变配电所设计

变配电所设计变配电所在供配电系统中处于中心地位，设计好变配电所是供配电系统设计的关键，变电所设计要做到供电可靠、技术先进、经济合理、维护方便和保障人身安全。

变电所设计应根据工程特点、规模和5年～10年发展规划，处理近期建设和远期发展的关系，远近结合，以近期为主。

变电所设计应统筹兼顾，综合负荷性质、用电容量、工程特点、所址环境、地区供电条件和节约电能等因素合理确定设计方案。

变电所设计好采用的设备，应符合国家或行业技术标准，应优先选用技术先进、经济和节能的产品。

一、变配电所设计的准备资料和负荷计算1. 为了进行供配电设计，在此之前要搜集齐下列资料：1) 向电力部门取得的资料2) 向当地气象、水文地质部门收集的资料最高年平均气温、最热月平均最高气温、历年极端最高最低气温；当地年雷暴日数及年雷电小时数；当地土壤性质、土壤电阻率；当地曾经出现过或可能出现的最高地震烈度；当地常年主导风向、历年最大风速；当地年降水量、积雪深度；地下水位及最高洪水位等，3) 向电力用户收集的资料建筑总平面图，各建筑(车间)的土建平、断面图；各用电设备的详细型号、规格，对供电的要求，各设备的平面图及主要断面图；用户已有供配电系统的系统图及平面布置图；用户的最大负荷、年耗电量、功率因数等。

2. 资料准备齐了以后，设计的第一步是进行负荷预测或负荷计算。

负荷预测通常是针对一个地区(如一个县、一个城市、一个省等)的电力规划来进行的，具体的方法有单耗法、综合用电水平法、回归分析法、平均增长率法、弹性系数法等。

负荷计算的方法有需要系数法、二项式系数法、附加系数法、利用系数法、负荷密度法等。

二、变配电所方案选择及电气主接线1. 变配电所方案选择变配电所设计应先拿出总体设计方案。

即根据预测或计算出的计算负荷容量大小、负荷性质、负荷分布、负荷数量、供电半径等定出变配电所的进线电压、电源及备用电源数量，确定出线电压、出线回路数；按照靠近负荷中心，考虑污染、易燃易爆、防洪，考虑进出线、施工运输、职工生活方便等等因素，选择变配电所的位置；结合规范确定变配电所主接线，选出变压器等主要设备；最后进行工程估算。

变配电所的总体设计方案通常有多个可供选择。

方案比较要从技术和经济性的角度进行。

首先设计方案要满足技术性需求，即从供电的可靠性、电能质量、运行维护、设备技术等方面进行比较；其次设计方案要考虑变配电所建设和运行的经济性，即让变配电所建设的总投资和年运行费用达到最小。

总体设计方案通过技术性、经济性比较选出最优方案，进行下一步设计。

如果总体设计不足以确定最优方案，那么可以进一步在初步设计阶段完成后再进行变配电所方案比较与选择。

在方案比较时要注意对经济性影响较大的如：燃料价格、电价、投资利润率等因素，可在一定的变动范围内做敏感性分析。

2. 变配电所电气主接线1) 10kV及以下变配电所中的主接线设置原则：高压及低压母线宜采用单母线或分段单母线接线。

当供电连续性要求很高时，高压母线可采用分段单母线带旁路母线或双母线的接线。

2) 35kV～110kV变电所中的主接线设置原则：高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。

当35kV～110kV线路为2回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。

超过2回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。

35kV～63kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。

110kV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。

在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV～110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。

①当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。

②当110kV线路为6回及以上，35kV～63kV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器。

③主变压器35kV～110kV回路中的断路器，有条件时亦可接入旁路母线。

④当变电所装有2台主变压器时，6kV～10kV侧宜采用分段单母线。

线路为12回及以上时，亦可采用双母线。

当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

当6kV～35kV 配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。

⑤采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。

3)220kV～500kV变电所中的主接线设置原则：330kV～500kV配电装置的最终接线方式，当线路、变压器等连接元件总数为6回及以上，且变电所在系统中居有重要地位时，宜通过技术经济比较确定采用3/2断路器或双母线分段带旁路母线的接线。

330kV～500kV配电装置最终出线回路数为3回～4回时，宜采用线路有两台断路器、变压器直接与母线连接的“变压器母线组”接线。

220kV变电所中的110kV配电装置，当出线回路数在6回以下时宜采用单母线或分段单母线接线，6回及以上时，宜采用双母线接线。

220kV终端变电所的配电装置，当能满足运行要求时，宜采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。

当能满足电力系统继电保护要求时，也可采用线路分支接线。

220kV配电装置出线在4回及以上时，宜采用双母线或其他接线。

500kV变电所中的220kV配电装置，可采用双母线，技术经济合理时，也可采用3/2断路器接线。

35kV～63kV配电装置，当出线回路数为4回～7回时，宜采用单母线或分段单母线，8回及以上时采用双母线，除断路器允许停电检修外，可设置旁路隔离开关或旁路母线。

当出线为8回及以上时，也可装设专用的旁路断路器。

三、变电所主变压器的选择原则变电所主变压器数量、容量基本选择原则前面章节已介绍过，这里需要注意的是：(1) 10kV及以下变电所中的单台配电变压器(低压为0.4kV)的容量不宜大于1250kV A。

当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。

(2) 在一般情况下，动力和照明宜共用配电变压器。

但当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯具使用寿命，单台单相负荷较大，冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设专用变压器；在电源系统不接地或经阻抗接地，电气装置外露导电体就地接地系统(IT系统)的低压电网中，照明负荷应设专用配电变压器。

(3) 多层或高层主体建筑内变电所，宜选用不燃或难燃型变压器。

(4) 在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用防尘型或防腐型变压器。

(5) 当变电所具有3种电压时，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，则主变压器宜采用三线圈变压器。

(6) 对深入市区的城市电力网变电所，结合城市供电规划，为简化变压层次和接线，也可采用双绕组变压器。

(7) 电力潮流变化大和电压偏移大的变电所，如经计算普通变压器不能满足电力系统和用户对电压质量的要求时，应采用有载调压变压器。

主变压器调压方式的选择，应符合《SDJ161—1985(试行)电力系统设计技术规程》的有关规定。

当500kV变压器采用有载调压时，应经过技术经济论证。

(8) 与电力系统连接的220kV～330kV变压器，若不受运输条件的限制，应选用三相变压器。

(9) 500kV主变压器选用三相或单相，应根据该变电所在系统中的地位、作用、可靠性要求和制造条件、运输条件等，经技术经济比较确定。

当选择单相变压器组时，可根据系统和设备情况确定是否装设备用相；此时，也可根据变压器参数、运输条件和系统情况，在一个地区设置一台备用相。

四、变电所短路电流计算计算短路电流主要是选择和校验电气设备，以及为了继电保护的整定与灵敏度校验。

变电所短路电流的计算因考虑到有多个电压等级，故一般用标幺制法。

采用标么制法进行变电所短路电流计算应注意以下几点：(1) 变电所短路电流计算从简化的角度考虑可按无限大容量电源系统的方法计算，认为在短路的全过程中系统电源的端电压保持不变；不过，要计入系统电源的内阻对短路电流的影响。

(2) 基准值的选取：基准电压要选取电网额定电压的 1.05倍；基准容量一般选取100MV A，并且在设计计算时只能有一个基准容量。

(3) 最大运行方式与最小运行方式：电力系统在运行时有所谓的最大运行方式和最小运行方式，最大运行方式下系统各电厂投入的发电机组最多，供电部门及用户的输、变电设备按最大负荷的情况相互连接投入运行。

此时发生短路故障，系统电源至短路点的总阻抗最小，短路电流最大。

在最小运行方式下，系统各电厂投入的发电机组少，输变电设备解列处于单列运行状态。

短路时，短路回路总阻抗最大，因此有最小的短路电流。

计算最大运行方式下的短路电流可作为选择和校验电气设备、继电保护的整定依据，计算最小运行方式下短路电流可作为校验继电保护装置灵敏度的依据。

在短路电流计算时既要考虑系统电源在最大运行方式和最小运行方式下的容量，又要考虑变电所主接线的不同运行方式，如图7.1所示。

(b) 最大运行方式下短路计算等效阻抗(c) 最小运行方式下短路计算等效阻抗图图7.1 不同运行方式下短路电流计算示意图(4) 短路电流计算的短路点选取。

在变电所设计时需要校验的电气设备很多，而短路计算通常只考虑电源、线路、变压器、电抗器等相对的大阻抗，所以短路点只有有限的几个。

实际电气设备短路校验选择的短路电流是与其相近的(近似于金属性短接)短路点的电流，如图7.2所示。

图7.2 电气设备短路校验选用短路点示意图（5）短路计算时间当短路持续时间大于ls时，校验热稳定的等值计算时间t k为继电保护动作时间t pr和相应断路器的全开断时间t ab之和，即t dz=t pr+t ab而 t ab=t in+t a式中t ab——断路器全开断时间；t pr——后备保护动作时间；t in——断路器固有分闸时间，可查附表15：t a——断路器开断时电弧持续时间，对少油断路器为0.04～0.06s，对SF6和压缩空气断路器约为0.02～0.04s。

当短路持续时间小于ls时，校验热稳定的等值计算时间还要计及短路电流非周期分量的影响，参见教材第六章。

开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，考虑到主保护拒动等原因，按最不利情况，取后备保护的动作时间。

一般建议t dz不小于下列数据：330kV，2s：220kV，3s：6～110kV，4s。

二、高压电气设备选择的一般条件电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。

为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有，按正常工作条件包括：电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

由于各种高压电气设备具有不同的性能特点，选择与校验条件不尽相同，高压电气设备的选择与校验项目见表1。