【正文】 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)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。（4）選擇和校驗(yàn)所需的電氣設(shè)備。（8）220kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)。（2）確定本變電所的電壓等級為220/110/10kV，220kV是本變電所的電源電壓，110kV和10kV是二次電壓。最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax=5500h ，線路損耗5%。最后主要是整個方案系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括計(jì)算，各種器具數(shù)量、類型的選擇，和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、電氣主接線圖及電站平面設(shè)計(jì)圖編寫等。確定了變電站的主接線然后又通過負(fù)荷計(jì)算及供電范圍確定了主變壓器臺數(shù)，容量及型號，同時也確定了廠用變壓器的容量及型號，從而完成了電氣部分的設(shè)計(jì)。第1章 電氣主接線選擇. 概述主接線是變電站電氣設(shè)計(jì)的首要部分，它是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成的接受和分配電能的電路，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。：安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠和電能質(zhì)量是對主接線最基本要求，而且也是電力生產(chǎn)和分配的首要要求。．經(jīng)濟(jì)性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理。． 主接線的接線選擇方式電氣主接線是根據(jù)電力系統(tǒng)和變電站具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進(jìn)出線路多時（一般超過四回）為便于電能的匯集和分配，常設(shè)置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰、運(yùn)行方便，有利于安裝和擴(kuò)建。如果需要檢修某線路的斷路器時，不裝設(shè)“跨條”，則該回路在檢修期需要停電。為了保證雙母線的配電裝置，在進(jìn)出線斷路器檢修時（包括其保護(hù)裝置和檢修及調(diào)試），不中斷對用戶的供電，可增設(shè)旁路母線，或旁路斷路器。 主變壓器容量和臺數(shù)的選擇 主變壓器的臺數(shù)：待設(shè)計(jì)變電站為大型的城市變電站，負(fù)荷較重（本期最大負(fù)荷42000KVA,遠(yuǎn)期最大負(fù)荷45000KVA），又因變電站負(fù)荷較為重要，且為終端變電站，要求電壓質(zhì)量是可以調(diào)節(jié)的，現(xiàn)在市場上生產(chǎn)的變壓器的容量，選擇1臺變壓器不能滿足負(fù)荷的要求，我選擇2臺相同容量的變壓器。根據(jù)以上原則，查閱有關(guān)資料，選擇的主變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)如下：型 號 SFSZ1031500/220容 量 31500KVA容 量 比 120/120/120額定電壓高壓220177。．方案一的接線特點(diǎn)1）220kV采用內(nèi)橋接線方式，并且設(shè)置專用旁路斷路器，使檢修或故障時，不致破壞雙母接線的固有運(yùn)行方式，及不致影響供電可靠性。 方案二．2110kV均采用單母分段接線方式。．方案二接線的缺點(diǎn)：1）雙母線在母線檢修或故障時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，操作復(fù)雜，容易發(fā)生誤操作；2）當(dāng)一組母線故障時仍短時停電，影響范圍較大；. 方案比較．投資費(fèi)用對比．方案一綜合投資ZA 主變部分：Z1=== 220kV部分：Z2=== 110kV部分：Z3=== 10kV部分：Z4=== 方案一綜合投資為：ZA= Z1+Z2+Z3+ Z4=+++=．方案二綜合投資ZB 主變部分：Z1’=== 220kV部分：Z2’=== 110kV部分：Z3’=== 10kV部分：Z4’=== 方案一綜合投資為：ZB= Z1’+Z2’+Z3’+ Z4’=+++=．根據(jù)綜合投資對比，方案一投資高過方案二約96萬元，經(jīng)濟(jì)性較差。如果主變壓器容量造的過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，擴(kuò)大占地面積，而且會增加損耗，給運(yùn)行和檢修帶來不便，設(shè)備亦未能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，可能使變壓器長期在過負(fù)荷中運(yùn)行，影響主變壓器的壽命和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。．主變壓器臺數(shù)的選擇由原始資料可知，本期變電站上2臺主變，本設(shè)計(jì)變壓器選擇臺數(shù)為2臺。當(dāng)一臺變壓器停運(yùn)時，可保證對60%負(fù)荷的供電，考慮變壓器的事故過負(fù)荷能力為40%，則可保證98%負(fù)荷供電，而高壓側(cè)220KV母線的負(fù)荷不需要通過主變倒送，因?yàn)?，該變電站的電源引進(jìn)線是220KV側(cè)引進(jìn)。本次設(shè)計(jì)的變電站，位于市郊區(qū)，稻田、丘陵，交通便利，不受運(yùn)輸?shù)臈l件限制，而應(yīng)盡量少占用稻田、丘陵，故本次設(shè)計(jì)的變電站選用三相變壓器。1）自耦變壓器，它的短路阻抗較小，系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流增大，以及干擾繼電保護(hù)和通訊，并且它的最大傳輸功率受到串聯(lián)繞組容量限制，自耦變壓器，具有磁的聯(lián)系外，還有電的聯(lián)系，所以，當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生過電壓時，它有可能通過串聯(lián)繞組進(jìn)入公共繞組，使其它絕緣受到危害，如果在中壓側(cè)電網(wǎng)發(fā)生過電壓波時，它同樣進(jìn)入串聯(lián)繞組，產(chǎn)生很高的感應(yīng)過電壓。由于本次所設(shè)計(jì)的變電站所需裝設(shè)兩臺變壓器并列運(yùn)行。2）分裂變壓器：分裂變壓器約比同容量的普通變壓器貴20%，分裂變壓器，雖然它的短路阻抗較大，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)繞組產(chǎn)生接地故障時，很大的電流向一側(cè)繞組流去，在分裂變壓器鐵芯中失去磁勢平衡，在軸向上產(chǎn)生巨大的短路機(jī)械應(yīng)力。又能滿足調(diào)度的靈活性，它還分為無激磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，這樣它能滿足各個系統(tǒng)中的電壓波動。②電網(wǎng)任一點(diǎn)的運(yùn)行電壓，在任何情況下嚴(yán)禁超過電網(wǎng)最高電壓，變電站一次側(cè)母線的運(yùn)行電壓正常情況下不應(yīng)低于電網(wǎng)額定電壓的95%～100%。．連接組別的選擇變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運(yùn)行。強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻：散熱效率高，節(jié)約材料減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點(diǎn)。站區(qū)負(fù)荷最大為2400kVA，因此，在正常運(yùn)行情況下，主變傳送的總?cè)萘繛椋ㄗⅲ海海９ぷ鲿r，220kV側(cè)通過主變向110kV側(cè)輸送功率S1=42000247。由此可選擇兩臺容量為31500KVA的主變。．主變型號選擇．主變主要通過高壓繞組從220側(cè)向至中、低壓繞組側(cè)傳送功率，10kV側(cè)最大功率為2400KVA，因此，可選擇容量比為100/100/50。8%121額定容量MVA18018090阻抗電壓％高－中高－低中－低14237型號中個符號表示意義：從左至右S：三相 F：風(fēng)冷卻 S：三繞組 Z：有載調(diào)壓 9：設(shè)計(jì)序列號 31500：額定容量 220：電壓等級。其中，三相短路是對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時一樣仍處于對稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對稱短路。．短路計(jì)算的目的及假設(shè)．短路電流計(jì)算是變電站電氣設(shè)計(jì)中的一個重要環(huán)節(jié)。4）在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。2）選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫姍C(jī)的影響和電容補(bǔ)償裝置放電電流的影響。．基準(zhǔn)值高壓短路電流計(jì)算一般只計(jì)算各元件的電抗，采用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算，為了計(jì)算方便選取如下基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)容量：SB= 100MVA基準(zhǔn)電壓：UB= 115 230kV．短路電流計(jì)算的步驟：1）計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值，并折算為同一基準(zhǔn)容量下；2）給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡(luò)圖；3）選擇短路點(diǎn)；4）對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，把供電系統(tǒng)看為無限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值，并計(jì)算短路電流標(biāo)幺值、有名值。由原始材料可知，提供的A、B、C三系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值均為各電源容量為基值，需要換算成在SB=100MVA下的標(biāo)幺值A(chǔ)系統(tǒng)：X1*＝(100)247。．選擇限流電抗器．10kV變低側(cè)額定電流 Igmax = = =根據(jù)目前10kV斷路器制造廠家最大只能提供額定電流IN=4000A的設(shè)備，可以通過保護(hù)整定值的方式將主變10kV側(cè)通過最大容量限制為60MVA，這樣，10kV變低額定電流為：In = = =．根據(jù)10kV側(cè)變低的額定電壓和額定電流，選定10kV進(jìn)線側(cè)斷路器型號為ZN2812Ⅰ,其技術(shù)參數(shù)為：額定電壓UN=10kV，額定電流IN=4000A，額定開斷電流INbr=40kA，額定關(guān)合電流峰值INc1 =100kA， 4S熱穩(wěn)定電流Ir=40kA，（）。在進(jìn)行設(shè)備選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備。．技術(shù)條件．按正常工作條件選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備．電壓：所選電器和電纜允許最高工作電壓Uymax不得低于回路所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓Ugmax即 Uymax≥Ugmax一般電纜和電器允許的最高工作電壓。當(dāng)熔斷器有限流作用時，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，不可避免地接通后又自動跳閘，此時要求能切斷短路電流，為了保證斷路器在關(guān)合短路時的安全，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%時其出力保持不變，所以相應(yīng)回路的Igmax= 即：Igmax = = =．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：額定開斷電流為IK =40kA額定關(guān)合電流峰值iNc1 =125kA動穩(wěn)定電流峰值idw =100kA4S熱穩(wěn)定電流40kA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≥Vsm256kV253kVIe≥Igmax1250A496AiNcl≥ish125kAIk≥I″40KAish≤ ies100kAI2 t t ≥Qk6400 kA2S 即I2 t t Qk ，滿足要求。SI2r t = 4024 = 6400 kA2S．10kV側(cè)斷路器的選擇．10kV變低、母聯(lián)側(cè)斷路器．．可得，選定10kV進(jìn)線側(cè)斷路器型號為ZN2812Ⅰ,其技術(shù)參數(shù)為：額定電壓UN=12kV，額定電流IN=4000A，額定開斷電流INbr=50kA，額定關(guān)合電流峰值INc1 =125kA，額定動穩(wěn)定電流（峰值）IDW =125kA，4S熱穩(wěn)定電流Ir=50kA，（）．校驗(yàn)熱穩(wěn)定（取后備保護(hù)為1S）：I2 t t ≥Qk計(jì)算時間tjs= td + tb = + + 1= Qk = Ik2dz = =S kA2．檢驗(yàn)動穩(wěn)定：ish≤ ies即：ish= ich=≤ ies= idw =100kA, 滿足要求．故10kV饋線最大負(fù)荷側(cè)選擇戶內(nèi)ZN28－12型真空斷路器能滿足要求，由上述計(jì)可列出下表： 設(shè)備項(xiàng)目ZN28－12產(chǎn)品數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)Ualm≥Vsm12kVIe≥Igmax1250A180AiNcl≥ish100kAIk≥I″40kAish≤ ies100kAI2 t t ≥Qk6400 kA263KV及以上斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)和線路的隔離開關(guān)，宜裝設(shè)接地刀閘。S（GW4型）I2r t = 3023 = 27000 kA2S kA2S（GW16型）即I2 t t Qk ，滿足要求。S第六章 ．母線的選擇概述母線在電力系統(tǒng)中主要擔(dān)任傳輸功率的重要任務(wù)，電力系統(tǒng)的主接線也需要用母線來匯集和分散電功率，在發(fā)電廠、變電站及輸電線路中，所用導(dǎo)體有裸導(dǎo)體，硬鋁母線及電力電纜等，由于電壓等級及要求不同，所使用導(dǎo)體的類型也不相同。在400～8000A時，一般選用槽形導(dǎo)體。（1）按導(dǎo)體長期發(fā)熱允許電流選擇，導(dǎo)體能在電路中最大持續(xù)工作電流Igmax應(yīng)不大于導(dǎo)體長期發(fā)熱的允許電流Iy即：Igmax≤kIy（2）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體截面可使年計(jì)算費(fèi)用最低，對應(yīng)不同種類的導(dǎo)體和不同的最大負(fù)荷年利用小時數(shù)Tmax將有一個年計(jì)算費(fèi)用最低的電流密度—經(jīng)濟(jì)電流密度（J），導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)截面可由下式：S = （3）熱穩(wěn)定校驗(yàn)：按上述情況選擇的導(dǎo)體截面S，還應(yīng)校驗(yàn)其在短路條件下的熱穩(wěn)定。．導(dǎo)體截面的校驗(yàn) ．熱穩(wěn)定校驗(yàn)由于本站址的最高月平均氣溫為+23℃、絕對最高溫度為+40℃，因此假設(shè)導(dǎo)體短路前的發(fā)熱溫度為：θ′=θ0 + (θy–θ0)( Igmax/ Iy)2 =40+(7040) (1488/2350)2=℃則熱穩(wěn)定系數(shù)C值為：C= ==滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面 Smin= ==1491 mm2 即能滿足要求．動穩(wěn)定校驗(yàn)．短路狀態(tài)時母線所受的最大彎矩Md和應(yīng)力σd的計(jì)算．短路電動力產(chǎn)生的水平彎矩Msd和短路電動力fd：fd===Msd===．在內(nèi)過電壓情況下的