畢業(yè)論文220KV變電站設(shè)計

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摘 要 變電站是電力輸配變的重要環(huán)節(jié)，它是將發(fā)電廠和用電負荷連接起來的紐帶，對電能的分配和變換起著決定性的作用。因此，變電站設(shè)計的好壞將直接影響供電的穩(wěn)定性和安全性。 在中國經(jīng)濟快速發(fā)展的現(xiàn)狀下，為了滿足區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展也為了順應(yīng)時代發(fā)展的潮流，大容量變電站因為其對土地資源的利用率高、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點成為變電站發(fā)展所趨。 關(guān)于220KV變電站的設(shè)計本著經(jīng)濟、節(jié)能、可靠的原則，主要從兩個方面展開：第一是變電站主要設(shè)備即變壓器型號的確定，根據(jù)電站的電壓等級和負荷大小對變壓器的容量進行比較計算，變壓器型號關(guān)系著系統(tǒng)供電的可靠性和穩(wěn)定性。第二是變電站一次供電線路的短路計算，短路計算的目的是為了確定電站一次設(shè)備，例如斷路器，隔離開關(guān)，互感器等的型號選擇。此外，電站的防雷保護在文中也進行了相關(guān)的計算和介紹。最后，根據(jù)設(shè)計結(jié)果，給出該電站的一次接線圖。 關(guān)鍵字： 220KV變電站；變壓器；主接線；一次設(shè)備 ABSTRACT Substation is an important of the power transmission and distribution and transmission, it is the glue link which conncts power plant with power load. And it plays a decisive role in power distribution and transformaton. Therefore,the design of the substain will directly impact the stability and safety of power supply. under the current situation of chinas rapid economill development.It is also in order to meet the development of regional economy and keep up with the trend of the times. Large capacity substaion have becom the trend of the trend of substation deveplment.Because of its high utilization of land resources,and the advantages of small impact on the surrounding envicnment. The design of 220KV substation is based on the principles of economic energy saving and reliable. This paper will start form two aspect. The first one is the determination of the transformers model.The transform is the capacity of transformer acoording to the size of voltage grade and the load of power station.For transformer model has closely related with the reliability and stability of the power supply system. The second one is a subtation power smeupply circuit of short circuit calution is to determine the devivices at a time in the in the snbbtion.such as circuit breakers isolation switches,transformer model selectoion. In addtion, this paper has also carried out the calcucation and introdution about the lightning pratection. Finally, acording to the design results, a wiring diagran of the power substation is presentd. Key words: 220KV Substation；Transformer；Main wiring；Primary equipment 目 錄 1 緒論 1 1.1 設(shè)計的目的意義 1 1.2 本文的主要工作 1 2 主變壓器的選擇 3 2.1 概述 3 2.2 主變壓器臺數(shù)的選擇 3 2.3 主變壓器容量的選擇 3 2.4 主變壓器型號的選擇 4 2.5 所用變壓器的選擇 5 3 電氣主接線選擇 7 3.1 概述 7 3.2 主接線的選擇 7 4 短路電流計算 11 4.1 短路計算的目的及假設(shè) 11 4.2 短路電流計算的步驟 11 5 母線和電氣設(shè)備的選擇 18 5.1 概述 18 5.2 斷路器和隔離開關(guān)的選擇 20 5.3 電流互感器的選擇 25 5.4 電壓互感器的選擇 27 5.5 母線的選擇 28 6 防雷保護 32 6.1 概述 32 6.2 防雷設(shè)備 33 7 總結(jié) 37 參考文獻 38 致謝 40 附錄一:一次設(shè)備材料表 41 1 緒論 1.1 設(shè)計的目的意義 變電站是電力輸配變的重要環(huán)節(jié)，它是將發(fā)電廠和用電負荷連接起來的紐帶，對電能的分配和變換起著決定性的作用。目前國內(nèi)330KV，220KV，110KV變電站的設(shè)計在技術(shù)和設(shè)計理念上已經(jīng)相當(dāng)成熟了，而且隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，變電站的規(guī)模也呈現(xiàn)常規(guī)化，所以作為當(dāng)代大學(xué)生，設(shè)計一個220KV變電站不僅充分的應(yīng)用和鞏固了大學(xué)所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，而且也使在大學(xué)期間所學(xué)的電力系統(tǒng)，高電壓和繼電保護等課本知識得以實踐。在進行實際的短路計算，電氣設(shè)備選型時，使得學(xué)生在校期間所學(xué)知識得以理解和更加牢固的掌握。也通過本次設(shè)計可以訓(xùn)練出學(xué)生的綜合應(yīng)用的能力和創(chuàng)造能力，使得學(xué)生在即將畢業(yè)時，能夠在參加工作之前，得到電氣工程師的初步訓(xùn)練，也為今后的工作打下夯實的基礎(chǔ)。 1.2 本文的主要工作 本工程初步設(shè)計依據(jù)“畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書”編制。該變電所地處平原地區(qū)負荷中心，主要以10KV電壓等級向周邊用戶供電，周邊有一個220KV電源系統(tǒng)可供接入，還有一個110kv電源系統(tǒng)可供接入。該變電所的建設(shè)不僅加強了一個110KV系統(tǒng)和220kv電源系統(tǒng)之間的聯(lián)系，也給該地區(qū)用電提供了一可靠電源，將滿足該地區(qū)工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展的用電需要。 本文共七章，其主要任務(wù)是對220kV變電所的一次部分的設(shè)計。包括對電力系統(tǒng)相關(guān)概念的介紹，電氣主接線的確定，主要電氣設(shè)備的選擇，包括變壓器臺數(shù)和容量的確定以及變壓器型號的選擇等。 第一章重點介紹了變電站的目的和意義。 第二章主要介紹變壓器臺數(shù)和容量的確定以及變壓器型號的選擇。 第三章介紹各電壓等級主接線方案的確定。包括220kV和110kV和10kv三部分。 第四章介紹系統(tǒng)的電流短路計算。包括短路的原因和短路的危害，以及各電壓側(cè)短路的各種計算。 第五章介紹各電壓側(cè)的電氣設(shè)備的選型，例如各電壓側(cè)隔離開關(guān)，斷路器，電流互感器，電壓互感器和10kv電抗器的選擇。也包括電氣設(shè)備的選擇與校驗、持續(xù)工作電流計算、短路穩(wěn)定條件和主要設(shè)備型號。 第六章主要介紹系統(tǒng)防雷的一次部分，包括對各電壓側(cè)的防雷的計算和型號的選擇。 第七章是對本設(shè)計的總結(jié) 2 主變壓器的選擇 2.1 概述 變壓器不僅對于整個變電站而言是核心，而且對于整個變電站的設(shè)計和規(guī)劃來說，變壓器起著決定性的作用，同時也兼顧著整個地區(qū)的經(jīng)濟命脈。所以變壓器在選擇上要嚴謹細心，綜合考慮變壓器的各項性能指標選擇一個經(jīng)濟可靠安全的變壓器。 2.2 主變壓器臺數(shù)的選擇 由原始資 料可以知道，在2２0KV變電站主變壓器臺數(shù)的選擇上，要考慮每一臺變壓器對變電站和此地區(qū)經(jīng)濟的影響。在變電站中根據(jù)變壓器的電壓等級可以知道，220KV變電站一般選取兩臺變壓器，以確保變電站能夠在檢修或者出現(xiàn)緊急或臨時性故障的時候，還能夠繼續(xù)供電不影響人們的正常生活。關(guān)于臺數(shù)選擇的具體分析如下面所述： 為了保證整個變電站供電的可靠性和經(jīng)濟性，根據(jù)變壓器臺數(shù)的選擇，一般情況下，在110kV及以上的變電站中，如果安裝一臺變壓器，將會給故障檢修時帶來不便。在故障檢修時，整個變電站不得不停電檢修，所以為了考慮到整個變電站的供電可靠性，至少要選擇兩臺變壓器，它主要是為了避免一臺檢修時，另一臺能夠提供供電。 相對與本設(shè)計，選用兩臺變壓器最好，就整個變電站本身供電容量而言，供電容量并不是很大。如果選用三臺變壓器，對整個變電站來說可靠性提高，但是其經(jīng)濟性有所降低，而且因為接線網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜，將會帶來檢修和維護的難度，這樣也不符合變電站的經(jīng)濟性和安全性。 所以通過綜合因素的考慮，本次設(shè)計選用兩臺作為近期規(guī)劃的變壓器，對于整個設(shè)計來說既經(jīng)濟有可靠。但是處于經(jīng)濟發(fā)展速度之快，認為選擇三臺變壓器作為遠期規(guī)劃，還是很經(jīng)濟的。 2.3 主變壓器容量的選擇 按照變電站容量選擇的有關(guān)規(guī)定，在本次設(shè)計中主要分兩個階段來對本變電站設(shè)計和規(guī)劃，關(guān)于近期遠期的規(guī)劃，此變電站中變壓器容量的選擇和此區(qū)域的經(jīng)濟密切相關(guān)，所以通過考慮本地區(qū)的經(jīng)濟和供電的需求量來確定本次設(shè)計變壓器的容量。綜合考慮原始資料，就變電站的容量計算如下： 在本變電站的總裝容量為： 主變壓器的容量為： 輸送功率: 10KV側(cè)負荷容量: 主變輸送容量: 一臺主變最小容量： Smax＝2150.7＝150.5MVA 通過此次變壓器容量的計算，可以知道一臺主變壓器的最小容量是150.5MVA，所以通過有關(guān)變壓器的型號表選擇兩臺容量為180MVA的主變，這樣，不僅滿足了單臺主變壓器運行，而且也使主變?nèi)萘浚?80MVA）大于用戶一二級主要負荷： 2.4 主變壓器型號的選擇 2.4.1 主變壓器相數(shù)的選擇 關(guān)于主變壓器相數(shù)和繞組的選擇我覺得通過原始資料，可以明確的知道，此變電站的設(shè)計是三個電壓等級，220KV，110KV，10KV。所以選用三相變壓器，對于高壓大容量變壓器選擇三繞組的最經(jīng)濟不過了。 2.4.2 主變調(diào)壓方式的選擇 在主變壓器的調(diào)壓方式的選擇上，通過書本知識可以知道，它的調(diào)壓方式分為無勵磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種調(diào)壓方式，對于變壓器的調(diào)壓方式，主要是通過分接頭來改變變壓器的變比的。兩種調(diào)壓都有自己的調(diào)壓范圍：無勵磁調(diào)壓的范圍比較小，一般是-5%~+5%以內(nèi)波動。另一種是帶負荷或帶電切換，叫做有載調(diào)壓，調(diào)整范圍在20%~30%以內(nèi)波動，在本變變電站的設(shè)計中，其波動范圍相對來說比較大，所以選擇有載調(diào)壓最好。 2.4.3 連接組別的選擇 在通常情況下，變壓器的繞組方式有多種，是否選擇一個最適合本次設(shè)計的作為主變壓器的繞組將直接影響這本電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果所主變壓器選繞組方式不同，則兩臺主變壓器不能并列運行。 一般情況下采用的繞組連接有兩種：星形“Y”和三角形“D”。在變電站中，變壓器的繞組鏈接它要求限制3次諧波等因素，當(dāng)然主變一般是Y，D11常規(guī)接線。通過中國現(xiàn)有的變壓器可以知道，在本次設(shè)計中選用YNyn0d11連接組別。當(dāng)然關(guān)于變電站的中性點選擇上，所以在本次變電站中根據(jù)中心點的接地的優(yōu)缺點選擇采用直接接地的方式作為220kv和110kv的接地運行方式。 2.4.4 主變壓器冷卻方式的選擇 主變壓器一般按冷卻方式分： （1） OFAF （2）ONAN （3）OFWF （4）ONOF 在這次變電站的設(shè)計中，因為選用的是現(xiàn)有國產(chǎn)大型的變壓器，所以變壓器對散熱比較重視，又因為它本身發(fā)熱量大，根據(jù)所選變電站的地址環(huán)境溫度等考慮，最后選擇一個散熱性能好的變壓器作為本次設(shè)計的主變壓器。所以選擇OFAF比較好。 2.4.5 主變型號選擇 關(guān)于變電站的選擇如表1： 表1 變壓器選擇 型號 SFPSZ9-180000/220 聯(lián)接組標號 YN，yn，d11 空載電流% 0.56 空載損耗(kw) 156 額定電壓(KV) 高壓 中壓 低壓 22081.25% 121 10.5 額定容量MVA 180 180 90 阻抗電壓％ 高－中 高－低 中－低 12 22 8 2.5 所用變壓器的選擇 2.5.1 所用變壓器臺數(shù)的選擇 在本變電站的設(shè)計上，主變壓器是選擇了兩臺主變，進行互相備用，所以根據(jù)主變的選擇，最好選擇四臺容所用變壓器，根據(jù)所變的要求，可以知道，它要求兩臺所用變壓器必須是負荷三點的：（1）互為備用，（2）容量相同，（3）分裂運行。通過上面所用變壓器的分析，可以知道選用兩臺所用變壓器最好。 2.5.2 所用變壓器容量的選擇 所用變壓器計算公式為： 式中—所用動力負荷換算系數(shù)，一般取0.85，、、—所用動力、電熱、照明負荷之和，KW。 由原始材料可知，本次設(shè)計的變電站總的所用最大負荷為2500kVA，所以≥2500kVA，在同心變電站中總的規(guī)劃是20年的負荷，所以根據(jù)它的經(jīng)濟性，可靠性，當(dāng)一臺所變檢修的時候，因另一臺長時間高大負荷運行，造成不必要的危險，因此選擇=400kVA的所變。 2.5.3 所用變壓器型號的選擇 如表2： 表2 10KV變壓器 型號 額定容（kVA） 額定電壓(kV) 連接組 損耗（KW） 空載電流（%） 阻抗電壓(%) 高壓 低壓 空載 短路 S7-4000/10 4000 10 0.4 DYn11 0.48 1.86 1.0 4 備注： S：三相 7：特殊用途或特殊結(jié)構(gòu)代號4000： 額定容量400kVA 10：電壓等級10kV 3 電氣主接線選擇 3.1 概述 電氣主接線如何選擇將會直接影響到整個變電站，如果不合理的選用電氣主接線將會給變電站帶來好多負面影響。所以在整個變電站中電氣主接線必須要合理的分配，電氣主接線的選擇要考慮到它的可靠性安全性和經(jīng)濟性等因素，使得每個電壓等級的電氣主接線都不能出問題。所以，必須處理好整個變電站各方面的影響，選擇一個最合理的主接線，在35kv~500kv變電站中，它們的電氣主接線分為以下幾種： （1）變壓器線路單元接線有橋型接線。 （2）3~5角形接線。 （3）單母線接線。 （4）單母線分段接線。 （5）雙母線接線。 （6）雙母線分段接線。 3.2 主接線的選擇 在220kv的主接線選擇中，通過查閱書籍，可以基本選擇兩個比較最經(jīng)濟的接線方式做一對比，并且選擇最優(yōu)的一種接線方式作為本次設(shè)計的220kv的母線接線方式。具體比較如表3： 表3 母線比較 項目 方案 方案1雙母線分段接線 方案2雙母線接線 技 術(shù) （1） 簡單清晰，操作方便，易于發(fā)展。 （2） 可靠性，靈活性差 （1） 運行可靠，運行方式靈活，便于事故處理，易擴建。 （2） 倒閘操作復(fù)雜，容易誤操作。 經(jīng) 濟 （1) 設(shè)備少，投資小。 （2) 用母線分段斷路器兼做旁路斷路器節(jié)省投資。 （1） 占地大，設(shè)備多，投資大。 （2） 母線斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資。 通過表3的雙母線和雙母線分段比較，根據(jù)母線接線方式的三性要求，選擇220kv的主接線方式為雙母線分段接線最好。 圖1 母線接線圖 并且在選擇雙母線和雙母線分段的優(yōu)缺點做一下比較：具體比較如表3： 表3 母線比較 項目 方案 方案1雙母線分段接線 方案2雙母線接線 技 術(shù) （3） 簡單清晰，操作方便，易于發(fā)展。 （4） 可靠性，靈活性差 （3） 運行可靠，運行方式靈活，便于事故處理，易擴建。 （4） 倒閘操作復(fù)雜，容易誤操作。 經(jīng) 濟 （3) 設(shè)備少，投資小。 （4) 用母線分段斷路器兼做旁路斷路器節(jié)省投資。 （3） 占地大，設(shè)備多，投資大。 （4） 母線斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資。 通過表3的雙母線和雙母線分段比較，根據(jù)母線接線方式的三性要求，選擇220kv的主接線方式為雙母線接線最好。 在110kv的母線選擇中，選擇雙母線接線和雙母線帶旁路母線作比較，選出最好的一個方案： 首先其接線方式如表4所示： 表4 接線方式 方案 項目 方案Ⅰ雙母接線 方案Ⅱ旁路接線 可靠性 可以是重要負荷從不同的母線分段取得，可靠性較高 可靠性不高，任一元件故障或檢修均使該回路停電 靈活性 分段可以接通及斷開運行，靈活性比較高 靈活性差 經(jīng)濟性 設(shè)備和投資增加 設(shè)備少，投資小 綜上所述，根據(jù)其靈活性，可靠性，經(jīng)濟性選擇110kv的主接線方式為雙母線線最好。 圖2 雙母線和旁路接線 對于10KV母線而言，一般就采用單母線分段方式或者單母線接線方式，至于選哪種接線方式作為10KV線路的母線，通過比較可以的出這一結(jié)論： 對單母線和單母線分段的優(yōu)缺點做一下比較：對于單母線分段而言，在不同的母線上他們的供電互不影響，而且當(dāng)一段母線檢修或故障時，不影響變電站的供電。但是對于單母線而言，它雖然比單母線分段經(jīng)濟，但是它的可靠性比較低，因為當(dāng)出現(xiàn)檢修或故障時，對變電站的供電影響非常大。所以通過以上的比較我選用單母線分段作為10KV的母線最好。 4 短路電流計算 4.1 短路計算的目的及假設(shè) 在本設(shè)計的短路計算中，通常是計算在10到20年左右最大運行方式下的短路計算，對于短路的危害可以從課本中知道，短路是整個變電站中最為嚴重的故障，但是在變電站的維護中只可以降低事故率但不能完全的避免，所以對于本次設(shè)計來說，短路計算也是起著舉足輕重的作用，如果短路計算不能夠很好的計算，那么它將直接影響整個電力系統(tǒng)的正常運行，在本次設(shè)計中主要是以三相對稱短路情況作為分析計算。 4.1.1 短路電流計算的目的 短路電流計算的目的是通過對主接線的分析，來計算出短路電流，從而可以對電氣設(shè)備進行計算和選擇。 4.1.2 短路電流的假定條件 計算短路電流的基本假設(shè)如下： (1)認為在短路過程中，無搖擺現(xiàn)象。 (2)所有元件的電容略去不計。 (3)認為三相系統(tǒng)是對稱的。 (4)不考慮磁系統(tǒng)的飽和，應(yīng)用重疊原理。 4.2 短路電流計算的步驟 考慮到現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展和需求等實際情況，短路電流計算的方法，通常用的有兩種計算方法，它們分別是：（1）歐姆法（有稱有名單位制法），（2）標幺制法（又稱相對單位制法）。本變電站的短路電流的計算選用標幺制法。 1.計算過程 基準值為SB=1000MVA,UB=Uav,220kV側(cè)231kV,110kV側(cè)115kV,10kV側(cè)取10.5kV. 2.系統(tǒng)電抗 由原始材料可知，在Sj=100MVA下 Xs1＝0.36,Xs2＝0.18 阻抗電壓％ 高－中 高－低 中－低 12 22 8 表5 變壓器各繞組電抗 (1)總的短路等值電路圖 220KV 110KV Xs2 Xs1 S1 X1 X2 X3 10KV S2 d1 d2 d3 圖3 等值電抗標幺值 d1短路時（220kv） 等效電路圖 等效電路圖轉(zhuǎn)化為 220KV 110KV Xs2 Xs1 S1 X1 X2 d1 S2 S2 Xs1 S1 110KV X4 220KV d1 Xs2 等效圖 S2 在轉(zhuǎn)化為 Xs2 d1 220KV X5 110KV Xs1 S1 12 計算如下: 短路電流的有名值： 沖擊電流： 式中是沖擊系數(shù)。 的取其值為1.8. 短路容量： d2點短路 電路圖可間為圖4： 220KV 110KV Xs2 Xs1 S1 X1 X2 S2 d2 圖4 計算如下： 27 短路電流的有名值： 沖擊電流： 式中是沖擊系數(shù)。 取其值為1.8. 短路容量： c）d3點短路 220KV 110KV Xs2 Xs1 S1 X1 X2 X3 10KV S2 d1 d3 可化簡為圖5 圖5 計算如下： （如圖6），Y變換成 D形(如圖7) S1 S2 d3 X13 X23 S1 S2 d3 X1 X2 X3 圖6 圖7 短路電流的有名值： 沖擊電流： 式中是沖擊系數(shù)。 一般電路的取值范圍是1~2，所以這次取其值為1.8. 短路容量： 因此將d1點短路，d2點短路d3點短路的各數(shù)據(jù)記錄到表中，因此如表6所示： 表6 短路電流表 短路類型 三相短路 短路點 d1 d2 d3 短路點平均電壓 （KV） 242 115 11 短路電流周期分量起始有效值I（KA） 2.023 3.742 31.295 短路電流沖擊值i（KA） 5.159 9.54 79.65 短路電流最大有效值（KA） 3.055 5.65 79.80 短路容量（MVA） 805.88 745.33 569.13 5 母線和電氣設(shè)備的選擇 5.1 概述 對于本設(shè)計主要是對電氣設(shè)備的選擇，當(dāng)然在本設(shè)計中所關(guān)乎的電氣設(shè)備分別有以下幾種：QF、QS、CT、PT、避雷器、導(dǎo)線的選擇。 1、 電氣設(shè)備選擇的一般原則： （1）電氣設(shè)備要滿足基本要求 （2）選擇的電氣設(shè)備需與時俱進； （3）應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗； （4）符合變電站的技術(shù)要求； （5）具有一定的實驗數(shù)據(jù)。 （6）具有合格的名牌 技術(shù)條件： 2、 電氣設(shè)備的技術(shù)條件 （1）電壓： 在本次設(shè)計中，所接的電網(wǎng)的最高要小于等于最高。 即 ：運行電壓 ：工作電壓 （2）電流 關(guān)于I的要求，電器設(shè)備的最大小于等于。 即 ：持續(xù)工作回路電流 ：長期允許電流 在主變壓器到線路上，一般情況下在電壓降低5%時，相對來說它相應(yīng)回路的 = 1.05（為電器額定電流）。 （3）按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核 根據(jù)當(dāng)?shù)睾蛯?dǎo)體額定在不相等的情況下，對于電氣設(shè)備來說，要求 可按下式修正： ：周圍環(huán)境溫度 ：環(huán)境溫度 基中—修正系數(shù) ：長期允許電流 在我國現(xiàn)有的變電站的規(guī)劃中，，。 2、按短路情況校驗 在變電站電氣設(shè)備選定以后，要對電氣設(shè)備進行動穩(wěn)定校驗、熱穩(wěn)定校驗，在動熱穩(wěn)定校驗中，一般情況下，取三相短路電流進行校驗，這也是在短路計算中為什么要求去三相短路電流的目的。 1）短路熱穩(wěn)定校驗 滿足熱穩(wěn)定條件為: —t秒內(nèi)通過熱電流 熱穩(wěn)定時間： —斷電保護動作時間 110KV以下導(dǎo)體主保護時間2s 220KV以上導(dǎo)體保護動作時間0.15s =2s 2）短路的動穩(wěn)定校驗 滿足動穩(wěn)定條件為： — 短路沖擊電流有效值 （KA） —電流峰值有效值（KA） 5.2 斷路器和隔離開關(guān)的選擇 在變電站設(shè)計中，斷路器的選擇同樣的重要，但是在選擇斷路器的時候，要考慮到以下幾點： （1） 技術(shù)條件 （2） 環(huán)境條件。 （3）安裝調(diào)試 (4)運行維護。 關(guān)于它的技術(shù)條件： 額定電壓校驗： 額定電流校驗： 開斷電流： 動穩(wěn)定： 熱穩(wěn)定： 5.2.1 220KV斷路器和隔離開關(guān)的選擇 在現(xiàn)實中要考慮電壓降低5%時,才根據(jù)相應(yīng)回路的 從而可以得到流過斷路器的工作電流： 具體選擇如下： 1.額定電壓選擇：=220KV 2.額定電流選擇：=496.0A 3.開斷電流選擇：=2.023KA 具體參數(shù)如表7所示： 表7 具體參數(shù)表 計算數(shù)據(jù) SW6-220/1200 UNs 220KV UN 220KV Imax 496.0A IN 1200A 2.023KA INbr 21KA ish 5.71KA INcl 55KA QK 19.89[（KA）2s] It2t 1764[（KA）2s] ish 5.71KA ies 55KA (2)、隔離開關(guān)的選擇如下： 具體選擇如下： 1.額定電壓選擇：=220KV 2.額定電流選擇：=496.0A 3.開斷電流選擇：=2.023KA GW6—220D/1000—80，其技術(shù)參數(shù)如表8所示： 表8 GW6—220D/1000—80技術(shù)參數(shù)表 型號 額定電壓KV 額定電流A 極限通過電 流KA 熱穩(wěn)定電流KA 峰值 4S GW6220D/100—80 220 1000 80 23.7 具體參數(shù)如表9所示： 表9 具體參數(shù)表 計算數(shù)據(jù) GW4-220D/1000—80 UNs 220KV UN 220KV Imax 413.3A IN 1000A QK 19.89[（KA）2S] It2t 23.724=2246.76[（KA）2S] ish 2.023KA ies 80KA 5.2.2 110KV斷路器和隔離開關(guān)的選擇 斷路器的選擇 流過斷路器的最大持續(xù)工作電流 隔離開關(guān)的選擇如下： 1.額定電壓選擇：=110KV 2.額定電流選擇：=944.78A 3.開斷電流選擇：=3.742KA 初選SW4—110/1000技術(shù)數(shù)據(jù)如表10所示： 表10 SW4—110/1000技術(shù)數(shù)據(jù) 型號 額定電壓KV 額定電流A 斷流容量MVA 額定斷流量KA 極限通過電流KA峰值 熱穩(wěn)定流KA5S 固有分閘時間S S—110/1000 110 1000 3500 18.4 55 21 0.06 表11 具體參數(shù)表 計算數(shù)據(jù) SW4-110/1000 UNs 110KV UN 110KV Imax 944.78A IN 1000A 3.74KA INbr 18.4KA ish 10.44KA INcl 55KA QK 58.835[（KA）2S] It2t 2205 [（KA）2S] ish 10.44KA ies 55KA 隔離開關(guān)的選擇如下： 1.額定電壓選擇：=110KV 2.額定電流選擇：=944.78A 3.開斷電流選擇：=3.742KA 選擇GW4—110D/1000—80其技術(shù)數(shù)據(jù)如表12所示： 表12 GW4—110D/1000—80技術(shù)數(shù)據(jù) 型號 額定電壓KV 額定電流A 極限通過電流KA 熱穩(wěn)定電流KA 峰值 4S GW4—110D/1000—80 110 1000 80 21.5 表13 具體參數(shù) 計算數(shù)據(jù) GW4-110D/1000—80 UNs 110KV UN 110KV Imax 826.7A IN 1000A QK 58.835[（KA）2S] It2t 2311.25[（KA）2S] ish 3.742KA ies 55KA 110KV母聯(lián)斷路器及隔離開關(guān)的最大工作條件與變中110KV側(cè)應(yīng)滿足相同的要求，故選用相同設(shè)備。即選用SW4-110/1000型少油斷路器和GW4-110D/1000—80型隔離開關(guān)。 5.2.3 10KV斷路器和隔離開關(guān)的選擇 流過斷路器的Imax：10KV最大一回負荷出線正常工作時。 Imax=151.55A 具體選擇如下： 1.額定電壓選擇：=10KV 2.額定電流選擇：=151.55A 3.開斷電流選擇：=31.295KA 其技術(shù)參數(shù)如表14所示： 表14 SN4—10G/5000技術(shù)參數(shù) 型號 額定電壓KV 額定電流A 斷流容 MVA 額定斷流量KA 極限通過電流KA 峰值 熱穩(wěn)定電流KA 4S 固有分閘時間S SN4-10G/5000 10 5000 1800 105 300 120 0.15 具體參數(shù)如表15所示： 表15 具體參數(shù)表 計算數(shù)據(jù) SN4-10G/5000 UNs 10KV UN 10KV Imax 151.55A IN 5000A 31.295KA INbr 105KA ish 79.65KA INcl 300KA QK 3917.51 [（KA）2s] It2t 72000[（KA）2s] ish 79.65KA ies 300KA 具體選擇如下： 1.額定電壓選擇：=10KV 2.額定電流選擇：=151.55A 3.開斷電流選擇：=31.295KA 選擇GN10—10T/5000—200，其技術(shù)參數(shù)如表16所示： 表16 GN10-10T/5000-200技術(shù)參數(shù) 型號 額定電壓KV 額定電流A 極限通過電流KA 峰值 熱穩(wěn)定電流KA 5S GN10-110T/5000-200 10 5000 200 100 具體參數(shù)如表17： 表17 具體參數(shù)表 計算數(shù)據(jù) GN10-10T/5000-200 UNs 10KV UN 10KV Imax 151.55A IN 5000A QK 3917.51 [（KA）2S] It2t 50000[（KA）2S] ish 79.65KA ies 200KA 5.2.4 10KV限流電抗器 （1）選擇限流電抗器 10KV最大一回負荷為2500KVA時： Imax=151.55A 短路時，由前面短路計算可知： Ik=31.295KA 在10kv限流電抗器的選擇中，正確的選擇電抗器，才能選擇斷路器，所以10kv側(cè)加限流電抗器是最佳選擇。 等值電路圖： 220KV 110KV Xs2 Xs1 S1 X1 X2 X3 10KV S2 d1 d3 圖8 計算如下： 取Id＝6KA,Ud＝10.5KV,Sd＝100MVA，總電抗為 X=X1//X2+0.5X3=0.295//0.196+0.5*0.05=0.095, 初選型號NKL-10-400電抗器，Un＝10kv，In＝300A,則XL(%)==＝1.42,其參數(shù)如表18: 表18 電抗器型號為NKL-10-400-3 額定電壓KV 額定電流A 額定電抗％ 通過容量KVA 10 300 3 3*1734 電壓損耗和殘壓校驗： 電抗標幺值 X*=X*L+X=0.524+0.095=0.619 電壓損失檢驗：電抗器的U(%)不大于Ud的5% U(%)=XL(%)＝ 母線殘壓檢驗：在電抗器的要求上，要求大于系統(tǒng)額定值的60～70% 綜上所述，電抗器的各項指標都符合條件。 5.3 電流互感器的選擇 電流互感器的選擇： （1） 型式：在變電站的設(shè)計中，電流互感器的型式選擇非常重要，所以要根據(jù)它的電流電壓等參數(shù)的計算選取一個經(jīng)濟可靠的電流互感器，當(dāng)然它對產(chǎn)品和環(huán)境等參數(shù)的要求也有一定的作用。 一次回路電壓： 一次回路電流： （2）準確等級：對于選定電流互感器，通過它的二次回路的測量儀表的類型，從而選擇準確等級。 二次負荷： 式中， ， 5.3.1 220KV側(cè)電流互感器的選擇 主變220KV側(cè)CT的選擇 一次回路電壓： 二次回路電流： 所選選電流互感器。具體參數(shù)如表19： 表19 LCW-220（4300/5）參數(shù) 設(shè) 備 項 目 LCW-220 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 計算數(shù)據(jù) un≥ug 220KV 220KV 1200A 495.0A ＞ 518KAS 115.743KAS ＞ 101.81KA 44.309KA 220KV母聯(lián)CT：由于220KV母聯(lián)CT和220KV側(cè)的條件相同，因此選用相同的型號LCW-220（4300/5）。 5.3.2 110KV側(cè)的電流互感器的選擇 主變中110KV的CT的選擇： 一次回路電壓： 二次回路電流： 根據(jù)以上兩項，選用的110KV電流互感器，如表20： 表20 LCWDL-110/（2600/5）參數(shù) 設(shè) 備 項 目 LCWDL-110（2600/5） 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 計算數(shù)據(jù) un≥ug 110KV 110KV 1200A 944.7A ＞ 8100KAS 186.747KAS ＞ 229.10KA 24.484KA 母聯(lián)的工作條件與變中110KVCT應(yīng)相同，所以同樣選擇型CT。 5.3.3 10KV側(cè)電流互感器的選擇 10KVCT的選擇 1、一次回路電壓： 2、二次回路電流:Imax=151.55A 由此得，電流互感器的選用如表21： 表21 LMZD-10（11000/5）參數(shù) 設(shè) 備 項 目 LMZD-10 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 計算數(shù)據(jù) un≥ug 10KV 10KV 1100A 151.55A ＞ 193600KAS 12898.306KAS ＞ 1399.86KA 51KA 5.4 電壓互感器的選擇 電壓互感器的選擇： 型式：在變電站中電壓互感器和電流互感器一樣同樣起著重要的保護作用，一般情況下，電壓互感器對電壓的要求也不同，所以將其電壓等級分別分類： （1）6～20KV采用樹脂膠主絕緣結(jié)構(gòu)的CT； （2）35KV～110KV采用油浸式結(jié)構(gòu)的CT； （3）220KV級以上采用電容式CT。 一次電壓、，為額定一次線電壓。 二次電壓：二次額定電壓。 因此二次額定電壓如表22： 表22 二次額定電壓 繞組 主二次繞組 附加二次繞組 高壓側(cè)接入方式 接于線電壓上 接于相電壓上 用于中性點直接接地系統(tǒng)中心 用于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地 二次額定電壓 100 100 準確等級：電壓互感器在哪一準確等級下工作，需根據(jù)接入的測量儀表，繼電器和自動裝置等設(shè)備對準確等級的要求確定。 5.4.1 220KV側(cè)母線電壓互感器的選擇 型式：串聯(lián)絕緣瓷箱式電壓互感器，作電壓，電能測量及繼電保護用。 電壓：額定一次電壓： 準確等級：用于保護、測量、計量用，其準確等級為0.5級，查相關(guān)設(shè)計手冊，選擇PT的型號：JCC2—220。 額定變比： 5.4.2 110KV母線設(shè)備PT的選擇 型式：采用串聯(lián)絕緣瓷箱式電壓互感器，作電壓、電能測量及繼電保護用。 電壓：額定一次電壓： 準確等級：用戶保護，測量、計量用，其準確等級為0.5級。 查《發(fā)電廠電氣部分》，選定PT的型號為：JCC-110 5.4.3 10KV母線設(shè)備電壓互感器的選擇 型式：采用樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)PT，用于同步、測量儀表和保護裝置。 電壓：額定一次電壓： 準確等級：用于保護、測量、計量用，其準確等級為0.5級。 查《發(fā)電廠電氣部分》選定PT型號：JDJ-10 額定變比為：10/0.1KV 5.5 母線的選擇 導(dǎo)體選擇的一般要求： （1）工作電流； （2）電暈（對110KV級以上電壓的母線）； （3）動穩(wěn)定性和機械強度； （4）熱穩(wěn)定性； （5）注意環(huán)境條件。 母線的選擇上，要符合國家電網(wǎng)變電站設(shè)計的規(guī)范性和經(jīng)濟性。的在母線的選擇上不論載流量還是橫截面積的選擇都將是是否合理而經(jīng)濟的選擇，當(dāng)然也要考慮導(dǎo)線的的投資和年運行，所以要選擇一個合理的截面其選擇原則從兩個方面考慮： （1） 截面積與電能損耗成反比。 （2） 截面積與線路投成反比。 所以選擇最大截面積。 對于經(jīng)濟截面的電流密度叫經(jīng)濟電流密度 表23 經(jīng)濟電流密度 導(dǎo)線材料 年最大負荷小時數(shù) 3000h以下 3000~5000h 5000h以上 鋁線，鋼心鋁線 1.65 1.15 0.90 銅線 3.00 2.25 1.75 鋁心電線 1.92 1.73 1.54 銅心電纜 2.50 2.25 2.00 5.5.1 220KV母線 根據(jù)對220kv母線的要求，綜合的考慮到變壓器在電壓降低5%時,所以相應(yīng)電最大持續(xù)工作電流： 對于220kv的母線而言，一般采用鋼芯鋁絞線作為220kv母線的導(dǎo)體，，根據(jù)設(shè)備手冊選LGJ型鋼芯鋁絞線，按最大持續(xù)工作電流綜合考慮選用其截面為800/100的LGJ型鋼芯鋁絞線，查表可以知道長期允許載流量為1402A。 溫度修正系數(shù) 滿足要求。 5.5.2 110KV母線 最大持續(xù)工作電流 這里采用鋼芯鋁絞線導(dǎo)體 根據(jù)設(shè)備手冊選LGJ型鋼芯鋁絞線，按最大持續(xù)工作電流綜合考慮選用其截面為630/55的LGJ型鋼芯鋁絞線，查表可以知道長期允許載流量為1211A，外徑為34.32mm。 溫度修正系數(shù) 滿足要求。 5.5.3 10KV母線的選擇 最大持續(xù)工作電流為： 經(jīng)查表可知，選擇2條矩形鋁導(dǎo)線平放，額定載流為2670A。 修正后的載流量為： 5.5.4 變壓器220KV側(cè)引接線的選擇 按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)體截面積： 根據(jù)經(jīng)濟電流密度曲線，可以知道當(dāng)Tmax=3600h時，經(jīng)濟電流密度為：，則： 查閱資料選取LJ-300鋁絞線。 5.5.5 變壓器110KV側(cè)引接線的選擇 按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)體截面積： 根據(jù)經(jīng)濟電流密度曲線，當(dāng)Tmax=4600h時，J=1.15A/mm2， 則： 根據(jù)導(dǎo)線的基本資料可以選取LGJK-1250/150的擴徑鋼芯鋁絞線。長期允許載流量（考慮日照）：1430A 5.5.6 變壓器10KV側(cè)引接線的選擇 10KV母線最大持續(xù)工作電流： 查表： 導(dǎo)體經(jīng)濟面積： 查表選取二條矩形硬鋁導(dǎo)體平放： 豎放允許電流： 3152A 6 防雷保護 6.1 概述 在變電站中，電氣設(shè)備包括兩個方面，分別是人生安全和設(shè)備安全，所以保護人身和設(shè)備的安全非常重要，此畢業(yè)設(shè)計主要對防雷保護做一下簡單的介紹： 雷電過電壓的種類： 一般情況下，習(xí)慣性的將在雷電過電壓分三中雷：直擊雷、感應(yīng)雷、雷電侵入波三類。 （1）直擊雷過電壓：直接擊中配電設(shè)備，使得變電站中的所有電器設(shè)備和導(dǎo)線等收到很高的電壓降落。 （2）感應(yīng)雷過電壓：感應(yīng)雷主要是指雷云云在架空線路的正上方時，這時候能感應(yīng)出異性電荷。 在實際的變電站中，關(guān)于直擊雷和感應(yīng)雷而言，他們都是對變電站有危害的一種通過大氣對地面放電而引起雷電過電壓。對于感應(yīng)雷和直擊雷而言，他們既有共同點也有不同點：持續(xù)性和脈沖的特性。但是直擊所出現(xiàn)的過電壓。 (3)雷電侵入波：在變電站中占危害性最大的就屬雷電侵入波了，相對于剛剛介紹的兩種雷電而言，他的危害性占一半兒左右，當(dāng)然對于雷電侵入波的解釋就是一般情況下雷電是通過導(dǎo)體侵入變電站或用戶。 6.2防雷設(shè)備 在變電站的設(shè)計中，對于防雷設(shè)備的設(shè)計必須要做到以下三點： （1）接閃器 （2）避雷器 （3）引下線和接地裝置。 6.2.1避雷針 在生活中大多或多或少的見過避雷針，所以說避雷針對我們每個人而言不是很陌生的。當(dāng)然在變電站的設(shè)計中，避雷針是不可缺少的。在變電站的過電壓保護的方案設(shè)計中，對于避雷針而言，他的的作用是引雷作用。所以對于避雷針在本站的設(shè)計中必須要滿足以下基本要求： （1）對于變電站的設(shè)計中，變電站的面積直接決定避雷針的高度和數(shù)量，因為避雷針的主要作用就是把所要保護的變電站必須至于他的保護范圍。這就是避雷針的作用。 （2）在本站設(shè)計中避雷針要具有防止反擊發(fā)生的措施，才能實現(xiàn)良好的保護和防范作用，不管變電站的電壓等級如何，如果一個變電站的避雷針在一定高度無法去保護這個變電站，那么就一般變電站的設(shè)計者就會為了達到保護的作用，將避雷針裝在配電構(gòu)架上。 一、避雷針的配置原則： 1、避雷針的裝設(shè)和配置在變電站中，都有明確的規(guī)定，在變電站的設(shè)計里，關(guān)于獨立式避雷針它一般和獨立的接地裝置相配合已達到最好的保護作用。當(dāng)然關(guān)于變電站的選址也起決定性的作用，在土壤的電阻率地區(qū)，如果工頻接地電阻為。在變電站的設(shè)計之前主接地網(wǎng)的設(shè)計很重要，所以在避雷設(shè)施上他們都與接地網(wǎng)相連接，但是對于他們相連的長度有一定的要求就是對于避雷針的 接地線有一定的要求：長度大于或等于15m。 2、獨立式避雷針的計算方法為：；變配電所主接地網(wǎng)在地中距離獨立式避雷針的接地裝置與，且，式中為沖擊接地電阻。 二、避雷針位置的確定： 關(guān)于避雷針的確定已經(jīng)在上文說過一些，在避雷針的選擇上，它是和變電站的電壓等級有密切的系，它的位置確立不單單和變電站的地理環(huán)境有關(guān)系而且和接地網(wǎng)的布置有密切的關(guān)系。 1、在電站的設(shè)計中，對于電壓等級式避雷針的選擇，避雷針的選擇和此地區(qū)的土壤電阻率有著直接的關(guān)系，通常習(xí)慣性的將電壓110KV及以上的變電站裝設(shè)避雷針。 2、剛剛在上文提到，避雷針的裝設(shè)和接地網(wǎng)是分不開的，當(dāng)然對于電阻也有一定的要求：即在50Hz的情況下電阻不超過10n。 3、變壓器在整個變電站中，變壓器的門架上嚴禁裝設(shè)避雷針、避雷線。 在這次變電站的設(shè)計中，根據(jù)變電站的保護和經(jīng)濟性考慮，這次變電站的設(shè)計裝設(shè)四支避雷針，裝設(shè)高度３５m。根據(jù)具體的電氣設(shè)備可以知道變電站內(nèi)物體最大高度為12.1m，所以在12.1m高度的水平面上，一根避雷針保護半徑是：Ｒx＝（1.5Ｈ－２Ｈx）P 式中：Rx－－避雷針在高度Ｈx水平面上的保護半徑（m） Hx――被保護物體高度（m） H――避雷針高度（m） P――高度影響系數(shù) 兩只避雷針間保護范圍上部邊緣最低點的高度，D表示兩避雷針間的距離，AB兩針間m,同理可算出： BC兩針間h0=23m CD兩針間h0=25.8m AD兩針間h0=19.6m AC兩針間h0=17m BD兩針間h0=20m 對于本次變電站的設(shè)計中，當(dāng)兩個避雷針間保護范圍一側(cè)的最小寬度,在任何情況下，對于任意兩支避雷針，當(dāng)他們都滿足時，可以得出，變電站設(shè)計的四個避雷針A、B、C、D組成的四邊形范圍內(nèi)都能夠?qū)⒋俗冸娬镜靡员Ｗo，根據(jù)公式可以求出AB兩針間的保護范圍，也可以相應(yīng)的求出其他針之間的保護范圍。 AB兩針間m,同理求出： BC兩針間 CD兩針間 AD兩針間 AC兩針間 BD兩針間 通過上面四個避雷針之間保護范圍的計算，可以的出，都滿足，所以本次避雷針的設(shè)計不僅經(jīng)濟而且安全。 6.2.2避雷器 閥式避雷器選擇型式：對于避雷器型式的選擇，要考慮應(yīng)考電氣設(shè)備的使用忒點和絕緣水平以便達到安全可靠。按表24選擇。 表24 避雷器類型 型號 型式 應(yīng)用范圍 FS 配電用普通閥型 10KV以下配電系統(tǒng)、電纜終端盒 FZ 電站用普通閥型 3~220KV發(fā)電廠、變電所配電裝置 FCZ 電站用磁吹閥型 330KV及需要限制操作的220KV以及以下配電；某些變壓器中性點 FCD 旋轉(zhuǎn)電機用磁吹閥型 用于旋轉(zhuǎn)電機、屋內(nèi) 對于避雷器的選擇要符合一下要求： 1、額定電壓U：系統(tǒng)額定電壓。 2、滅弧電壓Umi：通過校驗避雷器的對地電壓，通過比較看是否在避雷器的最大容許電壓（滅弧電壓）的范圍內(nèi)。 3、工頻放電電壓Ugf：對于工頻放電電壓主要分類為兩類：第一個是非直接接地的電網(wǎng)中，對于工頻放電電壓的要求，一般是要超過最大運行相電壓的3.5倍。第二個是直接接地的電網(wǎng)中，對于工頻放電電壓的要求是要超過最大運行相電壓的3倍。一般情況下，對于工頻放電電壓的要求是應(yīng)大于滅弧電壓的1.8倍。 4、沖擊放電電壓和殘壓：一閥式避雷器的保護特性與電器的相同 根據(jù)避雷器配置原則，主要有以下幾點要求： （1） 配電裝置的每組母線上，一般應(yīng)裝設(shè)避雷器，變壓器中性點接地必須裝設(shè)避雷器，并接在變壓器和斷路器之間； （2） 110、35kv線路側(cè)一般不裝設(shè)避雷器。 通過避雷器的配置原則，可以知道，在本次設(shè)計中，相對于220KV、110KV而言，他們一般是在高架構(gòu)架上裝設(shè)避雷針，但對