【正文】 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 1 第一部分 設(shè)計說明書 第一章 電氣主接線設(shè)計 變壓器的選擇 變電站變壓器的選擇應考慮如下幾個方面： (1)容量和臺數(shù)的確定 由任務(wù)書知本所變電站采用兩臺型號完全相同的變壓器，變壓器容量為120MVA。 (2)型式選擇： 330kV 及以下的電力系統(tǒng)，在不受運輸條件限制時，應選用三相變壓器；具有三種電壓的變電所，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率均達到該變壓器容量的 15%以上，或低壓側(cè)無負荷，但在變電所內(nèi)需裝設(shè)無功補償設(shè)備時，主變壓器宜采用三繞組變壓器。 (3)調(diào)壓方式的選擇：對于大型樞紐變電所，為保證系 統(tǒng)的電壓質(zhì)量，一般都選擇有載調(diào)壓方式。 (4)容量比： 由任務(wù)書可知容量比為 50:100:100 (5)變壓器的某個電壓級若作為電源，為保證向線路末端供電的電壓質(zhì)量，該側(cè)的電壓按照 110%額定電壓選擇；若某電壓等級是電網(wǎng)的末端，該側(cè)的額定電壓按照電網(wǎng)額定電壓選擇；變壓器低壓側(cè)按照 105%額定電壓選擇。 因此，本設(shè)計可選用兩臺 SFPSZ7120xx0/220 變壓器，具體參數(shù)如下： 表 主變壓器參數(shù) 型 號 額定容量 (kVA) 額定電壓 (kV) 連接組別 阻抗電壓 (%) 高壓 中壓 低壓 高中 高低 中低 SFPSZ7120xx0/220 120xx0 220 121 YN yn0 d11 電氣主接線方案設(shè)計 電氣主接線設(shè)計的基本要求與選擇原則 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 2 電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，它反映各設(shè)備的作用、連接方式和回路間的相互關(guān)系。變電所的主接線應滿足變電所在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備和節(jié)約投資等要求，且便于擴建。概括地說即可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面。 (1)可靠性 安全可靠是電力生產(chǎn)和分配的首要任務(wù)，電氣主接線的可靠性是指能夠長期、連續(xù)、正常地向用戶供電的能力。電氣主接線的可靠性不是絕對的。同樣形式的主接線對某些發(fā)電廠或變電站來說是可靠的，而對另一些發(fā)電廠或變電站則不一定能滿足可靠性的要求。所以，在分析電氣主接線的可靠性時，要考慮發(fā)電廠和變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負荷性質(zhì)和類別、設(shè)備制造水平及運行經(jīng)驗等諸多因素。此外，在保證可靠性的同時不可片面地追求更高的可靠性而忽視對靈活性和經(jīng)濟性的要求。 (2)靈活性 ① 操作的方便性。電氣主接線應該在滿足可 靠性的條件下，接線簡單，操作方便，盡可能的使操作的步驟少，以便運行人員掌握，不致在操作過程中出錯。 ② 調(diào)度時的方便性。電氣主接線在正常運行時 ,能根據(jù)調(diào)度的要求 ,方便的改變運行狀態(tài) ,并且在發(fā)生事故時 ,能盡快的切除故障 ,使停電時間最短 ,影響范圍最小 ,不致過多地影響對用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 (3)經(jīng)濟性 方案的經(jīng)濟性體現(xiàn)在以下三個方面： ① 投資省。主接線力求簡單，以節(jié)省一次設(shè)備的使用數(shù)量，繼電保護和二次回路在滿足技術(shù)要求的前提下，簡化配置，優(yōu)化控制電纜的走向，以節(jié)省二次設(shè)備和控制電纜的長度；采取措施，限 制短路電流，得以采用價廉的輕型設(shè)備，節(jié)省投資。 ② 占地面積小。主接線的選型和布置方式，直接影響到整個配電裝置的占地面積。 ③ 電能損耗小，在變電所中，電能損耗主要來自變壓器，因此要經(jīng)濟合理的選擇變壓器的類型，容量，數(shù)量和電壓等級。 此外，在選擇主接線時還要考慮到具有擴建的可能性。設(shè)計時不僅要考慮最華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 3 終接線的實現(xiàn)，還要考慮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(xù)供電或在停電時間最短的情況下，將來可順利完成過渡方案的實現(xiàn)，使改造的工作量最少。 電氣主接線設(shè)計 方案 (1)220kV 母線 220kV側(cè)進出線回路總 6回，可以采用雙母線接線或雙母線帶旁路母線接線。且 該側(cè)承擔對一級負荷的供電，最大負荷利用小時數(shù) Tmax=5000h，從經(jīng)濟性比較雙母線接線比雙母線帶旁路母線接線要省錢，且雙母線接線方式操作方便，雖然沒有雙母線帶旁路母線接線可靠性高，但是由于選擇的斷路器的性能比較好所以在此 選用雙母線接線 比較合適 。 方案比較如下： 表 12 220kV母線方案比較 接線方式 比較項目 雙母線接線 雙母線帶旁路母線接線 技術(shù)性 任一組母線檢修，不造 成任何停電；線路斷路器檢修，僅造成本回路短時停電；母線隔離開關(guān)檢修，不造成任何停電；任一組母線短路，可很快恢復供電 任一組母線檢修，不造成任何停電；線路斷路器檢修，不造成任何停電；母線隔離開關(guān)檢修，不造成任何停電；任一組母線短路，可很快恢復供電 經(jīng)濟性 后者比前者多用了一條母線，一臺斷路器及多臺隔離開關(guān)，增加投資很多 接線圖如下： 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 4 雙母線接線 雙母線帶旁路母線接線 (2)110kV 母線 110kV 側(cè)出線回路總 8 回，可以采用雙母 線接線或單母線分段帶旁路。由于電壓等級較高，且回路出線較多， 還帶有一級負荷，所以 首先考慮可靠性和靈活性，雙母線接線方式可靠性和靈活性比單母線分段帶旁路高，則應選雙母線接線方式。 表 13 110kV母線方案比較 接線方式 比較項目 雙母線接線 單母線分段帶旁路 技術(shù)性 任一組母線檢修，不造成任何停電；線路斷路器檢修，僅造成本回路短時停電；母線隔離開關(guān)檢修，不造成任何停電；任一組母線短路，可很快恢復供電 簡單清晰、易于發(fā)展、可靠性靈活性差、旁路斷路器可代替出線斷路器、進行不停地檢 修出線斷路器、保證重要用戶供電 經(jīng)濟性 第二種所用設(shè)備少，更經(jīng)濟 接線圖如下： 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 5 雙母線接線 單母線帶旁路母線接線 (3)10kV 母線 10kV 側(cè)進出線回路總 4 回，可以采用單母線接線或單母線分段接線。由于該側(cè)承擔對 II 類用戶的供電，最大一回負荷為 20xxkVA，且最大負荷利用小時數(shù) Tmax=3500h。故從可靠性角度考慮，采用單母線分段接線。 表 14 10kV母線方案比較 接線方式 比較項目 單母線接線 單母線分段接線 技術(shù)性 線路斷路器檢修會造成長時間停電；母線檢修或短路會造成整個裝置全部停電；母線隔離開關(guān)檢修也會造成整個裝置全部停電 任一段母線檢修僅造成該段母線上的電源與負荷停電；任一段母線短路，僅造成該段母線上的電源與負荷停電 經(jīng)濟性 后者比前者多用了一臺斷路器、兩臺隔離開關(guān)，增加投資不很多 接線圖如下： 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 6 單母線接線 單母線分段接線 由以上比較結(jié)果可做出如下電氣主接線： 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 7 第二章 短路電流的計算 短路的類型 短路故障分為對稱短路和不對稱短路。三相短路是對稱短路，造成的危害最為嚴重，但發(fā)生的機會較少。 單相短路、兩相短路、兩相短路接地 都是不對稱短路，其中單相短路發(fā)生的機會最多，約占短路總數(shù)中的 70％以上。 短路計算的目的 為了保證電力系統(tǒng)安全運行，在設(shè)計選擇電氣設(shè)備時，都要用可能流經(jīng)該設(shè)備的最大短路電流進行熱穩(wěn)定校驗和動穩(wěn)定校驗，以保證該設(shè)備在運行中能夠經(jīng)受住突發(fā)短路引起的發(fā)熱和電動力的沖擊。同時，為了盡快切斷電源對短路點的供電，繼電保護裝置將自動地使相關(guān)斷路器跳閘 。 短路計算的步驟 （ 1）計算 三相短路電流的主要步驟如下： 根據(jù)本電站主接線圖畫出電力系統(tǒng)電氣接線圖； 根據(jù)規(guī)定的電氣設(shè)備選擇任務(wù)，確定所用的短路計算點； 計算各電氣元件的電抗標幺值，畫出等值電路圖。 對各短路計算點進行網(wǎng)絡(luò)化簡，求出 X*∑。 求出計算電抗 X*js，當 Sb不等于 Se∑時，bejs SSXX ??? ** ，由 X*js查運算曲線表，求出各短路計算點不同時刻的三相短路電流。 （ 2）計算不對稱短路電流主要步驟如下： ① 計算電氣設(shè)備元件的正序，負序， 零序阻抗，繪出正，負，零序等值網(wǎng)絡(luò)，② 用正序增廣網(wǎng)絡(luò)計算單相接地短路電流，兩相短路電流，兩相短路接地電流。 計算短路點電流，根據(jù)如下公式： ?? ?? ZZI f )1()1(1 )1(ff MII ? 短路種類 ?Z M 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 8 單相短路 ?? ? )0()2( ZZ 3 兩相短路 ?)2(Z 3 兩相短路接地 ???? ??)0()2()0()2( ZZ ZZ 2)0()2()0()2( )(13???? ??? ZZ ZZ 短路計算結(jié)果 系統(tǒng)的等值電路圖如下： ( 10 00 ,B B avS M V A U U??) 圖 系統(tǒng)的等值電路圖 短路電流計算結(jié)果： 表 21 短路電流計算結(jié)果 短路 類型 各電壓等級 220k 側(cè)母線 110k 側(cè)母線 10k 側(cè)母線 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 9 短路編號 1f 2f 3f 對稱短路 三相短路 不對稱短路 單相短路接地（ kA） 0 兩相短路（ kA） 兩相短路接地（ kA） 0 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 10 第三章 導體與電氣設(shè)備的選擇 電氣設(shè)備選擇的一般條件 按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 (1)額定電壓 選擇電氣設(shè)備時，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓 NU 不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓 NSU 的條件選擇，即： N NSUU? 。 (2)額定電流 電氣設(shè)備的額定電流 NI 是指在額定環(huán)境溫度 0? 下，電氣設(shè)備的長期允許電流。 NI 應不小于該回路最大持續(xù)工作電流 maxgI ，即： maxNgII? 。 (3)類型和形式的選擇 根據(jù)設(shè)備的安裝地點，使用 條件等因素，確定是選戶內(nèi)型還是戶外型；選用普通型還是防污型；選用配置型還是成套型等。 按短路狀態(tài)校驗設(shè)備 (1)熱穩(wěn)定校驗 通常制造廠直接給出設(shè)備的熱穩(wěn)定電流（有效值） tI 及允許持續(xù)時間 t。熱穩(wěn)定條件為 2ktQ I t? 其中： kQ ——短路電流熱效應， 2kAs? 。當 ( ) 1k p r in at t t t s? ? ? ?時，)10(12 2222kk ttppk IIIt ???? ；反之， 22222 )10(12 TIIIItQkk ttpnppk ?????? 式中： prt 繼電保護動作時間，驗算裸導體時，取主保護動作時間，驗算電氣設(shè)備時，取后備保護動作時間； int 斷路器固有分闡時間； at 斷路器全分闡時間。 (2)動穩(wěn)定校驗 華 北 水 利 水 電 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計 11 制造廠 一般直接給出設(shè)備的動穩(wěn)定峰值電流 esi (kA)，動穩(wěn)定條件為 sh esii? 其中： shi ——所在回路的沖擊短路電流， kA。 電氣設(shè)備的選擇與校驗 本設(shè)計需要選擇的設(shè)備有斷路器、隔離開關(guān)、母線、絕緣子、 穿墻套管、 互感器、熔斷器、避雷器等。根據(jù)電氣設(shè)備選擇的一般原則，按照正常運行情況選擇設(shè)備，按短路情況校驗設(shè)備。 斷路器 斷路器的型式選擇要根據(jù)電壓等級、安裝地點、該 斷路器對系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響等因素決定。斷路器要按工作電壓和工作電流選擇，需要校驗開斷能力、關(guān)合能力、熱穩(wěn)定校驗、動穩(wěn)定校驗 (1)型號初選： ① 額定電壓選擇： N NSUU? ② 額定電流選擇： alI ? maxgI (2)額定開斷電流校驗 Nbr kII? ，滿足熱穩(wěn)定要求。 其中： NbrI ——斷路器的額定開斷電流， kA kI ——斷路器觸頭剛剛分開時的短路電流有效值