电力工业变电站建设项目设计方案.docx
《电力工业变电站建设项目设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力工业变电站建设项目设计方案.docx（78页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电力工业变电站建设项目设计方案
电力工业变电站建设项目设计方案
第一章绪论
电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。
由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。
所以输送和分配电能是十分重要的一环。
变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能书送给下级负荷，是电能输送的核心部分。
其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。
若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。
可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。
因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。
变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用
户的中间环节。
变电站有升压变电站和降压变电站两大类。
升压变电站
通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。
降压变电站通常远离发电厂而
靠近负荷中心。
这里所设计得就是220KV降压变电站。
它通常有高压配
电室、变压器室、低压配电室等组成。
本文设计的变电站为220KV变电站，其下级负荷为110KV及10KV级工业及其它负荷。
这些负荷不仅包括如冶炼厂、制药厂等工业部门，也
有政府、医院等非工业部门。
他们对供电的要求不同，但保证他们的供电可靠性级连续性是本变电站设计的目的。
传统变电站一般都采用常规设备。
二次设备中的继电保护和自动装置，远动装置等采用电磁式或晶体管式，体积大，设备笨重，因此，主控室占地面积较大。
常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。
随着国民经济的持续发展，人民的生活质量和生活水平不断提高家用电器越来越多的进入千家万户，人们对用电质量的要求越来越高。
但是传统变电站缺乏科学的电能质量考核办法。
传统变电站由于远动功能不全。
一些遥测，遥信量无法实时送到调度中心，不能满足向调度中心及时提供运行参数的要求。
变电站本身又缺乏自动控制和调控手段，因此无法进行实时控制，不利于系统的安全稳定运行。
在本变电站的设计中，分为对变电站做总体分析和负荷分析、变电站主变的选择、主接线、短路电流计算、电力系统继电保护等部分的分析计算，在设计中发现所用数据不够准确，特别是在电力系统继电保护是计算中，存在很大缺陷，力求在以后的设计中能够逐步趋于完善，相信不久能实现无人值班高度自动化以弥补传统变电站的缺陷。
现在，随着大电网系统的建设，输电的电压等级越来越高，这一方面使降低损耗的需要，另一方面也是工业生产等负荷发展的需要。
我国
目前广泛采用的输电等级有110KV、220KV等级别，还有500KV级的输电线路也在迅速发展，所以220kv级的变电站在电力系统中的应用也十分
广泛。
并且伴随电力系统中所用电气元件产品诸如断路器、继电器、隔
离开关等性能指标的提高，变电站的功能也会越来越完善，可靠性也会
得到很大的提高。
相信随着科技技术的发展和各种理论的应用更加趋于
完善，220KV等级别的变电站也将承担电力系统中越来越多的任务。
第二章电气主接线选择
一、主接线的基本接线方式
电气主接线是根据电力系统和变电站具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安
装和扩建。
而本所各电压等级进出线均超过四回，并且考虑到220kV侧会有功率穿越，所以采用有母线连接。
根据规划，可以发现本站将是地
区性枢纽变电站，担负起保障整个地区负荷供给的重要任务，因此主接线考虑下列几种选择：
一、单母线接线
这种接线方式的优点是简单清晰，设备较少，操作方便和占地少。
但因为所有线路和变压器回路都接在一组母线上，所以当母线或母线隔离开关进行检修或发生故障,或线路、变压器继电保护装置动作而断路器拒绝动作时，都会使整个配电装置停止运行，运行可靠性和灵活性不高，仅适用于线路数量较少、母线短的牵引变电所和铁路变、配电所。
二、单母线分段接线
出线回路数增多时，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线。
根据电源的数目和功率，母线可分为2～3段。
段数分得越多，故障时停电围越小，但使用的断路器数量越多，其配电装置和运行也就越复杂，所需费用就越高。
三、双母线接线
它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。
如果需要检修某线路的断路器时，不
装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。
对于，110K～220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器
检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。
四、双母线分段接线
双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。
而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。
为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。
当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断用这样节省了断路器及配电装置间隔。
五、桥式接线
桥接线的任一线路投入、断开、检修或故障时，都不会影响其他回路的正常运行。
但当变压器投入、断开、检修或故障时，则会影响一回线路的正常运行。
由于变压器运行可靠，而且不需要经常进行投入和断
开，因此桥接线的应用较广泛。
六、外桥式接线
外桥接线的变压投入、断开、检修或故障时，不会影响其他回路的正常运行。
但当线路投入、断开、检修或故障时，则会影响一台变压器的正常运行。
因此外桥接线仅适用于变压器按照经济运行需要要经常投入或断开的情况。
此外当线路上有较大的穿越功率时，为避免穿越功率通过多台断路器，通常采用外桥接线。
三、主接线的方案确定
结合原始资料所提供的数据，和权衡上面各种接线方式的优缺点，
将各电压等级使用的主接线方式列出：
（1）220KV线路5回进线（2回和系统，2回和电厂，一回备用），
且为降压变电所，有穿越功率，考虑到220KV线路的重要性，为保证
其运行的稳定性，适用的接线方式只有双母线接线。
单母线和角形接线
可靠性不合理！
（2）110KV有3回出线（备用1回），适用的接线形式为单母分段
接线、单母分段带旁路接线（因进线数不足5回，装设旁路断路器兼作
分段断路器）、双母线接线、角形接线。
（3）10KV有12回出线，带电抗器限制短路电流，适用的接线形式为双母接线和双母线分段接线,单母线分段。
据此，拟定下面3种主接线方案：
方案I如图1.1，220KV采用双母线接线，110KV采用双母线接线，
10KV采用单母线分段接线。
220KV/110KV双母,10KV单母分段
方案II如图1.2220KV采用双母线接线，110KV单母线带旁路母线
线接线，10KV采用单母线分段接线。
220KV双母,110KV双母分段,10KV单母分段
方案III如图1.3220KV采用双母线接线，110KV采用单母线分段
带旁路接线，10KV采用双母线接线。
220KV/10KV双母，110KV双母分段
3种方案均采用三相三绕组变压器，对3种方案进行技术比较如下：
方案I：
可靠性：
1.220KV110kv接线简单，设备本身故障率少，操作简单；
2.故障时，能尽快恢复供电。
灵活性：
1.220KV运行方式相对简单，灵活性一般；2.基本上能保证母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回路数和停电时间，并
能保证对全部I类及全部或大部分II类用户的供电。
经济性和实用性：
1.10Kv端12条回路不会彼此影响，能减小母线故障
或检修时的停电围；2.该接线方式整体操作较简单，投资性价比高。
方案II：
可靠性：
1.可靠性较高；特别是110kv电压等级；2.220KV10KV端基本可以保证期正常运行。
灵活性：
1.各电压级接线方式灵活性有所提高；2.220KV和110KV电压级接线易于扩建和实现自动化，方便变压器的切换。
经济性和实用性：
1，投资相对较大，投资性价比相对比较小；2，Ⅰ类用户实用性较大。
方案III：
可靠性：
1,110KV和10KV接线可靠性较高，故障时停电围小；2.有两台主变压器工作，保证了在变压器检修或故障时，不致使该侧不停电，提高了可靠性。
灵活性：
1.220KV接线不易扩建；2.110KV,10KV侧易于扩建实现自动化。
经济性和实用性：
1，前期投资比较大，操作计较复杂但是系统相对最好；2，实用于对电力要求特别高的区域。
通过对3种主接线可靠性，灵活性的综合考虑，辨证统一，现确定第I方案为设计初选可靠方案
方案I特点：
220KV110KV采用双母线接线形式，调度灵活方便，而任一母线故
障时，可通过另一母线供电。
10KV采用单母线分段接线，由于双母线故障机率较小，故不考虑，
单母线相对而言的性价比最好，对稳定性影响和ⅡⅢ方案相差不大。
综观以上3种主接线的优缺点，根据设计任务书的原始资料选择方
案I为最优方案，满足可靠性、灵活性和经济性的要求。
第三章主变压器的选择
一、变电所主变压器形式与容量的确定
1.主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。
2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。
对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器
容量在设计及过负荷能力后的允许时间，应保证用户的一级和二级负荷。
对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。
变电所主变压器的容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷考虑，并
应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷Smax的60%
—70%选择（对于35—110KV变电所取60%，对于220—500KV变电所取
70%）。
由于全部一、二类负荷是62%在上述比例中，因此满足全部一、二类
重要负荷的供电要求。
二、主变选择计算
最大有功功率
Pmax=42000+1800+900+2100+2400+2000+600=51.8MW
最大视在功率
S
Pmax=54.53MV
A
max
cos
按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷
Smax的
60%-70%选择
Sg
Smax0.7=38.MV2gA
NT1
KPC1+%
Sc
由公式cos得
sc141.78MW
sc29.75MW
sc总9.7541.7851.53MW
主变容量:
Se=2120MVA
因此变压器设备的型号为SFPS3-120000/220
主变SFPS3-120000/220的技术参数
型号相数冷却方式循环方式绕组数
SFPS3-120000/220S（三相）F（油浸风冷）P（强迫循环）S（三绕组）
导线材料
调压方式
设计序号
额定容量
容量比
钢线
无励磁调压
3
120MVA
100/100/100
额定电压
连接组
空载电流
高压
中压
低压
242±2×2.5%
121
10.5
YNyn0d11
0.9
损耗（kw）
阻抗电压
总体重量（t）
空载
短路
高压
中压
低压
203
148
640
22-24
12-14
7-9
第四章短路电流计算
一、概述
供电系统要求正常的不间断对用电负荷供电，以保证生产和生活的
正常进行。
然而，由于各种原因也难免出现故障，而使系统的正常运行
遭到破坏。
电力系统中出现最多的故障形式是短路。
所谓短路既是指载流导体
相与相之间发生非正常接触情况，在中性点直接接地的系统中还有各相
与地之间的短路。
同时论述了短路电流的计算及电气设备的选择与校验。
造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。
这种损坏
可能是设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身质量低劣，绝缘强
度不够而被正常电压击穿，或设备质量合格，绝缘合乎要求而被过电压
（包括雷电过电压）击穿，或者是设备绝缘受到外力损坏而造成短路。
严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机
组失去同步，造成系统解列。
由此可见，短路的后果十分严重，因此必须尽力设法消除可能引起
短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气
设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的
最大短路电流时不至损坏。
为了选择切除短路故障的开关电器、整定短
路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路
电流。
一、短路电流的计算方法
为了使所选电器具有足够的可靠性、经济性、灵活性并在一定的时期
满足电力系统发展的需要，应对不同点的短路电流进行校验。
对电力系统网络的短路电流，我们可采用一种运算曲线来计算任意时
刻的短路电流。
所谓运算曲线，是按我国电力系统的统计得到汽轮发电
机的参数，逐个计算在不同阻抗条件下，某时刻t的短路电流，然后取
所有这些短路电流的平均值，作为运行曲线在某时刻t和计算电抗情况
下的短路电流值。
二、短路电流计算基本假设
（1）正常工作时，三相系统对称运行。
（2）所有电源的电动势相位角相同。
（3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。
（4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。
（5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，不及负荷的影响。
（6）系统短路时是金属性短路。
三、具体数值计算
短路电流计算具体计算过程如下：
电力系统结构简图的等值电路图
（1）选择基准容量Sd=100MW、Ud1=230KV、Ud2=115KVUd3=10.5KV
则基准电流Id1=Sd
Ud1
Sd
I=
Ud2
=0.41A
=0.83KA
Id3=
d
=9.52KA
S
Ud2
2
基准电抗Xd1
=
d1
=585.64
Ω
Ud
S
Xd2
=Ud2
2
=146.41Ω
Sd
X
d3
=Sd3
=1.1Ω
Ud
各种线形的单位电抗统一选0.4Ω/KM
（2）计算各条线路的阻抗值：
XL1=LAB×x1=50×0.4/2=10Ω
XL2=LBC×x2=67×0.4/2=1.6Ω
XL3=LAE×x2=40×0.4/2=4.8Ω
那么，它们相对应的标幺值为：
XL1*=XL1=0.017
Xd1
X
*
=
XL2
L2
Xd1
X
*
=
XL3
L3
Xd1
=0.02
=0.015
系统的电抗：
Xs1=xs1sb0.031
sn1
Xs2=xs2sbsn20.017
则图可以转化为：
计算电源相对于k1的转移电抗：
*
=*
0.089
XM
S1
1
*
=
*
0.13
XN
S2
2
XI/=XM
+X3
*
+X
M
*X*
=0.114
*
3
XII
/=XN
+X3
XN*
*
=0.167
+X
N
*X
3
*
*
XM*
分别求Ⅰ、Ⅱ两条支路的计算电抗：
X
*
=
XⅠ`SⅠ`
=0.114
d
js1
S
Xjs2*=XⅡ`SⅡ`=0.166
Sd
接下来计算短路点K1的短路电流参数：
一、220KV侧短路电流计算：
按Xjs1*Xjs1*查汽轮机的计算表可知：
短路电流周期分量标幺值为：
T=0秒
Ijs1=8.963Ijs2=6.763
200
40
If（0）8.963
6.763
3
5.18KA
3
230
230
tk
取2秒时：
Ijs1=2.795I
js2=2.706
If
（2）
200
40
2.975
2.706
3
1.67KA
3
230
230
Tk为4秒时
Ijs1=2.512
I
js2=2.490
If（4）
2.512
200
40
3
2.490
3
1.51KA
230
230
t=∞时
Ijs1=2.72
I
js2=2.57
If（）
2.72
200
40
3
2.57
3
4.63KA
230
230
ish
2km
I,,d
3.87KA
二、110KV侧短路电流计算：
系统等效图可转换为：
XT2
X*T1
X*T2
0.103
2
X*
1
X*M
XT3
X*MXT3
0.288
XN*
X*11
XT3
X*N
X*NXT3
0.42
X*M
X*jS1X
X*js2X
*S1
10.291
SN
*S20.4252
SN
短路电流周期分量标幺值为：
T=0秒时
Ijs1=3.603I
js2=2.531
200
40
If（0）3.603
2.531
3
4.1KA
3
230
230
tk取2秒时：
Ijs1=2.360I
js2=2.052
200
40
If
（2）2.36
2.052
3
2.78KA
3
230
230
Tk为4秒时
Ijs1=2.348
I
js2=2.151
If（4）2.347
200
40
3
2.151
3
2.79KA
230
230
t=∞时
Ijs1=2.23
I
js2=2.01
200
40
If（4）2.23
2.01
3
2.64KA
3
230
230
i
sh
2kI,,
d
10.01KA
m
三、10KV侧短路电流计算：
X
*
1
X*
X
*
11
X*
M
X*M
XT2
0.22
XT2
X*N
X*N
XT2
0.32
N
XT2
X*M
系统等效图可转换为：
X*jS1
X*
31
S1
0.22
SN
X*jS2
X*
32
S2
0.31
SN
短路电流周期分量标幺值为：
T=0秒时
Ijs1=4.938I
js2=3.368
200
40
If（0）4.938
3.368
3
61.7KA
3
10.5
10.5
tk取2秒时：
Ijs1=2.561I
js2=2.306
200
40
If
（2）2.561
2.306
3
33.27KA
3
10.5
10.5
Tk为4秒时
Ijs1=2.444I
js2=2.316
200
40
If（4）2.444
2.316
升级会员 