东南大学课程设计

一设计说明书

1.1设计内容

1.1.1潮流计算，进行变电所接入系统及用户供电线路设计：

(1)根据待建变电所所供用电用户总负荷、用电用户对变电所供电可靠性要求、与系统接入点的距离，确定待建变电所接入系统方案：线路电压等级、回路数、导线规格。

(2)分析各用电用户对供电不中断可靠性的要求，确定各用电用户供电线路方案、回路数、导线规格。

(3)输、供电线路，按经济电流密度选择，并应满足电晕(>110kV 线路)、发热和电压损耗等技术要求。

1.1.2变电所电气主接线和所用电设计：

(1)拟定满足供电可靠性、运行灵活性要求的主变比较方案（类型、台数、容量、型号）。 (2)对技术上满足要求的主变方案通过经济比较，确定待建变电所的主变方案。

(3)根据所确定的主变方案和进出线回路数，通过技术分析、论证，确定待建变电所各电压等级的电气主接线型式。

(4)根据待建变电所所用电方案——所用变压器台数、容量、型号和所用电接线型式。（所用电负荷按0.1%变电所容量计）。 1.1.3短路电流计算：

(1)为保证变电所选用的设备，在短路故障状态时的安全，采用三相短路时的电流近行校验。 (2)三相短路电流的计算，采用标么值和运算曲线，计算0”，0.1”，4”时的值。进而计算短路电流最大值 i 、0.1”短路容量S和4” 短路电流热容量Q，作为电气设备动稳定、开断容量、热稳定的校验。 1.1.4 选择变电所电气设备：

选择变电所的断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器设备。

1.2设计成果

1.2.1设计说明书一份

(1)说明要求书写整齐，条理分明、表达正确、语言简洁。

(2)扼要阐明设计内容、论证各设计内容的最终成果并附必要图表。 1.2.2计算书一份 (1)计算书内容：为各设计内容最终成果的确定提供依据所进行的技术分析、论证和定量计算，如供电线路导线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配置继电保护装置的设想等。 (2)计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容结果列表汇总。

1.2.3图纸：要求用标准符号绘制，布置匀称、设备图形按比例大小合适，清晰美观。 (1)变电所主接线图一张 (2)变电所平面布置图一张

(3)变电所电气设备布置图一张

(4)线路变压器组电流电压回路图一张

1.3 时间安排

根据教学计划，课程设计自2014年8月25日至2014年9月5日

1.4 Garver-6节点系统数据

1.4.1原始网架结构

Garver-6节点系统的原始网是一个5节点系统，网架结构和各节点功率如图F1.1。未来的电源配置和负荷数据如图F1.2。由图F1.2可知，6号节点是一孤立节点。

Units6060

4Units30303060

图F1.1 原始网络图

Units6060120120

Units30303060

图F1.2 具有未来负荷和装机的原始网络图

1.4.2走廊参数

Garver-6节点系统走廊参数如表1-1：

表1-1 Garver-6节点系统走廊参数

最大损耗小时数为3000小时/年，抵偿年限取4年，发电成本取0.05元/度，维护费用取设备总投资的5%。

二变电所接入系统的设计

本节主要完成一次接入系统的设计。首先确定输电线路的电压等级；然后根据各节点负荷的容量初步设计满足可靠性要求的几种电力网接线方案，接着进行技术性比较，筛选出两种符合要求的方案；最后进行经济性比较，选择一种最优的电力网接线方案。

2.1电压等级的确定

在选择输电线路电压等级时，应根据输送容量和输电距离，以及周围电力网的额定电压的情况确定。我国现行的输电线路额定电压标准见表2-1：

表2-1 各电压等级输电线路合理输送容量及输送距离

度在100km以内，110kV和220kV电压等级均可，但考虑到110kV电压等级所需建设的输电线路较多，费用较大，最终确定该网络所有线路额定电压为220kV。

2.2 潮流计算、输电线路方案的确定

本部分在原先输电线路的基础上，新建输电线路，并进行潮流计算，要求满足以下三点技术性要求：

（1）满足各节点负荷功率的需求；

（2）满足各节点电压水平在±5%范围内；（3）满足输电线路的容量不越限；

然后将电网架构和走廊参数输入到Power World软件中，设定发电出力最大的6节点作为全网的平衡节点，完成全网有功和无功的平衡；设定其他2个发电厂节点作为PV节点，控制电压为1.05；由于该网络属于中型网络，负载变化不大，所以枢纽变电站采用恒调压方式，控制电压为1.02；其他2个节点作为PQ节点。通过调节新建输电线路的条数，来使电力网满足潮流计算。

2.3方案1

2.3.1地理接线图

图2.1 方案1地理接线图

2.3.2新增线路信息

表2-1 方案1新增线路信息

首端节点名称 3 3 6 6 末端节

点编号长度/Km 2 20 5 20 2 30 4 30

回路

1 2 4 3 状态 Closed Closed Closed Closed

R(p.u.) 0.06 0.06 0.07 0.098 X(p.u.) B(p.u.) 0.26 0 0.26 0 0.32 0 0.38 0

极限A

MVA 90 100 90 90

2.3.3潮流计算结果

使用Power World软件的潮流计算功能，得出节点和支路信息如下：

表2-2 方案1节点运行状态

名称 1 2 3 4 5 6 基准电压 220 220 220 220 220 220

标幺电压 1.05 1.02145 1.04999 0.96553 1.00217

实际电压(kV) 231 224.719 230.999 212.416 220.478 220 相角有功负荷(度) （MW） -11.31 80 -10.01 240 -6.69 40 -11.76 160 -16.32 240 0 0 功无负荷

（MW） 0 0 10 40 0 0 发电机有功(MW) 120 0 300 0 0 366.41 发电机无功(MVar) 33.72 0 49.48 0 0 -50.42

并联补偿器无功(MVar) 0 83.47 0 46.61 0 0

从表中可以看出，这种方案的发电机出力为120MW,300MW和366.41W，均保留了部分备用容量。

表2-3 方案1支路运行状态

节点编号 1 2 2 3 3 3 3 3 5 6 6 6 6 6 6 节点回点有功编号路 (MW)

3.8 4 1

8.4 4 1

3.6 1 1

69.8 5 1

69.8 5 2

69.8 5 3

25.4 2 1

25.4 2 2

1 1 -38.7

52.1 4 1

52.6 2 1

52.6 2 4

52.6 2 3

52.1 4 2

52.1 4 3

无功视在功率(MVar) (MVA) 13.4 13.9 9.9 12.9 -7.9 8.7 8.9 70.3 8.9 70.3 8.9 70.3 6.4 26.1 6.4 26.1 -8.3 39.6 1 52.1 -13.3 54.2 -13.3 54.2 -13.3 54.2 1 52.1 1 52.1 极限(MVA) 80 100 90 100 100 100 100 100 100 90 90 90 90 90 90 极限(最大值)(MVA) 17.4 12.9 9.9 70.3 70.3 70.3 26.1 26.1 41.5 57.8 61.5 61.5 61.5 57.8 57.8 损耗耗

(MW) (MVar) 0.21 1.1 0.18 0.79 0.09 0.3 2.69 11.67 2.69 11.67 2.69 11.67 0.37 1.61 0.37 1.61 0.94 3.91 2.66 10.3 2.06 9.41 2.06 9.41 2.06 9.41 2.66 10.3 2.66 10.3

2.3.4 N-1可靠性检验

N-1可靠性检验，即在全部N条支路中任意断开一条后，系统的各项正常运行指标必须满足要求。利用Power World软件中的静态安全分析工具，分析电网结构中任意切除某些输电线路或者变压器，是否会危及系统的安全（即系统所有母线电压是否在允许的范围内，系统中所有发电机的处理是否在允许的范围内，系统中所有线路变压器是否过载等等）。通过静态安全分析，可以快速检查指定区域中每一个元件故障后，系统的状态，指出系统的薄弱环节，为电网运行、规划提供依据。

方案一电网架构利用Power World软件对输电线路进行静态安全校验的结果如下：

表2-4 方案1 N-1校验越限结果

标签

L_00003BUS3-00005BUS5C1 L_00003BUS3-00005BUS5C2 L_00003BUS3-00005BUS5C3 L_00002BUS2-00001BUS1C1 L_00006BUS6-00004BUS4C1 L_00006BUS6-00004BUS4C2 L_00006BUS6-00004BUS4C3 L_00003BUS3-00002BUS2C1 L_00003BUS3-00002BUS2C2 L_00006BUS6-00002BUS2C1 L_00006BUS6-00002BUS2C2 L_00006BUS6-00002BUS2C3 L_00006BUS6-00002BUS2C4 L_00004BUS4-00002BUS2C1 L_00005BUS5-00001BUS1C1 L_00004BUS4-00001BUS1C1

故障解释 3-5接线回路1切除 3-5接线回路2切除 3-5接线回路3切除 2-1接线回路1切除 6-4接线回路1切除 6-4接线回路2切除 6-4接线回路3切除 3-2接线回路1切除 3-2接线回路2切除 6-2接线回路1切除 6-2接线回路2切除 6-2接线回路3切除 6-2接线回路4切除 4-2接线回路1切除 5-1接线回路1切除 4-1接线回路1切除

表2-5详细故障列表

越限相数

2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

最大支路越限%

101.65 101.65 101.65 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 极限 100 100

百分数 101.65 101.65

事故名称种类

L_00003BUS3-00005BUS5C2 Branch MVA L_00003BUS3-00005BUS5C3 Branch MVA 元件值

BUS（3）->BUS（5） CKT 1 at BUS3 101.65 BUS（3）->BUS（5） CKT 2 at BUS3 101.65

由表2-5分析可知，N-1分析中的主要故障类型是输电线路功率越限，元件可以是一条支路，一个节点或者一个断面。如果是一条线路，字符串提供过载线路、线路两端过载最严重的那端和线路中有功走向等信息。BUS（3）->BUS（5） CKT 1 at BUS3表示3到5节点的线路过载，过载情况严重的在3节点，越限元件的数值为101.65MW。

因此，为保证线路发生N-1问题时仍可以安全稳定的运行，在过载情况严重的3-5线路上增加一条线路，也就是方案2。

2.4方案2

2.4.1地理接线图

图2.2 方案2地理接线图

2.4.2新增线路信息

表2-6 方案2新增线路信息

首端节点名称 3 3 6 6

末端节

点编号长度/Km 2 20 5 20 2 30 4 30

回路

1 3 4 3 状态 Closed Closed Closed Closed R(p.u.) 0.06 0.06 0.07 0.098 X(p.u.) B(p.u.) 0.26 0 0.26 0 0.32 0 0.38 0

极限A

MVA 90 100 90 90

2.4.3潮流计算结果

使用Power World软件的潮流计算功能，得出节点和支路信息如下：

表2-7 方案2节点运行状态

名称 1 2 3 4 5 6 基准电压 220 220 220 220 220 220

标幺电压 1.05 1.01634 1.05 0.95576 1.01429

实际电压(kV) 231 223.595 231 210.267 223.145 220 相角有功负荷(度) （MW） -10.28 80 -9.99 240 -7.08 40 -11.57 160 -14.42 240 0 功无负荷

（MW） 0 0 10 40 0 发电机有功(MW) 120 300 364.01 发电机无功(MVar) 30.94 49.34 -36.58

并联补偿器无功(MVar) 0 72.31 0 36.54 0 0

从表中可以看出，这种方案的发电机出力为120MW,300MW和364.01W，均保留了部分备用容量。

表2-8 方案2支路运行状态

节点编号 1 2 2 3 3 3 3 3 3 5 6 6 6 6 6 6 6

节点回点有功编号路 (MW) 4 1 6.3 4 1 7.9 1 1 -0.9 5 2 53.6 5 4 53.6 5 3 53.6 2 1 22.9 5 1 53.6 2 2 22.9 1 1 -32 4 1 51.3 2 1 52.5 2 4 52.5 2 3 52.5 4 3 51.3 4 2 51.3 2 2 52.5

无功视在功率(MVar) (MVA) 14.5 15.9 10.9 13.4 -7.9 7.9 5.4 53.8 5.4 53.8 5.4 53.8 8.8 24.5 5.4 53.8 8.8 24.5 -5.7 32.6 3.5 51.5 -11.8 53.8 -11.8 53.8 -11.8 53.8 3.5 51.5 3.5 51.5 -11.8 53.8

极限(MVA) 80 100 90 100 100 100 100 100 100 100 90 90 90 90 90 90 90

极限(最大值)(MVA) 19.8 13.4 9.1 53.8 53.8 53.8 24.5 53.8 24.5 33.7 57.2 60.8 60.8 60.8 57.2 57.2 60.8

损耗耗

(MW) (MVar) 0.27 1.44 0.19 0.86 0.07 0.26 1.58 6.84 1.58 6.84 1.58 6.84 0.33 1.42 1.58 6.84 0.33 1.42 0.62 2.57 2.59 10.06 2.03 9.26 2.03 9.26 2.03 9.26 2.59 10.06 2.59 10.06 2.03 9.26

2.4.4 N-1可靠性检验

利用Power World软件对输电线路进行静态安全校验的结果如下：

表2-9 方案1 N-1校验越限结果

标签

L_00003BUS3-00005BUS5C1 L_00003BUS3-00005BUS5C2 L_00003BUS3-00005BUS5C3 L_00003BUS3-00005BUS5C4

故障解释 3-5接线回路1切除 3-5接线回路2切除 3-5接线回路3切除 3-5接线回路4切除

越限相数

0 0 0 0

最大支路越限%

0 0 0 0

L_00006BUS6-00004BUS4C1 L_00006BUS6-00004BUS4C2 L_00006BUS6-00004BUS4C3 L_00003BUS3-00002BUS2C1 L_00003BUS3-00002BUS2C2 L_00006BUS6-00002BUS2C1 L_00006BUS6-00002BUS2C2 L_00006BUS6-00002BUS2C3 L_00006BUS6-00002BUS2C4 L_00004BUS4-00002BUS2C1 L_00005BUS5-00001BUS1C1 L_00004BUS4-00001BUS1C1

2-1接线回路1切除 6-4接线回路1切除 6-4接线回路2切除 6-4接线回路3切除 3-2接线回路1切除 3-2接线回路2切除 6-2接线回路1切除 6-2接线回路2切除 6-2接线回路3切除 6-2接线回路4切除 4-2接线回路1切除 5-1接线回路1切除 4-1接线回路1切除

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

由表2-9分析可知，对方案2的N-1可靠性分析中不存在功率越限和电压越限的情况，即线路设计中不存在薄弱环节。

2.5方案3

2.5.1地理接线图

图2.3 方案3地理接线图

2.5.2新增线路信息

表2-10 方案3新增线路信息

首端节点编号 6 3 6 末端节

点编号长度/km 2 30 5 20 4 30

回路

3 3 3 状态 Closed Closed Closed

R(p.u.) 0.07 0.06 0.098 X(p.u.) B(p.u.) 0.32 0 0.26 0 0.38 0

极限A

MVA 90 100 90

2.5.3潮流计算结果

使用Power World软件的潮流计算功能，得出节点和支路信息如下：

表2-11 方案3节点运行状态

名称 1 2 3 4 5 基准电压 220 220 220 220 220 标幺电压 1.04998 1.02666 1.04999 0.99593 1.0137 实际电压(kV) 230.996 225.865 230.998 219.104 223.014 相角(度) -8.85 -11.4 -3.02 -11.8 -10.9 有功负荷（MW） 80 240 40 160 240 功无负荷（MW） 0 0 10 40 0 发电机有功(MW) 120 0 330 0 0 发电机无功(MVar) 21.16 0 31.04 0 0 器无功(MVar) 0 94.86 0 79.35 0 从表中可以看出，这种方案的发电机出力为120MW,330MW和335.88MW，均保留了部分备用容量。

表2-12 方案3支路运行状态

节点名称 1 2 2 3 3 3 3 3 5 6 6 6 6 6 6

节点回点有功名称路 (MW) 4 1 9.9 4 1 2.8 1 1 -12 5 3 57.4 5 2 57.4 5 4 57.4 5 1 57.4 2 1 60.4 1 1 -17.7 2 2 60.1 4 1 51.9 2 1 60.1 4 2 51.9 4 3 51.9 2 3 60.1

无功视在功率(MVar) (MVA) 7.3 12.3 5.8 6.4 -2 12.2 5.3 57.6 5.3 57.6 5.3 57.6 5.3 57.6 -0.1 60.4 -10.2 20.4 -15.1 62 -6.8 52.3 -15.1 62 -6.8 52.3 -6.8 52.3 -15.1 62

极限(MVA) 80 100 90 100 100 100 100 100 100 90 90 90 90 90 90 极限(最大值)(MVA) 15.4 6.4 13.8 57.6 57.6 57.6 57.6 60.4 21.1 70.7 58.1 70.7 58.1 58.1 70.7 损耗耗

(MW) (MVar) 0.17 0.87 0.04 0.19 0.17 0.59 1.81 7.83 1.81 7.83 1.81 7.83 1.81 7.83 1.99 8.62 0.24 1.01 2.69 12.3 2.68 10.39 2.69 12.3 2.68 10.39 2.68 10.39 2.69 12.3

2.5.4 N-1可靠性检验

方案二电网架构利用Power World软件对输电线路进行静态安全校验的结果如下：

表2-13 方案3 N-1校验越限结果

标签

L_00002BUS2-00001BUS1C1 L_00001BUS1-00004BUS4C1 L_00005BUS5-00001BUS1C1 L_00003BUS3-00002BUS2C1 L_00002BUS2-00004BUS4C1 L_00006BUS6-00002BUS2C1 L_00006BUS6-00002BUS2C2 L_00006BUS6-00002BUS2C3 L_00003BUS3-00005BUS5C1 L_00003BUS3-00005BUS5C2 L_00003BUS3-00005BUS5C3 L_00003BUS3-00005BUS5C4 L_00006BUS6-00004BUS4C1 L_00006BUS6-00004BUS4C2 L_00006BUS6-00004BUS4C3

故障解释 2-1接线回路1切除 1-4接线回路1切除 5-1接线回路1切除 3-2接线回路1切除 2-4接线回路1切除 6-2接线回路1切除 6-2接线回路2切除 6-2接线回路3切除 3-5接线回路1切除 3-5接线回路2切除 3-5接线回路3切除 3-5接线回路4切除 6-4接线回路1切除 6-4接线回路2切除 6-4接线回路3切除

越限相数

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

最大支路越限%

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

由表2-13分析可知，对方案3的N-1可靠性分析中不存在功率越限和电压越限的情况，即线路设计中不存在薄弱环节。

三方案的经济性比较

3.1 经济性比较原理

在传统方法所选定的几种方案在技术上均可行时，就需要进行经济上的评价。所谓经济评价主要是对各方案中的投资和年运行费用做综合效益比较。 3.1.1指标介绍

1）总投资费主要包括全部线路以及设备的综合投资费用，可以用下式表示

式中

PP0(1

)100

——主体设备投资，包括明显的工程附加费用，如增修桥梁、公路与拆迁费用等；

——不明确的附加费系数，如基础加工费、电缆沟道等，220kV取70,110kV取90。 2）年运行费C主要包括电能损耗以及检修、维护等费用，起计算式为

CAC1C2

式中——电价可以取工业电价； A——电能损失；

C1——检修维护费，取0.05P； C2——折旧费，取0.058P。

3.1.2静态评价法

这种方法将设备、材料、人工等经济价值作为不随时间变化的固定值来处理，具有代表性的方法是抵偿年限法。当有两个方案，第二个方案投资费P2高于第一个方案P1，而第一方案的年运行费C高于第二个方案的C时，则有

P2P1

T1

CC

抵偿年限值T表示以低的年运行费抵偿贵的投资所需的年限。若求出的抵偿年限值T小于标准的抵偿年限TN，则具有较大投资和较小年运行费的方案在经济上合算。若TTN则具有较小投资的方案较为合算。

若将标准抵偿年限TN带入上式，则可以写成

C1

1112

PC2P TNTN

经济的方案将具有较小的总值，即二号方案比较合算。该方法适合于多个方案的两两比较。

3.2方案比较

下面对方案2和方案3进行经济选择。扩建成本100万元/千米，最大损耗小时数为3000

小时/年，抵偿年限取4年，发电成本取0.05元/度，维护费用取为设备总投资的5%。

在本题目中，原始网络不计入成本，且两种方案都增加了两台并联电容器无功补偿装置，只需要计算新加的线路费用并进行比较即可。 3.2.1方案2经济性计算

原始线路长度：200km 新增线路长度：290km 电能损耗功率：24.02MW

增加设备：并联电容器无功补偿装置两台

总投资费用：PP0(1年运行费用：



100

)290100(1

)49300万元 100

CAC1C2

0.05

24.02100030000.05493000.05849300 10000

5684.7万元

C1

111

P5684.74930018009.7万元 TN4

3.2.2方案3经济性计算

原始线路长度：200km 新增线路长度：240km 电能损耗功率：25.96MW

增加设备：并联电容器无功补偿装置两台

总投资费用：PP0(1年运行费用：



100

)240100(1

)40800万元 100

CAC1C2

0.05

25.96100030000.05408000.05840800 10000

4795.8万元

C2

121

P4795.84080014995.8万元 TN4

因为C1

1112

PC2P，所以方案3的总投资费用和年运行费用均低于方案2，故选TNTN

择方案3为最终方案，接下来的导线选型也在方案3的基础上进行选择。

四导线选型

4.1 导线规格确定

4.1.1 导线型号

根据方案3支路运行状态（见表2-12），计算新增线路上负荷功率因数可知，BUS6-BUS2上cos约为0.96，BUS3-BUS5、BUS6-BUS4上cos约为1.0。由题知，最大损耗小时数为3000小时/年，查表4-1可知最大负荷利用小时数Tmax为5000小时/年。

表4-1 最大负荷利用小时数Tmax与损耗小时数的关系表

已知该系统电压等级为220kV，根据经济电流密度确定传输电线路型号，具体见表4-2。

表4-2 经济电流密度表

本系统中选择LGJ型导线，经济电流密度Jec为1.10A/mm2。 4.1.2 导线截面积

1）计算BUS3-BUS5的导线经济截面积：

IS

Jec

S35/

Jec

10010/3

220

1.10

238.6mm

结论：选取导线规格为3回LGJ-240/40

2）计算BUS6-BUS2的导线经济截面积：

IS

Jec

S62/

Jec

9010/3

220

1.10

214.7mm

结论：选取导线规格为3回LGJ-240/40 3）计算BUS6-BUS4的导线经济截面积：

S64/N90103/220I

S214.7mm2

JecJec1.10

结论：选取导线规格为3回LGJ-240/40



4.2 导线校验

4.2.1电晕校验

220kV电压等级下，LGJ-240型导线不必进行电晕校验。 4.2.2 发热条件校验

LGJ-240型导线长期允许载流量在79℃时为440A。

）I35262A440A 符合要求；

）I62236.2A440A 符合要求；

）I64236.2A440A 符合要求。

4.2.3 机械强度校验

LGJ-240型导线截面积大于35mm2，不必进行机械强度校验。 4.2.4 电压损耗校验

正常运行时，电压损耗在10%范围内视为正常。

U%

P35R35Q35X3557.47.265.331.46

100%100%1.2%5% 符合要求； 22

UN220P62R62Q62X6260.18.4615.138.73

100%100%0.16%5% 符合要求；

UN22202P64R64Q64X6451.911.866.845.98

100%100%0.6%5% 符合要求； 22

UN220

U%

故障运行时，考虑一条回路因故障切除，另一条回路能保证全部负荷供电，电压损耗在

10%范围内视为正常。

U%

P35R35Q35X35757.269.131.46

100%100%1.7%10% 符合要求； 22

UN220

U%

P62R62Q62X6283.48.4615.138.73

100%100%0.24%10% 符合要求；

UN22202P64R64Q64X6470.311.865.145.98

100%100%1.2%10% 符合要求。 22

UN220

U%

五变电站设计

由图2.3可知，方案3中2号变电站进出线最多，因此选它作为主变进行设计，包括主变

选择，变电所电气主接线设计，变电站短路计算和变电站电气设备的选择过程。

5.1 主变压器选择

5.1.1 相数的确定

对于330kV及以下的电力系统，在不受运输条件限制时，应选用三相变压器。 5.1.2 绕组数的确定

由于该变电所有3种电压等级，分别为220kV母线电压、110kV负荷电压、35kV厂用电电压，故采用三绕组变压器。 5.1.3 台数、容量的确定主变压器选择的原则是：

（1）主变容量一般应按5～10年规划负荷来选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的1级和2级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。（3）为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性。

考虑到2号变电所已构成环网，故变压器台数选为2台。

根据主变压器的选择原则，当一台变压器停运时，另一台变压器容量应能保证全部负荷（240MW）的70%～80%，按75%计，则一台变压器的容量为：

SN2400.75180MW

5.1.4 型号的确定

根据《大型变压器技术数据》，选定主变型号为：SFPS7-180000/220,该变压器的具体参数见下表5-1：

表5-1 主变SFPS7-180000/220详细参数

每台变压器的参数计算：

P0178336

GB21010S3.6810S 2

UN220I%S0.71806

Bm0N2S2610S 2

100UN100220PsUN26502202R20.97 2

1000S1000180N

us1%UN2264616/22202

X175.3 

100180100SNus2%UN2264616/22202

X25.38 

100S100180Nus3%UN2164626/22202X348.4 

100180100SN

5.2 变电站电气主接线设计

5.2.1 电气接线原则

2号变电所有3种电压等级，分别为220kV、110kV、35kV。接线方案如下：

1．本系统中220kV侧出线数为6回，当出线在4回以上，采用双母线可提高线路供电可靠性。由于220kV线路很重要，宜采用双母线带专用旁路断路器的旁路母线接线，这样不论母线故障或出线断路器检修，都不会使出线长期停电。

2．单母线分段接线适用于110kV配电装置有3-4回出线时，本系统中负荷为240MW，结合每条线路传输功率，可以确定110kV侧出线有4回，采用分段的单母线接线，平时分开运行，以减少故障时短路电流。如有重要负荷可用双回路分别接在不同分段上进行供电。 3．35kV侧只有一回出线，母线采用单母线接线，以备厂用电使用。 5.2.2电气接线图

图5.1 2号变电所电气主接线设计

5.3 变电站短路计算

短路计算的基本情况:

短路种类。一般按最严重的短路方式三相短路进行计算；若发电机的出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况进行校验。对于本变电所采用三相短路计算。

接线方式。计算短路电流所用的接线方式应该是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列的接线方式。对于本变电所合理的方法应该是，先将2号变电所的详细电气主接线插入到Power World中，再在电气主接线220kV双母线带旁路母线接线和110kV单母线分段接线不同运行方式时，调节短路点，测量短路电流。简化起见，此处就不考虑接线方式，而是直接在6节点单线图中插入110kV节点、35kV两个节点以及SFPS7-180000/220三绕组变压器等效模型进行计算。

短路计算点。在正常接线时，通过设备的短路电流为最大的点称为短路计算点。这里我们需要分别计算220kV,110kV,35kV短路电流，并取较大者。 5.3.1 220kV侧三相短路

在正常运行情况下，图中三绕组变压器高压220kV侧最大持续电流为

Imax

472A

在2号节点（220kV母线）处三相短路，此时的短路电流标幺值和有名值（幅值）分别为

I''*6.173,I''1620A

将各发电机合并成一个等值发电机GN6001503601110MW,从短路点向整个网络看进去的等效电抗为

X''

110.16 ''

I*6.173

前面求出的转移电抗按相应的等值发电机的容量进行归算，得到各等值发电机对短路点的计算电抗为

短路冲击电流为

x''X''

GN1110

0.161.798 SB100

ishKMI''1.916203078A

查阅汽轮机运算曲线数字表，可得0.1”， 2”，4”时的短路电流标幺值分别为0.547，0.584和0.584，有名值即为

1.59kA

I20.5841.7kA

I40.5841.7kA

I0.10.547

0.1”短路容量为

S0.1NI0.12201.59606MW

4”短路电流热容量为

Qk

I''210It2It2

k/2k

1.622101.721.722

tk411.47kAS



5.3.2 110kV侧三相短路

在正常运行情况下，图中三绕组变压器高压110kV侧最大持续电流为

Imax

944A

在2号节点处三相短路，此时的短路电流标幺值和有名值分别为

I''*5.967,I''3132A

将各发电机合并成一个等值发电机GN6001503601110MW,从短路点向整个网络看进去的等效电抗为

X''

110.168 ''

I*5.967

前面求出的转移电抗按相应的等值发电机的容量进行归算，得到各等值发电机对短路点的计算电抗为

短路冲击电流为

x''X''

GN1110

0.1681.86 SB100

ishKMI''1.931325950.8A

查阅汽轮机运算曲线数字表，可得0.1”， 2”，4”时的短路电流标幺值分别为0.532，

0.566和0.566，有名值即为

3.1kA

I20.5663.3kA

I40.5663.3kA

I0.10.5320.1”短路容量为

4”短路电流热容量为

S0.1NI0.13.1110591MW

I''210It2I/2tkk

Qk

3.1322103.323.322

tk443.2kAS



5.3.3 35kV侧三相短路

在正常运行情况下，图中三绕组变压器高压35kV侧最大持续电流为

Imax

2.97kA

在2号节点处三相短路，此时的短路电流标幺值和有名值分别为

I''*5.465,I''9015A

将各发电机合并成一个等值发电机GN6001503601110MW,从短路点向整个网络看进去的等效电抗为

X''

110.183 I''*5.465

前面求出的转移电抗按相应的等值发电机的容量进行归算，得到各等值发电机对短路点的计算电抗为

短路冲击电流为

x''X''

GN1110

0.1832.03 SB100

ishKMI''1.99015A17.13kA

查阅汽轮机运算曲线数字表，可得0.1”， 2”，4”时的短路电流标幺值分别为0.480，

0.507和0.507，有名值即为

8.79kA I20.5079.28kA

I40.5079.28kA

I0.10.4800.1”短路容量为

4”短路电流热容量为

S0.18.7935532.9MW

I''210It2I/2tkk

Qk

9.0152109.2829.2822

tk4342.9kAS



5.3.4 三相短路计算汇总

将以上短路计算数值汇总如下：

表5-3 短路计算结果

5.4 变电站电气设备的选择

5.4.1 电气设备选择原则

高压断路器和隔离开关是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器。高压断路器主要功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用。当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起着保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备，其最大特点是能断开电器中负荷电流和短路电流。而高压隔离开关的主要功能是保证高压电器及装置在检修工作时的安全，不能用于切断、投入负荷电流或开断短路电流，仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作。高压断路器的选择（1)种类

额定电压和额定电流

UNUNS式中：

，

INImax

UNS

，—分别为电气设备和电网的额定电压kV

IN，Imax—分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流A

（2）开断电流选择

校验断路器的断流能力,宜取断路器实际开断时间的短路电流,作为校验条件。因此，高压断路器的额定开断电流INbr，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量

INbrIpt

Ipt

，即

"IIINbrNbr当断路器的较系统短路电流大很多时，简化计算可用，I为短路电流值。

（3）短路关合电流的选择

为了保证断路器在关合短路电流时的安全断路器的额定关合电流incl不应小于短路电流最大冲击值ish，即

inclish

（4）短路热稳定和动稳定校验

在短路电流过断路器时,产生大量热量,由于来不及向外散发,全部用来加热断路器,使其温度迅速上升,严重时会使断路器触头焊住,损坏断路器。因此产品标准规定了断路器的热稳定电流,例如1s﹑4s的热稳定电流，其物理意义为：当热稳定电流通过断路器时,在规定的时间内,断路器各部分温度不会超过国家规定的允许发热温度,保证断路器不被损坏。

It2tQk,iesish

当tk1s时，可不考虑非周期分量的热效应，只计周期分量。

QkIpt2tp

式中：

Ipttp

—短路电流周期分量

—短路电流周期分量发热的等值时间

隔离开关的选择

隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器。它需与断路器配套使用，但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。

隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下，分合电路。其主要功用为：隔离电压，倒闸操作，分、合小电流。

隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。

隔离开关的型式较多，按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式；此外，还有V形隔离开关。隔离开关的型式对配电设备装置的布

置和占地面积有很大影响。还应根据配电设备特点和使用要求以及技术经济条件来确定。

母线的选择

屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线为钢芯铝绞线、软管母线和分裂导线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但一般不超过三个间隔宽度，档距越大，导线弧垂越大，因而导线相间及对地距离就要增加，母线及跨越线构架的宽度和高度均需要加大。硬母线常用的有矩形和管形。矩形用于35kV及以下配电装置中，管形则用于110kV及以上的配电装置中。管形硬母线一般安装在柱式绝缘子上，母线不会摇摆，相间距离可缩小，与剪刀式隔离开关配合可以节省占地面积；管形母线直径大，表面光滑，可提高电晕起始电压。但管形母线易产生微风共振和存在端部效应，对基础不均匀下沉比较敏感，支柱绝缘子抗震能力较差。

本变电站选择硬母线，110kV及以上用管形硬母线，35kV厂用电选择矩形硬母线。

电流互感器的选择

火电厂和变电所的电流感器的选择应符合的要求，其选择和配置应按下列条件：

1. 电流以互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择，对于6-20KV屋内配电装置，可

采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器，对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。 2. 一次回路电压UeUg，一次回路电流Ig.maxIe，电力变压器中性点，电流互感器的一次额

定电流，应大于变压器允许的不平衡电流，一般可按变压器额定电流的30%选择，安装在放电间隙回路中的电流互感器，一次额定电流按100A选择。

中性点非直接接地系统中的零序电流互感器应按下列条件选择和校验： 1）由二次电流及保护灵敏度确定一次回路起动电流

2）按电缆根数及外径选择电缆式零序电流互感器窗口直径 3）按一次额定电流选择母线式零序电流互感器母线截面

3. 准确等级：电流以互感器准确等级的确定需先知电流互感器二次回路所接测量仪表和继电

保护的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。

电压互感器的选择

电压互感器的选择和配置应按下列条件： 1. 电压互感器的型式应根据使用条件选择：

1）2-20kV配电装置宜采用油绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。 2）35kV配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器。

3）110kV以上配电装置，当容量和准确等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。

4）SF6全封闭组合电器的电压互感器采用电磁式，在需要检查和监视一次回路单相接地时，3-20kV宜采用三相五柱式电压互感器，35kV宜采用具有第三绕组的单相电压互感器。 2. 电压互感器一次额定电压应允许±10%的波动范围，二次电压应根据使用情况选择。

3. 准确等级：电压互感器应在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动

装置等设备对准确等级的要求确定，在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确等级。 4. 电压互感器二次负荷容量应大于或等于二次负荷的容量。

5.4.2 断路器和隔离开关的选择

根据表5-2所汇总的220kV、110kV、35kV侧三相短路计算结果，以及断路器、隔离开关数据，选择结果如下表所示：

表5-4 220kV侧断路器、隔离开关选择结果

注：SW表示户外少油式；GW表示户外型隔离开关；

表5-5 110kV侧断路器、隔离开关选择结果

表5-6 35kV侧断路器、隔离开关选择结果

通过表5-4、5-5、5-6中计算数据列表比较，已经完成了断路器和隔离开关的热稳定性、动稳定性校验。

5.4.3 电流互感器的选择

220kV电流互感器的选择

220kV侧出线回路最大工作电流不超过472A，初步选择型号LCW-220的电流互感器，额定电压220kV，额定电流4300/5，准确级次0.5级，1秒钟热稳定电流倍数60，动稳定倍数为60。

①热稳定校验：

(KtI1N)=(60?

1.2)

②动稳定校验：

5184轾(kA)?s犏臌

Qk 满足要求；

1NKes1.260102kAish 满足要求。

110kV电流互感器选择

110kV出线回路最大工作电流为904A，初步选择电流互感器型号为LCWD-110，额定电压110kV，额定电流2600/5，准确级次0.5级，1秒钟热稳定倍数75，动稳定倍数150。 ①热稳定校验： (KtI1N)=(75?1.2)②动稳定校验：

8100轾(kA)?s犏臌

Qk 满足要求；

1NKes1.2150255kAish 满足要求。

35kV电流互感器选择

35kV出现回路最大工作电流为2969A，初步选择电流互感器型号为LZZB9-35D，额定电压35kV，额定电流1000-3150/ 5，准确级次0.5级，1秒钟热稳定倍数40，动稳定倍数100。

①稳定校验：

(KtI1N)=(40?3.15)

②动稳定校验：

15876轾(kA)?s犏臌

Qk 满足要求；

1NKes3.15100445kAish 满足要求。

5.4.4 电压互感器的选择 220kV电压互感器选择

220KV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JCC-220型电压互感器：

校验：

（1）一次电压：198kV

（3）准确级：选用0.5级，保证设备对准确级的要求

（4）保证二次负荷在允许范围时S2

110kV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JCC-110型电压互感器：

校验：

（1）一次电压：98kV

（3）准确级：选用0.5级，保证设备对准确级的要求（4）保证二次负荷在允许范围时S2

35kV电压互感器选择

35KV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JDJJ-35型电压互感器：

校验：

（1）一次电压：31.5kV

（3）准确级：选用0.5级，保证设备对准确级的要求（4）保证二次负荷在允许范围时S2

七参考文献

[1]熊信银.发电厂电气部分[M].3版.北京:中国电力出版社,2004

[2]李光琦.电力系统暂态分析[M]. 北京: 中国电力出版社,2004 [3]单渊达.电能系统基础[M]. 北京:机械工业出版社,2001

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