220kV变电站短路计算与主要设备选择

220kV变电站短路计算与主要设备选择作者姓名(单位名称，省份 城市 邮政编码)摘要：变电站是对电压进行变换以及对电能集中和分配的场所。本文对220kV变电所进行了设计，通过对原始资料的分析、主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电气设备的选择及校验等步骤、最终确定了220kV变电站所需的主要主接线、短路计算数据以及主要电气设备的型号。关键词：220kV；短路计算；校验；选型；主接线为保证电能的质量以及设备的安全，在变电站中还需进行电压调整、潮流控制以及数配电线路和主要电工设备的保护。而短路计算为进行上述工作提供数据和计算依据，在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。本文对220kv地区变电站进行一次设计，进行短路计算和主要设备的选择。一、原始资料及电气主接线的设计（1）原始资料 该变电所的原始资料如下：1) 变电所类型：220kV变电站；2) 电压等级：220/110/35 kV；3) 负荷情况：110kV侧：最大负荷： 140MW ，cos=0.8；35kV侧：最大负荷，60MW ，cos=0.8 ；4) 出线回路：220kV侧6回，110kV侧8回，35kV侧8回；5) 环境条件： 最高温度40，最低温度-20，年平均温度20。（2）电气主接线的设计1）主接线类型及特点单母线接线其优点是简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便且有利于扩建，但可靠性和灵活性差。因此，不分段的单母接线一般只用在出线6220kV系统中只有一台发电机或一台主变压器，且出线回路数又不多的中、小型发电厂和变电所。具体适用范围如下：610kV配电装置，出线回路数不超过5回；3563kV配电装置，出线回路数不超过3回；110220kV配电装置，出线回路数不超过2回。单母线接线如图1所示。图1 单母线接线单母分段接线的优点是母线发生故障，仅故障段母线停止工作，非故障段母线可继续工作，缩小了母线故障的影响范围；双回路供电的重要用户，可将双回路接在不同分段上，保证对重要用户的供电。单母分段接线的适用范围：610kV配电装置，出线回路数为6回及以上时，每段所接容量不宜超过25MW；3563kV配电装置，出线回路数不宜超过8回；110220kV配电装置，出线回路数不宜超过4回。单母线分段接线如图2所示。图2 单母线分段接线双母线的接线特点是检修母线时电源和出线可继续工作，不会中断对用户的供电；检修任一母线隔离开关时，只需断开这一回路；工作母线故障时，所有回路能迅速恢复工作；在特殊需要时，可将个别回路接在备用母线上单独完成工作或试验；双母线接线运行方式比较灵活，母联断路器可以断开运行，一组母线工作，一组母线备用，此时运行情况相当于单母接线。双母线的适用范围：610KV配电装置，当短路电流较大、出线需带电抗器时；3563KV配电装置，当出线回路数超过8回或链接的电源较多、负荷较大时；110220KV配电装置，出线回路数为5回及以上或该配电装置在系统中居重要地位、出线回路数为4回及以上。双母线接线如图3所示。图3 双母线接线2）主接线综合比较选择本变电站是一个重要的地区变电站，220kV侧有6回线路。如果220kV母线故障，将导致区域内大范围停电；同时电厂的功率输出受到限制，影响到电力系统的稳定运行。鉴于该变电所的重要性，220kV侧采用可靠性较高的双母接线。110kV侧有8回出线，回路数较多，且变电站的主要负荷在110kV电压等级。如果110kV母线故障，将使区域内众多的110kV变电站失去电源，影响到电力系统的稳定。考虑110kV侧采用的双母接线。35kV侧，单分段母线比单母线，具有更高可靠性和灵活性，可以防止母线故障扩大化，分段可以使两台变压器分列运行，降低了短路电流。故35kV主接线均采用单母分段接线。二、短路计算（1）主变压器的选择变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况。所以必须选择合理的变压器。本系统中有110kV 和35kV两个负荷等级，其最大负荷分别140MW,cos=0.8，60MW cos=0.8。S=140/0.8+60/0.8=250(MVA)。需要选择的变压器容量S=250*0.7=175(MVA)。选择两台SFSZ9-/220作为主变压器，互为备用。（2）短路计算过程图4 短路计算等值电路系统的简化等值电路如图4所示，忽略了负荷支路及线路的电容、电阻。查阅SFSZ9-/220变压器的参数：UIII13.5%；UIIII14.7%；UIIIII13.5%；变压器容量比：150/150/75。取基准容量SB100MVA，基准电压VBVN，计算得：X4*X*l+X*c0.090.020.13；X1*1/2（13.5+22.9-7.27%）150/100=0.0971；X2*1/2（13.5+7.27.9-22.6%）150/100=0.0071；X2*1/2（7.27+22.9-13.5%）150/100=0.11。接下来计算短路阻抗：Xjs1*X4*0.12；Xjs2*0.12+1/2（0.0971+0.0071）0.172；Xjs20.12+1/2（0.0971+0.11）0.224。最后计算短路电流，系统三相短路时，流过短路点的短路电流最大，所以应计算三相短路时的电流。220kV短路电流计算：IBSB/3UB100/32300.25KA；I*” I0.2” I”1/ Xjs*1/0.12=8.33；I”= I*”*IB=0.25*8.33=2.083；Ich=2.55*2.083=5.3；Ioh=1.52*2.083=3.17；S”=3*2.083*230=793.7。同理，可求出110kV短路电流、10kV短路电流，计算如表1所示。表1 短路计算结果表短路点计算电抗Xjs*稳态短路电流短路电流冲击值ich（kA）短路容量S”(MVA)I”I(kA)d10.128.332.085.3793.7d20.1725.8142.927.45582d30.2244.4624.562.55425三、主要电气设备的选择电力系统中的各种电气设备，其运行条件不完全要样，选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求是相同的。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其热稳定和动稳定。（1）主断路器的选择主变断路器的额定电流按其额定容量或者最大长期负荷电流选择，出线断路器按最大负荷电流选择，分段断路器按一台主变检修时可能最大电流选择，所选主变各侧的断路器均能通过主变的额定电流。断路器选择应满足的技术条件：1） 电压UgUN 其中UgUew；2） 电流IgmaxIN 其中Igmax1.05IN；3）开断电流（或开断容量） Id.tIkd（Sd.tSkd） 其中Id.tIoh，Sd.tS”；4） 动稳定 ich imax；5） 热稳定 I2*tdzI2t*t。 220kV和110kV侧断路器采用SF6断路器，10kV断路器采用真空断路器。计算与选型如表2所示：表2 断路器选型（2）隔离开关的选择选择隔离开关应满足技术条件：1）电压UgUN 其中UgUew；2） 电流IgmaxIN 其中Igmax1.05IN；3） 动稳定 ich imax；4） 热稳定 I2*tdzI2t*t。计算与选型如表3所示：表3 隔离开关选型（3）互感器的选择电流互感器的选择：220kV级：LCW220，额定电流比4300/5；准确度级0.5。110kV级：LCWB4110，额定电流比2200/5；准确度级0.5。10kV级：LMZB610Q环氧树脂浇注结构的电流互感器。电压互感器的选择：1）620kV配电装置一般采用油浸绝缘结构;在高压开关柜中或布置地位狭窄的地方,可采用树脂浇注绝缘结构。2）35110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。3）220kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。四、结束语变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短