220KV降壓變電所的設(shè)計(電氣課程設(shè)計)

1、.220KV降壓變電所的設(shè)計宋旭升摘要：隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，用電已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。為保證正常的供配電要求，各地都在興建一系列的供配電裝置。本文針對220kV降壓變電所的特點，闡述了220kV降壓變電所的設(shè)計思路、設(shè)計步驟，并進行了相關(guān)的計算和校驗。文中介紹的220kV降壓變電所的設(shè)計方法、思路及新技術(shù)的應(yīng)用可以作為相關(guān)設(shè)計的理論指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：降壓變電所；設(shè)計方法；供配電Design of the 220 KV step-down substationSONG Xu-shengAbstract：With the fast growth of the our country

2、 national economy，using the electricity also becomes important of the development and supervision in our country. Everywhere a series of electricity device are built. The text aims at the characteristics of the 220 KV step-down substation, elaborates design way of thinking, designs step of the 220 K

3、V step-down substation and carries on the related calculation. The text introduces the design method on way of thinking and new technique of the 220 KV step-down substation which can be the theories of related design .Key words: step-down substation ; method of design ; supply and distribution elect

4、ricity前言近十年來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，用電也成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，各地都在興建一系列的用配電裝置。變電所的規(guī)劃、設(shè)計與運行的根本任務(wù)，是在國家發(fā)展計劃的統(tǒng)籌規(guī)劃下，合理的開發(fā)和利用動力資源，用最少的支出(含投資和運行成本)為國民經(jīng)濟各部門與人民生活提供充足、可靠和質(zhì)量合格的電能。這里所指的“充足”，從國民經(jīng)濟的總體來說，是要求變電所的供電能力必須能夠滿足國民經(jīng)濟發(fā)展和與其相適應(yīng)的人民物質(zhì)和文化生活增長的需要，并留有適當(dāng)?shù)膫溆?。變電所由發(fā)、送、變、配等不同環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的通信、安全自動、繼電保護和調(diào)度自動化等系統(tǒng)組成，它的形成和發(fā)展，又經(jīng)歷了規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)運行等不

5、同階段。各個環(huán)節(jié)和各個階段都有各自不同的特點和要求，按照專業(yè)劃分和任務(wù)分工，在有關(guān)的專業(yè)系統(tǒng)和各個有關(guān)階段，都要制訂相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)規(guī)程和一些技術(shù)規(guī)定。但現(xiàn)代變電所是一個十分龐大而又高度自動化的系統(tǒng)，在各個專業(yè)系統(tǒng)之間和各個環(huán)節(jié)之間，既相互制約又能在一定條件下相互支持和互為補充。為了適應(yīng)我國國民經(jīng)濟的快速增長，需要密切結(jié)合我國的實際條件，從電力系統(tǒng)的全局著眼，瞻前顧后，需要設(shè)計出一系列的符合我國各個地區(qū)的用以供電的變電所，用以協(xié)調(diào)各專業(yè)系統(tǒng)和各階段有關(guān)的各項工作，以求取得最佳技術(shù)經(jīng)濟的綜合效益。本次所設(shè)計的課題是阜康地區(qū)220kV降壓變電所的設(shè)計，該變電所是一個地區(qū)性重要的降壓變電所，它主要承擔(dān)

6、220kV及110kV兩個電壓等級功率的交換，把接受功率全部送往110 kV側(cè)線路。因此此次220 kV降壓變電所的設(shè)計具有220 kV、110 kV及10kV三個電壓等級。220kV側(cè)為主功率輸出，110kV側(cè)以接受功率為主，10kV主要用于本所用電以及無功補償。本次所設(shè)計的變電所是樞紐變電所，全所停電后，將影響整個地區(qū)以及下一級變電所的供電。1 變電所的原始資料1.1變電所的規(guī)模本次變電所設(shè)計為一區(qū)域性變電所，以供給附近地區(qū)的工業(yè)，農(nóng)業(yè)，民用電。本期工程一次建成，設(shè)計中留有擴建的余地；初步設(shè)計調(diào)相機為2×60MVA，本期先建成一臺?？紤]到實際情況，先建220kV出線本期5回，最終

7、8回；110kV出線共10回，10kV出線以一次建成所用電的拖動設(shè)備為主來考慮。1.2變電所的基本數(shù)據(jù)1.2.1 220kV側(cè)基本數(shù)據(jù)系統(tǒng)負荷功率因數(shù)為0.9，最大負荷利用小時數(shù)為5300小時，同時率為0.9，阻抗為0.0328,每回最大負荷為：第一回（阜康市I）輸送200MW；第二回（阜康市II）輸送200MW；第三回（吉木薩爾）輸送180MW第四回（準(zhǔn)東）輸送150MW第五回（眾和電廠）輸送1000MW第六回（西郊I）第七回（西郊II）第八回（備用）1.2.2 110kV側(cè)基本數(shù)據(jù)110 kV的最大地區(qū)負荷，近期為500MW，遠期為800MW，負荷功率因數(shù)為0.85,阻抗為0.0502,最

8、大負荷利用小時數(shù)為5300小時,同時率為0.9,每回最大負荷為:第一回(米泉)輸送80MW第二回(煤礦)輸送80MW第三回(準(zhǔn)東基地)輸送40MW第四回(天池)輸送45MW第五回(汽修廠)輸送60MW第六回(高速路收費站)輸送60MW 第七回(甘河子電廠)輸送500MW第八回(油田作業(yè)區(qū)備用I)輸送40MW第九回(油田作業(yè)區(qū)備用II)輸送40MW第十回(油田作業(yè)區(qū)備用III)輸送40MW1.3 所址情況變電所所在地區(qū)為平原地區(qū)，無高產(chǎn)農(nóng)作物，土壤電阻率為,年雷暴日為165天,歷年最高氣溫為38.5°C。變電所在系統(tǒng)中的地理位置如圖1-1，圖中220 kV側(cè)用虛線表示，110 kV側(cè)用

9、實線表示。圖1-1 變電所的地理位置圖（注：圖中地名只代表地理位置，無進出關(guān)系）1.4 系統(tǒng)和保護要求220kV各線在B、C相有載波通道，在A、B相有保護通道。線路對側(cè)有電源，要求同期，電壓互感器裝于A相。110kV米泉、準(zhǔn)東基地兩回路對側(cè)有電源，要求同期，電壓互感器裝于各線路A相。1.5 設(shè)計依據(jù)規(guī)程（包括變電所（或發(fā)電廠）設(shè)計技術(shù)規(guī)程、繼電保護和自動裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程、電氣測量儀表裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程等），電力工程設(shè)計手冊1，電力工業(yè)常用設(shè)備用冊，發(fā)電廠電氣部分6等教材。2 變電所的設(shè)計2.1 主變壓器容量，臺數(shù)及形式的選擇2.1.1 概述在各電壓等級的變電所中，變壓器是變電所中的主要電氣設(shè)備之

10、一，它擔(dān)任著向用戶輸送功率，或者在兩種電壓等級之間交換功率的重要任務(wù)，同時兼顧電力系統(tǒng)負荷增長情況，并根據(jù)電力系統(tǒng)510年的發(fā)展規(guī)劃綜合分析，合理選擇。否則，將造成經(jīng)濟技術(shù)上的不合理。如果主變壓器容量過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，擴大占地面積，而且還會增加損耗，給運行和檢修帶來不便，設(shè)備也未必能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，可能使變壓器長期在過負荷中運行，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容量是變電所安全可靠供電和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟運行的保證。在生產(chǎn)上電力變壓器分為單相、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，要根據(jù)原始資料和設(shè)計變電所的自身特點，在滿足可靠

11、性的前提下，從經(jīng)濟性方面來選擇主變壓器。選擇主變壓器的容量，同時要考慮到該變電所以后的擴建情況來選擇主變壓器的臺數(shù)及容量。2.1.2 主變壓器臺數(shù)的選擇由原始資料可知，本次所設(shè)計的是220kV降壓變電所，它是以220kV輸出功率為主。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，影響整個市區(qū)的供電，因此選擇主變壓器臺數(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

12、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。而且還會造成中壓側(cè)短路容量過大，不宜選擇輕型設(shè)備。考慮到兩臺主變壓器同時發(fā)生故障機率較小。適用遠期負荷的增長以及擴建，而當(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%的負荷保證全變電所的正常供電。故近期選擇兩臺主變壓器互為備用，遠期再加一臺變壓器以提高供電的可靠性。2.1.3 主變壓器容量的選擇主變壓器容量一般按變電所建成近期負荷，510年的規(guī)劃負荷選擇，并適當(dāng)考慮遠期1020年的負荷發(fā)展，對于城郊變電所主變壓器容量應(yīng)當(dāng)與城市規(guī)劃相結(jié)合，該所近期和遠期負荷都給定，所以應(yīng)按近期和遠期總的負荷來選擇主變壓器的容量，根據(jù)變電所帶負荷的性

13、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(dāng)一臺變壓器停運時，其余變壓器容量在過負荷能力允許時間內(nèi)，保證用戶的一級和二級負荷，對一般性能的變電所，當(dāng)一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應(yīng)保證全部負荷的70%80%。該變電所是按70%全部負荷來選擇。因此裝設(shè)兩臺變壓器以供變電所用。當(dāng)一臺變壓器停運時，可保證對60%負荷的供電，考慮到變壓器的事故過負荷能力為40%，則可保證98%負荷供電，而高壓側(cè)220kV母線的負荷不需要跟主變壓器倒送，因為該變電所的電源引進線是220kV側(cè)引進的。其中，中壓側(cè)及低壓側(cè)全部負荷需經(jīng)主變壓器傳輸至各母線上。10kV母線上無負荷，主要用來無功補償用

14、。即：主變壓器的容量為S總 = 0.7（S中壓側(cè)+S低壓側(cè)）。2.1.4 主變壓器型式的選擇2.1.4.1 主變壓器相數(shù)的選擇當(dāng)不受運輸條件限制時，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)變電所的基本數(shù)據(jù)以及所設(shè)計變電所的實際情況來選擇。單相變壓器組，相對來講投資大，占地多，運行損耗大，同時配電裝置以及繼電保護和二次接線的復(fù)雜化，也增加了維護及倒閘操作的工作量。本次設(shè)計的變電所，位于市郊區(qū)，交通便利，不受運輸?shù)葪l件限制，所址建在平原地區(qū)，故本次設(shè)計的變電所應(yīng)選用三相變壓器。2.1.4.2 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

15、達到該變壓器容量的15%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，主變壓器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，考慮到運行維護中安裝調(diào)試靈活，操作上滿足各種繼電保護的需求，工作量少及占地面積小，價格適宜等因素，故本次設(shè)計的變電所選擇三繞組變壓器。2.1.4.3 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

16、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)中任一點的運行電壓，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，一種是不帶負荷切換,稱為無載調(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%。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。2.1.4.4 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，否則不能并列運行。全星形接線雖然有利于并網(wǎng)時相位一致的優(yōu)點，而且全星形接法，零序電流沒有通路，相當(dāng)于與外

17、電路斷開，即零序阻抗相當(dāng)于無窮大，對限制單相及兩相接地短路都有利，同時便于接消弧線圈限制短路電流。但是三次諧波無通路，將引起正弦波的電壓畸變，對通訊造成干擾，也影響保護整定的準(zhǔn)確度和靈敏度。如果影響較大，還必須綜合考慮系統(tǒng)發(fā)展才能選用。我國規(guī)定110kV以上的電壓等級的變壓器繞組常選用中性點直接接地系統(tǒng)，而且還要考慮到三次諧波的影響，會使電流、電壓畸變。采用三角形接法可以消除三次諧波的影響。所以應(yīng)選擇Yo/Yo/接線方式。故本次設(shè)計的變電所選用主變壓器的接線組別為：Yo/Yo/1211。2.1.4.5 容量比的選擇由原始資料可知，110kV中壓側(cè)為接受功率繞組，而10kV側(cè)主要用于本身所用電以

18、及無功補償裝置，所以容量比選擇為：100/100/50。2.1.4.6 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，強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻，強迫油循環(huán)水冷卻。自然風(fēng)冷卻：一般只適用于小容量變壓器。強迫油循環(huán)水冷卻：雖然散熱效率高，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系統(tǒng)和相關(guān)附件，冷卻器的密封性能要求高，維護工作量較大。所以，選擇強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻方式。2.1.5 主變壓器容量的確定計算根據(jù)變電所的基本數(shù)據(jù)可得：（1）110kV側(cè)最大負荷：近期為500MW，同時率為0.9，其中一臺事故停用后，其余主變壓器的容量應(yīng)保持該所全部負荷的60以上。=229.5（MVA）因

19、選擇兩臺主變壓器，選擇型號為：OSFPS7 120000/220額定電壓： 高壓220±2×2.5%kV，中壓121kV，低壓10.5kV阻抗電壓%： 高中：2834% 高低：810% 中低：1824%容量比為： 100/100 /50連接組標(biāo)號：Y0 / Y0 / 1211空載電流： 0.8空載損耗： 70kW短路損耗： 320kW2.1.6 所用變壓器容量的選擇對于樞紐變電站，總?cè)萘繛?0MVA及以上的變電所，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)相機的變電所，均裝設(shè)兩臺所用變壓器，分別接在最低一級母線的不同分段上，對裝有兩臺所用變壓器時，采用單母線分段接線

20、方式。由于本次設(shè)計的變電所，采用兩臺120MVA的主變壓器，故采用兩臺所用變壓器，互為備用。且容量相等，一臺停運時，另一臺承受全部負荷。所用變壓器負荷計算采用換算系數(shù)法，不經(jīng)常短時及不經(jīng)常持續(xù)運行的負荷均可不列入計算負荷。當(dāng)有備用所用變壓器時，其容量應(yīng)與工作變壓器相同。所用變壓器容量按下式計算： 所用變壓器容量（kVA） 所用動力負荷之和（kW） 所用動力負荷換算系數(shù)，一般取= 0.85 電熱及照明負荷之和（kW）所用電的接線方式，在主接線設(shè)計中，選用為單母線分段接線，選兩臺所用變壓器互為備用，每臺變壓器容量及型號相同，并且分別接在不同的母線上。2.1.7 所用變壓器容量的選擇計算名 稱 第一

21、段母線容量（kW） 第二段母線容量（kW）變壓器修理動力 P1 34.29其他動力 P2 42.6 46.9變電所空調(diào)動力 P3 15 15電 熱 P4 43.8 43.92照 明 P5 27.13 27.57調(diào)相機拖動設(shè)備 P6 即第一段母線總?cè)萘浚? 0.85（P1 + P2 + P3）+ P4 + P5 = 0.85（34.29+42.6+15）+43.8+27.13 = 149（kVA） 第二段母線總?cè)萘浚? 0.85（P2 + P3）+ P4 + P5 = 0.85（46.9+15）+43.92+25.57 = 122.1（kVA）故變電站所用變壓器的總?cè)萘繛椋? 149 + 124

22、.1 = 271.1（kVA）所以選擇兩臺Sq315/10型號的所用變壓器互為備用。額定電壓： 10 kV阻抗電壓（%）： 4連接組標(biāo)號： Y / Y0122.2 電氣主接線的選擇2.2.1 概述主接線是變電所電氣設(shè)計的首要部分，它是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成的匯集和分配電能的電氣主回路，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及變電所本身運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關(guān)，并且對電氣設(shè)備的選擇、配電裝置、繼電保護和控制方式的選定有較大影響。因此，必須正確處理好各方面的關(guān)系。我國變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)程SDJ279規(guī)定：變電所的主接線應(yīng)根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點

23、及負荷性質(zhì)等條件確定，并且滿足運行可靠，簡單靈活、操作方便和節(jié)約投資等要求，便于擴建。（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，盡量減少停運的回路數(shù)和停運時間，并要求保證對一級負荷全部和大部分二級負荷的供電；3）盡量避免變電所全部停運的可靠性。（2）靈活性：主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。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)配電源和負荷能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式，檢修方式以及特

24、殊運行方式下的調(diào)度要求；2）為了檢修的目的：可以方便地停運斷路器，母線及繼電保護設(shè)備，進行安全檢修，而不致于影響電力網(wǎng)的運行或停止對用戶的供電；3）為了擴建的目的：可以容易地從初期過渡到其最終接線，使在擴建過渡時，無論在一次和二次設(shè)備裝置等所需的改造為最小。（3）經(jīng)濟性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟合理。1）投資省：主接線應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備的投資，要能使控制保護不過復(fù)雜，以利于運行并節(jié)約二次設(shè)備和控制電纜投資；要能限制短路電流，以便選擇價格合理的電氣設(shè)備或輕型電器；在終端或分支變電所推廣采用質(zhì)量可靠的簡單電器；2）占地面積小

25、：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、絕緣子及安裝費用。在不受運輸條件許可下，都采用三相變壓器，以簡化布置。3）電能損失少：經(jīng)濟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的損失。2.2.2 主接線的方式選擇電氣主接線是根據(jù)電力系統(tǒng)和變電所具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進出線路多時（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、運行方便，有利于安裝和擴建。而本所各電壓等級進出線均超過四回，所以采用有母線的連接方式。2.2.2.1 單母線接線單母線接線雖然接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置等

26、優(yōu)點，但是不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關(guān)）等故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。單母線可用隔離開關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后，才能恢復(fù)非故障段的供電，并且電壓等級越高，所接的回路數(shù)越少，一般只適用于一臺主變壓器。單母線接線適用于110220kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過兩回，3560kV，配電裝置的出線回路數(shù)不超過3回，610kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過5回，才采用單母線接線方式，故不選擇單母線接線方式。2.2.2.2 單母線分段用斷路器，把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路；有兩個電源供電。當(dāng)一段母線發(fā)生故障，

27、分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電或不致于使重要用戶停電。但是，一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間內(nèi)停電，而出線為雙回時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越，擴建時需向兩個方向均衡擴建，單母線分段適用于：110kV220kV配電裝置的出線回路數(shù)為810回，3560kV配電裝置的出線回路數(shù)為48回，610kV配電裝置出線為6回及以上，則采用單母線分段接線。2.2.2.3 單母線分段帶旁路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35110 kV的變電所較為實用，具有足夠的可靠性和靈活性。2.2.2.4 橋式接線當(dāng)只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用

28、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。外橋接線適合于輸電線路較短，且變壓器隨經(jīng)濟運行的要求需經(jīng)常切換或系統(tǒng)有穿越功率的線路。為檢修斷路器QF，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QF時使用。當(dāng)線路故障時需停止運行相應(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，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。2.2.2.5 3/2斷路器接線兩個元件引線用三臺斷路器接在兩組母線上組成一個半斷路器，它具有較高的

29、供電可靠性和運行靈活性，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的復(fù)雜性，且投資大。2.2.2.6 雙母線接線它具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便等優(yōu)點，而且，檢修另一組母線時，不會停止對用戶連續(xù)供電。如果需要檢修某線路的斷路器時，不裝設(shè)“跨條”，則該回路在檢修期需要停電。對于，110kV220kV輸送功率較多，送電距離較遠，其斷路器或母線檢修時，需要停電，而斷路器檢修時間較長，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定，110kV220kV雙母線接線的配電裝置中，當(dāng)出線回路數(shù)達7回，（110kV）或5回（220kV）時，一般應(yīng)裝設(shè)專用旁路斷路器和旁路

30、母線。2.2.2.7 雙母線分段接線雙母線分段，可以分段運行，系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大，兩個元件可以完全分別接到不同的母線上，對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，因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發(fā)生問題。而較容易實現(xiàn)分階段的擴建等優(yōu)點，但是易受到母線故障的影響，斷路器檢修時要停運線路，占地面積較大，一般當(dāng)連接的進出線回路數(shù)在11回及以下時，母線不分段。綜上幾種主接線的優(yōu)缺點和可靠性及經(jīng)濟性，根據(jù)設(shè)計的原始資料可知該變電所選擇雙母線接線方式。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)

31、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，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。2.2.2.8 選擇設(shè)計方案由設(shè)計方案確定的負荷情況：220kV近期7回，遠期1回，110kV近期8回，遠期2回?？梢源_定該變電所主接線采用以下三種方案進行比較：（1）方案一220kV采用雙母線帶旁路母線接線方式，110kV也采用雙母線帶旁路母線接線，根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊可知，220kV出線5回以上，裝設(shè)專用旁路斷路器，考慮到220kV近期7回，裝設(shè)專用母聯(lián)斷路器和旁路斷路器。根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊、發(fā)電廠電氣部分和變電所的基本數(shù)據(jù)，220kV主

32、接線形式如圖2-1：圖2-1 220kV主接線形式圖110kV母線上近期負荷為8回出線，根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊可知，110kV出線為8回及以上時裝設(shè)專用旁路斷路器。而由原始資料可知，110kV出線為8回，裝設(shè)專用母聯(lián)斷路器和旁路斷路器。根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊、發(fā)電廠電氣部分和原始資料，110kV主接線形式如圖2-2：圖2-2 110kV主接線形式圖10kV，因只用來做無功補償裝置使用，可采用單母線分段接線方式。出線回路數(shù)為14回、接線形式圖2-3：圖2-3 10kV主接線形式圖其接線特點：1）220kV、110kV都采用雙母線帶旁路，并且設(shè)計專用的旁路斷路器，使檢修或故障時，不致于破壞雙母

33、線接線的固有運行方式并且不致于影響停電。 2）10kV雖然無負荷，但有所用電及無功補償裝置，如采用單母線接線時，接線簡單清晰，設(shè)備少，操作方便等優(yōu)點。如果某一元件故障或檢修，均需使整個配電裝置停電，將影響全變電所的照明及操作電源、控制電源保護等。以上接線的缺點：10kV采用單母線運行時，操作不夠靈活、可靠，任一元件故障或檢修，均需使整個配電裝置停電。（2）方案二1）220kV采用3/2接線，每一回路經(jīng)一臺斷路器接至母線，兩回路間設(shè)一聯(lián)絡(luò)斷路器形成一串，運行時，兩組母線和全部斷路器都投入工作，形成環(huán)狀供電，具有較高的供電可靠性和運行靈活性。2）110kV近期出線7回，可采用雙母線接線方式，出線斷

34、路器檢修時，可通過“跨條”來向用戶供電。而任一母線故障時，可通過另一組母線供電。但由于雙母線故障機率較小，故不考慮。3）10kV采用單母線接法，線路用隔離開關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關(guān)將故障母線分開后才能恢復(fù)非故障的供電。其接線的特點：1）220kV采用3/2接線方式時，任一母線故障或檢修，均不致于停電，除聯(lián)絡(luò)斷路器故障時與其相連的兩回線路短時停電外，其它任何斷路器故障或檢修都不會中斷供電，甚至兩組母線同時故障（或一組檢修，另一組故障時）的極端情況下，功率仍能繼續(xù)輸送。2）110kV采用雙母線接線方式，出線回路較多，輸送和穿越功率較大，母線事故后能盡快恢復(fù)供電

35、，母線和母線設(shè)備檢修時可以輪流檢修，不至中斷供電，一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電，而檢修每回路的斷路器和隔離開關(guān)時需要停電。3）10kV采用單母線隔離開關(guān)分段：不夠靈活，當(dāng)一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后才能恢復(fù)非故障段的供電，當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修，該母線的回路都在檢修期間內(nèi)停電。優(yōu)點：方案一 220kV、110kV都采用雙母線帶旁路，并且設(shè)計專用的旁路斷路器，使檢修或故障時，不致破壞雙母線接線的固有運行方式，及不致影響停電?？煽啃愿哂诜桨付桨敢?0kV采用單母線運行時，操作不夠靈活、可靠，任一元件故障或檢修，均需使整個配電裝置停電。其

36、可靠性不如方案二。（3）方案三 1）220kV、110kV都采用雙母線帶旁路，并且設(shè)計專用的旁路斷路器，使檢修或故障時，不致于破壞雙母線接線的固有運行方式及影響停電。2）10kV雖無出線，但為了滿足變電所用電的可靠性，有用裝設(shè)兩臺所用變壓器，為互備方式運行，其接線方式為單母線分段接線方式。其接線方式的特點：1）雙母線帶旁路母線，并設(shè)專用的旁路斷路器，其經(jīng)濟性相對來是提高了，但是保證了各段出線斷路器檢修和事故不致影響供電的情況下，而且也不會破雙母運行的特性，繼電保護也比較容易配合，相對來可靠性即提高了。2）10kV為了保證所用電可以從不同段兩出線取得電源，同時一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故

37、障段切除，保證正常段母線不間斷供電。以上三種方案相比較，方案三的可靠性略高于方案一，其經(jīng)濟性略低于方案二，操作靈活性居于方案一、三之中，根據(jù)變電所的基本數(shù)據(jù)，方案三滿足要求，而且根據(jù)可靠性、靈活性、經(jīng)濟性，只有方案三更適合于本次設(shè)計切身利益，故選擇方案三。3 變電所短路電流計算3.1 概述電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備在其運行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種型式的短路，因為它們會破壞用戶的正常供電和電氣設(shè)備的正常運行。短路是電力系統(tǒng)的嚴重故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點接地系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路

38、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。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其情況較嚴重，應(yīng)給以足夠的重視。因此，我們都采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。3.2 短路計算的目的及假設(shè)3.2.1 短路電流計算目的短路電流計算目的是：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

39、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。3）在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。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）按接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。3.2.2 短路電流計算的一般規(guī)定短路電流計算的一般規(guī)定是：1）驗算導(dǎo)體和電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流，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)按只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

40、器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。3）選擇導(dǎo)體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點時，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)體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流一般按三相短路驗算。3.2.3 短路計算基本假設(shè)短路計算基本假設(shè)是：1）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行；2）所有電源的電動勢相位角相同；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而發(fā)生變化；4）不考慮短路點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，及不計負荷的影響；6）系統(tǒng)短路時是金屬性短路

41、。3.2.4 短路電流計算基準(zhǔn)值高壓短路電流計算一般只計算各元件的電抗，采用標(biāo)幺值進行計算，為了計算方便選取如下基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)容量：= 100MVA基準(zhǔn)電壓：（KV） 10.5 115 230基準(zhǔn)電流： （KA） 0.502 0.2513.2.5 短路電流計算的步驟1）計算各元件電抗標(biāo)幺值，并折算到同一基準(zhǔn)容量下；2）給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡(luò)圖；3）選擇短路點；4）對網(wǎng)絡(luò)進行化簡，把供電系統(tǒng)看成為無限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對短路點的電抗標(biāo)幺值，并計算短路電流的標(biāo)幺值、有名值；標(biāo)幺值： 有名值： 5）計算短路容量、短路電流沖擊值；短路容量： 短路電流沖擊值：6）列出短路電流計算并得

42、出結(jié)果。3.2.6 短路電流計算3.2.6.1 短路計算的基本假設(shè)選取=100MVA，= 230kV，系統(tǒng)阻抗歸算到基準(zhǔn)容量：= 100MVA，由變電所的基本數(shù)據(jù)及短路點的開斷能力取220kV側(cè)系統(tǒng)阻抗為0.0328，110kV側(cè)系統(tǒng)阻抗為0.0502，即系統(tǒng)如圖3-1：110kV10kV220kV圖3-1 220kV側(cè)-110kV側(cè)系統(tǒng)阻抗圖3.2.6.2 計算參數(shù)所選擇變壓器的參數(shù)如表3-1:阻抗電壓高一中中一低高一低%81018242834表3-1 變壓器的參數(shù)各繞組等值電抗取10，取20，取30其中1代表高壓端，2代表中壓端。3代表低壓端。則：% = （% + %） = （10+302

43、0）= 10% = （% + %） = （10+ 2030）=0% = （% + %） = （20 + 3010）=20各繞組等值電抗標(biāo)么值為： = ×= 0.083 = ×= 0 = ×= 0.167根據(jù)上述計算結(jié)果可以制訂系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖3-2：圖3-2 變壓器各繞組等值電抗圖3.2.7等值網(wǎng)絡(luò)簡化及計算3.2.7.1 220kV母線發(fā)生三相短路當(dāng)220kV母線發(fā)生三相短路時，即d1點短路時10kV母線側(cè)因沒有電源，無法向220kV側(cè)提供短路電流，即可略去不計。網(wǎng)絡(luò)簡化如圖3-3： 圖3-3 220kV母線發(fā)生三相短路網(wǎng)絡(luò)簡化圖把計為，即： = =把計為，即：=

44、 換算到220kV短路電流有名值為： = = ×= 取 短路電流全電流最大有效值為：= I = 2 I = 1.51I = 當(dāng)不計周期分量衰減時沖擊電流為： =×1.87 = 2.55 = 2.55×10.86 = 27.69（kA）短路容量為： = ×230×10.86 = 4326.2（MVA）3.2.7.2 110kV母線上發(fā)生三相短路當(dāng)110kV母線上發(fā)生三相短路時，即d2的等值網(wǎng)絡(luò)簡化如圖3-4: 圖3-4 110kV母線發(fā)生三相短路網(wǎng)絡(luò)簡化圖= = 把即：= = 換算到110kV的短路電流有名值為： =短路電流全電流最大有效值為：=

45、 短路電流的沖擊值為：=短路容量為：= 3.2.7.3 10kV母線值發(fā)生三相短路當(dāng)10kV母線值發(fā)生三相短路，即d3的等值網(wǎng)絡(luò)簡化如圖3-5:圖3-5 10kV母線發(fā)生三相短路網(wǎng)絡(luò)簡化圖把 = = 0.028= = 0.0557=把星形變換成三角形，即： + = = = = 換算到10kV側(cè)有名值：=短路電流全電流最大有效值及沖擊值：=短路容量： = 則系統(tǒng)短路點的各個值如表3-1:表3-1 短路電流短路點的編 號基準(zhǔn)電壓（kV）基準(zhǔn)電流（kA）額定電流（kA）短路電流標(biāo)B值(kA)短路電流有名值(kA)穩(wěn)態(tài)短路電流標(biāo)B值穩(wěn)態(tài)短路電流標(biāo)有名值短路電流沖擊值 d12300.250.2543.2

46、810.8643.2810.8627.69d21150.50.552.1626.1852.1626.1866.76d310.55.55.512.0166.0412.0166.04168.4短 路點 的編 號短路全電流最大有效值 (kA)短路容量d116.294326.2d239.535214.5d399.721201.04 變電所電氣設(shè)備的選擇4.1 概述導(dǎo)體和電器的選擇是變電所設(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到安全、經(jīng)濟的重要條件。在進行設(shè)備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程的實際情況，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。電氣設(shè)備

47、的選擇同時必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠、運行方便和適當(dāng)?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的需要。電氣設(shè)備要能可靠的工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定后選擇的高壓電器，應(yīng)能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下都能保持正常運行。4.1.1電氣設(shè)備的選擇原則電氣設(shè)備選擇的一般原則是：1）應(yīng)滿足導(dǎo)體和電器正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展的需要；2）應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗；3）應(yīng)力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理；4）選擇導(dǎo)體時應(yīng)盡量減少品種；5）擴建工程應(yīng)盡量使新老電器的型號一致；6）選用的新品，均應(yīng)具有

48、可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。4.1.2電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件（1）按正常工作條件選擇導(dǎo)體和電器1）電壓：所選電器和電纜允許最高工作電壓不得低于回路所接電網(wǎng)的最高運行電壓即：一般電纜和電器允許的最高工作電壓，當(dāng)額定電壓在220kV及以下時為1.15，而實際電網(wǎng)運行的一般不超過1.1。2）電流：導(dǎo)體和電器的額定電流是指在額定周圍環(huán)境溫度下，導(dǎo)體和電器的長期允許電流應(yīng)不小于該回路的最大持續(xù)工作電流即：由于變壓器在電壓降低5%時，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的= 1.05（為電器額定電流）。3）按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核：當(dāng)周圍環(huán)境溫度和導(dǎo)體額定環(huán)境溫度不等時，其長期允許電流可按下式修正：= 基中修正系數(shù)

49、導(dǎo)體或電氣設(shè)備正常發(fā)熱允許最高溫度我國目前生產(chǎn)的電氣設(shè)備的額定環(huán)境溫度= 40，裸導(dǎo)體的額定環(huán)境溫度為+25。（2）按短路情況校驗電器在選定后應(yīng)按最大可能通過的短路電流進行動、熱穩(wěn)定校驗，一般校驗取三相短路時的短路電流，如用熔斷器保護的電器可不驗算熱穩(wěn)定。當(dāng)熔斷器有限流作用時，可不驗算動穩(wěn)定，用熔斷器保護的電壓互感器回路，可不驗算動、熱穩(wěn)定。1）短路熱穩(wěn)定校驗滿足熱穩(wěn)定條件為 短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)短路時導(dǎo)體和電器允許的熱效應(yīng)t秒內(nèi)允許通過的短時熱電流驗算熱穩(wěn)定所用的計算時間： = +tb 斷電保護動作時間110kV以下導(dǎo)體和電纜一般采用主保護時間110kV以上導(dǎo)體電器和充油電纜采用后備保護動作

50、時間toL 相應(yīng)斷路器的全開斷時間。2）短路的動穩(wěn)定校驗滿足動穩(wěn)定條件為： 短路沖擊直流峰值（kA） 短路沖擊電流有效值（kA）、 電器允許的極限通過電流峰值及有效值（kA）4.2 斷路器的選擇變電所中，高壓斷路器是重要的電氣設(shè)備之一，它具有完善的滅弧性能，正常運行時，用來接通和開斷負荷電流，在變電所電氣主接線中，還擔(dān)任改變主接線的運行方式的任務(wù)，故障時，斷路器通常以繼電保護的方式配合使用，斷開短路電流，切除故障線路，保證非故障線路的正常供電及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。高壓斷路器應(yīng)根據(jù)斷路器安裝地點，環(huán)境和使用技術(shù)條件等要求選擇其種類及型式，由于真空斷路器、SF6斷路器比少油斷路器，可靠性更好，維護工作量

51、更少，滅弧性能更高，目前得到普遍推廣，故35kV220kV一般采用SF6斷路器。真空斷路器只適應(yīng)于10kV電壓等級，10kV采用真空斷路器。4.2.1 按開斷電流選擇高壓斷路器的額定開斷電流應(yīng)不小于其觸頭開始分離瞬間（）的短路電流的有效值，即： 高壓斷路器額定開斷電流（kA） 短路電流的有效值（kA）4.2.1.1 短路分斷電流的選擇在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中，觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過（預(yù)擊穿），更易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞，且斷路器在關(guān)合短路電流時，不可避免地接通后又自動跳閘，此時要求能切斷短路電流，為了保證斷路器在開斷短路時的安全，斷

52、路器額定開斷電流不應(yīng)小于短路電流的最大沖擊值，即：或 斷路器額定開斷電流 額定動穩(wěn)定電流 短路沖擊電流4.2.1.2 開斷時間的選擇對于110kV及以上的電網(wǎng)，當(dāng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求快速切除故障時，分閘時間不宜大于0.045s，用于電氣制動回路的斷路器，其合閘時間應(yīng)大于0.04 0.06s。4.2.2 斷路器選擇考慮到檢修、維護方便，220kV及110kV均選同類型產(chǎn)品。4.2.2.1 220kV側(cè)斷路器1）額定電壓選擇： 2）額定電流選擇： 考慮到變壓器在電壓降低5%時其出力保持不變，所以相應(yīng)回路的 ，即：Igmax = =3）按開斷電流選擇： = 10.86（kA） 即10.86（kA）4）按

53、短路開斷電流選擇： = 27.69（kA） 即27.69（kA）根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇LW6220型SF6斷路器其參數(shù)如下：額定電壓220kV，最高工作電壓245kV，額定電流3150A，額定開斷電流40kA，短路關(guān)合電流55kA，動穩(wěn)定電流峰值55kA，4S熱穩(wěn)定電流40kA，固有分閘時間0.042S，合閘時間0.2S，全開斷時間0.075S。5）校驗熱穩(wěn)定，取后備保護為5S，則：= 0.075 + 5 = 5.07（S） 因為>1，故不考慮非周期分量，查周期分量等值時間曲線，查得= 4.3S=（5.075）+ 4.3 = 4.37（S）（kA2S）（kA2S）即>滿足要求；(

54、kA)<40(kA)滿足要求。6）檢驗動穩(wěn)定： = 27.69(kA)< 55(kA) 滿足要求故選擇戶外LW6220型SF6斷路器能滿足要求，由上述計算可列出戶外LW6220型SF6斷路器數(shù)據(jù)如表4-1：表4-1 戶外LW6220型SF6斷路器數(shù)據(jù) 設(shè)備項目LW6220產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)252kV253kV3150A661A55kA27.69kA40kA10.86kA55kA27.69kA5400kA2.S515.40kA2.S4.2.2.2 110kV側(cè)斷路器考慮到兩臺主變壓器及它們之間存在一定的交換功率可得：1）額定電壓： = 1.15×110 = 126.5（kV）；2）額定電流： = = =1.323（kA）；3）按開斷電流選擇：= 26.18（kA） 即26.18（kA）；4）短路開斷電流：