?Sy1?U1Iy11U12?U1U1Y?(G?jB)??Py1?j?Qy1
22S1?S1'??Sy1?P1?jQ1dU其纵分量ΔU和横分量δU分别为
根据上面给出的电压计算公式，当功率P+jQ，通过阻抗R+jX时，还会产生电压降落
?U?相量示意图如图2-5所示。
PX?QRPR?QX；
?U?U2U2
图2-5 电压降落相量示意图
在220kV及以上高压电力系统中，一般X>>R，R≈0；故
?U?QX；PX。
?U?U2U2可见：△U与线路的无功功率有关；δU与线路的有功功率有关；从相量图看， △U 直接影响线路的电压大小，δU 影响δ大小。因此，在高压电力系统中，电压幅值主要与无功功率有关，流动的无功Q越大，首末端电压差越大，无功功率总是从高压端流向低压端；线路的功率角与有功功率有关，输送的有功功率P越大， δ越大，有功功率总是从超前电压向滞后电压流动。
（2）已知S1、U1求S2、U2 与上面一种情况的计算类似，从前向后一次推算即可。
2. 线路电能指标 （1）电压指标
1）电压降落：指首末端电压的相量差，
dU?U1?U2；
...2）电压损耗：指线路两端电压的数值差，常用百分数表示，
电压损耗%?U1?U2UN?100%；
3）电压偏移：指系统某点电压与额定电压值的偏差。常用百分值表示。
电压偏移%?U1?UNUN?100%
4）电压调整：指电力系统中某元件末端空载电压与负载时电压数量差。通常用百分值
表示，
电压调整%?U20?U2U20?100%
（1）经济指标
1）输电效率：线路末端输出的有功功率与首端输入的有功功率的比值。
电压调整%?P1?100% P2 2）线路损耗（网损率）：即线路本身消耗的电能与线路首端输入电能的比值。
线损率%??W?100 %W1 3. 运算功率和运算负荷
运算功率和运算负荷是为了简化计算而引进的一个概念，特别是对复杂网路；如图2-6所示的系统，其简化等值电路如图2-7所示。
图2-6 系统电气接线图
图2-7 系统等值电路
S—电源功率；S1、S2—负荷功率；S’等值电源功率；S1’、S2’等值负荷功率；
S‘’运算功率；S1‘’、S2‘’运算负荷；这样将发电厂和变电站综合成一个负荷点，使电路分析更加简单。
3. 简单开式网的潮流计算
简单开式网络一般是简单的放射网络，其潮流计算步骤的内容如下： （1）按精确计算方法计算网路元件参数。其中：
1）有名制计算。按变压器实际变比，将网络元件参数归算至基本级的有名值，在实际当中往往取最高电压级为基本级。潮流计算常用有名制计算。
2）标幺值计算。按变压器实际变比，将网路元件参数化为标幺值计算。
（2）用电力线路额定电压求变电站的运算负荷和发电厂的运算功率（对固定出力的发电厂）。
（3）做出等值网络图，将元件参数标于图中。 （4）潮流计算。其中：
1）若已知负荷功率及该点处的电压，可由此逐段逐点推算出各线路功率损耗和电压降落，从而算出各支路功率和各点电压。
2）若给出的负荷功率和电压不是同一点的值，则应先假设所给负荷功率点处的电压，再推算出所给电压处的电压值。如这一推算出的电压值与给定电压值相差甚远，则需重新修正假设电压，直至求出的电压值与给定电压值相近，且认为满意为止。然后以此为基础，计算出全网的潮流分布。
但为计算简单起见，通常采用如下计算方法：先假设全网电压为额定电压，逐段推算功率损耗，得出全网的功率分布；再从已知电压点处，根据该处由前面计算所得的功率逐段推算出电压降落，从而求出各点电压。
第二节 调压计算
一、变压器分接头的选择
由于通过改变变压器原付方绕组的匝数比可调，因此在双绕组变压器的高压侧和三绕组变压器的高、中压侧均有若干个分接头供选择使用。各类变压器分接头选择的计算方法如下。
1. 双绕组降压变压器
双绕组降压变压器等值电路如图2-8所示，参数已经归算到高压侧，
已知变压器负荷最大值SM、最小值Sm；U1变化范围U1M～U1m，二次侧电压要求U2M～U2m , 计算选择合适的分接头。
1）最大负荷时，高压电压母线运行是U1M ,低压母线要求电压时U2M ；变压器负荷功率
SM=PM+jQM，计算此时变压器变比，为了简化计算，不计网损。
图2-8 降压变压器的等值电路
?UM
PR?QMX； ?MU1MU2'M?U1M??UM?U1M?PMR?QMXU1M；
U1tM?U2'MU2NPR?QMXU2N?(U1M?M)U2MU1MU2M；
KM?U1tMU2N；
2）最小负荷时，高压电压母线运行是U1m ,低压母线要求电压时U2m ；变压器负荷功率Sm=Pm+jQm，
计算此时变压器变比，为了简化计算，不计网损。
PR?QmX；'PR?QmX；
?Um?mU2m?U1m??Um?U1m?mU1mU1mU1tm?U2'm取平均值：UUU2NPR?QmXU2N；
?(U1m?m)Km?1tm；
U2NU2mU1mU2m1t?1(U1tM?U1tm)； 2根据U1t选一个较近的分接头。
2. 双绕组升压变压器
升压变压器的分接头在高压侧，一般升压变压器的低压侧大多接发电机母线。参数归算到高压侧，等值电路如图2-9所示。已知变压器负荷最大值SM、最小值Sm；U1变化范围U1M～ U1m ，二次侧电压要求：U2M～U2m ，选择合适的分接头。最大负荷时：
PR?QMX； 'UGM?U2M??UM?U2M?MU2M'UtGM?UGMU1N；'U1N； UtGm?UGmUGMUGm1(UtGM?UtGm)； 2UtG?与降压变压器相比，区别仅仅在于电压损耗的减和加。
图2-9 升压变压器的等值电路
2. 三绕组变压器分接头选择
三绕组变压器的分接头在高、中压侧。计算方法同于双绕组变压器。计算方法是：根据高低压侧电压要求，求出高低压侧变比，即高压侧的分接头（看成一个双绕组变压器）；根据高中或者中低压侧的电压要求，再确定中压侧的分接头（也可以看成双绕组变压器）。
利用调节变压器变比调压一般适合系统无功充足的情况。 二、改变网络中无功功率分布
当电力系统无功功率不足时，需要适当的地点对所缺无功进行补偿，这样也就改变了电力网中无功功率分布。当负荷点装设了无功补偿容量，如图2-10所示，可以减少电力线路上的功率损耗和电压损耗，从而提高了该负荷点的电压。为了调整节点电压而设置的无功补偿容量要和变压器调压结合起来考虑。
图2-10 具有无功功率补偿的系统
1.装饰并联电容器
由于并联电容器只能发出无功功率来提高节点电压，而不能吸收无功功率来降低电压，故在轻负荷时应将其部分或全部切除。在选择并联电容器容量时应分两步考虑。
（1）按最小负荷无补偿选择变压器的分接开关位置计算为
'UTmin?U2minUT2N；
U2min选一个与UTmin ，最接近的标准分接开关位置UT1 ，则变比K=UT1/UT2N 。 （2）按最大负荷全补偿确定并联电容器容量为
电气工程及其自动化专业（函授）
毕业设计指南
河海大学 能源与电气学院
二〇一四年
第一章 电气工程专业毕业设计概述
第一节 毕业设计的基本要求
一、 毕业设计的目的和要求
毕业设计（论文）是高等教育人才培养计划的一个十分重要的综合性教学环节。毕业设
计（论文）的基本教育目的是：培养和提高学生综合运用所学的基本能力；培养学生独立工作能力、创新能力、以及理论联系实际严谨求实的工作作风。可见，毕业设计（论文）是在学生经过几年系统的理论知识学习之后，学习如何应用这些理论知识解决工程实践问题的过程。这个过程是对所学理论知识的复习巩固，深化和应用。在这个环节中，应使学生全方位能力有所提高，如调查研究、收集、查询和阅读中外文献资料；综合运用专业理论与知识分析解决实际问题；能进行定性定量想结合的独立研究与论证；指定试验方案，选用合适的仪器设备并能进行安装、调试、测试、对试验数据进行采集与分析处理；设计、计算与绘图能力，包括使用计算机的能力；逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达能力；撰写设计说明书和毕业论文的文字表达能力。这样，既可使学生对本专业在国内外的发展现状、技术水平、有所了解，又使学生具有了一定的工程实践意识，为今后的工作奠定了基础。
通过毕业设计应达到下列要求：
（1）熟悉国家能源开发的方针政策和有关技术规程、规定、导则等，树立工程设计必须安全、可靠、经济的观点。
（2）巩固并充实所学基本理论和专业知识，能够灵活应用、解决实际问题。 （3）初步掌握电气工程专业工程设计流程和方法，独立完成工程设计、工程计算、工程测绘、编写工程技术文件等相关设计任务，并通过答辩。
（4）培养严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风。 二、毕业设计的选题
根据毕业设计的目的和要求，毕业设计论文选题需注意以下几点。
（1） 理论与实践的结合，选题尽可能结合生产、科研、实验室建设和经济建设的实际任务，促使教学、科研、生产的有机结合；
（2） 全面能力的提升，选题不仅要体现本专业基本训练内容，还应充发挥每个学生的积极性与创造性，指导教师给出方向和任务后引导学生自己完成很多细节，自己去独立思考解决问题的方法；
（3） 科研方法的入门，国家教育部教学大纲上规定，本科毕业生应“具有从事科学
研究工作和担负专门技术工作的初步能力”。因此，还应考虑让部分有能力、有兴趣的同学通过调查研究某一方面的课题撰写学术论文或科研报告。
三、毕业设计（论文）的编写步骤
（1）选题。目前，高等院校毕业论文的选题通常先由指导教师提出报告，说明其意义、目的、要求、主要内容、工作难点及实验应具备的条件。经教研室和毕业设计领导小组讨论确定，然后向学生公布，由学生自主选择。选题是毕业设计的第一步，是一项艰苦的探索性工作，需在查阅大量资料，调查咨询，努力思考下完成。
（2）搜集资料。资料搜集主要是通过查阅科技图书、科技期刊和特种文献进行。科技图书主要有教科书、专著和手册等，科技期刊是指采用统一名称、定期或不定期出版的连续性刊物，特种文献包括科技报告、会议文献和学位论文。此外，随着计算机和互联网技术的发展，各种电子出版物和各种网站已成为科技人员获得最新科技情报的重要来源。
（3）制定工作计划。制定工作计划的目的是明确具体的工作内容和工作范围，要解决的关键问题，工作的难点和重点，以及要检索的文献资料，要做的调查研究和采用的科学方法。工作计划要考虑全面、周到、合理，也要有一定的灵活性，面对研究过程中未曾遇到新情况，要认真分析，找出解决方案。
（4）开展研究工作。在查阅一定量的文献资料后，通过理性的思考，可提出一些想法，这些想法是科学的理性思维和恰当的逻辑推理的结果，并且需要对它进行验证，在研究工作实施阶段，需要灵活地处理意外事件，捕捉新的线索，使研究工作进行下去，有新的突破和发现，另外在研究工程中要做好严格仔细的资料搜集和记录工作。
（5）对科研进行总结。科研总结是通过对原始资料进行整理、处理和推理分析，对原有的设想和想法进行论证，揭示出研究对象的内在规律性，寻找出疑难问题的答案。
在完成了一项科研专题后，可通过撰写毕业论文对前期工作进行总结，毕业论文是科技成果的一种表现形式。
第二节 毕业设计的准备和实施
一、毕业设计的准备 1.毕业设计题目的确立
毕业设计题目一般在毕业设计前一学期，根据专业具体培养方向确定多个题目类型，并且由各指导老师提出具体毕业设计（论文）题目，也可根据工程需要由指导老师与学生商定。
2.毕业设计资料收集
学生接到《毕业设计任务书》之后，要认真阅读，并根据相关设计指导，全面了解整个设计的目的，内容和基本要求，进行设计的资料准备。
发电厂、变电站一次部分的毕业设计所需参考的部分标准，见表1-1，根据设计内容的
不同及今后技术的发展趋势，标准也在不断地更新并与国际标准接轨。
表1-1 毕业设计需参考的部分标准 名称 电力系统电压和无功电力技术导则（试行） 电力系统电压和无功电力管理条例 标准代号 SD 325—89 批准单位 能源部 能源部 能源部 经贸委 经贸委 经贸委 经贸委 经贸委 能源部 备注 行业标准 ﹝1988﹞18号 ﹝1993﹞218号 行业标准 国家标准 行业标准 国家标准 国家标准 国家标准 国家标准 行业标准 行业标准 行业标准 行业标准 行业标准 国家标准 国家标准 国家标准 电力系统电压质量和无功电力管理固定（试行） 220~500kV变电站设计技术规程 35~110kV变电站设计规范 3~110kV无人值班变电站设计规程 并联电容器装置设计规范 电力工程电缆设计规范 继电保护和安全自动装置技术规程 建筑物防雷设计规范 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 火力发电厂、变电站二次接线设计技术规定 水力发电厂二次接线设计规范 220~500kV电网继电保护装置运行整定规程 DL/T 5218-2005 GB 50059—2011 DL/T 5103—2012 GB 50227—2008 GB 50217—2007 GB 14285—2006 GB 50057—2010 DL/T 620—1997 DL/T 5136—2012 DL/T 5132—2001 DL/T 5155—2002 电业安全工作规程（发电厂和变电站电气部分） 电气技术中的文字符号制定通则 电气系统说明书用简图编制 电气技术用文件的编制 第1部分：规则
GB/T 7159—1987 GB/T 7356—1987 GB/T 6988.1-2008 二、毕业设计的实施过程 毕业设计的实施过程主要包括：
（1）学生拟定初步设计方案并经指导老师批准通过。
（2）学生根据设计方案，逐一完成设计内容，教师定期进行具体指导。
（3）学生撰写毕业论文（毕业设计说明书）初稿、绘制相应设计图；教师进行审阅，指出不足，学生进行修改。
（4）学生撰写毕业论文（毕业设计说明书）正稿、绘制相应设计图、打印相关材料。
第三节 毕业设计的评阅与答辩
一、毕业设计的评阅
毕业设计的评阅是毕业设计中不可缺少的重要环节。学生在规定时间内完成毕业设计的任务后，将毕业设计的任务书、说明书、计算书及图纸交指导老师认可，然后由答辩委员会制定专门的教师进行评阅。 二、答辩的准备和程序 1. 答辩前的准备
（1）系（专业教研室）成立毕业答辩委员会和答辩小组，答辩委员会由教研室的专业
教师担任，负责制定统一评分标准。答辩小组的任务是主持答辩工作，并确定学生的毕业设计成绩。每个答辩小组的成员不得少于3人，由一名有经验的教师担任组长。 （2）学生答辩前，应在规定的时间提交毕业设计成果
（3）评阅教师对每位学生的毕业设计成果提出书面评阅意见和问题，供学生提前准备。 （4）答辩前学生应充分准备，最好能写出书面答辩提纲，并作一定的物质准备。 2. 答辩主要程序
（1）学生对设计或论文做扼要的介绍，时间一般为10min左右。 （2）答辩委员会提出问题，学生回答。
（3）对于可演示的课题，答辩委员会可以要求学生在计算机房或在实验室对成果加以演示。
（4）学生退场。
（5）答辩委员会根据评阅人意见，指导老师意见，学生在答辩会上的表现，通过讨论，给出评语及成绩。
（6）委员会就设计或论文是否通过，给学生以肯定的答复。
第二章 电力系统的基本计算
第一节 电力系统元件参数计算
一、线路参数的计算
当线路电压为110~220kV、架空电力线路长度为100~200km、电缆电力线路不超过100km时，常用集中参数表示，其等值电路多用π型等值电路，如图2-1所示：
一般的R、X、B分别为线路的正序参数，计算时电导常忽略不计。
电缆电力线路的参数一般从手册中查找或从试验中确定，而不必计算。
架空线路单位长度的参数计算见表2-1。
图2-1 线路π型等值电路
表2-1 架空线路单位长度的参数计算公式
参数名称 电阻r1 (Ω/km) 普通线路 电纳b1 (Ω/km) 电抗x1 (Ω/km) 计算公式 符号说明 ? sDx1?0.1445lgm?0.0157 rr1?b1?7.58 ?导线的电阻率，Ωmm2/km S 导线截面积，mm2 Dm三相导线几何均距； Dlgmr?10?6 r 导线的计算半径 单位同Dm 电阻r1 (Ω/km) 分裂线路 电纳b1 (Ω/km) r1??ns n 分裂导线根数 req 分裂导线的等值半径， 电抗x1 (Ω/km) x1?0.1445lgDm0.0157 ?reqn?10?6 b1?7.58lgreq?nrd12d13.....d1n Dmreqd12，d13，….，d1n 分裂间距 对于35kV及以下电压等级架空线路，可以不计线路电纳。
对架空电力线路长度超过300km和电缆电力线路超过100km时，则须考虑它们的分布参数特性。
二、变压器参数计算 1. 双绕组变压器
双绕组变压器等值电路如图2-2所示。
图2-2 双绕组变压器等值电路
双绕组变压器参数计算见表2-2所示。
表2-2 双绕组变压器参数计算公式
参数名称 计算公式 符号说明 Pk—绕组短路损耗，kW； UN—变压器额定电压，kV； SN—变压器额定容量，MVA Uk%—绕组短路电压百分数 绕组电阻（Ω) PkUN2RT?1000SN2XTUk%UN2?100SNP021000UN绕组电抗（Ω) 励磁电导（S) GT? P0—变压器空载损耗，kW 励磁电纳（S) BT?I0%SN100UN2 I0%—变压器空载电流的百分数 2. 三绕组变压器
三绕组变压器的等值电路如图2-3所示。习惯上用1、2、3绕组分别表示高、中、低压侧绕组。
图2-3 三绕组变压器等值电路
三绕组变压器的参数计算公式与双绕组变压器相同，可以套用。但由于三绕组变压器的短路试验是在两两绕组短接第三绕组开路的方式下进行的，所以要根据两两绕组的短路试验数据，先求出各个绕组的短路损耗、短路电压的数据，其计算公式见表2-3。
根据表2-3提供的公式，求出各绕组短路的数据，套用双绕组变压器求参数公式可得
RT1Pk1UN2?1000SN2Uk%UN2?100SN，
RT2Pk2UN2?1000SN2，
RT3Pk3UN2 ?1000SN2XT1，
XT2Uk%UN2?100SN，
XT3Uk%UN2 ?100SN需要注意的是，三绕组变压器的三个绕组容量有时会出现不相等的情况，我们把最大的绕组容量定义为变压器额定容量。例如i组容量与变压器额定容量不等，则名牌上给出的与i绕组相关的两个绕组间的短路损耗是对应于i绕组的容量，所以在进行表2-3所示的计算之前，应将其归算成对应于变压器额定容量下的值。例如三绕组容量之比为100/50/100表示1、3绕组容量相等且为变压器额定容量，2绕组容量是变压器额定容量的50%。这时名牌上给出的P’k(1-2)，P’k(2-3)应归算至100%额定容量下，计算式为
Pk(1?2)?P'k(1?2)(SN2；S)Pk(2?3)?P'k(2?3)(N)2 SN2SN2符号说明 表2-3 各绕组短路参数计算公式 参数名称 计算公式 1绕组短路损耗 Pk1?Pk2?1[Pk(1?2)?Pk(1?3)?Pk(2?3)] 21[Pk(1?2)?Pk(2?3)?Pk(1?3)] 21[Pk(1?3)?Pk(2?3)?Pk(1?2)] 21[Uk(1?2)%?Uk(1?3)%?Uk(2?3)%]2 Uk(1-2)—1、2绕组间短路电压 百分数 Uk(1-3)—1、3绕组间短路电压百分数 Uk(2-3)—2、3绕组间短路电压百分数 Pk(1-2)—1、2绕组间短路损耗 Pk(1-3)—1、3绕组间短路损耗 Pk(2-3)—2、3绕组间短路损耗 2绕组短路损耗 3绕组短路损耗 Pk3?1绕组短路电压百分数 Uk1%?2绕组短路电压百分数 1Uk2%?[Uk(1?2)%?Uk(2?3)%?Uk(1?3)%]2 1绕组短路电压百分数 1Uk3%?[Uk(1?3)%?Uk(2?3)%?Uk(1?2)%]2
3. 自耦变压器
由于自耦变压器为消除高次谐波，设有一个三角形接线的第三绕组，所以其等值电路
与三绕组变压器相同，但其参数计算与三绕组变压器略有差别，由于自耦变压器的第三绕组容量总是小于变压器的额定容量常为50%SN，制造厂家给出的短路试验数据中，与3绕组相关的短路损耗Pk和短路电压百分数Uk%均未归算至额定容量，所以两者均需归算，即
Pk(1?3)?P'k(1?3)(SN2；S)Pk(2?3)?P'k(2?3)(N)2； SN3SN3Uk(1?3)%?U'k(1?3)%(余下的计算与三绕组变压器相同。
SN2； S)Uk(2?3)%?U'k(2?3)%(N)2； SN3SN3三、其他元件参数计算及表示 1. 发电机和电抗器
发电机和电抗器的参数计算公式见表2-4。
需要说明的是，表示发电机的等值电抗XG有：同步电抗Xd、Xq，暂态电抗X’d，次暂态电抗X’’d、X’’q，负序电抗X2等。应根据计算目的或要求，取用不同的电抗。制造厂家提供的均是以发电机额定容量为基准的电抗百分数，所以需按表2-4所列出公式计算。
表2-4 发电机和电抗器参数计算公式
参数名称 计算公式 符号说明 发电机电抗（Ω） XGX%U?GN 100SNXG %—发电机电抗的百分数； UN—发电机额定电压，kV； SN—发电机额定容量，MVA XR %—电抗器电抗的百分数； UN—电抗器额定电压，kV； IN—电抗器的额定电流，kA 电抗器电抗（Ω） XRXR%UN ?1003IN
2. 电力负荷的表示
电力负荷有多种表示方法，可用恒定功率或恒定电流表示，也可以用恒定阻抗或恒定导纳表示。当需要精确表示时，则用多项式或者负荷特性曲线表示。
四、电力系统各元件参数的标幺值计算 1. 近似计算法
区SB为基准容量，取各级电压的平均额定电压为基准电压UB，并认为变压器的变比为两侧平均额定电压之比，各元件的额定电压等于平均额定电压Uav，一次计算出各元件参数的标幺值，即为近似计算。
我国各级电力网的平均额定电压值Uav，列与表2-5
表2-5 我国电力网额定电压与平均额定电压
额定电压UN（kV） 平均额定电压Uav(kV) 3 3.15 6 6.3 10 10.5 35 37 60 63 110 220 330 500 115 230 345 525
2. 精确计算法
取SB为基准容量，确定基本级，并取UB为该级的基准电压，变压器的变比取实际变比。从而各元件所在网络的基准电压UB，可由基本级的基准电压UB经变压器的实际变比归算而得。依此计算出各元件的标幺值，即为各元件参数的精确值。
’第二节 潮流计算
一、潮流计算的目的
所谓潮流分布：指电力系统中各节点电压和各支路功率（电流）分布。电力系统潮流计算式电力系统设计及运行时必不可少的基本计算。计算目的主要有：
（1）在规划设计中，用于选择接线方式、电气设备及导线截面。 （2）在运行时，用于确定运行方式。制定检修计划、确定调整电压范围。 （3）提供继电保护、自动化操作的设计与整定数据。 二、简单电力网的潮流计算 1. 电力线路
输电线路的等值电路如图2-4所示。
一般的计算工作是：由线路某端运行量求另一些运行量。下面按照常见的几种情况讨论： （1）已知S2、U2求S1、U1
图2-4 输电线路等值电路
?Sy2?U2Iy2U221?U2U2Y?(G?jB)??Py2?j?Qy2；
22P2'?Q2'2?IZ?(R?jX)；
2U222S2'?S2??Sy2；?SzS1'?S2'??Sz?P1'?jQ1'；
P2'?jQ2'P2'R?Q2'XP2'X?Q2'RU1?U2?(R?jX)?U2??jU2U2U2
Qc?U2maxK'； (U2maxK?U2max)X?2.选用同步调相机
同比调相机在最大负荷时可过激运行发出感性无功功率，使电压升高；在最小负荷时又可欠激运行，吸收感性无功功率，使电压降低。通常认为欠激运行时的容量是过激运行时的一半。故可写出
Qc?U2maxK； '(U2maxK?U2max)X??1UKQc?2min(U2minK?U2'min)； 2X?''经整理得出：K?U2maxU2max?2U2minU2min；
U22max?2U22min按求出的变比K计算分接头开关位置的电压值UT=KUT2N ，然后选定标准分接开关位置UT1 ，实际变比为K=UT1/UT2N，带入公式中即可求出需要的调相机容量。再根据产品目录选出与之相近的标准调相机。
调压计算中的串联电容补偿计算本章不作介绍，如若需要请参阅有关书籍。
第四节 短路电流的计算
一、短路电流计算的目的、规定和步骤 （一）短路电流计算的主要目的 （1）电气主接线的比较与选择。
（2）选择断路器等电气设备、或对这些设备提出技术要求。 （3）为继电保护的设计以及调试提供依据。
（4）评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。 （5）分析计算送电线路对通讯设施的影响。 （二）短路电流计算一般规定 1. 计算的基本情况
（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。
（2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。 （3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 （4）所有电源的电动势，相位角相同。
（5）应考虑对短路电流有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流时才予以考虑。
2. 接线方式
计算短路电流所用的接线方式，应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运行的接线方式。
3. 计算容量
应按工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般取工程建成后的5～10年。
4. 短路种类
一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器回路中的单相、两相接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。
5. 短路计算点
在正常接线方式时，通过设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。
对于电抗器的6～10kV出现于厂用分支线回路，在选择母线至母线隔离开关之间隔板前的引线，套管时，短路计算点应选在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。
6. 短路计算方法
在工程设计中，短路电流计算均采用实用计算法。所谓实用计算法，是指在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量，而不是用微分方程去求解短路电流的完整表达式。
（三）计算步骤
本节介绍了适用于工程实际计算的运算曲线法，其步骤简述如下： （1）选择计算短路点。
（2）绘出等值网络（次暂态网络图），并将各元件电抗统一编号。
（3）化简等值网络：将等值网络简化为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间电抗，即转移电抗X（4）求计算电抗Xjs。
（5）由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值。 （6）计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量标幺值。 （7）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 （8）计算短路电流冲击值。 （9）计算异步电机供给的短路电流。 （10）绘制短路电流计算结果表。 二、三相短路电流的计算 （一） 等值网路的绘制
1. 网络模型的确定
计算短路电流所用的网络模型为简化模型，即忽略负荷电流；除1kV以下的低压电网外，元件的电阻都略去不计；输电线路的电纳及变压器导纳也略去不计；发电机用次暂态电抗表示；认为各发电机电势模型为1，相角为0。
?。
''2. 网络参数的计算
短路电流的计算通常采用标幺值进行近似计算。常取基准容量SB为一整数例如100MVA（或1000MVA），而将各电压等级的平均额定电压取为基准电压，即UB=Uav=1.05UN，从而使计算大为简化。
在实际电力系统接线中，各元件的电抗表示方法不统一，基值也不一样。为此的电抗应首先将各元件的电抗值换算为同一基准下的标幺值。常见的基准值见表2-6。
表2-6 常用标幺值计算的基准值(SB=100MVA) 基准电压 3.15 6.3 10.5 15.75 37 63 115 162 230 345 525 UB(kV) 基准电流IB(kA) 基准阻抗18.39 9.16 5.50 3.67 1.56 0.92 0.50 0.36 0.25 0.17 0.11 ZB(Ω) 0.099 0.397 1.102 2.481 13.69 39.69 132.25 262.44 529.00 1190.2 2756
（二）化简等值网路
采用网络简化法将等值电路逐步化简，求出各电源与短路点之间的转移阻抗。 在工程计算中，为进一步简化网络，减少工作量，常将短路电流变化规律相同或相近的电源归并为一个等值电源。归并的原则是距短路点电气距离大致相等的同类型发电机可以合并，至短路点电气距离较远，Xjs>1的同一类型或不同类型的发电机也可以合并；直接接于短路点的发电机一般予以单独计算，无限大容量的电源应单独计算。
（三）三相短路电流周期分量起始值的计算
进行网路简化时，可简化到最简单的形式即只有一个等效元件，元件的一端是一等值电源，另一端是短路点。此类元件的电抗称转移电抗用X''表示。这样可用欧姆定律求出短
?路电流数值即
I*''?式中 E''''E?X?''
—等值电源的次暂态等效电势。在简化计算时，取E''?1。 ??短路电流的计算公式可进一步简化为
I*''?短路电流的有名值则为
1X?''
I''?I*''IB
我们把短路容量SF定义为
SF?短路容量的标幺值为
3I''UB
SF*S?F?SB3I''UB3IBUB?1
''X?从而得出了短路容量标幺值的倒数就是转移电抗X''。
?在计算系统内某局部网络的短路电流时，常给出系统在与此网络连接处的短路容量，这时可将系统等效地看场一个电源（电势为1，电抗为X''）接入该网络，从而利用上述方法
?计算出系统对网络内各点供给的短路电流的周期分量。
（四）短路电流运算曲线
当供电电源为有限容量时，其周期性分量是随时间衰减的、这时工程上常采用运算曲线来求取任意时刻短路电流的周期分量。
所谓运算曲线是一组短路电流周期分量It*与计算电抗Xjs、短路时间t的变化关心曲线，即It*=f (Xjs , t)。根据各电源的计算电抗Xjs，查相应的运算曲线（如图2-11所示），可分别查出对应于任何时间t的周期分量的标幺值It*。
图2-11 短路电流运算曲线
（五）三相短路电流非周期分量的近似计算 短路电流非周期分量可按下式计算： 起始值
ifz0?t秒的值
2I''
ifzt?2Ie''?tTa
式中 ifzo、ifzt—在时间为0、t时短路电流的非周期分量有名值，kA;
Ta—短路点等效衰减时间常数，在近似计算时可直接选用表2-7推荐的数值。
表2-7 短路点等效时间常数Ta推荐值（s） 短路点 汽轮发电机端 水轮发电机端 发电机出现电抗器后 Ta 0.255 0.191 0.127 短路点 高压侧母线（主变压器100MVA以上） 高压侧母线（主变压器10～１00MVA） 原理发电厂 Ta 0.127 0.111 0.048
（六）三相短路电流的冲击值和全电流最大有效值计算
三相短路电流的最大值出现在短路后半个周期，频率为50Hz时，发生在短路后0.01s其计算公式为
im?2I''(1?e?0.01Ta)?2KmI''
短路全电流最大有效值Im计算公式为
Im?I''1?2(Km?1)2
式中 Km—冲击系数，工程设计中可按表2-8选用
表2-8 不同短路点冲击系数Km推荐值
短路点 发电机端 发电厂高压母线或发电机出现电抗器之后 远离发电厂 Km 1.90 1.85 1.80
三、不对称短路电流的计算
不对称短路计算一般采用对称分量法。三相电路中任一组不对称量（电流、电压等）都可以分解为正序（顺序）、负序（逆序） 和零序三组对称分量，彼此间的差别在于相序不同。
不对称短路时，短路点正序电流大小与在短路点串接了一个附加电抗，并在其后发生的三相短路电流大小相等，这一关系成为正序等效定则，其等效电路图如图2-12所示
图2-12 正序等效定则等效电路
不对称短路点处短路电流的计算公式为
(n)Ifn?m(n)Ia1
根据不同的类型关系列表如表2-9所示。
表2-9 各种情况短路电路计算
短路类型f(n) 三相短路f(3) X(n) ?m(n) 0 1 31?j两相短路接地f(1,1)X2?X0? X2??X0?X2?X0? 2(X2??X0?)
两相短路f(2) 单相短路f(1) X2? 3 X2??X0?3
第三章 电力系统的规划设计
第一节 电力系统规划设计的主要内容
电力系统规划设计的主要内容可分为以下几个方面。 一、电力系统负荷分析
在作电力系统规划设计时，首先应对规划地区的近期与远景负荷进行调查研究，确定出电力负荷的数值及其发展水平，以作为系统规划、变电站布局、电源选点等的依据。
二、变电站布局规划
1. 35kV及以下的供用电网络中的变电站
这类变电站主要为工矿企业及农村供电，因此变电站的布局主要由用户分布及特点决定，用户的布局确定了，变电站的布局也随之而定。
2. 110kV及以上变电站
这类变电站除了为用户供电外，还要考虑系统联络，运行及系统功率交换等的需要，所以变电站的布局应根据系统要求，综合考虑。
三、电力电量平衡与电源规划
根据已确定的电力系统负荷及发展水平，来进行电力、电量的平衡与电源的规划等工作。通常采用的步骤是：
（1）根据负荷的发展需要及电力系统中所有发电厂可供电的能力，进行初步电力平衡，计算出规划年限内需要增加发电设备的总容量。
（2）根据国家能源政策与规划地区动力资源的情况，以及负荷特点与分布情况，进行调查研究，提出集中电源布点方案；再经技术经济比较，选择一个相对合理的电源布点方案。
（3）根据推荐的电源规模和布点方案，再进行电力、电量平衡，确定出规划地区各电厂的建设规模与进度。
四、电力网规划设计
电力网规划设计包含的主要内容有： （1）电力网供电范围与电压等级的确定。 （2）变电站运算负荷与变压器台数和容量的确定。 （3）发电厂与变电站主接线型式的确定。 （4）电力网接线方案的选择。 （5）线路导线截面积的选择。 （6）电力系统无功平衡与电压调整。 （7）电力系统中性点运行方式的设计等。
本书的重点是电力网的规划设计，尤其是对于变电站的设计。
第二节 变电站设计的主要内容
一、变电站设计的意义
在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分必要。变电站是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电站中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。按用途可分为电力变电站和牵引变电站（电气铁路和电车用）。电力变电站又分为输电变电站、配电变电站和变频站。这些变电站按电压等级可分为中压变电站（60千伏及以下）、高压变电站（110～220kV）、超高压变电站（330～765kV）和特高压变电站（1000kV及以上）。按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电站、中间变电站和终端变电站。
因此变电站的正确规划、合理设计对于电力系统安全稳定经济运行有着极为重要的意义。
二、变电站设计的主要内容与步骤 （1）原始资料的分析。 （2）主变压器的选择。
（3）电气主接线的选择。尽可能合理的给出两种以上的方案，进行比较分析。 （4）短路电流的计算。
（5）电气设备的选择。主要的电气设备选择如：断路器的选择、隔离开关的选择、电流互感器与电压互感器的选择、导线选择、防雷保护以及继电保护装置等。
第三节 主变压器的选择
一、主变压器基本型式选择 1. 相数的确定
（1）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。 （2）500kV及以上电力系统，应根据制造、运输条件和可靠性要求等因素，经技术经济比较后，确定采用三相还是单相变压器。若选用单相变压器，可考虑系统和设备的情况，装设一台备用相变压器。
2. 绕组数的确定
（1）最大机组容量为125MW及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电或与系统连接时，宜采用三绕组变压器，但每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上。否则绕组未能充分利用，反而不如选择两台双绕组变压器合理。两种升高电压的三绕组变压器一般不超过两台。
（2）在高中压系统均为中性点直接接地系统的情况下，可考虑采用自耦变压器。 （3）200MW及以上的机组采用绕组变压器加联络变压器更为合理。
（4）联络变压器一般应选三绕组变压器，而在中性点接地方式允许的条件下，以选自耦变压器为宜，低压绕组可作为厂用备用电源或厂用启动电源，亦可连接无功补偿装置。
（5）具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内所需装设无功补偿设备时，逐变压器宜采用三绕组变压器，当中性点接地方式允许时则应采用自耦变压器。
（6）对深入引进负荷中心、具有直接从高压将为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。
二、各种场合主变压器选择 （一）发电厂主变压器容量的确定 1. 具有发电机电压母线接线的主变压器
（1）当发电机母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。
（2）当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能有系统倒送电以满足发电机电压母线上的最大负荷的要求。当然应适当考虑发电机电压母线上负荷可能增加和变压器允许的过负荷能力。
（3）若发电机母线上接有两台或两台以上的主变压器时，当其中容量最大的一台退出运行时，其他主变压器在正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%。
（4）根据系统经济运行的要求（如充分利用丰水季节的水能），而限制火电厂的输出功率。此时火电厂的主变压器应具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机电压母线上最大负荷的要求。
2. 单元接线的主变压器
（1）单元接线时的变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。
（2）采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量应按单元接线的计算原则计算出的两台机的容量之和来确定。
3. 连接两种升高电压母线的联络变压器
（1）应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下，网络有功功率和无功功率交换。 （2）其容量一般不小于接于两种电压母线上最大一台机组的容量。 为了布置和引线方便，联络变压器通常只选一台，最多不超过两台。 （二）变电站主变压器容量的确定
（1）按变电站建成后5～10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展，对城郊变电站，主变压器容量应与城市规划相结合。
（2）装有两台以上主变压器的变电站，应考虑一台主变压器停运时，其余变压器容量不应小于60%的全部负荷，并保证I类、II类负荷的供电。
（三）主变压器台数的确定
（1）与系统有强联系的大、中型发电厂和枢纽变电站，在一种电压等级下、主变压器应不小于2台。
（2）与系统联系较弱的中、小型电厂和低压侧为6～10kV的变电站或与系统只是备用性质时，可只装1台主变压器。
（3）对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，可设3台主变压器。
第四章 电气主接线的设计
电气主接线是发电厂、变电站设计的主体。采用何种主接线形式，与电力系统原始资料，发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性的要求密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟订都有较大的影响。
因此，主接线的设计必须根据电力系统、发电厂和变电站的具体情况，全面分析，正确处理好各方面的关心，通过技术经济比较、合理地选择主接线方案。
第一节 电气主接线的设计原则和要求
一、电气主接线的定义
由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接收和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，称为一次接线或电气主系统。由规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。
电气主接线是指一次设备的连接电路，又叫一次电路或主电路。它表示了电能产生、汇集、分配和传输的关系。
主接线图一般画成单线图，用规定的图形和文字符号描述实际的主电路连接情况。图上的主要元件有G、T、QF、QS、TV、TA、母线和电抗器等设备。局部以三相表示（如TV、TA的配置）。图中描述的设备处于“正常状态”，即电路无电压和无外力作用下的状态。
QF、QS处于断开位置。 二、电气主接线设计的基本要求
（1）根据系统和用户要求，保证供电的可靠性。 （2）保证运行的灵活性、方便性。 （3）在满足上述前提下保证经济性。 （4）发展性。
三、电气主接线设计步骤
电气主接线的设计是电厂、变电站整体设计的重要内容之一。
实际的发电厂、变电站的工程设计是按照工程基本建设程序设计的，按实施进程一般分为四个阶段：可行性研究阶段；初步设计阶段；技术设计阶段；施工设计阶段。其设计工作量大、专业划分较细。考虑到我们学生的设计时间不长，以实际工程的方式完成全部设计显然是不可能的。因此，在设计内容上中主要侧重教学需要，掌握主要和基本的电力工程设计与工程计算方法，这相当于设计电气初步设计的程度。
电气主接线设计的一般步骤
（1）原始资料分析。根据下达的设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，各电压等级拟订可采用的数个主接线方案。
（2）对拟订的各方案进行技术、经济比较，选出最好方案。各主接线方案都应满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定何种方案，要通过经济比较，选用年运行费用最小的作为最终方案，当然，还要兼顾今后的扩容和发展。
（3）绘制电气主接线图。按工程要求，绘制工程图，图中采用新国标图形符号和文字代号，并将所有设备的型号、主要参数、母线及电缆截面等标注在图上。
第二节 发电厂变电站主接线设计
一、原始资料分析 1. 发电厂
（1）工程情况。包括发电厂类型、设计规划容量（近期、远景）和单机容量及台数。 发电机机组容量应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组容量以占系统总容量的8%～10%为宜。一个电厂的机组台数最好不超过6台，容量等级不超过两种，同容量机组应尽量选用同一型式。
发电厂的电压等级不宜多于三级。一般设置升高电压一级到两级，发电机电压一级。 （2）电厂在电力系统中的地位和作用。电力系统电厂分为大型枢纽电厂、中小型地区电厂和企业自备电厂等类型。大型枢纽电厂一般以220~500kV电压接入超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110~220kV系统；企业自备电厂向本企业供电供热为主，并与地区35~220kV系统相连。中小型电厂附近如果有电力用户，可通过发电机电压母线向附近用户供电。
目前，按发电厂的容量划分：总容量在1000MW及以上，单机容量在200MW及以上的发电厂称为大型发电厂；总容量在200~1000MW的发电厂称为中型发电厂；总容量在200MW以下，单机容量在50MW以下的称为小型发电厂。
分析该厂在系统中所处的地位，停电对系统供电可靠性的影响，从而提出对主接线的要求。
（3）负荷情况。负荷情况在原始数据中，如负荷性质、地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等，在设计时必须予以分析，算出各电压等级的计算负荷。为选择主变压器的类型容量做准备。
（4）其他因素的影响。当地环境、气温、海拔、污染程度、地震列度等，都直接影响主接线中电气设备和配电装置的选择，应予以综合考虑。掌握厂址所在地区的气象和环境条件每位选择经济合理的厂址方案提供可靠设计依据。
2. 变电站
（1）变电站的类型。根据变电站在电力系统中的地位和作用，可分为枢纽变电站、中间变电站、地区变电站和终端变电站。
（2）变电站在电力系统中的地位和作用。分析变电站所在系统中的地位，与系统的联系情况，是否有穿越功率，本站停电对系统供电可靠性的影响等。
（3）其他因素的影响。分析同发电厂所述。
（4）负荷分析。分析各电压等级的负荷性质、进出线回路数、输送容量、负荷组成、供电要去等因素。对于每一个负荷应具体分析其重要负荷所占百分数。分别求出近期、远景的最大计算负荷。
变电站今后将向小型化、无油化、自动化方向发展。 二、发电厂变电所主接线设计
根据任务书的要求，在分析原始资料的基础上，参照火电厂设计技术规程和变电站设计技术规程，拟定出各电压等级的可行方案。因为发电厂、变电站在电力系统中的地位、负荷情况、出现回路数、设备特点等条件不同，会出现多种接线方案。
（一）主接线的基本形式和特点
有母线的主接线形式包括单母线和双母线接线。单母线又分为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；双母线又分为双母线无分段、双母线分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等形式。
无母线的主接线主要有单元接线、扩大单元接线、桥式接线和多角形接线等。 1. 单母线接线
单母线接线是一种最原始、最简单的接线，如图4-1所示。
单母线所用电源均在同一母线上。其优点是简单明显。采用设备少，操作方便，便于扩建，造价低。缺点是供电可靠性低。母线隔离开关等任一元件故障或检修时，均需使整个配电装置停电。
因此，单母线接线方式一般只在变电站建设初期无重要用户或出现回路不多的单电源小容量的厂（站）中采用。
图4-1 单母线接线
（1）单母线接线的优点：接线简单、清晰，所用电气设备少，操作方便，投资小，便于扩建。隔离开关不作为操作电器，仅用作隔离电压。
（2）单母线接线的缺点：可靠性、灵活性较差。体现在，1）母线和母线侧隔离开关检修（清扫）时，在检修期间所有回路必须停止工作。2）母线和母线侧隔离开关短路，QF母线侧绝缘套管损坏时，所有电源回路断路器，均会因继电保护动作而跳闸，使所有出线在修复期间内停电。3）某一电源或出线断路器检修时，必须停止该回路的工作。
（3）适用场合：纯粹的单母线不能满足重要用户的要求，只适用于容量小、出线少的
发电厂和变电所中。采用成套配电装置，由于其工作可靠性高，也可以对重要用户供电。如发电厂的厂用电就常采用单母线接线。
（4）适用范围：适用一台发电机或一台变压器的以下三种情况：1）6～10kV配电装置出线回路不超过5回； 2）35～63kV配电装置出线回路不超过3回； 3) 110～220kV配电装置出线回路不超过2回。
2. 单母线分段接线，单母线分段接线采用断路器将母线分段，通常是分成两段，如图4-2所示。
图4-2 单母线分段接线
单母线分段后可进行轮换检修，对于重要用户，可以从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障时，由于分段断路器继电保护作用下自动将故障迅速切除，从而保证了正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。
母线分段的数目取决于电源的数目和功率、电网的接线和电气主接线的工作形式。分段的数目一般在2～3段(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段)。引出线在各个母线段上分配时，应尽量使各分段的功率平衡。
（1）单母线分段的运行方式。1）正常运行时，分段断路器断开。此时，它还应装有备用电源自动投入装置。当任一电源故障，其电源断路器自动跳闸断开时，在电源自动投入装置的作用下，分段断路器可以自动接通，保证全部引出线继续供电。2）正常运行时，分段断路器闭合。当任一母线发生短路故障，在母线继电保护的作用下，分段断路器和连接故障段母线的电源断路器自动断开，则非故障段可以继续供电。避免了在纯单母线中母线故障时全部回路都得停电的情况。
因此，单母线分段接线可以可靠的给重要负荷的用户供电。此时，该重要用户须从两个母线段上引出两个回路，保证两个电源供电。而两段母线同时故障的几率几乎为0。 （2）适用范围。1）6～10kV配电装置出线回路为6回及以上时；2）35～63kV配电装置出线回路为4～8回及以上时；3) 110～220kV配电装置出线回路为3～4回及以上时
3. 双母线及双母线分段接线
单母线及单母线分段接线的主要缺点是，在母线或母线隔离开关故障或检修时，连接
在该母线上的回路都要在故障或检修期间长时间停电，而双母线则可克服这一弊端。如图4-3所示。
图4-3 双母线接线
双母线接线的每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线都是工作母线，并通过母线联络断路器并联运行。电源和引出线适当地分配到两组母线上。
（1）运行方式：1）一组母线工作，另一组母线备用。母联断路器 断开，所有进出线接在工作母线上的隔离开关全部闭合，接在备用母线上的隔离开关全部断开。备用母线平时不带电，相当于单母线运行。2）两组母线并联运行。母联QFm及两侧QS闭合，两组母线均是工作母线。由于母线继电保护的要求，一般把电源和出线均匀分布在两组母线上。某一回路固定的与某组母线相连，接在该组母线的QS是闭合的，相当于单母线分段运行。
（2）双母线与单母线分段接线相比有如下优点：1）可轮换检修母线或母线隔离开关而不致供电中断。2）检修任一回路的母线或母线隔离开关时，只停该回路。3）母线故障后，能迅速恢复供电。4）各电源和回路的负荷可任意分配到某一母线上，可灵活调度以适应各种运行方式和潮流变化。5）便于向母线左右任意一个方向扩展。
（3）双母线接线的缺点：1）增加了母线长度，每回路多了一组母线QS，从而配电装置架构增加，占地面积增大，投资增多。2）同时，在由于母线故障或检修而进行倒闸操作时，QS作为倒换操作电器，极为容易导致误操作。3）当工作母线故障时，将造成整个配电装置在倒母线期间停电（可以采取两组母线同时工作的运行方式或某组母线分段来解决）。4）检修任一回路QF时，该回路必须停电。即使可以用母联来代替，也需短时停电，而且这样检修期间为单母线分段运行，可靠性有所降低（可以采取加装旁路母线来解决）。
（4）适用情况。由于可靠性高，广泛适用于6～220kV进出线较多，输送和穿越功率较大，运行可靠性和灵活性要求高的场合。1）6～10kV，当发电机电压负荷较大，出线较多，且有重要用户时，有采用双母线的必要。2）35～60kV，出线超过8回，或连接电源较多，负荷较大时采用。这样检修设备比较方便。3）110～220kV，出线回数为5回以上时采用；或在系统中具有重要地位，出线为4回及以上。
4. 旁路母线接线方式
的工作电压，即：
UN ≥ Uet （3）电气设备额定电流的选择
电气设备的额定电流应大于或等于正常工作时最大负荷电流，即
IN ≥ Iet
我国目前所生产的电气设备，设计师取周围空气温度为40℃作为计算值，如装置地点周围空气温度低于40℃时，每低1℃，则电气设备（如断路器、负荷开关、隔离开关、电流互感器、及套管绝缘子等）的允许工作电流可以比额定值增大0.5%，但总共增大的值不能超过20%。
2. 按短路条件校验电气设备 （1）电气设备的热稳定性校验
电气设备热稳定性校验是以电气设备的短路电流的数值作为依据的，在工程上常采用下式来做热稳定性校验，即
I2tt ≥ I2∞tj 或 I∞ ≤ It√t/tj
式中 It — 制造成规定的在t秒内电气设备的热稳定电流，这个电流是在指定时间内
不使电器各部分加热到超过所规定的最高允许温度的电流（kA）；
t — 与It相对应的时间，通常规定为1s、4s、5s或10s ； I∞ — 电路中短路电流周期分量的稳态值 （kA） ； tj — 家乡时间 （s），参见第四章第六节。
（2）动稳定校验
断路器、负荷开关、隔离开关及电抗器的动稳定应满足下式的要求 Imax ≥ Ish
imax
≥ ish
式中 Imax、imax ―― 制造厂规定的电器允许通过的最大电流的有效值和幅值 （kA） ； Ish、 ish ―― 按三项短路电流计算所得的短路全电流的有效值和冲击电流值
（kA）。
（3）开关电器的断流能力的检验
高压断路器、低压断路器和熔断器等设备，应当具备在最严重的短路状态下切断故障电 流的能力。制造厂一般在产品目录中提供其在额定电压下允许切断的短路电流Izk和允许切断的短路容量Szk。Izk又称开端电流，Szk又称开断容量。为了能使开关电器安全可靠切断短路电流，必须使Izk和Szk大于开关电器必须切断的最大短路电流和短路容量，即 Izk ≥ Idt
Szk ≥ Sdt
式中Izk、Szk ―― 开关的耳钉开断电流（kA）和耳钉开断容量（MVA）；
Idt 、Sdt ―― 电力系统在t秒时（ 电器断开的时间）的三相短路电流（kA）和短路容量（MVA）。
第七章 毕业设计列举
一、题目：110kV降压变电所的设计
1. 原始资料
（1）系统参数：系统远景接线计算到本所高压母线的最大三相短路容量为3000MVA ，110KV双回线路架空，长65KM。
（2）35KV出线3回1）负荷12-20MW，线路长20KM，1回 2）负荷7-10MW，线路长25KM，1回 3) 负荷4-7MW，线路长25KM，1回 负荷同时率0.85
（3）10KV出线5回 1）负荷1.5-3MW，线路长9KM，1回 2）负荷1.5-2MW，线路长8KM，1回 3）负荷0.8-1MW，线路长10KM，1回 4）负荷0.5-0.9MW，线路长6KM，1回 5) 负荷0.3-0.8MW，线路长5KM，1回 负荷同时率0.75，功率因数0.85
待建变电所考虑15%的负荷发展余地，地形平坦无污染，环境温度θ=35℃,最大负荷利用小时数：T=5000h/年
2. 原始资料分析
变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成 。其中 ，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。
主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。
主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装2～3台主变压器；330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5 ～10年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。前者指一对一的按钮控制。对于控制对较多的变电所，如采用直接控制方式，则控制盘数量太多，控制监视面太大，不能满足运行要求，此时需采用选控方式。选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面积较小等优点；缺点是直观性较差，中
间转换环节多。
在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。
本变电所的电压等级为110KV，为一降压变电所，在系统中的地位比较重要，高压侧同时接收和变换功率，供35KV负荷和10KV负荷，属于地区一般变电所。
3. 需要完成的工作 （1）主变压器的选择。 （2）电气主接线的选择。 （3）短路电流计算。 （4）电气设备选择。 （5）变电所防雷保护。 （6）继电保护配置。
附 录
35~110kV变电所设计规范GB50059－92（相关部分）
主编部门：中华人民共和国能源部 批准部门：中华人民共和国建设部 施行日期：1993年5月1日
1、总则
第1.0.1条 为使变电所的设计认真执行国家的有关技术经济政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求，制订本规范。
第1.0.2条 本规范适用于电压为35～110kV，单台变压器容量为5000kVA及以上新建变电所的设计。
第1.0.3条 变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。
第1.0.4条 变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案。
第1.0.5条 变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。
第1.0.6条 变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。
2、所址选择和所区布置
第2.0.1条 变电所所址的选择，应根据下列要求，综合考虑确定： 一、靠近负荷中心；
二、节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地；
三、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出； 四、交通运输方便；
五、周围环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址宜设在受污源影响最小处； 六、具有适宜的地质、地形和地貌条件（例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所），所址宜避免选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意；
七、所址标高宜在50年一遇高水位之上，否则，所区应有可靠的防洪措施或与地区（工业企业）的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位；
八、应考虑职工生活上的方便及水源条件；
九、应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。 第2.0.2条 变电所的总平面布置应紧凑合理。
第2.0.3条 变电所宜设置不低于2.2m高的实体围墙。城网变电所、工业企业变电