220KV 110KV 35KV樞紐變電站設(shè)計

1、目 錄畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書2第一章 電氣主接線方案設(shè)計 第一節(jié) 概述5 第二節(jié) 變電站性質(zhì)分析6 第三節(jié) 主變壓器的選擇及方案的形成7 第四節(jié) 初選方案的詳細經(jīng)濟比較12第二章 短路電流計算 第一節(jié) 概述18 第二節(jié) 短路點的選擇及各元件標(biāo)么值計算23 第三節(jié) 短路電流計算過程及結(jié)果24第三章 電氣設(shè)備選擇 第一節(jié) 高壓短路器及隔離開關(guān)的選擇28 第二節(jié) 母線和避雷器的選擇32 第三節(jié) 電壓互感器和電流互感器的選擇38第四章 高壓配電裝置布置42第五章 專題部分設(shè)計(變壓器繼電保護和母線繼電保) 第一節(jié) 變壓器的繼電保護45 第二節(jié) 母線的繼電保護47函授畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書專業(yè)函授站、學(xué)

2、生一畢業(yè)設(shè)計(論文)題目220/110/35kv樞紐變電站設(shè)計二畢業(yè)設(shè)計(論文)時間：2007年5月起至2007年9月15日三畢業(yè)設(shè)計(論文)進行地點：太原校函授站四畢業(yè)設(shè)計(論文)的內(nèi)容要求：原始資料數(shù)據(jù)和參考資料（一）、設(shè)計任務(wù)：1、本變電所在系統(tǒng)中的地位分析2、變電所主接線設(shè)計3、變電所主接線短路電流計算、經(jīng)濟計算等4、主要電氣設(shè)備選擇5、電氣主接線繪制、配電裝置選型（二）、畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)資料：1、所設(shè)計變電所為一地區(qū)性樞紐變電所，根據(jù)系統(tǒng)地區(qū)負荷的要求，擬裝設(shè)兩臺主變壓器，設(shè)計容量為180mva，變電所要求一次建成，變電所電壓等級共分為三級：220kv、110kv、35

3、kv，變電所進出線220kv側(cè)4回；110kv側(cè)6回；35kv側(cè)8回。2、變電所的負荷情況110kv側(cè)最大負荷100mva（4-10月），最小負荷60mva35kv側(cè)最大負荷50mva（4-10月），最小負荷30mva（最大負荷持續(xù)時間4-10月，6個月）3、變電所與系統(tǒng)聯(lián)系情況220kv系統(tǒng)容量為2000mva110kv系統(tǒng)容量為1000mva220kv由系統(tǒng)以兩回線聯(lián)系接本所，又從本所以兩回線連至另一地區(qū)變電所，110kv以兩回聯(lián)絡(luò)線連接110kv系統(tǒng)，此兩回線在正常工作情況下，只起聯(lián)絡(luò)作用，只是在故障或檢修情況下，才需短時間向110kv地區(qū)負荷供電，110kv以四回線供110kv地區(qū)負荷

4、，35kv側(cè)以8回線供35kv側(cè)負荷。4、計算短路電流參數(shù)220kv側(cè)系統(tǒng)歸算至變電所220kv母線總電抗標(biāo)么值xc*220=3.2，220kv以系統(tǒng)容量為基準(zhǔn)，110kv系統(tǒng)容量為1000mva，歸算至變電所110kv側(cè)母線總電抗標(biāo)么值xc*110=1.3。5、所設(shè)計變電所設(shè)在地勢較平坦，具有良好出線走廊條件，但土地質(zhì)量為一般的地區(qū)，年平均最高溫度為38。6、設(shè)計基本要求： 1、設(shè)計原則：在保證安全、經(jīng)濟、靈活、方便的條件下力求接線簡單、布置緊湊、具有較高的自動化水平。 2、所址選擇要求：盡量接近負荷中心，不占或少占良田，高低壓設(shè)備進出線方便（考慮到交通運輸方便性） 3、變電所擬裝設(shè)兩臺主變

5、，其中一臺主變斷開時另一臺主變承擔(dān)50%以上的全部負荷。（四）、參考資料1、發(fā)電廠變電所電氣接線和布置2、電力工程設(shè)計手冊3、發(fā)電廠電氣部分教科書4、發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備5、變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)程6、導(dǎo)體和電氣設(shè)備技術(shù)規(guī)程7、電力設(shè)備過電壓保護設(shè)計規(guī)程8、電氣工程概算指標(biāo)指導(dǎo)教師： 學(xué) 生：第一章 電氣主接線方案設(shè)計第一節(jié) 概述 變電站主接線是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分。主接線方式直接影響著配電裝置的布置、繼電保護的配置、自動裝置和控制方式的選擇，對電力系統(tǒng)運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性起決定性的作用。由于電能生產(chǎn)的特點是：發(fā)電、變電、輸電和用電是同一時刻完成的，所以主接線設(shè)計的好壞，也影響到工農(nóng)

6、業(yè)生產(chǎn)和人民生活。因此，主接線是一個綜合性的問題，必須正確處理好各方面的關(guān)系，全面分析有關(guān)影響因素，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，合理確定主接線的方案。因此主接線必須滿足以下要求：1、保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量；2、具有一定的靈活性和方便性；3、具有經(jīng)濟性；4、具有發(fā)展和擴建的可靠性。 在滿足以上要求的情況下，還要以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)， 以國家經(jīng)濟建設(shè)方針、政策及有關(guān)技術(shù)參數(shù)、規(guī)程為準(zhǔn)則等原則來設(shè)計電氣主接線。 于本設(shè)計的變電站有三個電壓等級，所以在設(shè)計的過程中首先分開單獨考慮各自的母線情況，考慮各自的出線方向。根據(jù)負荷來決定變壓器容量和臺數(shù)，論證是否需要限制短路電流，并采取什么措施，擬出幾個把三個電壓

7、等級和變壓器連接的方案，對選出來的方案進行技術(shù)和經(jīng)濟綜合比較，確定最佳主接線方案。 主接線的形式可概括為兩大類：其一，有匯流母線式接線，包括單母線，雙母線，一臺半斷路器接線，一又三分之一臺斷路器接線以及變壓器組接線等；其二，為無匯流母線式接線，包括橋形接線，多角形接線，單元接線等，為了提高供電可靠性和靈活性，常采用一些輔助改進措施，如：加設(shè)旁路母線和將母線分段等。 發(fā)電廠和變電所使用的電力變壓器有主變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和廠用變壓器之分。各自的容量、形式及臺數(shù)的選擇和連接點的確定，直接影響主接線的可靠性，靈活性和經(jīng)濟性。 短路電流直接影響電氣設(shè)備的安全運行，為了合理地選擇開關(guān)電器并限制短路電流，在

8、220kv及以下電壓等級中應(yīng)考慮限制短路電流的措施，除在主接線形式和運行方式上盡可能采用等效阻抗較大的接線形式，如單元接線、母線硬分段外，更主要的是在某些電路中加裝電抗器，亦可選用低壓分裂繞組變壓器取代普通變壓器，所以，電氣主接線的設(shè)計應(yīng)經(jīng)歷以下幾個階段：1、對任務(wù)書原始資料進行分析，并畫出主接線框圖2、草擬主接線方案并進行分析3、短路電流計算4、選擇主要電器設(shè)備5、完成主接線圖及設(shè)計技術(shù)說明書第二節(jié)變電站性質(zhì)分析此設(shè)計為大型地區(qū)性樞紐變電所，所以該變電所要考慮可靠性、靈活性和經(jīng)濟性，由于屬于樞紐變電所，在電網(wǎng)連接上處于樞紐地位，起匯集電源分配功率等作用。母線上電源較多，輸送和穿越功率大，變壓

9、器容量大，除滿足變電所附近的部分用戶外，還將電力轉(zhuǎn)送到其它地區(qū)的二次變電所中供用戶使用。因此該變電所在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位是至關(guān)重要的，從負荷特點和電壓等級可知，它具有220kv，110kv，35kv三級電壓，兩級電壓負荷，220kv與系統(tǒng)有四回饋線，并接受本變電所剩余負荷，可見該變電所220kv電壓級的接線對可靠性要求較高，為保證檢修出線斷路器不致對該回路停電，應(yīng)采取帶旁路接線為宜。110kv、35kv等級的接線由于出線回路較多，故也應(yīng)采用帶旁路接線為宜。第三節(jié) 變電所主變壓器的選擇及方案的形成一、 主變壓器的選擇及方案的形成 正確合理地選擇主變的臺數(shù)、容量和類型是電力系統(tǒng)規(guī)劃和具體變

10、電所主接線設(shè)計中的一個主要問題，所以，在選擇變壓器時，我們考慮以下一些原則：（1）、主變壓器臺數(shù)：為保證供電可靠性，變電所一般裝設(shè)兩臺主變壓器，當(dāng)只有一個電源或變電所可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源給重要負荷供電時，可裝設(shè)一臺變壓器。對于大型樞紐變電所，根據(jù)工程具體情況，可安裝24臺主變。（2）、主變?nèi)萘康倪x擇：主變?nèi)萘吭诟鶕?jù)510年的發(fā)展規(guī)劃進行選擇，并應(yīng)考慮變壓器正常運行和事故時的過負荷能力。對于兩臺變壓器的變電所，其變壓器的額定容量可按下式確定：se=0.6pm pm變電所最大負荷?？偘惭b容量為：se=2x(0.6pm)=1.2pm 如此，當(dāng)一臺變壓器停運，考慮變壓器的過負荷能力為40，則可保

11、證對84負荷的供電。由于一般電網(wǎng)變電所大約有25的非重要負荷，在事故運行方式下可以被切除。因此，采用se=0.6pm,對變電所保證重要負荷來說是可行的。對于一、二級負荷比重大的變電所，應(yīng)能在一臺停運時，仍能保證對一、二級負荷的供電。（3）、主變形式的選擇：在選擇主變壓器時，應(yīng)從相數(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確定等幾個方面來進行考慮。在330kv及以下的電力系統(tǒng)中，一般應(yīng)選擇三相變壓器，因為單相變壓器組相對來講，投資大、占地多、運行損耗也較大。同時，配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了維修工作量，但是由于變壓器的制造條件和運輸條件的限制，特別是大型變壓器，尤其要考慮其運輸

12、的可能性，從制造廠到發(fā)電廠（或變電所）之間，變壓器尺寸是否超過運輸中隧道、涵洞、橋洞的允許通過限額；變壓器重量是否超過運輸途中車輛、船舶、碼頭等運輸工具或設(shè)施的允許承載能力，若受到限制時，則宜選用兩臺小容量的三相變壓器取代一臺大容量三相變壓器，或者選用單相變壓器組，如果以兩臺升高電壓級向用戶供電或與系統(tǒng)連接時，可以采用兩臺雙繞組變壓器或三繞組變壓器，因為一臺三繞組變壓器的價格及所使用的控制電器和輔助設(shè)備與相應(yīng)的兩臺雙繞組變壓器相比都較少，在此次變壓器設(shè)計中，可選用兩臺三繞組變壓器或兩臺自耦變壓器的組合。二、 主接線方案的擬定 在對原始資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合對電氣主接線的可靠性、靈活性及經(jīng)濟性等

13、基本要求，綜合考慮在滿足技術(shù)，經(jīng)濟政策的前提下，力爭使其成為供電安全可靠、經(jīng)濟合理的主接線方案。 可靠性是變電所安全生產(chǎn)的首要問題，主接線的設(shè)計首先要保證可靠性，同時，盡可能減少傳輸能量過程中的損失，所以，對大型變電所主接線的可靠性應(yīng)從以下幾個方面考慮：1、斷路器檢修時，是否影響連續(xù)供電2、線路、斷路器或母線故障，以及在母線檢修時，造成饋線停運回路的多少和停電時間長短，是否滿足重要的、類負荷對供電的要求3、本變電所有無造成全所停電的可能性4、大型機組突然停電時對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行的影響及產(chǎn)生的后果等因素。 主接線還應(yīng)具有足夠的靈活性，能適應(yīng)各種運行方式的變化，且在檢修事故等特殊狀態(tài)下，操作方便

14、、調(diào)度靈活、檢修安全、擴建方便等要求。 主接線的可靠性與經(jīng)濟性應(yīng)綜合考慮，辨證統(tǒng)一，在滿足技術(shù)要求的前提下，盡可能投資少、占地面積小，電能損耗和年運行費最低，且應(yīng)考慮限制短路電流的措施。 現(xiàn)將主接線形式的優(yōu)缺點列出，并選出各電壓等級的最佳接線方案。1、 單母分段接線優(yōu)點：單母分段接線是借分段斷路器進行分段，可以提高供電可靠性和靈活性，便于分段檢修母線，減少因母線故障造成的影響范圍，對重要用戶可以從不同段上引接，當(dāng)某一段母線發(fā)生故障時，自動裝置將分段斷路器斷開，保證正常段母線不間斷供電，因兩段母線同時故障的機率很小，故不予考慮。缺點：當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，該段母線回路都要在檢修期

15、間內(nèi)停電，當(dāng)出線為雙回路時，常使架空線出現(xiàn)交叉，擴建時應(yīng)注意兩方向的均衡。適應(yīng)范圍：(1)、35kv-63kv配電裝置出線回路為4-8回。 (2)、110kv-220kv配電裝置出線回路為3-4回。2、雙母線接線優(yōu)點：具有兩組母線，當(dāng)母聯(lián)斷路器斷開時，一組母線運行另一組母線備用，每回線路都要經(jīng)過一臺斷路器和兩組隔離開關(guān)分別與兩組母線分別連接，母線之間通過母聯(lián)斷路器連接，使運行可靠性和靈活性大為提高，檢修任一母線時，不會停止對用戶連續(xù)供電，運行調(diào)度靈活，通過倒換操作可以形成不同運行方式，擴建方便，向母線左右任一個方向擴建，均不影響兩組母線的電源和負荷自由組合分配，在施工中也不會引起原有回路停電。

16、缺點：與單母線分段相比，增加了母線長度和使每回路增加了一組母線隔離開關(guān)，還使配電裝置架構(gòu)增加，占地面積增大，投資增多。當(dāng)母線故障或檢修時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作，為了避免隔離開關(guān)誤操作，需在隔離開關(guān)和斷路器之間加裝聯(lián)鎖裝置。適應(yīng)范圍：(1)、35kv-63kv配電裝置，當(dāng)出線回路數(shù) 超過8回時，或所接電源較多，負荷較大 時。 (2)、110kv-220kv配電裝置復(fù)雜，出線回路數(shù)為5回及以上時，或當(dāng)110kv-220kv配電裝置在系統(tǒng)中居重要地位且出線回路數(shù)為4回及以上時。2、 雙母帶旁母接線斷路器經(jīng)過長期運行和切斷數(shù)次短路電流后都需要檢修，為檢修出線斷路器時，不致中斷該回路供電

17、,可增設(shè)旁路母線和旁路斷路器，有了旁路母線，檢修與它相連的任一回路的出線斷路器時，該回路便可不停電，從而大大提高了供電可靠性。 這種運行接線方式操作方便，不影響雙母線正常運行，但多裝一臺斷路器和一組母線，增加了投資和配電裝置的占地面積，且旁路斷路器的繼電保護為適應(yīng)各回出線的要求，其整定較為復(fù)雜。 按照一般規(guī)定，在220kv出線為5回及以上或110kv出線為7回及以上時，裝設(shè)專用旁路斷路器。 根據(jù)以上分析，對于110kv-220kv，因輸送容量大，斷路器大修日期較長，一般設(shè)旁路母線，又因220kv、110kv、35kv各電壓級出線分別大于或等于4回、6回、8回，因此三個電壓等級均應(yīng)采用雙母線帶旁

18、路的接線。第四節(jié) 初選方案的詳細經(jīng)濟比較 經(jīng)濟比較主要是對各方案的綜合投資和年運行費用進行綜合效益比較：一、 設(shè)計中所涉及到的公式和所需計算量1、綜合投資計算：綜合投資主要包括變壓器綜合投資，配電裝置綜合投資以及不可預(yù)見的附加投資等。進行方案比較時，一般不必計算全部費用，只計算方案不同部分的投資，可用下式計算：o=00（1+a/100）（萬元）式中：oo-主體設(shè)備投資a-不明顯的附加費用比較系數(shù)。220kv取70，110kv取90所謂綜合投資應(yīng)包括設(shè)備本體價格，附屬相關(guān)設(shè)備費（如控制設(shè)備、母線等）主要材料費、安裝費等各項費用的總和。綜合指標(biāo)隨各時期市場經(jīng)濟變化而浮動。 2、年運行費用計算：主接

19、線中電氣設(shè)備的運行費v主要包括變壓器的電能損耗及設(shè)備的檢修，維護和折舊費用等，按投資百分率計算，即 va+u1+u2 （萬元）式中：u1檢修維護費，一般?。?.022-0.042）o，o為綜合投資費，（本設(shè)計中自耦變?nèi)?.042） 三繞組變?nèi)?.022； u2折舊費，取0.058 o；電能電價，可參考各地區(qū)實際電價（本設(shè)計取0.50元/度）a變壓器電能損失。因本設(shè)計采用三繞組變壓器，所以a按下式計算： a =（p0+q0k）t0+(pk1+qk2k)(s1i/sn)2+(pk2+qk2)(s2i/sn)2+(pk3+qk3k)(s3i/sn)2ti式中：sn每臺變壓器的額定容量（kva） s1

20、、s2、s3每臺變壓器第一、二、三側(cè)所承擔(dān)的總負荷（kv a）t0空載時使用的小時數(shù) t1對應(yīng)負荷使用的小時數(shù)p0、q0每臺變壓器的空載有功損耗（kw），無功損耗（kvar）pk、qk每臺變壓器的短路有功損耗（kw），無功損耗（kvar）k無功經(jīng)濟當(dāng)量，即每臺多發(fā)或多供1kvar無功功率，在電力系統(tǒng)中所引起的有功功率損耗（kw）增加的值，一般發(fā)電廠取0.02，變電所取0.1-0.15（本設(shè)計中取0.1） 二、 經(jīng)濟計算比較單臺變壓器第一、二、三側(cè)所承擔(dān)的負荷its220kv110kv35kv16/12t0smax(mva)75502526/12t0smin(mva)453015方案:兩臺自耦變

21、壓器：90000/90000/45000kva技術(shù)數(shù)據(jù)：損耗p0=50.7kw；pk1-2=313.3kw pk2-3=274kw；pk1-3=295kw阻抗電壓：u1-2%=9.46； u2-3%=10.77；u1-3%=16.78空載電流：io%=1.25先將短路損耗和阻抗電壓歸算至對應(yīng)與變壓器的額定容量： pk1-2=pk1-2=313.3kw pk2-3=pk2-3x(sn/s3)2=274x(90/45)2=274x4=1096kw pk1-3=pk1-3x(sn/s3)2=295x(90/45)2=274x4=1180kwuk1-2%=uk1-2%=9.46uk2-3=uk2-3x

22、(sn/s3)=10.77x(90/45)=21.54 uk1-3=pk1-3x(sn/s3)=16.78x(90/45)=33.56從而，pk1=1/2(pk1-2+pk1-3-pk2-3) =1/2(313.3+1180-1096)=199kwpk2=1/2(pk1-2+pk2-3-pk1-3) =1/2(313.3+1096-1180)=114.7kwpk3=1/2(pk1-3+pk2-3-pk1-2) =1/2(1180+1096-313.3)=981.4kwuk1%=1/2(uk1-2%+uk1-3%-uk2-3%) =1/2(9.46+33.56-21.54)=10.74uk2%=

23、1/2(uk1-2%+uk2-3%-uk1-3%) =1/2(9.46+21.54-33.56)=-1.28uk3%=1/2(uk1-3%+uk2-3%-uk1-2%) =1/2(33.56+21.54-9.46)=22.82q0k%=(io%/100)xsn=1.25/100x90 =1.125mvar=1125kvarqk1%=(uk1%/100)xsn=10.74/100x90 =9.666mvar=9666kvarqk2%=(uk2%/100)xsn=-1.28/100x90 =-1.152mvar=-1152kvarqk3%=(uk3%/100)xsn=22.82/100x90 =2

24、0.54mvar=20540kvara=(po+q0k)t0+(pk1+qk1)(s1i/sn)2+(pk2+ qk2)(s2i/sn)2+(pk3+qk3)(s3i/sn)2ti =(150.7+0.1x1125)x8760+(199+0.1x9666)(75/90)2+114.70.1x1152)x(50/90)2+(981.4+0.1x20540)(25/90)2x(6/12)x8760+(199+0.1x9666)(45/90)2+(114.70.1x1152)x(30/90)2+(981.4+0.1x20540)(15/90)2x(6/12)x8760=2305632+4566139

25、+1645694=8517465kwh=851.75萬kwh兩臺自耦變電耗a12x851.75萬kwh=1703.5萬kwh方案:兩臺三繞組變壓器：90000/90000/90000kva 技術(shù)數(shù)據(jù)：損耗p0=107.7kw pk1-2=580kw pk2-3=384kw pk1-3=704kw 阻抗電壓：u1-2%=14.07 u2-3%=7.65 u1-3%=23.73 空載電流：io%=0.82 計算過程：pk1=1/2(pk1-2+pk1-3-pk2-3)=1/2(580704384) =450kwpk2=1/2(pk1-2+pk2-3-pk1-3)=1/2(580384704) =1

26、30kwpk3=1/2(pk1-3+pk2-3-pk1-2)=1/2(384704580) =254kwuk1%=1/2(uk1-2%+uk1-3%-uk2-3%)=1/2(23.7314.077.65)=15.075uk2%=1/2(uk1-2%+uk2-3%-uk1-3%) =1/2(-23.73+7.65+14.07)=-1.005uk3%=1/2(uk1-3%+uk2-3%-uk1-2%) =1/2(23.73+7.65-14.07)=8.655q0k%=(io%/100)xsn=0.82/100x90=0.738mvar =738kvarqk1%=(uk1%/100)xsn=15.0

27、75/100x90=13.5675mvar =13567.5kvarqk2%=(uk2%/100)xsn=-1.005/100x90=-0.9045mvar =-904.5kvarqk3%=(uk3%/100)xsn=8.655/100x90=7.7895mvar =7789.5kvara=(po+q0k)t0+(pk1+qk1)(s1i/sn)2+(pk2+qk2)(s2i/sn)2+(pk3+qk3)(s3i/sn)2ti =(107.7+0.1x738)x8760+(450+0.1x13567.5)(75/90)2+(130-0.1x904.5)x(50/90)2+(254+0.1x77

28、89.5)(25/90)2x(6/12)x8760+(450+0.1x13567.5)(45/90)2+(1300.1x904.5)x(30/90)2+(254+0.1x7789.5)(15/90)2x(6/12)x8760=1589940+5893745+2123167=9607078kwh=960.7萬kwh兩臺三繞組變電耗a22x960.7萬kwh=1921.4萬kwh計算年運行費：u=aa+u1+u2方案一：ui0.5xa1+u1+u2 =0.5x1703.5+0.042x1500+0.058x1500 =1002萬元方案二： uii0.5xa2+u1+u2 =0.5x1921.4+0

29、.022x1200+0.058x1200 =1057萬元根據(jù)抵償年限法： oi1500萬元 ui=1002萬元 oii1200萬元 uii=1057萬元t=( oi- oii)/( uii- ui)=(1500-1200)/(1057-1002) =5.45根據(jù)當(dāng)前國家經(jīng)濟政策,t規(guī)定以5-8年為限。由上述經(jīng)濟比較后，t5.455年，說明方案一每年節(jié)約的運行費，不足以在短期(5-8年)內(nèi)將多用的投資償還，因此應(yīng)選擇初期投資小的方案二為宜，以達到最佳經(jīng)濟效益。因此，其經(jīng)濟性是可見的。同時，由于三繞組變多在絕緣水平上較高，保護整定比較簡單，中性點接地方式上較靈活，再則有載調(diào)壓方式方便等諸多優(yōu)點，故

30、選擇方案二，即兩臺三繞組變的組合。在經(jīng)濟比較之后，還需進行可靠性計算比較，可靠性是指系統(tǒng)設(shè)備在規(guī)定的條件下和預(yù)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，隨著系統(tǒng)工程學(xué)的興起，可靠性理論及其應(yīng)用的迅速發(fā)展，對大型發(fā)電廠或變電所電氣主接線設(shè)計時不能只憑借設(shè)計和運行人員進行判斷，作出決策，必須用定量計算的方法，判定出能夠反映其可靠性能的指標(biāo)，來衡量主接線完成功能和喪失功能的判據(jù)，使主接線的設(shè)計和運行建立在更加科學(xué)的基礎(chǔ)上，但在本次設(shè)計中，仍根據(jù)經(jīng)驗判斷其可靠性滿足要求，不再進行計算，下面將對網(wǎng)絡(luò)ii化簡進行短路電流計算。第二章 短路電流計算第一節(jié) 概論在電力系統(tǒng)的運行過程中，時常會發(fā)生故障，其中大多數(shù)是短路故障

31、（簡稱短路）。所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運行的相與相之間或相與地之間的連接，電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，單相接地短路占大多數(shù)，三相短路分為對稱短路和不對稱短路，產(chǎn)生短路的主要原因是電氣部分的載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被破壞，電力系統(tǒng)的短路故障大部分發(fā)生在架空線部分，總之，產(chǎn)生短路的原因有主觀的，也有客觀的，只要運行人員加強責(zé)任心。嚴格按規(guī)定辦事，就可以把短路故障控制在一個很低的限度內(nèi)。短路對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設(shè)備有很大的危害，在發(fā)生短路時，由于電壓供電回路阻抗減少以及突然短路時的暫態(tài)過程，使短路回路中的電流值大大增加，可能超過該回路的額定電流許多倍，短路點距發(fā)電機的距離愈?。醋杩褂。?/p>

32、，短路電流愈大，且短路點的電弧有可能燒壞電氣設(shè)備，短路電流通過電氣設(shè)備中導(dǎo)體時。其熱效應(yīng)會使導(dǎo)體或其他絕緣破壞，另一方面，導(dǎo)體也會受到很大的電動力的沖擊，致使導(dǎo)體變形甚至損壞，短路也會引起電網(wǎng)中電壓降低，特別是靠近短路點的電壓下降得最多，結(jié)果可能使部分用戶的供電受到破壞，更為嚴重的是短路相當(dāng)于改變了電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，致使系統(tǒng)中功率分布發(fā)生變化，則發(fā)電機輸出功率也相應(yīng)變化，但是發(fā)電機的輸入功率是由原動機的進氣量或進水量決定的，不可能立即相應(yīng)變化，因而發(fā)電機的輸入和輸出功率不平衡，發(fā)電機轉(zhuǎn)速將變化，這就可能引起并列運行的發(fā)電機失去同步，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，引起大片地區(qū)的停電。短路問題是電力技術(shù)方面的基本問題

33、之一，在發(fā)電廠、變電所以及電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行過程中，都必須先進行短路計算，以此作為合理選擇電氣接線，選用有足夠熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的電氣設(shè)備和載流體，確定限制短路電流的措施，在電力系統(tǒng)中合理地設(shè)置各種繼電保護并整定其參數(shù)等的重要依據(jù)，為此，掌握短路發(fā)生以后的物理過程以及計算短路時的各種運行參數(shù)（電流、電壓等）的計算過程是非常重要和必要的。短路計算的目的：1、電器主接線比較2、選擇導(dǎo)體和電器3、確定中性點接線方式4、計算軟導(dǎo)線的短路搖擺5、確定分裂導(dǎo)線間隔棒的間距6、驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓7、選擇繼電保護裝置和進行整定計算短路電流實用計算中，采用以下假設(shè)條件和原則：1、正常工作時，三相系統(tǒng)

34、對稱運行。2、系統(tǒng)中同步和異步電機均為理想電機，不考慮電磁飽和、磁滯、渦流及導(dǎo)體集膚效應(yīng)等影響，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完全對稱，定子三相繞組空間位置相差1200電氣角度。3、所有電源的電動勢相位角相同。4、電力系統(tǒng)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。5、電力系統(tǒng)中所有電源都在額定負荷下運行，其中50%負荷接在系統(tǒng)側(cè)，50%負荷接在高壓母線上。6、同步電機都具有自動調(diào)整勵磁裝置（包括強行勵磁）7、短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。8、除計算短路電流的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外，元件的電阻都略去不計。9、不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流10、元件的計算參數(shù)均取其額定

35、值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍。11、輸電線路的電容略去不計。12、用概率統(tǒng)計法則指定短路電流運算曲線。 在短路后瞬間的發(fā)電機可用次暫態(tài)電動勢和次暫態(tài)電抗等值，所以短路交流初始值的計算實質(zhì)上是一個穩(wěn)態(tài)交流電路的計算問題，只是需要注意：1、各臺發(fā)電機均采用xd作為等值電路。2、忽略線路對地電容和變壓器的勵磁回路，另外在計算高壓電網(wǎng)時可以忽略電阻。3、不計算負荷，即短路前按空載情況決定次暫態(tài)電動勢，短路后電網(wǎng)上依舊不接負荷（由于負荷電流較短路電流小得多） 在計算xd時，xd即轉(zhuǎn)電動機的啟動電抗，可由啟動電流求得：x=xst=1/istei0i由正常運行方式計算而得：ei0i= vi0i-jii0i

36、x其中：vi0i 正常時電動機端電壓 ii0i正常時吸收的電流事實上，負荷是綜合性的，很難準(zhǔn)確計及電動機對短路電流的影響，而一般電動機距短路點較遠，提供的短路電流不大，因此在實際計算中只對于短路點附近、顯著供給短路電流的大容量電動機，才按上述方法以ei0i、xd作為電動機的等值參數(shù)計算i，一般計算i的方法如下：一、簡單系統(tǒng)i的計算： 計算i有兩種方法：一是采用近似計算，即ei0i1和忽略負荷。另一種是運用疊加原理，即if=1/x，其中x-電網(wǎng)對短路點的等值電抗，這種方法具有一般的意義，即電網(wǎng)中任一點的短路電流交流分量初始值等于該點短路前的電壓（開路電壓）除以電網(wǎng)對該點的等值電抗（該點向電網(wǎng)看進

37、去的等值阻抗），這時所有發(fā)電機電抗為xd。二、復(fù)雜系統(tǒng)的計算： 復(fù)雜系統(tǒng)計算方法的原則與簡單系統(tǒng)相同，只是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜必須簡化。一般運用疊加原理。從已知的正常情況求的短路點的開路電壓，然后將所有電源短路接地，化簡合并電網(wǎng)求得網(wǎng)絡(luò)對短路點的等值電抗x，則求得大電流，計算步驟：1、作出系統(tǒng)在短路前的等值電路2、分析計算短路前的運行狀況及確定短路點開路電壓和各待求值的正常分量。3、計算短路后各待求量的故障分量4、將2、3的結(jié)果疊加，得出各待求量的值 以上方法在計算各時刻的短路電流時仍是比較繁的，這對于工程上的實際計算是不大合適的，為此，我們可以運用運算曲線來計算任意時刻的短路電流，其計算步驟如下：1

38、、網(wǎng)絡(luò)簡化，得出各電壓對短路點的轉(zhuǎn)移電抗2、求各電源的計算電抗xjs（將各轉(zhuǎn)移阻抗按發(fā)電機額定功率計算）3、查運算曲線，得出以發(fā)電機額定功率為基準(zhǔn)的各電源送至短路點電流的標(biāo)么值4、求3中各電流的有名值之和，即為短路點的計算電流 注意：當(dāng)電流的計算xjs3時，可以按無窮大電源供給短路電流進行計算；當(dāng)xjs3時，按有限電源供給進行計算。1、無窮大電源供給的短路電流計算：i*z=i*=i*=1/xriz=is/ xjs =up/3x=ij/i*=i*ijs=ss/ xjs=sj/x*=i*sj 其中：sj =短路容量 xjs= x*ss/sj2、有限電源對短路點的等值電抗，歸算到以電源容量為基準(zhǔn)的計

39、算電抗xjs，按xjs值查（暫態(tài)）上運算曲線表，可得短路電流標(biāo)么值，求出各電壓有名值之和，即為短路電流。第二節(jié) 短路點的選擇及多元件標(biāo)么值的計算一、 畫出所選方案的連接圖及有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)：三繞組變壓器的阻抗電壓：uk1%=15.075 uk2%=-1.005 uk3%=8.655二、 等值電路圖：已知220kv系統(tǒng)容量為2000mva，系統(tǒng)至變電所220kv母線總電抗標(biāo)么值x*220=3.2；110kv系統(tǒng)容量為1000mva，系統(tǒng)至變電所110kv母線總電抗標(biāo)么值x*110=1.3，且均以1000mva為基準(zhǔn)；則計算電抗標(biāo)么值取sb=1000mva，uj=up=1.05ue x1=xc*220

40、xsb/sn220=3.2x1000/2000=1.6 x2=( uk1%/100)xsb/se=(15.075/100)x1000/90=1.675x3=(uk2%/100)xsb/se=(-1.005/100)x1000/90=-0.112(舍)x4=( uk3%/100)xsb/se=(8.655/100)x1000/90=0.962x4=x4 x2=x2 x3=x3x5= xc*110xsb/sn110=1.3x1000/1000=1.3三、 選短路點： 從220kv電壓級母線網(wǎng)絡(luò)，110kv電壓級母線網(wǎng)絡(luò)、35kv電壓級母線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路時的三相短路，電流對d1(3)、d2(3) 、d

41、3(3)分別短路時流過電氣設(shè)備的短路電流。在正常接線方式時，選通過電氣設(shè)備的短路電流值最大的點為短路計算點，對于負荷部分選出線端為短路點，對于發(fā)電機，因在斷路器斷開前的短路電流較大，故選為短路點。第三節(jié) 短路電流計算過程及結(jié)果 在發(fā)電廠和變電所的電氣設(shè)計中，短路電流計算是一個重要環(huán)節(jié)，計算短路電流時所采用的接線方式，應(yīng)是盡可能發(fā)生最大短路電流的正常接線，一般按三相短路計算：一、d1(3)點短路時：1、 等值網(wǎng)絡(luò)圖化簡x6=x2/x2=1.675/2=0.8375x7=x5+x6=1.3+0.8375=2.1375x8=x7/x1=2.1375x1.6/(2.1375+1.6)=0.91512、

42、計算電抗：xjs=x8*s總/sb=0.8006x3000/1000=2.40183、計算：i ich i當(dāng)僅計算任意時間t的短路電流周期分量i時，各電源的發(fā)電機型式、參數(shù)相同且距短路點的電氣距離大致相等時，可將各電源合并為一個總的計算電抗，即xjs=x*xse/sj 式中，se-各電源合并后總的額定容量（mva）; x*-各電源合并后的計算電抗標(biāo)幺值；由于計算電抗xjs3,因此按有限電源供給短路電流進行計算：查運算曲線：i*=0.426 i*=0.428短路點總電流：i= i*s總/(up*3)=0.426x3000/(230* 3)=3.208ka沖擊電流：ich(3)=2.55* i=2

43、.55*3.208=8.18穩(wěn)態(tài)電流： ii*xs總/(up*3)=0.428x3000/(230* 3)=3.223二、d2(3)點短路1、等值網(wǎng)絡(luò)圖化簡：x6=x2/x2= 0.8375x7x1x61.6+0.8375=2.4375x8=x7/x5=2.4375x1.3/(1.3+2.4375)=0.84782、計算電抗：xjs=x8*s總/sb=0.8478x3000/1000=2.543由于計算電抗xjs3,因此按無窮大電源供給短路電流進行計算：i*= i*1/ xjs =0.251短路點總電流：i= i*s總/(up*3)=0.251x3000/(37x 3)=11.75ka沖擊電流

44、：ich(3)=2.55* i=2.55*11.75=29.962ka穩(wěn)態(tài)電流：ii=11.75ka短路電流計算結(jié)果表如下：短路點編號短路點平均電壓up(kv)基準(zhǔn)電流ij(ka)總電抗標(biāo)么值x*短路電流周期分量起始標(biāo)么值i*穩(wěn)態(tài)短路電流標(biāo)么值 短路電流周期分量起始值i短路電流沖擊值ich(ka)短路電流最大有效值穩(wěn)態(tài)短路電流值i(ka)起始短路容量s(mva)計算電抗xjs計算數(shù)據(jù)upijx*i*i*i*xij2.55 i1.52 ii*xij3iujd1(3)2302.510.9150.4260.4283.2088.184.8763.22312782.402d2(3)1155.020.84

45、70.3990.4026.00915.329.1346.05511972.543d3(3)3715.61.3280.2510.25111.7529.9617.8611.757533.986 第三章 主要電氣設(shè)備選擇電氣選擇是變電站電氣設(shè)計的主要內(nèi)容之一。正確地選擇電氣設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電氣選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，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)省投資，選擇合適的電器。盡管電力系統(tǒng)中各種電器的作用和工作條件不一樣，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。電器要能可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按

46、短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。第一節(jié) 高壓斷路器及隔離開關(guān)的選擇由于六氟化硫斷路器結(jié)構(gòu)簡單，滅弧能力強，絕緣水平高，維護工作量少等優(yōu)點，本設(shè)計選用六氟化硫斷路器。選擇準(zhǔn)則：按正常工作條件選擇；按短路條件校驗一、220kv側(cè)端口斷路器及隔離開關(guān)選擇：1、最大持續(xù)工作電流：imax=1.05se/ 3ue=1.05x90x103/ 3x220=248a根據(jù)ugun,imaxin,可以進行初選斷路器：lw10b-252/3150隔離開關(guān)：gw6220gdw/16002、校驗：固有分閘時間：tpr1=0.04s后備保護時間：tpr2=1.5s滅弧時間：ta=0.02s開斷計算時間：tk=1.5+0.0

47、4+0.02=1.56s查運算曲線及短路電流換算成有名值為：i=3.208ka i=3.223ka = i/ i=3.208/3.223=0.995查周期分量等值曲線tfz=1.28s由于tk=1.56s1s,故不考慮非周期分量，所以tr=4s斷路器和隔離開關(guān)選擇如下表：序 號項 目計算參數(shù)項目設(shè)備參數(shù)lw10b252/3150gw6220d/16001uns(kv)220un2522202imax(a)248in315016003i(ka)3.208inbr504ich(ka)8.18idw1255qk13.3i2xt502x39806ich(ka)8.18ies12550因為：inbr i

48、 incl ich 滿足開斷、關(guān)合電流要求iesich 滿足動穩(wěn)定要求it2t i2t 滿足熱穩(wěn)定要求因此，所選斷路器和隔離開關(guān)合格二、110kv側(cè)端口斷路器及隔離開關(guān)選擇： 1、最大持續(xù)工作電流：imax=1.05se/ 3ue=1.05x90x103/ 3x110=496a根據(jù)ugun,imaxin,可以進行初選斷路器：lw126w/2000隔離開關(guān)：gw5110dw/12502、校驗：后備保護動作時間：tb2=1.5s固有分閘時間：tin=0.04s滅弧時間：ta=0.02s開斷計算時間：tk=tb2+ta+tin=1.5+0.04+0.02=1.56s 由于tk=1.56s1s,因此不

49、考慮非周期分量，查運算曲線表，短路電流換算成有名值為：i=6.009ka i=6.055ka = i/ i=0.992查周期分量等值曲線tjs=1.28s斷路器和隔離開關(guān)選擇如下表：序號項 目計算參數(shù)項目設(shè)備參數(shù)lw126w/2000gw511dw/12501uns(kv)110un1261102imax(a)496in200012503i(ka)6.009inbr31.54ich(ka)15.324idw1005qk46.93i2xt31.52x49806ich(ka)15.324ies10050因為：inbr i 滿足開斷電流要求incl ich 滿足關(guān)合電流要求iesich 滿足動穩(wěn)定要求it2t i2tjs 滿足熱穩(wěn)定要求因此，所選斷路器和隔離開關(guān)合格三、35kv側(cè)端口斷路器及隔離開關(guān)選擇： 1、最