220KV变电站电气一次部分设计论文

《220KV变电站电气一次部分设计论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《220KV变电站电气一次部分设计论文（67页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 项目具体名称：项目具体名称：某地区某地区 220KV220KV 变电站电气一次部分设计变电站电气一次部分设计I目目 录录摘 要.IAbstract.II第一章 原始资料 .11.1 建站规模.11.2 系统情况.11.3 气象条件.1第二章 电气主接线设计 .22.1 主接线的设计原则和要求.22.2 主接线的设计步骤.52.3 本变电站电气主接线设计.6第三章 变压器选择 .153.1 主变压器选择.153.2 站用变压器选择.17第四章 短路电流计算 .194.1 短路电流计算的目的.194.2 短路电流计算的一般规定.194.3 短路电流计算的步骤.204.4 短路电流计算结果.21第

2、五章 直流系统设计 .245.1 直流系统概述.245.2 直流系统的电压等级.245.3 直流系统的接线方式.255.4 本变电站直流系统的设计.26第六章 主要电气设备选择 .276.1 电器选择的一般原则和条件.276.2 高压断路器的选择.296.3 隔离开关的选择.326.4 各级电压母线的选择.336.5 绝缘子的选择.336.6 电流互感器的选择.336.7 电压互感器的选择.346.8 高压熔断器的选择.346.9 总结.35第七章 配电装置设计 .36II第八章 防雷保护设计 .378.1 变电站的防雷保护的特点.378.2 变电站直击雷防护.378.3 侵入波过电压防护.3

3、78.4 进线段保护.378.5 三绕组变压器和变压器中性点的防雷保护.37第九章 所用电设计 .38附录一 计算说明书 .3910.1 负荷计算.3910.2 短路电流计算.4110.3 线路及变压器最大长期工作电流计算.4510.4 电气设备选择及校验计算.4610.5 防雷保护计算.53附录二 220kV 变电站电气一次部分图纸.54参考文献（References）.59总 结 .60致 谢 .61某地区某地区 220KV220KV 变电站电气一次部分设计变电站电气一次部分设计专 业：电力系统自动化 学 号：07SDHS0099学生姓名：万金 指导教师：陈学林 摘 要本文首先根据任务书上

4、所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了220kV，110kV，10kV 以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了 220kV 电气一次部分的设计。 关键词关键词：变电站； 变压器； 接线IA 220 KV substation in

5、a part of electrical designAbstractFrom the guide of engineering design assignment, we have to design primary power-system of 220kV substation and draw main electrical one-line diagram and others. There are two main transformer in the substation in which main electrical connection can be divided int

6、o three voltage grades: 220kV, 110kV with 10kV.It deposits sectionalized single bus bar scheme, sectionalized single and transfer bus bar and sectionalized single bus bar scheme pergrade.There is also a design for main electrical connection in this engineering, the calculation for short-circuit elec

7、tric current, the selection of electrical device and calibration (including circuit breaker, isolator, current transformer, potential transformer ,bus bar etc.) and the design for distribution installation per. voltage grade, direct current system and lightning protection is also included.Keyword：Su

8、bstation；Transformer；Wirin0第一章 原始资料1.1 建站规模（1）变电站类型：220kV 地方降压变电站（2）主变台数：最终两台(要求第一期工程全部投入)（3）电压等级：220kV、110kV、10kV（4）出线回路：220kV 侧 4 回110kV 侧 6 回10kV 侧12 回（5）负荷情况35kV：最大 40MW最小 24MWTmax5500 小时cos0.8510kV:：最大 20MW最小 12MWTmax= 5200 小时cos0.851.2 系统情况（1）110kV 母线短路电流标么值为 30（SB=100MVA）（2）110kV 母线电压满足常调压要求1

9、.3 气象条件（1）历年最高气温 38.5,最低年温-5。历年平均气温 19。（2）五月份测得土壤电阻率 R=100/m（3）年雷暴日 60 个。1第二章 电气主接线设计电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气

10、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。2.1 主接线的设计原则和要求主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政

11、策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。2.1.1 电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。（1）接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在

12、110kV220kV 配电装置中，当出线为 2 回时，一般采用桥形接线；当出线不超过 4 回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当 110220kV 出线在 4 回及以上时，一般采用双母接线。在大容量变电站中，为了限制 610kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措2施：变压器分列运行；在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；采用低压侧为分裂绕组的变压器。出线上装设电抗器。（2）主变压器选择主变压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可

13、装设两台以上主变压器。主变压器容量：主变压器容量应根据 510 年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按下式选择MNPS6 . 0为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对 60%负荷的供MP电，考虑变压器的事故过负荷能力 40%，则可保证对 84%负荷的供电。由于一般电网变电站大约有 25%的非重要负荷，因此，采用，对变电站保证重要负MNPS6 . 0荷来说多数是可行的。对于一、二级负荷比重大的变电站，应能在一台停用时，仍能保证对一、二级负荷的供电。主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的

14、变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到 15%以上时，可采用三绕组变压器。其NS中，当主网电压为 110220kV，而中压网络为 35kV 时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为 220kV 及以上，中压为 110kV及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。（3）断路器的设置根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。（4）为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据：3最小负荷为最大负荷的 6070%，如主要是农业负荷时则宜取 2030%；负荷同时

15、率取 0.850.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.951；功率因数一般取 0.8；线损平均取 5%。2.1.2 设计主接线的基本要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。（1）可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考

16、虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：断路器检修时，能否不影响供电。线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。变电站全部停运的可能性。（2）灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。检修安全：应能方便的停运断路

17、器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。4（3）经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/610kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。占地面积小：电气主接线

18、设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。2.2 主接线的设计步骤电气主接线的具体设计步骤如下：（1）原始资料本工程情况 变电站类型，设计规划容量（近期，远景） ，主变台数及容量等。电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划（510 年） ，变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。负荷情况 负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出

19、线回路数及输送容量等。环境条件 当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。（2）拟定主接线方案根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。5（3）短路电流计算对拟定的主接线，为了选择合理

20、的电器，需进行短路电流计算。（4）主要电器选择包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。（5）绘制电气主接线图将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。2.3 本变电站电气主接线设计2.3.1 110kV电压侧接线35110kV 变电所设计规范规定，35110kV 线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。3563kV 线路为 8 回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV线路为 6 回其以上时，宜采用双母线接线。在采用单母线、分段单母线或双母线的 35110kV 主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本

21、变电站 110kV 线路有 4 回，可选择双母线接线或单母线分段接线两种方案，由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。那么其负荷为地区性负荷。变电站 110kV 侧，为双母线分段接线。110kV220kV 出线数目为 5 回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为 4 回及以上的配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线的 35kV110kV 系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案，如图 1 及图 2 所示。6WL1WL1WL3WL4WWQF1S1QFdQF2S2图1 单母分段接线WL1WL2WL3WL4W2QF1QF2

22、QFDWWQFC1QFC2图2 双母线分段接线对图 1 及图 2 所示方案、综合比较，见表 1-1。7表表 2-1 主接线方案比较主接线方案比较方案项目方案方案 技 术 简单清晰、操作方便、易于发展 可靠性、灵活性差 旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电 运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建 母联断路器可代替需检修的出线断路器工作 倒闸操作复杂，容易误操作 经 济 设备少、投资小 用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资 占地大、设备多、投资大 母联断路器兼作旁路断路器节省投资在技术上（可靠性、灵活性）第种方案明显合理，在经济上则方案占优势。鉴于此站

23、为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第种方案为设计的最终方案。 设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响。装设 SF6 断路器时，因断路器检修周期可长达 510 年甚至 20 年，可以不设旁路设施。本变电站 110kV 侧采用 SF6 断路器，不设旁路母线。结论：110kV 侧采用双母线分段接线方式。2.3.2 35kV电压侧接线电压等级为 35kV60kV，出线为 48 回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。本变电站 35kV 线路有 6 回，为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设置旁路母

24、线的条件所限（35kV60kV 出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为 23 天。 ）所以，35kV60kV 采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。 据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。如图 3 及图 4 所示。 8WL1WL2WL3WL4WL5WL6QF1QF2WWWPQFPQS1QS2QS3图3 单母线分段带旁母接线WL1WL2WL5WL6W2QF1QFDWWQFC1QFC2WL3WL4QF2图4 双母线分段接线对图 3 及图 4 所示方案、综合比较。见表 1-2 9表表 2-2 主接线方案比较主接线方案比较方案项目方案方案 技 术简单清晰、操

25、作方便、易于发展可靠性、灵活性差旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作 经 济 设备少、投资小 用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资 设备多、配电装置复杂 投资和占地面大经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案可靠性、灵活性不如方案，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案。结论：35kV 侧采用单母线分段带旁路接线方式。2.3.3 10kV电压侧接线35110kV 变电所设计规范规定，当变电所装有两台主变压器时，610kV 侧宜采用分段单母线。线路为 12 回及以上时，亦可采用双母

26、线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。610kV 配电装置出线回路数目为 6 回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。 本变电站 10kV 侧线路为 12 回，可采用双母线接线或单母分段接线据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。如图 5 及图 6 所示。10WL1WL6WL7WL11WWQF1S1QFdQF2S2WL2 WL3WL4WL5WL8WL9WL10WL12图5 单母线分段接线WL1W2QF1QF2WL2WL12WL11WL10WL9WL8WL7WL3WL4WL5WL6QFCW1图6 双母线接线对

27、图 5 及图 6 所示方案、综合比较，见表 1-3。 11表表 2-3 主接线方案比较主接线方案比较方案项目方案方案 技 术不会造成全所停电 调度灵活 保证对重要用户的供电 任一断路器检修，该回路必须停止工作供电可靠调度灵活扩建方便便于试验易误操作经 济占地少设备少设备多、配电装置复杂投资和占地面大经过综合比较方案在经济性上比方案好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。所以选用方案结论：10kV 侧采用单母线分段接线方式。综上所述,本变电站主接线见附录 110kV 变电站电气一次部分图纸。变电站低压侧未采用限流措施，待计算短路电流之后，再采用相应的限流措施。最简单的限制短路电流的方法是使变压器低压

28、侧分列运行。变压器低压侧分列运行，限流效果显著，是目前广泛采用的限流措施。在变压器回路中装设电抗器或分裂电抗器用的很少，母线电抗器体积大、价格高且限流效果较小，出线上装电抗器，投资最贵，且需造两层配电装置室，在变电站中应尽量少用。2.3.4 站用电接线 一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。 上述两种方案如图 7 及图 8 所示。 12WL1WL1WL3WL4WWQF1S1QFdQF2S2图7 单母线分段接线WL1WL1WL3WL4WWQF1S1QF2S2QE图8 单母线接线对图 7 及图 8 所示方案、综合比较，见表 1-4。13表表2-4

29、主接线方案比较主接线方案比较方案项目方案方案 技 术不会造成全所停电调度灵活保证对重要用户的供电任一断路器检修，该回路必须停止工作扩建时需向两个方向均衡发展 简单清晰、操作方便、易于发展技 可靠性、灵活性差经 济占地少设备少设备少、投资小经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案。结论：站用电采用单母线分段接线方式。2.3.5 站用变压器低压侧接线站用电系统采用 380/220V 中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，站用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。380V 站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）

30、或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。站用变压器低压侧接线如图 9所示。1410KV#1#20.4KV图9 站用变压器低压侧接线15第三章 变压器选择3.1 主变压器选择在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。35110kV 变电所设计规范规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于 60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。具有三种电压的变电所，如

31、通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的 15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。3.1.1 变电站主变压器台数的确定 主变台数确定的要求： 1.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。 2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。 考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。 3.1.2 变电站主变压器容量的确定 主变压器容量确定的要求： 1.主变压器容

32、量一般按变电站建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑到远期 1020 年的负荷发展。 2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的 6070%。 、=32.511MVA 由于上述条件所限制。总S所以，两台主变压器应各自承担 16.256MVA。当一台停运时，另一台则承担 60%为1619.5MVA。故选两台 20MVA 的主变压器就可满足负荷需求。3.1.3 变电站主变压器型式的选择 具有三种

33、电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定 对电力系统一般要求 10KV 及以下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国 110kV 及以上电压变压器绕组都采用 Y 连接；35kV 采用 Y 连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV 以下电压变压器绕组都采用连接。 3.1.4 调压方式的选择普通型的变压器调压范围很小，仅为5%而且当调压要求的变化趋势与实际相反(如逆调压)时，仅靠调整普

34、通变压器的分接头就无法满足要求，有载调压它的调整范围较大，一般在 15%以上，而且，既要向系统传输功率，又可能从系统倒送功率，要求母线电压恒定保证供电质量的情况下，有载调压变压器可以实现。因此选用有载调压变压器。3.1.5 总结由负荷计算（设计计算书第一章）可知，本变电站远景负荷为=32.511MVA，装设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择MPMVAPSMC5 .19511.326 . 06 . 0故可选择两台型号为 SSZ920000/110 的变压器。%0 .61%1004670020000当一台主变停运时，即使不考虑变压器的事故过负荷能力，也能保证对 61.0%的负荷供电。主变压

35、器参数如表 3-1 所示。17表表 3-1 主变压器技术参数主变压器技术参数3.2 站用变压器选择35110kV 变电所设计规范规定，在有两台及以上主变压器的变电站中，宜装设两台容量相同可互为备用的站用变压器，分别接到母线的不同分段上。变电站的站用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电站的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电站的站用电压只需 0.4kV 一级，采用动力与照明混合供电方式。380V 站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装

36、置供电。3.2.1 站用变台数的确定 对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段 10kV 母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。 3.2.2 站用变容量的确定 站用变压器容量选择的要求：站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。 =98.91/(1-10%) 站S=109.9KVA 3.2.3

37、站用变型式的选择 考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备趋势，可选用 S9额定电压（KV）负载损耗（KW）阻抗电压（%）型号额 定容 量（KVA）高压中压低压空载电流（%）空载损耗（KW）高中高低中低高中高低中低连接组标号SSZ9-20000/1102000011038.510.50.525.51051128510.517.56.5YN，yn0,d1118系列三相油浸自冷式铜线变压器3.2.4 总结本变电站计算站用容量为 100kVA（设计计算书第一章） ，选用两台型号为 S9100/10 的变压器，互为暗备用。10kV 级 S9 系列三相油浸自冷式铜线变压器，是全国统一设计的新

38、产品，是我国国内技术经济指标比较先进的铜线系列配电变压器。站用变压器参数如表 3-2 所示。表表 3-2 站用变压器技术参数站用变压器技术参数额定电压（KV）损耗（W）型号额定容量（KVA）高压低压空载电流（%）空载短路阻抗电压（%）连接组标号S9-100/10100100.41.629015004Y，yn0因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。 根据设计规范第 3.7.1 条自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜

39、用中性点不接地的星型接线。 电力工程电力设计手册规定“对于 35-110KV 变电所，可按主变压器额定容量的 10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。 19第四章 短路电流计算4.1 短路电流计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面：（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。（2）在选择电气设备

40、时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。（5）接地装置的设计，也需用短路电流。4.2 短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定：（1）计算的基本情况电力系统中所有电源

41、都在额定负荷下运行；同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁)；短路发生在短路电流为最大值的瞬间；所有电源的电动势相位角相同；正常工作时，三相系统对称运行；应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。（2）接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式） ，而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（3）计算容量20应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后 510 年） 。（4）短路种类一般按三相短路计算。若发电

42、机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。（5）短路计算点在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的 610kV 出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。4.3 短路电流计算的步骤在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用计算曲线法。其具体计算步骤如下：（1）绘制等值网络。选取基准功率和基准电压；BSavBVV 发电机电抗用，略去网络各元件的电阻、输电线路的电容和变

43、压器的励xd磁支路；无限大功率电源的内电抗等于零；略去负荷。（2）进行网络变换。按网络变换的原则，将网络中的电源合并成若干组，例如，共有 g 组，每组用一个等值发电机代表。无限大功率电源（如果有的话）另成一组。求出各等值发电机对短路点的转移电抗， 以及无限大功率电源对短路点的转移),.,2 , 1(gixfi电抗。xfs（3）将前面求出的转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算，便得到各等值发电机对短路点的计算电抗。),.,2 , 1(giSSxxBNifiijs21式中，为第 i 台等值发电机的额定容量，即由它所代表的那部分发电机的NiS额定容量之和。（4）由分别根据适当的计算曲线找出指定

44、时刻 t 各等值发电xxxjsgjsjs,21 机提供的短路周期电流标幺值。*2*1,ptgptptIII （5）网络中无限大功率电源供给的短路电流周期是不衰减的，并由下式确定xIfsps1*（6）计算短路电流周期分量的有名值。第 i 台等值发电机提供的短路电流为VSIIIIavNiiptNiiptipt3*.*.无限大功率电源提供的短路电流为VSIIIIavBpsBpsps3*短路点周期电流的有名值为VSIVSIIavBpsavNigiiptpt33*1*.式中，应取短路处电压级的平均额定电压；为归算到短路处电压级的第avVNiIi 台等值发电机的额定电流；为对应于所选基准功率在短路处电压级

45、的基准电BIBS流。 （7）计算短路容量和短路电流冲击值。（8）绘制短路电流计算结果表。4.4 短路电流计算结果本变电站短路电流计算结果如下（计算过程见设计计算书第二章）：三相短路电流计算电路图及其等值网络如图 10、图 11 所示。22110KVf1f2f335KV10KVLDLD图10 计算电路图f1f2f3110KV35KV10KVLDLD图11 等值网络三相短路电流计算结果见表 4-123表表4-1 短路电流计算结果短路电流计算结果短路点编号短路类型短路电流标幺值*kI短路电流有名值（KA）kI短路电流冲击值（KA）shi短路全电流最大有效值（KA）chI短路容量（MVAdS）1f三相

46、短路3015.0638.3422.8930002f三相短路3.35.14813.17.8253303f三相短路2.11311.62229.5817.6721224第五章 直流系统设计5.1 直流系统概述在发电厂和变电所中，为了供给控制、保护、自动装置、事故照明和汽机直流油泵等的用电，要求有可靠的直流电源，即使在发电厂或变电所完全停电的情况下也要求能保证上述负荷的可靠供电。直流控制负荷包括电气和热工系统的控制、信号、保护、自动装置和某些执行机构，这些都是保证发电厂和变电站正常、安全运行的极为重要的负荷。直流控制电源，除为直流控制负荷供电外，还为一些动力负荷供电，例如大合闸电流的电磁操作机构，事故

47、照明装置等，可见,直流控制电源系统兼有直流保安电源的功能，其工作的可靠性是极为重要的。蓄电池组构成的直流控制电源系统，有很高的可靠性。整个蓄电池组故障造成停止供电的可能性极小。因为蓄电池组的故障，总是首先在个别电池中发生，而且其发展过程缓慢，易于及时发现和消除，不致波及整个蓄电池组。这种情况已为多年的、大量的蓄电池组的运行经验所证明。因此，就其可靠性而言，还没有其他电源可以代替。但是,要保证蓄电池组构成的直流控制电源系统能可靠地、不间断地供电,蓄电池的正确使用和系统的合理设计是个关键。因此，在设计安装和运行方面，都必须遵守一些基本要求，概括起来有以下几点:（1）直流系统设计要简单可靠，同时又要

48、满足运行灵活性的要求。为此，要正确运用经过运行实践考验的典型设计和标准设计；（2）电池、充电器直流屏等设备，要选用可靠性高，性能良好、制造精致、符合各级制造标准、有运行经验或经主管部门鉴定的产品；（3）直流屏的安装环境条件，一定要符合设备的要求，特别是蓄电池的环境条件是否符合安全运行的要求尤为重要；（4）对新蓄电池组，要严格按现行规范和蓄电池的技术要求进行安装及充放电工作；（5）运行的蓄电池组，要按规程定期检查、正确充放电，及时消除一切不正常现象，认真进行维护。5.2 直流系统的电压等级直流系统额定电压一般采用 220V 和 110V；当采用弱电控制信号时，一般采用48V。电力工程中，直流系统

49、电压等级分为 220、110、48、24V，常用的电压等级为 110V。25一些弱电系统采用 48V。具体介绍 110V、220V 直流电压如下：（1）220V 直流电压以往我国发电厂和变电站大多数都采用单一的 220V 电压。采用 220V 电压可以选用较小的电缆截面积，节省有色金属、降低电缆投资。（2）110V 直流电压与 220V 直流系统相比，110V 直流系统具有以下特点：所需的电池个数少,占地面积较小，安装维护方便；绝缘水平低，系统中配备的中间继电器线圈线径较大，减少了线圈断线和接地的故障机率；由于电压水平低，从而降低了继电器触点断开时产生的干扰电压幅值，并减小了对电子元件构成的保

50、护和自动装置的干扰；由于电压水平低，使得直流负荷电流成倍增加，从而使所需电缆截面相应增大。应此，通常在负荷电流较小、供电距离较短的控制信号和保护用电源中才推荐采用 110V 电压。对相同容量的负荷，110V 所需的蓄电池容量与 220V 相比，约增加一倍。权衡利弊，直流系统额定电压宜按下列要求确定：控制负荷专用蓄电池组的电压采用 110V；控制负荷、动力负荷和直流事故照明负荷专用蓄电池组的电压采用 220V 或110V；当采用弱电控制或信号时，装设较低电压等级的专用蓄电池组。5.3 直流系统的接线方式（1）单母接线特点：接线简单、可靠。由于浮充电接在直流母线上，所以当蓄电池回路开关被误断时，直

51、流母线不致失电。适用范围：适用于设有一组蓄电池，两套充电装置的变电站和小型发电厂。（2）单母分段接线特点：充电器和浮充电器分别接到两段母线上，蓄电池组接在一段母线上。直流负荷双回电源分别接至不同的分段上，以提高供电可靠性。接线较单母线复杂，但灵活性好；适用范围：适用于设有一组蓄电池和两套充电装置的大型变电站或机组较多26的小型发电厂。5.4 本变电站直流系统的设计本设计直流电源采用 220kV 电压等级单母线接线方式。选用 PZ61 直流屏。用于完成交直流转换、电源进线馈电、自动检测、信号报警等多种功能，并将有关直流电源操作、保护、检测等设备组装在相应屏、柜内，以实现预期功能的直流设备的总称叫

52、直流屏(柜)。PZ61 新型直流屏是近几年由电力规划设计总院组织电力设计部门吸收国外技术，总结国内经验，根据我国规程和标准的要求设计制造的一种新型直流屏。110kV 及以下电压的变电站，直流屏可布置在与蓄电池毗邻的房间内，也可布置在控制室内。本站直流屏布置在控制室内。27第六章 主要电气设备选择电气设备选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体

53、选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。6.1 电器选择的一般原则和条件6.1.1 电器选择的一般原则由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 电气设备选择的一般原则为： 1.应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考 虑远景发展。 2.应满足安装地点和当地环境条件校核。 3.应力求技术先进和经济合理。 4.同类设备应尽量减少品种。 5.与整个工程的建设标

54、准协调一致。 6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。6.1.2 电器选择的技术条件选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 （1）按正常工作条件选择电器额定电压和最高工作电压在选择电器时，一般可按照电器的额定电压不低于装置地点电网额定电压NU的条件选择，即NsUUUNsN28额定电流电器的额定电流 N I 是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。0应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即NImaxIIINmax按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（

55、尤其是小环境）条件当气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件是，应采取措施。（2）按短路情况校验短路热稳定校验短路电流通过电器时，电器各部件温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为QIktt 2式中短路电流产生的热效应；kQ、t 电器允许通过的热稳定电流和时间。tI电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为iishes或 IIshes式中 、短路冲击电流幅值及其有效值；shishI、电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。esiesI下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：1)熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间

56、保证，故可不验算热稳定。2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。短路电流计算的条件为使电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：1)容量和接线 按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划29（一般为本工程建成后 510 年） ；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。2)短路种类 一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。3)计算短路点 选择通过电器的短路电

57、流为最大的那些点为短路计算点。短路计算时间校验电器的热稳定和开断能力时，还必须合理的确定短路计算时间。验算热稳定的计算时间为继电保护动作时间和相应断路器的全开断时间之和，即ktprtabttttabprk而 tttainab式中 断路器全开断时间；abt后备保护动作时间；prt断路器固有分闸时间；int断路器开断时电弧持续时间。at开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故电器的开断计算时间应brt为主保护时间和断路器固有分闸时间之和，即1prttttinprbr1绝缘水平在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来

58、确定。 由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。 高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。 6.2 高压断路器的选择高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接30入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。 型式选择： 本次在

59、选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。 选择断路器时应满足以下基本要求： 1.在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。 2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。 3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。 4.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化目标，且由于 SF6 断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。故在 110KV 侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、

60、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于 35KV 及以下的电压等级中。所以，35KV 侧和 10KV 侧采用真空断路器。又根据最大持续工作电流及短路电流本变电站高压断路器选择如下（选择和校验计算见计算书第 4 章）：(1)110kV 线路侧及变压器侧：选择 LW11-110 型 SF6 户外断路器

61、。31表表 6-1 110kV 线路侧及变压器侧选择线路侧及变压器侧选择计算数据LW11-110NsU110（KV）NU110（KV）maxI370（A）NI1600（A）kI15.06（KA）NbrI31.5（KA）shi38.34（KA）Ncli80（KA）kQ75.6sKA2)(tIt23969sKA2)(shi38.34（KA）esi80（KA）(2)35kV 线路侧及变压器侧：选择ZW7-40.5 型真空户外断路器。表表6-2 35kV线路侧及变压器侧选择线路侧及变压器侧选择计算数据ZW7-40.5NsU35（KV）NU40.5（KV）maxI776（A）NI1600（A）kI5.1

62、48（KA）NbrI31.5（KA）shi13.1（KA）Ncli80（KA）kQ8.834sKA2)(tIt23969sKA2)(shi13.1（KA）esi80（KA）(3)10kV 线路侧：选择ZN12-10真空断路器。表表6-3 10kV线路侧选择线路侧选择计算数据ZN12-10NsU10（KV）NU12（KV）maxI1359（A）NI2000（A）kI11.622（KA）NbrI25（KA）shi29.58（KA）Ncli63（KA）kQ45.024sKA2)(tIt23969sKA2)(shi29.58（KA）esi63（KA）(4)10kV 变压器侧：选择LN2-10六氟化硫断

63、路器。表表6-4 10kV变压器侧选择变压器侧选择计算数据LW11-110NsU10（KV）NU12（KV）maxI1212.47（A）NI1250（A）kI11.622（KA）NbrI25（KA）shi29.58（KA）Ncli63（KA）kQ45.024sKA2)(tIt23968sKA2)(32shi29.58（KA）esi63（KA）6.3 隔离开关的选择隔离开关也是变电站中常用的电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关的主要用途：隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。 (1)

64、隔离电压 在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。(2)倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。(3)分、合小电流 因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：分、合避雷器、电压互感器和空载母线；分、合励磁电流不超过 2A 的空载变压器；关合电容电流不超过 5A 的空载线路。选择隔离开关时应满足以下基本要求： 1.隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。 2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作

65、人员的安全。 3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。 4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。 5.隔离开关的结构简单，动作要可靠。 6.带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。 本变电站隔离开关的选择(1)110kV：选择 GW5-110/1000-80。33表表6-5 110kV线路侧及变压器侧选择线路侧及变压器侧选择计算数据GW5-110/1000-80NsU110（KV）NU110（KV）maxI370（A）NI1000（A）kQ75.6sKA2)(tIt21849sKA2)(shi

66、38.34esi80(2)35kV：选择GW4-35D/1000-83。表表6-5 35kV线路侧及变压器侧选择线路侧及变压器侧选择计算数据GW4-35D/1000-83NsU35（KV）NU35（KV）maxI346.42（A）NI800（A）kQ8.834sKA2)(tIt22500sKA2)(shi13.1（KA）esi80（KA）6.4 各级电压母线的选择 选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容： （1）选择母线的材料，结构和排列方式； （2）选择母线截面的大小； （3）检验母线短路时的热稳定和动稳定； （4）对 35kV 以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕； （5）对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。 6.5 绝缘子的选择在发电厂变电站的各级电压配电装置中，高压电器的连接、固定和绝缘，是由导电体、绝缘子和金具来实现的。所以，绝缘子必须有足够的绝缘强度和机械强度，耐热、耐潮湿。 选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，以保证绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作。 6.6 电流互感器的选择互感器（包