220KV北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计
2.3 电气主接线的设计程序
电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。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、方法和骤相同。其具体设计步骤和内容如下。
（1）对原始资料进行分析，具体内容如下：
1）本工程情况。主要包括：变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运行方式等。
2）电力系统情况。电力系统近期及远期发展规划（5～10年）；变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用；本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点地方式等。
3）负荷情况。负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷在原始资料中虽已提供，但设计时尚应予以辨证地分析。因为负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金；否则电量供应不足，就会影响其他工业的发展。
4）环境条件。当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应予以重视。对重型设备的运输条件也应充分考虑。
5）设备制造情况。为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性，经济性和可靠。
（2）拟定主接线方案。根据设计书任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定若干个主接线方案。因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案（近期和远期）。应依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优点，淘汰一些明显不合理的方案，最终保留两个或三个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得最优秀的技术合理、经济可行的主接线方案。
（3）主接线经济比较。
（4）短路电流计算。对拟定的电气主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。
（5）电器设备的选择。
2.4 主接线的拟定方案及选择
本变电所的电压等级为220kV/60kV，220kV侧有进线2回，60kV侧有出线12回。根据主接线设计必须满足供电可靠性，保证电能质量，满足灵活性和方便性，保证经济性的原则，初步在两侧各拟定两个主接线方案，进行选择：
220kV侧主接线采用单母线分段和双母线接线2种接线方案。
-11-
沈阳工程学院毕业设计
60kV侧主接线采用单母线分段带旁路接线和双母线带旁路接线2种接线方案。 下面列表比较各种方案的特点，根据设计要求从中选出最佳方案.
表2.1 220kV侧母线接线比较方式 方案 项目 单母线分段接线 ①对重要用户可以从不同段引出两个回路。 可靠性 ②当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电。 ①当出线为双回时，常使架空线灵活性 路出现交叉跨越。 ②扩建时需向两个方向均匀扩建。 ①调度灵活。 ②扩建方便。 ③便于试验。 ① 增加了母线的长度、隔离开关的数量和配电装置架构，占地面积增大，投资增经济性 ①接线简单清晰，设备较少。 多。 ② 隔离开关容易误操作，需在隔离开关和短路器之间装设联锁装置。
表2.2 60kV侧母线接线比较方式 方案 项目 双母线带旁路接线 1.可以轮流检修母线而不致使供电中断。 可靠性 2.检修任一母线的隔离开关时，只停该回路，旁路提高供靠性。 3.母线故障后，能迅速恢复供电。 1.调度灵活。 灵活性 经济性 2.扩建方便。 3.便于试验。 1.投资较小。 单母线分段带旁路接线 1.对重要用户可以从不同段引出两个回路。 2.当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电，带旁路保证供电可靠性。 1.当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越。 2.扩建时需向两个方向均匀扩建。 1.接线简单清晰，设备较少 ①可以轮流检修母线而不致使供电中断。 ②检修任一母线的隔离开关时，只停该路。 ③母线故障后，能迅速恢复供电。 双母线接线 根据以上几种方案的比较以及本次设计变电所的实际情况，一次侧为2回进线，而且根据负荷的不同变化需要经常改变主接线的运行方式，二次侧出线，有12回出线，并且用户基本都是有重要负荷的，因此决定主接线的一次侧采用双母线接线；二次侧采用双母线带旁路母线接线。
-12-
220KV北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计
3 短路电流计算
产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路杆塔也能造成短路事故。所谓短路是指相与相之间通过电弧或其他较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。
3.1 短路电流计算的目的、规定和步骤
1.短路电流计算的主要目的: 1). 电气主接线的比较与选择。
2). 选择断路器等电器设备，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 2.短路电流计算一般规定 1).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。 2).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。
3).一般按三相短路计算 4).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。 5).短路计算方法
在工程设计中，短路电流计算均应采用实用计算法。即在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量。
3.计算步骤----实用计算法 1). 选择计算短路点。
2). 绘出等值网络（次暂态网络图）。
3). 化简等值网络：将等值网络化简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的电抗，即转移电抗X?。
4). 求计算电抗Xjs。
5). 由运算曲线查出各电源提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提供给的短路电流周期分量的标幺值。 7). 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。
-13-
沈阳工程学院毕业设计
8). 计算短路电流冲击值。 9). 绘制短路电流计算结果表。
3.2 三相短路电流的计算
1.等值网络的绘制 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；发电机用次暂态电抗表示；认为各发电机电势模值为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100MW或1000MW而将各电压级的平均额定电压取为基准电压即UB=Uav=1.05UN，从而是计算大为简化。
2.化简等值网络
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电抗。 在工程计算时，为进一步简化网络，减少工作量，长将短路电流变化规律相同或相近的同类型发电机可以合并；直接接于短路点的发电机一般予以单独考虑，无限大容量的电源应该单独计算。
3.三相短路电流周期分量任意时刻的计算
''进行网络简化时，求出各个等值电源与短路点之间的转移电抗X?i，再将其换算成以等值电源容量为基准的标幺值，即为该电源的计算电抗Xjsi。
''SNi （3.1） Xjsi=X?iSB式中 SNi---- 第i个等值电源的额定容量，MVA；i=1，2，?，n 。
1).无限大容量电源
当供电电源为无限大容量或计算电抗Xjs≥3.45时，则可以认为其周期分量不衰减，此时
I?I??''?1?''X????或?1? （3.2） ??Xjs??2).有限容量电源
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法来求得任意时刻短路电流的周期分量。
3).总的短路电流周期分量的有名值
最后将得到的各电源在某同一时刻供出的短路电流的标幺值换算成有名值，然后相加，便得到短路点某一时刻的三相短路电流周期分量，即
-14-
220KV北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计
It??Iti?i?1nSNiSB?I??3UB3UB（3.3）
式中 Iti? ----有限容量供给的短路电流周期分量标幺值；
I??----无限大容量电源供给的短路电流的标幺值；
It ----短路点t秒短路电流周期性分量的有效值，kA 。
4.三相短路电流冲击值的计算
三相短路电流的最大峰值出现在短路后半个周期，当f=50Hz时，发生在短路后0.01s，此峰值被称为冲击电流ish。其计算式为 ish?2KsI'' 式中 Ks----冲击系数。（发电机出口1.9；其他地点1.8） 本次设计所选的短路点取为变电所两台主变高压侧的d1点和低压侧并列运行时的d2。计算结果如下： 表3.1 短路电流周期分量有效值 短路点 0/S 0.083kA 0.373kA 2/S 0.083kA 0.387kA 4/S 0.083kA 0.433kA d1 d2 d1点冲击电流： ish?1.8?2I\?2.55?6.38?16.27kA
d2点冲击电流： ish?1.8?2I\?2.55?7.99?20.4kA
-15-