220kV變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計1,kv,變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設(shè)計
2004 lntematlonal Conference on Power System Technology POWERCON 2004 Slngapore 21 24 November 2004 I Unschctnsformer unit The capacity of the equivalent transformer unit is determined by the reserve margin and the tie line capacity constraint Besides the corresponding probability of the equivalent unit is obtained by the forced outage rate of the existing transformer units By considering the transfer capability of neighboring reserve margin the timing to commit new transformer to maintain the service reliability can be delayed and the loading factors of all main transformen can be improved A Mod ed expansion planning of Fengshan service area To investigate the impact of transformer reserve margin of interconnected areas to the LOLE of Fengshan service area two neighboring service areas of Renwu and Siaogang are included in the simulation The total existing capacity of main transformer units of Renwu and Siaogang areas are 200MVA and 460MVA respectively By summing the capacity of tie lines between Fengshan and the other mas the reserve capacity which can be provided by Renwu and Siaogang is 25 MVA each By including the equivalent transformer capacity and considering the corresponding probability of the neighboring service area the loss of load expectation of Fengshan service area has been modified as illustrated in Fig 4 and table WI To maintain the same service reliability with LOLE as 0 001 daydyear with peak loading forecast the new transformer unit of 60MVA has to be committed far years of 2009 2 1 12 2 1 17 and 2 12 1 respectively By comparing Fig 4 to Fig 2 it is found that the investment of new main transformers can be postponed if the capacity reserves of neighboring service areas are considered in the evaluation of system reliability 1 0 1 1 E 2 1 8 1E 5 1 E6 t E 1 E4 159 300 350 400 450 500 550 600 6 annual peak loading Mw Fig 4 Modified LOLE of Fengshan area for dlfkent MTR capacity 10 61 OoooO5577 Ow001155 000600017 0 oooooobb 0 0000oooo 000118612 0 00022273 0 00000324 OM o xIS 0 000 M00 0 00387wci 0 00086863 O oooO2367 0 00000MO 0 00000001 400 0 02129481 0 00492490 O wO16757 O ooOW551 0 0000W15 Fig 5 shows the revised LOLE of Fengshan service mea after taking into account the capacity reserve of SOMVA provided by the neighboring areas To serve the peak loading of 425MW with the existing 450MVA main transformer capacity the LOLE has been solved as 1 5246 daydyear as shown in table VI On the other hand the LOLE has been reduced to be 0 11 3 ldaydyear if the 50 MVA capacity reserve is included in the reliability analysis I owooooo00 0 010Mx10000 0 0001000o0o 0 0000010000 o ooooooo1oo 0 1 150 200 250 300 350 400 450 500 Peak load MW Fig 5 LOLE of Fengshan V CONCLUSIONS been derived According to the forced outage rate of main transformers the loss of load expectation has been evaluated The expansion planning of main transformers to maintain system service reliability is obtained To further enhance the cost benefit of main transformers expansion planning the transformer reserve capacity of neighboring areas is considered and represented as an equivalent transformer unit with the corresponding outage probability The service reliability of distribution system cil l be improved effectively with the reserve capacity supported by the neighboring areas Besides the commitment of new transformers can be postponed and the loading factors of existing transformen can be improved by the proposed expansion strategy W RE FERENCES I 2 131 4 0 5 Luo Service reliability of dishibutiou system Taiwan Power Company training center 1987 Dishibution annual reports Taiwan Power Company 2002 Roy Billinton and Ronald N Man Retiability Evaluation of Power Systems Second Edition 1996 EEX Recommended Practice for the Design of Reliable Indastrial and ConmKrrial Power Systems IEEE Standard 493 1997 Vn BIOGRAPHIES C S Chen received the B S degree hnm National Taiwan University in 1976 and the M S PhD gm in Eldcal Enginaaing from the University of Texas at Arlington in 1981 and 1984 respectively From 1984 to 1994 he was a professor of Electrical Engintcring department at National Sun Yat Sen University From 1989 to 1990 he was ou sabbatical at Empros Systems International Since Oct 1994 he woks as the depuly director general of Dcpamncnt of Kaohsiuug Mass Rapid Transit From Feb 1997 to July 1998 he wag with the National Taiwan University of Science and Technology a a professor Fmm August 1998 he is with the National Sun Yat Sen University a full professor His majors are wmputa control of power systems electrical and mechanical system integration of mass rapid transit systems M Y Huang received the M S degree in Electrical Engineering mm National Chtng Kung University in 1993 He is currently pursujng Ph D degree in Electrical Engincuing of National Sun Yat Sen University C C Chen received the B S dege hm National Taiwan Institute of Tffihnology in 1989 M S degree fium National Suu Yat Sen University in 2003 He is presently an enginscr at Taipower To achieve the optimal expansion planning of main transformer capacity with the load growth of distribution system the historical peak load demands of service areas have been collected By performing the regression analysis the time series model for load forecasting of service areas has 62
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：杜旭光 班級： 農(nóng)電08k2
所在系別： 電力工程系
所在專業(yè)： 農(nóng)業(yè)電氣化及其自動化
設(shè)計（論文）題目： 220kV變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計：220/110/10kV 進/出線回數(shù)2/4/10
指導(dǎo)教師： 牛勝鎖
2012年3月 30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)所查閱的文獻資料，每人撰寫不低于2000字的文獻綜述。（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）：
一．設(shè)計主要內(nèi)容
根據(jù)原始資料選擇5~7種合理的電氣主接線，進行初步技術(shù)、經(jīng)濟比較，選擇2種較好的電氣主接線；選擇主變壓器的容量和型號；計算兩種主接線的短路電流；根據(jù)短路電流計算結(jié)果選擇電氣設(shè)備；通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定最佳方案；防雷系統(tǒng)設(shè)計，屋內(nèi)外配電裝置設(shè)計和總平面布置。
2． 設(shè)計方法
1.變壓器選擇：根據(jù)供電質(zhì)量及供電可靠性要求選擇容量及臺數(shù)。
2.電氣主接線：根據(jù)變電所電氣主接線選擇的原則要求及供電可靠性要求，經(jīng)濟性和靈活性，檢修時的操作方便等因素
2.短路電流計算：首先選擇計算短路點，畫等值網(wǎng)絡(luò)圖，求出計算電抗，然后計算短路電流周期分量有名值，短路容量及短路電流沖擊值。
3.電氣設(shè)備的選擇：選擇的方法有按正常工作條件選擇，按短路情況檢驗，按熱穩(wěn)定校驗。
4.防雷設(shè)計：采用避雷針，使所有設(shè)備都處于避雷針的保護范圍之內(nèi)，此外還應(yīng)采取措施，防止雷擊避雷針時不致發(fā)生繞擊。
5.配電裝置設(shè)計：根據(jù)電力系統(tǒng)條件,按照地理環(huán)境特點和運行檢修方便的要求,合理的制定布置方案和選用設(shè)備。
1． 對“文獻綜述”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降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計文獻綜述
一．設(shè)計意義
在我國，電力能源的需求持續(xù)增長，城市和農(nóng)村用電量和密度越來越來高，需要更多的深入市區(qū)農(nóng)村的變電站，以減少線路的功率損耗，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等，然而這些變電站占地面積大；二是城區(qū)地價昂貴，環(huán)境要求嚴格，在稠密的市區(qū)選擇變電站址相當(dāng)困難。本次畢業(yè)設(shè)計的目的在于運用自己的專業(yè)知識，設(shè)計一個三個電壓等級的變電站。
提高電網(wǎng)的供電可靠性，變電所起著重要作用。變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它承擔(dān)著升高或降低電壓以及轉(zhuǎn)換功率的作用。變電所設(shè)計的正確與否不僅影響著電力負荷的供電可靠性，同時也影響著電力系統(tǒng)的安全可靠運行[1]。
二. 設(shè)計內(nèi)容
（1） 電氣主接線設(shè)計
變電所電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的主要成部分。它表明了發(fā)電機、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、電、輸配電的任務(wù)。它的設(shè)計，直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關(guān)著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行[2]。
在進行變電站電氣主接線設(shè)計時，我們應(yīng)該主要遵循以下設(shè)計原則：（1）需要考慮變電所在電力系統(tǒng)中的位置，變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定電氣主接線的主要因素。（2）要考慮近期和遠期的發(fā)展規(guī)模，變電所電氣主接線的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)5～10 年電力發(fā)展規(guī)劃進行。（3）考慮負荷的重要性分級和出線回數(shù)多少對電氣主接線的影響，對一級負荷，必須有兩個獨立電源供電，且當(dāng)一個電源失去后，應(yīng)保證全部一級負荷不間斷供電；對二級負荷，一般要有兩個電源供電，且當(dāng)一個電源失去后，應(yīng)保證大部分二級負荷供電；三級負荷一般只需要一個電源供電。（4）考慮主變臺數(shù)對電氣主接線的影響，變電所主變的臺數(shù)對電氣主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響，傳輸容量不同，對主接線的可靠性、靈活性的要求也不同。（5）考慮備用容量的有無和大小對電氣主接線的影響，發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應(yīng)負荷突增、設(shè)備檢修、故障停運情況下的應(yīng)急要求[3]。
（2） 短路電流計算
短路電流計算在整個設(shè)計中起著重要的作用，這項工作之所以重要，是因為這是校驗設(shè)備，進行故障設(shè)計依據(jù)等工作的依據(jù)。
短路電流計算的目的是：在選電氣主接線時，為了比較各種接線方案或選定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施；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瞎的都能安全可靠的工作，同時又力求節(jié)約資金；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；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)；接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流[4][5]。
現(xiàn)將其計算步驟簡述如下：
1. 選擇計算短路點。
2. 畫等值網(wǎng)絡(luò)(次暫態(tài)網(wǎng)絡(luò))圖
1) 首先去掉系統(tǒng)中的所有負荷分支、線路電容、各元件的電阻，發(fā)電機電抗用次暫態(tài)電抗Xd"。
2) 選取基準容量Sb和基準電壓Ub (一般取各級的平均電壓)。
3) 將各元件電抗換算為同一基準值的標么電抗。
4) 繪出等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號。
3. 化簡等值網(wǎng)絡(luò)：為計算不同短路點的短路電流值，需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡為以短路點為中心的輻射形等值網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗久Xnd。
4. 求計算電抗Xjs。
5. 由運算曲線查出各電源供給的短路電流周期分量標么值(運算曲線只作到Xjs＝3．5)。
6. 計算無限大容量(或Xjs＞3)的電源供給的短路電流周期分量。
7. 計算短路電流周期分量有名值和短路容量。
8. 計算短路電流沖擊值。
9. 計算異步電動機供給的短路電流,繪制計算結(jié)果表格[6]。
（3） 電氣設(shè)備選擇
1. 選擇的一般原則
1) 應(yīng)力求技術(shù)先進,安全適用,經(jīng)濟合理
2) 應(yīng)滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求,并考慮遠景發(fā)展
3) 應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校準
4) 選擇的導(dǎo)體品種不宜過多。
2. 選擇的一般方法
按正常工作條件選擇，即待選電器的允許最高工作電壓不小于電器所在回路的最高運行電壓; 待選導(dǎo)體(電器)的長期允許電流(額定電流)不小于導(dǎo)體(電器)所在回路的持續(xù)工作電流。
按短路條件檢驗，其中有按動穩(wěn)定校驗要求電器允許通過的動穩(wěn)定電流幅值不小于短路沖擊電流幅值；導(dǎo)體實際承受的最大應(yīng)力不小于導(dǎo)體材料的允許應(yīng)力；還有按熱穩(wěn)定校驗，要求電器允許通過的熱穩(wěn)定電流產(chǎn)生的熱量不小于短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng);選擇導(dǎo)體的截面不小于導(dǎo)體滿足熱穩(wěn)定的最小截面[7][8]。
3. 主變壓器選擇
正確合理地選擇主變壓器的臺數(shù)、容量和類型是電力系統(tǒng)規(guī)劃和具體變電所主接線設(shè)計中的一個主要問題。
為保證供電可靠性，避免一臺主變壓器故障或檢修時影響供電，變電所中一般裝設(shè)兩臺主變壓器。對110千伏及以下終端或分支變電所，如只有一個電源或變電所的重要負荷可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源時，可只裝設(shè)一臺主變壓器[9]。對于一座變電站，在滿足相同的供電能力和供電可靠性的前提下，安裝兩臺或三臺變壓器哪個方案更合理，如何選擇合適的主變壓器臺數(shù)，需要根據(jù)城區(qū)供電條件、負荷性質(zhì)及運行方式等條件，從經(jīng)濟和技術(shù)方面考慮以下幾個因素：
1) 主變總?cè)萘浚涸诳傌摵刹蛔兊那疤嵯?，停一臺主變壓器時，要求仍具有相同的供電能力。
2) 變壓器制造容量限制
3） 占地面積[10]
（4） 高壓配電裝置
高壓配電裝置的設(shè)計必須根據(jù)電力系統(tǒng)條件,按照自然環(huán)境特點和運行檢修的要求,合理的制定布置方案和選用設(shè)備,并積極慎重地采用新布置,新設(shè)備和新材料,使設(shè)計技術(shù)先進,經(jīng)濟合理,可靠運行,巡視方便[11]。
（5） 防雷設(shè)計
變電所的雷害來自兩個方面，一是雷直擊變電所，二是雷擊輸電線路后產(chǎn)生的雷電波沿線路向變電所侵入，對直擊雷的保護，一般采用避雷針和避雷線，使所有設(shè)備都處于避雷針（線）的保護范圍之內(nèi)，此外還應(yīng)采取措施，防止雷擊避雷針時不致發(fā)生反擊[12]。
避雷針的作用：將雷電流吸引到其本身并安全地將雷電流引入大地，從而保護設(shè)備，避雷針必須高于被保護物體，可根據(jù)不同情況或裝設(shè)在配電構(gòu)架上，或獨立裝設(shè)，避雷線主要用于保護線路，一般不用于保護變電所。
避雷器的作用：專門用以限制過電壓的一種電氣設(shè)備，它實質(zhì)是一個放電器，與被保護的電氣設(shè)備并聯(lián)，當(dāng)作用電壓超過一定幅值時，避雷器先放電，限制了過電壓，保護了其它電氣設(shè)備[13]。
三．變電站在未來的發(fā)展趨勢和發(fā)展要求
近年來，我國在電氣方面發(fā)展迅速，但是在變電技術(shù)發(fā)展還不是很純熟。一些發(fā)達國家已經(jīng)形成了完善的變電設(shè)計理論，電力系統(tǒng)真正的做到了節(jié)約型、集約型、高效型。發(fā)達國家通過改善并優(yōu)化變電站結(jié)構(gòu)，降低變電站的功率損耗，盡可能地提高了變電站的可靠性，使變電站的靈活性提高，同時提高了經(jīng)濟性。 在國內(nèi)，變電站的設(shè)計中仍然存在問題，隨著能源緊缺和需求增長，優(yōu)化設(shè)計成了至關(guān)重要的前提。
在新形勢下，隨著我國城市化越來越發(fā)達。城市變電站建筑設(shè)計發(fā)生了很大的變化。在提高效率、降低成本、保證電網(wǎng)安全、提高服務(wù)質(zhì)量、節(jié)能降耗、環(huán)境友好等方面有顯著作用?？偨Y(jié)近幾年變電站建筑設(shè)計，有以下幾大發(fā)展趨勢：
（一）變電站建筑設(shè)計的節(jié)能省地趨勢
城市變電站是城市建設(shè)不可分割的一部分，城市要用電，變電站就必須建設(shè)。大城市的突出特點就是土地緊張，寸土寸金，為此，國家電網(wǎng)公司非常重視，組織開展了變電站的典型設(shè)計工作，設(shè)計了適合天津地區(qū)特點的從35-220kV 的多套變電站的典型設(shè)計。從而規(guī)范了變電站設(shè)計，減少了占地。
(二） 城市變電站建筑設(shè)計的生態(tài)化趨勢
人們在大發(fā)展的時代越來越深刻的意識到，人類必須與大自然和諧共生、“可持續(xù)發(fā)展”、“生態(tài)環(huán)境”思想已成為人們的共識。在此原則下, 生態(tài)變電站是城市變電站建筑設(shè)計的必然選擇。
（三）變電站建筑設(shè)計的高科技化趨勢
其主要表現(xiàn)在：充分滿足電氣工藝的技術(shù)要求。特別是電氣設(shè)備的發(fā)展的微型化、自動化、潔凈化、精密化、環(huán)境無污染化、智能化、數(shù)字化等要求；充分滿足周圍環(huán)境對變電站建筑設(shè)計的技術(shù)要求；變電站建筑本身的智能設(shè)計，包括應(yīng)用新型建筑材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用和創(chuàng)新等。如火災(zāi)自動報警、自動滅火、電子巡更、F6S氣體自動報警及排除等。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機已滲透到了世界每個角落。電力系統(tǒng)也不可避免地進入了微機控制時代，變電站綜合自動化系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢[14]。
變電站綜合自動化對于實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和現(xiàn)場運行管理現(xiàn)代化, 提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行水平起到了很大的促進作用, 一方面綜合自動化系統(tǒng)取代或更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng), 已經(jīng)成為必然趨勢。另一方面, 保護本身也需要自查、故障錄波、事件記錄、運行監(jiān)視和控制管理等更強健的功能。發(fā)展和完善變電站綜合自動化系統(tǒng), 是電力系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢和方向[15]。
（四）變電站建筑設(shè)計的文化性趨勢
變電站建設(shè)是電力建設(shè)的一個重要組成部分，是展示國家電力企業(yè)形象的一個重要窗口，是體現(xiàn)企業(yè)文化的一個重要載體.企業(yè)文化建設(shè)將越來越融入到具體的工程建設(shè)中去，會進一步提升企業(yè)崇尚科技、堅持環(huán)保、尊重社會、服務(wù)社會、展示企業(yè)風(fēng)采的良好形象[16]。
（五）城市變電站建筑設(shè)計的標準化趨勢
國家電網(wǎng)公司從幾年前就已經(jīng)開始著手變電站的標準化工作[17]。目前變電站的典型設(shè)計正在進一步深化之中，已完成了大部分的施工圖階段的典型設(shè)計工作[18]。通過變電站典型設(shè)計地推廣應(yīng)用，實現(xiàn)了變電站建設(shè)的集約化管理、減少資源消耗和土地占用、合理控制了造價、提高了工作效率，體現(xiàn)了“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和標準化”的具體要求[19]。
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華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計：220/110/10kV，進出線數(shù)2/4/10
題 目
畢 業(yè) 設(shè) 計(論文)
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院 系
電力工程系
專業(yè)班級
農(nóng)業(yè)電氣化與自動化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（論文）
220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計（220/110/10kV，進出線數(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，變電所安全可靠運行與國民經(jīng)濟的發(fā)展密切相關(guān)。隨著電力系統(tǒng)裝機容量和供電地域的不斷擴大，同時電能質(zhì)量、供電可靠性、運行經(jīng)濟性的要求也越來越高。隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進步，社會生產(chǎn)和生活對電能供應(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)計和建造一個安全、經(jīng)濟的變電所，是極為重要的。本次設(shè)計建設(shè)一座220KV降壓變電所，首先，根據(jù)主接線的經(jīng)濟可靠、運行靈活的要求選擇各個電壓等級的接線方式，在技術(shù)方面和經(jīng)濟方面進行比較，選取靈活的最優(yōu)接線方式。其次進行短路電流計算，根據(jù)各短路點計算出各點短路穩(wěn)態(tài)電流和短路沖擊電流，從三相短路計算中得到當(dāng)短路發(fā)生在各電壓等級的工作母線時，其短路穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流的值。然后，根據(jù)各電壓等級的額定電壓和最大持續(xù)工作電流進行設(shè)備選擇和校驗。最后進行配電裝置設(shè)計和總平面布置，防雷保護的設(shè)計。
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 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 主變壓器的計算與選擇 12
3.3.1 容量計算 12
3.3.2 變壓器型號的選擇 12
4 短路電流的計算 13
4.1 概述 13
4.2 短路電流計算的目的及原則 13
4.3 短路點的選擇與各短路點的短路電流的計算 13
5 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的選擇和設(shè)計 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 斷路器型號的選擇及校驗 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)型號的選擇及校驗 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電壓等級電流互感器的選擇 22
6.1.3 10kV電壓等級電流互感器的選擇 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 對于硬導(dǎo)線進行熱穩(wěn)定校驗和動穩(wěn)定校驗方法 24
6.3.3 母線型號的選擇 24
7 防雷保護設(shè)計 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 28
7.4.1 避雷針的作用 28
7.4.2避雷針的保護范圍及計算 28
8 屋內(nèi)外配電裝置設(shè)計和總平面布置 31
8.1 概述 31
8.2 配電裝置形式的設(shè)計 31
結(jié) 論 33
參考文獻 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,其運行的可靠和安全與否直接關(guān)系到整個電網(wǎng)的安全運行。
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，其運行的安全與否，直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，對國民經(jīng)濟和社會的發(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，變電所運行設(shè)備和運行操作一旦發(fā)生事故而不能及時消除或處理不當(dāng)，就將危機電網(wǎng)的安全運行，嚴重時甚至釀成大面積停電。對一個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；而對于超高壓變電站，由于它們在電力系統(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]。時代的要求使我們電力人應(yīng)以高度的熱忱和認真的態(tài)度去對待工作的各個環(huán)節(jié)。
目前，我國城市電力網(wǎng)和農(nóng)村電力網(wǎng)正進行大規(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)實情況是常規(guī)變電所依然存在，小型變電所，微機監(jiān)測變電所，綜合自動化變電所相繼出現(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)計的基本原理而來，因此對于變電設(shè)計基本原理的掌握是創(chuàng)新的根本[4]。本畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容為220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計，是最為常見的常規(guī)變電所，設(shè)計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，防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計，總布局和配電裝置的設(shè)計等內(nèi)容。本次設(shè)計完全按照任務(wù)書的要求進行，所有數(shù)據(jù)及理論均有根有據(jù)，準確度較高。
2 電氣主接線的設(shè)計
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、變壓器、線路、和斷路器等的數(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)。電氣主接線的設(shè)計，直接影響著全站電器設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行。主接線的設(shè)計是一個綜合性的問題。必須在滿足國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策的前提下，力爭使其技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠[2]。
對于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)視電壓等級和出線回數(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，便于擴建和采用成套配電裝置等優(yōu)點，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，必須斷開全部電源，造成全站停電。此外，在斷路器檢修時，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，全部回路仍需短時停電，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，并且電壓等級越高，所接的回路數(shù)越少，一般只適用于一臺主變壓器。
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，自動裝置將分段斷路器FD跳開，保證正常段母線不間斷供電。在可靠性要求不高時，亦可用隔離開關(guān)分段，故障時將短時停電，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。正常運行時，PG和PD斷開。當(dāng)檢修某出線斷路器DL時，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間越多，停電損失越大，有旁路短路器可彌補這點缺陷。但斷路器價格高昂，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，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，不會停止對用戶連續(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，可臨時用母聯(lián)斷路器代替。它具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便等優(yōu)點。
雙母接線適用于：
對于，110kV～220kV輸送功率較多，送電距離較遠，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，110kV～220kV雙母線接線的配電裝置中，當(dāng)出線回路數(shù)達7回，（110kV）或5回（220kV）時，一般應(yīng)裝設(shè)專用旁路母線。
5）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。
一個半斷路器（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都比較復(fù)雜。
6）橋形接線
當(dāng)只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，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。運行時，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，故障機率較多而變壓器又不需經(jīng)常切除時。當(dāng)變壓器故障時，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)濟運行的要求需經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率時。為檢修斷路器LD，不致引起系統(tǒng)開環(huán)，有時增設(shè)并聯(lián)旁路隔離開關(guān)以供檢修LD時使用。當(dāng)線路故障時需停相應(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)，且每個回路都與兩臺斷路器相連接，檢修任一一臺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，運行操作方便。
角形接線適用于：
角形接線不便于擴建，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、負荷性質(zhì)、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設(shè)備特點等條件確定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠性、運行的靈活性、操作檢修方便、成本的經(jīng)濟性和便于過渡或擴建的先進性等要求。
2.3.1 主接線可靠性的要求
可靠性的工作是以保證對用戶不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標準是運行實踐。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部分在運行中可靠性的綜合。因此，不僅要考慮一次設(shè)備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設(shè)備的故障對供電可靠性的影響。評價主接線可靠性的標志是：
1）斷路器檢修時是否影響停電；
2）線路、斷路器、母線故障和檢修時，停運線路的回數(shù)和停運時間的長短，以及能否對重要用戶的供電；
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)配電源和負荷；能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式下、檢修方式下以及特殊運行方式下的調(diào)度要求。
2）檢修要求?？梢苑奖愕耐＿\斷路器、母線及其繼電保護設(shè)備進行安全檢修，且不致影響對用戶的供電。
3）擴建要求?？梢匀菀椎膹某跗谶^渡到終期接線，使在擴建時，無論一次和二次設(shè)備改造量最少。
2.3.3 主接線經(jīng)濟性的要求
在滿足技術(shù)要求的前提下，做到經(jīng)濟合理。
1）投資?。褐鹘泳€簡單，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的投資；占地面積小：電氣主接線設(shè)計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、絕緣子及安裝費用。
2）電能損耗少：經(jīng)濟選擇主變壓器型式、容量和臺數(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：接線簡單，開關(guān)設(shè)備少，節(jié)省投資，操作簡單。不過缺點也相當(dāng)突出：任一元件發(fā)生故障或經(jīng)行檢修時，整個單元需停止工作。
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，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、擴建、檢修方便的優(yōu)點。
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回路，使重要用戶有兩個電源供電。單母線分段接法可以提供單母線運行，各段并列運行，各段分列運行等運行方式，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，繼電保護裝置可使分段斷路器跳閘，保證正確母線繼續(xù)運行。
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造成停電，任一母線、斷路器故障只會引起短時停電，任一進線故障不會造成停電。
但同時我們也注意到，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回路，使重要用戶有兩個電源供電。單母線分段接法可以提供單母線運行，各段并列運行，各段分列運行等運行方式，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，繼電保護裝置可使分段斷路器跳閘，保證正確母線繼續(xù)運行。
當(dāng)然這種接線也有它本身的缺點，那就是在檢修母線或斷路器時會造成停電，特別在夏季雷雨較多時，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，四個回路只需三個斷路器，具有可觀的經(jīng)濟效益。當(dāng)任一線路發(fā)生故障時，需同時動作與之相連的兩臺斷路器，從而影響一臺未發(fā)生故障的變壓器的運行。
但當(dāng)任一臺變壓器故障或是檢修時，能快速的切除故障變壓器，不會造成對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)點的同時，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。
但同時我們也看到，增加了一組母線和兩個隔離開關(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，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：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，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行方式。擴建方便。
缺點：增加一組母線和多個隔離開關(guān)，一定程度上增加一次投資。當(dāng)母線故障或檢修時,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)點的同時,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,年運行小時數(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)以上各個方案的初步經(jīng)濟與技術(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
在各級電壓等級的變電所中，變壓器是主要電氣設(shè)備之一，其擔(dān)負著變換網(wǎng)絡(luò)電壓進行電力傳輸?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)濟運行的保證。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)濟容量，提高網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟運行素質(zhì)將具有明顯的經(jīng)濟效益。
3.1 變電站主變壓器選擇的規(guī)定
1）主變?nèi)萘亢团_數(shù)的選擇，應(yīng)根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》SDJ161—85有關(guān)規(guī)定和審批的電力規(guī)劃設(shè)計決定進行。凡有兩臺及以上主變的變電站，其中一臺事故停運后，其余主變的容量應(yīng)保證供應(yīng)該站全部負荷的60%，在計及過負荷能力后的允許時間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級和二級負荷。
2）根據(jù)電力負荷的發(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、對通信線路的影響、調(diào)壓和設(shè)備制造等條件允許時，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)兩臺主變，但一般不超過兩臺主變。當(dāng)只有一個電源或變電站的一級負荷另有備用電源保證供電時，可裝設(shè)一臺主變。對大型樞紐變電站，根據(jù)工程的情況，應(yīng)裝設(shè)2～4臺主變。
當(dāng)變電站裝設(shè)兩臺變壓器的時候當(dāng)一臺停運時，一臺檢修時，另一臺應(yīng)該能夠60%以上的負擔(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，應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器。對新建的變電站，從網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟運行的觀點考慮，應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器。
3）具有三個電壓等級的變電站，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）為了準確選擇主變的容量，要繪制變電站的年及日負荷曲線，并從該曲線得出變電站的年、日最高負荷和平均符合。
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)劃進行。
3）變壓器最大負荷按下式確定：
（3-1）
式中——負荷同時系數(shù)；
——按負荷等級統(tǒng)計的綜合用電負荷。
對于兩臺變壓器的變電站，其變壓器的容量可以按下式計算：
（3-2）
如此，當(dāng)一臺變壓器停運，考慮變壓器的過負荷能力為40%，則可保證84%的負荷供電。
3.3 主變壓器的計算與選擇
3.3.1 容量計算
在《電力工程設(shè)計手冊》可知：裝有兩臺及以上主變壓器的變電所中，當(dāng)斷開一臺主變時，其余主變壓器的容量應(yīng)能保證用戶的一級和二級負荷，其主變壓器容量應(yīng)滿足“不應(yīng)小于70%--80%的全部負荷”。
已知110kV側(cè)最大負荷90MW, ；
10kV側(cè)最大負荷26MW，。
由計算可知單臺主變的最大容量為(設(shè)負荷同時系數(shù)為0.85)：
結(jié)論：選擇兩臺63MVA的變壓器并列運行。
3.3.2 變壓器型號的選擇
因為本次設(shè)計中有三個電壓等級，且當(dāng)變壓器最小負荷側(cè)通過的容量大于主變?nèi)萘康?5%時，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: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：強迫油循環(huán)水冷
4 短路電流的計算
4.1 概述
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(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。
4.2 短路電流計算的目的及原則
計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；評價并確定網(wǎng)絡(luò)方案，研究限制短路電流措施；為繼電保護設(shè)計與調(diào)試提供依據(jù)；分析計算送點線路對通訊設(shè)施的影響等。
在電力系統(tǒng)設(shè)計中，短路電流的計算應(yīng)按遠景規(guī)劃水平年來考慮，遠景規(guī)劃水平年一般取工程建成后5~10年中的某一年。計算內(nèi)容為系統(tǒng)在最大運行方式時，某個樞紐點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 短路點的選擇與各短路點的短路電流的計算
已知，選取100MVA為基準容量，查上表得，基準電壓為230kV，基準電流為0.502kA，基準電抗為132Ω，系統(tǒng)為無窮大系統(tǒng)，發(fā)生短路時，短路電流的周期分量在整個短路過程中不衰減。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；
標幺值：
X1* = X1 / 100×( Sb /SN)= 00.242
X2* = X2 / 100×( Sb /SN)= -0.012
X3* = X3 / 100×( Sb /SN)= 0.126
因為X2*小于零，所以在計算中取零。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為短路點進行計算。
（1）當(dāng)d1點短路時：
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=時的穩(wěn)態(tài)電流
（2）當(dāng)d2短路時：
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點短路時：
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)
短路電流計算結(jié)果如下表所示：
表4-1 短路電流計算結(jié)果
短路點編號
短路點額定電壓
短路點平均電壓
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
5.1 斷路器的選擇
5.1.1 斷路器選擇原則與技術(shù)條件
在各種電壓等級的變電所的設(shè)計中，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)運行中，對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荷電流的能力，而且要求其在短路條件下，對短路電流有足夠的遮斷能力[11]。
高壓斷路器的主要功能是：正常運行時，用它來倒換運行方式，把設(shè)備或線路接入電
路或退出運行，起著控制作用；當(dāng)設(shè)備或電路發(fā)生故障時，能快速切除故障回路、保證無
故障部分正常運行，能起保護作用。高壓斷路器是開關(guān)電器中最為完善的一種設(shè)備。其最
大特點是能斷開電路中負荷電流和短路電流。
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，
并以技術(shù)經(jīng)濟比較后確認。
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 ——斷路器實際開斷時間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。
斷路器的實際開斷時間t ,為繼電保護主保護動作時間與斷路器固有分閘時間之和。固
有分閘時間查閱《發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計參考資料》表5-25～5-29。
4）動穩(wěn)定：
ich ￡ imax ?。?-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)熱等值時間（又稱假想時間）；
It ——斷路器t 秒熱穩(wěn)定電流。
其中tdz = tz + 0.05b''，由和短路電流計算時間t。
5.1.2 斷路器型號的選擇及校驗
（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
計算公式按下表進行選取。
表5-1 持續(xù)工作電流計算表
回路名稱
計算公式
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發(fā)電機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
動穩(wěn)定電流kA
全開斷時間時間S
熱穩(wěn)電流（4s）kA
額定開斷電流kA
220
3150
125
0.07
21
50
檢驗： ich=16kA; imax=125kA; ich
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