大连理工大学 网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 豪德集团变电所电气部分设计
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2023年7月28日
变电所是电力系统的重要组成部分，对变电所电气部分进行分析和研究具有十分重要的意义。变电所电气一次部分设计包括变电所总体分析、主变选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电装置和总平面设计等。
本文主要是对豪德集团10KV变电所电气部分设计进行研究，在对变电所的发展现状与趋势等基本的信息进行了解的基础上，对建筑电气设计的主要内容进行介绍，并结合豪德集团10KV变电所项目，给出了该项目变电所的总体分析及主变选择的方法，接着对豪德集团10KV变电所电气主接线进行设计，最后对所采用的接线方式进行短路电流计算。
关键词：变电站；主接线设计；短路电流
目 录
1.1 变电所的发展现状与趋势.............................................................................. 1
2.1 变电所的总体分析及主变选择...................................................................... 3
3 变电所的总体分析及主变选择................................................................................. 8
3.1 变电所的总体情况分析.................................................................................. 8
4.2 电气主接线设计的原则和基本要求............................................................ 11
4.3 电气主接线设计说明.................................................................................... 11
5.2 变电所短路电流计算.................................................................................... 16
1.1 变电所的发展现状与趋势
随着我国经济社会的迅速发展，用电量需求不断增加，电力负荷缺口逐渐扩大，对电力系统的安全运行以及国民经济的健康有序的发展构成了威胁。因此，国家不仅加大发电装机容量的投入，也积极支持电网配电设备的建 设。与此同时，随着城市化的快速推进，为了解决城市用电负荷问题，越来越多的无人值班的室内变电站应运而 生，显示出旺盛的生命力和优越性。在寸土寸金的城市土地上，合理的投资和建设一个变电站不但要考虑到其基本功能，并且要与周围的环境相适应，尽量减少对周围城市居民的正常生活的干扰，还得要进一步考虑其扩建的可能性。
为了保证我国经济的高速发展以及持续的城镇化进程，我国电力系统进入了快速发展阶段，电网建设得到进一步完善。目前，我国变电所主要现状是老设备向新型设备转变，有人值守向无人值守变电所转变，交流传输向直流输出转变，在城市变电所建设中，户内型变电所大幅增加。国外变电所主要是交流输出向直流输出转变。数字化智能变电所是国内外变电所未来发展趋势[1]。
1.2 变电站的研究背景
能源工业是现代生产的主要驱动力。电能科学的发展和广泛应用，对我国工农业的快速发展和人民生活水平的提高发挥了巨大的作用和深远的影响。随着大规模农网建设深入推进，优质、安全、可靠、宽松的供电环境逐步形成，我国电力事业逐步与国际接轨。为了适应我国电力事业的发展，把所学知识应用到实际生产中，我设计了一个变电站。
随着经济的发展和现代工业的迅猛发展，供电系统的设计也越来越全面、系统。工厂用电发展迅速，电能质量、技术经济条件和供电可靠性指标也在不断提高。因此，对电源设计提出了更高更完善的要求。工程项目是否合理，直接影响基础设施投资、运行成本和有色金属消耗，也反映供电和安全生产的可靠性，与企业经济效益、设备安全和生产安全密切相关。生产安全。人身安全。随着现代计算机技术、通信技术和网络的发展，为固定变电站、控制装置、电流保护与计量、系统分离等情况的优化组合和系统集成提供了技术基础[2]。变电站涉及很多方面：分析变电站执行的任务和用户负荷，根据用户数据计算负荷，确定用户无功功率补偿装置。随着高新技术和复杂电力技术的快速发展，电力系统从发电到供电的各个领域都在通过新技术的使用不断发生变化。变电站作为电力系统中的主要环节，在新技术领域也得到了充分的发展。
1.3 本次论文的主要工作
本次论文主要研究豪德10KV变电所的电气部分设计。主要包括六大部分：
第一部分绪论，主要包括变电所的发展现状与趋势、变电站的研究背景、本次论文的主要工作；
第二部分建筑电气设计的主要内容，主要包括变电所的总体分析及主变选择、电气主接线的选择、短路电流计算以及电气设备选择等基本的概述；
第三部分变电所的总体分析及主变选择，主要掺水变电所的总体情况分析、主变压器容量的选择以及主变压器台数的选择；
第四部分电气主接线设计，讨论了电气主接线设计的原则和基本要求以及所设计变电所的电气主接线设计说明；
第五部分对所设计的变电所进行短路电流计算；
第六部分是对全文概括性的总结。
2 建筑电气设计的主要内容
随着国内经济的发展以及城镇化建设的逐步深入，用户的用电量也逐渐增加，如何分配电网与负载之间的关系显得尤为重要。因此为了满足当地人民的生产生活需要以及工厂的用电需求，正在进行城镇化的城市需要新建变电站和扩建变电站。在设计变电站时，一定要考虑经济性、环保性，在全球变暖这个大环境下，尽量选择节约资源的设计方法，。如何协调好资源合理分配利用和环境保护问题也是亟待考虑的问题。
2.1 变电所的总体分析及主变选择
（1）变电所的总体分析
伴随着我国家经济的高速发展以及工业化、农业化水平的大幅度提高，需电量也在急速增长，国家、社会以及人民对电能质量以及供电可靠性、高效性的要求也愈来愈高。在电能从发电到用电的输送过程中，负责变电的变电站是一个十分重要的环节，是电网的枢纽，它承担着汇聚各路电能并且再分配电能以及变换电压等级的作用，因此对变电站，尤其一个大容量变电站的电气方便进行合理地设计和供电可靠、设备人身安全、安全生产、经济效益等关联密切。
可靠性是变电站产生的电能能够在整个配电网流通并完美地传送到各个用电地点首先要保证的要求。主接线只有满足了可靠性，才能应用于城市内的工厂，才能实现电能的生产要求、才能满足用户用电的需求。但是太高的可靠性有可能会造成电力的浪费。为保证供电可靠性，对有大量一、二级负荷的变电所，应满足电力负荷对供电可靠性的要求，应采用两台变压器；对季节性负荷或昼夜负荷变化较大时，应使变压器在经济状态下运行，可用两台变压器供电[3]。
（2）主变压器的选择
选择主变压器容量时要考虑三个原则：
1）主变的额定容量不进要考虑目前经过主变输送的视在功率，还要考虑随着经济发展，未来5至10年，甚至更久，经过主变输送的视在功率。
2）当某一台主变维修停运或被继保断开时，剩余的主变额定容量能输送负荷容量的70%至80%。
3）当某一台主变维修停运或被继保断开时，剩余的主变额定容量能输送全部的I、II重要级别负荷总容量。
变压器的相数的选取要考虑主变额定容量、运输便利与否，制造复杂与否。额定容量小的主变，且电压等级在330kV及以下，考虑到三相变比单相变投资小、便于维修、结构简单、占地面积小、运行消耗功率小，故在站址交通便利的情况下选三相变。而额定容量大、电压等级高的主变由于做成三相变体积庞大，不宜运输，占土地资源也大，故用单相变[4]。
2.2 电气主接线的选择
单母线接线：其中的接线结构见如下图2.1(a)。单母线接线的供电电源一般为变电站高压进线回路，单母线接线形式上为变压器、线路等元件全部接在一条母线上并行工作。优点：接线结构简单方便，不使用额外的断路器、隔离开关等电气设备，故电气设备数量较少，投资少，扩建和操作方便，不宜出错，缺点是当这根母线出现问题，接在母线上的所有电气设备均要停止工作，接在母线上的所有电气设备靠近母线侧的隔离开关同样，可靠性差，运行方式也单一，不具备灵活性。 这种接线仅适用于进出线路很少，且接有不太重要的负荷的变电站中。
图2.1 单母接线、单母分段接线、双母接线图
单母线分段接线方式：其接线形式见下图2.1(b)，单母线通过分段断路器和隔离开关将对母线分成多段，它的优点是当其中的某一段母线出现问题时，或者接在该段母线上的隔离刀闸出故障处于维修状态时，只有该段母线和接在其上的电气设备停电，其他母线及接在其上的元电气设备通过分段断路器与出问题段母线隔绝。 该接线方法比上一种可靠，运行方式也较上一种多，但对了分段断路器、隔离开关和CT。
双母线接线：该接线结构见下图2.1(c)，双母接线上有两根母线，通过母联相连，互为备用母线。每一连接在母线上的元件都根据母线的条数装两个母线隔离开关。供电可靠度相比较前两者高很多，运行方式有很多，因此调度非常灵活，但是根据前面的结构，多了母联支路和接在母线上的隔离开关，故使得投资很高，常常用在10kV母线上的带电抗器出线位置；接在35～60kV母线上的进出线数大于八回多使用，接在110～220kV母线上的进出线数大于等于五回。
双母分段接线：该接线形式结构见下图2.2，在双母线接线的基础上将一条或两根母线进行分段，进一步提高可靠性和灵活性，母线段数增加，当母线出现事故时，就越能缩小受影响的范围。
图2.2 双母分段接线图
双母带旁路接线：结构如图2.3所示，旁路母线可以作为进出线断路器维修和出现问题时得替补母线，使进出线不致发生停电，常用在高压线路输送容量较大，停电时，对系统影响较深的变电站中，可靠性更高，灵活性更强。但是多了旁路母线和旁路支路，就增加了很多投资。
图2.3 双母带旁路接线图
2.3 短路电流计算
计算短路电流的目的：
考虑到开发需求，确保设备的选择可靠并且可以在一定时期内满足经济和灵活性需求。同时计算短路电流的目的也有很多种，最主要的是以下几个原因：
（1）方便电气主接线的选择；
（2）正确选择其他配件和相应的电气设备；
（3）断电装置的正确选择与装配。
计算短路电流的基本假设：
（1）电气系统能够正常运行；
（2）所有电源的电动势相位角相同；
（3）电抗值保持自身的稳定与不变，不随外界情况的变化而变化；
（4）不将电弧阻抗以及励磁支路计算在内；
（5）进行短路电流计算时，选取设备的额定值；
（6）不考虑输电线路以及电容。
计算短路电流的一般规定：在计算短路电流时，必须考虑初始的图纸的设计方案。同时不应忘记未来的电气系统全局设计，考虑到将来负荷增大以及设备数量增加的情况，即使现在电路的设计也能正常工作。同时尽量变大现在短路电流的计算。同时也要考虑到其它设备的影响，比如，电机、电容补偿设备对整个系统的影响。在计算时，要考虑到以上两个设备的作用，也要将它们的作用考虑到其中。
选择设备时也要考虑正常连接系统的短路电流，将这个点作为接地点，在计算短路电流时必须将其考虑到其中。
计算时要按照三相短路计算通电导体的稳定性以及开关的电流。再出现中性点接地以及两相短路，自耦变压器直接的单相，双相接地短路情况时，要按照造成的最大负荷以及最大损失来计算，从而避免造成更大的损失。只有这样，才能避免突发情况，避免意外损失。当短路电流达到最大值时，就算出问题也可以及时保护整个电气系统，以最大程度地减少电路损耗。
（2-1）
其中为基准电流、为基准电压、为电抗。
短路点的短路计算电压（或称平均额定电压）是因为线路首端短路时其短路最为严重，因此按线路首端电压考虑，即短路计算电压取为比线路额定电压高5%，按我国标准有0.4，0.69，3.15，6.3，10.5，37，69，短路电流非周期分量最大值计算如下：
（2-2）
2.4 电气设备选择
断路器在系统中起到控制运行方式的作用，能接入电气设备，也可以切断线路；继保装置可以快速反应使故障隔离，使设备受到保护。断路器有油断路器，油断路器内部的绝缘介质为无杂质的油，分为多油（现如今少使用），少油（应用在10至220kV电压等级的电网中）、真空断路器（应用在35kV及以下，内部为真空）、SF6断路器（各种电压等级，内部为SF6）[7]。
隔离开关不能在投切负荷的时候使用，也不能在通断短路电流的时候使用[8]。
必须确保在所有电压等级的避雷针上安装避雷针，并在主要运输路线上安装防雷线。针对毕业设计，拟采取针对220，110kV的设备，将防雷线安装在架构之上，还剩下的35kV侧则选择独立的避雷针进行保护。在装设避雷针时要严格遵守以下原则：保证所保护的装置一定是在安装的避雷针的保护范围之内，其次，避雷针本身要保证高于被保护物且两者的具体不能太远，否则并不能起到相应的保护效果。接地体与被保护物之间还必须保留充裕的电气隔断。无空隙氧化锌避雷器是如今最优秀的过电压保护设备。它的优点很多，其中最重要的是它可以极大地提高避雷针的承受反复雷击的能力，并且移动起来更容易，因此，目前可以用于国内外许多变电站所使用的大型设备。
