220kV降壓變電所-西海變電站電氣設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

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2.5電氣總平面布置及配電裝置的選擇 18 2.5.1 概述 18 2.5.2 高壓配電裝置的選擇 19 2.5.3 中型配電裝置 19 2.5.4 半高型配電裝置 19 2.5.5 高型配電裝置 19 2.6過電壓保護(hù)和絕緣配合及接地 20 2.6.1 過電壓保護(hù) 20 2.6.2 接地裝置 21 2.6.3 絕緣配合 21 2.7所用電和直流系統(tǒng)及照明設(shè)計 24 2.7.1 所用電系統(tǒng) 24 2.7.2 直流系統(tǒng) 24 2.7.3 照明系統(tǒng) 25 3電氣二次部分設(shè)計 26 3.1繼電保護(hù) 26 3.1.1 總的要求 26 3.1.2 繼電保護(hù)配置原則 26 3.1.3 220千伏系統(tǒng) 26 3.1.4 110千伏系統(tǒng) 26 3.1.5 主變壓器保護(hù) 26 4土建部分設(shè)計 28 4.1所區(qū)布置與交通運輸 28 4.1.1 所區(qū)總平面布置 28 4.1.2 所區(qū)道路及場地處理 28 4.2主要建筑物 28 4.3主要構(gòu)筑物 28 4.4采暖與通風(fēng) 28 4.4.1 采暖 28 4.4.2 通風(fēng) 28 4.5 給水與排水 29 4.5.1 給水 29 4.5.2 排水 29 4.6 消防 29 5 單相接地電容電流計算 30 6 短路電流計算 31 7各回路電流計算 34 7.1 主變壓器各側(cè)回路電流計算 34 7.2 各出線側(cè)電流計算 34 8電氣設(shè)備及導(dǎo)體選擇計算 35 8.1 斷路器和隔離開關(guān)的選擇 35 8.1.1 220kV斷路器和隔離開關(guān)的選擇 35 8.1.2 110kV斷路器和隔離開關(guān)的選擇 36 8.1.3 10kV斷路器和隔離開關(guān)的選擇 37 8.2 電流互感器的選擇計算 39 8.2.1 220kV電流互感器的選擇計算 39 8.2.2 110kV電流互感器的選擇計算 39 8.2.3 10kV電流互感器的選擇計算 40 8.3 電壓互感器的選擇計算 41 8.3.1 220kV電壓互感器的選擇計算 41 8.3.2 110kV電壓互感器的選擇計算 41 8.3.3 10kV電壓互感器的選擇計算 42 8.4 高壓熔斷器選擇計算 42 8.4.1 變電所用高壓熔斷器 42 8.4.2 電壓互感器用高壓熔斷器 42 8.5 導(dǎo)體選擇計算 42 8.5.1 220kV側(cè)母線的選擇 42 8.5.2 110kV側(cè)母線的選擇 43 8.5.3 10kV導(dǎo)體選擇計算 44 9絕緣配合計算 47 9.1 220kV金屬氧化鋅避雷器參數(shù)選擇 47 9.2 110kV金屬氧化鋅避雷器參數(shù)選擇 47 9.3 10kV金屬氧化鋅避雷器參數(shù)選擇 48 10 避雷針保護(hù)范圍計算 49 參考文獻(xiàn) 51 致謝 52 附錄 53 Contents Abstract Ⅱ Introduction 1 1 Substation design summary 2 1.1 Foundational data 2 1.2 Main contents of design 2 1.3 Important proplem of design 2 1.4 Design basis 2 1.5 The principle of important instructions 3 2 First segment design of electricity 4 2.1 Option of electric side wiring 4 2.1.1 Design principle of side wiring 4 2.1.2 Design request of side wiring 4 2.1.3 The wiring analysis of 6-220 high-voltage power distribution 4 2.1.4 The wiring design scheme comparison 4 2.2 The option of main transformer and forecast of load 7 2.2.1 Forecast of load 7 2.2.2 Option of equivalent number of main transformer 7 2.2.3 Main transformer winding quantity 7 2.2.4 The way of main lord adjustment 7 2.2.5 The way of main winding coupling 7 2.2.6 The main transformer neutral grounding method 8 2.2.7 Cooling way of main transformer 8 2.2.8 The option of capacity ratio 8 2.2.9 Review 8 2.3 Reactive power compensation device of choice 8 2.3.1 Reactive power compensation device types of choice 9 2.3.2 Ascertain of VAR compensator capacity 9 2.3.3 Parallel capacitor devices of grouping 9 2.3.4 Parallel capacitor devices wiring 10 2.3.5 Shunt capacitor of 10 kV system to the impact current 10 2.4 The choice of short circuit electric current and electricity equipments and conductor 10 2.4.1 Short-circuit current and load electric current calculation 10 2.4.2 Electricity equipments selection 11 2.4.3 Main device list 13 2.4.4 Conductor choice 16 2.4.5 The choice of support insulator and wall bushing 17 2.5 The choice of electric general arrangement and distribution equipment 18 2.5.1 Summerize 18 2.5.2 The choice of high voltage distribution installtion 19 2.5.3 Medium type distribution device 19 2.5.4 Half tall type distribution device 19 2.5.5 High type distribution device 19 2.6 Overload protectionand insulate coordination and grounding 20 2.6.1 Over-voltage protection 20 2.6.2 Grounding equipment 21 2.6.3 Insulate coordination 21 2.7 Used electricity and direct current system and illumination design 24 2.7.1 The used electricity system 24 2.7.2 Direct current system 24 2.7.3 Illumination system 25 3 Second part design of electricity 26 3.1 Relay electricity protection 26 3.1.1 Total request 26 3.1.2 Principle of relay electricity protection 26 3.1.3 220kV system 26 3.1.4 110kV system 26 3.1.5 The main transformer protection 26 4 Soil construction part design 28 4.1 The area arrangement and transportation 28 4.1.1 Area total flat surface decoration 28 4.1.2 Area road and place processing 28 4.2 Main building 28 4.3 Main construct buiding 28 4.4 Adopt warm and well ventilated 28 4.4.1 Adopt warm 28 4.4.2 Well ventilated 28 4.5 Water supply and drain 29 4.5.1 Water supply 29 4.5.2 Drain 29 4.6 Fire figh 29 5 Single-phase grounding capacitance current calculation 30 6 Short-circuit current calculation 31 7 Each loop current calculation 34 7.1 Each side of the transformer loop current calculation 34 7.2 Each outline side electric current calculation 34 8 Electrical equipment and conductor choice 35 8.1 Option of Breaker and Disconnector 35 8.1.1 Option of 220kV breaker and disconnector 35 8.1.2 Option of 110kV breaker and disconnector 36 8.1.3 Option of 10kV breaker and disconnector 37 8.2 Current transformer selection and calculation 39 8.2.1 Selection and calculation of 220kV current transformer 39 8.2.2 Selection and calculation of 110kV current transformer 39 8.2.3 Selection and calculation of 10kV current transformer 40 8.3 Selection and calculation of voltage transformer 41 8.3.1 Selection and calculation of 220kV voltage transformer 41 8.3.2 Selection and calculation of 110kV voltage transformer 41 8.3.3 Selection and calculation of 10kV voltage transformer 42 8.4 Selection and calculation of the high-voltage fuse 42 8.4.1 Substation with high pressure fuse 42 8.4.2 PT with high pressure fuse 42 8.5 Option and calculation of conductor 42 8.5.1 Option and calculation of 220kV conductor 42 8.5.2 Option and calculation of 110kV conductor 43 8.5.3 Option and calculation of 10kV conductor 44 9 Insulate coodination calculation 47 9.1 The parameter option lightning defender of the 220 kV metals butter of zinc 47 9.2 The parameter option lightning defender of the 110 kV metals butter of zinc 47 9.3 The parameter option lightning defender of the 10 kV metals butter of zinc 48 10 Protection scope calculation of lightning rod 49 References 51 Acknowledgement 52 Appendix 53 viii 鄭州西海變電站電氣設(shè)計 【摘要】本文針對220kV降壓變電所的特點，闡述了220kV降壓變電所的設(shè)計思路、設(shè)計步驟，并進(jìn)行了相關(guān)的計算和校驗。本次220kV變電所電氣設(shè)計主要包括計算書和設(shè)計圖紙兩部分。計算書中較詳細(xì)介紹了主變的選擇﹑主接線形式的確定﹑無功補償﹑短路電流計算﹑設(shè)備的選擇及校驗﹑并對繼電保護(hù)進(jìn)行了規(guī)劃性設(shè)計。通過此次設(shè)計，我對高電壓等級變電所的初步建設(shè)有了較系統(tǒng)的掌握，所學(xué)的專業(yè)知識在實際工程中得到升華，為畢業(yè)后的工作打下良好的工程基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：變壓器 短路電流 主接線 設(shè)備選擇 I Zheng Zhou Xi Hai Substation Design Author： Du Yan Qing Supervisor：Ping Liu (Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, lecturer) Abstract The text aims at the characteristics of the 220kV step-down substation,elaborates design way of thinking, design step of the 220kV step-down substation and carries on the related calculation .The 220kV substation electrical design mainly includes two parts of the calculation sheet and design drawings. Calculations in detail introduces the selection of main transformer, the determination of main wiring forms, reactive power compensation, short-circuit current calculation , equipment selection and verification , also plans for the relay protection design. Through this design, the high voltage substations in the initial building with a more systematic grasp expertise in practical projects to be developed, to work after graduation has laid a good foundation for the project. Key words：Transformer; Short-circuit current; Main Connection; Equipment Selection Check Ⅱ 引言 本次設(shè)計是在2015年山東農(nóng)業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的基礎(chǔ)上進(jìn)行，綜合系統(tǒng)的利用了自己四年來所學(xué)的專業(yè)理論知識及實習(xí)實踐，介紹了220kV變電所設(shè)計的基本知識。該次設(shè)計主要包括以下任務(wù)：1、主接線的設(shè)計 2、主變壓器的選擇 3、短路計算 4、導(dǎo)體和電氣設(shè)備的選擇 5、所用電設(shè)計 6、防雷接地設(shè)計 7、配電裝置設(shè)計 8、繼電保護(hù)的配置等等。 本次設(shè)計中的依據(jù)有《電力工程電氣設(shè)計手冊》、《國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計 220kV變電站分冊》《現(xiàn)代城市電網(wǎng)220kV變電站典型方案設(shè)計》等國家的技術(shù)規(guī)程，結(jié)合《發(fā)電廠電氣部分》、《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》、《工廠供電》、《電力系統(tǒng)分析》等專業(yè)課理論知識，又在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，完成了本次設(shè)計。本次設(shè)計傾向與工程實際，目的是提高自己的專業(yè)水平、綜合能力，以達(dá)到理論聯(lián)系實際、學(xué)有所用，為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。由于時間倉促及水平有限，設(shè)計中不免有疏漏不足之處，懇請老師批評指正！謝謝！ 1 變電站電氣設(shè)計概述 1.1 基礎(chǔ)資料 （1）變電站正西方向15kM是石佛變電站，有二回220kV線路連接；西南方向15kM是鄭州熱電廠，裝機為3*200MW，次暫態(tài)電抗為0.125，變壓器為3*230MVA，變比為242/13.8 kV，U%=18，采用發(fā)電機-變壓器-線路組接線，有兩回220kV線路與B變電站連接。 （2）220kV進(jìn)出線 220kV進(jìn)出線8回，其中3回與系統(tǒng)A連接，備用線1回。 （3）110kV架空出線10回，備用線1回。 （4）10kV電壓級，連接電容器組和站用變。 （5）兩臺主變壓器，各180MVA。 （6）選擇基準(zhǔn)容量100MVA，系統(tǒng)B歸算到石佛變電站220kV母線短路容量為3000MVA；系統(tǒng)A歸算到B變電站220kV母線短路容量為3400MVA；系統(tǒng)容量為無窮大。 1.2 主要設(shè)計內(nèi)容 （1）負(fù)荷預(yù)測與計算； （2）本變電所主變的臺數(shù)、容量和類型選擇。 （3）設(shè)計本變電所的電氣主接線，擬定3—4個初步方案，經(jīng)初步經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，得出兩個較優(yōu)方案，并進(jìn)行主接線方案設(shè)計論證。 （4）進(jìn)行必要的短路電流計算，并列出計算結(jié)果表。 （5）選擇和校驗所需的電氣設(shè)備。 （6）設(shè)計和校驗?zāi)妇€系統(tǒng)。 （7）進(jìn)行繼電保護(hù)的規(guī)劃設(shè)計（選用微機保護(hù)）。 （8）進(jìn)行防雷保護(hù)規(guī)劃設(shè)計。 （9）220kV高壓配電裝置設(shè)計。 （10）設(shè)備布置（平面，剖面） 1.3 設(shè)計重點研究問題 （1）短路電流計算。 （2）設(shè)備選擇和校驗。 （3）圖紙的繪制。 1.4 設(shè)計依據(jù) （1）《3～35kV高壓配電裝置設(shè)計規(guī)范》、《35kV～220kV變電所設(shè)計規(guī)范》 （2）鄭州西海變電站電氣設(shè)計委托書 （3）《電力工程電氣設(shè)計手冊》 1.5 對重要原則的說明 （1）電氣主接線選擇 220kV進(jìn)線8回（一回備用），采用雙母帶旁路接線。 110kV出線10回（一回備用），采用雙母線分段接線。 10kV出線2回，采用單母線分段接線。 （2）主變壓器的選擇 主變壓器選用三相三繞組油浸自冷有載調(diào)壓降壓變壓器。 （3）主要電氣設(shè)備選擇 ①戶外電氣設(shè)備的外絕緣選用IV級防污產(chǎn)品。 ②220kV選用戶外SF6自能式斷路器，配彈簧式操作機構(gòu)；隔離開關(guān)選用雙柱水平開啟式隔離開關(guān)，配電動操作機構(gòu)，帶單接地開關(guān)，配手動式操作機構(gòu)；電流互感器采用SF6式電流互感器；電壓互感器選用電容式電壓互感器。 ③110kV選用戶外SF6自能式斷路器，配彈簧式操作機構(gòu)；隔離開關(guān)選用雙柱水平開啟式隔離開關(guān)，配電動操作機構(gòu)，帶單接地開關(guān)，配手動式操作機構(gòu)；電流互感器采用SF6式電流互感器；電壓互感器選用電容式電壓互感器。 ④10kV選用金屬鎧裝抽出式開關(guān)柜，柜內(nèi)配真空開關(guān)。 ⑤所用變選用干式變壓器。 ⑥電容器選用集合式成套電容柜裝置，采用單星形接線，配6％干式空芯電抗器。 ⑦變電站二次設(shè)備選用綜合自動化裝置。 ⑧直流系統(tǒng)選用鉛酸免維護(hù)蓄電池和高頻開關(guān)電源作充電機。 （4） 配電裝置選擇 220kV、110kV配電裝置采用戶外普通中型配電裝置；10kV選用金屬鎧裝抽出式開關(guān)柜，柜內(nèi)配真空開關(guān) （5） 總平面布置 電氣平面布置力求緊湊合理，出線方便，減少占地面積，節(jié)省投資。220kV、110kV配電裝置及主變壓器采用戶外布置， 10kV開關(guān)室、主控室、值班室等采用戶內(nèi)單層式布置。根據(jù)變電所的進(jìn)出線方向，將220kV戶外配電裝置布置在所區(qū)北側(cè)，110kV戶外配電裝置在所區(qū)南側(cè)，10kV配電室及主控室在主變南側(cè)，變電所進(jìn)站道路從站區(qū)東側(cè)中部接入。主變壓器布置在220kV配電裝置與10kV配電室及主控室之間。10kV無功補償裝置集中布置在10kV戶內(nèi)配電裝置的西側(cè)。 2 電氣一次部分設(shè)計 2.1 電氣主接線選擇 電氣主接線是由電氣設(shè)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(luò)，故又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)。變電所電氣主接線是指變電所的主變壓器、輸電線路怎樣與電力系統(tǒng)相連，從而完成輸配電任務(wù)。而變電所的主接線是電力系統(tǒng)接線組成中的一個重要組成部分。主接線的確定，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活、經(jīng)濟(jì)運行以及變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和控制方法的擬定將會產(chǎn)生直接的影響。 2.1.1 主接線的設(shè)計原則 （1）考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用。 （2）考慮近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)模。 （3）考慮負(fù)荷的重要性分級和出線回路的多少對主接線的影響。 （4）考慮主變臺數(shù)對主接線的影響。 （5）考慮備用容量的有無和大小主接線的影響。 2.1.2 主接線的設(shè)計要求 a、可靠性：安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠和電能質(zhì)量是對主接線最基本要求，而且也是電力生產(chǎn)和分配的首要要求。 b、靈活性：主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活的進(jìn)行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個方面： （1）操作的方便性。電氣主接線應(yīng)該在滿足可靠性的條件下，結(jié)線簡單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不致在操作過程中出差錯。 （2）調(diào)度的方便性。電氣主接線在正常運行時，要能根據(jù)調(diào)度要求，方便地改變運行方式，并且在發(fā)生事故時，要能盡快地切除故障。使停電時間最短，影響范圍最小，不致過多地影響對用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 c、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）節(jié)省一次投資：主接線應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備的投資，要能使控制保護(hù)不過復(fù)雜，以利于運行并節(jié)約二次設(shè)備和控制電纜投資；要能限制短路電流，以便選擇價格合理的電氣設(shè)備或輕型電器；在終端或分支變電所推廣采用質(zhì)量可靠的簡單電器； （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、絕緣子及安裝費用。在不受運輸條件許可，都采用三相變壓器，以簡化布置。 （3）電能損耗少：經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的型式、容量和數(shù)量，避免兩次變壓而增加電能損耗。 d、應(yīng)具有擴建的可能性。主要考慮到電力負(fù)荷的增長。 2.1.3 6—220kV高壓配電裝置的接線分析 6—220kV高壓配電裝置的接線分為： （1）有匯流母線的接線。單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段、增設(shè)旁路母線或旁路隔離開關(guān)等。 （2）無匯流母線的接線。變壓器—線路單元接線、橋形接線、角接線等。 6—220kV高壓配電裝置的接線方式，決定與電壓等級及出現(xiàn)回路數(shù)。按電壓等級的高低和出現(xiàn)回路的多少，有一個大致的適用范圍。 基本接線形式： a、單母線接線①優(yōu)點：接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置。②缺點：不夠靈活可靠，任一元件（母線或隔離開關(guān)）故障或檢修，均需使整個配電裝置停電。單母線可用隔離開關(guān)分段。但當(dāng)一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，再用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后，方能恢復(fù)非故障段的供電。③適用范圍：6—10kV配電裝置出線回路數(shù)不超過5回；35—63kV配電裝置出線回路數(shù)不超過3回；110—220kV配電裝置出線回路數(shù)不超過2回。 b、單母線分段接線 ①優(yōu)點：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，有兩個電源供電；當(dāng)一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不使重用要用戶停電。②缺點：當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，該母線的回路都要在檢修期間停電；但出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴建時需兩個方向均衡擴建。③適用范圍：6—10kV配電裝置出線回路數(shù)6回及以上時；35—63kV配電裝置出線回路數(shù)為4—8回時；110—220kV配電裝置出線回路數(shù)為3—4回時。 c、雙母線接線 雙母線的兩組母線同時工作，并通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器并聯(lián)運行，電源與負(fù)荷平均分配在兩組母線上。由于母線繼電保護(hù)的要求一般某一回路固定與某一組母線連接，以固定的方式運行。①優(yōu)點：供電可靠。通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，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，能迅速恢復(fù)供電，檢修任一回路的母線隔離開關(guān)，只停該回路；調(diào)度靈活。各個電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要；擴建方便。可以向任意方向擴建，不影響兩組母線的電源和負(fù)荷均勻分配，不會引起原有回路的停電；便于實驗。個別回路需要單獨實驗時，可以將該回路分開，單獨接至一組母線上。②缺點：增加一組母線就使每個回路增加一組母線隔離開關(guān)，加大了投資；當(dāng)母線故障或檢修時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作。在隔離開關(guān)和斷路器之間需加連鎖裝置。③適用范圍：6—10kV配電裝置，當(dāng)短路電流較大時，出線需要帶電抗器時。35—63kV配電裝置出線回路數(shù)超過8回時；或連接的電源較多、負(fù)荷較大時。110—220kV配電裝置出線回路數(shù)為5回及以上時；或當(dāng)110—220kV配電裝置，在系統(tǒng)中居重要地位，出線回路數(shù)為4回以上時。 d、雙母線分段接線 每段工作母線用各自的母線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。①優(yōu)點：雙母線分段接線比雙母線接線的可靠性和靈活性更高，當(dāng)一段工作母線發(fā)生故障后，在繼電保護(hù)作用下即只是部分短時停電，而不必全部短期停電，并且任何時候都有備用母線。②缺點：增加了兩臺斷路器，投資有所增加。③適用原則：當(dāng)進(jìn)出線回路數(shù)為10—14回時，在一組母線上用斷路器分段：當(dāng)進(jìn)出線回路數(shù)為15回及以上時，兩組母線均用斷路器分段：為了限制某種運行方式下220kV母線短路電流或系統(tǒng)解列運行的要求，可根據(jù)需要將母線分段。 e、帶旁路母線的雙母線接線 為了能使采用單母線分段或雙母線的配電裝置檢修斷路器時，不致中斷該回路供電，應(yīng)增設(shè)旁路母線。①優(yōu)點：使檢修與它相連的任一回路的斷路器時，該回路便可以不停電，提高了供電的可靠性。②缺點：增加了投資。③適用范圍：當(dāng)110kV出線在6回及以上、220kV出線在4回及以上時，宜采用帶專用旁路斷路器的旁路母線。 f、橋形接線 兩回變壓器—線路單元接線相連，接成橋形接線。分為內(nèi)橋和外橋兩種接線，是長期開環(huán)運行的四角形接線。（一）內(nèi)橋形接線。①優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。②缺點：變壓器的切除和投入較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，影響一回線路的暫時停運；橋聯(lián)斷路器檢修時，兩個回路須解裂運行；③適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠、變電所，并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長，故障率較高的情況。（二）外橋形接線。①優(yōu)點：同內(nèi)橋。②缺點：線路的投入和切除較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，并有一臺變壓器暫時停運；橋聯(lián)斷路器檢修時，兩個回路須解裂運行；③適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠、變電所，并且變壓器的切換較為頻繁或線路較短，故障率較少的情況。 2.1.4 主接線設(shè)計方案比較選擇 由以上介紹和分析可知此變電所的主接線可有三種方式 表2－1 主接線方案比較 接線方式 可靠性 靈活性 經(jīng)濟(jì)性 方案Ⅰ： 220kV側(cè)：帶專用旁路雙母線 110kV側(cè)：雙母線線分段 10kV側(cè)：單母線分段 可靠性較高，對與220kV側(cè)可實現(xiàn)不停電檢修。 靈活性較高，不用倒閘操作，比案Ⅱ容易調(diào)度、檢修、擴建。 投資大。 方案Ⅱ： 220kV側(cè)：雙母線 110kV側(cè)：單母線分段 10kV側(cè)：單母線分段 可靠性較差，不滿足110kV側(cè)設(shè)計對可靠性的要求。 靈活性較低，倒閘操作容易發(fā)生錯誤，造成事故。 投資相對較小。 方案Ⅲ： 220kV側(cè)：帶專用旁路單母分段 110kV側(cè)：雙母線分段 10kV側(cè)：單母線分段 輸送功率較大，不能滿足220kV側(cè)對可靠性的要求，比方案I可靠性低。 靈活性比方案Ⅱ好。 投資相對較少。 經(jīng)過以上論證，而且考慮實際的運行經(jīng)驗和以后的發(fā)展，選擇方案I：220kV側(cè)帶專用旁路雙母線；110kV側(cè)雙母線分段；10kV側(cè)單母線分段。 2.2 主變壓器的選擇和負(fù)荷預(yù)測 2.2.1 負(fù)荷預(yù)測 由設(shè)計資料知道，該變電站選擇兩臺主變電器，每臺主變?nèi)萘繛?80MVA。 因為主變壓器容量一般按變電所建成后5—10年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期10—20年負(fù)荷發(fā)展。若按每年的平均增長率為5％，由180÷1.0510=110.5可知，可知當(dāng)前的負(fù)荷容量可選110.5MVA。考慮每臺主變壓器應(yīng)承擔(dān)70%的負(fù)荷總?cè)萘?，所以?fù)荷總?cè)萘孔疃酁?10.5÷0.7=157.8≈158MVA。所以可預(yù)測用戶中全部一級和大部分二級負(fù)荷最多為110.5MVA，且全部負(fù)荷最多為158MVA。 2.2.2 主變壓器相數(shù)選擇 （1）主變壓器采用三相或是單相，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。 （2）當(dāng)不受運輸條件限制時，在330kV及以下的發(fā)電廠和變電所，均應(yīng)采用三相變壓器。且單相變壓器組相對投資大、占地多、運行損耗也較大，同時配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了維修工作量。社會日新月異，在今天科技已十分進(jìn)步，變壓器的制造、運輸?shù)鹊纫巡怀蓡栴}。 故有以上規(guī)程可知，此變電所的主變應(yīng)采用三相變壓器。 2.2.3 主變繞組數(shù)量 在具有三種電壓的變電所中，如通過主變壓器各側(cè)的功率均達(dá)到該變壓器容量的15％以上，或低壓側(cè)雖無負(fù)荷，但在變電所內(nèi)需裝設(shè)無功補償裝備時，主變壓器宜采用三繞組變壓器。其中，當(dāng)高壓電網(wǎng)為110～220kV，而中低壓電網(wǎng)為110kV和10kV時，由于負(fù)荷較大，最大和最小運行方式下電壓變化也較大，故采用帶負(fù)荷調(diào)壓的三繞組變壓器。 由以上可知此變電所中的主變應(yīng)采用三繞組。 2.2.4 主變調(diào)壓方式 主變調(diào)壓方式有兩種，一是無激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在+2×2.5％以內(nèi)，應(yīng)視具體工程情況而定。二是有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30％。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。但為了適應(yīng)今后電網(wǎng)商業(yè)化運營的要求，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量，滿足用戶的要求，另外，為了便于電網(wǎng)電壓的靈活及時調(diào)整，因為有載調(diào)壓的調(diào)壓范圍可達(dá)到+30％。 所以主變的調(diào)壓方式應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器，有利于電網(wǎng)今后的運行。 2.2.5 主變繞組聯(lián)結(jié)方式 變壓器的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有y和△，高、中、低三側(cè)繞組如何要根據(jù)具體情況來確定。我國110kV及以上電壓，變壓器繞組都采用Y0連接；35kV亦采用Y連接，其中性點多通過消弧線接地。35kV及以下電壓，變壓器繞組都采用△連接。 有以上知，此變電所220kV側(cè)采用Y0接線，110kV側(cè)采用Y0連接，10kV側(cè)采用△接線，即工程實踐中經(jīng)常使用的YN/yn0/d11的接線組別。 2.2.6 主變中性點的接地方式 主要接地方式有：中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地和直接接地。直接接地系統(tǒng)供電可靠性低，但對絕緣水平的要求低，即可帶來的經(jīng)濟(jì)效益很顯著。不接地系統(tǒng)的供電可靠性高，但對絕緣水平的要求也很高，設(shè)備費用很高。因此在電壓等級較低的系統(tǒng)中，一般采用中性點不接地方式以提高供電可靠性在電壓等級較高的系統(tǒng)中，一般采用中性點直接接地方式，而以其他措施提高供電可靠性。所以在110kV及以上的系統(tǒng)中性點直接接地，60kV及以下的系統(tǒng)中性點不接地。 對于3—60kV網(wǎng)絡(luò)，容性電流超過下列數(shù)值時，中性點應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。既3—60kV網(wǎng)絡(luò)中超過30A；10kV網(wǎng)絡(luò)中超過20A；35—60kV網(wǎng)絡(luò)中超過10A。經(jīng)計算可得：10kV系統(tǒng)IC=0.57 A <30A（采用中性點不接地的運行方式）。 所以在本設(shè)計中220kV、110kV采用中性點直接接地方式，10kV采用中性點不接地方式。 2.2.7 主變冷卻方式 主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷卻，強迫風(fēng)冷，強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻，強迫油循環(huán)水冷卻，強迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。 自然風(fēng)冷卻：一般只適用于小容量變壓器。 強迫油循環(huán)水冷卻，雖然散熱效率高，節(jié)約材料減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點。但是它要有一套水冷卻系統(tǒng)和相關(guān)附件，冷卻器的密封性能要求高，維護(hù)工作量較大。所以，選擇強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻。 2.2.8 容量比的選擇 由原始資料可知，110kV中壓側(cè)為主要受功率繞組，而10kV側(cè)負(fù)荷功率不大，所以容量比選擇為：100/100/50。 2.2.9 綜述 綜上所述，可以得到所選主變的型式為三相三繞組油浸式、強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻有載調(diào)壓降壓變壓器，其參數(shù)列表如下： 表2－2 主變壓器參數(shù) 型號 電壓組合及分接范圍 (kV) 阻抗電壓百分比(％) 連接組別 空載電流(％) 容量比 高壓 中壓 低壓 高-中 高-低 中-低 SFSZ- 180000/ 220 220±8×1.25％ 121 10.5 10 34 24 YN/yn0/d11 0.49 100/100/50 2.3 無功補償裝置的選擇 無功補償可以保證電壓質(zhì)量、減少網(wǎng)絡(luò)中的有功功率的損耗和電壓損耗，同時對增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要意義。 2.3.1 無功補償裝置類型的選擇 （1）無功補償裝置的類型 無功補償裝置可分為兩大類：串聯(lián)補償裝置和并聯(lián)補償裝置。 目前常用的補償裝置有：靜止補償器、同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器。 （2）常用的三種補償裝置的比較及選擇 這三種無功補償裝置都是直接或者通過變壓器并接于需要補償無功的變配電所的母線上。 ①同步調(diào)相機：同步調(diào)相機相當(dāng)于空載運行的同步電動機在過勵磁時運行，它向系統(tǒng)提供無功功率而起到無功電源的作用，可提高系統(tǒng)電壓。裝有自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的同步調(diào)相機，能根據(jù)裝設(shè)地點電壓的數(shù)值平滑地改變輸出或汲取的無功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。特別是有強行勵磁裝置時，在系統(tǒng)故障情況下，還能調(diào)整系統(tǒng)的電壓，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是同步調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)機械，運行維護(hù)比較復(fù)雜。它的有功功率損耗較大。小容量的調(diào)相機每千伏安容量的投入費用也較大。故同步調(diào)相機宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不裝設(shè)。在我國，同步調(diào)相機常安裝在樞紐變電所，以便平滑調(diào)節(jié)電壓和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 ②靜止補償器：靜止補償器由電力電容器與可調(diào)電抗并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，根據(jù)調(diào)壓需要，通過可調(diào)電抗器吸收電容器組中的無功功率，來調(diào)節(jié)靜止補償其輸出的無功功率的大小和方向。靜止補償器是一種技術(shù)先進(jìn)、調(diào)節(jié)性能、使用方便、經(jīng)紀(jì)性能良好的動態(tài)無功功率補償裝置。靜止補償器能快速平滑地調(diào)節(jié)無功功率，以滿足無功補償裝置的要求。這樣就克服了電容器作為無功補償裝置只能做電源不能做負(fù)荷，且調(diào)節(jié)不能連續(xù)的缺點。與同步調(diào)相機比較，靜止補償器運行維護(hù)簡單，功率損耗小，能做到分相補償以適應(yīng)不平衡負(fù)荷的變化，對沖擊負(fù)荷也有較強的適應(yīng)性，因此在電力系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。（但此設(shè)備造價太高，在本設(shè)計中不宜采用）。 ③電力電容器：電力電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。它所提供的無功功率值與所節(jié)點的電壓成正比。電力電容器的裝設(shè)容量可大可小。而且既可集中安裝，又可分散裝設(shè)來接地供應(yīng)無功功率，運行時功率損耗亦較小。此外，由于它沒有旋轉(zhuǎn)部件，維護(hù)也較方便。為了在運行中調(diào)節(jié)電容器的功率，也可將電容器連接成若干組，根據(jù)負(fù)荷的變化，分組投入和切除。 綜合比較以上三種無功補償裝置后，選擇在10kV側(cè)安裝并聯(lián)電容器作為無功補償裝置。 2.3.2 無功補償容量的確定 現(xiàn)場實踐經(jīng)驗一般按主變?nèi)萘康?0％—30％來確定無功補償裝置的容量。此設(shè)計中主變?nèi)萘繛?80000kVA，故并聯(lián)電容器的容量為：18000kVar—54000kVar為宜，所以在此設(shè)計中取容量為20000kVar的兩套并聯(lián)電容器分別接到10kV的分段母線上。 2.3.3 并聯(lián)電容器裝置的分組 按照分組原則將每套并聯(lián)電容器按等容量分組的方式將并聯(lián)電容器分組,即(10000+10000)kVar調(diào)容分組配置，可由監(jiān)控主機通過智能判斷，實現(xiàn)有載調(diào)壓檔位的自動調(diào)節(jié)和分組電容器的自動投檔，也可切換至人工控制。 2.3.4 并聯(lián)電容器裝置的接線 并聯(lián)電容器裝置的基本接線分為星形（Y）和三角形（△）兩種。經(jīng)常使用的還有由星形派生出來的雙星形，在某種場合下，也采用有由三角形派生出來的雙三角形。因為星形接線更簡單，而且可靠性、靈敏性都高，對電網(wǎng)通訊不會造成干擾，適用于10kV及以上的大容量并聯(lián)電容器組。另外，對該變電所進(jìn)行無功補償，主要是補償主變和負(fù)荷的無功功率，因此并聯(lián)電容器裝置裝設(shè)在變電所低壓側(cè)，故采用中性點不接地方式。 2.3.5 并聯(lián)電容器對10kV系統(tǒng)單相接地電流的影響 10kV系統(tǒng)的中性點是不接地的，該變電站采用的并聯(lián)電容器組的中性點也是不接地的，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，構(gòu)不成零序電流回路，所以不會對10kV系統(tǒng)造成影響。 2.4 短路電流及電氣設(shè)備和導(dǎo)體的選擇 2.4.1 短路電流及負(fù)荷電流計算 1、短路電流的概述 電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，在其運行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種形式的短路，因為它們會破壞用戶的正常供電和電氣設(shè)備的正常運行。 短路是電力系統(tǒng)中的嚴(yán)重故障。所謂短路有：三相短路，兩相短路，兩相接地短路和單相接地短路。其中，三相短路是對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣處于對稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對稱短路。 電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。雖然三相短路很少發(fā)生，其情況較嚴(yán)重，能給國家經(jīng)濟(jì)以及人民的人身安全帶來很大的威脅和損失。應(yīng)給以足夠的重視在設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮一切可能發(fā)生的情況，在源頭上減少短路電流帶來的危害。因此，我們在實際的運行經(jīng)驗中一般都采用三相短路來計算短路電流，而且大多數(shù)只計算最大運行方式下的三相短路電流，并檢驗電氣設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。工程中三相短路計算一般采用實用的標(biāo)幺值的計算方法。 2、 短路電流計算的步驟 （1）計算各元件電抗標(biāo)幺值，并折算為同一基準(zhǔn)容量下； （2）給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡(luò)圖； （3）選擇短路點； （4）對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，把供電系統(tǒng)看為無限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對短路點的電抗標(biāo)幺值，并計算短路電流標(biāo)幺值、有名值。 標(biāo)幺值： 有名值： （5）計算短路容量，短路電流沖擊值 短路容量： 短路電流沖擊值：" 3、短路電流計算的結(jié)果 短路電流計算結(jié)果列表： 表2－3 短路電流列表 短路 類型 短路點編號 短路點位置 短路點平均電壓（kV） 短路電流周期分量有效值（kA） 短路電流沖擊值（kA） 全電流有效值（kA） 三相短路容量（MVA） 三 相 短 路 k-1 220kV母線 230 15.59 39.75 23.54 6211.2 k-2 110kV母線 115 11.44 29.17 7.27 2277.9 k-3 10kV母線 10.5 30.15 76.9 45.53 548.2 負(fù)荷電流計算結(jié)果列表: 表2－4 負(fù)荷電流計算結(jié)果列表 電壓等級 110kV 10kV 出線回路數(shù) 10回 2回 最大總負(fù)荷數(shù) 360MVA 20MVA 出線平均電流 233.3A 320.7A 主變壓器各側(cè)最大回路電流：220 kV：496.00A； 110kV：992.00A； 10kV：1212.4 A 2.4.2 電氣設(shè)備選擇 1、設(shè)備概述 導(dǎo)體和電器的選擇是變電所設(shè)計的主要內(nèi)容之一，正確地選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的重要條件。在進(jìn)行設(shè)備選擇時，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)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備。 電氣設(shè)備的選擇同時必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、運行方便和適當(dāng)?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行的需要。 電氣設(shè)備要能可靠的工作，必須按正常工作條件進(jìn)行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定后選擇的高壓電器，應(yīng)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。 2、電氣設(shè)備的選擇原則 ①應(yīng)滿足正常運行、檢修、短路、和過電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展。 ②應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核。 ③應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理 ④與整個工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)協(xié)調(diào)一致。 ⑤同類設(shè)備應(yīng)盡量減少種類。 ⑥選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的實驗數(shù)據(jù)。 3 、電氣設(shè)備的選擇和校驗 （1）電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體選擇的一般條件 ①按正常工作條件選擇 a.額定電壓：一般可按電氣設(shè)備的額定電壓不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓的條件選擇，即。 b.額定電流：所選電氣設(shè)備的額定電流，不得低于裝設(shè)回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流，即。 c.開斷電流:高壓斷路器的額定開斷電流不應(yīng)小于實際開斷瞬間的短路電流周期電流，即。 d.環(huán)境條件:由于此變電所所處環(huán)境均為一般電器所使用的條件，故無需考慮它們所處的環(huán)境影響。 ②按短路狀態(tài)校驗 a. 熱穩(wěn)定校驗： 當(dāng)短路電流通過被選擇的電氣設(shè)備時，其熱效應(yīng)不應(yīng)超過允許值，滿足熱穩(wěn)定條件為。式中, 為繼電保護(hù)裝置后備保護(hù)動作時間，為對斷路器的分閘脈沖傳送到斷路器操作機構(gòu)的跳閘線圈時起，到各相觸頭分離后的電弧完全熄滅為止的時間段，顯然包括兩個部分，即?？稍谑謨灾胁榈?，在SF6斷路器0.03s，真空斷路器取0.015s。 b.動穩(wěn)定校驗： ， 式中為短路沖擊電流峰值（kA）；為全電流有效值（kA）； 為電器允許通過的動穩(wěn)定電流峰值（kA）；為電器允許通過的動穩(wěn)定電流有效值（kA）； 備注：用熔斷器保護(hù)的電氣設(shè)備可不校驗熱穩(wěn)定；裝設(shè)在電壓互感器回路中的電氣設(shè)備可不進(jìn)行動熱穩(wěn)定校驗。 （2）短路校驗時短路電流的計算條件 所用短路電流其容量應(yīng)按具體工程的設(shè)計規(guī)劃容量計算，并應(yīng)考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃；計算電路應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在切換過程中可能并列的接線方式。 2.4.3 主要設(shè)備列表 具體設(shè)備選擇和校驗過程見計算書，在此只列寫選擇結(jié)果。 ①主變壓器中性點設(shè)備 表2－5 主變壓器中性點設(shè)備列表 中性點隔離開關(guān) GW15-72.5/630；4s熱穩(wěn)定電流20kA；動穩(wěn)定電流峰值50kA 中性點電流互感器 LRD-60 150/5A 10P20 20VA 中性點放電間隙 ZSW-110/4-2+ZSW-35/4K-2 中性點避雷器 ZXL-A-556/35 ②220kV電氣設(shè)備。斷路器選用平高電氣有限公司生產(chǎn)的戶外式SF6自能式斷路器，配彈簧式操作機構(gòu)；隔離開關(guān)選用平高電氣有限公司生產(chǎn)的GW4系列的雙柱水平開啟式隔離開關(guān)，配電動操作機構(gòu)，帶單接地開關(guān)，同時還配有手動式操作機構(gòu)；電流互感器采用河南平頂山互感器廠有限公司生產(chǎn)的SF6式電流互感器；電壓互感器JCC系列的電容式電壓互感器。220kV各個進(jìn)線處、母線處、母聯(lián)主變的進(jìn)線處主要電氣設(shè)備的型號選擇的選型以及它們的主要技術(shù)參數(shù)選擇的結(jié)果列表為： 表2－6 220kV主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)選擇結(jié)果列表 名稱 型號 額定電壓（kV）