330kv變電站電氣系統(tǒng)設(shè)計.doc

330kv變電站電氣系統(tǒng)設(shè)計 摘要 變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。我國電力工業(yè)的技術(shù)水平和管理水平正在逐步提高，對變電所的設(shè)計提出了更高的要求。本次畢業(yè)設(shè)計的題目是漢源變電站電氣系統(tǒng)設(shè)計。在設(shè)計的過程中，根據(jù)變電站應(yīng)從電力系統(tǒng)整體出發(fā)，著重對變電站的電氣一次部分和二次部分進行科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計。通過方案設(shè)計，方案可行性對比等方面進行論證，力求電氣主接線簡潔，配置與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的保護系統(tǒng)?；诖?，從主接線形式確定、主變壓器選擇、電氣設(shè)備選擇和繼電保護配置等方面提出了新的設(shè)計思路，盡力維持電力系統(tǒng)的高效、經(jīng)濟及安全目標。本次畢業(yè)設(shè)計針對漢源330kV變電站的特點，以電氣設(shè)計部分為核心，通過分析擬建變電站的進出線方向和負荷等原始資料，從可靠性、安全性、經(jīng)濟性等方面考慮，確定了電氣主接線方式。主要從主變壓器的容量、數(shù)量的確定，負荷分析及計算，進行適量的無功補償，以及短路電流的計算和變電所主要電氣設(shè)備的選擇（包括斷路器，隔離開關(guān)，互感器等），繼電保護的配置以及防雷保護的設(shè)計等方面闡述了330kV變電站電氣部分的設(shè)計思路、設(shè)計步驟，并在選擇時對電氣設(shè)備進行了必要的計算和校驗。同時，針對本次設(shè)計，完成相應(yīng)圖紙的繪制。關(guān)鍵字變電站；主變壓器；電氣主接線；電力系統(tǒng)繼電保護。 Abstract Power system substation is an important component of the electric power system, the substation is the focal point of transmission and distribution substation can directly affect the safety and stable operation of power system safe and stable operation. Chinas power industrys technological level and management level is gradually improving，the design of the substation has put forward higher requirements. The graduation project is entitled The Design of Hanyuan Transformer Substation Electrical Parts. In the design process, according to the overall power system substation should start, focusing on one part of the electrical substation and the second part of the scientific planning and design. Through the project design, aspects and so on plan feasibility contrast carry on the proof, makes every effort the electrical main wiring to be succinct, the disposition and the electrical network structure adapt protective system. Based on this, from the main wiring form determined that the main transformer choice, aspects and so on electrical equipment choice and relay protection disposition proposed the new design mentality, maintains the electrical power system with every effort highly effective, the economy and the security goal. This graduation project in view of the 330kV transformer substations characteristic, take the electrical design part as a core, plans through the analysis to construct the transformer substation to enter the going beyond a line direction and the load and so on firsthand information, from aspects and so on reliability, security, efficiency considered, has determined the electrical main wiring way. Mainly from main transformers capacity, quantity determination, the load analyzes and calculates, carries on the right amount idle work compensation, as well as short-circuit currents computation and the transformer substation main electrical equipments choice (including circuit breaker, isolator, mutual inductor and so on), relay protection disposition as well as anti-radar protections aspects and so on design elaborated 330kV transformer substation electricity part design mentality, design procedure, and when choice has carried on the essential computation and the verification to the electrical equipment. At the same time, in view of this design, completes the corresponding blueprint the plan.Key wordsSubstation；Main transformer；Electrical main wiring；Electrical power system relay protection.引言11 主變壓器的選擇21.1 主變壓器選擇的一般原則21.1.1 主變壓器臺數(shù)的選擇21.1.2 主變壓器容量的選擇21.2 主變壓器型式選擇31.2.1 主變壓器相數(shù)的選擇31.2.2 繞組數(shù)的選擇31.2.3 繞組連接方式的選擇41.2.4 主變調(diào)壓方式的選擇41.2.5 容量比的選擇51.2.6 主變壓器冷卻方式的選擇51.3 主變壓器的選擇結(jié)果51.4 變電站站用變選擇51.4.1 站用變的選擇61.4.2 站用電接線圖62 電氣主接線72.1電氣主接線概述72.1.1電氣主接線的基本要求72.1.2 主接線設(shè)計的原則82.2主接線的基本接線方式選擇82.2.1 單母線接線及單母線分段接線92.2.2 雙母線接線及雙母線分段接線102.2.3 帶旁路母線的單母線和雙母線接線112.2.4 一臺半斷路器雙母線接線122.2.5 橋形接線132.3 主接線方案的比較選擇132.4 電氣主接線設(shè)計圖143短路電流的計算153.1概述153.2 短路電流計算相關(guān)內(nèi)容153.2.1 短路電流計算的目的153.2.2 短路電流計算的一般規(guī)定163.2.3 短路計算的基本假設(shè)163.2.4 短路電流計算的步驟173.3 變壓器電抗標幺值計算173.3.1 變壓器參數(shù)的計算183.3.2 主變壓器參數(shù)計算183.4 短路點的短路計算193.4.1 k(1)點短路計算193.4.2 k(2)點短路計算213.4.3 k(3)點短路計算224 電氣設(shè)備的選擇244.1 概述244.1.1 電氣設(shè)備選擇的一般原則244.1.2 電氣設(shè)備選擇的有關(guān)規(guī)定244.2 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件254.2.1 按正常工作條件選擇電氣設(shè)備254.2.2 按短路條件校驗設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定264.3 斷路器的選擇274.3.1 330kV側(cè)斷路器的選擇274.3.2 110kV側(cè)斷路器的選擇294.3.3 35kV側(cè)斷路器的選擇304.4 隔離開關(guān)的選擇324.4.1 330kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇324.4.2 110kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇334.4.3 35kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇344.5 電流互感器的選擇354.5.1 電流互感器配置354.5.2 電流互感器的特點364.6 電流互感器的選擇及校驗364.6.1 330kV側(cè)電流互感器的選擇374.6.2 110kV側(cè)電流互感器的選擇384.6.3 35kV側(cè)電流互感器的選擇404.7 電壓互感器的選擇414.7.1 電壓互感器的特點414.7.2 電壓互感器的配置424.7.3 電壓互感器的選擇及校驗424.7.4 330kV側(cè)電壓互感器的選擇434.7.5 110kV側(cè)電壓互感器的選擇434.7.6 35kV側(cè)母線電壓互感器的選擇444.8 支柱絕緣子及穿墻套管的選擇444.8.1 絕緣子的選擇454.8.2 穿墻套管的選擇455 母線的選擇與校驗465.1 概述465.1.1 母線的分類及特點465.1.2 母線截面的選擇475.2 母線選擇與校驗485.2.1 母線校驗的一般條件485.2.2 330kV側(cè)母線選擇485.2.3 110kV母線的選擇505.2.4 35kV側(cè)母線的選擇526 防雷及接地裝置設(shè)計546.1 防雷設(shè)計546.1.1 防雷設(shè)計原則546.1.2 防雷保護的設(shè)計546.2 避雷器的選擇566.2.1 330kV側(cè)避雷器的選擇和校驗566.2.2 110kV側(cè)避雷器的選擇和校驗576.2.3 35kV側(cè)避雷器的選擇和校驗586.3 避雷針的配置596.3.1 避雷針的配置原則596.3.2 避雷針位置的確定606.4 接地設(shè)計606.4.1 接地設(shè)計的原則606.4.2 接地網(wǎng)型式選擇及優(yōu)劣分析617 繼電保護配置627.1 變壓器的保護配置627.2 線路保護配置647.2.1 330kV線路保護647.2.2 110kV線路保護647.2.3 35kV線路保護647.3母線保護657.4斷路器保護667.4.1斷路器保護配置類型667.4.2 失靈保護667.4.3 三相不一致保護678 無功補償配置698.1補償裝置的分類及與電力系統(tǒng)的連接698.2設(shè)置補償裝置應(yīng)考慮的主要因素708.2.1串補裝置708.2.2超高壓并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電抗補償裝置708.2.3調(diào)相機、并聯(lián)電容器補償裝置和靜補裝置718.3補償設(shè)備的選擇719. 配電裝置的布置729.1 概述729.1.1 配電裝置特點729.1.2 配電裝置類型及應(yīng)用729.2 配電裝置的確定739.3電氣總平面布置759.3.1電氣總平面布置的要求759.3.2電氣總平面布置75總 結(jié)77致 謝78參考文獻79附錄80電氣主接線圖80英文資料81中文翻譯85 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計引言隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電能在人們的日常生活中扮演者重要的角色。同時，人們對電能供應(yīng)的要求越來越高，特別是供電的可靠性、持續(xù)性和經(jīng)濟性。這些要求往往取決于變電站的合理設(shè)計和配置。變電站運行要求變電設(shè)備運行可靠、操作靈活、經(jīng)濟合理、擴建方便。鑒于這幾方面的考因素，設(shè)計一座符合電力系統(tǒng)整體規(guī)劃的變電站就顯得尤為重要。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力網(wǎng)容量的增大，電壓等級的提高，綜合自動化水平的需求，使變電所設(shè)計問題變得越來越復(fù)雜。隨著我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造工作的開展，對變電所設(shè)計也提出了更高、更新的要求。變電所可根據(jù)電壓等級、升壓或降壓及在電力系統(tǒng)中的地位分類。根據(jù)在電力系統(tǒng)中的地位可分為樞紐變電所、中間變電所、地區(qū)變電所、終端變電所。本次設(shè)計的變電站屬于地區(qū)變電站。結(jié)合電力系統(tǒng)專業(yè)知識，通過變電站電氣部分設(shè)計讓我對變電站有了一個整體的了解。本次畢業(yè)設(shè)計主要包括有以下任務(wù)：1、論證并確定各電壓等級電氣主接線設(shè)計；2、必要的短路電流計算；3、主要電氣設(shè)備的選擇和校驗；4、綜合自動化產(chǎn)品選型及系統(tǒng)配置；5、保護配置及防雷規(guī)劃；6、適量的無功補償。本次設(shè)計是在掌握變電站生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)上完成的。通過它可以復(fù)習(xí)鞏固專業(yè)課程的有關(guān)內(nèi)容，拓寬了知識面，增強了工程觀念，培養(yǎng)了變電站設(shè)計的能力。同時對能源、發(fā)電、變電和輸電的電氣部分有個較詳細的概念，能熟練的運用所學(xué)知識，如短路計算的基本理論和方法、主接線的設(shè)計、電氣設(shè)備的選擇等。為我們順利走上工作崗位打好基礎(chǔ)。1 主變壓器的選擇主變壓器是變電站的重要設(shè)備，在發(fā)電廠和變電站中起著決定性的作用，其容量、臺數(shù)的大小直接影響主接線的型式和配電裝置的設(shè)計結(jié)構(gòu)，選擇一個適合的主變壓器不僅可以節(jié)省變電站建設(shè)投入資金，更重要的是可以減少運行中的電能損耗，提高運行效率和供電可靠性，對于電網(wǎng)的負荷傳輸和穩(wěn)定運行具有更加重大的意義。1.1 主變壓器選擇的一般原則變電所主變壓器的容量一般按變電所建成后510年的規(guī)劃負荷考慮，并應(yīng)按照其中一臺停用時其余變壓器能滿足變電所最大負Smax的60%70%（35110kV變電所為60%，220500kV變電所為70%）或全部重要負荷（當、類負荷超過上述比例時）選擇。為了保證供電的可靠性，變電所一般裝設(shè)2臺主變壓器，樞紐變電所裝設(shè)24臺，地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所可裝設(shè)3臺。1.1.1 主變壓器臺數(shù)的選擇根據(jù)原始資料分析，本變電站屬于地區(qū)性變電站，與當?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)系緊密，所以在選擇主變臺數(shù)時應(yīng)考慮其在當?shù)仉娏W(wǎng)絡(luò)中的重要地位。若全站停電后，將引起下一級變電站及地區(qū)電網(wǎng)瓦解，影響整個地區(qū)的供電安全。因此在主變臺數(shù)的選擇上，要確保供電的可靠性。為了保證供電可靠性，避免一臺主變壓器因故障或檢修影響供電，變電所中一般裝設(shè)兩臺主變壓器。當裝設(shè)三臺及三臺以上時，變電所的可靠性雖然有所提高，但接線網(wǎng)絡(luò)較復(fù)雜，且投資增大，同時增大了占地面積，配電設(shè)備以及用電保護的復(fù)雜性，以及帶來維護和倒閘操作等許多復(fù)雜化。而且會造成中壓側(cè)短路容量過大，不宜選擇輕型設(shè)備?？紤]到兩臺主變同時發(fā)生故障機率較小。適用遠期負荷的增長以及擴建，而當一臺主變壓器故障或者檢修時，另一臺主變壓器至少能保證所供的一二類負荷或為全部負荷的70%80%。故選擇兩臺主變壓器，提高供電的可靠性。綜上所述，主變壓器近期選擇2臺，當遠期負荷增加時，可以增加至3臺主變壓器。 1.1.2 主變壓器容量的選擇（1）主變壓器容量一般按變電所建成后510年的規(guī)劃負荷選擇，適當考慮到遠期1020年的負荷發(fā)展。對于城郊變電所，主變壓器容量應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。（2）根據(jù)變電所所帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量。對于有重要負荷的變電所，應(yīng)考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計其過負荷能力后的允許時間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級和二級負荷；對一般性變電所，當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量應(yīng)能保證全部負荷的70%80%。根據(jù)原始資料分析，本期主變壓器容量為240MVA。1.2 主變壓器型式選擇1.2.1 主變壓器相數(shù)的選擇當不受運輸條件限制時，在330kV及以下的變電所均應(yīng)選擇三相式變壓器。因為一臺三相式較同容量的3臺單項式投資小、占地少、損耗小，同時配電裝置結(jié)構(gòu)較簡單，運行維護較方便。在選擇主變壓器的相數(shù)時，應(yīng)根據(jù)原始資料以及設(shè)計變電所的實際情況來決定。本次設(shè)計的變電所，位于城市郊區(qū)，交通便利，不受運輸?shù)臈l件限制，故本次設(shè)計的變電所選用三相變壓器。1.2.2 繞組數(shù)的選擇在具有3種電壓等級的變電所中，如變壓器各側(cè)繞組的通過容量均達到該變壓器額定容量的15%及以上，或低壓側(cè)雖無負荷，但在變電所內(nèi)需裝設(shè)無功補償設(shè)備，主變宜采用三繞組變壓器。一臺三繞組變壓器的價格及所用的控制和輔助設(shè)備，比相對的兩臺雙繞組變壓器都較少，而且本次所設(shè)計的變電所具有三種電壓等級，考慮到運行維護和操作的工作量及占地面積等因素，應(yīng)選擇三繞組變壓器。在生產(chǎn)及制造中三繞組變壓器有：自耦變壓器、分裂變壓器以及普通三繞組變壓器。（1）自耦變壓器自耦變壓器的短路阻抗較小，系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流增大，以及干擾繼電保護和通訊，并且它的最大傳輸功率受到串聯(lián)繞組容量限制，自耦變壓器，除具有磁的聯(lián)系外，還有電的聯(lián)系，所以，當高壓側(cè)發(fā)生過電壓時，它有可能通過串聯(lián)繞組進入公共繞組，使其它絕緣受到危害，如果在中壓側(cè)電網(wǎng)發(fā)生過電壓波時，它同樣進入串聯(lián)繞組，產(chǎn)生很高的感應(yīng)過電壓。（2）分裂變壓器分裂變壓器約比同容量的普通變壓器貴20%，分裂變壓器，雖然它的短路阻抗較大，當?shù)蛪簜?cè)繞組產(chǎn)生接地故障時，很大的電流向一側(cè)繞組流去，在分裂變壓器鐵芯中失去磁勢平衡，在軸向上產(chǎn)生巨大的短路機械應(yīng)力。分裂變壓器中對兩端低壓母線供電時，如果兩端負荷不相等，兩端母線上的電壓也不相等，損耗也就增大，所以分裂變壓器適用兩端供電負荷均衡，又需限制短路電流的供電系統(tǒng)。由于本次所設(shè)計的變電所，受功率端的負荷大小不等，而且電壓波動范圍大，故不選擇分裂變壓器。（3）普通三繞組變壓器價格上在自耦變壓器和分裂變壓器中間，安裝以及調(diào)試靈活，滿足各種繼電保護的需求。又能滿足調(diào)度的靈活性，它還分為無激磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，這樣它能滿足各個系統(tǒng)中的電壓波動。它的供電可靠性也高。在大型降壓變電所中，普通三繞組變壓器的應(yīng)用范圍較為有限。當主網(wǎng)電壓為110220kV，中壓網(wǎng)絡(luò)為35 kV時，由于它們的中點采用不同的接地方式，才采用普通三繞組變壓器。當中壓為110 kV及以上的電壓時，降壓變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器多采用自耦變壓器，因自耦變壓器高、中壓繞組有直接電氣聯(lián)系，故有巨大的經(jīng)濟優(yōu)越性。其優(yōu)點有：消耗材料省，體積小、重量輕同時功率損耗低、輸電效率高、可擴大變壓器的制造容量，便于運輸和安裝。故本設(shè)計選用自耦變壓器。1.2.3 繞組連接方式的選擇變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。我國110kV及以上電壓，變壓器都采用Y0連接；35kV及以下電壓等級變壓器繞組都采用連接。根據(jù)選擇原則可確定所選擇變壓器繞組接線方式為Y0/ Y0/接線。接線組別為：YN，a0,d11。1.2.4 主變調(diào)壓方式的選擇為了滿足用戶的用電質(zhì)量和供電的可靠性，220kV及以上網(wǎng)絡(luò)電壓應(yīng)符合以下標準：樞紐變電所二次側(cè)母線的運行電壓控制水平應(yīng)根據(jù)樞紐變電所的位置及電網(wǎng)電壓降而定，可為電網(wǎng)額定電壓的11.3倍，在日負荷最大、最小的情況下，其運行電壓控制在水平的波動范圍不超過10%，事故后不應(yīng)低于電網(wǎng)額定電壓的95%。電網(wǎng)任一點的運行電壓，在任何情況下嚴禁超過電網(wǎng)最高電壓，變電所一次側(cè)母線的運行電壓正常情況下不應(yīng)低于電網(wǎng)額定電壓的95%100%。調(diào)壓方式分為兩種，不帶電切換稱為無激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在5%以內(nèi)；另一種是帶負荷切換稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達30%。 1.2.5 容量比的選擇由原始資料可知，110kV中壓側(cè)為主要受功率繞組，而35kV側(cè)主要用于附近地區(qū)負荷、站用電以及無功補償裝置，所以容量比選擇為：100/100/30。1.2.6 主變壓器冷卻方式的選擇一般主變壓器采用的冷卻方式包括：自然風(fēng)冷卻，強迫風(fēng)冷卻，強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻，強迫油循環(huán)水冷卻，強迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。強迫油循環(huán)水冷卻具有散熱效率高，節(jié)約材料減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點，但是它要有一套水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，冷卻器的密封性能要求高，維護工作量較大。因此本次設(shè)計選擇主變選擇強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻。1.3 主變壓器的選擇結(jié)果主變壓器的型號：OSFPS7-240000/330主要技術(shù)參數(shù)如下：額定容量：240000(kVA)容量比（%）：240/240/72MVA(100/100/30)電壓比：34522.5%/121/35kV接線組別：YN,a0,d11空載損耗: 116(kW)負載損耗: 553(kW)空載電流（%）:0.2阻抗電壓（%）：=10.5% =24% =13%1.4 變電站站用變選擇 變電站的主要站用電負荷是變壓器的冷卻裝置，直流系統(tǒng)中的充放電裝置和晶閘管整流設(shè)備，照明、檢修及供水和消防系統(tǒng)，對330kV變電站，還包括高壓斷路器和隔離開關(guān)的操縱機構(gòu)電源，盡管這些負荷的容量并不大，但由于330kV變電站在電力系統(tǒng)中的重要地位，處于運行安全的考慮，其站用電系統(tǒng)必須具有高度的可靠性。1.4.1 站用變的選擇（1）選擇原則：站用電母線采用單母分段接線。當有兩臺站用變采用單母線分段接線方式，平時并列運行互為備用，以限制故障。站用電容量得確定，一般考慮所用負荷為變電所總負荷的0.1%0.5%,這里取變電所總負荷的0.2%計算。（2）站用電負荷：S=240000/0.70.2%=685.7kVA（3）站用變?nèi)萘坑嬎悖?Sj =0.7S=480kVA站用變壓器選擇結(jié)果如表1.1所示表1.1 35kV雙繞組變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定容量/kVA額定電壓/kV連接組損耗/kW空載電流/%阻抗電壓/%高壓低壓空載短路S9-500/35500355%0.4Yyn01.036.901.36.51.4.2 站用電接線圖變電站的自用電負較少，因此，變電站的自用電接線簡單。容量為60MVA及以上的變電站，裝有水冷卻或強迫油循環(huán)冷卻的主變壓器以及裝有同步調(diào)相機的變電站，均裝設(shè)兩臺站用變壓器，分別接在電壓最低一級母線的不同分段上。本設(shè)計兩臺站用變分別接于35kV母線的段和段，互為備用，并聯(lián)運行。接線如圖1.1所示。圖1.1 站用電接線圖2 電氣主接線此次設(shè)計的變電站有三個電壓等級：高壓側(cè)電壓為330kV，本期2回出線；中壓側(cè)電壓為110kV，遠期18回出線；低壓側(cè)電壓為35kV。該站址位于距市國道3km，南靠高速公路及鐵路，交通便利。據(jù)此資料分析可知該變電站為一座地區(qū)性變電站。2.1電氣主接線概述電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，也是變電站重要的組成部分。電氣主接線是將多種電氣設(shè)備按其功能要求組成的接受和分配電能的電路，也稱電氣一次接線或電氣主系統(tǒng)。它不僅可以表示出各電氣設(shè)備的規(guī)格、數(shù)量、連接方式和用途，而且反映了各電力回路的相互關(guān)系和運行條件，從而構(gòu)成了發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體。用規(guī)定的電氣設(shè)備圖形符號和文字符號并按工作順序排列，詳細地表示電氣設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。主接線代表了發(fā)電廠或變電站電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，直接影響運行的可靠性、靈活性，并對電器選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動裝置和控制方式的擬定都有決定性的關(guān)系。發(fā)電廠和變電所的主接線，是根據(jù)容量、電壓等級、負荷容量等情況設(shè)計，并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，而后選出最佳方案。2.1.1電氣主接線的基本要求根據(jù)我國能源部關(guān)于220kV500kV變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)程SDJ2-88規(guī)定：“變電所的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位，變電所的規(guī)劃容量、負荷性質(zhì)、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設(shè)備特點等條件確定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠性、運行靈活性、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴建等要求?！保?）可靠性可靠性是指主接線能長期穩(wěn)定地工作，保證對用戶不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標準是運行實踐。經(jīng)過長期運行實踐的考驗，對以往所采用的主接線經(jīng)過優(yōu)選，現(xiàn)今采用主接線的類型并不多。主接線的可靠性是它的各組元件，包括一、二次部分在運行中可靠地綜合性。因此，不僅要考慮一次設(shè)備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設(shè)備的故障對供電可靠性的影響。同時，可靠性相對而言的，一種主接線對某些變電站是可靠的，而對其他變電所可能是不可靠的。因此，評價主接線可靠性的標志有一下幾個： 斷路器檢修時是否影響供電； 線路、斷路器、母線故障和檢修時，停運線路的回數(shù)和停運時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電； 變電所全部停電的可能性； 有些國家以每年用戶不停電時間的百分比來表示供電可靠性，先進的指標都在99.9%以上。（2）靈活性主接線的靈活性有以下幾方面的要求：調(diào)度要求?？梢造`活的投入和切除變壓器、線路，調(diào)配電源和負荷；能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式下、檢修方式下以及特殊運行方式下的調(diào)度要求。 檢修要求。可以方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全檢修，且不至影響對用戶的供電。 擴建要求。可以容易的從初期過渡到終期接線，使在擴建時，無論一次和二次設(shè)備改造量最小。（3）經(jīng)濟性經(jīng)濟性主要是投資省、占地面積小、能量損失小。2.1.2 主接線設(shè)計的原則電氣主接線的設(shè)計是發(fā)電廠或變電站電氣設(shè)計的主題。它與電力系統(tǒng)、電廠動能參數(shù)、基本原始資料以及電廠運行可靠性、經(jīng)濟性的要求等密切相關(guān)，并對電氣設(shè)備選擇和布置、繼電保護和控制方式等都有較大的影響。因此，主接線設(shè)計，必須結(jié)合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠和變電站的具體情況，全面分析有關(guān)影響因素，正確處理它們之間的關(guān)系，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟比較，合理地選擇主接線方案。電氣主接線設(shè)計的基本原則是以設(shè)計任務(wù)為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標準為準繩，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術(shù)要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節(jié)省投資，就近取材，力爭設(shè)備元件和設(shè)計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、實用、經(jīng)濟、美觀的原則。2.2主接線的基本接線方式選擇電氣主接線的類型通常根據(jù)變電所在系統(tǒng)中的地位、負荷情況、出現(xiàn)回路數(shù)、布置方式、設(shè)備特點周圍環(huán)境及最終規(guī)模等條件確定。它以電源和出線為主體，由于各個發(fā)電廠或變電站的出現(xiàn)回路數(shù)和電源數(shù)不同，且每路饋線所傳輸?shù)墓β室膊灰粯?，因而為便于電能的匯集和分配，在進出線路多時（一般超過4回），采用母線作為中間環(huán)節(jié)，可使接線簡單清晰、運行方便，有利于安裝和擴建。而與有母線的接線相比，無匯流母線的接線使用電氣設(shè)備較少，配電裝置占地面積較小，通常用于進出線回路少，不再擴建和發(fā)展的發(fā)電廠或變電站。有匯流母線的接線形式可概括地分為單母線接線和雙母線接線兩大類；無匯流母線的接線形式主要有橋形接線、角形接線和單元接線。 2.2.1 單母線接線及單母線分段接線（1）單母線接線電氣主接線的基本環(huán)節(jié)是由電源進線、主變壓器和引出線三部分組成，每一組母線是由A、B、C三相組成。當主接線為一組母線時，稱為單母線接線。 單母線接線形式的主接線主要優(yōu)點是接線簡單、清晰、設(shè)備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置。該接線方式的主要缺點是供電可靠性差，運行不夠靈活，當母線及母線隔離開關(guān)等設(shè)備故障或檢修時，均需將整個配電裝置停電，影響供電。故單母線接線只適用于單電源進線的一般中、小型容量的變電所及用戶，在供電可靠性要求不高的裝置中采用。單母線接線適用于：610kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過5回時；3560kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過3回時；110220kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過2回時。（2）單母線分段接線當出線回路增多時，單母線供電不夠可靠，需用斷路器將母線分段，形成單母線分段接線?？筛鶕?jù)電源的數(shù)目和功率大小，母線可分為23段。段數(shù)分得越多，故障時停電范圍越小，但使用的斷路器數(shù)量越多，其配電裝置和運行也就越復(fù)雜，所需費用就越高。單母線分段接線的優(yōu)點是，在母線分段后，可提高供電的可靠性和靈敏性。對重要用戶可以從不同段引出兩回饋電線路，由兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常段母線不間斷供電，不致使重要用戶停電；兩段母線同時故障的幾率甚小，可以不予考慮。單母線分段接線的缺點有：增加了分段開關(guān)設(shè)備的投資和占地面積；某段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，仍有停電問題；任何一出線斷路器檢修時，該回路必須停止工作。單母線分段接線適用于：110220kV配電裝置的出線回路數(shù)為34回；3560kV配電裝置的出線回路數(shù)為48回；610kV配電裝置的出線回路數(shù)為6回以上。 2.2.2 雙母線接線及雙母線分段接線（1）雙母線接線雙母線接線有兩組母線，一組為工作母線，一組為備用母線。每一電源和每一出線都經(jīng)一臺斷路器和兩組隔離開關(guān)分別與兩組母線相連，任一組母線都可以作為工作母線或備用母線。兩組母線之間通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器連接。雙母線接線具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便等優(yōu)點。而且，檢修另一母線時，不會停止對用戶連續(xù)供電。其廣泛用于：出線帶電抗器的610kV配電裝置；3560kV出線數(shù)超過8回，或連接電源較大、負荷較大時；110220kV出線數(shù)為5回及以上時。（2）雙母線分段接線為了縮小母線故障的停電范圍，可采用雙母線分段接線。雙母線分段接線比雙母線接線的可靠性更高，當一段工作母線發(fā)生故障后，在繼電保護作用下，分段斷路器先自動跳開，而后將故障段母線所連的電源回路的斷路器跳開，該段母線所連的出現(xiàn)回路停電；隨后將故障段母線所連的電源回路和出現(xiàn)回路切換到備用母線上即可恢復(fù)供電。為了保證雙母線的配電裝置，在進出線斷路器檢修時（包括其保護裝置和檢修及調(diào)試），不中斷對用戶的供電，可增設(shè)旁路母線，或旁路斷路器。雙母線分段接線廣泛應(yīng)用于火電廠的發(fā)電機電壓配電裝置中，同時在220500kV大容量配電裝置中，不僅采用雙母線三分段接線，也有采用雙母線四分段接線的。當110kV出線為7回及以上，220kV出線在4回以下時，可用母聯(lián)斷路器兼旁路斷路器用，這樣節(jié)省了斷路器及配電裝置間隔。 2.2.3 帶旁路母線的單母線和雙母線接線斷路器經(jīng)過長期運行和切斷數(shù)次短路電流后都需要檢修。為了能使單母線分段或雙母線的配電裝置檢修斷路器時，不致中斷該回路供電，可增設(shè)旁路母線。通常，旁路母線有三種接線方式：有專用旁路斷路器的旁路母線接線；母聯(lián)斷路器兼做旁路斷路器的旁路母線接線；用分段斷路器兼做旁路斷路器的旁路母線接線。（1）單母線分段帶旁路母線的接線這種接線方式：適用于進出線不多、容量不大的中小型電壓等級為35110kV的變電所較為實用，具有足夠的可靠性和靈活性。單母分段帶專用旁路斷路器的旁路母線極大的提高了可靠性，但這增加了一臺旁路斷路器的投資。（2）雙母線帶旁路母線的接線雙母線可以帶旁路母線，用旁路斷路器替代檢修中的回路斷路器工作，使該回路不致停電。雙母線帶旁路母線的接線可以設(shè)專用旁路斷路器，也可以用旁路斷路器兼做母聯(lián)斷路器，或用母聯(lián)斷路器兼做旁路斷路器。分段雙母線也可以帶旁路母線，但需設(shè)兩臺旁路斷路器，分別接在兩個母線上，接線更為復(fù)雜。（3）旁路母線設(shè)置的原則當110kV出現(xiàn)在6回及以上、220kV出現(xiàn)在4回及以上時，宜采用帶專用旁路斷路器的旁路母線，帶有專用旁路斷路器的接線，多裝了價高的斷路器和隔離開關(guān)，增加了投資，然而這對于接入旁路母線的線路回數(shù)較多，且對供電可靠性有特殊需求的場合是十分必要的。不采用專用旁路斷路器的接線，雖然可以節(jié)約建設(shè)投資，但是檢修出線斷路器的倒閘操作十分繁雜，而且對于無論是單母線分段接線或雙母線接線方式，在檢修期間均處于單母線不分段運行狀況，極大的降低了可靠性。下列情況可以不設(shè)置旁路設(shè)施：當系統(tǒng)條件允許斷路器停電檢修（如雙回路供電的負荷）；當接線允許斷路器停電檢修時(每天回路有2臺斷路器供電，如角形、一臺半斷路器接線)；中小型水電站枯水季節(jié)允許停電檢修出現(xiàn)斷路器時；采用高可靠性的SF6斷路器時及全封閉組合電器時(GIS)。隨著高壓配電裝置廣泛采用六氟化硫斷路器及國產(chǎn)斷路器、隔離開關(guān)的質(zhì)量逐步提高，同時系統(tǒng)備用容量的增加、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)趨于合理與聯(lián)系緊密、保護雙重化的完善以及設(shè)備檢修逐步由計劃檢修向狀態(tài)檢修過度，為簡化接線，總的趨勢將逐步取消旁路設(shè)施。 2.2.4 一臺半斷路器雙母線接線兩組母線之間接有若干串斷路器，每一串有3臺斷路器，中間一臺稱為聯(lián)絡(luò)斷路器，每兩臺之間接入一條回路，每串共有兩條回路。平均每條回路裝設(shè)一臺半（3/2）斷路器，故稱為一臺半斷路器接線，又稱3/2接線。這種接線是在雙斷路器的雙母線接線基礎(chǔ)上改進而來，它是介于雙斷路器雙母線接線與單斷路器雙母線接線之間的一種接線。（1）一臺半斷路器接線的主要優(yōu)點如下：可靠性高。任何一組母線故障時，只是與故障母線相連的斷路器自動分閘，任何回路不會停電，甚至在一組母線檢修、另一組母線故障的情況下，仍能繼續(xù)輸送功率；在保證對用戶不停電的前提下，可以同時檢修多臺斷路器。運行靈活性好。正常運行時，兩條母線和所有斷路器都同時工作，形成多環(huán)路供電方式，運行調(diào)度十分靈活。操作檢修方便。隔離開關(guān)只用作檢修時隔離電源，不用于倒閘操作。另外，當檢修任何一組母線或任一臺斷路器時，各個進出線回路都不需切換操作。（2）接線的主要缺點為投資大、繼電保護裝置復(fù)雜。（3）適用范圍：一臺半斷路器雙母線接線用于大型發(fā)電廠和330kV及以上、進出線回路數(shù)6回及以上的高壓、超高壓配電裝置中，是國內(nèi)外大機組、超高壓電氣主接線中廣泛采用的一種典型接線形式。圖2.1一臺半斷路器接線2.2.5 橋形接線橋形接線適用于只有兩臺變壓器和兩條輸電線路的情況，所用斷路器數(shù)目最少，它可分為內(nèi)橋和外橋接線。（1）內(nèi)橋接線：適合于輸電線路較長、線路故障率較高、穿越功率小和變壓器不需要經(jīng)常改變運行方式的場合，即負荷端可以頻繁停、送電操作，而變壓器端不能頻繁操作。 （2）外橋接線：適合于線路較短、故障率較低、主變壓器需按經(jīng)濟運行要求經(jīng)常投切及電力系統(tǒng)有較大的穿越功率通過橋臂回路的場合。即負荷端不能頻繁進行操作，變壓器需要頻繁停、送電操作。橋形接線屬無母線的接線形式，簡單清晰、設(shè)備少、造價低，也易于發(fā)展過渡為單母線分段或雙母線接線。但因內(nèi)橋接線中變壓器的投入與切除要影響到線路的正常運行，外橋接線中線路的投入與切除要影響到變壓器的運行，而且更改運行方式時需利用隔離開關(guān)作為操作電器，故橋形接線的工作可靠性和靈活性較差。 2.3 主接線方案的比較選擇本次待設(shè)計變電站位于距市國道3km，南靠高速公路及鐵路，交通便利。該變電站為330/110/35kV地區(qū)變電站，其本期規(guī)模為：330kV側(cè)出線2回；110kV側(cè)出線為12回；35kV側(cè)用于連接補償裝置。綜合考慮本期變電站建設(shè)的要求和遠期變電站擴建方便，現(xiàn)列出以下方案進行比較選擇。方案一：330kV側(cè)選用一臺半斷路器接線，110kV側(cè)選用雙母線分段接線，35kV側(cè)選用單母線分段接線。 方案二：330kV側(cè)選用橋形接線，110kV側(cè)選用雙母線接線，35kV側(cè)選用單母線接線。 方案三：330kV側(cè)選用雙母線分段接線，110kV側(cè)選用雙母線分段接線，35kV側(cè)選用單母線接線。 現(xiàn)對三種方案進行比較選擇如表2.1所示：表2.1：主接線方案比較 方案項目方案一：330kV一臺半斷路器接線；110kV雙母線分段接線；35kV單母線分段接線。方案二：330kV橋形接線；110 kV雙母線接線；35 kV單母線接線。方案三：330kV雙母線分段接線；110kV雙母線分段接線；25kV單母線接線?？煽啃赃x用一臺半斷路器接線時任一母線故障或檢修，均不致停電；任一斷路器檢修也不引起停電；甚至于兩組母線同時故障的極端情況下，功率仍能繼續(xù)輸送；110kV和35kV側(cè)可靠性高。330kV側(cè)選用橋形接線可靠性低；110kV側(cè)接線簡單，但可靠性不高。330kV側(cè)選用雙母線通過母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；330kV側(cè)一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電。靈活性靈活性高；運行方便，操作簡單；擴建方便。橋形接線是適用于小容量的變電站；操作復(fù)雜；擴建方便。靈活性高；運行方便，操作簡單；擴建方便。經(jīng)濟性設(shè)備相對較多，投資大設(shè)備少，投資小設(shè)備相對較多，占地面積增加通過對方案在可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三個方面的比較，最終確定方案一為最終設(shè)計方案。2.4 電氣主接線設(shè)計圖電氣主接線設(shè)計圖見附錄。3短路電流的計算3.1概述電力系統(tǒng)正常運行方式的破壞，多數(shù)是由于短路故障引起的，系統(tǒng)中將出現(xiàn)比正常運行時的額定電流大許多倍的短路電流，其數(shù)值可達幾萬甚至幾十萬安培。變電站設(shè)計中不能不全面地考慮短路故障的各種影響。短路是電力系統(tǒng)的嚴重故障，所謂短路，是指相與相之間通過電弧或其它較小阻抗的一種非正常連接，在中性點直接接地系統(tǒng)中或三相四線制系統(tǒng)中，還指單相和多相接地。在三相系統(tǒng)中短路的基本類型有：三相短路，兩相短路，兩相接地短路和單相接地短路。其中，三相短路是對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對稱短路。 變電所中的各種電氣設(shè)備必須能承受短路電流的作用，不致因過熱或電動力的影響造成設(shè)備損壞。短路電流的大小也是比較主接線方案、分析運行方式時必須考慮的因素。系統(tǒng)短路時還會出現(xiàn)電壓降低，靠近短路點處尤為嚴重，這將直接危害用戶供電的安全性及可靠性。為限制故障范圍，保護設(shè)備安全，繼電保護裝置整定必須在主回路通過短路電流時準確動作。 由于上述原因，短路電流計算成為變電所電氣部分設(shè)計的基礎(chǔ)。選擇電氣設(shè)備時，通常用三相短路電流；校驗繼電保護動作靈敏度時用兩相短路、單相短路電流或單相接地電流。工程設(shè)計中主要計算三相短路電流。3.2 短路電流計算相關(guān)內(nèi)容3.2.1 短路電流計算的目的計算短路電流的目的主要是為了選擇斷路器等電氣設(shè)備或?qū)@些設(shè)備提出技術(shù)要求；評論并確定網(wǎng)絡(luò)方案，研究限制短路電流措施；為繼電保護設(shè)計與調(diào)試提供依據(jù)；分析計算送電線路對通訊設(shè)施的影響等。在發(fā)電廠和變電站的電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算的目的主要有以下幾方面：（1）在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。（2）在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。例如：計算某一時刻的短路電流有效值，用以校驗開關(guān)設(shè)備的開斷能力和確定電抗器的電抗值；計算短路后較長時間短路電流有效值，用以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定；計算短路電流沖擊值，用以校驗設(shè)備動穩(wěn)定。（3）在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導(dǎo)線的相間和相相對地的安全距離。（4）在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。（5）驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓。3.2.2 短路電流計算的一般規(guī)定（1）驗算導(dǎo)體和電氣設(shè)備動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電氣設(shè)備開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按工程的設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃（一般為本期工程建成后510年）。確定短路電流計算時，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。（2）選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。 （3）選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備時，對不帶電抗器回路的計算短路點，應(yīng)按選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點。 （4）導(dǎo)體和電氣設(shè)備的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流一般按三相短路計算。 （5）高壓短路電流計算一般只計算各元件的電抗，采用標幺值進行計算，為了計算方便選取如下基準值: 基準容量： 基準電壓：3.2.3 短路計算的基本假設(shè)（1）正常工作時，三