220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設計276,kv,降壓,變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設計 畢 業(yè) 設 計(論文) 220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設計：220/110/10kV，進/出線回數(shù)2/4/14（電纜12） 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 學生姓名 彭鐵栓 指導教師 蘇海鋒 二○一二年六月 2012年6月 畢 業(yè) 設 計(論文) 題 目 220kV變電站降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設計：220/110/10kV，進/出線回數(shù)2/4/14（電纜12） 系 別 電力工程系 專業(yè)班級 農(nóng)電08K2班 學生姓名 彭鐵栓 指導教師 蘇海鋒 二○一二年六月 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計（論文） 220kV 降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設計 （220/110/10kV，2/4/14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)展與進步，社會生產(chǎn)和生活對電能供應的質(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，設計和建造一個安全、經(jīng)濟的變電所，是極為重要的。本變電所設計除了注重變電所設計的基本計算外，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；短路點的確定與短路電流的計算，電氣設備的選擇（斷路器，隔離開關(guān)，電壓互感器，電流互感器，避雷器）；配電裝置設計和總平面布置；防雷保護與接地系統(tǒng)的設計。另外，繪制了六圖紙，包括：電氣主接線圖，電氣總平面布置圖，防雷接地圖一張，配電裝置斷面圖3張，間隔圖一張。圖紙規(guī)格與布圖規(guī)范都按照了電力系統(tǒng)相關(guān)的圖紙要求來進行繪制。 關(guān)鍵詞：變電所；電氣主接線；電氣設備；短路電流計算 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. Keywords: transformer substation; main connection; electric equipment; short circuit current calculation III 目錄 摘 要 I Abstract II 1緒論 1 2主變壓器的選擇與論證 2 2.1概述 2 2.2主變壓器選擇的一般原則與步驟 2 2.3主變壓器的計算與選擇 4 3電氣主接線設計 6 3.1概述 6 3.2主接線方式選擇 7 3.2.1單母線接線 7 3.2.2單母分段 7 3.2.3單母分段帶旁路母線 7 3.2.4橋形接線 7 3.2.5一個半斷路器（3/2）接線 8 3.2.6雙母線接線 8 3.2.7雙母線分段接線 8 3.3主接線方案的擬定 8 3.4 主接線各方案的討論比較 11 3.5主接線方案的初選擇 12 4短路計算 13 4.1短路點的選擇與各短路點的短路電流的計算 13 4.2網(wǎng)絡的等值變換與簡化 13 4.3短路計算 15 5電氣設備的選擇 16 5.1斷路器選擇原則與技術(shù)條件 16 5.2斷路器的選擇及校驗 17 5.3隔離開關(guān)的選擇原則及技術(shù)條件 18 5.4 隔離開關(guān)型號的選擇及校驗 18 6技術(shù)經(jīng)濟比較 20 6.1方案的總投資比較 20 6.2 方案的綜合投資比較 20 6.3最終方案的確定 20 7其他電氣設備選擇 21 7.1 熔斷器選擇 21 7.2 電流互感器的選擇 21 7.3電壓互感器的選擇 22 7.4導線的選擇 22 7.5站用變壓器的選擇 23 7.6設備清單 23 8配電裝置的選擇 25 8.1配電裝置的選擇要求與分類 25 8.1.1其總的要求為 25 8.1.2配電裝置的形式 25 8.2 配電裝置設計選擇 26 9防雷保護設計 27 9.1避雷針的作用 27 9.2避雷針的設計 27 9.2.1避雷針的配置原則： 27 9.3保護范圍及計算 28 10接地網(wǎng)的設計 30 10.1設計說明 30 10.2接地體的設計 30 10.3典型接地體的接地電阻計算 30 結(jié)論 33 參考文獻 34 致謝 35 1緒論 在高速發(fā)展的現(xiàn)代社會中，電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，在國民經(jīng)濟中的作用已為人所共知，它不僅全面地影響國民經(jīng)濟其他部門的發(fā)展，同時也極大地影響人民的物質(zhì)和文化生活水平的提高，影響整個社會的進步。 變電站是電力系統(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 。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，就將危機電網(wǎng)的安全運行，嚴重時甚至釀成大面積停電。對一個中小型變電站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)定運行遭到破壞，甚至瓦解，造成巨大損失，所以就要求較高的可靠性。時代的要求使我們電力人應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，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)變電設計的基本原理而來，因此對于變電設計基本原理的掌握是創(chuàng)新的根本 。本畢業(yè)設計的內(nèi)容為220kV 降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設計，正是最為常見的常規(guī)變電所，并根據(jù)變電所設計的基本原理設計，務必掌握常規(guī)變電所的電氣一次系統(tǒng)的原理及設計過程。 2主變壓器的選擇與論證 2.1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備之一，其擔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，同時兼顧電力系統(tǒng)負荷增長情況，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所安全可靠供電和網(wǎng)絡經(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)原始資料和設計變電所的自身特點，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所以后的擴建情況來選擇主變壓器的臺數(shù)及容量。 2.2主變壓器選擇的一般原則與步驟 (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，變電所中一般裝設兩臺主變壓器。當裝設三臺及三臺以上時，變電所的可靠性雖然有所提高，但接線網(wǎng)絡較復雜，且投資增大，同時增大了占用面積，和配電設備及用電保護的復雜性，以及帶來維護和倒閘操作等許多復雜化。而且會造成中壓側(cè)短路容量過大，不宜選擇輕型設備?？紤]到兩臺主變同時發(fā)生故障機率較小。適用遠期負荷的增長以及擴建，而當一臺主變壓器故障或者檢修時，另一臺主變壓器可承擔 70%的負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。 (2)主變壓器形式的選擇原則 1）主變壓器相數(shù)的選擇 當不受運輸條件限制時，在330kV 以下的變電所均應選擇三相變壓器。而選擇主變壓器的相數(shù)時，應根據(jù)原始資料以及設計變電所的實際情況來選擇。 2）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)繞組的功率均達到該變壓器容量的 15%以上，或低壓側(cè)雖無負荷，但在變電所內(nèi)需裝設無功補償設備，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備，比相對的兩臺雙繞組變壓器都較少，而且本次所設計的變電所具有三種電壓等級，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。 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。由于本次所設計的變電所所需裝設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。 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?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力。分裂變壓器中對兩端低壓母線供電時，如果兩端負荷不相等，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荷均衡，又需限制短路電流的供電系統(tǒng)。由于本次所設計的變電所，受功率端的負荷大小不等，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。所以本次設計的變電所選擇普通三繞組變壓器。 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)絡電壓應符合以下標準： ①樞紐變電所二次側(cè)母線的運行電壓控制水平應根據(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%，事故后不應低于電網(wǎng)額定電壓的95%。 ②電網(wǎng)任一點的運行電壓，在任何情況下嚴禁超過電網(wǎng)最高電壓，變電所一次側(cè)母線的運行電壓正常情況下不應低于電網(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)，另一種是帶負荷切換稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達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。 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。 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)主要用于所用電以及無功補償裝置，所以容量比選擇為：100/100/100。 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：自然風冷卻，強迫油循環(huán)風冷卻，強迫油循環(huán)水冷卻。自然風冷卻一般只適用于小容量變壓器。強迫油循環(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。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。所以，選擇強迫油循環(huán)風冷卻。 （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： PM≥ K0∑P （2-1） 式中 K ——負荷同時系數(shù)； ∑P——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： Se=0.6PM （2-2） 如此,當一臺變壓器停運,考慮變壓器的過負荷能力為40%,則可保證84%的負荷供電。 2.3主變壓器的計算與選擇 （1）容量計算 在《電力工程電氣設計手冊》可知：裝有兩臺及以上主變壓器的變電所中，當斷開一臺主變時，其余主變壓器的容量應能保證用戶的一級和二級負荷，其主變壓器容量應滿足不應小于70%--80%的全部負荷。已知110kV側(cè)最大負荷110MW, φ=0.9。10kV側(cè)最大負荷為 46MW，φ=0.9 ,由計算可知單臺主變的最大容量為(設負荷同時率為0.85)：=0.6Smax= 0.6Pmax/cosφ=0.6×(110/ 0.90+46/0.90)=104(MVA) 結(jié)論：選擇兩臺 120MVA的變壓器并列運行。 （2）變壓器型號的選擇 因為本次設計中有三個電壓等級，且當變壓器最小負荷側(cè)通過的容量大于主變?nèi)萘康?5%時，宜選用三繞組變壓器。 因為S10 / S220=(46/0.9)/(110/0.9+46/0.9)=29.49%>15%，所以本設計用三繞組變壓器，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（普通型）。 型 號:SFPSZ7-120000/220 容 量：120000kVA 電壓比：220土8*1.5%/121/11kV 接線方式組別號：YN / Yn0 / d11 空載損耗：144kW 容量比 ：100 / 100 / 100 空載電流：0.9% 阻抗電壓：高~中13%，高~低22%，中~低7% 調(diào)壓方式： 有載調(diào)壓 冷卻方式：強迫油循環(huán)風冷 3電氣主接線設計 3.1概述 主接線是變電所電氣設計的首要部分，它是由高壓電器設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)整體及變電所本身運行的可靠性、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《變電所設計技術(shù)規(guī)程》SDJ -79 規(guī)定：變電所的主接線應根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設備特點及負荷性質(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) 可靠性：安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務，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。 1) 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荷全部和大部分二級負荷的供電； ③盡量避免變電所全部停運的可靠性。 (2) 靈活性：主接線應滿足在調(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備裝置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) 投資?。褐鹘泳€應簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備的投資，要能使控制保護不過復雜，以利于運行并節(jié)約二次設備和控制電纜投資；要能限制短路電流，以便選擇價格合理的電氣設備或輕型電器；在終端或分支變電所推廣采用質(zhì)量可靠的簡單電器； 2）占地面積?。褐鹘泳€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。 3.2主接線方式選擇 電氣主接線是根據(jù)電力系統(tǒng)和變電所具體條件確定的，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，常將母線作為中間環(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，采用有母線連接。 3.2.1單母線接線 單母線接線雖然接線簡單清晰、設備少、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，任一元件（母線及母線隔離開關(guān)）等故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。單母線可用隔離開關(guān)分段，但當一段母線故障時，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,故不選擇單母接線。 3.2.2單母分段 用斷路器，把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路；有兩個電源供電。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。但是，一段母線或母線隔離開關(guān)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，擴建時需向兩個方向均衡擴建。單母分段適用于： 110kV～220kV 配電裝置的出線回路數(shù)為3～4回，35～63kV配電裝置的出線回路數(shù)為4～8回，6～10kV 配電裝置出線為6回及以上，則采用單母分段接線。 3.2.3單母分段帶旁路母線 這種接線方式：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。 3.2.4橋形接線 當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，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)常切除時，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。為檢修斷路器，不致引起系統(tǒng)開環(huán)，有時增設并聯(lián)旁路隔離開關(guān)以供檢修時使用。當線路故障時需停相應的變壓器。所以，橋式接線，可靠性較差，雖然它有：使用斷路器少、布置簡單、造價低等優(yōu)點，但是一般系統(tǒng)把具有良好的可靠性放在首位，故不選用橋式接線。 3.2.5一個半斷路器（3/2）接線 兩個元件引線用三臺斷路器接往兩組母線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雜性，且投資大。 3.2.6雙母線接線 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“跨條”，則該回路在檢修期需要停電。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，當出線回路數(shù)達 7 回，（110kV）或 5 回（220kV）時，一般應裝設專用旁路母線。 3.2.7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，可增設旁路母線，或旁路斷路器。 3.3主接線方案的擬定 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，橋形接線。 中壓側(cè)有4回出線，低壓側(cè)有14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：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3-1方案A電氣主接線圖 方案B：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3-2方案B電氣主接線圖 方案C：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3-3方案C電氣主接線圖 方案D：220kV高壓側(cè)：內(nèi)橋型接線；110kV中壓側(cè)、10kV低壓側(cè)：單母線 圖3-4方案D電氣主接線圖 方案E：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)：單母線分段帶旁路。 圖3-5方案E電氣主接線圖 3.4 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。當線路發(fā)生故障時，僅線路斷路器斷開，不影響其他回路運行。但是當變壓器發(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)中應用內(nèi)橋接線較多，以利于線路的運行操作。 110kV和10kV側(cè)與方案 A一致。 方案C： 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)運行.調(diào)度靈活,各個電源和各個回路負荷可以任意分配到某一組母線上,能靈活地適應電力系統(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D： 220kV側(cè)：采用單元接線。優(yōu)點：接線簡單，開關(guān)設備少，節(jié)省投資，操作簡單。不過缺點也相當突出：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。 3.5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 C 與方案 E，待選擇完電氣設備后再進行更詳盡的技術(shù)經(jīng)濟比較來確定最終方案。 4短路計算 4.1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，基準電壓==1.05=230kV，基準電流為 0.251kA，基準阻抗為 529 Ω，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C與方案E的短路計算的系統(tǒng)化簡阻抗圖及各阻抗值、短路點均一樣，系統(tǒng)短路電抗X*=U* /I*=1/25=0.04 。 又由所選的變壓器參數(shù)阻抗電壓：13% (高-中)，22% (高-低)，7%（中-低）算得 Uk1%=1 / 2[U(1-2)% +U(1-3)% - U(2-3)%]=14 Uk2%=1 / 2[U(1-2)% +U(2-3)% - U(1-3)%]=-1 Uk3%=1 / 2{U(1-3)% +U(2-3)% - U(1-2)%}=8 主變?nèi)萘繛?20MVA， 標幺值：X1*= Uk1%/ 100 (/)=14/100*(100/120)=0.12 X2*= Uk2%/ 100 (/)=-1/100*(100/120)=-0.008 X3*= Uk3%/ 100 (/)=8/100*(100/120)=0.067 因為X2* 小于零，所以在計算中取零。 4.2網(wǎng)絡的等值變換與簡化 (1)系統(tǒng)阻抗圖 圖4-1系統(tǒng)阻抗圖 (2)系統(tǒng)阻抗轉(zhuǎn)化圖 因為兩主變壓器型號一樣，因此兩變壓器的中間等電位，用導線連接起來，其轉(zhuǎn)化圖如圖： 圖4-2系統(tǒng)阻抗轉(zhuǎn)化圖 (3)簡化后的系統(tǒng)阻抗圖 X1*//X1*=0.06, X2*//X2*=-0.004, X3*//X3*=0.0335 圖4-3系統(tǒng)阻抗簡化圖 4.3短路計算 （1）當d1點短路時： Id1*= 1/0.04=25 = / Ub1=100/（ 3×230）=0.251(kA) I"d1=I″d1*× =25×0.251= 6.275(kA) =I"d1=6.275(kA) = ×I"d1=15.974(kA) （110kv及以上網(wǎng)絡取1.8） =Ub1× =2499.782(MVA) 式中 Id——短路電流周期分量有效值 I"d——起始次暫態(tài)電流 ——t= ∞時的穩(wěn)態(tài)電流 ——短路容量 (2)當d2點短路時： I"d2*=1/Xd2*=1/(0.04+0.06)=10 =/ Ub2=100/( ×1101.05)=0.502(kA) I"d2=I"d2*× =10×0.502=5.02(kA) =d2=5.02(kA) = Kch×I"d2= ×1.8×5.02=12.78 (kA) =Ub2× = 999.9(MVA) （3）當d3點短路時： I"d3*=1/Xd3*=1/(0.04+0.06+0.0335)=7.49 =/ Ub3=100/( ×10.5)= 5.499(kA) I"d3=I"d3*× =7.49×5.499=41.19(kA) I∞ =I"d3=41.19(kA) = Kch×I"d3= ×1.8×41.19=105.03(kA) =Ub3× =×10.5×41.19=749.1(MVA) 5電氣設備的選擇 5.1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計中，斷路器是最為重要的電氣設備。高壓斷路器的工作最為頻繁，地位最為關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)最為復雜。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。 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，把設備或線路接入電路或退出運行，起著控制作用；當設備或電路發(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，除應滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境外，還應考慮便于施工調(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 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：（電網(wǎng)工作電壓）≤ （5-1） （2）電流： （最大持續(xù)工作電流）≤ （5-2） 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 （3）開斷電流（或開斷容量）： ≤ （或≤） （5-3） 式中 ——斷路器實際開斷時間t秒的短路電流周期分量； ——斷路器t秒的開斷容量； ——斷路器的開斷電流； ——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計參考資料》表5-25～5-29。 （4）動穩(wěn)定： ≤ （5-4） 式中 ——三相短路電流沖擊值； ——斷路器極限通過電流峰值。 （5）熱穩(wěn)定： ≤t （5-5） 式中 I∞ ——穩(wěn)態(tài)三相短路電流； ——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 = +0.05 ，由 = / 和短路電流計算時間t,從《發(fā)電廠電氣部分課程設計參考資料》圖 5-1中查出短路電流周期分量等值時間，從而算出。 5.2斷路器的選擇及校驗 （1）電壓選擇： 220kV側(cè)：≥ =220kV 110kV側(cè)：≥ =110kV 10 kV側(cè)：≥ =10 kV （2）電流選擇：≥ = /() 220kV側(cè)： ≥ = 104/（2200.9）=303.25A 110kV側(cè)： ≥ = 110/（1100.9）=641.5 A 10 kV側(cè)： ≥ = 46/（10 0.9）=2950.9A （3）開斷電流： 220kV側(cè)： ≥=6.275kA ≥ =2499.782MVA 110kV側(cè)： ≥=5.02 kA ≥ = 999.9 MVA 10kV側(cè)： ≥=41.19kA ≥ = 749.1 MVA （4）最大短路沖擊電流： 220kV側(cè)： ≥=15.974kA 110kV側(cè)： ≥=12.78 kA 10 kV側(cè)： ≥=105.03kA 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SW4-110G各項技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 額定電壓：110kV 額定電流：1000A 額定斷路開斷電流：15.8kA 額定開斷容量:3000MVA 極限通過電流（峰值）:55kA 熱穩(wěn)定電流(5秒有效值)：21kA 3）10kV側(cè) 選定為SN4-10G各項技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 額定電壓：10kV 額定電流：6000A 額定開斷電流：105kA 極限通過電流（峰值）:300kA 熱穩(wěn)定電流（5s有效值）：120kA 額定開斷容量:1800MVA 校驗： （1）滿足動穩(wěn)定，即 ≤ （2）滿足熱穩(wěn)定，即 ≤·t 其中 =+0.05β″ 1）220kV側(cè) =15.974 kA =55 kA <，滿足動穩(wěn)定； =tz+0.05 當取5s時, =4.4+0.05=4.45 =×4.45，t=×5 顯然 ： ≤·t 所以滿足熱穩(wěn)定。 2）110kV側(cè) =12.78 kA =55 kA <，滿足動穩(wěn)定； =tz+0.05 當取5s時, =4.4+0.05= 4.45 = 4.45，·t =,顯然： ≤·t 滿足熱穩(wěn)定。 3）10kV側(cè) =105.03 kA =300KA <，滿足動穩(wěn)定; =tz+0.05 當取5s時, =4.4+0.05=4.45 = ×4.45，·t = ×5 顯然：≤·t 滿足熱穩(wěn)定。 5.3隔離開關(guān)的選擇原則及技術(shù)條件 隔離開關(guān)形式的選擇，應根據(jù)配電裝置的布置特點和使用要求等要素，進行綜合的技術(shù)經(jīng)濟比較然后確定。隔離開關(guān)也是發(fā)電廠和變電所常用的電器，它需與斷路器配套使用。但隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，不能用來接通和切斷負荷電流和短路電流。 隔離開關(guān)的類型很多，按安裝地點不同，可分為屋內(nèi)式和屋外式，按絕緣支柱數(shù)目又可分為單柱式、雙柱式和三柱式。它對配電裝置的布置和占地面積有很大影響，選型時應根據(jù)配電裝置特點和使用要求以及技術(shù)經(jīng)濟條件來確定。本設計 220kV、110kV 側(cè)為屋外布置，10kV為屋內(nèi)布置。 隔離開關(guān)的技術(shù)條件主要包括以下幾項： （1）電壓： ≥ （5-6） （2）電流： ≥ （5-7） （3）動穩(wěn)定校驗：≥ （5-8） （4）熱穩(wěn)定校驗： ≤·t （5-9） 5.4 隔離開關(guān)型號的選擇及校驗 根據(jù)短路電流計算結(jié)果及選擇要求，選定設備如下： （1）220kV側(cè) 選定為GW6-220G，各項技術(shù)數(shù)據(jù)為： 額定電壓：220kV 額定電流：1000A 熱穩(wěn)定電流（5s有效值）：21kA 動穩(wěn)定電流（峰值）：50kA （2）110kV側(cè) 選定設備為GN4-110G,各項技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 額定電壓:110kV 額定電流：1000A 熱穩(wěn)定電流（4S有效值）：21.5kA 動穩(wěn)定電流（峰值）：80kA （3）10kV側(cè) 選定設備為GN10-10T,各項技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 額定電壓：10kV 額定電流：4000A 熱穩(wěn)定電流（5s有效值）:85kA 動穩(wěn)定電流（峰值）：160kA 校驗： 1）滿足動穩(wěn)定，即 ≤ 2）滿足熱穩(wěn)定，即 ≤ ·t 其中=tz+0.05 β" （1）220kV側(cè) =15.974kA =50kA <，滿足動穩(wěn)定； =tz+0.05 當取5s時, =4.4+0.05=4.45 = × 4.45, ·t =×5 顯然 ≤ ·t 滿足熱穩(wěn)定 （2）110kV側(cè) =12.78kA =80kA <，滿足動穩(wěn)定； =tz+0.05 當取4s時, =3.4+0.05=3.45 = 3.45, ·t =×4 ，顯然 ≤ ·t 滿足熱穩(wěn)定。 （3）10kV側(cè) =105.03kA =160kA <,滿足動穩(wěn)定； =tz+0.05 當取5s時, =4.4+0.05=4.45 =× 4.45, ·t=×5， 顯然 ≤ ·t 滿足熱穩(wěn)定。 6技術(shù)經(jīng)濟比較 6.1方案的總投資比較 方案C SFPSZ7-120000/220主變壓器 105萬元 2臺 SW4-220斷路器 11.85萬元 × 3臺 SW4-110G斷路器 4.746萬元 × 8臺 SN4-10G斷路器 1.55萬元 × 15臺 GW6-220G隔離開關(guān) 1.6萬元 × 8個 GW4-110 隔離開關(guān) 0.298萬元 × 21個 GN10-10T隔離開關(guān) 0.51萬元 × 56個 總投資：354.386 （萬元） 方案E SFPSZ7-120000/220主變壓器 105萬元 × 2臺 SW4-220斷路器 11.85萬元 × 3臺 SW4-110G斷路器 4.746萬元 × 8臺 SN4-10G斷路器 1.55萬元 × 16臺 GW6-220G隔離開關(guān) 1.6萬元 × 8個 GW4-110 隔離開關(guān) 0.298萬元 × 21個 GN10-10T隔離開關(guān) 0.51萬元 × 45個 總投資：350.326（萬元） 6.2 方案的綜合投資比較 Z=*（1+α/ 100） （萬元） （6-1） 式中：——為主體設備的綜合投資，包括變壓器，開關(guān)設備等的綜合投資； α——為不明顯的附加費用比例系數(shù)，220kV取 70 因此：=602.46 （萬元） =595.55 （萬元） 6.3最終方案的確定 綜上所得，方案 E 在經(jīng)濟上比方案 C 優(yōu)越；在可靠性上，方案 E低壓側(cè)單母線分段帶旁路母線已能保證其系統(tǒng)的需要，達到供電可靠和檢修乃至故障時仍可供電的要求，因此選擇方案 E作為主接線方案。 7其他電氣設備選擇 7.1 熔斷器選擇 保護電壓互感器的熔斷器按額定電壓和斷流容量選擇，查《畢業(yè)設計參考資料》 166頁表5-35，選用RN2型10KV熔斷器，額定電壓 10KV，額定電流 0.5A，斷流容量 1000MVA。 7.2 電流互感器的選擇 （1）220KV 電流互感器：220KV 進線選用 LCW-220 型電流互感器，主要技術(shù)參數(shù)為額定電流 4×300/5A，級次組合為 D/D/D/0.5，準確級次 0.5，二級負荷 0.5 級 2，1S熱穩(wěn)定倍數(shù) 60，動穩(wěn)定倍數(shù)60，價格4300元。 變壓器 220KV側(cè)選用 LCW-220型電流互感器，與 220KV進線電流互感器同型。 （2）110kV側(cè)電流互感器：110KV 側(cè)母線選用 LCW-110(50~100)~(300~600)/5 型電流互感器，主要技術(shù)參數(shù)為額定電流(50~100)~(300~600)/5,級次組合為 0.5/1，準確級次0.5，二級負荷 0.5級1.2，1S熱穩(wěn)定倍數(shù) 75，動穩(wěn)定倍數(shù)150，價格4300元。 110KV出線側(cè)電流互感器與 110KV母線電流互感器型號相同。 （3）10KV 側(cè)電流互感器：10KV 母線選擇 LBJ-10-(2000~6000)/5 型電流互感器，查表得額定電流 2000~6000 / 5A，級次組合 1/D，準確級次 0.5，二級負荷 0.5 級 2.4，1S熱穩(wěn)定倍數(shù) 50，動穩(wěn)定倍數(shù)90。 10KV出線選擇 LBJ-10-(2000~6000)型電流互感器。 校驗： 熱穩(wěn)定校驗： （7-1） 其中——為電