电气主接线的选择毕业设计.doc

西安电力高等专科学校毕业设计电气主接线的选择毕业设计表1-1 主变压器技术参数项 目技 术 参 数备 注主变压器型号三相、三绕组、有载调压、油浸、风冷、自耦电力变压器OSFPS9-240000/330额定容量240MVA容量比240/240/72MVA电压比345/121/38.5kV电压比及短路阻抗应根据实际工程选择短路阻抗Uk1-2%=10.5Uk1-3%=24Uk2-3%=13连接组别YNyn0d11调压方式无载调压冷却方式ONAF或ODAF中性点接地方式及绝缘水平直接接地高、中及中性点均副套管式电流互感器2.1.2 变压器型号的表示含义根据我国电力变压器国家标准，变压器型号由两部分组成：前一部分描述变压器的类别、结构、特征和用途，有汉语拼音字母组成；后一部分描述变压器的容量（单位为kVA）和绕组的电压等级。例如：OSFP9-240000O自耦；S三相；F箱壳外冷却介质为风冷；P油循环方式为强迫循环2.2 电气主接线的选择2.2.1 电气主接线概念电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气系统。主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。2.2.2 电气主接线的基本要求 电气主接线应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。1、 可靠性具体要求：1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。2) 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保 证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。3) 尽量避免发电厂。变电所全部停运的可能性。4) 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。2、 灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。1) 调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。2) 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。3) 扩建时，可以容易的从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。3、 经济性1) 投资省a) 主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器。避雷器等一次设备。b) 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。c) 要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。d) 如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。2) 占地面积少主接线要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。3) 电能损耗少经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。此外系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。电气主接线关系着全站电气设备的选择，配电装置的布置继电保护及自动装置的确定，关系着电力系统的安全稳定，灵活和经济运行，是本次变电站设计中心的主要环节，我们在电气主接线设计中，依据以下原则：保证必要的供电可靠性和电能质量。具有运行维护的灵活性和方便性，即要适应各种运行方式和检修维护方面的要求，并能灵活地进行运行方式的转换。在操作时简便、安全，不易发生误操作。在满足可靠性、灵活性要求的前提下做好经济性。即投资省，电能损失小，占地面积小。保证电气主接线具有继续发展和扩建的可靠性。2.2.3 设计步骤和内容如下（1） 主接线方案的拟定与选择 根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留23个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，在进行经济比较。对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。（2） 短路电流计算和主要电器选择 对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。（3） 绘制电气主接线图 对最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。2.2.4 所选电气主接线1) 330kV主接线的选择 330kV主接线的选择既考虑上述主要原则，同时结合国内长期运行的实践经验，确定其主接线形式为3/2断路器接线，因为其具有很高的可靠性，且目前我国330kV及以上系统广泛采用，实践证明其有很高的可靠性和运行灵活性，且330kV、SF6、DF价格较高，分相式断路器占地面积较大，因此比双断路器接线有显著的经济性。经技术经济比较采用一台半断路器的接线方式，为使母线潮流分布合理并在一串支路切除时保持系统功率平衡，在接线上，在一串上接一条电源线和一条负荷线路，并使靠近一组母线的支路送电与受电平衡，最终按4个完整串布置，二台主变分别引接至两组母线。该接线具有可靠性高，运行灵活，节省占地等优点。图2-1 一个半断路器的接线2) 110kV主接线的选择方案（一）: 采用单母线接线(图2-2) 其优点：简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。 缺点是：（1）当母线或母线隔离开关检修或发生故障时，各回路必须在检修和短路被消除之前的全部时间内停止工作，造成经济损失很大。（2）引出线电路中断路器检修时，该回路停止供电。 图2-2 图2-3 方案（二）: 桥形接线(图2-3) 110kV侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换，因此可采用内桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。 优点是：高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。 缺点是：可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。方案（三）：双母线接线(图2-4) 优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。（2）调度灵活，当双母线的两组母线同时工作时，通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。当母线联络断路器断开后，变电站负荷可同时接在主母线或副母线上运行。缺点：当母线故障或检修时，将隔离开关运行倒闸操作，容易发生误操作事故，为了防止误操作隔离开关，需在隔离开关和断路器之间装设可靠的联锁装置，同时其经济代价较高。 这种接线方式主要用于出线回路较多，供电可靠性要求较高的变电站中。 图2-4 图2-5采用双母线接线，不带旁路母线，选择该主接线是因为：可以轮流检修母线，而不中断对用户的供电。当一组母线故障时，仍然造成接于该组母线上的支路停电，但可以迅速切换至另一组母线上恢复工作，从而减少停电时间。检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开该回路和与此隔离开关相连的母线，将其他所有回路部分换到另一组母线上运行，该隔离开关可停电进行检修。检修任一出线断路器时，该支路短时停电，在断路器两侧加上跨条后，将各支路倒控在一条母线上工作，利用母联断路器代替该出线断路器工作，使该回路不必长时间停电。在个别回路需要独立工作或进行试验时，可将该回路分别单独接到一组母线上。双母线扩建方便，向双母线左右任一方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均可分配3) 35kV主接线的选择35kV共有8回出线，全部电缆出线，且多为双回路供电。同时应考虑35kV侧采用屋外配电装置。35kV出线回路不超过5回时，一般采用单母线接线方式；线路在4-8回时，一般采用单母分段接线方式。所以对于本所35kV侧采用单母分段接线方式（图2-5）。经过以上论证，决定采用双母线接线。因此，330kV、110kV为直接接地系统，35kV为不接地系统。2.3 无功补偿（1） 无功功率概念无功功率：无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。单位为乏（var）或千乏(kVar)，分为感性无功功率和容性无功功率。（2） 无功补偿的总原则：全面规划，合理布局，分散补偿，就地平衡。改变以往自上而下的补偿为自下而上的补偿，并根据国家及有关部门的规定，按以下原则进行：电力用户补偿与供电企业补偿相结合，供电部门在电源点进行补偿与用户自身用电设备进行补偿，两者实现理想配合。分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，实现区域电网内的无功分层、分压、就地平衡。降损与调压相结合，以降损为主，坚持降损节能的原则。（3） 无功补偿的意义 补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数； 减少发,供电设备的设计容量,减少投资； 降低线损,由公式P%=(1-cos1/cos2) 100%得出，其中cos1为补偿后的功率因数,cos2为补偿前的功率因数则 cos1cos2,功率因数提高后,线损率也随之下降。减少设计容量,减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益.所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行.（4） 装设无功补偿装置的原因在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。（5） 无功补偿装置分类 并联电容器：只能向系统供应感性无功功率。优点：灵活控制系统电压，控制系统稳定性。缺点：调节精度差。 调相机：只能发无功功率的发电机。优点：调节精度好。缺点：调节速动慢，产生高次谐波。 静止补偿器：优点；反应速度快。缺点：产生高次谐波。 调相机：优点：电压调节效应优。缺点：调节精度差，不灵活。并联电抗器：对高压远距离输电线路可以提高输送能力，降低过电压。第3章 变电站所用变压器和接线的选择3.1站用电接线依据220kV500kV变电所所用电设计技术规程的规定，本变电站最终设两台站用工作变压器，一台站用备用变压器。站用变压器容量初步计算为630 kVA。本工程2台站用工作变压器，分别接于#1、#2主变35kV侧；0备用外引电源从站外35kV清化砭变电所站引接。站内设380/220V 工作、段以及备用段，备用段与380/220V 工作、之间设备自投。远期正常运行时，380/220V 工作、段分别由#1站用工作变压器和#2站用工作变压器供电，当其中任一台工作变压器故障或检修退出时，通过切换，实现备用变压器与工作变压器之间的互为备用。本期由于1#站用工作变压器不上，0备用变通过备用段与段母线连接，实现备用变压器与工作变压器之间的互为备用。3.2站用设备选择对于站用变压器的选择，由于站用工作变压器是连接在站内35kV母线上，受无功补偿装置投切的影响，其电压波动较大，所以站用工作变压器推荐采用有载调压变压器。而站用备用变压器的电源是由站外引接，一般其电压波动不会很大，所以推荐站用备用变压器采用无载调压变压器。站用工作变压器采用户内油浸有载调压变压器，容量为630kVA，短路阻抗6.5%，调压范围为。站用备用变压器采用户内油浸无载调压变压器，容量为630kVA，短路阻抗6.5%，调压范围为3522.5%/0.4kV。35kV备用电源进线采用固定式金属封闭开关柜，布置在站用交流配电室内。站用400V配电屏采用低压抽出式开关柜。3.3站用电设备布置站用交流配电室布置在主变及35kV无功补偿区域。站用变压器室与站用交流配电装置紧靠布置。站用变的高压侧采用电缆进线，低压侧采用电缆或者铝母线联结到380/220V站用工作段上。 站用变压器负荷计算及容量选择序号名 称额定容量（kW）安装台数或回路数第一段母线第二段母线台数容量（kW）台数容量（kW）安装运行安装运行安装运行安装运行1主变冷却器3022260602260602330kV继电器室分屏1121111111111113110kV继电器室分屏1021110101110104逆变器及UPS2021120201120205直流充电装置2821128281128286直流浮充电装置4021140401140407变频生活给水设备62116611668深井泵1021110101110109通信电源202112020112020小计 P12052051330kV加热电源2421124241124242110kV加热电源202114242114242335kV加热电源2021120201120204空调、风机及电暖器12021112012011120120小计 P22062061330kV配电装置照明2021120201120202110kV配电装置照明102111010111010335kV配电装置照明1521115151115154屋外道路照明1021110101110105户内照明302113030113030小计 P38585变压器计算容量(kVA)S=0.85P1+P2+P3465.25465.25选择站用变压器容量(kVA)630630第4章 短路电流计算4.1 短路电流计算短路电流计算中，容量和接线均按最终规模计算，短路种类按系统最大运行方式下三相短路较验。本设计设备选择的短路电流是按变电所最终规模及330kV、110kV系统阻抗进行计算的。经短路电流计算，在330kV变电所可能发生的各种短路类型中,各个电压等级侧均为发生三相对称短路时，短路电流最大。4.2 短路电流和短路容量电力系统在运行中,相与相之间或相与地(或中性线)之间发生正常连接(短路)时流过的电流叫短路电流。在三相系统中发生短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相对地短路和两相对地短路。三相短路因短路时的三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其他几种短路均使三相电路不对称，故称为不对称短路。在中性点直接接地的电力网中，以一相对地的短路故障为最多，约占全部短路故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时，由于电源供电回路阻抗的减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的电流大大增加，可能超过回路的额定电流许多倍。短路电流的大小取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的1015倍，在大容量的电力系统中，短路电流可高达数万安培。反映电力系统某一供电点电气性能的一个特征量叫做短路容量。表达式为：Wk= UNIk式中， WK 短路容量，MVA； UN 短路点正常运行故障前的线电压，kVIK 发生三相短路故障时的短路电流，kA若UN 、IK 取标么值和、则该点短路容量的标么值为Wk=*；由于UN接近于1, 所以WK的倒数即该供电点的短路阻抗标么值为:= K*；4.3 短路电流将引起下列严重后果(1)短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围的人员。(2)巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。(3)短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。(4)电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列。这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。4.4 限制短路电流的措施为保证系统安全可靠的运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，可采用快速动作的继电保护和断路器，以及发电机装设自动调节励磁装置等。此外，还应考虑采用限制短路电流的措施，如合理选择电气主接线的形式或运行方式，以增大系统阻抗，减少短路电流值; 加装限电流电抗器; 采用分裂低压绕阻变压器等。(1)作好短路电流的计算, 正确选择及校验电气设备, 电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。(2)正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装置，以便发生短路时，能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。(3)在变电站安装避雷针，在变压器附近和线路上安装避雷器，减少雷击损害。(4)保证架空线路施工质量，加强线路维护，始终保持线路弧垂一致并符合规定。(5)带电安装和检修电气设备，注意力要集中，防止误接线，误操作，在带电部位距离较近的地方工作，要采取防止短路的措施。(6)加强管理, 防止小动物进入配电室，爬上电气设备。(7)及时清除导电粉尘，防止导电粉尘进入电气设备。(8)在电缆埋设处设置标记，有人在附近挖掘施工，要派专人看护，并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏引发短路。(9)电力系统的运行、维护人员应认真学习规程，严格遵守规章制度，正确操作电气设备，禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸，线路施工，维护人员工作完毕，应立即拆除接地线。要经常对线路、设备进行巡视检查，及时发现缺陷，迅速进行检修。4.5 短路电流计算的目的和条件(1)短路电流计算的目的：在发电厂和变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几个方面：电气主接线的比较。选择导体和电器。在设计屋外高型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。接地装置的设计，也需要用短路电流。(2)短路电流计算条件的基本假定：正常工作时，三相系统对称运行；所有电源的电动势相位相角相同；电力系统中的所有电源都在额定负荷下运行；短路发生在短路电流为最大值的瞬间；不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；除去短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计；元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围；输电线路的电容忽略不计。(3)一般规定：验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应本工程设计规划容量计算，并考虑远景的发展计划；选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响；选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点；导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。4.6计算过程基准值为SB=1000MVA,UB=Uav,330kV侧取345kV,110kV侧取115kV,35kV侧取38.5kV. 其等效图为Uk1%=1/2Uk(1-2)%Uk(1-3)% Uk(2-3)%=1/2(10.52413)=10.75Uk2%=1/2Uk(2-3)%Uk(1-2)% Uk(1-3)%=1/2(1310.524)=-0.25Uk3%=1/2Uk(1-3)%Uk(2-3)% Uk(1-2)%=1/2(241310.5)=13.25d1短路时(330kV母线)其等效电路图为转化为再转化为再转化为短路电流有名值冲击电流式中KM冲击系数。实际电路中，1KM变电站最大长期工作电流Igmax（考虑变压器事故过负荷的能力40%）(3)根据有关资料选择SFM330型断路器表5-1 线路参数统计表电压等级（kV）短路点编号工作电压（kV）工作电流（A）短路电流周期分量起始有效值（kA）短路电流冲击（kA）3S热稳定电流（kA）330d1330440.97.6119.37根据上述参数参照设备手册可选出断路器型号为：SFM-330,具体参数见设备选择一览表。表5-2 高压断路器选择表设备型号短路点编号额定电压（kV）工作电流（A）短路电流周期分量起始有效值（kA）短路电流冲击值（kA）3S热稳定电流（kA）SFMT-300d133020004010040 (4)校验： Ue=330kV=UN I=2000A440.9A 额定开断电流校验：330kV母线三相稳态短路电流Id1 =7.61kA SFMT-300断路器的额定开断电流等于40kA符合要求。 动稳定校验 ： 330kV母线短路三相冲击电流：iM=19.37(kA) SFMT-300断路器的极限通过电流ik=100(kA) iM1s,故不计非周期分量的热效应。短路电流的热效应为：SFMT-300断路器的3秒热稳定电流：I=40(kA) It2t=4023=4800(kA2S)Id12tepIgmax=1322.7A额定开断电流校验：110kV母线三相稳态短路电流Id2 =27.89kA LW6-110I断路器的额定开断电流为40kA符合要求。动稳定校验 ： 110kV母线短路三相冲击电流：iM=71.0(kA) LW6-110I断路器的极限通过电流ik=100(kA) iM1s,故不计非周期分量的热效应。短路电流的热效应为： Qk=Id22tep=27.892*3.04=2442.456(kA2S)LW6-110I断路器的3秒热稳定电流：It=40(kA) It2t=4023=4800(kA2S)Id22tepIgmax=1247.08A额定开断电流校验：35kV母线三相稳态短路电流Id3 =16.391 kA ZN23-40.5C断路器的额定开断电流25kA符合要求。动稳定校验 ： 35kV母线短路三相冲击电流：iM=41.725(kA) ZN23-40.5C断路器的极限通过电流IK=63(kA) iM1s,故不计非周期分量的热效应。短路电流的热效应为： Qk=Id32tep=16.392*3.04=816.64(kA2S)ZN23-40.5C断路器的3秒热稳定电流：It=25(kA) It2t=2523=1875(kA2S)Id22tep变电所最大长期工作电流Igmax (3)根据有关资料选择GW6-330GD/1000型隔离开关表5-8 GW6-330GD/1000隔离开关参数型号技术参数额定电流I（A）极限通过电流 Igf (kA)4秒热稳定电流(kA)GW6-330GD/100010005020 (4)校验：Ue=330kV=UN I=1000A440.9A动稳定校验 ： 330kV母线短路三相冲击电流：iM=19.37(kA)GW6-330GD/1000隔离开关的极限通过电流Igf=50(kA) iMIgf 符合动稳定要