KV變電站電氣一次部分初步設計.doc

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220KV變電站電氣一次部分初步設計 摘 要 隨著經濟的發(fā)展和現代工業(yè)建設的迅速崛起，供電系統(tǒng)的設計越來越全面、系統(tǒng)，工廠用電量迅速增長，對電能質量、技術經濟狀況、供電的可靠性指標也日益提高，因此對供電設計也有了更高、更完善的要求。 變電站對電力的生產和分配起到了舉足輕重的作用，是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的電力設施，作為電能輸送與控制的樞紐，設計是否合理，不僅直接影響了基建投資、運行費用和有色金屬的消耗量，也會反映在供電的可靠性和安全生產方面，它和企業(yè)的經濟效益、設備人身安全密切相關。 本設計主要介紹了220KV變電站電氣部分的設計。首先對原始資料進行分析，設計主接線形式，選擇主變壓器的臺數及容量，綜合比較各種接線方式的特點、優(yōu)缺點，根據技術要求選擇兩種較其它方案可靠的主接線方案；再對兩種方案進行全面的技術、經濟比較，確定最優(yōu)的主接線方案；然后進行短路電流計算，為設計中需要的高壓電氣設備的選擇、整定、校驗等方面做準備；繼而進行主要電氣設備的選擇與校驗，最后進行配電裝置設計，防雷保護設計。 關鍵詞：變電站、主變壓器、短路計算、設備選擇、配電裝置。 目錄 摘要......................................................I 前言......................................................1 第一章 電氣主接線設計.....................................2 1.1 主接線設計要求........................................2 1.2 主接線接線方式概述....................................3 1.3 主接線設計............................................6 第二章 主變壓器選擇......................................10 2.1 主變壓器的選擇原則...................................10 2.2 主變壓器臺數的選擇...................................10 2.3 主變壓器容量的選擇...................................10 2.4 主變壓器型式的選擇...................................11 2.5 繞組數量和連接形式的選擇.............................11 2.6 主變壓器選擇結果.....................................12 第三章 方案最終確定......................................13 3.1 主接線初步確定.......................................13 3.2 主接線方案的最終確定.................................13 第四章 短路電流計算…………………........................15 4.1 概述.................................................15 4.2 短路電流計算目的.....................................15 4.3 短路電流計算基本假設.................................15 4.4 各元件電抗標么值計算.................................16 4.5 短路電流計算過程.....................................16 4.5.1 220KV側短路計算...................................17 4.5.2 110KV側短路計算...................................18 4.5.3 10KV側短路計算....................................18 第五章 主要電氣設備選擇與校驗............................22 5.1 概述………………………...............................22 5.2 各回路持續(xù)工作電流計算……….........................23 5.3 斷路器和隔離開關的選擇與校驗.........................24 5.3.1 電抗器的選擇與校驗................................25 5.3.2 斷路器的選擇與校驗................................26 5.3.3 隔離開關的選擇與校驗..............................28 5.4 電流互感器選擇與校驗.................................29 5.4.1 電流互感器的選擇..................................30 5.4.2 電流互感器的校驗..................................31 5.5 電壓互感器選擇………………….........................32 5.6 導體的選擇與校驗………….............................33 5.6.1 導體的選擇........................................35 5.6.2 導體的校驗........................................36 5.7 避雷器的選擇與校驗…………...........................38 5.7.1 避雷器的選擇......................................39 5.7.2 避雷器的校驗......................................39 第六章 電氣總平面布置及配電裝置的選擇....................41 6.1 概述.................................................41 6.1.1 配電裝置特點......................................41 6.1.2 配電裝置類型及應用................................41 6.2 配電裝置的確定.......................................42 6.3 電氣總平面布置.......................................42 6.3.1 電氣總平面布置的要求..............................42 6.3.2 電氣總平面布置....................................43 第七章 防雷裝置保護......................................44 7.1 防雷保護的必要性.....................................44 7.2 變電站防雷保護內容...................................44 7.3 避雷針的配置.........................................44 7.3.1 避雷針的配置原則..................................44 7.3.2 避雷針位置的確定..................................44 7.4 避雷針保護范圍計算...................................45 7.4.1 避雷針定位及定距..................................45 7.4.2 單根避雷針的保護范圍計算..........................46 7.4.3 多根避雷針的保護范圍計算..........................46 第八章 結束語............................................48 致謝.....................................................49 參考文獻.................................................50 附錄.....................................................51 前言 本次畢業(yè)設計的主要內容是變電站電氣部分設計，是電氣工程及自動化專業(yè)的學生在校期間的最后一次綜合性訓練，它將從思維、理論以及動手能力方面給予我們嚴格的要求，使我們的綜合能力有一個整體的提高。其不但使我們鞏固了課程中學到的專業(yè)知識，還使我們了解、熟悉了國家能源開發(fā)策略和有關的技術規(guī)程、規(guī)定、導則以及各種圖形、符號，充分培養(yǎng)了我們的獨立分析和解決問題的能力，以及綜合運用所學知識進行實際工程設計的基本技能，將為我們以后的學習、工作打下良好的基礎。 電力是能源工業(yè)、基礎工業(yè)，在國家建設和國民經濟發(fā)展中占據十分重要的地位，是實現國家現代化的戰(zhàn)略重點。電能也是發(fā)展國民經濟的基礎，是一種無形的、不能大量存儲的二次能源。電能的發(fā)、變、送、配和用電，幾乎是在同時瞬間完成的，須隨時保持功率平衡。要滿足國民經濟發(fā)展的要求，電力工業(yè)必須超前發(fā)展，這是世界發(fā)展規(guī)律。因此，做好電力規(guī)劃，加強電網建設，就尤為重要。而變電站在改變或調整電壓等方面在電力系統(tǒng)中起著重要的作用。它承擔著變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的責任。220KV 變電站電氣部分設計使我們對變電站有了一個整體的了解。該設計包括以下任務：1）主接線的設計 2）主變壓器的選擇 3）最優(yōu)方案的選擇 4）短路計算 5）導體和電氣設備的選擇 6）配電裝置設計 7）防雷保護設計。 本設計書在設計過程中匯集了大量的資料，由于水平有限，設計中不免有疏漏不足之處，懇求老師批評指正！謝謝！ 第一章 電氣主接線設計 1.1主接線設計要求 電氣主接線又稱為電氣一次接線，它是將電氣設備以規(guī)定的圖形和文字符號，按電能生產、傳輸、分配順序及相關要求繪制的單相接線圖。主接線代表了變電站高電壓、大電流的電器部分主體結構，是電力系統(tǒng)網絡結構的重要組成部分。它直接影響電力生產運行的可靠性、靈活性，同時對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動裝置和控制方式等諸多方面都有決定性的關系。因此，主接線設計必須經過技術與經濟的充分論證比較，綜合考慮各個方面的影響因素，最終得到實際工程確認的最終方案。 電氣主接線設計的基本要求，概況地說應包括可靠性、靈活性和經濟性三方面。 1.可靠性 安全可靠是電力生產的首要任務，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求，而且也是電力生產和分配的首要要求。 主接線可靠性的基本要求通常包括以下幾個方面。 (1)斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)供電。 (2)線路、斷路器或母線故障時，以及母線或母線隔離開關檢修時，盡量減少停運出線回路數和停電時間，并能保證對全部I類及全部或大部分II類用戶的供電。 (3)盡量避免變電站全部停電的可能性。 (4)大型機組突然停運時，不應危及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 2.靈活性 電氣主接線應能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行運行方式的轉換。靈活性包括以下幾個方面。 (1)操作的方便性。電氣主接線應該在服從可靠性的基本要求條件下，接線簡單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不至在操作過程中出差錯。 (2)調度的方便性?？梢造`活地操作，投入或切除某些變壓器及線路，調配電源和負荷能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式，檢修方式以及特殊運行方式下的調度要求。 (3)擴建的方便性?？梢匀菀椎貜某跗谶^渡到其最終接線，使在擴建過渡時，無論在一次和二次設備裝置等所需的改造為最小。 3.經濟性 主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經濟合理。 (1)投資省。主接線應簡單清晰，并要適當采用限制短路電流的措施，以節(jié)省開關電器數量、選用價廉的電器或輕型電器，以便降低投資。 (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)省構架、導線、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)電能損失少。在變電站中，電能損耗主要來自于變壓器，應經濟合理的選擇變壓器的型式、容量和臺數，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗。 1.2主接線接線方式概述 主接線的基本接線形式就是主要電氣設備常用的幾種連接方式，以電源和出線為主體，在進出線路多時（一般超過四回）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。而與有母線的接線相比，無匯流母線的接線使用開關電器較少，配電裝置占地面積較小，通常用于進出線回路少，不再擴建和發(fā)展的變電站。 有匯流母線的接線形式概括的可分為單母線接線和雙母線接線兩大類；無匯流母線的接線形式主要有橋形接線、角形接線和單元接線。 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，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。缺點：(1)可靠性差。母線或母線隔離開關檢修或故障時，所有回路都要停止工作，也就成了全廠或全站長期停電。(2)調度不方便，電源只能并列運行，不能分列運行，并且線路側發(fā)生短路時，有較大的短路電流。 單母接線適用于：110～220KV配電裝置的出線回路數不超過兩回，35～63KV配電裝置的出線回路數不超過3回，6～10KV配電裝置的出線回路數不超過5回。故220KV可采用單母接線。 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。但是，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，擴建時須向兩個方向均衡擴建。 單母分段適用于：110～220KV配電裝置的出線回路數為3～4回，35～63KV配電裝置的出線回路數為4～8回，6～10KV配電裝置的出線為6回及以上。故110KV和10KV可采用單母分段接線。 3. 單母線分段帶旁路母線的接線 單母線分段斷路器帶有專用旁路斷路器母線接線極大地提高了可靠性，但這增加了一臺旁路斷路器，大大增加了投資。 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。故110KV可采用單母線分段帶旁路接線，因出線為4回，可采用旁路斷路器兼做分段斷路器的接線。220KV也可采用此接線。 4.雙母線接線 雙母接線有兩種母線，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，可分別與兩組母線接線連接。兩組母線之間的聯絡，通過母線聯絡斷路器來實現。其特點有：供電可靠、調度靈活、擴建方便等特點。 由于雙母線有較高的可靠性，廣泛用于：出線帶電抗器的6～10KV 配電裝置；35～60KV 出線數超過8 回，或連接電源較大、負荷較大時；110～220KV 出線數為5 回及以上時。故10KV出線帶電抗器可采用雙母線接線,110KV、220KV也可以采用雙母線接線。 5.雙母線分段接線 為了縮小母線故障的停電范圍，可采用雙母分段接線，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。雙母接線分段接線比雙母接線的可靠性更高，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切換到備用母線上，即可恢復供電。這樣，只是部分短時停電，而不必短期停電。 雙母線分段接線被廣泛用于發(fā)電廠的發(fā)電機電壓配置中，同時在220～ 550KV 大容量配電裝置中，不僅常采用雙母分段接線，也有采用雙母線分四段接線的。 6.雙母線帶旁路母線的接線 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。這樣多裝了價高的斷路器和隔離開關，增加了投資，然而這對于接于旁路母線的線路回數較多，并且對供電可靠性有特殊需要的場合是十分必要的。 7.橋型接線 當只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用橋行接線，所用斷路器數目最少，它可分為內橋和外橋接線。 內橋接線：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，采用內橋式接線。當變壓器故障時，需停相應的線路。 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(tǒng)有穿越功率，較為適宜。當線路故障時需停相應的變壓器。 所以，橋式接線雖然有使用斷路器少、布置簡單、造價低等優(yōu)點，但是可靠性較差。故220KV的系統(tǒng)可以采用外橋接線，因一般都有穿越功率。 8.角形接線 多角形接線的各斷路器互相連接而成閉合的環(huán)形，是單環(huán)形接線。為減少因斷路器檢修而開環(huán)運行的時間，保證角形接線運行可靠性，以采用3～5角形為宜。優(yōu)點是：投資省，占地面積少，接線成閉合環(huán)形，可靠性靈活性較高。缺點是：任一臺斷路器檢修，都成開環(huán)運行，從而降低了接線的可靠性，不易于擴建等。 適用于：回路數較少且能一次建成、不需要再擴建的110KV及以上的配電裝置中。故110KV和220KV可采用角形接線。 9.單元接線 變壓器—線路單元接線最簡單、設備最少，不需高壓配電裝置，但線路故障或檢修時，變壓器停運，變壓器故障或檢修時，線路停運。 適用于只有一臺變壓器和一回線路時，故不采用。 1.3主接線設計 結合原始資料所提供的數據，權衡各種接線方式的優(yōu)缺點，將各電壓等級使用的主接線方式列出： 1.220KV只有2回進線，且為降壓變電所，有穿越功率，從可靠性和經濟性來定，適用的接線方式為單母線接線、單母線分段帶旁路接線（因進線數不足5回，裝設旁路斷路器兼作分段斷路器）、雙母線接線、橋形接線和角形接線。 2.110KV有4回出線，適用的接線形式為單母分段接線、單母分段帶旁路接線（因進線數不足5回，裝設旁路斷路器兼作分段斷路器）、雙母線接線、角形接線。 3.10KV有10回出線，帶電抗器限制短路電流，適用的接線形式為雙母接線和雙母線分段接線。 據此，擬定五種主接線方案： 方案I:220KV采用雙母線接線，110KV采用單母線分段帶旁路接線，10KV采用雙母線分段接線。 方案II：220KV采用單母線分段帶旁路接線，110KV采用單母線分段帶旁路接線，10KV采用雙母線接線。 方案III：220KV采用橋形接線，110KV采用單母線分段帶旁路接線，10KV采用雙母線分段接線。 方案IV：220KV采用橋形接線，110KV采用單母線分段接線，10KV采用雙母線接線。 方案V：220KV采用角形接線，110KV采用單母線分段帶旁路接線，10KV采用雙母線分段接線。 方案I—V的接線圖設計如下： 方案I: 圖1—1 方案II： 圖1—2 方案III： 圖1—3 方案IV： 圖1—4 方案V： 圖1—5 第二章 主變壓器選擇 在發(fā)電廠和變電站中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器；用于兩種電壓等級之間交換功率的變壓器，稱為聯絡變壓器；只供本所（廠）用的變壓器，稱為站（所）用變壓器或自用變壓器。本章是對變電站主變壓器的選擇。 2.1主變壓器的選擇原則 1.主變容量一般按變電所建成后 5～10 年的規(guī)劃負荷來進行選擇，并適當考慮遠期10～20 年的負荷發(fā)展。 2.根據變電所所帶負荷的性質和電網結構來確定主變的容量。對于有重要負荷的變電所，應考慮一臺主變停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時間內，保證用戶的Ⅰ級和Ⅱ級負荷，對于一般變電所，當一臺主變停運時，其他變壓器容量應能保證全部負荷的70%～80%。 3.為了保證供電可靠性，變電所一般裝設兩臺主變，有條件的應考慮設三臺主變的可能性。 2.2主變壓器臺數的選擇 1.對大城市郊區(qū)的一次變電所，在中、低壓側已構成環(huán)網的情況下，變 電所以裝設兩臺主變壓器為宜。 2.對地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，在設計時應考慮 裝設三臺主變壓器的可能性。 3.對于規(guī)劃只裝設兩臺主變壓器的變電所，以便負荷發(fā)展時，更換變壓 器的容量。 2.3主變壓器容量的選擇 1.主變壓器容量一般按變電所建成后5～10 年的規(guī)劃負荷選擇，適當考慮到遠期10～20 年的負荷發(fā)展。對于城郊變電所，主變壓器容量應與城市規(guī)劃相結合。 2.根據變電所所帶負荷的性質和電網結構來確定主變壓器的容量。對于有重要負荷的變電所，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計其過負荷能力后的允許時間內，應保證用戶的一級和二級負荷；對一般性變電所，當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量應能保證全部負荷的70%～80%。 3.同級電壓的單臺降壓變壓器容量的級別不宜太多。應從全網出發(fā)，推行系列化、標準化。 110KV電壓等級最大負荷200MW, cosφ=0.90； 10KV電壓等級最大負荷32MW, cosφ=0.85；I、II類負荷按占70%計算，一臺故障時，另一臺過負荷30%。 故容量確定為： 2.4主變壓器型式的選擇 選擇主變壓器，需考慮如下原則： 1.當不受運輸條件限制時，在330KV 及以下的發(fā)電廠和變電站，均應選用三相變壓器。 2.當發(fā)電廠與系統(tǒng)連接的電壓為500KV 時，已經技術經濟比較后，確定選用三相變壓器、兩臺50%容量三相變壓器或單相變壓器組。對于單機容量為300MW、并直接升到500KV的，宜選用三相變壓器。 3.對于500KV 變電所，除需考慮運輸條件外，尚應根據所供負荷和系統(tǒng)情況，分析一臺（或一組）變壓器故障或停電檢修時對系統(tǒng)的影響。尤其在建所初期，若主變壓器為一組時，當一臺單相變壓器故障，會使整組變壓器退出，造成全網停電；如用總容量相同的多臺三相變壓器，則不會造成所停電。為此要經過經濟論證，來確定選用單相變壓器還是三相變壓器。在發(fā)電廠或變電站還要根據可靠性、靈活性、經濟性等，確定是否需要備用相。 2.5繞組數量和連接形式的選擇 具有三種電壓等級的變電所，如各側的功率均達到主變壓器額定容量的15%以上，或低壓側雖無負荷，但需要裝設無功補償設備時，主變壓器一般選用三繞組變壓器。 變壓器繞組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要有丫和△，高、中、低三側繞組如何結合要根據具體工作來確定。我國110KV 及以上電壓，變壓器繞組多采用丫連接；35KV亦采用丫連接，其中性點多通過消弧線圈接地。35KV 以下電壓，變壓器繞組多采用△連接。由于35KV 采用丫連接方式，與220、110 系統(tǒng)的線電壓相位角為0，這樣當變壓變比為220/110/35KV，高、中壓為自耦連接時，否則就不能與現有35KV 系統(tǒng)并網。因而就出現所謂三個或兩個繞組全星接線的變壓器，全國投運這類變壓器約40～50 臺。 2.6主變壓器選擇結果 查《電力工程電氣設計手冊：電氣一次部分》，選定變壓器的容量為150MVA。由于降壓變壓器有兩個電壓等級，所以這里選擇三繞組變壓器，查《設計手冊》選定主變型號為：。 主要技術參數如下： 額定容量：150000（KVA） 額定電壓：高壓—242 ；中壓—121； 低壓—10.5（KV） 連接組標號：YN/yn0/d11 空載損耗：123.1(KW) 短路損耗：高中：510；高低：165；中低：227（KW） 阻抗電壓（%）：高中：24.4；高低：14.1；中低：8.3 空載電流（%）：1.0 電抗標么值：高中：0.1630；高低：0.0940；中低：0.0553 綜合投資：104.36（萬元） 所以一次性選擇兩臺 型變壓器為主變。 第三章 方案最終確定 3.1主接線初步確定 5種方案均采用三相三繞組變壓器，對5種方案進行技術比較如下表3—1： 表 3—1 主接線方案比較表 項目 方案 可靠性 靈活性 方案I:220KV雙母線接線，110KV單母線分段帶旁路接線，10KV雙母線分段接線。 1.220KV 接線簡單，設備本身故障率少； 2.故障時，能盡快恢復供電。 1.220KV 運行方式相對簡單，靈活性差； 2.各種電壓級接線都便于擴建和發(fā)展。 方案II：220KV單母線分段帶旁路接線，110KV單母線分段帶旁路接線，10KV雙母線接線。 1.可靠性較高； 2.有兩臺主變壓器工作，保證了在變壓器檢修或故障時，不致使該側不停電，提高了可靠性。 1.各電壓級接線方式靈活性都好； 2.220KV和110KV 電壓級接線易于擴建和實現自動化。 方案III：220KV橋形接線，110KV單母線分段帶旁路接線，10KV雙母線分段接線。 1.220KV接線可靠性較差。 2.110KV和10KV接線可靠性較高，故障時停電范圍小。 1.220KV接線不易擴建； 2.110KV側易于擴建實現自動化。 方案IV：220KV橋形接線，110KV單母線分段接線，10KV雙母線接線。 1.220KV接線可靠性較差。 2.110KV和10KV接線可靠性較差，故障時停電范圍大。 1.220KV接線不易擴建； 2.使用斷路器少、布置簡單； 方案V：220KV角形接線，110KV單母線分段帶旁路接線，10KV雙母線分段接線。 1. 220KV接線成閉合環(huán)形，可靠性較高； 2.任一臺斷路器檢修，都成開環(huán)運行，從而降低了接線的可靠性。 1.220KV接線成閉合環(huán)形，靈活性較高； 2.220KV不易于擴建。 通過對5種主接線可靠性，靈活性的綜合考慮，辨證統(tǒng)一，現確定第I、II方案為設計初選可靠方案。 3.2主接線方案的最終確定 方案I特點： 220KV采用雙母線接線形式，調度靈活方便，而任一母線故障時，可通過另一母線供電。但由于雙母線故障機率較小，故不考慮。 110KV采用單母線分段帶旁路接線，裝設旁路斷路器兼作分段斷路器，節(jié)省一臺斷路器，節(jié)省投資，且使故障時停電范圍縮小，故障時可通過旁路向負荷供電，可靠性高。 10KV采用雙母線分段接線，可以使重要負荷的供電從不同的母線分段取得，且一段母線故障時，可通過另一母線供電，可靠性高，并有利于擴建。 方案II特點： 220KV及110KV均采用單母線分段帶旁路接線，裝設旁路斷路器兼作分段斷路器，斷路器數量減少，節(jié)省投資，且使故障時停電范圍縮小，故障時可通過旁路向負荷供電；同時有利于實現自動化，擴建方便。 10KV采用雙母線接線，一段母線故障時，可通過另一母線供電，可靠性高，并有利于擴建；同時，節(jié)省了斷路器及隔離開關的使用，節(jié)省投資。 比較：方案I中220KV采用雙母線接線，負荷分配均勻，調度靈活方便，可靠性略高于方案II中的單母線分段帶旁路接線，但方案II中采用旁路斷路器兼作分段斷路器，斷路器使用數目少，投資減少，并且便于實現自動化；110KV均采用單母線分段帶旁路接線，可靠性，靈活性及經濟性一致；方案I中10KV側采用雙母線分段接線，雖然可靠性高于方案II中的雙母線接線，但經濟性大大降低，斷路器、隔離開關使用數目明顯多于方案II的，且方案II的雙母線接線形式可靠性足以保障負荷的供電要求。 綜觀以上兩種主接線的優(yōu)缺點，根據設計任務書的原始資料選擇方案II為最優(yōu)方案，滿足可靠性、靈活性和經濟性的要求。 第四章 短路電流計算 4.1概述 電力系的電氣設備，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，因為它們會破壞對用戶的正常供電和電氣設備的正常運行。 短路是電力系統(tǒng)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(tǒng)）發(fā)生通路的情況。 在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：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仍處于對稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對稱短路。 電力系統(tǒng)的運行經驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數，兩相短路較少，三相短路的機會最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其情況較嚴重，應給以足夠的重視。因此，我們都采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設備的穩(wěn)定性。 4.2短路電流計算目的 短路電流計算是變電站電氣設計中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算目的是： 1.在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方法或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。 2.在選擇電氣設備時，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。 3.在設計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗軟導線的相間和相對低的安全距離。 4.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。 5.接地裝置的設計，也需要短路電流。 4.3短路電流計算基本假設 1.正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行。 2.所有電源的電動勢相位角相同。 3.電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化。 4.不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。 5.元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計，不及負荷的影響。 6.系統(tǒng)短路時是金屬性短路。 4.4各元件電抗標么值計算 1.系統(tǒng)短路電抗： 220KV 側電源近似為無窮大系統(tǒng)A，歸算至本所220KV 母線側短路電抗為0.10（Sj=100MVA）,110KV 側電源近似為無窮大系統(tǒng)B，歸算至本所110KV 母線側短路電抗為0.13（Sj=100MVA）。 2.變壓器電抗標么值。 主變型號為： 電抗標么值：高中：0.1630；高低：0.0940；中低：0.0553 計算如下： 4.5短路電流計算過程 系統(tǒng)等值電路圖如下： 圖4—1 系統(tǒng)等值電路圖 4.5.1 220KV側短路計算 f-1短路時，等值電路圖化簡如圖4—2： 圖4—2 f-1短路等值電路圖 圖4—3 f-1短路等值電路圖 A、B系統(tǒng)均為無窮大系統(tǒng)，計算電抗為： 短路電流標么值為： 短路電流有名值為： 4.5.2 110KV側短路計算 f-2短路時，等值電路圖化簡如圖4—4： 圖4—4 f-2短路等值電路圖 計算電抗為： 短路電流標么值為： 短路電流有名值為： 4.5.3 10KV側短路計算 f-3短路時，等值電路圖化簡如圖4—5 圖4—5 f-3短路等值電路圖 進行兩次星形—三角形變換： 圖4—6 f-3短路等值電路圖 以D點為中心點作星網變換： 圖4—7 f-3短路等值電路圖 計算電抗為： 短路電流標么值為： 短路電流有名值為： 短路計算結果如下表4—2： 短路點編號 基準 電壓 基準 電流 支路 名稱 支路計 算電抗 標么值 額定 電流 短路電流標么值 短路電流有名值 短路電 流沖擊 值 全電流 最大有 效值 短路 容量 公式 2.63 1.56 f-1 230 0.251 220 KV 系統(tǒng) 0.1000 0.251 10.000 2.5102 6.6018 3.9159 999.9926 110 KV 系統(tǒng) 0.2115 0.251 4.7281 1.1869 3.1215 1.8516 472.8274 小計 3.6971 9.7233 1472.82 f-2 115 0.502 220 KV 系統(tǒng) 0.1815 0.502 5.5096 2.7661 7.2748 4.3151 550.968 110 KV 系統(tǒng) 0.1300 0.502 7.6923 3.8619 10.1568 6.0246 769.2358 小計 6.628 17.4316 1320.204 f-3 10.5 5.499 220 KV 系統(tǒng) 0.2672 5.499 3.7425 20.5784 55.3559 32.1023 374.2498 110 KV 系統(tǒng) 0.2860 5.499 3.4962 19.2241 51.7128 29.9896 349.6197 小計 39.8025 107.0687 723.8695 表4—2 短路電流計算結果表 第五章 主要電氣設備選擇與校驗 5.1 概述 正確選擇電氣設備是電氣主接線和配電裝置達到安全、經濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應根據工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電氣設備。盡管電力系統(tǒng)中各種電器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。電氣設備要可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗動、熱穩(wěn)定性。本設計，電氣設備的選擇包括：斷路器和隔離開關的選擇，電流、電壓互感器的選擇、避雷器的選擇，導線的選擇。 電氣設備選擇的一般原則： 1.應滿足正常運行、檢修、斷路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展的需要； 2.應按當地環(huán)境條件校驗； 3.應力求技術先進與經濟合理； 4.選擇導體時應盡量減少品種； 5.擴建工程應盡量使新老電氣設備型號一致； 6.選用新產品，均應具有可靠的實驗數據，并經正式鑒定合格。 技術條件： 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。同時，所選擇導線和電氣設備應按短路條件下進行動、熱穩(wěn)定校驗。各種高壓設備的一般技術條件如下表5—1： 表5—1 高壓電氣技術條件 序號 電器名稱 額定電壓（KV） 額定電流（A） 額定容量（KVA） 機械荷載（N） 額定開斷電流（A） 熱穩(wěn)定 動穩(wěn)定 絕緣水平 1 斷路器 √ √ √ √ √ √ √ 2 隔離開關 √ √ √ √ √ √ 3 組合電器 √ √ √ √ √ √ 4 負荷開關 √ √ √ √ √ √ 5 熔斷器 √ √ √ √ √ √ 6 PT √ √ √ 7 CT √ √ √ √ √ √ 8 電抗器 √ √ √ √ √ √ 9 消弧線圈 √ √ √ √ √ 10 避雷器 √ √ √ √ 11 封閉電器 √ √ √ √ √ √ √ 12 穿墻套管 √ √ √ √ √ √ 13 絕緣子 √ 5.2各回路持續(xù)工作電流計算 1.三相變壓器回路： 三繞組變壓器高壓側： 中壓側： 低壓側： 2.母線分段斷路器或母聯斷路器回路 220KV旁路斷路器兼作分段斷路器回路： 110KV旁路斷路器兼作分段斷路器回路： 10KV母聯斷路器回路： 3.饋線回路： 220KV出線： 110KV出線： 10KV出線： 4.主母線回路 220KV母線回路： 110KV母線回路： 10KV母線回路： 5.3斷路器和隔離開關的選擇與校驗 斷路器的選擇，除滿足各項技術條件和環(huán)境條件外，還應考慮到要便于安裝調試和運行維護，在經濟技術方面都比較后才能確定。根據目前我國斷路器的生產情況，電壓等級在6KV—220KV的電網一般選用少油斷路器，電壓110—330KV的電網，當少油斷路器不能滿足要求時，可以選用SF6斷路器或空氣斷路器。 斷路器選擇的具體技術條件簡述如下： 1.電壓：（電網工作電壓） 2.額定電流校驗：（最大持續(xù)工作電流） 3.開斷電流（或開斷容量）： 式中：斷路器實際開斷時間t秒得短路電流周期分量； 斷路器額定開斷電流； 斷路器t秒得開斷容量； 斷路器額定開斷容量。 4.動穩(wěn)定： 式中：三相短路電流沖擊值； 斷路器極限通過電流峰值。 5.熱穩(wěn)定： 式中：穩(wěn)態(tài)三相短路電流； 短路電流發(fā)熱等值時間； 斷路器t秒熱穩(wěn)定電流。 隔離開關型式的選擇，應根據配電裝置的布置特點和使用要求等因素，進行綜合的技術經濟比較然后確定。其選擇校驗條件與斷路器相同，并可以適當降低要求。 5.3.1電抗器的選擇與校驗 由于10KV側短路電流過大，需要裝設限流電抗器。 1.限流電抗器的選擇 設將電抗器后的短路電流限制到 (1)初選型號 根據以上條件初選型號為NKL-10-2000-8。 電抗器標么值： (2)選擇電抗值 電源至電抗器前的系統(tǒng)標么值為： 選用的電抗器符合要求，參數如下表： 表5—2 電抗器技術參數 型號 額定電壓(KV) 額定電流(A) 額定電抗（%） 動穩(wěn)定電流峰值（A） 1s熱穩(wěn)定電流(A) 電抗標么值 NKL-10-2000-8 10 2000 8 63750 56800 0.209 2.限流電抗器的校驗 (1)電壓損失和殘壓校驗 當所選電抗值大于計算值時，應重算電抗器后短路電流，以供殘壓校驗。 為計算短路電流，先計算電抗標么值為 換算成短路電流有名值為 則電壓損失和殘壓分別為 滿足要求。 (2)動、熱穩(wěn)定校驗 動穩(wěn)定： 滿足要求。 熱穩(wěn)定：熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 所以短路電流限制為。 5.3.2斷路器的選擇與校驗 根據回路最大工作電流計算結果以及電壓等級確定斷路器型號如下表 5—3所示： 表5—3 斷路器選擇結果 編號 型號 額定電流（A） 額定電壓（KV） 額定開斷電流（KA） 極限通過電流最大值（KA） 熱穩(wěn)定電流（KA） 220-1-1 0.4133 1000 220 13 40 14(5) 220-1-2 0.3410 220-1-3 0.4133 110-1-1 0.8266 1000 110 18.4 55 21(5) 110-1-2 0.8266 110-1-3 0.2916 10-1-1 0.2070 5000 10 105 300 120(5) 10-1-2 2.1736 10-1-3 2.1736 注：220-1-2，220表示所在電壓等級，1表示斷路器，2表示類型號，具體位置見方案II的主接線圖。 校驗： 1.220KV短路點：，斷路器型號為 動穩(wěn)定： 滿足要求。 熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 2.110KV短路點：，斷路器型號為 動穩(wěn)定： 滿足要求。 熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 3.10KV短路點：，斷路器型號為 動穩(wěn)定： 滿足要求。 熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 5.3.3隔離開關的選擇與校驗 根據回路最大工作電流計算結果以及電壓等級確定隔離開關型號如下表 5—4所示： 表5—4 隔離開關選擇結果 編號 型號 額定電流（A） 額定電壓（KV） 動穩(wěn)定電流（KA） 熱穩(wěn)定電流（KA） 220-2-1 0.4133 600 220 55 21(5) 220-2-2 0.3410 220-2-3 0.4133 110-2-1 0.8266 1000 110 80 23.7(4) 110-2-2 0.8266 110-2-3 0.2916 10-2-1 0.2070 5000 10 200 100(5) 10-2-2 2.1736 10-2-3 2.1736 注：220-2-1，220表示所在電壓等級，2表示隔離開關，1表示類型號，具體位置見方案II的主接線圖。 校驗： 1.220KV短路點：，隔離開關型號為 動穩(wěn)定：滿足要求。 熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 2.110KV短路點：，隔離開關型號為 動穩(wěn)定：滿足要求。 熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 3.10KV短路點：，隔離開關型號為 動穩(wěn)定：滿足要求。 熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 5.4 電流互感器選擇與校驗 電流互感器的選擇和配置應按下列條件： 1.型式：電流互感器的型式應根據使用環(huán)境條件和產品情況選擇。對于6～20KV 屋內配電裝置，可采用瓷絕緣結構和樹脂澆注絕緣結構的電流互感器。對于35KV 及以上配電裝置，一般采用油浸式瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器。有條件時，應盡量采用套管式電流互感器。 2.一次回路電壓： (一次回路工作電壓) 3.一次回路電流：(一次回路最大工作電流) （原邊額定電流） 4.準確等級：要先知道電流互感器二次回路所接測量儀表的類型及對準確等級的要求，并按準確等級要求高的表計來選擇。 5.二次負荷：(額定容量) 式中： 6.動穩(wěn)定： 式中：是電流互感器動穩(wěn)定倍數。 7.熱穩(wěn)定： 式中：為電流互感器的1s 熱穩(wěn)定倍數。 5.4.1 電流互感器的選擇 根據一次回路電壓和一次回路電流選擇電流互感器型號如下表5—5 表5—5 電流互感器選擇結果 安裝位置 型號 額定電流比（A） 級次組合 準確度 二次負荷 10%倍數 1s熱穩(wěn)定倍數 動穩(wěn)定倍數 0.5級 1 級 3級 0級 二次負荷 倍 數 三繞組高壓側 LCWDL-220 0.5 2 35 65 220KV旁路、分段處 220KV出線 三繞組中壓側 LCWDL-110 0.5 2 75 135 110KV旁路、分段處 110KV出線 三繞組低壓側 LMC -10 0.5 1.2 3 1.2 25 75 60 10KV母聯處 10KV出線 5.4.2 電流互感器的校驗 1.220KV側：，電流互感器型號為LCWDL-220 動穩(wěn)定：, ,滿足要求。 熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 2.110KV側：，電流互感器型號為LCWDL-110 動穩(wěn)定：, ,滿足要求。 熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 3.10KV側：，電流互感器型號為LMC-10 動穩(wěn)定：, ,滿足要求。 熱穩(wěn)定：查圖得 滿足要求。 5.5 電壓互感器選擇 電壓互感器的選擇和配置應按下列條件： 1.型式：6～20KV屋內互感器的型式，一般采用油浸絕緣結構，也可采用樹脂澆注絕緣結構的電壓互感器；35KV～110KV配電裝置一般采用油浸結構的電壓互感器；220KV及以上的配電裝置，當容量和準確等級滿足要求，一般采用電容式電壓互感器。在需要檢查和監(jiān)視一次回路單相接地時，應選用三相五柱式電壓互感器或具有第三繞組的單相電壓互感器。 2.一次電壓 。 式中：為電壓互感器額定一次線電壓，1.1和0.9是允許的一次電壓的波動范圍，即為。 3.二次電壓：按表所示選用所需二次額定電壓 。 表5-6 二次額定電壓選擇表 繞組 主二次繞組 附加二次繞組 高壓側接入方式 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 用于中性點不接地或經消弧線圈接地系統(tǒng)中 二次額定電壓（V） 100 100 4.準確等級：電壓互感器在哪一準確等級下工作，需根據接入的測量儀表，繼電器和自動裝置等設備對準確等級的要求確定，規(guī)定如下： 用于發(fā)電機、變壓器、調相機、廠用饋線、出線等回路中的電度表，及所有計算的電度表，其準確等級要求為0.5 級。 供監(jiān)視估算電能的電度表，功率表和電壓繼電器等，其準確等級要求一般為１級。 用于估計被測量數值的標記，如電壓表等，其準確等級要求較低，要求一般為3 級即可。 在電壓互感器二次回路，同一回路接有幾種不同型式和用途的表計時，應按要求準確等級高的儀表，確定為電壓互感器工作的最高準確度等級。 5.二次負荷： 式中：是對應于在測量儀表所要求的最高準確等級下，電壓互感器的額定容量。