[華電成人]220KV變電站電氣一次部分初步設(shè)計(jì)

1、220KV變電站電氣一次部分初步設(shè)計(jì)摘要隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)的迅速崛起，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來(lái)越全面、系統(tǒng)，工廠用電量迅速增長(zhǎng)，對(duì)電能質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況、供電的可靠性指標(biāo)也日益提高，因此對(duì)供電設(shè)計(jì)也有了更高、更完善的要求。變電站對(duì)電力的生產(chǎn)和分配起到了舉足輕重的作用，是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，作為電能輸送與控制的樞紐，設(shè)計(jì)是否合理，不僅直接影響了基建投資、運(yùn)行費(fèi)用和有色金屬的消耗量，也會(huì)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)。本設(shè)計(jì)主要介紹了220KV變電站電氣部分的設(shè)計(jì)。首先對(duì)原始資料進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)主接線

2、形式，選擇主變壓器的臺(tái)數(shù)及容量，綜合比較各種接線方式的特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)技術(shù)要求選擇兩種較其它方案可靠的主接線方案；再對(duì)兩種方案進(jìn)行全面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，確定最優(yōu)的主接線方案；然后進(jìn)行短路電流計(jì)算，為設(shè)計(jì)中需要的高壓電氣設(shè)備的選擇、整定、校驗(yàn)等方面做準(zhǔn)備；繼而進(jìn)行主要電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)，最后進(jìn)行配電裝置設(shè)計(jì)，防雷保護(hù)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：變電站、主變壓器、短路計(jì)算、設(shè)備選擇、配電裝置。目錄摘要.I前言.1第一章 電氣主接線設(shè)計(jì).21.1 主接線設(shè)計(jì)要求.21.2 主接線接線方式概述.31.3 主接線設(shè)計(jì).6第二章 主變壓器選擇.102.1 主變壓器的選擇原則.102.2 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇.102.

3、3 主變壓器容量的選擇.102.4 主變壓器型式的選擇.112.5 繞組數(shù)量和連接形式的選擇.112.6 主變壓器選擇結(jié)果.12第三章 方案最終確定.133.1 主接線初步確定.133.2 主接線方案的最終確定.13第四章 短路電流計(jì)算.154.1 概述.154.2 短路電流計(jì)算目的.154.3 短路電流計(jì)算基本假設(shè).154.4 各元件電抗標(biāo)么值計(jì)算.164.5 短路電流計(jì)算過(guò)程.164.5.1 220KV側(cè)短路計(jì)算.174.5.2 110KV側(cè)短路計(jì)算.184.5.3 10KV側(cè)短路計(jì)算.18第五章 主要電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn).225.1 概述.225.2 各回路持續(xù)工作電流計(jì)算.235.3 斷

4、路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇與校驗(yàn).245.3.1 電抗器的選擇與校驗(yàn).255.3.2 斷路器的選擇與校驗(yàn).265.3.3 隔離開(kāi)關(guān)的選擇與校驗(yàn).285.4 電流互感器選擇與校驗(yàn).295.4.1 電流互感器的選擇.305.4.2 電流互感器的校驗(yàn).315.5 電壓互感器選擇.325.6 導(dǎo)體的選擇與校驗(yàn).335.6.1 導(dǎo)體的選擇.355.6.2 導(dǎo)體的校驗(yàn).365.7 避雷器的選擇與校驗(yàn).385.7.1 避雷器的選擇.395.7.2 避雷器的校驗(yàn).39第六章 電氣總平面布置及配電裝置的選擇.416.1 概述.416.1.1 配電裝置特點(diǎn).416.1.2 配電裝置類型及應(yīng)用.416.2 配電裝置的確定

5、.426.3 電氣總平面布置.426.3.1 電氣總平面布置的要求.426.3.2 電氣總平面布置.43第七章 防雷裝置保護(hù).447.1 防雷保護(hù)的必要性.447.2 變電站防雷保護(hù)內(nèi)容.447.3 避雷針的配置.447.3.1 避雷針的配置原則.447.3.2 避雷針位置的確定.447.4 避雷針保護(hù)范圍計(jì)算.457.4.1 避雷針定位及定距.457.4.2 單根避雷針的保護(hù)范圍計(jì)算.467.4.3 多根避雷針的保護(hù)范圍計(jì)算.46第八章 結(jié)束語(yǔ).48致謝.49參考文獻(xiàn).50附錄.51前言本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是變電站電氣部分設(shè)計(jì)，是電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生在校期間的最后一次綜合性訓(xùn)練，它將

6、從思維、理論以及動(dòng)手能力方面給予我們嚴(yán)格的要求，使我們的綜合能力有一個(gè)整體的提高。其不但使我們鞏固了課程中學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，還使我們了解、熟悉了國(guó)家能源開(kāi)發(fā)策略和有關(guān)的技術(shù)規(guī)程、規(guī)定、導(dǎo)則以及各種圖形、符號(hào)，充分培養(yǎng)了我們的獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力，以及綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)的基本技能，將為我們以后的學(xué)習(xí)、工作打下良好的基礎(chǔ)。電力是能源工業(yè)、基礎(chǔ)工業(yè)，在國(guó)家建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)十分重要的地位，是實(shí)現(xiàn)國(guó)家現(xiàn)代化的戰(zhàn)略重點(diǎn)。電能也是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是一種無(wú)形的、不能大量存儲(chǔ)的二次能源。電能的發(fā)、變、送、配和用電，幾乎是在同時(shí)瞬間完成的，須隨時(shí)保持功率平衡。要滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，

7、電力工業(yè)必須超前發(fā)展，這是世界發(fā)展規(guī)律。因此，做好電力規(guī)劃，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，就尤為重要。而變電站在改變或調(diào)整電壓等方面在電力系統(tǒng)中起著重要的作用。它承擔(dān)著變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的責(zé)任。220KV 變電站電氣部分設(shè)計(jì)使我們對(duì)變電站有了一個(gè)整體的了解。該設(shè)計(jì)包括以下任務(wù)：1）主接線的設(shè)計(jì) 2）主變壓器的選擇 3）最優(yōu)方案的選擇 4）短路計(jì)算 5）導(dǎo)體和電氣設(shè)備的選擇 6）配電裝置設(shè)計(jì) 7）防雷保護(hù)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)書在設(shè)計(jì)過(guò)程中匯集了大量的資料，由于水平有限，設(shè)計(jì)中不免有疏漏不足之處，懇求老師批評(píng)指正！謝謝！第一章 電氣主接線設(shè)計(jì)1.1主接線設(shè)計(jì)要求電氣主接線又稱為電氣一次接線

8、，它是將電氣設(shè)備以規(guī)定的圖形和文字符號(hào)，按電能生產(chǎn)、傳輸、分配順序及相關(guān)要求繪制的單相接線圖。主接線代表了變電站高電壓、大電流的電器部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。它直接影響電力生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性、靈活性，同時(shí)對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和控制方式等諸多方面都有決定性的關(guān)系。因此，主接線設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的充分論證比較，綜合考慮各個(gè)方面的影響因素，最終得到實(shí)際工程確認(rèn)的最終方案。電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求，概況地說(shuō)應(yīng)包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三方面。1.可靠性安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求，而且也是電力生產(chǎn)和分配的首要要求

9、。主接線可靠性的基本要求通常包括以下幾個(gè)方面。(1)斷路器檢修時(shí)，不宜影響對(duì)系統(tǒng)供電。(2)線路、斷路器或母線故障時(shí)，以及母線或母線隔離開(kāi)關(guān)檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)出線回路數(shù)和停電時(shí)間，并能保證對(duì)全部I類及全部或大部分II類用戶的供電。(3)盡量避免變電站全部停電的可能性。(4)大型機(jī)組突然停運(yùn)時(shí)，不應(yīng)危及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。2.靈活性電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個(gè)方面。(1)操作的方便性。電氣主接線應(yīng)該在服從可靠性的基本要求條件下，接線簡(jiǎn)單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運(yùn)行人員掌握，不至在操作過(guò)程中出差錯(cuò)。(2)調(diào)度的方便性?？梢造`活地操

10、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。(3)擴(kuò)建的方便性。可以容易地從初期過(guò)渡到其最終接線，使在擴(kuò)建過(guò)渡時(shí)，無(wú)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(jì)性主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理。(1)投資省。主接線應(yīng)簡(jiǎn)單清晰，并要適當(dāng)采用限制短路電流的措施，以節(jié)省開(kāi)關(guān)電器數(shù)量、選用價(jià)廉的電器或輕型電器，以便降低投資。(2)占地面積小。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(fèi)用。在不受運(yùn)輸條件許可，都采用三相變壓器，以簡(jiǎn)化布置。(3)電能損失少。在變電站中，電能損耗主要

11、來(lái)自于變壓器，應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理的選擇變壓器的型式、容量和臺(tái)數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗。1.2主接線接線方式概述主接線的基本接線形式就是主要電氣設(shè)備常用的幾種連接方式，以電源和出線為主體，在進(jìn)出線路多時(shí)（一般超過(guò)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(jiǎn)單清晰、運(yùn)行方便，有利于安裝和擴(kuò)建。而與有母線的接線相比，無(wú)匯流母線的接線使用開(kāi)關(guān)電器較少，配電裝置占地面積較小，通常用于進(jìn)出線回路少，不再擴(kuò)建和發(fā)展的變電站。有匯流母線的接線形式概括的可分為單母線接線和雙母線接線兩大類；無(wú)匯流母線的接線形式主要有橋形接線、角形接線和單元接線。1.單母線接線單母線接線供電電源在變電站是變壓器

12、或高壓進(jìn)線回路。母線既可保證電源并列工作，又能使任一條出線都可以從任一個(gè)電源獲得電能。各出線回路輸入功率不一定相等，應(yīng)盡可能使負(fù)荷均衡地分配在各出線上，以減少功率在母線上的傳輸。單母接線的優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單，操作方便、設(shè)備少、經(jīng)濟(jì)性好，并且母線便于向兩端延伸，擴(kuò)建方便。缺點(diǎn)：(1)可靠性差。母線或母線隔離開(kāi)關(guān)檢修或故障時(shí)，所有回路都要停止工作，也就成了全廠或全站長(zhǎng)期停電。(2)調(diào)度不方便，電源只能并列運(yùn)行，不能分列運(yùn)行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時(shí)，有較大的短路電流。單母接線適用于：110220KV配電裝置的出線回路數(shù)不超過(guò)兩回，3563KV配電裝置的出線回路數(shù)不超過(guò)3回，610KV配電裝置的出線回路數(shù)不

13、超過(guò)5回。故220KV可采用單母接線。2.單母分段接線單母線用分段斷路器進(jìn)行分段，可以提高供電可靠性和靈活性；對(duì)重要用戶可以從不同段引出兩回饋電線路，由兩個(gè)電源供電；當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動(dòng)將用戶停電；兩段母線同時(shí)故障的幾率甚小，可以不予考慮。但是，一段母線或母線隔離開(kāi)關(guān)故障或檢修時(shí)，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(shí)，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越，擴(kuò)建時(shí)須向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。單母分段適用于：110220KV配電裝置的出線回路數(shù)為34回，3563KV配電裝置的出線回路數(shù)為48回，610KV配電裝置的出線為6回及以上。故110KV和10KV可采用單母分段接線。3. 單母線分

14、段帶旁路母線的接線單母線分段斷路器帶有專用旁路斷路器母線接線極大地提高了可靠性，但這增加了一臺(tái)旁路斷路器，大大增加了投資。適用于進(jìn)出線不多、容量不大的中小型電壓等級(jí)為35110KV的變電所較為實(shí)用，具有足夠的可靠性和靈活性。故110KV可采用單母線分段帶旁路接線，因出線為4回，可采用旁路斷路器兼做分段斷路器的接線。220KV也可采用此接線。4.雙母線接線雙母接線有兩種母線，并且可以互為備用。每一個(gè)電源和出線的回路，都裝有一臺(tái)斷路器，有兩組母線隔離開(kāi)關(guān)，可分別與兩組母線接線連接。兩組母線之間的聯(lián)絡(luò)，通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)有：供電可靠、調(diào)度靈活、擴(kuò)建方便等特點(diǎn)。由于雙母線有較高的可靠性，

15、廣泛用于：出線帶電抗器的610KV 配電裝置；3560KV 出線數(shù)超過(guò)8 回，或連接電源較大、負(fù)荷較大時(shí)；110220KV 出線數(shù)為5 回及以上時(shí)。故10KV出線帶電抗器可采用雙母線接線,110KV、220KV也可以采用雙母線接線。5.雙母線分段接線為了縮小母線故障的停電范圍，可采用雙母分段接線，用分段斷路器將工作母線分為兩段，每段工作母線用各自的母聯(lián)斷路器與備用母線相連，電源和出線回路均勻地分布在兩段工作母線上。雙母接線分段接線比雙母接線的可靠性更高，當(dāng)一段工作母線發(fā)生故障后，在繼電保護(hù)作用下，分段斷路器先自動(dòng)跳開(kāi)，而后將故障段母線所連的電源回路的斷路器跳開(kāi)，該段母線所連的出線回路停電；隨后

16、，將故障段母線所連的電源回路和出線回路切換到備用母線上，即可恢復(fù)供電。這樣，只是部分短時(shí)停電，而不必短期停電。雙母線分段接線被廣泛用于發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)電壓配置中，同時(shí)在220550KV 大容量配電裝置中，不僅常采用雙母分段接線，也有采用雙母線分四段接線的。6.雙母線帶旁路母線的接線雙母線可以帶旁路母線，用旁路斷路器替代檢修中的回路斷路器工作，使該回路不致停電。這樣多裝了價(jià)高的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)，增加了投資，然而這對(duì)于接于旁路母線的線路回?cái)?shù)較多，并且對(duì)供電可靠性有特殊需要的場(chǎng)合是十分必要的。7.橋型接線當(dāng)只有兩臺(tái)變壓器和兩條輸電線路時(shí)，采用橋行接線，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

17、線：適合于輸電線路較長(zhǎng)，故障機(jī)率較多而變壓器又不需經(jīng)常切除，采用內(nèi)橋式接線。當(dāng)變壓器故障時(shí)，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。當(dāng)線路故障時(shí)需停相應(yīng)的變壓器。所以，橋式接線雖然有使用斷路器少、布置簡(jiǎn)單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但是可靠性較差。故220KV的系統(tǒng)可以采用外橋接線，因一般都有穿越功率。8.角形接線多角形接線的各斷路器互相連接而成閉合的環(huán)形，是單環(huán)形接線。為減少因斷路器檢修而開(kāi)環(huán)運(yùn)行的時(shí)間，保證角形接線運(yùn)行可靠性，以采用35角形為宜。優(yōu)點(diǎn)是：投資省，占地面積少，接線成閉合環(huán)形，可靠性靈活性較高。缺點(diǎn)是：任一臺(tái)斷路器檢修，都成

18、開(kāi)環(huán)運(yùn)行，從而降低了接線的可靠性，不易于擴(kuò)建等。適用于：回路數(shù)較少且能一次建成、不需要再擴(kuò)建的110KV及以上的配電裝置中。故110KV和220KV可采用角形接線。9.單元接線變壓器線路單元接線最簡(jiǎn)單、設(shè)備最少，不需高壓配電裝置，但線路故障或檢修時(shí)，變壓器停運(yùn)，變壓器故障或檢修時(shí)，線路停運(yùn)。適用于只有一臺(tái)變壓器和一回線路時(shí)，故不采用。1.3主接線設(shè)計(jì)結(jié)合原始資料所提供的數(shù)據(jù)，權(quán)衡各種接線方式的優(yōu)缺點(diǎn)，將各電壓等級(jí)使用的主接線方式列出：1.220KV只有2回進(jìn)線，且為降壓變電所，有穿越功率，從可靠性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)定，適用的接線方式為單母線接線、單母線分段帶旁路接線（因進(jìn)線數(shù)不足5回，裝設(shè)旁路斷路器兼

19、作分段斷路器）、雙母線接線、橋形接線和角形接線。2.110KV有4回出線，適用的接線形式為單母分段接線、單母分段帶旁路接線（因進(jìn)線數(shù)不足5回，裝設(shè)旁路斷路器兼作分段斷路器）、雙母線接線、角形接線。3.10KV有10回出線，帶電抗器限制短路電流，適用的接線形式為雙母接線和雙母線分段接線。據(jù)此，擬定五種主接線方案：方案I:220KV采用雙母線接線，110KV采用單母線分段帶旁路接線，10KV采用雙母線分段接線。方案II：220KV采用單母線分段帶旁路接線，110KV采用單母線分段帶旁路接線，10KV采用雙母線接線。方案III：220KV采用橋形接線，110KV采用單母線分段帶旁路接線，10KV采用

20、雙母線分段接線。方案IV：220KV采用橋形接線，110KV采用單母線分段接線，10KV采用雙母線接線。方案V：220KV采用角形接線，110KV采用單母線分段帶旁路接線，10KV采用雙母線分段接線。方案IV的接線圖設(shè)計(jì)如下：方案I: 圖11方案II： 圖12方案III： 圖13方案IV： 圖14方案V： 圖15第二章 主變壓器選擇在發(fā)電廠和變電站中，用來(lái)向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器；用于兩種電壓等級(jí)之間交換功率的變壓器，稱為聯(lián)絡(luò)變壓器；只供本所（廠）用的變壓器，稱為站（所）用變壓器或自用變壓器。本章是對(duì)變電站主變壓器的選擇。2.1主變壓器的選擇原則1.主變?nèi)萘恳话惆醋冸娝?/p>

21、成后 510 年的規(guī)劃負(fù)荷來(lái)進(jìn)行選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期1020 年的負(fù)荷發(fā)展。2.根據(jù)變電所所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)確定主變的容量。對(duì)于有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)考慮一臺(tái)主變停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量在計(jì)及過(guò)負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，保證用戶的級(jí)和級(jí)負(fù)荷，對(duì)于一般變電所，當(dāng)一臺(tái)主變停運(yùn)時(shí)，其他變壓器容量應(yīng)能保證全部負(fù)荷的70%80%。3.為了保證供電可靠性，變電所一般裝設(shè)兩臺(tái)主變，有條件的應(yīng)考慮設(shè)三臺(tái)主變的可能性。2.2主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇1.對(duì)大城市郊區(qū)的一次變電所，在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電所以裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器為宜。2.對(duì)地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮裝設(shè)三臺(tái)主變

22、壓器的可能性。3.對(duì)于規(guī)劃只裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的變電所，以便負(fù)荷發(fā)展時(shí)，更換變壓器的容量。2.3主變壓器容量的選擇1.主變壓器容量一般按變電所建成后510 年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期1020 年的負(fù)荷發(fā)展。對(duì)于城郊變電所，主變壓器容量應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。2.根據(jù)變電所所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)確定主變壓器的容量。對(duì)于有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量在計(jì)其過(guò)負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷；對(duì)一般性變電所，當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量應(yīng)能保證全部負(fù)荷的70%80%。3.同級(jí)電壓的單臺(tái)降壓變壓器容量的級(jí)別不宜太多。應(yīng)從全網(wǎng)出發(fā)，推行系列化、

23、標(biāo)準(zhǔn)化。110KV電壓等級(jí)最大負(fù)荷200MW, cos=0.90； 10KV電壓等級(jí)最大負(fù)荷32MW, cos=0.85；I、II類負(fù)荷按占70%計(jì)算，一臺(tái)故障時(shí)，另一臺(tái)過(guò)負(fù)荷30%。故容量確定為：2.4主變壓器型式的選擇選擇主變壓器，需考慮如下原則：1.當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時(shí)，在330KV 及以下的發(fā)電廠和變電站，均應(yīng)選用三相變壓器。2.當(dāng)發(fā)電廠與系統(tǒng)連接的電壓為500KV 時(shí)，已經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，確定選用三相變壓器、兩臺(tái)50%容量三相變壓器或單相變壓器組。對(duì)于單機(jī)容量為300MW、并直接升到500KV的，宜選用三相變壓器。3.對(duì)于500KV 變電所，除需考慮運(yùn)輸條件外，尚應(yīng)根據(jù)所供負(fù)荷和系統(tǒng)

24、情況，分析一臺(tái)（或一組）變壓器故障或停電檢修時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響。尤其在建所初期，若主變壓器為一組時(shí)，當(dāng)一臺(tái)單相變壓器故障，會(huì)使整組變壓器退出，造成全網(wǎng)停電；如用總?cè)萘肯嗤亩嗯_(tái)三相變壓器，則不會(huì)造成所停電。為此要經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)論證，來(lái)確定選用單相變壓器還是三相變壓器。在發(fā)電廠或變電站還要根據(jù)可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等，確定是否需要備用相。2.5繞組數(shù)量和連接形式的選擇具有三種電壓等級(jí)的變電所，如各側(cè)的功率均達(dá)到主變壓器額定容量的15%以上，或低壓側(cè)雖無(wú)負(fù)荷，但需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，主變壓器一般選用三繞組變壓器。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。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只要有

25、丫和，高、中、低三側(cè)繞組如何結(jié)合要根據(jù)具體工作來(lái)確定。我國(guó)110KV 及以上電壓，變壓器繞組多采用丫連接；35KV亦采用丫連接，其中性點(diǎn)多通過(guò)消弧線圈接地。35KV 以下電壓，變壓器繞組多采用連接。由于35KV 采用丫連接方式，與220、110 系統(tǒng)的線電壓相位角為0，這樣當(dāng)變壓變比為220/110/35KV，高、中壓為自耦連接時(shí)，否則就不能與現(xiàn)有35KV 系統(tǒng)并網(wǎng)。因而就出現(xiàn)所謂三個(gè)或兩個(gè)繞組全星接線的變壓器，全國(guó)投運(yùn)這類變壓器約4050 臺(tái)。2.6主變壓器選擇結(jié)果查電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)：電氣一次部分，選定變壓器的容量為150MVA。由于降壓變壓器有兩個(gè)電壓等級(jí)，所以這里選擇三繞組變壓器，查

26、設(shè)計(jì)手冊(cè)選定主變型號(hào)為：。主要技術(shù)參數(shù)如下：額定容量：150000（KVA）額定電壓：高壓242 ；中壓121； 低壓10.5（KV）連接組標(biāo)號(hào)：YN/yn0/d11空載損耗：123.1(KW)短路損耗：高中：510；高低：165；中低：227（KW）阻抗電壓（%）：高中：24.4；高低：14.1；中低：8.3空載電流（%）：1.0電抗標(biāo)么值：高中：0.1630；高低：0.0940；中低：0.0553綜合投資：104.36（萬(wàn)元）所以一次性選擇兩臺(tái) 型變壓器為主變。第三章 方案最終確定3.1主接線初步確定5種方案均采用三相三繞組變壓器，對(duì)5種方案進(jìn)行技術(shù)比較如下表31：表 31 主接線方案比較

27、表 項(xiàng)目方案可靠性靈活性方案I:220KV雙母線接線，110KV單母線分段帶旁路接線，10KV雙母線分段接線。1.220KV 接線簡(jiǎn)單，設(shè)備本身故障率少；2.故障時(shí)，能盡快恢復(fù)供電。1.220KV 運(yùn)行方式相對(duì)簡(jiǎn)單，靈活性差；2.各種電壓級(jí)接線都便于擴(kuò)建和發(fā)展。方案II：220KV單母線分段帶旁路接線，110KV單母線分段帶旁路接線，10KV雙母線接線。1.可靠性較高；2.有兩臺(tái)主變壓器工作，保證了在變壓器檢修或故障時(shí)，不致使該側(cè)不停電，提高了可靠性。1.各電壓級(jí)接線方式靈活性都好；2.220KV和110KV 電壓級(jí)接線易于擴(kuò)建和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。方案III：220KV橋形接線，110KV單母線分段

28、帶旁路接線，10KV雙母線分段接線。1.220KV接線可靠性較差。2.110KV和10KV接線可靠性較高，故障時(shí)停電范圍小。1.220KV接線不易擴(kuò)建；2.110KV側(cè)易于擴(kuò)建實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。方案IV：220KV橋形接線，110KV單母線分段接線，10KV雙母線接線。1.220KV接線可靠性較差。2.110KV和10KV接線可靠性較差，故障時(shí)停電范圍大。1.220KV接線不易擴(kuò)建；2.使用斷路器少、布置簡(jiǎn)單；方案V：220KV角形接線，110KV單母線分段帶旁路接線，10KV雙母線分段接線。1. 220KV接線成閉合環(huán)形，可靠性較高；2.任一臺(tái)斷路器檢修，都成開(kāi)環(huán)運(yùn)行，從而降低了接線的可靠性。1.

29、220KV接線成閉合環(huán)形，靈活性較高；2.220KV不易于擴(kuò)建。通過(guò)對(duì)5種主接線可靠性，靈活性的綜合考慮，辨證統(tǒng)一，現(xiàn)確定第I、II方案為設(shè)計(jì)初選可靠方案。3.2主接線方案的最終確定方案I特點(diǎn)：220KV采用雙母線接線形式，調(diào)度靈活方便，而任一母線故障時(shí)，可通過(guò)另一母線供電。但由于雙母線故障機(jī)率較小，故不考慮。110KV采用單母線分段帶旁路接線，裝設(shè)旁路斷路器兼作分段斷路器，節(jié)省一臺(tái)斷路器，節(jié)省投資，且使故障時(shí)停電范圍縮小，故障時(shí)可通過(guò)旁路向負(fù)荷供電，可靠性高。10KV采用雙母線分段接線，可以使重要負(fù)荷的供電從不同的母線分段取得，且一段母線故障時(shí)，可通過(guò)另一母線供電，可靠性高，并有利于擴(kuò)建。方

30、案II特點(diǎn)：220KV及110KV均采用單母線分段帶旁路接線，裝設(shè)旁路斷路器兼作分段斷路器，斷路器數(shù)量減少，節(jié)省投資，且使故障時(shí)停電范圍縮小，故障時(shí)可通過(guò)旁路向負(fù)荷供電；同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，擴(kuò)建方便。10KV采用雙母線接線，一段母線故障時(shí)，可通過(guò)另一母線供電，可靠性高，并有利于擴(kuò)建；同時(shí)，節(jié)省了斷路器及隔離開(kāi)關(guān)的使用，節(jié)省投資。比較：方案I中220KV采用雙母線接線，負(fù)荷分配均勻，調(diào)度靈活方便，可靠性略高于方案II中的單母線分段帶旁路接線，但方案II中采用旁路斷路器兼作分段斷路器，斷路器使用數(shù)目少，投資減少，并且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；110KV均采用單母線分段帶旁路接線，可靠性，靈活性及經(jīng)濟(jì)性一致

31、；方案I中10KV側(cè)采用雙母線分段接線，雖然可靠性高于方案II中的雙母線接線，但經(jīng)濟(jì)性大大降低，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)使用數(shù)目明顯多于方案II的，且方案II的雙母線接線形式可靠性足以保障負(fù)荷的供電要求。綜觀以上兩種主接線的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的原始資料選擇方案II為最優(yōu)方案，滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的要求。 第四章 短路電流計(jì)算4.1概述電力系的電氣設(shè)備，在其運(yùn)行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見(jiàn)同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種形式的短路，因?yàn)樗鼈儠?huì)破壞對(duì)用戶的正常供電和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)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(duì)于中性點(diǎn)接地

32、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(duì)稱短路，系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時(shí)一樣仍處于對(duì)稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對(duì)稱短路。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(jī)會(huì)最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其情況較嚴(yán)重，應(yīng)給以足夠的重視。因此，我們都采用三相短路來(lái)計(jì)算短路電流，并檢驗(yàn)電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。4.2短路電流計(jì)算目的短路電流計(jì)算是變電站電氣設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其計(jì)算目的是：1.在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方法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

33、的短路電流計(jì)算。2.在選擇電氣設(shè)備時(shí)，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(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。3.在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件檢驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相對(duì)低的安全距離。4.在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。5.接地裝置的設(shè)計(jì)，也需要短路電流。4.3短路電流計(jì)算基本假設(shè)1.正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行。2.所有電源的電動(dòng)勢(shì)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發(fā)生變化。4.不考慮短路點(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流。5.元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計(jì)，不及負(fù)

34、荷的影響。6.系統(tǒng)短路時(shí)是金屬性短路。4.4各元件電抗標(biāo)么值計(jì)算1.系統(tǒng)短路電抗：220KV 側(cè)電源近似為無(wú)窮大系統(tǒng)A，歸算至本所220KV 母線側(cè)短路電抗為0.10（Sj=100MVA）,110KV 側(cè)電源近似為無(wú)窮大系統(tǒng)B，歸算至本所110KV 母線側(cè)短路電抗為0.13（Sj=100MVA）。2.變壓器電抗標(biāo)么值。主變型號(hào)為：電抗標(biāo)么值：高中：0.1630；高低：0.0940；中低：0.0553計(jì)算如下：4.5短路電流計(jì)算過(guò)程系統(tǒng)等值電路圖如下：圖41 系統(tǒng)等值電路圖4.5.1 220KV側(cè)短路計(jì)算f-1短路時(shí)，等值電路圖化簡(jiǎn)如圖42：圖42 f-1短路等值電路圖圖43 f-1短路等值電路

35、圖A、B系統(tǒng)均為無(wú)窮大系統(tǒng)，計(jì)算電抗為：短路電流標(biāo)么值為：短路電流有名值為：4.5.2 110KV側(cè)短路計(jì)算f-2短路時(shí)，等值電路圖化簡(jiǎn)如圖44：圖44 f-2短路等值電路圖計(jì)算電抗為：短路電流標(biāo)么值為：短路電流有名值為：4.5.3 10KV側(cè)短路計(jì)算f-3短路時(shí)，等值電路圖化簡(jiǎn)如圖45圖45 f-3短路等值電路圖進(jìn)行兩次星形三角形變換：圖46 f-3短路等值電路圖以D點(diǎn)為中心點(diǎn)作星網(wǎng)變換：圖47 f-3短路等值電路圖計(jì)算電抗為：短路電流標(biāo)么值為：短路電流有名值為：短路計(jì)算結(jié)果如下表42：短路點(diǎn)編號(hào)基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電流支路名稱支路計(jì)算電抗標(biāo)么值額定電流短路電流標(biāo)么值短路電流有名值短路電流沖擊值全電

36、流最大有效值短路容量公式2.631.56f-12300.251220KV系統(tǒng)0.1000 0.25110.0002.51026.60183.9159999.9926110KV系統(tǒng)0.21150.2514.72811.18693.12151.8516472.8274小計(jì)3.69719.72331472.82f-21150.502220KV系統(tǒng)0.18150.502 5.50962.76617.27484.3151550.968110KV系統(tǒng)0.13000.502 7.69233.861910.15686.0246769.2358小計(jì)6.62817.43161320.204f-310.55.499

37、220KV系統(tǒng)0.26725.4993.742520.578455.355932.1023374.2498110KV系統(tǒng)0.28605.4993.496219.224151.712829.9896349.6197小計(jì)39.8025107.0687723.8695表42 短路電流計(jì)算結(jié)果表第五章 主要電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)5.1 概述正確選擇電氣設(shè)備是電氣主接線和配電裝置達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件。在進(jìn)行電器選擇時(shí)，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)省投資，選擇合適的電氣設(shè)備。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(duì)

38、它們的基本要求確是一致的。電氣設(shè)備要可靠地工作，必須按正常工作條件進(jìn)行選擇，并按短路狀態(tài)來(lái)校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)，電氣設(shè)備的選擇包括：斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇，電流、電壓互感器的選擇、避雷器的選擇，導(dǎo)線的選擇。電氣設(shè)備選擇的一般原則：1.應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、斷路和過(guò)電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展的需要；2.應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗(yàn)；3.應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟(jì)合理；4.選擇導(dǎo)體時(shí)應(yīng)盡量減少品種；5.擴(kuò)建工程應(yīng)盡量使新老電氣設(shè)備型號(hào)一致；6.選用新產(chǎn)品，均應(yīng)具有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。技術(shù)條件：選擇的高壓電器，應(yīng)能在長(zhǎng)期工作條件下和發(fā)生過(guò)電壓、過(guò)電流的情況下保持正常運(yùn)行。同時(shí)，所選擇導(dǎo)線和

39、電氣設(shè)備應(yīng)按短路條件下進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。各種高壓設(shè)備的一般技術(shù)條件如下表51： 表51 高壓電氣技術(shù)條件序號(hào)電器名稱額定電壓（KV）額定電流（A）額定容量（KVA）機(jī)械荷載（N）額定開(kāi)斷電流（A）熱穩(wěn)定動(dòng)穩(wěn)定絕緣水平1斷路器2隔離開(kāi)關(guān)3組合電器4負(fù)荷開(kāi)關(guān)5熔斷器6PT7CT8電抗器9消弧線圈10避雷器11封閉電器12穿墻套管13絕緣子5.2各回路持續(xù)工作電流計(jì)算1.三相變壓器回路：三繞組變壓器高壓側(cè)：中壓側(cè)：低壓側(cè)：2.母線分段斷路器或母聯(lián)斷路器回路220KV旁路斷路器兼作分段斷路器回路：110KV旁路斷路器兼作分段斷路器回路：10KV母聯(lián)斷路器回路：3.饋線回路：220KV出線：110KV

40、出線：10KV出線：4.主母線回路220KV母線回路：110KV母線回路：10KV母線回路： 5.3斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的選擇與校驗(yàn)斷路器的選擇，除滿足各項(xiàng)技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮到要便于安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面都比較后才能確定。根據(jù)目前我國(guó)斷路器的生產(chǎn)情況，電壓等級(jí)在6KV220KV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，電壓110330KV的電網(wǎng)，當(dāng)少油斷路器不能滿足要求時(shí)，可以選用SF6斷路器或空氣斷路器。斷路器選擇的具體技術(shù)條件簡(jiǎn)述如下：1.電壓：（電網(wǎng)工作電壓）2.額定電流校驗(yàn)：（最大持續(xù)工作電流）3.開(kāi)斷電流（或開(kāi)斷容量）： 式中：斷路器實(shí)際開(kāi)斷時(shí)間t秒得短路電流周期分量； 斷路器額

41、定開(kāi)斷電流； 斷路器t秒得開(kāi)斷容量； 斷路器額定開(kāi)斷容量。4.動(dòng)穩(wěn)定： 式中：三相短路電流沖擊值； 斷路器極限通過(guò)電流峰值。5.熱穩(wěn)定： 式中：穩(wěn)態(tài)三相短路電流；短路電流發(fā)熱等值時(shí)間；斷路器t秒熱穩(wěn)定電流。隔離開(kāi)關(guān)型式的選擇，應(yīng)根據(jù)配電裝置的布置特點(diǎn)和使用要求等因素，進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較然后確定。其選擇校驗(yàn)條件與斷路器相同，并可以適當(dāng)降低要求。5.3.1電抗器的選擇與校驗(yàn)由于10KV側(cè)短路電流過(guò)大，需要裝設(shè)限流電抗器。1.限流電抗器的選擇設(shè)將電抗器后的短路電流限制到(1)初選型號(hào)根據(jù)以上條件初選型號(hào)為NKL-10-2000-8。電抗器標(biāo)么值：(2)選擇電抗值電源至電抗器前的系統(tǒng)標(biāo)么值為：選用

42、的電抗器符合要求，參數(shù)如下表： 表52 電抗器技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓(KV)額定電流(A)額定電抗（%）動(dòng)穩(wěn)定電流峰值（A）1s熱穩(wěn)定電流(A)電抗標(biāo)么值NKL-10-2000-8102000863750568000.2092.限流電抗器的校驗(yàn)(1)電壓損失和殘壓校驗(yàn)當(dāng)所選電抗值大于計(jì)算值時(shí)，應(yīng)重算電抗器后短路電流，以供殘壓校驗(yàn)。為計(jì)算短路電流，先計(jì)算電抗標(biāo)么值為換算成短路電流有名值為則電壓損失和殘壓分別為滿足要求。(2)動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定：滿足要求。熱穩(wěn)定：熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。所以短路電流限制為。5.3.2斷路器的選擇與校驗(yàn)根據(jù)回路最大工作電流計(jì)算結(jié)果以及電壓等級(jí)確定斷路器型號(hào)如下表5

43、3所示： 表53 斷路器選擇結(jié)果編號(hào)型號(hào)額定電流（A）額定電壓（KV）額定開(kāi)斷電流（KA）極限通過(guò)電流最大值（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）220-1-10.41331000220134014(5)220-1-20.3410220-1-30.4133110-1-10.8266100011018.45521(5)110-1-20.8266110-1-30.291610-1-10.2070500010105300120(5)10-1-22.173610-1-32.1736注：220-1-2，220表示所在電壓等級(jí)，1表示斷路器，2表示類型號(hào)，具體位置見(jiàn)方案II的主接線圖。校驗(yàn)：1.220KV短路點(diǎn)：，斷

44、路器型號(hào)為動(dòng)穩(wěn)定：滿足要求。熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。2.110KV短路點(diǎn)：，斷路器型號(hào)為動(dòng)穩(wěn)定：滿足要求。熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。3.10KV短路點(diǎn)：，斷路器型號(hào)為動(dòng)穩(wěn)定：滿足要求。熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。5.3.3隔離開(kāi)關(guān)的選擇與校驗(yàn)根據(jù)回路最大工作電流計(jì)算結(jié)果以及電壓等級(jí)確定隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)如下表54所示：表54 隔離開(kāi)關(guān)選擇結(jié)果編號(hào)型號(hào)額定電流（A）額定電壓（KV）動(dòng)穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）220-2-10.41336002205521(5)220-2-20.3410220-2-30.4133110-2-10.826610001108023.7(4)110-2-20.8266110-2-30.291610-2-10.2070500010200100(5)10-2-22.173610-2-32.1736注：220-2-1，220表示所在電壓等級(jí)，2表示隔離開(kāi)關(guān)，1表示類型號(hào)，具體位置見(jiàn)方案II的主接線圖。校驗(yàn)：1.220KV短路點(diǎn)：，隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)為