220kV變電站設(shè)計

1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 220KV變電站設(shè)計學(xué) 生： 焦吉雪學(xué) 號：07021049628專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級：2007級6班指導(dǎo)教師：唐玲，蔣瑩 四川理工學(xué)院自動化電子信息學(xué)院二0一一年六月摘 要電力生產(chǎn)過程有別于其他工業(yè)生產(chǎn)過程的一個重要特點(diǎn)，就是它的生產(chǎn)、輸送、變換、分配、消費(fèi)的幾個環(huán)節(jié)是在同一個時間內(nèi)同步瞬間完成。電力生產(chǎn)過程要求供需嚴(yán)格動態(tài)平衡，一旦失去平衡生產(chǎn)過程就要受到破壞，甚至造成系統(tǒng)瓦解，無法維持正常生產(chǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全國乃至全世界凸現(xiàn)缺電局面，如何進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)度，加強(qiáng)電力資源的優(yōu)化配置，最大限度滿足電力需求成為人們探討的問題之一。又隨著計算機(jī)技術(shù)、

2、通信技術(shù)、信息技術(shù)驚人的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，整個電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)效益得到大幅提升。這項(xiàng)技術(shù)將引起電力行業(yè)有關(guān)部門的重視，成為變電站設(shè)計核心技術(shù)之一。本次220KV變電站的設(shè)計包括一次和二次部分，主要對變壓器臺數(shù)和容量、主接線方案、高壓開關(guān)設(shè)備、二次接線方案及繼電保護(hù)的確定；對變電站負(fù)荷、短路電流的計算。變電站綜合自動化技術(shù)是二次部分設(shè)計的重點(diǎn)，主要對遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成、工作過程、通信傳輸?shù)确矫娴脑O(shè)計，包括電力遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀的分析，闡述了系統(tǒng)中普通存在的弊端。詳細(xì)地闡述了系統(tǒng)的構(gòu)成，簡要地介紹了系統(tǒng)的工作過程，主要功能和特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：220KV變電站；電氣設(shè)備；綜

3、合自動化；設(shè)計ABSTRACT The produce of electric power is different from other industrial produce,whose process of product,transfer,change, distribute and consume is completed at the same time.The produce of electric power must keep balance,or it cant function normally or even be destroyed.As the development

4、 of economy, the problem of being shot of electricity is becoming more and more serious.Its a big problem how to optimize the disposition of electric resource and meet the electric power requirement.With the development of computer technology,communication technology and information technology,the c

5、omprehensive automation system technology develop faster and faster.The security and economic profits of the whole electric power network are greatly improved.The technology will be attached importance by electrical department and become key point of the transformr substation design. This paper is d

6、esign the 220KV transformer substation which include two parts of electrical devides.The first part mainly choose the capacity and specification of the transformer and all kinds of devides.It also calculate the burden and the shot-circuited current.Comprehensive automation system technology is the k

7、ey point of the second part.It mainly include the development of electric power remote monitoring system technology. Then, systemically demonstrates the parts of the system. The working principles of systems communication channels and the main function of the system are briefly introduced. Keywords:

8、 220KV transformer substation,electric installation,Comprehensive automation system,design目錄前言變電站的任務(wù)是傳輸、分配、檢測、控制、管理電能，其連接著整個電網(wǎng)線路。設(shè)計是否合理，不僅直接影響基建投資、運(yùn)行費(fèi)用和有色金屬的消耗量，也會反映在供電的可靠性和安全生產(chǎn)方面，它和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、設(shè)備人身安全密切相關(guān)。當(dāng)今電力需求迅速增長，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和居民生活水平的提高使第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電比重不斷上升，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，高電壓、大機(jī)組、長距離輸電、電網(wǎng)互聯(lián)的趨勢，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，學(xué)習(xí)和了解變電站的結(jié)構(gòu)

9、和運(yùn)行對電力資源的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計的題目為220KV變電站設(shè)計，設(shè)計的目的在于鞏固自己的專業(yè)知識。設(shè)計同我們的專業(yè)知識聯(lián)系緊密，使得在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的同時對電力系統(tǒng)、繼電保護(hù)、電氣設(shè)備，電氣自動化等專業(yè)課程進(jìn)行復(fù)習(xí)，提高了自己的專業(yè)基礎(chǔ)水平。通過設(shè)計使我們掌握基本的設(shè)計知識，熟悉設(shè)計過程。并對相關(guān)的設(shè)計手冊，輔助資料和國家有關(guān)規(guī)章制度有一定得了解。220變電站的設(shè)計或改造需要既能保證安全可靠性和靈活性，又能保證保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、易于實(shí)現(xiàn)自動化設(shè)計方案。在這種要求下，220KV變電所電氣主接線簡單清晰、接地和保護(hù)安全高效、建筑結(jié)構(gòu)布置緊湊、電磁輻射污染、滿足大容量及長距離的輸電

10、，是今后發(fā)展的一個重要方向。原始資料:根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃建一座220KV城郊變電所，建成后與110KV和220KV電網(wǎng)相連且給廠區(qū)和附近用戶供電。該變電所按規(guī)劃要求有220KV、110KV和10KV三個電壓等級。220KV出線4回，110KV出線8回，10KV出線10回。各級電壓側(cè)的功率因數(shù)和最大負(fù)荷利用小時：220kV側(cè) 小時/年110kV側(cè) 小時/年10kV側(cè) 小時/年系統(tǒng)阻抗：220KV側(cè)電源近似為無窮大系統(tǒng)，折算至本所220KV母線側(cè)阻抗為 (Sj=100MVA)，110KV側(cè)電源容量為500MVA，折算至本所110KV母線側(cè)阻抗為（Sj= 100 MVA）。110KV側(cè)有兩回出線供給容

11、量為80000kVA的煉鋼廠10KV側(cè)總負(fù)荷為35000KVA，類用戶占60%，最大一回出線負(fù)荷為2500KVA。220KV和110KV側(cè)出線主保護(hù)為瞬時動作，后備保護(hù)時間為0.15s，10KV出線過流保護(hù)時間為2s ,斷路器燃弧時間考慮為0.05s。該地區(qū)最熱月平均溫度為30°C，年平均氣溫18°C，絕對最高氣溫為40° C，土壤溫度為18°C。變電所位于城郊生荒土地上，地勢平坦、交通便利、環(huán)境無污染。第1章 電氣主接線的選擇主接線是變電站電氣設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。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。主接線的確

12、定對電力系統(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)，并且對電氣設(shè)備選擇、配電裝置、繼電保護(hù)和控制方式等各方面都有決定性影響。因此，主接線設(shè)計必須經(jīng)過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的充分論證比較和各方面綜合因素的考慮最終確定實(shí)際工程中的最佳方案。我國變電站設(shè)計技術(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 電氣主接線設(shè)計的基本要求電氣主接線的基本要求包括可靠性、靈活性、和經(jīng)濟(jì)性三個方面。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)量是對主接線

13、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，不宜影響對系統(tǒng)的供電；2）斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時間，并要求保證對一級負(fù)荷全部和大部分二級負(fù)荷的供電；3）盡量避免變電站全部停運(yùn)的可靠性。4）大型機(jī)組停運(yùn)時，不應(yīng)危及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。1.1.2 靈活性 電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活的進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴(kuò)建時的靈活性。 1）調(diào)度目的：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）檢修目的：可以方便地

14、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)行或停止對用戶的供電；3)擴(kuò)建目的：可以容易地從初期過渡到其最終接線，使在擴(kuò)建過渡時，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)性設(shè)計電氣主接線的主要矛盾發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間。要使主接線可靠、靈活就必須選用現(xiàn)代化的自動裝置和高質(zhì)量的設(shè)備，這將導(dǎo)致投資費(fèi)用的增加。主接線的設(shè)計應(yīng)在滿足可靠性和靈活性的前提下盡量做到經(jīng)濟(jì)合理，滿足經(jīng)濟(jì)性一般應(yīng)從以下幾個方面考慮。1) 節(jié)省一次投資 主接線簡單清晰，以節(jié)省開關(guān)電器數(shù)量，降低投資；要適當(dāng)采用限制短路電流的措施，以便選用廉價的電器或輕型的電器；二次控制與保護(hù)方式不應(yīng)過于

15、復(fù)雜，以利于運(yùn)行和節(jié)約二次設(shè)備和電纜的投資。2) 占地面積少 主接線設(shè)計要為配電裝置布置創(chuàng)造節(jié)約土地的條件，盡可能使占地面積少；同時應(yīng)注意節(jié)約搬遷費(fèi)用、安裝費(fèi)用和外匯費(fèi)用。對大容量發(fā)電廠或變電所，在可能和條件允許下采取一次設(shè)計，分期投資、投建、盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。3) 電能損耗少 在發(fā)電廠或變電站中，電能損耗主要來自變壓器，應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理地選擇變壓器的型號、容量和臺數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能的損耗。1.2 電氣主接線的基本形式1.2.1 單母線接線接線簡單清晰、設(shè)備少，運(yùn)行操作方便，經(jīng)濟(jì)性好，有利于擴(kuò)建，但可靠性和靈活性較差，調(diào)度不方便。母線或母線隔離開關(guān)故障或維修時，必須斷開它所接的電源、與之

16、相接的所有電力裝置，在整個檢修期間均需停止工作。且在出現(xiàn)斷路器檢修期間，必須停止該回路的工作。這種接線只適用于6220KV系統(tǒng)中只有一臺發(fā)電機(jī)或一臺主變壓器，且出數(shù)回路數(shù)又不多的中、小型發(fā)電廠或變電所。1.2.2 單母線分段接線接線提高了單母線接線的供電可靠性和靈活性，但當(dāng)任意分段母線或母線隔離開關(guān)進(jìn)行檢修或故障時，必須將母線分段上的電源切斷，接在該段上的用戶供電中斷。接線的分段數(shù)目取決于電源數(shù)量和容量。這種接線適用于中、小容量發(fā)電廠的610KV接線和6220KV變電所。 1.2.3 單母分段帶旁路母線這種接線方式適用于進(jìn)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(shí)用，具有

17、足夠的可靠性和靈活性。1.2.4 橋形接線當(dāng)只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用橋式接線，所用斷路器數(shù)目最少，它可分為內(nèi)橋和外橋接線。內(nèi)橋接線：適合于輸電線路較長，故障機(jī)率較多而變壓器又不需經(jīng)常切除時，采用內(nèi)橋式接線。當(dāng)變壓器故障時，需停相應(yīng)的線路。外橋接線：適合于出線較短，且變壓器隨經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求需經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率，較為適宜。為檢修斷路器LD，不致引起系統(tǒng)開環(huán)，有時增設(shè)并聯(lián)旁路隔離開關(guān)以供檢修LD時使用。當(dāng)線路故障時需停相應(yīng)的變壓器。所以，橋式接線，可靠性較差，雖然它有使用斷路器少、布置簡單、造價低等優(yōu)點(diǎn)，但是一般系統(tǒng)把具有良好的可靠性放在首位，故不選用橋式接線。1.2.5 一個半

18、斷路器（3/2）接線兩個元件引線用三臺斷路器接往兩組母上組成一個半斷路器，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。1.2.6 雙母線接線雙母線接線，它有兩組母線，一組為工作母線，一組為備用母線。提高了運(yùn)行的可靠性和靈活性，供電可靠、調(diào)度靈活、擴(kuò)建方便。缺點(diǎn)是隔離開關(guān)作為操作器易誤操作，引起重大事故。工作母線故障、轉(zhuǎn)移母線時該母線上全部裝置仍將短時停電。母線隔離開關(guān)數(shù)目比單母線接線時大大增加，配電裝置的結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。廣泛用于進(jìn)出線回數(shù)較多、容量較大、出現(xiàn)帶電抗器的610KV配電裝

19、置；110KV出線數(shù)為6回及以上時；220KV出線數(shù)為4回及以上時。1.2.7 雙母分段接線 接線具有單母線分段和雙母線接線的特點(diǎn)，有較高的供電可靠性與運(yùn)行靈活性，但所用電氣設(shè)備較多，投資增大。另外，當(dāng)檢修某回路出線斷路器時，則該回路停電，或短時停電后再用“跨條”恢復(fù)供電。雙母線分段接線常用于大中型發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)電壓配電裝置中。1.2.8 單元接線優(yōu)點(diǎn)是接線簡單，投資少，不設(shè)發(fā)電機(jī)電壓母線，電氣設(shè)備少，操作簡單，繼電保護(hù)簡化。缺點(diǎn)是當(dāng)一組單元中某個元件故障或檢修時，整個單元將停止運(yùn)行。適用于電力系統(tǒng)有足夠備用容量。1.3 電氣主接線的確定根據(jù)各種主接線的選擇比較，確定220KV和110KV等級

20、應(yīng)采用雙母線接線方式，10KV等級采用單母線分段接線方式。220KV和110KV等級采用雙母帶旁母，并設(shè)專用的旁路斷路器，其費(fèi)用增加，但保證了各段出線斷路器檢修和事故情況下影響供電，且不會破雙母運(yùn)行的特性，繼電保護(hù)也比較容易配合，提高了可靠性。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，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電。 第2章 主變壓器的選擇發(fā)電廠和變電所中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。變壓器是各級電壓等級的變電所中主要電氣設(shè)備之一，其擔(dān)任著向用戶輸送功率，兩種電壓等級之間交換功率的重要任務(wù)

21、。同時兼顧電力系統(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。確定主變壓器的選擇要從主變壓器臺數(shù)，容量，形式三方面來考慮。確定合理的變壓器的容量是變電所安全可靠供電的前提，如果主變壓器容量造的過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，擴(kuò)大占地面積，而且會增加損耗，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，供電可靠性得不到保證，還會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。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。同時要考慮到該變電所以后的擴(kuò)建情況來選擇主變壓器的臺數(shù)及容量。2.1 主變壓器臺數(shù)的選擇由原始資料可

22、知，我們本次所設(shè)計的變電所是市郊區(qū)220KV降壓變電所，它是以220KV受功率為主。把所受的功率通過主變傳輸至110KV及10KV母線上。若全所停電后，將引起下一級變電所與地區(qū)電網(wǎng)瓦解，影響整個郊區(qū)的供電，因此選擇主變臺數(shù)時，要確保供電的可靠性。為了保證供電可靠性，避免一臺主變壓器故障或檢修時影響供電，變電所中一般裝設(shè)兩臺主變壓器。當(dāng)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，同時增大了占用面積，和配電設(shè)備及用電保護(hù)的復(fù)雜性，以及帶來維護(hù)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。考慮到兩臺主變同時發(fā)生故障機(jī)率較小。適用遠(yuǎn)期負(fù)荷的

23、增長以及擴(kuò)建，而當(dāng)一臺主變壓器故障或者檢修時，另一臺主變壓器可承擔(dān)70%的負(fù)荷保證全變電所的正常供電。故選擇兩臺主變壓器互為備用，提高供電的可靠性。2.2 主變壓器容量的選擇主變?nèi)萘恳话惆醋冸娝ǔ山谪?fù)荷，510年規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期1020年的負(fù)荷發(fā)展，對于城郊變電所主變壓器容量應(yīng)當(dāng)與城市規(guī)劃相結(jié)合，應(yīng)按近期和遠(yuǎn)期總負(fù)荷來選擇主變的容量，根據(jù)變電所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量，對于有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)考慮當(dāng)一臺變壓器停運(yùn)時，其余變壓器容量在過負(fù)荷能力后允許時間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級和二級負(fù)荷，對一般性能的變電所，當(dāng)一臺主變壓器停運(yùn)時，其余變壓器容量應(yīng)保證全部負(fù)荷的70

24、%80%。該變電所是按70%全部負(fù)荷來選擇。因此，裝設(shè)兩臺變壓器變電所的總裝容量為：se = 2（0.7PM） = 1.4PM。當(dāng)一臺變壓器停運(yùn)時，可保證對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)?，該變電所的電源引進(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（S+S）。2.3 主變壓器型式的選擇選擇變壓器型號應(yīng)考慮以下幾個方面：相數(shù)的確定、繞組數(shù)的確定、繞組接線組別的確定、調(diào)壓方式的確定、冷卻方式的選擇。2.3.1 主變壓器相數(shù)的選

25、擇當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時，在330KV以下的變電所均應(yīng)選擇三相變壓器。而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(shí)際情況來選擇。單相變壓器組，相對來講投資大，占地多，運(yùn)行損耗大，同時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)計的變電所，位于城郊區(qū)，稻田、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)計的變電所選用三相變壓器。2.3.2 繞組數(shù)的選擇在具有三種電壓等級的變電所，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，但在變電所內(nèi)需裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備，主變宜采用三繞組變壓器。一臺三繞組變壓器

26、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(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。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。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(hù)和通訊。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)計的變電所所需裝設(shè)兩臺變壓器并列運(yùn)行。電網(wǎng)電壓波動范圍較大，如果選擇自耦變

27、壓器，其兩臺自耦變壓器的高、中壓側(cè)都需直接接地，這樣就會影響調(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，該所的電壓波動為±8%，故不選擇自耦變壓器。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，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。分裂變壓器中對兩端低壓母線供電時，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)計的變電所，受功率端的負(fù)荷大小不等，而且電壓波動范

28、圍大，故不選擇分裂變壓器。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(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，這樣它能滿足各個系統(tǒng)中的電壓波動。它的供電可靠性也高。所以，本次設(shè)計的變電所，選擇普通三繞組變壓器。2.3.3 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。2.3.4 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(biāo)準(zhǔn)：樞紐變電所二次側(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(fù)荷最大、最小的

29、情況下，其運(yùn)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(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，變電所一次側(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%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(fù)荷切換稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30%。由于該變電所的電壓波動較大，故選擇有載調(diào)壓方式，才能滿足要求。2.3.5 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)主要用于所用電以及無功補(bǔ)償裝置，所以容量比選擇為：100/100/50。2.3.6 主變壓器冷卻方式

30、的選擇主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷卻，強(qiáng)迫油循環(huán)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)水冷卻有散熱效率高，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。所以，選擇強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻。2.4 主變壓器的確定根據(jù)原始資料和對變壓器臺數(shù)、容量、型號的分析比較，確定型號為SSFP9-180000/220的兩臺變壓器為主變。容量：180MVA電壓比（降壓變壓器）高壓（無勵磁調(diào)壓）：220 ± 2 * 2.5 % kV 中壓：115 或 121 kV 低壓：10.5 kV聯(lián)結(jié)組標(biāo)號：YNy

31、n0d11空載損耗：156 kW負(fù)載損耗：585 kW空載電流：0.56%短路阻抗：高壓-中壓：12-14%； 高壓-低壓：22-24%； 中壓-低壓：7-9%三個繞組的容量比為：100%/100%/100% 或100%/100%/50%低壓繞組在最里面（靠鐵心），中壓繞組在中間，高壓繞組在最外面?？梢圆捎茫簭?qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻。變壓器具體參數(shù)如表2-1。表2-1 變壓器參數(shù)型號SFPSZ9-180000/220聯(lián)接組標(biāo)號YN，yn，d11空載電流%0.56空載損耗(kw)156額定電壓(KV)高壓中壓低壓220±8×1.25%11510.5額定容量MVA18018090阻抗電

32、壓高中高低中低12228 第3章 短路電流計算3.1 短路電流計算的目的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(jìn)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(yùn)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(jìn)行全面的短路電流計算。3）在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。4）在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。5）按接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。3.2 短路電流計算的假設(shè)條件1）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運(yùn)行；2）所有電源的電動勢相位角

33、相同；3）電力系統(tǒng)中元件的磁路不飽和，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磁電流；5）元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計，及不計負(fù)荷的影響；6）系統(tǒng)短路時是金屬性短路。3.3 短路電流的計算3.3.1 基準(zhǔn)值在短路計算的基本假設(shè)前提下，選取Sj = 100MVA，Vj為各級電壓平均值（230，115，10.5kv）取基準(zhǔn)容量Sj=100MVA,基準(zhǔn)電壓Vj選各級平均電壓,即Vj=1.05VeVj1=1.05VN1=1.05*220=231KV（3-1）Vj2=1.0VN2=1.05*110=115KV（3-2）Vj3=1.05VN3=1.05

34、*10=10.5KV（3-3）根據(jù)Ij=Sj/Vj可得基準(zhǔn)電流: Ij1=0.25KAIj2=0.5KAIj3=5.5KA220KV110KVXs2Xs1S1X1X2X310KVd1d2d3S2圖 3-1 短路電路簡化圖3.3.2 系統(tǒng)電抗根據(jù)給定資料Sj=100MVA，Xs10.36，Xs20.0153.3.3 計算變壓器各繞組電抗表 3-2 變壓器阻抗電壓阻抗電壓高中高低中低14228各繞組等值電抗Vs(1-2)12，Vs（1-3）22，s（2-3）8% = （Vs(1-2)% + Vs(1-3)%Vs(2-3)%）（3-4）= （14+ 228）=14% = （Vs(1-2)% + Vs

35、(2-3)%Vs(1-3)%）（3-5）= （14+822）=0%= （Vs(1-3)% + Vs(2-3)%Vs(1-2)%）（3-6）= （22+814） =8 各繞組等值電抗標(biāo)么值為：X1 = ×=×0.072 （3-7）X2 = ××0 （3-8）X3 = ××0.1 （3-9）3.3.4 d1點(diǎn)短路 10KV母線側(cè)沒有電源，無法向220KV側(cè)提供短路電流，即可略去不計。220KV110KVXs2Xs1S1X1X2d1d2S2 3-2 d1點(diǎn)短路圖d1點(diǎn)電流： Id1 (3-10) +69.192換算到220KV短路電流有名值

36、I = Id1 × =69.192× = 17.369KA（3-11）根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊的相關(guān)規(guī)定取電流沖擊系數(shù) = 1.8 當(dāng)不計周期分量的衰減時，短路電流全電流最大有效值 = 2 I = 2 I = 1.51I = 1.51×17.369= 26.227KA當(dāng)不計周期分量衰減時沖擊電流 ich =KchI =×1.87I = 2.55 I = 2.55×17.369= 44.291KA短路容量 S = VBI = ×230×17.369 = 6919MVA3.3.5 d2點(diǎn)短路 220KV110KVXs2Xs1S1

37、X1X2S2d2如d1處短路類似，10KV母線側(cè)因沒有電源，無法向110KV側(cè)提供短路電流，即可略去。 圖 4-3 d2點(diǎn)短路圖則短路電流Id2 =+=22.385換算到110KV短路電流有名值I = Id2× = 22.385×= 11.239KA根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊的相關(guān)規(guī)定取電流沖擊系數(shù)Kch = 1.8 當(dāng)不計周期分量的衰減時，短路電流全電流最大有效值Ich = 2 I = 2 I = 1.51I Ich = 1.51×11.239= 16.971KA當(dāng)不計周期分量衰減時沖擊電流 icj =kchI =×1.87I = 2.55 I = 2.

38、55×11.239= 28.659KA短路容量 S = VBI = ×115×11.239= 2239MVA3.3.6 d3點(diǎn)短路220KV110KVXs2Xs1S1X1X2X310KVd1d3S2圖 3-4 d3點(diǎn)短路圖X1=（XS1 +X2）=0.36×0=0.36X2=（XS2+X1）=0.015×0.072=0.051X3=X3 =×0.1=0.05 X13= X1 + X3 + = 0.36+0.05+ = 0.763X23= X2+ X3+ = 0.051+0.05+ = 0.108Id3 = = =10.57換算到10K

39、V側(cè)有名值I = Id3×= 10.57×=58.122KA短路電流全電流最大有效值及沖擊值Ich = 1.51I = 1.51×58.122 =87.764KAIcj = 2.55I = 2.55×58.122 = 148.211KA短路容量：S = VB I = ×10.5×58.122=1057MVA短路點(diǎn)短路點(diǎn)基準(zhǔn)電壓（KV）基準(zhǔn)電流（kA）短路電流I（kA）短路電流最大有效值Ich(kA)短路電流沖擊值Icj(kA)短路容量S(MVA)d12310.2517.36926.22744.2916919d21150.511.239

40、16.97128.6392239d310.55.558.12287.764148.2111057第4章 導(dǎo)體和主要電氣設(shè)備選擇導(dǎo)體和電氣的選擇是變電所設(shè)計的主要內(nèi)容之一，正確地選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的重要條件。在進(jìn)行設(shè)備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備，同時必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、運(yùn)行方便和適當(dāng)?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。4.1 變電所電氣設(shè)備選擇的條件4.1.1 一般原則1）應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，

41、并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展的需要；2）應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核；3）應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理；4）選擇導(dǎo)體時應(yīng)盡量減少品種；5）擴(kuò)建工程應(yīng)盡量使新老電器的型號一致；6）選用的新品，均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格4.1.2 技術(shù)條件1）按正常工作條件選擇（1）類型和型式的選擇。根據(jù)設(shè)備的安裝地點(diǎn)、使用條件等因素，確定是選用戶內(nèi)型還是戶外型；選用普通型還是防污型；選用裝配式還是成套式；選用適合有人值班的還是滿足無人值班要求等。（2）額定電壓。按電氣設(shè)備的額定電壓不小于裝設(shè)地點(diǎn)的電網(wǎng)額定電壓選擇，即 但是，限流式熔斷器只能用在與其額定電壓相同的電網(wǎng)中，若降壓使用的話，熔斷時產(chǎn)生的過電壓將對電網(wǎng)和設(shè)備的絕緣

42、造成損害。（3）額定電流。所選電氣設(shè)備的額定電流，或載流導(dǎo)體的長期允許電流經(jīng)溫度其條件修正后而得到的電流值，不得小于裝設(shè)回路的最大持續(xù)工作電流，即 或正常運(yùn)行條件下，各回路的最大持續(xù)工作電流，按“各回路最大持續(xù)工作電流的計算表”中的原則計算。2）按短路狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)當(dāng)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體通過短路電流時，會同時產(chǎn)生電動力和發(fā)熱兩種效應(yīng)。一方面使電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體受到很大的電動力作用時，同時又使它們的溫度急驟升高，這可能使電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的絕緣受到損壞。為此，在進(jìn)行電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的選擇時，必須對短路電流進(jìn)行電動力和發(fā)熱計算，以驗(yàn)算動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。（1）短路熱穩(wěn)定校驗(yàn) QdQr滿足熱穩(wěn)定條件為 I

43、r2tdzIr2tQd 短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)Qr 短路時導(dǎo)體和電器允許的熱效應(yīng)Ir t秒內(nèi)允許通過的短時熱電流驗(yàn)算熱穩(wěn)定所用的計算時間：tdz = tb+toLtb 斷電保護(hù)動作時間110KV以下導(dǎo)體和電纜一般采用主保護(hù)時間110KV以上導(dǎo)體電器和充油電纜采用后備保護(hù)動作時間toL 相應(yīng)斷路器的全開斷時間（2）短路的動穩(wěn)定校驗(yàn)滿足動穩(wěn)定條件為： ichidf IchIdfIch 短路沖擊直流峰值 （KA）Ich 短路沖擊電流有效值 （KA）idf、Idf 電器允許的極限通過電流峰值及有效值（KA）3）短路電流計算條件為使所選電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體具有足夠的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和合理性，并在一定時期內(nèi)適應(yīng)

44、電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，作驗(yàn)算用的短路電流應(yīng)按下列條件確定。（1）容量和接線。按本工程設(shè)計最終容量計算，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（一般為本工程建成后的5-10年）；其接線應(yīng)采取可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，但不考慮在切換過程中可能短時并列的接線方式。（2）短路種類。一般按三相短路驗(yàn)算，若其他種類短路較三相短路嚴(yán)重時，則應(yīng)按最嚴(yán)重的情況驗(yàn)算。（3）計算短路點(diǎn)。選擇通過電氣的短路電流為最大的那些點(diǎn)為短路計算點(diǎn)。先考慮分別在電氣設(shè)備前后短路時短路電流，同時要強(qiáng)調(diào)的是流過所要校驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部的短路電流，而非流到短路點(diǎn)的總短路電流。（4）短路計算時間。校驗(yàn)電器是熱穩(wěn)定和開斷能力時，還必須合理地確定短路計算時間。

45、驗(yàn)算熱穩(wěn)定的計算時間為繼電保護(hù)動作時間和相應(yīng)斷路器的全開斷時間之和，即 = （4-3）式中斷路器全開斷時間；后備保護(hù)動作時間。驗(yàn)算導(dǎo)體和電纜短路熱穩(wěn)定時，所用的短路電流持續(xù)時間，一般采用主保護(hù)的動作時間加相應(yīng)的斷路器全分閘時間。如主保護(hù)有死區(qū)，則應(yīng)采用能對該死區(qū)起作用的后備保護(hù)動作時間，并采用相應(yīng)處的短路電流值。當(dāng)被選擇的電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體通過最大可能的短路電流值時，電動力效應(yīng)不會造成其變形或損壞。即應(yīng)滿足條件式中短路沖擊電流的幅值；設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流的峰值。驗(yàn)算短路動穩(wěn)定時，硬導(dǎo)體的最大允許應(yīng)力參照表。重要回路的硬導(dǎo)體應(yīng)力計算還應(yīng)考慮共振的影響。硬導(dǎo)體的最大允許應(yīng)力al硬銅最大允許應(yīng)力

46、：140MPa鋁最大允許應(yīng)力：70MPa。4）按環(huán)境條件校驗(yàn)選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時，應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗(yàn)。當(dāng)氣溫、濕度、污穢、海拔、地震、覆冰等環(huán)境條件超出一般電氣基本使用條件時，應(yīng)通過技術(shù)比較后采取措施或向設(shè)備制造商提出補(bǔ)充要求。4.2 高壓斷路器的選擇4.2.1 220kV電壓級高壓斷路器的選擇1)額定電壓選擇：UmaxUg 額定電流選擇：IeIgmax= 220KV×1.15 = 253KV Igmax = = 0.9915KA按開斷電流選擇：IekdI = 17.369 KA 按短路關(guān)合電流選擇：iegicj = 44.291KA 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇LW6220/31

47、50型SF6斷路器。其參數(shù)如下：額定電壓：220KV最高工作電壓Vmax =252KV額定電流Ie =3150A額定開斷電流為Iekd =50KA額定閉合電流峰值ieg =100KA動穩(wěn)定電流峰值idw =100KA4S熱穩(wěn)定電流50KA額定開斷時間0.06S合閘時間0.09S固有分閘時間0.03s燃弧時間取0.05s2)校驗(yàn)熱穩(wěn)定，取后備保護(hù)為0.15Stol = tkd + td = 0.03 + 0.05= 0.08Stdz = tol+tb=0.08+0.15=0.23sQr = I2r t = I2r t = 502×4 = 10000KA2SQd = I2×dz

48、 = 17.3692×0.23 = 69.39KA2S即Qr > Qd 滿足要求3)檢驗(yàn)動穩(wěn)定：icj idw icj= 44.291< 100 滿足要求4.2.2 110kV電壓級高壓斷路器的選擇1)額定電壓：VmaxVgmax Vgmax = 1.15×110 = 126.5KV；額定電流：IeIgmax Igmax= = =1.984KA；按開斷電流選擇：IekdI= 11.239KA 短路關(guān)合電流：iegicj = 28.639KA 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇LW14110高壓六氟化硫斷路器其參數(shù)為：最高工作電壓126KV額定工作電壓110KV固有分閘時間

49、為0.025S燃弧時間取0.05s額定電流2000A額定開斷電流31.5KA短路關(guān)合電流峰值80KA動穩(wěn)定電流峰值80KA3S熱穩(wěn)定電流31.5KA2)檢驗(yàn)熱穩(wěn)定取后備保護(hù)為0.15Stol = tkd + td = 0.025+0.0 5 = 0.075S tdz=tol+tb=0.075+0.15=0.225s Qr = I2r t = 31.52×3 = 2977KA2SQd = I2 dz = 11.2392×0.225= 28.421KA2S即Qr > Qd 滿足要求3)檢驗(yàn)動穩(wěn)定：icj idw icj= 28.639<idw 80滿足要求4.2.3

50、 110kv側(cè)最大一回負(fù)荷出線側(cè)斷路器1)額定電壓：VmaxVgmax Vgmax = 1.15×110 = 126.5KV；額定電流：IeIgmax Igmax= =0.367KA；按開斷電流選擇：IekdI=11.239KA 短路關(guān)合電流：iegicj = 28.639KA根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇SW4110高壓少油斷路器，其參數(shù)為：最高工作電壓126KV額定電壓110KV固有分閘時間為0.05S燃弧時間取0.05s額定電流1250A額定開斷電流31.5KA短路關(guān)合電流峰值80KA動穩(wěn)定電流峰值80KA4S熱穩(wěn)定電流31.5KA2)檢驗(yàn)熱穩(wěn)定取后備保護(hù)為0.15Stol= tkd

51、 + td = 0.05+0.0 5 = 0.1S tdz=tol+tb=0.1+0.15=0.25s Qr = I2r t = 31.52×3 = 2977KA2SQd = I2 dz = 11.2392×0.25= 31.579KA2S 3)即Qr > Qd 滿足要求檢驗(yàn)動穩(wěn)定：icj idw icj= 28.639<idw 80滿足要求4.2.4 限流電抗器的選擇10KV最大一回負(fù)荷出線正常工作時 Imax=151.55A短路時，由前面短路計算可知Ik=58.122KA如果不加裝電抗器，將無法選擇斷路器，因此，在10kv側(cè)出線需加裝電抗器。根據(jù)10kv側(cè)出

52、線的額定電壓和最大負(fù)荷電流，選定斷路器型號為SN10-10,其技術(shù)參數(shù)為，額定電壓10kv，額定電流1000A,額定開斷電流16KA,額定斷流容量300MVA，固有分閘時間0.06S,燃弧時間0.05s，（則斷路器全分閘時間為0.11S）,出線保護(hù)時間1s，則電抗器限制短路電流到I=16KA,取Id5.5KA,Ud10.5KV,Sd100MVA，系統(tǒng)歸算到電抗器前的總電抗為X=X1/X2+0.5X3=0.3572/0.051+0.05=0.095,初選型號NKL-10-400電抗器，Un10kv，In300A,則XL(%)=1.42選用限流電抗器型號為NKL-10-400-3,其參數(shù)如下額定電

53、壓KV額定電流A額定電抗通過容量KVA1030033*1734電壓損耗和殘壓校驗(yàn)電抗標(biāo)幺值X*L=X*=X*L+X=0.524+0.095=0.619電壓損失檢驗(yàn)：普通電核器在運(yùn)行時，電抗器的電壓損失不大于額定電壓的5%U(%)=XL(%)母線殘壓檢驗(yàn)：為減輕短路對其他用戶的影響，當(dāng)線路電抗器后短路時，母線殘壓不能于電網(wǎng)額定值的6070%動，熱穩(wěn)定校驗(yàn)：由此可見，電壓損失、殘壓，動、熱穩(wěn)定均能滿足要求4.3 隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)的選擇跟斷路器相同，但其校驗(yàn)有所不同。為了維護(hù)及操作方便，同理220KV、110KV、10KV都選同類型。4.3.1 220kV電壓級隔離開關(guān)的選擇額定電壓:Vmax

54、Vgmax Vgmax = 1.25Ve 即Vmax = 1.15×220 = 253KV額定電流：IeIgmax = = 991.5A根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以初步選擇戶外GW7220DW型，隔離開關(guān)，其參數(shù)如下：額定電壓220KV，最高工作電壓252KV，額定電流1600A，動穩(wěn)定電流峰值80KA，熱穩(wěn)定電流3S為31.5KA，并帶按地刀閘。校驗(yàn)熱穩(wěn)定：td = tkd + tb = 0.03 + 0.05= 0.08S tdz = tol+tb=0.08+0.15=0.23sQd = I2×dz = 17.3692×0.23 = 69.39KA2SQr = Ir2.t = 31.52×3 = 2977KA2.S 即Qr > Qd 滿足要求檢驗(yàn)動穩(wěn)定：icj idw idw = 80KA 即 idwicj 滿足要求由于隔離開關(guān)不用來接通和切除短路電流，故無需進(jìn)行開斷電流和短路電流的校驗(yàn)。4.3.2 110kV電壓級隔離開關(guān)的選擇額定電壓：VmaxVgmax = 1.15×110 = 126.5KV額定電流：IeIgmax = = 1.984K