毕业设计论文任务书

毕业设计（论文）任务书

一、设计题目：1、题目名称 220kV变电站设计

2、题目来源 现 场

二、目的和意义

本设计充分应用和巩固所学专业知识，继电保护及自动装置和高电压技术

等课本知识，进行实际运算，加深学生对在校期间所学知识的理解和掌握，提高

学生分析计算的能力，训练学生的综合运用能力和创造能力，使学生在行将毕业

参加工程实际工作之前得到电气设计工程师的初步训练，为今后的工作打下坚实

的基础。

三、原始资料

1、建设规模：该变电所主变采用2×120MVA,其电压等级为

220/110/38.5kV的变压器，220kV进出线四回，110kV进出线八回，35kV

进出线八回。

2、该地区的负荷预测情况及发展：2001年负荷为60MW,负荷水平增长率

为10%，

3、220kV系统短路容量为5600MVA，110kV系统短路容量为600MVA

4、本设计中各级电压侧年最大负荷利用小时数为：

220kV侧 Tmax=3600小时/年

110kV侧 Tmax=4600小时/年

35kV侧 Tmax=4000小时/年

5、所用负荷有：主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60kW，

锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等为250kW。

6、所址概括：该变电所地势较平，占地面积大，交通便利，出线走廊开阔，

地震烈度为7度，该所接近负荷中心，区域稳定可满足建所要求。

四、设计说明书应包括的内容

原始资料的分析；

变电所的主结线方案设计；

主变压器的选择；

④短路电流计算及一次设备和导体的选择；

⑤高压配电系统及配电装置设计；

⑥所用电的设计；

⑦防雷和接地设计；

⑧保护配置及整定计算等等。

五、设计应完成的图纸

1、设计说明书；

2、电气主接线图；

3、配电装置图。

六、主要参考资料

电气工程电气设计手册

专业课程教材

七、进度要求

1、实习阶段 第 周（ 月 日）至第 周（ 月 日）共

周

2、设计阶段 第 周（ 月 日）至第 周（ 月 日）共

周

3、答辩日期 第 周（ 年 月 日）

八、其它要求

220kV变电站设计

摘 要

本设计书主要介绍了220kV区域变电所电气一次部分的设计内容和设计方法。设计

的内容有220kV区域变电所的电气主接线的选择，主变压器、所用变压器的选择，母线、

断路器和隔离刀闸的选择，互感器的配置，220kV、110kV、35kV线路的选择和短路电

流的计算。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：变电站；主接线；变压器

220kV substation design

ABSTRACT

The design of the book introduces the regional 220kV electrical substation design

a part of the content and design. The design of the contents of the electrical

substation 220kV main regional cable choice, the main transformer, the

transformer ud in the choice of bus, circuit breakers and isolation switch option,

the configuration of transformer, 220kV, 110kV, 35kV line choice and short-circuit

current calculations. The design of the main high pressure also had a choice of

electrical equipment and computing, such as circuit breakers, isolating switches,

voltage transformers, current transformers and so on. In addition, a lightning

protection design and computing, incread the safety of the entire substation.

Keywords: substation; main connection; transformer

目 录

摘 要 ........................................................................................................................... 4

ABSTRACT .................................................................................................................. 5

第1章 引言 ................................................................................................................ 8

1.1 国内外现状和发展趋势................................................................................ 8

1.2原始资料简要分析 ....................................................................................... 11

第2章 电气主接线的设计 ..................................................................................... 13

2.1 电气主接线设计概述 .................................................................................. 13

2.2 主接线的基本接线形式及其特点 ........................................................... 17

2.3 电气主接线的确定 ...................................................................................... 21

第3章 主变压器的选择 ......................................................................................... 25

3.1 主变压器台数和容量的确定 ..................................................................... 26

3.2 主变压器型式的选择 ................................................................................ 29

3.3主变压器的选择结果 ................................................................................... 30

第4章 短路电流计算 ............................................................................................. 32

4.1 电路各元件参数标幺值的计算 ................................................................. 32

4.2 三相短路电流计算 ...................................................................................... 34

4.3 两相短路电流计算 ...................................................................................... 40

第5章 导体和电气设备的选择 ............................................................................. 41

5.1 断路器和隔离开关的选择 ......................................................................... 43

5.2 电流互感器的选择 ...................................................................................... 56

5.3 电压互感器的选择 ...................................................................................... 65

5.4导体的选择与校验 ....................................................................................... 67

5.5互感器在主接线中的配置 .......................................................................... 76

第6章 高压配电系统及配电装置设计 ................................................................ 78

6.1 配电装置的要求 .......................................................................................... 78

6.2 配电装置的分类 .......................................................................................... 79

6.3 配电装置的应用 .......................................................................................... 80

6.4 配电装置的设计要求及步骤 ..................................................................... 81

6.5 屋内配电装置的布置原则 ......................................................................... 83

6.6 本设计中配电装置的确定 ......................................................................... 86

第7章 所用电的设计 ............................................................................................. 88

7.1 所用电源数量及容量 .................................................................................. 89

7.2 所用电源引接方式 ...................................................................................... 90

第8章 防雷和接地设计 ....................................................................................... 93

8.1 防雷设计....................................................................................................... 93

8.2 接地设计.................................................................................................... 101

第9章 保护配置 ................................................................................................... 103

9.1 变压器的保护配置 ................................................................................... 103

9.2 母线的保护配置 ....................................................................................... 105

第10章 总结 ......................................................................................................... 106

参考文献 .................................................................................................................. 107

附录Ⅰ：外文文献原文 ......................................................................................... 108

第1章 引言

1.1 国内外现状和发展趋势

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。

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，在

中低压系统采用物理结构和电器特性完全独立，功能上既考虑测控又涉及继电保护这样的

测控保护综合单元对应一次系统中的间隔出线，在高压超高压系统，则以独立的测控单元

对应高压或超高压系统中的间隔设备；变电站层主单元的硬件以高档32位工业级模件作

为核心，配大容量内存、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而纳入一个统一的变电站自动化系

统中；与继电保护、各种IED、远方调度中心交换数据所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。

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。

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。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方法已经被国内外摒弃

和淘汰。采用一种更先进的技术改造变电站是一种必然趋势。

而变电站综合自动化技术在电力行业中已经引起越来越多的重视，特别是近年来，随着微

电子技术、计算机技术和通信技术水平的不断进步，变电站综合自动化技术也得到了迅速

发展，并逐渐得到了国内外很多国家的广泛应用。那么，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。

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

1.2原始资料简要分析

1、建设规模：该变电所主变采用2×120MVA,其电压等级为220/110/38.5kV的变

压器，220kV进出线四回，110kV进出线八回，35kV进出线八回。

根据建厂规模，对本变电所的电气主接线进行设计确定出2～3种方案，进行技术和

经济比较，确定出最佳方案。

2、该地区的负荷预测情况及发展：2001年负荷为60MW,负荷水平增长率为10%。

根据负荷预测及发展情况，可了解该地区的负荷情况及发展，根据负荷情况对主变压

器的台数、容量等进行选择。

3、220kV系统短路容量为5600MVA，110kV系统短路容量为600MVA。

根据以上两系统的短路容量，可计算出两系统的综合电抗标幺值。进而进行短路电流

的计算。收集、了解国内外电气设备的现状和发展趋势，了解设备和导体选择的条件，对

本变电所进行电气设备和导体的选择。

4、本设计中各级电压侧年最大负荷利用小时数为：

220kV侧 Tmax=3600小时/年

110kV侧 Tmax=4600小时/年

35kV侧 Tmax=4000小时/年

根据以上年最大负荷利用小时数，可查表得出导体经济电流密度，进而按照经济电流

密度进行母线截面的选择。

5、所用负荷有：主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60KW，锅炉动力、

检修间动力、主变冷却装置动力等为250KW。

根据以上所用负荷，可确定所用电设计的相关情况，如对所用变压器和所用主接线进

行设计。

6、所址概括：该变电所地势较平，占地面积大，交通便利，出线走廊开阔，地震烈

度为7度，该所接近负荷中心，区域稳定可满足建所要求。

根据以上所址概述，可了解到该设计中变电所的周边环境情况，可推测该所地处平原

地区，占地面积大，由此根据变电所配电系统和配电装置的设计原则，对本变电所进行高

压配电系统及配电装置设计；接近负荷中心，则要求供电的可靠性、调度的灵活性更高，

由35kV电压送电，该负荷侧可采用双回路送电。

第2章 电气主接线的设计

发电厂和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，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路。电

气主接线又称为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的作用。

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。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个独立电源供

电，其中任一电源必须在另一电源停止供电时，能保证向重要负荷供电。

电压和频率是电能质量的基本指标，在确定电气主接线时应保证电能质量在允许的变

动范围之内。

（2）电气主接线应具有一定得灵活性和方便性，以适应电气装置的各种运行状态。

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，一国家经济

方案。国家方针政策、技术规范和标准是根据国家实际状况，结合电力工业的技术特点而

制定的准则，设计时必须严格遵循。结合对主接线的基本要求，设计的主接线应供电可靠、

灵活、经济、留有扩建和发展的余地。设计时，在进行论证分析阶段，更应该辩证的统一

供电可靠性与经济性的关系，以使设计的主接线具有先进性和可行性。

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。

1、 对原始资料进行综合分析

（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，近期及远景

规划容量，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、最大负荷利用

小时数及可能的运行方式等。

（2）负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送

容量等。电力负荷的原始资料室设计主接线的基础数据，应在电力负荷预测的基础上确定，

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台主变压器停运时，其余变压

器容量在记及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电；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

对最终确定的主接线，按工程要求绘制工程图。

2.2 主接线的基本接线形式及其特点

电气主接线的型式是多种多样的，按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型的

主接线两大类。

2.2.1 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断供电。

2、双母线接线及分段接线

（1）双母线接线

双母接线有两组母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断

路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，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的场合是十分必要的。

2.2.2 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连接，常用

的有桥型接线、多角形接线和单元接线。

1、桥型接线适用于仅有两台变压器和两条引出线的发电厂和变电所中。因此，它不

适合本设计中对主接线进出线的要求。

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

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侧侧双母线带旁路母线接线，35KV侧单母线分段接线。

220kV进出线四回，而双母接线带旁路母线使用范围是110～220KV出线数为5回

及以上时。满足主接线的要求。且具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。

110kV进出线八回，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进出线八回，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：

方案一

图2-1 方案一的电气主接线

方案二：220KV侧双母线带旁路接线，110KV、35KV侧单母线带旁路母线接线。

220kV进出线四回，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。双母线带旁路母线，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。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，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的场合是十分必要的。

110KV、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

方案二

方案三：220KV侧双母线带旁路接线，110KV侧双母接线、35KV侧单母线分段接

线。

主接线如图2-3所示：

方案三

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：

表2-1 电气主接线方案比较

项目

可靠性灵活性经济性

方案

方案一：220KV、

110KV侧双母带

带旁路母线接2.各种电压级接线

线、35KV侧单都便于扩建和发

母线分段接线 展。

方案二：220KV1.灵活性较好；

侧双母线带旁路2. 单母线带旁路母

接线，110KV、线接线，检修母线或

35KV侧单母线母线故障期间中断供同时使配电装置运行复

带旁路母线接电。 杂化

线。

方案三：220KV

侧双母线带旁路2.有两台主变压器工

接线，110KV侧作，保证了在变压器2. 各种电压级接线2.母线采用双母线带旁

双母接线、35KV检修或故障时，不致都便于扩建和发路，占地面积增加。

侧单母线分段接使该侧停电，提高了展。

线。 可靠性。

1.可靠性高； 1.各电压级接线方1.设备相对多，投资较

式灵活性都好； 大；

1. 可靠性较高； 1.设备相对多，投资较

可靠性高

1.检修、调试相对灵

活；

2.扩建方便

大；

设备相对多，投资较大，

经济性较差，但对供电可

靠性的特殊需要是必要

的。

2.

旁路系统造价昂贵，

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，确定第一种方

案为设计的最终方案。

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 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。

根据以上主变压器台数的选择原则以及本设计的要求，该变电所装设两台主变压器。

3.1.2 主变压器容量的选择

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：2001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2001年该地区负荷的视在功率为：

S66.67(MVA)

P60

。

cos0.9



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2002年该地

区的负荷有功功率,视在功率；

P60(110%)66(MW)

SMVA

P66

73.33()

cos0.9



2003年该地区的负荷有功功率

PMW

60(110%)72.6()

2

,视在功率

S80.67(MVA)

P72.6

；

cos0.9



2004年该地区的负荷有功功率

PMW

60(110%)79.86()

3

,视在功率

S88.73(MVA)

P79.86

；

cos0.9



……

2011年该地区的负荷有功功率

PMW

60(110%)155.62()

10

,视在功率

S172.92(MVA)

P155.62

cos0.9



该地区未来5～10年的规划负荷情况如表3-1所示。

根据主变压器容量的确定原则，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%，可以确定单台变压器的额定容量。

2001年变电所单台主变压器的额定容量: 0.7×66.67=46.67(MVA)

S=

N

5—10年规划负荷：

2006年变电所单台主变压器的额定容量: S=0.7×107.37=75.16(MVA)

N-5

2011年变电所单台主变压器的额定容量: S=0.7×172.92=121(MVA)

N-10

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容

量： S=120MVA 。

N

表3-1 该地区未来5～10年的规划负荷情况

年份

2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年

负荷

P(MW)

S(MVA)

60 66 72.6 79.86 87.85 96.63

66.67 73.33 80.67 88.73 97.61 107.37

年份

2007年 2008年 2009年 2010年 2011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

―

―

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：

1、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。

2、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。

3、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。

在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。对于

容量、阻抗、电压等技术参数相同的两台或多台主变压器，首先应考虑共用一台备用相。

备用相是否需要采用隔离开关和切换母线与工作相相连接，可根据备用相在替代工作相的

投入过程中，是否允许较长时间停电和变电所的布置条件等工程具体情况确定之。

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丫和△，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，变压器绕组多采用丫连接；35KV亦采用丫连接，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采用丫连接方式，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，全国投运这类变压器约40～50台。

本设计中变电所具有三种电压等级，即220kV、110kV和35kV，需选用三绕组变压

器，变压器绕组的连接方式为丫/丫/△。

3.3主变压器的选择结果

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：

型号：SFPS7-120000/220

额定容量(kVA)：120000

额定电压（kV）: 高压—220±2×2.5%±4×2.5% ；

中压—121 ；

低压—38.5

连接组标号：YN/yn0/d11

空载损耗(kW)：129

负载损耗（kW）：高-中：477；高-低：150；中-低：102

阻抗电压（%）： 高-中：14；高-低：23；中-低：7.2

空载电流（%）：0.5

所以选择两台SFPS7-120000/220 型变压器为主变压器。

第4章 短路电流计算

高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、电抗器、线路等）的电抗，

采用标幺值计算。

在为选择电气设备而进行的短路电流计算中，如果系统阻抗（即等值电源阻抗）不超

过短路回路总阻抗的5%～10%，就可以不考虑系统阻抗，将系统作为“无限大”电力系

统处理，按这种假设所求得的短路电流虽较实际值偏大一些，但不会引起显著误差以致影

响所选电气设备的型式。另外，由于按无限大电力系统计算得到的短路电流是电气装置所

通过的最大短路电流，因此，在初步估算装置通过的最大短路电流或缺乏必需的系统参数

时，都可认为短路回路所接的电源容量是无限大电力系统。

由于在本设计的原始资料中未提及220kV系统、110kV系统的电源容量和等值电源

内阻抗，因此，可近似将系统看作无限大电源系统。

4.1 电路各元件参数标幺值的计算

1、主变压器的各绕组电抗标幺值计算如下：

11



U%U%U%14237.214.9U%

S12S13S23S1

22

11

U%U%U%U%147.2230.9

S2S12S23S31



22

11

U%U%U%U%237.2148.1

S3S13S23S12



22

取

UU

Bav

，，则

S1000MVA

B

X1.242

T1*

U%

S1

S

B

14.91000

100S100120

N

U%

S2

S

B

0.91000

0.075X

100S100120

N

T2*

X0.675

T3*

U%

S3

S

B

8.11000

100S100120

N

2、系统的综合电抗标幺值计算：

''

已知220kV系统短路容量为

SMVA

d1

5600

，110kV系统短路容量为

"

S600MVA

d2

,则可求得两系统的综合电抗标幺值：

S

B

1000

X0.179

*1

''

S

d1

5600

X1.667

*2

S

B

1000

"

600

S

d2

1

2

变电所简化电路图如下图所示：

图4-1 简化电路图

4.2 三相短路电流计算

4.2.1 220KV母线发生三相短路时的短路电流计算：

系统的等效电路图如图4-2所示。

"

（a） (b)

"

"

(c) (d)

(e)

图4-2 等效电路图及简化过程

XXX0.6750.6751.35

958

∑

0.1659

三角形连接转换成星形连接：

X0.402

10

X0.437

11

X0.437

12

XXX∥XXXX0.0750.4371.6670.4022.25

13411712210

XX

36

1.2421.242

XXX1.2421.2421.35

369

XX

39

1.2421.35

XXX1.2421.2421.35

369

XX

69

1.2421.35

XXX1.2421.2421.35

369

1



2

XX∥X0.1659

1113

XX

113

0.1792.25

XX0.1792.25

113

因为是无限大电源容量系统，所以次暂态短路电流为：

''

I6.03

1

11

X0.1659

1

有名值为：

I6.03KA

1

"

1000

3230

15.14()

冲击电流瞬时值：

i1.8215.1438.54(KA)

sh



短路电流的最大有效值：

IIKA

sh1

1.521.5215.1423.01()

"

"

短路容量：

SISMVA

t11B

6.0310006030()

4.2.2 110KV母线发生三相短路时的短路电流计算：

等效电路图及简化过程如图4-3所示。

（a） (b)

"

"

∑

0.523

(c)

图4-3等效电路图及简化过程图

XXXXX∥XX0.1790.4020.0750.4370.762

14110411712



XX∥X0.523

2214

1.6670.762

1.6670.762

1

2

因为是无限大电源容量系统，所以次暂态短路电流为：

''

I1.912

2

11

X0.523

2

1000

9.60kA有名值：I1.912

3115

"

2

冲击电流瞬时值：

i1.829.6024.44(KA)

sh



"

KAII

14.592()1.52

短路电流的最大有效值：

sh2

"

短路容量：

SISMVA

t11B

1.91210001912()

4.2.3 35KV母线发生三相短路时的短路电流计算：

等效电路图及简化过程如图4-4所示。

（a） （b）

(c) (d)

图4-4 等效电路图及简化过程图

X

34

XXXXXX

344553

1.242(0.075)(0.075)0.6750.6751.242

X0.675

5

X0.559

45

1.029

XXXXXX

455334

X

3

XXXXXX

34455

9.261X

X

4

53

XX1.029，

6734

XX0.559，

7845

XX9.261

8653

XX1.0290.5145

AB34

XX0.5590.2795

BC45

XX(9.261)4.6305

CA35

11

22

11

22

11

22

X0.621

AO

X0.0375

BO

X0.337

CO

XXX0.51450.27954.6305

ABBCCA

XX

ABCA

0.5145(4.6305)

0.51450.2795

0.51450.27954.6305

0.2795(4.6305)

3.8365

XXX∥XXXX

31AO2BOCOCO



1

11



0.1790.6211.6670.0375

1

11



XXXX

1AO2BO

0.3370.874

"

三相短路电流为：I1.144

*3

11

X0.874

3

17.85KA有名值：I1.144

"

3

1000

337

冲击电流：

i1.8217.8545.44(kA)

sh



短路电流的最大有效值：

"""

II12(K1)I12(1.81)1.52I27.132(KA)

M33M33

短路容量：

SMVA

t3

1.14410001144()

短路电流计算结果列表于下：

表4-1 短路计算结果表（有名值）

基准电压 短路电流 冲击电流 短路容量

短路点

(kV) (kA) (kA) (MVA)

K1 230 15.14 38.54 6030

K2 115 9.60 24.44 1912

K3 37 17.85 45.44 1144

4.3 两相短路电流计算

主要进行两相直接短路时的短路电流计算。

1、 220KV母线发生两相短路时的短路电流计算：

设系统中K1点发生b、c两相直接短路，则故障处的短路电流：

I0

fa

III15.1413.11(kA)

fbfc1

33

"

22

2、110KV母线发生两相短路时的短路电流计算：

设系统中K2点发生b、c两相直接短路，则故障处的短路电流：

I0

fa

III9.608.31(kA)

fbfc2

33

"

22

3、35KV母线发生两相短路时的短路电流计算：

设系统中K3点发生b、c两相直接短路，则故障处的短路电流：

I0

fa

III17.8515.46(kA)

fbfc3

33

"

22

第5章 导体和电气设备的选择

正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行

电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技

术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，

但对它们的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，

并按短路状态来校验动、热稳定性。

本设计中，电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选

择、避雷器的选择，导线的选择。

电气设备选择的一般原则：

（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；

（2）应按当地环境条件校核；

（3）应力求技术先进和经济合理；

（4）与整个工程的建设标准应协调一致；

（5）同类设备应尽量减少品种；

（6）扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致；

（7）选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。

技术条件：

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运

行。同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。各种高压设备的

一般技术条件如下表5-1所示：

表5-1 高压电器技术条件

额定 额定 额定 机械 额定开

序号 电器名称 电 压 电 流 容 量 荷 载 断电流

短路稳定性

绝缘水

（kA） (A (kVA) (N) (kA)

√ √ √ 1 断路器 √ √ √ √

√ √ 2 隔离开关 √ √ √ √

√ √ 3 组合电器 √ √ √ √

√ √ 4 负荷开关 √ √ √ √

√ √ √ 5 熔断器 √ √ √

√ √ 6 电流互感器 √ √ √ √

√ 7 电压互感器 √ √

√ √ 8 电抗器 √ √ √ √

√ √ √ 9 消弧线圈 √ √

√ √ 10 避雷器 √ √

√ √ √ 11 封闭电器 √ √ √ √

√ √ 12 穿墙套管 √ √ √ √

热稳定 动稳定

平

13 绝缘子 √ √ √ √

5.1 断路器和隔离开关的选择

断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运

行维护，并在经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，现一般

选用真空、SF、少油和压缩空气等断路器作为10kV～220kV的开关电器。

6

表5-2 高压断路器、隔离开关的选择及其校验项目

额定关合

项目 额定电压 额定电流 开断电流 热稳定 动稳定

电流

''

II

NOCKP

高压断路器

UU

NNnet

II

Nwmax

ii

Ksh

― ― 隔离开关

ItQ

tk

2

ii

Fstsh

同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，其型式应根据配电装置的布置特点和

使用要求等因素，进行综合技术经济比较后确定。

5.1.1 220kV主变、出线侧

1、主变断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流

I1.05330.66A

wmax

120



3220

具体选择及校验过程如下：

（1）额定电压选择：

UU220KV

NNnet

（2）额定电流选择：

IIA

Nwmax

330.66

（3）额定开断电流选择：

IIkA

NOCKP

''

15.14

选择LW6—220/2500，其技术参数如下表：

表5-3 LW6—220/2500技术参数表

额定工最高工额定额定开额定关4s热稳额定动稳额定开固有分

型号 闸时间

作电压作电压电流断电流合电流定电流定电流断时间

(kV) (kV) （A） （kA） （峰值）（kA） （峰值）(s)

(s)

（kA） （kA）

40 100 0.06 LW6-220/25220 252 2500 40 100 0.036

00

（4）热稳定校验：It> Q

tk

2

It4046400[(kA)s]

t

222

设主保护和后备保护的动作时间为0s和1.5s 。

热稳定电流计算时间：

ts

k

1.50.061.56



因为是无限大电源系统，所以

tt

eqk

QIt15.141.56357.58[(kA)s]

keq

222

可知 It>

t

2

Q

k

，满足热稳定校验。

（5）动稳定校验：

ii

Fstsh

因为,

i100kAi38.54kA

Fstsh

所以满足动稳定校验。

具体参数如下表：

表5-4 具体参数表

计算数据 LW6—220/2500

UU

NN

I

wmax

220kV 220kV

330.66A 2500A

15.14kA 40 kA

38.54kA

I

N

100 kA

I

"

i

sh

Q

k

ii

shFst

I

NOC

i

K

[)][)]

kAs（kAs（

357.586400

22

It

t

2

38.54kA 100 kA

由表可知，所选断路器满足要求。

2、出线断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流：

I2629.84A

wmax

120



3220

由上表可知LW6—220/2500同样满足出线断路器的选择。

其热稳定、动稳定校验计算与主变侧相同。

其具体参数如下表：