【正文】 禹門 330kV變電站電氣主系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 二、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚工作自 2021 年 2 月 21 日 起至 2021 年 6 月 10 日止 三、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚進(jìn)行地點(diǎn) : 院 內(nèi) 電 氣 實(shí) 驗(yàn) 室 四、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚的內(nèi)容要求： 站址概況 站址位于距市中心約 10km（直線距離），東鄰西三環(huán)線，北靠高速公路及鐵路，交通便利。2%/121/35kV 接線組別： YN, a0, d11 阻抗電壓： Ud12=% Ud13=24% Ud23=13% 主變中性點(diǎn)直接接地，主變 330kV側(cè)裝有 LR(D)330型 CT 9只， 110kV側(cè)裝有 LR(D)110型 CT 9只，主變中性點(diǎn)裝有 LR(D)35 型 CT 6只， LR(D)35型專用零序 CT 2只。 設(shè)計(jì)要求 1）必須符合國(guó)家現(xiàn)行設(shè)計(jì)政策、規(guī)程； 2）在滿足可靠性的 前提下，盡量經(jīng)濟(jì)，便于施工、維護(hù)、檢修、擴(kuò)建等； 3）積極采用成熟的新技術(shù)、新產(chǎn)品，不得使用淘汰產(chǎn)品； 4）所有圖紙須符合工程規(guī)范。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，根據(jù)變電站應(yīng)從電力系統(tǒng)整體出發(fā)，著重對(duì)變電站的電氣一次部分和二次部分進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。主要從 主變壓器的容量、數(shù)量的確定，負(fù)荷分析及計(jì)算 ，進(jìn)行適量的無(wú)功補(bǔ)償，以及短路電流的計(jì)算和變電所主要電氣設(shè)備的選擇（包括斷路器，隔離開(kāi)關(guān)，互感器 等），繼電保護(hù)的配置以及防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)等方面闡述了 330kV 變電站電氣部分的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)步驟，并在選擇時(shí)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行了必要的計(jì)算和校驗(yàn)。 Automation, Electronic engineering Dept, Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi) Tutor: Ma Yongxiang [Abstract] Power system substation is an important ponent of the electric power system, the substation is the focal point of transmission and distribution substation can directly affect the safety and stable operation of power system safe and stable operation. China39。s capacity, quantity determination, the load analyzes and calculates, carries on the right amount idle work pensation, as well as shortcircuit current39。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以鞏固所學(xué)各課程理論知識(shí)，了解變電所設(shè)計(jì)的基本方法，了解變電所電能分配等各種實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力，同時(shí)對(duì)電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解，在計(jì)算機(jī)繪圖、編號(hào)、設(shè)計(jì)說(shuō)明書等方面得到訓(xùn)練，為今后從事電力技術(shù)等方面的工作奠定了非常好的基礎(chǔ)。出于這幾方面的考慮，設(shè)計(jì)一座符合電力系統(tǒng)整體規(guī)劃的變電站就顯得尤為重要。根據(jù)在電力系統(tǒng)中的地位可分為樞紐變電所、中間變電所、地區(qū)變電所、終端變電所。 本次設(shè)計(jì)是在掌握變電站生產(chǎn)過(guò)程的基礎(chǔ)上完成的。 第 2 頁(yè) 共 67 頁(yè) 1 主變壓器的選擇 主變壓器是指在發(fā)電廠和 變電站中，用來(lái)向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器。 主變壓器選擇的一般原則 （ 1）主變?nèi)萘恳话惆醋冸娝ǔ珊?5～ 10年的規(guī)劃負(fù)荷來(lái)進(jìn)行選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期 10～ 20年的負(fù)荷發(fā)展。 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇 根據(jù)原始資料分析，本變電站為地區(qū)變電站，其與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)系緊密，所以在選擇主變臺(tái)數(shù)時(shí)應(yīng)考慮其在當(dāng)?shù)仉娏W(wǎng)絡(luò)中的重要地位。而且會(huì)造成中壓側(cè)短路容量過(guò)大，不宜選擇輕型設(shè)備。綜上所述，主變壓器選 擇 2臺(tái)。對(duì)于有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量在計(jì)其過(guò)負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷；對(duì)一般性變電所，當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量應(yīng)能保證全部負(fù)荷的 70%～80%。因?yàn)橐慌_(tái)三相式較 第 3 頁(yè) 共 67 頁(yè) 同容量的 3 臺(tái)單項(xiàng)式投資小、占地少、損耗小，同時(shí)配電裝置結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)較方便。 一臺(tái)三繞組變壓器的價(jià)格及所用的控制和輔助設(shè)備，比相對(duì)的兩臺(tái)雙繞組變壓器都較少，而且本次所設(shè)計(jì)的變電所具有三種電壓等級(jí)，考慮到運(yùn)行維護(hù)和操作的工作量及占地面積等因素，該所選擇三繞組變壓器。分裂變壓器中對(duì)兩端低壓母線供電時(shí)，如果兩端負(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。 其優(yōu)點(diǎn)有：消耗材料省，體積小、重量輕同時(shí)功率損耗低、輸電效率高、可擴(kuò)大變壓器的制造容量，便于運(yùn)輸和安裝。 根據(jù)選擇原則可確定所選擇變壓器繞組接線方式為 Y0/ Y0/△ 接線。 調(diào)壓方式分為兩種，不帶電切換稱為無(wú)激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在177。 自然風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷卻：一般只適用于中小容量變壓器。 主變壓器的型號(hào)為： OSFPS7240000/330 主要技術(shù)參數(shù)如下：額定容量： 240000(kVA) 容量比（ %）： 240/240/72MVA(100/100/30) 電壓比： 345177。當(dāng)有兩臺(tái)站用變采用單母線分段接線方式，平時(shí)分列運(yùn)行互為備用，以限制故障。 因而本設(shè)計(jì) 兩臺(tái) 站 用變分別接于 35kV母線的 Ⅰ 段和 Ⅱ 段，互為 暗 備用， 并聯(lián) 運(yùn)行 。且該站址位于距市中心約 10km（直線距離），東鄰西三環(huán)線，北靠高速公路及鐵路，交通便利。用規(guī)定的電氣設(shè)備圖形符號(hào)和文字符號(hào)并按工作順序排列，詳細(xì)的表示電氣設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。并應(yīng)綜合考慮供電可靠性、運(yùn)行靈活性、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過(guò)渡或擴(kuò)建等要求。主接線的可 靠性是它的各組元件，包括一、二次部分在運(yùn)行中可靠地綜合性。評(píng)價(jià)主接線可靠性的標(biāo)志是： ① 斷路器檢修時(shí)是否影響供電； ② 線路、斷路器、母線故障和檢修時(shí)，停運(yùn)線路的回?cái)?shù)和停運(yùn)時(shí)間的長(zhǎng)短，以及能否保證對(duì)重要用戶的供電； ③ 變電所 全部停電的可能性； ④ 有些國(guó)家以每年用戶不停電時(shí)間的百分比來(lái)表示供電可靠性，先進(jìn)的指標(biāo)都在 %以上?？梢苑奖愕耐＿\(yùn)斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修，且不至影響對(duì) 第 7 頁(yè) 共 67 頁(yè) 用戶的供電。 主接線設(shè)計(jì)的原則 電氣主接線的設(shè)計(jì)是發(fā)電廠或變電站電氣設(shè)計(jì)的主題。 電氣主接線的類型通常根據(jù)變電所在系統(tǒng)中的地位、負(fù)荷情況、出現(xiàn)回路數(shù)、布置方式、設(shè)備特點(diǎn)周圍環(huán)境及最終規(guī)模等條件確定。 單母線接線及單母線分段接線 （ 1）單母線接線 電氣主接線的基本環(huán)節(jié)是由 電源進(jìn)線、主變壓器和引出線三部分組成，每一組母線是由 A、 B、C 三相組成。故單母線接線只適用于單電源進(jìn)線的一般中、小型容量的變電所及用戶，在供電可靠性要求不高的裝置中采用。段數(shù)分得越多，故障時(shí)停電范圍越小，但使用的 第 8 頁(yè) 共 67 頁(yè) 斷路器數(shù)量越多，其配電裝置和運(yùn)行也就越復(fù)雜，所需費(fèi)用就越高。單母線分段接線適用于： ① 110～ 220kV配電裝置的出線回路數(shù)為 3～ 4 回 ； ② 35～ 60kV配電裝 置的出線回路數(shù)為 4～ 8 回 ； ③ 6～ 10kV配 電裝置的出線回路數(shù)為 6 回以上。雙母線接線具有供電可靠、調(diào)度靈活、擴(kuò)建方便等優(yōu)點(diǎn)。雙母線分段接線比雙母線接線的可靠性更高，當(dāng)一段工作母線發(fā)生故障后，在繼電保護(hù)作用下，分段斷路器先自動(dòng)跳開(kāi)，而后將故障段母線所連的電源回路的斷路器跳開(kāi)，該段母線所連的出現(xiàn)回路停電；隨后將故障段母線所連的電源回路和出現(xiàn)回路切換到備用母線上即可恢復(fù)供 電。 帶旁路母線的單母線和雙母線接線 斷路器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行和切斷數(shù)次短路電流后都需要檢修。單母分段帶專用旁路斷路器的旁路母線極大的提高了可靠性，但這增加了一臺(tái)旁路斷路器的投資。 （ 3） 旁路母線設(shè)置的原則 當(dāng) 110kV出現(xiàn)在 6 回及以上 、 220kV出現(xiàn)在 4 回 及以上時(shí)，宜采用帶專用旁路斷路器的旁路母線，帶有專用旁路斷路器的接線，多裝了價(jià)高的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)，增加了投資，然而這對(duì)于接入旁路母線的線路回?cái)?shù)較多，且對(duì)供電可靠性有特殊需求的場(chǎng) 合是十分必要的。 一臺(tái)半斷路器雙母線接線 兩組母線之間接有若干串?dāng)嗦菲?，每一串?3 臺(tái)斷路器，中間一臺(tái)稱為聯(lián)絡(luò)斷路器，每?jī)膳_(tái)之間接入一條回路，每串共有兩條回路。任何一組母線故障時(shí)，只是與故障母線相連的斷路器自動(dòng)分閘，任何回路不會(huì)停電，甚至在一組母線檢修、另一組母線故障的情況下，仍能繼續(xù)輸送功率；在保證對(duì)用戶不停電的前提下，可以同時(shí)檢修多臺(tái)斷路器。隔離開(kāi)關(guān)只用作檢修時(shí)隔 離電源，不用于倒閘操作。 圖 21 一臺(tái)半斷路器接線 橋形接線 當(dāng)只有兩臺(tái)變壓器和兩條輸電線路時(shí)，采用橋形接線，所用斷路器 數(shù)目最少，它可分為內(nèi)橋和外橋接線。即負(fù)荷端不能頻繁進(jìn)行操作，變壓器需要頻繁停、送電操作。該變電站為 330/110/35kV 地區(qū)變電站，其本期規(guī)模為： 330kV側(cè)出線 2 回； 110kV 側(cè)出線為 11 回； 35kV 側(cè)用于連接補(bǔ)償裝置。 方案三： 330kV側(cè)選用雙母線分段接線， 110kV側(cè)選用雙母線分段接線， 35kV側(cè)選用單母線接 第 11 頁(yè) 共 67 頁(yè) 線。 可靠性 ① 選用一臺(tái)半斷路器接線時(shí)任一母線故障或檢修，均不致停電；任一斷路器檢修也不引起停電；甚至于兩組母線同時(shí)故障的極端情況下，功率仍能繼續(xù)輸送； ② 110kV 和 35kV 側(cè)可靠性高。 ① 橋形接線是適用于小容量的變電站； ② 操作復(fù)雜； ③ 擴(kuò)建方便。 第 12 頁(yè) 共 67 頁(yè) 3 短路電流的計(jì)算 概述 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式的破壞，多數(shù)是由于短路故障引起的，系統(tǒng)中將出現(xiàn)比正常運(yùn)行時(shí)的額定電流大許多倍的短路電流，其數(shù)值可達(dá)幾 萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)安培。其中，三相短路是對(duì)稱短路，系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時(shí)一樣仍處于對(duì)稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對(duì)稱短路。為限制故障范圍，保護(hù)設(shè)備安全，繼電保護(hù)裝置整定必須在主回路通過(guò)短路電流時(shí)準(zhǔn)確動(dòng)作。 短路電流計(jì)算相關(guān)內(nèi)容 短路電流計(jì)算的目的 計(jì)算短路電流的目的主要是為了選擇斷路 器等電氣設(shè)備或?qū)@些設(shè)備提出技術(shù)要求；評(píng)論并確定網(wǎng)絡(luò)方案，研究限制短路電流措施；為繼電保護(hù)設(shè)計(jì)與調(diào)試提供依據(jù)；分析計(jì)算送電線路對(duì)通訊設(shè)施的影響等。例如：計(jì)算某 一時(shí)刻的短路電流有效值，用以校驗(yàn)開(kāi)關(guān)設(shè)備的開(kāi)斷能力和確定電抗器的電抗值；計(jì)算短路后較長(zhǎng)時(shí)間短路電流有效值，用以校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定；計(jì)算短路電流沖擊值，用以校驗(yàn)設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定。 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定 （ 1）驗(yàn)算導(dǎo)體和電氣設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電氣設(shè)備開(kāi)斷電流所用的短路電流，應(yīng)按工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并 考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（一般為本期工程建成后 5～ 10 年）。 （ 4）導(dǎo)體和電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開(kāi)斷電流一般按三相短路計(jì)算。39。 系統(tǒng)接入方式：高中壓均接入無(wú)窮大系統(tǒng)， 110kV 側(cè)均為用戶，系統(tǒng) 5～ 10 年后最大運(yùn)行方式下正、負(fù)序阻抗如下圖所示。 主變壓器參數(shù)計(jì)算 由變壓器選擇參數(shù)可知： %U )21(d ?? .024%U )31(d ?? .013%U )32(d ?? 第 15 頁(yè) 共 67 頁(yè) 該數(shù)據(jù)已歸算至額定容量。sh ???? kA 短路容量： .9 23453U I 3S ????? MVA (2)K 點(diǎn)短路計(jì)算 35k