220KV變電站設計電氣工程基礎課程設計說明書

1、卷同孝之孽電氣工程基礎課程設計說明書220KV變電站設計學院名稱：船山學院年級專業(yè)：09電氣1班學號：20099450163學生姓名：石亦然指導老師：趙宇紅2012年6月引言1一、原始資料分析2二、負荷分析22-1負荷分析的目的22-2待建變電站負荷計算2三、變壓器的選擇33-1變電所主變壓器的選擇原則33-2主變臺數(shù)的確定43-3主變?nèi)萘康拇_定43-4變壓器類型的確定4四、電氣主接線64-1對電氣主接線的基本要求64-2電氣主接線的基本原則74-3主接線的基本接線形式及其特點74-4待建變電站的主接線形式10五、短路電流的計算115-1短路電流計算的目的和條件115-2短路電流的計算步驟和計

2、算結(jié)果13六、配電裝置及電氣設備的配置與選擇216-1導體和電氣設備選擇的一般條件216-2設備的選擇246-3高壓配電裝置的配置32七、所用電的設計357-1.所用電接線的一般原則357-2所用變壓器的選擇35結(jié)束語36參考文獻37摘要：設計書主要介紹了220kV變電所設計內(nèi)容和設計方法。通過對原始材料對負荷進行分析，擬定變電所電氣主接線的接線方案以及對主變壓器進行選擇。然后進行短路計算，根據(jù)短路電流參數(shù)計算并確定變電所的主要電氣設備。最后，對電氣設備進行配置及對所用電設計。關(guān)鍵詞：變電站；負荷分析；短路計算；主接線；變壓器引言電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的一項基礎工業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展的先行工業(yè)，它是一

3、種將煤、石油、天然氣、水能、核能、風能等一次能源轉(zhuǎn)換成電能這個二次能源的工業(yè)，它為國民經(jīng)濟的其他各部門快速、穩(wěn)定發(fā)展提供足夠的動力，其發(fā)展水平是反映國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志。由于電能在工業(yè)及國民經(jīng)濟的重要性，電能的輸送和分配是電能應用于這些領域不可缺少的組成部分。所以輸送和分配電能是十分重要的一環(huán)。變電站使電廠或上級電站經(jīng)過調(diào)整后的電能書送給下級負荷，是電能輸送的核心部分。其功能運行情況、容量大小直接影響下級負荷的供電，進而影響工業(yè)生產(chǎn)及生活用電。若變電站系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，系統(tǒng)保護環(huán)節(jié)將動作?？赡茉斐赏ｋ姷仁鹿剩o生產(chǎn)生活帶來很大不利。因此，變電站在整個電力系統(tǒng)中對于保護供電的可靠性、

4、靈敏性等指標十分重要。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。這就要求變電所的一次部分經(jīng)濟合理，二次部分安全可靠，只有這樣變電所才能正常的運行工作，為國民經(jīng)濟服務。變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力場所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。變電站有升壓變電站和降壓變電站兩大類。升壓變電站通常是發(fā)電廠升壓站部分，緊靠發(fā)電廠。將壓變電站通常遠離發(fā)電廠而靠近負荷中心。這里所設計得就是110KV降壓變電站。它通常有高壓配電室、變壓器室、低壓配電室等組成。變電站內(nèi)的高壓配電室、變壓器室、低壓配電室等都裝設有各種保護裝置，這些保護裝置是根據(jù)下級負荷地短路、最大負荷等情況來整定配置的，因此

5、，在發(fā)生類似故障是可根據(jù)具體情況由系統(tǒng)自動做出判斷應跳閘保護，并且，現(xiàn)在的跳閘保護整定時間已經(jīng)很短，在故障解除后，系統(tǒng)內(nèi)的自動重合閘裝置會迅速和閘恢復供電。這對于保護下級各負荷是十分有利的。這樣不僅保護了各負荷設備的安全利于延長是使用壽命，降低設備投資，而且提高了供電的可靠性，這對于提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率是十分有效的。工業(yè)產(chǎn)品的效率提高也就意味著產(chǎn)品成本的降低，市場競爭力增大，進而可以使企業(yè)效益提高，為國民經(jīng)濟的發(fā)展做出更大的貢獻。生活用電等領域的供電可靠性，可以提高人民生活質(zhì)量，改善生活條件等。可見，變電站的設計是工業(yè)效率提高及國民經(jīng)濟發(fā)展的必然條件。一、原始資料分析建立變電所的目的：因為某地區(qū)

6、的電力系統(tǒng)發(fā)展與負荷增長擬建一220kV變電所向該地區(qū)110kV和10kV供電。地區(qū)自然條件：年最高溫度+40°，年最低溫度-6°，年平均溫度為18°出線方向：220kV向北，110kV向南，10kV向東南。負荷情況：1) 220kV線路5回，其中預留一回備用，架空，采用導線型號LGJQ-30Q單位長度電抗0.4Q/km；2) 110kV線路的同時系數(shù)為0.9,10KV線路的同時系數(shù)為0.9,110kV、10kV線路之間的同時系數(shù)為0.85；3) 110kV線路8回，另外兩回備用，出線10回，總最大負荷為142MW負荷同時系數(shù)為0.9；4) 10kV線路12回，另

7、外兩回備用，出線14回，總最大負荷33.5MW負荷同時系數(shù)為0.9。二、負荷分析2-1負荷分析的目的負荷計算是供電設計計算的基本依據(jù)和方法，計算負荷確定得是否正確無誤，直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。對供電的可靠性非常重要。如計算負荷確定過大，將使電器和導線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負荷確定過小又將使電器和導線電纜處子過早老化甚至燒毀，造成重大損失，由此可見正確負荷計算的重要性。負荷計算不僅要考慮近期投入的負荷，更要考慮未來幾年發(fā)展的遠期負荷，如果只考慮近期負荷來選擇各種電氣設備和導線電纜，那隨著經(jīng)濟的發(fā)展，負荷不斷增加，不久我們選擇的設備和線路就不能滿足要求了

8、。所以負荷計算是一個全面地分析計算過程，只有負荷分析正確無誤，我們的變電站設計才有成功的希望。2-2待建變電站負荷計算2-2-1110KV側(cè)負荷負荷的的同時系數(shù)為0.9S110=(35+30+25+22+10)/0.9+20/0.85*0.9=143.18MV-A2-2-210KV側(cè)負荷負荷的的同時系數(shù)為0.9S10=(3+3+2.5+3+2.5+5+2.5)/0.85+(3*4)/0.9*0.9=34.76MV-A2-2-3站用電負荷站用各設備均為連續(xù)經(jīng)?；蜻B續(xù)不經(jīng)常取P=PNS所=0.15*2*66+20+14+1.4+1.7=56.9KV-A2-2-3待建變電站供電總?cè)萘縎總=(143.

9、18+34.76)*0.85+0.056=151.305MV-A三、變壓器的選擇主變的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)，它的選擇依據(jù)除了依據(jù)基礎資料外，還取決于輸送功率的大小，與系統(tǒng)聯(lián)系的緊密程度。另外主變選擇的好壞對供電可靠性和以后的擴建都有很大影響。總之主變的選擇關(guān)系到待建變電站設計的成功與否，所以對主變的選擇我們一定要全方面考慮。既要滿足近期負荷的要求也要考慮到遠期。3-1變電所主變壓器的選擇原則1) 在變電所中，一般裝設兩臺主變壓器；終端或分支變電所，如只有一個電源進線，可只裝設一臺主變壓器；對于330kV、550kV變電所，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟為合理時，可裝設34臺主變壓器。2)

10、 對于330kV及以下的變電所，在設備運輸不受條件限制時，均采用三相變壓器。500kV變電所，應經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證后，確定是采用三相變壓器，還是單相變壓器組，以及是否設立備用的單相變壓器。3) 裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，其中一臺事幫停運后，其余主變壓器的容量應保證該所全部負荷的70%以上，并應保證用戶的一級和全部二級負荷的供電。4) 具有三種電壓等級的變電所，如各側(cè)的功率均達到主變壓器額定容量的15%以上，或低壓側(cè)雖無負荷，但需裝設無功補償設備時，主變壓器一般先用三繞組變壓器。5) 與兩種110kV及以上中性點直接接地系統(tǒng)連接的變壓器，一般優(yōu)先選用自耦變壓器，當自耦變壓器的第三繞組接有無功補

11、償設備時，應根據(jù)無功功率的潮流情況，校驗公共繞組容量，以免在某種運行方式下，限制自耦變壓器輸出功率。6) 500kV變電所可選用自耦強迫油循環(huán)風冷式變壓器。主變壓器的阻抗電壓（即短路電壓），應根據(jù)電網(wǎng)情況、斷路器斷流能力以及變壓器結(jié)構(gòu)選定。7) 對于深入負荷中心的變電所，為簡化電壓等級和避免重復容量，可采用雙繞組變壓器。3-2主變臺數(shù)的確定1）當發(fā)電機全部投入運行時，在滿足發(fā)電機電壓供電的日最小負荷，并扣除廠用負荷后，主變壓器應能將發(fā)電機電壓母線上的剩余有功和無功容量送入系統(tǒng)。2）當接在發(fā)電機電壓母線上的最大一臺機組檢修或故障時，主變壓器應能從電力系統(tǒng)倒送功率，保證發(fā)電機電壓母線上最大負荷的需

12、要。3）若發(fā)電機電壓母線上接有兩臺或以上的主變壓器時，當其中容量最大的一臺因故退出運行時，其他主變壓器在允許正常過負荷范圍內(nèi)，應能應能輸送剩余功率的70以上。根據(jù)以上確定原則，分析本變電所的情況，選擇兩臺主變壓器，即可保證供電的可靠性，避免一臺變壓器故障或檢修時影響對用戶的供電。隨著未來經(jīng)濟的發(fā)展，可再投入一臺變壓器。3-3主變?nèi)萘康拇_定主變壓器容量一般按變電所建成后510年規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮到遠期1020年的負荷發(fā)展，此待建變電站10kV主要給工廠供電，110kV主要給縣城及大型工廠供電。變電所的一臺變壓器停止運行時，另一臺變壓器能保證全部負荷的70%，即：=$總70%=151.305

13、*70%=105.914MV-A所以變壓器的容量最少為105.914MV-A3-4變壓器類型的確定3-4-1相數(shù)的選擇變壓器的相數(shù)形式有單相和三相，主變壓器是采用三相還是單相，主要考慮變壓器的制造條件、可靠性要求及運輸條件等因素。一臺三相變壓器比三臺單相變壓器組成的變壓器組，其經(jīng)濟性要好得多。規(guī)程上規(guī)定，當不受運輸條件限制時，在330kV及以下的發(fā)電廠用變電站，均選用三相變壓器。同時，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，而不作考慮。因此待建變電站采用三相變壓器。3-4-2繞組形式繞組的形式主要有雙繞組和三繞組。規(guī)程上規(guī)定在選擇繞組形式時，一般應優(yōu)先考慮三繞組變壓器，因為一臺

14、三繞組變壓器的價格及所用的控制電器和輔助設備，比兩臺雙繞組變壓器都較少。對深入引進負荷中心，具有直接從高壓變?yōu)榈蛪汗╇姉l件的變電站，為簡化電壓等級或減少重復降壓容量，可采用雙繞組變壓器。三繞組變壓器通常應用在下列場合：1) 在發(fā)電廠內(nèi)，除發(fā)電機電壓外，有兩種升高電壓與系統(tǒng)連接或向用戶供電。2) 在具有三種電壓等級的降壓變電站中，需要由高壓向中壓和低壓供電，或高壓和重壓向低壓供電。3) 在樞紐變電站中，兩種不同的電壓等級的系統(tǒng)需要相互連接。4) 在星形-星形接線的變壓器中，需要一個三角形連接的第三繞組。本待建變電站具有220kV,110kV,10kV三個電壓等級，所以擬采用三繞組變壓器。3-4-

15、3中性點的接地方式電網(wǎng)的中性點的接地方式，決定了主變壓器中性點的接地方式。本變電站所選用的主變?yōu)槿嗳@組變壓器。規(guī)程上規(guī)定：凡是110kV-500kV側(cè)其中性點必須要直接接地或經(jīng)小阻抗接地；主變壓器6-63kV采用中性點不接地。所以主變壓器的220kV、110KV側(cè)中性點采用直接接地方式，10kV側(cè)中性點采用不接地方式。綜上所述和查有關(guān)變壓器型號手冊所選主變壓器的技術(shù)數(shù)據(jù)如下表：表3.1主變壓器參數(shù)型號額定容量（kVA）額定電壓（kV）阻抗電壓（的連接級別高中低高中中低高低SFPS3-120000/220120002201211114723YN/yn0/d11四、電氣主接線電氣主接線是發(fā)電廠

16、、變電站電氣設計的首要部分，也是構(gòu)成電氣系統(tǒng)的主要部分。電氣主接線是由電氣設備通過連接線，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，故又稱為一次接線。由于本設計的變電站有三個電壓等級，所以在設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。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。4-1對電氣主接線的基本要求對電氣主接線的基本要求，概括地說包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面可靠性：安全可靠是主接線的首要任務，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求。電氣主接線的

17、可靠性不是絕對的。所以在分析電氣主接線的可靠性時，要考慮發(fā)電廠和變電站的地位和作用、用戶的負荷性質(zhì)和類別、設備的制造水平及運行經(jīng)驗等諸多因素。靈活性：電氣主接線應能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活的進行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個方面：1）操作的靈活性2）調(diào)度的靈活性3）擴建的靈活性經(jīng)濟性：在設計主接線時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性和經(jīng)濟性之間。通常設計應滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟合理。經(jīng)濟性主要通過以下幾個方面考慮：1）節(jié)省一次投資。如盡量多采用輕型開關(guān)設備等。2）占地面積少。由于本變電站占用農(nóng)田所以要盡量減少用地。3）電能損耗小。電能損耗主要來源變壓器，所以一定要做好變壓器的選擇工作

18、。另外主接線還應簡明清晰、運行維護方便、使設備切換所需的操作步驟少，盡量避免用隔離開關(guān)操作電源。4-2電氣主接線的基本原則電氣主接線的基本原則是以設計任務書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標準為準則，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各種技術(shù)要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能的節(jié)省投資，就地取材，力爭設備元件和設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。4-3主接線的基本接線形式及其特點電氣主接線的型式是多種多樣的，按有無母線可分為有母線型的主接線和無母線型的主接線兩大類。4-3-1電氣主接線分類1）有母線型的電氣主接線單母線接線及單母線分段

19、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或高壓進線回路。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電源獲得電能。各出線回路輸入功率不一定相等，應盡可能使負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：接線簡單清晰、設備少、操作方便、經(jīng)濟性好，并且母線便于向兩端延伸，擴建方便和采用成套配電裝置。缺點：1.可靠性差。母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時，所有回路都要停止工作，也就成了全廠或全站長期停電。2.調(diào)度不方便，電源只能并列運行，不能分列運行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時，有較大的短路電流。適用范圍：一般只適用于一臺發(fā)電機或一臺主變壓器的以下三種情況：1.6

20、10kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過5回；2.3563kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過3回；3.110220kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過兩回。（ 2）單母分段接線單母線用分段斷路器進行分段，可以提高供電可靠性和靈活性；對重要用戶可以從不同段引出兩回饋電線路，由兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將用戶停電；兩段母線同時故障的幾率甚小，可以不予考慮。在可靠性要求不高時，亦可用隔離開關(guān)分段，任一母線故障時，將造成兩段母線同時停電，在判別故障后，拉開分段隔離開關(guān)，完成即可恢復供電。單母線分段接線的缺點是當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；當出線為雙回路

21、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。（ 3）單母線帶旁路母線的接線為了檢修出線斷路器，但不中斷對該出線的供電，可增設旁路母線。當檢修電源回路斷路器期間不允許斷開電源時，旁路母線還可以與電源回路連接，此時還需在電源回路加裝旁路隔離開關(guān)。有了旁路母線，提高了供電的可靠性，但旁路系統(tǒng)造價昂貴，同時使配電裝置運行復雜化，另外檢修母線或母線故障期間中斷供電。雙母線接線及分段接線（ 1）雙母線接線雙母接線有兩組母線，并且可以互為備用。每一個電源和出線的回路，都裝有一臺斷路器，有兩組母線隔離開關(guān)，可分別與兩組母線連接。兩組母線之間的聯(lián)絡，通過母線聯(lián)絡斷路器來實現(xiàn)。由于有了兩組母線，時運

22、行的可靠性和靈活性大為提高。其優(yōu)點主要有：1.檢修母線時不影響正常供電；2.檢修任一組母線隔離開關(guān)時，只需斷開此隔離開關(guān)所屬回路和與此隔離開關(guān)相連的該組母線，其他回路均可通過另一組母線繼續(xù)運行；3.工作母線發(fā)生故障后，所有回路能迅速恢復供電；4.檢修任一出線斷路器時，可用母聯(lián)斷路器代替檢修的斷路器，回路只需短時停電；5.調(diào)度靈活；6.擴建方便等特點。缺點:1.在倒母線的操作過程中，隔離開關(guān)作為操作電器，容易發(fā)生誤操作；2. 檢修任一回路的斷路器或母線故障時，仍將短時停電；3.所使用的設備多（母線隔離開關(guān)的數(shù)目多），并且使配電裝置結(jié)構(gòu)復雜，所以經(jīng)濟性能差。（2）雙母線分段接線為了縮小母線故障的停

23、電范圍，可采用雙母線分段接線，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。這種接線具有單母線分段和雙母線的特點，較雙母線接線具有更高的可靠性和靈活性。正常運行時工作母線工作，備用母線不工作，它是單母線分段接線方式，當一段工作母線發(fā)生故障后，在繼電保護作用下，分段斷路器先自動跳開，而后將故障段母線所連的電源回路的斷路器跳開，該段母線所連的出線回路停電；隨后，將故障段母線所連的電源回路和出線回路倒至備用母線上，即可恢復供電，這樣，只是部分短時停電，而不必短期停電，仍是單母線分段運行方式。雙母線分段接線主要用于大容量進出線較

24、多的配電裝置中，如220KV進出線達1014回時，就可采用雙母線三分段的接線。在330500KV的配電裝置中，也有采用雙母線四分段的。（3）雙母線帶旁路母線的接線為了不停電檢修出線斷路器，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。這種接線運行操作方便，不影響雙母線正常運行，但多裝了一組斷路器和隔離開關(guān)，增加了投資和配電裝置的占地面積，然而這對于接于旁路母線的線路回數(shù)較多，并且對供電可靠性有特殊需要的場合是十分必要的。2）無母線型的電氣主接線無母線型的電氣主接線在電源與引出線之間或接線中各元件之間沒有母線連接，常用的有橋型接線、多角形接線和單元接線。1 橋型

25、接線適用于僅有兩臺變壓器和兩條引出線的發(fā)電廠和變電所中。因此，它不適合本設計中對主接線進出線的要求。2 多角形接線沒有集中地母線，相當于將單母線用斷路器按電源和引出線的數(shù)目分段，且連接成環(huán)形的接線。這種接線一般適用于最終規(guī)模已確定的110kV及以上的配電裝置中，且以不超過六角形為宜。多角形接線的缺點之一就是擴建困難，因此，此接線型式亦不適合本設計的要求。3 單元接線一般適用于只有一臺變壓器和一回線路時的小容量終端變電所和小容量的農(nóng)村變電所，因此，此接線也不適合本設計的要求。4-4待建變電站的主接線形式初選:為滿足可靠性、靈活性、方便性、經(jīng)濟型、可擴建性、安全性，根據(jù)對原始資料的分析以及對主接線

26、的認識，現(xiàn)列出以下倆種主接線方案。方案一：220KV110KV側(cè)雙母線帶旁路母線接線，10KV則單母線分段線。220kV進出線6回,而雙母接線帶旁路母線使用范圍是110220KV出線數(shù)為5回及以上時。滿足主接線的要求。且具備供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便等特點。110kV進出線10回，110kV側(cè)出線可向遠方大功率負荷用戶供電，其他出線可作為一些地區(qū)變電所進線。根據(jù)條件選擇雙母接線帶旁路母線方式。10kV進出線14回，可向重要用戶采用雙回路供電。選擇單母線分段接線方式。方案二：220KV側(cè)雙母線帶旁路接線，110KV側(cè)雙母接線、10KV側(cè)單母線帶旁路母線接線。10220kV進出線6回，由于本回路

27、為重要負荷停電對其影響很大，因而選用雙母帶旁路接線方式。雙母線帶旁路母線，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。這樣多裝了價高的斷路器和隔離開關(guān)，增加了投資，然而這對于接于旁路母線的線路回數(shù)較多，并且對供電可靠性有特殊需要的場合是十分必要的。110KV側(cè)雙母接線、10KV側(cè)單母線帶旁路母線接線，檢修出線斷路器時，可不中斷對該出線的供電，提高了供電的可靠性?，F(xiàn)對三種方案列表3-1比較如下：表4-1電氣主接線方案比較項目力殺可靠性靈活性經(jīng)濟性可擴展性方案一：220KM110KV側(cè)雙母帶帶旁路母線接線、10KV側(cè)單母線分段接線220KV及110KV側(cè)均用雙母帶旁接線，故檢修母線時

28、不影響正常供電，35KV側(cè)用單母分段接線母線故障時，可保證正常段母線不間斷供電檢修、調(diào)試相對靈活占地較多費用較高各種電壓級接線都便于擴建和發(fā)展。方案一：220KV側(cè)雙母線帶旁路接線，110KV側(cè)雙母接線、10KV側(cè)單母線分段接線。220KV側(cè)用雙母帶分接線，110KV側(cè)用雙母線接線，檢修母線時不影響正常供電，35KV側(cè)用單母分段接線母線故障時，可保證正常段母線不間斷供電靈活性較好費用適中擴建方便綜合考慮三種電氣主接線的可靠性，靈活性和經(jīng)濟性，結(jié)合實際情況，確定第二種方案為設計的最終方案。（接線圖見附錄1）五、短路電流的計算5-1短路電流計算的目的和條件ii短路是電力系統(tǒng)中較常發(fā)生的故障。短路電

29、流直接影響電器的安全，危害主接線的運行。為使電氣設備能承受短路電流的沖擊，往往需選用大容量的電氣設備。這不僅增加了投資，甚至會因開斷電流不能滿足而選不到符合要求的電氣設備。因此要求我們在設計變電站時一定要進行短路計算。5-1-1短路電流計算的目的在發(fā)電廠和變電站的設計中，短路計算是其中的一個重要內(nèi)容。其計算的目的主要有以下幾個方面：電氣主接線的比較。選擇導體和電器。在設計屋外高型配電裝置時，需要按短路條件校驗軟導線的相間和相對地的安全距離。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)。接地裝置的設計，也需要用短路電流。5-1-2短路電流計算條件基本假定正常工作時，三相系統(tǒng)

30、對稱運行；所有電源的電動勢相位、相角相同；電力系統(tǒng)中的所有電源都在額定負荷下運行；短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間；不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流；除去短路電流的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡的短路電流外，元件的電阻都略去不計；元件的計算參數(shù)均取其額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍；輸電線路的電容忽略不計。一般規(guī)定驗算導體和電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應本工程設計規(guī)劃容量計算，并考慮遠景的發(fā)展計劃；選擇導體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡中，應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；股按三相短路驗算導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流

31、，5-2短路電流的計算步驟和計算結(jié)果5-2-1計算步驟在工程計算中，短路電流其計算步驟如下：1 .選定基準電壓和基準容量，把網(wǎng)絡參數(shù)化為標么值；2 .畫等值網(wǎng)絡圖；3 .選擇短路點；4 .按短路計算點化簡等值網(wǎng)絡圖，求出組合阻抗；5 .利用實用曲線算出短路電流。5-2-2短路電流計算當220kV母線上發(fā)生三相短路時(1)選取SB1000MVA和VBVaV(2)各元件的電抗標幺值分別計算如下系統(tǒng)1：X1=0.381000/2000=0.19系統(tǒng)2：X2=0.451000/1500=0.3系統(tǒng)3：X3=0.51000/1000=0.5線路：XL10.41201000/23020.907XL20.4

32、1501000/23021.1342XL30.50.4801000/23020.3XL40.41801000/23021.36G2,2.KV(3)等值電路圖如圖5.1所示圖5.1等值網(wǎng)絡(a)通過星形一三角形變換，可以得到圖5.2X4X1XL1X1XL1/XL40.190.9070.190.907/1.361.224X5X1XL4X1XL4/XL10.191.360.191.36/0.9071.835X6XL1XL4XL1XL4/X10.9071.360.9071.36/0.198.76X7X3Xl30.50.30.8G1G233圖5.2等值網(wǎng)絡(b)X6和Xl2并聯(lián),即X8X6XL2/(X6

33、XL2)8.761.134/(8.761.134)1化簡之后如圖5.3所示圖5.3等值網(wǎng)絡（c）再把圖5.3等值網(wǎng)絡進行星形-三角形變換，可得到圖5.4所示的等值網(wǎng)絡X9X5X8X5X8/X21.83511.8351/0.38.952X10X2X8X2X8/X50.310.31/1.8351.463X11X2X5X2X5/X81.8350.30.31.835/12.686G2220KV圖5.4等值網(wǎng)絡（d）忽略發(fā)電機1和發(fā)電機2之間的支路（即忽略X11）,且X4和X9并聯(lián)，化簡等值網(wǎng)絡為圖5.5所示。X12 X4X9/(X4 X9)1.224 8.952/(1.224 8.952) 1.08G

34、1(X12220KV圖5.5等值網(wǎng)絡（e）(4)各個電源的計算電抗為XjS70.81000/10000.8js1Xjs101.4631500/10002.19Xjsi21.082000/10002.16計算短路電流的有名值各個電源的額定電流分別為G1:IN12000/(x3230)5.02kAG2：IN21500/(、3230)3.765kAG3：In31000/(,3230)2.51kA當110kV母線上發(fā)生三相短路時Us(12)%14.5 Us(13)%23U S(2 3) %US1%S I2 (U S(1 2)% U S(1 3) % U S(2 3) %)1 2 (14.5 23 7)

35、15.25Us2%1 2 (Us(i 2)%U S(2 3) % US(1 3) %)1 2 (14.5 7 23)0.75Us3%1 2 (Us(i 3)% Us(2 3)% Us(i 2) %)1 2 (23 7 14.5)7.75XiUS1%Sb/(100Sn)15.251000/(100120)1.27X2US2%Sb/(100SN)0.751000/(100120)0.0625X3Us3%Sb/(100Sn)7.751000/(100120)0.65兩臺變壓器并列運行，可以合并為一臺等值變壓器，等值網(wǎng)絡如圖5.6所示XT1X1/21.27/20.635XT2X2/20.0625/20

36、.03XT3X3/20.65/20.32537因為10kV母線上無電源，故不提供短路電流X13XtiXt20.635(0.03)0.605圖5.7等值網(wǎng)絡(g)通過星形-三角形變換，可以得到如圖5.8所示的等值網(wǎng)絡X14X12X13(1/X121/X131/X101/X7)1.080.605(1/1.081/0.6051/0.81/1.463)=2.95X15X10X13(1/X121/X131/X101/X7)1.4630.605(1/1.081/0.6051/1.4631/0.8)=4.88X16X7X13(1/X121/X131/X101/X7)0.80.605(1/1.081/0.60

37、51/1.4631/0.8)=2.18各個電源的計算電抗為Xjs142.952000/10005.9Xjs154.881500/10007.32Xjs162.181000/10002.18(3)計算短路電流的有名值各個電源的額定電流分別為G1：In12000/(3115)10.04kAG2:IN21500/(3115)7.53kAG3:In31000/(3115)5.02kA當10kV母線上發(fā)生三相短路時(1)等值網(wǎng)絡如圖5.9所示X17X18圖5,9等值網(wǎng)絡(i)XT1XT30.6350.3250.96X12X17(1/X121/X101/X7X17)1.080.96(1/1.081/1.4

38、631/0.81/0.96)=4.05X19X10X17(1/X121/X101/X7X17)1.4630.96(1/1.081/1.4631/0.81/0.96)=5.48X20XT*/%1/X101/X7X17)0.80.96(1/1.081/1.4631/0.81/0.96)=3.0化簡的等值網(wǎng)絡如圖5.10所示。各個電源的計算電抗為Xjs184.052000/10008.1Xjs195.481500/10008.22XjS203.01000/10003.0G1G2G3圖5.10等值網(wǎng)絡(j)(3)計算短路電流的有名值各個電源的額定電流分別為G1:IN12000/(3115)10.04k

39、AG2：In21500/(3115)7.53kAG3:IN31000/(3115)5.02kA三相短路沖擊電流ishksh2I"沖擊電流有效值Ishj2(ksh1)2I"取ksh1.8,即可得ish2.55I和Ish1.51I六、配電裝置及電氣設備的配置與選擇6-1導體和電氣設備選擇的一般條件導體和電氣設備選擇是電氣設計的主要內(nèi)容之一。盡管電力系統(tǒng)中各種電氣設備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確是一致的。電器設備要能可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來效驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。正確地選擇設備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、

40、經(jīng)濟運行的重要條件在進行設備選擇時，應根據(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)約投資，選擇合適的電氣設備。6-1-1一般原則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)展的需要；2應按當?shù)丨h(huán)境條件校核；3選擇導體時應盡量減少品種；4應力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理；5擴建工程應盡量使新老電器型號一致；6選用的新產(chǎn)品，均應具有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格6-1-2技術(shù)條件選擇的高壓電器，應能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。1）長期工作條件電壓選用電器允許最高工作電壓Umax不得低于該回路的最高運行電壓Ug，即UmaxUg

41、電流選用的電器額定電流Ie不得低于所在回路在各種可能運行方式下的持續(xù)工作電流Ig，即Ie>Ig由于變壓器短時過載能力很大，雙回路出線的工作電流變化幅度也較大，故其計算工作電流應根據(jù)實際需要確定。高壓電器沒有明確的過載能力，所以在選擇額定電流時，應滿足各種可能運行方式下回路持續(xù)工作電流的要求。所選用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。2）短路穩(wěn)定條件校驗的一般原則1 .電器在選定后按最大可能通過的短路電流進行動、熱穩(wěn)定校驗，校驗的短路電流一般取三相短路時的短路電流。2 .用熔斷器保護的電器可不驗算熱穩(wěn)定。3 .短路的熱穩(wěn)定條件2Itt>Qd式中Qdt在計

42、算時間tjs秒內(nèi)，短路電流的熱效應（kA?s）2Itt秒內(nèi)設備允許通過的熱穩(wěn)定電流有效值（kA）t設備允許通過的熱穩(wěn)定電流時間（s）校驗短路熱穩(wěn)定所用的計算時間tjs按下式計算：tjs=tb+td式中tb一繼電保護裝置后備保護動作時間（s）td斷路器全分閘時間（S）4 .短路動穩(wěn)定條件ich<idfIch<Idf式中ich一短路沖擊電流峰值（kA）idf短路全電流有效值（kA）Ich一電器允許的極限通過電流峰值（kA）Idf電器允許的極限通過電流有效值（kA）3）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

43、備相應的保護水平來確定。當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^電壓保護設備。6-1-3環(huán)境條件環(huán)境條件主要有溫度、日照、風速、冰雪、濕度、污穢、海拔、地震。按照規(guī)程上的規(guī)定，普通高壓電器在環(huán)境最高溫度為+40oC時，允許按照額定電流長期工作。當電器安裝點的環(huán)境溫度高于+40oC時，每增加1oC建議額定電流減少1.8%;當?shù)陀?40oC時，每降低1oC,建議額定電流增加0.5%,但總的增力口值不得超過額定電流的20%6-2設備的選擇6-2-1斷路器的選擇高壓斷路器是發(fā)電廠和變電站電氣主系統(tǒng)的重要開關(guān)電器。高壓斷路器主要功能是：正常運行倒換運行方式，把設備或

44、線路接入電網(wǎng)或退出運行，起控制作用；當設備或線路發(fā)生故障時，能快速切斷故障回路，保證無故障部分正常運行，起保護作用。其最大特點就是斷開電器中負荷電流和短路電流。1）高壓斷路器按下列條件進行選擇和校驗1 .選擇高壓斷路器的類型，按目前我國能源部要求斷路器的生產(chǎn)要逐步走向無油化，因此6220kV要選用SF6斷路器。2 .根據(jù)安裝地點選擇戶外式或戶內(nèi)式。3 .斷路器的額定電流不小于通過斷路器的最大持續(xù)電流。4 .斷路器的額定電壓不小于變電所所在電網(wǎng)的額定電壓。5 .校核斷路器的斷流能力，一般可按斷路器的額定開斷電流大于或等于斷路器觸頭剛分開時實際開斷的短路電流周期分量有效值來進行選擇，當斷路器的額定

45、開斷電流比系統(tǒng)的短路電流大得多的時，為了簡化計算也可用次暫態(tài)短路電流進行選擇。6 .熱穩(wěn)定校驗應滿足的條件是：短路的熱效應小于斷路器在tK時間內(nèi)的允許熱效應。7 .動穩(wěn)定校驗應滿足的條件是：短路沖擊電流應小于斷路器的動穩(wěn)定電流，一般在產(chǎn)品目錄是給出的極限過電流峰值。8 .按短路關(guān)合電流選擇，應滿足條件是：斷路器額定關(guān)合電流不少于短路沖擊電流ish，一般斷路器的額定關(guān)合電流等于動穩(wěn)定電流。2）按上述原則選擇和校驗斷路器220kV側(cè)斷路器的選擇220kV出線斷路器的選擇與校驗除滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應考慮安裝調(diào)試和運行維護的方便。根據(jù)目前我國斷路器的生產(chǎn)情況,電壓等級在10KV-220K

46、V的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，而當少油斷路器不能滿足要求時，可以選用SF6斷路器。本設計中我們選用SF6斷路器。參數(shù)如表6-1:表6-1220KV側(cè)斷路器工作地占八、型號額定電壓(kV)額定電流(A)開斷電流(kA)額定閉合電流(kA)熱穩(wěn)定電流(kA/s)額定動穩(wěn)定電流(kA)220kV側(cè)LW12-22022020004010040/4100校驗：流過斷路器的最大持續(xù)工作電流為ImaxS30/('.3Un)151.37/(,.3220)0.397kA397A具體選擇及校驗過程如下：額定電壓選擇：Un刈NS=220kV額定電流選擇：In>Imax=397A開斷電流選擇：INbr&g

47、t;I7.42kA動穩(wěn)定校驗：ies100kAish18.921kA滿足校驗要求熱穩(wěn)定校驗：12t40246400kA2s取熱穩(wěn)定時間為tk=4s,由短路計算可知I。7.42kA、I27.78kA和I47.91kA2222222Qktk(I2101t2/21t2)/124(7.422107.7827.912)/12240.97kA2s所以I2tQk滿足校驗要求110kV側(cè)斷路器的選擇選擇的斷路器參數(shù)如表6-2:表6-2110KV側(cè)斷路器工作地占八、型號額定電壓(kV)額定電流(A)開斷電流(kA)額定閉合電流(kA)熱穩(wěn)定電流(kA/s)額定動穩(wěn)定電流(kA)110kV側(cè)LW6-110I110

48、315031.512550/3125流過斷路器的最大持續(xù)工作電流為1max§/(3Un)143.18/(J3110)0.752kA752A具體選擇及校驗過程如下：額定電壓選擇：Un刈NS=110kV額定電流選擇：In>Imax=752A開斷電流選擇：lNbr>I5.09kA動穩(wěn)定校驗：ies125kAish12.98kA滿足校驗要求熱穩(wěn)定校驗：It2t50237500kA2s取熱穩(wěn)定時間為tk=4s,由短路計算可知Io5.09kA、I25.13kA和I45.13kAQktk(I"2101tj/21t2)/124(5.092105.1325.132)/12105.

49、13kA2s所以It2tQk滿足校驗要求10kV側(cè)斷路器的選擇選擇的斷路器參數(shù)如表6-3:表6-310KV側(cè)斷路器工作地占八、型號額定電壓(kV)額定電流(A)開斷電流(kA)額定閉合電流(kA)熱穩(wěn)定電流(kA/s)額定動穩(wěn)定電流(kA)10kV側(cè)ZN-10/3150-401031504010040/2100流過斷路器的最大持續(xù)工作電流為ImaxS2/(、.3un)34.76/(、,310)2.007kA2007A具體選擇及校驗過程如下：額定電壓選擇：UnSUns=10kV額定電流選擇：In>Imax=2007A開斷電流選擇：INbr>I14.36kA動穩(wěn)定校驗：ies100kA

50、ish36.618kA滿足校驗要求熱穩(wěn)定校驗：12t40223200kA2sQktk(l"2101tj/21t2)/124(14.3621014.36214.362)/12824.84kA2-所以It2tQk滿足校驗要求6-2-2隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)也是發(fā)電廠變電站中常用的開關(guān)電器。它需要與斷路器配合使用。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)的工作特點是在有電壓、無負荷電流的情況下，分、合電路。其主要功能為：隔離電壓、倒閘操作、分、合小電流。1)隔離開關(guān)的配置1 .接在母線上的避雷器和電壓互感器宜合用一組隔離開關(guān)。2 .斷路器的兩側(cè)均應配置隔離開關(guān)，

51、以便進出線不停電檢修。3 .中性點直接接地的普通型變壓器均應通過隔離開關(guān)接地。根據(jù)以上配置原則來配置隔離開關(guān)，變電所隔離開關(guān)的配置詳見主接線圖。2)隔離開關(guān)按下列條件進行選擇和校驗1 .根據(jù)配電裝置布置的特點，選擇隔離開關(guān)的類型。2 .根據(jù)安裝地點選用戶外或戶內(nèi)式。3 .隔離開關(guān)的額定電壓應大于裝設電路的電大持續(xù)工作電流。4 .隔離開關(guān)的額定電壓應大于裝充電路的最大持續(xù)工作電流。5 .動穩(wěn)定校驗應滿足條件為：idw>ish6 .熱穩(wěn)定校驗應滿足條件為：Ir2t>Qk7 .根據(jù)對隔離開關(guān)控制操作的要求，選擇配用操作機構(gòu)，隔離開關(guān)一般采用手動操作機構(gòu)戶內(nèi)8000A以上隔離開關(guān)，戶外22

52、0kV高位布置的隔離開關(guān)和330kV隔離開關(guān)宜用電動操作機構(gòu)，當有壓縮空氣系統(tǒng)時，也可采用手動操作機構(gòu)。3)隔離開關(guān)的選擇與校驗220kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇參數(shù)如表6-4：表6-4220kv側(cè)隔離開關(guān)參數(shù)工作地點型號額定電壓(kV)額定電流(A)動穩(wěn)定電流(kA)熱穩(wěn)定電流(kA/s)220kV側(cè)GW6-220D220200010040/3校驗：流過隔離開關(guān)的最大持續(xù)工作電流為1maxS30/(,3UN)151.37/(,3220)0.397kA397A具體選擇及校驗過程如下：額定電壓選擇：Un刈NS=220kV額定電流選擇：In>Imax=397A動穩(wěn)定校驗：ies100kAish18.

53、921kA滿足校驗要求熱穩(wěn)定校驗：It2t40234800kA2s取熱穩(wěn)定時間為tk=4s,由短路計算可知I07.42kA、I27.78kA和I47.91kAQktk(I"2101tj/21t2)/124(7.422107.7827.912)/12240.97kA2s所以I；tQk滿足校驗要求110kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇參數(shù)如表6-5:表6-5110kv側(cè)隔離開關(guān)參數(shù)工作地點型號額定電壓(kV)額定電流(A)動穩(wěn)定電流(kA)熱穩(wěn)定電流(kA/s)110kV側(cè)GW5-110ID110200010031.5/4校驗：流過隔離開關(guān)的最大持續(xù)工作電流為Imax§/(3un)143.18/(3110)0.752kA752A具體選擇及校驗過程如下：額定電壓選擇：UnUNS=110kV額定電流選擇：In>Imax=752A動穩(wěn)定校驗：ies100kAish12.98kA滿足校驗要求熱穩(wěn)定校驗：12t31.5243969kA2s取熱穩(wěn)定時間為tk=4s,由短路計算可知Io5.09kA、I25.13kA和I45.13kAQktk(I&q