摘 要

展望未来，我国能否在本世纪中叶基本实现现代化，相当大的程度上取决于能源。电力工业是国民经济的基础，是重要的支柱产业，它与国家的兴衰和人民的安康有着密切的关系，随着经济的发展和现代工业的建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。

变电站作为电能传输与控制的枢纽必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。本设计讨论的是220kV枢纽变电所电气部分设计（一次系统），首先根据原始资料进行分析，负荷计算选择主变压器，然后在此基础上进行主接线设计，再进行短路计算，导体和电气设备的选择，最后通过主变保护系统的设计。

本次设计只要是一次变电所电气部分的设计,并做出阐述和说明。论文包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式，选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数，并且通过计算，详细的校验了各种不同设备的热稳定和动稳定,并对其选择进行了详尽的说明。 关键词：变电站; 短路电流; 设备选择 Abstract

Looking ahead, our ability to achieve the middle of this century, modernization, to a large extent depends on energy. The power industry is the basis of the national economy is an important pillar industry, the rise and fall with the State and the people closely related to the well-being, along with economic development and the rapid development of modern industry rise, more and more power supply system design comprehensive, systematic, rapid growth of plant consumption for power quality, technical and economic conditions, reliability of electricity supply are increasing, and therefore also have higher power supply design, better requirements.

Substation as a hub for power transmission and control to change the traditional design and control mode, to adapt to the modern power system, modernization of industrial production and the development trend of social life. The design discussion is part of 220KV electrical substation design (a system), First of all, analyze the original data and choose the main transformer, based on it , design the main wiring and Short Circuit Calculation, at last choose equipment, then mine and the protection of earth and distribution device.

The design is based on summarizing our country’s substation design and operation. It takes the selections of devices which this substation needed such as the type of electric bus, the type of the power distribution.

Keywords: substation ; short-circuit ; equipment selection

1 绪论 1.1设计背景

电是能量的一种表现形式，电力已成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电能有许多优点：首先，它可简便地转变成另一种形式的能量。其次，电能经过高压输电线路，还可输送很长的距离，供给远方用电。另外，许多生产部门用电进行控制，容易实现自动化，提高产品质量和经济效益。电力工业在国民经济中占有十分重要的地位。建国以来，我国的电力工业发展迅速。到目前，我国的总装机容量和发电量均居世界第四位，但是我国目前的电力还不能满足国民经济发展的需要，必须加快发展。许多变电站已装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。

电力系统由发电厂、变电站、线路和用户组成。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。变电站根据它在系统中的地位，可分成下列几类： 1．枢纽变电站

它位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330~500的变电所，称为枢纽变电站。全站停电后，将会引起系统解列，甚至出现瘫痪。

2．中间变电站

高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2~3个电源，电压为220~330kV，同时又降压供给当地用电，这样的变电站主要起中间环节的作用。全站停电后，将引起区域电网解列。

3．地区变电站

高压侧电压一般为110~220kV，向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。全站停电后，仅使该地区中断供电。

4．终端变电站

在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110kV，经降压后直接向用户供电的变电站。全站停电后，只是用户受到损失。 1.2 设计意义

电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。

我国具有极其丰富的能源。这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础。但是，旧中国的电力工业落后，无法将其利用。不过，随着改革开放的深入发展，我国电力工业的发展很快。到2000年，我国电力工业已跃升世界第2位，电力工业的发展为我国的国民经济的高速发展做出了巨大的贡献。不仅如此，目前我国的电力工业已开始进入“大电网”、“大机组”、“超高压交、直流输电”等新技术发展的新阶段，一些世界水平的先进的高新技术，已在我国电力系统中得到了相应的应用。

另外，由于我国人口众多，由此在按人口平均用电方面，迄今不仅仍远远落后于一些发达国家，即使在发展中国家中，也只处于中等水平，尚不及全世界平均人口用电量的一半。因而，要实现在21世纪初全面建设小康社会的要求，我国的电力工业必须持续、稳步地大力发展，一方面是要大力加强电源建设，搞好“西电东送”，以确保电力先行，另一方面，要继续深化电力体制改革，实施厂网分开、竞价上网，并建立起符合社会主义市场经济法则的、规范的电力市场。

展望未来，我们坚信，在新世纪中，中国的电力工业必须持续、高速地发展，取得更加辉煌的成就。

1.3 原始资料

（1）为满足工农业负荷增长的需要，新建一座220KV枢纽变电所。

（2）系统用4条150km长的220KV线路向本所供电，系统等值电抗为0.001。

（3）110 KV电压等级：100km架空出线8回，每回平均输送容量20MW。最大负荷 180MW，最小负荷 150MW，最大负荷运行时间

Tmax=5500h，cos φ=0.85，一、二类负荷占70%。 （4）10KV电压等级：15km电缆出线10回，每回平均输送容量1.8MW；最大负荷25MW，最小负荷 15MW，最大负荷运行时间Tmax=5000h，

cos φ=0.85，一、二类负荷占55%。

2 电气主接线的设计 2.1 电气主接线概述

电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。它是变电站、发电厂电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。 1.电气主接线的指标有三个方面，即可靠性、灵活性、经济性。

⑴安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电安全可靠是电气主接线最基本得要

求。主接线的可靠性不是绝对的，得联系具体实际来确定，如变电站在电力系统中的地位和作用、符合的性质和类别、设备的制造水平以及长期运行的的经验。

⑵灵活性是指电气主接线能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性主要有以下及方面：调度、操作、扩建的方便性。

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⑶经济性是在保证可靠性及灵活性为前提的情况下的经济。其主要从以下几方面 考虑：降低一次投资、占地面积以及电能损耗。 2.电气主接线的设计主要包括以下方面：

⑴对原始资料的分析，其主要有以下方面：工程情况、电力系统情况、负荷情况、 环境条件以及设备供货情况 ⑵主接线方案的拟定及选择

⑶短路电流计算和主要电气设备选择 ⑷绘制电气主接线图 ⑸编制工程预算 2.2主接线的基本形式

电气主接线的方式住要有以下几种：单母及单母分段接线、母及双母分段接线、带旁路的单母和双母接线、一台半及四分之三台断路器接线、变压器母线组接线、单元接线以及桥形接线。 1.单母

⑴单母接线，其主要优点是：接线简单、操作方便、设备少、经济性好、易于扩 建。缺点则是：可靠性差（母线或母线隔离开关检修或故障是所有回路都得停止运行）、 调度不方便(电源只能并列运行不能分裂运行，并且线路侧发生短路是有较大的短路电流)。 一般适用于6～10kV配电装置不超过5回；35～63kV配电装置出线回路不超过3 回；110～220kV配电装置出线回路不超过两回。

⑵单母分段接线，与单母接线相比其供电更可靠灵活，对于重要的用户可从不同 段引出两回馈线。但其要比单母接线要多一台或多台断路器及隔离开关的投资。 这种接线方式一般用于：小容量发电厂的发电机电压配电装置，每段母线上所接

发电容量为12MW左右出线不超过5回；变电站有两台主变是的6～10kV配电装置；35～63kV配电装置出线4～8回；110～220kV配电装置出线3～4回。 2.双母

⑴双母接线，其主要优点：供电方便，调度灵活，扩建方便，便于实验。缺点：

增加一条母线及每条回路的母线隔离开关的投资；检修会故障时隔离开关的倒闸操作比较繁琐容易误操作。广泛用于进线回路数较多、容量较大、出线带电抗器的6～10kV配电装置；35～60kV配电装置出线超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110kV配电装置出线数为6回以上是；220kV配电装置出线数为4回以上时。

⑵双母分段接线，与双母接线方式相比其增加了供电的可靠性，但同时增加了两

台断路器的投资。一般使用双母分段的原则：当出线回路数为10～14回时在一组母线上分段；当出线回路数多于等于15时在两组母线上分段；在双母分段接线中均装设两台母联兼旁路断路器；为了限制220kV母线短路电流或系统解列运行的要求，可使用母线分段。 3.增设旁路母线

增设旁路母线可提高了供电可靠性，特别是在进出线检修时（包括其保护装置的

检修和调试）不中断对用户的供电，但同时会增加母线等投资。他有三种接线方式：①有专用旁路断路器的旁路母线接线②母联断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线③用分段断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线。 2.3主接线方案选择 2.3.1初定方案

由原始资料可知本变电站有两台三相变压器，各侧电压等级分别为：220、110、

10kV。220kV侧为进线端，有4回线；110kV及10kV侧为负荷侧各自的出线回路数为8回、10回线。为了满足工农业负荷增长的需要，由此拟定以下两种方案作为选择：

负荷增长的需要，由此拟定以下两种方案作为选择： 方案一

方案一220kV侧及110kV侧均采用双母线接线方式，10kV侧则采用单母分段。

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图2.1方案一

方案二220kV侧采用双母线接线方式，110kV侧及10kV侧均采用有专用旁路断路器的单母带旁路接线方式。 2.3.2方案的比较 1.220kV侧

由于本变电站所供电地区有大量工农企业的集中地区供电的枢纽站。供电对象为

工农业负荷等重要用户。要求供电可靠高质量。又考虑到随着城市的发展供电需求会不断上升，变电站进线回路要增加所以220kv侧采用双母接线方式是合理的。 2.110kV侧

由于220kV侧最大输入功率为205MW,110kV侧最大负荷为180MW，最小负荷为

150MW。由此可见本变电站的主要负荷在110kV侧，所以110kV的可靠性要求比较高。方案一采用双母接线方式，而方案二采用单母带旁路（有专用旁路断路器），两种方案的造价差不多，可靠性也差不多。但相比之下双母接线方式其扩建较方便一些，而且设备检修时也没有单母带旁路接线方式那么复杂的隔离开关倒闸操作。所以双母接线方式更为适合110kV侧。 3.10kV侧

方案一采用单母分段，方案二则采用单母带旁路母线的接线方式，方案二的投资

略高于方案一，但其可靠性较高。但由于10kV侧虽然有10回出线，但其中有两条是备用回路，且本侧的最小负荷为15MW最大负荷也只有25MW，方案一完全能满足其要求，所以本侧接线方式选择单母分段较为适宜。 方案二

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