220kv變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計－－優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計.doc

220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 i 摘 要 本說明書以220kv地區(qū)變電站設(shè)計為例，論述了電力系統(tǒng)工程中變電站部分電氣 設(shè)計（一次部分）的全過程。通過對變電站的主接線設(shè)計，站用電接線設(shè)計，短路電 流計算，電氣設(shè)備動、熱穩(wěn)定校驗，主要電氣設(shè)備型號及參數(shù)的確定，運行方式分析， 防雷及過電壓保護裝置的設(shè)計，電氣總平面及配電裝置斷面設(shè)計和無功補償方案設(shè)計， 較為詳細地完成了電力系統(tǒng)中變電站設(shè)計。 限于畢業(yè)設(shè)計的具體要求和設(shè)計時間的限制，本畢業(yè)設(shè)計只對變電站電氣一次部 分做了較為詳細的理論設(shè)計，而對其電氣二次部分并沒有涉及，這有待于在今后的學 習和工作中進行研究。 關(guān)鍵詞：變電站 短路電流 動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定 過電壓保護裝置 無功補償 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 ii abstract the statement about the 220kv transformer area substation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. through the main transformer stations wiring design, stations wiring design stations, short circuit current calculations, check electrical equipment moving and thermal stability, set the main electrical equipment models and the parameters, the operating mode, design over- voltage protection and mine devices , design general electric graphic and distribution devices flood, and without power compensation. lastly,completed substation design in power system. limited to the specific design requirements and design time of constraints, the design only is a part of the electrical transformer stations, and its second part did not involve, which research it in future study and work. key words: substation, short circuit currents , moving stability，thermal stability，over-voltage protection devices，without power compensation 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 iii 目 錄 摘摘 要要 i i abstractabstract iiii 第第 1 1 章章 引言引言 1 1 第第 2 2 章章 . .主接線設(shè)計主接線設(shè)計 2 2 2.1 電氣主接線的一般要求.2 2.2 主接線選擇的主要原則.3 2.3 主接線方案設(shè)計.3 2.3.1 方案擬定及技術(shù)比較 3 2.3.2 方案的經(jīng)濟性比較 5 2.3.4 主變的選擇.9 2. 3. 4. 1 選擇原則9 2.3.4.2 容量計算10 本章小結(jié)本章小結(jié) 1111 第第 3 3 章章 站用電接線及設(shè)備用電源接線方案站用電接線及設(shè)備用電源接線方案 1212 3.1 所用電源數(shù)量及容量 .12 3.2 所用電源引接方式12 3.3 所用變壓器低壓側(cè)接線 .12 3.4 所站用電接線13 3.5 備用電源13 本章小結(jié)本章小結(jié) 1414 第第 4 4 章章 短路計算短路計算 1515 4.1 短路故障產(chǎn)生的原因15 4.2 短路故障的危害 .16 4.3 短路電流計算的目的 .16 4.4 短路電流計算的內(nèi)容17 4.5 短路電流計算方法 .17 4.6 三相短路電流周期分量起始值的計算18 4.6.1 短路電流計算的基準值18 4.6.2 網(wǎng)絡(luò)模型18 4.6.3 三相短路電流周期分量起始值的計算步驟18 本章小結(jié)本章小結(jié) 2222 第第 5 5 章章 設(shè)備的選擇及動、熱穩(wěn)定校驗設(shè)備的選擇及動、熱穩(wěn)定校驗 2323 5.1.按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 .23 5.2.按短路狀態(tài)校驗 .24 5.3 斷路器、隔離開關(guān)的選擇原則 .25 5.4.互感器的選擇 .28 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 iv 5.4.1 電流互感器的選擇28 5.4.2 電壓互感器的選擇 .30 5.4.3 熔斷器的選擇 .30 5.4.4 所設(shè)備如下表31 5.5.5.5.裸導體的選擇裸導體的選擇 3333 5.5.1 一般要求: .33 5.5.2 導體的選擇34 5.5.3 截面的選擇 .34 5.6.運行方式分析 .37 本章小結(jié)本章小結(jié) 3838 第第 6 6 章章 配電裝置配電裝置 3939 6.1 配電裝置的基本要求:.39 6.2 配電裝置的類型及特點39 6.3 配電裝置的設(shè)計原則40 6.4 配電裝置設(shè)計的基本步驟 .41 6.5 配電裝置的選用41 6.6 電氣總平面布置43 本章小結(jié)本章小結(jié) 4343 第第 7 7 章章 防雷及過電壓保護裝置設(shè)計防雷及過電壓保護裝置設(shè)計 4444 7.1 避雷針44 7.2 避雷器45 7.3 防雷接地46 7.4 變電所的防雷保護47 7.5 變電所的進線段保護48 7.6 接地裝置 .48 本章小結(jié)本章小結(jié) 4848 第第 8 8 章章 無功補償無功補償 4949 8.1 提高功率因數(shù)的意義 .49 8.2 補償裝置的確定： .49 8.3 功補償容量計算50 8.3.1 補償?shù)淖畲笕菪詿o功量計算50 8.3.2 變壓器補償?shù)淖畲蟮娜菪詿o功量51 本章小結(jié)本章小結(jié) 5353 第第 5 5 章章 結(jié)束語結(jié)束語 5454 致致 謝謝 5555 參考文獻參考文獻 5656 附錄附錄 5757 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 1 第 1 章 引言 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要部門之一，它是負責把自然界提供的能源轉(zhuǎn)換為供人 們直接使用的電能的產(chǎn)業(yè)。它即為現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代科學技術(shù)和現(xiàn)代國防提 供不可少的動力，又和廣大人民群眾的日常生活有著密切的關(guān)系。電力是工業(yè)的先行。 電力工業(yè)的發(fā)展必須優(yōu)先于其他的工業(yè)部門，整個國民經(jīng)濟才能不斷前進。 我國具有極其豐富的能源。這些優(yōu)越的自然條件為我國電力工業(yè)的發(fā)展提供了良 好的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是，舊中國的電力工業(yè)落后，無法將其利用。不過，隨著改革開放 的深入發(fā)展，我國電力工業(yè)的發(fā)展很快。到 2000 年，我國電力工業(yè)已躍升世界第 2 位， 電力工業(yè)的發(fā)展為我國的國民經(jīng)濟的高速發(fā)展做出了巨大的貢獻。不僅如此，目前我 國的電力工業(yè)已開始進入“大電網(wǎng)” 、 “大機組” 、 “超高壓交、直流輸電”等新技術(shù)發(fā) 展的新階段，一些世界水平的先進的高新技術(shù)，已在我國電力系統(tǒng)中得到了相應的應 用。 但是，隨著近年來我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展與人民生活用電的急劇增長，電力工 業(yè)的發(fā)展仍不能滿足整個社會發(fā)展的需要，未能很好起到先行的作用，僅以 2004 年夏 季的供電負荷高峰期為例，全國預計總共缺電 3000 萬 kw 左右，有 24 個省區(qū)都先后出 現(xiàn)拉閘限電的的情況，這樣的局面預期還要過 23 年才可能得到較好的解決 。 另外，由于我國人口眾多，由此在按人口平均用電方面，迄今不僅仍遠遠落后于 一些發(fā)達國家，即使在發(fā)展中國家中，也只處于中等水平，尚不及全世界平均人口用 電量的一半。因而，要實現(xiàn)在 21 世紀初全面建設(shè)小康社會的要求，我國的電力工業(yè)必 須持續(xù)、穩(wěn)步地大力發(fā)展，一方面是要大力加強電源建設(shè)，搞好“西電東送” ，以確保 電力先行，另一方面，要繼續(xù)深化電力體制改革，實施廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)，并建立 起符合社會主義市場經(jīng)濟法則的、規(guī)范的電力市場。 展望未來，我們堅信，在新世紀中，中國的電力工業(yè)必須持續(xù)、高速地發(fā)展，取 得更加輝煌的成就。 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 2 第 2 章 .主接線設(shè)計 電所電氣主接線設(shè)計是依據(jù)變電所的最高電壓等級和變電所的性質(zhì)，選擇出一種 與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應的接線方式。變電所的電氣主接線是電力系統(tǒng) 接線的重要部分，它表明變電所內(nèi)的變壓器、各電壓等級的線路 、無功補償設(shè)備以最 優(yōu)化的接線方式與電力系統(tǒng)連接，同時也表明在變電所內(nèi)各種電氣設(shè)備之間的連接方 式。 電氣主接線的設(shè)計與所在電力系統(tǒng)及所采用的設(shè)備密切相關(guān)。隨著電力系統(tǒng)的不 斷發(fā)展、新技術(shù)的采用、電氣設(shè)備的可靠性不斷提高 ，設(shè)計主接線的觀念也應與時俱 進、不斷創(chuàng)新。 變電所電氣主接線設(shè)計是依據(jù)變電所的最高電壓等級和變電所的性質(zhì)，選擇出一 種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應的接線方式。變電所的電氣主接線是電力系 統(tǒng)接線的重要組成部分。它表明變電所內(nèi)的變壓器、各電壓等級的線路、無功補償設(shè) 備最優(yōu)化的接線方式與電力系統(tǒng)連接，同時也表明在變電所內(nèi)各種電氣設(shè)備之間的連 接方式。一個變電所的電氣主接線包括高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)以及變壓器的接線。 因各側(cè)所接的系統(tǒng)情況不同，進出線回路數(shù)不同，其接線方式也不同。 2.1 電氣主接線的一般要求 1）應按電源情況、負荷性質(zhì)、容量大小及鄰近變配電所聯(lián)系等因素確定主接線型 式。力求簡單可靠，維護方便，使用靈活，便于發(fā)展。 2）架空進線避雷器設(shè)在靠近變壓器的架空進線處；電纜進線的避雷器設(shè)在進線開 關(guān)后的母線上。 3）一段母線設(shè)一組電壓互感器。當分段的單母線在正常運行時不為分段，亦可僅 設(shè)一組電壓互感器。 4）設(shè)在母線上的電壓互感器及避雷器可合用一組隔離開關(guān)。 5）按電業(yè)局要求必須設(shè)置高壓計費時，則必須在計費處裝設(shè)電流互感器及電壓互 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 3 感器專柜。 6）在所以進出線回路上按指示計量、繼電保護的要求裝設(shè)電流互感器。 7）單電源的主接線，可以僅在斷路器靠電源側(cè)、裝設(shè)隔離開關(guān)或隔離觸頭。 8） 在電源進線上應裝設(shè)帶電指示裝置。若采用真空斷路器時，為防止操作過電 壓，應在供電變壓器的 1035kv 線路上裝設(shè)阻容吸收器或氧化鋅避雷器。 另外，對電氣主接線還要求可靠性、靈活性、經(jīng)濟性，這三者是一個綜合概念， 不能單獨強調(diào)其中的某一種特性，也不能忽略其中的某一種特性。但根據(jù)變電所在系 統(tǒng)中的地位和作用的不同，對變電所主接線的性能要求也不同的側(cè)重。例如，系統(tǒng)中 的超高壓、大容量樞紐變電所，因停電會對系統(tǒng)和用戶造成的損失較小，故對其主接 線的經(jīng)濟性就特別重視。 2.2 主接線選擇的主要原則 1）變電所主接線要與變電所在系統(tǒng)中的地位、作用相適應。根據(jù)變電所在系統(tǒng) 中的地位，作用確定對主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求。 2）變電所主接線的選擇應考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求，還應滿足電網(wǎng)出故障 時應處理的要求。 3）各種配置接線的選擇，要考慮該配置所在的變電所性質(zhì)，電壓等級、進出線 回路數(shù)、采用的設(shè)備情況，供電負荷的重要性和本地區(qū)的運行習慣等因素。 4）近期接線與遠景接線相結(jié)合，方便接線的過程。 5）在確定變電所主接線時要進行技術(shù)經(jīng)濟比較。 2.3 主接線方案設(shè)計 2.3.1 方案擬定及技術(shù)比較 方案220kv110kv35kv主變臺數(shù) 方案一雙母線雙母線單母線分段 2 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 4 方案二3/2 接線雙母線分段雙母線 2 1）單母線分段 優(yōu)點: 母線經(jīng)斷路器分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩 個供電電源;一段母線故障時(或檢修),僅停故障(或檢修)段工作,非故障段仍可繼續(xù) 工作. 缺點:當一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時,接在該段母線上的電源和出 線,在檢修期間必須全部停電;任一回路的斷路器檢修時,該回路必須停止工作. 通過該接線優(yōu)缺點的分析,可見,方案一中 35kv 采用此接線方式，其優(yōu)點是當 一母線發(fā)生故障時,分段斷路器能自動把故障切除,保證正常段母線不間斷供電和不 至于造成用戶停電;缺點是當一段母線或母線側(cè)隔離開關(guān)故障或檢修時,接在該母線 上的回路都要在檢修期間停電,所以,該接線方式對于 35kv 側(cè)可以考慮.另一方面是 考慮到地區(qū)性一般變電所對經(jīng)濟性的考慮. 2）雙母線接線 優(yōu)點:供電可靠,可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷,一組母線故障后，能 迅速恢復供電;調(diào)度靈活;擴建方便. 缺點:接線復雜,設(shè)備多,母線故障有短時停電. 通過該接線優(yōu)缺點的分析,可見,在方案一和方案二中的應用此接線方式,主要是 因為它對供電可靠性的保證.即是說,當一母線故障或檢修的時候，由母聯(lián)斷路器向 另一母線充電,直到完成母線轉(zhuǎn)換過后，在斷開母聯(lián)斷路器,使原工作母線退出運行. 缺點是當母線故障或檢修的時候,會有短時停電.但是對于方案中的用戶側(cè)是可以考 慮的. 3)3/2 接線 優(yōu)點:高度可靠性，調(diào)度運行靈活，操作檢修方便.任一母線故障或檢修,均不導致停 電. 缺點:造價高，而二次控制復雜 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 5 通過對該接線優(yōu)缺點的分析，可見，在方案二中采用該種接線方式，主要是為了 提高供電的可靠性.但此類接線造價比較高，所以，一般只在大容量變電站中使用. 從上述的比較可以看出,三種接線從技術(shù)的角度來看主要的區(qū)別是在可靠性上，雙 母線比單母線可靠性高，3/2 接線比雙母線的可靠性更高.但對于 220kv 地區(qū)性變電站 來說，雙母線接線的可靠性已能達到要求,且地區(qū)性變電站主要是要求經(jīng)濟性.所以,確定 選擇第一種接線方案. 在方案中，由于遠期投入是 3 臺主變,近期只要 2 臺.所以,對第 3 臺的設(shè)計,主要的 區(qū)別在 35kv 側(cè),此時,第 3 臺主變接在 35kv 的母線斷路器上,這種接線的目的是為了減 小投資.現(xiàn)在從技術(shù)的角度來討論，當 35kv 母線故障或檢修時,3 號主變可以從另一母 線向負荷供電.可見，它并不影響單母線接線的工作方式，所以，這種接線方式對 35kv 側(cè)是可以考慮的. 2.3.2 方案的經(jīng)濟性比較 1）從電氣設(shè)備的數(shù)目及配電裝置上進行比較 方 案 項 目 方案一方案二 220kv 配電裝置雙母線3/2 接線 110kv 配電裝置雙母線雙母線 35kv 配電裝置單母線分段雙母線 主變臺數(shù)22 220kv913 110kv 1416 斷路器的 數(shù)目 35kv 1512 220kv2326 110kv3434 隔 離開關(guān) 的數(shù)目 35kv1627 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 6 2）計算綜合投資 z （1） z(1) (元) 0 z100a 式中: 為主體設(shè)備的綜合投資,包括變壓器高壓斷路器高壓隔離開關(guān)及配 0 z 電裝置等設(shè)備的中和投資; a 為不明顯的附加費用比例系數(shù),一般 220 取 70,110 取 90. （2）主體設(shè)備的綜合投資如下 主變 主變?nèi)萘?mva每臺主變的參考價格(萬元/臺)變壓器的投資(萬元) 240820 28201640 220kv 側(cè)型斷路器220 6 sw 每臺斷路器的參數(shù)價格 (萬元/臺) 方案一斷路器投資 (萬元) 方案二斷路器的投資 (萬元) 105 9105945131051365 220kv 側(cè)型隔離開關(guān)80 1000 220 4 d gw 每臺隔離開關(guān)的參數(shù)價格(萬元 /臺) 方案一隔離開關(guān)投資 (萬元) 方案二隔離開關(guān)的投資 (萬元) 5.5 235.5126.5265.5143 110kv 側(cè)型斷路器 110 6 sw 每臺斷路器的參數(shù)價格 (萬元/臺) 方案一斷路器投資 (萬元) 方案二斷路器的投資 (萬元) 65 146591016651040 110kv 側(cè)型隔離開關(guān)110 4 gw 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 7 每臺隔離開關(guān)的參數(shù)價格(萬元 /臺) 方案一隔離開關(guān)投資 (萬元) 方案二隔離開關(guān)的投資 (萬元) 2.5 342.585342.585 35 側(cè)型斷路器35 2 sw 每臺斷路器的參數(shù)價格 (萬元/臺) 方案一斷路器投資 (萬元) 方案二斷路器的投資 (萬元) 30 15304501230360 35 側(cè)型隔離開關(guān)ggw35 5 每臺隔離開關(guān)的參數(shù)價格(萬元 /臺) 方案一隔離開關(guān)投資 (萬元) 方案二隔離開關(guān)的投資 (萬元) 1.7 161.727.2271.745.9 配電裝置 接線方式單母分段雙母線3/2 接線雙母分段 投資(萬元)56094025001200 綜合投資 方案一 方案二 主體設(shè)備總 投資 (萬元) 2820945126.59 0 z 108545027.256094 05683.7 28201365143104085 0 z 36045.9120025009409318.9 綜合投資 (萬元) z(1) 0 z100a 5683.7（10.7） 9662.3 z(1) 0 z100a 9318.9（10.7）15842.13 (3)計算年運行費用 u uaa(萬元) 1 u 2 u 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 8 式中: 檢修、維護費,一般取(0.0220.042)z 1 u 折舊費,一般取(0.050.058) 2 u a 電能電價,一般可取 0.1 元/kwh a變壓器電能損失(kwh) 三繞組變壓器 an(k)t(k)(k) 0 p 0 q n 1 k p 1k q1 max1 k p2 k q2 (k) max2 k p3 k q3 max3 式中: n臺數(shù),t三繞組變壓器的年運行小時數(shù),k無功經(jīng)濟當量,系統(tǒng)中的變 壓器取 0.1 分別為三繞組變壓器的空載有功損耗和空載無功損耗 kw 0 p 0 q 分別為三繞組變壓器一二三側(cè)繞組的有功損耗 k p 1k p2 k p3 kw 分別為三繞組變壓器一二三側(cè)繞組的無功損耗 k q1 k q2 k q3 kvar 分別為三繞組變壓器一二三側(cè)繞組最大負荷損耗 max1 max2 max3 時間 h 主變的參數(shù)如下表： 阻抗電壓%空載損 耗 負載損 耗 高中高低中低 13572012-1422-247-9 0.924002160 0 q 0 i 100 n s 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 9k q1 1 u 100 n s 124002400 k q2 2 u 100 n s 9240021600 k q3 3 u 100 n s t6500, 650045004000 max1 max2 max3 n(k)t(k)(k)a 0 p 0 q n 1 k p 1k q1 max1 k p2 k q2 (k) max2 k p3 k q3 max3 40200000 kwh 方案一與方案二的年運行費用： 方案一：aa0.1z4020000966.24020966.2 萬元 1 u 方案二：aa0.1z40200001584.2134021584.2 萬元 2 u （4）方案的確定 技術(shù)的比較：單母線分段接線簡單，控制簡單，有利于變電站的運行。雙 母線接線可靠性較高，能滿足 220kv 變電站。所以，選擇方案一 經(jīng)濟的比較：，方案一投資少，且能滿足技術(shù)的要求。所以，從 1 u 2 u 運行費用的角度考慮，選擇方案一。 2.3.4 主變的選擇 變電站主變?nèi)萘?，一般應?510 年規(guī)劃負荷來選擇。根據(jù)城市規(guī)劃、負荷性 質(zhì)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等綜合考慮確定其容量。對重要變電站，應考慮當 1 臺變壓器停運時， 其余變壓器容量在計及過負荷能力允許時間內(nèi)，應滿足一類及二類負荷的供電。對一 般性變電站，當 1 臺主變壓器停運時，其余變壓器容量，其余，變壓器容量應滿足全 部負荷的 60%70%。 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 10 2.3.4.1 選擇原則 1） 相數(shù) 容量為 300mw 及以下機組單元接線的變壓器和 330kv 及以下電力系統(tǒng)中，一般 都應選用三相變壓器。因為單相變壓器組相對投資大，占地多，運行損耗也較大。同 時配電裝置結(jié)構(gòu)復雜，也增加了維修工作量。 2）繞組數(shù)與結(jié)構(gòu) 電力變壓器按每相的繞組數(shù)為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式；按電磁結(jié)構(gòu) 分為普通雙繞組、三繞組、自耦式及低壓繞組分裂式等型式。 在一發(fā)電廠或變電站中采用三繞組變壓器一般不多于 3 臺，以免由于增加了中 壓側(cè)引線的構(gòu)架，造成布置的復雜和困難。 3）繞組接線組別 變壓器三繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致。否則，不能并列運行。電 力系統(tǒng)采用的繞組連接有星形“y”和三角形“d” 。 在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列以要求限制 3 次諧波對電 源等因素。根據(jù)以上原則，主變一般是 y，d11 常規(guī)接線。 4）調(diào)壓方式 為了保證發(fā)電廠或變電站的供電質(zhì)量，電壓必須維持在允許范圍內(nèi)，通過主變的 分接開關(guān)切換，改變變壓器高壓側(cè)繞組匝數(shù)。從而改變其變比，實現(xiàn)電壓調(diào)整。切換 方式有兩種：一種是不帶電切換，稱為無激磁調(diào)壓。另一種是帶負荷切換，稱為有載 調(diào)壓。 通常，發(fā)電廠主變壓器中很少采用有載調(diào)壓。因為可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁來實 現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓，對于 220kv 及以上的降壓變壓器也僅在電網(wǎng)電壓有較大變化的情況時使 用，一般均采用無激磁調(diào)壓，分接頭的選擇依據(jù)具體情況定。 5）冷卻方式 電力變壓器的冷卻方式隨變壓器型式和容量不同而異，一般有自然風冷卻、強迫 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 11 風冷卻、強迫油循環(huán)水冷卻、強迫油循環(huán)風冷卻、強迫油循環(huán)導向冷卻。 2.3.4.2 容量計算 本系統(tǒng)中有 110kv 和 35kv 兩個負荷等級，其最大負荷為 200mw，cos=0.85，和 70mw，cos=0.8 200/0.85+70/0.8322.8（mva） 總 s 需要選擇的變壓器容量 s0.7322.8225.96（mva） 選用三繞組變壓器，查手冊，選出的設(shè)備如下表： sfps7 型 220kv 級三相三圈無載調(diào)壓變壓器 阻抗電壓%額定 容量 mva 容量比電壓比組別空載 損耗 負載 損耗 高中高低中低 240100/100/50 24222.5%/ 121/38.5 yn，yn，d 11 13572012-1422-247-9 本章小結(jié) 本章先從大的方面介紹了電氣主接線設(shè)計的基本要求和主接線的基本接線形 式，然后根據(jù)要求提出了兩個設(shè)計方案，最后從技術(shù)和經(jīng)濟的角度對兩個方案進行了 比較，得出本系統(tǒng)所需的主接線形式。 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 12 第 3 章 站用電接線及設(shè)備用電源接線方案 3.1 所用電源數(shù)量及容量 1) 樞紐變電所總?cè)萘繛?60mva 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)相機的邊點所，均裝設(shè)兩臺所用變壓器. 采用整流操作電源或無人值班的變電所,裝設(shè)兩臺所用變壓器,分別接在不同等級 的電源或獨立電源上. 如果能夠從變電所外引入可靠的 380v 備用電源，上述變電所可以只裝設(shè)一臺所用 變壓器. 2) 500kv 變電所裝設(shè)兩個工作電源.當主變壓器為兩臺時,可以分別接在每一臺主 變壓器的第三繞組上。兩臺所用變壓器的容量應相等,并按全所計算負荷來選擇.當建 設(shè)初期只有一臺主變壓器時,可只接一臺工作變壓器. 3) 當設(shè)有備用所用變壓器時,一般均裝設(shè)備用電源自動投入裝置. 3.2 所用電源引接方式 1) 當所內(nèi)有較低電壓母線時,一般均由這類母線上引接 12 個所用電源,這一所 用電源引接方式具有經(jīng)濟和可靠性較高的特點。如能由不同電壓等級的母線上可分別 引接兩個電源,則更可保證所用電的不間斷供電.當有旁路母線時,可將一臺所用變壓器 通過旁路隔離開關(guān)接到旁路母線上。正常運行時,則倒換到旁路上供電. 2) 由主變壓器第三繞組引接,所用變壓器高壓側(cè)要選用大斷流容量的開關(guān)設(shè)備， 否則要加裝限流電抗器。 3) 由于低壓網(wǎng)絡(luò)故障機會較多,從所外電源引接所用電源可靠性較低.有些工程保 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 13 留了施工時架設(shè)的臨時線路，多用于只有一臺主變壓器或一段低壓母線時的過度階段. 500kv 變電所多由附近的發(fā)電廠或變電所引接專用線作為所用電源. 3.3 所用變壓器低壓側(cè)接線 所用電系統(tǒng)采用 380/220v 中性點直接接地的三相四線制,動力與照明合用一個電 源. 1) 所用變壓器低壓側(cè)多采用單母線接線方式.當有兩臺所用變壓器時,采用單母線 分段接線方式，平時分列運行，以限制故障范圍,提高供電可靠性. 2) 500kv 變電所設(shè)置不間供電裝置，向通訊設(shè)備交流事故照明及監(jiān)控計算機等 負荷供電,其余負荷都允許停電一定時間,故可不裝設(shè)失壓啟動的備用電源自投裝置,避 免備用電源投合在故障母線上擴大為全所停電事故. 3) 具備條件時,調(diào)相機專用負荷優(yōu)先采用由所用變壓器低壓側(cè)直接支接供電的方 式. 3.4 所站用電接線 站用電接線應按照運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，積極慎重地 采用成熟的新技術(shù)和新設(shè)備，使設(shè)計達到經(jīng)濟合理、技術(shù)先進、安全、經(jīng)濟地運行。 變電站的站用電源，是保證正常運行的基本電源。通常不少于兩個。其引接方 式有兩種：一種是從母線側(cè)引入，另一種是從主變低壓側(cè)引入。本站由于沒有具體說 明，因此采用通過斷路器和隔離開關(guān)從低壓側(cè)引入。 本站是用兩臺 500kva 變壓器接入，為此，查手冊，選出站變，如下表： 型號高壓 kv低壓 kv組別空載損耗負載損耗空載電流 a s7500/35350.4 y，yn0 1.087.701.9 3.5 備用電源 站用備用電源用于工作電源因事故或檢修而失電時替代工作電源，起后備作用。 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 14 備用電源應具有獨立性和足夠的容量，最好能與電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系，在全廠停電情況 下仍能從系統(tǒng)取得備用電源。 備用分為名備用和暗備用。本站是地區(qū)性變電所。所以，采用暗備用的方式， 兩臺變壓器相互備用，當一臺退出運行時，由另一臺承擔負荷。 本章小結(jié) 所用電是比較重要的負荷，其電能重要取自電站本身，它的安全運行一定程度上 影響著整個變電站的安全運行。為此，我們應謹細的考慮。在本章中重要論述了變電 站站用電的電源的選擇、引接線及備用電源的設(shè)計。 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 15 第 4 章 短路計算 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；評價確定網(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網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的影響等。 在電力系統(tǒng)設(shè)計中，短路電流的計算應按遠景規(guī)劃水平年來考慮，遠景規(guī)劃水平 年一般取工程建成后 510 年中的某一年。計算內(nèi)容為系統(tǒng)在最大運行方式時，個樞 紐點的三相短路電流。 4.1 短路故障產(chǎn)生的原因 工業(yè)與民用建筑中正常的生產(chǎn)經(jīng)營辦公等活動以及人民的正常生活，都要求供 電系統(tǒng)保證持續(xù)安全可靠地運行.但是由于各種原因，系統(tǒng)會經(jīng)常出現(xiàn)故障，使正 常運行狀態(tài)遭到破壞。 短路是系統(tǒng)常見的嚴重故障。所謂短路，就是系統(tǒng)中各種類型不正常的相與相 之間或地與相之間的短接。系統(tǒng)發(fā)生短路的原因很多，主要有 ： 1）設(shè)備原因 電氣設(shè)備、元件的損壞。如：設(shè)備絕緣部分自然老化或設(shè)備本身有缺陷，正常 運行時被擊穿短路；以及設(shè)計、安裝、維護不當所造成的設(shè)備缺陷最終發(fā)展成短路的 功能。 2）自然原因 氣候惡劣，由于大風、低溫、導線覆冰引起架空線倒桿斷線；因遭受直擊雷或 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 16 雷電感應，設(shè)備過電壓，絕緣被擊穿等。 3）人為原因 工作人員違反操作規(guī)程帶負荷拉閘，造成相間弧光短路；違反電業(yè)安全工作 規(guī)程帶接地刀閘合閘，造成金屬性短路；人為疏忽接錯線造成短路或運行管理不善造 成小動物帶電設(shè)備內(nèi)形成短路事故等。 4.2 短路故障的危害 供電系統(tǒng)發(fā)生短路后，電路阻抗比正常運行時阻抗小很多，短路電流通常超過正 常工作電流幾十倍直至數(shù)百倍以上，它會帶來以下嚴重后果： 1）短路電流的熱效應 巨大的短路電流通過導體，短時間內(nèi)產(chǎn)生很大熱量，形成很高溫度，極易造成設(shè) 備過熱而損壞。 2）短路電流的電動力效應 由于短路電流的電動力效應，導體間將產(chǎn)生很大的電動力。如果電動力過大或 設(shè)備結(jié)構(gòu)強度不夠，則可能引起電氣設(shè)備機械變形甚至損壞，使事故進一步擴大。 3） 短路系統(tǒng)電壓下降 短路造成系統(tǒng)電壓突然下降，對用戶帶來很大影響。例如，異步電動機的電磁 轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比。同時電壓降低能造成照明負荷諸如電燈突然變暗及一些氣 體放電燈的熄滅等，影響正常的工作、生活和學習。 4）不對稱短路的磁效應 當系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，不對稱短路電流的磁效應所產(chǎn)生的足夠的磁通在鄰 近的電路內(nèi)能感應出很大的電動勢。 5）短路時的停電事故 短路時會造成停電事故，給國民經(jīng)濟帶來損失。并且短路越靠近電源，停電波 及范圍越大。 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 17 6）破壞系統(tǒng)穩(wěn)定造成系統(tǒng)瓦解 短路可能造成的最嚴重的后果就是使并列運行的各發(fā)電廠之間失去同步，破壞 系統(tǒng)穩(wěn)定，最終造成系統(tǒng)瓦解，形成地區(qū)性或區(qū)域性大面積停電。 4.3 短路電流計算的目的 1）電主接線比選 短路電流計算可為不同方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較，并為確定是否采取限制短路電 流措施等提供依據(jù)。 2）選擇導體和電器 如選擇斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、互感器等。其中包括計算三相短路沖擊電 流、沖擊電流有效值以校驗電氣設(shè)備動力穩(wěn)定，計算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用以校 驗電氣設(shè)備及載流導體的熱穩(wěn)定性，計算三相短路容量以校驗短路器的遮斷能力等。 3）確定中性點接地方式 對于 35kv 、10kv 供配電系統(tǒng)，根據(jù)單相短路電流可確定中性點接地方式。 4） 選擇繼電保護裝置和整定計算 在考慮正確、合理地裝設(shè)保護裝置，在校驗保護裝置靈敏度時，不僅要計算短 路故障支路內(nèi)的三相短路電流值，還需知道其他支路短路電流分布情況；不僅要算出 最大運行方式下電路可能出現(xiàn)的最大短路電流值，還應計算最小運行方式下可能出現(xiàn) 的最小短路電流值；不僅要計算三相短路電流而且也要計算兩相短路電流或根據(jù)需要 計算單相接地電流等。 4.4 短路電流計算的內(nèi)容 1） 短路點的選?。焊骷夒妷耗妇€、各級線路末端。 2） 短路時間的確定：根據(jù)電氣設(shè)備選擇和繼電保護整定的需要，確定計算短路 電流的時間。 3） 短路電流的計算：最大運行方式下最大短路電流；最小運行方式下最小短路 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 18 電流；各級電壓中性點不接地系統(tǒng)的單相短路電流。計算的具體項目及其計算條件， 取決于計算短路電流的目的 。 4.5 短路電流計算方法 供配電系統(tǒng)某處發(fā)生短路時，要算出短路電流必須首先計算出短路點到電源的回 路總阻抗值。電路元件電氣參數(shù)的計算有兩種方法：標幺值法和有名值法。 1）標幺值法 標幺制是一種相對單位制，標幺值是一個無單位的量，為任一參數(shù)對其基準值 的比值。標幺值法，就是將電路元件各參數(shù)均用標幺值表示。由于電力系統(tǒng)有多個電 壓等級的網(wǎng)絡(luò)組成，采用標幺值法，可以省去不同電壓等級間電氣參量的折算。在電 壓系統(tǒng)中宜采用標幺值法進行短路電流計算。 2） 有名值法 有名值法就是以實際有名單位給出電路元件參數(shù)。這種方法通常用于 1kv 以下 低壓供電系統(tǒng)短路電流的計算。 4.6 三相短路電流周期分量起始值的計算 4.6.1 短路電流計算的基準值 短路電流的計算通常采用近似標幺值計算。取=100mw，各級基準電壓為平 b s 均額定電壓。 4.6.2 網(wǎng)絡(luò)模型 計算短路電流對所用的網(wǎng)絡(luò)模型為簡化模型，即：忽略負荷電流；不計各元件 的電阻，也不計送電線路的電納及變壓器的導納；發(fā)電機用次暫態(tài)電抗表示，并認為 發(fā)電機電勢模值標幺制為 1，相角為 0。 4.6.3 三相短路電流周期分量起始值的計算步驟 1）計算各元件參數(shù)標幺值，作出等值電路 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 19 前已選出了主變壓器（三繞組） ，其阻抗電壓百分比，如下表： 繞組高中高低中低 阻抗電壓% 1214222479 計算每個繞組的短路電壓百分數(shù)： （）（13238）14% 1s v 2 1 % )21( s v% )13( s v% )32( s v 2 1 （）（13823）-1% 2s v 2 1 % )21( s v% )32( s v% )13( s v 2 1 （）（82313）9% 3s v 2 1 % )32( s v% )13( s v% )21( s v 2 1 取=100mva，=計算變壓器各繞組的標幺值 b s b u av u 0.0583 11t x 100 % 1s v 240 100 100 14 240 100 -0.0042 21t x 100 % 2s v 240 100 100 1 240 100 0.0375 31t x 100 % 3s v 240 100 100 9 240 100 由于一期工程，只有兩臺主變運行。所以，只需考慮 2 臺變壓器。 2 變的參數(shù)與 1 變的參數(shù)一致。 做出等值電路圖： 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 20 e“ xt1-1 t2-1x (f-1) x x x x t1-2 t1-3 t2-2 t2-3 (f-2) (f-3) x 2）當（f-1）點（220kv 母線）發(fā)生短路時的計算 55.6 f i x e 018. 0 1 有名值：55.655.614（ka） f i av b u s 3 3 100 230 1 沖擊電流：142.5535.7（ka） im i 2im k f i i“f (f-1) e“ x 3）當（f-2）點（110kv 母線）發(fā)生短路時的計算 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 21 (f-2) e“ x x x x x x x t2-1 t2-2 t1-1 t1-2 t e“ 0.05830.00420.0541 1t x 2t x 11t x 21t x /0.0271 t x 1t x 2t x 0.0180.0271 1 x x t x 22.17 f i 1 x e 有名值：22.1722.1711.1（ka） f i av b u s 3 1153 100 沖擊電流：2.5511.128.3（ka） im i 2im k f i 4）當（f-3）點（35kv 母線）短路計算 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 22 e“ x x x x x x x t2-1 t2-3 t1-1 t1-3 t e“ (f-3) 0.05830.03750.0958 1t x 2t x 11t x 31t x /0.0479 t x 1t x 2t x 0.0180.0479 1 x x t x 15.2 f i 1 x e 有名值：15.215.223.7（ka） f i av b u s 3 373 100 沖擊電流：2.5523.760.44（ka） im i 2im k f i 短路電流表 計算參數(shù) 短路點 短路電流有 名值 ka 沖擊電流 ka 220kv1435.7 110kv11.128.3 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 23 35kv23.760.44 本章小結(jié) 本章對變電站系統(tǒng)中的各個電壓等級下的母線發(fā)生三相短路時，所流過的短路電 流進行了分別計算。這為下步設(shè)備選擇奠定了基礎(chǔ)。 第 5 章 設(shè)備的選擇及動、熱穩(wěn)定校驗 盡管電力系統(tǒng)中各種設(shè)備的工作和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相 同，但對它們的基本要求卻是一致的。電氣設(shè)備要能可靠地工作，必須按正常工作條 件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗人穩(wěn)定和動穩(wěn)定。 5.1.按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 1）電器選擇的一般原則 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 24 （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(fā)展。 （2）應按當?shù)丨h(huán)境條件校核。 （3）應力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理。 （4）與整個工程的建設(shè)標準應協(xié)調(diào)一致。 （5）同類設(shè)備應盡量減少品種。 （6）選用的新產(chǎn)品均應具有可靠的實驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。 2）額定電壓 電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運行電壓因調(diào)壓或負荷的變化，有時會高于電網(wǎng)的額定電壓 ，故所選電氣設(shè)備允許的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。因此，在 電氣設(shè)備時，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓 不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓 n u 的條件選擇。即 ns u n u ns u 3）額定電流 電氣設(shè)備的額定電流是在額定環(huán)境溫度下，電氣設(shè)備的長期允許電流。應 n i n i 不小于該賄賂在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流，即： max i n i max i 4）環(huán)境條件對設(shè)備選擇的影響 當電氣設(shè)備安裝地點的環(huán)境條件如溫度、風速、污穢等級、海拔高度、地震烈度 和覆水度等超過一般電氣設(shè)備使用條件時，應采取措施。 5）機械荷載 所選電器端子的允許荷載，應大于電器引線在正常運行和短路時的最大作用力。 5.2.按短路狀態(tài)校驗 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 25 1）校驗的一般原則 （1）電器在選定后應按最大可能通過的短路電流進行動、熱校驗。校驗的短路 電流一般取三相短路時的短路電流，若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系 統(tǒng)及自耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴重時，則應按嚴重情況 校驗。 （2）用熔斷器保護的電器可不驗算熱穩(wěn)定。當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。 2）短路熱穩(wěn)定校驗 短路電流通過電器時，電氣設(shè)備各部件溫度（或發(fā)熱效應）應不超過允許值。滿 足熱穩(wěn)定條件。 tit2 k q 式中：短路電流產(chǎn)生的熱效應 k q 、t電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定的電流和時間 t i 3）電動力穩(wěn)定校驗 電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機械效應的能力，也稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條 件為： es i sh i 式中： 短路沖擊電流幅值 sh i 電氣設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流幅值 es i 4）短路計算時間 驗算熱穩(wěn)定的短路計算時間為繼電保護動作時間和相應斷路器的全開斷時 k t pr t 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 26 間之和，即： br t k t pr t br t 一般取保護裝置的后備保護動作時間 pr t 5）絕緣水平 在工作電壓和過電壓的作用下，電器的內(nèi)、外絕緣應保證必要的可靠性。 電器的絕緣水平，應按電網(wǎng)中出現(xiàn)的各種過電壓和保護設(shè)備相應的保護水平來確 定。但所選電器的絕緣水平低于國家規(guī)定的 標準數(shù)值時，應通過絕緣配合計算，選用 適當?shù)倪^電壓保護設(shè)備。 5.3 斷路器、隔離開關(guān)的選擇原則 項目參數(shù) 正常工作條件電壓電流頻率機械荷載 電路穩(wěn)定性動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流和持續(xù)時間 承受過電壓能力對地和斷口間的絕緣水平泄漏比距 技術(shù)條件 操作性能開斷電流短路關(guān)合電流操作循環(huán)操作次數(shù)操作相 數(shù)分合時間及周期性對過電壓的限制某些的開斷電 流操作機構(gòu) 環(huán)境環(huán)境溫度日溫差最大風速相對濕度污穢海拔高 度地震強度 環(huán)境條件 環(huán)境保護噪聲電磁干擾 1）種類 采用的滅弧介質(zhì)可分為油斷路器（多油、少油） 、壓縮空氣斷路器、斷路器、 6 sf 真空斷路器等。選用少油斷路器，其特點運行經(jīng)驗豐富，易于維護，噪聲低。 2）額定電壓和額定電流 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 27 ， n u ns u n i max i 由下式確定: max i max i n max u s 3cosu p n max 3 各母線的最大電流如下表： 母線 110kv35kv220kv max i ka 85 . 0 1103 200 1.23 1.44 8 . 0353 70 1.231.44 220 110 0.845 220 35 式中：，分別為電氣設(shè)備和電網(wǎng)的額定電壓 kv n u ns u ，分別為電氣設(shè)備的額定電流和電網(wǎng)的最大負荷電流 a n i max i 3）開斷電流選擇 校驗斷路器的斷流能力,宜取斷路器實際開斷時間的短路電流,所為校驗條件。因此, 高壓斷路器的額定開斷電流，不應小于實際開斷瞬間的短路電流周期分量，即： nbr i pt i nbr i pt i 4）短路關(guān)合電流的選擇 為了保證斷路器在關(guān)合短路電流時的安全斷路器的額定關(guān)合電流不應小于短 ncl i 路電流最大沖擊值，即： sh i ncl i sh i 5）短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗 220kv 變電站電氣主接線系統(tǒng)設(shè)計 28 在短路電流過斷路器時,產(chǎn)生大量熱量,由于來不及向外散發(fā),全部用來加熱斷路器, 使其溫度迅速上升,嚴重時會使斷路器觸頭焊住,損壞斷路器。因此產(chǎn)品標準規(guī)定了斷路 器的熱穩(wěn)定電流,例如 1s4s 的熱穩(wěn)定電流，其物理意義為:當熱穩(wěn)定電流通過斷路器 時,在規(guī)定的時間內(nèi),斷路器各部分溫度不會超過國家規(guī)定的允許發(fā)熱溫度,保證斷路器不 被損壞。 校驗： ， tit2 k q es i sh i 當1s 時，可不考慮非周期分量的熱效應，只計周期分量。 k t k q 2 pt i p t 式中：短路電流周期分量 pt i 短路電流周期分量發(fā)熱的等值時間 p t 6）動穩(wěn)定校驗 斷路器在閉合狀態(tài)能承受通過的最大電流峰值,不會因電動力的作用而發(fā)生任何 機械損壞。該最大電流峰值稱為穩(wěn)定電流。 es i sh i 7）隔離開關(guān)的選擇 隔離開關(guān)是發(fā)電廠和變電站中常用的開關(guān)電器。它需與斷路器配套使用，但隔離 開關(guān)無滅弧裝置，不能用來接通和切斷負荷電流和短路電流。 隔離開關(guān)與斷路器相比，項目相同。但由于隔離開關(guān)不用來接通和切除短路電流， 故無需進行開斷電流和短路關(guān)合