110kV變電站電氣設(shè)計.doc

華北水利水電學院的本科自考助學畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 110kV變電站電氣一次設(shè)計院 校 鄭州電力職業(yè)技術(shù)學院 專 業(yè) 電力系統(tǒng)及其自動化 學生姓名 王大義 準考證號 012212200164 指導教師（本科） 指導教師（?？疲?目 錄前言 1第1 章 原始資料 2第2 章 電氣主接線設(shè)計 3第2.1 節(jié) 主接線的設(shè)計原則和要求3第2.2 節(jié) 主接線的設(shè)計步驟5第2.3 節(jié) 本變電站電氣主接線設(shè)計5第3 章 變壓器選擇7第3.1 節(jié) 主變壓器選擇 7第3.2 節(jié) 站用變壓器選擇 7第4 章 短路電流計算8第4.1 節(jié) 短路電流計算的目的 8第4.2 節(jié) 短路電流計算的一般規(guī)定 8第4.3 節(jié) 短路電流計算的步驟 9第4.4 節(jié) 短路電流計算結(jié)果 10第5 章 直流系統(tǒng)設(shè)計11第5.1 節(jié) 直流系統(tǒng)概述 11第5.2 節(jié) 直流系統(tǒng)的電壓等級 11第5.3 節(jié) 直流系統(tǒng)的接線方式 12第5.4 節(jié) 本變電站直流系統(tǒng)設(shè)計 12第6 章 高壓電器設(shè)備選擇12第6.1 節(jié) 電器選擇的一般條件 12第6.2 節(jié) 高壓斷路器的選擇 14第6.3 節(jié) 隔離開關(guān)的選擇 16第6.4 節(jié) 電流互感器的選擇 16第6.5 節(jié) 電壓互感器的選擇 16第6.6 節(jié) 高壓熔斷器的選擇 16第7 章 配電裝置設(shè)計17第8 章 防雷保護設(shè)計18附錄第1 章 負荷計算18第1.1 節(jié) 主變壓器負荷計算 18第1.2 節(jié) 站用變壓器負荷計算 18第2 章 短路電流計算20第2.1 節(jié) 三相短路電流計算 21第2.2 節(jié) 站用變壓器低壓側(cè)短路電流計算 22第3 章 線路及變壓器最大長期工作電流計算25第3.1 節(jié) 線路最大長期工作電流計算 25第3.2 節(jié) 主變進線最大長期工作電流計算 25第4 章 電氣設(shè)備選擇及校驗計算26第4.1 節(jié) 高壓斷路器選擇及校驗 26第4.2 節(jié) 隔離開關(guān)選擇及校驗 28第4.3 節(jié) 電流互感器選擇及校驗 29第4.4 節(jié) 電壓互感器選擇及校驗 29第4.5 節(jié) 熔斷器選擇及校驗 29第4.6 節(jié) 母線選擇及校驗 29第5 章 防雷保護計算30110kV 變電站電氣一次部分設(shè)計圖紙 電氣主接圖31總結(jié)32參考文獻33致謝34前 言變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用，直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行。電氣主接線是變電站設(shè)計的首要任務(wù)，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。電氣主接線的擬訂接關(guān)系著全站電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。本次設(shè)計為110kV 變電站電氣一次部分初步設(shè)計，分為設(shè)計說明書、設(shè)計計算書、設(shè)計圖紙等三部分。所設(shè)計的內(nèi)容力求概念清楚，層次分明。本文是在教授的精心指導下完成的。在老師治學嚴謹、知識廣博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在畢業(yè)設(shè)計期間老師在設(shè)計的選題和設(shè)計思路上給了我很多的指導和幫助。老師循循善誘的教學方法、熱情待人的處事方式、一絲不茍的治學態(tài)度、對學生嚴格要求的敬業(yè)精神給我留下了很深的印象。在此，我對恩師表示最崇高的敬意和最誠摯的感謝！本文從主接線、短路電流計算、主要電氣設(shè)備選擇等幾方面對變電站設(shè)計進行了闡述，并繪制了電氣主接線圖、電氣總平面布置圖、站用電系統(tǒng)圖、防雷保護配置圖、各級電壓配電裝置斷面圖、直流系統(tǒng)圖等相關(guān)設(shè)計圖紙。由于本人水平有限，錯誤和不妥之處在所難免，敬請各位老師批評指正。第1 章 原始資料1.1 地區(qū)電網(wǎng)的特點所址地區(qū)海拔200米，地勢平坦，非強地震地區(qū)。年最高氣溫+40C，年最低氣溫-20C，年平均溫度+15C，最熱月平均最高溫+32C。最大覆冰厚度 b=10mm。最大風速25m/s,，屬于我國第六標準氣象區(qū)。線路從系統(tǒng)2（S2）110KV母線出發(fā)至變電所南墻止。全長10km。在距離系統(tǒng)2北墻0.25、5、8、9.98km處轉(zhuǎn)角、四次進入變電所。全線為黃土層地帶，地耐力2.4kg/cm，天然容重=2g/。內(nèi)摩擦角，土壤電阻率100cm，地下水位較低，水質(zhì)良好，無腐蝕性。土壤熱阻系數(shù)=120Ccm/wm。土溫20C。1.2 建站規(guī)模(1)變電站類型：110kV 變電工程(2)主變臺數(shù)：最終兩臺(要求第一期工程全部投入)(3)電壓等級：110kV、10kV(4)出線回數(shù)及傳輸容量110kV 出線4 回本變市已 15000kW 10 km LGJ120本變市甲 30000kW 10km LGJ150備用兩回10kV 出線14 回本變棉紡廠12500kW 3.5km本變棉紡廠2 1500kW 3.5km本變印染廠1 1500kW 4.5km 本變印染廠2 2000kW 4.5km本變毛紡廠2500kW 2.5km本變針織廠2500kW 1.5km本變柴油機廠12000KW 3Km本變柴油機廠22500KW 3km本變橡膠廠 1500KW 3km本變市區(qū)1 2500 KW 2km本變市區(qū)2 2500 KW 2km本變食品廠2000KW 1.5km備用二回1.3 電氣主接線建議110kV、10 kV 均采用單母線分段帶旁路接線，并考慮設(shè)置熔冰措施。1.5 短路阻抗(1)系統(tǒng)作無窮大電源考慮：X1max=0.05，X0max=0.04，X1min=0.1，X0min=0.05。(2)火電廠裝機容量為 37500kW， X d= 0.125 d X , 最大運行方式下,該火電廠只投入二臺機組,最小運行方式下,該火電廠三臺機組全部投入,并滿發(fā)。第2 章 電氣主接線設(shè)計電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電站、線路和用戶組成。變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。為滿足生產(chǎn)需要，變電站中安裝有各種電氣設(shè)備，并依照相應(yīng)的技術(shù)要求連接起來。把變壓器、斷路器等按預期生產(chǎn)流程連成的電路，稱為電氣主接線。電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)，故又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)。用規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號并按工作順序排列，詳細地表示電氣設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。第2.1 節(jié) 主接線的設(shè)計原則和要求主接線代表了變電站電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分，是變電站電氣設(shè)計的首要部分。它表明了變壓器、線路和斷路器等電氣設(shè)備的數(shù)量和連接方式及可能的運行方式，從而完成變電、輸配電的任務(wù)。它的設(shè)計，直接關(guān)系著全所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行。由于電能生產(chǎn)的特點是發(fā)電、變電、輸電和用電是在同一時刻完成的，所以主接線設(shè)計的好壞，也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。因此，主接線的設(shè)計是一個綜合性的問題。必須在滿足國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策的前提下，正確處理好各方面的關(guān)系，全面分析有關(guān)影響因素，力爭使其技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠。2.1.1 電氣主接線的設(shè)計原則電氣主接線的基本原則是以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標準為準繩，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術(shù)要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節(jié)省投資，就近取材，力爭設(shè)備元件和設(shè)計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。(1)接線方式：對于變電站的電氣接線，當能滿足運行要求時，其高壓側(cè)應(yīng)盡可能采用斷路器較少或不用斷路器的接線，如線路變壓器組或橋形接線等。若能滿足繼電保護要求時，也可采用線路分支接線。在110kV220kV 配電裝置中，當出線為2 回時，一般采用橋形接線；當出線不超過4 回時，一般采用分段單母線接線。在樞紐變電站中，當110220kV 出線在4 回及以上時，一般采用雙母接線。在大容量變電站中，為了限制610kV 出線上的短路電流，一般可采用下列措施：變壓器分列運行；在變壓器回路中裝置分裂電抗器或電抗器；采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器。出線上裝設(shè)電抗器。(2)主變壓器選擇主變壓器臺數(shù)：為保證供電可靠性，變電站一般裝設(shè)兩臺主變壓器。當只有一個電源或變電站可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源給重要負荷供電時，可裝設(shè)一臺。對于大型樞紐變電站，根據(jù)工程具體情況，當技術(shù)經(jīng)濟比較合理時，可裝設(shè)兩臺以上主變壓器。主變壓器容量：主變壓器容量應(yīng)根據(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。對裝設(shè)兩臺變壓器的變電站，每臺變壓器額定容量一般按下式選擇= 0.6PM 為變電站最大負荷。這樣，當一臺變壓器停用時，可保證對60%負荷的供電，考慮變壓器的事故過負荷能力40%，則可保證對84%負荷的供電。由于一般電網(wǎng)變電站大約有25%的非重要負荷，因此，采用= 0.6PM ，PM對變電站保證重要負荷來說多數(shù)是可行的。對于一、二級負荷比重大的變電站，應(yīng)能在一臺停用時，仍能保證對一、二級負荷的供電。主變壓器的型式：一般情況下采用三相式變壓器。具有三種電壓的變電站，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率均達到15%Sn 以上時，可采用三繞組變壓器。其中，當主網(wǎng)電壓為110220kV，而中壓網(wǎng)絡(luò)為35kV 時，由于中性點具有不同的接地形式，應(yīng)采用普通的三繞組變壓器；當主網(wǎng)電壓為220kV 及以上，中壓為110kV 及以上時，多采用自耦變壓器，以得到較大的經(jīng)濟效益。(3)斷路器的設(shè)置根據(jù)電氣接線方式，每回線路均應(yīng)設(shè)有相應(yīng)數(shù)量的斷路器，用以完成切、合電路任務(wù)。(4)為正確選擇接線和設(shè)備，必須進行逐年各級電壓最大最小有功和無功電力負荷的平衡。當缺乏足夠的資料時，可采用下列數(shù)據(jù)： 小負荷為最大負荷的6070%，如主要是農(nóng)業(yè)負荷時則宜取2030%； 負荷同時率取0.850.9，當饋線在三回以下且其中有特大負荷時，可取0.951；功率因數(shù)一般取0.8；線損平均取5%。2.1.2 設(shè)計主接線的基本要求在設(shè)計電氣主接線時，應(yīng)使其滿足供電可靠，運行靈活和經(jīng)濟等項基本要求。(1)可靠性：供電可靠是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，電氣主接線也必須滿足這個要求。在研究主接線時，應(yīng)全面地看待以下幾個問題：可靠性的客觀衡量標準是運行實踐，估價一個主接線的可靠性時，應(yīng)充分考慮長期積累的運行經(jīng)驗。我國現(xiàn)行設(shè)計技術(shù)規(guī)程中的各項規(guī)定，就是對運行實踐經(jīng)驗的總結(jié)。設(shè)計時應(yīng)予遵循。主接線的可靠性，是由其各組成元件（包括一次設(shè)備和二次設(shè)備）的可靠性的綜合。因此主接線設(shè)計，要同時考慮一次設(shè)備和二次設(shè)備的故障率及其對供電的影響。可靠性并不是絕對的，同樣的主接線對某所是可靠的，而對另一些所則可能還不夠可靠。因此，評價可靠性時，不能脫離變電站在系統(tǒng)中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接線可靠性時，均從以下幾方面考慮： 路器檢修時，能否不影響供電。線路、斷路器或母線故障時，以及母線檢修時，停運出線回路數(shù)的多少和停電時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。變電站全部停運的可能性。(2)靈活性：主接線的靈活性要求有以下幾方面。調(diào)度靈活，操作簡便：應(yīng)能靈活的投入（或切除）某些變壓器或線路，調(diào)配電源和負荷，能滿足系統(tǒng)在事故、檢修及特殊運行方式下的調(diào)度要求。檢修安全：應(yīng)能方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備，進行安全修而不影響電力網(wǎng)的正常運行及對用戶的供電。擴建方便：應(yīng)能容易的從初期過渡到最終接線，使在擴建過渡時，在不影響連續(xù)供電或停電時間最短的情況下，投入新裝變壓器或線路而不互相干擾，且一次和二次設(shè)備等所需的改造最少。(3)經(jīng)濟性：在滿足技術(shù)要求的前提下，做到經(jīng)濟合理。投資省：主接線應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備投資；要使控制、保護方式不過于復雜，以利于運行并節(jié)約二次設(shè)備和電纜投資；要適當限制短路電流，以選擇價格合理的電器設(shè)備；在終端或分支變電站中，應(yīng)推廣采用直降式（110/610kV）變壓器，以質(zhì)量可靠的簡易電器代替高壓斷路器。占地面積?。弘姎庵鹘泳€設(shè)計要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，以便節(jié)約用地和節(jié)省構(gòu)架、導線、絕緣子及安裝費用。在運輸條件許可的地方，都應(yīng)采用三相變壓器。電能損耗少：在變電站中，正常運行時，電能損耗主要來自變壓器。應(yīng)經(jīng)濟合理的選擇主變壓器的型式、容量和臺數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗。第2.2 節(jié) 主接線的設(shè)計步驟電氣主接線的具體設(shè)計步驟如下：(1)分析原始資料本工程情況 變電站類型，設(shè)計規(guī)劃容量（近期，遠景），主變臺數(shù)及容量等。電力系統(tǒng)情況 電力系統(tǒng)近期及遠景發(fā)展規(guī)劃（510 年），變電站在電力系統(tǒng)中的位置和作用，本期工程和遠景與電力系統(tǒng)連接方式以及各級電壓中性點接地方式等。負荷情況 負荷的性質(zhì)及其地理位置、輸電電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。環(huán)境條件 當?shù)氐臍鉁亍穸?、覆冰、污穢、風向、水文、地質(zhì)、海拔高度等因素，對主接線中電器的選擇和配電裝置的實施均有影響。設(shè)備制造情況 為使所設(shè)計的主接線具有可行性，必須對各主要電器的性能、制造能力和供貨情況、價格等資料匯集并分析比較，保證設(shè)計的先進性、經(jīng)濟性和可行性。(2)擬定主接線方案根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，在原始資料分析的基礎(chǔ)上，可擬定出若干個主接線方案。因為對出線回路數(shù)、電壓等級、變壓器臺數(shù)、容量以及母線結(jié)構(gòu)等考慮不同，會出現(xiàn)多種接線方案。應(yīng)依據(jù)對主接線的基本要求，結(jié)合最新技術(shù)，確定最優(yōu)的技術(shù)合理、經(jīng)濟可行的主接線方案。(3)短路電流計算對擬定的主接線，為了選擇合理的電器，需進行短路電流計算。(4)主要電器選擇包括高壓斷路器、隔離開關(guān)、母線等電器的選擇。(5)繪制電氣主接線圖將最終確定的主接線，按工程要求，繪制工程圖。第2.3 節(jié) 本變電站電氣主接線設(shè)計2.3.1 110kV 電壓側(cè)接線35110kV 變電所設(shè)計規(guī)范規(guī)定，35110kV 線路為兩回及以下時，宜采用橋形、線路變壓器組或線路分支接線。超過兩回時，宜采用擴大橋形、單母線或分段單母線的接線。3563kV 線路為8 回及以上時，亦可采用雙母線接線。110kV 線路為6 回其以上時，宜采用雙母線接線。在采用單母線、分段單母線或雙母線的35110kV 主接線中，當不允許停電檢修斷路器時，可設(shè)置旁路設(shè)施。本變電站110kV 線路有4回，可選擇雙母線接線或單母線分段接線兩種方案，如圖2.1 所示。方案一供電可靠、運行方式靈活，但是倒閘操作復雜，容易誤操作，占圖2.1 110kV 電壓側(cè)接線方案地面積大，設(shè)備多，投資大。方案二簡單清晰，操作方便，不易誤操作，設(shè)備少，投資小，占地面積小，但是運行可靠性和靈活性比方案一稍差。本變電站為地區(qū)性變電站，電網(wǎng)特點是水電站發(fā)電保證出力時能滿足地區(qū)負荷的需要，加上小火電，基本不需要外系統(tǒng)支援，電源主要集中在10kV 側(cè)，110kV 側(cè)是為提高經(jīng)濟效益及系統(tǒng)穩(wěn)定性而倒有一回線路與華中大電網(wǎng)聯(lián)系，采用方案二能夠滿足本變電站110kV 側(cè)對供電可靠性的要求，故選用投資小、節(jié)省占地面積的方案一。設(shè)置旁路設(shè)施的目的是為了減少在斷路器檢修時對用戶供電的影響。裝設(shè)SF6 斷路器時，因斷路器檢修周期可長達510 年甚至20 年，可以不設(shè)旁路設(shè)施。本變電站110kV 側(cè)采用SF6 斷路器，不設(shè)旁路母線。2.3.2 10kV 電壓側(cè)接線35110kV 變電所設(shè)計規(guī)范規(guī)定，當變電所裝有兩臺主變壓器時，610kV側(cè)宜采用分段單母線。線路為12 回及以上時，亦可采用雙母線。當不允許停電檢修斷路器時，可設(shè)置旁路設(shè)施。本變電站10kV 側(cè)線路為10 回，可采用雙母線接線或手車式高壓開關(guān)柜單母線分段接線兩種方案，如圖2.2 所示。方案一一般用于出線較多，輸送和穿越功率較大，供電可靠性和靈活性要求較高的場合，設(shè)備多，投資和占地面積大，配電裝置復雜,易誤操作。方案二簡單清晰，調(diào)度靈活，不會造成全站停電，能保證對重要用戶的供電，設(shè)備少，投資和占地小。手車式斷路器的出現(xiàn)和運行成功，斷路器檢修問題可不用復雜的旁路設(shè)施來解決，而用備用的手車斷路器來替代需要檢修的工作的手車斷路器。采用手車式高壓開關(guān)柜，可不設(shè)置旁路設(shè)施。圖 2.2 10kV 電壓側(cè)接線方案綜上所述,本變電站主接線如圖2.4 所示變電站低壓側(cè)未采用限流措施，待計算短路電流之后，再采用相應(yīng)的限流措施。最簡單的限制短路電流的方法是使變壓器低壓側(cè)分列運行。變壓器低壓側(cè)分列運行，限流效果顯著，是目前廣泛采用的限流措施。在變壓器回路中裝設(shè)電抗器或分裂電抗器用的很少，母線電抗器體積大、價格高且限流效果較小，出線上裝電抗器，投資最貴，且需造兩層配電裝置室，在變電站中應(yīng)盡量少用。2.3.3 站用變壓器低壓側(cè)接線站用電系統(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，站用變壓器低壓側(cè)接線采用單母線分段接線方式，平時分裂運行，以限制故障范圍，提高供電可靠性。380V 站用電母線可采用低壓斷路器（即自動空氣開關(guān)）或閘刀進行分段，并以低壓成套配電裝置供電。站用變壓器低壓側(cè)接線如圖2.3 所示。圖2.3 站用變壓器低壓側(cè)接線第3 章 變壓器選擇第3.1 節(jié) 主變壓器選擇在變電站中，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。35110kV 變電所設(shè)計規(guī)范規(guī)定，主變壓器的臺數(shù)和容量，應(yīng)根據(jù)地區(qū)供電條件、負荷性質(zhì)、用電容量和運行方式等條件綜合考慮確定。在有一、二級負荷的變電所中宜裝設(shè)兩臺主變壓器，當技術(shù)經(jīng)濟比較合理時，可裝設(shè)兩臺以上主變壓器。裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，當斷開一臺時，其余主變壓器的容量不應(yīng)小于60%的全部負荷，并應(yīng)保證用戶的一、二級負荷。具有三種電壓的變電所，如通過主變壓器各側(cè)線圈的功率均達到該變壓器容量的15%以上，主變壓器宜采用三線圈變壓器。主變壓器臺數(shù)和容量直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。由負荷計算（設(shè)計計算書第1 章）可知，本變電站遠景負荷為PM=32.95MVA，裝設(shè)兩臺主變壓器，每臺變壓器額定容量按下式選擇S N = 0.6 PM = 0.6 32.95 = 19.77MVA故可選擇兩臺型號為SSZ920000/110 的變壓器。20000/46700*100%=61.0%當一臺主變停運時，即使不考慮變壓器的事故過負荷能力，也能保證對61.0%的負荷供電。主變壓器參數(shù)如表3.1 所示。型 號額定容量(kVA)額定電壓(kV)空載電流( %)空載損耗(kW)負載損耗(kW)連接組標號高壓中壓低壓高-中高-低中-低高-中高-低中-低SSZ9-20000/1102000011038.510.50.525.21051128510.517.56.5YN,yn0,d11第3.2 節(jié) 站用變壓器選擇35110kV 變電所設(shè)計規(guī)范規(guī)定，在有兩臺及以上主變壓器的變電站中，宜裝設(shè)兩臺容量相同可互為備用的站用變壓器，分別接到母線的不同分段上。變電站的站用負荷，一般都比較小，其可靠性要求也不如發(fā)電廠那樣高。變電站的主要負荷是變壓器冷卻裝置、直流系統(tǒng)中的充電裝置和硅整流設(shè)備、油處理設(shè)備、檢修工具以及采暖、通風、照明、供水等。這些負荷容量都不太大，因此變電站的站用電壓只需0.4kV 一級，采用動力與照明混合供電方式。380V 站用電母線可采用低壓斷路器（即自動空氣開關(guān)）或閘刀進行分段，并以低壓成套配電裝置供電。本變電站計算站用容量為100kVA（設(shè)計計算書第1 章），選用兩臺型號為S9100/10 的變壓器，互為暗備用。10kV 級S9 系列三相油浸自冷式銅線變壓器，是全國統(tǒng)一設(shè)計的新產(chǎn)品，是我國國內(nèi)技術(shù)經(jīng)濟指標比較先進的銅線系列配電變壓器。站用變壓器參數(shù)如表3.2 所示。型號額定容量(kVA)額定電壓(kV)空載電流(%)損耗(W)阻抗電壓(%)連接組標號高壓低壓空載短路SSZ9-20000/110100100.41.629015004Y,yn0第4 章 短路電流計算第4.1 節(jié) 短路電流計算的目的在發(fā)電廠和變電站的電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。短路電流計算的目的主要有以下幾方面：(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。例如：計算某一時刻的短路電流有效值，用以校驗開關(guān)設(shè)備的開斷能力和確定電抗器的電抗值；計算短路后較長時間短路電流有效值，用以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定；計算短路電流沖擊值，用以校驗設(shè)備動穩(wěn)定。(3)在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導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)接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。第4.2 節(jié) 短路電流計算的一般規(guī)定驗算導體和電器時所用的短路電流，一般有以下規(guī)定：(1)計算的基本情況電力系統(tǒng)中所有電源都在額定負荷下運行； 步電機都具有自動調(diào)整勵磁裝置(包括強行勵磁)； 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間；所所有電源的電動勢相位角相同；正正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行；應(yīng)考慮對短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點的電弧電阻。對異步電動機的作用，僅在確定短路電流沖擊值和最大全電流有效值時才予以考慮。(2)接線方式計算短路電流時所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式（即最大運行方式），而不能用僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。(3)計算容量應(yīng)按本工程設(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（一般考慮本工程建成后510 年）。(4)短路種類一般按三相短路計算。若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統(tǒng)以及自耦變壓器等回路中的單相（或兩相）接地短路較三相短路情況嚴重時，則應(yīng)按嚴重情況進行校驗。(5)短路計算點在正常接線方式時，通過電器設(shè)備的短路電流為最大的地點，稱為短路計算點。對于帶電抗器的610kV 出線與廠用分支回路，在選擇母線至母線隔離開關(guān)之間的引線、套管時，短路計算點應(yīng)該取在電抗器前。選擇其余的導體和電器時，短路計算點一般取在電抗器后。第4.3 節(jié) 短路電流計算的步驟在工程設(shè)計中，短路電流的計算通常采用實用計算曲線法。其具體計算步驟如下：(1)繪制等值網(wǎng)絡(luò)。選取基準功率SB和基準電壓VB = Vav ；發(fā)電機電抗用d x ，略去網(wǎng)絡(luò)各元件的電阻、輸電線路的電容和變壓器的勵磁支路；無限大功率電源的內(nèi)電抗等于零；略去負荷。(2)進行網(wǎng)絡(luò)變換。按網(wǎng)絡(luò)變換的原則，將網(wǎng)絡(luò)中的電源合并成若干組，例如，共有g(shù) 組，每組用一個等值發(fā)電機代表。無限大功率電源（如果有的話）另成一組。求出各等值發(fā)電機對短路點的轉(zhuǎn)移電抗xfi (i= 1, 2,., g) 以及無限大功率電源對短路點的轉(zhuǎn)移電抗 xfs 。(3)將前面求出的轉(zhuǎn)移電抗按各相應(yīng)的等值發(fā)電機的容量進行歸算，便得到各等值發(fā)電機對短路點的計算電抗。 Xjsi= X fiS Ni/ S B(i= 1,2,., g)式中， SNi 為第i 臺等值發(fā)電機的額定容量，即由它所代表的那部分發(fā)電機的額定容量之和。(4)由 xjs1 ,xjs2 ， xjsg 分別根據(jù)適當?shù)挠嬎闱€找出指定時刻t 各等值發(fā)電機提供的短路周期電流標幺值 Ipt1* ， Ipt2* ， Ijsg 。(5)網(wǎng)絡(luò)中無限大功率電源供給的短路電流周期是不衰減的，并由下式確定Ips*=1/xfs(6)計算短路電流周期分量的有名值。第i 臺等值發(fā)電機提供的短路電流為IPt.I= IPt.I*INi= IPt.I*sNi/Vav無限大功率電源提供的短路電流為 Ips= IPs*IB= IPs*s/Vav 短路點周期電流的有名值為Ipt=IPt.I* sNi/Vav+ IPs*s/Vav 式中，Vav 應(yīng)取短路處電壓級的平均額定電壓；I Ni為歸算到短路處電壓級的第i 臺等值發(fā)電機的額定電流；I 為對應(yīng)于所選基準功率B S 在短路處電壓級的基準電流。(7)計算短路容量和短路電流沖擊值。(8)繪制短路電流計算結(jié)果表。第4.4 節(jié) 短路電流計算結(jié)果本變電站短路電流計算結(jié)果如下（計算過程見設(shè)計計算書第3 章）：三相短路電流計算電路圖及其等值網(wǎng)絡(luò)如圖4.1 所示。圖4.1 計算電路圖及其等值網(wǎng)絡(luò)當短路發(fā)生在3 f 點時，分變壓器低壓側(cè)并列運行和變壓器低壓側(cè)分列運行兩種情況進行計算，變壓器低壓側(cè)分列運行三相短路電流計算電路圖及其等值網(wǎng)絡(luò)如圖4.2 所示圖4.2 變壓器低壓側(cè)分列運行計算電路圖及其等值網(wǎng)絡(luò)短路點編號短路類型0s 短路電流周期分量有名值I (kA)2s 短路電流有名值I2(kA ) 4s 短路電流有名值I4(kA )短路電流沖擊值iSh (kA)短路全電流最大有效值I sh(kA)短路容量S(MVA)三相短路2.722.542.546.934.13518.21三相短路5.634.504.4614.368.55341.29三相短路12.010.59.7924.9614.88207.84三相短路7.777.037.1919.8111.81134.58三相短路電流計算結(jié)果見表4.1。注： f3 主變低壓側(cè)并列運行； F3 主變低壓側(cè)分列運行。第5 章 直流系統(tǒng)設(shè)計第5.1 節(jié) 直流系統(tǒng)概述在發(fā)電廠和變電所中，為了供給控制、保護、自動裝置、事故照明和汽機直流油泵等的用電，要求有可靠的直流電源，即使在發(fā)電廠或變電所完全停電的情況下也要求能保證上述負荷的可靠供電。直流控制負荷包括電氣和熱工系統(tǒng)的控制、信號、保護、自動裝置和某些執(zhí)行機構(gòu)，這些都是保證發(fā)電廠和變電站正常、安全運行的極為重要的負荷。直流控制電源，除為直流控制負荷供電外，還為一些動力負荷供電，例如大合閘電流的電磁操作機構(gòu)，事故照明裝置等，可見,直流控制電源系統(tǒng)兼有直流保安電源的功能，其工作的可靠性是極為重要的。蓄電池組構(gòu)成的直流控制電源系統(tǒng)，有很高的可靠性。整個蓄電池組故障造成停止供電的可能性極小。因為蓄電池組的故障，總是首先在個別電池中發(fā)生，而且其發(fā)展過程緩慢，易于及時發(fā)現(xiàn)和消除，不致波及整個蓄電池組。這種情況已為多年的、大量的蓄電池組的運行經(jīng)驗所證明。因此，就其可靠性而言，還沒有其他電源可以代替。但是,要保證蓄電池組構(gòu)成的直流控制電源系統(tǒng)能可靠地、不間斷地供電,蓄電池的正確使用和系統(tǒng)的合理設(shè)計是個關(guān)鍵。因此，在設(shè)計安裝和運行方面，都必須遵守一些基本要求，概括起來有以下幾點:(1)直流系統(tǒng)設(shè)計要簡單可靠，同時又要滿足運行靈活性的要求。為此，要正確運用經(jīng)過運行實踐考驗的典型設(shè)計和標準設(shè)計；(2)電池、充電器直流屏等設(shè)備，要選用可靠性高，性能良好、制造精致、符合各級制造標準、有運行經(jīng)驗或經(jīng)主管部門鑒定的產(chǎn)品；(3)直流屏的安裝環(huán)境條件，一定要符合設(shè)備的要求，特別是蓄電池的環(huán)境條件是否符合安全運行的要求尤為重要；(4)對新蓄電池組，要嚴格按現(xiàn)行規(guī)范和蓄電池的技術(shù)要求進行安裝及充放電工作；(5)運行的蓄電池組，要按規(guī)程定期檢查、正確充放電，及時消除一切不正?，F(xiàn)象，認真進行維護。第5.2 節(jié) 直流系統(tǒng)的電壓等級直流系統(tǒng)額定電壓一般采用220V 和110V；當采用弱電控制信號時，一般采用48V。電力工程中，直流系統(tǒng)電壓等級分為220、110、48、24V，常用的電壓等級為110V。一些弱電系統(tǒng)采用48V。具體介紹110V、220V 直流電壓如下：(1)220V 直流電壓以往我國發(fā)電廠和變電站大多數(shù)都采用單一的220V 電壓。采用220V 電壓可以選用較小的電纜截面積，節(jié)省有色金屬、降低電纜投資。(2)110V 直流電壓與220V 直流系統(tǒng)相比，110V 直流系統(tǒng)具有以下特點：所需的電池個數(shù)少,占地面積較小，安裝維護方便；絕緣水平低，系統(tǒng)中配備的中間繼電器線圈線徑較大，減少了線圈斷線和接地的故障機率；由于電壓水平低，從而降低了繼電器觸點斷開時產(chǎn)生的干擾電壓幅值，并減小了對電子元件構(gòu)成的保護和自動裝置的干擾；由于電壓水平低，使得直流負荷電流成倍增加，從而使所需電纜截面相應(yīng)增大。應(yīng)此，通常在負荷電流較小、供電距離較短的控制信號和保護用電源中才推薦采用110V 電壓。對相同容量的負荷，110V 所需的蓄電池容量與220V 相比，約增加一倍。權(quán)衡利弊，直流系統(tǒng)額定電壓宜按下列要求確定：控制負荷專用蓄電池組的電壓采用110V；控制負荷、動力負荷和直流事故照明負荷專用蓄電池組的電壓采用220V 或110V；當采用弱電控制或信號時，裝設(shè)較低電壓等級的專用蓄電池組。第5.3 節(jié) 直流系統(tǒng)的接線方式(1)單母接線特點：接線簡單、可靠。由于浮充電接在直流母線上，所以當蓄電池回路開關(guān)被誤斷時，直流母線不致失電。適用范圍：適用于設(shè)有一組蓄電池，兩套充電裝置的變電站和小型發(fā)電廠。(2)單母分段接線特點：充電器和浮充電器分別接到兩段母線上，蓄電池組接在一段母線上。直流負荷雙回電源分別接至不同的分段上，以提高供電可靠性。接線較單母線復雜，但靈活性好；適用范圍：適用于設(shè)有一組蓄電池和兩套充電裝置的大型變電站或機組較多的小型發(fā)電廠。第5.4 節(jié) 本變電站直流系統(tǒng)的設(shè)計本設(shè)計直流電源采用220kV 電壓等級單母線接線方式。選用PZ61 直流屏。直流系統(tǒng)接線圖參見圖02 電力-畢業(yè)設(shè)計-9，直流屏正面布置圖參見圖02 電力-畢業(yè)設(shè)計-8。用于完成交直流轉(zhuǎn)換、電源進線饋電、自動檢測、信號報警等多種功能，并將有關(guān)直流電源操作、保護、檢測等設(shè)備組裝在相應(yīng)屏、柜內(nèi)，以實現(xiàn)預期功能的直流設(shè)備的總稱叫直流屏(柜)。PZ61 新型直流屏是近幾年由電力規(guī)劃設(shè)計總院組織電力設(shè)計部門吸收國外技術(shù)，總結(jié)國內(nèi)經(jīng)驗，根據(jù)我國規(guī)程和標準的要求設(shè)計制造的一種新型直流屏。110kV 及以下電壓的變電站，直流屏可布置在與蓄電池毗鄰的房間內(nèi)，也可布置在控制室內(nèi)。本站直流屏布置在控制室內(nèi)。第6 章 高壓電器設(shè)備選擇第6.1 節(jié) 電器選擇的一般條件電器選擇是發(fā)電廠和變電站電氣設(shè)計的主要內(nèi)容之一。正確的選擇電器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。在進行電器選擇時，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。電器要能可靠的工作，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。(1)按正常工作條件選擇電器額定電壓和最高工作電壓在選擇電器時，一般可按照電器的額定電壓N U 不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓UNS 的條件選擇，即UN UNS額定電流電器的額定電流N I 是指在額定周圍環(huán)境溫度0 下，電器的長期允許電流。IN 應(yīng)不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流 IMaX ，即I N IMaX按當?shù)丨h(huán)境條件校核在選擇電器時，還應(yīng)考慮電器安裝地點的環(huán)境（尤其是小環(huán)境）條件當氣溫、風速、污穢等級、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件超過一般電器使用條件是，應(yīng)采取措施。(2)按短路情況校驗短路熱穩(wěn)定校驗短路電流通過電器時，電器各部件溫度應(yīng)不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定的條件為I t Q式中 QK 短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)； It 、t 電器允許通過的熱穩(wěn)定電流和時間。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(yīng)的能力，亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為 ies ish或 Ies Ish式中 ish 、 Ish 短路沖擊電流幅值及其有效值； ies 、 Ish 電器允許通過的動穩(wěn)定電流的幅值及其有效值。下列幾種情況可不校驗熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定：1)熔斷器保護的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證，故可不驗算熱穩(wěn)定。2)采用有限流電阻的熔斷器保護的設(shè)備，可不校驗動穩(wěn)定。3)裝設(shè)在電壓互感器回路中的裸導體和電器可不驗算動、熱穩(wěn)定。短路電流計算的條件為使電器具有足夠的可靠性、經(jīng)濟性和合理性，并在一定時期內(nèi)適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，作驗算用的短路電流應(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，并考慮電力系統(tǒng)遠景發(fā)展規(guī)劃（一般為本工程建成后510 年）；其接線應(yīng)采用可能發(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 一般按三相短路驗算，若其它種類短路較三相短路嚴重時，則應(yīng)按最嚴重的情況驗算。3)計算短路點 選擇通過電器的短路電流為最大的那些點為短路計算點。短路計算時間校驗電器的熱穩(wěn)定和開斷能力時，還必須合理的確定短路計算時間。驗算熱穩(wěn)定的計算時間 tk 為繼電保護動作時間 tpr 和相應(yīng)斷路器的全開斷時間 tab 之和，即 tk = tpr + tab而 tab = tin + ta式中tab 斷路器全開斷時間；tpr 后備保護動作時間；tin 斷路器固有分閘時間； ta 斷路器開斷時電弧持續(xù)時間。開斷電器應(yīng)能在最嚴重的情況下開斷短路電流，故電器的開斷計算時間 tbr 應(yīng)為主保護時間 tpr1 和斷路器固有分閘時間之和，即tbr = tpr1 + 1in第6.2 節(jié) 高壓斷路器的選擇高壓斷路器的主要功能是：正常運行時，用它來倒換運行方式，把設(shè)備或線路接入電路或退出運行，起著控制作用；當設(shè)備或線路發(fā)生故障時，能快速切除故障回路、保證無故障部分正常運行，能起保護作用。高壓斷路器是開關(guān)電器中最為完善的一種設(shè)備。其最大特點是能斷開電路中負荷電流和短路電流。本變電站高壓斷路器選擇如下（選擇和校驗計算見計算書第4 章）：(1)110kV 線路側(cè)及變壓器側(cè)：選擇LW11-110 型SF6 戶外斷路器。計算數(shù)據(jù)LW11110UNS110KVUN40.5KVImax206.7AIN1600AI”2.72KAINbr31.5KAish6.93KAInc180KAQK6.53KA*SI*It*T3969KA*Sish6.93KAies80KA(2)10kV 線路側(cè)：選擇KYN28A-12(Z)/1250-31.5 型高壓開關(guān)柜。計算數(shù)據(jù)KNY28A12(Z)125031.5UNS10KVUN12KVImax189.4AIN1250AI”12.0KAINbr31.5KAish24.96KAInc180KAQK111.86KA*SI*It*T3969KA*Sish24.96KAies80KA(3)10kV 變壓器側(cè)：選擇KYN28A-12(Z)/2000-31.5 型高壓開關(guān)柜。計算數(shù)據(jù)KNY28A12(Z)125031.5UNS10KVUN12KVImax1212.47AIN2000AI”12.0KAINbr31.5KAish24.96KAInc180KAQK111.86KA*SI*It*T3969KA*Sish24.96KAies80KA第6.3 節(jié) 隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)也是變電站中常用的電器，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。6.3.1 隔離開關(guān)的主要用途：(1)隔離電壓 在檢修電氣設(shè)備時，用隔離開關(guān)將被檢修的設(shè)備與電源電壓隔離，以確保檢修的安全。(2)倒閘操作 投入備用母線或旁路母線以及改變運行方式時，常用隔離開關(guān)配合斷路器，協(xié)同操作來完成。(3)分、合小電流 因隔離開關(guān)具有一定的分、合小電感電流和電容電流的能力，故一般可用來進行以下操作：分、合避雷器、電壓互感器和空載母線；分、合勵磁電流不超過2A 的空載變壓器；關(guān)合電容電流不超過5A 的空載線路。6.3.2 本變電站隔離開關(guān)的選擇110kV：選擇GW5-110/1000-80計算數(shù)據(jù)KNY28A12(Z)125031.5UNS110KVUN110KVImax206.7AIN1000AQK6.53KA*SI*It*T2311KA*Sish6.93KAies80KA第6.4 節(jié) 電流互感器的選擇互感器（包括電流互感器TA 和電壓互感器TV）是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件，用以分別向測量儀表、繼電器的電流