变电站电气部分初步设计.doc

华北水利水电学院毕业设计 分类号分类号 编编 号号 华北水利水电学院华北水利水电学院 North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power 毕毕 业业 设设 计计 题目题目 227227 变电站电气部分初步设计变电站电气部分初步设计 学学 院院 电电 力力 学学 院院 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 姓姓 名名 吕吕 娜娜 娜娜 学学 号号 200915009 指导教师指导教师 张张 鸿鸿 博博 2011 年 5 月 20 日 华北水利水电学院毕业设计 华 北 水 利 水 电 学 院 毕 业 设 计 任 务 书 设计题目：227 变电站电气部分初步设计 专 业：电气工程及其自动化 班级学号： 200915009 姓 名: 吕 娜 娜 指导教师： 张 鸿 博 设计期限：2011 年 3 月 01 日开始 2011 年 5 月 20 日结束 院、系： 电力学院 2011 年 03 月 01 日 华北水利水电学院毕业设计 1 一、毕业设计的目的 毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节。学生通过毕业设计，旨在培 养学生综合运用所学的基本理论和方法解决实际问题的能力，提高学员实际操作的技能 以及分析思维能力，使学员能够掌握文献检索、研究分析问题的基本方法，提高学员阅 读外文书刊和进行科学研究的能力。在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用， 它既是一次检阅，又是一次锻炼。 二、主要设计内容 （1） 选择变电站主变压器台数及容量； （2） 设计变电站各电压侧主接线； （3） 电压互感器、电流互感器的配置； （4） 电气设备选择（主变压器、断路器、隔离开关、母线、电缆、电流电压互感 器） ； （5） 变压器保护方案设计。 三、重点研究问题 （1） 电气主接线方案的设计,要求方案应合理，主接线方案论证与比较不能少于两 个方案。 （2） 短路电流计算及电气设备选择与校验。 （3） 变压器继电保护整定。 四、主要技术指标或主要设计参数 （1）建所目的 为满足乡镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系 统发展规划，拟建设一座 220/110/10kV 的区域性降压变电所。 （2）拟建变电站概况 220kV 以双回路与 60km 外的系统相连。系统最大方式的容量为 1200 MVA，相应 的系统电抗为 0.54；系统最小的方式为 800 MVA，相应的系统电抗为 0.625， （一系统容 量及电压为基准的标么值） 。系统最大负荷利用小时数为 TM=5700h。 220kV 另有负荷出线 2 回，每回出现功率 100MVA； （3）110kV 架空线 4 回，2 回输送距离 30km，每回输送功率 20MVA；2 回输送距 离 20km，每回输送功率 20MVA。 华北水利水电学院毕业设计 2 （4） 10kV 电压级，电缆出线 4 回，输送距离 5km，每回输送功率 4MW；架空输 电线 4 回，输送距离 7km，每回输送功率 5MW。 （5） 变电站所在高度 65M，最高年平均气温 20 摄氏度，月平均气温 26 摄氏度。 五、设计成果要求 1、编写设计说明书 （1） 变电站主变压器台数、容量选择计算及结果； （2） 变电站各电压侧主接线分析论证及结果； （3） 变电站短路电流计算； （4） 电气设备选择、校验； （5） 变压器保护整定方案与结果； 2、编写设计计算书 （1）对称与不对称短路电流计算； （2）电气设备选择、校验计算； （3）变压器保护整定计算； 3、绘图 图纸数量不少于 3 张；图纸名称： （1）电气主接线图(计算机绘制，A1 或 A2 纸打印)； （2）开关站平面布置图(手工绘制，1 号图纸幅面)； （3）变压器保护原理接线图、展开图(手工绘制，1 号图纸幅面)。 4、要求 （1）电气主接线方案设计应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案。 （2）短路电流及电气设备选择校验方法应正确。 （3）主接线图形符号、线条及图签符合规范，接线正确，图面布局合理，参数标注 正确，图形清晰美观。 （4）论文格式应符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，文理通顺，无错别字， 要求打印，统一用 A4 纸。 （5）独立完成，严禁抄袭或请人代作。 （6）按分配时间阶段完成相应任务。 5、 专业相关文献翻译（原件及译文，汉字要求 3000 字以上） 华北水利水电学院毕业设计 3 六、其它 1、参考文献 1范锡普主编 发电厂电气部分（第二版） 水利电力出版社 1995 2西北电力设计院 电力工程电气一次设计手册 水利电力出版社 1989 3西北电力设计院 电力工程电气二次设计手册 水利电力出版社 1989 4陈珩主编 电力系统稳态分析 中国电力出版社 1998 5李光琦主编 电力系统暂态分析 中国电力出版社 2002 6贺家李 宋从矩 合编 电力系统继电保护 中国电力出版社 2003 2、时间安排 本次设计的时间共 12 周，各部分设计内容的时间安排大致如下： （1）搜集资料，熟悉设计题目 1 周 （2）变电站电气主接线设计 1 周 （3）短路电流计算 1 周 （4）电气设备选择 2 周 （5）绘图 2 周 （6）整理说明书、计算书 1 周 （7）外文文献翻译 1 周 （8）答辩 1 周 华北水利水电学院毕业设计 4 华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告 2011 年 3 月 26 日 学生姓名吕娜娜学号 200915009 专业电气工程及其自动化 题目名称227 变电站电气部分初步设计 课题来源模拟 主 要 内 容 一设计原始资料 为满足乡镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量， 根据系统发规划，拟建设一座 22011010kV 的区域性降压变电所。220kV 以双回路与 60km 外的系统相连。系统最大方式的容量为 1200MVA，相应的系 统电抗为 0.54；系统最小的方式为 800MVA，相应的系统电抗为 0.625， （以系 统容量及电压为基准的标幺值） 。系统最大负荷利用小时数为 TM=5700h.220kV 另有负荷出线 2 回，每回出线功率 100MVA；110KV 架空线 4 回，2 回输送距离 30km,每回输送功率 20MVA；2 回输送距离 20km，每回输送功率 20MVA；10kV 电压级，电缆出线 4 回，输送距离 5km，每回输送功率 4MW；架空输电线 4 回， 输送距离 7km,每回输送功率 5MW。变电站所在高度 65m,最高年平均气温 20 摄 氏度，月平均气温 26 摄氏度。 二设计内容 1. 变电站主变压器台数及容量的选择 由任务书中给出的新建变电站的性质和规模，针对变电站的作用和地位， 对待建变电站的必要性和可行性进行进一步分析，论述。220kV 回路数，负荷 数据，参考有关文献资料，主要负荷的行业性质，特点，负荷等级，及其对 供电可靠性的要求进行分析，综合和计算，为主变压器选择及接线方式的设 计准备必要的资料。根据电气设计手册及变电设备合理选择运行对 主变的要求，可以确定主变压器的台数，容量，变压器型号也就确定了。 2.各电压级接线方案的确定 主变压器台数、型式、容量确定之后，变电站电气主接线的框架就已确 华北水利水电学院毕业设计 5 定，这时，可进行各电压等级接线方式的设计。每个电压等级可分别拟定出 2 个初步方案，进行比较，主要是进行上述的技术方面的可靠性、灵活性和方 便性比较，然后分别得出各电压等级的最佳接线方式。在比较小的用电等级 接线方式设计中，可粗略估计其短路电流，确定是否限制短路电流措施。在 主接线设计中，认真学习和回顾有关专业课程内容，深入研究有关设计技术 规范、规程、必要时，有些规程的有关条款要摘抄到说明书中来。设计结果 要符合规程规定。 3. 主要电气设备的选择 .断路器和隔离开关的选择 断路器和隔离开关的型式选择要根据电压等级、安装地点、对系统稳定 运行的影响等因素决定。 断路器选择校验内容：（1）选择类型；（2）选择额定电压；（3）选 择额定电流；（4）校验切断能力；（5）校验热稳定性；（6）校验动稳定 性。 隔离开关的选择校验内容：（1）选择类型；（2）选择额定电压； （3）选择额定电流；（4）校验热稳定性；（5）校验动稳定性。 .电压互感器的选择 电压互感器的选择内容：（1）根据安装地点和用途，选择电压互感器 的型号、台数；（2）确定额定电压；（3）根据额定电压，确定接线方式和 准确级。 .电流互感器的选择 电流互感器的选择内容：（1）选择类型；（2）选择额定电压；（3） 选择额定电流；（4）校验动稳定性；（5）校验热稳定性；（6）在施工阶 段，需要校验准确级。 .避雷器的选择 避雷器的选择内容：（1）选择避雷器型号；（2）选择额定电压； （3）校验最大允许电压；（4）校验工频放电电压。 .高压熔断器的选择 高压熔断器只适用于 35kV 及以下电压等级，较广泛地用于高压输电线 路、变压器和电流互感器等设备过载及短路保护。它的选择内容：（1）选 华北水利水电学院毕业设计 6 择型式种类；（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）选择开断电 流。 4.硬母线及其软导体的选择 硬导体包括矩形、槽形和管形等，软导体指钢芯铝绞线。对于年最大 负荷利用小时数较大，距离长、传输容量大的回路（如发电机引出线回路变 压器引出线回路） ，一般按经济电流密度选择截面，其它短导体按长期发热 允许电流选择截面。一般原则如下 .按长期发热允许电流选择截面； .按经济电流密度选择截面； .按电晕电压校验（对 110kV 及以上电压的母线进行校验） ； .在三相短路状态下，进行热稳定和动稳定校验。 5.变压器的保护整定计算 变压器主保护有瓦斯保护和纵联差动保护，其中瓦斯保护是反映内部短 路和油面降低的非电量保护；纵联差动保护是反映变压器绕组和引出线的多 相短路及绕组匝间短路。变压器的后备保护对变压器的安全运行也很重要， 对各类保护应设置合理的整定值。 三重点研究问题 1.电气主接线方案的设计，要求方案应合理，主接线方案论证与比较不 能少于两个方案； 2.短路电流及电气设备选择计算方法。 3.变压器继电保护整定。 采取的主 要技术路 线或方法 在发电厂和变电所中，发电机，变压器，断路器，隔离开关，电流电压 互感器，避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线， 构成了电能的生产、汇集和分配的电气主回路。这个电气主回路被称为电气 一次系统，又叫电气主接线。电气主接线必须满足可靠性，灵活性和经济性 三项基本要求。 其设计方案由以下五方面： 1. 负荷分析 2. 变压器配置方案的确定 3. 各电压级接线方式的确定 华北水利水电学院毕业设计 7 4. 短路电流计算 5. 主要电气设备的选择 预期的成 果及形式 一设计说明书： 主要内容包括电站主变压器台数、容量选择及计算结果，变电站各电压 侧主接线分析论证及结果，变电站短路电流的计算，电气设备的选择、校验， 变压器保护整定。要求字数在 10000-15000 字，论文格式参照华北水利水 电学院关于本科毕业设计论文格式要求； 二设计计算书： 对称与不对称短路电流计算，电气设备选择、校验计算，变压器继电保 护整定。 三绘图： 图纸数量不少于 3 张；图纸名称： （1）电气主接线图(计算机绘制，A1 或 A2 纸打印)； （2）开关站平面布置图(手工绘制，1 号图纸幅面)； （3）变压器保护原理接线图、展开图(手工绘制，1 号图纸幅面)。 时间安排 本次设计的时间共 12 周，各部分设计内容的时间安排大致如下： （1）图书馆查找资料，熟悉设计题目 1 周 （2）变电站电气主接线设计 1 周 （3）短路电流计算 1 周 （4）电气设备选择 2 周 （5）绘图 2 周 （6）整理说明书、计算书 1 周 （7）外文文献翻译 1 周 （8）答辩 1 周 华北水利水电学院毕业设计 8 指导教师 意见 签 名： 年 月 日 备注 设计参考资料 1范锡普主编 发电厂电气部分（第二版） 水利电力出版社 1995 2西北电力设计院 电力工程电气一次设计手册 水利电力出版社 1989 3西北电力设计院 电力工程电气二次设计手册 水利电力出版社 1989 4陈珩主编 电力系统稳态分析 中国电力出版社 1998 5李光琦主编 电力系统暂态分析 中国电力出版社 2002 6贺家李 宋从矩 合编 电力系统继电保护 中国电力出版社 2003 华北水利水电学院毕业设计 I 摘 要 变电站是输电和配电的集结点。其设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安 全、稳定、灵活和经济运行。本文设计建设一座220kV降压变电所，主要是对该变电所的 电气一次部分进行设计、计算。 本说明书以220kV地区变电站设计为例，论述了电力系统工程中变电站部分电气设计 （一次部分）的全过程。本文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。对变压器保护整定电流进行了分析计算，设计中也配置了避雷器及继电保护 装置方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。 本毕业设计对变电站电气部分初步做了较为详细的理论设计，并且对其电气二次部 分有所涉及，这有待于在今后的学习和工作中进行研究。 关键词：变电站 短路电流 电气设备 继电保护整定 华北水利水电学院毕业设计 II ABSTRACT Substation is the focal point in a system for transmission and distribution of electrical energy. Designing quality of substation is directly referred to the security, stabilization, flexibility and economical operation of electric system. This thesis designs a 220kV stepdown substation and its electric primary part. The statement about the 220kv transformer area substation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. Through the main transformer stations wiring design, stations wiring design stations, short circuit current calculations, check electrical equipment moving and thermal stability, set the main electrical equipment models and the parameters, the operating mode, design over-voltage protection and mine devices , design general electric graphic and distribution devices flood, and without power compensation. Lastly,complete substation design in power system. The design is a part of the electrical transformer stations, and its second part did involve, which research it in future study and work. KEY WORDS: Substation, Short circuit currents, electrical equipment, relay protection devices. 华北水利水电学院毕业设计 III 华北水利水电学院毕业设计 目目 录录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 设计说明书设计说明书 1 1 1 1 电气主接线设计电气主接线设计 1 1 1.1 概述.1 1.2 电气主接线的基本要求.1 1.3 主接线的接线方式选择.2 2 2 主变压器容量、台数及形式的选择主变压器容量、台数及形式的选择 6 6 2.1 概述.6 2.2 主变压器台数的选择.6 2.3 主变压器容量的选择.6 2.4 主变压器型式的选择.7 3 3 短路电流计算短路电流计算 9 9 3.1 概述.9 3.2 短路电流计算的目的.9 3.3 短路电流计算的一般规定.9 3.4 短路电流计算的内容10 3.5 短路电流计算的步骤10 4 4 电气设备的选择电气设备的选择 1111 4.1 概述11 4.2 断路器的选择13 4.3 隔离开关的选择14 4.4 互感器的选择14 4.5 熔断器的选择17 4.6 母线及出线的选择18 4.7 支柱绝缘子及穿墙套管的选择20 华北水利水电学院毕业设计 5 5 配电装置配电装置 2323 5.1 概述23 5.2 配电装置的基本要求23 5.3 配电装置的设计原则23 5.4 各电压等级配电装置设计24 6 6 防雷保护的设计防雷保护的设计 2626 6.1 概述26 6.2 避雷器的技术参数26 6.3 避雷器的配置原则26 7 7 继电保护配置规划继电保护配置规划 2828 7.1 概述28 7.2 变压器的保护28 7.3 线路的保护29 8 8 主变容量的确定计算主变容量的确定计算 3232 9 9 短路计算短路计算 3333 9.1 三相短路计算.33 9.2 两相短路计算.36 1010 电气设备选择计算电气设备选择计算 3838 10.1 断路器选择计算.38 10.2 隔离开关选择计算.41 10.3 互感器选择计算.43 10.4 220、110KV 主母线及出线的选择计算 .44 10.5 10KV 母线及出线的选择计算 47 10.6 支持绝缘子及穿墙套管的选择.51 1111 避雷器的选择计算避雷器的选择计算 5353 11.1 220KV 避雷器选择计算 .53 11.2 110KV 避雷器选择计算 .53 华北水利水电学院毕业设计 11.3 10KV 避雷器选择计算 53 致谢致谢 5656 参考文献参考文献 5757 附录一：文献翻译附录一：文献翻译 5858 附录二：电气主接线图附录二：电气主接线图 6666 附录三：附录三：110KV110KV 侧断面图侧断面图6666 附录四：继电保护配置图附录四：继电保护配置图 6666 华北水利水电学院毕业设计 1 设计说明书 1 电气主接线设计 1.1 概述 变电站电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电站的性质，选择出一种 与变电站在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电站的电气主接线是电力系统接 线的重要部分，它表明变电站内的变压器、各电压等级的线路 、无功补偿设备以最优化 的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电站内各种电气设备之间的连接方式。 变电站电气主接线设计是依据变电站的最高电压等级和变电站的性质，选择出一种 与变电站在系统中的地位和作用相适应的接线方式。一个变电站的电气主接线包括高压 侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不 同，其接线方式也不同。 我国变电所设计技术规程SDJ2-79 规定：变电站的主接线应根据变电站在电力系 统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、 操作方便和节约投资等要求，便于扩建。 1.2 电气主接线的基本要求 （1） 可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接 线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。主接线可靠性的具体要求： 断路器检修时，不宜影响对系统的供电； 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求 保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电； 尽量避免变电所全部停运的可靠性。 （2） 灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和 负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求； 为了检修的目的,可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修， 而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电； 为了扩建的目的,可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在 华北水利水电学院毕业设计 2 一次和二次设备装置等所需的改造为最小。 （3） 经济性：主接线在满足可靠性、灵活性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、电流和电压互感器、避 雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制 电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分 支变电所推广采用质量可靠的简单电器； 占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、 绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布 置。 电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增 加电能损失。 1.3 主接线的接线方式选择 表 1-3-1 主接线方案 方案 220kV110kV10kV 主变台数 方案一双母线单母线分段单母线分段 2 方案二双母线单母线分段 兼旁路 单母线分段 兼旁路 2 （1） 单母线分段 优点:母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个供电电源; 一段母线故障时(或检修),仅停故障(或检修)段工作,非故障段仍可继续工作. 缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出线,在检修期 间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作. 适用范围： 可装设旁路母线。 这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为 35110kV 的变 电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性 （4） 双母线接线 优点:供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母线故障后，能迅速恢复 供电;调度灵活;扩建方便. 华北水利水电学院毕业设计 3 缺点:接线复杂,设备多,母线故障有短时停电，造价高。 适用范围： 610kV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时 3563kV 配电装置，当出线回路数超过 8 回时，或连接的电源较多，负荷较大时 110220kV 配电装置出线回路数为 5 回及以上时，或当 110220kV 配电装置在 系统中居重要地位，出线回路数为 4 回及以上。 方案一 图 1-3-1 方案一的接线特点： （1） 220kV 采用双母线接线方式，供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中 断,一组母线故障后，能迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便. （2） 110kV 及 10kV 侧采用单母分段接线，母线经断路器分段后，对重要用户可以从 不同段引出两个回路，有两个供电电源;一段母线故障时(或检修),仅停故障(或检修)段 华北水利水电学院毕业设计 4 工作,非故障段仍可继续工作. 方案二 图 1-3-2 方案二的接线特点： （1） 220kV 采用双母线接线方式，供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中 断,一组母线故障后，能迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便. （2） 110kV 及 10kV 侧采用单母分段兼旁路接线，并设专用的旁路断路器，其经济性 相对来是提高了，但是保证了各段出线断路器检修和事故不致影响供电的情况下，而且 也不会破单母运行的特性，继电保护也比较容易配合，相对来可靠性即提高了。 综观以上两种方案的比较，方案二的可靠性较高，但方案二相对投资较大且设备多 接线复杂。而方案一接线简单，设备少，投资也小，由设计任务书的原始资料及经济性， 供电可靠性等要求将方案一定为最终的选择方案。 2 主变压器容量、台数及形式的选择 2.1 概述 华北水利水电学院毕业设计 5 主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的选择除依据基础 材料外，主要取决与输送功率的大小、与系统联系的紧密程度、运行方式等因素，并至 少要考虑 510 年规划负荷的发展需要。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅 增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分 发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命 和电力系统的稳定性。因此要合理选择变压器的容量和台数。 2.2 主变压器台数的选择 为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电站中一般装 设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电站的可靠性虽然有所提高，但接线网 络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及 带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设 备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台 主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电站的正常供电。 故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。 2.3 主变压器容量的选择 主变容量一般按变电站建成近期负荷，510 年规划负荷选择，并适当考虑远期 1020 年的负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期 和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷 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，应考虑当一台变 压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负 荷，对一般性能的变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的 70%80%。该变电站是按 70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电站的总装容量 为：se = 2（0.7PM） = 1.4PM。 当一台变压器停运时，可保证对 60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为 40%，则可保证 98%负荷供电，而高压侧 220kV 母线的负荷不需要通过主变倒送，因为， 该变电所的电源引进线是 220kV 侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器 传输至各母线上。因此主变压器的容量为：Se = 0.7（S+S） 。 2.4 主变压器型式的选择 （1） 相数的确定 华北水利水电学院毕业设计 6 容量为 300MW 及以下机组单元接线的变压器和 330kV 及以下电力系统中，一般都应 选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电 装置结构复杂，也增加了维修工作量。 （2） 绕组数与结构的确定 在具有三种电压等级的变电站，如通过主变压器的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，主变宜采用三 绕组变压器。当中性点接地方式允许是则应采用自耦变压器。对深入引进负荷中心，具 有直接从高压降为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采 用双绕组变压器。 一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都 较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及 占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。 （3） 绕组接线组别的确定 变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。否则，不能并列运行。电力系 统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D” 。 在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制 3 次谐波对电源 等因素。根据以上原则，主变一般是 Y，D11 常规接线。 （4） 调压方式 为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分 接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式 有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。 通常，对于 220kV 及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用有 载调压，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。 （5） 冷却方式 主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水 冷却。 自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节 约材料减少变压器本体尺寸等优点。但它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密 封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。 表 2-4-1 SFPSZ7-90000/220 的变压器参数 华北水利水电学院毕业设计 7 型号 SFPSZ7-90000/220 联接组标号YN，yn，d11 空载电流% 0.7 空载损耗(KW) 178 高压中压低压额定电压(KV) 22022.5%12138.5 额定容量 MVA 909090 高中高低中低阻抗电压 14.424.27.8 F：风冷却 P：强迫油循环 S：三绕组 7：性能水平号 90000：额定容量 220：电压等级 3 短路电流计算 3.1 概述 在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行 状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用 户的正常供电和电气设备的正常运行。 短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地 （对于中性点接地系统）发生通路的情况。 在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接 地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其 他类型的短路都是不对称短路。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较 少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重 视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。 3.2 短路电流计算的目的 （1） 电气主接线的比较与选择。 华北水利水电学院毕业设计 8 （2） 选择断路器等电气设备，或对这些设备提出技术要求。 （3） 为继电保护的设计以及调试提供依据。 （4） 评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。 （5） 分析计算送电线路对通讯设施的影响。 3.3 短路电流计算的一般规定 （1） 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。 （2） 所有电源的电动势相位角相同。 （3） 验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程 的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后 510 年） 。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常 接线方式，而不应按仅 在切换过程中可能并列运行的接线方式。 （4） 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的 异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 （5） 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方 式时短路电流为最大的地点。 （6） 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。 3.4 短路电流计算的内容 （1） 短路点的选取：各级电压母线、各级线路末端。 （2） 短路时间的确定：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算短路电 流的时间。 （3） 短路电流的计算：最大运行方式下最大短路电流；最小运行方式下最小短路电 流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条件，取决 于计算短路电流的目的 。 3.5 短路电流计算的步骤 （1） 计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下； （2） 给系统制订等值网络图； （3） 选择短路点； （4） 对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰 减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。 华北水利水电学院毕业设计 9 标幺值： = * d I * 1 di X 有名值： = di I jd II （5） 计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量：S = 3 j U I 短路电流冲击值： = 2.55 sh i I （6） 列出短路电流计算结果 具体短路电流计算见计算说明书 表 3-5-1 短路电流计算结果 短路形式 短路点 三相短路两相短路单相接地短路两相接地短路两相接地短路 K13.82 KA3.29 KA4.25 KA4.124.12 KAKA K23.34 KA4.00 KA4.01 KA5.345.34 KAKA K3K327.727.7 KAKA35.5435.54 KAKA0 0 KAKA23.4723.47 KAKA 4 电气设备的选择 4.1 概述 导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线 和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，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，并注意节约投资，选择合适的电 气设备。做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满 足电力系统安全经济运行的需要。 尽管电力系统中各种设备的工作和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同， 但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行 选择，并按短路状态来校验人稳定和动稳定。 4.1.1 选择的一般原则 （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） 应按当地环境条件校核。 华北水利水电学院毕业设计 10 （3） 应力求技术先进和经济合理。 （4） 与整个工程的建设标准应协调一致。 （5） 同类设备应尽量减少品种。 （6） 选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。 4.1.2 选择的技术条件 （1） 按正常工作条件选择导体和电气 额定电压 电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压 ， 故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。 因此，在电气设备中一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网的额定 N U 电压的条件选择。即： NS U N U NS U 额定电流 电气设备的额定电流是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。应不 N I N I 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: max I N I max I 环境条件对设备选择的影响 当周围环境温度 Q 和导体额定环境温度 Q 0不等时，其长期允许电流Q 可按下式修 y I 正： Q = = K y I y I ow w y I 基中 K 修正系数 导体或电气设备正常发热允许最高温度 w 我国目前生产的电气设备的额定环境温度= 40，裸导体的额定环境温度为+25。 o （2）按短路状态校验 校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流一 般取三相短路时的短路电流 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算路电流 通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件。 华北水利水电学院毕业设计 11 短路热稳定校验 tIt2 k Q 式中：短路电流产生的热效应 k Q 、t电气设备允许通过的热稳定的电流和时间 t I 验算热稳定所用的计算时间： = + k t b t g t 继电保护动作时间 b t 断路器全开断时间 g t 110kV 以下导体和电缆一般采用主保护时间 110kV 以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间 短路的动稳定校验 满足动稳定的条件为： es i sh i 式中：短路冲击电流幅值 sh i 电气设备允许通过的动稳定电流幅值 es i 4.2 断路器的选择 变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行 时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的 任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证 非故障线路的正常供电及系统的稳定性。 （1） 型式。除满足各项技术条件和环境条间外，还应考虑安装调试和运行维护的方 便。由于真空断路器、SF6 断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性 能更高，目前得到普遍推广，故 35220kV 一般采用户外式少油断路器或 SF6 断路器。 35kV 及以下的可选用户内式少油断路器。 （2） 额定电压的选择为 N U NS U （3） 额定电流的选择为 N I max I 华北水利水电学院毕业设计 12 （4） 额定开断电流的校验条件为。 ktbr II 断路器的额定开断电流，kA br I 刚分电流，kA kt I （5） 热稳定校验的条间应满足: tIt2 k Q 当1S 时，可不考虑非周期分量的热效应，只计周期分量。 k t k Q 2 pt I p t 式中：短路电流周期分量 pt I 短路电流周期分量发热的等值时间 p t （6） 动稳定校验的条间应满足: es i sh i 表 4-2-1 断路器选择结果 电压等 级 型号额定电 压 （kV） 额定 电流 （A） 额定开 断电流 （kA） 动稳定 电流峰 值 （kA） 热稳定电流 （kA） 固有分 闸时间 （s） 220kV SW4-220220100018.45521(5s)0.06 110kV 进线侧 SW4-110110100018.45521(5s)0.06 110kV 出线侧 SW4-110110100018.45521(5s)0.06 10kV 进线侧 SN4-10G/6000106000105300120(5s)0.15 10kV 架 空出线 SN10-101012504013040(4s)0.06 10kV 电 缆出线 SN10-101012504013040(4s)0.06 4.3 隔离开关的选择 隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器。隔离开关没有灭弧装置，不能用来 华北水利水电学院毕业设计 13 接通和切断负荷电流和短路电流。其作用有：隔离电压，接通或断开很小的电流，与断 路器配套使用完成倒闸操作。 隔离开关与断路器相比，项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流， 故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。 表 4-3-1 隔离开关选择结果 电压等级型号额定电压 （kV） 额定电流 （A） 动稳定电流峰 值（kA） 4s 热稳定电流 （kA） 220 kVGW4-220(D)2206305020 110kV 进线 侧 GW13-1101106305516 110kV 出线 侧 GW13-1101106305516 10 kV 进线 侧 GN10-10T106000200105(5s) 10 kV 架空 出线侧 GN30-10(D)10125010040 10 kV 电缆 出线侧 GN30-10(D)10125010040 4.4 互感器的选择 互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感 器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100，100/）和小电流（5A，1A） ， 3 其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。 表 4-4-1 电流互感器和电压互感器的特点 互感器电流互感器电压互感器 特 点 一次绕组串在电路中，且 匝数少，电流互感器在近于短 路状态下运行 容量小 ，近似于一台小 容量变压器，电压互感器在近 于空载状态下运行 互感器的配置： (1) 为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路 中均装设电流互感器； (2) 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点； 华北水利水电学院毕业设计 14 (3) 对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或 三相配制； (4) 6220kV 电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器； (5) 当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 4.4.1 电流互感器的选择 选择电流互感器时，首先要根据装设地点用途等具体条件确定互感器的结构类型 准确等级，确定电流比其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次回路连接 L K 导线的截面积；最后校验动稳定和热稳定。 (1) 种类和型式的选择 电流互感器根据使用环境可分为室内式室外式,根据结构可分为瓷绝缘结构和树脂 浇注式结构，根据一次线圈的型式又可分为线圈式和母线式单匝贯穿式复匝贯穿式。 选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。 (2) 准确级的选择 电流互感器的准确级应符合其二次测量仪表继电保护等的要求。用于电能计量的 电流互感器，准确级应不低于 0.5 级。用于继电保护的电流互感器，误差应在一定的限 值之内，以保证过电流时的测量准确度的要求。 (3) 一次回路额定电压的选择 一次