降壓變電站電氣一次設(shè)計(jì)0934593

1、四川大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生（業(yè)余）畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 220KV 降壓變電所一次部分初步設(shè)計(jì)辦學(xué)學(xué)院廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)部（校內(nèi)/校外）校外專 業(yè)電氣工程及自動(dòng)化1、設(shè)計(jì)任務(wù):（1）選擇本變電所主變的臺(tái)數(shù)、容量和類型。（2）設(shè)計(jì)本變電所的電氣主接線，選出數(shù)個(gè)電氣主接線方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定 個(gè)較佳方案。（3）進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。（4）選擇和校驗(yàn)所需的電氣設(shè)備。（5）設(shè)計(jì)和校驗(yàn)?zāi)妇€系統(tǒng)。（6）進(jìn)行繼電保護(hù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。（7）進(jìn)行防雷保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)。（8）220kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)。2、原始資料2.1待設(shè)計(jì)變電所的電源，由雙回 220kV線路送到本變電所；在中壓側(cè)110kV母線，送出

2、2回線路到煉鋼廠；在低壓側(cè)10kV母線，送出12回線路；在本所220kV母線有兩回輸出 線路。該變電所的所址，地勢平坦，交通方便。（1）設(shè)計(jì)變電所在城市近郊，向開發(fā)區(qū)的煉鋼廠供電，在變電所附近還有地區(qū)負(fù)荷。（2）確定本變電所的電壓等級(jí)為 220/110/10kV, 220kV是本變電所的電源電壓，110kV和 10kV是二次電壓。（3）待設(shè)計(jì)變電所的電源，由雙回 220kV線路送到本變電所；在中壓側(cè)110kV母線，送 出2回線路到煉鋼廠；在低壓側(cè)10kV母線，送出12回線路；在本所220kV母線有兩回輸 出線路。該變電所的所址，地勢平坦，交通方便。一、 110kV和10kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料11

3、0kV和10kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料見表1和表2。最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax=5500h，同時(shí)率取0.9,線路損耗5%。表1110kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料用戶名稱最大負(fù)荷（kW）cos回路數(shù)重要負(fù)荷百分 數(shù)（%）煉鋼廠420000.95265表210kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料序 號(hào)用戶名稱最大負(fù)荷（kW）cos回路數(shù)重要負(fù)荷百分?jǐn)?shù)（%）1礦機(jī)廠180022機(jī)械廠90023汽車廠21000.952624電機(jī)廠240025煉油廠200026飼料廠6002摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是 220KV 降壓變電站一次設(shè)備的計(jì)算及選擇等。 變電站的初步設(shè)計(jì)，共分為任務(wù)書、參考文獻(xiàn)、說明書和設(shè)計(jì)總結(jié)四部分，包括變電站的負(fù)荷

4、計(jì)算、主變的選擇、主接線的選擇、短路電流的計(jì)算、 各電壓等級(jí)斷路器的選擇、 各電壓等級(jí)母線選擇、各電壓等級(jí)隔離開關(guān)的選擇、電流互感器的選擇、電壓互感器的選 擇、繼電保護(hù)配置、防雷保護(hù)、接地裝置等內(nèi)容。論文內(nèi)容主要介紹電器設(shè)備類型意義和選用，變壓器的計(jì)算和選擇、設(shè)計(jì)要點(diǎn)是變電 站的發(fā)展過程、 工作原理、 控制方式和應(yīng)用。 最后主要是整個(gè)方案系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 包括計(jì)算， 各種器具數(shù)量、類型的選擇，和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、電氣主接線圖及電站平面設(shè)計(jì)圖編寫等。最后是結(jié)束語，附錄，謝詞和參考文獻(xiàn)等。AbstractThe graduation projects main task is a 220KV step-do

5、wn transformer substation equipment selection and calculation.The preliminary design of the substation is divided into tasks, references, brochures and four-part summary of the design, including the substation load calculation, the choice of main transformer, the main connection of choice, short-cir

6、cuit current calculations, the voltage of the circuit breaker option The choice of bus voltage, quarantine voltage switch option, the choice of current transformer, voltage transformer selection, configuration of relay protection, lightning protection, grounding devices and so on.The main content of

7、 the paper introduced the significance and types of electrical equipment selection, calculation and choice of transformers, the design features of the substation is the process of development, operation principle, control and applications. Finally, the entire program is the main system, including th

8、e calculation, the number of kinds of apparatus,the types of choices, and the structure of the system, electrical wiring diagram of the main power station and the preparation of plans, such as graphic design.Finally, concluding remarks, appendix, references and words to thank, and so on.目錄前言4第11.1.1

9、.21.31.4 第22.12.22.32.42.52.6 第33.13.23.33.43.53.6 第44.14.24.34.4. 第55.15.2 第66.16.26.36.4 第77.17.2 第88.18.28.38.4 第99.19.2電氣王接線選擇 .5概述 .5主接線的接線方式選擇 6變電所電氣王接線的確定 6主接線比較選擇 7章主變壓器容量、臺(tái)數(shù)及形式的選擇 .10概述 .10主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇. .10主變壓器容量的選擇10主變壓器型式的選擇.11主變?nèi)萘康拇_定計(jì)算 .12主變型號(hào)選擇 13章 短路電流計(jì)算 . .14概述 . .14短路計(jì)算的目的及假設(shè) . .14短路計(jì)算

10、. .15等值網(wǎng)絡(luò)簡化 . .17各短路點(diǎn)短路計(jì)算 .19 短路電流計(jì)算匯總表 . . .22章 電氣設(shè)備的選擇 . .22概述 .22限流電抗器的選擇 . .24斷路器的選擇 . .25斷路器選型計(jì)算 .25章 隔離開關(guān)的選擇 .31概述 31隔離開關(guān)選型計(jì)算 31章 母線的選擇 .33概述 .33母線及電纜截面的選擇 33220kV、110kV主母線及10kV主變低壓側(cè)母線橋?qū)w選擇計(jì)算 3410kV 最大一回負(fù)荷出線電纜 .37章 支持絕緣子及穿墻套管的選擇 .38形式選擇 . .38動(dòng) .熱穩(wěn)定校驗(yàn) . 39章限流電抗器 . 40選擇限流電抗 . .40電壓損耗校驗(yàn) . . .40殘壓

11、校驗(yàn) . . . .40動(dòng) .熱穩(wěn)定校驗(yàn) . 40章 電氣總平面布置及配電裝置的選擇 . . .41概述 . .41高壓配電裝置的選擇 42第 10 章 繼電保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)10.1 系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置.444410.2 繼電保護(hù)配置原則 4410.3. 變電站主變保護(hù)的配置 .4510.4. 220、110、10kV 線路保護(hù)部分 .46第 11章 防雷及接地裝置設(shè)計(jì)選擇 .4611.1 概述 .4611.2 防雷保護(hù)的設(shè)計(jì) .4711.3 避雷器參數(shù)計(jì)算與選擇 . 4811.4 220KV 避雷器選擇計(jì)算 . .4811.5 110KV 避雷器選擇計(jì)算. . .4811.6 10KV 避雷

12、器選擇計(jì) .4911.7 接地電阻選型計(jì)算 . .5011.8 接地裝置的選型計(jì)算 50第 12章 設(shè)計(jì)總結(jié)、致謝和參考文獻(xiàn) .50前言本次設(shè)計(jì)通過科學(xué)的發(fā)展觀全面綜合地理及負(fù)荷的發(fā)展趨勢等因素對(duì)變電站的所址 進(jìn)行選擇， 再對(duì)擬定變電站的概述以及出線方向來考慮， 并通過對(duì)負(fù)荷資料的分析， 安全， 經(jīng)濟(jì)及可靠性方面考慮。確定了變電站的主接線然后又通過負(fù)荷計(jì)算及供電范圍確定了主 變壓器臺(tái)數(shù)，容量及型號(hào)，同時(shí)也確定了廠用變壓器的容量及型號(hào)，從而完成了電氣部分 的設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)中進(jìn)行了短路電流計(jì)算， 主要設(shè)備選擇及校驗(yàn) （包括斷路器、 隔離開關(guān)、 電流互感器、電壓互感器、母線等） 。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?nèi)?/p>

13、面運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行設(shè) 計(jì)或研究的綜合性訓(xùn)練。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)我們把所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)的聯(lián)系起來，培養(yǎng)我們綜合 運(yùn)用各種知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力，學(xué)習(xí)更多的設(shè)計(jì)思維，樹立在實(shí)際工程基礎(chǔ)上的創(chuàng) 新觀念，更好地把理論和實(shí)際結(jié)合起來，服務(wù)于工作。第 1章 電氣主接線選擇1.1. 概述主接線是變電站電氣設(shè)計(jì)的首要部分， 它是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成的接受和 分配電能的電路，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對(duì)電力系統(tǒng)整體及變電站 本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并且對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置、繼電保 護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。因此，必須正確處理好各方面的

14、關(guān)系。我國變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程 SDJ2-79 規(guī)定：變電站的主接線應(yīng)根據(jù)變電站在電力系 統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并且滿足運(yùn)行可靠，簡單靈活、 操作方便和節(jié)約投資等要求，便于擴(kuò)建。1.1.1. 可靠性： 安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)， 保證供電可靠和電能質(zhì)量是對(duì)主接線 最基本要求，而且也是電力生產(chǎn)和分配的首要要求。主接線可靠性的具體要求：1）斷路器檢修時(shí)，不宜影響對(duì)系統(tǒng)的供電；2）斷路器或母線故障以及母線檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，并要求 保證對(duì)一級(jí)負(fù)荷全部和大部分二級(jí)負(fù)荷的供電；3）盡量避免變電站全部停運(yùn)的可靠性。1.1.2靈活性：主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修

15、及擴(kuò)建時(shí)的靈活性。1）為了調(diào)度的目的，可以靈活地操作，投入或切除某些變壓器及線路，調(diào)配電源和 負(fù)荷能夠滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式，檢修方式以及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)度要求；2）為了檢修的目的：可以方便地停運(yùn)斷路器，母線及繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修， 而不致影響電力網(wǎng)的運(yùn)行或停止對(duì)用戶的供電；3）為了擴(kuò)建的目的：可以容易地從初期過渡到其最終接線，使在擴(kuò)建過渡時(shí)，無論 在一次和二次設(shè)備裝置等所需的改造為最小。1.1.3經(jīng)濟(jì)性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理。1）投資?。褐鹘泳€應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約一次設(shè)備的投資；要能使控制保護(hù)不過復(fù)雜， 以利于運(yùn)行并節(jié)約二次設(shè)備的投資；要能限制短路電流，以

16、便選擇價(jià)格合理的電氣設(shè)備或輕型電器；2）占地面積小：主接線要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地和節(jié)省構(gòu)架、導(dǎo)線、 絕緣子及安裝費(fèi)用。在不受運(yùn)輸條件許可，都采用三相變壓器，以簡化布置。3）電能損失少：經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的型式、容量和數(shù)量，避免兩次變壓而增 加電能損失。1.2 主接線的接線選擇方式 電氣主接線是根據(jù)電力系統(tǒng)和變電站具體條件確定的， 它以電源和出線為主體， 在進(jìn) 出線路多時(shí)（一般超過四回）為便于電能的匯集和分配，常設(shè)置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接 線簡單清晰、運(yùn)行方便，有利于安裝和擴(kuò)建。而本所各電壓等級(jí)進(jìn)出線均超過四回，并且 考慮到 220kV 側(cè)會(huì)有功率穿越，所以采用有母線連接。根據(jù)

17、規(guī)劃，可以發(fā)現(xiàn)本站將是地區(qū) 性樞紐變電站， 擔(dān)負(fù)起保障整個(gè)地區(qū)負(fù)荷供給的重要任務(wù)， 因此主接線考慮下列幾種選擇：1、一個(gè)半斷路器（ 3/2）接線 兩個(gè)元件引線用三臺(tái)斷路器接往兩組母上組成一個(gè)半斷路器， 它具有較高的供電可靠 性和運(yùn)行靈活性，任一母線故障或檢修均不致停電，但是它使用的設(shè)備較多，占地面積較 大，增加了二次控制回路的接線和繼電保護(hù)的復(fù)雜性，且投資大。2、雙母接線 它具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴(kuò)建方便等優(yōu)點(diǎn)，而且，檢修另一母線時(shí)，不會(huì)停止對(duì) 用戶連續(xù)供電。如果需要檢修某線路的斷路器時(shí)，不裝設(shè) “跨條”，則該回路在檢修期需要 停電。對(duì)于，110K220KV輸送功率較多，送電距離較遠(yuǎn)，其斷路

18、器或母線檢修時(shí)，需要 停電，而斷路器檢修時(shí)間較長，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定，110220kV雙母線接線的配電裝置中，當(dāng)出線回路數(shù)達(dá) 7回，（110kV）或5回（220kV）時(shí)，一般應(yīng)裝設(shè)專用旁路 母線。3、雙母線分段接線 雙母線分段，可以分段運(yùn)行，系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大，兩個(gè)元件可完全分別接到不 同的母線上，對(duì)大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的，由于這種母線接線方式是常用傳 統(tǒng)技術(shù)的一種延伸，因此在繼電保護(hù)方式和操作運(yùn)行方面都不會(huì)發(fā)生問題。而較容易實(shí)現(xiàn) 分階段的擴(kuò)建等優(yōu)點(diǎn)，但是易受到母線故障的影響，斷路器檢修時(shí)要停運(yùn)線路，占地面積 較大，一般當(dāng)連接的進(jìn)出線回路數(shù)在 11 回及以下時(shí)，母線不分

19、段。為了保證雙母線的配電裝置，在進(jìn)出線斷路器檢修時(shí)（包括其保護(hù)裝置和檢修及調(diào) 試），不中斷對(duì)用戶的供電，可增設(shè)旁路母線，或旁路斷路器。當(dāng)110KV出線為7回及以上，220KV出線在4回以下時(shí)，可用母聯(lián)斷路器兼旁路斷用這 樣 節(jié)省了斷路器及配電裝置間隔。1.3 變電所電氣主接線的確定電氣主接線是電力系統(tǒng)的重要組成部分， 它的設(shè)計(jì)形式直接關(guān)系全所電氣設(shè)備的選擇 和配電裝置的布置。它的設(shè)計(jì)應(yīng)以設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以國家有關(guān)經(jīng)濟(jì)建設(shè)方針、政策及 有關(guān)技術(shù)規(guī)范為準(zhǔn)則，結(jié)合工程具體特點(diǎn)來確定，要求安全可靠、穩(wěn)定靈活、方便經(jīng)濟(jì)。1.3.1主變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇131.1主變壓器的臺(tái)數(shù)：待設(shè)計(jì)變電站為大型的城

20、市變電站，負(fù)荷較重（本期最大負(fù)荷 42000KVA,遠(yuǎn)期最大負(fù)荷45000KVA），又因變電站負(fù)荷較為重要，且為終端變電站，要求 電壓質(zhì)量是可以調(diào)節(jié)的，現(xiàn)在市場上生產(chǎn)的變壓器的容量，選擇1臺(tái)變壓器不能滿足負(fù)荷的要求，我選擇2臺(tái)相同容量的變壓器。131.2主變壓器容量：根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，變壓器的容量應(yīng)保證在有一臺(tái)檢修的情況下，其他 變壓器能帶全部負(fù)荷的70%，按任務(wù)書給定的資料（按遠(yuǎn)期最大負(fù)荷算），即1臺(tái)主變的 容量應(yīng)滿足 70%的負(fù)荷需求，因此本設(shè)計(jì)的主變每臺(tái)應(yīng)帶負(fù)荷為：45000 X 70% /2 =15750 （ KVA），所以我們選擇的主變?nèi)萘繛?31500KVA變壓器。1.3.1.3主變型

21、式：本設(shè)計(jì)220KV降壓到110KV和35KV兩個(gè)電壓等級(jí)，因此采用三繞組 變壓器。1.3.1.4調(diào)壓方式：根據(jù)地區(qū)及負(fù)荷的要求，變壓器選擇有載調(diào)壓方式。根據(jù)以上原則，查閱有關(guān)資料，選擇的主變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)如下：型號(hào)SFSZ10-31500/220容量31500KVA容量比120/120/120額定電壓咼壓220 8X 1.25%中壓121低壓38.5聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)YN，yn0,d11損耗空載144 KW負(fù)載480 KW空載電流0.9 %阻抗電壓高-中14 %高-低24 %中-低9 %14主接線比較選擇由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的負(fù)荷情況：220kV出線4回，110kV出線4回（其中備用2回）, 10kV出線

22、14回（其中備用2回），該變電站主接線可以采用以下兩種方案進(jìn)行比較：1.4.1方案一1.4.1.1. 220kV采用內(nèi)橋接線方式，110、10kV采用單母段接線。根據(jù)電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)第一冊(cè)可知，220kV出線5回以上、在系統(tǒng)中居重要 地位時(shí)可考慮設(shè)計(jì)旁路母線，考慮到220kV近期4回，裝設(shè)專用母聯(lián)斷路器和旁路斷路器。10kV出線14回（其中備用2回），可采用單母分段接線方式。方案一的接線特點(diǎn)11Q刖單母姑後I1) 220kV采用內(nèi)橋接線方式，并且設(shè)置專用旁路斷路器，使檢修或故障時(shí)，不致破 壞雙母接線的固有運(yùn)行方式，及不致影響供電可靠性。2) 110kV采用單母分段接線方式，并且設(shè)置專用分段

23、斷路器，具有分段單母線和一 般雙母線的特點(diǎn)，而且具有更高的可靠性和靈活性；使檢修或故障時(shí)，不致母接線的固有 運(yùn)行方式，不致影響供電可靠性。3) 10kV側(cè)采用單母分段接線時(shí)，接線簡單清晰，設(shè)備少，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，重要用 戶可以用雙回路接于不同母線段，保證不間斷供電。1413方案一接線的缺點(diǎn)：220kV采用內(nèi)橋線接線，運(yùn)行時(shí)，操作步驟復(fù)雜、投資高、占地面積大，旁路斷路器 的繼電保護(hù)整定比較復(fù)雜；不推薦上述方式。方案二142.1. 220、110、10kV均采用單母分段接線方式1422方案二其接線方式的特點(diǎn)：co單母升險(xiǎn).1LOE71) 220、110kV單母分段接線，在其中一回母線檢修或故障時(shí)，

24、仍可保證有一回母線 正常運(yùn)行，不致影響供電可靠性；另外，220、110kV出線中重要線路全部采用雙回路，其 中一回發(fā)生故障或斷路器檢修時(shí)，仍可保證重要線路的供電可靠性。2) 10kV側(cè)采用單母線分段接線，可以使重要負(fù)荷及所用電的供電從不同的母線分段 取得。當(dāng)一段母線發(fā)生故障時(shí)，分段斷路器自動(dòng)將故障段切除，保證正常段母線不間斷供 電。8.1.3 .方案二接線的缺點(diǎn)：1) 雙母線在母線檢修或故障時(shí)，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，操作復(fù)雜，容易發(fā)生 誤操作；2) 當(dāng)一組母線故障時(shí)仍短時(shí)停電，影響范圍較大；1.4. 方案比較1.4.3.2. 投資費(fèi)用對(duì)比1.4.3.2.1. 方案一綜合投資Zaa70主變部

25、分：Z1=Z0(1)=116 (1) 2=199.2 萬元100100a70220kV 部分：Z2=Z。(1) = (193.9 29.4 3) (1)=479.57萬元100100110kV 部分：Z3=Z。(1 旦)=(85.4 10.27 5) (V -90) =259.83萬元100 100a10kV 部分：Z4=Z0 (1) = (31.3 1.0 4) =44.3 萬元100方案一綜合投資為：Za= Z1+Z2+Z3+ Z4=199.2+479.57+259.83+44.3=982.9萬元1.4.3.2.2. 方案二綜合投資 Zb主變部分：Zi=Zo (1 a )=116 (170

26、 ) 2=199.2萬元100 100a70220kV 部分：Z2 = Z0 (1) = (154.4 28.1 3) (1)=405.79 萬元100100a90110kV 部分：Z3 = Z0 (1)=(75.7 9.89 5) (1) =237.79萬元100100a10kV 部分：Z4 = Z0(1) = (31.3 1.0 4) =44.3 萬元100方案一綜合投資為：Zb=乙 +Z2 +Z3 + Z4 =199.2+405.79+237.79+44.3=887.08萬元1.4.3.2.3. 根據(jù)綜合投資對(duì)比，方案一投資高過方案二約96萬元，經(jīng)濟(jì)性較差。1.4.3.2. 運(yùn)行費(fèi)用分析

27、對(duì)比因方案一、二均選用2臺(tái)主變，所以年度運(yùn)行費(fèi)用中電能損耗相同，而設(shè)備運(yùn)行維護(hù) 費(fèi)用可根據(jù)上述設(shè)備數(shù)量對(duì)比表判斷方案一運(yùn)行費(fèi)用要高過方案二。1.5. 方案推薦根據(jù)上述對(duì)比可以看出，方案二在經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)于方案一，在運(yùn)行可靠性方面基本等 同于方案一，經(jīng)過綜合比較，決定推薦方案二。第2章主變壓器容量、臺(tái)數(shù)及形式的選擇2.1. 概述在各級(jí)電壓等級(jí)的變電站中，變壓器是變電站中的主要電氣設(shè)備之一，其擔(dān)任著向用 戶輸送功率，或者兩種電壓等級(jí)之間交換功率的重要任務(wù)，同時(shí)兼顧電力系統(tǒng)負(fù)荷增長情 況，并根據(jù)電力系統(tǒng)510年發(fā)展規(guī)劃綜合分析，合理選擇，否則，將造成經(jīng)濟(jì)技術(shù)上的 不合理。如果主變壓器容量造的過大，臺(tái)數(shù)

28、過多，不僅增加投資，擴(kuò)大占地面積，而且會(huì) 增加損耗，給運(yùn)行和檢修帶來不便，設(shè)備亦未能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，可能使 變壓器長期在過負(fù)荷中運(yùn)行，影響主變壓器的壽命和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，確定合理 的變壓器的容量是變電站安全可靠供電和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保證。在生產(chǎn)上電力變壓器制成有單相、三相、雙繞組、三繞組、自耦以及分裂變壓器等， 在選擇主變壓器時(shí)，要根據(jù)原始資料和設(shè)計(jì)變電站的自身特點(diǎn)，在滿足可靠性的前提下， 要考慮到經(jīng)濟(jì)性來選擇主變壓器。選擇主變壓器的容量，同時(shí)要考慮到該變電站以后的擴(kuò)建情況來選擇主變壓器的臺(tái)數(shù) 及容量。2.2. 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇由原始資料可知，本期變電站上 2臺(tái)主變，本設(shè)

29、計(jì)變壓器選擇臺(tái)數(shù)為 2臺(tái)。2.3. 主變壓器容量的選擇主變?nèi)萘恳话惆醋冸娬窘ǔ山谪?fù)荷，510年規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期 10 20年的負(fù)荷發(fā)展，對(duì)于城郊變電站主變壓器容量應(yīng)當(dāng)與城市規(guī)劃相結(jié)合，該所近期和遠(yuǎn)期負(fù)荷都給定，所以應(yīng)按近期和遠(yuǎn)期總負(fù)荷來選擇主變的容量，根據(jù)變電站帶負(fù)荷的性質(zhì)和 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量，對(duì)于有重要負(fù)荷的變電站，應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)， 其余變壓器容量在過負(fù)荷能力后允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷，對(duì)一般性能的變電站，當(dāng)一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量應(yīng)保證全部負(fù)荷的 70%80%。該變 電站是按70%全部負(fù)荷來選擇。因此，裝設(shè)兩臺(tái)變壓器變電站的總裝容

30、量為：刀se= 2（ 0.7PM） = 1.4PM 。當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)，可保證對(duì) 60%負(fù)荷的供電，考慮變壓器的事故過負(fù)荷能力為 40%，則可保證 98%負(fù)荷供電，而高壓側(cè) 220KV 母線的負(fù)荷不需要通過主變倒送，因?yàn)椋?該變電站的電源引進(jìn)線是 220KV 側(cè)引進(jìn)。其中，中壓側(cè)及低壓側(cè)全部負(fù)荷需經(jīng)主變壓器傳 輸至各母線上。因此主變壓器的容量為： Se = 0.7 （SH +SM）。2.4主變壓器型式的選擇2.4.1主變壓器相數(shù)的選擇單相變壓器組，相對(duì)來講投資大，占地多，運(yùn)行損耗大，同時(shí)配電裝置以及斷電保護(hù) 和二次接線的復(fù)雜化，也增加了維護(hù)及倒閘操作的工作量。本次設(shè)計(jì)的變電站，位于市郊區(qū)，稻

31、田、丘陵，交通便利，不受運(yùn)輸?shù)臈l件限制，而 應(yīng)盡量少占用稻田、丘陵，故本次設(shè)計(jì)的變電站選用三相變壓器。2.4.2繞組數(shù)的選擇在具有三種電壓等級(jí)的變電站，如通過主變壓器的各側(cè)繞組的功率均達(dá)到該變壓器容量的 15%以上，或低壓側(cè)雖無負(fù)荷，但在變電站內(nèi)需裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備，主變宜采用三繞 組變壓器。一臺(tái)三繞組變壓器的價(jià)格及所用的控制和輔助設(shè)備，比相對(duì)的兩臺(tái)雙繞組變壓器都較 少，而且本次所設(shè)計(jì)的變電站具有三種電壓等級(jí)，考慮到運(yùn)行維護(hù)和操作的工作量及占地 面積等因素，該所選擇三繞組變壓器。在生產(chǎn)及制造中三繞組變壓器有：自耦變、分裂變以及普通三繞組變壓器。1）自耦變壓器，它的短路阻抗較小，系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短

32、路電流增大，以及干擾繼 電保護(hù)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，具有磁的聯(lián) 系外，還有電的聯(lián)系，所以，當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生過電壓時(shí)，它有可能通過串聯(lián)繞組進(jìn)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(shí)，它同樣進(jìn)入串聯(lián)繞組，產(chǎn) 生很高的感應(yīng)過電壓。由于自耦變壓器高壓側(cè)與中壓側(cè)有電的聯(lián)系，有共同的接地中性點(diǎn)，并直接接地。因此自耦變壓器的零序保護(hù)的裝設(shè)與普通變壓器不同。自耦變壓器，高中壓側(cè)的零序電流保護(hù)，應(yīng)接于各側(cè)套管電流互感器組成零序電流過濾器上。由于本次所設(shè)計(jì)的變電站所需裝設(shè)兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行。電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍較大，如果選擇自耦變壓器，其兩臺(tái)自耦變壓 器的高

33、、中壓側(cè)都需直接接地，這樣就會(huì)影響調(diào)度的靈活性和零序保護(hù)的可靠性。而自耦 變壓器的變化較小，由原始資料可知，該所的電壓波動(dòng)為 8%，故不選擇自耦變壓器。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(dāng)?shù)蛪簜?cè)繞組產(chǎn)生接地故障時(shí)，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(jī)械應(yīng)力。分裂變壓器中對(duì)兩端低壓母線供電時(shí)，如果 兩端負(fù)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(fù)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(jì)的變電站，受功率端的負(fù) 荷大小不等，而且電壓波動(dòng)范圍大，

34、故不選擇分裂變壓器。3）普通三繞組變壓器：價(jià)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(hù)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(gè)系統(tǒng)中的電壓波動(dòng)。它的供電可靠性也高。所以，本次設(shè)計(jì)的變電站， 選擇普通三繞組變壓器。2.4.3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(biāo)準(zhǔn)： 樞紐變電站二次側(cè)母線的運(yùn)行電壓控制水平應(yīng)根據(jù)樞紐變電站的位置及電網(wǎng)電壓 降而定，可為電網(wǎng)額定電壓的11.3倍，在日負(fù)荷最大、最小的情況下，其運(yùn)行電壓控制 在水平的波動(dòng)范圍不超過 10%，事故后不應(yīng)低于電

35、網(wǎng)額定電壓的 95%。電網(wǎng)任一點(diǎn)的運(yùn)行電壓， 在任何情況下嚴(yán)禁超過電網(wǎng)最高電壓， 變電站一次側(cè)母線 的運(yùn)行電壓正常情況下不應(yīng)低于電網(wǎng)額定電壓的95% 1 00%。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(fù)荷切換稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30%。由于該變電站的電壓波動(dòng)較大，故選擇有載調(diào)壓方式，才能滿足要求。2.4.4連接組別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(yùn)行。2.4.5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 10kV 側(cè)主要用于地區(qū)性負(fù)荷、 所用電以及無功補(bǔ)償裝置，所以容量比選擇為： 100/1

36、00/50。 2.4.6主變壓器冷卻方式的選擇主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷卻，自然油循環(huán)強(qiáng)迫風(fēng)冷卻，強(qiáng)迫油循環(huán) 水冷卻。自然風(fēng)冷卻：一般只適用于小容量變壓器。 強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻：散熱效率高，節(jié)約材料減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點(diǎn)。但是它要有 一套水冷卻系統(tǒng)和相關(guān)附件，冷卻器的密封性能要求高，維護(hù)工作量較大。自然油循環(huán)強(qiáng)迫風(fēng)冷卻：利用外置冷卻風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)和主變熱油流的加強(qiáng)對(duì)流，提高 主變油散熱速度，散熱效率高，無需增加太多的附件，因此，推薦自然油循環(huán)強(qiáng)迫風(fēng)冷卻2.5 主變?nèi)萘康拇_定計(jì)算本設(shè)計(jì)原始資料中， 220kV 側(cè) A、 B、 C 三個(gè)系統(tǒng)電源容量較大，可以認(rèn)為是無限大 系統(tǒng)，該側(cè)的 4

37、回出線負(fù)荷功率包括本站需要通過主變傳送 110及 10kV 側(cè)負(fù)荷和可能存 在的系統(tǒng)穿越；110kV側(cè)沒有電源，系統(tǒng)最大計(jì)算負(fù)荷為 42000KVA,該側(cè)共4回出線（兩 回備用），單回最大負(fù)荷容量為 10500KVA。 10kV沒有電源，該側(cè)系統(tǒng)最大計(jì)算負(fù)荷為 12000KVA。站區(qū)負(fù)荷最大為 2400kVA，因此，在正常運(yùn)行情況下，主變傳送的總?cè)萘繛?（注：計(jì)算時(shí)功率因數(shù)取 0.9）：2.5.1正常工作時(shí)， 220kV 側(cè)通過主變向 110kV 側(cè)輸送功率S1=42000X).8 .9=37200KVA,2.52 220kV側(cè)通過主變向10kV側(cè)輸送功率S2=12000X).8 .9+0.6

38、=10668KVA,2.5.3. 主變輸送的最大容量Smax =S1+S2=37155+10668=47823KA2.5.4. 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，本期采用兩臺(tái)主變，選擇容量時(shí)應(yīng)滿足當(dāng)一臺(tái)主變壓器故障或者檢修時(shí)，另一臺(tái)主變壓器可承擔(dān)70%的負(fù)荷保證全變電所的正常供電。由此可得單臺(tái)主變最小容量：Smin = 47823 0.7= 33477KVA220Kv變電所常用的單臺(tái)主變?nèi)萘繛?31500KVA。由此可選擇兩臺(tái)容量為31500KVA的主變。2.5.5. I、II級(jí)負(fù)荷校驗(yàn)：110kV 側(cè) I、II 級(jí)負(fù)荷：42000X).8 .85 .9=29725KVA10kV 側(cè) I、II 級(jí)負(fù)荷：12

39、0000.7 0.8 9+0.6 0.5=7467KVAI、II 級(jí)總負(fù)荷：29725+7467=37192MVAI、II級(jí)總負(fù)荷與主變額定容量之比：37192500=1.18,這樣，全部I、II級(jí)負(fù)荷超額 定容量7%,滿足單臺(tái)主變長期運(yùn)行要求，符合要求。2.6. 主變型號(hào)選擇2.6.1. 主變主要通過高壓繞組從220側(cè)向至中、低壓繞組側(cè)傳送功率，10kV側(cè)最大功 率為2400KVA，因此，可選擇容量比為 100/100/50。本設(shè)計(jì)主變?yōu)榇笮妥儔浩?，發(fā)熱量較大，根據(jù)現(xiàn)階段主變散熱片制造工藝的提高，在 不啟動(dòng)強(qiáng)迫風(fēng)冷的情況下，主變可帶 80%負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，再根據(jù)變電站建在郊區(qū)，通風(fēng)條 件好，可

40、選用強(qiáng)迫風(fēng)冷卻方式。本變電站為地區(qū)樞紐站，擔(dān)負(fù)起整個(gè)地區(qū)電壓質(zhì)量穩(wěn)定的重任，因此考慮采用有載調(diào) 壓變壓器。2.6.2. 變壓器的技術(shù)參數(shù)根據(jù)以上條件選擇，確定采用變壓器的型號(hào)為 SFSZ9-31500/220的220kV三繞組有載 調(diào)壓電力變壓器，具體參數(shù)如下型號(hào)SFSZ10-31500/220聯(lián)接組標(biāo)號(hào)YN，yn0, d11空載電流%0.7空載損耗(kw)178短路損耗(kw)650額定電壓(KV)咼壓中壓低壓2208X1.25%12110.5額定容量MVA18018090阻抗電壓咼 中咼一低中一低14237型號(hào)中個(gè)符號(hào)表示意義:從左至右S:三相 F:風(fēng)冷卻 S:三繞組 Z:有載調(diào)壓 9:設(shè)

41、計(jì)序列號(hào)31500:額定容量 220：電壓等級(jí)。第 3 章 短路電流計(jì)算3.1 概述在電力系的電氣設(shè)備， 在其運(yùn)行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運(yùn)行狀 態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種型式的短路，因?yàn)樗鼈儠?huì)遭到破壞對(duì)用戶的 正常供電和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對(duì) 于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有: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(duì)稱短路，系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時(shí)一樣仍處于對(duì)稱狀態(tài)，其他類 型的短路都是不對(duì)稱短路。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明， 在各種類型的

42、短路中， 單相短路占大多數(shù)， 兩相短路較少， 三相短路的機(jī)會(huì)最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其情況較嚴(yán)重，應(yīng)給以足夠的重視。因 此，我們都采用三相短路來計(jì)算短路電流，并檢驗(yàn)電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。3.2短路計(jì)算的目的及假設(shè)3.2.1短路電流計(jì)算是變電站電氣設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其計(jì)算目的是:1 ）在選擇電氣主接線時(shí)，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(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。2）在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工 作，同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。3）在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件檢驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和

43、相對(duì)地的安全距 離。4）在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。5）按接地裝置的設(shè)計(jì)，也需用短路電流。3.2.2短路電流計(jì)算的一般規(guī)定1 ）驗(yàn)算導(dǎo)體和電器動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按工程的 設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(jì)算時(shí)，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(yùn)行的接線方式。2）選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠?步電機(jī)的影響和電容補(bǔ)償裝置放電電流的影響。3）選擇導(dǎo)體和電器時(shí)，對(duì)不帶電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn)，應(yīng)按

44、選擇在正常接線方式時(shí)短路電流為最大的地點(diǎn)4）導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流一般按三相短路驗(yàn)算。323.短路計(jì)算基本假設(shè)1）正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行；2）所有電源的電動(dòng)勢相位角相同；3）電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)生 變化；4）不考慮短路點(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流；5）元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計(jì)，及不計(jì)負(fù)荷的影響；6）系統(tǒng)短路時(shí)是金屬性短路。3.2.4 .基準(zhǔn)值高壓短路電流計(jì)算一般只計(jì)算各元件的電抗，采用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算，為了計(jì)算方便選取如下基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)容量：Sb= 100MVA基準(zhǔn)電壓：Ub= 10.5115230kV3.

45、2.5. 短路電流計(jì)算的步驟:1）計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值，并折算為同一基準(zhǔn)容量下；2）給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡(luò)圖；3）選擇短路點(diǎn)；4）對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，把供電系統(tǒng)看為無限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對(duì)短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值，并計(jì)算短路電流標(biāo)幺值、有名值。標(biāo)幺值:Id* =1X*dT有名值：Idi = Id*Ij5）計(jì)算短路容量，短路電流沖擊值短路容量：S =3 Vjl?短路電流沖擊值：Icj = 2.55I?6）列出短路電流計(jì)算結(jié)果3.2.6. 具體短路電流計(jì)算具體見計(jì)算說明書3.3短路計(jì)算等值電路圖S2S1331基準(zhǔn)值及短路點(diǎn)選取331.1. 在短路計(jì)算的基本假設(shè)前提下，選取基準(zhǔn)容量Sb

46、= 100MVA , Ub為各級(jí)電壓平均值(230，115, 10.5kV)。3.3.1.2. 短路點(diǎn)分別選取變電站的三級(jí)電壓匯流母線：220kV d1, 110kV d2, 10kVd33.3.2計(jì)算各元件的電抗標(biāo)幺值3.3.2.1計(jì)算系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值由原始材料可知，提供的 A、B、C三系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值均為各電源容量為基值，需要換算成在Sb=100MVA下的標(biāo)幺值A(chǔ) 系統(tǒng)：X1* = (0.3 *00) -2000=0.015B 系統(tǒng)：X2* = (0.4 100) -500=0.027C 系統(tǒng)：X3* = (0.2 100) -4000=0.0053.3.2.2. 計(jì)算變壓器各繞組電抗標(biāo)幺值阻

47、抗電壓咼中咼一低中一低142373.3.2.2.1 各繞組等值電抗Vs(1-2)%= 14%, Vs (1-3)%= 23%，V s (2-3)%= 7%1高壓側(cè)：VS1% = 2(Vs(1-2)% + Vs(1-3)% Vs(2-3)%)1=2 (14+ 23 7)1中壓側(cè)：VS2% = 2(Vs(1-2)% + Vs(2-3)% Vs(1-3)%)1=2(14+7 23)=11低壓側(cè)：VS3% = 2(Vs(1-3)% + Vs(2-3)% Vs(1-2)%)1=2 (23+7 14)=8 3.322.2各繞組等值電抗標(biāo)么值為:高壓側(cè):中壓側(cè):15 1OOX9* = Vs1%/1OO XS

48、b/Sn=x = O.O831OO 18O-1X10* = Vs2%/100XSb/Sn=低壓側(cè):X11* = Vs3%/100XSb/Sn =1008100x100180100x90=0.006=0.093.3.2. 3. 220kV各線路等值電抗標(biāo)幺值為:2 100A 與 B 之間聯(lián)絡(luò)線：X4* = Xa-b Xsb/Ub =0.406 XOX223O 與 C 之間聯(lián)絡(luò)線：X5* = Xb-c XSb/Ub2=0.406 80 x 1OO223O1 2 1 X6* = Xa XSb/Ub2= XO.4O62 2與本站之間雙回架空線:與本站之間單回架空線:C與本站之間雙回架空線:=0.046

49、=0.06160 x 1OO2 = O.O2323O21OO2 = O.O312X7* =Xb XSb/Ub =O.4O6 4023O1 211OOX8* = Xc XSb/Ub = XO.4O6 1OO x 2 = O.O382 223O23.3.2. 4.將各標(biāo)幺值標(biāo)注在系統(tǒng)等值電抗圖上（附圖-）3.4.等值網(wǎng)絡(luò)簡化3.4.1 .等值網(wǎng)絡(luò)簡化計(jì)算：3.4.1.1. Y1*=X1* XX4*+ X4* 公6*+ X1* 雙6*=0.015 O.O46+O.O46 023+0.015 023= O.OO21Y2*=X3* XX5*+ X3* $8*+ X5* 8*=O.OO5 O.O61+O.OO5 W38+O.O61 OO38= O.OO28亍” 11X+Xe* X3* +X8*11O.O15 + O.O23 O.OO5 + O.O38X2* X7-Y1-Y2-O.O27 O.O31 O.OO212*O.OO28=37.04+32.26+18.1+15.36= 1O2.763.4.1.2.計(jì)算化簡后A、B、C各系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值X1*=X6*X1* X6*X3*X6*X7* YY1* Y*Y2* YX4*0.0230.0460.031x102.76=0.0380.00210.0