1、 I 摘 要 变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接 线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能， 然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。 本变电所的设计首先是要进行负荷的分析与计算，负荷分析的方法有许多， 需用系数法，二项式法等等。经过分析，采用需用系数法更加的适合。接着就是 无功补偿，通过公式和查阅无功补偿率的表可以求出所需的无功补偿容量。在变 压器台数及容量的选择时，为了提高变电所供电的可靠性，采用的是两台型号相 同的变压器，而主接线的设计，在高低压侧都采用了单母线分段接线。短路计算 中最终采用了更为普遍的标么
2、值法。对于设备的选择可分为高压侧（10kV 侧）和 低压侧（380V 侧）两种。并根据不同的要求看是否需要进行动稳定或热稳定的校 验。从而选择更适合的设备以及电缆，母线等。接下来是变压器的继电保护，对 于容量小于 800kVA 的油浸式变压器可采用了电流速断， 过电流， 以及过负荷三种 保护。最后就是防雷与接地的设计，常用的防雷设备有避雷针，避雷带和避雷线。 最终经过分析，采用了四支避雷针作为变电所电气部分的防雷保护。 关键词 变电站、负荷、输电系统、配电系统、补偿装置 II Abstract Substation power system is an important component
3、of the electrical equipment and distribution by the network connection mode according to a certain pose, he obtained power from the power system, through its transformation, distribution, transmission and protection functions, and then power safe, reliable and economical electricity supply to each d
4、evice to set up places. First of all, the design of the substation is necessary to carry out the analysis and calculation of load, the load method of analysis there are many, need to factor method, binomial method and so on. The analysis required a more suitable method. Reactive power compensation a
5、nd then, through the formula and check the rate of reactive power compensation can be obtained form the necessary reactive power compensation capacity. In the number and capacity of the transformer of choice, Dalian Tiger Beach in order to improve the reliability of power substations, the two models
6、 using the same transformer, the design of the main terminal, in the high and low pressure side bus using a single sub - wiring. Short circuit calculation of the final adoption of a more general method S Mody. For the choice of equipment can be divided into high-pressure side (10kV side) and low-vol
7、tage side (380V side) of two. And in accordance with the requirements of different activities to see if the need for stability or thermal stability of the calibration. In order to select more suitable equipment and cables, bus, etc Followed by the transformer relay protection, the capacity of less t
8、han 800kVA transformer oil-immersed current speed can be broken, over-current, as well as three types of overload protection. Finally, is the design of lightning protection and grounding, lightning protection equipment used a lightning rod, lightning protection and lightning protection zone line. Af
9、ter the final analysis, the use of a lightning rod 4 Dalian Tiger Beach as part of the electrical substation lightning protection. key words substation ,load ,transmission system ,correction equipment. III 目 录 摘 要 . I Abstract II 第 1 章 绪 论 1 1.1 变电所的设计意义 . 1 1.2 变电所的设计要求 . 1 1.3 变电所电气部分的设计应达到的目的 错误错
10、误!未定义书签。未定义书签。 1.4 变电所电气部分的设计方案 . 2 第 2 章 负荷的分析与计算及无功补偿 4 2.1 负荷的分类及各自的供电要求 . 4 2.2 负荷计算 . 4 2.3 无功补偿的意义及方法 错误错误!未定义书签。未定义书签。 2.4 无功补偿的计算 . 5 第 3 章 变压器台数及容量的选择 6 3.1 变压器的分类与联结组别 . 6 3.2 变压器的容量及过负荷能力 . 6 3.3 变电所主变压器容量及台数，型号的确定 . 7 第 4 章 主接线的设计 8 4.1 主接线的概述 . 8 4.2 主接线的分类及其各的特点 . 8 4.3 变电所主接线的设计 . 10
11、第 5 章 短路计算 13 5.1 短路的原因，形成及危害 . 13 5.2 短路计算的方法 . 14 第 6 章 电气设备的选择及其校验 18 6.1 高压设备的选择及校验 . 18 6.2 低压设备的选择及校验 . 19 6.3 母线及电缆的选择校验 . 21 第 7 章 继电保护的设计 24 7.1 中性点不接地系统的单相接地保护 . 24 IV 7.2 变压器的继电保护及计算 . 24 第 8 章 防雷与接地的设计 28 8.1 变电所防雷的设计 . 28 8.2 变电所设备接地的设计 . 30 第 9 章 配电工程概算编制 31 第 10 章 工程概算表 1 结 论 1 参考文献 2
12、 致谢 3 附录 4 附录 5 1 第1章 绪 论 1.1 变电所的设计意义 变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。根据 变电所任务的不同，可将变电所分为升压变电所和降压变电所两大类。升压 变电所一般建在发电厂，降压变电所一般建立在靠近负荷中心的低点。根据 电压等级还可分为中压变电所（60 千伏及以下） 、高压变电所（110220 千伏） 、超高压变电所（330765 千伏）和 特高压变电所（1000 千伏及以 上） 。按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电 所。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所 才能正常的运行工作
13、，为国民经济服务。变电所有升压变电所和降压变电所两大 类。升压变电所通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。降压变电所通常远离发 电厂而靠近负荷中心。变电所的主要设备有电力变压器，母线和开关设备等。 变电所内都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负 荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做 出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后， 系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有 利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资， 而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产
14、效率是十分有效的。工业产品 的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益 提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性，可以 提高人民生活质量，改善生活条件等。 1.2 变电所的设计要求 由于本地区经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应本地区经济的 发展要在本地区建设 10kV 变电站。 具体要求如下。该变电所所用电压为 0.4kV， 厂区配电电压为 10kV， ： 表 1.1 负荷如下表 序号 出线 COS 有功功率 序号 出线 COS 有功功率 2 1 #1 0.65 94 6 #6 0.8 30 2 #2 0.7 110 7 #7 0.
15、75 30 3 #3 0.7 90 8 #8 0.65 94 4 #4 0.65 35 9 #9 0.7 110 5 #5 0.65 130 10 #10 0.7 90 本电力系统应包括变电，配电以及相应的安全自动、继电保护等设施。在国 家发展计划的统筹规划下，合理的开发资源，用最少的资金为国民经济各部门及 人民生活提供充足、可靠、合格的电能。 本次设计的变电站为 10kV 变电站， 其下级负荷为 0.4kV 级企业和 0.4kV 级工 业及其它负荷。这些负荷不仅包括水泥厂、开关厂等工业部门，也有政府、市区 等非工业部门。他们对供电的要求不同。依照先行的原则，依据远期负荷发展本 设计该变电所，
16、 本变电站主要任务是把 10kV 变成 0.4kV 电压供周边城乡使用。 尤 其对本地区大用户进行供电， 改善提高供电水平， 提高了本地供电质量和可靠性。 并且伴随电力系统中所用电气元件产品诸如断路器、继电器、隔离开关等性能指 标的提高，变电所的功能也会越来越完善，可靠性也会得到很大的提高。 1.3 变电所电气部分的设计方案 1 ) 应先进行负荷分析计算： 求出计算负荷，目的是为了合理地选择变电所 内的各级电压供电网络，变压器容量和电器设备型号等。2 ) 变压器台数及容量 的选择：其中包括数量以及容量的选择。3 ) 主接线的设计：每种接线都有各自 的特点，需要在其中选择最合适的。而且还要满足可
17、靠性和电能质量的要求。接 线简单、清晰，操作简便。必要的运行灵活性和检修方便。投资少，运行费用低。 具有扩建的可能性。4 ) 根据主接线进行短路计算：确定中性点接线方式，采用 标幺值的方法进行计算。另外它也可以选择适当的接触器的参数，继电保护的灵 敏度也是用它来效验的。5) 电气设备的选择及其校验：其中包括断路器，隔离开 关，负荷开关等开关电器，电压互感器，电流互感器，熔断器，电力电缆和导线 等主要设备。 在选择后还要进行热稳定和动稳定校验。6 ) 继电保护的设计：其 中包括供电线路的继电保护和变压器的保护。为了保证供电的可靠性还应设置备 用电源自动投入装置（BZT） 。7 ) 防雷与接地的设
18、计：对于变电所防雷有两个重 要方面，即直击雷的防护和对由线路侵入的过电压的防护。8 ) 无功补偿的计算： 在系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损 耗，提高供电效率，改善供电环境。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的 减少网络的损耗，使电网质量提高。9 ) 编写说明书：对课程设计进行总体的说 3 明和概括，以及说明在那方面还需要改进。 4 第2章 负荷的分析与计算及无功补偿 2.1 负荷的分类及各自的供电要求 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，造成重大的政治影响，经济损失，如 重大的设备损坏，重大产品报废。或者公共场所秩序的严重混乱。对于某些特等 建筑，如重要的
19、交通枢纽，通信枢纽，国家级承担重大活动的会堂，国家级的体 育中心，以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等一级负荷，为 特别重要的负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒，爆炸和火灾等情况的 负荷，一级特别重要的场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。 二级负荷：中断供电将造成较大的政治影响，造成设备局部的破坏或生产流 程紊乱且需要较长时间才能恢复，或者大量的产品报废，重要产品大量减产，造 成较大经济损失。中断供电也将影响重要用电单位的正常工作，以及中断供电将 造成大型影剧院，大型商场等较多人员集中的重要公共场所秩序的混乱。 三级负荷：三级负荷为一般的电力负荷，不属于一二级负
20、荷的，都为三级负 荷。 2.2 负荷计算 本文采用负荷计算方法为需用系数法： 已知该变电所为 10/0.4 kV 降压变电所。厂区的配电电压为 10kV，用电电压 为 0.4kV。查表可知：变配电所 需用系数 Kd=0.50.7 取 Kd=0.6 已知：出线#1 有功功率 Ps=94 kW cos=0.65 tan=1.17 有功计算负荷 Pjs1 = Kd * Ps = 0.6 * 94= 56.4 kW 无功计算负荷 Qjs1 = Pjs * tan = 56.4 * 1.17 = 65.98 kvar 视在计算负荷 Sjs1 = Pjs / cos = 56.4 / 0.65 = 86.
21、77 kVA 计算电流 Ijs1 = Sjs / 3 * 0.38 = 131.84 A 同理可求出： 出线#2 Pjs2=66 kW Qjs2=67.32 kvar Sjs2=94.29 kVA Ijs2=143.26 A 出线#3 Pjs3=54 kW Qjs3=55 kvar Sjs3=77.14 kVA Ijs3=117.2 A 出线#4 Pjs4=21 kW Qjs4=24.57 kvar Sjs4=32.31 kVA Ijs4=49.1A 出线#5 Pjs5=78 kW Qjs5=91.26 kvar Sjs5=120 kVA Ijs5=182.3 A 5 出线#6 Pjs6=18
22、 kW Qjs6=13.5 kvar Sjs6=22.5 kVA Ijs6=34.2 A 出线#7 Pjs7=18 kW Qjs7=15.84 kvar Sjs7=24 kVA Ijs7=36.47 A 出线#8 Pjs8=56.4 kW Qjs8=65.9 kvar Sjs8=86.7 kVA Ijs8=131.84 A 出线#9 Pjs9=66 kW Qjs9=67.3 kvar Sjs9=94.3 kVA Ijs9=143.3 A 出线#10 Pjs10=54 kW Qjs10=55.1 kvar Sjs10=77.1 kVA Ijs10=117.2 A 取 Kp = 0.8 Kq =
23、0.85 总的计算负荷：Pis = Kp * Pjsi = 0.8 * 487 kW = 389 kW Qjs = Kq * Qjsi = 0.85 *522 Kvar =443.7 kvar Sjs = 22 jsjs PQ= 590 kVA Ijs= Sjs / 3*0.38 =851.6 A 2.3 无功补偿的计算 根据供电营业规则规定：100kVA 及以上高压供电用户功率因数要在 0.9 以上（1）补偿前：功率因数 cos =Pjs/Sjs =0.66（2）考虑到无功损耗 Qt 远大于 Pt ，所以低压侧补偿后的功率因数应略高于 0.9 取 cos（2）=0.94 所以低压侧装设并联电
24、容器容量为：(查表，补偿率Qc=0.78) Qc=Qc*Pjs= 389*（tanarccos0.64-tanarccos0.92）= 389*.078 =303.4 kvar （3）补偿后变电所低压侧视在计算负荷： 22 js S389443.7303.4 （）= 413.5 kVA 计算电流 Ijs= 627.5 A 在负荷计算中，S9，SC9 系列的变压器功率损耗 Pt=0.015*Sjs(2)=0.015* 413.5 = 6.2 kW Qt=0.06*Sjs(2)=0.06* 413.5 =24.8 kvar 高压侧计算负荷 Pjs（！ ）=389+6.2 =395.2 kW Qjs
25、（1）=（443.7-303.4）+24.8 =165.1 kvar Sjs（1）=428 kVA 新的功率因数 cos= 0.93 满足0.9 的要求， 无功补偿后 Snt1-Snt=590 kVA -413.5 kVA= 176.5 kVA 6 第3章 变压器台数及容量的选择 3.1 变压器的分类与联结组别 电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其功能是将电力系统中的电能电 压升高或降低，以利于电能的合理输送，分配和使用。 电力变压器的联结组别是指变压器一二次侧绕组因采取不同的联结方式而形 成变压器一二次侧对应线电压之间的不同相位关系。对于 10KV 配电变压器（二 次侧电压为 220/3
26、80V）有 Yyn0 和 Dyn11 两种常见的联结组。我国过去差不多全 采用 Yyn0 联结的配电变压器。近 10 年来，Dyn11 联结的配电变压器已得到推广 应用。 Dyn11 较之采用 Yyn0 联结有下列优点： （1） 有利于抑制高次谐波电流。 （2） Dyn11 联结变压器的零序阻抗较之 Yyn 联结变压器的小得多，从而更有利于单相 接地短路故障的保护和切除。 （3)Dyn11 联结变压器的中性线电流允许达到相电流 的 75%以上，其承担单相不平衡负荷的能力远比 Yyn 联结变压器大。这在现代供 电系统中单相负荷急剧增长的情况下，推广采用 Dyn11 联结变压器就显得更有必 要。
27、3.2 变压器的容量及过负荷能力 变电所主变压器容量及台数，型号的确定 变电所主变压器容量的选择原则： （1）只装设一台主变压器的变电所： 主变 压器的容量 Sn 应满足全部用电设备计算负荷 Sjs 的需要， 即 SntSjs（I）装设 两台主变压器的变电所： 任一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷 Sjs 的 60%-70%的需要。 即 Snt(0.7-0.8)Sjs. 还有就是任一台变压器单独运行时， 应满足全部的一二级负荷的需要。即 SntSjs（+） 变压器并列运行的条件： （1）两台并列变压器的电压一定要相同，允许差值 不得超过+5%。 （2）并列运行的变压器阻抗电压必须相同，允许差
28、值不得超过+10。 （3） 并列变压器的联结组别必须相同。 此外并列运行的变压器应尽量相同或相近， 其最大容量与最小容量之比一般不宜超过 3：1.若不这样，很容易在变压器间产 生环流，并且容易造成小容量变压器的过负荷。 由于我国电力不足、缺电严重、电网电压波动较大。变压器的有载调压是改 善电压质量、减少电压波动的有效手段。对电力系统，一般要求 110kV 及以下变 7 电所至少采用一级有载调压变压器， 因此城网变电所采用有载调压变压器的较多。 变压器的使用年限，主要取决于变压器绕组的绝缘老化速度，而绝缘老化速度又 取决于绕组最热点的温度，变压器的绕组导体和铁心，一般可以长时间经受较高 的温度而
29、不致损坏。 但绕组长期受热时， 其绝缘的弹性和机械的强度要逐渐减弱， 这就是绝缘老化的现象。绝缘老化严重时，就会变脆，容易裂纹和剥落。 对于车间变电所单台变压器的容量不宜大于 1000kVA，一方面是受低压开关 电器断流能力和短路稳定要求的限制，另一方面是考虑到使变压器接近车间的负 荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗。但是如果车间负荷容量较大，负荷集 中且运行合理时，也可选择单台容量为 1250kVA 的配电变压器，这样可减少主变 压器台数及高压开关电器和电缆等。 对于居住小区变电所内的油浸式变压器单台 容量，不宜大于 630kVA，这是因为当大于 630kVA 时，应设置瓦斯保护。 3.3
30、 变电所主变压器容量及台数，型号的确定 总之， 主变压器容量一般按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择， 并适当考 虑到远期 10-20 年的负荷发展。 对于城郊变电所,主变压器容量应与城市规划相结 合。，对于户内变压器，由于散热条件差，一般变压器室的出风口与进风口间有 15 度的温差， 从而使处在室中间的变压器环境温度比户外变压器环境温度高出的 8 度，因此户内变压器的实际容量在所计算的容量还要减少 8%。根据变电所所带 负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。对于有重要负荷变压器的变电所， 应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许进间 内，应保证用户的一级和二
31、级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时， 其余变压器容量应能保证全部负荷的 70%-80%。同级电压的单台降压变压器容量 的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。 通过上面的分析：因为考虑到变电所属于车间变电所，并且二级负荷占 30%。 所以应装设两台变压器。 当装设两台变压器：St=Snt=（0.7-0.8）Sjs=289-330.8 kVA St= Snt30%St 所以我选择 10kV 级 S9 系列油浸式铜线电力变压器 S9-315/10（0.4）型。并采用 Dyn11 接线。 8 第4章 主接线的设计 4.1 主接线的概述 电气主接线是指变电所中的一次设备按照设计要求
32、连接起来的，表示接受分 配电能的电路，也称为主电路。电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字负 荷表示的电路称为主接线图。电气主接线的形式，将影响到配电装置的布置，供 电可靠性。运行灵活性和二次接线，继电保护等问题。电气主接线对变电所以及 电力系统的安全，可靠经济的运行起着重要的作用。主接线的分类及其各的特点 目前变电所常用的主接线形式有：单母线、单母线分段、单母线分段带旁路、 双母线、双母线分段，桥形接线。 1 单母线接线的特点 （1）优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。 （2）缺点：可靠性 和灵活性差。例如当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，必须断开所有回路 的电源， 造成对全
33、部用户供电中断。 但当某一出线发生故障或检修出线断路器时， 可只中断对该出线上用户的供电， 而不影响其他用户， 所以仍具有一定的可靠性。 （3）适用范围：这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电 厂和变电站中。 2 单母线分段接线的特点 （1）优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回 路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除， 保证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。 （2）缺点：当一段母线或母 线隔离开关故障或检修时，该段母线的问路都要在检修期间内停电；当出线为 双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时密向两个方向均衡扩建。
34、 （3） 适用范围：这种接线广泛用于中小容量发电厂和变电站 6-10kV 接线中。但是， 由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整个 母线系统可靠性受到限制，所以在重要负荷的出线回路较多，供电容量较大时， 一般不予采用。 9 图 4.1 单母线接线 图 4.2 单母线分段接线 3 双母线接线的特点 （1）优点：首先是供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流 检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一 回路的母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条回路和与此隔离开关相 连的该组母线，其它回路均可通过另外一组母线继续运行，但其操
35、作步骤必须正 确。 （2）缺点：增加了电气设备的投资，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒 闸操作电器需在隔离开关和断路器之间装设闭锁装置。当馈出线断路器或线路侧 隔离开关故障时停止对用户供电。 （3）适用范围：由于双母线接线有较高的可靠 性，广泛用于出线带电抗器的 6-10kV 配电装置，35-60kV 出线数超过 8 回，或连 接电源较大，负荷较大时，110-220kV 出线数为 5 回及以上时。 10 图 4.3 双母线接线 图 4.4 桥形接线（内桥） 4 桥形接线 可分为内桥接线和外桥接线。 内桥接线适用于供电线路长， 线路故障几率多， 负荷比较平稳，主变压器不经常切换退出工作的，没有
36、穿越功率的终端降压变电 所。外桥接线适用于供电线路短，线路故障几率小，工厂负荷变化大，变压器操 作频繁，有穿越功率流经的中间变电所，采用外桥接线，工厂降压变电所运行方 式的变化不影响公共电力系统的功率潮流。 4.2 变电所主接线的设计 因为采用两台变压器，所以我拟定了三种主接线 1 高压侧无母线，低压侧单母线分段：这种主接线的供电可靠性较高，当任 一主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线 分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两台主变压器高压侧断路器 装设互为备用的备用电源自动投入装置，则任一主变压器高压侧断路器因电源断 电（失压）而跳闸时，另一主变压器高
37、压侧的断路器在备用电源自动投入装置作 用下自动合闸，恢复整个变电所的供电。这时该变电所可供一二级负荷。 （如图 4.5） 11 图 4.5 高压侧无母线，低压单母线分段 图 4.6 高压侧单母线，低压单母线分段 2 高压侧采用单母线，低压侧采用单母线分段：这种主接线适用于装有两台 及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可靠性也较高，任一主变 压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。但 在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍要停电。这时只能 供电给三级负荷。如果有与其他变电所相连的高压或低压联络线时，则可供一二 级负荷。 （如图 4.6） 3
38、 高低压侧均采用单母线分段接线：这种变电所的两段高压母线，在正常时 可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或 发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电，因此供电可靠性 相当的高，可供一二级负荷。 （如图 4.7） 最后考虑到安全性和经济性， 我选择第三种， 高低压侧都为单母线分段接线。 两条电源进线，一条正常采用，一条备用。并采用备用电源自动投入装置。对于 常用的配电方式有：放射式，树干式和环形。我采用的就是放射式配电网络。其 主要的优点是： （1）某一线路发生故障时不影响其他用户。 （2）切换操作方便， 继电保护简单，易于实现自动化。但单回路放射式
39、供电可靠性较差，投资较高。 一般用于配电给二三级负荷或专用设备， 且对一二级负荷供电时， 应有备用电源。 12 图 4.7 高压侧，低压侧均为单母线分段接线 13 第5章 短路计算 5.1 短路的原因，形成及危害 用户供配电系统要求安全，可靠，不间断地供电，以保证生产和生活的需要， 但是由于各种原因，系统难免出现故障，其中最严重的故障就是短路。所谓短路， 是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的短接。 短路的原因主要有：1）电气设备存在隐患，如设备的绝缘材料自然老化，绝 缘材料机械损伤，设备缺陷未被发现和消除，设计安装有误等。 2） 运行，维护 不当，如不遵守操作规程而发生误操作，技术
40、水平低，管理不善等。 3）自然灾 害，如雷电过电压击穿设备绝缘，特大的洪水，大风，冰雪，地震等引起的线路 倒杆，断线等。 短路的危害：由于短路后电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，所以 短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流 可达到几万安甚至几十万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压降大幅度下 降。所以短路的后果往往都是破坏性的，其主要危害大致有如下几个方面。 （1） 元件发热：热量与电流的平方成正比，所以强大的短路电流将引起电机，电器及 载流导体的发热。由于短路电流很大，即使流过的时间很短也会使这些元件引起 不能允许的过热，而招致损坏。 （2）短路电流引
41、起很大的机械应力。电流流过导 体时产生的机械应力与电流的平方成正比。 在短路刚发生后， 电流达到最大值 （即 所谓的冲击电流） ，这时机械应力最大。如果导体和它的固定支架不够坚韧，可能 遭到破坏。 （3）破坏电气设备正常运行。短路时电压降低可使电器的正常工作受 到破坏。例如感应电动机的转矩与外加的电压平方成正比，当电压降低很多时， 转矩可能不足以带动机械工作，而使电动机停转。破坏系统稳定。严重的短路必 将影响到电力系统运行的稳定性。它可使并列运行的发电机组失步，造成与系统 解散。干扰通信系统：接地短路对于高压输电线路平行架设的通信线路可产生严 重的电磁干扰。由此可见：短路的后果是十分严重的。为
42、保证电气设备和电网安 全可靠地运行，首先应设法消除可能引起短路的一切原因，其次在发生短路后应 尽快切除故障部分和快速恢复电网电压。 为此， 可采用快速动作的继电保护装置， 以及选用限制短路电流的电气设备（如电抗器）等。 短路的种类： （1）三相短路：是指供电系统中三相导线间发生对称性的短路。 （2）两相短路：是指三相供电系统中任意两相间发生短路。 （3）单相短路：是指 14 供电系统中任一相经大地与电源中性点发生短路。 （4）两相接地短路：是指中性 点不接地的电力系统中两不同相的单相接地所形成的相间短路。也指两相短路又 接地的情况。上述的三相短路，属于对称性短路，其他形式的短路都属于不对称 短
43、路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。 从短路电流大小来看，一般三相短路的短路电流值最大，造成的危害也最严重， 而两相短路的短路电流值最小。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状 态下也能可靠地工作，因此作为选择校验电气设备用的短路电流采用系统最大运 行方式下的三相短路电流。而在继电保护的灵敏度计算中，则采用系统最小运行 方式下的两相短路电流。 短路计算的目的：为了确保电气设备在短路情况下不致于损坏，减轻短路危 害和防止故障扩大，必须事先对短路电流进行计算，计算短路电流的目的有： （1） 选择和校验电气设备 （2）进行继电保护装置的选型与整定计算。 （3）分
44、析电力 系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的措施。 （4）确定电力线路对通信线 路的影响等。 5.2 短路计算的方法 短路电流的计算方法有欧姆法（又称有名单位制法） ，标么值法（又称相对单 位制法）和短路容量法。欧姆法属于最基本的短路电流计算法，但标么值法在工 程设计中应用广泛。 其实短路计算是否合理， 首先是看短路计算点选择是否合理。 这涉及到短路计算的目的。用来选择校验电气设备的短路计算，其短路计算点应 选择为使电气设备可能通过最大短路电流的地点，一般来讲，用来选择校验高压 侧设备的短路计算，应选择高压母线为计算短路点。用来选择校验低压侧设备的 短路计算，应选择低压母线为短路计算点。但
45、如果线路装有限流电抗器（用来限 制短路电流） ，则选择校验线路设备的短路计算点，应选在限流电抗器之后。 对于各级高压电力线路合理的输送功率是： 对于 0.38kV 的电缆线路， 输送距 离要0.35 。对于 10kV 的电缆线路，输送距离10km。而架空线路输送距离一 般在 6-20km。 变电所短路计算： （1）确定基准值： 取 Sd=100MVA， Ud1=10.5kV ， Ud2=0.4kV (基准电压 选取额定电压的 1.05 倍) Id1=Sd /3*Ud1=100MVA / 3*10.5kV = 5.5 kA Id2=Sd / 3*Ud2=100MVA/ 3*0.4kV =144
46、kA （2）短路中各元件的电抗标么值： 断路器： X*1=Sd/Sn=100MVA/500MVA=0.2 15 架空线路： （查表得：X0=0.38/km） X*2=X0*L*Sd/ 2 1d U=0.38*5*100 / 2 10.5=1.72 电缆线路： （查表：X0=0.08/.km） X*3=X*4=X0*L*Sd / 2 1d U=0.08*0.5*100/ 2 10.5=0.036 电力变压器： （查表：Uk%=4%） X*5=X*6=Uk%*Sd /100*Sn=400*1000/100*315=12.7 1 最大运行方式下（正常工作时，如图 5.1 和图 5.2） （1）在 d
47、1 点短路时： 总电抗 * 1 X =X*1+X*2=0.2+1.72=1.92 三相短路电流周期分量有效值： (3) 1d I= 1d I/ * 1 X =5.5/1.92=2.86kA= (3) I= (3) I 短路冲击电流 ( 3 ) sh i =2.55* (3) I=2.55*2.86=7.3kA 冲击电流有效值： (3) sh I =1.51* (3) I=1.51*2.86= 4.3kA 三相短路容量： (3) 1d S=Sd/ * 1 X =100MVA/1.92=52.1MVA （2） 在 d2 点短路时：总电抗： * 2 X =X*1+X*2+(X*3+X*5X*4+X*
48、6)=0.2+1.72+（0.036+12.70.036+12.7） =8.29 三相短路电流周期分量有效值 (3) 2d I = 2d I/ * 2 X =144kA/8.29=17.37kA= (3) I 短路冲击电流： ( 3 ) sh i =1.84* (3) I=1.84*17.37=31.96kA 冲击电流有效值 ( 3 ) sh I =1.09* (3) I=1.09*17.37=18.93kA 三相短路容量 ( 3 ) 2d S =Sd/ * 2 X=100MVA/8.29=12.06MVA （3）在 d3 点短路： * 3 X= * 2 X + * 7 X=18.29 三相短路电流周期分量有效值： * 3d I = 2d I / * 3 X =7.87 kA 短路冲击电流： (3) sh i =14.48kA 冲击电流有效值 ( 3 ) sh I =8.58kA 三相短路容量 ( 3 ) 3d S = d S / * 3 X= 5.47MVA 图 5.1 系统最大运行方式下短路阻抗图 16 图 5.2 系统最大运行方式下短路的等值电抗图 2 最小运行方式下 （故障时） （如图 5.3 和图 5.4 ） （1）在 d1 点短路时： 总电抗 * 1 X =X*1+X*2=0.2+1.72=1.92 三相短路电流周期分量有效值： (
