220kV變電所電氣一次系統(tǒng)設計1,kv,變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設計
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，進出線數2/4/10
題 目
畢 業(yè) 設 計(論文)
`
院 系
電力工程系
專業(yè)班級
農業(yè)電氣化與自動化08k2班
學生姓名
杜旭光
指導教師
牛勝鎖
二○一二年六月
我
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，進出線數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濟的發(fā)展密切相關。隨著電力系統(tǒng)裝機容量和供電地域的不斷擴大，同時電能質量、供電可靠性、運行經濟性的要求也越來越高。隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進步，社會生產和生活對電能供應的質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、經濟的變電所，是極為重要的。本次設計建設一座220KV降壓變電所，首先，根據主接線的經濟可靠、運行靈活的要求選擇各個電壓等級的接線方式，在技術方面和經濟方面進行比較，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，根據各電壓等級的額定電壓和最大持續(xù)工作電流進行設備選擇和校驗。最后進行配電裝置設計和總平面布置，防雷保護的設計。
關鍵詞：變電所；電氣主接線；電氣設備；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 電氣主接線的設計 2
2.1 概述 2
2.2 主接線方式的簡介 2
2.3 主接線設計的基本要求 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 導體和電氣設備的選擇和設計 16
5.1 斷路器的選擇 16
5.1.1 斷路器選擇原則與技術條件 16
5.1.2 斷路器型號的選擇及校驗 17
5.2 隔離開關的選擇 20
5.2.1 隔離開關的選擇原則及技術條件 20
5.2.2 隔離開關型號的選擇及校驗 20
6 其它電氣設備的選擇 22
6.1 電流互感器的選擇 22
6.1.1 220kV側電流互感器的選擇 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側母線上電壓互感器 23
6.2.2 110kV側母線上電壓互感器 23
6.2.3 10kV側母線上電壓互感器 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 屋內外配電裝置設計和總平面布置 31
8.1 概述 31
8.2 配電裝置形式的設計 31
結 論 33
參考文獻 34
致 謝 35
III
1 前 言
變電所是聯(lián)系電網的紐帶，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整電壓的電力設施,主要是通過變壓器將各級電壓的電網聯(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系到整個電網的安全運行。
變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是組成電網的基本單元之一，其運行的安全與否，直接關系到電網的安全和穩(wěn)定，對國民經濟和社會的發(fā)展至關重要[1]。隨著電網的發(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，我國城市電力網和農村電力網正進行大規(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[3]。我國電力網的現(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[4]。本畢業(yè)設計的內容為220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設計，是最為常見的常規(guī)變電所，設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、電壓互感器、電流互感器等電氣設備的選擇和校驗，防雷接地系統(tǒng)的設計，總布局和配電裝置的設計等內容。本次設計完全按照任務書的要求進行，所有數據及理論均有根有據，準確度較高。
2 電氣主接線的設計
2.1 概述
變電所的電氣主接線是由高壓設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。電氣主接線的設計，直接影響著全站電器設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經濟運行。主接線的設計是一個綜合性的問題。必須在滿足國家有關技術經濟政策的前提下，力爭使其技術先進、經濟合理、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。應視電壓等級和出線回數，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，當母線或母線隔離開關發(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不超過兩回，35～63kV，配電裝置的出線回路數不超過3回，6～10kV配電裝置的出線回路數不超過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，亦可用隔離開關分段，故障時將短時停電，拉開隔離開關FG后，完好段即可恢復供電。分段的數目，取決于電源數量和容量，段數分的越多，故障時停電范圍越小，但使用斷路器等設備的數目也增多，配電設備運行也就越復雜，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不超過4回，35～60kV配電裝置的出線回路數不超過8回，6～10kV配電裝置每段容量不宜超過25MW
3)帶旁路母線
斷路器經過長期運行和切斷數次短路電流后，都需要檢修。為了檢修出線斷路器，不致中斷該回路供電，可增設旁路母線PM和旁路斷路器PD，旁路母線經旁路隔離開關PG與每一出線連接。正常運行時，PG和PD斷開。當檢修某出線斷路器DL時，先閉合PG和PD，然后斷開DL及兩側的線路隔離開關XG和母線隔離開關MG，這樣DL就退出工作了，由旁路斷路器PD執(zhí)行其任務。
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旁路母線。但當采用可靠性較高的SF6斷路器時，可不裝置旁路母線。而6～10kV屋內配電裝置，一般不裝設旁路母線。
4)雙母接線
它具有兩組母線，工作母線和備用母線，每回線路都經一臺斷路器和兩組隔離開關分別與兩組母線連接，母線之間通過母線聯(lián)絡斷路器連接。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，當出線回路數達7回，（110kV）或5回（220kV）時，一般應裝設專用旁路母線。
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。
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雜。
6）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，所用斷路器數目最少，依照連接橋的位置它可分為內橋和外橋接線。運行時，橋臂上聯(lián)絡斷路器處于閉合狀態(tài)。
內橋接線：適合于輸電線路較長，故障機率較多而變壓器又不需經常切除時。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，且變壓器隨經濟運行的要求需經常切換，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)，有時增設并聯(lián)旁路隔離開關以供檢修LD時使用。當線路故障時需停相應的變壓器。
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
當母線閉合成環(huán)形，并按回路數利用斷路器分段，即可構成角形接線。角形接線中，斷路器數等于回路數，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 主接線設計的基本要求
變電所的電氣主接線應根據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、線路、變壓器連接元件總數、設備特點等條件確定。并應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，不僅要考慮一次設備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設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）調度要求?？梢造`活的投入和切除變壓器、線路，調配電源和負荷；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，無論一次和二次設備改造量最少。
2.3.3 主接線經濟性的要求
在滿足技術要求的前提下，做到經濟合理。
1）投資省：主接線簡單，以節(jié)約斷路器、隔離開關等設備的投資；占地面積?。弘姎庵鹘泳€設計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地、架構、導線、絕緣子及安裝費用。
2）電能損耗少：經濟選擇主變壓器型式、容量和臺數，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。
中壓側有4回出線，低壓側有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：單元接線；中壓側，低壓側：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，中壓側：雙母線接線；低壓側：單母分段
圖2-2 方案B主接線圖
方案C（圖2-3） 高壓側：單母分段帶旁路母線；中壓側，低壓側：單母分段
圖2-3 方案C主接線圖
方案D（圖2-4）高壓側：外橋接線；中壓側：單母分段帶旁路母線；低壓側：雙母線
圖2-4 方案D主接線圖
方案E（圖2-5） 高壓側：內橋接線；中壓側，低壓側：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：采用單元接線。優(yōu)點：接線簡單，開關設備少，節(jié)省投資，操作簡單。不過缺點也相當突出：任一元件發(fā)生故障或經行檢修時，整個單元需停止工作。
110kV與10kV側：均采用單母線分段的方式。
方案B：
220kV側和110kV側：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，就可迅速恢復供電，另外還具有調度、擴建、檢修方便的優(yōu)點。
10kV側：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：變電所經兩回線從系統(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，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，斷路器經常跳閘，因此要相應地增加斷路器的檢修次數，這使得這個問題更加突出。
方案D：
220kV側：采用外橋法接線。與內橋法一樣，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。
110kV側：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，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：采用雙母線接線。優(yōu)點：供電可靠。通過兩組母線隔離開關的倒換操作，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時，只需斷開此隔離開關所屬的一條電路和與此隔離開關相連的該組母線，能靈活地適應電力系統(tǒng)中各種運行方式調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，一定程度上增加一次投資。當母線故障或檢修時,隔離開關作為倒換操作電器,容易誤操作。
方案E：
220kV側：采用內橋接線。110kV側與10kV側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,年運行小時數較高,因此主接線要求有較高的可靠性和調度的靈活性.根據以上各個方案的初步經濟與技術性綜合比較,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備之一，其擔負著變換網絡電壓進行電力傳輸的重要任務。確定合理的變壓器容量是變電站安全可靠供電和網絡經濟運行的保證。特別是我國當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上，確定變壓器的經濟容量，提高網絡的經濟運行素質將具有明顯的經濟效益。
3.1 變電站主變壓器選擇的規(guī)定
1）主變容量和臺數的選擇，應根據《電力系統(tǒng)設計技術規(guī)程》SDJ161—85有關規(guī)定和審批的電力規(guī)劃設計決定進行。凡有兩臺及以上主變的變電站，其中一臺事故停運后，其余主變的容量應保證供應該站全部負荷的60%，在計及過負荷能力后的允許時間內，應保證用戶的一級和二級負荷。
2）根據電力負荷的發(fā)展和潮流的變化，結合系統(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、調壓和設備制造等條件允許時，應采用自耦變壓器。
3）主變調壓方式的選擇，應符合《電力系統(tǒng)設計技術規(guī)程》SDJ161的有關規(guī)定。
3.2 主變壓器選擇的一般原則與步驟
3.2.1 主變壓器臺數的確定原則
為保證供電的可靠性，變電所一般應裝設兩臺主變，但一般不超過兩臺主變。當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，可裝設一臺主變。對大型樞紐變電站，根據工程的情況，應裝設2～4臺主變。
當變電站裝設兩臺變壓器的時候當一臺停運時，一臺檢修時，另一臺應該能夠60%以上的負擔。
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）當系統(tǒng)有調壓方式時，應采用有載調壓變壓器。對新建的變電站，從網絡經濟運行的觀點考慮，應采用有載調壓變壓器。
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）主變容量的確定應根據電力系統(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；
——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側最大負荷90MW, ；
10kV側最大負荷26MW，。
由計算可知單臺主變的最大容量為(設負荷同時系數為0.85)：
結論：選擇兩臺63MVA的變壓器并列運行。
3.3.2 變壓器型號的選擇
因為本次設計中有三個電壓等級，且當變壓器最小負荷側通過的容量大于主變容量的15%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%調壓方式： 有載調壓
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)的運行經驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數，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備或對這些設備提出技術要求；評價并確定網絡方案，研究限制短路電流措施；為繼電保護設計與調試提供依據；分析計算送點線路對通訊設施的影響等。
在電力系統(tǒng)設計中，短路電流的計算應按遠景規(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
主變容量為63MVA；
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及以上網絡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)
短路電流計算結果如下表所示：
表4-1 短路電流計算結果
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 導體和電氣設備的選擇和設計
5.1 斷路器的選擇
5.1.1 斷路器選擇原則與技術條件
在各種電壓等級的變電所的設計中，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，地位最為關鍵，結構最為復雜[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，除應滿足各項技術條件和環(huán)境外，還應考慮便于施工調試和維護，
并以技術經濟比較后確認。
目前國產的高壓斷路器在220kV主要是SF6斷路器。
斷路器選擇的具體技術條件簡述如下：
1）電壓：Uj（電網工作電壓）￡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： U N 3 Ug=220kV
110kV 側： UN 3 Ug=110kV
10kV 側： 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：
110 kV側：
10 kV側：
變壓器回路上的電流：
（5-6)
220kV側：
110kV側：
10kV 側：
（3）開斷電流：
220kV側： Ikd 3 Idt = 3.496kA
110kV側： Ikd 3 Idt = 3.795kA
10kV 側： Ikd 3 Id t= 33.5665kA
（4）最大短路沖擊電流：
220kV側： Imax 3 ich=8.899kA
110kV側： Imax 3 ich=9.660kA
10kV側： Imax 3 ich=85.446kA
根據以上數據，選定斷路器如下：
1）220kV側橋間和出線選定為 LW6-220/3150，各項技術數據如下：
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
收藏