220kV變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)1,kv,變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設(shè)計(jì)
華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)：220/110/10kV，進(jìn)出線數(shù)2/4/10
題 目
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)
`
院 系
電力工程系
專業(yè)班級(jí)
農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化08k2班
學(xué)生姓名
杜旭光
指導(dǎo)教師
牛勝鎖
二○一二年六月
我
華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)（220/110/10kV，進(jìn)出線數(shù)2/4/10）
摘 要
變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其作用在于變換電壓、匯集和分配電能，因此，變電所安全可靠運(yùn)行與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)。隨著電力系統(tǒng)裝機(jī)容量和供電地域的不斷擴(kuò)大，同時(shí)電能質(zhì)量、供電可靠性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的要求也越來越高。隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)和生活對(duì)電能供應(yīng)的質(zhì)量和管理提出了越來越高的要求。城市供電系統(tǒng)的核心部分是變電所。因此，設(shè)計(jì)和建造一個(gè)安全、經(jīng)濟(jì)的變電所，是極為重要的。本次設(shè)計(jì)建設(shè)一座220KV降壓變電所，首先，根據(jù)主接線的經(jīng)濟(jì)可靠、運(yùn)行靈活的要求選擇各個(gè)電壓等級(jí)的接線方式，在技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行比較，選取靈活的最優(yōu)接線方式。其次進(jìn)行短路電流計(jì)算，根據(jù)各短路點(diǎn)計(jì)算出各點(diǎn)短路穩(wěn)態(tài)電流和短路沖擊電流，從三相短路計(jì)算中得到當(dāng)短路發(fā)生在各電壓等級(jí)的工作母線時(shí)，其短路穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流的值。然后，根據(jù)各電壓等級(jí)的額定電壓和最大持續(xù)工作電流進(jìn)行設(shè)備選擇和校驗(yàn)。最后進(jìn)行配電裝置設(shè)計(jì)和總平面布置，防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：變電所；電氣主接線；電氣設(shè)備；防雷接地；配電裝置
A DESIGN OF ELETRIC MAIN SYSTEM
FOR 110kV TERMINAL SUBSTATION
（220/110/10kV, the number of inlet and outlet 2/4/10）
Abstract
Substation is?an important part of?the power system, its?role is to?transform?voltage, collection and?distribution of electric energy, therefore, safe?and reliable operation of substation?and?national economic development are closely related．With the regional power system and electricity installed capacity continues to expand at the same time power quality, supply reliability, operational economy demands increasingly high. With the development of modern civilization and progress, social production and life quality of power supply and management of the increasingly high requirements.?The core of the city power supply system is the substation. Therefore, the design and construction of?a safe,?economical?substation,?it is extremely important.?The?design and construction?of a?220kV substation?step-down, first of all, according to the main terminal?of the?economic and reliable operation?and flexible?asked to select?various voltage levels of?wiring, technical and?economic aspects in the comparison, select the optimal flexible wiring. Second, the short -circuit?current calculation, according to the short circuit short-circuit steady-state were calculated for each point of the impact of current and short circuit current,?calculated?from the?three-phase short circuit obtained when the?voltage level?in?the work?of the?bus, its?steady-state?current and?the impact of short-circuit current value. Then, according to the voltage level of the rated voltage and maximum continuous operating current of equipment selection and validation. Finally, electrical installations and the general layout,?lightning protection?design.
Keywords: Transformer substation; Main connection; Electric equipment; Lightning proof protection and earth system; Distribution equipment
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 前 言 1
2 電氣主接線的設(shè)計(jì) 2
2.1 概述 2
2.2 主接線方式的簡介 2
2.3 主接線設(shè)計(jì)的基本要求 4
2.3.1 主接線可靠性的要求 4
2.3.2 主接線靈活性的要求 4
2.3.3 主接線經(jīng)濟(jì)性的要求 4
2.4 電氣主接線的選擇和比較 5
2.4.1 主接線方案的擬訂 5
2.4.2 主接線各方案的討論比較 9
2.4.3 主接線方案的最終選擇 10
3 主變壓器的選擇 11
3.1 變電站主變壓器選擇的規(guī)定 11
3.2 主變壓器選擇的一般原則與步驟 11
3.2.1 主變壓器臺(tái)數(shù)的確定原則 11
3.2.2 主變壓器形式的選擇原則 11
3.2.3 主變壓器容量的確定原則 11
3.3 主變壓器的計(jì)算與選擇 12
3.3.1 容量計(jì)算 12
3.3.2 變壓器型號(hào)的選擇 12
4 短路電流的計(jì)算 13
4.1 概述 13
4.2 短路電流計(jì)算的目的及原則 13
4.3 短路點(diǎn)的選擇與各短路點(diǎn)的短路電流的計(jì)算 13
5 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì) 16
5.1 斷路器的選擇 16
5.1.1 斷路器選擇原則與技術(shù)條件 16
5.1.2 斷路器型號(hào)的選擇及校驗(yàn) 17
5.2 隔離開關(guān)的選擇 20
5.2.1 隔離開關(guān)的選擇原則及技術(shù)條件 20
5.2.2 隔離開關(guān)型號(hào)的選擇及校驗(yàn) 20
6 其它電氣設(shè)備的選擇 22
6.1 電流互感器的選擇 22
6.1.1 220kV側(cè)電流互感器的選擇 22
6.1.2 110kV電壓等級(jí)電流互感器的選擇 22
6.1.3 10kV電壓等級(jí)電流互感器的選擇 22
6.2 電壓互感器的選擇 23
6.2.1 220kV側(cè)母線上電壓互感器 23
6.2.2 110kV側(cè)母線上電壓互感器 23
6.2.3 10kV側(cè)母線上電壓互感器 24
6.3.1 母線的選擇原則 24
6.3.2 對(duì)于硬導(dǎo)線進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)方法 24
6.3.3 母線型號(hào)的選擇 24
7 防雷保護(hù)設(shè)計(jì) 27
7.1 概述 27
7.2 避雷裝置的配置原則 27
7.2.1 避雷針的配置原則 27
7.2.2 避雷器的配置原則 27
7.3 避雷器的選擇 27
7.4 避雷針的設(shè)計(jì) 28
7.4.1 避雷針的作用 28
7.4.2避雷針的保護(hù)范圍及計(jì)算 28
8 屋內(nèi)外配電裝置設(shè)計(jì)和總平面布置 31
8.1 概述 31
8.2 配電裝置形式的設(shè)計(jì) 31
結(jié) 論 33
參考文獻(xiàn) 34
致 謝 35
III
1 前 言
變電所是聯(lián)系電網(wǎng)的紐帶，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,主要是通過變壓器將各級(jí)電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來,起著變換和分配電能的作用,其運(yùn)行的可靠和安全與否直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是組成電網(wǎng)的基本單元之一，其運(yùn)行的安全與否，直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展至關(guān)重要[1]。隨著電網(wǎng)的發(fā)展及超高壓大容量的形成，變電所運(yùn)行設(shè)備和運(yùn)行操作一旦發(fā)生事故而不能及時(shí)消除或處理不當(dāng)，就將危機(jī)電網(wǎng)的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至釀成大面積停電。對(duì)一個(gè)中小型變電所的主接線就毋須要求過高的可靠性，也就沒有必要采取太復(fù)雜的接線形式；而對(duì)于超高壓變電站，由于它們?cè)陔娏ο到y(tǒng)中的地位很重要，供電容量大、范圍廣，發(fā)生事故可能使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行遭破壞，甚至瓦解，造成巨大損失，所以就要求較高的可靠性[2]。時(shí)代的要求使我們電力人應(yīng)以高度的熱忱和認(rèn)真的態(tài)度去對(duì)待工作的各個(gè)環(huán)節(jié)。
目前，我國城市電力網(wǎng)和農(nóng)村電力網(wǎng)正進(jìn)行大規(guī)模的改造，與此相應(yīng)，城鄉(xiāng)變電所也正不斷的更新?lián)Q代[3]。我國電力網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)情況是常規(guī)變電所依然存在，小型變電所，微機(jī)監(jiān)測(cè)變電所，綜合自動(dòng)化變電所相繼出現(xiàn)，并得到迅速的發(fā)展。然而，所有的變化發(fā)展都是根據(jù)變電設(shè)計(jì)的基本原理而來，因此對(duì)于變電設(shè)計(jì)基本原理的掌握是創(chuàng)新的根本[4]。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容為220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是最為常見的常規(guī)變電所，設(shè)計(jì)過程中需要考慮主接線的形式，主變壓器的選擇，短路電流的計(jì)算，斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)，防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，總布局和配電裝置的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。本次設(shè)計(jì)完全按照任務(wù)書的要求進(jìn)行，所有數(shù)據(jù)及理論均有根有據(jù)，準(zhǔn)確度較高。
2 電氣主接線的設(shè)計(jì)
2.1 概述
變電所的電氣主接線是由高壓設(shè)備通過連接線組成的接受和分配電能的電路，又稱一次接線或電氣主系統(tǒng)[1]。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、和斷路器等的數(shù)量和連接方式及可能的運(yùn)行方式，從而完成發(fā)電、變電、輸配電的任務(wù)。電氣主接線的設(shè)計(jì)，直接影響著全站電器設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。主接線的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的問題。必須在滿足國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策的前提下，力爭使其技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠[2]。
對(duì)于6～220kV電壓配電裝置的接線，一般分兩類：一為母線類，包括單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段和增設(shè)旁路母線的接線；其二為無母線類，包括橋形接線和角形接線等。應(yīng)視電壓等級(jí)和出線回?cái)?shù)，酌情選用[3]。
2.2 主接線方式的簡介
1)單母接線
單母線接線雖然接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置等優(yōu)點(diǎn)，但是不夠靈活可靠，當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)發(fā)生開斷故障或檢修時(shí)，必須斷開全部電源，造成全站停電。此外，在斷路器檢修時(shí)，也將停止回路工作。單母線可用隔離開關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時(shí)，全部回路仍需短時(shí)停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后，才能恢復(fù)非故障段的供電，并且電壓等級(jí)越高，所接的回路數(shù)越少，一般只適用于一臺(tái)主變壓器。
單母接線適用于：
110～220kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過兩回，35～63kV，配電裝置的出線回路數(shù)不超過3回，6～10kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過5回，才采用單母線接線方式。
2)單母分段
單母線借分段器FD進(jìn)行分段，可提高供電可靠性和靈活性。這不僅便于分段檢修母線，而且可減少母線故障影響范圍。對(duì)重要用戶可從不同分段上引線，當(dāng)一段母線發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)裝置將分段斷路器FD跳開，保證正常段母線不間斷供電。在可靠性要求不高時(shí)，亦可用隔離開關(guān)分段，故障時(shí)將短時(shí)停電，拉開隔離開關(guān)FG后，完好段即可恢復(fù)供電。分段的數(shù)目，取決于電源數(shù)量和容量，段數(shù)分的越多，故障時(shí)停電范圍越小，但使用斷路器等設(shè)備的數(shù)目也增多，配電設(shè)備運(yùn)行也就越復(fù)雜，通常以2-3段位宜。
單母分段適用于：
110kV～220kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過4回，35～60kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過8回，6～10kV配電裝置每段容量不宜超過25MW
3)帶旁路母線
斷路器經(jīng)過長期運(yùn)行和切斷數(shù)次短路電流后，都需要檢修。為了檢修出線斷路器，不致中斷該回路供電，可增設(shè)旁路母線PM和旁路斷路器PD，旁路母線經(jīng)旁路隔離開關(guān)PG與每一出線連接。正常運(yùn)行時(shí)，PG和PD斷開。當(dāng)檢修某出線斷路器DL時(shí)，先閉合PG和PD，然后斷開DL及兩側(cè)的線路隔離開關(guān)XG和母線隔離開關(guān)MG，這樣DL就退出工作了，由旁路斷路器PD執(zhí)行其任務(wù)。
旁路母線適用于：
多用于35kV以上系統(tǒng)中，因電壓越高，斷路器檢修需要的時(shí)間越多，停電損失越大，有旁路短路器可彌補(bǔ)這點(diǎn)缺陷。但斷路器價(jià)格高昂，一般在電壓為35kV而出線在8回以上、110kV在6回以上、220kV在4回以上的屋外配電裝置都加設(shè)旁路母線。但當(dāng)采用可靠性較高的SF6斷路器時(shí)，可不裝置旁路母線。而6～10kV屋內(nèi)配電裝置，一般不裝設(shè)旁路母線。
4)雙母接線
它具有兩組母線，工作母線和備用母線，每回線路都經(jīng)一臺(tái)斷路器和兩組隔離開關(guān)分別與兩組母線連接，母線之間通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器連接。在檢修任一母線時(shí)，不會(huì)停止對(duì)用戶連續(xù)供電，可把全部電源和線路倒換到備用母線上。在線路斷路器檢修時(shí)，可臨時(shí)用母聯(lián)斷路器代替。它具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴(kuò)建方便等優(yōu)點(diǎn)。
雙母接線適用于：
對(duì)于，110kV～220kV輸送功率較多，送電距離較遠(yuǎn)，其斷路器或母線檢修時(shí)，需要停電，而斷路器檢修時(shí)間較長，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定，110kV～220kV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(shí)，一般應(yīng)裝設(shè)專用旁路母線。
5）一個(gè)半斷路器（3/2）接線
兩個(gè)元件引線用三臺(tái)斷路器接往兩組母上組成一個(gè)半斷路器，它具有較高的供電可靠性和運(yùn)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(hù)的復(fù)雜性，且投資大。
一個(gè)半斷路器（3/2）接線適用于：
220kV以上的超高壓、打容量系統(tǒng)中。但使用設(shè)備較多，特別是斷路器和電流互感器，投資較大，二次控制接線和繼電保護(hù)都比較復(fù)雜。
6）橋形接線
當(dāng)只有兩臺(tái)變壓器和兩條輸電線路時(shí)，采用橋式接線，所用斷路器數(shù)目最少，依照連接橋的位置它可分為內(nèi)橋和外橋接線。運(yùn)行時(shí)，橋臂上聯(lián)絡(luò)斷路器處于閉合狀態(tài)。
內(nèi)橋接線：適合于輸電線路較長，故障機(jī)率較多而變壓器又不需經(jīng)常切除時(shí)。當(dāng)變壓器故障時(shí)，需停相應(yīng)的線路。
外橋接線：適合于出線較短，且變壓器隨經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求需經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率時(shí)。為檢修斷路器LD，不致引起系統(tǒng)開環(huán)，有時(shí)增設(shè)并聯(lián)旁路隔離開關(guān)以供檢修LD時(shí)使用。當(dāng)線路故障時(shí)需停相應(yīng)的變壓器。
橋形接線適用于：
由于使用斷路器少，布置簡單，造價(jià)低，往往在35kV～220kV配電裝置中廣為采用。
7）角形接線
當(dāng)母線閉合成環(huán)形，并按回路數(shù)利用斷路器分段，即可構(gòu)成角形接線。角形接線中，斷路器數(shù)等于回路數(shù)，且每個(gè)回路都與兩臺(tái)斷路器相連接，檢修任一一臺(tái)斷路器都不致中斷供電，隔離開關(guān)只用于檢修，從而具有較高的可靠性和靈活性，運(yùn)行操作方便。
角形接線適用于：
角形接線不便于擴(kuò)建，這種接線多用于最終規(guī)模較明確的110 kV及以上的配電裝置中，且以不超過六角形為宜。
2.3 主接線設(shè)計(jì)的基本要求
變電所的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電所所在電力系統(tǒng)中的地位，變電站的規(guī)劃容量、負(fù)荷性質(zhì)、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)等條件確定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠性、運(yùn)行的靈活性、操作檢修方便、成本的經(jīng)濟(jì)性和便于過渡或擴(kuò)建的先進(jìn)性等要求。
2.3.1 主接線可靠性的要求
可靠性的工作是以保證對(duì)用戶不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部分在運(yùn)行中可靠性的綜合。因此，不僅要考慮一次設(shè)備對(duì)供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護(hù)二次設(shè)備的故障對(duì)供電可靠性的影響。評(píng)價(jià)主接線可靠性的標(biāo)志是：
1）斷路器檢修時(shí)是否影響停電；
2）線路、斷路器、母線故障和檢修時(shí)，停運(yùn)線路的回?cái)?shù)和停運(yùn)時(shí)間的長短，以及能否對(duì)重要用戶的供電；
3）變電站全部停電的可能性。
2.3.2 主接線靈活性的要求
主接線的靈活性有以下幾個(gè)方面的要求：
1）調(diào)度要求?？梢造`活的投入和切除變壓器、線路，調(diào)配電源和負(fù)荷；能夠滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式下、檢修方式下以及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)度要求。
2）檢修要求?？梢苑奖愕耐＿\(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行安全檢修，且不致影響對(duì)用戶的供電。
3）擴(kuò)建要求。可以容易的從初期過渡到終期接線，使在擴(kuò)建時(shí)，無論一次和二次設(shè)備改造量最少。
2.3.3 主接線經(jīng)濟(jì)性的要求
在滿足技術(shù)要求的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理。
1）投資省：主接線簡單，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的投資；占地面積?。弘姎庵鹘泳€設(shè)計(jì)要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地、架構(gòu)、導(dǎo)線、絕緣子及安裝費(fèi)用。
2）電能損耗少：經(jīng)濟(jì)選擇主變壓器型式、容量和臺(tái)數(shù)，避免兩次變壓增加電能損失。
2.4 電氣主接線的選擇和比較
2.4.1 主接線方案的擬訂
高壓側(cè)是2回出線，可選擇線路變壓器組，單母分段帶旁路母線，橋型接線。
中壓側(cè)有4回出線，低壓側(cè)有10回出線，均可以采用單母線、單母分段、單母分段帶旁路和雙母線接線。
在比較各種接線的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍后，提出如下五種方案：
方案A（圖2-1）高壓側(cè)：單元接線；中壓側(cè)，低壓側(cè)：單母線分段
圖2-1 方案A主接線圖
圖2-2 方案A主接線圖
方案B（圖2-2） 高壓側(cè)，中壓側(cè)：雙母線接線；低壓側(cè)：單母分段
圖2-2 方案B主接線圖
方案C（圖2-3） 高壓側(cè)：單母分段帶旁路母線；中壓側(cè)，低壓側(cè)：單母分段
圖2-3 方案C主接線圖
方案D（圖2-4）高壓側(cè)：外橋接線；中壓側(cè)：單母分段帶旁路母線；低壓側(cè)：雙母線
圖2-4 方案D主接線圖
方案E（圖2-5） 高壓側(cè)：內(nèi)橋接線；中壓側(cè)，低壓側(cè)：單母線分段帶旁路方式
圖2-5 方案E主接線圖
2.4.2 主接線各方案的討論比較
方案A：
220kV側(cè)：采用單元接線。優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，開關(guān)設(shè)備少，節(jié)省投資，操作簡單。不過缺點(diǎn)也相當(dāng)突出：任一元件發(fā)生故障或經(jīng)行檢修時(shí)，整個(gè)單元需停止工作。
110kV與10kV側(cè)：均采用單母線分段的方式。
方案B：
220kV側(cè)和110kV側(cè)：采用雙母線接線。與單母線相比，它的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性大，可以輪流檢修母線而不使供電中斷，當(dāng)一組母線故障時(shí)，只要將故障母線上的回路倒換到另一組母線，就可迅速恢復(fù)供電，另外還具有調(diào)度、擴(kuò)建、檢修方便的優(yōu)點(diǎn)。
10kV側(cè)：采用單母分段接線的形式使得重要用戶可從不同線分段引出兩個(gè)回路，使重要用戶有兩個(gè)電源供電。單母線分段接法可以提供單母線運(yùn)行，各段并列運(yùn)行，各段分列運(yùn)行等運(yùn)行方式，便于分段檢修母線，減小母線故障影響范圍。任一母線發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置可使分段斷路器跳閘，保證正確母線繼續(xù)運(yùn)行。
方案C：
220kV側(cè)：變電所經(jīng)兩回線從系統(tǒng)獲得電源，采用單母分段帶旁路母線接線可以獲得很高的可靠性，任一母線或斷路器檢修均不會(huì)造成停電，任一母線、斷路器故障只會(huì)引起短時(shí)停電，任一進(jìn)線故障不會(huì)造成停電。
但同時(shí)我們也注意到，該方案較后兩種方案多用了兩套斷路器和多臺(tái)隔離開關(guān)，這無疑增加了變電所的一次投資，而且在檢修時(shí)倒閘也十分的復(fù)雜，容易造成誤操作，從而引起事故。
110kV和10kV采用單母分段接線的形式使得重要用戶可從不同線分段引出兩個(gè)回路，使重要用戶有兩個(gè)電源供電。單母線分段接法可以提供單母線運(yùn)行，各段并列運(yùn)行，各段分列運(yùn)行等運(yùn)行方式，便于分段檢修母線，減小母線故障影響范圍。任一母線發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置可使分段斷路器跳閘，保證正確母線繼續(xù)運(yùn)行。
當(dāng)然這種接線也有它本身的缺點(diǎn)，那就是在檢修母線或斷路器時(shí)會(huì)造成停電，特別在夏季雷雨較多時(shí)，斷路器經(jīng)常跳閘，因此要相應(yīng)地增加斷路器的檢修次數(shù)，這使得這個(gè)問題更加突出。
方案D：
220kV側(cè)：采用外橋法接線。與內(nèi)橋法一樣，該接線形式所用斷路器少，四個(gè)回路只需三個(gè)斷路器，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)任一線路發(fā)生故障時(shí)，需同時(shí)動(dòng)作與之相連的兩臺(tái)斷路器，從而影響一臺(tái)未發(fā)生故障的變壓器的運(yùn)行。
但當(dāng)任一臺(tái)變壓器故障或是檢修時(shí)，能快速的切除故障變壓器，不會(huì)造成對(duì)無故障變壓器的影響。因此，外橋接線只能用于線路短、檢修和故障少的線路中。
110kV側(cè)：采用單母分段帶旁路母線接線。該接線方法具有單母分段接線優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，可以在不中斷該回路供電的情況下檢修斷路器或母線，從而得到較高的可靠性。這樣就很好的解決了在雷雨季節(jié)斷路器頻繁跳閘而檢修次數(shù)增多引起系統(tǒng)可靠性降低的問題。
但同時(shí)我們也看到，增加了一組母線和兩個(gè)隔離開關(guān)，從而增加了一次設(shè)備的投資。而且由于采用分段斷路器兼做旁路斷路器，雖然節(jié)約了投資，但在檢修斷路器或母線時(shí)，倒閘操作比較復(fù)雜，容易引起誤操作,造成事故。
10kV側(cè)：采用雙母線接線。優(yōu)點(diǎn)：供電可靠。通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，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(fù)供電，檢修任一回路母線的隔離開關(guān)時(shí)，只需斷開此隔離開關(guān)所屬的一條電路和與此隔離開關(guān)相連的該組母線，能靈活地適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化地需要；通過倒換操作可以組成各種運(yùn)行方式。擴(kuò)建方便。
缺點(diǎn)：增加一組母線和多個(gè)隔離開關(guān)，一定程度上增加一次投資。當(dāng)母線故障或檢修時(shí),隔離開關(guān)作為倒換操作電器,容易誤操作。
方案E：
220kV側(cè)：采用內(nèi)橋接線。110kV側(cè)與10kV側(cè)均采用單母線分段帶旁路母線的接線方式。此方案該接線方法具有單母分段接線優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),可以在不中斷該回路供電的情況下檢修斷路器或母線,從而得到較高的可靠性。
2.4.3 主接線方案的最終選擇
通過分析原始資料,可以知道該變電站在系統(tǒng)中的地位較重要,年運(yùn)行小時(shí)數(shù)較高,因此主接線要求有較高的可靠性和調(diào)度的靈活性.根據(jù)以上各個(gè)方案的初步經(jīng)濟(jì)與技術(shù)性綜合比較,兼顧可靠性，靈活性,我選擇方案B作為最終方案。
3 主變壓器的選擇
在各級(jí)電壓等級(jí)的變電所中，變壓器是主要電氣設(shè)備之一，其擔(dān)負(fù)著變換網(wǎng)絡(luò)電壓進(jìn)行電力傳輸?shù)闹匾蝿?wù)。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(yùn)行的保證。特別是我國當(dāng)前的能源政策是開發(fā)與節(jié)約并重，近期以節(jié)約為主。因此，在確保安全可靠供電的基礎(chǔ)上，確定變壓器的經(jīng)濟(jì)容量，提高網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行素質(zhì)將具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
3.1 變電站主變壓器選擇的規(guī)定
1）主變?nèi)萘亢团_(tái)數(shù)的選擇，應(yīng)根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》SDJ161—85有關(guān)規(guī)定和審批的電力規(guī)劃設(shè)計(jì)決定進(jìn)行。凡有兩臺(tái)及以上主變的變電站，其中一臺(tái)事故停運(yùn)后，其余主變的容量應(yīng)保證供應(yīng)該站全部負(fù)荷的60%，在計(jì)及過負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷。
2）根據(jù)電力負(fù)荷的發(fā)展和潮流的變化，結(jié)合系統(tǒng)短路電流、系統(tǒng)穩(wěn)定、系統(tǒng)繼電保護(hù)、對(duì)通信線路的影響、調(diào)壓和設(shè)備制造等條件允許時(shí)，應(yīng)采用自耦變壓器。
3）主變調(diào)壓方式的選擇，應(yīng)符合《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》SDJ161的有關(guān)規(guī)定。
3.2 主變壓器選擇的一般原則與步驟
3.2.1 主變壓器臺(tái)數(shù)的確定原則
為保證供電的可靠性，變電所一般應(yīng)裝設(shè)兩臺(tái)主變，但一般不超過兩臺(tái)主變。當(dāng)只有一個(gè)電源或變電站的一級(jí)負(fù)荷另有備用電源保證供電時(shí)，可裝設(shè)一臺(tái)主變。對(duì)大型樞紐變電站，根據(jù)工程的情況，應(yīng)裝設(shè)2～4臺(tái)主變。
當(dāng)變電站裝設(shè)兩臺(tái)變壓器的時(shí)候當(dāng)一臺(tái)停運(yùn)時(shí)，一臺(tái)檢修時(shí)，另一臺(tái)應(yīng)該能夠60%以上的負(fù)擔(dān)。
3.2.2 主變壓器形式的選擇原則
1）220kV主變一般采用三相變壓器。
2）當(dāng)系統(tǒng)有調(diào)壓方式時(shí)，應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器。對(duì)新建的變電站，從網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的觀點(diǎn)考慮，應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器。
3）具有三個(gè)電壓等級(jí)的變電站，一般采用三繞組變壓器。
3.2.3 主變壓器容量的確定原則
1）為了準(zhǔn)確選擇主變的容量，要繪制變電站的年及日負(fù)荷曲線，并從該曲線得出變電站的年、日最高負(fù)荷和平均符合。
2）主變?nèi)萘康拇_定應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)5～10年發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行。
3）變壓器最大負(fù)荷按下式確定：
（3-1）
式中——負(fù)荷同時(shí)系數(shù)；
——按負(fù)荷等級(jí)統(tǒng)計(jì)的綜合用電負(fù)荷。
對(duì)于兩臺(tái)變壓器的變電站，其變壓器的容量可以按下式計(jì)算：
（3-2）
如此，當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)，考慮變壓器的過負(fù)荷能力為40%，則可保證84%的負(fù)荷供電。
3.3 主變壓器的計(jì)算與選擇
3.3.1 容量計(jì)算
在《電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：裝有兩臺(tái)及以上主變壓器的變電所中，當(dāng)斷開一臺(tái)主變時(shí)，其余主變壓器的容量應(yīng)能保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷，其主變壓器容量應(yīng)滿足“不應(yīng)小于70%--80%的全部負(fù)荷”。
已知110kV側(cè)最大負(fù)荷90MW, ；
10kV側(cè)最大負(fù)荷26MW，。
由計(jì)算可知單臺(tái)主變的最大容量為(設(shè)負(fù)荷同時(shí)系數(shù)為0.85)：
結(jié)論：選擇兩臺(tái)63MVA的變壓器并列運(yùn)行。
3.3.2 變壓器型號(hào)的選擇
因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中有三個(gè)電壓等級(jí)，且當(dāng)變壓器最小負(fù)荷側(cè)通過的容量大于主變?nèi)萘康?5%時(shí)，宜選用三繞組變壓器。
綜上所述： 主變壓器選用三相三線圈有載調(diào)壓、全封閉節(jié)能型降壓變壓器。
型 號(hào):SFPSZ7-63000/220
容 量：63000kVA
電壓比：230/ 121/ 10.5kV
接線方式、組別：Y0 / Y0 / △
阻抗電壓百分比：高-中14.5% 高-低23.2% 中-低7.2%
空載損耗：144kW
短路損耗：480kW
容量比 ：100 / 100 / 100
空載電流：0.8%調(diào)壓方式： 有載調(diào)壓
冷卻方式：強(qiáng)迫油循環(huán)水冷
4 短路電流的計(jì)算
4.1 概述
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(duì)
于中性點(diǎn)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(duì)稱短路，系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時(shí)一樣仍處于對(duì)稱狀態(tài)，其他類
型的短路都是不對(duì)稱短路。
電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(jī)會(huì)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(jì)算短路電流，并檢驗(yàn)電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。
4.2 短路電流計(jì)算的目的及原則
計(jì)算短路電流的目的主要是為了選擇斷路器等電氣設(shè)備或?qū)@些設(shè)備提出技術(shù)要求；評(píng)價(jià)并確定網(wǎng)絡(luò)方案，研究限制短路電流措施；為繼電保護(hù)設(shè)計(jì)與調(diào)試提供依據(jù)；分析計(jì)算送點(diǎn)線路對(duì)通訊設(shè)施的影響等。
在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，短路電流的計(jì)算應(yīng)按遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年來考慮，遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年一般取工程建成后5~10年中的某一年。計(jì)算內(nèi)容為系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式時(shí)，某個(gè)樞紐點(diǎn)的三相短路電流和單相接地短路電流，并列表供查用。假若短路電流過大，應(yīng)采取措施將其限制在合理水平。
4.3 短路點(diǎn)的選擇與各短路點(diǎn)的短路電流的計(jì)算
已知，選取100MVA為基準(zhǔn)容量，查上表得，基準(zhǔn)電壓為230kV，基準(zhǔn)電流為0.502kA，基準(zhǔn)電抗為132Ω，系統(tǒng)為無窮大系統(tǒng)，發(fā)生短路時(shí)，短路電流的周期分量在整個(gè)短路過程中不衰減。由原始資料可知：
系統(tǒng)短路電抗：
又由所選的變壓器參數(shù)阻抗電壓：14.5% (高-中)，23.2% (高-低)，7.2%（中-低）算得：
X1=0.5[U(1-2)% +U(1-3)% - U(2-3)%]=15.25
X2=0.5[U(1-2)% +U(2-3)% - U(1-3)% ]= -0.75
X3=0.5[U(1-3)% +U(2-3)% - U(1-2)% ]= 7.95
主變?nèi)萘繛?3MVA；
標(biāo)幺值：
X1* = X1 / 100×( Sb /SN)= 00.242
X2* = X2 / 100×( Sb /SN)= -0.012
X3* = X3 / 100×( Sb /SN)= 0.126
因?yàn)閄2*小于零，所以在計(jì)算中取零。簡化后的阻抗圖如圖4-1：
0.04
d1 220kV
0.121
0.063 d3
10kV
0
d2 110kV
圖4-1 系統(tǒng)阻抗簡化圖
選d1,d2,d3為短路點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。
（1）當(dāng)d1點(diǎn)短路時(shí)：
Id1*= 25
I"d1= Id1*×Ib =25×0.251= 6.276(kA)
I= I"d1=6.276(kA)
（110kv及以上網(wǎng)絡(luò)Kch取1.8）
其中，Id:短路電流周期分量有效值
I"d：起始次暫態(tài)電流 I：t=時(shí)的穩(wěn)態(tài)電流
（2）當(dāng)d2短路時(shí)：
I"d2*=1/Xd2*=1/（0.04+0.121）=6.211
Ib =Sb/ Ub2=100/( ×115)=0.502(kA)
I"d2= I"d2*×Ib =6.211×0.502=3.118(kA)
= Kch× I"d2= 2×1.83.118=7.95(kA)
（3）當(dāng)d3點(diǎn)短路時(shí)：
I"d3*=1/Xd3*=1/（0.04+0.121+0.063）=1.264
Ib=Sb/ Ub3=100/( ×10.5 )= 5.5(kA)
I"d3= I"d3*×Ib =1.264×5.5=6.950(kA)
ich= Kch× I"d3= ×1.8×6.950=17.723(kA)
短路電流計(jì)算結(jié)果如下表所示：
表4-1 短路電流計(jì)算結(jié)果
短路點(diǎn)編號(hào)
短路點(diǎn)額定電壓
短路點(diǎn)平均電壓
短路電流周期分量
短路沖擊電流
有效值
穩(wěn)態(tài)值
穩(wěn)態(tài)值
d1
220
230
25
6.276
16
d2
110
115
6.211
3.118
7.95
d3
10
10.5
1.264
6.950
17.723
5 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)
5.1 斷路器的選擇
5.1.1 斷路器選擇原則與技術(shù)條件
在各種電壓等級(jí)的變電所的設(shè)計(jì)中，斷路器是最為重要的電氣設(shè)備。高壓斷路器的工作最為頻繁，地位最為關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜[9]。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，對(duì)斷路器的要求是比較高的，不但要求其在正常工作條件下有足夠的接通和開斷負(fù)荷電流的能力，而且要求其在短路條件下，對(duì)短路電流有足夠的遮斷能力[11]。
高壓斷路器的主要功能是：正常運(yùn)行時(shí)，用它來倒換運(yùn)行方式，把設(shè)備或線路接入電
路或退出運(yùn)行，起著控制作用；當(dāng)設(shè)備或電路發(fā)生故障時(shí)，能快速切除故障回路、保證無
故障部分正常運(yùn)行，能起保護(hù)作用。高壓斷路器是開關(guān)電器中最為完善的一種設(shè)備。其最
大特點(diǎn)是能斷開電路中負(fù)荷電流和短路電流。
按照斷路器采用的滅弧介質(zhì)和滅弧方式，一般可分為：多油斷路器、少油斷路器、壓
縮空氣斷路器、真空斷路器、SF6斷路器等。
斷路器型式的選擇，除應(yīng)滿足各項(xiàng)技術(shù)條件和環(huán)境外，還應(yīng)考慮便于施工調(diào)試和維護(hù)，
并以技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確認(rèn)。
目前國產(chǎn)的高壓斷路器在220kV主要是SF6斷路器。
斷路器選擇的具體技術(shù)條件簡述如下：
1）電壓：Uj（電網(wǎng)工作電壓）￡Un。
2）電流：Ig max（最大持續(xù)工作電流）￡ In 。
由于高壓斷路器沒有持續(xù)過載的能力， 其額定電流取最大工作持續(xù)電流Ig max 。
3）開斷電流（或開斷容量）
Idt ￡ I kd （或Sdt ￡ Skd ） （5-1）
式中 Idt ——斷路器實(shí)際開斷時(shí)間t 秒的短路電流周期分量；
Sdt ——斷路器 t 秒的開斷容量；
Ikd ——斷路器的開斷容量；
Skd ——斷路器額定開斷容量。
斷路器的實(shí)際開斷時(shí)間t ,為繼電保護(hù)主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與斷路器固有分閘時(shí)間之和。固
有分閘時(shí)間查閱《發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)參考資料》表5-25～5-29。
4）動(dòng)穩(wěn)定：
ich ￡ imax （5-2）
式中ich ——三相短路電流沖擊值；
imax ——斷路器極限通過電流峰值。
5） 熱穩(wěn)定：
（5-3）
式中——穩(wěn)態(tài)三相短路電流；
tdz ——短路電流發(fā)熱等值時(shí)間（又稱假想時(shí)間）；
It ——斷路器t 秒熱穩(wěn)定電流。
其中tdz = tz + 0.05b''，由和短路電流計(jì)算時(shí)間t。
5.1.2 斷路器型號(hào)的選擇及校驗(yàn)
（1）電壓選擇
220 kV側(cè)： U N 3 Ug=220kV
110kV 側(cè)： UN 3 Ug=110kV
10kV 側(cè)： UN 3 Ug=10kV
計(jì)算公式按下表進(jìn)行選取。
表5-1 持續(xù)工作電流計(jì)算表
回路名稱
計(jì)算公式
母線電流
出線電流
三相變壓器回路
其中SN為變壓器各側(cè)繞組容量
母線分段斷路器回路或母聯(lián)斷路器回路
Ig max一般為該母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)或一組變壓器的持續(xù)工作電流
（2）電流選擇：
出線上的電流： （5-5）
220kV側(cè)：
110 kV側(cè)：
10 kV側(cè)：
變壓器回路上的電流：
（5-6)
220kV側(cè)：
110kV側(cè)：
10kV 側(cè)：
（3）開斷電流：
220kV側(cè)： Ikd 3 Idt = 3.496kA
110kV側(cè)： Ikd 3 Idt = 3.795kA
10kV 側(cè)： Ikd 3 Id t= 33.5665kA
（4）最大短路沖擊電流：
220kV側(cè)： Imax 3 ich=8.899kA
110kV側(cè)： Imax 3 ich=9.660kA
10kV側(cè)： Imax 3 ich=85.446kA
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選定斷路器如下：
1）220kV側(cè)橋間和出線選定為 LW6-220/3150，各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：
表5-1 LW6-220/3150型斷路器
額定電壓
kV
額定電流
A
動(dòng)穩(wěn)定電流kA
全開斷時(shí)間時(shí)間S
熱穩(wěn)電流（4s）kA
額定開斷電流kA
220
3150
125
0.07
21
50
檢驗(yàn)： ich=16kA; imax=125kA; ich
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