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1、華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 220KV變電站電氣一次部分初步設計 摘要 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)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(zhì)量、技術經(jīng)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(chǎn)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(diào)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(chǎn)方面,它和企業(yè)的 經(jīng)濟

2、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(shù)及容量,綜合比較各種接線方式 的特點、優(yōu)缺點,根據(jù)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(jīng)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,最后進行配電裝臵設計,防雷 保護設計。 關鍵詞：變電站、主變壓器、短路計算、設備選擇、配電裝臵。 I 華北電力 大 學 成 人 教 育畢業(yè)設計（論文 ） 目錄 摘

3、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..................

4、..........................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(shù)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(shù)量和連接形式

5、的選擇.............................11 2.6 主變壓器選擇結(jié)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

6、 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(cè)短路計算 ............

7、.......................17 4.5.2 110KV側(cè)短路計算 ...................................18 4.5.3 10KV側(cè)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

8、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

9、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? ? ? ? .....................

10、......38 5.7.1 避雷器的選擇......................................39 5.7.2 避雷器的校驗......................................39 II 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 第六章 電氣總平面布臵及配電裝臵的選擇 ....................41 6.1 概述.................................................41 6.1.1 配電裝臵特點 ........................

11、..............41 6.1.2 配電裝臵類型及應用 ................................41 6.2 配電裝臵的確定 .......................................42 6.3 電氣總平面布臵 .......................................42 6.3.1 電氣總平面布臵的要求 ..............................42 6.3.2 電氣總平面布臵 ....................................43 第七章 防雷裝臵保護 .....

12、.................................44 7.1 防雷保護的必要性 .....................................44 7.2 變電站防雷保護內(nèi)容 ...................................44 7.3 避雷針的配臵 .........................................44 7.3.1 避雷針的配臵原則 ..................................44 7.3.2 避雷針位臵的確定 ................................

13、..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(jié)束語............................................48 致謝...................................

14、..................49 參考文獻.................................................50 附錄.....................................................51 III 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 前言 本次畢業(yè)設計的主要內(nèi)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 使我們穩(wěn)固了課程中學到的專業(yè)知

15、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(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)十分重 要的地位,是實現(xiàn)國家現(xiàn)代化的戰(zhàn)略重點。電能也是發(fā)展國民經(jīng)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(jīng)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(wǎng)建設,就尤為重

16、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。它承擔著變換電壓、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 ）配電裝臵設計 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！ 1 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 第一章 電氣主接線設計

17、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(chǎn)、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(jié)構,是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構的 重要組成部分。它直接影響電力生產(chǎn)運行的可靠性、靈活性,同時對電氣設 備選擇、配電裝臵布臵、繼電保護、自動裝臵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(jīng)過技術與經(jīng)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(jīng)濟性 三方面。 1. 可靠性 安全

18、可靠是電力生產(chǎn)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(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)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(shù)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(zhuǎn)換。 靈活性包括以下幾個方面。 (1) 操作的方便

19、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(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 2 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 的調(diào)度要求。 (3) 擴建的方便性。 可以容易地從初期過渡到其最終接線, 使在擴建過渡 時,無論在一次和二次設備裝臵等所需的改造為最小。 3. 經(jīng)濟性 主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟合理。 (1)

20、 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(shù)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。 主接線要為配電裝臵布臵創(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, 以簡化布臵。 (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(jīng)濟合理 的選擇變壓器的型式、容量和臺數(shù),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

21、于電能的匯集和分配, 常設臵母線作為中間環(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,配電裝臵占 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

22、輸。 單母接線的優(yōu)點：接線簡單,操作方便、設備少、經(jīng)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(diào)度 不方便,電源只能并列運行,不能分列運行,并且線路側(cè)發(fā)生短路時,有較 3 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 大的短路電流。 單母接線適用于： 110～220KV配電裝臵的出線回路數(shù)不超過兩回, 35～ 63KV配電裝臵的出線回路數(shù)不超過 3回,6～10KV配電裝臵的出線回路數(shù)不超 過5回。故220KV可采用單母接線。

23、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(nèi)停電,而出線為雙回時,常使架空線路出現(xiàn)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配電裝臵的出線回路數(shù)為 3～4回,35～63KV 配電裝臵的出線回路數(shù)為 4～8回,6～10KV配電裝臵的出線為 6回及以上。故 110KV和10KV可采用單母分段接線

24、。 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(lián)絡,通過母線聯(lián)絡斷路器來實現(xiàn)。其

25、特點有：供電可靠、調(diào) 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 裝臵；35～60KV 出線數(shù)超過 8 回,或連接電源較大、 負荷較大時；110～220KV 出線數(shù)為5 回及以上時。故 10KV出線帶電抗器可采用雙母線接線 ,110KV、 4 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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(lián)斷路器與備用母線相連,電 源和出線回路均勻地分

26、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)電機電壓配臵中,同時在 220～ 550KV 大容量配電裝臵中,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

27、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(shù)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(shù)目 最少,它可分為內(nèi)橋和外橋接線。 內(nèi)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(jīng)常切 除,采用內(nèi)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(jīng)濟運行的要求需經(jīng)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、布臵簡單、造價低等優(yōu)點,但是 可靠性較差。故

28、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 5 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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(shù)較少且能一次建成、不需要再擴建的 110KV及以上的配電 裝臵中。故 110KV和220KV可采用角形接線。 9. 單元接線

29、 變壓器—線路單元接線最簡單、設備最少,不需高壓配電裝臵,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(jié)合原始資料所提供的數(shù)據(jù),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(jīng) 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(shù)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

30、分段帶旁 路接線（因進線數(shù)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(jù)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：

31、220KV采用橋形接線, 110KV采用單母線分段接線, 10KV采用 6 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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 7 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 方案 III ： 圖 1—3 方案 IV： 圖 1—4 8 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ）

32、方案 V： 圖 1—5 9 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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(lián)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?nèi)萘恳话惆醋冸娝ǔ珊?5 ～10 年的規(guī)劃負荷來進行選擇,并適 當考慮遠期 1 0～20 年的負荷發(fā)展。 2. 根據(jù)變電所所帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構來確定主變的容量。對于有重 要負荷的變電所

33、,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(nèi),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(shù)的選擇 1. 對大城市郊區(qū)的一次變電所,在中、低壓側(cè)已組成環(huán)網(wǎng)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。

34、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(jié)合。 2. 根據(jù)變電所所帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)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(nèi),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%。 10 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 3. 同級電壓的單臺降壓變壓器容

35、量的級別不宜太多。應從全網(wǎng)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%。 200 32 0.70 0.90 0.85 故容量確定為： SN 139. 930MVA 1 0.3 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(jīng)技術經(jīng)濟比較后

36、,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(jù)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(wǎng)停電；如用總?cè)萘肯嗤亩嗯_三相變壓器,則不會造成所停 電。為此要經(jīng)過經(jīng)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(jù)可靠性、靈活性、經(jīng)濟性等,確定是否需要備用相。 2.5 繞組數(shù)量和連接形式的選

37、擇 具有三種電壓等級的變電所,如各側(cè)的功率均達到主變壓器額定容量的 15%以上,或低壓側(cè)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(cè)繞組如何結(jié)合 要根據(jù)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 11 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢

38、 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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(xiàn)有 35KV 系統(tǒng)并網(wǎng)。因而就出現(xiàn)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(jié)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： SSPSL 150000。 1 主要技術參數(shù)如下： 額定容量： 150000（KVA） 額定電壓：高壓— 242 ；中壓—121； 低壓—10.5 （

39、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（K W） 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 SSPSL 150000 型變壓器為主變。 1 12 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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

40、 SSPSL 150000,對5種方案進行技術比 1 較如下表3—1： 表 3 —1 主接線方案比較表 項目 可靠性 靈活性 方案 方案 I:220KV 雙母 1.220KV 接線簡單, 設備本 1.220KV 運行方式相對簡 線接線,110KV單母線分 身故障率少； 單,靈活性差； 段帶旁路接線, 10KV雙 2. 故障時,能盡快恢復供 2. 各種電壓級接線都便于擴 母線分段接線。 電。 建和發(fā)展。 方案 II ：220KV 單 1. 可靠性較高； 1. 各電壓級接線方式靈活性 母線分段帶旁路接線, 都好； 2. 有兩臺主變壓器工作, 保 110KV 單母線分段帶

41、旁 2.220KV和110KV 電壓級接 證了在變壓器檢修或故障 路接線,10KV雙母線接 時,不致使該側(cè)不停電,提 線易于擴建和實現(xiàn)自動化。 線。 高了可靠性。 方案 III ：220KV橋 1.220KV接線可靠性較差。 1.220KV接線不易擴建； 形接線,110KV單母線分 2.110KV和10KV接線可靠性 2.110KV側(cè)易于擴建實現(xiàn)自 段帶旁路接線, 10KV雙 較高,故障時停電范圍小。 動化。 母線分段接線。 方案 IV：220KV 橋 1.220KV接線可靠性較差。 1.220KV接線不易擴建； 形接線,110KV單母線分 2.110KV和10KV接線可

42、靠性 2. 使用斷路器少、布臵簡單； 段接線,10KV雙母線接 較差,故障時停電范圍大。 線。 方案 V：220KV角形 1. 220KV接線成閉合環(huán)形, 1.220KV接線成閉合環(huán)形,靈 接線,110KV單母線分段 可靠性較高； 活性較高； 帶旁路接線, 10KV雙母 2. 任一臺斷路器檢修, 都成 2.220KV不易于擴建。 線分段接線。 開環(huán)運行, 從而降低了接線 的可靠性。 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(xiàn)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(diào)度

43、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, 13 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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(shù)

44、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(xiàn)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(diào)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(shù)目少, 投資減少, 并且便于實現(xiàn)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(jīng)濟性一致；方案 I 中 10KV側(cè)采用雙母線分段接線

45、, 雖然可靠性高于方案 II 中的雙母線接線, 但經(jīng)濟性大大降低, 斷路器、 隔離開關使用數(shù)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(jù)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(jīng)濟性的要求。 14 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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 它們會毀壞對用戶的正常供電和電氣設

46、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(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。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

47、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臵時,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(jù)。 5. 接地裝臵的設計,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。

48、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 15 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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(cè)電源近似為無窮大系統(tǒng) A,歸算至本所 220KV 母線側(cè)短路電抗為 0.10（Sj=100MVA）,110KV 側(cè)電源近似為無窮大系統(tǒng) B,歸算至本所 110KV 母

49、 線側(cè)短路電抗為 0.13 （Sj=100MVA）。 2. 變壓器電抗標么值。 主變型號為： 150000 SSPSL 1 電抗標么值：高中： 0.1630 ；高低：0.0940；中低：0.0553 計算如下： X T 1* 1 2 0.1630 0.0940 0.0553 0.1009 X T 2* 1 2 0.1630 0. 0553 0.0940 0.0621 X T 3* 1 2 0. 0940 0.0553 0.1630 0.0069 4

50、.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 16 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 4.5.1 220KV 側(cè)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 X 1 T (X X * T 1* T 2 2* ) 1 2 ( 0.1009 0. 0621) 0.0815 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： X jsA X 0.10 SA* X jsB

51、X X 0.13 0.0815 SB* T * 0.2115 短路電流標么值為： I 1 fA X * jsA 1 0.10 10.00 I 1 fB X * jsB 1 0.2115 4.7281 短路電流有名值為： I 10. 00 fA 100 3 230 2.5102KA I 4.7281 fB 100 3 230 1.1869KA 17 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 4.5.2 110KV 側(cè)短路計算

52、 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： X jsA X X 0.10 0.0815 SA* T* 0.1815 X jsB X 0.13 SB* 短路電流標么值為： I 1 fA X * jsA 1 0. 1815 5. 5096 I 1 fB X * jsB 1 0.13 7. 6923 短路電流有名值為： I 5.5096 fA 100 3 115 2.7661KA I 7.6923 fB

53、100 3 115 3.8619KA 4.5.3 10KV 側(cè)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 18 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 進行兩次星形—三角形變換： X X X X AD* AE* SA* T 1* X S A* X X T1* T 1* 0 .10 0.1009 0 .10 0.3009 X T 1* X X SA* T 1* 0.1009 0.1009 0.1009

54、 0 .10 2 X X X 0.3036 DE '* T 1* T 1* X X X X BD * BE* S B* T 2* X SB* X T X 2* T 2* 0.13 0.0621 0 .13 0. 3221 X X X DE ''* T 2* T 2* X T 2* X X SB* T 2* 0.0621 0.0621 2 0. 0621 0. 13 0.1539 1 1 X 0.1020 DE * 1 1 1 1 X

55、 X 0. 3036 0.1539 DE '* DE ''* 圖 4—6 f-3 短路等值電路圖 以D點為中心點作星網(wǎng)變換： Y X 1 AD* X 1 DE * X 1 BD* X 1 T 3* 1 0.3009 1 0.1020 1 0 .3221 1 0.0069 128.6956 X X X Y 0. 3009 ( 0. 0069) ( 128.6956 ) 0. 2672 AC* AD* T 3* X X X Y 0. 3221 ( 0.0069 ) ( 128.69

56、56) 0.2860 BC* BD* T 3* 圖4—7 f-3 短路等值電路圖 19 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 計算電抗為： X jsA X 0.2672 AC* X jsB X 0.2860 BC* 短路電流標么值為： I 1 fA X * jsA 1 0. 2672 3.7425 I 1 fB X * jsB 1 0.2860 3.4962 短路電流有名值為： I 3.7425 fA 100 3 10.5 20.5784

57、KA I 3.4962 fB 100 3 10.5 19.2241KA 短路計算結(jié)果如下表 4—2： 20 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 表4—2 短路電流計算結(jié)果表 基 短 路 點 編 號 準 電 壓 U b KV 基準 電流 I b KA 支路 名稱 支路計 算電抗 標么值 x js * 額定 電流 I N KA 短路電 流標么 值 I f * 短路電 流有名 值 I f KA 短路電 流沖擊 值 ich

58、KA 全電流 最大有 效值 I ch KA 短路 容量 '' S MVA 公 式 S b 3U b I S N b S b I f * I 2.63 I f 1.56 I f N 3I f U b 220 KV 0.1000 0.251 10.000 2.5102 6.6018 3.9159 999.9926 f- 1 230 0.251 系統(tǒng) 110 KV 0.2115 0.251 4.7281 1.1869 3.1215 1.8516 472.8274 系統(tǒng) 小 計

59、3.6971 9.7233 1472.82 220 KV 0.1815 0.502 5.5096 2.7661 7.2748 4.3151 550.968 f- 2 115 0.502 系統(tǒng) 110 KV 0.1300 0.502 7.6923 3.8619 10.1568 6.0246 769.2358 系統(tǒng) 小 計 6.628 17.4316 1320.204 f- 3 10. 5 5.499 220 KV 系統(tǒng) 110 KV 系統(tǒng) 0.2672 5.499 3.7425 0.2860 5.499 3.4962

60、 20.578 4 19.224 1 55.3559 51.7128 32.102 3 29.989 6 374.2498 349.6197 小 計 39.802 5 107.0687 723.8695 21 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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臵達到安全、經(jīng)濟運行的重要 條件。在進行電器選擇時,應根據(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,并注意節(jié)省投資,選擇合適的電氣設備。盡 管電

61、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?shù)丨h(huán)境條件校驗； 3. 應力求技術先進與經(jīng)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(chǎn)品,均應具有可靠的實

62、驗數(shù)據(jù),并經(jīng)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（K V） 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

63、合電器 √ √ √ √ √ √ 22 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 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： I 1.05I g max N 1.0 5S N 3U N

64、 1.05 150 三繞組變壓器高壓側(cè)： I KA g 0.4133 max 3 220 1. 05 150 中壓側(cè)： I g 0.8266 KA max 3 110 1.05 32 低壓側(cè)： I g 2. 1736 KA max 3 10.5 0. 85 2. 母線分段斷路器或母聯(lián)斷路器回路 1 .05 150 220KV旁路斷路器兼作分段斷路器回路： I KA g 0. 4133 max 3 220 1 .05 150 110KV旁路斷路器兼作分段斷路器回路： I KA g 0. 8266 max 3 110 1. 05 32 10KV母

65、聯(lián)斷路器回路： I KA g 2. 1736 max 3 10 .5 0. 85 3. 饋線回路： I g max 3U P N cos 200 32 220KV出線： S 259.8193MVA 0 .90 0. 85 23 華 北 電 力 大 學 成 人 教 育 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 259 .8193 I g 0.3410 max 3 220 2 KA 200 110KV出線： I KA g 0.2916 max 3 110 4 0.90 32 10KV出線： I KA g 0.2070 max

66、 3 10.5 10 0 .85 4. 主母線回路 220KV母線回路： I KA g max 0.4133 110KV母線回路： I KA g max 0.8266 10KV母線回路： I KA g max 2.1736 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(diào)試和運行維護,在經(jīng)濟技術方面都比較后才能確定。根據(jù)目前我國斷 路器的生產(chǎn)情況,電壓等級在 6KV—220KV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器,電壓 110—330KV的電網(wǎng),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： U （電網(wǎng)工作電壓） U n g 2. 額定電流校驗： I （最大持續(xù)工作電流） I n g 3. 開斷電流（或開斷容量）： ( ) I d I S S .t kd d .t kd 式中： I . 斷路器實際開斷時間 t 秒得短路電流周期分量； d t I 斷路器額定開斷電流； kd S . 斷路器t