四川大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 本科生(業(yè)余)畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目 220KV降壓變電所一次部分 初步設(shè)計 辦學(xué)學(xué)院 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教學(xué)部（校內(nèi)/校外） 校外 專 業(yè) 電氣工程及自動化 年 級 05秋 指導(dǎo)教師 王 亞 忠 學(xué)生姓名 黃 榮 盒 學(xué) 號 BH1052V2076 2008年11月220KV降壓變電站一次設(shè)備初步設(shè)計1、設(shè)計任務(wù)：（1）選擇本變電所主變的臺數(shù)、容量和類型。（2）設(shè)計本變電所的電氣主接線，選出數(shù)個電氣主接線方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較，確定一個較佳方案。（3）進行必要的短路電流計算。（4）選擇和校驗所需的電氣設(shè)備。（5）設(shè)計和校驗?zāi)妇€系統(tǒng)。（6）進行繼電保護的規(guī)劃設(shè)計。（7）進行防雷保護規(guī)劃設(shè)計。（8）220kV高壓配電裝置設(shè)計。2、原始資料2.1待設(shè)計變電所的電源，由雙回220kV線路送到本變電所；在中壓側(cè)110kV母線，送出2回線路到煉鋼廠；在低壓側(cè)10kV母線，送出12回線路；在本所220kV母線有兩回輸出線路。該變電所的所址，地勢平坦，交通方便。（1）設(shè)計變電所在城市近郊，向開發(fā)區(qū)的煉鋼廠供電，在變電所附近還有地區(qū)負(fù)荷。（2）確定本變電所的電壓等級為220/110/10kV，220kV是本變電所的電源電壓，110kV和10kV是二次電壓。（3）待設(shè)計變電所的電源，由雙回220kV線路送到本變電所；在中壓側(cè)110kV母線，送出2回線路到煉鋼廠；在低壓側(cè)10kV母線，送出12回線路；在本所220kV母線有兩回輸出線路。該變電所的所址，地勢平坦，交通方便。一、 110kV和10kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計資料110kV和10kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計資料見表1和表2。最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax=5500h ，同時率取0.9，線路損耗5%。表1 110kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計資料用戶名稱最大負(fù)荷（kW）回路數(shù)重要負(fù)荷百分?jǐn)?shù)（%）煉鋼廠420000.95265表2 10kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計資料序號用戶名稱最大負(fù)荷（kW）回路數(shù)重要負(fù)荷百分?jǐn)?shù)（%）1礦機廠18000.952622機械廠90023汽車廠210024電機廠240025煉油廠200026飼料廠6002摘 要本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是220KV降壓變電站一次設(shè)備的計算及選擇等。變電站的初步設(shè)計，共分為任務(wù)書、參考文獻、說明書和設(shè)計總結(jié)四部分，包括變電站的負(fù)荷計算、主變的選擇、主接線的選擇、短路電流的計算、各電壓等級斷路器的選擇、各電壓等級母線選擇、各電壓等級隔離開關(guān)的選擇、電流互感器的選擇、電壓互感器的選擇、繼電保護配置、防雷保護、接地裝置等內(nèi)容。論文內(nèi)容主要介紹電器設(shè)備類型意義和選用，變壓器的計算和選擇、設(shè)計要點是變電站的發(fā)展過程、工作原理、控制方式和應(yīng)用。最后主要是整個方案系統(tǒng)的設(shè)計，包括計算，各種器具數(shù)量、類型的選擇，和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、電氣主接線圖及電站平面設(shè)計圖編寫等。最后是結(jié)束語，附錄，謝詞和參考文獻等。Abstract The graduation project's main task is a 220KV step-down transformer substation equipment selection and calculation. The preliminary design of the substation is divided into tasks, references, brochures and four-part summary of the design, including the substation load calculation, the choice of main transformer, the main connection of choice, short-circuit current calculations, the voltage of the circuit breaker option The choice of bus voltage, quarantine voltage switch option, the choice of current transformer, voltage transformer selection, configuration of relay protection, lightning protection, grounding devices and so on. The main content of the paper introduced the significance and types of electrical equipment selection, calculation and choice of transformers, the design features of the substation is the process of development, operation principle, control and applications. Finally, the entire program is the main system, including the calculation, the number of kinds of apparatus, the types of choices, and the structure of the system, electrical wiring diagram of the main power station and the preparation of plans, such as graphic design. Finally, concluding remarks, appendix, references and words to thank, and so on.目 錄前言4第1 電氣主接線選擇.51.1. 概述.51.2 主接線的接線方式選擇61.3 變電所電氣主接線的確定.61.4 主接線比較選擇7第2章 主變壓器容量、臺數(shù)及形式的選擇.102.1 概述.102.2 主變壓器臺數(shù)的選擇.102.3 主變壓器容量的選擇102.4 主變壓器型式的選擇.112.5 主變?nèi)萘康拇_定計算 .122.6 主變型號選擇13第3章 短路電流計算.143.1 概述 .143.2 短路計算的目的及假設(shè). .143.3 短路計算 .153.4 等值網(wǎng)絡(luò)簡化 .173.5 各短路點短路計算.193.6短路電流計算匯總表 .22第4章 電氣設(shè)備的選擇 .224.1 概述 .224.2 限流電抗器的選擇.244.3 斷路器的選擇.254.4. 斷路器選型計算.25 第5章 隔離開關(guān)的選擇.315.1 概述.315.2 隔離開關(guān)選型計算.31第6章 母線的選擇.336.1 概述 .336.2 母線及電纜截面的選擇.336.3 220kV、110kV主母線及10kV主變低壓側(cè)母線橋?qū)w選擇計算 .346.4 10kV最大一回負(fù)荷出線電纜 .37第7章 支持絕緣子及穿墻套管的選擇 .387.1 形式選擇 .387.2 動.熱穩(wěn)定校驗 .39第8 章限流電抗器 . 408.1 選擇限流電抗 .40 8.2 電壓損耗校驗.408.3 殘壓校驗.408.4 動.熱穩(wěn)定校驗 .40第9章 電氣總平面布置及配電裝置的選擇.419.1 概述 .419.2 高壓配電裝置的選擇 .42第10章 繼電保護規(guī)劃設(shè)計 .4410.1 系統(tǒng)繼電保護及自動裝置44 10.2 繼電保護配置原則 .4410.3 變電站主變保護的配置 .4510.4 220、110、10kV線路保護部分 .46第11章 防雷及接地裝置設(shè)計選擇 .4611.1 概述 .4611.2 防雷保護的設(shè)計.47 11.3 避雷器參數(shù)計算與選擇 .4811.4 220KV避雷器選擇計算 .4811.5 110KV避雷器選擇計算 .4811.6 10KV避雷器選擇計.49 11.7 接地電阻選型計算 .5011.8 接地裝置的選型計算 50第12章 設(shè)計總結(jié)、致謝和參考文獻 .50專業(yè)： 電氣工程及其自動化姓名： 蔡桂潮前言本次設(shè)計通過科學(xué)的發(fā)展觀全面綜合地理及負(fù)荷的發(fā)展趨勢等因素對變電站的所址進行選擇，再對擬定變電站的概述以及出線方向來考慮，并通過對負(fù)荷資料的分析，安全，經(jīng)濟及可靠性方面考慮。確定了變電站的主接線然后又通過負(fù)荷計算及供電范圍確定了主變壓器臺數(shù)，容量及型號，同時也確定了廠用變壓器的容量及型號，從而完成了電氣部分的設(shè)計。本次設(shè)計中進行了短路電流計算，主要設(shè)備選擇及校驗（包括斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、母線等）。畢業(yè)設(shè)計是我們?nèi)孢\用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能，對實際問題進行設(shè)計或研究的綜合性訓(xùn)練。通過畢業(yè)設(shè)計我們把所學(xué)的知識系統(tǒng)的聯(lián)系起來，培養(yǎng)我們綜合運用各種知識來解決實際問題的能力，學(xué)習(xí)更多的設(shè)計思維，樹立在實際工程基礎(chǔ)上的創(chuàng)新觀念，更好地把理論和實際結(jié)合起來，服務(wù)于工作。第1章 電氣主接線選擇1.1. 概述主接線是變電站電氣設(shè)計的首要部分，它是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成的接受和分配電能的電路，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及變電站本身運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性密切相關(guān)，并且對電氣設(shè)備選擇、配電裝置、繼電保護和控制方式的擬定有較大影響。因此，必須正確處理好各方面的關(guān)系。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，便于擴建。1.1.1.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)量是對主接線最基本要求，而且也是電力生產(chǎn)和分配的首要要求。主接線可靠性的具體要求：1）斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電；2）斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數(shù)和停運時間，并要求保證對一級負(fù)荷全部和大部分二級負(fù)荷的供電；3）盡量避免變電站全部停運的可靠性。1.1.2靈活性：主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。1）為了調(diào)度的目的，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）為了檢修的目的：可以方便地停運斷路器，母線及繼電保護設(shè)備，進行安全檢修，而不致影響電力網(wǎng)的運行或停止對用戶的供電；3）為了擴建的目的：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(shè)備裝置等所需的改造為最小。1.1.3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）投資?。褐鹘泳€應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約一次設(shè)備的投資；要能使控制保護不過復(fù)雜，以利于運行并節(jié)約二次設(shè)備的投資；要能限制短路電流，以便選擇價格合理的電氣設(shè)備或輕型電器；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(gòu)架、導(dǎo)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：經(jīng)濟合理地選擇主變壓器的型式、容量和數(shù)量，避免兩次變壓而增加電能損失。1.2 主接線的接線選擇方式電氣主接線是根據(jù)電力系統(tǒng)和變電站具體條件確定的，它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(shè)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。而本所各電壓等級進出線均超過四回，并且考慮到220kV側(cè)會有功率穿越，所以采用有母線連接。根據(jù)規(guī)劃，可以發(fā)現(xiàn)本站將是地區(qū)性樞紐變電站，擔(dān)負(fù)起保障整個地區(qū)負(fù)荷供給的重要任務(wù)，因此主接線考慮下列幾種選擇：1、一個半斷路器（3/2）接線兩個元件引線用三臺斷路器接往兩組母上組成一個半斷路器，它具有較高的供電可靠性和運行靈活性，任一母線故障或檢修均不致停電，但是它使用的設(shè)備較多，占地面積較大，增加了二次控制回路的接線和繼電保護的復(fù)雜性，且投資大。2、雙母接線它具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便等優(yōu)點，而且，檢修另一母線時，不會停止對用戶連續(xù)供電。如果需要檢修某線路的斷路器時，不裝設(shè)“跨條”，則該回路在檢修期需要停電。對于，110K220KV輸送功率較多，送電距離較遠(yuǎn)，其斷路器或母線檢修時，需要停電，而斷路器檢修時間較長，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定，110220kV雙母線接線的配電裝置中，當(dāng)出線回路數(shù)達(dá)7回，（110kV）或5回（220kV）時，一般應(yīng)裝設(shè)專用旁路母線。3、雙母線分段接線雙母線分段，可以分段運行，系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大，兩個元件可完全分別接到不同的母線上，對大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的，由于這種母線接線方式是常用傳統(tǒng)技術(shù)的一種延伸，因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發(fā)生問題。而較容易實現(xiàn)分階段的擴建等優(yōu)點，但是易受到母線故障的影響，斷路器檢修時要停運線路，占地面積較大，一般當(dāng)連接的進出線回路數(shù)在11回及以下時，母線不分段。為了保證雙母線的配電裝置，在進出線斷路器檢修時（包括其保護裝置和檢修及調(diào)試），不中斷對用戶的供電，可增設(shè)旁路母線，或旁路斷路器。當(dāng)110KV出線為7回及以上，220KV出線在4回以下時，可用母聯(lián)斷路器兼旁路斷用這 樣節(jié)省了斷路器及配電裝置間隔。1.3 變電所電氣主接線的確定電氣主接線是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它的設(shè)計形式直接關(guān)系全所電氣設(shè)備的選擇和配電裝置的布置。它的設(shè)計應(yīng)以設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家有關(guān)經(jīng)濟建設(shè)方針、政策及有關(guān)技術(shù)規(guī)范為準(zhǔn)則，結(jié)合工程具體特點來確定，要求安全可靠、穩(wěn)定靈活、方便經(jīng)濟。1.3.1 主變壓器容量和臺數(shù)的選擇1.3.1.1 主變壓器的臺數(shù)：待設(shè)計變電站為大型的城市變電站，負(fù)荷較重（本期最大負(fù)荷42000KVA,遠(yuǎn)期最大負(fù)荷45000KVA），又因變電站負(fù)荷較為重要，且為終端變電站，要求電壓質(zhì)量是可以調(diào)節(jié)的，現(xiàn)在市場上生產(chǎn)的變壓器的容量，選擇1臺變壓器不能滿足負(fù)荷的要求，我選擇2臺相同容量的變壓器。1.3.1.2主變壓器容量：根據(jù)運行經(jīng)驗，變壓器的容量應(yīng)保證在有一臺檢修的情況下，其他變壓器能帶全部負(fù)荷的70%，按任務(wù)書給定的資料（按遠(yuǎn)期最大負(fù)荷算），即1臺主變的容量應(yīng)滿足70%的負(fù)荷需求，因此本設(shè)計的主變每臺應(yīng)帶負(fù)荷為：45000× 70% /2 = 15750（KVA），所以我們選擇的主變?nèi)萘繛?1500KVA變壓器。1.3.1.3主變型式：本設(shè)計220KV降壓到110KV和35KV兩個電壓等級，因此采用三繞組變壓器。1.3.1.4調(diào)壓方式：根據(jù)地區(qū)及負(fù)荷的要求，變壓器選擇有載調(diào)壓方式。根據(jù)以上原則，查閱有關(guān)資料，選擇的主變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)如下：型 號 SFSZ10-31500/220容 量 31500KVA容 量 比 120/120/120額定電壓高壓220±8×1.25%中壓121低壓38.5聯(lián)結(jié)組標(biāo)號 YN，yn0,d11損 耗空載144 KW負(fù)載480 KW空載電流 0.9 %阻抗電壓高-中14 %高-低24 %中-低9 %1.4 主接線比較選擇由設(shè)計任務(wù)書給定的負(fù)荷情況：220kV出線4回，110kV出線4回（其中備用2回），10kV出線14回（其中備用2回），該變電站主接線可以采用以下兩種方案進行比較：1.4.1.方案一1.4.1.1220kV采用內(nèi)橋接線方式，110、10kV采用單母段接線。根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊第一冊可知，220kV出線5回以上、在系統(tǒng)中居重要地位時可考慮設(shè)計旁路母線，考慮到220kV近期4回，裝設(shè)專用母聯(lián)斷路器和旁路斷路器。10kV出線14回（其中備用2回），可采用單母分段接線方式。方案一的接線特點1）220kV采用內(nèi)橋接線方式，并且設(shè)置專用旁路斷路器，使檢修或故障時，不致破壞雙母接線的固有運行方式，及不致影響供電可靠性。2）110kV采用單母分段接線方式，并且設(shè)置專用分段斷路器，具有分段單母線和一般雙母線的特點，而且具有更高的可靠性和靈活性；使檢修或故障時，不致母接線的固有運行方式，不致影響供電可靠性。3）10kV側(cè)采用單母分段接線時，接線簡單清晰，設(shè)備少，操作方便等優(yōu)點，重要用戶可以用雙回路接于不同母線段，保證不間斷供電。1.4.1.3方案一接線的缺點：220kV采用內(nèi)橋線接線，運行時，操作步驟復(fù)雜、投資高、占地面積大，旁路斷路器的繼電保護整定比較復(fù)雜；不推薦上述方式。 方案二1.4.2.1220、110、10kV均采用單母分段接線方式。1.4.2.2方案二其接線方式的特點：1）220、110kV單母分段接線，在其中一回母線檢修或故障時，仍可保證有一回母線正常運行，不致影響供電可靠性；另外，220、110kV出線中重要線路全部采用雙回路，其中一回發(fā)生故障或斷路器檢修時，仍可保證重要線路的供電可靠性。2）10kV側(cè)采用單母線分段接線，可以使重要負(fù)荷及所用電的供電從不同的母線分段取得。當(dāng)一段母線發(fā)生故障時，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。8.1.3方案二接線的缺點：1）雙母線在母線檢修或故障時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，操作復(fù)雜，容易發(fā)生誤操作；2）當(dāng)一組母線故障時仍短時停電，影響范圍較大；1.4. 方案比較1.4.3.2投資費用對比1.4.3.2.1方案一綜合投資ZA 主變部分：Z1=199.2萬元 220kV部分：Z2=479.57萬元 110kV部分：Z3=259.83萬元 10kV部分：Z4=44.3萬元 方案一綜合投資為：ZA= Z1+Z2+Z3+ Z4=199.2+479.57+259.83+44.3=982.9萬元1.4.3.2.2方案二綜合投資ZB 主變部分：Z1=199.2萬元 220kV部分：Z2=405.79萬元 110kV部分：Z3=237.79萬元 10kV部分：Z4=44.3萬元 方案一綜合投資為：ZB= Z1+Z2+Z3+ Z4=199.2+405.79+237.79+44.3=887.08萬元1.4.3.2.3根據(jù)綜合投資對比，方案一投資高過方案二約96萬元，經(jīng)濟性較差。1.4.3.2運行費用分析對比因方案一、二均選用2臺主變，所以年度運行費用中電能損耗相同，而設(shè)備運行維護費用可根據(jù)上述設(shè)備數(shù)量對比表判斷方案一運行費用要高過方案二。1.5方案推薦根據(jù)上述對比可以看出，方案二在經(jīng)濟性方面優(yōu)于方案一，在運行可靠性方面基本等同于方案一，經(jīng)過綜合比較，決定推薦方案二。第2章 主變壓器容量、臺數(shù)及形式的選擇2.1概述在各級電壓等級的變電站中，變壓器是變電站中的主要電氣設(shè)備之一，其擔(dān)任著向用戶輸送功率，或者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)荷增長情況，并根據(jù)電力系統(tǒng)510年發(fā)展規(guī)劃綜合分析，合理選擇，否則，將造成經(jīng)濟技術(shù)上的不合理。如果主變壓器容量造的過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，擴大占地面積，而且會增加損耗，給運行和檢修帶來不便，設(shè)備亦未能充分發(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，影響主變壓器的壽命和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，確定合理的變壓器的容量是變電站安全可靠供電和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟運行的保證。在生產(chǎn)上電力變壓器制成有單相、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，要考慮到經(jīng)濟性來選擇主變壓器。選擇主變壓器的容量，同時要考慮到該變電站以后的擴建情況來選擇主變壓器的臺數(shù)及容量。2.2主變壓器臺數(shù)的選擇由原始資料可知，本期變電站上2臺主變，本設(shè)計變壓器選擇臺數(shù)為2臺。2.3主變壓器容量的選擇主變?nèi)萘恳话惆醋冸娬窘ǔ山谪?fù)荷，510年規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期1020年的負(fù)荷發(fā)展，對于城郊變電站主變壓器容量應(yīng)當(dāng)與城市規(guī)劃相結(jié)合，該所近期和遠(yuǎn)期負(fù)荷都給定，所以應(yīng)按近期和遠(yuǎn)期總負(fù)荷來選擇主變的容量，根據(jù)變電站帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量，對于有重要負(fù)荷的變電站，應(yīng)考慮當(dāng)一臺變壓器停運時，其余變壓器容量在過負(fù)荷能力后允許時間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級和二級負(fù)荷，對一般性能的變電站，當(dāng)一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應(yīng)保證全部負(fù)荷的70%80%。該變電站是按70%全部負(fù)荷來選擇。因此，裝設(shè)兩臺變壓器變電站的總裝容量為：se = 2（0.7PM） = 1.4PM。當(dāng)一臺變壓器停運時，可保證對60%負(fù)荷的供電，考慮變壓器的事故過負(fù)荷能力為40%，則可保證98%負(fù)荷供電，而高壓側(cè)220KV母線的負(fù)荷不需要通過主變倒送，因為，該變電站的電源引進線是220KV側(cè)引進。其中，中壓側(cè)及低壓側(cè)全部負(fù)荷需經(jīng)主變壓器傳輸至各母線上。因此主變壓器的容量為：Se = 0.7（S+S）。2.4主變壓器型式的選擇2.4.1主變壓器相數(shù)的選擇單相變壓器組，相對來講投資大，占地多，運行損耗大，同時配電裝置以及斷電保護和二次接線的復(fù)雜化，也增加了維護及倒閘操作的工作量。本次設(shè)計的變電站，位于市郊區(qū)，稻田、丘陵，交通便利，不受運輸?shù)臈l件限制，而應(yīng)盡量少占用稻田、丘陵，故本次設(shè)計的變電站選用三相變壓器。2.4.2繞組數(shù)的選擇在具有三種電壓等級的變電站，如通過主變壓器的各側(cè)繞組的功率均達(dá)到該變壓器容量的15%以上，或低壓側(cè)雖無負(fù)荷，但在變電站內(nèi)需裝設(shè)無功補償設(shè)備，主變宜采用三繞組變壓器。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，而且本次所設(shè)計的變電站具有三種電壓等級，考慮到運行維護和操作的工作量及占地面積等因素，該所選擇三繞組變壓器。在生產(chǎn)及制造中三繞組變壓器有：自耦變、分裂變以及普通三繞組變壓器。1）自耦變壓器，它的短路阻抗較小，系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流增大，以及干擾繼電保護和通訊，并且它的最大傳輸功率受到串聯(lián)繞組容量限制，自耦變壓器，具有磁的聯(lián)系外，還有電的聯(lián)系，所以，當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生過電壓時，它有可能通過串聯(lián)繞組進入公共繞組，使其它絕緣受到危害，如果在中壓側(cè)電網(wǎng)發(fā)生過電壓波時，它同樣進入串聯(lián)繞組，產(chǎn)生很高的感應(yīng)過電壓。由于自耦變壓器高壓側(cè)與中壓側(cè)有電的聯(lián)系，有共同的接地中性點，并直接接地。因此自耦變壓器的零序保護的裝設(shè)與普通變壓器不同。自耦變壓器，高中壓側(cè)的零序電流保護，應(yīng)接于各側(cè)套管電流互感器組成零序電流過濾器上。由于本次所設(shè)計的變電站所需裝設(shè)兩臺變壓器并列運行。電網(wǎng)電壓波動范圍較大，如果選擇自耦變壓器，其兩臺自耦變壓器的高、中壓側(cè)都需直接接地，這樣就會影響調(diào)度的靈活性和零序保護的可靠性。而自耦變壓器的變化較小，由原始資料可知，該所的電壓波動為±8%，故不選擇自耦變壓器。2）分裂變壓器：分裂變壓器約比同容量的普通變壓器貴20%，分裂變壓器，雖然它的短路阻抗較大，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)繞組產(chǎn)生接地故障時，很大的電流向一側(cè)繞組流去，在分裂變壓器鐵芯中失去磁勢平衡，在軸向上產(chǎn)生巨大的短路機械應(yīng)力。分裂變壓器中對兩端低壓母線供電時，如果兩端負(fù)荷不相等，兩端母線上的電壓也不相等，損耗也就增大，所以分裂變壓器適用兩端供電負(fù)荷均衡，又需限制短路電流的供電系統(tǒng)。由于本次所設(shè)計的變電站，受功率端的負(fù)荷大小不等，而且電壓波動范圍大，故不選擇分裂變壓器。3）普通三繞組變壓器：價格上在自耦變壓器和分裂變壓器中間，安裝以及調(diào)試靈活，滿足各種繼電保護的需求。又能滿足調(diào)度的靈活性，它還分為無激磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，這樣它能滿足各個系統(tǒng)中的電壓波動。它的供電可靠性也高。所以，本次設(shè)計的變電站，選擇普通三繞組變壓器。2.4.3主變調(diào)壓方式的選擇為了滿足用戶的用電質(zhì)量和供電的可靠性，220KV及以上網(wǎng)絡(luò)電壓應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：樞紐變電站二次側(cè)母線的運行電壓控制水平應(yīng)根據(jù)樞紐變電站的位置及電網(wǎng)電壓降而定，可為電網(wǎng)額定電壓的11.3倍，在日負(fù)荷最大、最小的情況下，其運行電壓控制在水平的波動范圍不超過10%，事故后不應(yīng)低于電網(wǎng)額定電壓的95%。電網(wǎng)任一點的運行電壓，在任何情況下嚴(yán)禁超過電網(wǎng)最高電壓，變電站一次側(cè)母線的運行電壓正常情況下不應(yīng)低于電網(wǎng)額定電壓的95%100%。調(diào)壓方式分為兩種，不帶電切換，稱為無激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±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%。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。2.4.4連接組別的選擇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。2.4.5容量比的選擇由原始資料可知，110kV中壓側(cè)為主要受功率繞組，而10kV側(cè)主要用于地區(qū)性負(fù)荷、所用電以及無功補償裝置，所以容量比選擇為：100/100/50。2.4.6主變壓器冷卻方式的選擇主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷卻，自然油循環(huán)強迫風(fēng)冷卻，強迫油循環(huán)水冷卻。自然風(fēng)冷卻：一般只適用于小容量變壓器。強迫油循環(huán)水冷卻：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，維護工作量較大。自然油循環(huán)強迫風(fēng)冷卻：利用外置冷卻風(fēng)機的冷風(fēng)和主變熱油流的加強對流，提高主變油散熱速度，散熱效率高，無需增加太多的附件，因此，推薦自然油循環(huán)強迫風(fēng)冷卻. 2.5主變?nèi)萘康拇_定計算本設(shè)計原始資料中，220kV側(cè)A、B、C三個系統(tǒng)電源容量較大，可以認(rèn)為是無限大系統(tǒng)，該側(cè)的4回出線負(fù)荷功率包括本站需要通過主變傳送110及10kV側(cè)負(fù)荷和可能存在的系統(tǒng)穿越；110kV側(cè)沒有電源，系統(tǒng)最大計算負(fù)荷為42000KVA,該側(cè)共4回出線（兩回備用），單回最大負(fù)荷容量為10500KVA。10kV沒有電源，該側(cè)系統(tǒng)最大計算負(fù)荷為12000KVA。站區(qū)負(fù)荷最大為2400kVA，因此，在正常運行情況下，主變傳送的總?cè)萘繛椋ㄗⅲ河嬎銜r功率因數(shù)取0.9）：2.5.1正常工作時，220kV側(cè)通過主變向110kV側(cè)輸送功率S1=42000×0.8÷0.9=37200KVA,2.5.2220kV側(cè)通過主變向10kV側(cè)輸送功率S2=12000×0.8÷0.9+0.6=10668KVA,2.5.3主變輸送的最大容量Smax =S1+S2=37155+10668=47823KVA2.5.4根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，本期采用兩臺主變，選擇容量時應(yīng)滿足當(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)荷保證全變電所的正常供電。由此可得單臺主變最小容量：Smin47823×0.733477KVA220Kv變電所常用的單臺主變?nèi)萘繛?1500KVA。由此可選擇兩臺容量為31500KVA的主變。2.5.5I、II級負(fù)荷校驗：110kV側(cè)I、II級負(fù)荷：42000×0.8×0.85÷0.9=29725KVA10kV側(cè)I、II級負(fù)荷：12000×0.7×0.8÷0.9+0.6×0.5=7467KVAI、II級總負(fù)荷：29725+7467=37192MVAI、II級總負(fù)荷與主變額定容量之比：37192/31500=1.18，這樣，全部I、II級負(fù)荷超額定容量7%，滿足單臺主變長期運行要求，符合要求。2.6主變型號選擇2.6.1主變主要通過高壓繞組從220側(cè)向至中、低壓繞組側(cè)傳送功率，10kV側(cè)最大功率為2400KVA，因此，可選擇容量比為100/100/50。本設(shè)計主變?yōu)榇笮妥儔浩鳎l(fā)熱量較大，根據(jù)現(xiàn)階段主變散熱片制造工藝的提高，在不啟動強迫風(fēng)冷的情況下，主變可帶80%負(fù)荷穩(wěn)定運行，再根據(jù)變電站建在郊區(qū)，通風(fēng)條件好，可選用強迫風(fēng)冷卻方式。本變電站為地區(qū)樞紐站，擔(dān)負(fù)起整個地區(qū)電壓質(zhì)量穩(wěn)定的重任，因此考慮采用有載調(diào)壓變壓器。2.6.2變壓器的技術(shù)參數(shù)根據(jù)以上條件選擇，確定采用變壓器的型號為SFSZ9-31500/220的220kV三繞組有載調(diào)壓電力變壓器，具體參數(shù)如下型號SFSZ10-31500/220聯(lián)接組標(biāo)號YN，yn0，d11空載電流%0.7空載損耗(kw)178短路損耗(kw)650額定電壓(KV)高壓中壓低壓220±8×1.25%12110.5額定容量MVA18018090阻抗電壓高中高低中低14237型號中個符號表示意義：從左至右S：三相 F：風(fēng)冷卻 S：三繞組 Z：有載調(diào)壓 9：設(shè)計序列號 31500：額定容量 220：電壓等級。第3章 短路電流計算3.1 概述在電力系的電氣設(shè)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)生各種型式的短路，因為它們會遭到破壞對用戶的正常供電和電氣設(shè)備的正常運行。短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)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(yán)重，應(yīng)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(shè)備的穩(wěn)定性。3.2短路計算的目的及假設(shè)3.2.1短路電流計算是變電站電氣設(shè)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，需按短路條件檢驗軟導(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）按接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。3.2.2短路電流計算的一般規(guī)定1）驗算導(dǎo)體和電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按工程的設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（一般為本期工程建成后510年）。確定短路電流計算時，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。2）選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。3）選擇導(dǎo)體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點，應(yīng)按選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點。4）導(dǎo)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驗算。3.2.3短路計算基本假設(shè)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(shè)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，及不計負(fù)荷的影響；6）系統(tǒng)短路時是金屬性短路。3.2.4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)幺值進行計算，為了計算方便選取如下基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)容量：SB= 100MVA基準(zhǔn)電壓：UB= 10.5 115 230kV3.2.5短路電流計算的步驟：1）計算各元件電抗標(biāo)幺值，并折算為同一基準(zhǔn)容量下；2）給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡(luò)圖；3）選擇短路點；4）對網(wǎng)絡(luò)進行化簡，把供電系統(tǒng)看為無限大系統(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，并計算短路電流標(biāo)幺值、有名值。標(biāo)幺值：Id* = 有名值：Idi = Id*Ij5）計算短路容量，短路電流沖擊值短路容量：S = VjI短路電流沖擊值：Icj = 2.55I6）列出短路電流計算結(jié)果3.2.6具體短路電流計算具體見計算說明書。3.3 短路計算等值電路圖220KV110KVXs2Xs1S1X1X2X310KVS2d1d2d33.3.1 基準(zhǔn)值及短路點選取3.3.1.1在短路計算的基本假設(shè)前提下，選取基準(zhǔn)容量SB = 100MVA，UB 為各級電壓平均值（230，115，10.5kV）。3.3.1.2短路點分別選取變電站的三級電壓匯流母線：220kVd1，110kVd2，10kVd3。3.3.2.計算各元件的電抗標(biāo)幺值3.3.2.1.計算系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值由原始材料可知，提供的A、B、C三系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值均為各電源容量為基值，需要換算成在SB=100MVA下的標(biāo)幺值A(chǔ)系統(tǒng)：X1*(0.3×100)÷2000=0.015B系統(tǒng)：X2*(0.4×100)÷1500=0.027C系統(tǒng)：X3*(0.2×100)÷4000=0.0053.3.2.2. 計算變壓器各繞組電抗標(biāo)幺值阻抗電壓高中高低中低142373.3.2.2.1.各繞組等值電抗Vs(1-2)14，Vs（1-3）23，s（2-3）7高壓側(cè)：Vs1% = （Vs(1-2)% + Vs(1-3)%Vs(2-3)%）= （14+ 237）=15中壓側(cè)：Vs2% = （Vs(1-2)% + Vs(2-3)%Vs(1-3)%） = （14+723）=1低壓側(cè)：Vs3% = （Vs(1-3)% + Vs(2-3)%Vs(1-2)%） = （23+714）=83.3.2.2.2.各繞組等值電抗標(biāo)么值為：高壓側(cè)：X9* = Vs1%/100×SB/SN=×0.083中壓側(cè)：X10* = Vs2%/100×SB/SN×0.006低壓側(cè)：X11* = Vs3%/100×SB/SN×0.093.3.2. 3220kV各線路等值電抗標(biāo)幺值為：A與B之間聯(lián)絡(luò)線：X4* = XA-B×SB/UB2=0.406×60×0.046B與C之間聯(lián)絡(luò)線：X5* = XB-C×SB/UB2=0.406×80×0.061A與本站之間雙回架空線：X6* =XA×SB/UB2=×0.406×60×0.023B與本站之間單回架空線：X7* =XB×SB/UB2=0.406×40×0.031C與本站之間雙回架空線：X8* =XC×SB/UB2=×0.406×100×0.0383.3.2. 4將各標(biāo)幺值標(biāo)注在系統(tǒng)等值電抗圖上（附圖-）3.4等值網(wǎng)絡(luò)簡化3.4.1等值網(wǎng)絡(luò)簡化計算：3.4.1.1Y1*=X1*×X4*+ X4*×X6*+ X1*×X6*=0.015×0.046+0.046×0.023+0.015×0.0230.0021 Y2*=X3*×X5*+ X3*×X8*+ X5*×X8*=0.005×0.061+0.005×0.038+0.061×0.0380.0028Y*=+=+=37.04+32.26+18.1+15.36102.763.4.1.2計算化簡后A、B、C各系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值X1*= = =0.038X2*= = =0.066X3*= = =0.0373.4.1.3兩臺主變?nèi)齻?cè)電抗進行星形-三角星形變換簡化3.4.1.3.1兩臺主變?nèi)齻?cè)等值電抗星形三角變換X1-2*=X1-2*”=0.083-0.006+=0.0715X1-3*=X1-3*”=0.083+0.09+=-1.072X2-3*=X2-3*”=0.09-0.006+=0.07753.4.1.3.2兩臺主變?nèi)齻?cè)等值電抗并聯(lián)合并X1-2* = X1-2*=0.036 X1-3* = X1-3*=-0.536X2-3* = X2-3*=0.0393.4.1.3.3兩臺主變?nèi)齻?cè)等值電抗三角星形變換X1*=0.042X2*=-0.003X3*=0.0453.4.1.4將簡化后的系統(tǒng)等值電抗標(biāo)在圖上（附圖-）3.4.1.4A、B、C三系統(tǒng)容量相對計算容量來說為無窮大，不考慮短路電流周期分量的衰減，可將并聯(lián)電源支路進行合并： E=EA*=1(其中EA*= EB*= EC*，均取1) X*=0.01463.4.1.5最終將系統(tǒng)等值電抗圖化簡如附圖3.5.各短路點短路計算3.5.1d1點短路220KVX*d1圖一E110、10kV母線側(cè)沒有電源，無法向220KV側(cè)提供短路電流，即可略去不計，等值電路可化間為圖一則d1點短路電流標(biāo)幺值為：I d1*=68.49換算到220kV側(cè)0秒鐘短路電流有名值I = I d1*× =68.49× = 17.19KA根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊的相關(guān)規(guī)定，遠(yuǎn)離發(fā)電廠的地點（變電所）取電流沖擊系數(shù)Kch = 1.8，當(dāng)不計周期分量的衰減時，短路電流全電流最大有效值Ich = ×I =×17.19=25.96kA220KV110KVX*X1*X2*Ed2圖二當(dāng)不計周期分量衰減時，短路電流沖擊電流ich =Kch× I =×1.87×I = 2.55× I = 2.55×17.19= 43.83 kA短路容量 S = UB × I = ×230×17.19 =6848MVA3.5.2d2點短路如d1處短路類似， 10kV母線側(cè)因沒有電源，無法向110kV側(cè)提供短路電流，即可略去不計，等值電路可化簡為圖二則短路電流則d2點短路電流標(biāo)幺值為：I d2*=18.66換算到110kV側(cè)0秒鐘短路電流有名值I = I d2*× =18.66× = 9.37KA根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊的相關(guān)規(guī)定，遠(yuǎn)離發(fā)電廠的地點（變電所）取電流沖擊系數(shù)Kch = 1.8，當(dāng)不計周期分量的衰減時，短路電流全電流最大有效值Ich = ×I =×9.37=14.15kA當(dāng)不計周期分量衰減時，短路電流沖擊電流ich =Kch× I =×1.87×I = 2.55× I = 2.55×14.15= 36.08 kA短路容量 S = UB × I = ×115×14.15 =2848.48MVA220kV10kVX*X1*X3*Ed3圖三3.5.3d3點短路如d1處短路類似，110kV母線側(cè)因沒有電源，無法向10kV側(cè)提供短路電流，即可略去不計，等值電路可化簡為圖三則短路電流則d3點短路電流標(biāo)幺值為：I d3*=9.84換算到10kV側(cè)0秒鐘短路電流有名值I = I d3*× =9.84× =54.12kA根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊的相關(guān)規(guī)定，遠(yuǎn)離發(fā)電廠的地點（變電所）取電流沖擊系數(shù)Kch = 1.8，當(dāng)不計周期分量的衰減時，短路電流全電流最大有效值Ich = ×I =×54.12=81.72kA當(dāng)不計周期分量衰減時，短路電流沖擊電流ich =Kch× I =×1.87×I = 2.55× I = 2.55×54.12= 138.006 kA短路容量 S = UB × I = ×10.5×54.12 =984.26MVA3.5.4因為d3點短路時，短路電流有名值I=54.12kA、短路電流沖擊電流ich =138.006kA均以超出常規(guī)10kV斷路器規(guī)格，需要選用重型斷路器，所以必須對d3點進行短路電流限制，采取在兩臺主變的10kV變低側(cè)加裝串聯(lián)電抗器，限制后的短路電流應(yīng)實現(xiàn)滿足有名值I=40kA、短路電流沖擊電流ich =100kA的目的。3.5.4.1選擇限流電抗器3.5.4.1.110kV變低側(cè)額定電流 Igmax =1.05 ×=1.05 ×=5.196kA根據(jù)目前10kV斷路器制造廠家最大只能提供額定電流IN=4000A的設(shè)備，以及本站10kV側(cè)總負(fù)荷為10.6MVA的情況，可以通過保護整定值的方式將主變10kV側(cè)通過最大容量限制為60MVA，這樣，10kV變低額定電流為：In =1.05 ×=1.05 ×=3.464kA3.5.4.1.2根據(jù)10kV側(cè)變低的額定電壓和額定電流，選定10kV進線側(cè)斷路器型號為ZN28-12,其技術(shù)參數(shù)為：額定電壓UN=10kV，額定電流IN=4000A，額定開斷電流INbr=40kA，額定關(guān)合電流峰值INc1 =100kA， 4S熱穩(wěn)定電流Ir=40kA，合閘時間0.2s，固有分閘時間0.06s，燃弧時間0.03s（則斷路器全分閘時間為0.09S）。3.5.4.1.3電抗器限制短路電流到I =INbr=40kA，取Id=5.5kA（其中Ud10.5kV，Sd100MVA），電抗器電抗的標(biāo)幺值為：X