大连理工大学网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 宏远公司变电所电气部分设计
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2023年7月28日
电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。本文根据宏远公司10KV变电所的地理环境、容量和各回路数确定变电所电气主接线和站用电接线，计算了负荷并选择了变压器，并遵循灵活性和经济性的原则，选择了系统的主要布线，提出并比较了三种方案。根据相关技术条件对所采用的接线方式进行短路电流计算，得出系统短路点的电流值，使主要的电气配线和配电设备达到安全经济运行的关键条件。
关键词：变电站；电气设计；短路电流；主接线设计
目 录
1 绪论
1.1 变电所的发展现状与趋势
新中国成立以前，中国便已经有了电能，但是这种电能是不稳定且有许多不足的，在世界规模内处于绝对落后的地位。其中有不少是有国外团体，公司进行设计修建的，可以这样说，新中国成立以前，中国电力是由外国人把控的。但是在新中国成立以后，随着社会经济的发展，以及电力工作者的不懈努力，电力产业得到了长足的提升和较为快速的发展。特别是在变电所的设计建设方面。改革开放以来，中国的社会经济持续发展，同时我国强电事业，特别是超高压电力行业一直都走在世界领先的地位。
迄今为止，我国一直在对三峡电网进行改革和创新。华北地区的电网和华南地区的电网可以被地处我国中部地区三峡电网进行连接。这就意味着，一个三峡电网，既可以供应京津地区的发电量，也可以供应长三角，珠三角地区的发电量，这些设备的改进，使得三峡地区的发电量得到进一步的增强。特别是配合当地的水电站以及火电站，可以增强西电东送的力度与发展状况，同时各地区的电网联合作用得到了进一步加强。最终的效果便是形成全国统一的联网的形成与发展，更有甚者可以将多余的电量发送到中亚地区，进一步增强我国电力系统的辐射范围。但是，设计变电站时，尤其是电气部分的设计是变电站建设中最困难的一点。多年来，国家主管部门一直朝着这个方向努力，但是，正如已经提到的，这些技术本身非常复杂。在这其中，主变压器的选择尤为重要，人们不仅必须考虑当地条件，还必须考虑手中的技术。在主变压器的选择时，会出现很多的标准和要求，但是一定要因地制宜，切不可按照其他地区的设计图纸进行强行设计安装。如果在变电站中主变压器发生故障，那么就会造成难以计量的不可接受的后果，不仅会造成巨额经济的损失，还会造成大量的用电故障，甚至会威胁到公民的人身安全。其中，主变压器的容量有限，应使其能够满足供电区域的电力负载需求。我国近年来大力推动电力产业，因此恰当的设计变电站则具有非常实际的意义。变电站的主要功能是电力传输网络接收和分配。良好的规划在建设工期，质量，投资工期，运营安全和调试的经济效果方面起着决定性的作用。
当前，许多发达国家由于自身原因遭受巨大的电力短缺，这是阻止它们进一步发展的重要因素。为了搞定这方面的原因，很多国家都成立专门的部门，支付大量的资金以及人力以就觉这一棘手的问题，他们也已经形成了比较完善的电力系统理论。最终他们想通过增加电力生产促进自己的发展，从而使电力的这一方面不再成为制约自身发展的因素。但是近年来，国外少数发达国家已经逐渐转变自己的发展方向，他们国家的电力部门已经把发展的中心和重点放到智能变电站的发展，并且已经就此方向进行了很多的调查以及研究，并对自身的智能电网的发展做了很深的规划。有些欧洲国家对智能变电站发展方向进行了规划： 一是实现变电站内部数据的互联互通（设备状态监测数据、智能自检、远方调试及整定）；二是实现自动运行等系统功能；三是实现系统和保护的即插即用、广域保护和监测等。变电站的转换过程不需要完全拆除以前的系统，而仅仅是要添加的功能和部件可以直接连接并可供当前的生产系统使用。这些是指导发达国家变电站发展的指南，也是指导我们国家电力系统的目标和指南。
2021年2月美国得克萨斯州遭遇史上最强寒潮，由于其电网电力设备等基础设施存在严重老化问题，导致电力供应受到严重打击，随之而来的是让那些大约230万居民在寒冷和黑暗中度过，已有多人因寒冷死于家中或车中，可见优质的电力系统的重要性是不言而喻的。变电所在电力系统中起发电、送电、变电、配电等作用。变电所是进行电能传输与变压的中间纽带，是电力系统不可或缺的一部分。每每谈及世界第一个小型变电所，就会想到，德国是世界上最早将三相交流高压输电系统投入运行的国家，该系统包含了发电、变电和输电部分，为电力工业的发展奠定基础。为了保证我国经济的高速发展以及持续的城镇化进程，我国电力系统进入了快速发展阶段，电网建设得到进一步完善。
目前，我国变电所主要现状是老设备向新型设备转变，有人值守向无人值守变电所转变，交流传输向直流输出转变，在城市变电所建设中，户内型变电所大幅增加。国外变电所主要是交流输出向直流输出转变。数字化智能变电所是国内外变电所未来发展趋势[1]。变电站是电力系统中的一个位置，其转换，集中和分配电能的电压和电流。为了确保电能的质量和设备的安全性，电压调节，功率流（电力系统的每个节点和分支的电压，电流和功率的流动和分配），以及输配电线路和主要的保护电子设备。
1.2 变电站的研究背景
随着工业化水平的提升，电力资源作为清洁能源，成为国家发展、社会稳定、人民生活的基石，因此要提高电力系统工作运行的安全可靠性以及高效率，从而达到减少生产成本、增大经济效益的目的。电已融入我们的日常生活中，并且随着其诞生后几年的发展，尤其是随着这些年来中国经济的腾飞，好多部门对电力的需求也逐渐增加。
在整个电力系统中，电力无法长期存储，并且将面临运输和变压问题，变电站的负责人在整个过程中都发挥了重要作用。因为电力的输送和二次分配是由变电站进行的。随着经济的发展和现代工业建设的迅速发展，供电系统的设计越来越全面，系统化，工厂的电力消耗也在迅速增长。电能质量，技术和经济条件以及电力供应的可靠性指标也在增加。对电源设计也有更高和更完整的要求。设计是否合理，不仅直接影响基础设施投资，运营成本和有色金属的消耗，还体现了电源的可靠性和安全生产。它与企业的经济利益和设备的人身安全密切相关[2]。电力技术高新化、复杂化的迅速发展，使电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。为了适应我国电力事业的发展及将所学的知识运用到实际生产中去，我进行了变电所设计。
1.3 本次论文的主要工作
本次论文主要研究宏远公司10KV变电所的电气部分设计。主要包括六大部分：
第一部分绪论，主要介绍了变电所的发展趋势，选题目的背景和意义，论文的主要内容和组织结构。
第二部分建筑电气设计的主要内容，主要对电气主接线进行设计，主要有电气主接线的设计要求、电气主接线的选择方案、电气主接线方案的确定；
第三部分变电所的总体分析及主变选择，主要有变电所的总体情况分析、主变压器容量的选择、主变压器台数的选择。
第四部分电气主接线设计，主要有电气主接线的设计要求、电气主接线的选择方案、电气主接线方案的确定。
第五部分市对变电所进行短路电流计算；
第六部分是全文总结。
2 建筑电气设计的主要内容
2.1 变电所的总体分析及主变选择
（1）变电所的总体分析
在10kV变电所中，通常选择三相变压器，因为它们是最经济，最可靠的操作。变电所中主变压器的容量由农村电力负荷发展计划决定。由于农村负荷具有较强的季节性，因此根据峰谷差异的特征，系统的特征以及三种负荷类型的要求，系统使用两个变压器，但是负荷的各个方面，经济因素和当前发展可以考虑条件选择一台变压器。变电所的最大负载由变电所的正常过载能力承担，并由变电所的最大负载时间（0.5到1s）的一端特性决定。时间接近最大负荷，可以充分利用安装能量，110kV变电所容量大，可以使用三绕组变压器来满足不同电压等级用户的要求。
（2）主变压器的选择
主变压器的选择是变电所电气设计的重要环节之一，如果主变压器的容量选择太大或者主变压器台数选择太多，都会导致设备投资过大，系统运行费用过高；如果主变容量选择太小或者主变台数选择太少，就会无法为负荷提供足够的电能，而且这种情况下发电机的发电能力也不能得到充分发挥。主变压器的选择有三个方面，主变容量的选择、主变台数的选择以及主变型式的选择[4]。
选择应遵循如下原则：
1）当不受运输条件限制时，在 330kV 及以下的发变电所和变电站，均应选用三相变压器。
2）当发变电所与系统连接的电压为 500kV 时，已经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台 50%容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为 300MW、并直接升到 500kV 的，宜选用三相变压器。
3）对于 500kV 变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建所初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成所停电。为此要经过经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。在发变电所或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。
2.2 电气主接线的选择
（1）电气主接线的含义
电气主接线选择是变电所设计的主要环节，电气主接线直接影响运行的可靠性、灵活性，它的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
（2）电气主接线的选择
变电所电气主接线是电力系统的主要组成部分，它表明了发电机、变压器、线路、和断路器等设备的数量和接线方式，从而实现安全的输变电、配电的任务。在保证供电可靠性、灵活性、满足各种技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节省资源，力争设备元件和设计的性进行和可靠性。电气主接线的设计有其基本要求和原则，设计者在设计时需要综合考虑以下因素：发变电所、变电所在电力系统中的地位；发变电所的规划容量；负荷性质；线路、变压器连接元件参数；设备特点；供电可靠性；运行灵活性；操作检修方便性；投资成本；是否便于过渡或扩建以及环境因素等。当有扩建需求时，应在布置上考虑接线的准备[5]。有几种主要的接线形式，下面总结了一下它们的优缺点是适用范围。
（1）单母线接线
优点：接线简单清晰、设备少、操作方便。缺点：灵活性和可靠性差。
（2）单母线分段接线
优点：克服了单母线接线的缺点。适用范围：6～10KV配电装置出线回路数为6回及以上时。
（3）双母带旁路母线接线
优点：当线路(主变压器)断路器检修时，仍有继续供电。缺点：旁路的倒换操作比较复杂。
2.3 短路电流计算
（1）短路电流意义
当在操作阶段和相位之间或者在相和地之间（或中性）之间发生异常连接（短路）时，电力系统流动的电流被称为短路电流[6]。目的一是看回路能不能承受这么大的短路电流，二是看回路中的短路保护装置能不能分断这么大的短路电流，假如分不断，电弧不灭，相当于烧电焊一样，这时短路故障电流会一直通电，所造成的后果可想而知。
在计算短路电流时，必须考虑初始的图纸的设计方案。同时不应忘记未来的电气系统全局设计，考虑到将来负荷增大以及设备数量增加的情况，即使现在电路的设计也能正常工作。同时尽量变大现在短路电流的计算。
同时也要考虑到其它设备的影响，比如，电机、电容补偿设备对整个系统的影响。在计算时，要考虑到以上两个设备的作用，也要将它们的作用考虑到其中。
选择设备时也要考虑正常连接系统的短路电流，将这个点作为接地点，在计算短路电流时必须将其考虑到其中。
计算时要按照三相短路计算通电导体的稳定性以及开关的电流。再出现中性点接地以及两相短路，自耦变压器直接的单相，双相接地短路情况时，要按照造成的最大负荷以及最大损失来计算，从而避免造成更大的损失。只有这样，才能避免突发情况，避免意外损失。当短路电流达到最大值时，就算出问题也可以及时保护整个电气系统，以最大程度地减少电路损耗。
（2）短路电流的计算
系统等值网络如图2-1所示。
