220kv變電站電氣一次部分畢業(yè)設計論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　課題名稱 220kV變電站電氣一次部分初步設計 </p><p>　　學生姓名 </p><p>

2、;　　學 號 </p><p>　　系 、 專 業(yè) 電氣工程系、電氣工程及其自動化 </p><p>　　指導教師

3、 </p><p>　　職 稱 </p><p><b>　　內容提要</b></p><p>　　本次設計為220kV變電站電氣一次部分的初步設計。根據原始資料，以設計任務書和國家及行業(yè)有關電力工程設計的規(guī)程規(guī)范為設計依據，并結合該地區(qū)實際情況設計該變

4、電站，設計的內容符合國家有關經濟技術政策，所選設備全部為國家推薦的新型產品，技術先進、運行可靠、經濟合理。本期該變電站設有兩臺主變壓器，遠期該變電站設有三臺主變壓器。站內主接線分為220kV、110kV和10kV三個電壓等級。</p><p>　　設計正文分設計說明書和設計計算書兩個部分，設計說明書包括電氣主接線設計、變壓器選擇說明、短路電流計算說明、電氣設備選擇說明、配電裝置設計、電氣總平面布置和防雷保護設計；

5、設計計算書包括變壓器選擇、短路電流計算、電氣設備選擇及校驗等，并附有電氣主接線圖及其它相關圖紙。</p><p>　　關鍵詞： 220kV變電站； 短路計算； 主接線； 設備選擇。</p><p><b>　　Summary</b></p><p>　　The design of 220 kV substation electrical par

6、t of the preliminary design at a time. According to the original data, a design specification and country and industry relevant power engineering design procedure specification for design basis, and combined with the reg

7、ion's actual condition, the design of the substation design in conformity with the relevant economic and technological policies of the state, the contents of the selected equipment for all countries recommend new pro

8、ducts, advanced te</p><p>　　This text points design specifications and design calculation of two parts, the design specifications, including the main electrical wiring design of transformer selection, the sh

9、ort circuit current calculation, electrical equipment selection, design of power distribution equipment, electrical total plane layout and lightning protection design; Design calculation includes the choice of transforme

10、r, the short-circuit current calculation, electrical equipment selection and calibration, etc., with </p><p>　　Key words: 220 kV substation; Short circuit calculation; The main wiring; Equipment selection.&l

11、t;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　內容摘要I</b></p><p>　　SummaryII</p><p>　　第一部分 設計說明書</p><p><b>　　1 原始資料1</b></p>&

12、lt;p>　　1.1 建站的必要性1</p><p>　　1.2 系統接入方式1</p><p>　　1.3 變電工程規(guī)模2</p><p>　　1.4變電站站址選擇2</p><p>　　1.5系統短路阻抗及本期出線潮流估計2</p><p><b>　　2 變壓器選擇5</b>

13、;</p><p>　　2.1 主變壓器選擇5</p><p>　　3 電氣主接線設計9</p><p>　　3.1 主接線設計的原則和要求9</p><p>　　3.2 主接線基本接線方式9</p><p>　　3.3 主接線設計步驟10</p><p>　　3.4 本站主接線設計方

14、案11</p><p>　　4 短路電流計算說明18</p><p>　　4.1 短路電流計算概述18</p><p>　　4.2 常見短路電流計算19</p><p>　　4.3 短路電流計算結果21</p><p>　　5 高壓電器設備選擇23</p><p>　　5.1 電氣設

15、備選擇一般條件23</p><p>　　5.2 高壓斷路器的選擇24</p><p>　　5.3 隔離開關的選擇26</p><p>　　5.4 互感器的選擇27</p><p>　　5.5 母線的選擇28</p><p>　　6 配電裝置設計29</p><p>　　6.1配電裝置

16、應滿足以下基本要求29</p><p>　　6.2配電裝置設計的基本步驟29</p><p>　　6.3配電裝置的種類及應用29</p><p>　　6.4本變電站配電裝置設計29</p><p>　　7 防雷保護設計31</p><p>　　7.1變電站防雷保護的特點31</p><p

17、>　　7.2防雷防護類型31</p><p>　　第二部分 設計計算書</p><p>　　8 短路電流計算33</p><p>　　8.1 等值電路計算33</p><p>　　8.2 對稱短路電流計算34</p><p>　　8.2 不對稱短路電流計算43</p><p>

18、　　9 電氣設備選擇及校驗計算51</p><p>　　9.1 高壓斷路器選擇及校驗計算51</p><p>　　9.2 隔離開關選擇及校驗計算53</p><p>　　9.3 互感器選擇及校驗計算54</p><p>　　9.4 母線選擇及校驗計算55</p><p>　　10 防雷保護計算58</

19、p><p><b>　　總結59</b></p><p><b>　　參考文獻60</b></p><p><b>　　致謝62</b></p><p>　　第一部分 設計說明書</p><p><b>　　1 原始資料</b>

20、</p><p>　　1.1 建站的必要性 </p><p>　　考慮到目前花垣縣供電現狀及將來的網絡發(fā)展格局，提高了電源外送和用戶供電的可靠性，加強了地區(qū)220KV電網，新建花垣220KV變電站主要為地區(qū)中間變電站，給花垣縣供電并為保靖、水順、龍山4縣水電外送提供接入點。</p><p>　　1.2 系統接入方式</p><p>　

21、　新建～萬溶江220kV變一回，巖人坡～萬溶江剖進花垣形成花垣～萬溶江、花垣～巖人坡各一回，備用三回。其中花垣～萬溶江50公里; 花垣～萬溶江50公里;花垣～巖人坡17公里。新建花垣～里耶一回，花橋～佳民剖進花垣變形成花垣～花橋、花垣～佳民各一回，漾水坪～天堂灣剖進花垣形成花垣～天堂灣一回，并將漾水坪雙T至新建的花垣～民樂雙回線上，形成花垣～民樂（漾水坪）T接雙回線，備用六回；花垣～佳民線3.3公里；花垣～花橋線7公里；花垣～里耶線41

22、公里；花垣～天堂灣線13公里；花垣～民樂線（漾水坪）線27.5公里；花垣～民樂（漾水坪）線27.5公里。10kV本期、終期均不考慮出線。</p><p>　　圖1.1 系統接入方案</p><p>　　圖1.1系統接入方式</p><p>　　1.3 變電工程規(guī)模</p><p><b>　　遠景規(guī)模 </b><

23、/p><p>　?。?）220kV進出線6回: 新建至萬溶江220kV變一回，巖人坡～萬溶江剖進花垣形成花垣～萬溶江、花垣～巖人坡各一回，備用三回；</p><p>　?。?）110kV終期出線十二回：新建花垣～里耶一回，花橋～佳民剖進花垣～花橋、花垣～佳民各一回，漾水坪～天堂灣剖進花垣形成花垣～天堂灣一回，并將漾水坪～新建的花垣～民樂雙回線上，形成花垣～民樂（漾水坪）工接雙回線，備用六回；&

24、lt;/p><p>　?。?）三繞組有載調壓變壓器三臺，容量3×180MVA。</p><p>　　(4)無功補償：本期裝設57.6Mvar容性無功補償，10Mvar感性無功補償；遠期裝設86.4Mvar容性無功補償，不另裝設感性無功補償。</p><p><b>　　本期規(guī)模</b></p><p>　?。?）本

25、期出線三回：新建～萬溶江220kV變一回，巖人坡～萬溶江剖進花垣～萬溶江、花垣～巖人坡各一回；</p><p>　　（2）新建花垣～里耶一回，花橋～佳民剖進花垣變形成花垣～花橋、花垣～佳民各一回，漾水坪～天堂灣剖進花垣形成花垣～天堂灣一回，并將漾水坪雙T至新建的花垣～民樂雙回線上，形成花垣～民樂（漾水坪）T接雙回線；</p><p>　?。?）三繞組有載調壓變壓器兩臺，容量2×1

26、80MVA。</p><p>　　注：10kV本期、末期均不考慮出線。</p><p>　　1.4 變電站站址選擇 </p><p>　　當地最高氣溫35℃,最低氣溫－5℃，年平均氣溫25℃；站址選在花垣縣美惹村二組，地面原始標高為179.36~201.08米，總占地面積：1.967 8，原始地貌屬于低緩丘陵地貌，耕地與農田，地形起伏不大，目前場地尚未

27、整平，交通運輸方便，站址地勢較高，排水系統良好，具有較強的防洪能力。</p><p>　　1.5 系統短路阻抗及本期出線潮流估計</p><p><b>　　計算條件</b></p><p>　?。?）全省220kV及以上網絡參與計算。</p><p>　?。?）短路水平年按遠景水平年考慮。</p>&l

28、t;p>　　（3）短路阻抗不含變電站本身阻抗。</p><p>　　（4）短路阻抗為標幺值，其基準值為： Sj=100MVA，Uj=Ucp。</p><p>　?。?）花垣220kV變電站系統短路阻抗</p><p>　?。?）大方式系統短路阻抗 </p><p><b>　　圖1.2系統正序圖</b></p

29、><p><b>　　圖1.3系統零序圖</b></p><p><b>　　本期出線潮流估計</b></p><p>　　變電站本期出線潮流估計如表1.1：</p><p>　　表1.1出線潮流估計</p><p>　　注：潮流由首端流入末端為“+”，反之為“-”。</p

30、><p><b>　　2 主變壓器的選擇</b></p><p>　　在各級電壓等級的變電站中，變壓器是變電站中的主要電氣設備之一，其擔任著向用戶輸送功率，或者兩種電壓等級之間交換功率的重要任務，同時兼顧電力系統負荷增長情況，并根據電力系統5～10年發(fā)展規(guī)劃綜合分析，合理選擇，否則，將造成經濟技術上的不合理。如果主變壓器容量選的過大，臺數過多，不僅增加投資，擴大占地面積，

31、而且增加損耗，給運行和檢修帶來不便，設備亦未能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，可能使變壓器長期在過負荷中運行，影響主變壓器的壽命和電力系統的穩(wěn)定性。因此，確定合理的變壓器容量是變電站可靠供電和網絡經濟運行的保證。</p><p>　　2.1 主變壓器的選擇</p><p>　　2.1.1 變壓器容量及臺數的選擇</p><p>　　變電站內變壓器容量和臺數是影響電網

32、結構、供電安全可靠性和經濟性的重要因素，而容量大小和臺數多少的選擇往往取決于區(qū)域負荷的現狀和增長速度，取決于一次性建設投資的大小，取決于周圍上一級電網或電廠提供負載的能力，取決于負荷本身的性質和對供電可靠性要求的高低，取決于變壓器單位容量造價、系統短路容量和運輸安裝條件等等，近幾年隨著變壓器制造技術的不斷提高，變壓器自身質量和安全運行水平大幅度提高變壓器空載損耗下降的幅度大，變壓器經濟運行的負載率得到不斷降低又國家節(jié)能減排政策，鼓勵企業(yè)

33、開展經濟運行工作建設、擴建和變壓器增容的臺數和容量的選擇，國內尚無明確具體的規(guī)定，也是隨技術水平提高不斷完善的一個系統工程，一般根據常規(guī)經驗和規(guī)劃者的觀點來進行結合相關規(guī)程制度。</p><p>　　首先變壓器額定容量應能滿足供電區(qū)域內用電負荷的需要，即滿足全部用電設備總計算負荷的需要，避免變壓器長期處于過負荷狀態(tài)運行。新建變電站變壓器容量應滿足5~10年規(guī)劃負荷的需要，防止不必要的擴建和增容，也減少因為擴建增容

34、造成的大面積和長時間停電對較高可靠性供電要求的變電站一次最好投入兩臺變壓器，變壓器正常的負載率不大于50%為最好。</p><p>　　對于供電區(qū)域內有重要用戶的變電站，應考慮一臺變壓器在故障或停電檢修狀態(tài)下，其它變壓器在計及過負荷能力后的允許時間內，保證用戶的一級和二級負荷，對一般負荷的變電站，任何一臺變壓器停運，應能保證全部負荷的70%至80%的電力供應不受影響，城區(qū)變電站變壓器臺數和容量應滿足N-1的要求。

35、</p><p>　　雖然大容量變壓器單位容量造價低，在高負荷密度供電區(qū)域建設大容量變電站能夠節(jié)省投資，容量越大，效果就越明顯但為保證供電運行方式靈活，應考慮采用多臺變壓器，單臺變壓器容量的選擇不宜過大和過小，要預留負荷發(fā)展而擴建的可能，實現變電站容量由小到大，變壓器的臺數由少到多城區(qū)變電站3臺變壓器供電的運行方式最為靈活可靠。</p><p>　　為保證變電站運行方式靈活可靠，減少和方便

36、備用容量儲備，便于與相聯結配電裝置的配合，便于檢修維護，達到變電站整體規(guī)范統一，選擇變壓器容量的種類應盡量減少，一般不超過兩種，在此，建議對城市供電的一個變電站內最好統一變壓器容量等級。</p><p>　　在一定容量范圍內，容量增大變損降低，但節(jié)約的電費可能難以補償投資費用的增加，與之配套的開關等設備的開斷能力的要求大，所以變壓器容量的選擇要考慮變壓器及其配套裝置的一次性投資。行國家降損節(jié)能政策，必要時，要進行

37、經濟運行方式的計算。</p><p>　　由于供電企業(yè)要求城區(qū)供電滿足N-1的可靠性準則，變壓器容量的選擇，除符合上述條件外，要考慮事故和檢修狀態(tài)下，減少供電引起的經濟損失和對社會的影響，最少應滿足一臺變壓器停電后，部分負荷可以調至周圍變電站，而不影響對全部用戶的正常用電需求。</p><p>　　對供電企業(yè)變電站密集區(qū)，由于變電站之間存在聯絡供電線路，變電站之間可以拉手互供，變壓器的容量

38、選擇可以適當減小，正常條件下分區(qū)域各自供電，當不能滿足供電輸出時，可以靠周邊的變電站通過聯絡線帶部分負荷，但最終要考慮增加變電站布點或增加變壓器臺數來逐步滿足負荷供出的要求。</p><p>　　對低壓側有發(fā)電機組并網的變電站，變壓器容量也可以適當減小，但容量選擇時要考慮，滿足發(fā)電機組的額定容量在區(qū)域負荷最小時，能夠通過變壓器向電力系統正常輸出，變壓器的容量必須大于機組發(fā)電容量。變壓器和發(fā)電機組的額定容量之和大于

39、該地區(qū)的最大負荷。發(fā)電機組停運，變壓器應能保證全部負荷的70%至80%的電力供應不受影響，并保證一級和二級負荷正常用電。與上一級電網的設備參數配合得當，滿足系統短路容量的要求</p><p>　　2.1.2 主變壓器相數的選擇</p><p>　　容量為300MW及以下機組單元連接的主變壓器和330kV及以下的電力系統中，一般都選擇三相變壓器。但是在選擇主變壓器的相數時，應根據原始資料以

40、及設計變電所的實際情況來選擇。本次設計的變電所，站址海拔高度179.36~201.08m，占地1.967，原始地貌屬于低緩丘陵地貌，耕地與農田，地形起伏不大，目前場地尚未整平，交通運輸方便。站址地勢較高，排水系統良好，具有較強的防洪能力和防洪抗震能力。故本次設計的變電站選用三相變壓器。</p><p>　　2.1.3 主變壓器繞組與結構的選擇</p><p>　　在具有三種電壓等級的變電所

41、中，如通過主變壓器的各側繞組的功率均達到該變壓器容量的15%以上，或低壓側雖無負荷，但在變電站內需裝設無功補償設備，主變宜采用三繞組變壓器。而本變電站具有三種電壓等級，考慮到運行維護和操作的工作量及占地面積等因素，該站選擇普通三繞組變壓器。</p><p>　　生產制造中的三繞組變壓器有：自耦變、分裂變以及普通三繞組變壓器幾種類型。</p><p>　?。?）自耦變壓器：短路阻抗較小，系統

42、發(fā)生短路時，短路電流增大，以及干擾繼電保護和通訊，并且它的最大傳輸功率受到串聯繞組容量限制，自耦變壓器，具有磁的聯系外，還有電的聯系，所以，當高壓側發(fā)生過電壓時，它有可能通過串聯繞組進入公共繞組，使其它絕緣受到危害，如果在中壓側電網發(fā)生過電壓波時，它同樣進入串聯繞組，產生很高的感應過電壓。自耦變壓器，高中壓側的零序電流保護，應接于各側套管電流互感器組成零序電流過濾器上。由于本次所設計的變電所所需裝設兩臺變壓器并列運行，電網電壓波動范圍較

43、大，如果選擇自耦變壓器，其兩臺自耦變壓器的高、中壓側都需直接接地，這樣就會影響調度的靈活性和零序保護的可靠性，由原始資料可知不宜選擇自耦變壓器。</p><p>　?。?）分裂變壓器：分裂變壓器約比同容量的普通變壓器貴20%。分裂變壓器中對兩端低壓母線供電時，如果兩端負荷不相等，兩端母線上的電壓也不相等，損耗也就增大，所以分裂變壓器適用兩端供電負荷均衡，又需限制短路電流的供電系統。由于本次所設計的變電所，受功端的

44、負荷大小不等，故不選擇分裂變壓器。</p><p>　　（3）三繞組變壓器：價格上在自耦變壓器和分裂變壓器之間，安裝以及調試靈活，供電可靠性高，滿足各種繼電保護的需求，又能滿足調度的靈活性。 </p><p>　　2.1.4 主變壓器調壓方式的選擇</p><p>　　由于花垣220kV變電站在整個地區(qū)的位置相當重要，需要連續(xù)提供高質量的變電效果，另外還需要帶負

45、荷調整電壓，而電壓時有偏差，供電電壓不穩(wěn)定，負荷不穩(wěn)定，本身對電壓質量的要求還比較高，則選用有載調壓變壓器會提高供電的可靠性。還需要經常調整電壓，則應選用有載載調壓型變壓器</p><p>　　2.1.5 主變壓器冷卻方式的選擇</p><p>　　主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風冷卻，強迫油循環(huán)風冷卻，強迫油循環(huán)水冷卻。</p><p>　　（1）自然風冷卻：

46、依靠裝在變壓器油箱上的片狀或管形輻射式冷卻器及電動風扇散發(fā)熱量的自然風冷卻及強迫風冷卻，適用于中、小型變壓器。</p><p>　　（2）強迫油循環(huán)水冷卻：雖然有散熱效率高、、減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點。但它須有一套水冷卻系統和相關附件，冷卻器的密封性能要求高，維護工作量較大。 </p><p>　?。?）強迫油循環(huán)風冷卻：實用于大型變壓器高效率的冷卻方式。</p><

47、p>　　本設計主變?yōu)榇笮妥儔浩?，發(fā)熱量大，雖然本變電站地勢平坦，通風條件好，但考慮到安全性還是使用強迫油循環(huán)風冷卻。</p><p>　　綜上所述，本變電站選擇三繞組無勵磁調壓自然風冷卻方式型號為SFSZ9-180000/220型的變壓器3臺，容量為180000，具體參數如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 主變壓器技術參數</p><p><

48、;b>　　3 電氣主接線設計</b></p><p>　　變電站是聯系發(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。為滿足生產需要，變電站中安裝有各種電氣設備，并依照相應的技術要求連接起來。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、高電壓的網絡，故又稱為一次接線或電氣主系統[2]。用規(guī)定的設備文字和圖形符號并按工作順序排列，詳細地表示電氣設備或成

49、套裝置的全部基本組成和連接關系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。</p><p>　　3.1主接線設計的原則及要求</p><p>　　主接線代表了變電站電氣部分主體結構，是電力系統接線的主要組成部分，是變</p><p>　　電站電氣設計的首要部分。它的設計，直接關系著全所電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關系著電力系統的安全、穩(wěn)定、靈活和經

50、濟運行。由于電能生產的特點是發(fā)電、變電、輸電和用電在同一時刻完成，所以主接線設計的好壞，直接影響到工農業(yè)生產和人們的日常生活。為此，主接線的設計必須在滿足國家有關技術經濟政策的前提下，正確處理好各方面的關系，全面分析相關因素，力爭使其技術先進、經濟合理、安全可靠[3]。</p><p>　　電氣主接線的基本原則是以設計任務書為依據，以國家經濟建設的方針、政策、技術規(guī)定、標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電安全

51、可靠、運行靈活、經濟美觀等基本要求下，兼顧運行、維護方便。</p><p>　　3.2 主接線的基本接線方式</p><p>　　主接線的基本形式，就是主要電氣設備常用的幾種連接方式，它以電源和出線為主體。由于各個發(fā)電廠或變電站的出線回路數和電源數不同，且每路饋線所傳輸的功率也不一樣，為便于電能的匯集和分配，常設置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰、運行方便，有利于安裝和擴建，下面介紹幾種常

52、用的主接線方式。</p><p><b>　　（1）單母線接線：</b></p><p>　　單母線接線雖然接線簡單清晰、設備少、操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置等優(yōu)點，但是不夠靈活可靠，任一元件故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電，一般只適用于一臺主變壓器。</p><p><b>　?。?）單母分段：</b><

53、;/p><p>　　用斷路器，把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，由兩個電源供電。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電。當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間內停電，而出線為雙回時，常使架空線路出現交叉跨越，擴建時需向兩個方向均衡擴建。</p><p>　?。?）單母分段帶旁路母線:</p><p&

54、gt;　　這種接線方式：適用于進出線不多、容量不大的中小型電壓等級為35～110kV的變電所較為實用，具有足夠的可靠性和靈活性。</p><p>　?。?）一個半斷路器（3/2）接線:</p><p>　　兩個元件引線用三臺斷路器接往兩組母上組成一個半斷路器，它具有較高的供電可靠性和運行靈活性，任一母線故障或檢修均不致停電，但是它使用的設備較多，占地面積較大，增加了二次控制回路的接線和繼電

55、保護的復雜性，且投資大，一般在超高壓電網中使用。</p><p><b>　?。?）雙母接線:</b></p><p>　　雙目接線有兩組母線，并且可以相互備用。每一電源和出線的回路，都裝有一臺斷路器，有兩組母線隔離開關，可分別與兩組母線相連。它具有供電可靠、調度靈活、擴建方便等優(yōu)點，而且檢修另一母線時，不會停止對用戶連續(xù)供電。但在檢修某線路的斷路器時，如果不裝設“跨

56、條”，則該回路在檢修期需要停電。</p><p><b>　　（6）橋形接線：</b></p><p>　　當只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，宜采用橋形接線，所用斷路器數目最少，它可分為內橋和外橋接線。</p><p>　　內橋接線：在線路故障或切除、投入時，不影響其他回路工作，且操作簡單；而變壓器故障或切除、投入時，要使相應線路短時停電，且操

57、作復雜。適合于輸電線路較長，故障機率較多而變壓器又不需經常切除的情況[4]。 </p><p>　　外橋接線：適合于出線較短，且變壓器隨經濟運行的要求需經常切換，或系統有穿越功率，較為適宜。</p><p>　　3.3 主接線的設計步驟 </p><p>　　電氣主接線的具體設計步驟如下：</p><p>　　（1）分析原始資

58、料，對變電站主變容量、電力系統情況、負荷情況 、環(huán)境條件 、設備選擇等情況進行分析比較，保證設計的先進性、經濟性和可行性。</p><p>　　（2）擬定主接線方案，在分析原始資料的基礎上，可擬定若干個主接線方案，因為對出線回路數、電壓等級、主變容量、容量以及母線結構等考慮不同，會出現多種接線方案。</p><p>　?。?）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

59、計算。</p><p>　?。?）主要高壓電器設備選擇</p><p>　?。?）繪制電氣主接線圖，將最終確定的主接線圖，按工程要求繪制。</p><p>　　3.4 本變電站電氣主接線設計</p><p>　　3.4.1 220kV側接線</p><p>　　由原始資料可知，在正常運行時，本變電站220kV側主要是由

60、青山220kV變電站和下橋220kV變電站兩個電源來供電,《110～220kV變電所設計規(guī)范》規(guī)定，110～220kV線路為兩回及以下時，宜采用單母線分段接線。超過兩回時，宜采用雙母線接線。在采用單母線、單母線分段或雙母線的35～110kV主接線中，當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路設施。本變電站220kV側線路6回，可選擇雙母線帶旁路接線或雙母線接線兩種方案，如圖3.1 所示。</p><p><b&g

61、t;　　方案一</b></p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　圖3.1 220kV電壓側接線方案</p><p>　　方案二，接線簡單，操作方便、設備少、經濟性好，并且母線便于向兩端延伸，擴建方便。分段斷路器QFD進行分段，可以稍微供電可靠性和靈活性。可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障后，能

62、迅速恢復供電；檢修任一回路的母線隔離開關室，只需斷開此隔離開關相連的該組母線，其他電路均可通過另一組母線繼續(xù)運行。調度靈活，各個電源和各回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應電力系統中各種運行方式調度和潮流變化的需要；通過倒換操作可以組成各種運行方式。方案一為雙母線帶旁路接線供電可靠，通過兩組母線隔離開關的倒換操作，除了具備方案二的操作方便外，還增加了其可靠性。但其投資較大，擴建也不方便采用方案一雖然能很好的滿足其可靠性的要求

63、但并不適合，故選用供電可靠、擴建方便、投資量小的方案二。</p><p>　　3.4.2 110kV電壓側接線</p><p>　　本變電站110kV側線路有12回，可選擇雙母線接線或單母線分段帶旁路母線接線兩種方案，如圖3.2所示。方案二供電可靠、調度靈活，但是倒閘操作復雜，容易誤操作，占地面積大，設備多，配電裝置復雜，投資大。方案一簡單清晰，操作方便，不易誤操作，設備少，投資小，占地面

64、積小，旁路斷路器可以代替出線斷路器，進行不停電檢修出線斷路器，保證重要回路特別是Ⅰ類負荷不停電。且方案一具有良好的經濟性，供電可靠性也能滿足要求。</p><p><b>　　方案一</b></p><p><b>　　方案一</b></p><p><b>　　方案二</b></p>

65、<p><b>　　方案二</b></p><p>　　圖3.2 110kV電壓側接線方案</p><p>　　方案一為單母線分段帶旁路母線接線，當檢修出線斷路器時可不停電，因其進行了分段且是斷路器分段，所以當一段母線發(fā)生故障時，可以保證正常段母線不間斷供電，因為設置旁路母線，可以保證Ⅰ、Ⅱ類用戶用電要求，同時它結構簡單清晰，運行也相對簡單，便于擴建和發(fā)展。

66、它投資小，費用低比方案二好，但靈活性和可靠性不能滿足110kV側用戶的要求。故110kV 側接線采用方案二。</p><p>　　3.4.1 無功補償</p><p>　?。?）無功補償的基本原理</p><p>　　電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯電容器等無功補償設備以后，可以提供

67、感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。</p><p>　　在大系統中，無功補償還用于調整電網的電壓，提高電網的穩(wěn)定性。在小系統中，通過恰當的無功補償方法還可以調整三相不平衡電流。按照wangs定理：在相與相之間跨接的電感或者電容可以在相間轉移有功電流。因此，對于三相電流

68、不平衡的系統，只要恰當地在各相與相之間以及各相與零線之間接入不同容量的電容器，不但可以將各相的功率因數均補償至接近1，而且可以使各相的有功電流達到平衡狀態(tài)。</p><p>　　電網輸出的功率包括兩部分;一是有功功率;二是無功功率.直接消耗電能,把電能轉變?yōu)闄C械能,熱能,化學能或聲能,利用這些能作功,這部分功率稱為有功功率;不消耗電能;只是把電能轉換為另一種形式的能,這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件,并且,這

69、種能是在電網中與電能進行周期性轉換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場占用的電能,電容器建立電場所占的電能.電流在電感元件中作功時,電流滯后于電壓90°.而電流在電容元件中作功時,電流超前電壓90°.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180°.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小</p><p>　　

70、（2）無功補償的意義</p><p>　　補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。減少發(fā)、供電設備的設計容量，減少投資，例如當功率因數cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時，裝1Kvar電容器可節(jié)省設備容量0.52KW；反之，增加0.52KW對原有設備而言，相當于增大了發(fā)、供電設備容量。因此，對新建、改建工程，應充分考慮無功補償，便可以減少設計容量，從而減少投資。</p><p&g

71、t;　?。?）無功補償方式：</p><p>　　集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組；</p><p>　　分組補償：在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償電容器；</p><p>　　單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯電容器等。</p><p><b>　　(4)無功補償選擇</b></

72、p><p>　　本期裝設57.6Mvar容性無功補償，10Mvar感性無功補償，遠期裝設86.4Mvar容性無功補償，不另裝設感性無功補償。</p><p>　　查閱《電力設備選型手冊》得選用三臺丹東電力電容器廠生產的并聯電容器成套裝置BWF10.5-30-1TH。下表為參數。</p><p>　　綜上所述,本變電站無功補償設備選擇如圖表3.1所示。</p>

73、<p>　　表3.1容性無功補償設備參數</p><p>　　3.4.2 電氣一次總接線</p><p>　　經過以上總結，畫出如下接線總圖：</p><p>　　圖3.4 電氣主接線簡圖</p><p>　　總而言之，從圖3.4可以得知：220kV側采用雙母線接線簡單清晰，操作方便，不易誤操作，調度、擴建方便，為以后的發(fā)展和

74、擴建奠定了基礎。110kV側采用單母線分段帶旁路接線，當檢修出線斷路器時可不停電，因為進行分段且是斷路器分段，所以當一段母線發(fā)生故障時，可以保證正常段母線不間斷供電，因為設置旁路母線，可以保證Ⅰ、Ⅱ類用戶用電要求，同時它結構簡單清晰，運行也相對簡單，便于擴建和發(fā)展。</p><p>　　所以說本變電站的電氣主接線設計是在立足于眼前，兼顧遠期發(fā)展的基礎上完成的，完全可以滿足用戶供電要求和以后的擴建發(fā)展。</p

75、><p><b>　　4 短路電流計算</b></p><p>　　電力系統正常運行的破壞多半是由短路故障引起的。發(fā)生短路時，系統從一種運行狀態(tài)劇變到另一種運行狀態(tài)，并伴隨產生復雜的暫態(tài)現象。短路是電力系統的嚴重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點接地系統）發(fā)生通路的情況[6]。</p><p>　　單相接地短路、兩相接地

76、短路、兩相相間短路等屬于不對稱短路。三相短路屬于對稱短路。就實際發(fā)生的概率來看，電力系統的短路90%為不對稱短路，這90%里面90%又是單相接地短路。短路有分很多種情況，有單相接地短路，兩相短路，兩相短路接地，三相短路等。此外，研究短路現象還要和電力系統的接線方式有關，如變壓器中性點直接接地，中性點非直接接地等等。針對不同短路，不同的接線方式，短路發(fā)生時有不同的現象。 </p><p>　　如果是中性點

77、非直接接地的電力系統，那么單相短路接地故障時仍然可以運行一段時間，因為此時線電壓是不變的，但是故障相的對低電壓變?yōu)榱?，非故障相的對低電壓變?yōu)樵瓉淼母?倍，這時候如果絕緣做的不好，容易使故障擴大。 </p><p>　　4.1 短路電流計算</p><p>　　4.1.1 短路電流計算目的</p><p>　　計算短路電流的目的是為了限制短路的危害和縮小故

78、障的影響范圍。在變電所和供電系統的設計和運行中，基于如下用途必須進行短路電流的計算：</p><p>　?。?）選擇電氣設備和載流導體，必須用短路電流校驗其熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。選擇有足夠機械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設備，為了保證設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。</p><p>　?。?）在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方

79、案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，選擇和整定繼電保護裝置，使之能正確的切除短路故障。</p><p>　　（3）確定合理的主接線方案、配置各種繼電保護方式、進行整定計算、接地裝置的設計等運行方式及限流措施。</p><p>　?。?）保護電力系統的電氣設備在最嚴重的短路狀態(tài)下不損壞，盡量減少因短路故障產生的危害。</p><p>　　4.1.2 短路

80、電流計算的一般規(guī)定</p><p>　　（1）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，應按工程的設計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統的遠景發(fā)展規(guī)劃（一般為本期工程建成后5～10年）。確定短路電流計算時，應按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。</p><p>　?。?）選擇導體和電器用的短路電流，在電氣連接的網絡中，應考慮具有反

81、饋作用的異步電機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。</p><p>　?。?）選擇導體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點，應按選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點。</p><p>　?。?）導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流一般按三相短路驗算。</p><p>　　4.1.3 短路電流計算的步驟</p><p>　　短路

82、電流計算的具體計算步驟如下</p><p>　?。?）計算各元件電抗標幺值，并折算到同一基準容量下；</p><p>　?。?）繪制等值網絡，進行網絡變換；</p><p><b>　　（3）選擇短路點；</b></p><p>　　（4）對網絡進行化簡，把供電系統看為無限大系統，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對短

83、路點的電抗標幺值，并計算短路電流標幺值、有名值；</p><p>　　（5）計算短路容量，短路電流沖擊值：</p><p>　　短路容量： (4-1)</p><p>　　短路電流沖擊值: (4-2)</p&

84、gt;<p>　?。?）列出短路電流計算結果。</p><p>　　具體短路電流計算詳見計算說明書。</p><p>　　4.2 短路類型及其計算方法</p><p>　　以下為電力系統中可能發(fā)生的幾種形式的短路類型及其計算方法：</p><p>　?。?）三相短路電流的計算： (4-3)

85、</p><p>　　其有名值為： (4-4)</p><p>　　—系統中發(fā)生三相短路時，短路點的短路電流標幺值</p><p>　　—系統中發(fā)生三相短路時，短路點的短路電流有名值</p><p>　　—歸算到短路點的綜合正序等值電抗。</p><p>　　以

86、下為簡便起見，省略下標 * 。</p><p>　?。?）兩相短路電流的計算： (4-5)</p><p>　　—歸算到短路點的負序綜合電抗</p><p>　　—兩相短路時短路點的全電流</p><p>　　其各序分量電流值為： </p><p>　　(4-6)

87、 </p><p>　　—分別為兩相短路時，短路點短路電流的正負序分量</p><p>　　（3）兩相接地短路電流計算：</p><p>　　(4-7) </p><p>　　—兩相短路接地時，短路點故障相全電流</p><p>　　—兩相短路接地時，短路點的正序電流分量</p>

88、<p>　　(4-8) </p><p>　　(4-9) </p><p><b>　　(4-10) </b></p><p>　　—分別為兩相接地短路時的負序和零序電流分量。</p><p>　　（4）單相接地短路電流的計算：</p><p&

89、gt;　　短路點各序分量電流為： (4-11) </p><p>　　4.3 短路電流計算結果</p><p>　　4.3.1 本變電站各支路電抗計算</p><p>　　參考原始資料計算可知,220kV母線三相短路：I〞3=6.4KA。計算基本任務為系統當前水平年，阻抗標幺值按基準值為=100MVA，Uj=Ucp，以及所知的參數設置短

90、路點以及對各支路電抗進行計算。</p><p>　　4.3.2 本變電站等值網絡圖</p><p>　　計算出各支路電抗等相關數據后對變電站網絡圖進行計算化簡得變電站等值網絡圖。設置短路點如下如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 變電站總等值網絡圖</p><p>　　4.3.3 短路電流計算結果</p><

91、p>　　(1) 本站最大運行方式為兩臺主變并列運行，此時阻抗最??；最小運行方式為單臺主變運行，此時阻抗最大。</p><p>　　(2) 本站的短路計算為工程計算，各側母線可近似看成無窮大系統，，所以、、短路時，各側提供的短路電流都需進行計算。</p><p>　　(3) 計算時，基準容量取100MVA，基準電壓取各級平均額定電壓，即</p><p>　　22

92、0kV側取230kV，110kV側取115kV，10kV側取10.5kV。</p><p>　　(4) 根據變壓器和輸電線路繼電保護整定的要求，在母線各側計算不同短路類型（包括三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路）的短路電流，其結果如表4.1所示。短路電流有名值計算結果如下：</p><p>　　表4.1 短路電流有名值計算結果（單位kA）</p><p>

93、<b>　　其中：</b></p><p>　　表示單相接地短路故障 兩相短路故障</p><p>　　表示兩相短路故障 三相接地短路故障</p><p>　　5 高壓電器設備選擇</p><p>　　電器設備

94、的正確選擇最重要的是保證電氣主接線和配電裝置達到安全、經濟運行。在選擇高壓電器設備時，需要根據實際工程情況，在保證安全、可靠的前提下，盡量節(jié)省投資、采用新技術。</p><p>　　要保證電氣設備能可靠的工作，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，使所選的電器設備能在長期工作的條件下及發(fā)生過電壓、過電流的情況下能保持正常運行。</p><p>　　5.1 高壓電器設

95、備選擇的一般條件</p><p>　　(1)電器選擇的原則:</p><p>　?、賾獫M足正常運行、檢修、短路和過電壓等情況下的要求；</p><p>　?、趹串數丨h(huán)境條件校核；</p><p>　?、蹜η蠹夹g先進和經濟合理；</p><p>　?、苓x擇導體時應盡量減少品種；</p><p>

96、;　?、輸U建工程應盡量使新老電器的型號一致；</p><p>　　⑥選用的新品，均應具有可靠的試驗數據，并經正式鑒定合格。</p><p>　　(2)電器選擇的技術條件:</p><p>　?、匐妷海核x電器和電纜允許最高工作電壓不得低于回路所接電網的最高運行電壓，即 </p><p>　　≥ (5-1)

97、 </p><p>　　一般電纜和電器允許的最高工作電壓，當額定電壓在220kV及以下時為,而實際電網運行的一般不超過。</p><p>　　②電流:導體和電器的額定電流是指在額定周圍環(huán)境溫度下，導體和電器的長期允許電流應不小于該回路的最大持續(xù)工作電流，即 </p><p>　　≥ (5-2) </p>

98、<p>　　由于變壓器在電壓降低5%時出力保持不變，故其相應回路的</p><p>　?、郯串數丨h(huán)境條件校核：</p><p>　　當周圍環(huán)境溫度和導體額定環(huán)境溫度不等時，其長期允許電流可按下式修正 ： </p><p>　　(5-3)

99、 </p><p>　　式中 K—修正系數</p><p>　　—導體或電氣設備正常發(fā)熱允許最高溫度</p><p><b>　?、馨炊搪非闆r校驗:</b></p><p>　　電器在選定后應按最大

100、可能通過的短路電流進行動、熱穩(wěn)定校驗，一般校驗取三相短路時的短路電流，如用熔斷器保護的電器可不驗算熱穩(wěn)定[9]。當熔斷器有限流作用時，可不驗算動穩(wěn)定，用熔斷器保護的電壓互感器回路，可不驗算動、熱穩(wěn)定。</p><p>　　短路熱穩(wěn)定校驗滿足熱穩(wěn)定條件為: </p><p>　　(5-4) </p><p>　　

101、—短路電流產生的熱效應</p><p>　　—短路時導體和電器允許的熱效應</p><p>　　驗算熱穩(wěn)定所用的計算時間： =+ (5-5) </p><p>　　—相應斷路器的全開斷時間</p><p>　　短路的動穩(wěn)定校驗滿足動穩(wěn)定條件為： (5-6)

102、 </p><p>　　(5-7) </p><p>　　、 — 短路沖擊直流峰、有效值 （kA）</p><p>　　、—電器允許的極限通過電流峰值及有效值（kA）</p><p>　　5.2 高壓斷路器的選擇</p><p>　　變電所中高壓斷路器是重要的電氣設備之一，它具有完善的滅弧性能，正常

103、運行時，用來接通和開斷負荷電流。故障時，斷路器通常與繼電保護配合使用，斷開短路電流，切除故障線路，保證非故障線路的正常供電及系統的穩(wěn)定性。</p><p>　　高壓斷路器應根據斷路器安裝地點，環(huán)境和使用技術條件等要求選擇其種類及型式，由于真空斷路器、SF6斷路器比少油斷路器可靠性更好，維護工作量更少，滅弧性能更高，目前得到普遍推廣，故35～220kV一般采用SF6斷路器。</p><p>

104、　　本變電站高壓斷路器選擇按以下原則選取：</p><p>　?。?）按開斷電流選擇</p><p>　　高壓斷路器的額定開斷電流應不小于其觸頭開始分離瞬間（）的短路電流</p><p><b>　　的有效值。</b></p><p>　　即 </p>

105、;<p>　　— 高壓斷路器額定開斷電流（kA） </p><p>　　— 短路電流的有效值（kA）</p><p>　?。?）短路關合電流的選擇</p><p>　　在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中，觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過（預擊穿），更易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞，且斷路器在關合短路電流時，不可避

106、免地接通后又自動跳閘，此時要求能切斷短路電流，為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器額定關合電流不應小于短路電流最大沖擊值[10]。</p><p><b>　　即 </b></p><p>　　、 — 短路沖擊直流峰、有效值 （kA）</p><p>　　、—電器允許的極限通過電流峰值及有效值（kA）</p><

107、;p>　?。?）關于開合時間的選擇</p><p>　　對于220kV及以上的電網，當電力系統穩(wěn)定要求快速切除故障時，分閘時間不宜大于0.045s，用于電氣制動回路的斷路器，其合閘時間大于0.04—0.06s。</p><p>　　本變電站高壓斷路器選擇如下：</p><p>　?。?）220kV線路側及變壓器側選擇LW6—220型SF6 戶外斷路器。<

108、/p><p>　　表5.1 220kV側計算數據與高壓斷路器參數表</p><p>　　（2）110kV線路側及變壓器側：選擇LW7—11型真空戶外斷路器。</p><p>　　表5.2 110kV側計算數據與高壓斷路器參數表</p><p>　　(3)10kV線路側及變壓器側：選擇LN10—10/1000型高壓開關柜。</p>

109、<p>　　5.3 隔離開關的選擇</p><p>　　隔離開關是發(fā)電廠和變電站中常用的開關電器。它需與斷路器配套使用。隔離開關沒有滅弧裝置及開斷能力低，所以操作隔離開關時，必須遵循倒閘操作順序[11]。</p><p>　　本變電站隔離開關選擇如下（選擇和校驗計算見計算書）：220kV側：選GW2—220型隔離開關。</p><p>　　表5.3 10

110、kV側計算數據與隔離開關參數表2</p><p>　　110kV側：選GW2—110型隔離開關。</p><p>　　表5.4 110kV側計算數據與隔離開關參數表</p><p>　　(3)10kV側：選GN6—10/1000型隔離開關。</p><p>　　5.4 互感器的選擇</p><p>　　互感器是電力系統

111、中的測量儀表、繼電保護等二次設備獲取電氣一次回路信息的傳感器。互感器將高電壓、大電流按比例變成低電壓（100、100/）和小電流（5、1A），其一次側接在一次系統，二次側接測量儀表業(yè)繼電保護等[11]。</p><p>　　(1)互感器的作用有：</p><p>　?、賹⒁淮位芈返母唠妷汉碗娏髯?yōu)槎位芈窐藴实牡碗妷汉托‰娏鳎箿y量儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結構輕巧、價格便宜，便

112、于屏內安裝。</p><p>　?、谑苟卧O備與高電壓部分隔離，且互感器二次側均接地，從而保證了設備和人身的安全。</p><p>　　(2)互感器的配置：</p><p>　　①為滿足測量和保護裝置的需要，在變壓器、出線、母線分段及所有斷路器回路中均裝設電流互感器；</p><p>　?、谠谖丛O斷路器的下列地點也應裝設電流互感器，如：發(fā)電機

113、和變壓器的中性點；</p><p>　　③對直接接地系統，一般按三相配制。對三相直接接地系統，依其要求按兩相或三相配制；</p><p>　?、?20kV電壓等級的每組主母線的三相上應裝設電壓互感器；</p><p>　?、莓斝枰O(jiān)視和檢測線路有關電壓時，出線側的一相上應裝設電壓互感器。</p><p>　　(3)本變電站互感器的選擇：<