【文章內容簡介】 ........ 52 變壓器的零序過流保護 .............................................................................. 52 主變壓器的配置方案 ............................................................................................. 53 10kV 出線保護配置方案 ....................................................................................... 53 9 前言 本次設計題目為 220/110/10kV降壓變電站一次部分設計。此設計任務旨在體現(xiàn)對電氣工程及其自動化專業(yè)各科知識的掌握程 度，培養(yǎng)對本專業(yè)各科知識進行綜合運用的能力，同時檢驗本專業(yè)四年以來的學習結果。 此次設計首先根據(jù)任務書上所給系統(tǒng)與線路及所有負荷的參數(shù)，分析負荷發(fā)展趨勢。通過對擬建變電站的概括以及出線方向來考慮，并通過對負荷資料的分析，安全，經濟及可靠性方面考慮，確定了 220 kV， 110 kV， 10 kV以及站用電的主接線，然后又通過負荷計算及供電范圍確定了主變壓器臺數(shù)，容量及型號，同時也確定了站用變壓器的容量及型號，在根據(jù)最大持續(xù)工作電流及短路計算結果，對設備進行了選型校驗，同時考慮到系統(tǒng)發(fā)生故障時，必須有相應的保護裝 置，因此對繼電保護做了簡要說明。對于來自外部的雷電過電壓，則進行了防雷保護和接地裝置的設計，最后對整體進行規(guī)劃布置，從而完成220kV降壓變電站一次部分的設計。 由于本人掌握的知識有限，又無設計經驗，設計中難免存在不足及錯誤，懇請批評指正。 2020 年 6 月 5 日 10 第一章 原始資料分析 本次設計中的變電站為地區(qū)變電站。變電站 220kV 側進線有兩回，與距該變電站 80km處的上級中間變電站連接。 110kV側主要是供給另一終端變電站，且 110kV側出線回路為四回。本變電站的所帶負荷主要集中在 10kV 側，出線有八回，主要供給化學工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)院及居民小區(qū)用電，負荷側所帶負荷等級有 3 級，所以可靠性要求高，設計主接線回路要考慮有較高的可靠性。從該變電站的地理位置來看，其環(huán)境溫度、海拔高度及雷暴日數(shù)一般，所設計過程中不需要再考慮環(huán)境對各電器元件的影響，由原始資料知道，本變電站共有兩臺主變壓器，每臺變壓器應滿足 70%的負荷要求，所以首先根 據(jù)條件選擇好主接線回路，再根據(jù)各個負荷條件算出各短路點的短路電流，根據(jù)短路電流選擇合適的高壓電器設備，并做動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗，對于主變壓器和 10kV 母線要做好保護配合，在各個設計中要考慮該所所有擴建和改進之處，所以要有一定的預留。 在設計主接線時，要綜合考慮到可靠性、穩(wěn)定性和經濟性，在保證可靠、穩(wěn)定的同時，我們要考慮在經濟上的效益，對各個元件的選擇要適當，盡量減少費用來保證經濟性。 第二章 電氣主接線設計 電氣主接線設計原則 電氣主接線的設計是變電站設計的主體，是電力系統(tǒng)原始資料及變電站運行的可靠性 、經濟性要求密切相關。主接線的確定對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活，經濟運行以及變電站電氣設備選擇，配電裝置的布置，會有直接的影響。因此，主接線必須結合電力系統(tǒng)、變電站具體情況，全面分析有關影響因素，正確處理他們之間的關系，經過技術、經濟的比較，合理選擇主接線方式。 變電站電氣主接線的可靠性、靈活性和經濟性是一個綜合的概念，不能單獨的強調其中的某一特性，也不能忽略其中的某一特性。但根據(jù)變電站在系統(tǒng)中的地位和作用的不同，對變電站電氣主接線的性能要求也有不同的側重。例如系統(tǒng)中的超高壓、大容量樞紐變電站，因停電會對系 統(tǒng)和用戶造成重大損失，故對其可靠性要求就特別高；系統(tǒng)中的中小容量中間變電站或終端變電站，因停電對系統(tǒng)和用戶造成的損失較小，這類變電站的數(shù)量特別大，故對其主接線的經濟性就要特別重視。 主接線的設計原則 （ 1）考慮變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用。 （ 2）考慮遠期發(fā)展規(guī)模。 （ 3）考慮負荷的重要性分級和出線回路數(shù)多少對主接線的影響。 （ 4）考慮主變壓器臺數(shù)對主接線的影響。 （ 5）考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響。 主接線的基本要求 （ 1）可靠性 （ 2）靈活性 （ 3）經濟性 考慮以符合 設計要求，國家政策，技術規(guī)定為準。結合實際，保證供電在可靠調度靈 11 活等滿足前提條件下來節(jié)省投資。 方案的擬定 各接線形式的優(yōu)缺點及應用范圍 單母線接線 （ 1）優(yōu)點：接線簡單清晰，設備少，操作方便，便于礦建和采用成套配電裝置。 （ 2）缺點：不夠靈活可靠，任一元件或故障及檢修均需使整個配電裝置停電。 （ 3）適用范圍：一般只適用于一臺發(fā)電機或一臺主變壓器的情況。 本次設計使用兩臺主變壓器，并且 10kV側有醫(yī)院等一級負荷，要求供電的可靠性高，所以不能采用単母線接線。 單母線分段接線 這種 接線除具有單母線接線的簡單、清晰，采用設備少、操作方便、擴建容易等優(yōu)點外，增加分段斷路器后，提高了可靠性。因此，這種接線的應用范圍也比單母線接線廣。其缺點是當分段斷路器故障時，整個配電裝置會全停；母線和母線隔離開關檢修時，該段母線上連接的元件都要在檢修期間停電。 （ 1）優(yōu)點： ① 用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電。 ② 當一段母線上發(fā)生故障時，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。 （ 2）缺點： ① 當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段回路的母線都要在檢修期內停電。 ② 出線雙回時，常使架空線交叉跨越。 ③ 擴建時需要向兩個方向均衡擴建。 （ 3）適用范圍： 6~10kV 配電裝置出線回路數(shù)為 6 回及以上， 110~220kV 配電裝置出線回路數(shù)為 3~4 回。 本次設計 10kV側配電裝置雖有特殊重要的 I、 II 類用戶化學工業(yè)、醫(yī)院等，不允許停電檢修斷路 器。但由于設備制造水平的提高，高質量的斷路器不斷涌現(xiàn)。因此，斷路器本身需要檢修的幾率不斷減小，而每次檢修時間又非常短，故可使用単母分段接線方式。此外， 110kV和 220kV側也考慮采用単母分段接線方式。 雙母線接線 （ 1）優(yōu)點： ① 供電可靠 ② 調度靈活 ③ 擴建方便 ④ 便于試驗。 （ 2）缺點： ① 增加一組母線和使每回路要增加一組母線隔離開關 ② 當母線故障或檢修時，隔離開關作為倒換操作電器，容易誤操作。 （ 3）適用范圍： ① 6~10kV 配電裝置。當短路電流較大，出線需要帶電抗器時。 ②110~220kV配電裝置。出線回路數(shù)為 5 回及以上時，或當 110~220kV配電裝置在系統(tǒng)中占重要地位且出線回路數(shù)為 4 回及以上時。 根據(jù)本次設計的原始資料， 220kV側出線回路數(shù)及其配電裝置的重要性都不滿足裝設雙母接線的條件。 110kV側可以適當考慮。 橋形接線 橋形接線分內橋式或外橋式， 前者，橋連斷路器設置在變壓器側，而后者，橋連斷路器則在線路側。 （ 1）內橋形接線 優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。 缺點： ① 變壓器的投入和切除較復雜。 ② 橋連斷路器檢修時，兩個回路需解列運行。 12 ③ 出線斷路器檢修時，線路需較長時間停運。 適用范圍：較小容量的發(fā)電廠，變電站且變壓器不經常切換或線路較長，故障率較高的情況。 本次設計中， 220kV側滿足這個要求，且較經濟?？煽紤]選用。 （ 2）外橋形接線 外橋接線是 連接橋斷路器在線路斷路器的外側 優(yōu)點：同內橋形接線。 缺點： ① 線路的投入和切除較復雜，需動作兩臺斷路器，并有一臺斷路器暫時停運。② 橋連斷路器檢修時，兩個回路需解列運行。 ③ 變壓器側斷路器檢修時，變壓器需較長時間停運。 適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠或變電站，并且變壓器的切換較頻繁或線路較短，故障率較少的情況。此外，線路有穿越功率時，也宜采用外橋接線。 可選方案的確定 綜合比較后，本次設計中擬定了三種主接線方 式： 方案一： 220kV、 110kV、 10kV側均采用単母分段接線，如圖 21； 圖 21 主接線方案一 方案二： 220kV 側采用內橋接線， 110kV 側采用和 10kV 側均采用単母分段接線，如圖 22； 13 圖 22 主接線方案二 方案三： 220kV側采用內橋接線， 110kV側采用雙母接線， 10kV側采用単母分段接線，如圖 23。 14 圖 23 主接線方案三 最佳方案的確定 方案一與方案二比較，在于方案二 220kV側采用了內橋接線形式，而方案一則采用了単母分段接線形式，方案 二比方案一少用了兩臺斷路器，更經濟，且可靠性上也滿足要求；方案三與方案二比較，在于方案二 110kV側采用了単母分段接線形式而方案三則采用了雙母接線形式，由于 110kV側出線較少，且是供給另一終端變電站的，采用単母分段和雙母接線方式均可滿足可靠性要求，但采用雙母線接線方式操作復雜，易誤操作，所以二者相比，方案二更佳。 綜上所述，方案二為本次設計的最佳電氣主接線形式。 第三章 主變壓器的選擇 相數(shù)和臺數(shù)的確定 為保證供電的可靠性，變電站一般應裝設兩臺主變，但一般不超過兩臺主變。當有一個電源或變電站的一級 負荷另有備用電源保證供電時，可裝設一臺主變。對大型樞紐變電站，根據(jù)工程的具體情況，應安裝 2~4 臺主變。 當變電站裝設兩臺及以上主變時，每臺容量的選擇應按照其中任一臺停用時，其余容 15 量至少能保證所供一級負荷或為變電站全部負荷的 60~75%。通常一次變電站采用 75%,二次變電站采用 60%。 在 220kV的電力系統(tǒng)中，一般都選三相變壓器。因為單相變壓器的投資大、占地多，運行損耗也大。同時配電裝置結構復雜，增加了維修的工作量，只有考慮變壓器制造及運輸條件的限制，考察從廠到變電站之間，變壓器的尺寸是否超過運輸途中隧道、 涵洞、橋洞允許通過的限額。若受到限制，則采用單相式代替三相。 根據(jù)已知條件，所給條件中沒有給出特殊限制條件，所以采用三相變壓器。 繞組數(shù)的確定 國內電力系統(tǒng)中采用的變壓器按繞組分類有雙繞組普通式，自耦式以及低壓繞組分裂等變壓器形式。 根據(jù)已知條件該主變有三個電壓等級 220/110/10kV。所以采用三繞組變壓器。 繞組接線方式的確定 電力系統(tǒng)的繞組接線方式有星形“ Y”和三角形“ D”兩種。在我國一般規(guī)定， 110kV及以上電力變壓器三相都采用 YN 連接， 35kV 采用 Y 連接，其中性點多通過消弧線圈接地。 35kV及以下的電力變壓器三相繞組都采用 D 連接。 根據(jù)已知條件，所給電壓等級中的 220kV、 110kV采用 YN 接線。 10kV采用 d11 接線，所以本變電站三相接線方式為 YN\yn0\d11。 調壓方式的確定 為了保障發(fā)電廠或變電站供電質量，電壓必須維持在允許范圍內。變壓器的電壓調整是用分接開關切換變壓器的分接頭，從而改變變壓器變比來實現(xiàn)的。切換方式有兩種：不帶電切換，稱為無勵磁調壓，調壓范圍通常在 2 %以內；另一種是帶負荷切換，稱為有載調壓，調壓范圍可達 30%。 設計有載調壓的原則如下： （ 1）對于 220kV 及以上的降壓變壓器，僅在電網(wǎng)電壓可能有較大變化的情況下，采用有載調壓方式，一般不宜采用。 （ 2）對于 110kV 及以下的變壓器，宜考慮至少有一級電壓的變壓器采用有載調壓方式。 （ 3）接于出力變化大的發(fā)電廠的主變壓器，或接于時而為送端，時而為受端母線上的發(fā)電廠聯(lián)絡變壓器，一般宜采用有載調壓方式。 在本設計中，由設計任務書可選用無載調壓方式。 冷卻方式的確定 電力變壓器的冷卻方式隨形式和容量的不同而不同，一般有以下及幾種類型： （ 1）自然風冷卻：一般適用小容量的變壓器，為使熱量發(fā)散到空氣 中，裝有片狀或管形輻射冷卻器，用以增大油箱的冷卻面積。 （ 2）強迫空氣冷卻：又稱風冷式。容量大于 1000kVA 變壓器在絕緣允許的油箱尺寸下，即使有輻射器、散熱裝置仍達不到要求用人工風冷。在輻射器之間加裝數(shù)臺電動風扇。 （ 3）強迫油循環(huán)水冷卻：一般水源充足的情況下可以采用潛油泵強迫油循環(huán)，讓水對 16 油管道進行散熱，散熱效率高，節(jié)省材料，減小變壓器尺寸。但對冷卻密封性的要求較高，維護工作量大。 （ 4）強迫油循環(huán)風冷卻：同強迫油循環(huán)水冷卻原理，只是冷卻方式是用風。大容量變壓器一般采用強迫油循環(huán)風冷卻變壓器。 （ 5）強 迫油循環(huán)導向冷卻：大型變壓器采用較多利用潛油泵將冷卻油壓入線圈之間。線餅之間和鐵芯油道內抽出，然后經風冷卻后循環(huán)使用。 （ 6）水內冷變壓器：變壓器繞組由空心導線制成，運行將純水注入空心繞組中，借水循環(huán)帶電熱量，其水系統(tǒng)復雜，變壓器價格較高。 因為所選變壓器容量為 90000kV