1、 本科生畢業論文題 目 220/110/10kV降壓變電所設計 系 別 繼續教育學院 班 級 電氣工程及其自動化 姓 名 楊文中 學 號 1143202353 答辯時間 2016 年 5 月 10 日 華北電力大學繼續教育學院220/110/10kV降壓變電所設計楊文中 指導老師：劉偉摘要：本設計主要介紹了220/110/10 kV變電所電氣部分初步設計內容和方法。設計的內容有主接線方案的確定，主變壓器的選擇，短路電流的計算,母線、斷路器、隔離開關、熔斷器、絕緣子、穿墻套管的選擇和校驗，互感器的配置，防雷保護的設計，以及繼電保護的設計和整定計算。關鍵詞：變電所；主接線；變壓器； 繼電保護The

2、 Tentative Design of Electrical Engineering in 220/110/10 kV substationYang Wenzhong Tutor:Abstract: This design introduces the content and methods of 220/110/10 kV substation electrical part of the preliminary design. Design the content of the main wiring program, the choice of the main transformer

3、 short-circuit current calculation, bus, circuit breakers, isolating switches, fuses, insulators, selection and validation of the wall bushing, transformer configuration, lightning protection design, as well as the design of the relay and setting calculation.Key words: substation；main wiring；transfo

4、rmer；relay protection前言電力工業是國民經濟的一項基礎工業和國民經濟發展的先行工業，它是一種將煤、石油、天然氣、水能、核能、風能等一次能源轉換成電能這個二次能源的工業，它為國民經濟的其他各部門快速、穩定發展提供足夠的動力，其發展水平是反映國家經濟發展水平的重要標志。由于電能在工用電。若變電站系統中某一環節發生故障，系統保護環節將動作。可能造成停電等事故，給生產生活帶來很大不利。因此，變電站在整個電力系統中對于保護供電的可靠性、靈敏性等指標十分重要。變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力場所，是聯系發電廠和用戶的中間環節。變電站有升壓變電站和降壓變電站兩大類。升壓變電站通常是發

5、電廠升壓站部分，緊靠發電廠。將壓變電站通常遠離發電廠而靠近負荷中心。這里所設計得就是220KV降壓變電站。它通常有高壓配電室、變壓器室、低壓配電室等組成。本設計是根據畢業設計的要求，針對220/110/10kV降壓變電所畢業設計論文。本次設計主要是一次變電所電器部分的設計，并做出闡述和說明。論文包括選擇變電所的主變壓器的容量、臺數和形式，選擇待設計變電所所含有的各種電氣設備及其各項參數，并且通過計算，詳細的校驗了公眾不同設備的熱穩定和動穩定，并對其選擇進行了詳盡的說明。同時經過變壓器的選擇和變電所所帶負荷情況，確定本變電所電氣主接線方案和高壓配電裝置及其布置方式，同時根據變電所的電壓等級及其在

6、電力網中的重要地位進行繼電保護和自動裝置的規劃設計，最后通過對主接線形式的確定及所選設備的型號繪制變電所的主接線圖、平面圖、和繼電保護配置圖和繼電保護原理圖。1 設計內容及要求1.1 設計的原始資料及依據(1)概述本變電所是按系統規劃，為滿足某城鎮負荷需要而建設的樞紐變電站，電壓等級為220/110/10kV。(2)所址地理及氣象條件本變電所為某城鎮的新建220kV降壓變電所，擬建于城郊，距城區約10km，當地年最高氣溫36，年最低氣溫-20，最熱月平均最高氣溫35，最冷月平均最低氣溫-15。當地海拔高度為600m，雷暴日為100日/年。 (3)本設計中各級電壓側年最大負荷利用小時數為： 22

7、0kV側 Tmax=3600小時/年 110kV側 Tmax=4600小時/年 10kV側 Tmax=4000小時/年(4)所用負荷有：主控制室照明、主建筑物和輔助建筑物照明等為60kW，鍋爐動力、檢修間動力、主變冷卻裝置動力等為250kW。(5)所址概括：該變電所地勢較平，占地面積大，交通便利，出線走廊開闊，地震烈度為7度，該所接近負荷中心，區域穩定可滿足建所要求。(6)系統情況系統至本變電所220kV母線的標幺電抗（Sd=100MVA） (7)設計內容本設計只做電氣部分的初步設計，不作施工設計和土建設計。主要設計范圍為：確定電氣主接線；主變壓器的選擇；短路電流計算；斷路器和隔離開關選擇；母

8、線和出線選擇；限流電抗器選擇（必要時）；電流互感器和電壓互感器選擇；高壓熔斷器選擇（必要時）；支持絕緣子和穿墻套管選擇；消弧線圈選擇（必要時）；避雷器選擇；配電裝置設計；配電裝置防雷設計；自動重合閘接線設計；繼電保護及整定計算。1.2 負荷統計1.2.1 站用負荷表1-1 110kV負荷用戶名稱最大負荷（KW）cos有功功率同時系數無功功率同時系數回路數站用3100.950.90.972 1.2.2 110kV負荷表1-2 110kV負荷序號用戶名稱最大負荷（KW）cos有功功率同時系數無功功率同時系數回路數1醫院78000.950.850.9522煉鋼廠540000.90.90.9523磚窯

9、廠380000.850.90.9321.2.3 10kV負荷表1-3 10kV負荷序號用戶名稱最大負荷（KW）cos有功功率同時系數無功功率同時系數回路數1礦機廠12000.850.90.9322汽車廠21000.90.850.9523電機廠24000.860.860.9624飼料廠60000.70.890.9525制藥廠55000.80.850.9526機械廠58000.90.90.9721.3 工程概況1.3.1 工程建設規模各級電壓出線回路數：1）220 kV：電源進線2回（本站距離系統電源80公里）；2）110 kV：出線6回（工廠3回、3回備用）；3）10kV：出線12回。根據以上所

10、址概述，可了解到該設計中變電所的周邊環境情況，可推測該所地處平原地區，占地面積大，由此根據變電所配電系統和配電裝置的設計原則，對本變電所進行高壓配電系統及配電裝置設計；接近負荷中心，則要求供電的可靠性、調度的靈活性更高，由10kV電壓送電，該負荷側可采用雙回路送電。2 電氣主接線的設計發電廠和變電所的電氣主接線是指由發電機、變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、母線和電纜等電氣設備，按一定順序連接的，用以表示生產、匯集和分配電能的電路。電氣主接線又稱為一次接線或電氣主系統，代表了發電廠和變電所電氣部分的主體結構，直接影響著配電裝置的布置、繼電保護配置、自動裝置和控制方式的選擇，對運行的可靠性、靈活

11、性和經濟性起決定性的作用。2.1 電氣主接線設計概述2.1.1 對電氣主接線的基本要求電氣主接線的基本要求：（1）電氣主接線應根據系統和用戶的要求，保證供電的可靠性和電能質量。對三類負荷以一個電源供電即可。對一類負荷和二類負荷占大多數的用戶應由兩個獨立電源供電，其中任一電源必須在另一電源停止供電時，能保證向重要負荷供電。電壓和頻率是電能質量的基本指標，在確定電氣主接線時應保證電能質量在允許的變動范圍之內。（2）電氣主接線應具有一定得靈活性和方便性，以適應電氣裝置的各種運行狀態。不僅要求在正常運行時能安全可靠地供電，而且在系統故障或設備檢修及故障時，也能適應調度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換

12、運行方式，使停電時間最短，影響范圍最小。（3）電氣主接線應在滿足上述要求的前提下，盡可能經濟。應盡量減少設備投資費用和運行費用，并盡量減少占地面積，同時注意搬遷費用、安裝費用和外匯費用。（4）具有發展和擴建的可能性。電氣主接線在設計時應盡量留有發展余地，不僅要考慮最終接線的實現，同時還要兼顧到從初期接線過渡到最終接線的可能和分階段施工的可行方案，使其盡可能的不影響連續供電或在停電時間最短的情況下完成過渡方案的實施。2.1.2 變電所電氣主接線的設計原則變電所主接線的設計必須滿足上述四個基本要求，以設計任務書為依據，一國家經濟建設方針、政策及有關技術規范為準則，結合工程具體特點，準確地掌握基礎資

13、料，做到既要技術先進，又要經濟實用。在工程設計中，經上級主管部門批準的設計任務書或委托書事必不可少的。它將根據國家經濟發展及電力負荷增長率的規劃，給出所設計的變電所的容量、電壓等級、出線回路數、主要是負荷要求、電力系統參數和對變電所的而具體要求，以及設計的內容和范圍，這些原始資料是設計的依據，必須進行詳細的分析和研究，從而可以初步擬定一些主接線方案。國家方針政策、技術規范和標準是根據國家實際狀況，結合電力工業的技術特點而制定的準則，設計時必須嚴格遵循。結合對主接線的基本要求，設計的主接線應供電可靠、靈活、經濟、留有擴建和發展的余地。設計時，在進行論證分析階段，更應該辯證的統一供電可靠性與經濟性

14、的關系，以使設計的主接線具有先進性和可行性。我國變電所設計技術規程對主接線設計作了如下規定：在滿足運行要求時，變電所高壓側應盡量采用斷路器較少的或不用斷路器的接線。在110220kv變電所中，當出現為2回時，一般采用橋型接線；當出線不超過4回時，一般采用單母線分段接線；當樞紐變電所的出線在4回及以上時，一般采用雙母線。在35kv變電所中，當出線為2回時，一般采用橋型接線；當出線為2回以上時，一般采用單母線分段或單母線接線。出線回路數和電源數較多的污穢環境中的變電所，可采用雙母線接線。在610kv變電所中，一般采用單母線接線或單母線分段接線。旁路設施可按主接線基本形式中所述的情況設置。2.1.3

15、 電氣主接線的設計步驟電氣主接線的設計伴隨著發電廠或變電所的整體設計，即按照工程基本建設程序，經歷可行性研究階段、初步設計階段、技術設計階段和施工設計等四個階段。在各階段中隨要求、任務的不同，其深度，廣度也有所差異，但總的設計思路、方法和步驟相同。1、 對原始資料進行綜合分析（1）變電所的情況，包括變電所的類型，在電力系統中的地位和作用，近期及遠景規劃容量，近期和遠景與電力系統的連接方式和各級電壓中性點接地方式、最大負荷利用小時數及可能的運行方式等。（2）負荷情況，包括負荷的性質及其地理位置、輸電電壓等級、出線回路數及輸送容量等。電力負荷的原始資料室設計主接線的基礎數據，應在電力負荷預測的基礎

16、上確定，其準確性直接影響主接線的設計質量。（3）環境條件，包括當地的氣溫、濕度、污穢、覆冰、風向、水文、地質、海拔高度及地震等因素。這些對主接線中電器的選擇和配電裝置的實施均有影響，必須予以重視；此外，對重型設備的運輸，也應充分考慮。（4）設備情況。為使所設計的主接線可行，必須對各主要電器的性能、制造能力、供貨情況和價格等資料匯集并進行分析比較，保證設計具有先進性、經濟性和可行性。2、 確定主變壓器的容量和臺數變電所主變壓器的容量，一般應按510年規劃負荷來選擇，根據城市規劃、負荷性質、電網結構等綜合考慮確定。對重要變電所，應考慮當1臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在記及過負荷能力允許時間內，

17、應滿足類及類負荷的供電；對一般性變電所，當1臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應能滿足全部負荷的70至80。變電所主變壓器的臺數，對于樞紐變電所在中、低壓側已形成環網的情況下，以設置2臺主變壓器為宜；對地區性孤立的一次變電所或大型工業專用變電所，可設3臺主變壓器，以提高供電可靠性。3、 主接線方案的擬定與選擇根據設計任務書的要求，在原始資料分析的基礎上，根據對電源盒出線回路數、電壓等級、變壓器臺數、容量以及母線結構等，可擬定出若干個主接線方案。依據對主接線的基本要求，從技術上論證并淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留23個技術上相當，又都能滿足任務書要求的方案，在進行經濟比較。對于在系統中占有重要

18、地位的大容量變電所的主接線，還應進行可靠性定量分析計算比較，最終確定出在技術上合理、經濟上可行的最終方案。4、所用電源的引接確定所用電源的引接方式。5、 短路電流計算和主要電氣選擇對所選的電氣主接線進行短路電流計算，并選擇合理的電氣設備。6、繪制電氣主接線圖對最終確定的主接線，按工程要求繪制工程圖。2.2 主接線的基本接線形式及其特點電氣主接線的型式是多種多樣的，按有無母線可分為有母線型的主接線和無母線型的主接線兩大類。2.2.1 有母線型的電氣主接線1、單母線接線及單母線分段接線（1）單母線接線單母線接線供電電源在變電站是變壓器或高壓進線回路。母線既可保證電源并列工作，又能使任一條出線都可以

19、從任一個電源獲得電能。各出線回路輸入功率不一定相等，應盡可能使負荷均衡地分配在各出線上，以減少功率在母線上的傳輸。單母接線的優點：接線簡單清晰、設備少、操作方便、經濟性好，并且母線便于向兩端延伸，擴建方便和采用成套配電裝置。缺點：可靠性差。母線或母線隔離開關檢修或故障時，所有回路都要停止工作，也就成了全廠或全站長期停電。調度不方便，電源只能并列運行，不能分列運行，并且線路側發生短路時，有較大的短路電流。適用范圍：一般只適用于一臺發電機或一臺主變壓器的以下三種情況： 610kV配電裝置的出線回路數不超過5回； 3563kV配電裝置的出線回路數不超過3回； 110220kV配電裝置的出線回路數不超

20、過兩回。（2）單母分段接線單母線用分段斷路器進行分段，可以提高供電可靠性和靈活性；對重要用戶可以從不同段引出兩回饋電線路，由兩個電源供電；當一段母線發生故障，分段斷路器自動將用戶停電；兩段母線同時故障的幾率甚小，可以不予考慮。在可靠性要求不高時，亦可用隔離開關分段，任一母線故障時，將造成兩段母線同時停電，在判別故障后，拉開分段隔離開關，完成即可恢復供電。單母線分段接線的缺點是當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間內停電；當出線為雙回路時，常使架空線路出現交叉跨越；擴建時需向兩個方向均衡擴建。（3）單母線帶旁路母線的接線為了檢修出線斷路器，但不中斷對該出線的供電，可增

21、設旁路母線。當檢修電源回路斷路器期間不允許斷開電源時，旁路母線還可以與電源回路連接，此時還需在電源回路加裝旁路隔離開關。有了旁路母線，提高了供電的可靠性，但旁路系統造價昂貴，同時使配電裝置運行復雜化，另外檢修母線或母線故障期間中斷供電。2、雙母線接線及分段接線（1）雙母線接線雙母接線有兩組母線，并且可以互為備用。每一個電源和出線的回路，都裝有一臺斷路器，有兩組母線隔離開關，可分別與兩組母線連接。兩組母線之間的聯絡，通過母線聯絡斷路器來實現。由于有了兩組母線，時運行的可靠性和靈活性大為提高。其優點主要有：檢修母線時不影響正常供電；檢修任一組母線隔離開關時，只需斷開此隔離開關所屬回路和與此隔離開關

22、相連的該組母線，其他回路均可通過另一組母線繼續運行；工作母線發生故障后，所有回路能迅速恢復供電；檢修任一出線斷路器時，可用母聯斷路器代替檢修的斷路器，回路只需短時停電；調度靈活；擴建方便等特點。缺點:在倒母線的操作過程中，隔離開關作為操作電器，容易發生誤操作；檢修任一回路的斷路器或母線故障時，仍將短時停電；所使用的設備多（母線隔離開關的數目多），并且使配電裝置結構復雜，所以經濟性能差。（2）雙母線分段接線為了縮小母線故障的停電范圍，可采用雙母線分段接線，用分段斷路器將工作母線分為兩段，每段工作母線用各自的母聯斷路器與備用母線相連，電源和出線回路均勻地分布在兩段工作母線上。這種接線具有單母線分段

23、和雙母線的特點，較雙母線接線具有更高的可靠性和靈活性。正常運行時工作母線工作，備用母線不工作，它是單母線分段接線方式，當一段工作母線發生故障后，在繼電保護作用下，分段斷路器先自動跳開，而后將故障段母線所連的電源回路的斷路器跳開，該段母線所連的出線回路停電；隨后，將故障段母線所連的電源回路和出線回路倒至備用母線上，即可恢復供電，這樣，只是部分短時停電，而不必短期停電，仍是單母線分段運行方式。雙母線分段接線主要用于大容量進出線較多的配電裝置中，如220KV進出線達1014回時，就可采用雙母線三分段的接線。在330500KV的配電裝置中，也有采用雙母線四分段的。（3）雙母線帶旁路母線的接線為了不停電

24、檢修出線斷路器，雙母線可以帶旁路母線，用旁路斷路器替代檢修中的回路斷路器工作，使該回路不致停電。這種接線運行操作方便，不影響雙母線正常運行，但多裝了一組斷路器和隔離開關，增加了投資和配電裝置的占地面積，然而這對于接于旁路母線的線路回數較多，并且對供電可靠性有特殊需要的場合是十分必要的。2.2.2 無母線型的電氣主接線無母線型的電氣主接線在電源與引出線之間或接線中各元件之間沒有母線連接，常用的有橋型接線、多角形接線和單元接線。（1）橋型接線適用于僅有兩臺變壓器和兩條引出線的發電廠和變電所中。因此，它不適合本設計中對主接線進出線的要求。（2）多角形接線沒有集中地母線，相當于將單母線用斷路器按電源和

25、引出線的數目分段，且連接成環形的接線。這種接線一般適用于最終規模已確定的110kV及以上的配電裝置中，且以不超過六角形為宜。多角形接線的缺點之一就是擴建困難，因此，此接線型式亦不適合本設計的要求。（3）單元接線一般適用于只有一臺變壓器和一回線路時的小容量終端變電所和小容量的農村變電所，因此，此接線也不適合本設計的要求。2.2.1 220 kV側主接線方案本變電站高壓側220 kV進線回路數2回，無出線回路。根據原始資料擬定了兩個主接線方案，具體分析如下：方案一：圖2-1 220 kV側主接線圖方案一如圖是單斷路器不分段雙母線接線，其中母線處于工作狀態，組母線處于備用狀態，組與組母線之間由母聯斷

26、路器QF進行聯絡，正常運行時，母聯斷路器QF是斷開的，每一回進線接到I短母線上的隔離開關是閉合的，接到短母線上的隔離開關是斷開的，雙母線接線最主要的優點是靈活性高，它具有以下五個功能： 檢修任意一組母線可不中斷供電； 檢修任意回路的斷路器，只中斷該回路供電； 工作母線發生故障可通過倒閘操作將所有回路轉移到備用母線上，使裝置迅速恢復供電； 檢修任一回路隔離開關，可用母線聯絡斷路器代替它的工作，不至于使該回路供電長時間中斷； 在個別回路發生故障，斷路器因故不能跳閘時，可用母線聯絡斷路器QF代替切斷該回路。上圖這種雙母線不分段接線的主要優點是靈活性高，便于擴建，但此種接線的主要缺點有： 增加了一組母

27、線,就需要使每回路增加一組母線隔離開關； 當母線故障檢修時，隔離開關作為倒換操作電器，容易誤操作，為了避免隔離開關誤操作，需要在隔離開關和斷路器之間裝設聯鎖裝置。根據以上分析及相關規范，本方案滿足該變電站220 kV側主接線的要求。方案二：圖2-2 220 kV側主接線圖方案二方案二是在方案一的基礎上增設了一條旁路母線，其目的是為了在進線斷路器檢修時不中斷該回路的供電，提高了供電可靠性，但是比起方案一來說增加了一條旁路母線，旁路短路器，隔離開關等設備，擴大了占地面積，投資增加。綜合考慮本次設計220 kV高壓側接線方式采用方案一，即雙母線接線。2.2.2 110 kV側主接線方案方案一：如下頁

28、圖2-3圖2-3 110 kV側主接線圖方案一如圖，本方案為雙母線接線，其優缺，在高壓側主接線方案中以作分析，這種主接線運用到中壓側110 kV主接線當中，設計運行方式為雙母線同時工作方式，這樣可以大大提高雙母線的供電可靠性，所謂雙母線同時工作，是指兩段母線同時帶電，母線聯絡斷路器QF閉合的運行，合理分配負荷，這種方式減少了單組母線上的匯流量，如果一段母線故障，只造成部分的線路短時間停電，雙母線同時工作這種運行方式適用于一、二、三級負荷，目前在我國35-220 kV的配電裝置中采用較多。這種工作方式的缺點是平時沒有備用母線。方案二：圖2-4 110 kV側主接線圖方案二方案二為雙母線帶旁路母線

29、接線，與方案一雙母線接線相比較供電可靠性提高了，從經濟上分析比較，由于110 kV側出線回路多，方案二投資比方案一大，設計中斷路器選用六氟化硫斷路器，檢修周期長，綜合分析本設計選擇方案一作為站內中壓側110 kV主接線方案。2.2.3 10 kV主接線設計方案圖2-5 10kV側主接線圖方案如圖本方案采用的是單母線分段接線，其優點如下： 用斷路器把母線分段后，對重要的負荷可以從不同段引出兩個回路,由兩個電源供電；一段母線發生故障，分段斷路器自動將故障段自動切除，保證正常母線不間斷供電和不至使重要負荷停電。缺點： 當一段母線或者母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間停電； 當出線

30、為雙回時，常使架空線路出現交叉跨越； 建時需要向兩個方向均衡擴建。母線用斷路器QF分為、段，電源和引出線大體上平均分配在兩段母線上，母線分段的目的是：減少母線故障時停電范圍，例如在段母線上短路時，接在段母線上有電源的斷路器，包括分段斷路器QF在繼電保護裝置的作用下均自動斷開，因而段母線可以繼續供電，提高了可靠性，另外，在檢修母線時也可以分段檢修，提高了靈活性。2.3變電所主接線圖最終方案綜合以上各方案，最終確定本變電所主接線，如下頁圖2-6。圖2-6 主接線圖3 主變壓器的選擇3.1負荷計算3.1.1 110kV側負荷計算醫院：煉鋼廠：磚窯廠：110千伏側合計3.1.2 10千伏側負荷計算礦機

31、廠：汽車廠：電機廠：飼料廠：制藥廠：機械廠：10千伏側合計：3.1.3 站用負荷計算總計：3.2 主變壓器臺數和容量的確定在發電廠和變電站中，用來向電力系統或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器；用于兩種電壓等級之間交換功率的變壓器，稱為聯絡變壓器；只供本所（廠）用的變壓器，稱為站（所）用變壓器或自用變壓器。以下是對變電站主變壓器的選擇。3.2.1 主變壓器臺數的確定主變壓器的臺數選擇原則為：（1）對大城市郊區的一次變電所，在中、低壓側已構成環網的情況下，變電所以裝設兩臺主變壓器為宜。（2）對地區性孤立的一次變電所或大型工業專用變電所，在設計時應考慮裝設三臺主變壓器的可能性。（3）對于規劃只裝設

32、兩臺主變壓器的變電所，以便負荷發展時，更換變壓器的容量。根據以上主變壓器臺數的選擇原則以及本設計的要求，該變電所裝設兩臺主變壓器。3.2.2 主變壓器容量的選擇 1、主變壓器容量的確定原則（1）主變壓器容量一般按變電所建成后510年的規劃負荷選擇，并適當考慮到遠期1020年的負荷發展。對于城郊變電所，主變壓器容量應與城市規劃相結合。（2）根據變電所所帶負荷的性質和電網結構來確定主變壓器的容量。對于有重要負荷的變電所，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量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；對一般性變電所，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應能保證全部負荷的70%8

33、0%。（3）同級電壓的單臺降壓變壓器容量的級別不宜太多。應從全網出發，推行系列化、標準化。2、本變電所主變壓器容量的確定本設計中該地區的負荷預測情況及發展：2017年負荷為84MW,負荷水平增長率為10%。設該地區負荷的功率因數為0.9，則2018年該地區負荷的視在功率為：。根據該地區負荷水平增長率10%，可確定未來510年的規劃負荷，如2018年該地區的負荷有功功率,視在功率；2019年該地區的負荷有功功率,視在功率；2020年該地區的負荷有功功率,視在功率；2025年該地區的負荷有功功率,視在功率該地區未來510年的規劃負荷情況如表3-1所示。根據主變壓器容量的確定原則，當一臺主變壓器停運

34、時，其余變壓器容量應能保證全部負荷的60%70%，可以確定單臺變壓器的額定容量。2017年變電所單臺主變壓器的額定容量: 510年規劃負荷：2025年變電所單臺主變壓器的額定容量: 綜合考慮以上選擇原則和本變電所的負荷情況，確定變電所單臺主變壓器的額定容量： 。3.3 主變壓器型式的選擇3.3.1 主變壓器相數的的選擇選擇主變壓器的相數，需考慮如下原則：1、當不受運輸條件限制時，在330KV及以下的發電廠和變電站，均應選用三相變壓器。2、當發電廠與系統連接的電壓為500KV時，已經技術經濟比較后，確定選用三相變壓器、兩臺半容量三相變壓器或單相變壓器組。對于單機容量為300MW、并直接升壓到50

35、0KV的，宜選用三相變壓器。3、對于500KV變電所，除需考慮運輸條件外，尚應根據所供負荷和系統情況，分析一臺（或一組）變壓器故障或停電檢修時對系統的影響。尤其在建所初期，若主變壓器為一組時，當一臺單相變壓器故障，會使整組變壓器退出，造成全網停電；如用總容量相同的多臺三相變壓器，則不會造成所停電。為此要經過經濟論證，來確定選用單相變壓器還是三相變壓器。在發電廠或變電站還要根據可靠性、靈活性、經濟性等，確定是否需要備用相。對于容量、阻抗、電壓等技術參數相同的兩臺或多臺主變壓器，首先應考慮共用一臺備用相。備用相是否需要采用隔離開關和切換母線與工作相相連接，可根據備用相在替代工作相的投入過程中，是否

36、允許較長時間停電和變電所的布置條件等工程具體情況確定之。根據以上選擇原則以及原始資料分析，本變電站選用三相變壓器作為主變壓器。3.3.2繞組數量和連接方式的選擇在具有三種電壓等級的變電所中，如通過主變壓器各側的功率均達到該變壓器額定容量的15%以上，或低壓側雖無負荷，但在變電所內需要裝設無功補償設備時，主變壓器一般選用三繞組變壓器。變壓器繞組的連接方式必須和系統電壓相位一致，否則不能并列運行。電力系統采用的繞組連接方式只有丫和，高、中、低三側繞組如何結合要根據具體工作來確定。我國110kV及以上電壓，變壓器繞組多采用丫連接；10kV亦采用丫連接，其中性點多通過消弧線圈接地。10kV以下電壓，變

37、壓器繞組多采用連接。由于10kV采用丫連接方式，與220、110系統的線電壓相位角為0，這樣當變壓變比為220/110/10kV，高、中壓為自耦連接時，否則就不能與現有10kV系統并網。因而就出現所謂三個或兩個繞組全星接線的變壓器，全國投運這類變壓器約4050臺。本設計中變電所具有三種電壓等級，即220kV、110kV和10kV，需選用三繞組變壓器，變壓器繞組的連接方式為。3.3.3.變電站主變壓器型式的選擇 具有三種電壓等級的變電站中，如通過主變壓器各側繞組的功率均達到該變壓器容量的15%以上或低壓側雖無負荷，但在變電站內需裝設無功補償設備時，主變壓器采用三饒組。而有載調壓較容易穩定電壓，減

38、少電壓波動所以選擇有載調壓方式，且規程上規定對電力系統一般要求10kV及以下變電站采用一級有載調壓變壓器。故本站主變壓器選用有載三圈變壓器。我國110kV及以上電壓變壓器繞組都采用Y0連接；220kV采用Y連接，其中性點多通過消弧線圈接地。35kV以下電壓變壓器繞組都采用連接。故市郊工業變電所主變應采用的繞組連接方式為：3.3.4 調壓方式的確定常用的調壓方式手動調壓和有載調壓。手動調壓用于調整范圍±2×2.5以內；有載調壓用于調整范圍可達30%，其結構復雜，價格較貴，常用于以下情況：（1）接于出力變化大的發電廠的主要變壓器。（2）接于時而為送端，時而為受端，具有可逆工作的

39、特點聯絡變壓器。（3）發電機經常在低功率因數下運行時。規程規定，在滿足電壓正常波動情況下可以采用手動調壓方式(手動調壓方式的變壓器便于維修)。對于200kv站以往設計由于任務書已經給出系統能保證本站220kv母線的電壓波動在+5-0之內，所以可以采用手動調壓方式。綜合以上分析，本設計中該市郊工業變電站的主變宜采用有載調壓方式。3.3.5 主變壓器的冷卻方式根據型號有：自然風冷、強迫油循環水冷、強迫導向油循環等。按一般情況，220KV變電站宜選用自然風冷式。 是否選用自耦變壓器選擇自耦變壓器有許多好處，但是自耦變適用于兩個電壓級中性點都直接接地的系統中，而本站220KV與110KV是中性點直接接

40、地系統，且其多用于220KV及以上變電所，發電機升壓及聯絡變壓器。它經小阻抗接地，短路電流大，造成設備選擇困難和對通信線路的危險干擾，且考慮到現場維護等問題，故不采用自耦變壓器。3.3.7 變壓器各側電壓的選擇作為電源側，為保證向線路末端供電的電壓質量，即保證在10%電壓損耗的情況下，線路末端的電壓應保證在額定值，所以，電源側的主變電壓按10%額定電壓選擇，而降壓變壓器作為末端可按照額定電壓選擇。所以，對于220KV的變電站，考慮到要選擇節能新型的，220KV側應該選230KV,110KV側選115KV,10KV側選10.5KV。 全絕緣、半絕緣、繞組材料等問題的解決在110KV及以上的中性點

41、直接接地系統中，為了減小單相接地時的短路電流，有一部分變壓器的中性點采用不接地的方式，因而需要考慮中性點絕緣的保護問題。110KV側采用分級絕緣的經濟效益比較顯著，并且選用與中性點絕緣等級相當的避雷器加以保護。10KV側為中性點不直接接地系統中的變壓器，其中性點都采用全絕緣。如果主變壓器容量造的過大，臺數過多，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的穩定性。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絡經濟運行的保證。選擇主變壓器的容量，同時要考慮到該變電所以

42、后的擴建情況來選擇主變壓器的臺數及容量。根據原始資料，本站選用兩臺容量為120 MVA的變壓器作為主變壓器。數據，明顯滿足上述情況。故本市郊變電所主變壓器選擇三繞組變壓器。3.4主變壓器的選擇結果 查電力系統設計手冊，結合原始資料，選定變壓器的參數、型號如下：1）臺數：2臺2）容量：120 MVA3）型號：SFPSZ7-120000/220（三相強迫油循環風冷三繞組有載調壓變壓器）4）變比：220/121/11表3-1 主變壓器參數型號額定電壓(kV)短路電壓（%）損耗(kW)空載電流連接組高壓中壓低壓空載短路高-中高-低中-低高-中高-低中-低125YN,yn0,d11SFPSZ7-1200

43、00/22022012110.513.4237.8494377.1460.04252.06所以選擇兩臺SFPSZ7-120000/220 型變壓器為主變壓器。4 短路電流的計算4.1 概述高壓短路電流計算一般只計及各元件（即發電機、變壓器、電抗器、線路等）的電抗，采用標幺值計算。在為選擇電氣設備而進行的短路電流計算中，如果系統阻抗（即等值電源阻抗）不超過短路回路總阻抗的5%10%，就可以不考慮系統阻抗，將系統作為“無限大”電力系統處理，按這種假設所求得的短路電流雖較實際值偏大一些，但不會引起顯著誤差以致影響所選電氣設備的型式。另外，由于按無限大電力系統計算得到的短路電流是電氣裝置所通過的最大短

44、路電流，因此，在初步估算裝置通過的最大短路電流或缺乏必需的系統參數時，都可認為短路回路所接的電源容量是無限大電力系統。由于在本設計的原始資料中未提及220kV系統、110kV系統的電源容量和等值電源內阻抗，因此，可近似將系統看作無限大電源系統。短路是電力系統中最嚴重的故障，它能破壞對用戶的正常供電和電氣設備正常工作，因此變電所電氣部分的設計和運行，都必須考慮到可能發生的各種故障情況，本設計以三相（對稱）短路情況作為分析計算。4.1.1 短路的危害電力系統發生短路時，電壓嚴重下降，可能破壞各電廠并聯運行的穩定性，使整個系統被解列成為幾個異步運行的部分，這時某些發電廠可能過負荷，因而使頻率下降，供

45、電頻率下降導致包括鍋爐給水的水泵電動機在內的所有異步電動機轉速下降，鍋爐打不進水，發電廠出力也進一步下降，直至無法運行。短路時電壓下降的越大持續時間越長，破壞整個系統穩定運行的可能性越大。4.1.2 短路計算的基本假設計算短路電流的目的是為了在電器裝置的設計中用來選擇電氣設備、選擇限制短路電流的方式、設計繼電保護裝置和分析電力系統的故障等，選擇電氣設備時，一般只需近似計算該設備的最大可能三相短路電流值，設計繼電保護和分析電力系統故障時，必須計算各種短路情況下系統各支路中的電流和各點的電壓。考慮到現代電力系統的實際情況，要進行極準確的短路計算是非常復雜的，同時對解決大部分實際問題，并不需要十分精

46、確的計算結果，為了使計算簡化，多采用近似計算方法。這種方法是建立在一系列假定的基礎上的，并且使計算結果稍微偏大一點，一般誤差為10-15%，計算短路電流的基本假設如下：認為在短路過程中，所有發電機的轉速相同，電勢相位相同，即發電機無搖擺現象；不考慮磁系統的飽和，因此可以認為短路回路各元件的感抗為常數，這將使短路電流的計算分析大大簡化，并可應用重疊原理；變壓器的勵磁電流略去不計；所有元件的電容略去不計；認為三相系統是對稱的；元件的電阻一般忽略不計，以簡化計算，對電壓為1 kV以上的高壓裝置，這種假設是合理的，因為這些裝置中，各元件的電阻比它們的電抗小的多，對短路電流周期分量的計算影響小，只有當回

47、路中電阻很大時才考慮，例如很長的架空線路和電纜線路，一般當短路回路中總電阻大于總電抗的三分之一時，在計算周期分量時才考慮電阻，在計算短路電流周期分量時，為了確定衰減時間常數要考慮個元件的電阻，計算電壓為1 kV一下低壓裝置總的短路時因為元件的電阻較大，除了考慮電抗之外，還必須計算電阻。4.1.3 短路電流的計算程序在進行短路電流計算時，應該根據計算要求收集有關資料，如電力系統接線圖，運行方式和各元件的技術參數等，首先做出計算電路圖，再做出針對各短路點的等值電路圖，然后利用網絡簡化規則，化簡等值電路，求出短路總電抗，最后根據總電抗即可求出短路電流值，下面分別討論計算電路圖，等值電路圖以及短路總電

48、抗的決定。1) 計算電路圖計算短路電流用的計算電路圖是一種簡化了的單線圖，圖中只需要畫出與計算短路電流有關的元件以及它們之間的連接，并在各元件旁注明它們的參數,為了計算方便,圖中按順序編號，計算電路圖中各元件的接線方式，應根據電氣裝置的運行方式和計算短路電流的目的決定。短路時，同步補償機和同步電機也向短路點共給短路電流，在計算電路圖中應把它看作附加的電源，在距離較遠和同步電動機的總功率在1000 kVA以下時，對短路電流影響較小，可不予考慮，計算電路圖中可能有幾個用變壓器聯系起來的電壓等級，在使用計算中，為了計算方便,各電壓級均用與之相應的平均額定電壓代替，并注明在計算電路圖中母線上，平均額定

49、電壓見表5-1。表4-1 平均額定電壓額定電壓（kV）50033022011060351513106平均電壓（kV）525346230115633715.7513.810.56.32) 等值電路圖由于短路電流是對各短路點分別進行計算的，所以等值電路圖必須按照指定的各短路點參照計算電路圖分別做出，等值電路中各元件用它的等值電抗標么值表示，并注明元件的順序編號，橫線下表示電抗標么值。在畫某一短路點的等值電路圖時，只需表示該點短路時短路電流所通過的元件的電抗。3) 短路回路總電抗的計算先求出各元件的電抗，再算出該元件的平均額定電壓的標么值，根據所求得的各元件電抗標么值便可做出等值電路圖，利用網絡化簡

50、規則求出總電抗的標么值。4.2 短路計算說明因為短路計算主要用于設備的選擇及校驗，因此選擇三相對稱短路作為分析計算，短路點為圖中的K1、K2、K3。以下分別進行討論分析。4.3 電路各元件參數標幺值的計算主變壓器的各繞組電抗標幺值計算如下：取，則4.4 初步等效電路圖1) 計算電路圖見下頁圖4-1：圖4-1 短路點設定計算各元件的參數標么值，（選取Sb=100 MVA，Ub=Uav）由原始材料已知可得220 kV側線路電抗：2) 等值電路圖為：圖4-2 短路點設定等效電路圖4.5 K1點短路分析等值電路圖如下頁圖4-3：圖4-3 短路點K1等效電路圖可求出短路回路總的電抗標么值：短路容量：短路

51、沖擊電流：短路電流最大有效值：4.6 K2點短路分析K2點短路時等值電路圖如圖4-4：圖4-4 短路點K2圖示因此，可求出短路回路總的電抗標么值：短路容量：短路沖擊電流：短路電流最大有效值：經化簡可得：圖4-5 短路點K2等效電路圖圖4-6 短路點K3圖示4.7 K3點短路時可化簡為：圖4-7 短路點K3等效圖因此，可求出短路回路總的電抗標么值：短路容量：短路沖擊電流：短路電流最大有效值：4.8 短路計算成果表()表4-2 短路電流計算成果表短路點基準電壓(kV)基準電流(kA)短路沖擊電流(kA)短路電流(kA)短路容量(MVA)短路電流最大有效值(kA)公式K12300.25121.160

52、58.29823305.767912.6133K21150.50214.86885.83091161.438.8047K310.55.499111.0643.5531792.0865.76515 導體和電氣設備的選擇5.1 總則5.1.1 一般規定導體和電器的選擇設計，同樣必須執行國家的有關技術政策，并應做到技術先進，經濟合理，安全可靠，運行方便和適當的留有裕度，以滿足電力系統安全運行的需要，對導體和電器選擇設計規定簡述如下：1) 一般原則：應滿足正常運行、檢修、故障情況下的要求，并考慮遠景發展；應按當地環境條件檢驗；如是改造工程，應與整個工程的建設標準協調一致，盡量使新老電器型號一致；選擇導

53、線時應盡量減少品種；選用新產品應積極慎重，新產品應有可靠的試驗數據，并經主管部門鑒定合格。2) 有關的幾項規定：導體和電器應按正常運行情況選擇，按短路條件驗算其動穩定和熱穩定，并按環境條件校核電器的基本使用條件：在正常運行條件下，各回路的持續工作電流，應按有關規定進行計算；驗算導體和電器用的短路電流，按下列情況進行計算：除計算短路電流的衰減時間常數和低壓網絡的短路電流外，元件的電阻都略去不計；在電氣連接的網絡中，應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流的影響；在變電所中，應考慮如果安有同步調相機時，應將其視作附加電源，短路電流的計算方法與發電機相同。驗算導體和110 kV以下

54、電纜短路熱穩定時，所用的計算時間，一般用主保護的動作時間加相應在的斷路器全分閘時間，如主保護有死區時，則采用能對該處死區起作用的后備保護動作時間，并采用相應處的短路電流值。電器和110 kV及以上充油電纜和短路電流計算時，一般須用后備保護動作時間加相應的斷路器全分閘時間。導體和電器的動穩定、熱穩定以及電器開斷電流，可按三相短路驗算，若發生在出口兩相短路或中性點直接接地系統，自耦變壓器等回路中的單相，兩相接地短路較三相短路嚴重時，則應按嚴重情況驗算。環境條件：選擇導體和電路時，應按當地環境條件校核，當氣溫、風速、濕度、污穢、海拔、覆冰等環境條件超出一般電器的基本使用條件時，應通過經濟技術比較分別采取下列措施：向制造部門提出補充要求，訂制符合該環境條件的產品；在設計或運行中采取相應的防護措施，如采用屋內配電裝置、水沖洗、減震器等。5.