大連理工大學網絡教育學院畢業論文（設計）模板 網絡教育學院本 科 生 畢 業 論 文（設 計） 原創論文 題 目：49.5MW風電場變電所電氣部分設計學習中心： 河北奧鵬學習中心20層 次： 專科起點本科 專 業： 電氣工程及其自動化 年 級： 2009 年 秋 季 學 號： 學 生： 指導教師： 完成日期： 2011年09月10日 III49.5MW風場升壓變電所電氣部分設計目 錄內容摘要1 緒論11.1 風能的發展現狀與趨勢11.2 風電場變電站的研究背景11.3 本次論文的主要工作22 風場升壓變電站電氣設計的主要內容32.1 變電所的總體分析及主變選擇32.2 電氣主接線的選擇32.3 短路電流計算32.4 電氣設備選擇32.5 配電裝置設計32.6 防雷與接地43 變電所的總體分析及主變選擇53.1 變電所的總體情況分析53.2主變壓器容量的選擇53.3主變壓器臺數的選擇54 電氣主接線設計74.1 引言74.2 電氣主接線設計的原則和基本要求74.3 電氣主接線設計說明85 短路電流計算135.1 短路電流計算的目的135.2 變電所短路電流計算136 電氣設備的選擇186.1 電氣設備選擇的依據186.2 開關設備的選擇216.3 開關設備的校驗277 配電裝置307.1 配電裝置的圖示307.2 配電裝置的設計要求307.3 配電裝置的分類318 升壓變電站的防雷與接地358.1 直擊雷保護358.2 雷電入侵波保護358.3 接地電阻設計標準358.4 本變電站防雷與接地設計369 結論38參考文獻39內容摘要根據設計任務書的要求及結合工程實際,本次設計為典型的49.5MW風電場升壓變電站電氣部分設計。本期按發電機單臺容量1500kW計算，裝設風力發電機組33臺。每臺風力發電機接一臺1600kVA升壓變壓器，將機端690V電壓升至35kV并接入35kV集電線路，經3回35kV架空線路送至風電場110kV升壓站。變電站是電力系統的重要組成部分，它直接影響整個電力系統的安全與經濟運行，是聯系發電廠和用戶的中間環節，起著變換和分配電能的作用。電氣主接線是由變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、母線、避雷器等電氣設備按一定順序連接而成的,電氣主接線的不同形式，直接影響運行的可靠性、靈活性，并對電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和控制方式的擬定等都有決定性的影響。本次設計變電站有1臺主變壓器，1個出線間隔、1個主變進線間隔、1個PT間隔、35kV配電裝置一列、無功補償裝置一套。變電站內分為110kV、35kV、0.69kV、0.4kV共四個電壓等級。本文是在劉鳳麗恩師的精心指導下完成的。劉老師治學嚴謹、知識廣博、善于捕捉新事物、新的研究方向,在設計思路上給了我很多的指導和幫助。劉老師一絲不茍的治學態度、對學生嚴格要求的敬業精神給我留下了深刻的印象。在此，我對恩師表示最崇高的敬意和最誠摯的感謝！關鍵詞：主接線；短路電流；電氣設備；配電裝置；架空線路；防雷與接地1 緒論 1.1 風能的發展現狀與趨勢風能是可再生能源技術中最成熟的一種能源技術,對于應對那些與傳統能源有關的迫在眉睫的環境和社會影響,風電是個切實可行,立竿見影的解決方案。風力發電就是利用風力機獲取風能并轉化為機械能，再利用發電機將風力機輸出的機械能轉化為電能輸出的生產過程。目前風電場的分布已遍布全球，風電場的數目已成千上萬，最大規模的風電場可上百萬千瓦級，例如我國甘肅玉門的特大型風電項目。截至2010年底，中國全年風力發電新增裝機達1600萬千瓦，累計裝機容量達到4182.7萬千瓦，首次超過美國，躍居世界第一。從2005年開始，中國的風電總裝機連續5年實現翻番。風電場所發出的綠色無污染電力，可改善當地電力系統的能源結構，實現電力供應的多元化，提高電網中可再生能源發電的比例，優化電源結構，為社會和經濟的可持續發展提供保證。風能是清潔的、可再生的能源，開發風能符合國家環保、節能政策，風電場的開發建設可有效減少常規能源尤其是煤炭資源的消耗，保護生態環境，營造出山川秀美的旅游勝地。風電場本身也可以成為一個獨特的旅游景點，促進當地旅游業的發展。1.2 風電場變電站的研究背景隨著風電場規模的不斷擴大，風電場與電網或電力用戶的相互聯系越來越緊密。掌握風電場電氣部分具有相當重要的意義。單臺風力發電機組的發電能力是有限的，大規模風力發電都是在風電場中實現的，風電場是在一定的地域范圍內，由同一單位經營管理的所有風力發電機組及配套的輸變電設備、建筑設施、運行維護人員等共同組成的集合體。變電站是整個電力系統的基本生產單位，變電站將電能變換后分配電網。變電站不僅僅包括電能生產、變換的部分，還包括其自身消耗電能的部分，即所用電。風電廠的所用電包括維持風電場正常運行及安排檢修維護等生產用電和風電場運行維護人員在風電場內的生活用電等。風電場電氣系統可以分為4個主要部分：風電機組、集電線路、升壓變電站及所用電系統。風電機組除了風力機和發電機以外，還包括變頻器和對應的機組升壓變壓器，目前風電場的風力發電機本身輸出電壓為690V，經過機組升壓變壓器將電壓升高到35kV；集電線路將風電機組生產的電能按組收集起來，每組包含的風電機組數目大體相同，一般可由每臺35kV升壓變壓器高壓側經高壓電纜直接并聯，匯集到35kV架空線路輸送到升壓變電站；升壓變電站的主變壓器將集電系統匯集的電能再次升高到110kV接入電力系統。目前我國電力建設經過多年的發展，系統容量越來越大，短路電流不斷增大，對電氣設備及系統內大量信息的實時性等要求越來越高，并表現出接線方案趨于簡單；大量采用新的電氣一、二次設備；綜合自動化技術得到廣泛應用的趨勢。中國正在提高風力發電場的并網能力，目標是到2015年使風力發電并網能力達90GW。風力發電是目前新能源開發技術最為成熟、最具有大規模開發和商業化發展前景的發電方式。已成為公認的戰略替代能源之一，是實現能源可持續發展的重要舉措1。1.3 本次論文的主要工作 了解風電場的電氣特點，學習風電場電氣部分的接線及設計方法，學習風電場電氣設備的選擇方法，對于風電場的安全運行與可靠供電具有相當重要的意義。本次論文進行了變電站110kV升壓變電站主變壓器的選擇、電氣主接線方案的確定、短路電流計算、電氣設備的選擇（包括斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器、導線的選擇及其校驗）、配電裝置的設計、防雷與接地的設計，繪制了110kV升壓變電站的一次系統的主接線圖，設計過程中力求做到變電設備運行可靠、操作靈活、經濟合理、擴建方便。 412 風場升壓變電站電氣設計的主要內容經濟發展電力先行,電力在經濟發展和國計民生中的作用越來越受矚目,其中變電所是電力系統中不可缺少的一個重要環節,對電網的安全和經濟運行起著舉足輕重的作用。變電所電氣部分設計包括變電所總體分析、主變選擇、電氣主接線設計、短路電流計算、電氣設備選擇、配電裝置設計、防雷與接地設計等。2.1 變電所的總體分析及主變選擇本升壓變電站規劃占地面積為150*125mm2，有新建泥結石道路可以直通縣道。站內主要有綜合控制樓、汽車與材料庫、110kV屋外配電裝置、主變壓器、35kV配電裝置、無功補償裝置、消防水泵房、污水處理裝置、事故油池等建筑物。用來向電力系統或用戶輸送功率的變壓器稱為主變壓器。主變壓器是變電站中最為主要的電氣設備之一，在電氣設備的投資中占有較大比例，同時它還影響與之相配套的電氣裝置的投資。因此，對主變壓器的臺數、容量和型式的選擇至關重要。同時，它也是主接線方案確定的基礎。本期工程因風機裝機容量為49.5MW,所以設計一臺容量為50MVA的主變壓器。2.2 電氣主接線的選擇 電氣主接線是變電所的主要環節，電氣主接線直接影響運行的可靠性、靈活性，它的擬定直接關系著全所電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護、自動裝置和控制方式的確定，是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。2.3 短路電流計算 擬定主接線后，為了合理的選擇電氣設備，就必須進行短路電流計算。短路計算點為通過電器設備的最大短路電流的地點，一般按三相短路電流計算。2.4 電氣設備選擇選擇適合本地使用的電氣設備，不僅需要考慮電氣設備的電氣參數要滿足正常工作時流過的電流，承載的電壓以及故障時所受到的高溫和電動力的影響（短路后的大電流造成），還需要綜合考慮電氣設備所處的環境因素，如海拔、環境溫度、日照及風速等。此外，也要注意電氣設備運行可能給環境帶來的影響，如噪聲和電磁干擾等。2.5 配電裝置設計配電裝置可以理解為接受和分配電能的裝置，它是電氣主接線的具體實現，用于完成進出線回路之間的連接。2.6 防雷與接地升壓變電站一旦遭受雷擊，電氣設備的絕緣會毀壞，不但修復困難，而且會導致風電場發出的電能不能外送，可能會造成供電區域內大面積、長時間停電，波及電網，給國民經濟和人民生活帶來嚴重損失。3 變電所的總體分析及主變選擇3.1 變電所的總體情況分析本期為一期工程，建設規模為49.5MW。本期工程發電機單臺推薦容量1500kW，共33臺。每臺風力發電機接1臺1600kVA箱式變壓器，將機端690V電壓升至35kV，接入35kV集電線路，經35kV架空線路送至風電場升壓站。升壓變電站經過1臺升壓主變壓器將電壓提高到110kV送至地方110kV電網。變壓器容量過大或臺數過多，會造成投資的浪費，占地和運行損耗增加；容量過小，則發出的電能就無法全部送出到電力系統或滿足風電場內部負荷需求。因此，應該合理地選擇變壓器的容量和臺數3.2 主變壓器容量的選擇 主變壓器容量的選擇應根據在正常運行時有最大功率通過時不過載的原則來確定，避免出現功率的“瓶頸現象”。同時過大的容量不僅會增加投資，而且還會加大有功和無功的損耗，增加運行費用，出現“大馬拉小車”的現象。考慮到風力發電場負荷率較低的實際情況，及風力發電機組的功率因數在1左右，可以選擇等于風電場發電容量的主變壓器2。實際選擇變壓器容量是在根據上述原則選擇的的基礎上取相近并稍大的標準值。本期工程發電機容量為49.5MW, 所以選用一臺容量為50MVA的三相油浸式雙繞組有載調壓變壓器作為主變壓器。3.3 主變壓器臺數的選擇3.3.1主變臺數的考慮原則: 變電站主變壓器的臺數可按如下原則確定：(1)對大城市郊區的一次變電所,在中、低壓側已經構成環網的情況下,以裝兩臺主變為宜；對地區性孤立的一次變電所或大型工業專用變電所,設計時應考慮裝三臺主變壓器的可能性；對規劃只裝兩臺主變的變電所,其主變基礎宜按大于變壓器容量的12級設計,以便負荷發展時更換主變。(2) 對于只供電給二類、三類負荷的變電站，原則上只裝設一臺變壓器。(3) 對于供電負荷較大的城市變電站或有一類負荷的重要變電站，應選用兩臺相同容量的主變壓器，每臺變壓器的容量應滿足一臺變壓器停運后，另一臺變壓器能供給全部一類負荷的需要；在無法確定一類負荷所占比重時，每臺變壓器的容量按計算負荷的60%-80%選擇。3.3.2本升壓變電站主變壓器具體分析情況如下：（1）本升壓變電站因目前只規劃一期工程，加之主變壓器運行可靠性高，發生故障的幾率小，檢修周期長，損耗低，所以在選擇時一般不考慮主變壓器的備用,故按一臺主變壓器進行配置；（2）因風場是將35kV電壓升至110kV，只有兩種電壓，所以選雙繞組變壓器即可滿足要求；（3）我國110kV及以上的電壓等級變壓器均采用Y形連接，35kV電壓采用連接，所以聯結組別選用；在變電站中,主變壓器接線組別采用,能限制三次諧波。如接線組別高、低壓側均采用全星形，則三次諧波無通路，因此將會引起正弦波電壓畸變，并對通信設備發生干擾，同時對繼電保護整定的準確度和靈敏度均會有影響3。（4）由于風場發電多入地方電網，而地方多力多供應不足，電網電壓波動較大，所以主變壓器可采用有載調壓裝置。高壓側有載調壓是改善電壓質量、減少電壓波動最有效的手段。（5）凡是能夠采用三相變壓器時都應首先三相變壓器，在330kV及以下的電力系統中，一般都應選用三相變壓器4。（6）對于三相雙繞組變壓器的高壓側，110kV及以上電壓等級均為中性點直接接地系統。（7）由于風場升壓變電站多處于風場中心位置，常年風資源盛行，散熱條件良好，冷卻方式采用自然風冷即可滿足要求。綜合上述分析，本變壓站主變壓器選擇參數如下：型號額定 容量 KVA額定 電壓 -高壓（KV）額定 電壓 -低壓（KV）空載 損 耗kw空載電流 %負載損耗kw連接組別短路阻抗 %SZ11-50000/110500001108*1.25%38.5420.418410.54 電氣主接線設計4.1 引言電氣主接線是變電站電氣部分的主體,是電力系統中電能傳遞通道的重要組成部分之一；其連接方式的確定對電力系統整體以及變電站本身的供電可靠性、運行靈活性、檢修方便與否和經濟合理性起著決定性的作用,同時也對變電站電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和控制方式的擬定有著很大的影響。電氣主接線設計是一項繁瑣而復雜的綜合性工作，必須遵循國家的有關法律、法規、方針、政策，依據相應的國家規范、標準和設計規程，結合具體工程的不同情況、不同要求、按照嚴格的設計程序，由宏觀到微觀，逐步細化和充實，反復地比較和優化，最后提出技術上先進可靠、經濟上合理的電氣主接線設計方案。4.2 電氣主接線設計的原則和基本要求4.2.1電氣主接線設計的原則： 電氣主接線設計是變電站電氣設計的主體，必須以設計任務書為依據，以國家相關的法規、規程為準則，結合工程的具體特點，全面地、綜合地加以分析，設計出可靠性高，運行方便靈活而又經濟合理的最佳方案。4.2.2主接線設計的基本要求：（1）可靠性 供電可靠性是電力生產的基本要求，運行實踐是電氣主接線可靠性的客觀衡量標準，國內外長期積累的運行實踐經驗在評價可靠性時起決定性的作用。目前，常被選用的主接線類型并不很多。在主接線設計中可以從以下幾方面加以考慮：1)任一斷路器檢修時，盡量不會影響其所在回路供電。2)斷路器或母線故障及母線檢修時，盡量減少停運回路數和停運時間，并保證對一級負荷及全部二級負荷或大部分二級負荷的供電。3)盡量減少變電所全部停電的可能性。（2）靈活性 主接線應該滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性。1）調度時，應可以靈活地投入和切除變壓器和線路，靈活調配電源和負荷，滿足系統在事故、檢修以及特殊運行方式下的系統調度要求。2）檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修不致影響電力系統的運行和對用戶的供電。3）擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。在不影響連續供電或停電時間最短的情況下，投入新裝機組、變壓器或線路而不互相干擾，并對一次和二次系統的改建工作量最小。（3）經濟性 在滿足可靠性、靈活性要求的前提下，還應盡量做到經濟合理。對于經濟性的考慮主要包括下列內容：1）投資省 主接線力求簡單，以節省斷路器、隔離開關、互感器、避雷器等一次設備；繼電保護和二次回路不過于復雜，以節省二次設備和控制電纜；采取限制短路電流的措施，以便選取價格較低的電氣設備或輕型電器。2）占地面積小。主接線設計中要為配電裝置布置創造條件，盡量使占地面積小。3）電能損失少。在變電站中，電能損耗主要來自變壓器，應經濟合理地選擇主變壓器的種類、容量、數量，并盡量避免因兩次變壓而增加的電能損失。（4）其它方面的綜合考慮 其他應考慮因素也很多，如:主要設備的供貨廠家、交通運輸、環境、氣象、地震、地質、地形及海拔高度等都會影響電氣主接線的設計，須綜合加以考慮5。4.3 電氣主接線設計說明4.3.1 電氣主接線形式主接線形式可以分為兩大類：有匯流母線和無匯流母線。匯流母線，簡稱母線，是匯集和分配電能的設備。有匯流母線的接線形式便于實現多回路的集中。由于有母線作為中間環節，使接線簡單、清晰、運行方便，有利于安裝和擴建。一般進出線數目大于4回。有匯流母線的接線形式包括：單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段、帶旁路母線等。無匯流母線的接線形式使用開關電器較少，占地面積少，但只適用于進出線回路少，不再擴建和發展的變電站。無匯流母線的接線形式包括：單元接線、橋形接線、角形接線、變壓器-線路單元接線等。不同的接線方式決定于電壓等級及出線回路數。按電壓等級的高低和出線回路的多少，不同的接線形式有其大致的使用范圍。電氣主接線的常見形式：（1）單元接線 單元接線是最簡單的接線形式，即發電機和主變壓器組成一個單元，發電機生產的電能直接輸送給變壓器，經過變壓器升壓后送給系統。（2）橋形接線 當變配電裝置中只有兩條線路連接站內兩臺主變壓器時，常采用橋形接線，此時這兩回進線分別和兩條線路連接，形成了兩條線路-變壓器的供電路徑，在這兩條供電路徑由橋形斷路器聯絡，根據橋形斷路器相對于變壓器和線路的安裝位置，又分為內橋接線和外橋接線。內橋接線的橋斷路器靠近變壓器，對于變壓器的投切需要操作兩臺斷路器，對于線路的操作只需要一臺斷路器，而外橋接線則相反，對于變壓器的投切操作一臺斷路器，線路則操作兩臺斷路器。可以看出，內橋接線對于線路的操作較為簡單，而外橋接線則易于操作主變，因此內橋接線適用于變壓器不經常切換，而線路較長，故障概率較高所造成的線路需要經常操作的場合；外橋接線適用于變壓器切換頻繁，或線路較短，故障概率小的場合，此外，當線路有穿越功率時，也宜采用外橋接線。橋形接線采用的高壓斷路器數量小，4個回路只需要3臺斷路器，在容量較小的發電廠、變電站經常采用。（3）單母線接線 單母線接線以一條母線用為配電裝置中的電能匯集節點，是有母線接線形式中最簡單的接線形式。單母線接線的優點是：接線簡單清淅、設備少、操作簡單、便于擴建和采用成套配電裝置。但是單母線接線的可靠性較低，當其中的任一斷路器檢修停運，其所在回路必須停電，而當母線或母線隔壁離開關故障或檢修的時候，由于母線停運，整個配電裝置都需要停電，也就有可能造成整個廠站的停電。單母線接線適用于電源數目較少、容量較波折場合，例如母線上只有一個電源的情況，也就是只有一臺發電機或一臺變壓器的時候：1）6-10KV配電裝置的出線回路數不超過5回。2）35-66KV配電裝置的出線回路數不超過3回3）110-220KV配電裝置的出線回路數不超過2回（4）單母線分段接線 在配電裝置中有多個電源存在的時候，單母線不在適用，此時可以將單母線根據電源的數目進行分段，這就是單母線分段接線形式。單母線分段的數目由電源的數量和容量決定，分段數目越多，母線停電的范圍越小，但是斷路器的數目也越多，配電裝置和運行也越復雜。因此一般以2-3段為宜；同時也需要注意，為了減少功率在分配斷路器上的流動，電源和負荷要盡量分配到每條母線上，以保證母線間的功率平衡。單母線分段接線具有以下優點：1） 重要用戶可以從兩段母線上引出兩個回路，由不同的電源供電。2） 當一段母線發生故障或需要要檢修的時候，分段斷路器可以斷開，保證另一段母線的正常運行。由此可見，單母線分段接線相對單母線接線，可靠性和靈活性都有提高。但是此時，當一段母線故障的時候，其所連接的回路依然需要停電；同時重要負荷采用雙回線時，常使得架空線路出線交叉跨越，為了使得兩段母線負荷和電源均衡配置，在擴建的時候需要向兩個方向均衡擴建。單母線分段接線的適用范圍如下：1）6-10KV配電裝置的出線回路數為6回及以上。2）35-66KV配電裝置的出線回路數為4-8回。3）110-220KV配電裝置的出線回路數為3-4回。（5）雙母線接線 單母線分段接線在母線故障的時候雖然保證了部分負荷的供電，但是故障母線所連的回路依然需要停運，在可靠性要求較高的情況下無法滿足要求，而雙母線接線可以解決上述問題。每個回路通過一個斷路器和兩個隔離開關和兩條母線相連，母線之間通過母線聯絡斷路器連接，此時回路的分合由斷路器來實現，而回路運行于那條母線則由母線隔離開關決定。除了母線檢修情況以外，雙母線接線在運行時一般采用固定連接運行方式，即兩條母線運行，通過母線并列，電源和負荷平均分配在兩條母線上。相對于單母線接線及單母線分段接線，雙母線接線具有以下優點：1）供電可靠，由于任意回路可以和兩條母線聯系，通過兩個母聯隔離開關的倒閘操作，可以使得回路靈活地在兩條母線間切換，也就使得檢修任一母線只停母線本身，不至于造成供電中斷，而當故障的時候，可以迅速地將停電回路倒到另一條帶電母線上，減少了故障的影響。2）調度靈活，每個回路都可以運行于任一母線，也就使得電源和負荷可以錄活地在母線上分配，這就可以靈活地適應系統中的各種運行方式的調度及潮流變化的需求。3）擴建方便，相對于單母線分段接線，向任一方向擴建都不影響電源和負荷的平均分配，不會引起原有回路的停電；當存在雙回架空線時可以順序布置，不會出現單母線分段接線所導致的交叉跨越。4）便于試驗，當個別回路需要單獨試驗的時候，可以將該回路單獨接于一條母線進行試驗。雙母線接線適用于回路數或母線上電源較多、輸送和穿越功率大、母線故障后要求迅速恢復供電、母經線或母線設備檢修時不允許影響對用戶的供電，系統運行調度對接線的靈活性有一定要求的情況下采用，各個電壓等級采用的具體條件如下：1）6-10KV配電裝置，當短路電流較大的時候，出線需要加裝電抗器時。2）35-66KV配電裝置，當出線回路數超過8回時；或連接電源較多，負荷較大時。3）110-220KV配電裝置，當出線回路數在5回及以上時，或在系統中具有重要地位，出線回路數為4回及以上。（6）雙線線分段接線 當220KV進出線回路數甚多時，為了減少母線故障時候的停電范圍，需要對雙母線進行分段，原則如下：1）當進出線回路數為10-14回時，在一組母線上用斷路器分段。2）當進出線回路數為15回及以上時，兩組母線都分段。3）為限制220KV母線短路電流或系統解列運行的要求，可根據需要將母線分段6。4.3.2風電場電氣主接線設計：（1）風電機組的電氣接線 這里的風電機組除了包括風力機和發電機以外，還包括變頻器和對應的機組升壓變壓器。目前，風電場的主流風力發電機本身輸出電壓為690V，經過機組升壓變壓器將電壓升高到35kV。這樣風電機組的接線大都采用單元接線。一般情況下，多采用一機一變，即一臺風力發電機組配備一臺箱式變壓器。（2）集電線路及其接線 集電系統將風電機組生產的電能按組收集起來。分組采用位置就近原則，每組包含的風電機組數目大體相同，多為11臺。多組機群的輸出匯集到35kV母線，再經35kV架空線路輸送到升壓變電站。當然，采用地下電纜還是架空線，還要看風電場的具體情況。架空線路投資低，但在風電場內需要條形或格形布置，不利于設備檢修，也不美觀；采用直埋電力電纜敷設，風電場景觀較好，但投資較高。就接線形式而言，風電場集電環節的接線多為單母線分段接線。每段母線的進線，是各箱式變電所匯集的多臺風電機組的并聯輸出，每一組機群的箱式變電所提供匯流母線的一條進線，每段母線的出線是一條通向升壓變電站的35kV輸出線路。（3）升壓變電站的主接線 升壓變電站的主變壓器將集電線路匯集的電能再次升高到110kV接入電力系統。就接線形式而言，風電場升壓站的主接線多為單母線接線或單母線分段接線（有擴建工程時），取決于風電機組的分組數目。（4）風電場所用電的主接線 風電場的所用電包括維持風電場正常運行及安排檢修維護等生產用電和風電場運行維護人員在風電場內的生活用電等，也就是風電場內自用電的部分，電壓為400V的電壓等級，主接線采用單母線分段接線，負荷分配在兩段母線上，兩段母線通過母線橋連接起來。5 短路電流計算5.1 短路電流計算的目的5.1.1短路電流的計算目的有以下幾點:1）電氣接線方案的比較和選擇2）選擇和校驗電氣設備3）選擇和校驗載流導體4）繼電保護的選擇與整定5）接地裝置的設計及確定中性點接地方式6）計算軟導線的短路搖擺7）確定分裂導線間隔棒的間距8）驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓5.1.2概念短路：是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點接地的系統）發生通路的情況。其值可遠遠大于額定電流 ，大小并取決于短路點距電源的電氣距離。5.1.3分類三相系統中發生的短路有 4 種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對地短路和兩相對地短路。其中三相短路時，三相回路依舊對稱，因而又稱對稱短路，其余三類均屬不對稱短路。在中性點接地的電力網絡中，以一相對地的短路故障最多，約占全部故障的90。在中性點非直接接地的電力網絡中，短路故障主要是各種相間短路。發生短路時,電力系統從正常的穩定狀態過渡到短路的穩定狀態，一般需35秒。在這一暫態過程中，短路電流的變化很復雜。它有多種分量，其計算需采用電子計算機。在短路后約半個周波（0.01秒）時將出現短路電流的最大瞬時值，稱為沖擊電流。它會產生很大的電動力，其大小可用來校驗電氣設備在發生短路時機械應力的動穩定性。5.2 變電所短路電流計算5.2.1計算條件（1）假設系統有無限大的容量。用戶處短路后,系統母線電壓能維持不變.即計算阻抗比系統阻抗要大得多。具體規定: 對于335KV級電網中短路電流的計算,可以認為110KV及以上的系統的容量為無限大.只要計算35KV及以下網絡元件的阻抗。（2）在計算高壓電器中的短路電流時,只需考慮變壓器、電抗器的電抗,而忽略其電阻;對于架空線和電纜,只有當其電阻大于電抗1/3時才需計入電阻,一般情況下也只計電抗而忽略電阻。（3）短路電流計算公式或計算圖表,都以三相短路為計算條件。因為單相短路或二相短路時的短路電流都小于三相短路電流。能夠分斷三相短路電流的電器,一定能夠分斷單相短路電流或二相短路電流。5.2.2簡化計算法即使設定了上述假設條件,要正確計算短路電流還是十分困難,對于一般用戶也沒有必要.一些設計手冊提供了簡化計算的圖表.省去了計算的麻煩.用起來比較方便.但要是手邊一時沒有設計手冊就可以借助“口訣式”的計算方法,只要記牢7句口訣,就可掌握短路電流計算方法.下面先了解一些基本概念. （1）主要參數三相短路容量 (MVA) 簡稱短路容量校核開關分斷容量 三相短路電流周期分量有效值(KA ) 簡稱短路電流校核開關分斷電流和熱穩定三相短路第一周期全電流有效值(KA) 簡稱沖擊電流有效值校核動穩定三相短路第一周期全電流峰值(KA) 簡稱沖擊電流峰值校核動穩定 X電抗() 其中系統短路容量和計算點電抗X是關鍵. （2） 標么值計算時選定一個基準容量(Sjz)和基準電壓(Ujz)。將短路計算中各個參數都轉化為和該參數的基準量的比值(相對于基準量的比值),稱為標么值。基準容量： Sjz =100 MVA基準電壓： Ujz規定為8級： 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 kV有了以上兩項, 由公式S=1.73*U*I，所以各級電壓的基準電流即可計算出來。1） 標么值計算容量標么值 S* =S/.例如:當10KV母線上短路容量為200 MVA時,其標么值容量S* = 200/100=2.電壓標么值 U*= U/ ; 電流標么值 I* =I/2）無限大容量系統三相短路電流計算公式短路電流標么值: I*d = 1/X* (總電抗標么值的倒數).短路電流有效值: = * I*d=/ x*(KA)當1000KVA以上變壓器二次側短路時,沖擊系數,取1.8沖擊電流有效值: = 1.52 沖擊電流峰值: =1.41* *=2.55 (kA)當1000KVA及以下變壓器二次側短路時,沖擊系數,取1.3沖擊電流有效值: =1.09 (kA)沖擊電流峰值: =1.84 (kA)掌握了以上知識,就能進行短路電流計算了.公式不多,又簡單.關鍵在于知道短路點的總電抗，一種方法是查有關設計手冊,從中可以找到常用變壓器、輸電線路及電抗器的電抗標么值.求得總電抗后,再用以上公式計算短路電流；設計手冊中還有一些圖表,可以直接查出短路電流.（3） 口訣式簡化算法1）系統電抗的計算方法：系統電抗，百兆為一。容量增減，電抗反比。100除以系統容量例：基準容量 100MVA。當系統容量為100MVA時，系統的電抗為*=100/1001；當系統容量為200MVA時，系統的電抗為*=100/2000.5；當系統容量為無窮大時，系統的電抗為*=100/0 系統容量單位：MVA系統容量應由當地供電部門提供。當不能得到時，可將供電電源出線開關的開斷容量作為系統容量。如已知供電部門出線開關為W-VAC 12KV 2000A 額定分斷電流為40KA。則可認為系統容量S=1.73*40*10=692MVA, 系統的電抗為*=100/6920.144。2）變壓器電抗的計算110KV, 10.5除以變壓器容量；35KV, 7除以變壓器容量；10KV(6KV), 4.5除以變壓器容量。例：一臺35KV 3200KVA變壓器的電抗X*=7/3.2=2.1875一臺10KV 1600KVA變壓器的電抗X*=4.5/1.6=2.813變壓器容量單位：MVA這里的系數10.5，7，4.5 實際上就是變壓器短路電抗的數。不同電壓等級有不同的值3）電抗器電抗的計算電抗器的額定電抗除以額定容量再打九折。例：有一電抗器 U=6KV I=0.3KA 額定電抗 X=4%。額定容量 S=1.73*6*0.3=3.12 MVA. 電抗器電抗X*=(4/3.12)*0.9=1.15電抗器容量單位：MVA4）架空線路及電纜電抗的計算架空線：6kV，等于公里數；10KV，取1/3；35kV，取 3；電纜：按架空線再乘0.2。例：10KV 6km架空線。架空線路電抗X*=6/3=210KV 0.2km電纜。電纜電抗X*=(0.2/3)*0.2=0.013。這里作了簡化，實際上架空線路及電纜的電抗和其截面有關，截面越大電抗越小5）短路容量的計算電抗之和，去除100。例：已知短路點前各元件電抗標么值之和為 X*=2, 則短路點的短路容量：=100/2=50 MVA。短路容量單位：MVA6）短路電流的計算6KV，9.2除以電抗；10KV，5.5除以電抗；35KV，1.6除以電抗； 110KV，0.5除以電抗。0.4KV，150除以電抗例：已知一短路點前各元件電抗標么值之和為 X*=2, 短路點電壓等級為6KV,則短路點的短路電流 Id=9.2/2=4.6kA。短路電流單位：KA7）短路沖擊電流的計算當1000KVA以上變壓器二次側短路時, 沖擊電流有效值: = 1.52 沖擊電流峰值: =2.55 (kA)當1000KVA及以下變壓器二次側短路時, 沖擊電流有效值: =1.09 (kA)沖擊電流峰值: =1.84 (kA)例：已知短路點(1600KVA變壓器二次側)的短路電流 Id=4.6KA，則該點沖擊電流有效值=1.521.52*4.66.992kA,沖擊電流峰值 =2.55=2.55*4.6=11.73kA。可見短路電流計算的關鍵是算出短路點前的總電抗(標么值)，但一定要包括系統電抗7。5.2.3本風場升壓變電站短流電流計算根據接入系統數據分析,經過短路電流計算，風場升壓變電站接入電力系統后，電網短路水平不大，不影響相關變電站的設備選型。風電場110kV母線遠景最大三相短路電流為6.26kA，35kV母線最大三相短路電流7.5kA。故本期工程110kV設備短路水平按31.5kA設計；35kV短路電流水平也按31.5kA設計。6 電氣設備的選擇6.1 電氣設備選擇的依據電氣主接線是由導體和電氣設備連接而構成的電路。選擇適合本地使用的導體和電氣設備，不僅需要考慮電氣設備的電氣參數，要滿足正常工作時流過的電流，承載的電壓以及故障時所受到的高溫和電動力的影響（短路后的大電流造成），還需要綜合考慮電氣設備所處的環境因素，如海拔、環境溫度、日照及風速等。此外，也要注意電氣設備運行可能給環境帶來的影響，如噪聲和電磁干擾。6.1.1電氣設備選擇的一般條件選擇適用的電氣設備，首先要確定其額定參數，使其可以長期承載流過它的電流而不過熱，可以承受加于其上的電壓而不致使設備絕緣受到損壞。同時，還要考慮設備安裝地點的環境因素以應對工作現場實際情況，只有這樣才能保證電氣設備的長期穩定工作。此外，必須考慮電力系統中短路所造成的巨大短路電流對系統的損害，要使電氣設備本身可以承受短路時的短時發熱和電動力對設備的影響。在選擇電氣設備時，必須考慮下列各項原則：1）應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發展；2）應按當地環境條件校核，因地因網制宜原則；3）應力求技術先進和經濟合理；4）與整個工程的建設標準協調一致；5）同類設備盡量減少品種，應采取“一次配置到位，并留有裕度”的原則；6）重要技術參數指標從嚴把關原則，如為保證整個電網協調發展，在選用550kV斷路器時，其額定開斷電流一般應不超過63kA；252kV斷路器，開斷電流不超過50kA；126kV斷路器，開斷電流不超過40（31.5）kA。對126kV支柱絕緣子強度應選4-6kN；對252kV支柱絕緣子強度應選6-8kN；對550kV支柱絕緣子強度應選8-12kN8；7）選用的新產品均應具有可靠的試驗數據，并經正式鑒定合格；8）金屬封閉開關設備宜選用加強絕緣型金屬封閉式高壓開關柜，柜體宜選用母線和斷路器具有獨立隔室的開關柜，柜內絕緣件應采用阻燃絕緣材料，應完備“五防”功能。6.1.2電氣設備選擇的技術條件（1）按照正常工作狀態選擇 對電氣設備來說，首先要考慮其是否可以承受流過的電流和加于其上的電壓：1）額定電壓 即電氣設備的額定電壓要大于設備安裝處的電網額定電壓2）額定電流 即運行中的電氣設備額定電流不得低于所在回路在各種可能運行方式下的最大持續工作電流不同回路的持續電流需要分別計算。對于變壓器，其回路最大持續工作電流按照其額定電流的1.05倍計算，如果變壓器可能過負荷運行則按照1.3-2倍的變壓器額定電流確定；對于母聯斷路器回路，一般按照母線上最大一臺變壓器的確定；對于母線分段電抗器，應為母線上最大一臺發電機跳閘時，保證該母線負荷所需電流，或最大一臺發電機額定電流的50-80%；出線回路的除考慮正常電流外，還應考慮事故時由其回路轉移過來的負荷。高壓電氣設備沒有明確的過載能力，所以在選擇額定電流的時候，應滿足各種可能運行方式在回路持續工作電流的要求。此外，對于套管和絕緣子等承力設備還需要考慮其機械負載能力。（2）按照短路狀態校驗由于短路以后電氣設備將承受比正常時候大很多的熱積累和電動力，雖然時間很短，但仍可能對設備造成巨大破壞，因此，按照正常條件選出的電氣設備必須要校驗一下其熱穩定和動穩定能力。一般來說，電氣設備在出廠時都會給定以下參數：1）設備允許通過的熱穩定電流和時間t，并以此校驗其熱穩定性是否滿足要求： 式中，為實際計算得到的短路電流熱效應。2）設備允許通過的動穩定電流幅值及其有效值，以此校驗電氣設備是否可以滿足動穩定的要求： 或式中，或為實際計算得到的沖擊電流幅值（kA）及其有效值（kA）和 需要由短路電流計算求得。計算短路電流時，需要考慮系統遠景發展規劃，按照最終的容量計算；計算時應按能造成最大的短路電流的接線形式進行分析；短路種類一般取最嚴重的三相短路；同時需要考慮短路點的選取，要選能使通過設備的短路電流最大的情況。在計算時，需要選取合適的短路時間，一般考慮短路時間為保護動作時間和斷路器全開斷時間之和即考慮到主保護可能拒動，使得通過電氣設備的短路電流持續時間較長，一般采用后備保護動作時間；而斷路器全開斷時間為斷路器分閘命令發出促使斷路器機構的跳閘線圈動作，由此引發斷路器的各相觸頭分離直至觸頭間電弧完全熄滅的過程所需的時間，即：式中，為斷路器的固有分閘時間，指斷路器從接受跳閘命令到跳閘機構拉開觸頭的時間；為斷路器觸頭開始拉開直至觸頭間電弧完全熄滅為止。對于以下幾種情況，也可以不去校驗動穩定和熱穩定性：1） 用熔斷器保護的電氣設備，其熱穩定由熔斷時間保證，故可不驗算熱穩定。2） 采用有限流電阻的熔斷器保護的設備，其回路電流被電阻限制。3） 裝設在電壓互感器回路中的裸導體和電氣設備。6.1.3電氣設備選擇的環境因素電氣設備必須能夠適應工作場所的實際環境，因此，應根據具體工作場院所的實際情況有針對性地選擇電氣設備的結構和、型式。對環境因素的考慮主要涉及以下方面：（1）溫度 目前我國生產的電氣設備，在設計時一般按周圍的介質溫度為 40考慮。當環境溫度高于40時，每增高1，設備允許電流減少1.8%；當環境溫度低于40是每降低1,設備的允許電流可增加0.5%，但是總的增量不能超過20%。在高寒地區,應選擇可以適應最低溫度為-40的高寒電氣設備。在最高溫度超過40、長期處于低濕度的干熱地區，應選用型號后帶“TA”字樣的干熱型產品。（2）日照 屋外高壓電氣設備在日照的作用下將產生附加溫升，由于電氣鳳備的發熱試驗是在避免陽光直射的條件下進行的，因此當設備提供的額定載流量未考慮日照時，在電氣設計中可以按電氣設備額定電流值的80%滿足電流要求來選擇設備。（3）風速 一般高壓電氣設備可在風速不大于35m/s的環境下正常運行。當最大風速超過35m/s時，除向向制造廠商提出特殊訂貨外，還應在設計和布置時采取有效防護措施，如降低安裝高度、加強基礎固定。（4）冰雪 在積雪和覆冰嚴重的地區，應采取措施防止冰串引起瓷件絕緣發生對地閃絡。（5）濕度 一般高壓電氣設備可在環境溫度為20、環境濕度為90%的環境中使用。在沿海地區，當相對濕度超過一般產品使用標準的時候，可選用型 號后標有“TH”的濕熱帶型高壓電氣設備。（6）污穢 電氣設備工作于污穢環境時，要考慮環境可能給電氣設備帶來的化學腐蝕。根據鹽密和泄漏比距，變電所的污穢等級可以分為：1、2、3級。根據實際情況，應采取以下措施：增大電瓷絕緣的有效泄漏比距或選用有利于防污的電瓷造型，如采用半導體、大小傘、大傾角、鐘罩等特制絕緣子；采用屋內配電裝置，2級及以上污穢區的66-110KV配電裝置采用屋內型。（7） 對安裝在海拔高度超過1000m地區的電氣設備外絕緣一般應預以加強，可選用高原型產品或選用外絕緣提高一級的產品。（8）地震 選擇電氣設備時要考慮本地地震烈度，選用可以滿足地震要求的產品9。6.1.4環境保護選擇電氣設備時，還應考慮電氣設備對周圍環境的影響，主要考慮電磁干擾和噪聲。（1） 電磁干擾會損害或破壞電磁信號的正常接收及電氣設備、電子設備的正常運行。無線電干擾主要來自電氣設備的電流、電壓突變和電暈放電。因此，要求電氣設備及金具在最高工作相電壓下，晴天的夜晚不應出現可見電暈，110kV及以上的電氣設備、戶外晴天無經理發干擾電壓不應大于2500Uv。對于是110kV以下的電氣設備，一般可不校驗無線電干擾電壓。（2） 電氣設備的噪聲水平應控制在以下水平：在距電氣設備2m處，連續性噪聲不應大于85dB；非連續性噪聲，屋內設備不應大于90dB，屋外設備不應大于110dB。6.2 開關設備的選擇6.2.1斷路器的選擇 斷路器應選用無油化產品。真空斷路器應選用本體和機構一體化設計和制造的產品。投切電容器組的開關應選用開斷時無重燃及適合于頻繁操作的開關設備。40.5kV及以上投切容性或感性負載的斷路器宜采用SF6斷路器。（1）斷路器的型式 根據滅弧介質，斷路器可以分為：油斷路器（多油、少油）、壓縮空氣斷路器、SF6斷路器、真空斷路器。SF6（純凈的SF6氣體是無色、無味、無毒的，不支持燃燒、也不支持呼吸的氣體）斷路器，雖造價高，但此開關性能好、可靠性高、使用方便。SF6斷路器，宜選取配用優質彈簧機構、模塊化設計的液壓機構或彈簧儲能的液壓機構。252kV母聯斷路器、變壓器出口斷路器盡量選用機械聯動機構。選用斷路器時，其控制回路應盡可能簡單，不宜選用“控制線圈串RC回路的結構10。（2）斷路器的電氣參數 高壓斷路器的作用是分合電路，不僅需要分合正常的負荷電流，而且要能分合故障時的短路電流。因此選擇高壓斷路器時不僅要考慮其額定電壓和額定電流的大小，還要考慮其對故障電流的開合能力，即考慮其額定開斷電流和短路關合電流。1）額定電流和電壓 斷路器的額定電壓要大于其安裝位置的電網額定電壓，斷路器的額定電流不得低于所在回路在各種可能運行方式下的最大持續工作電流。2）額定開斷電流 額定開斷電流是表明斷路器滅弧能力的