【正文】 目 220KV降壓變電所一次部分 初步設(shè)計(jì) 辦學(xué)學(xué)院 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教學(xué)部（校內(nèi) /校外） 校外 專 業(yè) 電氣工程及自動化 220KV 降壓變電站一次設(shè)備初步設(shè)計(jì) 1 設(shè)計(jì)任務(wù)： （ 1）選擇本變電所主變的臺數(shù)、容量和類型。 （ 5）設(shè)計(jì)和校驗(yàn)?zāi)妇€系統(tǒng)。 原始資料 待設(shè)計(jì)變電所的電源，由雙回 220kV 線路送到本變電所；在中壓側(cè) 110kV 母線，送出2 回線路到煉鋼廠；在低壓側(cè) 10kV 母線，送出 12 回線路；在本所 220kV 母線有 兩回輸出線路。 （ 3）待設(shè)計(jì)變電所的電源，由雙回 220kV 線路送到本變電所；在中壓側(cè) 110kV 母線，送出 2 回線路到煉鋼廠；在低壓側(cè) 10kV 母線，送出 12 回線路；在本所 220kV 母線有兩回輸出線路。 表 1 110kV 用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料 用戶名稱 最大負(fù)荷 （ kW） ?cos 回路數(shù) 重要負(fù)荷百分 數(shù)（ %） 煉鋼廠 42020 2 65 表 2 10kV 用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料 序號 用戶名稱 最大負(fù)荷（ kW） ?cos 回 路數(shù) 重要負(fù)荷百分?jǐn)?shù)（ %） 1 礦機(jī)廠 1800 2 62 2 機(jī)械廠 900 2 3 汽車廠 2100 2 4 電機(jī)廠 2400 2 5 煉油廠 2020 2 6 飼料廠 600 2 220KV 降壓變電站一次設(shè)備初步設(shè)計(jì) 2 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是 220KV 降壓變電站一次設(shè)備的計(jì)算及選擇等。 最后是結(jié)束語，附錄，謝詞和參考文獻(xiàn)等。 本次設(shè)計(jì)中進(jìn)行了短路電流計(jì)算，主要設(shè)備選擇及校驗(yàn)（包括斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、母線等） 。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及 變電站本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并且對電氣設(shè)備選擇、配電裝置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。 主接線可靠性的具體要求： 1） 斷路器檢修時(shí)，不宜影響對系統(tǒng)的供電； 2） 斷路器或母線故障以及母線檢修時(shí)，盡量減少停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，并要求保證對一級負(fù)荷全部和大部分二級負(fù)荷的供電； 3） 盡量避免 變電站 全部停運(yùn)的可靠性。 1） 投資省：主接線應(yīng)簡單清晰，以節(jié)約一次設(shè)備的投資 ； 要能使控制保護(hù)不過復(fù)雜，以利于運(yùn)行并節(jié)約二次 設(shè)備 的 投資；要能限制短路電流，以便選擇價(jià)格合理的電氣設(shè)備或輕型電器； 2） 占地面積小 ： 主接線要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地和節(jié)省構(gòu)架、導(dǎo)線、絕緣子及安裝費(fèi)用。而本所各電壓等級進(jìn)出線均超過四回， 并且考慮到 220kV 側(cè) 會有功率穿越，所以 采用有母線連接。對于， 110K～ 220KV 輸送功率較多，送電距離較遠(yuǎn)，其斷路器或母線檢修時(shí)，需要停電，而斷路器檢修時(shí)間較長，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定， 110～ 220kV 雙母線接線的配電裝置中，當(dāng)出線回路數(shù)達(dá) 7 回，（ 110kV）或 5 回（ 220kV）時(shí)，一般應(yīng)裝設(shè)專用旁路母線。 當(dāng) 110KV 出線為 7 回及以上， 220KV 出線在 4 回以下時(shí)，可用母聯(lián)斷路器兼旁路斷 用 這 樣節(jié)省了斷路器及配電裝置間隔。 主變壓器容量：根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，變壓器的容量應(yīng)保證在有一臺檢修的情況下，其他變壓器能帶全部負(fù)荷的 70%，按任務(wù)書給定的資料（按遠(yuǎn)期最大負(fù)荷算），即 1 臺主變的容量應(yīng)滿足 70%的負(fù)荷需求，因此本設(shè)計(jì)的主變每臺應(yīng)帶負(fù)荷為： [45000 70% ]/2 = 15750（ KVA ），所以我們選擇的主變?nèi)萘繛?31500KVA 變壓器。 8 % 中壓 121 低壓 聯(lián)結(jié)組標(biāo)號 YN， yn0,d11 損 耗 空載 144 KW 負(fù)載 480 KW 空載電 流 % 阻抗電壓 高 中 14 % 高 低 24 % 中 低 9 % 主接線比較選擇 由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的負(fù)荷情況： 220kV 出線 4 回， 110kV 出線 4 回（其中備用 2 回），10kV 出線 14 回（其中備用 2 回），該變電站主接線可以采用以下兩種方案進(jìn)行比較： ． 220kV 采用 內(nèi)橋 接線方式， 1 10kV 采用 單 母段接線。 2） 110kV 采用 單母 分段接線方式，并且設(shè)置專用分段斷路器，具有分段單母線和一般雙母線的特點(diǎn)，而且具有更高的可靠性和靈活性；使檢修或故障時(shí)，不致母接線的固有運(yùn)行方式，不致影響供電可靠性。 ．方案二其接線方式的特點(diǎn)： 220KV 降壓變電站一次設(shè)備初步設(shè)計(jì) 9 1） 2 110kV 單 母 分段 接線，在其中一回母線檢修或故障時(shí)，仍可保證有一回母線正常運(yùn)行，不致影響供電可靠性；另外， 2 110kV 出線中重要線路全部采用雙回路， 其中一回發(fā)生故障或斷路器檢修時(shí)，仍可保證重要線路的供電可靠性。 ．運(yùn)行費(fèi)用分析 對比 因方案一、二均選用 2 臺主變，所以年度運(yùn)行費(fèi)用中電能損耗相同，而設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用可根據(jù)上述設(shè)備數(shù)量對比表判斷方案一運(yùn)行費(fèi)用要高過方案二。因此，確定合理的變壓器的容量是 變電站 安全可靠供電和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保證。 ． 主變壓器容量的選擇 主變?nèi)萘恳话惆?變電站 建成近期負(fù)荷， 5～ 10 年規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期 10～20 年的負(fù)荷發(fā)展，對于城郊 變電站 主變壓器容量應(yīng)當(dāng)與城市規(guī)劃相結(jié)合，該所近期和遠(yuǎn)期負(fù)荷都給定，所以應(yīng)按近期和遠(yuǎn)期總負(fù)荷來選擇主變的容量，根據(jù) 變電站 帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量，對于有重要負(fù)荷 的 變電站 ，應(yīng)考慮當(dāng)一臺變壓器停運(yùn)時(shí)， 220KV 降壓變電站一次設(shè)備初步設(shè)計(jì) 11 其余變壓器容量在過負(fù)荷能力后允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級和二級負(fù)荷，對一般性能的 變電站 ，當(dāng)一臺主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量應(yīng)保證全部負(fù)荷的 70%～ 80%。 其中，中壓側(cè)及低壓側(cè)全部負(fù)荷需經(jīng)主變壓器傳輸至各母線上。 ． 繞組數(shù)的選擇 在具有三種電壓等級的 變電站 ，如通過主變壓器的各側(cè) 繞組的功率均達(dá)到該變壓器容量的 15%以上，或低壓側(cè)雖無負(fù)荷，但在 變電站 內(nèi)需裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備，主變宜采用三繞組變壓器。 由于自耦變壓器高壓側(cè)與中壓側(cè)有電的聯(lián)系，有共同的接地中性點(diǎn)，并直接接地。電網(wǎng)電壓波動范圍較大，如果選擇自耦變壓器，其兩臺自耦變壓器的高、中壓 側(cè)都需直接接地，這樣就會影響調(diào)度的靈活性和零序保護(hù)的可靠性。分裂變壓器中對兩端低壓母線供電時(shí)，如果 220KV 降壓變電站一次設(shè)備初步設(shè)計(jì) 12 兩端負(fù)荷不相等，兩端母線上的電壓也不相等，損耗也就增大，所以分裂變壓器適用兩端供電負(fù)荷均衡，又需限制短路電流的供電系 統(tǒng)。它的供電可靠性也高。 調(diào)壓方式分為兩種，不帶電切換，稱為無激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在 177。 ． 容量比的選擇 由原始資料可知， 110kV 中壓側(cè)為主要受功率繞組，而 10kV 側(cè)主要用于 地區(qū)性負(fù)荷、所用電以及無功補(bǔ)償裝置，所以容量比選擇為： 100/100/50。但是它要有一套水冷卻系統(tǒng)和相關(guān)附件 ，冷卻器的密封性能要求高，維護(hù)工作量較大。=37200KVA, ． 220kV 側(cè)通過主變向 10kV 側(cè)輸送功率 S2=12020247。 ． I、 II 級負(fù)荷校驗(yàn)： 110kV 側(cè) I、 II 級負(fù)荷： 42020247。 本設(shè)計(jì)主變?yōu)榇笮妥儔浩?，發(fā)熱量較大，根據(jù)現(xiàn)階段主變散熱片制造工藝的提高，在不啟動強(qiáng)迫風(fēng)冷的情 況下，主變可帶 80%負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，再根據(jù)變電站建在郊區(qū)，通風(fēng)條件好，可選用強(qiáng)迫風(fēng)冷卻方式。 第 3 章 短路電流計(jì)算 ． 概述 在電力系的電氣設(shè)備，在其運(yùn)行中都必須考慮到可能發(fā)生的各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種型式的短路，因?yàn)樗鼈儠獾狡茐膶τ脩舻恼?供電和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。 電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機(jī)會最少。 其計(jì)算目的是： 1）在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。 5）按接地裝置的設(shè)計(jì)，也需用短路電流。 3）選擇導(dǎo)體和電器時(shí)，對不帶 電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn)，應(yīng)按選擇在正常接線方式時(shí)短路電流為最大的地點(diǎn)。 標(biāo)幺值： Id* = 1X*di 有名值： Idi = Id*Ij 5）計(jì)算短路容量，短路電流沖擊值 短路容量： S = 3 VjI? 短路電流沖擊值： Icj = ? 6）列出短路電流計(jì)算結(jié)果 ． 具體短路電流計(jì)算具體見計(jì)算說明書。2020= B 系統(tǒng)： X2*＝ (100)247。 ．電抗器限制短路電流到 I″ =INbr=40kA， 取 Id＝ddUS?3=?=（其中 Ud＝ ， Sd＝ 100MVA）， 電抗器電抗的標(biāo)幺值為： X L*=dNNdL UI UIX ?100% ．電源至電抗器前對短路點(diǎn)的總電抗標(biāo)幺值為： X∑*ˊ=++= ．估算所需電抗器的電抗標(biāo)幺值 X L*及其在額定參數(shù)下的百分電抗 %LX ： X L*= X∑*X∑*ˊ=NbrdIIX∑*ˊ== 需要在兩臺主變變低加設(shè)限流電抗器，因此 %LX =NddNL UI UIX ?? *2100= ?2 100=% ．根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，選取限流電抗器型號為 XKK1040006，其參數(shù)如下 額定電壓 kV 額定電流 A 額定電抗％ 通過容量 kVA 動穩(wěn)定電流峰值 kA 4s 熱穩(wěn)定電流 kA 10 4000 6 3*23094 204 80 ．重新核算 d3 點(diǎn)短路電流 因增加限流電抗，所以需要重新核算相關(guān)值。 電氣設(shè)備的選擇同時(shí)必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、運(yùn)行方便和適當(dāng)?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。 ． 電流 導(dǎo)體和電器的額定電流是指在額 定周圍環(huán)境溫度 Q 0 下，導(dǎo)體和電器的長期允許電流Iy 應(yīng)不小于該回路的最大持續(xù)工作電流 Igmax 即 Iy≥Igmax 由于變壓器在電壓降低 5%時(shí)，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的 Igmax = （ Ie 為電器額定電流） ． 按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核 當(dāng)周圍環(huán)境溫度 Q 和導(dǎo)體額定環(huán)境溫度 Q 0不等時(shí)，其長期允許電流 Iy Q 可按下式修正 Iy Q = Iy θyθθyθ。當(dāng)熔斷器有限流作用時(shí)，可不驗(yàn)算動穩(wěn)定，用熔斷器保護(hù)的電壓互感器回路，可不驗(yàn)算動、熱穩(wěn)定?！?% 162。 ．按開斷電流選擇 高壓斷路器的額定開斷電流 Iekd 應(yīng)不小于其觸頭開始分離瞬間（ td）的短路電流的有效值 Ie(td) 即： Iekd≥Iz（ KA） Iekd — 高壓斷路器額定開斷電流（ KA） Iz — 短路電流的有效值（ KA） ．短路關(guān)合電流的選擇 在斷路器合閘之前，若線路上已存在短 路故障，則在斷路器合閘過程中，觸頭間在未接觸時(shí)即有巨大的短路電流通過（預(yù)擊穿），更易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞，且斷路器在關(guān)合短路電流時(shí)，不可避免地接通后又自動跳閘，此時(shí)要求能切斷短路電流，為了保證斷路器在關(guān)合短路時(shí)的安全，斷路器額定關(guān)合電流 ieg 不應(yīng)小于短路電流最大沖擊值。 ． 220kV 進(jìn)線斷路器 ．額定電壓選擇： Un≥Vns = 220kV ．最高工作電壓選擇： Ualm≥Vsm =Un =220 =253kV ．額定電流選擇： Ie≥Igmax 考慮到變壓器在電壓降低 5%時(shí)其出力保持不變，所以相應(yīng)回路的 Igmax= 即： Igmax = NNUS??33= 2203 1803??= ．額定開斷電流選擇： Ik =I″ 即： Ik = ．額定短路關(guān)合電流選擇： iNcl≥ish 即： iNcl ≥ ．根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以初步選擇 LW6－ 220 型 SF6斷路器其參數(shù)如下： 額定電壓： UN=220kV 最高工作電壓 Ualm =256kV 額定電流 Ie =2500A ．校驗(yàn)熱穩(wěn)定（取后備保護(hù)為 2S）： I2 t t ≥Qk 計(jì)算時(shí)間 tjs= td + tb = + 2= Qk = Ik2dz = = S kA2 ．因設(shè)備各項(xiàng)選型及校驗(yàn)均與線路側(cè)斷路器相同，故主變、母 線 側(cè)斷路器設(shè)備選型與線路側(cè)相同，對照情況見下表： 設(shè)備 項(xiàng)目 LW6－ 220 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 計(jì)算數(shù)據(jù) Ualm≥Vsm 256kV 253kV Ie≥Igmax 1250A 496A iNcl≥ish 125kA