220kV變電站電氣一次初步設(shè)計 金晶

220kV變電站電氣一次初步設(shè)計 金晶,220kV變電站電氣一次初步設(shè)計,金晶,kv,變電站,電氣,一次,初步設(shè)計 華北電力大學(xué)科技學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 學(xué)生姓名： 金晶 班級： 電氣07K6 所在系別： 電力工程系 所在專業(yè)： 電氣工程及其自動化 設(shè)計（論文）題目：220kV變電站電氣一次初步設(shè)計 指導(dǎo)教師： 胡永強(qiáng) 2011年 3月 4日 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 一、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫不低于2000字的文獻(xiàn)綜述。（另附） 二、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容有：變電所主接線方案的確定，主變壓器的選擇，短路電流計算，電氣設(shè)備的選擇，防雷與接地系統(tǒng)設(shè)計，屋內(nèi)外配電裝置和總平面布置等。完成電氣主接線圖，電氣總平面布置圖，防雷接地圖，配電裝置斷面圖等設(shè)計圖。 研究方法是：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的原始資料數(shù)據(jù)，以相關(guān)技術(shù)規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，參考《發(fā)電廠電氣部分》、《電力工程設(shè)計手冊》等相關(guān)書籍，綜合運用電力工程基礎(chǔ)、供用電技術(shù)等專業(yè)課程相關(guān)知識，對變電站電氣一次系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計。 （1）主接線的選擇根據(jù)設(shè)備特點、進(jìn)出線回路數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并同時滿足運行可靠、靈活、節(jié)約投資等要求。 （2）主變壓器要根據(jù)負(fù)荷的要求選擇其臺數(shù)、容量、型號、冷卻方式等。 （3）短路電流的計算依據(jù)電氣主接線圖，制定短路計算等值網(wǎng)絡(luò)圖，擬訂必要的短路計算點，用實用計算法計算出選擇電氣設(shè)備所需的各組短路電流。 （4）主要電氣設(shè)備按正常工作條件進(jìn)行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定，包括各電壓等級的母線、絕緣子、斷路器、隔離開關(guān)、電壓及電流互感器等。 對“文 三、指導(dǎo)教師意見： 1． 對“文獻(xiàn)綜述”的評語： 2．對學(xué)生前期工作情況的評價（包括確定的研究方法、手段是否合理等方面）： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 220kV降壓變電站電氣一次系統(tǒng)初步設(shè)計文獻(xiàn)綜述 一 背景和意義 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)水平的進(jìn)步，人們生活水平不斷的提高，電力系統(tǒng)在整個行業(yè)中所占比例逐漸趨大。現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個巨大的、嚴(yán)密的整體。各類發(fā)電廠、變電站分工完成整個電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電和配電的任務(wù)。[1]電力系統(tǒng)是國民經(jīng)濟(jì)的重要能源部門，而變電站的設(shè)計是電力工業(yè)建設(shè)中必不可少的一個項目。由于變電站設(shè)計內(nèi)容很多、范圍廣、邏輯性強(qiáng)，不同電壓等級，不同類型，不同性質(zhì)負(fù)荷的變電站設(shè)計時所側(cè)重的方面是不一樣的。[2]設(shè)計過程中要針對變電站的規(guī)模和形式，具體問題具體分析。 變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，它通過期變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。我國電力系統(tǒng)的變電站大致分為四類：升壓變電站，主網(wǎng)變電站，二次變電站，配電站。[3]我國電力工業(yè)的技術(shù)水平和管理水平正在逐步提高，對變電所的設(shè)計提出了更高的要求，更需要我們提高知識理解應(yīng)用水平，認(rèn)真對待。 結(jié)合我國電力現(xiàn)狀，為國民經(jīng)濟(jì)各部門和人們生活提供充足、可靠、優(yōu)質(zhì)、廉價的電能，優(yōu)化發(fā)展變電站，規(guī)劃以220kV、110kV、10kV電影等級設(shè)計變電站。從我過目前部分地區(qū)用電發(fā)展趨勢來看，新建變電站應(yīng)充分體現(xiàn)出安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性。[4]在次我為了滿足某些的確 的要點需要，提高電能質(zhì)量。 電力是能源工業(yè)，基礎(chǔ)工業(yè)，在國家建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)十分重要的地位，是實現(xiàn)國家現(xiàn)代化的重點電能也是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是一種無形的，不能大量儲存的二次能源。要滿足國民經(jīng)濟(jì)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。[5]因此，做好電力規(guī)劃，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，就尤為重要。而變電站在改變或調(diào)整電壓等方面在電力系統(tǒng)中起著重要的作用，它承擔(dān)著變換電壓，接受和分配電能，控制電力的的流向和調(diào)整電壓的責(zé)任。[6] 可靠，優(yōu)質(zhì)的供電是現(xiàn)代化大都市的重要標(biāo)志。為此目的，需要采用相當(dāng)復(fù)雜的技術(shù)，其難度往往不亞于超高壓輸電技術(shù)。過去，對配電系統(tǒng)的發(fā)展未給予應(yīng)有的重視，欠賬甚多。研究采用配電新技術(shù)，提高供電的可靠性和電能質(zhì)量已是十分緊迫的任務(wù)。[7] 二 變電站的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 當(dāng)今時代的變電站正趨于數(shù)字化，數(shù)字化變電站技術(shù)是變電站自動化技術(shù)發(fā)展中具有里程碑意義的一次變革，對變電站自動化系統(tǒng)的各方面將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。數(shù)字化變電站三個主要的特征就是“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)”，即數(shù)字化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺。這使得數(shù)字化變電站在系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)簡便性方面均比常規(guī)變電站有大幅度提升。[8] 　　數(shù)字化變電站在我國發(fā)展迅速，從1995年德國提出制定IEC61850的設(shè)想開始，中國就一直關(guān)注IEC61850的發(fā)展。全國電力系統(tǒng)管理及其信息交換標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會自2000年起，將對IEC61850的轉(zhuǎn)化作為工作重點之一。從CD（委員會草案）到CDV，從FDIS到正式出版物，標(biāo)委會及其工作組專家密切跟蹤IEC標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展，用近5年的時間，二十多位專家的辛勤工作，完成了IEC61850到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T860的轉(zhuǎn)化。[9] 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的同時，國內(nèi)頂級設(shè)備制造商如南瑞集團(tuán)、北京四方、國電南自、許繼電器等同步開展了標(biāo)準(zhǔn)研究和軟硬件開發(fā)。2006年以來，相繼有采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站投入運行，從110kV到500kV，從單一廠家到多家集成，國內(nèi)對數(shù)字化變電站工程實踐的探索正在向縱深發(fā)展。 在國調(diào)中心的領(lǐng)導(dǎo)下，從2004底開始，標(biāo)委會成功組織了6次大規(guī)?；ゲ僮髟囼?，極大地推動了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備研制和工程化。 為規(guī)范IEC61850在國內(nèi)的有效有序應(yīng)用，2007年，標(biāo)委會將DL/T860標(biāo)準(zhǔn)工程實施技術(shù)規(guī)范納入工作計劃，并迅速組織有關(guān)專家進(jìn)行起草，經(jīng)廣泛征求意見，2008年該規(guī)范通過標(biāo)委會審查報批。成為指導(dǎo)DL/T860標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)工程實施的重要配套文件。[10] 目前，國內(nèi)各網(wǎng)省公司都進(jìn)行了數(shù)字化變電站試點，對DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程度和技術(shù)水平各不相同，有單在變電站層應(yīng)用DL/T860的，也有在過程層試驗的，還有結(jié)合電子式互感器應(yīng)用的；有單一廠家實現(xiàn)的，也有多達(dá)十多加設(shè)備制造商參與的。數(shù)字化變電站的試點已經(jīng)較為充分，現(xiàn)在應(yīng)該到了總結(jié)成功經(jīng)驗、探討發(fā)展策略的時候了。[11] 未來，在智能電網(wǎng)建設(shè)的大背景下，數(shù)字化變電站快速發(fā)展是必然趨勢，但首先要解決電子式互感器的可靠性問題、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的可靠性問題等。 我國目前已建成或者在建的數(shù)字化變電站同國外的數(shù)字化變電站相比，有不同的的特點： 國內(nèi)數(shù)字化變電站更重視可靠性問題，故較多采用冗余網(wǎng)絡(luò)方式。 國內(nèi)數(shù)字化變電站較多采用IEC61850-9-1，但該標(biāo)準(zhǔn)未來非IEC主流推薦，國內(nèi)需盡快開發(fā)基于IEC61850-9-2的系統(tǒng)。 因為技術(shù)成熟度問題，國內(nèi)對電子式互感器的應(yīng)用還比較保守。 IEC61850是面向未來的變電站自動化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是全世界關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)的第1個完整的通信標(biāo)準(zhǔn)體系，目前我國投運的數(shù)字化變電站均以IEC61850為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但在對標(biāo)準(zhǔn)的理解、執(zhí)行方面還需進(jìn)一步統(tǒng)一規(guī)范。 IEC61850的概念思想非常先進(jìn)，應(yīng)該講具有很強(qiáng)的生命力和影響力。電力系統(tǒng)的其他領(lǐng)域都很重視IEC61850，有的直接引用其文本形成本領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，有的吸收其思想，編制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850一套標(biāo)準(zhǔn)涵蓋電力系統(tǒng)各個方面是不現(xiàn)實的，但它的先進(jìn)思想和部分技術(shù)一定會被廣泛引用。 由于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系龐大，六次互操作，暴露出一些問題。如IEC61850標(biāo)準(zhǔn)本身描述不完全一致；各廠家對標(biāo)準(zhǔn)理解不完全相同；對應(yīng)用時的一些細(xì)節(jié)未作要求（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)冗余問題、保護(hù)裝置定值的建模問題等）等。[12]要解決以上問題，應(yīng)該由多方共同努力完成： 首先國內(nèi)的用戶和設(shè)備制造商要有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的共同愿望，其次，標(biāo)委會要加強(qiáng)組織協(xié)調(diào)，發(fā)揮公正平臺作用。進(jìn)一步細(xì)化完善國內(nèi)工程實施技術(shù)規(guī)范，配套建立其他如功能規(guī)范、設(shè)計規(guī)范、驗收規(guī)范等。 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，我國數(shù)字化變電站的試點建設(shè)已經(jīng)有了相當(dāng)數(shù)量，有必要進(jìn)行階段性總結(jié)。所以，我們“數(shù)字化變電站應(yīng)用經(jīng)驗高峰論壇”，想要通過此次高峰論壇，匯集國內(nèi)數(shù)字化變電站領(lǐng)域最具影響力的專家，通過交流和思想的碰撞，一定能為我國數(shù)字化變電站的發(fā)展走上健康正確的方向發(fā)揮重要作用。 三 本次設(shè)計內(nèi)容 變電站設(shè)計的內(nèi)容力求概念清楚，層次分明。通過大量翻閱工作，了解了電力工業(yè)的有關(guān)政策以及變電站設(shè)計技術(shù)規(guī)程等方面知識，進(jìn)而基本掌握了設(shè)計過程，結(jié)合自己設(shè)計的原始資料，提出了本次設(shè)計的思路和具體設(shè)計內(nèi)容。 1.電氣主接線是變電站設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，主接線的擬定直接關(guān)系著變電站電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動裝置的確定，是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。結(jié)合原始資料分析。以及各種接線方式的優(yōu)缺點，適用范圍進(jìn)行綜合比較，確定出最終的接線方案. 2.在變電站的選型應(yīng)根據(jù)其容量和臺數(shù)、主變壓器形式等進(jìn)行選擇。 3.短路電流計算是為了更好地選擇電氣設(shè)備，繼電保護(hù)的配置及整定等，了解了電力系統(tǒng)的短路計算知識，學(xué)習(xí)了短路計算的方法，從而完成自己設(shè)計中的短路計算部分。 4.導(dǎo)體及電氣設(shè)備選擇是設(shè)計的主要內(nèi)容之一，因為電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備的作用和工作條件并不一樣，具體的選擇方法也不完全相同，但是對它們的基本要求是一致的，電氣設(shè)備要能可靠地工作，必須按正常工作條件進(jìn)行選擇，并按照短路狀態(tài)采取驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。 5.高壓配電裝置在電力系統(tǒng)中起著接受和分配電能的作用，從中了解到了電氣布置知識，通過對配電的基本要求，設(shè)計原則的了解，為自己的設(shè)計做了較合理的布置。 6.為了確保變電站的安全，結(jié)合防雷保護(hù)知識，防雷技術(shù)主要從兩個方面：一是雷直擊于發(fā)電廠，采取了裝設(shè)避雷針的方法；二是發(fā)電廠的雷電入侵波采取裝設(shè)閥式避雷器的防雷保護(hù)措施。 7.最后參考《國家電力公司農(nóng)村電網(wǎng)工程典型設(shè)計（第二分冊）》、《電氣CAD》 書籍知識，了解我國在發(fā)電廠設(shè)計工作中電氣具體的布置規(guī)劃，同時參考其繪圖，編號等要求，為自己的設(shè)計繪制了主接線圖、平面圖和斷面圖。 參考文獻(xiàn) [1] 熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].中國電力出版社, 2004 [2] 宋繼承.220—500KV變電所二次接線.中國電力出版, 1996 [3] 劉笙.電氣工程基礎(chǔ)[M].科學(xué)出版社, 2002 [4] 水利電力部西北電力設(shè)計院.電氣工程設(shè)計手冊電氣一次部分[M].中國電力出 版社, 1989 [5] 電力工業(yè)部西北電力設(shè)計院.電氣工程設(shè)計手冊電氣一次部分[M].中國電力出 版社, 1998 [6] 文鋒.現(xiàn)代發(fā)電廠概論[M].中國電力出版社, 1999 [7] 黃益莊.變電站綜合自動化技術(shù)[M] .中國電力出版社, 2001 [8] 戈東方.電氣設(shè)計手冊電氣一次部分[M].中國電力出版社, 2002 [9] 孟祥萍.電力系統(tǒng)分析[M].高等教育出版社, 2004 [10] 陳慶紅.變電運行[M].中國電力出版社, 2005 [11] 陳生貴.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].重慶大學(xué)出版社, 2003 [12] 單淵達(dá).電能系統(tǒng)基礎(chǔ).東南大學(xué)出版社,2004 [13] 張步涵.電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ).華中科技大學(xué)出版社,2006 [14] 姚春球.發(fā)電廠電氣部分.中國電力出版社,2005 [15] 閻治安.電機(jī)學(xué).西安交通大學(xué)出版社,2003 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢 業(yè) 設(shè) 計(論文) 題 目 220kV變電站電氣一次 初步設(shè)計 系 別 電力工程系 專業(yè)班級 電氣07k6 學(xué)生姓名 金晶 指導(dǎo)教師 胡永強(qiáng) 二○一一年六月 I 220kV變電站電氣一次初步設(shè)計 摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)的迅速崛起，對電能質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況、供電的可靠性指標(biāo)也日益提高，用電已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。為了保證供配電要求，供電系統(tǒng)的設(shè)計要越來越全面、系統(tǒng)，而供電系統(tǒng)的核心部分是變電所，因此設(shè)計和建造一個安全、經(jīng)濟(jì)的變電所是極為重要的。 本文針對220kV變電所的特點，闡述了220kV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。本次所設(shè)計的變電站是地區(qū)變電站，變電站最后規(guī)模：容量為2×120MVA，容量比為100/100/50，采用三相三繞組有載調(diào)壓變壓器。220kV側(cè)本期進(jìn)線有2回，110kV本期出線6回，35kV本期出線 8回，主接線形式為220kV主接線采用雙母線分段接線，110kV主接線采用單母線帶旁路接線，35kV采用單母線分段接線。本變電站配電裝置為：220kV、110kV采用改進(jìn)半高型配電裝置，35kV采用屋內(nèi)成套配電裝置，220kV及110kV均采用斷路器單列布置。 本次設(shè)計論文是以我國現(xiàn)行的各有關(guān)規(guī)范規(guī)程等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，所設(shè)計的是一次初步設(shè)計，根據(jù)任務(wù)書提供原始資料，參照有關(guān)資料及書籍，對各種方案進(jìn)行比較而得出。文中介紹的220kV變電站的設(shè)計方法、思路及新技術(shù)的應(yīng)用可以作為相關(guān)設(shè)計的理論指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：變電站；設(shè)計方法；電氣主接線；配電裝置 DESIGN OF THE 220kV SUBSTATION Abstract With the economic development and the modern industry developments of quick rising, it also increases seriously to the dependable index of the economic condition, power supply in quantity and electricity using also becomes important of the development and supervision in our country. In order to guarantee the power supply requirements,the design of the power supply system should become more and more completely and systematic. Because the power supply system，s hard core is a transformer substation, designing and constructing a security and economical transformer substation is great importance. The text aims at the characteristics of the 220 kV substations, elaborates design way of thinking, designs step of the 220 kV substation and carries on the related calculation. This time designs the transformer substation is the local transformer substation. The transformer substation final scale: The capacity is 2*120MVA, the capacity changes into 100/100/50, uses three-phase three-winding on-load tap-changing transformer. The 220kV side that issue comes beyond a line has 2, the 110kV which issue goes beyond 10 lines, the 35kV going beyond a line, this issue 6 the main wiring form is 220kV main wiring useing the double bus segment connecting. 110kV and the 35kV uses the single bus bar partition wiring. This transformer substation power distribution equipment is: 220kV, 110kV use improved half-power distribution unit, 35kV use house set within power distribution equipment, 220kV and 110kV use the circuit breaker single row arrangement. This basis of the design is our country present technical standards and each related standard regulations and so on, designs is a preliminary design, provides the firsthand information according to the project description, the reference pertinent data and the books, carries on the comparison to each kind of plan to obtain.The text introduces the design method on way of thinking and new technique of the 220 kV substations which can be the theories of related design. Keywords: substation; method of design; Electrical main wiring; supply and distribution electricity 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 1 1 前言 1 2 變電站的原始資料分析 2 2.1 變電站的類型 2 2.2 變電站的電壓等級 2 2.3 負(fù)荷情況 2 2.4 進(jìn)出線情況 2 2.5 系統(tǒng)情況 2 2.6 環(huán)境條件 2 3 變電站的設(shè)計 3 3.1 電氣主接線的選擇 3 3.1.1 電氣主接的線設(shè)計要求 3 3.1.2 電氣主接線設(shè)計原則 3 3.1.3 設(shè)計主接線的基本要求 3 3.2 主接線方式的初步選擇 4 3.2.1 幾種主接線方式簡介 4 3.2.2 選擇初步設(shè)計方案 6 3.3 主變壓器臺數(shù)，容量及形式的選擇 10 3.3.1 概述 10 3.3.2 主變壓器臺數(shù)的選擇 11 3.3.3 主變壓器容量的選擇 11 3.3.4 主變壓器型式的選擇 12 3.3.5 主變壓器確定 13 4 變電站短路電流計算 14 4.1 概述 14 4.2 短路電流計算的目的 14 4.3 短路電流計算的一般規(guī)定 14 4.4 短路電流計算基準(zhǔn)值 15 4.5 短路電流計算步驟 15 4.6 短路電流計算 16 5 變電站電氣設(shè)備的選擇 18 5.1 概述 18 5.2 斷路器的選擇 19 5.2.1 概述 19 48 5.2.2 斷路器的選擇計算 20 5.3 隔離開關(guān)的選擇 22 5.4 高壓熔斷器的選擇 24 5.5 互感器的選擇 24 5.5.1 概述 24 5.6 母線的選擇 28 5.6.1 概述 28 5.6.2 母線的選擇計算 28 5.7.1 絕緣子選擇條件 30 5.7.2 絕緣子選擇 30 5.8 穿墻套管的選擇 31 5.9 避雷器的選擇 31 5.9.1避雷器的選擇條件 31 5.9.2避雷器的選擇 32 5.10 最佳方案的確定 33 5.10.1 概述 33 5.10.2 計算綜合投資 33 5.10.3 計算年運行費用 34 5.11 無功補償及補償裝置的選擇 35 5.11.1 概述 35 5.11.3 補償裝置容量的選擇 37 6 電氣總平面布置及配電裝置的選擇 38 6.1 概述 38 6.2 電氣總平面布置 42 7 變電站的保護(hù)設(shè)計 44 7.1 防雷保護(hù)的設(shè)計 44 7.2 避雷針的配置原則 44 7.3 變電站的防雷保護(hù)設(shè)計 44 結(jié)論 46 參考文獻(xiàn) 47 致謝 48 1 前言 近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，用電也成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一，各地都在興建一系列的供配電裝置。變電站的規(guī)劃、設(shè)計與運行的根本任務(wù)，是在國家發(fā)展計劃的統(tǒng)籌規(guī)劃下，合理的開發(fā)和利用能源，用最少的支出(含投資和運行成本)為國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活提供充足、可靠和高質(zhì)量的電能。變電站由發(fā)、送、變、配等不同環(huán)節(jié)以及相應(yīng)的通信、安全自動、繼電保護(hù)和調(diào)度自動化等系統(tǒng)組成，它的形成和發(fā)展，又經(jīng)歷了規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)運行等不同階段。但現(xiàn)代變電站是一個十分龐大而又高度自動化的系統(tǒng)，在各個專業(yè)系統(tǒng)之間和各個環(huán)節(jié)之間，既相互制約又能在一定條件下相互支持和互為補充。為了適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，需要密切結(jié)合我國的實際條件，從電力系統(tǒng)的全局著眼，瞻前顧后，需要設(shè)計出一系列的符合我國各個地區(qū)的用以供電的變電站，用以協(xié)調(diào)各專業(yè)系統(tǒng)和各階段有關(guān)的各項工作，以求取得最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合效益。 本次畢業(yè)設(shè)計的目的就在于進(jìn)一步鞏固和運用專業(yè)知識的能力，達(dá)到理論與實際相聯(lián)系，使所學(xué)過的專業(yè)知識具體化、形象化。本次設(shè)計可作為對所有專業(yè)課程的一次綜合能力考核。內(nèi)容為220kV地區(qū)變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計，并根據(jù)變電所設(shè)計的基本原理設(shè)計，務(wù)求掌握常規(guī)變電所的電氣一次系統(tǒng)的原理及設(shè)計過程。通過對原始資料的分析、主接線的選擇及比較、短路電流的計算、主要電器設(shè)備的選擇及校驗、線路圖的繪制以及避雷器、避雷針的選擇等步驟、最終確定了2200kV變電站所需的主要電器設(shè)備、主接線圖以及變電站防雷保護(hù)方案。 2 變電站的原始資料分析 2.1 變電站的類型 220kV地區(qū)變電所 2.2 變電站的電壓等級 220/110/35 kV 2.3 負(fù)荷情況 110kV側(cè)：最大100MW，最小80MW， 5300小時， 0.90 35 kV側(cè)：最大23MW，最小18MW， 5200小時， 0.85 2.4 進(jìn)出線情況 220kV側(cè)：進(jìn)線2回； 110kV側(cè)：出線6回；35kV側(cè)：出線8回 2.5 系統(tǒng)情況 1）220kV母線電壓滿足常調(diào)壓要求； 2）系統(tǒng)220kV母線的短路電流標(biāo)幺值為25（SB＝100MVA）； 3) 110kV和35kV對端無電源 2.6 環(huán)境條件 1）最高溫度40°C，最低溫度-25°C，年平均溫度20°C； 2）土壤電阻率 ρ<400歐米； 3）當(dāng)?shù)乩妆┤?35日/年。 3 變電站的設(shè)計 3.1 電氣主接線的選擇 3.1.1 電氣主接的線設(shè)計要求 變電站電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要組成部分。它表明了發(fā)電機(jī)、變壓器、線路和斷路器等電氣設(shè)備的數(shù)量和連接方式及可能的運行方式，從而完成發(fā)電、變電、輸配電的任務(wù)。它的設(shè)計，直接影響電力生產(chǎn)運行的可靠性、靈活性，同時對全站電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)、自動裝置和控制方面都有決定性的作用，關(guān)系著整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運行。因此，主接線的設(shè)計是一個綜合性的問題。它必須經(jīng)過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)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(rèn)的最佳方案。現(xiàn)將變電站電氣主接線設(shè)計的有關(guān)原則和要求簡述如下。 3.1.2 電氣主接線設(shè)計原則 電氣主接線設(shè)計的基本原則是以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術(shù)要求的前提下，兼顧運行、維護(hù)方便，盡可能地節(jié)省投資，就近取材，力爭設(shè)備元件和設(shè)計的先進(jìn)與可靠性，堅持可靠、先進(jìn)、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則[4]。 在本次設(shè)計中，主要是根據(jù)任務(wù)書中給出的負(fù)荷，進(jìn)出線數(shù)，電壓等級，以及相關(guān)的數(shù)據(jù)來進(jìn)行設(shè)計。經(jīng)計算得出給出變電站的容量、變壓器的臺數(shù)、主要設(shè)備的型號。校驗設(shè)備是否符合要求、電力系統(tǒng)參數(shù)和對電氣設(shè)備的具體要求，以及設(shè)計變電站的大小面積。原始資料是設(shè)計的依據(jù)，必須進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，從而可以初步擬定一些主接線方案。設(shè)計的主接線應(yīng)滿足供電可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)、留有擴(kuò)建和發(fā)展的余地。 3.1.3 設(shè)計主接線的基本要求 我國《變電站設(shè)計技術(shù)規(guī)程》SDJ2－79規(guī)定：變電站的主接線應(yīng)根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并且滿足運行可靠，簡單靈活、操作方便和節(jié)約投資等要求，便于擴(kuò)建。 1）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)量是電氣主接線最基本的要求，而且也是電力生產(chǎn)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)的供電； ②線路、斷路器或母線故障時，以及母線或母線隔離開關(guān)檢修時，盡量減少停運出線回路數(shù)和停電時間，并要求保證對全部一級負(fù)荷全部及全部或大部分二級用戶的供電； ③盡量避免變電站全部停運的可靠性。 2）靈活性：電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個方面。 ①調(diào)度的方便性：可以靈活地操作，投入或切除某些變壓器及線路，調(diào)配電源和負(fù)荷使能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式，檢修方式以及特殊運行方式下的調(diào)度要求； ②檢修的方便性：可以方便地停運斷路器，母線及繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修，而不至于影響電力網(wǎng)的運行或停止對用戶的供電； ③擴(kuò)建的方便性：對將來要擴(kuò)建的變電站，其設(shè)計主接線時應(yīng)留有發(fā)展擴(kuò)建的余地。不僅要考慮最終接線的實現(xiàn)，還要考慮到從初期過渡到其最終接線的可能和分階段施工的可行方案，使在擴(kuò)建過渡時，改造工作量最小。 3）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。 ①一次投資省：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；要適當(dāng)采取限制短路電流的措施，以節(jié)省開關(guān)電器數(shù)量、選用廉價的電器或輕型電器，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)造節(jié)約土地的條件，盡可能使占地面積少；同時應(yīng)注意節(jié)約搬遷費用、安裝費用和外匯費用。對大容量的變電站，在可能和允許條件下采取一次設(shè)計，分期投資、投建，盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。在不受運輸條件許可下，都采用三相變壓器，以簡化布置。 ③電能損失少：在變電站中，電能的損耗主要來自變壓器，應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器的型式、容量和數(shù)量，盡量避免兩次變壓而增加電能的損失。 3.2 主接線方式的初步選擇 3.2.1 幾種主接線方式簡介 1） 單母線接線如下：（圖3－1） ① 優(yōu)點：接線簡單，操作方便，設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)性好，并且母線便于向兩端延伸，擴(kuò)建方便。 ② 缺點：可靠性差。母線或者母線隔離開關(guān)檢修或者故障時，所有回路都要停止運行，造成全站長期停電。 圖3-1 單母線接線 ③ 使用范圍：一般在只用在出現(xiàn)回路較少，并且沒有重要負(fù)荷的發(fā)電廠和變電站中。 2） 單母線分段接線如下所示：（圖3－2） 圖3-2 單母線分段接線 ① 優(yōu)點：母線分段后，對主要用戶可從不同段供電，保證供電的可靠性，另外，當(dāng)一段母線發(fā)生故障，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。 ② 缺點：當(dāng)母線故障時，該段母線的回路都要停電，同時擴(kuò)建時需向兩個方向均衡擴(kuò)建。 ③ 適用范圍： A、變電站有兩臺主變是的6－10kV配電裝置。 B、35－63kV配電裝置的出線回路數(shù)為4～8回時。 C、110～220kV配電裝置的出線路數(shù)為3～4回時。 3） 雙母線接線如下所示：（圖3－3） ① 優(yōu)點：具有供電可靠，調(diào)度靈活，擴(kuò)建方便，便于試驗。 圖3-3 雙母線接線 ② 缺點：增加一組母線，每一回路增加一組母線隔離開關(guān)，從而增加投資，也容易造成誤操作。 ③ 適用范圍： A、6-10kV配電裝置當(dāng)短路電流較大，出線需要裝設(shè)電抗器時。 B、35-60kV配電裝置的出線回路數(shù)超過8回路時。 C、110kV出線數(shù)為6回及以上時。 D、220kV配電裝置的出線回路數(shù)為4回及以上時。 4）需裝設(shè)旁路母線的情況： 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，可增設(shè)旁路母線。 旁路母線的設(shè)置原則： ①采用分段單母線或雙母線的110-220kV配電裝置，當(dāng)斷路器不允許停電檢修時，一般需裝設(shè)旁路母線。 ②35-60kV配電裝置中，一般不設(shè)旁路母線。 ③6-10kV配電裝置，可不設(shè)旁路母線。 3.2.2 選擇初步設(shè)計方案 1）方案一：220kV、110kV、35kV均采用單母線分段接線，（如圖3-4） 圖3-4 方案一 ① 其特點是：當(dāng)一段母線發(fā)生故障，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，接線簡單，操作方便，設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)性好。 ② 其缺點是：可靠性很差，任何一段母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時，所涉及的回路都要停止工作，也就是要長期停電，同時擴(kuò)建時需要向兩個方向均衡發(fā)展，靈活性差。 2）方案二：220kV采用雙母線接線，110kV、35kV采用單母線分段接線，（如圖3-5） ① 其特點是：與單母分段相比，當(dāng)220KV側(cè)一組母線故障時，能迅速恢復(fù)供電，檢修任何回路的隔離開關(guān)或母線時，均可通過另一組母線繼續(xù)運行，其可靠性高于方案一，且調(diào)度靈活，擴(kuò)建方便，施工中不會造成原有回路停電。 ② 其缺點是：220kV側(cè)增加一組母線，每一回路增加一組母線隔離開關(guān)，從而增加了投資，也容易造成誤操作。此外，110kV側(cè)可靠性較差。 圖3-5 方案二 3） 方案三：220kV，110kV采用雙母線接線，35kV采用單母線分段接線（如圖3-6） 圖3-6 方案三 ① 其特點是：110kV側(cè)的雙母提高了可靠性，縮小母線故障時的停電范圍，有較高的可靠性和靈活性且沒有增加較多的投資。 ② 其缺點是：增加了配電裝置和投資，增加了線路的復(fù)雜性。 4）方案四：220kV側(cè)雙母線母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器，110kV側(cè)采用單母分段帶專用旁路斷路器接線，35kV采用單母線分段接線（如圖3-7） 圖3-7 方案四 ① 其特點是：220kV用旁路斷路器替代檢修中的回路斷路器工作，使回路不致停電，系統(tǒng)的可靠性更高。 ② 其缺點是：110kV側(cè)出線6回，最大負(fù)荷100MW，負(fù)荷較小，用專用旁路斷路器沒有必要，增加了較多的投資。 5）方案五：220kV側(cè)雙母線母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器，110kV采用雙母線接線，35kV采用單母線分段接線（如圖3-8） ①其特點是：整個母線安全系統(tǒng)可靠性得到進(jìn)一步提高，在故障及檢修時，220kV、110kV、35kV側(cè)供電能力得到更多保障，系統(tǒng)的可靠性、靈活性進(jìn)一步提高，相比方案四投資減少，設(shè)備較少。 ②其缺點是： 220kV側(cè)增加了一條旁路，檢修出線斷路器時，接線復(fù)雜化，檢修出線斷路器時的倒閘操作復(fù)雜，容易引起操作失誤。 圖3-8 方案五 對以上五種方案相比較，根據(jù)原始資料，220kV進(jìn)線2回，為了整個變電站的安全可靠性和考慮到以后變電站的發(fā)展規(guī)劃，220kV宜選用雙母線接線，110kV出線6回，最大負(fù)荷100MW，回路數(shù)不多，負(fù)荷不是很大，兼顧到可靠性和經(jīng)濟(jì)性，可選單母線帶旁路接線，35kV出線8回，最大負(fù)荷23MW，出線數(shù)不多且負(fù)荷比較小，如果采用雙母線，將大大增加投資成本和增加系統(tǒng)復(fù)雜性，所以可以選擇單母線分段接線，其安全可靠性也可以得到保障。 綜上所述，經(jīng)過初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，本站選用方案三和方案五作為預(yù)備方案。 3.3 主變壓器臺數(shù)，容量及形式的選擇 3.3.1 概述 在各電壓等級的變電所中，變壓器是變電所中的主要電氣設(shè)備之一，它擔(dān)任著向用戶輸送功率，及在兩種電壓等級之間交換功率的重要任務(wù)，同時兼顧電力系統(tǒng)負(fù)荷的增長情況，并需根據(jù)電力系統(tǒng)5～10年的發(fā)展規(guī)劃綜合分析，合理選擇。否則，將造成經(jīng)濟(jì)技術(shù)上的不合理。如果主變壓器容量過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，擴(kuò)大占地面積，而且還會增加運行電能損耗，給運行和檢修帶來不便，設(shè)備也未必能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，可能使變壓器長期在過負(fù)荷中運行，且可能“封鎖”發(fā)電機(jī)剩余功率的輸出或者滿足不了變電站負(fù)荷的需要，影響主變壓器的壽命和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此確定合理的變壓器容量是變電站安全可靠供電和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)運行的保證。 在生產(chǎn)上，電力變壓器分為單相、三相、雙繞組、三繞組、自耦以及分裂變壓器等。在選擇主變壓器時，要根據(jù)原始資料和設(shè)計變電站的自身特點，在滿足可靠性的前提下，從經(jīng)濟(jì)性方面來選擇主變壓器。 3.3.2 主變壓器臺數(shù)的選擇 選擇主變壓器的容量，同時要考慮該變電站以后的擴(kuò)建情況來選擇主變壓器的臺數(shù)及容量，為了保證供電可靠性，避免一臺主變壓器故障或檢修時影響其供電，變電站中一般裝設(shè)兩臺主變壓器。當(dāng)裝設(shè)三臺及三臺以上時，變電站的可靠性雖然有所提高，但使接線網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜，占用面積增大，投資增大，同時配電設(shè)備及用電保護(hù)復(fù)雜化，以及帶來維護(hù)和倒閘操作等許多工作的復(fù)雜化。而且還會造成中壓側(cè)短路容量過大，不宜選擇輕型設(shè)備?？紤]到兩臺主變壓器同時發(fā)生故障機(jī)率較小，且當(dāng)一臺主變壓器故障或者檢修時，另一臺主變壓器可承擔(dān)70%的負(fù)荷保證全變電站的正常供電，故一般選擇兩臺主變壓器互為備用，對于大型樞紐變電所，根據(jù)工程具體情況，可安裝2-4臺主變壓器。 3.3.3 主變壓器容量的選擇 變電站的主變壓器容量一般應(yīng)按5-10年規(guī)劃負(fù)荷來選擇。對重要變電站，需要考慮當(dāng)一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量計及過負(fù)荷能力后的允許時間內(nèi)，應(yīng)滿足一級及二級負(fù)荷的供電；對一般性變電站，當(dāng)一臺主變停運時，另一臺應(yīng)能滿足全部負(fù)荷的70％以上。 對裝兩臺變壓器的變電所，每臺變壓器額定容量一般按下式選擇 PM為變電所最大負(fù)荷。這樣，當(dāng)一臺變壓器停運時，可保證對70％負(fù)荷的供電，考慮變壓器的事故過負(fù)荷能力30%，則可保證對91%負(fù)荷的供電。 110kV側(cè)負(fù)荷的最大容量計算: 35kV側(cè)負(fù)荷的最大容量計算： 通過變壓器容量計算： 一臺主變應(yīng)承擔(dān)的系統(tǒng)容量為： 考慮到變電站以后的擴(kuò)建情況，決定選擇主變的容量為。 3.3.4 主變壓器型式的選擇 1） 相數(shù)的選擇 選擇主變壓器的相數(shù)時，應(yīng)根據(jù)變電站的基本數(shù)據(jù)以及所設(shè)計變電站的實際情況來選擇。容量為300MW及以下機(jī)組單元連接的主變壓器和330kV及以下電力系統(tǒng)中，一般都應(yīng)選用三相變壓器。 單相變壓器組，相對來講投資大，占地多，運行損耗大，同時配電裝置以及繼電保護(hù)和二次接線的復(fù)雜化，也增加了維護(hù)及倒閘操作的工作量。但是，由于變壓器的制造條件和運輸條件的限制，特別是大型變壓器需要考察其運輸可能性。若受到限制，則可選用單相變壓器組。 本次設(shè)計的變電站，所址建在平原地區(qū)，交通便利，不受運輸?shù)葪l件限制，故本次設(shè)計的變電站應(yīng)選用三相變壓器。 2） 繞組數(shù)的選擇 在具有三種電壓等級的變電站，可以采用2臺雙繞組變壓器或一臺三繞組變壓器。一臺三繞組變壓器的價格及所用的控制和輔助設(shè)備，比相對的兩臺雙繞組變壓器都較少。故機(jī)組容量為125MW及以下的變電所多采用三繞組變壓器，但三繞組變壓器的每個繞組的通過容量應(yīng)達(dá)到該變壓器額定容量的15%以上，否則繞組不能充分利用，反而不如2臺雙繞組變壓器在經(jīng)濟(jì)上更加合理。 本次所設(shè)計的變電所具有三種電壓等級，考慮到運行維護(hù)中安裝調(diào)試靈活，操作上滿足各種繼電保護(hù)的需求，工作量少及占地面積小，價格適宜等因素，故本次設(shè)計的變電所選擇三繞組變壓器。 3）主變調(diào)壓方式的選擇 為了保證變電站的供電質(zhì)量，電壓必須維持在允許范圍內(nèi)。當(dāng)無功充足時，可采用改變變壓器的分接頭實現(xiàn)電壓調(diào)整。但是，當(dāng)電網(wǎng)無功容量不足造成電壓偏低時，變壓器調(diào)壓僅是各站之間無功容量的再分配。 調(diào)壓方式分為兩種，一種是不帶負(fù)荷切換，稱為無載調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±2×2.5%以內(nèi)；另一種是帶負(fù)荷切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)30%,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。 由于該變電站的電壓波動較大，故選擇有載調(diào)壓方式，才能滿足要求。 4) 連接組別的選擇 變壓器三相繞組的聯(lián)結(jié)組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組聯(lián)結(jié)方式有星形和三角形。因此，變壓器三相繞組的聯(lián)結(jié)方式應(yīng)根據(jù)具體工程來確定。 在變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機(jī)組的同步并列要求以及三次諧波對電源的影響等因素，主變壓器聯(lián)接組號一般都選用YNd11常規(guī)接線。 全星形接線雖然有利于并網(wǎng)時相位一致的優(yōu)點，而且全星形接法，零序電流沒有通路，相當(dāng)于與外電路斷開，即零序阻抗相當(dāng)于無窮大，對限制單相及兩相接地短路都有利，同時便于接消弧線圈限制短路電流。但是用于中性點不接地系統(tǒng)時，三次諧波無通路，將引起正弦波的電壓畸變，并對通訊造成干擾，也影響保護(hù)整定的準(zhǔn)確度和靈敏度[5]。我國規(guī)定110kV以上的電壓等級的變壓器繞組常選用中性點直接接地系統(tǒng)，而且還要考慮到三次諧波的影響，會使電流、電壓畸變。采用三角形接法可以消除三次諧波的影響。 所以本設(shè)計選擇接線方式。 5) 冷卻方式的選擇 主變壓器的冷卻方式隨其形式和容量的不同而異，一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷卻，強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻，強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻，強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻[6]。 自然風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷卻方式：一般只適用于中、小型變壓器[6]。 強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻：一般用于容量在31.5MVA及以上的大容量變壓器。具有散熱效率高，節(jié)約材料，減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點，但是它要以水源充足為前提，且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，本設(shè)計選擇強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻方式。 3.3.5 主變壓器確定 綜上所述，并經(jīng)查閱相關(guān)設(shè)備手冊，主變壓器確定為： 選擇兩臺主變壓器，選擇型號為：SFPSZ7 —120000/220 額定電壓： 高壓220±8×1.5% kV，中壓121 kV，低壓11kV 阻抗電壓%： 高—中：14.0kV 高—低：23.0kV 中—低：7.0 kV 容量比為： 100/100 /50 連接組別： YN ，yn0，d11 空載損耗： 118 kW 負(fù)載損耗： 425 kW 空載電流： 0.8% 4 變電站短路電流計算 4.1 概述 電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備在其運行中必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見的危險故障是發(fā)生各種型式的短路，因為短路電流會直接影響電氣設(shè)備的安全，危害主接線的運行。 短路是電力系統(tǒng)中較常發(fā)生的故障。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：單相接地短路，三相短路，兩相短路和兩相接地短路。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)，其他類型的短路都屬于不對稱短路[9]。 電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路發(fā)生的概率最大，兩相短路較少，三相短路的機(jī)率最小。三相短路雖然很少發(fā)生，但是一旦發(fā)生其情況便會比較嚴(yán)重，應(yīng)給以足夠的重視。因此，我們采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。 4.2 短路電流計算的目的 短路電流計算的目的主要有以下幾個方面： 1）在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案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(jìn)行必要的短路電流計算。 2）在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)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(jìn)行全面的短路電流計算。 3）在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。 4）在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。 5）接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。 4.3 短路電流計算的一般規(guī)定 1）計算的基本情況 ①電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)荷下運行； ②短路發(fā)生在短路電流為最大的瞬間； ③所有電源的電動勢相位角相同。 2）接線方式 計算短路電流時所用的接線方式應(yīng)，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式即最大運行方式，而不能用在切換過程中可能并列運行的接線方式。 3）計算容量 應(yīng)按本設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的長期發(fā)展規(guī)劃，一般考慮建成后5至10年。 4）短路種類 一般按三相短路計算。 5）短路計算點 在正常接線方式時，通過電氣設(shè)備的短路電流為最大的地點。 4.4 短路電流計算基準(zhǔn)值 高壓短路電流計算一般只計算各元件的電抗，采用標(biāo)幺值進(jìn)行計算，為了計算方便選取如下基準(zhǔn)值： 基準(zhǔn)容量： 基準(zhǔn)電壓： 4.5 短路電流計算步驟 1）計算各元件電抗標(biāo)幺值，并換算到同一基準(zhǔn)值得標(biāo)幺電抗。 2）繪制系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號。 3）選擇計算短路點。 4）對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，把供電系統(tǒng)看成為無限大系統(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，并計算短路電流的標(biāo)幺值、有名值。 標(biāo)幺值： （4-1） 有名值： （4-2） 5）計算短路容量、短路電流沖擊值 短路容量： （4-3） 短路電流沖擊值： （4-4） 6）求出短路電流計算結(jié)果。 4.6 短路電流計算 本設(shè)計的方案三和方案五的短路電流計算相同。 取，變壓器各繞組電抗標(biāo)幺值計算如下： 1）各繞組的短路電壓分別為： 2）各繞組的電抗標(biāo)幺值計算如下： 由于變壓器電抗沒有負(fù)值，所以 3) 等值電路圖及簡化圖如圖（4-1） 圖4-1 等值電路簡化圖a、b 各繞組等值電抗標(biāo)么值為： 4）當(dāng)f1點短路時 ， 短路電流有名值： 沖擊電流： 全電流最大有效值： 5）當(dāng)f2點短路時 短路電流有名值： 沖擊電流： 全電流最大有效值： 6）當(dāng)f3點短路時 短路電流有名值： 沖擊電流：KA 全電流最大有效值：  5 變電站電氣設(shè)備的選擇 5.1 概述 導(dǎo)體和電器的選擇設(shè)計是變電所設(shè)計的主要內(nèi)容之一，正確地選擇電氣設(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，在保證安全、可靠的前提下，應(yīng)根據(jù)工程的實際情況，積極穩(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)備必須按正常運行情況進(jìn)行選擇，并按短路條件來校驗其熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定，并按環(huán)境條件校核電氣設(shè)備的基本使用條件。 5.1.1 電氣設(shè)備的選擇原則 電氣設(shè)備選擇的一般原則是： 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)展的需要； 2）應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗； 3）應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理； 4）選擇導(dǎo)體時應(yīng)盡量減少品種； 5）擴(kuò)建工程應(yīng)盡量使新老電器的型號一致； 6）選用的新產(chǎn)品，均應(yīng)具有可靠的試驗數(shù)據(jù)，且經(jīng)正式鑒定合格。[9] 5.1.2 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件 電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件： 1）按正常工作條件選擇導(dǎo)體和電器 ①電壓：所選電器和電纜允許最高工作電壓不得低于回路所接電網(wǎng)的最高運行電壓，即： 。 一般電纜和電器允許的最高工作電壓，當(dāng)額定電壓在220kV及以下時為1.15，而實際電網(wǎng)運行的一般不超過1.1。 ②電流：導(dǎo)體和電器的長期允許電流應(yīng)不小于該回路的最大持續(xù)工作電流，即：，由于變壓器在電壓降低5%時，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的= 1.05（為電器額定電流）。 2）按短路情況校驗 電器在選定后應(yīng)按最大可能通過的短路電流進(jìn)行動穩(wěn)定、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(hù)的電器可不校驗熱穩(wěn)定。當(dāng)熔斷器有限流作用時，可不校驗動穩(wěn)定，用熔斷器保護(hù)的電壓互感器回路，可不校驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。 ① 短路熱穩(wěn)定校驗 滿足熱穩(wěn)定條件為： —短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng) —短路時導(dǎo)體和電器允許的熱效應(yīng) ——t秒內(nèi)允許通過的短時熱電流 驗算熱穩(wěn)定時間： —斷電保護(hù)動作時間 110kV以下導(dǎo)體和電纜一般采用主保護(hù)時間 110kV以上導(dǎo)體電器和充油電纜采用后備保護(hù)動作時間 —相應(yīng)斷路器的全開斷時間 ②短路的動穩(wěn)定校驗 滿足動穩(wěn)定條件為： — 短路沖擊直流峰值（kA） — 短路沖擊電流有效值（kA） 、—電器允許的極限通過電流峰值及有效值（kA） 5.2 斷路器的選擇 5.2.1 概述 變電站中，高壓斷路器是重要的電氣設(shè)備之一，它具有完善的滅弧性能，正常運行時，用來接通和開斷負(fù)荷電流，在變電站電氣主接線中，還擔(dān)任改變主接線的運行方式的任務(wù)，故障時，斷路器通常以繼電保護(hù)的方式配合使用，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(tǒng)的穩(wěn)定性。故斷路器形式的選擇，除需滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮便于安裝調(diào)試和運行維護(hù)，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后才能確定。 5.2.2 斷路器的選擇計算 5.2.2.1 220kV側(cè)斷路器 1）額定電壓選擇： （電網(wǎng)工作電壓） 2）額定電流選擇： （最大持續(xù)工作電流） 考慮到變壓器在電壓降低5%時其出力保持不變，所以相應(yīng)回路的即： 3）按開斷電流選擇： 4）按短路開斷電流選擇： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇SW4-220型斷路器，其參數(shù)如表5-1： 表5-1 SW4-220型斷路器參數(shù) 型號 電壓（kV） 額定電流（A） 額定斷開電流（kA） 斷開容量（MVA） 極限通過電流（kA） 熱穩(wěn)定電流（5S） 合閘時間（S） 固有分閘時間（S） 額定 最大 額定 重新 最大 有效 SW4-220 220 252 1000 18.4 7000 6000 55 32 21 0.25 0.06 5）檢驗動穩(wěn)定： 滿足要求 6）校驗熱穩(wěn)定： 取 t=5s查周期分量等值時間曲線，查得= 4.4 S 故 滿足要求 5.2.2.2 110kV側(cè)斷路器 1）額定電壓選擇： 2）額定電流選擇： 3）按開斷電流選擇： 4）按短路開斷電流選擇： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇SW4-110型斷路器，其參數(shù)如表5-2： 表5-2 SW4-110型斷路器參數(shù) 型號 電壓（kV） 額定電流（A） 額定斷開電流（kA） 斷開容量（MVA） 極限通過電流（kA） 熱穩(wěn)定電流（5S） 合閘時間（S） 固有分閘時間（S） 額定 最大 額定 重新 最大 有效 SW4-110 110 126 1000 18.4 3500 3000 55 32 21 0.25 0.06 5）檢驗動穩(wěn)定： 滿足要求 6）校驗熱穩(wěn)定： 取 t=5s查周期分量等值時間曲線，查得= 4.4 S 故 滿足要求 5.2.2.335kV側(cè)斷路器 1）額定電壓選擇： 2）額定電流選擇： 3）按開斷電流選擇： 4）按短路開斷電流選擇： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇SN4-35G型斷路器，其參數(shù)如表5-3： 表5-3 SN4-10G型斷路器參數(shù) 型號 電壓（kV） 額定電流（A） 額定斷開電流（kA） 斷開容量（MVA） 極限通過電流（kA） 熱穩(wěn)定電流（5S） 合閘時間（S） 固有分閘時間（S） 額定 最大 額定 重新 最大 有效 SN4-35G 35 5000 105 1800 300 173 120 0.65 0.15 5）檢驗動穩(wěn)定： 滿足要求 6）校驗熱穩(wěn)定： 取 t=5s查周期分量等值時間曲線，查得=4.4 S 故 滿足要求 5.3 隔離開關(guān)的選擇 5.3.1 概述 隔離開關(guān)是發(fā)電廠與變電站中主系統(tǒng)的重要開關(guān)電器。隔離開關(guān)的主要功能是保證高壓電氣設(shè)備及其裝置在檢修工作時的安全，不能用于切斷、投入負(fù)荷電流或開斷短路電流，僅可允許用于不產(chǎn)生強(qiáng)大電弧的某些切換操作。 隔離開關(guān)配置在主接線上時，保證了線路或設(shè)備檢修時形成明顯的斷口，與帶電部分隔離，由于隔離開關(guān)沒有滅弧裝置及開斷能力低，所以操作隔離開關(guān)時，必須遵守倒閘操作順序。送電時，首先合上母線隔離開關(guān)，其次合上線路側(cè)隔離開關(guān)，最后合上斷路器，停電則與上述相反。 隔離開關(guān)的配置： 1）斷路器的兩側(cè)均應(yīng)配置隔離開關(guān)，以便在斷路器檢修時形成明顯斷口，與電源側(cè)隔離； 2）中性點直接接地的普通型變壓器均應(yīng)通過隔離開關(guān)接地； 3）接在母線上的避雷器和電壓互感器宜合用一組隔離開關(guān)，為了保證電器和母線的檢修安全，每段母線上宜裝設(shè)1—2組接地刀閘或接地器； 4）按在變壓器引出線或中性點上的避雷器可不裝設(shè)隔離開關(guān)； 5）當(dāng)饋電線的用戶側(cè)設(shè)有電源時，斷路器通往用戶的那一側(cè)，可以不裝設(shè)隔離開關(guān)，但如果費用不大，為了防止雷電產(chǎn)生的過電壓，也可以裝設(shè)。[11] 5.3.2 隔離開關(guān)選擇計算 隔離開關(guān)形式的選擇，應(yīng)根據(jù)配電裝置的布置特點和使用要求等因素，進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較然后確定。其選擇的技術(shù)條件與斷路的選擇條件1、2、4、5相同。為了維護(hù)及操作方便， 220kV、110kV、10kV都選同類型。 5.3.2.1 220kV側(cè)隔離開關(guān) 1）額定電壓選擇： 2）額定電流選擇： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以初步選擇戶外GW7－220-600型隔離開關(guān)，其參數(shù)如表5-4： 表5-4 GW7－220-600型隔離開關(guān)參數(shù) 型號 額定電壓（kV） 額定電流（A） 動穩(wěn)定電流（kA） 熱穩(wěn)定電流（kA） GW7-220-600 220 600 55 21（5） 3）校驗動穩(wěn)定： 滿足要求 4）校驗熱穩(wěn)定：跟斷路器一樣：=4.45S 滿足要求 5.3.2.2 110kV側(cè)隔離開關(guān) 1）額定電壓選擇： 2）額定電流選擇： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以初步選擇戶外GW5－110G-1000型隔離開關(guān)，其參數(shù)如表5-5： 表5-5 GW5－110G-1000型隔離開關(guān)參數(shù) 型號 額定電壓（kV） 額定電流（A） 動穩(wěn)定電流（kA） 熱穩(wěn)定電流（kA） GW5-110G-1000 110 1000 83 25（4） 3）校驗動穩(wěn)定： 滿足要求 4）校驗熱穩(wěn)定：跟斷路器一樣：=4.45S 滿足要求 5.3.2.3 10kV側(cè)隔離開關(guān) 1）額定電壓選擇： 2）額定電流選擇： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以初步選擇戶外GN35-10T-4000型隔離開關(guān)，其參數(shù)如表5-6： 表5-6 GN10-10T-4000型隔離開關(guān)參數(shù) 型號 額定電壓（kV） 額定電流（A） 動穩(wěn)定電流（kA） 熱穩(wěn)定電流（kA） GN35-10T-4000 35 4000 160 75（5） 3）校驗動穩(wěn)定： 滿足要求 4）校驗熱穩(wěn)定：跟斷路器一樣：=4.45S 滿足要求 5.4 高壓熔斷器的選擇 熔斷器是最簡單的保護(hù)電器，它用來保護(hù)電氣設(shè)備免受過載和短路電流的損害。按安裝條件及用途選擇不同類型的高壓熔斷器，屋內(nèi)型高壓熔斷器在變電站中常用于保護(hù)電力電容器、配電線路和配電變壓器，也可常用于保護(hù)電壓互感器。對一般的高壓熔斷器，其額定電壓必須大于或等于電網(wǎng)額定電壓。對于保護(hù)電壓互感器用的高壓熔斷器，只需按額定電壓及斷流量來選擇[12]。 10kV電壓互感器高壓熔斷器的選擇，如表5-7： 表5-7 10kV電壓互感器高壓熔斷器 安裝地點 型號 電壓等級 額定電流 斷流容量 組數(shù) 35kV電壓互感器 RN2-35 35kV 0.5A 1000MVA 2 5.5 互感器的選擇 5.5.1 概述 互感器是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護(hù)等二次設(shè)備獲取電氣一次回路信息的傳感器，正確反映電氣設(shè)備的正常運行和故障情況。包括電壓互感器和電流互感器，其作用是： 第一，將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)的低電壓和小電流，使測量儀表和保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，并使其結(jié)構(gòu)輕巧、價格便宜。 第二，使二次設(shè)備與高電壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設(shè)備和人身的安全。 1）電流互感器的特點： ①一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，故一次繞組中的電流完全取決于被測量電路的負(fù)荷電流，而與二次電流大小無關(guān)； ②電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。 2）電壓互感器的特點： ①容量很小，類似于一臺小容量變壓器，但結(jié)構(gòu)上需要有較高的安全系數(shù)； ②二次側(cè)所接測量儀表和繼電器電壓線圈阻抗很大，互感器近似于空載狀態(tài)下運行，即開路狀態(tài)。 3）互感器的配置： ①為滿足測量和保護(hù)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(shè)電流互感器； ②在未設(shè)斷路器的下列地點也應(yīng)裝設(shè)電流互感器，如：發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點； ③對直接接地系統(tǒng)，一般按三相配制。對三相直接接地系統(tǒng)，依其要求按兩相或三相配制； ④60～220kV電壓等級的每組主母線的三相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器； ⑤當(dāng)需要監(jiān)視和檢測線路有關(guān)電壓時，出線側(cè)的一相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器[12]。 5.5.2 電流互感器選擇計算 5.5.2.1 220kV側(cè)電流互感器 1）額定電壓選擇： 2）額定電流選擇： 根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，可以初步選擇LCLWD1-220型電流互感器，其參數(shù)為表5-8： 表5-8 LCLWD1-220型電流互感器參數(shù) 型號 額定電流比 級次組合 準(zhǔn)確級次 1S熱穩(wěn)定倍數(shù) 動穩(wěn)定倍數(shù) LCLWD1-220 4*300/5 0.5 60 60 3）動穩(wěn)定校驗： 滿足要求 4）熱穩(wěn)定校驗： 滿足要求 5.5.2.2 110kV側(cè)電流互感器 1）額定電壓選擇： 2）額定電流選擇： 根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，可以初步選擇LCWD-110型電流互感器，其參數(shù)為表5-9： 表5-9 LCWD-110型電流互感器參數(shù) 型號 額定電流比 級次組合 準(zhǔn)確級次 1S熱穩(wěn)定倍數(shù) 動穩(wěn)定倍數(shù) LCWD-110 2*600/5 0.5 34 60 3）動穩(wěn)定校驗： 滿足要求 4）熱穩(wěn)定校驗： 滿足要求 5.5.2.335kV側(cè)電流互感器 1）額定電壓選擇： 2）額定電流選擇： 根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，可以初步選擇LMC-35-4000型電流互感器，其參數(shù)為表5-10： 表5-10 LMC-35-4000型電流互感器參數(shù) 型號 額定電流比 級次組合 準(zhǔn)確級次 1S熱穩(wěn)定倍數(shù) 動穩(wěn)定倍數(shù) LMC-35 4000/5 0.5/3 3 75 3）動穩(wěn)定校驗：滿足要求 4）熱穩(wěn)定校驗： 滿足要求 5.5.2 電壓互感器的選擇計算 1）電壓互感器的容量和準(zhǔn)確級 電壓互感器的準(zhǔn)確級是指在規(guī)定的一次電壓和二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，功率負(fù)荷因數(shù)為額定值時，電壓誤差的最大值。 由于電壓互感器本身有勵磁電流和內(nèi)阻抗，導(dǎo)致測量結(jié)果的大小和相位有誤差，而電壓互感器的誤差與二次負(fù)荷有關(guān)，所以同一臺電壓互感器對應(yīng)于不同的準(zhǔn)確級便有不同的額定二次容量，通常額定容量是指對應(yīng)于最高準(zhǔn)確級的容量[14]。 2）一次額定電壓選擇 一次繞組額定電壓應(yīng)根據(jù)互感器的高壓側(cè)接線方式來確定其相電壓或相間電壓。為了保證電壓互感器安全和在規(guī)定的準(zhǔn)確級下運行，電壓互感器一次繞組所接電網(wǎng)電壓應(yīng)在（1.1~0.9）范圍內(nèi)變動，即應(yīng)滿足： 1.1>>0.9 3）二次額定電壓選擇 電壓互感器的二次側(cè)額定電壓通常是供額定電壓為100V的儀表和繼電器的電壓繞組使用，應(yīng)滿足保護(hù)和測量使用標(biāo)準(zhǔn)儀表的要求，電壓互感器二次側(cè)額定電壓可按表5-11擇： 表5-11 電壓互感器二次側(cè)額定電壓 接 線 型 式 電網(wǎng)電壓 （kV） 型 式 二次繞組電壓（kV） 接成開口三角形輔助繞組電壓（kV） 一臺PT不完全星形接 線方式 3~35 單相式 100 無此繞組 Yo/ Yo/△ 110J~5