220KV变电站一次侧接线设计.docx
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220KV变电站一次侧接线设计
引言：
随着我国某地区工农业生产的迅速发展，电力系统的发展和负荷的增长，电力网容量的增大，电压等级和综合自动化水平也不断提高，为满足该地区经济的持续发展和人民生活的需要，电网正在进行大规模的改造，对变电所的设计提出了更高、更新的要求。
建设新的变电所，采用先进的设备，使其与世界先进变电所接轨，这对提高电力网的供电可靠性，降低线路损耗，改善电能质量，增加电力企业的经济效益有很大的现实意义。
而且通过本次设计也是对自己大学期间所学知识及能力的检验与提升，对以后的工作也有很大的帮助。
随着国家经济实力的增强，电力行业的重要性越来越明显了。
电力行业是国民经济发展的基础和关键，电力系统的发展与时俱进。
高质量的电力资源和可靠的供电水平是衡量电力行业发展的指标。
电能是现代社会中重要、也是最方便的能源。
本设计是针对地区变电所的要求进行配置的，它主要包括了四大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。
其中详细描述了短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择。
并对该设计进行了理论分析，在理论上证实了变电所实际可行性，其达到了设计要求。
变电所的电气主接线设计是整个变电所的核心技术。
它对变电所内电气设备选择、布置、继电保护及自动装置的设计、变电所总平面布置的设计，都起着决定性的作用。
1、电气主接线
1．1系统与负荷资料分析
1.当地环境条件
当地年最高气温：
39度，年最低气温：
-10度，最热月平均最高气温：
25度，最热月平均最低气温：
14度。
当地海拔高度：
200米。
当地雷暴日数40日/年。
交通，水源，地质结构，台风等情况：
无特殊情况。
2.出线方向
220KV是西向进线，110KV是北向进线，10KV是东向进线
3.负荷情况
220KV为五回路进线，其中火电厂为2回路，通过LGJQ-400相连（40KM），系统1为通过1回LGJQ-400相连（20KM），系统2为通过2回LGJQ-400相连（60KM）。
110KV为6回进线，线损按4%，系数按0.8计算.
110KV出线结果表
线路
负荷等级
最大输送
，cos
TMAX
新茶线
Ⅰ
32MW
0.85
5500
新花线
Ⅰ
22MW
0.85
5800
新沙线
Ⅰ
42MW
0.85
6000
新乌线
Ⅰ
30MW
0.85
5500
新治线
Ⅰ
45MW
0.85
5600
新向线
Ⅰ
25MW
0.85
5500
10KV共12回线，每回最大负荷为2MW，cos
=0.85，系数为0.8，线损5%。
要求增加无功补偿到0.9。
1．2主接线方案的选择
1.2.1、主接线的设计原则
1、考虑变电所在电力系统中的地位和作用。
变电所在电力系统中的地位和作用事决定主接线的主要因素。
变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。
2、考虑近期和远期的发展规模
变电所主接线设计应根据5～10年电力系统发展规划进行。
应根据负荷的大小和分布，负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源和出线回数。
3、考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响
对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。
三级负荷一般只需一个电源供电。
4、考虑主变压器台数对主接线的影响
变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。
通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。
而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。
5、考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。
电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。
1.2.2主接线设计的基本要求：
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
a.可靠性
研究主接线可靠性应注意的问题
应注意国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。
主接线可靠性的衡量标准是运行实践，至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚不完善，计算结果不够准确，因而目前仅作为参考。
主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。
主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。
要考虑所设计发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用。
主接线可靠性的具体要求
短路器检修时，不宜影响对系统的供电。
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。
尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。
大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
b．灵活性
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性
⑴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。
⑵检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
⑶扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续停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。
c．经济性
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
1投资省
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。
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。
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。
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占地面积小
主接线设计要求为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积少。
3电能损耗少
经济合理的选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。
1.2.2主接线方案的综合
（1）方案的拟订
按照基本要求初步拟订以下方案：
两种方案结果对比表
方案
1
2
220kv
双母线接线
双母带旁路接线
110kv
双母分段接线
双母带旁路接线
10kv
单母分段接线
双母分段兼旁路
所用电
单元线接线
单母分段接线
（2）方案比较与选择
1.220KV侧方案选择
a.双母接线
双母接线有两种母线，并且可以互为备用。
每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。
两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。
其特点有：
供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。
b.双母带旁路接线
双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，回路不致停电。
这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。
由于220KV进线仅5回，出线仅2回，两条母线都出现故障的可能性小，近年来随着SF6短路器的广泛使用，大大延长了断路器的检修周期，减小了事故概率，旁路母线的作用日益减小。
同时系统备用容量的增加，电网结构趋于合理与联系紧密，保护双重化的完善以及设备检修逐渐由计划检修过渡到状态检修，为简化接线，总的趋势将取消旁路措施。
2.110KV侧方案选择
出线回路数为6回大于4回且为Ⅰ级负荷，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段接线，以保证其供电的可靠性和灵活性。
3.10KV侧方案选择
按照规章要求，采用单母线分段接线，对重要回路，均以双回路线路供电，保证供电的可靠性。
考虑到减小配电装置的占地和占用空间，消除火灾，爆炸的隐患及环境保护的要求，主接线不采用带旁路的接线，且断路器选用性能比油断路器更好的真空断路器。
1.3主变压器的选择与计算
1.主变压器选择的原则
（1）主变压器的容量：
1．主变压器的容量应根据5～10年的发展规划负荷进行选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。
对于城郊变电站，主变压器的容量应与城市规划相结合。
2．根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。
对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器的容量应能保证全部负荷的70%～80%。
每台变压器容量应按下式选择：
Sn≥110%∑SM/2。
3．同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系统化，标准化。
（2）主变压器台数的确定
1.对大城市郊区的一次变电站，在中，低侧以构成环网的情况下，变电站以装设两台变压器为宜。
2．对于地区性孤立的一次变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
3.对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
综上所述，此变电站装设两台变压器为宜。
（3）主变压器的型式:
1.当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电站，均应选用三相变压器。
2.当发电厂与系统连接的电压为500KV时，已经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台50%容量三相变压器或单相变压器组。
对于单机容量为300MW、并直接升到500KV的，宜选用三相变压器。
3.对于500KV变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。
尤其在建所初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成所停电。
为此要经过经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。
在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。
（4）变压器绕组数的选择
具有三种电压的变电所，例如220、110、35kV，一般采用三绕组变压器。
关于三绕组主变压器的阻抗和分接头的选择，现说明如下：
1、三绕组变压器的最大阻抗放在高、中侧还是高、低侧以及中低侧，其短路容量对高压系统稳定、继电保护、供电的电压水平以及电压的调整都有很大的影响，必须全面综合的考虑这些因素。
2、三绕组变压器在制造上有两种基本组合方式：
（1）升压结构。
这种结构绕组的排列为铁芯—中压—低压—高压绕组，故高、中压间阻抗最大。
（2）降压结构。
其绕组排列为铁芯—低压—中压—高压绕组，故高、中压间阻抗最大。
3、双绕组和三绕组变压器的变比和分接头可按制造标准选择，即变压器低压侧的线间电压为受电设备额定电压的105%，高、中压侧则为110%，并带有±2*2.5%的分接头。
若正常运行时，高、低压同时向中压供电，则高压绕组的端电压应为受电设备额定电压的100%，分接头可根据要求选用±2*2.5%、-1*2.5%、-3*2.5%或-4*2.5%。
（5）主变压器的结构
容量125MW以下具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需要装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器。
S=（32+22+42+30+45+25）/0.85×0.8
=230.588×0.8MV·A
=184.4704MV·A
10KV回路：
S=12×2/0.85×0.8
=28.235×0.8MV·A
=22.588MV·A
因厂用电所占负荷较小，可不予考虑。
主变压器承担总负荷：
=（230.588+9.2235）×0.8+（28.235+1.4118）×0.8
=215.5670MV·A
一台断开时，另一台变压器的容量一般保证70%全部负荷的供电
S=0.7SZ=0.7*215.5670=150.8969MV·A
每台变压器容量一般按下式选择：
Sn≥110%∑SM/2
S=1.1*215.5670/2=118.5619MV·A
根据以上条件选择，确定采用西安变压器厂型号.选择容量最接近的150.8969MV·A。
为SFPSZ9-180000/220的220KV三绕组有载调压电力变压器，器具体参数如下.
SFPSZ9-180000/220型号变压器的参数表
型号
SFPSZ9-180000/220
联接组标号
YN，yn，d11
空载电流%
0.56
空载损耗（kw）
156
额定电压（KV）
高压
中压
低压
220±8×1.25%
121
10.5
额定容量MVA
180
180
90
阻抗电压％
高－中
高－低
中－低
12
22
8
型号中个符号表示意义：
从左至右
S：
三相
F：
风冷却
P：
强迫油循环
S：
三绕组
Z：
有载调压
9：
性能水平号
180000：
额定容量
220：
电压等级
1.4厂变压器的选择
1、所用电的设计的一般规定
（1）确定所用变压器的台数。
一般的变电所，均装设两台所用变压器，以满足整流操作电源、强迫油循环变压器、无人值班等的需要。
另外，如果能够从变电所外引入可靠的380V备用电源时，变电所可以只装设一台所用变压器。
（2）确定所用变压器的容量。
根据所用负荷的统计和计算，并考虑今后负荷的发展，选用合适的变压器容量。
（所用电负荷见表1.3。
）
（3）确定所用变压器电源的引接方式。
当变电所内有较低电压母线时，一般从这类母线上分别引用所用电源，这种引接方式具有经济性和可靠性较高的特点。
如果能从两个不同电压等级上人分别引用所用电源，则供电可靠性更高。
----摘自电力系统分册P68
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，提高供电的可靠性。
----摘自电气工程手册P112
2、所用电负荷的计算原则
（1）连续运行的设备应予计算
（2）机组正常运行时不经常而连续运行的设备也应计入
（3）不经常短时及不经常而断续运行的设备不予计算，但由电抗器供电的应全部计算；
（4）由同一电源供电的互为备用设备只计算运行的部分；
（5）由不同电源供电的互为备用设备，应全部计算；但台数较多时，允许扣除其中一部分；
（6）对于分裂变压器，其高低压绕组负荷应分别计算。
当两个低压绕组接有互为备用设备时，对高压绕组只计算其运行部分，对低压绕组一般不予计算；
（7）对于分裂电抗器应分别计算每一通过的负荷，其计算原则与普通电抗器相同。
3、计算方法
在选择所用变压器容量时，首先要进行所用变压器的负荷统计。
所用变压器的负荷可按动力负荷，加热负荷，照明负荷换算法按下式计算所用变压器的负荷：
S=K1P1+P2+P3
式中S——所用变压器的计算容量，kVA；
K1——动力负荷换算系数，一般取0.8～0.85；
P1——总动力负荷，kW；
P2——总加热负荷，kW；
P3——总照明负荷，kW。
求出所用变压器的计算容量后，再选取大于计算容量的标准容量作为选择的所用变压器容量。
考虑到建成后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，应留有10℅的裕量来确定。
由于未给出厂所用负荷，结合工程的实践可以选择出所用变压器的容量为
。
综合上述所述可以知所用变压器为10KV级树脂浇注干式电力变压器。
查有关变压器型号手册所选所用变压器的型号的技术数据如下表所示：
S9—100/10参数表
产品型号
S9—100/10
电压组合
高压/KV
高压分接范围
低压KV
10
±5℅
0.4
联结组标号
Yyn0
空载损耗/W
700
负载损耗/W
2650
空载电流（%）
2.2
短路阻抗（%）
4
1.5调相机的选择
由于功率因数是从0.85补偿到0.90，且母线上的最大有功功率为22.588，经公式计算并查表（《《电力工程电气设计手册—电气一次部分》》）可得，我们可选用调相机型号为TT—15—8的。
X〞=0.16,容量为15MVA。
1.6各级电压中线点运行方式
电力系统的中性点是指接成星形的三相变压器绕组或发电机绕组的公共点。
中性点的接地方式为两大类：
一类是大电流接地系统（或直接接地系统），包括中性点直接接地或经小阻抗接地；另一类是小电流接地系统（或非直接接地系统），包括中性点不接地或经消弧线圈接地。
运行经验说明，电力系统中发生单相接地故障的比重很大，约总故障的65％左右。
在大电流接地系统中发生单相接地故障时，接地相的电源将被短接，形成很大的单相接地电流。
此时断路器会立即动作切除故障，从而造成停电事故。
在小电流接地系统中发生单相接地故障时，不会出现电源被短接的现象，因此系统可以带接地故障继续运行（一般允许允许2h），待做好停电准备工作后再停电排除故障。
可见采用小电流接地的运行方式可以大大提高系统供电的可靠性。
但这种运行方式的缺点是，发生单相接地时非接地相的对地电压将上升为线电压，因此线路及各种电气设备的绝缘均要按长期承受线电压的要求设计，这将使线路和设备的绝缘费用增大。
电压等级越高，绝缘费用在电力设备造价中所占的比重越大，因此在110KV及以上的电力系统中都采用中性点直接接地的运行方式。
只有在60KV及以下的电力系统中才采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式。
为了减少单相接地时线路跳闸造成的供电中断，可辅以单相或三相自动重合闸的措施，即断路器在切断线路的单相接地故障后，经很短的时间间隔（例如0.3s）再自动关合。
如果故障是暂时性的自动熄灭。
此时断路器自动重合后，线路就可恢复正常运行。
中性点直接接地系统的另一缺点是，数值很大的单相短路电流是以导线及大地为回路流通的。
这个回路所包含的面积很大，其磁力线对外界的干扰很强，会在附近的通信线路上感应出极为危险的电压。
为此在设计线路时应使其远离通信线路，或在通信线路上添加保护装置，把线路单相接地对通信线路的干扰限制在允许的范围内。
在我国10～60KV电网均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，以保证在单相接地故障时，能带故障运行2h。
但对35KV以下的电力系统，如果出线很多，单相接地故障时，要求配置的消弧线圈容量过大，显得不经济又不方便运行时，只要电网有足够的备用容量，单相接地跳闸不会对安全供电带来很大影响时，也可以考虑采用中性点直接地或经小阻抗接地的运行方式，所选阻抗值以能保证在单相接地时继电保护动作使断路器跳闸为原则。
发电机一般均为采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式，这也是为了保证在电机发生单相接地故障时，能坚持2h带故障运行，而为了防止故障电流烧坏定子铁芯，应将单相接地电流限制在5A以下。
但对没有直配线的特大容量机组来说，为降低作用在电机绝缘上的电压，也可考虑采用中性点直接接地或经小阻抗接地的运行方式。
1.7所用电接线方式
所用电由10KV侧引两回路由变压器转化为380V电压等级。
接线方式采用单元线方式。
2.短路电流的计算
2.1短路计算的一般规则
（1）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，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的运行方式。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
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严重情况计算。
2.2短路电流的计算
2．1短路电流计算的条件：
1.因为系统电压等级较高，输电导线的截面较大、电阻较小、电抗较大，因此在短路电流的计算过程中忽略R、计及X。
2.计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
3.计算容量按无穷大系统容量进行计算。
4.短路种类一般按三相短路进行计算。
5.短路计算点如下：
a.d-1—220kV母线短路时的短路计算点；
b.d-2—两台主变并列运行时110kV母线短路时的计算点；
c.d-3—两台主变并列运行时10kV母线短路时的计算点；
2．2短路电流的步骤
1.选择计算短路点；
2.画出等值网络（次暂态网络）图：
a.首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机用次暂态电抗Xd”；
b.选取基准容量Sj和基准电压Uj（kV）（一般取各级的平均电压），计算基准电流Ij=Sj/√3Uj（kA）；
c.计算各元件换算为同一基准值的标么电抗；
3.化简等值网络图：
a.为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形的等值网络；
b.求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd；
4.求计算电抗Xjs，即将各转移电抗换算为各电源容量（等值发电机容量）为基准的计算电抗Xjs1，Xjs2……；
5.由Xjs1，Xjs2……值从适当的运算曲线中查出各电源供给的短路电流周期分量标么值；
6.计算短路电流周期分量有名值；
7.计算短路电流冲击值；
2.3短路电流计算表
短路计算结果表
短路点编号
短路点基准电压Uj（kV）
短路电流周期分量有效值（KA）
短短路冲击电流ish（kA）
I∞
（kA）
0s
0.2s
1s
2s
4s
d-1
220
33.55
32.29
31.82
32.03
32.28
82.314
32.28
d-2
110
14.03
13.54
13.47
13.41
13.38
34.119
13.38
d-3
10
61.16
59.96
54.75
54.14
53.76
137.088
53.76
3.电气设备的选择
3.1电气设备选择的一般规则
（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试验数据，并经正式鉴定合格，在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。
3.2电气选择的条件
（1）按短路情况校验
电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器
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