kv变电站设计电气工程基础课程设计说明书

'电气工程基础课程设计说明书题目：220KV变电站设计学院名称：船山学院年级专业：09电气1班学号：20099450163学生姓名：石亦然指导老师：赵宇红2012年6月 目录引言…………………………………………………………………1一、原始资料分析………………………………………………………2二、负荷分析…………………………………………………………22-1负荷分析的目的……………………………………………………22-2待建变电站负荷计算………………………………………………2三、变压器的选择………………………………………………………33-1变电所主变压器的选择原则………………………………………33-2主变台数的确定…………………………………………………43-3主变容量的确定…………………………………………………43-4变压器类型的确定…………………………………………………4四、电气主接线………………………………………………………64-1对电气主接线的基本要求…………………………………………64-2电气主接线的基本原则……………………………………………74-3主接线的基本接线形式及其特点……………………………………74-4待建变电站的主接线形式…………………………………………10五、短路电流的计算…………………………………………………115-1短路电流计算的目的和条件………………………………………115-2短路电流的计算步骤和计算结果…………………………………13六、配电装置及电气设备的配置与选择………………………………216-1导体和电气设备选择的一般条件…………………………………216-2设备的选择………………………………………………………24 6-3高压配电装置的配置……………………………………………32七、所用电的设计……………………………………………………357-1.所用电接线的一般原则…………………………………………357-2所用变压器的选择………………………………………………35结束语………………………………………………………………36参考文献……………………………………………………………37 摘要：设计书主要介绍了220kV变电所设计内容和设计方法。通过对原始材料对负荷进行分析，拟定变电所电气主接线的接线方案以及对主变压器进行选择。然后进行短路计算，根据短路电流参数计算并确定变电所的主要电气设备。最后，对电气设备进行配置及对所用电设计。关键词：变电站；负荷分析；短路计算；主接线；变压器 引言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。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。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。将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110KV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。变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可见，变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。37 一、原始资料分析建立变电所的目的：因为某地区的电力系统发展与负荷增长拟建一220kV变电所向该地区110kV和10kV供电。地区自然条件：年最高温度+40°，年最低温度-6°，年平均温度为18°出线方向：220kV向北，110kV向南，10kV向东南。负荷情况：1）220kV线路5回，其中预留一回备用，架空，采用导线型号LGJQ-300，单位长度电抗0.4Ω/km；2）110kV线路的同时系数为0.9，10KV线路的同时系数为0.9，110kV、10kV线路之间的同时系数为0.85；3）110kV线路8回，另外两回备用，出线10回，总最大负荷为142MW，负荷同时系数为0.9；4）10kV线路12回，另外两回备用，出线14回，总最大负荷33.5MW，负荷同时系数为0.9。二、负荷分析2-1负荷分析的目的负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法，计算负荷确定得是否正确无误，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。对供电的可靠性非常重要。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确负荷计算的重要性。负荷计算不仅要考虑近期投入的负荷，更要考虑未来几年发展的远期负荷，如果只考虑近期负荷来选择各种电气设备和导线电缆，那随着经济的发展，负荷不断增加，不久我们选择的设备和线路就不能满足要求了。所以负荷计算是一个全面地分析计算过程，只有负荷分析正确无误，我们的变电站设计才有成功的希望。2-2待建变电站负荷计算2-2-1110KV侧负荷37 负荷的的同时系数为0.9S110=[(35+30+25+22+10)/0.9+20/0.85]*0.9=143.18MV·A2-2-210KV侧负荷负荷的的同时系数为0.9S10=[(3+3+2.5+3+2.5+5+2.5)/0.85+(3*4)/0.9]*0.9=34.76MV·A2-2-3站用电负荷站用各设备均为连续经常或连续不经常取P=PNS所=0.15*2*66+20+14+1.4+1.7=56.9KV·A2-2-3待建变电站供电总容量S总=(143.18+34.76)*0.85+0.056=151.305MV·A三、变压器的选择主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的选择依据除了依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，与系统联系的紧密程度。另外主变选择的好坏对供电可靠性和以后的扩建都有很大影响。总之主变的选择关系到待建变电站设计的成功与否，所以对主变的选择我们一定要全方面考虑。既要满足近期负荷的要求也要考虑到远期。3-1变电所主变压器的选择原则1)在变电所中，一般装设两台主变压器；终端或分支变电所，如只有一个电源进线，可只装设一台主变压器；对于330kV、550kV变电所，经技术经济为合理时，可装设3~4台主变压器。2)对于330kV及以下的变电所，在设备运输不受条件限制时，均采用三相变压器。500kV变电所，应经技术经济论证后，确定是采用三相变压器，还是单相变压器组，以及是否设立备用的单相变压器。3)装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事帮停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%以上，并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。4)37 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，但需装设无功补偿设备时，主变压器一般先用三绕组变压器。5)与两种110kV及以上中性点直接接地系统连接的变压器，一般优先选用自耦变压器，当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率的潮流情况，校验公共绕组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。6)500kV变电所可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。主变压器的阻抗电压(即短路电压)，应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。7)对于深入负荷中心的变电所，为简化电压等级和避免重复容量，可采用双绕组变压器。3-2主变台数的确定1)当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。2)当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。3)若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器在允许正常过负荷范围内，应能应能输送剩余功率的70％以上。根据以上确定原则，分析本变电所的情况，选择两台主变压器，即可保证供电的可靠性，避免一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。随着未来经济的发展，可再投入一台变压器。3-3主变容量的确定主变压器容量一般按变电所建成后5~10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10~20年的负荷发展，此待建变电站10kV主要给工厂供电，110kV主要给县城及大型工厂供电。变电所的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的70%，即：=S总70%=151.305*70%=105.914MV·A所以变压器的容量最少为105.914MV·A3-4变压器类型的确定3-4-1相数的选择37 变压器的相数形式有单相和三相，主变压器是采用三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。一台三相变压器比三台单相变压器组成的变压器组，其经济性要好得多。规程上规定，当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂用变电站，均选用三相变压器。同时，因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，而不作考虑。因此待建变电站采用三相变压器。3-4-2绕组形式绕组的形式主要有双绕组和三绕组。规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比两台双绕组变压器都较少。对深入引进负荷中心，具有直接从高压变为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。三绕组变压器通常应用在下列场合：1)在发电厂内，除发电机电压外，有两种升高电压与系统连接或向用户供电。2)在具有三种电压等级的降压变电站中，需要由高压向中压和低压供电，或高压和重压向低压供电。3)在枢纽变电站中，两种不同的电压等级的系统需要相互连接。4)在星形-星形接线的变压器中，需要一个三角形连接的第三绕组。本待建变电站具有220kV,110kV,10kV三个电压等级，所以拟采用三绕组变压器。3-4-3中性点的接地方式电网的中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。本变电站所选用的主变为三相三绕组变压器。规程上规定：凡是110kV-500kV侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器6-63kV采用中性点不接地。所以主变压器的220kV、110KV侧中性点采用直接接地方式，10kV侧中性点采用不接地方式。综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下表：表3.1主变压器参数37 型号额定容量(kVA)额定电压（kV）阻抗电压（%）连接级别高中低高中中低高低SFPS3-120000/220120002201211114723YN/yn0/d11四、电气主接线电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电气系统的主要部分。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。由于本设计的变电站有三个电压等级，所以在设计的过程中首先分开单独考虑各自的母线情况，考虑各自的出线方向。论证是否需要限制短路电流，并采取什么措施，拟出几个把三个电压等级和变压器连接的方案，对选出来的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案。4-1对电气主接线的基本要求对电气主接线的基本要求，概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三方面可靠性：安全可靠是主接线的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。电气主接线的可靠性不是绝对的。所以在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备的制造水平及运行经验等诸多因素。灵活性：电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活的进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面：1）操作的灵活性2）调度的灵活性3）扩建的灵活性经济性：在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。通常设计应满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要通过以下几个方面考虑：37 1）节省一次投资。如尽量多采用轻型开关设备等。2）占地面积少。由于本变电站占用农田所以要尽量减少用地。3）电能损耗小。电能损耗主要来源变压器，所以一定要做好变压器的选择工作。另外主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。4-2电气主接线的基本原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准则，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各种技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就地取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。4-3主接线的基本接线形式及其特点电气主接线的型式是多种多样的，按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型的主接线两大类。4-3-1电气主接线分类1）有母线型的电气主接线①单母线接线及单母线分段接线（1）单母线接线单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。单母接线的优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便和采用成套配电装置。缺点：1.37 可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。2.调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：1.6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回；2.35～63kV配电装置的出线回路数不超过3回；3.110～220kV配电装置的出线回路数不超过两回。（2）单母分段接线单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。单母线分段接线的缺点是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。（3）单母线带旁路母线的接线为了检修出线断路器，但不中断对该出线的供电，可增设旁路母线。当检修电源回路断路器期间不允许断开电源时，旁路母线还可以与电源回路连接，此时还需在电源回路加装旁路隔离开关。有了旁路母线，提高了供电的可靠性，但旁路系统造价昂贵，同时使配电装置运行复杂化，另外检修母线或母线故障期间中断供电。②双母线接线及分段接线（1）双母线接线37 双母接线有两组母线，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，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。由于有了两组母线，时运行的可靠性和灵活性大为提高。其优点主要有：1.检修母线时不影响正常供电；2.检修任一组母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属回路和与此隔离开关相连的该组母线，其他回路均可通过另一组母线继续运行；3.工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电；4.检修任一出线断路器时，可用母联断路器代替检修的断路器，回路只需短时停电；5.调度灵活；6.扩建方便等特点。缺点:1.在倒母线的操作过程中，隔离开关作为操作电器，容易发生误操作；2.检修任一回路的断路器或母线故障时，仍将短时停电；3.所使用的设备多（母线隔离开关的数目多），并且使配电装置结构复杂，所以经济性能差。（2）双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母线分段接线，用分段断路器将工作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。这种接线具有单母线分段和双母线的特点，较双母线接线具有更高的可靠性和灵活性。正常运行时工作母线工作，备用母线不工作，它是单母线分段接线方式，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路倒至备用母线上，即可恢复供电，这样，只是部分短时停电，而不必短期停电，仍是单母线分段运行方式。双母线分段接线主要用于大容量进出线较多的配电装置中，如220KV进出线达10～14回时，就可采用双母线三分段的接线。在330～500KV的配电装置中，也有采用双母线四分段的。（3）双母线带旁路母线的接线37 为了不停电检修出线断路器，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，使该回路不致停电。这种接线运行操作方便，不影响双母线正常运行，但多装了一组断路器和隔离开关，增加了投资和配电装置的占地面积，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。2）无母线型的电气主接线无母线型的电气主接线在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线连接，常用的有桥型接线、多角形接线和单元接线。1．桥型接线适用于仅有两台变压器和两条引出线的发电厂和变电所中。因此，它不适合本设计中对主接线进出线的要求。2．多角形接线没有集中地母线，相当于将单母线用断路器按电源和引出线的数目分段，且连接成环形的接线。这种接线一般适用于最终规模已确定的110kV及以上的配电装置中，且以不超过六角形为宜。多角形接线的缺点之一就是扩建困难，因此，此接线型式亦不适合本设计的要求。3．单元接线一般适用于只有一台变压器和一回线路时的小容量终端变电所和小容量的农村变电所，因此，此接线也不适合本设计的要求。4-4待建变电站的主接线形式初选:为满足可靠性、灵活性、方便性、经济型、可扩建性、安全性，根据对原始资料的分析以及对主接线的认识，现列出以下俩种主接线方案。方案一：220KV、110KV侧双母线带旁路母线接线，10KV侧单母线分段线。220kV进出线6回，而双母接线带旁路母线使用范围是110～220KV出线数为5回及以上时。满足主接线的要求。且具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。110kV进出线10回，110kV侧出线可向远方大功率负荷用户供电，其他出线可作为一些地区变电所进线。根据条件选择双母接线带旁路母线方式。10kV进出线14回，可向重要用户采用双回路供电。选择单母线分段接线方式。方案二：220KV侧双母线带旁路接线，110KV侧双母接线、10KV侧单母线带旁路母线接线。37 220kV进出线6回，由于本回路为重要负荷停电对其影响很大，因而选用双母带旁路接线方式。双母线带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。110KV侧双母接线、10KV侧单母线带旁路母线接线，检修出线断路器时，可不中断对该出线的供电，提高了供电的可靠性。现对三种方案列表3-1比较如下：表4-1电气主接线方案比较项目方案可靠性灵活性经济性可扩展性方案一：220KV、110KV侧双母带带旁路母线接线、10KV侧单母线分段接线220KV及110KV侧均用双母带旁接线，故检修母线时不影响正常供电，35KV侧用单母分段接线母线故障时，可保证正常段母线不间断供电检修、调试相对灵活占地较多费用较高各种电压级接线都便于扩建和发展。方案二：220KV侧双母线带旁路接线，110KV侧双母接线、10KV侧单母线分段接线。220KV侧用双母带旁接线，110KV侧用双母线接线，检修母线时不影响正常供电，35KV侧用单母分段接线母线故障时，可保证正常段母线不间断供电灵活性较好费用适中扩建方便综合考虑三种电气主接线的可靠性，灵活性和经济性，结合实际情况，确定第二种方案为设计的最终方案。（接线图见附录1）五、短路电流的计算5-1短路电流计算的目的和条件37 短路是电力系统中较常发生的故障。短路电流直接影响电器的安全，危害主接线的运行。为使电气设备能承受短路电流的冲击，往往需选用大容量的电气设备。这不仅增加了投资，甚至会因开断电流不能满足而选不到符合要求的电气设备。因此要求我们在设计变电站时一定要进行短路计算。5-1-1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内容。其计算的目的主要有以下几个方面：⑴电气主接线的比较。⑵选择导体和电器。⑶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。⑷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。⑸接地装置的设计，也需要用短路电流。5-1-2短路电流计算条件①基本假定⑴正常工作时，三相系统对称运行；⑵所有电源的电动势相位、相角相同；⑶电力系统中的所有电源都在额定负荷下运行；⑷短路发生在短路电流为最大值的瞬间；⑸不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；⑹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；⑺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；⑻输电线路的电容忽略不计。②一般规定⑴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；⑵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；37 ⑶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。5-2短路电流的计算步骤和计算结果5-2-1计算步骤在工程计算中，短路电流其计算步骤如下：1.选定基准电压和基准容量，把网络参数化为标么值；2.画等值网络图；3.选择短路点；4.按短路计算点化简等值网络图，求出组合阻抗；5.利用实用曲线算出短路电流。5-2-2短路电流计算①当220kV母线上发生三相短路时（1）选取和（2）各元件的电抗标幺值分别计算如下系统1：=0.381000/2000=0.19系统2：=0.451000/1500=0.3系统3：=0.51000/1000=0.5线路：37 （3）等值电路图如图5.1所示图5.1等值网络（a）通过星形—三角形变换，可以得到图5.237 图5.2等值网络（b）和并联，即化简之后如图5.3所示图5.3等值网络（c）再把图5.3等值网络进行星形-三角形变换，可得到图5.4所示的等值网络37 图5.4等值网络（d）忽略发电机1和发电机2之间的支路（即忽略），且和并联，化简等值网络为图5.5所示。图5.5等值网络（e）（4）各个电源的计算电抗为(5)计算短路电流的有名值各个电源的额定电流分别为:kA37 :kA:kA②当110kV母线上发生三相短路时（1）变压器参数计算两台变压器并列运行，可以合并为一台等值变压器，等值网络如图5.6所示37 图5.6等值网络（f）因为10kV母线上无电源，故不提供短路电流化简之后如图5.7所示图5.7等值网络（g）通过星形-三角形变换，可以得到如图5.8所示的等值网络37 图5.8等值网络（h）=2.95=4.88=2.18(2)各个电源的计算电抗为(3)计算短路电流的有名值各个电源的额定电流分别为:kA:kA:kA③当10kV母线上发生三相短路时(1)等值网络如图5.9所示37 图5.9等值网络（i）=4.05=5.48=3.0化简的等值网络如图5.10所示。(2)各个电源的计算电抗为37 图5.10等值网络（j）(3)计算短路电流的有名值各个电源的额定电流分别为:kA:kA:kA三相短路冲击电流冲击电流有效值取，即可得和六、配电装置及电气设备的配置与选择6-1导体和电气设备选择的一般条件导体和电气设备选择是电气设计的主要内容之一。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电器设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来效验热稳定和动稳定。正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。6-1-1一般原则1．应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2．应按当地环境条件校核；3．选择导体时应尽量减少品种；4．应力求技术先进和经济合理；37 5．扩建工程应尽量使新老电器型号一致；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6-1-2技术条件选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。1）长期工作条件①电压选用电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即Umax≥Ug②电流选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即Ie≥Ig由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。所选用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。2）短路稳定条件①校验的一般原则1.电器在选定后按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流。2.用熔断器保护的电器可不验算热稳定。23.短路的热稳定条件Itt≥Qd2式中Qdt—在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应（kA•s）It—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）t—设备允许通过的热稳定电流时间（s）37 校验短路热稳定所用的计算时间tjs按下式计算：tjs=tb+td式中tb—继电保护装置后备保护动作时间（s）td—断路器全分闸时间（s）4.短路动稳定条件ich≤idfIch≤Idf式中ich—短路冲击电流峰值（kA）idf—短路全电流有效值（kA）Ich—电器允许的极限通过电流峰值（kA）Idf—电器允许的极限通过电流有效值（kA）3）绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘保证必要的可靠性。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。当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。6-1-3环境条件环境条件主要有温度、日照、风速、冰雪、湿度、污秽、海拔、地震。按照规程上的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40ºC时，允许按照额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+40ºC时，每增加1ºC建议额定电流减少1.8%；当低于+40ºC时，每降低1ºC，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。6-2设备的选择6-2-1断路器的选择高压断路器是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器。高压断路器主要功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切断故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用。其最大特点就是断开电器中负荷电流和短路电流。1）高压断路器按下列条件进行选择和校验37 1.选择高压断路器的类型，按目前我国能源部要求断路器的生产要逐步走向无油化，因此6—220kV要选用SF6断路器。2.根据安装地点选择户外式或户内式。3.断路器的额定电流不小于通过断路器的最大持续电流。4.断路器的额定电压不小于变电所所在电网的额定电压。5.校核断路器的断流能力，一般可按断路器的额定开断电流大于或等于断路器触头刚分开时实际开断的短路电流周期分量有效值来进行选择，当断路器的额定开断电流比系统的短路电流大得多的时，为了简化计算也可用次暂态短路电流进行选择。6.热稳定校验应满足的条件是：短路的热效应小于断路器在tK时间内的允许热效应。7.动稳定校验应满足的条件是：短路冲击电流应小于断路器的动稳定电流，一般在产品目录是给出的极限过电流峰值。8.按短路关合电流选择，应满足条件是：断路器额定关合电流不少于短路冲击电流ish，一般断路器的额定关合电流等于动稳定电流。2）按上述原则选择和校验断路器①220kV侧断路器的选择220kV出线断路器的选择与校验除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑安装调试和运行维护的方便。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV～220KV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6断路器。本设计中我们选用SF6断路器。参数如表6-1：表6-1220KV侧断路器工作地点型号额定电压(kV)额定电流(A)开断电流(kA)额定闭合电流(kA)热稳定电流(kA/s)额定动稳定电流(kA)220kV侧LW12-22022020004010040/4100校验：37 流过断路器的最大持续工作电流为具体选择及校验过程如下：额定电压选择：UN≥=220kV额定电流选择：IN＞Imax=397A开断电流选择：INbr＞I″=7.42kA动稳定校验：满足校验要求热稳定校验：·取热稳定时间为=4s,由短路计算可知、和·所以满足校验要求②110kV侧断路器的选择选择的断路器参数如表6-2：表6-2110KV侧断路器工作地点型号额定电压(kV)额定电流(A)开断电流(kA)额定闭合电流(kA)热稳定电流(kA/s)额定动稳定电流(kA)110kV侧LW6-110I110315031.512550/3125流过断路器的最大持续工作电流为具体选择及校验过程如下：额定电压选择：UN≥=110kV额定电流选择：IN＞Imax=752A开断电流选择：INbr＞I″=5.09kA37 动稳定校验：满足校验要求热稳定校验：·取热稳定时间为=4s,由短路计算可知、和·所以满足校验要求③10kV侧断路器的选择选择的断路器参数如表6-3：表6-310KV侧断路器工作地点型号额定电压(kV)额定电流(A)开断电流(kA)额定闭合电流(kA)热稳定电流(kA/s)额定动稳定电流(kA)10kV侧ZN-10/3150-401031504010040/2100流过断路器的最大持续工作电流为具体选择及校验过程如下：额定电压选择：UN≥=10kV额定电流选择：IN＞Imax=2007A开断电流选择：INbr＞I″=14.36kA动稳定校验：满足校验要求热稳定校验：··所以满足校验要求6-2-2隔离开关的选择37 隔离开关也是发电厂变电站中常用的开关电器。它需要与断路器配合使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流的情况下，分、合电路。其主要功能为：隔离电压、倒闸操作、分、合小电流。1）隔离开关的配置1.接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。2.断路器的两侧均应配置隔离开关，以便进出线不停电检修。3.中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地。根据以上配置原则来配置隔离开关，变电所隔离开关的配置详见主接线图。2）隔离开关按下列条件进行选择和校验1.根据配电装置布置的特点，选择隔离开关的类型。2.根据安装地点选用户外或户内式。3.隔离开关的额定电压应大于装设电路的电大持续工作电流。4.隔离开关的额定电压应大于装充电路的最大持续工作电流。5.动稳定校验应满足条件为：idw＞ish6.热稳定校验应满足条件为：Ir2t＞Qk7.根据对隔离开关控制操作的要求，选择配用操作机构，隔离开关一般采用手动操作机构户内8000A以上隔离开关，户外220kV高位布置的隔离开关和330kV隔离开关宜用电动操作机构，当有压缩空气系统时，也可采用手动操作机构。3）隔离开关的选择与校验①220kV侧隔离开关的选择参数如表6-4：表6-4220kv侧隔离开关参数工作地点型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流（kA/s）220kV侧GW6-220D220200010040/337 校验：流过隔离开关的最大持续工作电流为具体选择及校验过程如下：额定电压选择：UN≥=220kV额定电流选择：IN＞Imax=397A动稳定校验：满足校验要求热稳定校验：·取热稳定时间为=4s,由短路计算可知、和·所以满足校验要求②110kV侧隔离开关的选择参数如表6-5：表6-5110kv侧隔离开关参数工作地点型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流（kA/s）110kV侧GW5-110ⅡD110200010031.5/4校验：流过隔离开关的最大持续工作电流为具体选择及校验过程如下：额定电压选择：UN≥=110kV额定电流选择：IN＞Imax=752A37 动稳定校验：满足校验要求热稳定校验：·取热稳定时间为=4s,由短路计算可知、和·所以满足校验要求③10kV侧隔离开关的选择参数如表6-6：表6-610kv侧隔离开关参数工作地点型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流（kA/s）10kV侧GN3-10/3000103000200120/5校验：流过隔离开关的最大持续工作电流为具体选择及校验过程如下：额定电压选择：UN≥=10kV额定电流选择：IN＞Imax=2007A动稳定校验：满足校验要求热稳定校验：··所以满足校验要求6-2-3电流互感器的选择37 ①220kV侧电流互感器的选择参数如表6-7：表6-7220KV侧电流互感器参数工作地点型号额定电压(kV)额定一次电流(A)额定二次电流(A)1s热稳定倍数动稳定倍数220kV侧LCW-220220120056060校验：最大持续工作电流为具体选择及校验过程如下：额定电压选择：UN≥=220kV额定电流选择：IN＞Imax=397A热稳定校验：··满足热稳定要求。内部动稳定校验：也满足内部动稳定要求。②110kV侧电流互感器的选择参数如表6-8：表6-8110KV侧电流互感器参数工作地点型号额定电压(kV)额定一次电流(A)额定二次电流(A)1s热稳定倍数动稳定倍数110kV侧LCWD-1101101200570125校验：最大持续工作电流为37 具体选择及校验过程如下：额定电压选择：UN≥=110kV额定电流选择：IN＞Imax=752A热稳定校验：··满足热稳定要求。内部动稳定校验：也满足内部动稳定要求。③10kV侧电流互感器的选择参数如表6-9：表6-910KV侧电流互感器参数工作地点型号额定电压(kV)额定一次电流(A)额定二次电流(A)1s热稳定倍数动稳定倍数10kV侧LDZJ1-1010150055090校验：最大持续工作电流为具体选择及校验过程如下：额定电压选择：UN≥=10kV额定电流选择：IN＞Imax=2007A热稳定校验：··满足热稳定要求。内部动稳定校验：也满足内部动稳定要求。6-2-4电压互感器的选择37 1）种类和型式选择：6～20KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV～110KV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV及以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。2）容量和准确级选择:准确等级：电压互感器在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下：用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，及所有计算的电度表，其准确等级要求为0.5级；供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一般为１级；用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为3级即可。电压互感器的额定二次容量应不小于电压互感器的二次负荷，即SN2≥S2根据本设计要求，用于保护、测量、计量用，其准确等级选为0.5级。3）电压互感器选择根据分析，电压互感器的选择及其参数如表6-10表6-10电压互感器参数安装地点TV型号电压（kV）变比准确级结构形式220kV侧JCC5-2202200.5单相串级三绕组户外式110kV侧JCC6-1101100.5单相串级三绕组户外式10kV侧JSJW-10100.5三相三绕组户内式油浸6-3高压配电装置的配置6-3-1高压配电装置的设计原则与要求37 配电装置是变电站的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备、保护和测量电器、母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。形式有屋内和屋外配电装置，装配式配电装置和成套式配电装置。1）总的原则高压配电装置的设计必须认真贯彻国家技术经济政策，遵循上级颁布的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件，自然环境特点和运行检修，施工方面的要求，合理制定布置方案和使用设备，积极慎重地选用亲布置新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新做到技术先进，经济合理运行可靠、维护方便。火力发电厂及变电所的配置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地并结合运行检修和安装要求通过技术经济比较予以确定，在确定配电装置形式时，必需满足下列4点要求。1.节约用地2.运行安全和操作巡视方便。3.便于检修和安装。4.节约材料、降低造价。2）设计要求1.满足安全净距要求。2.施工、运行和检修要求。3.噪声的允许标准及限制措施。4.静电感应的场强水平和限制措施。5.电晕条件无线电干扰的特性和控制。6-3-2高压配电装置的配置1）110kV配电装置采用屋外普通中型配电装置，屋外型的配电装置有中型、半高型和高型三种形式。中型布置的特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积较大。因本变电站建在山坡上，不存在面积问题，所以采用普通中型配电装置的布置方式。2）35kV、10kV配电装置，采用双，37 单层屋内成套配电装置，即用制造厂成套供应的高压开关柜，高压开关柜为单列独立式布置、电气主接线为单母线分段接线。3）屋内配电装置的布置原则1.尽量将电源布置在每段母线的中部，使母线截面通过较小的电流，但有时为了连接方便，根据主厂房或变电站的布置而将发电机或变压器间隔设在每段母线的端部。2.同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内，以保证检修和限制故障范围。3.较重的设备布置在下层，以减轻楼板的荷重并便于安装。4.充分利用间隔的位置5.设备对应布置，便于操作6.有利于扩建七、所用电的设计37 所用电接线方式，因变电所在电力系统中所处的地位、变电站主接线和主设备的复杂程度、以及电网的特性而定。而所用变压器和所用配电装置的布置，则常结合变电所主要电工构、建筑物的布置来确定。7-1.所用电接线的一般原则①一般采用一台工作变压器接一段母线。②母线段之间设联络刀开关，不设自动空气开关和自投装置。③调相机负荷集中，可设专用线供电。④当有柴油发电机时，一般设柴油发电机母线段。⑤为了便于经济核算，当有备用母线短时，检修负荷接在该母线段上；也可设检修专用母线段，与正常负荷分开供电。7-2所用变压器的选择据所用电要求，为保证对所用电可靠供电，选用一台双绕组变压器对所用电负荷供电，根据所用电负荷，进行所用变压器容量和型号选择。由分析可知，所用变压器连接10kV、380V两个电压等级，选用S9—80/10型电力变压器，其有关技术数据如下表：表7-1变压器型号型号额定容量kVA额定电压kV连接组别损耗W阻抗电压%空载电流%高压低压负载空载S9-80/108010±5%0.4Y/yn-0125025042.4结束语37 这次的课程设计,时间长、内容多，几乎涵盖了大学中所学的知识。我经过了从收集资料、设计、绘图、审核的整个过程。俩个礼拜的时间既充实又紧张。设计过程中，我获得了综合运用过去所学过的大部分课程进行设计的基本能力。变电站设计是一个思维创造与运用的过程，在这个过程中，我做到了学以致用，使设计思维在设计中得到锻炼和发展。在相关资料的帮助下，能结合自己的思路去设计。有许多地方是不懂的，但在老师的指导与帮助下得以解决。在设计期间，自己动手查阅了大量的资料，一方面，充分地检验自己的设计能力，丰富了自己在电气设计特别是变电站设计方面的知识，为自己将来从事该专业工作打下了坚实的基础；另一方面，使我体会到搞设计或科研需要具备严谨求实、一丝不苟和勇于献身的精神。这次的设计，我最大的收获就是学到了变电站的设计步骤与方法，还有学会了如何使用资料。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，设计虽然完成了，但我只是掌握了变电站设计中很少的一部分知识，还有很多深奥的专业知识等着我们去挖掘、去探索、去学习。我也将会在今后的工作学习中不断充实自己，不断完善自己的专业知识，为自身的发展打下坚实的基础。由于所学知识和时间有限，加上缺乏实践经验，在设计过程中难免出现错误，敬请各位专家和老师批评指正。在设计期间，指导老师给了我悉心指导，帮我解决了很多技术困难，使我能顺利完成设计任务，在此表示衷心的感谢！参考文献1.何仰赞.《电力系统分析》（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.37 2.戈东方.《电力工程电气设备手册》[M].北京：中国电力出版社，1998.3.黄其励.《电力工程师手册》（上、下）[M].北京：中国电力出版社，2002.4.刘笙.《电气工程基础》（上、下册）[M].北京：科学出版社，2008.5.西北电力设计院.发电厂变电所电气接线和布置(上册)[M].北京：水利电力出版社，19926.西北电力设计院.发电厂变电所电气接线和布置(下册)[M].北京：水利电力出版社，199237'