摘 要

在科学技术日新月异的今天，人们的生活早已经离不开电，而电是靠电力网运输的，电力网中的重要环节就是变电站。变电站从电力系统中获得电能，通过变电站的变换、分配、输送、保护等功能，将电能安全、经济、可靠的输送到每一个用电负荷。变电站是将发电厂和负荷结合起来的枢纽，对电能的变换和分配起着非常重要的作用。电压等级不同的电网就是通过变电站这个枢纽连接起来的。

根据我国目前的电力发展现状，220kV变电站需要供给出优质、低价、可靠、稳定的电能。本着安全性、可靠性、经济性的原则，需要选择出合适的电气接线方式、合适的变压器型号。然后进行短路计算，动热稳定校验选择出合适的其他电气设备，比如：导体、断路器、隔离开关、互感器、避雷器、配电装置和继电保护装置等。最终根据综合分析计算结果，设计出变电站的一次系统接线图。

关键词：220KV变电站；电气主接线；短路计算

Abstract

With the development of science and technology, people's life has long been inseparable from electricity, and electricity is transported by the power grid, the important link in the power grid is the substation. The substation obtains electric energy from the power system. Through its functions of transformation, distribution, transmission and protection, it transfers electric energy safely, reliably and economically to the special place of each electric equipment. Substation is the hub which combines power plant and load, and plays a very important role in the transformation and distribution of power. Power grids with different voltage levels are connected by substation.

According to the current situation of electric power development in China, 220KV substation needs to supply high quality, low price, reliable and stable electric energy. In line with the principles of safety, reliability and economy, it is necessary to select the appropriate electrical wiring mode and the appropriate transformer type. Then the short-circuit calculation is carried out, and the dynamic and thermal stability checking chooses suitable other electrical equipment, such as conductor, circuit breaker, disconnector, transformer, lightning arrester, distribution device and relay protection device. Finally, according to the results of comprehensive analysis and calculation, the primary system wiring diagram of the substation is designed.

Key Words：220 KV Substation；Electrical Main Wiring；Short Circuit Calculation

目录

第1章 绪论 - 1 -

1.1 设计的目的和意义 - 1 -

1.2 国内外现状及发展 - 1 -

1.3 本设计的主要内容 - 1 -

第2章 电气主接线的设计 - 2 -

2.1 主接线的设计原则 - 2 -

2.1.1 设计电气主接线的依据 - 2 -

2.1.2 主接线应满足的三个基本要求 - 2 -

2.2 主接线的基本形式 - 3 -

2.2.1 单母线接线 - 3 -

2.2.2单母线分段接线 - 3 -

2.2.3 双母线接线 - 3 -

2.2.4 双母线分段接线 - 4 -

2.2.5 双母线带旁路母线的接线 - 4 -

2.3 主接线的选择 - 4 -

2.3.1 原始资料 - 4 -

2.3.2 对原始资料的分析 - 5 -

2.3.3 确定主接线方案 - 5 -

2.4 主变压器的选择 - 6 -

2.4.1 选择主变压器的类型 - 6 -

2.4.2 变压器容量的确定 - 6 -

2.4.3 确定主变压器 - 7 -

第3章 短路电流计算 - 8 -

3.1 短路计算的内容 - 8 -

3.1.1短路电流计算的目的 - 8 -

3.1.2短路电流计算的假设 - 8 -

3.1.3短路电流计算的步骤 - 8 -

3.2 短路电流的计算 - 9 -

第4章 主要电气设备的选择 - 12 -

4.1 高压电气设备的选择 - 12 -

4.1.1 一般原则 - 12 -

4.1.2 导体和电气设备的选择 - 12 -

4.2 主要电气设备的选型 - 14 -

4.2.1 断路器的选择 - 14 -

4.2.2 母线的选择 - 16 -

4.2.3 隔离开关的选择 - 18 -

4.2.4 其他电气设备的选择 - 19 -

第5章 变电站设计其他部分 - 21 -

5.1所用电设计 - 21 -

5.2 二次系统规划 - 21 -

5.2.1变压器的故障类型和异常情况 - 22 -

5.2.2主变压器的保护配置 - 22 -

5.3 防雷部分设计 - 23 -

5.3.1避雷针 - 23 -

5.3.2避雷器 - 24 -

第6章 结论 - 25 -

第1章 绪论

1.1 设计的目的和意义

随着电力网的不断发展，电力系统对变电站的要求也变得很高。目前国内、变电站的设计不论是在技术上还是在设计理念上都已经非常成熟了。变电站在电力系统中有很重要的作用，通过变换电能，调节输入、输出电压，将各级电网连接起来，是电力网的核心部分。

电力是我国非常重要的一种能源，未来电动汽车的发展，充电桩的建设都离不开电力网。电能具有不能大量储存的特性，所以必须规划好发电量和用电量的平衡，这也离不开一个强大的电力网的支持。作为一名当代大学生，选择设计一个变电站的主接线不仅能巩固自己大学四年来所学的专业知识，而且还开阔了自己的视野，为以后毕业从事电力行业方面的工作打下了良好的基础。

1.2 国内外现状及发展

我国已经全面步入小康社会，人们的生活质量日益提高，对电能的要求也越来越大。为了保证供电的可靠性，变电站应该减少故障的发生，以及故障发生后抢修的时间，变电站将朝着越来越智能化的方向发展。随着传感与检测技术，数字化技术，在线监测技术，计算机技术等在变电站中的应用越来越成熟，以后的变电站会变得越来越安全、可靠。

但是目前有关变电站通信网络和自动化系统的国际标准尚未正式发布，所以使得变电站的通信网络和自动化系统在选择上有争议。技术的发展没有标准和规范来进行约束，从而导致变电站自动化在设计上还存在分歧。不同生产厂家生产设备的技术和质量都不一样，各个地方的电力公司的设计要求也不一样，使得国内变电站的自动化技术还存在一些差异。

1.3 本设计的主要内容

本文拟设计一个变电站满足安全、可靠、优质、经济的要求。

变电站设计的主要任务有：

1）选择变电站的电气主接线方案。

2）进行短路电流计算，校验电气设备动、热稳定性。

3）确定各电气设备的型号及参数。

4）设计防雷及过电压保护装置。

第2章 电气主接线的设计

在发电厂、变电站的设计过程中电气主接线的设计是一个重要环节，同时它也是变电站内各种电气设备进行电能交换的重要通道。发电厂和变电站中配电装置的布置以及电气设备的选择都和电气主接线的合理选择有重要的联系。我们要综合比较变电站电气主接线设计各种方案的优劣，合理地确定出最优化的电气主接线方案。

2.1 主接线的设计原则

2.1.1 设计电气主接线的依据

1）变电站在电力系统中的作用和性质：一般可以分为枢纽变电站，中间变电站，地区变电站和终端变电站。  

2）变电站所承受负荷的重要性可分为：对一类负荷要有两个独立电源，使它供电绝对可靠；对于第二类负荷需要看实际情况来选择，但一般也应该设有两个独立的电源；对第三类负荷只要有一个电源即可。  

3）系统备用容量的要求：当变电站其中一台主变压器因某种原因断开时，另一台主变压器应该能保证该变电站70%全部负荷的供电，在过负荷时能够满足一二类负荷的供电。   

4）结合运行安全，检修灵活，扩建方便，经济合理等因素来进行综合考虑。

2.1.2 主接线应满足的三个基本要求

1）可靠性的基本要求：在母线断路器检修或母线发生故障时，应该能够满足一类负荷的供电，并且尽量减少停运的时间和回路。 

2）灵活性的基本要求：（1）在调度的过程中，能够灵活地切除或投入发电机，变压器，和线路，使系统能够正常运行；（2）在主接线发生故障或检修时，能够较为方便地切除断路器；（3）在扩展接线的过程中，能够比较轻松地扩展到新的接线方式，并且加入新的变压器和线路时不会相互干扰。

3）经济性的基本要求：主接线方式应该经济合理，但是也必须保证灵活性、可靠性的要求[1]。（1）投资小。在设计主接线时，应尽量使回路简单，减少一次设备和二次设备的使用数量。其中成本最高的电气设备是变压器和断路器。（2）占地面积小。设计主接线时必须要考虑各种电气设备的占地面积，尽量使其变小。（3）电能损耗小。合理地确定变压器的种类、数量、容量和输电线路的距离，减少能量损耗。

2.2 主接线的基本形式

2.2.1 单母线接线

1）单母线接线的优点：采用单母线接线是最简单的方式，这种方法不仅占地面积小、设备少，而且投资少、方便扩建。

2）缺点：满足灵活性、可靠性的要求较差。当母线检修或故障时，需要把与其相连的间隔设备全部停电，使整个配电装置停电。

3）适用范围：只有一台变压器的情况。具体条件如下：出线回路小于回的以下配电装置，小于回的配电装置，小于回的配电装置[2]。

2.2.2单母线分段接线

1）单母线分段接线的优点：可以使重要负荷有两个电源供电，因为在将分段断路器断开后，这种接线方式可以引出两个回路。还可以在某一段母线发生故障时，保证非故障段母线始终通电（只需要断开分段断路器将故障段母线切除），从而提高供电可靠性。

2）缺点：在其中一段母线发生故障或检修的时候，需要停电这一段母线连接的所有回路。这种接线方式还可能会使双回架空线发生交叉跨越的现象。

3）适用范围：通常用于中小型容量的发电厂和用户站接线中。具体条件如下：出线回路大于回的以下配电装置，回的配电装置，小于回的配电装置[3]。

2.2.3 双母线接线

母线联络断路器使双母线接线的两组母线同时工作，并联运行。两组母线上平均分配了负荷和电源。

1）双母线接线的优点：（1）可靠性高。在其中一组母线发生故障或检修时，这种接线方式可以不停电。因为这种接线方式可以交替使用一组母线（通过切换母联断路器和母线隔离开关来实现）。（2）灵活性高。这种接线方式可以灵活地满足所有运行方式的需要，任意一组母线都可以分配所有的电源和负载。（3）方便扩建。这种接线方式可以在不影响母线之间的负载均匀分布的前提下向任意一个方向扩展。不会出现双回架空线交叉跨越的现象。

2）缺点：这种接线方式投资比较大。而且隔离开关和断路器的倒换操作比较复杂，容易引起误操作。

3）适用范围：通常用于母线上输出回路数较多、电源功率较大，传输功率较大，发生故障后需要快速供电等情况。 具体条件如下：输出线路带电抗器的以下配电装置；负荷较大的配电装置；输出回路大于回的配电装置[4]。

2.2.4 双母线分段接线

双母线分段接线就是在双母线接线中的一组母线或两组母线上加装分段断路器的接线方式。

1）双母线分段的优点是：正常情况下两组母线并列运行。当任一母线段发生短路故障时，分段电抗器将限制短路电流。在检修母线时，另一母线可以通过倒闸操作保持并列运行。使系统的短路电流减小，也使母线故障的停电范围减小。可靠性更高，灵活性也更高。

2）缺点：增加了分段断路器数量，还额外增加了母联断路器，投资大。

3）适用范围：一般用于及以上变电站。

2.2.5 双母线带旁路母线的接线

为了避免因出线间隔设备检修造成的停电，往往会用旁路开关替代工作，从而使得该检修回路不间断供电。

1）双母线带旁路母线的接线的优点：接线方式具有双母线接线的全部优点，而且由于增设了旁路母线，当主变压器断路器检修时，该线路仍能继续供电。

2）缺点：旁路母线的倒换操作比较复杂，所用的电气设备数量较多，配电装置结构复杂，占地面积较大，投资费用大，经济性较差。

3）适用范围：通常规定大于或回出线的线路；大于或回出线的线路可以采用这种接线方法[5]。

2.3 主接线的选择

2.3.1 原始资料

1）变电站的位置：变电站的所处的位置为市郊荒地，地势平坦，污秽较轻。

2）变电站的规模：该所有、和三个电压等级，出线回，出线回，出线回。（出线图2.1见附录A）

3）负荷预测表：