论文总字数：16759字

摘 要

电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理地驾驭电力，必须从电力工程的设计原则和方法上来理解和掌握其精髓。如何完成甸北十一万伏降压变电所的主设备选型与程序设计，是一个有意义并且很重要课题。

变电站是电力系统的重要组成部分，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，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。

首先，降压站主要电气设备的选择与校验，直接关系其运行的安全可靠性，在满足技术方面的要求前提下，满足最佳经济性的要求是我们要考虑的重要方面。

同时，该设计涉及内容包括变压器的选择、主接线形式的确定、短路电流计算、电气设备的选择等内容，对掌握电力工程的设计和电力规程的运用的非常有帮助的。

最后，通过负荷计算确定主变压器台数、容量及型号。根据短路计算的结果，对变电站的一次设备进行选择和校验。

关键词：变电站；电气主接线；短路电流；设备选择；程序设计；校验

Main equipment selection and program of 110,000 volt step-down station in Dian Bei

Abstract

Electric power has become the main power resource for the development of human history. We have to use electric power by master it’s essence of design principles . How to complete the main equipment selection and program design of the Dian Bei 110,000-volt step-down substation is a meaningful and important subject.

Substation is an important part of the power system, the link between the power plant and the user of the intermediate link, play a role in the transformation and distribution of electricity, directly affect the safety and economic operation of the entire power system.

First of all, the selection and verification of the main electrical equipment of the step-down station are directly related to the safety and reliability of its operation. On the premise of meeting the technical requirements, it is an important aspect we should consider to meet the requirements of optimal economy.

At the same time, the design involves the selection of transformer, the determination of the main wiring form, the calculation of short-circuit current, the selection of electrical equipment and other contents, which is very helpful for mastering the design of power engineering and the application of power regulations.

Finally, the number, capacity and model of the main transformer are determined by load calculation. According to the result of short circuit calculation, the primary equipment of substation is selected and checked

Key words: Substation; Main electrical wiring; Short circuit current; Equipment selection; Program design; check 目录

摘要 3

Abstract 4

第一章 十一万伏降压站概况 7

1.1 降压站位置分析 7

1.2 降压站地位 7

1.3 负荷分析 7

表A3 10kV用户负荷统计资料 7

第二章 变压器的选择 9

2.1 概述 9

2.2 主变压器台数的选择 9

2.3 主变压器容量的选择 9

2.4 主变压器型式的选择 10

2.4.1 相数的选择 10

2.4.2 绕组数的选择 10

2.4.3 调压方式的选择 10

2.4.4 绕组联接方式选择 10

2.4.5 变压器的冷却方式 10

第三章 电气主接线的设计与选择 11

3.1 电气主接线的概念 11

3.2 电气主接线设计的基本要求 11

3.2.1 可靠性 11

3.2.2 灵活性 11

3.3 主接线的选择 11

3.3.1 110kV系统的主接线选择 11

3.3.2 35kV侧的主接线形式 11

3.3.3 10kV侧接线形式选择 11

第四章 短路电流的计算 12

4.1 概述 12

4.2 短路计算的目的及假设 12

4.2.1 短路计算的目的 12

4.2.2 短路电流计算的一般规定 12

4.2.3 短路计算基本假设 12

4.2.4 基准值的选取 12

4.2.5 短路电流计算的步骤 13

第五章 电气设备的选择 15

5.1 隔离开关和断路器选择的条件 15

5.1.1 断路器选择的条件 15

5.2 隔离开关选择的条件 15

5.2.1 110KV侧断路器与隔离开关的选择 15

5.2.2 35KV侧断路器与隔离开关的选择 16

5.2.3 10KV侧断路器与开关柜的选择 18

5.3 母线的选择与校验 20

5.3.1 110kv侧主母线的选择与校验 20

5.3.2 35kv侧主母线的选择与校验 20

5.3.3 10kv侧主母线的选择与校验 (1) 按照经济电流密度选择导体截面 21

5.4 电压互感器和电流互感器的选择 21

第六章 配电装置的选择 23

6.1 配电装置的基本要求 23

6.2 配电装置的分类 23

6.3 配电装置的安全净距 24

6.4 配电装置的型式选择 25

6.4.1 配电装置型式选择依据 25

6.4.2 比较选择结果 26

第七章 实用程序设计 28

7.1 源程序 28

7.2 程序运行例图 31

致谢 33

甸北十一万伏降压站主设备选型与程序设计说明书

十一万伏降压站概况

降压站位置分析

甸北降压变电站位于甸北市近郊，地价适宜，适合建造变电站。附近类似于炼钢厂一类的负荷较多，需要建造降压变电站。甸北降压变电站所在地区最高气温40℃,最热月平均最高气温35℃。正常情况下设备可以运行。

降压站地位

 降压变电站是整个电力系统正常运行的不可或缺的重要条件^[[1]]，完善对变电站的设计和主设备选型对现代电网和电气设备的安全运行有举足轻重的作用。甸北十一万伏降压变电站的设计及主设备选型等工作，对甸北市区及周边人民正常生活及工作具备重要意义，必须认真对待，踏实笃行^[[2]]。

负荷分析

表A1 110kV用户负荷统计资料

110KV侧负荷分析：变电所电源电压处仅向炼钢厂供电，为双回路。停电将造成残次品及设备故障。

表A2 35kV用户负荷统计资料

35KV侧负荷分析：水泥厂及机械厂的供电线路，四回线路。停电将造成严重经济损失，影响周边生产和人民群众正常生活。

表A3 10kV用户负荷统计资料

10KV侧负荷分析：主要向木材厂、制药厂等小型负荷供电，回路数较多。该部分较之前两个设计更为复杂。饲料厂无重要负荷却有二回线主要是出于发展的眼光，用于为饲料厂开发新型饲料等措施提前做准备。

变压器的选择

概述

变压器担任着传送有效电压的重要任务，是甸北变电所主要电气设备。所以完善对甸北变电站变压器的选择是对其设计的关键环节。^[[3]]同时，变压器的选择也比较灵活，既要计算，也要考虑经济因素。要以发展的眼光，考虑甸北这座城市的各种因素和变电所以后有可能的发展状况来选择主变的台数及容量。

主变压器台数的选择

对待设的甸北变电所而言，当一台主变运行时，全部负荷的65%-85%应能由其余变压器承担，而且对炼钢厂等重要负荷的正常供电，否则会引起工厂大规模损失，更有甚者，可能会引发较大事故。故甸北降压变电所主变压器台数应选择两台。

主变压器容量的选择

主变压器容量的选择应放长眼光，根据甸北5-10年的发展潜力来制定计划。对中枢变电所,应考虑在某一台主变压器停运的特殊情况下，其余变压器剩余容量及过负荷能力允许的安全时间内，应满足对I类及II类负荷的供电。^[[4]]
对于装设两台变压器的变电所，每台变压器的容量Sn通常按下式进行初选: 

（1）Sngt;=Simp

式中: Simp-变电所全部重要负荷容量
变电所某一级电压的最大计算负荷为: Smax=KtΣPmax(1 α )/cosα

式中Kt一同时率； Pmax、cosα-各用户的最大有功和功率因数；

α一该电压级电网的线损率

待设降压变电站计算如下：

P_imp=41*62% 3.6*60% 3.5*50% 2*20% 2.8*60% 1.8*40% 2.5*30% 1.2*0%=32.88MW；

已知K_t=0.92；α=5%；

S_imp=0.92*32.88*(1 5%)/0.8=39.70MVA

（2）变电所的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的70%，即

S_M≥0.7*43=30.1MVA

所以变压器容量至少为39.7MVA，故应选择两台63MVA的主变压器来满足负荷要求。

主变压器型式的选择

相数的选择

待设甸北变电所在甸北城市近郊处，地势平坦，运输原料方便，容量适中不至于过大。故该待设变电所应选用三相变压器。

绕组数的选择

由于本次甸北变电所设计中各绕组的功率约为主变容量的50%，同时不存在选址偏远、制造困难等原因，且一般情况下在110kV降压变电所普通型三绕组变压器被选择的前例比较多。故该甸北降压变电所拟采用普通型的三绕组变压器。

调压方式的选择

调压方式具体有两种：一种是无载调压，可调范围通常在±5%以内；另一种是有载调压，调整范围比无载调压大很多。但有载调压同时也有制造复杂，造价昂贵的缺点^[[5]]。

结合上述情况以及甸北降压变电所的实际需求，待设甸北变电站的主变高压侧应选择无载调压实现电压调整。

绕组联接方式选择

电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星、三角两种。甸北变电站110kv高压侧应选择YN联结方式，只有这样才能取到中性点。对于本变电站变压器的35kV电压等级侧也采用同样方式联结，以便接入消弧线圈，而10kV低压侧采用三角形以消除三次谐波的影响。故本次设计应选用YN/y0/d11接线。

变压器的冷却方式

按照一般情况，该待设甸北变电站采用自然风冷的冷却方式。

综上所述，该待设降压变电站采用SFS7-40000/110型号三绕组变压器，额定容量为40000KVA，空载损耗为46.5KW，短路损耗为174KW，空载电流为0.8%，阻抗电压10.5%。

电气主接线的设计与选择

电气主接线的概念

电气主接线是发电厂和110kv变电所中电气部分的主体。甸北降压变电站的主接线设计的好坏也影响附件产业链的正常进行。甸北十一万伏变电所是联系其所属电厂和下属用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，而主接线是甸北变电所的电气部分的主体结构，关系到整个甸北变电站后续电气设备选择，是变电所设计的不可取代的环节^[[6]]。

电气主接线设计的基本要求

对电气主接线的基本要求，概括地说是应满足可靠性、灵活性、经济性三个方面。

可靠性

要保证甸北变电站能在40℃高温下该待设变电站主接线要能安全、正常、可靠地工作，以保证对开发区的炼钢厂以及附近的地区负荷不间断供电，且三个电压等级处负荷均应能正常运行。

灵活性

待设的甸北降压变电站，负荷端用户的要求较多且大多不同，必须保证一定的灵活性以满足不同种类用户的需求。

主接线的选择

110kV系统的主接线选择

用断路器将母线分段后，若因特殊情况的发生导致一段母线暂时停运，停运段将被因此动作的断路器去除，从而保证正常段母线不间断供电和不致使附件炼钢厂等重要用户停电而引发严重后果。所以，应该选择单母线分段接线。

35kV侧的主接线形式

单母线分段接线方式与单母线接线方式这两种方式对比之下，前者在维护便利方面比单母线较好，可靠性较高。造价略微昂贵，但是在可控范围内；单母线分段接线方式与单母分段带旁路接线相比，单母分段带旁路接线有一些附加的设备，其余几乎没有差异，同时也增加了面积，建造成本也有所上涨。所以甸北降压变电站选择单母线分段接线。

10kV侧接线形式选择

10kV低压侧,出线在2回或以上时选择单母线分段接线形式的先例较多。甸北降压变电站10kv低压侧大部分是木材厂等小型工厂，可以接受短时停电，故选择单母线分段接线。

短路电流的计算

概述

线路短路而引起的灾害人尽皆知，所以提前做好短路电流的计算，其重要意义不言而喻。一个不提前做好短路计算的变电站，是不可能投入运营的。同时，短路计算对供电可靠性的预估也意义非凡。短路也分不同种类，在这里，我们主要讨论甸北变电站的三相短路情况^[[7]]。

短路计算的目的及假设

短路计算的目的

短路计算一直以来都在变电站主设备选型与设计中扮演着一个重要角色，甸北降压变电站当然也不例外。对甸北降压变电站进行的短路计算的目的主要有以下几个方面：

（1）选择屋内或是屋外保护装置。

（2）选择后续导体和电气设备，如隔离开关和断路器等。

（3）配备接地装置。

短路电流计算的一般规定

1、在进行短路计算是应保持发展的眼光看待问题，应考虑到变电站未来几年的发展情况，为将来可能发生的短路情况做好准备。将一切可能的未知因素通过短路计算表达出来，不至于酿成事故。

2、三相短路的数值使用频率比其余两项高，且一般就是用三相短路计算值来验算最后的稳定性。

短路计算基本假设

短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：

1、短路电流取到峰值时算作短路。

2、变压器的励磁电流的存在引起的误差可忽略。

3、本章计算内容均取各元件标幺值。

4、电容、电感对本章计算内容几乎无影响。

基准值的选取

基准电流I_B和基准电抗可通过功率关系和欧姆定律求得，即和。

短路电流计算的步骤

1、各元件标幺值计算

设U_B==115kV;S_B=100MVA

发电机*=

线路X_L*=X_L

变压器*=

系统*=

2、选择K1、K2、K3为短路点，分别计算短路电流
K1、K2、K3点分别设于待设计变电所110kV母线、35kV 桥开关、10kV母线处。
(1)先计算出短路点至发电厂高压母线的X_∑*;
(2)求转移电抗
(3)将转移电抗归算为计算电抗
(4)当X_js≥3时， =/==1/
当lt;3时，查相应的短路电流运算曲线，查得、、
用标么值分别乘以各自的基准值得出有名值，而短路点的总短路电流等于发电厂和系统提供的短路电流之和。

(5)求冲击电流=I"因为短路点距发电厂较远取K_m=1.8
(6)求短路电流周期分量热效应
=tk/12() (tkgt;1S时，≈)

各短路电流计算结果如下图：

电气设备的选择

隔离开关和断路器选择的条件

断路器选择的条件

在选择断路器这一环节，除了正规的热、动稳校验和额定电压、额定电流的选择外^[[8]]，主要增加了额定开合以及开断电流的校验。

隔离开关选择的条件

本次设计选用隔离开关无上述的两个额外项目，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验与上述一致。

110KV侧断路器与隔离开关的选择

1.主变断路器的选择与校验

选择LW6-110，其技术参数如下表：

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