22027.5kV牵引变电所设计

220/27.5kV牵引变电所设计The Design of 220/27.5kV Traction
Substation
2013 届电气工程系
专业电气工程及其自动化
学号
学生姓名
指导老师
完成日期2013年5月27日
毕业设计成绩单
毕业设计任务书
毕业设计开题报告
摘要
牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电转换成适合电力机车使用的电能。

设计一个220/27.5kV牵引变电所，首先要选择一个最优方案，画出主接线图，主接线是指牵引变电所内一次主设备的联接方式，也是变电所接受电能、变压和分配电能的通路。

它反映了牵引变电所的基本结构和功能。

然后进行变压器容量计算和短路计算分析。

接着进行防雷和接地的设计。

本次设计实现由220kV降至27.5kV降压变压。

主变压器采用三相牵引变压器YN,d11结线方式，额定容量为20MV A。

一台投入使用，一台固定备用。

变压器低压侧采用单母线分段接线形式，单母线分段采用隔离开关分段，便于故障检修，并能将故障和检修造成的影响局限在一定的范围内。

高压侧和低压侧安装断路器和隔离开关,低压侧母线上安装无功补偿装置。

无功补偿采用并联电容补偿。

变电所内安装所内自用变压器，采用两台自用变压器，一台运行，一台固定备用。

关键词：主接线主变压器电气设备变电所短路计算
Abstract
The traction substation is the heart of the electric railway power supply system, its main task is to convert the three-phase high-voltage electric convey from the power systems to the electricity which is fit the electric locomotive.
To design a 220/27.5kV traction substation,the first of all to choose a the best scheme, draw the Lord the wiring diagram, the Lord wiring is to point the traction substations a main device the connection way, and is also substation accept electric energy, variable pressure and distribution of electric power pathways. It reflects the traction substation basic structure and functional. Then the transformer capacity calculation and short circuit calculation and analysis. And then the lightning protection and grounding design.
The design is substation achieve from 220kV down to 27.5kV step-down transformer. The main transformer uses the way of three-phase traction transformer YN,d11 connection way, the rated capacity is 20MV A. One of the two transformers put into use, another is stationary standby.Transformer low voltage side uses the form of single bus the terminal. Single Bus use isolation switch to segment in order to facilitate troubleshooting and failure and can control the impact of malfunction and repair within a certain range.High side and low side install circuit breakers and disconnectors. Reactive power compensation device installed on the low pressure side of the bus. The reactive power compensation use the parallel capacitor compensation. Substation installas own use transformers . One of the two own use transformer is operationand another is fixed alternate.
Key words:Main connection The main transformer Electrical equipment
Substation Short-circuit calculate
目录
第1章绪论 (1)
1.1世界电气化铁路的发展史 (1)
1.2我国电气化铁道简述 (1)
1.3电力牵引的优缺点 (1)
1.4本设计的主要内容 (2)
第2章牵引变电所电气主接线设计 (3)
2.1电气主接线的基本要求 (3)
2.2供电方案的选择 (3)
2.3 电气主接线方案的确定 (3)
2.3.1220kV侧桥型接线 (4)
2.3.227.5kV侧单母线分段接线 (5)
第3章牵引变压器选择 (6)
3.1牵引变压器概述 (6)
3.2牵引变压器备用方式和台数 (6)
3.3牵引变压器容量的选择 (6)
第4章短路电流计算 (10)
4.1短路电流概述 (10)
4.2短路原因及后果 (10)
4.3短路电流的计算 (10)
第5章电气设备的选择与校验 (16)
5.1概述 (16)
5.2电气设备选择的一般规则 (16)
5.3电气设备选择 (16)
5.3.1断路器的选择 (17)
5.3.2高压隔离开关的选型及校验 (18)
5.3.3电流互感器的选择 (19)
5.3.4电压互感器的选择 (20)
5.3.5避雷器的选择 (20)
5.3.6高压熔断器的选择和校验 (20)
5.3.7支柱绝缘子及穿墙套管的选择和校验 (21)
5.3.8 母线的选择与校验 (22)
5.3.9 自用变压器的选择 (24)
第6章防雷与接地措施 (25)
6.1防雷保护简述 (25)
6.2防雷设施 (25)
6.2.1避雷针简述 (25)
6.2.2避雷针选择 (25)
6.3接地装置 (26)
6.3.1接地装置的定义 (26)
6.3.2接地装置的设计 (26)
第7章结论与展望 (27)
7.1结论 (27)
7.2 展望 (27)
参考文献 (28)
致谢 (29)
附录 (30)
附录A外文资料 (30)
附录B设计图纸 (40)
石家庄铁道大毕业设计
第1章绪论
1.1世界电气化铁路的发展史
世界上第一条电气化铁路和第一台电力机车是1879年5月31日德国西门子和哈尔斯克公司研制和制造的,这条电气化铁路全长只有300m。

1881年西门子和哈尔斯克公司又修建了一条2.45km长的电力线路。

1895年美国在5.6km长的隧道区段内修建了一条675V的直流电气化铁路。

同年,日本在京都的下京区修建了一条6.7km 长的550V的直流电气化铁路。

1902年意大利在瓦尔切里纳线上修建了一条三相交流电气化铁路。

在最初，电气化铁路修建在工矿线路和一些大城市近郊线路上。

后来,随着工业发展,逐渐发展到城市之间和运输繁忙的铁路干线上来了。

到了20世纪50年代，一些工业发达的国家,为了完成急剧增长的运输任务，以及与其他运输业的竞争的需要,开始大规模地进行铁路运输业的现代化建设,主要是牵引动力现代化的建设。

因此,电气化铁路的建设速度不断加快,修建的国家逐渐增多。

电气化铁路发展最快的时期是60年代,平均每年修建达5000km。

到70年代末,在工业发达的西欧、日本、前苏联,以及东欧等国家,运输繁忙的主要铁路干线就已经实现了电气化,而且基本上已经成网。

1.2我国电气化铁道简述
在铁路运输中，主要有三种牵引形式：蒸汽牵引、内燃牵引和电力牵引。

蒸汽牵引是铁路上最早采用的一种牵引形式，至今已有170余年的历史。

由于它热效率低、燃料消耗大、污染环境重，严重影响铁路技术经济效能和铁路运输能力的提高，从20世纪60年代开始，已经逐渐被淘汰。

而内燃牵引和电力牵引，在技术上比较先进，是20世纪40年代以后才发展起来的，它们功率大、热效率高、过载能力强，能更好地实现多拉快跑，提高铁路的运输能力，所以发展很快。

特别是电力牵引，它除了具有上述优点外，还能综合利用资源和不污染环境，是今后发展的主要一种牵引形式[1]。

1.3电力牵引的优缺点
电力牵引的优点是：
1
早期的铁路均采用蒸汽机车牵引，以煤为燃料。

在蒸汽机车上除了有庞大的蒸汽锅炉外，还有专用煤水车箱等。

因为受设备和能源的限制，蒸汽机车的牵引动力小，效率低。

特别是长大坡道线路，列车的牵引定数和速度受到很大限制。

内燃机车是以柴油为燃料，利用柴油发电机一电动机组牵引列车，牵引力较大，效率比蒸汽机车高，且比电力牵引的一次投资小，故世界上很多国家目前仍以内燃机车牵引为主。

电力机车是以电能为动力牵引列车，故称之为电力牵引。

实践证明，电力牵引比蒸汽机车牵引、内燃机车牵引具有更大的优越性。

电力牵引的主要缺点是：
1.基本建设投资较大。

2.对电力系统存在某些不利因素。

因为铁路牵引重负荷会在电力系统产生较大的负序电流和负序电压，而且电力机车的功率因数较低，高次谐波含量较大等，都会给电力系统造成不良影响。

3.电力牵引负荷会对铁路沿线附近的通信线路造成一定的电磁干扰。

4.接触网需要停电检修，在此时间内列车要停止运行。

1.4本设计的主要内容
本次设计项目是220/27.5kV牵引变电所的设计。

牵引变电所中，由主变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、补偿电容等多种设备及其连接导线组成接收和分配电能的电气主接线。

主接线的确定以及其中这些设备的选择是本设计需要完成的主要任务。

根据负荷计算，确定牵引变电所容量。

将电力系统供给的220kV三相电源变换成适合电力机车使用的27.5kV的电源。

而且整个电气主接线的设计和选择中，主变压器的选择是设计内容中不可或缺的第一步，它将为后面的短路计算等提供必要的数据参数。

故而，设计之初首先得计算出电气主接线主变压器的容量，并确定其最终容量，并根据实际最终确定变压器的型号。

在进行短路计算时，对变压器前后高低压侧分别进行短路计算分析，为设备的动稳定和热稳定校验提供合理的计算数据。

可想，短路计算同样是必不可缺的一步，只有通过短路计算并根据其数据结果加以合理想选择的设备才是安全可靠的。

根据短路计算的结果一方面选择变电所中的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等电气设备，另一方面可以进行低压侧母线型号的校验，以及避雷和接地装置的设计。

第2章牵引变电所电气主接线设计
2.1电气主接线的基本要求
电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。

用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部组成和连接关系的接线图，成为主接线电路图。

电气主接线是变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。

对电气主接线的基本要求概括地说应包括电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性[2]。

2.2供电方案的选择
牵引网向电力机车的供电方式有直接供电（DF）方式、带回流线的直接供电（DN）方式、自耦变压器供电（AT）方式、吸流变压器供电（BT）方式和同轴电力电缆供电（CC）方式等。

本次设计采用带回流线的直接供电（DN）方式。

2.3电气主接线方案的确定
由于考虑到220 kV母线检修时不致全部停电，变压器检修次数多，并且有系统功率穿过，所以采用外桥接线。

而且该变电所检修频繁，故27.5kV侧母线采用单母线分段接线方式。

由于牵引侧母线的馈线数目较多，为了保障操作的灵活性和供电的可靠性，我们选用馈线断路器即100%备用接线，这种接线也便于故障断路器的检修。

所以为满足故障检修时的需要，应设两台牵引用变压器，使用固定备用方式。

由于铁路的运力不断加大，电气化铁路的负荷也在不断增加。

牵引变电所的设计要求简单实用，所以根据实际的运行要求选择直供加回流的供电方案。

我国铁路供电的电压等级主要是220kV高压供电，所以本设计拟采用220kV三相供电。

目前我国采用的牵引变压器接线方式主要有五种,即单相、单相V，v、三相V，v、三相YN,d11和斯科特接线。

本设计进线端是两路进线，每路进线选用一台普通三相变压器，其接线方式为YN,d11。

这两台主变压器之间用桥式连接，互为备用。

主变压器进线是三相220kV,出线是27.5kV。

在方案中选择容量合适的主变压器是
很重要的，容量过小，容易过负荷，容量过大造成浪费，试运营成本增加。

三相YN,d11联结变压器优点：
有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力，在两台牵引变压器并联运行时，一台停电时，供电也不会中断，其可靠性高，也能很好的适应山区电气化铁路牵引负荷不均衡的特点，而且接触网可以实现两边供电，我国长期采用，经验多，制造简单，价格便宜。

三相YN,d11联结变压器缺点:
牵引变压器的容量利用率低，主接线较复杂，投资较多。

2.3.1220KV侧桥型接线
桥型接线是用于有两回进线且有穿越功率时的情况。

能满足牵引变电所的可靠性，具有一定的运行灵活性，使用电器少，建造费用低，结构上便于发展为单母线、单母线分段或带旁路母线的单母线接线。

桥型接线分为内桥接线和外桥接线[3]。

1.内桥接线
内桥接线的连接桥断路器设置在内侧。

其余两台断路器接在线路上。

因此线路的切除和投入比较方便，而且当线路发生短路故障时，仅故障线路的断路器断开，不影响其它回路运行。

此外，变压器切除和投入的操作比较复杂，需切除和投入与该变压器连接的两台断路器，也影响了一回路未故障线路的运行。

连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。

当输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需经常切除时，采用内桥接线比较合适。

2.外桥结线
外桥结线的特点与内桥结线相反，当变压器发生故障或运行中需要断开时，只需断开故障变压器支路的断路器，而不影响电源线路的正常工作。

但线路故障或检修时，将使与该线路连接的变压器短时中断运行，须经转换操作后才能恢复工作。

其优点是运行方式灵活，设备检修方便，线路或主变压器故障时互不影响。

母线可根据情况，采用隔离开关分段和断路器分段，还可设简易旁路母线和由分断路器作为旁路断路器的旁路母线。

缺点是隔离开关数量多，配电装置结构复杂，转换操作步骤较繁琐；一次投资费用增加，而且维护费用更高。

因此，本次设计220KV侧最终选择外桥结线，其适用于电源线路较短、负荷不恒定、故障率较低，牵引变压器要按经济运行的要求经常切换(例如两台主变压器中，一台要经常断开或投入)的场合，也经常用在电力系统有穿越功率通过的桥臂回路的变电所中。

2.3.227.5KV侧单母线分段接线
用分段断路器或分段隔离开关将单母线接线中的母线分成两段，将变压器和铁路分别接到两段母线上的电气主接线。

它区分为用断路器分段和用隔离开关分段的单母线分段接线两种。

当一段母线上发生故障、母线隔离开关发生故障、或线路断路器拒绝动作时，分段隔离开关将自动断开故障母线段，使无故障母线段能继续运行。

此外，还可以在不影响一段母线正常运的情况下，对另一段母线进行停电检修。

优点：用隔离开关把母线分段后，当一段母线发生故障，分开隔离开关，自动将故障隔离，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：当一段母线故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。

最终220kV侧用外桥接线，27.5kV侧用单母线分段接线方式。

如图2-1所示[4]。

图2-1 方案主接线简图
第3章牵引变压器选择
3.1牵引变压器概述
变压器是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。

我国牵引供电系统中采用的牵引变压器主要有：单相变压器、三相星形三角形接线变压器、三相YN,d11接线变压器、斯科特接线变压器、三相星形延边三角形接法变压器和三相星形曲折延边三角形接线变压器等。

牵引变电所容量的计算和选择，即是牵引变压器的容量计算和选择。

为经济合理地选择牵引变压器容量，计算通常可以分成3个步骤进行：确定计算容量、确定校核容量和安装容量。

3.2牵引变压器备用方式和台数
从我国的电气化铁路历史来看，牵引变压器备用方式有移动备用和固定备用两种。

采用移动变压器作为备用的方式，称为移动备用，移动备用方式可用于沿线无公路区段和单线区段。

采用加大牵引变压器容量和增加台数作为备用的方式，称为固定备用。

采用固定备用的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器，一台运行，一台备用。

固定备用方式的优点是：其投入快速方便，可确保铁路正常运输，又可不修建铁路专用岔线，牵引变电所选址方便、灵活，电气主接线较简单。

其缺点是：增加了牵引变压器的安装容量，变电所内设备检修业务要靠公路运输。

所以，本次设计我采用固定备用方式，即装设两台牵引变压器[5]。

3.3牵引变压器容量的选择
现根据设计要求以及铁路运行的实际情况作如下假设[6]：
1.供电距离---供电臂1：L1=54km 供电臂2：L2=45km
2.列车平均带电消耗：
11048
A
∑=kV A/h
21027
A
∑=kV A/h
3.列车区间带电运行时间：∑1g t=16.2min ∑2g t=13.5min
4.平均运行时列车对数：N=100对/日
5.供电臂区间数：n=3
列车带电平均电流：
I 1g =1
160g t U A ⋅∑ （3-1）
全日平均电流：
I 1F =T
t N g ∑1
·I 1g （3-2）
每区间全日带电概率：
p 1=T n t N g ⋅∑1 （3-3）
馈线电流有效系数：
K 1F ε
（3-4）
馈线电流有效值：
I 1F ε= K 1F ε·I 1F （3-5） 紧密运行时：
I max(max)ε=
3
1
2224轻轻重重εεI I I I ++ （3-6）
牵引变压器最大容量：
S m ax =3K t U I max(max)ε （3-7） 牵引变压器校核容量：
S 校= S m ax /K （3-8）
将3.3节中所示的相应初始数据代入以上公式，得到如下相关数据: 列车带电平均电流： I 1g =
1160g t U A ⋅∑=
601048
2516.2⨯⨯=155A
I 2g =
2
2
60g t U A ⋅∑=
601027
2513.5
⨯⨯=183A
（1）当列车紧密运行时列车对数按每隔8min 连发列车N=180对/日时
全日平均电流：
I
1
F =
T
t
N
g
∑1
·I
1g
=
18016.2
2460
⨯
⨯
×155=313A
I
2
F =
T
t
N
g
∑2
·I
2
g
=
18013.5
2460
⨯
⨯
×183=308A
每区间全日带电概率：
p 1=
T
n
t
N
g
⋅
∑1
=
18016.2
32460
⨯
⨯⨯
=0.68
p
2=
T
n
t
N
g
⋅
∑2
=
18013.5
32460
⨯
⨯⨯
=0.56
馈线电流有效系数：
K
1Fε
=1.10
K
2
Fε
=
22
2
1
np p
K-
+ε
馈线电流有效值：
I
1Fε= K
1
Fε
·I
1
F
=1.10×313=344A
I
2
Fε= K
2
Fε
·I
2
F
=1.15×308=354A
紧密运行时：
max(max)310
ε
I===A 牵引变压器最大容量：
S
m ax =3K
t
U I
max(max)
ε
=30.927.5310.1
⨯⨯⨯=24048kVA
牵引变压器校核容量：
S
校= S
m ax
/K=24048/1.5=16032kVA
由于采用三相变压器，所以K=1.5
（2）当列车平均运行时列车对数N=100对/日时，同上。

全日平均电流：
I 1F =T
t N g ∑1
·I 1g =
10016.2
2460
⨯⨯×155=174.4A
I 2F =
2
g N t T
∑·I 2g =
10013.5
2460
⨯⨯×183=171.6A
每区间全日带电概率：
p 1=T
n t N g ⋅∑1=10016.2
32460
⨯⨯⨯=0.38
p 2=
T
n t N g ⋅∑2=
10013.5
32460
⨯⨯⨯=0.31
馈线电流有效系数：
K 1F ε
K 2F ε=2
221np p K -+ε
馈线电流有效值：
I 1F ε= K 1F ε·I 1F =1.28×174.4=223A I 2F ε= K 2F ε·I 2F =1.36×171.6=233A
紧密运行时： I max(max)ε=
3
1
134.9A =
= 牵引变压器计算容量：
S 计=3K t U I max(max)ε=30.927.5134.9⨯⨯⨯=10461kVA
牵引变压器安装容量：
由于S 校〉S 计 所以S 安=20000kVA
选取20000kVA 变压器型号为SF8-20000/220其主要技术数据见表3-1：
表3-1 变压器技术数据
型号
额定容量kV·A
额定电压kV
阻抗电压 %
高压侧额定电流 A
相数 连接组别
SF8-20000/220 20000 220 10.5 225 三相YN,d11
第4章短路电流计算
4.1短路电流概述
短路是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。

然而，短路是供电系统中最常见的故障，也是最严重的一种故障。

短路的形式有三相短路、两相短路、单相接地短路、两相短路接地等多种。

其中三相短路为对称性短路，其余皆为不对称短路。

显然，单相接地短路和两相短路接地只会在大电流接地系统中发生。

4.2短路原因及后果
短路的主要原因有：
电气设备绝缘损坏、有关人员误操作和鸟兽为害事故等。

短路的后果有：
1.短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。

2.短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电。

3.严重短路影响电力系统运行的稳定性，使并列运行的发电机造成系统解列。

4.不对称短路电流将产生不平衡交变电磁场，对通信线路、电子设备造成干扰。

5.短路时要产生很大的电动力和很高的温度，将引发火灾事故[7]。

4.3短路电流的计算
设：1.在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.24和0.21；在最小运行方式下，电力系统的综合电抗标幺值分别为0.33和0.31。

2.架空线长度分别为30km 50km。

线路平均正序电抗0.4Ω/km。

确定基准值：
1d I
（4-1）
架空线路的电抗标幺值：
*
d
302
N S X X l
U =
（4-2）
电力变压器的电抗标幺值：
*K d
5N %100U S X S =
（4-3）
总电抗标幺值：
****
*
1132
4()//()k X X X X X ∑-=++
（4-4）
三相短路电流周期分量有效值：
(3)
2
-2*
-2d k k I I X ∑=
（）
（4-5）
其他三相短路电流：
(3)(3)
-2k I I I ∞''==
（4-6） (3)*
-22.55sh k i X ∑=⨯（） （4-7） (3)
(31.51sh
I I ∞=⨯ （4-8） 三相短路容量：
(3)-2*-2d
k k S S X ∑=
（）
（4-9）
最大运行方式下短路电流的计算
图4-1 最大运行方式下短路等效电路图
将4.3节中所示的相应初始数据代入以上公式，得到如下相关结果: 确定基准值
取d S =100MVA 1c U =(1+5%)1N U =231kV 2c U =(1+5%)2U N =28.9kV U
1d I
=0.25kA
2d I
架空线路的电抗标幺值
*d
302
N S X X l
U =()()
2100MVA 0.4Ω/km 30km 0.03220kV =⨯⨯=
*
d
402
N S X X l
U =()()
2100MVA 0.4Ω/km 50km 0.04220kV =⨯⨯= 电力变压器的电抗标幺值
*K d
5N %100U S X S =
10.5100MVA 0.510020MVA
⨯=
=⨯ 计算k-1点(220kV 侧)的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值
****
*
1132
4()//()
k X X X X X ∑-=++ =(0.24+0.03)//(0.21+0.04)=0.13 三相短路电流周期分量有效值
(3)1-1*
-10.25kA
2.1kA 0.13d k k I I X ∑===（）
其他三相短路电流
(3)(3)(3)
1 2.1k I I I kA ∞-''=== (3)
2.55 2.1kA 5.36kA sh
i =⨯= (3)
1.51
2.1kA
3.18kA sh
I =⨯= 三相短路容量
(3)1*
1100MVA
769.23MVA 0.13
d k k S S X -∑-=
== 计算k-2点(27.5kV 侧)的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值
***
**-213245
()//(
)k X X X X X X ∑=+++（） =(0.24+0.03)//(0.21+0.04)+0.53=0.66
三相短路电流周期分量有效值
(3)2-2*
-2 2.0kA
3.03kA 0.66d k k I I X ∑===（） 其他三相短路电流
(3)(3)(3)
-2 3.03kA k I I I ∞''===
(3)
2.550.66kA 7.73kA sh i =⨯= (3) 1.51
3.03kA
4.58kA sh I =⨯=
三相短路容量
(3)-2*-2100MVA
151.52MVA 0.66
d
k k S S X ∑=
=
=（）
最小运行方式下短路电流的计算
图4-2 最小运行方式下短路等效电路图
计算方法同上 确定基准值
取d S =100MVA 1c U =(1+5%)1N U =231kV 2c U =(1+5%)2N U =28.9kV
1d I
=0.25kA
2d I
架空线路的电抗标幺值
*
d 302N S X X l U =()()
2
100MVA 0.4Ω/km 30km 0.03220kV =⨯⨯=
*
d
402N S X X l
U =()()
2
100MVA 0.4Ω/km 50km 0.04220kV =⨯⨯= 电力变压器的电抗标幺值
*
K d
5N %100U S X S =
10.5100MVA 0.510020MVA
⨯=
=⨯ 计算k-1点(220kV 侧)的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值
****
*
11324()//()k X X X X X ∑
-'''''=++=（
0.33+0.03）// (0.31+0.04) =0.18 三相短路电流周期分量有效值 (3)1-1*
10.25kA
1.39kA 0.18d k k I I X ∑-===' 其他三相短路电流
三线短路次暂态电流和稳态电流：(3)(3)
(3) 1.39kA k I I I ∞
''=== 三相短路冲击电流：(3)
2.55 1.39kA
3.55kA sh
i =⨯= 第一个周期短路全电流有效值：(3)
1.51 1.39kA
2.11kA sh
I =⨯= 三相短路容量
(3)1*
1100MVA 555.56MVA 0.18
d k k S S X -∑-=
==' 计算k-2点(27.5kV 侧)的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值
*****-213
245()//()k X X X X X X ∑''''''=+++（） =0.18+0.53=1.71
三相短路电流周期分量有效值
(3)2-2*
-2 2.0kA
2.82kA 0.71d k k I I X ∑==='（） 其他三相短路电流
(3)(3)(3)
-2 2.82kA k I I I ∞''==
= (3)
2.55 2.82kA 7.20kA sh
i =⨯= (3) 1.51 2.82kA 4.26kA sh I =⨯=
三相短路容量
(3)2*2100MVA
140.85MVA 0.71
d k k S S X -∑-=
==' 短路电流计算结果列于表4-1、4-2：
表4-1 系统最大运行方式下短路电流计算结果
表4-2 系统最小运行方式下短路电流计算结果
k-1点三相短路电流/kA
k-2点三相短路电流/kA
)3(k I
)3(I ''
)
3(∞I )
3(sh i )
3(sh
I )3(k I
)3(I ''
)
3(∞I )
3(sh i )
3(sh
I 2.10
2.10
2.10 5.36
3.18 3.03
3.03
3.03 7.73
4.58
k-1点三相短路电流/kA
k-2点三相短路电流/kA
)3(k I
)3(I ''
)
3(∞I )
3(sh i )
3(sh
I )3(k I
)3(I ''
)
3(∞I )
3(sh i )
3(sh
I 1.39
1.39
1.39 3.55
2.11 2.82 2.82
2.82 7.20 4.26
第5章电气设备的选择与校验
5.1概述
导体和电气设备的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。

在进行设备选择时，应根据工程的实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

电气设备的选择应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。

电气设备可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态校验热稳定和动稳定后选择的高压电器。

5.2电气设备选择的一般规则
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.选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格[10]。

5.3电气设备选择
各级继电保护的时间配合设定如表5-1所示：
表5-1 继电器保护时间配合
计算点
继电保护动作时间j t （s ）
断路器分闸时间
dl t （s ）
短路发热假设时间
jx t （s ）
220kV 侧 1.70s 1.75s 1.70+1.75+0.05=3.50s 27.5kV 侧
1.00s
1.06s
1.00+1.06+0.05=
2.11s
备注：0.05s ：非周期分量等效时间。

5.3.1 断路器的选择
变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在变电所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常以继电保护的方式配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。

本次设计220kV 我采用SF6断路器，27.5kV 采用真空断路器。

最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑：
max 1.368.23g I A ⋅==
max 1.3545.86g I A ⋅==
断路器的选择及校验条件如下：
(1)g e U U ≥； (2)max .g e I I ≥；
(3)热稳定电流(3)
ek I I ∞≥； (4)动稳定校验(3)dw sh i I ≥；
(5)热稳定校验2(3)2
t jx I t I t ∞
⋅≥⋅；
表5-2 220kV SF6户外高压断路器选择
型号
额定电压(kV ) 额定开断电流(kA ) 额定电流(A ) 动稳定电流峰值(kA ) 3s 热稳定电流(kA ) LW2-220/1250
220
31.5
1250
80
31.5
220k V e
g U U == .max 1250A 68.23A e
g I I =≥= (3)
31.5kA 2.10kA ek I I ∞=≥=
(3)80k A 3.18
k A d w s h i I =≥=
22(3)2
231.532976.75k A 2.13.515.44k A
t j x I t I t ∞⋅=⨯=≥⋅=⨯=
均满足条件，所以220kV 侧选择SF6户外高压断路器。

表5-3 27.5kV 真空户内式高压断路器选择
型号 额定电压(kV ) 额定开断电流(kA ) 额定电流(A ) 动稳定电流峰值(kA ) 3s 热稳定电流(kA ) ZN6-27.5
27.5
10
1000
25
10
27.5kV e
g U U ==
.max 1000A 545.86A e
g I I =≥= (3)
10kA 3.03kA ek I I ∞=≥=
(3)25k A 4.58
k A d w s h i I =≥=
22(3)22
103300k A 3.032.11
19.37k A
t j x I t I t ∞⋅=⨯=≥⋅=⨯=
均满足条件，所以27.5kV 侧选择真空户内式高压断路器。

5.3.2 高压隔离开关的选型及校验
隔离开关配制在主接线上时，保证了线路或设备检修时形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵守倒闸操作顺序。

送电时首先合上母线隔离开关，其次合上线路侧隔离开关，最后合上断路器，停电则与上述相反。

隔离开关选择和校验原则是：
(1)g e U U ≥； (2)max ⋅≥g e I I ；
(3)(3)
sh
dw I i ≤； (4)t I t I t jx ⋅≤⋅∞22
)
3(；
表5-4 220kV 户外式带接地开关的隔离开关选择
型号 额定电压(kV ) 最高工作电压(kV ) 额定电流(A ) 动稳定电流峰值(kA ) 3s 热稳定电流
(kA ) GW4-220D/1000
220
252
1000
80
31.5
220kV e
g U U ==
.max 1000A 68.23A e g I I =≥= (3)80k A 3.18k A
d w s h i I =≥=
22(3)2231.532976.75k A 2.13.50
15.44k A
t j x I t I t ∞
⋅=⨯=≥⋅=⨯=
均满足条件，所以220kV 侧选择户外柱式隔离开关。

表5-5 27.5kV 户外改进型隔离开关选择。