220kv变电站电气一次部分初步设计

220kv变电站电气一次部分初步设计220KV变电站电气主接线系统设计220KV变电站电气一次部分初步设计PAGE42PAGEI目录TOC\o"1-4"\h\z\u前言第1章设计原始材料及设计任务 2第2章变电站主接线设计 3第3章变电站用电接线及设备用电接线 7第4章设备的选择及动、热稳定校验 9第5章短路计算 24第6章配电装置 41第7章无功补偿设计 36第8章防雷及过电压保护装置设计 59参考文献 45心得体会 46附录 47220KV变电站电气一次部分初步设计220KV变电站电气一次部分初步设计PAGE41前言本毕业设计为二○○六级电力系统及自动化专业自学考试毕业设计，设计题目为：220KV变电站电气一次部分初步设计。此设计任务旨在体现我对本专业各科知识的掌握程度，培养我对本专业各科知识进行综合运用的能力设计（一次部分）的全过程。通过对变电站的主接线设计，站用电接线设计，短路电流计算，电气设备动、热稳定校验，主要电气设备型号及参数的确定，运行方式分析，防雷及过电压保护装置的设计和无功补偿方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。第1章设计原始材料及设计任务1、本次设计的变电站为地区性220KV降压变电站,有三个电压等级,即220KV、110KV、35KV；2、本系统中有110kv和35kv两个负荷等级,其最大负荷为200MW，cos=0.85，和70MW，cos=0.8；3、所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制,动力与照明合用一个电源；4、远期投入是3台主变,近期只要2台；5、待设计变电所为长方形，环境温度最高为42°C；6、本变电所主要由屋外配电装置，主变压器、二次室、静止补偿装置及辅助设施构成。第2章变电站主接线设计变电站电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。2.1主接线选择的主要原则1）变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系统中的地位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。2）变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出故障时应处理的要求。3）各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。4）近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。5）在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。2.2主接线方案设计2.2.1方案拟定及技术比较方案220KV110KV35KV主变台数方案一双母线双母线单母线分段2方案二3/2接线双母线分段双母线21）单母线分段优点:母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个供电电源;一段母线故障时(或检修),仅停故障(或检修)段工作,非故障段仍可继续工作.缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出线,在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作.通过该接线优缺点的分析,可见,方案一中35KV采用此接线方式，其优点是当一母线发生故障时,分段断路器能自动把故障切除,保证正常段母线不间断供电和不至于造成用户停电;缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时,接在该母线上的回路都要在检修期间停电,所以,该接线方式对于35KV侧可以考虑.另一方面是考虑到地区性一般变电所对经济性的考虑.2）双母线接线优点:供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母线故障后，能迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便.缺点:接线复杂,设备多,母线故障有短时停电.通过该接线优缺点的分析,可见,在方案一和方案二中的应用此接线方式,主要是因为它对供电可靠性的保证.即是说,当一母线故障或检修的时候，由母联断路器向另一母线充电,直到完成母线转换过后，在断开母联断路器,使原工作母线退出运行.缺点是当母线故障或检修的时候,会有短时停电.但是对于方案中的用户侧是可以考虑的.3)3/2接线优点:高度可靠性，调度运行灵活，操作检修方便.任一母线故障或检修,均不导致停电.缺点:造价高，而二次控制复杂通过对该接线优缺点的分析，可见，在方案二中采用该种接线方式，主要是为了提高供电的可靠性.但此类接线造价比较高，所以，一般只在大容量变电站中使用.从上述的比较可以看出,三种接线从技术的角度来看主要的区别是在可靠性上，双母线比单母线可靠性高，3/2接线比双母线的可靠性更高.但对于220KV地区性变电站来说，双母线接线的可靠性已能达到要求,且地区性变电站主要是要求经济性.所以,确定选择第一种接线方案.在方案中，由于远期投入是3台主变,近期只要2台.所以,对第3台的设计,主要的区别在35KV侧,此时,第3台主变接在35KV的母线断路器上,这种接线的目的是为了减小投资.现在从技术的角度来讨论，当35KV母线故障或检修时,3号主变可以从另一母线向负荷供电.可见，它并不影响单母线接线的工作方式，所以，这种接线方式对35KV侧是可以考虑的.2.2.2主变的选择变电站主变容量，一般应按5—10年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质，电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，应考虑当1台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足一类及二类负荷的供电。对一般性变电站，当1台主变压器停运时，其余变压器容量，其余，变压器容量应满足全部负荷的60%~70%。2.2.2.1选择原则1）相数容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kv及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。2）绕组数与结构电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。在一发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。3）绕组接线组别变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。4）调压方式为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，对于220kv及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。5）冷却方式电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。2.2.2.2容量计算本系统中有110kv和35kv两个负荷等级,其最大负荷为200MW，cos=0.85，和70MW，cos=0.8＝200/0.85+70/0.8＝322.8（MVA）需要选择的变压器容量S＝0.7×322.8＝225.96（MVA）选用三绕组变压器，查手册，选出的设备如下表：SFPS—7型220kv级三相三圈无载调压变压器额定容量MVA容量比电压比组别空载损耗负载损耗阻抗电压%高中高低中低240100/100/50242±2×2.5%/121/38.5YN，yn，d1113572012-1422-247-9第3章变电站用电接线及设备用电接线3.1所用电源数量及容量1)枢纽变电所﹑总容量为60MVA及以上的变电所﹑装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的变电所，均装设两台所用变压器.采用整流操作电源或无人值班的变电所,装设两台所用变压器,分别接在不同等级的电源或独立电源上.如果能够从变电所外引入可靠的380V备用电源，上述变电所可以只装设一台所用变压器.2)500KV变电所装设两个工作电源.当主变压器为两台时,可以分别接在每一台主变压器的第三绕组上。两台所用变压器的容量应相等,并按全所计算负荷来选择.当建设初期只有一台主变压器时,可只接一台工作变压器.3)当设有备用所用变压器时,一般均装设备用电源自动投入装置.3.2所用电源引接方式当所内有较低电压母线时,一般均由这类母线上引接1～2个所用电源,这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。如能由不同电压等级的母线上可分别引接两个电源,则更可保证所用电的不间断供电.当有旁路母线时,可将一台所用变压器通过旁路隔离开关接到旁路母线上。正常运行时,则倒换到旁路上供电.2)由主变压器第三绕组引接,所用变压器高压侧要选用大断流容量的开关设备，否则要加装限流电抗器。3)由于低压网络故障机会较多,从所外电源引接所用电源可靠性较低.有些工程保留了施工时架设的临时线路，多用于只有一台主变压器或一段低压母线时的过度阶段.500KV变电所多由附近的发电厂或变电所引接专用线作为所用电源.3.3所用变压器低压侧接线所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制,动力与照明合用一个电源.因此:所用变压器低压侧多采用单母线接线方式.当有两台所用变压器时,采用单母线分段接线方式，平时分列运行，以限制故障范围,提高供电可靠性.2)500KV变电所设置不间供电装置，向通讯设备﹑交流事故照明及监控计算机等负荷供电,其余负荷都允许停电一定时间,故可不装设失压启动的备用电源自投装置,避免备用电源投合在故障母线上扩大为全所停电事故.3)具备条件时,调相机专用负荷优先采用由所用变压器低压侧直接支接供电的方式.3.4所站用电接线站用电接线应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、安全、经济地运行。变电站的站用电源，是保证正常运行的基本电源。通常不少于两个。其引接方式有两种：一种是从母线侧引入，另一种是从主变低压侧引入。本站由于没有具体说明，因此采用通过断路器和隔离开关从低压侧引入。本站是用两台500KVA变压器接入，为此，查手册，选出站变，如下表：型号高压KV低压KV组别空载损耗负载损耗空载电流AS7—500/35350.4Y，yn01.087.701.93.5备用电源站用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，起后备作用。备用电源应具有独立性和足够的容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统取得备用电源。备用分为名备用和暗备用。本站是地区性变电所。所以，采用暗备用的方式，两台变压器相互备用，当一台退出运行时，由另一台承担负荷。第4章设备的选择及动、热稳定校验尽管电力系统中各种设备的工作和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验人稳定和动稳定。4.1.按正常工作条件选择电气设备1）电器选择的一般原则（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。（2）应按当地环境条件校核。（3）应力求技术先进和经济合理。（4）与整个工程的建设标准应协调一致。（5）同类设备应尽量减少品种。（6）选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。2）额定电压在电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择。即≥3）额定电流电气设备的额定电流是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。应不小于该贿赂在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即：≥4）环境条件对设备选择的影响当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。5）机械荷载所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。4.2.按短路状态校验1）校验的一般原则（1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。（2）用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。2）短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件。≥式中：—短路电流产生的热效应、t—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间3）电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为：≥式中：—短路冲击电流幅值—电气设备允许通过的动稳定电流幅值4）短路计算时间验算热稳定的短路计算时间为继电保护动作时间和相应断路器的全开断时间之和，即：＝＋一般取保护装置的后备保护动作时间5）绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。但所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。4.3断路器、隔离开关的选择原则项目参数技术条件正常工作条件电压﹑电流﹑频率﹑机械荷载电路稳定性动稳定电流﹑热稳定电流和持续时间承受过电压能力对地和断口间的绝缘水平﹑泄漏比距操作性能开断电流﹑短路关合电流﹑操作循环﹑操作次数﹑操作相数﹑分合时间及周期性﹑对过电压的限制﹑某些的开断电流﹑操作机构环境条件环境环境温度﹑日温差﹑最大风速﹑相对湿度﹑污秽﹑海拔高度﹑地震强度环境保护噪声﹑电磁干扰1）种类采用的灭弧介质可分为油断路器（多油、少油）、压缩空气断路器、断路器、真空断路器等。选用少油断路器，其特点运行经验丰富，易于维护，噪声低。额定电压和额定电流≥，≥由下式确定:＝＝各母线的最大电流如下表：母线110KV35KV220KVKA＝1.23＝1.441.23×＋1.44×＝0.845式中：，—分别为电气设备和电网的额定电压KV，—分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流A3）开断电流选择校验断路器的断流能力,宜取断路器实际开断时间的短路电流,所为校验条件。因此,高压断路器的额定开断电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量，即：≥4）短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值，即：≥5）短路热稳定和动稳定校验在短路电流过断路器时,产生大量热量,由于来不及向外散发,全部用来加热断路器,使其温度迅速上升,严重时会使断路器触头焊住,损坏断路器。因此产品标准规定了断路器的热稳定电流,例如1s﹑4s的热稳定电流，其物理意义为:当热稳定电流通过断路器时,在规定的时间内,断路器各部分温度不会超过国家规定的允许发热温度,保证断路器不被损坏。校验：≥，≥当＞1S时，可不考虑非周期分量的热效应，只计周期分量。＝式中：—短路电流周期分量—短路电流周期分量发热的等值时间6）动稳定校验断路器在闭合状态能承受通过的最大电流峰值,不会因电动力的作用而发生任何机械损坏。该最大电流峰值称为稳定电流。≥7）隔离开关的选择隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器。它需与断路器配套使用，但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关与断路器相比，项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。4.4.互感器的选择互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100，100/）和小电流（5，1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。互感器包括电流互感器和电压互感器两大类。互感器电流互感器电压互感器特点一次绕组串在电路中，且匝数少，电流互感器在近于短路状态下运行容量小，近似于一台小容量变压器，电压互感器在近于空载状态下运行4.4.1电流互感器的选择电流互感器的作用是将一次回路中的大电流转换为1A或5A的小电流以满足继电保护﹑自动装置和测量仪表的要求。1）种类和型式的选择电流互感器根据使用环境可分为室内式﹑室外式,根据结构可分为瓷绝缘结构和树脂浇注式结构，根据一次线圈的型式又可分为线圈式和母线式﹑单匝贯穿式﹑复匝贯穿式。选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。项目参数技术条件正常工作条件一次回路电压﹑一次回路电流﹑二次回路电流﹑二次回路负荷﹑准确度等级﹑暂态特性﹑二次线圈数量﹑机械荷载短路稳定性动稳定倍数﹑热稳定倍数承受过电压能力绝缘水平﹑泄漏比距环境条件环境温度﹑最大风速﹑相对湿度﹑污秽﹑海拔高度﹑地震烈度2）一次回路额定电压的选择一次回路额定电压和应满足：≥3）一次额定电流的选择当电流互感器用于测量时,其一次侧额定电流应尽量选择比实际正常工作电流大1/3左右,以保证测量仪表的最佳工作，并在负荷时有适当的指示。电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择。一般情况下可按变压器额定电流的1/3进行选择。≥4）动稳定校验动稳定校验是对产品本身带有一次回路导体的电流互感器进行校验,对于母线从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不校验动稳定。由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验。≥或≥4.4.2电压互感器的选择电压互感器是把一次回路高电压呀转换为100V的电压,以满足继电保护﹑自动装置和测量仪表的要求。在并联电容器装置中，电压互感器除作测量外，还作为放电元件。项目参数技术条件正常工作条件一次回路电压﹑二次回路电压﹑二次回路负荷﹑准确度等级﹑机械荷载承受过电压能力绝缘水平﹑泄漏比距环境条件环境温度﹑最大风速﹑相对湿度﹑污秽﹑海拔高度﹑地震烈度1）种类和型式选择应根据装设地点和使用条件进行选择电压互感器的种类和型式。额定电压和电流的选择≥，≥3）准确级规程规定，用于变压器，所用馈线，出线等回路中的电度表，供所有计算电费的电度表，其准确等级要求为0.5级，供运行监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，期准确等级要求一般为1级，在电压二次回路上，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确等级。4.4.3熔断器的选择高压熔断器是一种保护电器，当其所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，它的熔体熔化而分断电流﹑开断电路，熔断器主要用来进行短路保护,用来保护线路﹑变压器及电压互感器等设备。有的熔断器具有过负荷保护功能。熔断器由熔体﹑支持金属体的触头和保护外壳三部分组成。熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。在本站中，熔断器只用于保护电压互感器，其只需按额定电压及断流容量（S＝）两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。项目参数技术条件正常工作条件电压﹑电流保护特性断流容量﹑最大开断电流﹑熔断特性﹑最小熔断电流环境条件环境温度﹑最大风速﹑污秽﹑海拔高度﹑地震烈度短路时各级保护设备之间应选择动作，其配合要求如下：1）熔断器与熔断器配合一般按上、下级熔件正负误差叠加，并计及10%配合裕度计算配合级差。2）断路器与断路器配合断路器过流脱扣器配合级差可取0.1~0.2s，即负荷断路器为瞬动。厂用变压器和低压侧无分支时，低压电源短路器可不装保护，则利用高压侧保护跳低压侧断路器，或仅装延时动作欠电压保护。3）断路器与熔断器配合断路器与熔断器配合时，应将其保护曲线与熔断器曲线进行比较，以保证可能出现的各种短路电流下能选择行动作。4.4.4所设备如下表计算参数设备KVAAASKA·S220845140035702.4＋0.07＝2.47×1.9＝372.41101230111028302.4＋0.06＝2.46×1.9＝234.1351440237060442.4＋0.11＝2.51×1.9＝1067.2断路器参数设备KVAKAKA全开断时间s热稳定校验动稳定校验220120021530.07×4＝1764＞53＞110150031.5800.06×4＝3969＞80＞35150024.8—0.11×4＝2460.2＞—隔离开关参数设备KVA极限电流KA220100080110125055351600100电压互感器参数设备一次电压二次电压最大容量MVAJDR—2201.2YDR—1101.2JDJJ—351.2电流互感器参数设备一次电流A二次电流A10%倍数热稳定电流动稳定校验热稳定校验LCWD3—22012005153535×2.5×1200＝105＞（35×1200）＞LCWB6—1102×10005—31.5—45115＞45＞LCWD1—3515005152.530×2.5×1500＞（30×1500）＞4.5.裸导体的选择硬导体截面常用的有矩形、槽形和管形。单条矩形导体截面最大不超过1250，以减小集肤效应，使用大于电流时，可将2—4条矩形导体并列使用，矩形导体一般只用于35KV及以下电流在4000A及以下的配电装置中；槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于4000~8000A的配电中。矩形导体的散热和机械强度与导体布置方式有关。三相系统平行布置时，若矩形导体的长边垂直布置（竖放）方式，散热较好，载流量大，但机械强度较低；若矩形导体的长边呈水平布置（平放），则与前者相反。因此，导体的布置方式应根据载流量大小；短路电流水平和配电装置的具体情况而定。4.5.1一般要求:1）裸导体应根据下列技术条件进行选择和校验:(1)工作电流(2)动稳定和机械强度(3)热稳定2）裸导体尚应按下列使用环境条件校验:(1)环境温度(2)日照(3)风速(4)海拔高度4.5.2导体的选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（＞5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。对传输容量不大，可按长期允许电流来选择。4.5.3截面的选择1）220KV级选择导体＝845A按长期发热允许电流选择截面查手册：选用单条矩形铝导体，竖放允许电流1082A，截面为63×8（h×b）mm,集肤效应系数＝1.03环境温度最高为42°C，查表修正：＝0.74×1082＝800.68A﹤845A不满足条件改选单条矩形铝导体，竖放允许电流为1227A，截面为63×10（h×b）mm,集肤效应系数＝1.04修正：＝0.74×1227＝907.98A＞845A 满足条件热稳定校验正常运行时导体温度 ＝＋（－）式中：—导体要安装实际温度—长期发热允许最高温度 ＝42＋（70－42）×＝66°C查下表，选热稳定系数C不同温度下裸导体的C值工作温度606570硬铝及铝锰合金918987查得：C＝89前已算得：＝372·S则满足短路时发热的最小导体截面为：＝＝＝227.2﹤800满足热稳定要求2）110KV级选择导体＝1230A按长期发热允许电流选择截面查手册选用单条矩形铝导体，竖放允许电流为1807A，截面为100×10（h×b）mm,集肤效应系数＝1.08环境温度最高为42°C，查表修正：＝0.74×1082＝1337A＞1230A热稳定校验正常运行时导体温度： ＝＋（－） ＝42＋（70－42）×＝66°C查表得：C＝89则满足短路时最小截面积：＝＝＝179﹤1000满足热稳定要求。3）35KV级选择导体＝1440A按长期发热允许电流选择截面查手册选用单条矩形铝导体，竖放允许电流为2087A，截面为125×8（h×b）mm,集肤效应系数＝1.08修正：＝0.74×2087＝1544.4A＞1440A热稳定校验正常运行时温度＝＋（－） ＝42＋（70－42）×＝66°C查表得：C＝89则满足短路时最小截面积＝＝＝381﹤1000满足热稳定要求。4.6.运行方式分析母线故障工作方式220KV当母线故障时,先合上母联断路器两侧的隔离开关，再合母联断路器,想备用母线充电,这时,两组母线等电位,为保证不中断供电,按“先通后断”原则进行操作，既先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关,完成母线转换后，再断开母联断路器及其两侧的隔离开关,即可使原工作母线退出运行检修.110KV其接线方式跟220KV一致,所以，其工作方式与220KV一致。35KV当一母线发生故障,分段断路器自动将故障隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电;两段母线同时故障的几率甚小,可以不予考虑。主变及站变当某一台变压器故障或检修时,变压器两侧的断路器将其从线路中切除。其负荷由另一变压器承担。第5章短路计算计算短路电流的目的主要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求；评价确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送电线路对通讯网络设施的影响等。5.1短路故障产生的原因短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或地与相之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有：1）设备原因电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路的功能。2）自然原因气候恶劣，由于大风、低温、导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等。3）人为原因工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金属性短路；人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物带电设备内形成短路事故等。5.2短路故障的危害供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果：短路电流的热效应巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。2）短路电流的电动力效应由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。3）短路系统电压下降短路造成系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如，异步电动机的电磁转矩与端电压平方成正比。同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些气体放电灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。4）不对称短路的磁效应当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的电动势。5）短路时的停电事故短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及范围越大。6）破坏系统稳定造成系统瓦解短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。5.3短路电流计算的目的1）电主接线比选短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。2）选择导体和电器如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验短路器的遮断能力等。3）确定中性点接地方式对于35KV、10KV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。选择继电保护装置和整定计算在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。5.4短路电流计算的内容1）短路点的选取：各级电压母线、各级线路末端。2）短路时间的确定：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算短路电流的时间。3）短路电流的计算：最大运行方式下最大短路电流；最小运行方式下最小短路电流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条件，取决于计算短路电流的目的。5.5短路电流计算方法供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法。1）标幺值法标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。有名值法有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1KV以下低压供电系统短路电流的计算。5.6三相短路电流周期分量起始值的计算5.6.1短路电流计算的基准值短路电流的计算通常采用近似标幺值计算。取=100MW，各级基准电压为平均额定电压。5.6.2网络模型计算短路电流对所用的网络模型忽略负荷电流；不计各元件的电阻，也不计送电线路的电纳及变压器的导纳；发电机用次暂态电抗表示，并认为发电机电势模值标幺制为1，相角为0°。5.6.3三相短路电流周期分量起始值的计算步骤1）计算各元件参数标幺值，作出等值电路前已选出了主变压器（三绕组），其阻抗电压百分比，如下表：绕组高—中高—低中—低阻抗电压%12—1422—247—9计算每个绕组的短路电压百分数：＝（＋－）＝（13＋23－8）＝14＝（＋－）＝（13＋8－23）＝-1＝（＋－）＝（8＋23－13）＝9取=100MVA，=计算变压器各绕组的标幺值＝×＝×＝0.0583＝×＝×＝-0.0042＝×＝×＝0.0375由于一期工程，只有两台主变运行。所以，只需考虑2台变压器。2变的参数与1变的参数一致。做出等值电路图：2）当（f-1）点（220kv母线）发生短路时的计算＝＝＝55.6有名值：＝55.6×＝55.6××＝14（KA）冲击电流：＝＝14×2.55＝35.7（KA）3）当（f-2）点（110KV母线）发生短路时的计算＝＝＋＝0.0583－0.0042＝0.0541＝//＝0.0271＝＋＝0.018＋0.0271＝＝22.17有名值：＝22.17×＝22.17×＝11.1（KA）冲击电流：＝＝2.55×11.1＝28.3（KA）4）当（f-3）点（35KV母线）短路计算＝＝＋＝0.0583＋0.0375＝0.0958＝//＝0.0479＝＋＝0.018＋0.0479＝＝15.2有名值：＝15.2×＝15.2×＝23.7（KA）冲击电流：＝＝2.55×23.7＝60.44（KA）短路电流表计算参数短路点短路电流有名值KA冲击电流KA220KV1435.7110KV11.128.335KV23.760.44第6章配电装置配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。6.1配电装置的基本要求:1)保证运行可靠2)便于操作﹑巡视和检修3)保证工作人员的安全4)力求提高经济性5)具有扩建的可能6.2配电装置的类型及特点1）屋内配电装置的特点：（1）由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；（2）维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；（3）外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；（4）房屋建筑投资大。2）屋外配电装置的特点：（1）土建工程量和费用较小，建设周期短；（2）扩建比较方便；（3）相邻设备之间距离较大，便于带电作业；（4）占地面积大；（5）受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；（6）外界气象变化对设备维修和操作有影响。3）成套配电装置的特点：（1）电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；（2）所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；（3）运行可靠性高，维护方便；（4）耗用钢材较多，造价较高。6.3配电装置的设计原则1）节约用地；2）运行安全和操作巡视方便；3）考虑检修和安装条件；4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行；5）节约三材，降低造价；6）安装和扩建方便。配电装置的整个结构天寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。以下表中所列出各种间隔距离中最基本的最小安全净距，《高压配电装置设计技术规程》中所规定的A值，它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净距，保持这一距离时，无论正常或过电压的情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。其余的B、C、D值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而确定的。屋外配电装置最小安全净距（mm）符号适用范围3563110J110220JA11.带电部分至接地部分之间;2.网状遮拦向上延伸线距地2.5m处与遮拦上方带电部分之间40065090010101800A21、不同相的带电部分之间;2.断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间400650100011002000B11、设备运输时，其外部至无遮栏带电部分之间;2.交叉的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间;3.栅状遮拦至绝缘体和带电部分之间;4.带电作业时的带电部分至接地部分之间11501400165017502550B21、网状遮栏至带电部分之间500750100011001900C1、无遮栏裸导体至地面之间;2.无遮拦裸体至建筑物、构筑物之间29003100340035004300D1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间；2.带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间24002600290030003800注：110J、22J、330J、500J系指中性点直接接地网6.4配电装置的选用本变电站有三个电压等级：即220KV、110KV、35KV.根据《电力工程电气设计手册》规定，110KV及以上多为屋外配电装置，35KV以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220KV及110KV采用屋外配电装置，35KV采用屋外配电装置。根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、早高型和高型等。1）中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作售货员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装枪修方面积累了比较丰富的经验。2）半高型配电装置，它是特母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有：（1）占地面积约在中型布置减少30%；（2）节省了用地，减少高层检修工作量；（3）旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。3）高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行纵条件均较差，一般适用下列情况：（1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区；（2）原有配电装置需要扩速，而场地受到限制；（3）场地狭窄或需要大量开挖。本次所设计的变电站是地区性变电站，对建筑面积没有特殊的要求，所以该变电所220KV、110KV和35KV电压等级均采用普通中型配电装置。若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所，适用普通中型屋外配电装置，该变电所是最合适的。第7章无功补偿无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。无功补偿设备包括系统中的并联电容器、串联电容器、并联电抗器、同步调相机和静止型动态无功补偿装置等。7.1提高功率因数的意义在用电设备中按功率因数划分，可以有以下三类：电阻性负荷、电感性负荷、电容性负荷。在用电设备中绝大部分为感性负荷。使用电单位功率因数小于1。功率因数降低以后，将带来以下不良后果：1）使电力系统内电气设备的容量不能充分利用，因发电机和变压器电流是一定的，在正常情况下是不允许超过的，功率因数降低，则有功出力将降低，使设备容量不能得到充分利用。2）由于功率因数降低，如若传输同样的有功功率，就要增大电流，而输电线路和变压器的功率损耗和电能损耗也随之增加。3）功率因数过低，线路上电流增大，电压损耗也将增大，使用电设备的电压也要下降，影响异步电动机和其他用电设备的正常运行。为了保证供电质量和节能，充分利用电力系统中发变电设备的容量，减小供电线路的截面，节省有色金属，减小电网的功率损耗、电能损耗，减小线路的电压损失，必须提高用电单位的功率因数。7.2补偿装置的确定：1）同步调相机：同步调相机在额定电压±5%的范围内，可发额定容量，在过励磁运行时，它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用，能提高系统电压，在欠励磁运行时，它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用，可降低系统电压。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸收）无功功率，进行电压调节，但是调相机的造价高，损耗大，维修麻烦，施工期长。2）串联电容补偿装置：在长距离超高压输电线路中，电容器组串入输电线路，利用电容器的容抗抵消输电线的一部分感抗，可以缩短输电线的电气距离，提高静稳定和动稳定度。但对负荷功率因数高（oy＞0.95）或导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。故串联电容器调压一般用在供电电压为35KV或10KV，负荷波动大而频繁，功率因数又很低的配电线路上。3）静止补偿器补偿装置：它由静电电容器与电抗器并联组成电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器，与同步调机相相比较，运行维护简单，功率损耗小，但相对串联电容及并联电容补偿装置，其造价高维护较复杂。4）并联电容器补偿装置：并联电容器是无功负荷的主要电源之一。它具有投资省，装设地点不受自然条件限制，运行简便可靠等优点，故一般首先考虑装设并联电容器。由于它没有旋转部件，维护也较方便，为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除。由于本次设计的变电站为220KV降压变电站，以补偿的角度来选择，以上四种均能满足要求，但是从维护和性能的角度来考虑，选用静止补偿装置比较合适。7.3功补偿容量计算对于直接供电的末端边点所，安装的最大容性无功量应等于装置所在母线上的负荷按提高功率因数所需补偿的最大容性无功量与主变压器所需补偿的最大容性无功量之和。把总无功容量分为两组，这样才能更灵活地适应系统负荷以及电压变化，更有效地改善系统电压稳定，以及负荷大小所需的无功容。7.3.1补偿的最大容性无功量计算＝（tg－tg）＝（-）式中：——有功计算负荷（KW）tg——补偿前用电单位自然功率因数角正切tg——补偿后用电单位功率因数角正切值1）110KV侧的补偿无功量＝（-）＝200（-）＝200（0.62-0.33）＝58（MVAR）2）35KV侧的补偿无功量＝（-）＝70（-）＝70（0.75-0.33）＝29.4（MVAR）7.3.2变压器补偿的最大的容性无功量＝（+）式中：—主变压器需要补偿的最大容性无功量—需要进行补偿的变压器一侧的阻抗电压百分值—母线装设补偿装置后，通过变压器需要补偿一侧的最大负荷电流值—主变压器需要补偿一侧的额定电流值—变压器空载电流百分比—变压器需要补偿一侧的额定容量1）110KV一侧补偿＝（+）＝（+）×240＝43（MVAR）所以，110KV侧补偿需要的总容性无功量为：＝＋＝58＋2×43＝144（MVAR）2）35KV一侧补偿＝（+）＝（+）×240＝110.4（MVAR）所以，110KV侧补偿需要的总容性无功量为：＝＋＝29.4＋2×110.4＝250.4（MVAR）在降压变电所中设置的无功功率补偿装置，是实现无功功率的就地平衡和保证电压质量的重要手段。无功补偿装置一般都接在降压变压器的低压侧。过去在一次变电所中多采用同期调相机作为无功功率补偿装置。在新设计的变电所中，由于具有经济、维护和安装的优点，多采用静止补偿装置作为无功功率补偿。本站也采用静止补偿装置。第8章防雷及过电压保护装置设计防雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击,而引雷于本身,并顺利地泄入大地的装置。电力系统中最基本的防雷保护装置有:避雷针﹑避雷线﹑避雷器和防雷接地等装置。8.1避雷针避雷针的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。在对较大面积的变电所进行保护时,采用等高避雷针联合保护要比单针保护范围大。因此，为了对本站覆盖,采用四支避雷针。被保护变电所总长108.5m,宽79.5m,查手册，门型架构高15m.避雷针的摆放如图所示。＝＝79.5m;＝＝108.5m＝＝135m ＝－所以,需要避雷针的高度为:＝15＋＝34.3m四只避雷针分成两个三只避雷针选择.验算:首先,验算123号避雷针对保护的高度:1﹑2号针之间的高度：＝34.3－＝23m＞15m2﹑3号针之间的高度：＝34.3－＝18.8＞15m1﹑3号针之间的高度:＝34.3－＝34.3－19＝15.1m＞15m由上可见,对保护物的高度是能满足要求的。对保护宽度:1﹑2号针的保护宽度:＝1.5(－)＝1.5(23－15)＝12＞02﹑3号针之间的宽度:＝1.5(－)＝1.5(18.8－15)＝5.7＞0由此可见,对保护物的宽度是能满足要求的。所以,123针是满足要求的。由于4针的摆放是长方形,所以，134针也是满足要求的。即,四只高度选为35m的避雷针能保护整个变电所。8.2避雷器避雷器是一种过电压限制器,它实质上是过电压能量的接受器,它与别保护设备并联运行,当作用电压超过一定的幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量,限制过电压,保护电气设备.在电力系统中广泛采用的主要是阀式避雷器。根据额定电压(正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压，也是使用该避雷器的电网额定电压)和灭弧电压有效值(指避雷器应能可靠地熄灭续流电弧时的最大工频作用电压)。灭弧电压有效值的选择:电压等级KV35110-220灭弧电压有效值查手册,选出如下设备:型号额定电压KV灭弧电压KV工频放电电压KV冲击放电电压KV灭弧电压选择KV≥≤FZ-3535418410413435FZ-110J110100224268310110×0.8＝88FZ-220J220200448536630220×0.8＝1768.3防雷接地“防雷在于接地”,这句