220kV变电站设计Word格式.doc
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8000
10000
3
重型机械厂
13000
4
拖拉机厂
15000
20000
5
冶炼厂
6
炼钢厂
12000
（6）电力系统接线方式如图所示：
图1.1电力系统接线方式图
系统中所有的发电机均为汽轮发电机，送电线路均为架空线，单位长度正序电抗为0.4欧姆/公里
2主变压器的选择
变压器是一种静止的电气设备，他利用电磁感应原理，把一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。
在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电器设备之一，担负着变换网络电压、进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和系统正常进行的保证。
2.1主变容量选择的有关规定及原则
2.1.1主变容量的选择及确定
根据《变电所设计》中的有关规定
（1）正确的选择主变容量，要绘制变电所的年及日负荷曲线，并以曲线得出的变电所的年、日最高负荷和平均负荷。
（2）一般按变电所建成后5~10年的规划负荷进行选择。
（3）主变容量的确定：
变电所一般装设两台主变压器，其中一台（组）变压器停运后，其余变压器的容量应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内应保证拥护的一级和二级负荷。
即满足SN≥0.7PZMAX。
（PZMAX为综合最大负荷）若变电所有其他能源可供保证在主变停运后用户的一级负荷则可装设一台主变压器。
2.1.2主变容量的选择
根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分的有关规定为保证供电的可靠性，对有重要负荷的依次变电所应装设两台主变压器最好。
2.1.3主变压器形式的选择
（1）根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分，在不受运输条件限制的情况下，在330KV及以下的变电所均应选用三相变压器，若因制造和运输条件限制，在220KV的变电所中，可采用单相变压器组。
当装设一组单相变压器是，应考虑装设备用相，当主变超过一组，且各组容量满足全所负荷的75%时，可不装设备用相
（2）当系统有调压要求时，应采用有载调压压气，对新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用无载调压变压器，来节省工程造价。
（3）与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除降压负荷较大或与高、中压见潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需做技术经济比较。
2.1.4主变压器的冷却方式
主变压器一般采用的冷却方式有：
自然风冷，强迫油循环风冷，强迫油循环水冷，强迫导向油循环冷却。
小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环风冷。
2.1.5主变压器绕组的连接方式
变压器绕组的连接方式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方式只有Y和△，高、中、低三侧绕组的组合要根据工程具体情况确定。
具有直接由高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级，减少重复降压容量，可采用双绕组。
3主接线形式的选择及说明
电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电路。
将电路中各种电器设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。
变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。
主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。
由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。
因此，主接线设计是一个综合性问题。
3.1主接线的设计原则
根据设计规程，变电所主界限应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。
同时还应考虑以下的因素：
1）变电所在电力系统中的地位和作用。
2）近期和远期的发展规模。
3）负荷的重要性分级和出现回数的多少对主接线的影响。
4）主变台数对主接线的影响。
5）备用容量的有无和大小对主接线的影响。
3.1.1设计主接线的设计原则及基本要求
3.1.1.1可靠性
1）应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析
2）主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠行的综合
3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度，采用可靠性能高的电气设备可以简化接线
3.1.1.2可靠性的具体要求：
1）断路器检修时，不影响对系统的统电
2）断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电
3）精良避免全部停运的可能性
3.1.1.3灵活性
主接线的灵活性有以下几方面的要求：
1）调度要求，可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的条度要求。
2）检修要求，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不至于影响对拥护的供电。
3.1.1.4经济性
1）投资省
a.主接线力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。
b.要能使断电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电路。
c.要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
2）占地面积小
主接线设计要为配电装置创造条件，精良使占地面积减少。
3）电能损失小
经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。
3.2主接线的选择
根据《规程》知：
110—220KV配电装置中的出现回路数为4回时，一般采用单母线分段的接线形式。
对于在系统中居重要地位的配电装置，220KV出线为4回及以上时，也可装设专用旁路短路器。
而双母线运行方式在6—220KV电压的配电装置中，通常是以保证用户供电，具备必须的可靠性。
根据上述以及本变电所所处系统和负荷性质的要求，初步确定主接线方案：
第一种方案是一次侧（220KV）采用单母线分段的接线形式，二次侧（60KV）采用双母带旁路的接线形式；
第二种方案是一次侧（220KV）采用双母线分段带旁路的接线形式，而次侧（60KV）采用双母线分段的接线形式。
第一种方案主接线图：
图3.1第一中方案主接线图
此种方案的特点：
一次侧（220KV）采用单母线分段的接线形式
优点：
单母分段可进行分段检修，对于重要负荷可以从不同段引出两个回路，使重要负荷有两个电源供电，在这种情况下，但一段母线发生故障时，由于分段断路器在继点保护装置的作用下能自动将故障切除，因而保证了正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电。
缺点：
当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
二次侧（60KV）采用双母接线形式
双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。
由于母线继电保护的要求，一般某一回固定与某一组母线连接，以固定连接方式运行。
1）供电可靠。
通过两组母线隔离开关的倒换操作，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；
检修任一出线断路器时，该回路不停电。
2）调度灵活。
各个电源和各个负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
3）扩建方便。
向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。
当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。
4）便于试验。
当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
在倒母线的操作过程中，使用隔离开关切换有负荷电流的电路，操作过程比较复杂，容易造成误操作。
其次是双母线接线平时只有一组母线工作，因此，当工作母线短路时仍要使整个配电装置短时间停止工作，在检修任一回路的断路器时，此回路仍需要停电。
另外，增加了母线隔离开关的数目和有色金属的消耗量，并且使配电装置结构复杂，故经济性较差。
第二种方案主接线图
一次侧（220KV）采用双母线分段带旁路接线形式
二次侧（60KV）采用双母线分段接线形式
图3.2第二中方案主接线图
双母线接线形式的特点：
为了避免单母分段在母线或母线隔离开关故障或检修时，连接在该段母线上的回路都要在检修期间长时间停电，而发展成双母线这种接线，每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行。
a.可以轮流检修母线而不致使供电中断。
b.检修任一回路的母线隔离开关时，只需停该回路。
c.母线故障后，能迅速恢复供电。
d.调度灵活。
e.扩建方便。
f.便于试验。
增加了母线长度和使每回路增加了一组母线隔离开关，还使配电装置架构增加，占地面积增大，投资增多，由于隔离开关较多，容易误操作。
3.3主接线的确定
两种方案进行比较：
首先，一次侧两种接线形式的比较：
双母分段虽然较单母线在可靠性和调度灵活上优越，但单母线分段可以解决这个问题，而且占地面积也较小。
双母线接线形式占地面积较大，投资较高。
所以通过以上的比较，最终确定一次侧（220KV）采用单母线分段的接线形式。
其次，二次侧两种接线形式的比较：
双母线分段的接线增加了隔离开关和断路器的数量，接线复杂，其平时只有一组母线运行，所以当工作母线短路时，仍要使整个配电装置短时间停止工作，扩大了停电时间。
而双母带旁路的接线不仅经济性要优于前者，而且在母线故障后，恢复供电的速度也高于前者，同时，双母线接线调度灵活，扩建方便，所以通过上述的比较，二次侧（60KV）最终选定双母带旁路接线的接线形式。
最后，通过前面对一次侧（220KV）和二次侧（60KV）接线的经济性，可靠性，灵活性等各方面的综合比较，同时考虑本所的进线，出线的回数以及重要负荷的分布等因素，一次侧（220KV）采用单母线分段的接线形式，二次侧（60KV）采用双母带旁路的接线形式。
4短路计算
4.1短路电流计算的目的
短路电流计算的主要目的是为了选择断路器等电器设备或对这些设备提出技术要求；
评价并确定网络方案，研究限制短路电流措施；
为继电保护设计与调试提供依据；
分析计算送电线路对通讯设施的影响等。
4.2短路的基本类型
三相系统中短路的基本类型有：
三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。
一般长用的短路电流值有：
：
短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。
超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值。
稳态短路电流有效值。
4.3短路电流计算的基本假定
短路电流实用计算中，采用的假设条件和原则为：
1）正常工作时，三相系统对称运行。
2）所有电源的电动势相位角相同。
3）系统中的电机均为理想电机，转子结构完全对称；
定子三相绕组空间位置相差1200电气角度。
4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。
5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧。
6）同步电机都具有自动调励装置（包括强行励磁）。
7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。
9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻忽略不计。
10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。
11）输电线路的电容忽略不计。
4.4短路计算的一般规定
1）验算导体和电器的动稳定，热稳定以及电器开断电流所有的短路电流，确定短路电流时，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。
2）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动机的影响。
3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算，计算短路点应选择在正常方式时的短路电流为最大的地点。
4）导体和电容的动稳定，热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路计算。
4.5计算步骤
（1）画等值电抗图
1）首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。
2）选取基准容量和基准电压。
3）计算各元件的电抗标么值。
（2）选择计算短路点
1）求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。
2）各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。
3）列出短路电流计算数据表。
4.6计算方法
标么值：
取基准容量,基准电压计算公式：
发电机：
变压器：
附：
线路中的每千米线路阻抗取X=0.4Ω/KM
线路：
短路电流冲击值：
标么值转为有名值：
4.7短路计算的结果
表4.1短路计算结果表
单位
220KV侧
60KV侧
基准容量
MVA
100
基准电压
KV
230
66
短路电流有名值
KA
4.31
6.52
冲击电流有效值
6.5
9.8
冲击电流
10.99
16.63
5主要电气设备的选择
5.1设计原则
（1）总的原则：
按照正常工作条件进行选择，按照短路条件进行校验。
（2）一般原则：
1）应满足正常工作条件下的电压和电流的要求．
2）应满足安装地点和使用环境条件要求．
3）应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求．
4）应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质．
5）对电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别
6）选用的新产品应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
在特殊情况下，选用未经鉴定的新产品时，应经上级批准。
5.2高压断路器的选择和校验项目
高压断路器按下列项目选择和校验：
（1）型式和种类；
（2）额定电压；
（3）额定电流；
（4）开断能力校验；
（5）额定关合电流；
（6）动稳定校验；
（7）热稳定校验。
1）按额定电压选择
高压断路器的额定电压应大于或等于所在电网的额定电压，即≥。
2）按额定电流选择
高压断路器的额定电流应大于或等于它的最大持续工作电流，即≥。
当断路器使用环境温度不等于设备基准环境温度时，应对断路器的额定电流进行修正。
3）按开断电流选择
在给定的电网电压下，高压断路器的额定开断电流应满足≥。
式中—断路器实际开断时间秒的短路电流全电流有效值。
4）按额定关合电流选择
要求断路器的额定开合电流应不小于最大短路电流冲击值，即≥。
.
5）动稳定校验
高压断路器的极限通过电流峰值应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流，即≥
6）热稳定校验
高压断路器的短时允许发热量应不小于三相短路电流发出的热量，即
本变电所220KV侧选用型号为LW－220的断路器,60KV侧选择型号为LW6－63断路器,见表5.1:
表5.1断路器型号选择表
设备名称
安装地点
型号
断路器
LW－220
LW6－63
5.3隔离开关的选择
隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同,因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时,对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间,故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同.
a.额定电压b额定电流c型式和结构d动稳定校验e热稳定校验
220KV侧选择型号为GW6－220的隔离开关和GW7－220的隔离开关,60KV侧选择型号为GW5－63的隔离开关,见表5.2:
表5.2隔离开关型号选择表
隔离开关
220KV侧进线
GW6－220
220KV侧出线
GW7－220
GW5－63
5.4电压互感器的选择
式中：
U1—电网电压；
Ue1—电压互感器一次绕组额定电压
2）按准确级和容量选
用于电度计量的电压互感器,准确度不低于0.5级,用于电流、电压测量的准确度不应低于1级,用于继电保护不应低于3级.
3）结构种类选择
60KV及以上可选串级式电压互感器.
110KV及以上可选用电容分压式电压互感器.
a220KV侧选择型号为JDCF－220的电压互感器.
b60KV侧选择型号为JDCF－63的电压互感器.
表5.3电压互感器型号选择表
电压互感器
JDCF－220
JDCF－63
5.5电流互感器的选择
选择电流互感器应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。
（1）按一次额定电压和额定电流选择
电流互感器的一次额定电压和额定电流必须满足：
Ｕe≥,≥
其中：
、—电流互感器一次额定电压和额定电流;
、—电流互感器安装处一次回路工作电压和一次回路最大工作电流。
变压器中性点引出的电流互感器只取额定电流的30%。
（2）按准确度级及副边负荷选择
为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。
因此，需先要知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确级的要求，并按准确等级要求最高的表计选择电流互感器，具体要求如下：
1）装设在发电机、电力变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表及所有用于计算电费的电度表用电流互感器，其准确等级应为0.5级。
2）供运行、监视、估算电能的电度表、功率表和电流表用电流互感器，其准确等级应为1级。
3）供指示被测数值是否存在或大致估计被监测数值的表计用的电流互感器，其等级为3级和10级。
其二次侧所接负荷S2，应不大于该准确级所规定的额定容量Se2，即Se2≥S2=Ie22Z2
Z2为二次负荷阻抗；
Ie2为二次额定电流，由于本次设计中外接阻抗Z2未作规定，因此本项可略去。
（3）热稳定校验
电流互感器的热稳定能力，以1秒钟通过的一次额定电流倍数表示，热稳定按下式校验：
式中—中允许通过一次额定电流热稳定倍数。
（4）动稳定校验
（内部）≤
—电流互感器动稳定倍数
本变电所220KV侧选择型号为LB6－220的电流互感器,60KV侧选择型号为LCWB5－63的电流互感器,见表5.4:
表5.4电流互感器型号选择表
电流互感器
LB6－220
LCWB5－63
5.6母线的选择
母线的选择包括母线材料和母线截面的选择.
a、电流分布均匀；
b、机械强度高；
；
c、散热良好；
d、有利于提高电晕起始电压；
e、安装、检修简单、连接方便。
（1）截面选择说明
a、为了保证母线的长期安全运行，母线在额定环境温度θ0和导体面正常发热允许最高温度θe下的允许电流应大于或等于流过导体的最大持续工作电流即：
≤（Kθ为温度修正系数）。
b、热稳定校验
根据上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。
其公式为：
——根据热稳定决定的导体最小允许截面（mm）2
——稳定短路电流（A）；
——短路电流等值发热时间；
——集肤效应系数；
C——热稳定系数，其值与材料及发热温度有关。
根据计算结果本变电所选用:
1）220KV侧选择母线型式为钢芯铝母线,型号为LGJ－240/30,不需进行动稳定校验.
2）60KV侧选择母线型式为组合导线,型号为LGJ－800/55,不需进行动稳定校验
表5.5母线型号选择表.
母线
LGJ－240/30
LGJ－800/55
5.7避雷器的选择
（1）避雷器的设计原则
1）配电装置的每组母线上应装设避雷器.
2）110－220KV线路侧一般不装设避雷器.
避雷器也是目前广泛使用的,但它存在着各种电压作用下的老化问题，寿命和热稳定问题，在价格上同磁吹阀型避雷器相比没有明显的优越性,在特殊情况下才被使用.
管型避雷器由于动作时形成截波对变压器的纵向绝缘不利,所以不被采用.
FZ避雷器的造价远远低于FC2避雷器,两者的工作能力相差不大,从经济性考虑本设计全部选用FZ避雷器,见表5.6:
表5.6避雷器型号选择表
避雷器
FZ－220J
FZ－60
主
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