220kV地區(qū)變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計01,kv,地區(qū),變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設(shè)計,01
華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
畢 業(yè) 設(shè) 計(論文)
題 目 220kV降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計 （220/110/10kV，進(jìn)/出線回數(shù)2/7/11）
系 別
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
張洪源
指導(dǎo)教師
王寧
二○一二年六月
2
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，2/7/11 回出線）
摘要
電能是現(xiàn)代城市發(fā)展的主要能源和動力.隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進(jìn)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(jì)的變電所，是極為重要的。本變電所設(shè)計除了注重變電 所設(shè)計的基本計算外，對于主接線的選擇與論證等都作了充分的說明，其主要內(nèi)容包括： 變電所主接線方案的選擇，進(jìn)出線的選擇；變電所主變壓器臺數(shù)、容量和型式的確定；短 路點(diǎn)的確定與短路電流的計算，電氣設(shè)備的選擇（斷路器，隔離開關(guān)，電壓互感器，電流 互感器，避雷器）；配電裝置設(shè)計和總平面布置；防雷保護(hù)與接地系統(tǒng)的設(shè)計。另外，繪 制了五張圖紙，包括：電氣主接線圖，電氣總平面布置圖，防雷與接地圖各一張，配電裝 置斷面圖 3~4 張。圖紙規(guī)格與布圖規(guī)范都按照了電力系統(tǒng)相關(guān)的圖紙要求來進(jìn)行繪制。
關(guān)鍵詞：變電所；電氣主接線；電氣設(shè)備；設(shè)計
A DESIGN OF ELETRIC SYSTEM
FOR 220kV TERMINAL TRANSFORMER SUBSTATION
Abstract
Electric energy is the main energy and dynamism of modern city development. With development and progress of modern civilization, social production and is it put forward high request more and more to quality and management that electric energy supply to live. The core of city for supplying power is transformer. It is very important to design and build one safe and economical transformer substation. Besides paying attention to basic calculation of design for transformer substation, the design make satisfying narration toward choice and argumentation of main connection. The main content of this design include the choice of main connection for transformer substation; the choice of pass in and out line; the certainty of number, capacitance and model for main transformer; the certainty of short circuit points and calculation of short circuit; the choice electric equipment(breaker, insulate switch, voltage mutual-inductance implement, current mutual-inductance implement, arrester); the design for distribution and disposal for chief plane; the design for lightning proof protection and earth system. In addition, drawing five blueprints include the main wiring diagram; the disposal drawing of electric plane; the drawing of lightning proof protection and earth system;Both the specification of drawing and the criterion of disposal is based on requirement of drawing to electric power system.
Key words: Transformer substation; Main connection; Electric equipment; Design
37
目錄
摘要 I
Abstract II
1 前言 2
2 電氣主接線設(shè)計 2
2.1 主接線的設(shè)計原則 2
2.2 主接線設(shè)計的基本要求 2
2.2.1 主接線可靠性的要求 2
2.2.2 主接線靈活性的要求 2
2.2.3 主接線經(jīng)濟(jì)性的要求 2
2.3 電氣主接線的選擇和比較 2
2.3.1 主接線方案的擬訂 2
2.4 主接線各方案的討論比較 2
2.5 主接線方案的初選擇 2
3 主變壓器的選擇與論證 2
3.1 概述 2
3.2 主變壓器選擇的一般原則與步驟 2
3.2.1 主變壓器臺數(shù)的確定原則 2
3.2.2 主變壓器形式的選擇原則 2
3.2.3 主變壓器容量的確定原則 2
3.3 主變壓器的計算與選擇 2
3.3.1 容量計算 2
3.3.2 變壓器型號的選擇 2
4 短路電流計算 2
4.1 短路點(diǎn)的選擇與各短路點(diǎn)的短路電流計算 2
4.2 網(wǎng)絡(luò)的等值變換與簡化 2
5 重要的電氣設(shè)備選擇與校驗 2
5.1 斷路器的選擇 2
5.1.1斷路器選擇原則與技術(shù)條件 2
5.1.2 斷路器型號的選擇及校驗 2
5.2、 隔離開關(guān)的選擇 2
5.2.1 隔離開關(guān)的選擇原則及技術(shù)條件 2
5.2.2 隔離開關(guān)型號的選擇及校驗 2
5.3 導(dǎo)線的選擇 2
5.3.1 110kV側(cè)母線的選擇 2
5.3.2 110kV側(cè)出線的選擇 2
5.3.3 10kV側(cè)母線的選擇 2
5.3.4 10kV側(cè)出線的選擇 2
6 方案B 與方案D 的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 2
6.1 方案的總投資比較 2
6.2 最終方案的確定 2
7 其它電氣設(shè)備的選擇 2
7.1 熔斷器選擇 2
7.2 電流互感器的選擇 2
7.3 電壓互感器的選擇 2
7.4 避雷器的選擇 2
7.4.1 220kV側(cè)避雷器的選擇 2
7.4.2 變壓器220kV側(cè)中性點(diǎn)避雷器的選擇 2
7.4.3 110kV側(cè)避雷器的選擇 2
7.4.4 變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)避雷器的選擇 2
7.4.5 10kV避雷器的選擇 2
8 配電裝置的選擇 2
8.1 配電裝置的選擇要求與分類 2
8.2 配電裝置設(shè)計選擇 2
9 防雷保護(hù)設(shè)計 2
9.1 避雷針的作用 2
9.2 避雷針的設(shè)計 2
9.2.1 四支避雷針的保護(hù)范圍及計算公式 2
9.2.2 本所避雷針的設(shè)計過程 2
10 接地網(wǎng)的設(shè)計 2
10.1 設(shè)計說明 2
10.2 接地體的設(shè)計 2
10.3 典型接地體的接地電阻計算 2
10.4 接地網(wǎng)設(shè)計計算 2
結(jié)論 2
參考文獻(xiàn) 2
致謝 2
1 前言
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。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。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，正是常見的常規(guī)變電所，并根據(jù)變電所設(shè)計的基本原理設(shè)計，務(wù)求掌握常規(guī)變電所的電氣一次系統(tǒng)的原理及設(shè)計設(shè)計過程。
2 電氣主接線設(shè)計
2.1 主接線的設(shè)計原則
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、配電的任務(wù)。它的設(shè)計，直接關(guān)系著全站電器設(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(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。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，包括單元接線、橋形接線和多角形接線等。應(yīng)視電壓等級和出線回數(shù)，酌情選用。
旁路母線的設(shè)置原則：
2.2 主接線設(shè)計的基本要求
變電站的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電站所在電力系統(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、運(yùn)行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴(kuò)建等要求。
2.2.1 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(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)備的故障對供電可靠性的影響。評價主接線可靠性的標(biāo)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(yùn)線路的回數(shù)和停運(yùn)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。
2.2.2 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(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，無論一次和二次設(shè)備改造量最少。
2.2.3 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?。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?。弘姎庵鹘泳€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(fèi)用。
（2）電能損耗少：經(jīng)濟(jì)選擇主變壓器型式、容量和臺數(shù)，避免兩次變壓而增加電能損失。
2.3 電氣主接線的選擇和比較
2.3.1 主接線方案的擬訂
高壓側(cè)是2回出線，中壓側(cè)有7回出線，均可選擇線路變壓器組，單母分段帶旁路母線，橋型接線。低壓側(cè)有11回出線，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，提出如下五種種方案：
方案A （圖2-1）220KV 高壓側(cè)：單母分段帶旁路母線；110KV中壓側(cè)，10KV低壓側(cè)：單母分段。
圖2-1 方案A電氣主接線圖
方案B（圖2-2）220KV 高壓側(cè)：內(nèi)橋型接線；110KV中壓側(cè)，10KV低壓側(cè)：單母分段
圖2-2 方案B電氣主接線圖
方案C（圖2-3） 220KV高壓側(cè)：單元接線；110KV中壓側(cè)，10KV低壓側(cè)：單母線分段
圖2-3 方案C電氣主接線圖
方案D（圖2-4） 220KV高壓側(cè)：外橋接線；110KV中壓側(cè)：單母分段帶旁路母線；10KV低壓側(cè)：雙母線
圖2-4 方案D 電氣主接線圖
方案E（圖2-5） 220KV高壓側(cè)：內(nèi)橋接線；110KV中壓側(cè)，單母線分段；10KV低壓側(cè)：單母線分段
圖2-4 方案E電氣主接線圖
2.4 主接線各方案的討論比較
方案A：
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(jìn)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 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(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，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B：
220kV側(cè):采用內(nèi)橋法接線. 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(jì)效益。連接橋斷路器接在線路斷路器的內(nèi)側(cè)。因此，線路的投入和切除比較方便。當(dāng)線路發(fā)生故障時，僅線路斷路器斷開，不影響其他回路運(yùn)行。但是當(dāng)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，從而影響了一回未發(fā)生故障的運(yùn)行。由于變壓器是少故障元件，一般不經(jīng)常切換，因此，系統(tǒng)中應(yīng)用內(nèi)橋接線較多，以利于線路的運(yùn)行操作。
110kV和10kV與方案A一致。
方案C：
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，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(jì)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(yùn)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。此外，當(dāng)電網(wǎng)有穿越性功率經(jīng)過變電站時，也采用外橋接線。
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,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(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,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,其他線路均可通過另一組母線繼續(xù)運(yùn)行.調(diào)度靈活,各個電源和各個回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上,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)采用單母線分段，10kV側(cè)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,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.
2.5 主接線方案的初選擇
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(jì)與技術(shù)性綜合比較,兼顧可靠性，靈活性,我選擇方案B與方案D，待選擇完電氣設(shè)備后再進(jìn)行更詳盡的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定最終方案。
3 主變壓器的選擇與論證
3.1 概述
在各級電壓等級的變電所中，變壓器是變電所中的主要電氣設(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)5～10年發(fā)展規(guī)劃綜合分析，合理選擇，否則，將造成經(jīng)濟(jì)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(kuò)大占地面積，而且會增加損耗，給運(yùn)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(yùn)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所安全可靠供電和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)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)計變電所的自身特點(diǎn)，在滿足可靠性的前提下，要考慮到經(jīng)濟(jì)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所以后的擴(kuò)建情況來選擇主變壓器的臺數(shù)及容量。
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
由原始資料可知，我們本次所設(shè)計的變電所是220KV降壓變電所，它是以220KV受功率為主。把所受的功率通過主變傳輸至110KV 及10KV 母線上。若全所停電后，將引起下一級變電所與地區(qū)電網(wǎng)瓦解，影響整個市區(qū)的供電，因此選擇主變臺數(shù)時，要確保供電的可靠性。
為了保證供電可靠性，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。當(dāng)裝設(shè)三臺及三臺以上時，變電所的可靠性雖然有所提高，但接線網(wǎng)絡(luò)較復(fù)雜，且投資增大，同時增大了占用面積，和配電設(shè)備及用電保護(hù)的復(fù)雜性，以及帶來維護(hù)和倒閘操作等許多復(fù)雜化。而且會造成中壓側(cè)短路容量過大，不宜選擇輕型設(shè)備。考慮到兩臺主變同時發(fā)生故障機(jī)率較小。適用遠(yuǎn)期負(fù)荷的增長以及擴(kuò)建，而當(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。故選擇兩臺主變壓器互為備用，提高供電的可靠性。
3.2.2 主變壓器形式的選擇原則
一、主變壓器相數(shù)的選擇
當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時，在330KV以下的變電所均應(yīng)選擇三相變壓器。而選擇主變壓器的相數(shù)時，應(yīng)根據(jù)原始資料以及設(shè)計變電所的實(shí)際情況來選擇。
二、繞組數(shù)的選擇
在具有三種電壓等級的變電所，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，但在變電所內(nèi)需裝設(shè)無功補(bǔ)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)計的變電所具有三種電壓等級，考慮到運(yùn)行維護(hù)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。
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(hù)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)，并直接接地。因此自耦變壓器的零序保護(hù)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(hù)，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)計的變電所所需裝設(shè)兩臺變壓器并列運(yùn)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(hù)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。
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(jī)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)計的變電所，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。
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(hù)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)計的變電所，選擇普通三繞組變壓器。
三、 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)：
(1)樞紐變電所二次側(cè)母線的運(yùn)行電壓控制水平應(yīng)根據(jù)樞紐變電所的位置及電網(wǎng)電壓降而定，可為電網(wǎng)額定電壓的1～1.3 倍，在日負(fù)荷最大、最小的情況下，其運(yùn)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%。
(2)電網(wǎng)任一點(diǎn)的運(yùn)行電壓，在任何情況下嚴(yán)禁超過電網(wǎng)最高電壓，變電所一次側(cè)母線的運(yùn)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%。由于該變電所的電壓波動較大，故選擇有載調(diào)壓方式，才能滿足要求。
四、 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(yùn)行。
五、 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)主要用于所用電以及無功補(bǔ)償裝置，所以容量比選擇為：100/100/100。
六、 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，強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻，強(qiáng)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(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻，雖然散熱效率高，節(jié)約材料減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點(diǎn)。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(hù)工作量較大。所以，選擇強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻。
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到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：
PM ≥ K0 ∑ P
式中 K0 ——負(fù)荷同時系數(shù)；
∑ P ——按負(fù)荷等級統(tǒng)計的綜合用電負(fù)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：
S e =0.6PM/cos?
如此，當(dāng)一臺變壓器停運(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 主變壓器的計算與選擇
3.3.1 容量計算
在《電力工程電氣設(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(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245MW, cos? = 0.88 。10kV側(cè)最大負(fù)荷為14MW， cos? =0.84 ,由計算可知單臺主變的最大容量為(設(shè)負(fù)荷同時率為0.85)： Sn = 0.6Smax = 0.6Pmax / cos? = 0.6 × (245 / 0.88 + 10 / 0.84) = 177.05(MVA)
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(fù)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。所以本設(shè)計用三繞組變壓器，繞組排列順序為（由內(nèi)向外）：10 kV、110 kV、220 kV。
綜上所述： 主變壓器選用220KV三繞組有載調(diào)壓變壓器。
型 號:SSPSL1-180000/220
容 量：180000kVA
空載損耗：123.5kW
空載電流：1.2%
阻抗電壓：高~中25.4%，高~低15.5%，中~低7.92%
調(diào)壓方式： 有載調(diào)壓
冷卻方式：強(qiáng)迫油循環(huán)水冷
4 短路電流計算
4.1 短路點(diǎn)的選擇與各短路點(diǎn)的短路電流計算
選取取SB = 100 MVA UB = Uav，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：
方案B與方案D的短路計算的系統(tǒng)化簡阻抗圖及各阻抗值，短路點(diǎn)均一樣
系統(tǒng)短路電抗x* =U*/ I*=1/24=0.04
又由所選的變壓器參數(shù)阻抗電壓：24.5% (高-中)，15.5% (高-低)，7.92%（中-低）算得
Ud1% = 1/2（Ud(1-2)%+ Ud(1-3)%- Ud(2-3)%） = 16.04
Ud2% = 1/2（Ud(1-2)%+ Ud(2-3)%- Ud(1-3)%） = 8.46
Ud3% = 1/2（Ud(1-3)%+ Ud(2-3)%- Ud(1-2)%） = -0.54
主變?nèi)萘繛?80MVA，
標(biāo)幺值： X1* = Ud1% / 100×( Sb /SN)= 0.089
X 2* = Ud2% / 100×( Sb /SN)=0.047
X 3* = Ud2%/ 100×( S b /SN)=-0.003
因為 X 3* 小于零，所以在計算中取零。
4.2 網(wǎng)絡(luò)的等值變換與簡化
（1）系統(tǒng)阻抗圖
圖4-1 等值電路圖
（2）因為兩主變壓器型號一樣，因此兩變壓器的中間點(diǎn)等電位，用導(dǎo)線連起來，其轉(zhuǎn)化圖如圖
圖4-2 短路時等值網(wǎng)絡(luò)
（1）當(dāng) d1 點(diǎn)短路時：Id1*= 1/0.04=24
I b =U b1 =100/（ ×115）=0.251(kA)
I" d1 =I″d1*×Ib =24×0.251= 6.024(kA)
I∞= I " d1 =6.024(kA)
ich= 2 Kch× I" d1=15.332(kA)
（110kv及以上網(wǎng)絡(luò)Kch取1.8）
S∞= Ub1×I∞=2399.721(MVA)
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
S∞：短路容量
(2) 當(dāng)d2短路時：I" d2 *=1/X d2*=1/(0.04+0.00445+0.0235+0.132)=4.167(kA)
I b =S b / U b2=100/(×115)=0.052(kA)
I" d2= I" d2 *×I b =2.092(kA)
I∞= I " d2 =2.092(kA)
ich= 2 Kch× I" d2=5.325(kA)
S2∞= U b2×I∞=416.685(MVA)
(3) 當(dāng)d3點(diǎn)短路時：I" d2 *=1/X d2*=1/(0.04+0.00445+0.132)=4.619(kA)
I b =S b / U b3=100/(×10.5)=5.499(kA)
I" d3= I" d3 *×I b =25.4(kA)
I∞= I " d3 =25.4(kA)
ich= 2.55×25.4=64.77(kA)
S3∞= U b3×I∞=439.928(MVA)
5 重要的電氣設(shè)備選擇與校驗
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站的設(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。在電力系統(tǒng)運(yùn)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(fù)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。
高壓斷路器的主要功能是：正常運(yùn)行時，用它來倒換運(yùn)行方式，把設(shè)備或線路接入電或退出運(yùn)行，起著控制作用；當(dāng)設(shè)備或電路發(fā)生故障時，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110kV主要是少油斷路器。
斷路器選擇的具體技術(shù)條件簡述如下：
(1）電壓：U j （電網(wǎng)工作電壓） ≤ Un 。
(2）電流： I g gmax（最大持續(xù)工作電流） ≤ In 。
(3）開斷電流（或開斷容量）I d gt ≤I kd
斷路器的實(shí)際開斷時間 t ,為繼電保護(hù)主保護(hù)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
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： I2 tdz≤Itt
式中I2——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 +0.05β〞
由β〞=I〞∕I∞ 和短路電流計算時間t，
從《發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計參考資料》圖 5-1 中查出短路電流周期分量等值時間 tz ，從而算出 tdz 。
根據(jù)《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，操作110kV 空載線路時，使用少油斷路器不超過 2.8。
5.1.2 斷路器型號的選擇及校驗
（1）電壓選擇：
220kV側(cè)：U N 3 Ug=220kV
110 kV側(cè)：U N 3 Ug=110kV
10 kV側(cè)： U N 3 Ug=10kV
（2）電流選擇：I N ≥ I max = P max∕（ U g cos?）
220kV 側(cè)： I N≥ I max =772.408A
110 kV側(cè)： I N ≥ I max = 1461.312A
10 kV側(cè)： I N ≥ I max =962.279A
（3）開斷電流：
220kV側(cè)： I kd≥ Idt=6.024kA S kd≥ Sd= 2399.721MVA
110 kV側(cè)：I kd≥ Idt=2.092kA S kd≥ Sd= 416.685MVA
10 kV側(cè)：I kd≥ Idt=25.4kA S kd≥ Sd= 439.928MVA
（4）最大短路沖擊電流：
220kV側(cè)： I max≥ ich=15.332kA
110kV側(cè)： I max≥ ich=5.325kA
10kV側(cè)： I max≥ ich=64.77k
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選定斷路器如下：
1）220kV側(cè) 選定為 SW4-220.各項技術(shù)數(shù)據(jù)如下：
額定電壓：220kV 額定電流：1000A
額定開斷電流：18.4kA 極限通過電流（峰值）：55kA
額定開斷容量：7000MVA 熱穩(wěn)定電流（5s有效值）:21kA
2）110kV側(cè) 選定為KW3-110各項技術(shù)數(shù)據(jù)如下：
額定電壓：110kV 額定電流：1500A
額定開斷電流：21kA 極限通過電流（峰值）：55kA
額定開斷容量：1200MVA 熱穩(wěn)定電流（5s有效值）:21kA
3）10kV側(cè) 選定為SN3-10各項技術(shù)數(shù)據(jù)如下：
額定電壓：10kV 額定電流：2000A
額定開斷電流：29kA 極限通過電流（峰值）：75kA
額定開斷容量：500MVA 熱穩(wěn)定電流（5s有效值）:30kA
校驗：
1）滿足動穩(wěn)定，即 ich
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