電力系統(tǒng)設(shè)計第二講-主變壓器

第二講電力網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計電網(wǎng)設(shè)計是根據(jù)設(shè)計期內(nèi)的負荷需求及電源建設(shè)方案，確定相應(yīng)的電網(wǎng)接線，以滿足可靠、經(jīng)濟地輸送電力的要求。主要內(nèi)容：1.電網(wǎng)設(shè)計的任務(wù)、原則和標(biāo)準(zhǔn)；2.電力網(wǎng)電壓等級的選擇；3.電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法；4.發(fā)電廠接入系統(tǒng)的設(shè)計；5.主變壓器的選擇；6.電氣主接線的設(shè)計；7.電力網(wǎng)中性點接地方式的確定。一、電網(wǎng)設(shè)計的一般內(nèi)容電網(wǎng)設(shè)計涉及大型水、火電廠及核電廠接入系統(tǒng)設(shè)計，大區(qū)電網(wǎng)或省級電網(wǎng)受端主干電網(wǎng)設(shè)計，城市電網(wǎng)設(shè)計，大型工礦企業(yè)的供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計等方面。電網(wǎng)設(shè)計的重點是主網(wǎng)網(wǎng)架及與其關(guān)系緊密部分的設(shè)計。

交流輸電網(wǎng)的具體設(shè)計內(nèi)容：1．確定輸電方式2．選擇電網(wǎng)電壓3．確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4．各方案的初步潮流計算，分析電壓及無功補償情況5．穩(wěn)定性計算，研究提高穩(wěn)定性的措施及其效果6．系統(tǒng)短路容量計算，為斷路器的選擇提供依據(jù)7．供電安全和可靠性分析，應(yīng)達到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求8．研究大跨越、出線走廊、通信干擾等問題二、電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)具備的條件1．設(shè)計年度用電負荷的電力、電量資料，其中包括總水平，分省、分區(qū)及分變電所的電力電量值，以及必要的負荷特性參數(shù)。2．設(shè)計年度電源(現(xiàn)有和新增)的情況，包括電廠位置(廠址)、裝機容量、單機容量和機型等；對水電廠，除上述參數(shù)以外，還應(yīng)有不同水文年發(fā)電量、保證出力、受阻容量、重復(fù)容量、調(diào)節(jié)特性等參數(shù)。3．現(xiàn)有電網(wǎng)(包括在建和已列入基建計劃的線路和變電所)基礎(chǔ)資料，其中包括電壓等級，網(wǎng)絡(luò)接線，線路長度，導(dǎo)線型號，變電所主變壓器容量、型式、臺數(shù)等主要規(guī)范資料，一般應(yīng)具有包羅上述資料的系統(tǒng)現(xiàn)況圖(地理接線及單線接線圖)。對未來網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的發(fā)展情況，應(yīng)掌握包括可能架設(shè)新線路的路徑、長度，以及變電所擴建和待建變電所所址等資料，以便能夠組成足夠數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)方案。4．送變電設(shè)備資料三、電網(wǎng)設(shè)計的基本原則

電網(wǎng)設(shè)計的基本原則是滿足運行中的安全可靠性，近、遠景發(fā)展的靈活適應(yīng)性，以及供電的經(jīng)濟合理性的要求?？煽啃渊D―應(yīng)當(dāng)具有《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》所規(guī)定的抗干擾的能力，滿足向用戶安全供電的要求，防止發(fā)生災(zāi)難性的大面積停電。靈活性――能適應(yīng)電力系統(tǒng)的近、遠景發(fā)展，便于過渡，尤其要注意到遠景電源建設(shè)和負荷預(yù)測的各種可能變化；能滿足調(diào)度運行中可能發(fā)生的各種運行方式下潮流變化的要求。經(jīng)濟性――在滿足上述要求的條件下，設(shè)計方案要節(jié)約電網(wǎng)建設(shè)費(包括節(jié)約鋼材、水泥、木材和設(shè)備)和年運行費，使年計算費用達到最小。四、電網(wǎng)設(shè)計的安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)1．對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基本要求根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》（DL755-2001）,合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足如下基本要求：★能夠滿足各種運行方式下潮流變化的需要，具有一定的靈活性，并能適應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展的要求；★任一元件無故障斷開，應(yīng)能保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，且不致使其它元件超過規(guī)定的事故過負荷和電壓允許偏差的要求；★應(yīng)有較大的抗擾動能力，并滿足導(dǎo)則規(guī)定的有關(guān)各項安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；★滿足分層和分區(qū)原則；★合理控制系統(tǒng)短路電流。2、電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》將安全穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)分為3級。第一級標(biāo)準(zhǔn)----正常運行方式下，發(fā)生常見的單一故障(例如線路發(fā)生瞬間單相接地重合成功、任一發(fā)電機跳閘和失磁等)，保護、開關(guān)及重合閘正確動作，不采取穩(wěn)定控制措施，電網(wǎng)能保持穩(wěn)定和對負荷的正常供電，其它元件不超過規(guī)定的事故過負荷能力，不發(fā)生連鎖跳閘。第二級標(biāo)準(zhǔn)----正常運行方式下，電力系統(tǒng)發(fā)生較嚴(yán)重的故障擾動后（如單回線單相永久故障重合不成功、任一母線故障等），保護、開關(guān)及重合閘正確動作，應(yīng)能保持穩(wěn)定運行，必要時允許采用切機和切負荷等穩(wěn)定控制措施。第三級標(biāo)準(zhǔn)----大電網(wǎng)最為重要的最后一道防線，在發(fā)生極端嚴(yán)重的故障時（如故障時開關(guān)拒動、繼電保護自動裝置誤動或拒動、多重故障等），必須采取措施，防止系統(tǒng)崩潰，避免造成長時間大面積停電和對重要用戶的災(zāi)害性停電，使負荷損失盡可能減少道到最小，并盡快恢復(fù)正常運行。3、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的措施《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》把電力網(wǎng)絡(luò)管理分為受端系統(tǒng)、電源接入系統(tǒng)與系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線3部分，為提高整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平，并根據(jù)各部分的重要性及技術(shù)經(jīng)濟條件，對電網(wǎng)設(shè)計提出了不同的要求。受端系統(tǒng)受端系統(tǒng)是指以負荷集中地區(qū)為中心，包括區(qū)內(nèi)和鄰近電廠在內(nèi)，用較密集的電力網(wǎng)絡(luò)將負荷和這些電源連接在一起的電力系統(tǒng)。受端系統(tǒng)通過接受外部及遠方電源輸入的有功和電能來實現(xiàn)供需平衡。★加強受端系統(tǒng)內(nèi)部最高一級電壓的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系；★為加強受端系統(tǒng)的電壓支持和運行的靈活性，在受端系統(tǒng)應(yīng)接有足夠容量的電廠；★受端系統(tǒng)要有足夠的無功補償容量；★樞紐變電所的規(guī)模要同受端系統(tǒng)的規(guī)模相適應(yīng)；

★受端系統(tǒng)發(fā)電廠運行方式改變，不應(yīng)影響正常受電能力。電源接入系統(tǒng)★根據(jù)發(fā)電廠在系統(tǒng)中的地位和作用，不同規(guī)模的發(fā)電廠應(yīng)分別接入相應(yīng)的電壓網(wǎng)絡(luò)；★在經(jīng)濟合理與建設(shè)條件可行的前提下，應(yīng)在受端系統(tǒng)內(nèi)建設(shè)一些較大容量的主力電廠，直接接入高一級電壓網(wǎng)絡(luò)；★外部電源宜經(jīng)相對獨立的送電回路接入受端系統(tǒng)，盡量避免電源或送端系統(tǒng)之間的直接聯(lián)絡(luò)，盡量避免送電回路落點過于集中；★每一組送電回路的最大輸送功率所占受端系統(tǒng)總負荷的比例不宜過大，應(yīng)結(jié)合受端系統(tǒng)的具體條件來決定。系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線★系統(tǒng)間采用交流或直流方式互聯(lián)應(yīng)進行技術(shù)經(jīng)濟比較；★交流聯(lián)絡(luò)線的電壓等級宜與主網(wǎng)最高一級電壓等級相一致；★互聯(lián)電網(wǎng)在任一側(cè)失去大電源或發(fā)生嚴(yán)重單一故障時，聯(lián)絡(luò)線應(yīng)保持穩(wěn)定運行，并不應(yīng)超過事故過負荷能力的規(guī)定；★在聯(lián)絡(luò)線因故障斷開時后，要保持各自系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行；★系統(tǒng)間的交流聯(lián)絡(luò)線不宜構(gòu)成弱聯(lián)系的大環(huán)網(wǎng)，并要考慮其中一回斷開時，其余聯(lián)絡(luò)線應(yīng)保持穩(wěn)定運行，并可轉(zhuǎn)送規(guī)定的最大電力；★對交流弱聯(lián)網(wǎng)方案，應(yīng)詳細研究對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證合理后方可采用。五、電力網(wǎng)電壓等級的選擇原則1．選定的電壓等級應(yīng)符合國家電壓標(biāo)準(zhǔn)3、6、10、35、63、110、220、330、500、750kV。2．電壓等級不宜過多，以減少變電重復(fù)容量，同一地區(qū)、同一電力網(wǎng)內(nèi)，應(yīng)盡可能簡化電壓等級。3．各級電壓級差不宜太小。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，110kV以下(或稱電網(wǎng)配電電壓等級)，電壓級差一般在3倍以上，110kV及以上(或稱電網(wǎng)輸電電壓等級)，電壓級差一般在2倍左右。我國現(xiàn)有電網(wǎng)的電壓等級的配置大致分為兩類，即110／220／500kV及110／330kV。220kV以下電壓等級的配置則為10／63／220kV及10(6)／35／110／220kV兩種系列。4.發(fā)電廠向系統(tǒng)送電，考慮采用高一級電壓一回線還是低一級電壓多回線向系統(tǒng)送電，與該電廠在系統(tǒng)中的重要性有關(guān)。5.對于單回線供電系統(tǒng)，在輸電電壓確定后的一回線送電容量與電力系統(tǒng)總?cè)萘繎?yīng)保持合適的比例，以保證在事故情況下電力系統(tǒng)的安全。我國各級電壓輸送能力統(tǒng)計六、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計一般方法1.常規(guī)設(shè)計方法是目前電網(wǎng)設(shè)計的主要方法，一般分為方案形成和方案檢驗兩個階段。方案形成階段的任務(wù)是根據(jù)輸電容量和輸電距離，擬訂幾個可比的網(wǎng)絡(luò)方案。方案檢驗階段的任務(wù)是對已形成的方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較，其中包括電力系統(tǒng)潮流、調(diào)相、調(diào)壓計算，穩(wěn)定電流、短路電流、工頻過電壓、潛供電流計算及技術(shù)經(jīng)濟比較等。在進行網(wǎng)絡(luò)方案檢驗的同時，還可以根據(jù)檢驗得到的信息，增加或修改原有的網(wǎng)絡(luò)方案。2.優(yōu)化設(shè)計方法是利用計算機手段，將技術(shù)、經(jīng)濟和優(yōu)化方法綜合為一體，確定最優(yōu)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對提高電網(wǎng)設(shè)計質(zhì)量和速度很有幫助，目前在工程上只能作為輔助手段。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)常規(guī)設(shè)計的步驟確定負荷水平及電源安排明確輸電線的送電容量及送電方向核定送電距離擬訂電網(wǎng)方案進行必要的電氣計算進行技術(shù)經(jīng)濟比較綜合分析，提出推薦方案1、送電容量和送電方向的確定應(yīng)用電力電量平衡方法，將一個待設(shè)計的電網(wǎng)分成若干個區(qū)域，在每個區(qū)域內(nèi)根據(jù)其負荷與裝機容量進行電力(或電量)平衡，確定各地區(qū)間的送電容量。2、送電距離的確定一般是在有關(guān)的地形圖上量得長度，再乘以曲折系數(shù)1.1～1.15。作業(yè)時可參考同路徑已運行的線路實際長度，或取送電線路可行性研究后的設(shè)計長度。3、擬定網(wǎng)絡(luò)接線方案

根據(jù)送電線路輸電能力、以往類似工程實例以及設(shè)計者的經(jīng)驗，即可擬出幾個待選的網(wǎng)絡(luò)連接方式。設(shè)計電網(wǎng)方案時，可分為靜態(tài)電網(wǎng)設(shè)計法和動態(tài)電網(wǎng)設(shè)計法。靜態(tài)電網(wǎng)設(shè)計法只對未來一個水平年的電網(wǎng)接線方案進行研究，因而又稱水平年規(guī)劃法。動態(tài)電網(wǎng)設(shè)計法將設(shè)計期分為幾個年度并考慮其過渡問題?，F(xiàn)代電力網(wǎng)的電網(wǎng)接線可分為無備用網(wǎng)絡(luò)和有備用網(wǎng)絡(luò)兩大類。4、電氣計算1）潮流計算分析

目的是觀察各方案是否滿足正常與事故運行方式下送電能力的需要。在正常運行方式下，各線路潮流一般應(yīng)接近線路的經(jīng)濟輸送容量，各主變(聯(lián)變)的潮流應(yīng)小于額定容量。在N-1的事故(包括計劃檢修的情況)下，線路潮流不應(yīng)超過持續(xù)允許的發(fā)熱容量，變壓器應(yīng)沒有長時期過負荷現(xiàn)象。2）暫態(tài)穩(wěn)定計算

檢驗各方案能否滿足SDJl61—85《電力系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計所規(guī)定的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。電力系統(tǒng)設(shè)計一般僅對推薦方案和少數(shù)主干網(wǎng)絡(luò)比較方案進行靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定計算，但若根據(jù)系統(tǒng)特點能判別哪類穩(wěn)定起控制作用時，則可只進行這類穩(wěn)定計算(必要時進行動態(tài)穩(wěn)定計算)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在以下故障時必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行和正常供電：★任何線路發(fā)生單相瞬時接地故障重合成功；★同級電壓的雙回線或多回線和環(huán)網(wǎng)，任一回線發(fā)生單相永久接地故障重合不成功及無故障三相斷開不重合；★同級電壓的雙回線或多回線和環(huán)網(wǎng)，任一回路三相故障斷開不重合；★任一臺發(fā)電機跳閘或失磁；★受端系統(tǒng)任一臺變壓器故障退出運行；★系統(tǒng)中任一大負荷突然變化(如沖擊負荷或大負荷突然退出)?！锶我唤涣髀?lián)絡(luò)線故障或無故障斷開不重合；★直流輸電線路單極故障。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在以下故障時可采取措施保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，但允許損失部分負荷：★單回線發(fā)生單相永久接地故障重合不成功及無故障三相斷開不重合；★任一母線故障；★同桿并架雙回線的異名兩相同時發(fā)生單相接地故障重合不成功，或雙回線三相同時跳開；★直流輸電線路雙極故障。3）短路電流計算短路電流計算的主要目的是選擇新增斷路器的額定斷流容量（額定開斷電流），提出今后發(fā)展新型斷路器的額定斷流容量，以及研究限制系統(tǒng)短路電流水平的措施(包括提高變壓器中性點絕緣水平)。4）調(diào)相、調(diào)壓計算調(diào)相、調(diào)壓計算，研究在系統(tǒng)各種運行方式下變電所母線的運行電壓是否符合電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，研究增加無功補償設(shè)備以滿足電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在增加無功補償設(shè)備后電壓波動幅度仍不能滿足要求時，可選用有載調(diào)壓變壓器。除上述情況外，有載調(diào)壓變壓器一般應(yīng)裝設(shè)在供、配電網(wǎng)絡(luò)中。5）工頻過電壓★工頻過電壓計算應(yīng)以正常運行方式為基礎(chǔ)，加上一重非正常運行方式及一重故障型式。正常運行方式包括過渡年發(fā)電廠單機運行、網(wǎng)絡(luò)解環(huán)運行等，非正常運行方式包括聯(lián)絡(luò)變壓器退出運行、中間變電所的1臺主變壓器退出運行、故障時局部系統(tǒng)解列等。但單相變壓器組有備用相時，可不考慮該變壓器組退出運行。故障型式可取線路一側(cè)發(fā)生單相接地三相斷開或僅發(fā)生無故障三相斷開兩種情況?！?30～350kV網(wǎng)絡(luò)的工頻過電壓水平，線路斷路器的變電所側(cè)及線路側(cè)應(yīng)分別不超過網(wǎng)絡(luò)最高相電壓(有效值，kV)的1.3及1.4倍。采用氧化鋅避雷器時，工頻過電壓水平可適當(dāng)提高，線路側(cè)過電壓可提高到1.5倍。6）潛供電流計算★高壓線路的濳供電流由容性和感性兩個分量組成。容性分量是由于兩個非故障相的工作電壓通過相間電容向故障相進行電容性供電而形成的，與線路的運行電壓有關(guān)；感性分量是由于兩個非故障相的工作電流通過相間互感向故障相進行感應(yīng)供電而產(chǎn)生的，與非故障相通過的電流、線路故障地點有關(guān)。★潛供電流的允許值取決于潛供電弧自滅時間的要求，潛供電流的自滅時間等于單相自動重合閘無電流間隙時間減去弧道去游離時間，單相自動重合閘無電流間隙時間要結(jié)合系統(tǒng)穩(wěn)定計算決定，弧道去游離時間可取0.1～0.15s，并考慮一定裕度。5、經(jīng)濟比較經(jīng)濟比較是工程設(shè)計中項目或方案經(jīng)濟評價的一個組成部分，通過經(jīng)濟比較對方案進行篩選后，將其優(yōu)選方案再進行國民經(jīng)濟評價、財務(wù)評價及不確定性分析。電力系統(tǒng)規(guī)劃中經(jīng)濟評價應(yīng)用最廣泛的是方案經(jīng)濟比較，常用的方法有：最小費用法、凈現(xiàn)值法、內(nèi)部收益率法、折返年限法等。靜態(tài)電網(wǎng)設(shè)計法只對未來一個水平年的電網(wǎng)接線進行經(jīng)濟比較，在進行費用比較時，可以不考慮資金的貼現(xiàn)；動態(tài)電網(wǎng)設(shè)計法進行費用比較時，要計及資金的時間價值。6、選擇方案時還應(yīng)綜合考慮的因素主干電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；廠內(nèi)接線；運行靈