220KV變電站主接線設計.doc

目 錄摘要IIIAbstractIV第1章 前言- 1 -第2章 主接線設計- 2 -2.1電氣主接線的選擇原則和要求- 2 -2.1.1概述- 2 -2.1.2電氣主接線的要求- 2 -2.1.3電氣主接線選擇的主要原則- 3 -2.2電氣主接線的基本形式- 3 -2.2.1單母線接線- 3 -2.2.2單母線分段接線- 4 -2.2.3單母線帶旁路接線- 4 -2.2.4單母線分段帶旁路接線- 4 -2.2.5雙母線不分段接線- 4 -2.2.6雙母線帶旁路母線接線- 4 -2.2.7橋形接線- 4 -2.3主接線的選擇- 5 -第3章 站用電接線及備用電源接線方案- 6 -3.1站用電源數量及容量- 6 -3.2站用電源引線方式- 6 -3.3站用變壓器低壓側接線- 6 -3.4站用電接線- 7 -3.5備用電源- 7 -第4章 主變壓器的選擇- 8 -4.1變壓器的介紹- 8 -4.1.1概述- 8 -4.1.2三相三繞組變壓器- 8 -4.2主變壓器容量和臺數的確定- 8 -4.2.1原始資料- 8 -4.2.2主變壓器臺數的選- 9 -4.2.3主變壓器容量的選擇- 9 -4.2.4容量選擇計算部分- 10 -4.2.5主變壓器技術參數選擇- 12 -4.2.6主變壓器型號選擇- 13 -4.3主變壓器抗短路能力的選擇- 13 -4.3.1抗短路動穩(wěn)定能力- 13 -4.3.2抗短路熱穩(wěn)定能力- 14 -第5章 短路電流計算- 15 -5.1短路電流- 15 -5.1.1概述- 15 -5.1.2短路故障的危害- 15 -5.1.3短路電流計算的目的- 16 -5.1.4短路電流計算的一般原則- 16 -5.2短路電流計算- 16 -5.2.1基本數據- 16 -5.2.2短路電流計算- 17 -第6章 高壓設備的選擇- 20 -6.1高壓設備選擇的一般原則及技術要求- 20 -6.1.1電氣設備選擇的一般原則- 20 -6.1.2技術條件- 20 -6.2斷路器選擇- 21 -6.2.1幾種斷路器比較- 21 -6.2.2斷路器選擇及校驗- 21 -6.3隔離開關選擇- 24 -6.3.1隔離開關的用途- 24 -6.3.2選用隔離開關的原則- 25 -6.3.3 隔離開關選擇- 25 -6.4互感器選擇- 27 -6.4.1互感器概述- 27 -6.4.2電流互感器選擇的一般原則- 27 -6.4.3電流互感器選擇- 29 -6.4.5電壓互感器選擇的一般原則- 30 -6.4.6電壓互感器選擇- 31 -6.5其他高壓設備選擇- 32 -6.5.1高壓熔斷器的選擇- 32 -第7章 母線的選擇- 34 -7.1220KV主母線的選擇- 34 -7.2110KV主母線的選擇- 35 -7.335KV主母線的選擇- 35 -第8章 防雷及過電壓保護裝置選擇- 38 -8.1過電壓及其危害- 38 -8.2間隙保護及避雷器的選擇- 38 -8.2.1 間隙保護- 38 -8.2.2避雷器- 39 -8.2.3 避雷器選擇- 39 -結束語- 43 -參考文獻- 44 -致 謝- 45 -附 錄- 46 -V220KV變電站主接線設計電子信息工程學院 電氣051502 李 勇 指導教師：潘 峰摘要：本次設計以220KV地區(qū)變電站為例，論述了電力系統工程中變電站部分電氣設計（一次部分）的全過程。通過對變電站的主接線設計，站用電接線設計，主變壓器選擇，短路電流計算，主要電氣設備型號及參數的確定，電氣設備動、熱穩(wěn)定校驗，防雷及過電壓保護裝置的設計，較為詳細地完成了電力系統中變電站一次系統的設計。該變電站采用三臺主變壓器，近期上兩臺，一臺備用，分為三個電壓等級，分別為：220KV、110KV、35KV。關鍵詞：變電站，短路電流，動、熱穩(wěn)定性，過電壓及防雷保護The Main Wiring Design of 220KV Transformer SubstationSchool of Electronical Engineering Electricity engineer and automation Li yong Director :Pan fengAbstract: Taking the 220KV district transformer substation as an example, this design elaborated entire process of the transformer substation electricity design in the electrical power system project. This paper includes the main wiring design of the transformer substation, the wring design using for the electricity station, the main transformer choice, the short-circuit current computation, the main electrical equipment model and the parameter determination, the electrical equipment dynamic-thermal stability verification, overvoltage and lightning protection installment .After this ,the specific design of primary system of a transformer substation has been achieved. Three main transformers are chosen for this transformer substation. Two of them will be installed in the near future, and the other is spare. Three voltage ranks can be converted, respectively as follows: 220KV, 110KV, 35KV.Key words: Transformer substation, Short-circuit currents, Dynamic-thermal stability, Overvoltage and lighting protection 第1章 前言電力工業(yè)是國民經濟發(fā)展戰(zhàn)略中的重點和先行行業(yè)，在國民經濟中占有十分重要的地位，它的發(fā)展，是社會進步和人民物質文化生活現代化的需要。電能是一種十分重要的二次能源，它由蘊藏于自然界的煤、石油等一次能源轉換而來，又可以方便地轉換成機械能、光能等其他形式的能量供人們使用。因此，電能已成為工業(yè)、農業(yè)、交通運輸、國防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源。同時，電力工業(yè)的發(fā)展水平，也是一個國家經濟發(fā)達程度的重要標志。因此，電力工業(yè)必須優(yōu)先于其他工業(yè)部門的發(fā)展而發(fā)展，只有這樣，國民經濟各部門才能夠快速而穩(wěn)定地發(fā)展。我國具有極其豐富的能源。這些優(yōu)越的自然條件為我國電力工業(yè)的發(fā)展提供了良好的物質基礎。新中國成立以來，尤其是隨著改革開放的深入發(fā)展，我國電力工業(yè)的發(fā)展迅猛。到2000年，我國電力工業(yè)已躍升世界第2位，電力工業(yè)的發(fā)展為我國國民經濟的高速發(fā)展做出了巨大的貢獻。2008年底，我國首條1000KV特高壓線路（晉東南-南陽-荊門）正式試運行，標志著我國電力工業(yè)進入了新的時代。但是，隨著近年來我國國民經濟的高速發(fā)展與人民生活用電的急劇增長，電力工業(yè)的發(fā)展仍不能滿足整個社會發(fā)展的需要。發(fā)電容量、電能質量、電能運輸、經濟運行等方面還亟待加強和改進。因而，要實現在21世紀初全面建設小康社會的要求，我國的電力工業(yè)必須持續(xù)、穩(wěn)步地大力發(fā)展，一方面是要大力加強電源建設，搞好“西電東送”，以確保電力先行，另一方面，要繼續(xù)深化電力體制改革，實施廠網分開、競價上網，并建立起符合社會主義市場經濟法則的、規(guī)范的電力市場。變電站的運行和維護在電力系統中占有重要地位。目前，220KV變電站仍是我國絕大部分地區(qū)的樞紐變電站。因此，搞好220KV變電站的設計、運行、維護和檢修有著現實意義。第2章 主接線設計2.1電氣主接線的選擇原則和要求2.1.1概述變電所電氣主接線根據變電所電能輸送和分配的要求，表示主要電氣設備相互之間的直接關系，以及本變電所與電力系統的電氣連接關系，通常以單線圖表示。常用的主接線方式有：單母線接線、單母線分段接線、單母線分段帶旁路母線接線、雙母線接線、雙母線帶旁路接線、雙母線分段接線、雙母線分段帶旁路母線接線、橋式接線等。電氣主接線通常是根據變電所在電力系統中的地位和作用，首先滿足電力系統的安全運行與經濟調度的要求，然后根據規(guī)劃容量、供電負荷、電力系統短路容量、線路回路數以及電氣設備特點等條件確定，并具有相應的可靠性、靈活性和經濟性。2.1.2電氣主接線的要求 1、基本要求 對電氣主接線的基本要求是：可靠性、靈活性和經濟性。（1）可靠性各級電壓變電所電氣主接線的可靠性要與電力系統的可靠性相協調。當任意電氣設備發(fā)生單一故障時，要避免電力系統發(fā)生非同步運行，避免發(fā)生頻率崩潰和電壓崩潰的事故。因此要考慮以下的可能情況：故障時斷路器拒絕動作；故障繼電保護裝置和自動裝置誤動作；發(fā)生多重性故障。 （2）靈活性變電所電氣主接線應滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性。（3）經濟性為了節(jié)省變電所的建設投資，電氣主接線應力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次電氣設備。2、具體要求（1）按變電所在電力系統中的地位和作用選擇。電力系統中一般分為樞紐變電所、地區(qū)變電所、一般變電所、終端變電所以及用戶變電所。本次設計為地區(qū)變電所。（2）考慮變電所近期和遠期的發(fā)展規(guī)劃。變電所的電氣主接線選擇應根據地方經濟及電網5-10年發(fā)展規(guī)劃進行選擇設計，能夠適應分期建設和方便擴建。（3）按負荷性質和大小來選擇。在選擇變電所電氣主接線時，應該考慮該變電所供電負荷的重要性及供電負荷的大小等因素。同時要考慮地區(qū)電力負荷的分布情況、負荷增長速度和今后規(guī)劃建設的發(fā)展趨勢。對于一級負荷和絕大部分的二級負荷要保證不間斷供電。（4）按變電所主變壓器臺數和容量選擇。變壓器的臺數和容量能滿足規(guī)劃期間供電負荷的需要，并能滿足當變壓器故障或檢修時供電負荷的需要。220KV變電所最終建設規(guī)模一般為三臺，單臺主變壓器容量可取120MVA-180MVA。（5）當變電所中出線三級電壓且中壓或低壓側符合超過變壓器額定容量的15%時，通常采用三繞組變壓器。（6）當母線上電壓變化較大而且不能用增加無功補償容量來調整電壓時，為了保證電壓質量，則采用有載調壓變壓器。（7）如果不受運輸條件的限制，變壓器采用三相式，否則選用單相變壓器組。（8）各級電壓的規(guī)劃短路電流不能超過所采用斷路器的額定開端電流。2.1.3電氣主接線選擇的主要原則 1、變電所主接線要與變電所在系統中的地位、作用相適應。根據變電所在系統中的地位，作用確定對主接線的可靠性、靈活性和經濟性的要求。 2、變電所主接線的選擇應考慮電網安全穩(wěn)定運行的要求，還應滿足電網出故障時應處理的要求。 3、各種配置接線的選擇，要考慮該配置所在的變電所性質，電壓等級、進出線回路數、采用的設備情況，供電負荷的重要性和本地區(qū)的運行習慣等因素。 4、近期接線與遠景接線相結合，方便接線的過程。 5、在確定變電所主接線時要進行技術經濟比較。2.2電氣主接線的基本形式2.2.1單母線接線單母線接線形式的主接線主要優(yōu)點是接線簡單、清晰、設備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置。該接線方式的主要缺點是供電可靠性差，運行不夠靈活，當母線及母線隔離開關等設備故障或檢修時，均需要將整個配電裝置停電，影響供電。2.2.2單母線分段接線單母線分段接線方式有用隔離開關分段、用斷路器分段兩種。該接線方式由雙電源供電，故供電可靠性較高，同時具有接線簡單、操作方便、投資較少等優(yōu)點。當一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器將故障切除，保證正常段母線不間斷地供電，不致使重要用戶停電，提高了供電的可靠性。該接線方式的缺點是，當一端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。2.2.3單母線帶旁路接線單母線帶旁路界限的最大優(yōu)點是供電可靠性高。短路故障檢修時，可不停負荷進行檢修，供電可靠，運行靈活，適用于向重要用戶供電，出線回路較多的變電站尤為適用。2.2.4單母線分段帶旁路接線單母線分段帶旁路母線的接線方式，采用主母線分段斷路器和旁路母線斷路器，供電可靠性更高，運行更加靈活。旁路母線是為檢修斷路器而設的。 2.2.5雙母線不分段接線雙母線不分段接線這種接線方式具有許多優(yōu)點，供電可靠，通過兩組母線隔離開關的刀閘操作，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，能迅速恢復供電。檢修任意回路的母線隔離開關，只停該回路。這種接線方式調度更加靈活，當雙母線的兩組母線同時工作時，通過母線聯絡斷路器并聯運行，電源與負荷平均分配在兩組母線上。這種接線方式的缺點是當母線故障或檢修時，將隔離開關進行倒閘操作，容易發(fā)生操作事故。為了防止誤操作隔離開關，須在隔離開關和斷路器之間裝設可靠的連鎖裝置。2.2.6雙母線帶旁路母線接線雙母線帶旁路母線的接線方式，最大的優(yōu)點是提高供電的可靠性，當出現斷路器需要停電檢修時，可將專用旁路斷路器投運，是旁路母線帶電，從而將檢修斷路器的出線由旁路母線供電。220KV變電所可采用這種雙母線分段帶旁路母線的接線方式，近年來，隨著SF6斷路器和氣體絕緣金屬封閉開關設備的普遍使用，旁路母線的使用越來越少。2.2.7橋形接線1、內橋接線變電所由雙電源供電，安裝兩臺主變壓器，一般可選用內橋接線，其優(yōu)點是線路的投入和切除比較方便。當線路發(fā)生故障時，僅線路斷路器斷開，不影響其他回路運行。缺點是當變壓器發(fā)生故障時，與該臺變壓器相連的兩臺斷路器都斷開，從而影響了其他未發(fā)生故障線路的運行。2、外橋接線外橋接線的特點是當線路發(fā)生故障時，需動作與之相連的兩臺斷路器，從而影響一臺未發(fā)生故障的變壓器運行。因此，外橋接線只能用于線路短、檢修和故障較少的線路中。2.3主接線的選擇對比這幾種接線方式，結合該變電站的用途，考慮經濟運行及安裝、維護費用，主接線選擇如下：220KV選用雙母線接線，一次建成，接線圖見圖2-1；110KV選用雙母線接線，一次建成；接線圖見圖2-1；35KV選用單母線分段帶旁路母線接線，一次建成，接線圖見圖2-2。圖2-1 雙母線不分段接線方式 圖2-2 單母線分段帶旁路接線方式第3章 站用電接線及備用電源接線方案3.1站用電源數量及容量1) 樞紐變電所總容量為60MVA及以上的變電所裝有水冷卻或強迫油循環(huán)冷卻的主變壓器以及裝有同步調相機的邊點所，均裝設兩臺所用變壓器。采用整流操作電源或無人值班的變電所,裝設兩臺所用變壓器,分別接在不同等級的電源或獨立電源上。如果能夠從變電所外引入可靠的380V備用電源，上述變電所可以只裝設一臺所用變壓器。2) 500KV變電所裝設兩個工作電源。當主變壓器為兩臺時，可以分別接在每一臺主變壓器的第三繞組上。兩臺所用變壓器的容量應相等，并按全所計算負荷來選擇。當建設初期只有一臺主變壓器時,可只接一臺工作變壓器.3) 當設有備用所用變壓器時,一般均裝設備用電源自動投入裝置.3.2站用電源引線方式1) 當所內有較低電壓母線時,一般均由這類母線上引接12個所用電源,這一所用電源引接方式具有經濟和可靠性較高的特點。如能由不同電壓等級的母線上可分別引接兩個電源,則更可保證所用電的不間斷供電.當有旁路母線時,可將一臺所用變壓器通過旁路隔離開關接到旁路母線上。正常運行時,則倒換到旁路上供電.2) 由主變壓器第三繞組引接,所用變壓器高壓側要選用大斷流容量的開關設備，否則要加裝限流電抗器。3) 由于低壓網絡故障機會較多,從所外電源引接所用電源可靠性較低.有些工程保留了施工時架設的臨時線路，多用于只有一臺主變壓器或一段低壓母線時的過度階段.500KV變電所多由附近的發(fā)電廠或變電所引接專用線作為所用電源.3.3站用變壓器低壓側接線所用電系統采用380/220V中性點直接接地的三相四線制,動力與照明合用一個電源. 1) 所用變壓器低壓側多采用單母線接線方式.當有兩臺所用變壓器時,采用單母線分段接線方式，平時分列運行，以限制故障范圍,提高供電可靠性. 2) 500KV變電所設置不間斷供電裝置，向通訊設備交流事故照明及監(jiān)控計算機等負荷供電,其余負荷都允許停電一定時間,故可不裝設失壓啟動的備用電源自投裝置,避免備用電源投合在故障母線上擴大為全所停電事故. 3) 具備條件時,調相機專用負荷優(yōu)先采用由所用變壓器低壓側直接供電的方式.3.4站用電接線站用電接線應按照運行、檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，積極慎重地采用成熟的新技術和新設備，使設計達到經濟合理、技術先進、安全、經濟地運行。變電站的站用電源，是保證正常運行的基本電源，通常不少于兩個。其引接方式有兩種：一種是從母線側引入，另一種是從主變低壓側引入。本站由于沒有具體說明，因此采用通過斷路器和隔離開關從低壓側引入。本次設計是用三臺500KVA變壓器接入，查手冊，選出站用變，如表3-1所示：表3-1 站用變選擇型號高壓低壓組別空載損耗負載損耗空載電流S500/3535KV0.4KVY，yn01.087.701.9A3.5備用電源站用備用電源用于工作電源因事故或檢修而失電時替代工作電源，起后備作用。備用電源應具有獨立性和足夠的容量，最好能與電力系統緊密聯系，在全廠停電情況下仍能從系統取得備用電源。備用分為名備用和暗備用。本站是地區(qū)性變電所。所以，采用暗備用的方式，兩臺變壓器相互備用，當一臺退出運行時，由另一臺承擔負荷。第4章 主變壓器的選擇4.1變壓器的介紹4.1.1概述縣市級電網、110KV農村變電站、220KV郊區(qū)變電所一般都采用三個電壓等級供電。隨著電網的發(fā)展與要求也出現了較多的三項三繞組變壓器。當每側通過的負荷超過變電站總容量的15%以上時，一般采用三繞組變壓器供電，比用兩個雙繞組的變壓器供電，不但提高了供電的可靠性、靈活性，而且制造上節(jié)省了變壓器材料，運行上降低了電能損耗。本次設計由三個電壓等級，因此，采用三相三繞組變壓器。4.1.2三相三繞組變壓器1、繞組連接方式三繞組變壓器的標準連接組別標號一般為YN yn0 d11。220KV側繞組為星形聯結，中性點直接接地，110KV側繞組為星形聯結，中性點經消弧線圈或避雷器接地，35KV側繞組為三角形聯結。2、運行方式三繞組變壓器的運行方式一般為高壓側向中亞側和低壓側供電。當220KV側電源進線停電檢修時，才考慮由中壓110KV側向變電所供電。4.2主變壓器容量和臺數的確定4.2.1原始資料220KV側電源進線兩回，一回備用；110KV側負荷： 本期6回 最大負荷130MW 最小負荷100MW 遠期8回 最大負荷200MW 最小負荷160MW35KV側負荷：本期8回 最大負荷100MW 最小負荷60MW 遠期12回 最大負荷150MW 最小負荷100MW功率因數：4.2.2主變壓器臺數的選擇 變電所主變壓器臺數的選擇，應根據地區(qū)供電條件、負荷性質、供電負荷大小、運行方式、供電可靠性等條件進行綜合性分析比較后確定。變電所當一臺變壓器退運時，其余變壓器必須保證向下一級配電網供電，即滿足N-1的電網安全供電原則，滿足變電所供電的可靠性。35-220KV變電所一般應配置兩臺或以上變壓器，當一臺變壓器退運是，其負荷自動轉移至正常運行的變壓器，此時變壓器的負荷不應超過其短路時允許的過載容量，以及通過電網操作將變壓器的過載部分轉移至沖壓電網。負荷這種要求的變壓器運行率可用式（4-1）計算，即 (4-1)式中 T變壓器運行率； K變壓器短路時的允許過載率； N變壓器臺數； P單位變壓器額定容量、當變壓器過載率K=1.3，過載時間為2h，按式（3-1）計算變壓器的運行率為：N=2時，T=65%；N=3時，T=87%； N=4時，T=100%。變壓所中變壓器越多，其利用率愈高，供電可靠性也愈高。變電所主變壓器臺數不宜少于兩臺，最多不易多余4臺，一般情況系下，3臺主變壓器就能滿足供電要求。在本設計中，選擇3臺主變壓器，本期上2臺，一臺備用。4.2.3主變壓器容量的選擇1、按電網發(fā)展規(guī)劃選擇主變壓器容量 主變壓器容量一般按變電所建成后5-10年的發(fā)展規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮到遠期10-20年的負荷發(fā)展。對于城市郊區(qū)變電所，選擇的主變壓器容量英語城市發(fā)展規(guī)劃相結合。2、按電壓等級選擇主變壓器容量 變電所主變壓器容量選擇的一般原則為電壓等級高，變電所密度低，主變壓器的容量就要選擇大些。3、根據變電所所帶負荷的性質和電網結構來選擇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及過負荷能力時，在允許的時間內應保證用戶的一級和二級負荷供電；對于一般性變電所，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應能保證全部符合的70%-80%。4、按變壓器的負荷率選擇主變壓器容量低負荷率運行的變壓器，年運行費用高于高負荷率運行的變壓器，若選用小容量變壓器，需提高變壓器負荷率，降低建設投資和運行成本。4.2.4容量選擇計算部分1、按本期最大負荷選擇：（本期上2臺主變） 110KV側負荷最大值：130MW； 35KV側負荷最大值：100MW。 每臺主變壓器負荷情況： 110KV側：65MW; 35KV側：50MW。 確定負荷率：按照公式（4-1）計算得，T=87%（N=3，K=1.3），故按最有負荷率為0.87選擇主變容量。 主變壓器額定容量為： 或： 選，容量比為100/100/50.計算負荷率： 公式為 110KV側： 最大負荷時 最小負荷時 35KV側： 最大負荷時 最小負荷時 總負荷率： 最大負荷時 最小負荷時 2、按遠期最大負荷選擇（遠期為三臺主變壓器）110KV側負荷最大值：200MW35KV側負荷最大值：150MW每臺主變負荷情況：110KV側：66.7MW； 35KV側： 50MW.主變壓器額定容量為：選,容量比為100/100/50。計算負荷率：110KV側最大負荷時： 35KV側最大負荷時： 綜上所述，不論是從本期負荷還是遠期負荷考慮，主變壓器容量均選擇，容量比為100/100/50。因為：所以，每臺主變可以帶總負荷的60%。過載倍數： 經查表，變壓器過載倍數為1.6時過載能力為45分鐘，過載倍數為1.7時過載能力為20分鐘，過載倍數為2.0時過載能力為10分鐘。4.2.5主變壓器技術參數選擇1、相數和頻率的選擇220KV及以下的電力變壓器、配電變壓器，一般都選用三相、50Hz的變壓器。2、繞組聯結組別變壓器三繞組的接線組別必須和系統電壓相位一致。否則，不能并列運行。電力系統采用的繞組連接有星形“Y”和三角形“D”。在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統或機組的同步并列以要求限制3次諧波對電源等因素。根據以上原則，主變一般是Y，D11常規(guī)接線。本次設計所用的三繞組變壓器聯結組別編號為：YN，yn0，d11。3、調壓方式變壓器的一次側接在電力網上，由于電網系統電壓會因種種原因發(fā)生波動，因此，變壓器的二次電壓也要相應的波動，而影響用電設備的正常運行。接在變壓器二次側的負載，由于用電設備負荷的大小或負荷功率因數的不同，也會影響變壓器二次電壓的變化，給用電設備的正常運行帶來影響。因此，需要變壓器有一定的調壓能力，以適應電力網運行及用電設備的需要。調壓的工作原理是改變繞組的全書，也就是改變變壓器一、二次測的電壓比。調壓方式有兩種：一種是不帶電切換，稱為無激磁調壓。另一種是帶負荷切換，稱為有載調壓。在電網電壓可能有較大變化的220KV及以上的降壓變電所及聯絡變壓器，可采用帶負荷調壓方式。本次設計采用有載調壓方式。 4、冷卻方式 變壓器的冷卻方式有冷卻介質種類及其循環(huán)種類標志。冷卻方式分為干式自冷式、干式風冷式、油浸自冷式、油浸風冷式、強油風冷式、強油水冷式、強油導向風、冷或水冷式。本次設計采用強油導向風，代號標志為：ODAF。4.2.6主變壓器型號選擇根據上述主變壓器臺數、容量和技術參數的選擇，確定主變壓器型號為：SFPSZ9-150MVA/220KV，即三相三繞組有載調壓變壓器，冷卻方式為強油導向風（ODAF），容量為150MVA，高壓繞組額定電壓等級為220KV。技術參數見表4-1.4.3主變壓器抗短路能力的選擇4.3.1抗短路動穩(wěn)定能力電力變壓器在電網中運行時，一旦出現短路損壞事故，則影響到該地區(qū)電網的正常供電，影響用戶正常用電。因此，選擇具有較強抗短路能力的變壓器，為選擇變壓器的重要技術指標之一。在本次設計中，變壓器最高電壓為245KV，查表得高壓側短路容量為20,000MVA，220KV側一旦發(fā)生短路時，將會受到較大的短路電流沖擊，沒有足夠抗短路能力的變壓器將會損壞。變壓器220KV側三相短路電流有效值為表4-1 SFPSZ9-150MVA/220KV主變壓器參數電壓/KV容量/KVA150/150/75空載損耗/KW96負載損耗/KW491阻抗電壓高-中 13%高-低 23%中-低 8%冷卻方式ODAF聯結組別編號YN yn0 d11取短路電流沖擊系數K=1.9，則三相短路電流沖擊值為說明該變壓器應該具有抗126.91kA短路電流的能力，才能滿足其短路時的動穩(wěn)定要求。4.3.2抗短路熱穩(wěn)定能力根據IEC60076-5-2000-07新標準規(guī)定，變壓器繞組的平均溫度最好應在10-40當變壓器一旦發(fā)生短路故障時，繞組平均溫度最大允許值為250（油浸式變壓器，銅制繞組），絕緣系統溫度為105.因此，選用的電力變壓器必須滿足其短路后的熱穩(wěn)定要求，不致變壓器發(fā)生短路事故，使繞組絕緣系統受到損壞。第5章 短路電流計算5.1短路電流5.1.1概述電力系統中可能發(fā)生的短路故障，主要有三相短路、兩相短路和單相短路。一般情況下，三相短路電流都大于兩相和單相短路電流。在計算短路電流時，通常把電源容量視為無限大電力系統。在這樣的系統內，當某處發(fā)生短路時，電源電壓維持不變，即短路電流周期分量在整個短路過程中不衰減。5.1.2短路故障的危害供電系統發(fā)生短路后，電路阻抗比正常運行時阻抗小很多，短路電流通常超過正常工作電流幾十倍直至數百倍以上，它會帶來以下嚴重后果： 1）短路電流的熱效應巨大的短路電流通過導體，短時間內產生很大熱量，形成很高溫度，極易造成設備過熱而損壞。 2）短路電流的電動力效應由于短路電流的電動力效應，導體間將產生很大的電動力。如果電動力過大或設備結構強度不夠，則可能引起電氣設備機械變形甚至損壞，使事故進一步擴大。 3）短路系統電壓下降短路造成系統電壓突然下降，對用戶帶來很大影響。例如，異步電動機的電磁轉矩與端電壓平方成正比。同時電壓降低能造成照明負荷諸如電燈突然變暗及一些氣體放電燈的熄滅等，影響正常的工作、生活和學習。 4）不對稱短路的磁效應當系統發(fā)生不對稱短路時，不對稱短路電流的磁效應所產生的足夠的磁通在鄰近的電路內能感應出很大的電動勢。 5）短路時的停電事故短路時會造成停電事故，給國民經濟帶來損失。并且短路越靠近電源，停電波及范圍越大。 6）破壞系統穩(wěn)定造成系統瓦解短路可能造成的最嚴重的后果就是使并列運行的各發(fā)電廠之間失去同步，破壞系統穩(wěn)定，最終造成系統瓦解，形成地區(qū)性或區(qū)域性大面積停電。5.1.3短路電流計算的目的1、電氣主接線比較和選擇 短路電流計算可為不同方案進行技術經濟比較，并為確定是否采取限制短路電流措施等提供依據。2、選擇導體和電器如選擇斷路器、隔離開關、熔斷器、互感器等。其中包括計算三相短路沖擊電流、沖擊電流有效值以校驗電氣設備動力穩(wěn)定，計算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用以校驗電氣設備及載流導體的熱穩(wěn)定性，計算三相短路容量以校驗斷路器的斷路能力等。3、確定中性點接地方式 對于35KV 、10KV供配電系統，根據單相短路電流可確定中性點接地方式。4、選擇繼電保護裝置和整定計算 在考慮正確、合理地裝設保護裝置，在校驗保護裝置靈敏度時，不僅要計算短路故障支路內的三相短路電流值，還需知道其他支路短路電流分布情況；不僅要算出最大運行方式下電路可能出現的最大短路電流值，還應計算最小運行方式下可能出現的最小短路電流值；不僅要計算三相短路電流而且也要計算兩相短路電流或根據需要計算單相接地電流等。5.1.4短路電流計算的一般原則1、計算短路電流用于驗算電器和導體的開斷電流、動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定時，一般應以最大運行方式下的三相短路電流為依據。2、計算短路電流時，應按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式進行計算。短路點應選擇在短路電流為最大的地點。3、導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流，一般按三相短路電流計算。4、計算10KV及以上高壓電網短路電流時，一般將元件的電阻略去不計。5、計算某一電壓級的短路電流時，應用平均電壓。6、計算高壓系統短路電流時，一般采用標幺值方法進行計算。5.2短路電流計算5.2.1基本數據 1、220KV電力系統：額定電壓：220KV 短路電流： 40KA短路容量：15224MVA 系統電抗： 系統電抗標幺值： 2、變壓器阻抗計算 取 5.2.2短路電流計算1、系統等效電路圖如圖5-1所示：圖5-1 系統等效電路圖 2、短路電流計算：1）當（f-1）點（220KV母線）發(fā)生短路時的計算等效電路如圖5-2所示：標幺值： 有名值： 沖擊電流： 圖5-2 220KV母線短路等效電路2）當（f-2）點（110KV母線）發(fā)生短路時的計算等效電路如圖5-3所示：標幺值： 有名值： 沖擊電流： 3）當（f-3）點（35KV母線）發(fā)生短路時的計算等效電路如圖5-4所示：標幺值： 有名值： 圖5-3 110KV母線短路等效電路沖擊電流： 圖5-4 35KV母線短路等效電路短路電流計算結果如表5-1所示：表5-1 短路電流計算值短路點 計算值短路電流/kA沖擊電流/kA220KV母線110KV母線35KV母線第6章 高壓設備的選擇6.1高壓設備選擇的一般原則及技術要求高壓設備的選擇因工作環(huán)境、選用的目的等不同而不同。為了能可靠地工作，又能滿足經濟性的要求，須按照正常工作條件來進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗動、熱穩(wěn)定性。此外，還要遵循電氣設備選擇的一般原則。6.1.1電氣設備選擇的一般原則1）應滿足在正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展。2）應按當地環(huán)境條件校核。3）應力求技術先進和經濟性。4）與整個工程的建設標準應協調一致。5）同類設備應盡量減少品種。6）選用的新產品均應具有可靠的試驗數據，并經正式鑒定合格。7）結構簡單、體積小、質量輕，便于安裝和檢修。8）在制造廠給定的技術條件下，能長期可靠地運行，有一定的機制壽命和電氣壽命。6.1.2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。各種高壓電器的一般技術條件見表6-1.表6-1 選擇電器的一般條件序號電 器名 稱額 定電 壓/KV額 定電 流 /A機 械荷 載/N額定斷開電流/KA短路穩(wěn)定性絕 緣水 平動穩(wěn)定熱穩(wěn)定1高壓斷路器2隔離開關3熔斷器4電流互感器5電壓互感器6.2斷路器選擇6.2.1幾種斷路器比較真空斷路器因為具有許多優(yōu)點，它廣泛用于10KV電力系統。在35KV電力系統中，也大量選用真空斷路器。在本次設計中，不選用真空斷路器。SF6氣體絕緣開關裝置（Gas Insulation Switchgear）也稱封閉式組合電氣，簡稱GIS，它是由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接管、電纜連接頭、出線套管、與變壓器的連接裝置等多種高壓電器組合而成的成套裝置。它具有占地面積及安裝空間小、安全可靠性高、安裝周期短、無需檢修、能實現控制、計量和保護功能等這些優(yōu)點，但是它結構復雜，價格昂貴，因此本次設計選擇SF6斷路器。SF6斷路器采用氣體作為絕緣和滅弧介質，因此，該類型的斷路器具有端口耐壓高，允許的開端次數多，檢修周期長，開端電流大，滅弧時間短，操作時噪聲小，壽命長等優(yōu)點。隨著國民經濟的快速增長，電網容量的不斷增加，安全可靠性要求越來越高，SF6斷路器和真空斷路器會逐步取代油斷路器。尤其是在110KV及以上的電力系統將會廣泛采用SF6斷路器和GIS全封閉組合電路。6.2.2斷路器選擇及校驗 1、220KV斷路器型號及規(guī)格的選擇：選用LW30-252型斷路器。該斷路器采用了自能式滅弧原理，配用彈簧操作機構。滅弧原理先進，開端性能優(yōu)良；介電強度恢復快不易產生重擊穿和重燃現象，燃弧時間短，電壽命長；采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質，無燃燒、爆炸風險，可用于人口密集地區(qū)；該斷路器為單端口結構，且配用的彈簧操作機構，結構簡單緊湊，因此整體可靠性高、維護量小。查表該斷路器主要參數為：額定電壓220KV，最高電壓252KV，額定電流3150kA，額定開端電流50 kA，短時額定耐受電流(熱穩(wěn)定電流)50 kA，額定動穩(wěn)定電流125 kA。1）按額定電壓選擇：選擇的斷路器最高工作電壓為252KV，大于變電所電源進線額定電壓220KV，故滿足額定電壓要求。2）按額定電流選擇：各母線的最大電流如表6-2所示：由上表可知，選擇SF6斷路器額定電流3150A，故滿足額定電流的要求。3）按額定開斷電流選擇 選擇斷路器的額定開端電流，大于系統三相短路電流周期分量有效值38.03kA，故滿足要求。表6-2 各母線最大電流值母線110KV35KV220KV/kA0.721.040.721.040.8454）動穩(wěn)定校驗：選擇斷路器的額定動穩(wěn)定電流為125kA，大于系統三相短路電流沖擊電流96.98kA，故滿足動穩(wěn)定要求。5）熱穩(wěn)定校驗：查表得LW30-252型斷路器全開短時間=0.06s，取繼電保護裝置后備保護動作時間，則， 38.03，該值小于斷路器額定短時耐受電流50kA，故滿足熱穩(wěn)定要求。6）短路容量選擇：SF6斷路器的額定開斷電流：，7）220kV側計算短路容量，即，選擇的斷路器滿足短路容量的要求。2、110KV斷路器型號及規(guī)格的選擇：選用LW30-126型SF6斷路器。LW30-126戶外高壓SF6斷路器是三相交流50Hz的戶外高壓開關設備。該斷路器采用了“熱膨脹+助吹”的自能式滅弧原理，配用一臺CT26型彈簧操動機構，開端性能優(yōu)良；燃弧時間短，電壽命長，操作噪聲小。采用絕緣及滅弧性能優(yōu)異的SF6氣體作為絕緣介質，無燃燒、爆炸危險，可用于人口密集地區(qū)。斷路器配用彈簧操作機構，結構簡單緊湊，安全可靠。 查表該斷路器主要參數為：額定電壓110KV，最高電壓126KV，額定電流3150kA，額定開端電流40 kA，短時額定耐受電流(熱穩(wěn)定電流)40 kA，額定動穩(wěn)定電流100 kA。1）按額定電壓選擇：選擇的斷路器最高工作電壓為126KV，大于變電所電源進線額定電壓110KV，故滿足額定電壓要求。2）按額定電流選擇：選擇SF6斷路器額定電流為3150A，大于110KV母線電流最大值720A，故滿足額定電流要求。3）按額定開端電流選擇 選擇斷路器的額定開端電流，大于系統三相短路電流周期分量有效值10.77kA，故滿足要求。4）動穩(wěn)定校驗：選擇斷路器的額定動穩(wěn)定電流為100kA，大于系統三相短路電流沖擊電流27.46kA，故滿足動穩(wěn)定要求。5）熱穩(wěn)定校驗：查表得LW30-126型斷路器全開短時間=0.03s，取繼電保護裝置后備保護動作時間，則 ，10.77，該值小于斷路器額定短時耐受電流40kA，故滿足熱穩(wěn)定要求。6）短路容量選擇：SF6斷路器的額定開斷電流：，7）220kV側計算短路容量，即，選擇的斷路器滿足短路容量的要求。2、35KV斷路器型號及規(guī)格的選擇：選用LW8-35A(T)型SF6斷路器。該斷路器是三相交流50Hz的戶外電氣設備，配用CT14型交直流兩用彈簧操動機構，開斷性能優(yōu)良，燃弧時間短，電壽命長，在額定電壓下連續(xù)開斷短路電流20次不檢修，不更換SF6氣體；絕緣可靠，機械可靠性高，合閘能力強，能頻繁操作；結構簡單，體積小，不檢修周期長。1）按額定電壓選擇：選擇的斷路器最高工作電壓為40.5KV，大于變電所電源進線額定電壓35KV，故滿足額定電壓要求。2）按額定電流選擇：選擇SF6斷路器額定電流為2000A，大于110KV母線電流最大值1040A，故滿足額定電流要求。3）按額定開端電流選擇 選擇斷路器的額定開端電流，大于系統三相短路電流周期分量有效值5.04kA，故滿足要求。4) 動穩(wěn)定校驗：選擇斷路器的額定動穩(wěn)定電流為63kA，大于系統三相短路電流沖擊電流12.84kA，故滿足動穩(wěn)定要求。5) 熱穩(wěn)定校驗：查表得LW30-126型斷路器全開短時間=0.08s，取繼電保護裝置后備保護動作時間，則 ，5.04，該值小于斷路器額定短時（4s）耐受電流25kA，故滿足熱穩(wěn)定要求。6）短路容量選擇：SF6斷路器的額定開斷電流：，7）220kV側計算短路容量，即，選擇的斷路器滿足短路容量的要求。綜上所述，斷路器選擇如表6-3所示：6.3隔離開關選擇6.3.1隔離開關的用途變電所在有電壓無負荷電流的情況下，應用隔離開關分、合電路，達到安全隔離的目的，因此，隔離開關是高壓電器設備中應用最多的一種。主要用途為檢修與分段隔離，倒換母線，開、和空載電力線路等。6.3.2選用隔離開關的原則（1）隔離開關一般不需要專門的滅弧裝置。（2）隔離開關在分閘狀態(tài)下應有足夠大的斷口，同時，不論隔離開關高壓接線端電壓是否正常，均要滿足安全隔離的目的。（3）隔離開關在合閘狀態(tài)時應能耐受負荷電流及短路電流。（4） 在使用環(huán)境方面，戶外隔離開關應能耐受大氣污染并應能考慮到溫度突變、雨、霧、覆冰等因素的影響。（5）隔離開關應具備手動、電動（氣動）操動機構，信號機位置指示器與聯、閉鎖裝置等附屬裝置。（6）隔離開關應配備接地開關，以保證線路或其他電氣設備檢修時的安全。表6-3 斷路器選擇及主要參數參數 電壓220KV側110KV側35KV側斷路器型號LW30-126LW30-252LW8-35A(T)額定電壓/KV22011035額定電流/kA315031502000最高電壓/KV25212640.5額定短路開斷電流/kA504025額定短時持續(xù)電流(熱穩(wěn)定值)/kA504025額定峰值耐受電流(動穩(wěn)定值)/kA12510063全開斷時間/ms開斷容量/MVA19053762115166.3.3 隔離開關選擇 1、220KV母線側隔離開關型號及參數選擇如表6-4所示： 220KV隔離開關主要技術參數的選擇與校驗： 由表6-2知，所選隔離開關額定電流2000A，大于220KV主母線最高電流為845A，故滿足額定電流要求。 選擇隔離開關的最高工作電壓252KV，大于220KV額定工作電壓。 220KV母線側三相短路電流周期分量穩(wěn)態(tài)值為38.03kA，選擇隔離開關4s短時耐受電流為40kA，故所選擇的隔離開關滿足熱穩(wěn)定要求。表6-4 220KV側隔離開關型號選擇及參數參數 型號GW4-220WGW4-220DW額定電壓/KV220220最高電壓/KV252252額定電流/A20002000峰值耐受電流/kA100100短時耐受電流 (4s)/kA4040備注右接地不接地 極限通過峰值耐受電流100kA，大于短路電流沖擊值96.98kA，滿足動穩(wěn)定性要求。2、110KV母線側隔離開關型號及參數選擇如表6-5所示： GW4-40.5126型隔離開關采用水平旋轉方式，從而受力平衡穩(wěn)定，操作輕巧可靠，結構簡單合理；導電性能、絕緣性能與接卸強度均能滿足標準要求。110KV隔離開關主要技術參數的選擇與校驗：由表6-2知，所選隔離開關額定電流1600A，大于110KV主母線最高電流為720A，故滿足額定電流要求。表6-5 110KV側隔離開關型號選擇及參數參數 型號GW4-126WGW4-126DW額定電壓/KV110110最高電壓/KV126126額定電流/A16001600峰值耐受電流/kA8080短時耐受電流 (4s)/kA31.531.5備注右接地不接地選擇隔離開關的最高工作電壓126KV，大于110KV額定工作電壓。110KV母線側三相短路電流周期分量穩(wěn)態(tài)值為10.77kA，選擇隔離開關4s短時耐受電流為31.5kA，故所選擇的隔離開關滿足熱穩(wěn)定要求。極限通過峰值耐受電流80kA，大于短路電流沖擊值27.46kA，滿足動穩(wěn)定性要求。 3、35KV母線側隔離開關型號及參數選擇如表6-6所示：35KV隔離開關主要技術參數的選擇與校驗： 由表6-2知，35KV主母線持續(xù)穿越電流為1040A，小于所選隔離開關額定電流2000A，故滿足額定電流要求。選擇隔離開關的最高工作電壓40.5KV，大于35KV額定工作電壓。35KV母線側三相短路電流周期分量穩(wěn)態(tài)值為5.04kA，選擇隔離開關4s短時耐受電流為40kA，故所選擇的隔離開關滿足熱穩(wěn)定要求。表6-6 35KV側隔離開關型號選擇及參數參數 型號GW4-35WGW4-35DW額定電壓/KV3535最高電壓/KV40.540.5額定電流/A20002000峰值耐受電流/kA100100短時耐受電流 (4s)/kA4040備注右接地不接地極限通過峰值耐受電流100kA，大于短路電流沖擊值12.84kA，滿足動穩(wěn)定性要求。6.4互感器選擇6.4.1互感器概述互感器是電力系統中測量儀表、繼電保護等二次設備和獲取電氣一次回路信息的傳感器，互感器將高電壓、大電流按比例變換成低電壓（100V或）和小電流（5A或1A），其中一次側接在一次系統，二次側接測量儀表和繼電保護等?；ジ衅靼娏骰ジ衅骱碗妷夯ジ衅鲀纱箢?，其特點如下：1）電流互感器：一次繞組串在電路中，且匝數少，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。2）電壓互感器：容量小 ，近似于一臺小容量的變壓器，電壓互感器在近于空載狀態(tài)下運行。6.4.2電流互感器選擇的一般原則1）額定電壓選擇：選擇的電流互感器一次回路允許最高工作電壓應大于或等于該回路的最高運行電壓，即。2）一次額定電流選擇：電流一次額定電流有5、10、15、20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、1200、1500、2000、3000、4000、5000、6000、8000、10000、15000、20000、25000A。當電流互感器用于測量、計算時，起一次額定電流應盡量選擇的比回路中正常工作電流大