给原始资料，进行负荷计算，主接线方案确定，主变压器选择，短路

电流计算及一次设备选择检验，变电站进出绞及电源联络选择，二次回路方案和

继电保护、防雷保护、接地保护设计等。

第2章电气主接线的设计

变电所的电气主接线是指由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按照一定的顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路。电气主接线又称一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电器保护配置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性作用。

2.1电气主接线设计概述

2.1.1对电气主接线的基本要求
电气主接线的基本要求：
（1)电气主接线应根据系统和用户的要求，保证供电的可靠性和电能质量。

个独立电源供电，供电。 其中任一电源必须在另一电源停止供电时， 能保证向重要负荷对三类负荷以一个电源供电即可。对一类负荷和二类负荷占大多数的用户应由两

状态。不仅要求在正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及
故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电
时间最短，影响范围最小。

(3)电气主接线应在满足上述要求的前提下，尽可能经济。应尽量减少设备投资费用和运行费用，并尽量减少占地面积，同时注意搬迁费用、安装费用和外汇费用。

(4)具有发展和扩建的可能性。电气主接线在设计时应尽量留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过渡方案的实施。

2.1.2变电所电气主接线的设计原则
变电所主接线的设计必须满足上述四个基本要求，以设计任务书为依据，以国家经济建设方针、政策及有关技术规范为准则，结合工程具体特点，准确地掌

握基础资料，做到既要技术先进，又要经济实用。

我国《变电所设计技术规程》对主接线设计作了如下规定：
在满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。在110~220kv变电所中，当出现为2回时，一般采用桥型接线；当出线不超过4回时，一般采用单母线分段接线；当枢纽变电所的出线在4回及以上时，一般采用双母线。在35kv变电所中，当出线为2回时，一般采用桥型接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。出线回路数和电源数较多的污秽环境中的变电所，可采用双母线接线。在6~10kv变电所中，一般采用单母线接线或单母线分段接线。

旁路设施可按主接线基本形式中所述的情况设置。

2.1.3电气主接线的设计步骤
电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，经历可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度，广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。

及远景规划容量， ①变电所的情况，包括变电所的类型，在电力系统中的地位和作用，近期 近期和远景与电力系统的连接方式和各级电压中性点接地方式、
(1)对原始资料进行综合分析

测的基础上确定，其准确性直接影响主接线的设计质量。

③环境条件，包括当地的气温、湿度、污秽、覆冰、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素。这些对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响，必须予以重视；此外，对重型设备的运输，也应充分考虑。

④设备情况。为使所设计的主接线可行，必须对各主要电器的性能、制造能力、供货情况和价格等资料汇集并进行分析比较，保证设计具有先进性、经济性和可行性。

(2) 确定主变压器的容量和台数
变电所主变压器的容量，一般应按5~10年规划负荷来选择，根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定。对重要变电所，应考虑当1台主变压器停 应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的运时，其余变压器容量在记及过负荷能力允许时间内，
供电；对一般性变电所，当1台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%至80%。

变电所主变压器的台数，对于枢纽变电所在中、低压侧已形成环网的情况下，

以设置2台主变压器为宜；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，

可设3台主变压器，以提高供电可靠性。

(3)主接线方案的拟定与选择

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源盒出线回路

数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等，可拟定出若干个主接线方案。

依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保

留2～3个技术上相当，又都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变电所的主接线，还应进行可靠性定量分析计算

比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。

(4)所用电源的引接

确定所用电源的引接方式。

(5)短路电流计算和主要电气选择

对所选的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。

(6)绘制电气主接线图

2.2 主接线的基本接线形式及其特点 对最终确定的主接线，按工程要求绘制工程图。

一、有母线型的电气主接线

1、单母线接线及单母线分段接线

（1）单母线接线

单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源

并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功

率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的

传输。

单母接线的优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、经济性好，并且母线

便于向两端延伸，扩建方便和采用成套配电装置。

缺点：①可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止

工作，也就成了全厂或全站长期停电。②调度不方便，电源只能并列运行，不能

分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。

适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：

1、6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回；

2、35～63kV配电装置的出线回路数不超过3回；

3、110～220kV配电装置的出线回路数不超过两回。

（2）单母分段接线

单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户

可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段

断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠

性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停

电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。

单母线分段接线的缺点是当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；当出线为双回路时，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）单母线带旁路母线的接线

为了检修出线断路器，但不中断对该出线的供电，可增设旁路母线。当检修

电源回路断路器期间不允许断开电源时，旁路母线还可以与电源回路连接，此时

还需在电源回路加装旁路隔离开关。有了旁路母线，提高了供电的可靠性，但旁

断供电。

2、双母线接线及分段接线
路系统造价昂贵，同时使配电装置运行复杂化，另外检修母线或母线故障期间中

联络，通过母线联络断路器来实现。由于有了两组母线，时运行的可靠性和灵活

性大为提高。

其优点主要有：①检修母线时不影响正常供电；②检修任一组母线隔离开关

时，只需断开此隔离开关所属回路和与此隔离开关相连的该组母线，其他回路均

可通过另一组母线继续运行；③工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电；

④检修任一出线断路器时，可用母联断路器代替检修的断路器，回路只需短时停

电；⑤调度灵活；⑥扩建方便等特点。

缺点:①在倒母线的操作过程中，隔离开关作为操作电器，容易发生误操作；

②检修任一回路的断路器或母线故障时，仍将短时停电；③所使用的设备多（母

线隔离开关的数目多），并且使配电装置结构复杂，所以经济性能差。

（2）双母线分段接线

为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母线分段接线，用分段断路器将工

作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出

线回路均匀地分布在两段工作母线上。这种接线具有单母线分段和双母线的特点，

较双母线接线具有更高的可靠性和灵活性。正常运行时工作母线工作，备用母线

不工作，它是单母线分段接线方式，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作

用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，

该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路

倒至备用母线上，即可恢复供电，这样，只是部分短时停电，而不必短期停电，

仍是单母线分段运行方式。

双母线分段接线主要用于大容量进出线较多的配电装置中，如220KV进出

线达10～14回时，就可采用双母线三分段的接线。在330～500KV的配电装置

中，也有采用双母线四分段的。

（3）双母线带旁路母线的接线

为了不停电检修出线断路器，双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检

修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这种接线运行操作方便，不影响双

母线正常运行，但多装了一组断路器和隔离开关，增加了投资和配电装置的占地

面积，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要

二、无母线型的电气主接线

无母线型的电气主接线在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线
的场合是十分必要的。

2、多角形接线没有集中地母线，相当于将单母线用断路器按电源和引出线

的数目分段，且连接成环形的接线。这种接线一般适用于最终规模已确定的

110kV及以上的配电装置中，且以不超过六角形为宜。多角形接线的缺点之一就

是扩建困难，因此，此接线型式亦不适合本设计的要求。

3、单元接线一般适用于只有一台变压器和一回线路时的小容量终端变电所

和小容量的农村变电所，因此，此接线也不适合本设计的要求。

2.3电气主接线的选择

初选:

为满足可靠性、灵活性、方便性、经济型、可扩建性、安全性，根据对原

始资料的分析以及对主接线的认识，现列出以下三种主接线方案。

方案一：220KV、110KV侧双母线带旁路母线接线(母联兼旁路方式)，35KV侧

单母线分段接线。

220kV 进出线两回，而当出线达到5个回路以上时，才增设专用的旁路断路

器，出线少于5个回路时，则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式。这种接线方式具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。

110kV进出线四回，110kV侧出线可向远方大功率负荷用户供电，其他出线可作为一些地区变电所进线。根据条件选择双母接线带旁路母线方式。
35kV进出线三十回，可向重要用户采用双回路供电。选择单母线分段接线方式。

方案主接线图如图2-1所示

方案二：220KV侧双母线带旁路接线(母线兼旁路方式)，110KV侧双母接线、35KV
侧单母线带旁路母线接分段接线。

220kV进出线两回，由于本回路为重要负荷停电对其影响很大，因而选用双母带旁路接线方式。与单母线相比，它的优点是供电可靠性大，可以轮流检修母线而不使供电中断，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电，另外还具有调度、扩建、检修方便的优点。

110KV侧双母接线、35KV侧单母线带旁路母线接线，检修出线断路器时，可不中断对该出线的供电，提高了供电的可靠性。

主接线如图2-2所示。

图2-2方案二的电气主接线
方案三:220KV侧、110KV侧双母线接线，35KV侧单母线分段接线。

主接线如图2-3所示。

图2-3方案三的电气主接线

现对三种方案列表2-1比较如下。

项目

可靠性

灵活性

经济性

可扩展性

方案

方案一：220KV、110KV 220KV及110KV侧均用双母 检修、调 用29台短 各种电压

侧双母带带旁路母线接 带旁接线，故检修母线时不影 试相对 路器，8条 级接线都

响正常供电，35KV侧用单母 灵活； 母线，占便于扩建

线、35KV侧单母线分

分段接线母线故障时，可保证 地较大。和发展。

段接线

正常段母线不间断供电

方案二：220KV侧双母 220KV侧用双母带旁接线， 灵活性 用29台短 扩建方便

线带旁路接线，110KV 110KV侧用双母线接线，检修 较好； 路器，8条

侧双母接线、35KV侧 母线时不影响正常供电， 母线。

单母线带旁路母线分段 35KV侧用单母分段接线母线

接线。 故障时，可保证正常段母线不

方案三：220KV、110KV 220KV 及110KV 侧均用双母用29台短 各种电压 间断供电

段接线母线故障时，可保证正 和发展。

好；

常段母线不间断供电

综合考虑三种电气主接线的可靠性，灵活性和经济性，结合实际情况，确定

第三种方案为设计的最终方案。

第3章主变压器的选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变

压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）

用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的

选择。

3.1主变压器台数和容量的确定

3.1.1变电所主变压器台数的确定

主变压器的台数选择原则为：

（1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所

以装设两台主变压器为宜。

（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设

三台主变压器的可能性。

（3）对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的

容量。

主变压器。

（1）主变压器容量的确定原则

①主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到

远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结

合。

②根据变电所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，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能

力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主

变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。

③同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发，推行系列

化、标准化。

（2）本变电所主变压器容量的确定

本设计中该地区的负荷预测情况及发展：2013年负荷为60MW,负荷水平

增长率为10%。设该地区负荷的功率因数为0.9，则2013年该地区负荷视在功率

S		P		60		66 . 67	(	MVA )
		cos		0 . 9					（3-1）

根据该地区负荷水平增长率10%，可确定未来5～10年的规划负荷，如2014年

该地区的负荷有功功率：

P



60



( 1



10 %)



66 (

MW

)

（3-2）

视在功率：

S		P		66		73 . 33 (	MVA )
		cos		0 . 9				（3-3）

2015年该地区的负荷有功功率：

视在功率：

S		P		72 . 6		80 . 67	(	MVA )
		cos		0 . 9					（3-5）

2014年该地区的负荷有功功率：

视在功率：

S		P		155 . 62		172 . 92 (	MVA )
		cos		0 . 9				（3-9）

该地区未来5～10年的规划负荷情况如表3-1所示。

表3-1该地区未来5～10年的规划负荷情况

年份

2013 年

2014 年

2015 年

2016 年

2017 年

2018 年

负荷

年份

2019 年

2020 年

2021 年

2022 年

2023 年

―

负荷

P(MW) 106.29 116.92 128.62 141.48 155.62 ―

S(MVA) 118.11 129.92 142.91 157.20 172.92 ―

根据主变压器容量的确定原则，

证全部负荷的70%～80%，可以确定单台变压器的额定容量。其余变压器容量应能保

2023年变电所单台主变压器的额定容量:sn10=0.7×172.92=121(MVA) （3-12）

综合考虑以上选择原则和本变电所的负荷情况，确定变电所单台主变压器的额定

3.2主变压器型式的选择

3.2.1主变压器相数的的选择

选择主变压器的相数，需考虑如下原则：

⑴当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电站，均应选用三相

变压器。

⑵当发电厂与系统连接的电压为500KV时，已经技术经济比较后，确定选用三

相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、

并直接升压到500KV的，宜选用三相变压器。

⑶对于500KV变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，

分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建所初期，

若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网

停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成所停电。为此要经过经济

论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。

根据以上选择原则以及原始资料分析，本变电站选用三相变压器作为主变压器。

3.2.2绕组数量和连接方式的选择

在具有三种电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压

器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需要装设无功补偿设

备时，主变压器一般选用三绕组变压器。

变压器绕组的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Y和△，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具

体工作来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组多采用Y连接；35KV亦

采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器绕组多采

用△连接。由于35KV采用Y连接方式，与220、110系统的线电压相位角为0，

这样当变压变比为220/110/35KV，高、中压为自耦连接时，否则就不能与现有

35KV系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星接线的变压器，全国投运

绕组变压器，变压器绕组的连接方式为Y/Y/△。本设计中变电所具有三种电压等级，即220kV、110kV和35kV，需选用三
这类变压器约40～50台。

查《电力工程电气设备手册：电气一次部分》，选定变压器的额定容量为

120MVA。这里选择三绕组变压器，所选变压器的技术参数如下所示：

表3-2 220KV三绕组无励磁调压电力变压器

3.4无功补偿

3.4.1无功补偿的目的

变电所中由于有大量的感性负荷，从而使功率因数大大降低。如果在充分

发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下尚未达到规定

的变电所功率因数时，就需要考虑人工补偿。

3.4.2无功功率的人工补偿装置

进行无功功率人工补偿的设备主要有同步调相机和并联电容器。变电所中普

遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率。

并联电容器的补偿方式，有以下三种：

(1)高压集中补偿：将高压电容器组集中装设在变电所的6～10KV母线补

偿方式只能补偿6～10KV母线前所有线路上的无功功率。

(2)低压集中补偿：将低压电容器组集中装设在车间变电所的低压母线上。

这种补偿方式能补偿变电所低压母线前的变压器和所有有关高压系统的无功功

率。

(3)个别就地补偿：将并联电容器组装设在需要进行无功补偿的各个用电设

备近旁。这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高、低压线路和电力变压器

的无功功率。对于供电系统中高压侧和低压侧的基本无功功率的补偿，仍宜采用

高压集中补偿和低压集中补偿的方式。

综合考虑上述各种补偿方式，以求经济合理的达到总的无功补偿要求，定采

3.4.3并联电容器的选择计算

(1)无功功率补偿容量的计算Q P(tantan)q P（3-14）用低压集中补偿。

(3)根据车间的需要系数和功率因数参考值表得变电所的COS

1参考值为

0. 65；tan1参考值为1. 17。

(4)无功补偿之后需要达到的功率因数值cos2为0. 9。

(5)qc 为无功补偿率，参考表无功补偿率可得qc 0. 68，需要补偿的容量

Qc=0.68*310=240kvar。 （3-16）

(6)由于在变电所低压侧集中补偿，三相电路因此需要选择台额定电压为6

0. 4 kv、额定容量为40kvar的电容器。通过查询电气手册选出型号为

BZMJ0. 4403的电容器组,金属化膜式低压并联电容器。

第4章短路电流计算

4.1短路电流计算概述

4.1.1短路电流计算的目的

在供、配电系统设计中，为了选用合理的电气主接线，选择限制短路电流的

器件（如电抗器），选用具有足够动稳定度和热稳定度的电气设备，选用载流导

体，设计接地装置，以及设计、整定机电保护装置和自动装置，必须计算短路电

流。

4.1.2短路电流计算的方法和步骤

（一）欧姆法（又名单位法）

1．绘计算电路图，选短路计算点

计算电路图上应将短路计算中需计入的所有电路元件的额定参数都表示出

件有最大可能的短路电流通过。

2. 计算短路回路中各主要元件的阻抗
来，并将各个元件一次编号。短路计算点应选择得使需要进行短路校验的电气元

式中Uc—短路计算点的计算电压，取为比所在电网额定电压高5﹪（单

位为KV），Soc—电力系统出口断路器的断路容量（单位为MVA）

⑵电力线路的阻抗（单位为Ω）：

电阻 RWL R0L 电抗 WWL X0L

式中 l—线路长度（单位为km）；R0—电路单位长度电阻（单位为Ω/km）；

X0—线路单位长度电抗（单位为Ω/km）。

⑶电力变压器的阻抗（单位为Ω）：

电阻

R T



△

P

(Uc/Sn) 电抗

X



U

k

%

U

2

c

×

10

3

（4-2）

k

T

100

S

N

式中△

P k

—变压器的短路损耗（负载损耗，单位为W）

Uk%—变压器的短路电压（阻抗电压）百分值

S	N	—变压器的额定容量（单位为KVA）
U	c	—短路计算点的计算电压（单位为KV）

3.绘短路回路等效电路，并计算总阻抗

对选定的短路计算点，绘短路回路等效电路。等效电路图上标注的元件阻抗

值必须换算到短路计算点。

电

阻

:

R'



R

（

U

' c

2

电

抗

：

X 

X（ U

' c

2 ）

）

U

c

U

c