某市220kV变电站电气主接线基本形式

PAGEPAGE2第1章绪论1.1变电站设计的背景和意义随着眼下社会经济的飞速发展以及工业水平的一直进步，电能看成一种比较清洁又高效的能源发展受到了国家有关部门的高度关注。全国上下所有的工业，服务业，甚至是农业的发展都离不开电力的支持。因此我国要不断的完善电力供应系统，以满足国民经济的高速发展，切合我国的国情。近年来，随着电力工业技术的持续创新，特高压，高压直流输电，紧凑型线路，串联补偿，大容量变压器等新技术连断应用于电力工程，作为整个电力系统枢纽的变电站。在策划安排和施工等关键技术方面也获得了重要突破。变电站是电网的重要组成部分，它们在某种意义上由电气设备和配电网组成。它们通过电网的转换，分配，传输和保护功能从电网获取电力，然后安全可靠地供电。作为输变电和控制的环节，变电站务必要转换传统的安排和局限模式，以符合现代能源系统，现代工业生产和社会生活的趋势。为了长期发展和进步城市电网，有必要对城市电网建设各方面的研究和分析进行巩固和加强。其中，220kV城市变电站的建设和系统设计是其中的一个联合环节。城市变电站是城市用电的关键部分起着不可磨灭的作用，关系着整个城市的用电安全。当发电厂输送电能时，必须由变电站处理，即电压升降后，可以满足各种使用要求。因此，变电站在电网中占有重要地位，在确保日常生产的电力消耗方面发挥着核心作用。从而为城市提供良好的能源支持，保障整个城市的快速发展变电站电气设计直接关系着变电站能否正常稳定运行。1.2国内外发展现状新中国成立60多年来，中国电力工业经历了在不断探索中奋进并获得发展的30年(1949-1978年)，经历了改革开放政策下快速发展并取得巨大成就的30年（1979-2008年）。60年来，中国广大电业职工和电力科技工作者坚持“人民电业为人民”的宗旨，为中国电力的发展做出杰出贡献。根据中国变电站的发展情况和中国的国情，我们看到了中国变电站设计的变化情况。特别是计算机和网络技术的快速发展，能源系统的变电站技术也有了新的飞跃，中国的变电站设计呈现出一些新趋势。首先变电站接线逐渐变得简单。第二个是大量新的电气主要设备。许多城市网络建设项目和用户项目将是归类为GIS配电装置。当前，出于经济发展对电网提出的要求，相比传统变电站，智能电网成为以后的发展方向，而智能变电站则会作为其中的一个重点发展。目前，国内已有大量的电力设备生产厂家能够进行智能变电站设备的生产，国家电网公司也将智能变电站提上议程，并且已加快智能变电站在全国推广的步伐。从长远来看，国内外的变电站，最终都会朝着数字化、自动化、智能化发展当然，近年来集成自动化系统已成为变电站电力工程中的一个重要问题。20世纪80年代中期，1987年，清华大学电力工程系成功开发了国内首个变电站综合自动化系统。中国的国情，并在山东威海王道变电站成功投入使用。1988年，经过技术鉴定，评估成为中国第一个，在中国缩小了差距，并在20世纪80年代达到了国际水平。国外一些西方强国由于工业基础较好，且各种技术先进，在发展智能变电站的道路上优于国内。早在20世纪80年代，国外便已开始了变电站自动化技术的研究，其中典型的公司如西门子，它们所研发的变电站自动化系统一直是近些年电力建设的一个重点，但从总体发展趋势来看国内基本与它们相同。伴随着智能电网在国际社会受到认可，国外的许多国家也相继投入到其中。它们都能满足无人值班的要求，但后者由于在价格上有优势，运行灵活而在国内应用较多。在2003年，加州发生大停电事故，美国开始重视智能电网的研究。由于其电气设备使用年限较久，已不能适用社会的需求，之后美国便开始加大投入从事电力新技术的研究，以加快建设一个高效，可靠的安全智能电网，避免再次发生类似事件。日本作为一个工业技术较发达的国家，在电力建设方面具有其独特之处，除了传统的能源外，它大力发展一些新型能源，如风力、核能、太阳能等，期望在各种领域不断尝试，使能源的利用率达到极致。还有就是ABB公司在芬兰生产的变电站综合自动系统SCS100，它大多数都在中低压场合；SCS200在瑞典生产，用于高压场合；还有梅兰日兰开发的LSIS监控系统等。变电站设计是电网的重要组成部分。研究分析国内外变电站技术的发展，掌握其发展趋势，对变电站设计进行必要的研究。1.3本文的主要内容电力行业成为我国国民经济发展的命脉，市场需求量极大，人们对电能的需求也与日俱增，各个行业已经离不开电能。不仅要满足电能持续增长的需求，还要满足用户对电能越来越高的要求。策划安排该市高新开发区220kV变电站电气部分，包括确立变电站的主接线方案；由负荷计算确定主变压器台数、容量及型号，断路器、隔离开关、互感器等主要设备选型。同时包括配套的二次系统设计。第2章电气主接线设计2.1电气主接线的基本要求变电站会随着科学技术的更新而不断的更新，在电气主接线设计中需要充分考虑到变电站的短期规划和长期规划，更为合理的进行选择设计。结合电源负荷分析，三个电源即使出现故障，系统也能调整运行方式，保证正常供电需求，同时还要遵循系统备用容量和相关专业资料，必须从技术和经济的角度进行深入的讨论和验证，最后得到最适合的设计方案。在考虑主接线接法时，尽可能使接线满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。（1）可靠性原则：对于变电站来说，可靠性是其基本原则，可靠性直接影响着用户的实际需求。首先，需要考虑检修和系统维护过程中是否会变电站停止运行以及停止运行的概率是多少。其次，必须要充分考虑断路器对整个变电站的影响，会不会影响电能供给；最后，要考虑到发生故障和维护过程汇总可能会造成哪些影响，针对影响提前制定应对策略。（2）灵活性原则：在当前包括电网建设在内的各项建设迅速发展的背景下，变电站的电气一次主接线设计也必须要与时俱进，本着灵活性的原则进行改造与更新。首先是220kV变电站电气设计主接线的扩建灵活，其次是220kV变电站电气设计主接线设计中调度灵活，检修灵活与事故处理灵活，当出现故障的时候，能够迅速定位并发现问题，同时能够隔离故障部位，并迅速恢复供电，保证系统的安全、稳定运行。（3）安全性原则：在任何可能的运行模式和维护模式下，电网布线必须确保操作人员的安全和设备的安全。（4）经济性原则：在确保灵活性和可靠性的基础上，还必须考虑220kV侧初级布线的经济原则。主要布线系统必须确保易于操作和可操作性，经济合适，减少占地面积并节省技术条件的投资。保证在进行设计过程中能够充分考虑到各种支出和花费，并不断优化和缩减支出，保证以较低的成本获得较高质量的电气一次主接线设计，最终提出最佳主接线设计方案。（5）在发展和扩建上应该很方便才好。2.2变电站电气主接线基本形式2.2.1电气主接线的基本形式在对6-220kV电压等级配电装置的接线，一类是母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线，另一类是无母线类，根据电压等级和出线回数使用。2.2.2原始资料1、所处地区：220kV变电站地处该市高新技术开发区2、各电压等级进出线及接线方式见表2-1：表2-1各电压等级进出线及接线方式电压等级进出线接线方式220kV侧3回双母线接线110kV侧8回双母线接线10kV侧18回单母线4分段环形接线3、主变压器：容量为3台,120MV·A三圈变；2.3电气主接线方案的拟定与选择结合国内外电气主接线设计的理论经验与实践经验，结合实际情况，定性与定量综合分析主接线的基本要求。电气主接线设计的可靠性更多的是由电气设备自身可靠性决定的，不要影响电力系统正常的供电，尽可能降低停电范围和停电时间。在电力调度中还要有足够的灵活性，应该尽可能的灵活投入相关电气设备，合理调整电源和负荷值，满足在不同运行状态下系统调度的要求。同时，需要综合分析变电站的发展趋势，变电站扩建时，能更为灵活的进行接线过渡。主接线的可靠性与经济性应综合考虑，辩证统一。在选择主接线的方案时，应充分结合实际的情况和需求，从而保障所选择的方案的适用性和可行性。在220kV变电站中，有3回220kV出线，8回110kV出线，18回10kv出线，并且具有较为广泛的供电范围。因此在进行设计时，应保障供电具有灵活性、可靠性，并且保障供电系统的日常运行更具稳定性与安全性。通常可选择的方案有双母线接线、单母线分段接线、单母线带旁接线以及一个半断路器接线方案。通过对以上接线的了解，拟定出以下两种设计方案进行比较，如表2-2表2-2主接线方案方案220kv110kv10kv主变台数方案一双母线单母线分段单母线分段2方案二双母线单母线分段兼旁路单母线分段兼旁路2双母线接线共有两组母线，一组母线供电，一组母线备用，当供电那组母线故障或者检修时候，把电源跟用电设备倒向另一组备用母线上，从而大大提高供电可靠性。这样互换分配，使调度也很灵活，也便于向两侧扩建。单母线分段接线连线简单，不复杂，每条进线和出线只有一个断路器，比单母线接线多一分段回路，多一个断路器，连接设备少，经济性好的特点。对于单母线而言，可靠性会有所改善。如果每一段的母线和他们进出线带的设备故障时，只需把分段断路器断开，这样非故障段仍能正常供电。具体各接线介绍如表2-3：表2-3接线方式接线方式接线图优缺点适用范围单母线分段接法优点: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;当一段母线故障时，仅停故障段，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。①6～10kV配电装置出线回路数为6回及以上；②35～63kV配电装置出线回路数为4～8回；③110～220kV配电装置出线回路为3～4回；单母分段带旁路母线为了保证单母线分段接线在断路器检修或调试保护装置时，不中断对用户的供电，需增设旁路母线。对于110～220kV线路，输送距离远，输送功率大，停电影响面大，一般可装设旁路母线。适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。

续表2-3双母线接法优点: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，造价高。①6～10kV配电装置，当短路电流较大。出线需要带电抗器时；②35～63kV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时；③110～220kV配电装置出线回路数为5回及以上，或当110～220kV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上。具体两个方案的比较如表2-4表2-4方案接线特点比较电压等级方案比较方案一接线特点方案二接线特点220kV采用双母线接线方式，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。110kV及10kV侧采用单母分段接线，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。110kV及10kV220kV采用双母线接线方式，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。110kV及10kV侧采用单母分段兼旁路接线并设专用的旁路断路器，经济性相对来说提高了，保证了各段出线断路器检修和事故不致影响供电的情况下，继电保护也比较容易配合，相对来可靠性即提高了。综观以上两种方案的比较，方案二的可靠性较高，但方案二相对投资较大且设备多接线复杂。而方案一接线简单，设备少，投资也小，由设计任务书的原始资料及经济性，供电可靠性等要求将方案一定为最终的选择方案。详细见图2-1。图2-1主接线图2.4本章小结本章先从电气主接线设计的基本要求和变电站主接线的基本接线形式进行了介绍，然后根据要求列出了两种设计方案，从接线方式和经济性进行比较，得出本系统所需的主接线形式。

第3章主变压器的选择变压器是变电站的主要电气设备，在变换网络电压方面起着重要作用。因此，可以选择合理的变压器以确保可靠的电源。主变的选择可以按照《变电站设计技术规程》及《国网典型设计220kV变电站部分》等相关内容要求进行选择。3.1主变压器台数的选择主变压器的容量和数量直接受主配线的格局和配电单元的布局的控制。在估摸通过主变压器的总容量时，变压器容量的选择不能仅仅从短期内考虑，需要结合变电站十年之内的发展规划要求，进行合理的选择，确保在未来负荷不断增加，变电站仍能满足用户的用电需求，还能满足工厂用电和从用电的需要。从长远角度来看，结合变电站的长远利益，需要结合变电站短期规划和长期规划，要是变电站以满足未来的经济发展要求。已知给出的变压器容量为120MVA，故可考虑装设两台变压器作为近期发展，另外一台可以暂时作为远期发展先不予考虑。另一方面,由原始资料可知，我们本次设计的变电站是一个位于宽城区的220kV降压变电所，其中，中压侧和低压侧都通过主变压器传输到母线。同时每台主变压器不应小于全部一、二级的计算负荷之和的60%~70%。例如：假设本系统中有110kv和10kv两个负荷等级，其最大负荷为100MW，cos=0.85，和40MW，cos=0.8。＝100/0.85+40/0.8＝167.6（MVA）。需要选择的变压器容量S＝0.7×167.6＝116.9（MVA）故选择容量为120MVA的主变压器，同时估算的负荷正好满足要求。3.2主变压器形式的选择主变压器形式的具体选择要求如表3-1表3-1主变压器形式的选择相数的确定容量为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。因为单相变压器组无论是投资还是占地，都比较大，运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，在一定程度上增加了维修工作量。

续表3-1绕组数与结构的确定一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级,考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。绕组接线组别的确定我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y连接，35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压，变压器绕组都采用△连接。在变电站中，星型接线的线电流和相电流一致，角型接线线电压和相电压一致，线电流是相电流的倍。根据以上原则，主变一般是YN,yn,d11接线。调压方式为了保证变电站的供电质量，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，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有载调压，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定冷却方式主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。综上，选择型号为SFPS7-120000/220的主变压器较为符合各种要求，参数如下表3-2所示：表3-2SFPS7-120000/220的变压器参数型号SFPS7-120000/220联结组标号YN，yn，d11空载电流%0.3空载损耗(KW)100短路损耗（KW）480额定电压（KV）高压中压低压230±2*2.5%12110.5额定容量KVA12012060容量比（%）10010050阻抗电压%高-中高-低中-低14237负载损耗（KW）高-中高-低中-低492520387

3.3本章小结主变的选择是非常重要的，因为它在变电站中担任着重要的电压功率变换角色。所以选择合适的变压器才能保证可靠供电，分别从变压器的形式和容量进行讨论，最后根据已知条件和讨论情况确定了主变压器的型号。

第4章短路电流计算4.1短路电流计算概述4.1.1短路故障产生的原因系统主要短路的原因可能由于设备产生，可能是自然灾害，也可能是人为造成的，有很多种，具体说明主要见表4-1：表4-1主要短路原因设备原因电气设备、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。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。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。4.1.2短路电流计算的目的和意义电源系统短路的风险：在短路的情况下，短路电流的值急剧上升，因为电源电路的阻抗和突然短路时的瞬态过程减少并且电弧短路。短路会烧毁电气设备。此外，电线会受到强烈的电击。短路也会导致系统功率分布的变化，影响发电机输出功率的变化。计算短路电流的目的很多，例如比较和选择主线通过比较各种布线，确定需要哪些具体措施来限制短路电流。通过短路计算来选择电气设备并确定型号对这些设备提出相应的技术要求来进行评估和确定方案，这其实也是为了保证设备在正常运行和故障的情况下都能安全可靠地工作，与此同时，还希望能够要求节约资金，然后对这些电气设备进行相应的校验，计算短路后较长时间的短路电流有效值用来校验设备热稳定，计算短路冲击值，来校验动稳定；另一方面，还可以计算无功补偿的容量等。

4.1.3短路电流计算的内容三相短路情况最为严重，对周边电流影响较大，它所对应的短路电流周期分量和短路冲击电流都较大，因此，电气设备选择中，需要充分考虑到三相短路的情况。短路电流的计算具体如表4-2；表4-2短路电流计算内容短路点的选取各级电压母线、各级线路末端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。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。4.1.4短路电流计算方法和步骤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个相对单位系统，还是一个没有单位的量，任何参数与其参考值的比率。标幺值方法是使用电路元件的每个参数的标准值。（2）有名值法有名值法便是以实质有名单位给出电路元件参数。这种方式通常用于1KV以下低压供电系统短路电流的计算。计算步骤分为以下几种：（见表4-3）表4-3短路电流计算步骤（1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；（2）给系统制订等值网络图（3）选择短路点（4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值标幺值：=（4-1）有名值：=·（4-2）

计算短路容量，短路电流冲击值。短路容量：S=（4-3）短路电流冲击值：=2.55（4-4）列出短路电流计算结果。4.2三相短路电流周期分量起始值的计算4.2.1短路电流计算的基准值短路电流的计算一般采用近似标幺值的方法计算。取=100MW，每一级基准的电压是平均额定电压。4.2.2网络模型计算短路电流对所用的网络模型为简化模型，即：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°4.2.3三相短路电流周期分量起始值的计算步骤一、规定220kV侧：Z1=0.070，Z0=0.129。220kV侧按不小于50kA选设备。110侧：Z1=无穷，Z0=0.60。主变选择：230±2×2.5%/121/10.5kV；主变容量：120/120/60MVA；（1）计算各元件参数标幺值，选出了主变压器（三绕组）后并根据计算作出等值电路图，它的阻抗电压百分比计算，如下表4-4：表4-绕组阻抗电压百分数绕组高-中高-低中-低阻抗电压%14237计算每个绕组的短路电压百分数：＝（＋－）＝（14＋23－7）＝15＝（＋－）＝（14＋7－23）＝-1＝（＋－）＝（7＋23－14）＝8取=100MVA，=计算变压器各绕组的标幺值由＝×（4-5）得＝×＝×＝0.1250＝×＝×＝-0.0083＝×＝×＝0.0667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。主变2的参数和主一的参数一样。等值电路如图4-1。图4-1等值电路当220kV母线发生短路时（f-1点）如图4-2的计算图4-2220kV母线发生短路时（f-1点）220KV系统提供的短路电流标幺值为：＝＝＝14.29；短路电流周期分量有效值（有名值）：＝14.29×＝14.29××＝3.58（KA）冲击电流：＝＝3.58×2.55＝9.129（KA）(其中为冲击系数，远离发电厂选2.55);短路容量：==14.29×100=1429（MVA）（3）当110kV母线发生短路时（f-2）如图4-3时的计算图4-3110kV母线发生短路时（f-2）＝＝＋＝0.1250－0.0083＝0.1167＝//＝0.0583＝＋＝0.0700＋0.0583=0.1283110KV系统提供的短路电流标幺值为：＝＝＝7.794；短路电流周期分量有效值（有名值）：＝7.794×＝7.794××＝3.919（KA）冲击电流：＝＝3.919×2.55=9.977（KA）(其中为冲击系数，远离发电厂选2.55);（4）当10kV母线发生短路时（限制电抗前f-3）如图4-4的计算图4-410kV母线发生短路时（限制电抗前f-3）＝＝＋＝0.1250＋0.0667＝0.0958＝//＝0.0479＝＋＝0.070＋0.0479=0.117910KV系统提供的短路电流标幺值为：＝＝＝8.481；短路电流周期分量有效值（有名值）：＝8.481×＝8.481××＝46.633（KA）冲击电流：＝＝46.633×2.55=118.914（KA）(其中为冲击系数，远离发电厂选2.55);综上所述，得短路电流表4-6

表4-6短路电流计算参数短路点短路电流有名值KA冲击电流KA220KV3.589.129110KV3.9199.97710KV46.633119.9144.3本章小结在本章中，当在变电站系统中的每个电压电平下的母线中发生三相短路时，分别计算流过的短路电流。这为下一步设备选择奠定了基础。

第5章电气设备的选型与校验5.1电气设备选择概述电气设备的选择也是变电站电气设计的最重的要元素之一。该怎么样正确选择设备对于确保电网和配电设备的安全性和效率非常重要。在政策规定，技术先进，经济合理，安全可靠，操作方便等原则上，应该有一些选择。发展空间，以满足电力系统的开发和建设。要想让电气设备既安全又可靠地工作，就要满足相应要求来选择，并根据公式计算根据短路状态计算的数据，最后确定热稳定性和动态稳定性验证，并在满足要求的同时选择所选择的。5.2.设备选择的选择条件。5.2.1按正常工作条件选择电气设备具体额定电压、额定电流等条件见表5-1；表5-1电气设备选择条件额定电压和最高工作电压所选用的电气设备允许最高工作电压不低于装置地点所接电网的最高运行电压。一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220kV及以下时为1.15；额定电压是330～500kV时是1.1。而实际电网的最高运行电压一般不会超过电网额定电压的1.1，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置地点电网额定电压的条件选择,即（5-1）式中——电气设备铭牌上所标示的额定电压（KV）；——电网额定工作电压（KV）额定电流电气设备的额定电流是指在额定周围环境温度θ0下，电气设备的长期允许电流。不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即（5-2）按当地环境条件校核在选择电气设备时，还应考虑电气设备的安装地点的环境条件是否适合该电气设备，当温度，风速，温度，海拔，地震等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。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。5.2.2按短路情况校验校准的一般原则：选择器具后，应根据可以通过的最大短路电流进行动态和热验证。使用保险丝保护的设备可能不会热稳定。当保险丝流量有限时，可以验证动态稳定性。保险丝保护的变压器电路可以检查动态和热稳定性。具体热稳定校验动稳定校验等见表5-2；表5-2按短路校验的情况短路热稳定校验电气设备的载流部分在短路电流作用下，也就是短路电流通过电气设备时电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为：2t≥；（5-3）式中——短路电流热效应；——电气设备允许通过的热稳定电流；T——所选电气设备允许通过的时间；电动力稳定校验电气设备通过短路电流时，可能对电气设备产生一定的破坏，电动力稳定是电气设备承受短路电流的能力，亦称动稳定。满足动稳定条件；（5-4）；（5-5）式中、—短路冲击电流有效值（KV）、—电器允许通过的动稳定电流的有效值（KV）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＝＋（5-6）：一般取保护装置的后备保护动作时间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。5.3断路器、隔离开关、互感器主要设备的选型5.3.1断路器的选择变电站中的高压断路器也是重要的电气设备之一：其完美的灭弧性能不仅能够切换负载电流的开关，还能够改变主电缆的运行方式和发生故障。断路器一般都是

与继电保护共同使用，为了能够中断短路电流，断开故障线路，确保无缺陷线路的正常供电和系统的稳定性，还能实现自动重合闸的功能。种类真空断路器和SF6断路器凭借着可靠性更好这一特色，维护工作量较少和灭弧性能非常高，所以被经常用于各种工作中，普遍受欢迎。因此，35-220kV通常用于户外无油断路器或SF6断路器。额定电压的选择由于选定的电气设备，最大工作电压不得低于连接到现场的网络的最大工作电压。基本上，可以根据设备的额定电压UN不小于安装现场网络的额定电压的条件来选择，即（5-7）式中——电气设备铭牌上所标示的额定电压（KV）；——电网额定工作电压（KV）额定电流的选择在各种合理的模式下，它不应低于电路的最大连续工作电流，即（5-8）由下式确定:＝＝（5-9）各母线的最大电流如下表5-3：表5-3各母线的最大电流母线110KV10KV220KVKA＝0.615＝2.8860.615×＋2.886×＝1.36（4）额定开断电流的校验条件为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，前面计算已知，即表5-4：≥（5-10）

表5-4短路电流周期分量数据电压等级短路电流周期分量kA220KV3.58110KV3.91910KV46.633查阅相关资料得出，断路器的选择表如表5-5断路器的选择表5-5电压等级型号额定电压（kV）额定电流（A）额定开断电流（kA）动稳定电流（kA）热稳定电流（kA）固有分闸时间（s）220kVLW-220I22016004010040(3s)0.03110kVSW4-110III110125031.58031.5(4s）0.0510kVSN4-10G/6000106000105300120（5s）0.15断路器型号中字母含义：L—六氟化硫（）;S—少油断路器；W—户外式等。5.3.2隔离开关的选择隔离开关功能是隔离电压，打开或关闭小电流，并与断路器一起使用完成切换操作。隔离开关与断路器的工程相同。但是，由于隔离开关不用于接通和断开短路电流，因此无需对断路电流进行验证。和短路电流。选择如表5-6表5-6隔离开关的选择表电压等级型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流(kA）热稳定电流（kA）220kVGW11-220(D)220160012550110kVGW5-110Ⅱ（D）11012508031.510kVGN10-10T1060002001055.3.3互感器的选择1、电流互感器的选择选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。见表5-8；表5-8电流互感器的选择条件项目参数技术条件正常条件工作（1）一次回路额定电压应满足：≥（5-11）（2）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,一般情况下可按变压器额定电流的进行选择。（=120000/220=545.45A=181.81A）≥（5-12）（3）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﹑海拔高度地震烈度作用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。综上所述，电流互感器的选择如表5-9表5-9电流互感器的选择型号级次组合额定电流比热稳定倍数K动稳定倍数K220kvLCW11-220D/D/D/0.54×300/56060110kvLCWD-110D/D/0.52×600/57513010kvLAJ-100.5/D6000/550902、电压互感器的选择电压互感器是把一次回路高电压转换为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。电压互感器需要安装在每组母线的三相上，结合我所掌握的资料不足，不能准确的进行选择类型，只能根据书上案例类比选出不同电压下的不同型号：选择条件见表5-10；

表5-10电压互感器的选择条件项目参数技术条件正常工作条件额定电压的选择：一次回路电压为了确保电压互感器在规定的准确度下安全运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压U应在（1.1-0.9）（电压互感器一次侧额定电压）范围内变动，即满足下列条件：1.1>>0.9（5-13）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﹑地震烈度二次回路电压必须满足测量电压为100V，根据电压互感器接线的不同，二次电压各不同，可根据电压互感器的接线方式选择。电压互感器各测额定电压的选择可按表5-11进行；表5-11电压互感器额定电压选择互感器型式接入系统方式系统额定电压互感器额定电压一次绕组/kV二次绕组/V第三绕组/V三相五柱三绕组接于线电压3-10U100100/3三相三柱三绕组接于线电压3-10U100无此绕组单项双绕组接于线电压3-35U100无此绕组单相三绕组接于相电压3-63U/100/100/3单相三绕组接于相电压110及以上U/100/100（2）准确级和容量的选择根据有关规定，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，准确等级要求一般为1级。电压互感器的额定二次容量S应不小于互感器的二次负荷S，即S≥S（5-14）电压互感器的选择如表5-12；5.4母线及出线的选择母线在电力系统中主要扮演传输电力的重要角色，也是电力系统的主要接线中必不可少的设备。在变电站和输电线路中，所使用的电线是裸露的。所使用的电缆类型因电压等级和要求不同而不同。通常根据以下项目选择和验证开放母线：（1）线材，类型和布置;（2）导线截面;（3）热稳定性;（4）动态稳定性和其他选择和验证项目;（5）110kV以上母线需要进行电晕检查表5-12电压互感器的选择电压等级型号额定电压二次额定容量最大容量（VA）一次线圈二次线圈辅助线圈0.5级1级3级220kV母线JCC-220220/0.1/0.150010002000220kV出线YDR-220220/0.1/0.12204001200110kV母线JCC-110110/0.1/0.15001000200010kV母线JSJW-1010/0.1/0.1/31202004809605.4.1母线材料、类型和布置方式常用的硬母线截面有矩形、槽型和管型。矩形母线常用于35kV及以下，电流在4000A及以下的配电装置中。另外，由于圆形表面光滑，电晕放电电压高，因此，可用于110kV及以上配电装置。不同类型的导线参数不同，相应的技术效果和成本都需要严格控制。（1）在导线架设上，会受到外部环境的影响，尤其是吉林油田供电公司变电站，从地理位置来看，全年温度较低，更需要有足够的机械强度保证导线质量。电能通过导线运输会发生电能损失,不过需要将损失保持在允许值范围内。再加上导线在电流通过时，自身温度会升高，影响到绝缘效果，也可能造成断线事故，因此需要保证其使用寿命，不会发生热损坏。（2）控制采购成本选择导线材料、横截面积、长度、质量等各项参数时，需要尽可能降低电能损耗，也要减少维修频率，保证其使用寿命，尤其是要根据国家规定，进行相应的线路投资，避免材料消耗过大。（3）避免电击穿一般情况下，导线选择需要避免出现电击穿，不过110kV线路由于横截面积较大，不需要考虑这一问题。5.4.2母线的选择对传输容量不大的导体，可按长期允许电流来选择。（1）220KV侧母线的选择；按照最大长期工作电流进行选择：根据表5-3求得的数据知220kV侧母线=1.36KA，按最大持续工作电流选择查手册选LGJ-800型钢芯铝绞线，长期允许载流量为1450A（30℃）。导体载流量的校正系数见表5-13表5-13导体载流量的校正系数环境温度℃0510152025303540校正系数1.241.201.151.101.051.000.940.880.81也可以利用公式温度修正系数K=（5-20）求得在30摄氏度下的校正系数===0.94K·I=0.94×1450=1363A>1360A,满足母线发热要求。（2）110KV侧母线的选择按照最大长期工作电流进行选择：根据表5-1求得的数据知110kV侧母线=0.615KA，按最大持续工作电流选择查手册选LGJ-300型钢芯铝绞线，长期允许载流量为667A（30℃）。K·I=0.94×690=626A>615A,满足母线发热要求。（3）10KV侧母线的选择按照最大长期工作电流进行选择：根据表5-1求得的数据知10kV侧母线=2.886KA，按最大持续工作电流选择查手册选4XLGJ-400型钢芯铝绞线，长期允许载流量为3240A。K·I=0.94×3240=3045A>2886A,满足母线发热要求。5.5本章小结电气设备的选择条件包括两部分：一部分是电气设备需要满足的基本条件，即根据正常工作条件（最高电压和最大连续工作电流）选择，并经过验证是动态的。根据短路情况稳定;根据不同电气设备的特性选择和校准项目。在本章中，首先阐述了电气设备的选择原则。然后根据选择选择符合条件的电气设备。第6章无功补偿6.1无功补偿的概述较高质量的电压水平可以保证供电系统的无功平衡。我们进行无功补偿是因为电源所提供的无功功率总是不能满足负载的需求。为了确保系统能够运行在安全稳定的电压范围内并保障较高的电压水平，我们需要对电压进行合理的监测和对电源进行适当的无功补偿。根据相关的规定，220kV变电站无功功率的电容补偿主要是为了补偿主变压器的无功功率损耗，以及一些线路和负载的无功功率损失。变电站集中补偿是无功功率的常用方法。配电网中的补偿，主要是用来补偿变电站中的无功功率的10kV母线侧的集中补偿方法。变电站的集中补偿装置主要分为并联电容器和并联电抗器这两种形式。6.2补偿装置的确定变电站的补偿装置有很多，具体介绍分类如下表表6-1表6-1补偿装置的介绍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。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。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。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无功功率的静止补偿器。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。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。由于此次设计的变电站是一个220KV的降压变电站，上述四个可以通过补偿角度满足要求，但从维护和性能的角度来看，更适合使用并联电容器。6.3无功补偿容量计算6.3.1补偿的最大容性无功量计算设要将最后的功率因素补偿到0.9，设补偿后的功率因数cos为0.9＝（tg－tg）（6-1）＝（-）（6-2）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＝（-）＝100（-）＝100（0.62-0.48）＝14（MVAR）（2）10KV侧的补偿无功量＝（-）＝40（-）＝40（0.75-0.48）＝10.8（MVAR）6.3.2变压器补偿的最大的容性无功量＝（+）（6-3）（1）110KV一侧补偿＝（+）＝（+）×120（==0.400A）＝43（MVAR）所以，110KV侧补偿需要的总容性无功量为：＝＋＝29＋2×43＝115（MVAR）（2）10KV一侧补偿＝（+）＝（+）×120=53.70（MVAR）所以，110KV侧补偿需要的总容性无功量为：＝＋＝29.4＋2×53.7＝136.8（MVAR）6.4本章小结无功功率补偿是确保电压质量的重要因素。在区域变电站中也非常重要，这有利于改变该区域的电压质量。在本章中，我们重点从该站的条件计算无功功率补偿容量。选择并联电容补偿装置

第7章二次系统设计7.1二次系统主要设计内容二次设备包括监控测量仪表、控制和信号装置、继电保护装置、自动装置、远程设备等。在变电站中，虽然一次接线是主体，但为了实现安全、可靠、高质量、经济地输配电，二次接线也是必不可少的组成部分。特别是对操作控制而言，二次接线更加重要。电力系统中的元件之间有非常紧密的电或电磁联系，当一个部件失效时，电气信息以近似光速的速度向系统传播。电力系统继电保护的功能是自动识别故障并排除故障。换句话说，继电保护自动装置是能够对电气系统的缺陷或电源系统中的异常工作状态作出反应的自动装置，并且可以在断路器被激活时发挥作用或者给出指示信号。7.2继电保护配置方案7.2.1变压器主保护—纵差保护接线电流差动保护不仅可以正确区分范围内外的故障，而且不需要与其他组件一起工作。它可以立即消除环境中的各种干扰。它具有独特的优点，通常用作主要保护。差动差动保护的基本原理如图7-1所示：图7-1差动保护单相原理图

7.2.3变压器瓦斯保护轻气体保护作用于信号，重气保护作用于跳闸或返回信号。重气体动作将立即切断连接到变压器的所有电源，从而避免事故并保护变压器。瓦斯保护接线图见图7-2；图7-2瓦斯保护原理接线图①正常运行：正常运行时，继电器充满油，开杯浸入油中，处于浮动位置，触点断开;挡板因自重而悬挂，接触也断开。②轻瓦斯保护：如果变压器内部发生轻微故障，气体将产生得更慢：当气体上升到储油柜时，它将首先积聚在气体继电器的上部空间，导致表面脱落和气体降低开杯以关闭连接，打开报警信号。③重瓦斯保护：当变压器内部发生严重故障时，会产生强大的气体，并且燃料箱中的压力突然突然增加，导致大量油流到油枕。当油流过挡板时，挡板克服弹簧的阻力并驱动磁铁朝向簧片触头向关闭触头的方向移动并关闭跳闸电路以使断路器跳闸。此外，变压器保护的变压器中间继电器必须是一个自保持的中间继电器。由于重油在油流冲击下运行，当变压器内部发生严重故障时，油流量不稳定，断路器跳闸有其固有的动作时间。为了防止由于短时间关闭而导致操作不可靠，电流自保持线圈分别与断路器两侧的跳闸线圈串联。7.2.4主变压器的后备保护过电流保护本文中使用的保护如图7-3所示。限时过流保护通常由两个主要部分组成，即启动部件和时间部件。启动组件是电流继电器。用以判断保护范围内是否有故障，时间元件就是时间继电器，用以建立适当的延时，保证保护动作的选择性。当K点发生短路故障的时候，短路电流通过电流互感器TA流入电流继电器。当短路电流大于其设定值时，它启动，时间继电器通过接通时间继电器的线圈回路作用。在设定的延迟之后，触摸该点闭合，信号继电器被激活以发送信号，并且插座中间继电器接通跳闸电路以使QF断路器跳闸，并且故障被移除。可知，保护装置的工作时间仅取决于时间继电器的工作时间，即，无论短路电流如何，保护装置的工作时间总是恒定的，被称为限时限制装置。电流保护装置的原因。其整定过程是先进行动作电流的计算，再进行动作时限的整定计算和进行灵敏度校验。（2）过负荷保护对于6.3MVA及以上的电力变压器，当多个单元并联运行或运行到那个程度并作为其他负载的备用电源时，根据可能的过载情况安装过载保护。变压器的过载电流大多是三相对称的。因此，只需要安装单相过载保护。过载保护之后通常是三绕组变压器两侧的信号和过载保护的时间继电器。图7-3定时限过电流保护装置的接线原理7.3线路的保护220kV，110kV，10kV具体的线路保护选择见表7-1表7-1线路的保护（1）220kV线路保护220k线路的安全运行，对整个电力系统有着相当重要的影响，所以，本工程为220kV线路保护：①高频保护②过电流