220kV降壓變電站電氣一次部分設計(一)

 前言
 本設計為廣東工業大學2005級電氣工程及自動化專業的電力系統課程設計，設計題目為：220kV降壓變電站電氣一次部分設計。
 此設計任務旨在體現我們對專業課程知識的掌握程度，培養我們對本專業課程知識的綜合運用能力。

1、設計任務：
 根據電力系統規劃，需新建一座220kV終端變電站。該站建成后與A、B、C三個220kV電網系統相連，并供給110、10kV近區用戶供電。

2、原始資料
2.1．按照規劃要求，該所有220kV、110kV和10kV三個電壓等級。本期投產2臺變壓器，預留1臺變壓器的擴建間隔，220kV出線7回（其中備用2回），110kV出線10回（其中備用2回），10kV出線14回（其中備用2回）。
2.2．根據規劃，本所與系統的連接方式為：220kV側與A及C系統各通過2回架空線路相連，與B系統通過1回架空線路相連，A與B及B與C之間各有1回架空線路聯絡。
2.3．系統阻抗：220kV側電源A、B、C三個系統容量分別為SA=2000MVA，SB=1500MVA，SC=4000MVA，系統阻抗標幺值分別為XA* =0.3，XB* =0.4，XC* =0.2(各電抗均以各電源容量為基值計算的標幺值)，110及10kV側沒有電源。
2.4．110kV側負荷主要為工廠和地區變電站，最大負荷約231MW，功率因數cosφ=0.9-0.8，負荷同時率為0.8，其中I、II級負荷占85%；10kV側總負荷為12.4MW，功率因數cosφ=0.9-0.8，負荷同時率為0.7，Ⅰ、Ⅱ級負荷占70%，最大一回出線負荷為2500kW；所用負荷為400kVA，Ⅰ、Ⅱ級負荷占50%。
2.5．220kV和110kV側出線主保護動作時間為0.2s，后備保護時間為2s；變壓器主保護動作時間為0.2s，后備保護時間為1s；220kV和110kV側斷路器燃弧時間按0.05s考慮。
2.6．本站擬建地區位于山坡上，南面靠丘陵，東西北地勢平坦、地質構造穩定、土壤電阻率為1.5×102歐·米。
2.7．本站擬建地區最高月平均溫度為23°C，年平均氣溫10.7°C，絕對最高氣溫為40°  C，風向以東北風為主。

3．設計內容及要求：
3.1．主接線設計：分析原始資料，根據任務書的要求擬出各級電壓母線接線方式，選擇變壓器型式及連接方式，通過技術經濟比較選擇主接線最優方案。
3.2．短路電流計算：根據所確定的主接線方案，選擇適當的計算短路點計算短路電流并列表表示出短路電流計算結果。
3.3．主要電氣設備選擇：
3.3.1．選擇220kV主變、線路側、110kV主變、最大一回負荷出線側的斷路器及隔離刀閘。
3.3.2．選擇220kV、110kV主母線及主變低壓側10kV母線橋導體。
3.3.3．選擇220kV、110kV、10kV主母線的支持絕緣子及穿墻套管。
3.3.4．選擇限流電抗器（如有必要裝設）及10kV最大一回負荷出線電纜。
3.4．電氣配電裝置設計：
3.4.1．220kV、110kV側配電裝置選擇。
3.4.2．10kV側配電裝置選擇。
3.5．防雷及接地裝置設計。
3.6．進行繼電保護的規劃設計。

4．設計成果
4.1.編制設計說明書。
4.2.編制設計計算書。
4.3.繪圖若干張。
4.3.1．繪制變電站電氣主接線圖。
4.3.2．繪制變電站平面布置圖。
4.3.3．繪制220kV高壓配電裝置斷面圖。
4.3.4．繪制或110kV高壓配電裝置斷面圖。

電氣主接線選擇
1.1.  概述
 主接線是變電站電氣設計的首要部分，它是由高壓電器設備通過連接線組成的接受和分配電能的電路，也是構成電力系統的重要環節。主接線的確定對電力系統整體及變電站本身運行的可靠性、靈活性和經濟性密切相關，并且對電氣設備選擇、配電裝置、繼電保護和控制方式的擬定有較大影響。因此，必須正確處理好各方面的關系。
 我國《變電站設計技術規程》SDJ2-79規定：變電站的主接線應根據變電站在電力系統中的地位、回路數、設備特點及負荷性質等條件確定，并且滿足運行可靠，簡單靈活、操作方便和節約投資等要求，便于擴建。
 1.1.1.可靠性：安全可靠是電力生產的首要任務，保證供電可靠和電能質量是對主接線最基本要求，而且也是電力生產和分配的首要要求。
 主接線可靠性的具體要求：
 1）斷路器檢修時，不宜影響對系統的供電；
 2）斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數和停運時間，并要求保證對一級負荷全部和大部分二級負荷的供電；
 3）盡量避免變電站全部停運的可靠性。
 1.1.2．靈活性：主接線應滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性。
 1）為了調度的目的，可以靈活地操作，投入或切除某些變壓器及線路，調配電源和負荷能夠滿足系統在事故運行方式，檢修方式以及特殊運行方式下的調度要求；
 2）為了檢修的目的：可以方便地停運斷路器，母線及繼電保護設備，進行安全檢修，而不致影響電力網的運行或停止對用戶的供電；
 3）為了擴建的目的：可以容易地從初期過渡到其最終接線，使在擴建過渡時，無論在一次和二次設備裝置等所需的改造為最小。
 1.1.3．經濟性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經濟合理。
 1）投資�。褐鹘泳�應簡單清晰，以節約一次設備的投資；要能使控制保護不過復雜，以利于運行并節約二次設備的投資；要能限制短路電流，以便選擇價格合理的電氣設備或輕型電器；
 2）占地面積�。褐鹘泳�要為配電裝置布置創造條件，以節約用地和節省構架、導線、絕緣子及安裝費用。在不受運輸條件許可，都采用三相變壓器，以簡化布置。
 3）電能損失少：經濟合理地選擇主變壓器的型式、容量和數量，避免兩次變壓而增加電能損失。
1.2．  主接線的接線方式選擇
 電氣主接線是根據電力系統和變電站具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進出線路多時（一般超過四回）為便于電能的匯集和分配，常設置母線作為中間環節，使接線簡單清晰、運行方便，有利于安裝和擴建。而本所各電壓等級進出線均超過四回，并且考慮到220kV側會有功率穿越，所以采用有母線連接。根據規劃，可以發現本站將是地區性樞紐變電站，擔負起保障整個地區負荷供給的重要任務，因此主接線考慮下列幾種選擇：
 1、一個半斷路器（3/2）接線
 兩個元件引線用三臺斷路器接往兩組母上組成一個半斷路器，它具有較高的供電可靠性和運行靈活性，任一母線故障或檢修均不致停電，但是它使用的設備較多，占地面積較大，增加了二次控制回路的接線和繼電保護的復雜性，且投資大。
 2、雙母接線
 它具有供電可靠、調度靈活、擴建方便等優點，而且，檢修另一母線時，不會停止對用戶連續供電。如果需要檢修某線路的斷路器時，不裝設“跨條”，則該回路在檢修期需要停電。對于，110K～220KV輸送功率較多，送電距離較遠，其斷路器或母線檢修時，需要停電，而斷路器檢修時間較長，停電影響較大，一般規程規定，110～220kV雙母線接線的配電裝置中，當出線回路數達7回，（110kV）或5回（220kV）時，一般應裝設專用旁路母線。
 3、雙母線分段接線
 雙母線分段，可以分段運行，系統構成方式的自由度大，兩個元件可完全分別接到不同的母線上，對大容量且在需相互聯系的系統是有利的，由于這種母線接線方式是常用傳統技術的一種延伸，因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發生問題。而較容易實現分階段的擴建等優點，但是易受到母線故障的影響，斷路器檢修時要停運線路，占地面積較大，一般當連接的進出線回路數在11回及以下時，母線不分段。
 為了保證雙母線的配電裝置，在進出線斷路器檢修時（包括其保護裝置和檢修及調試），不中斷對用戶的供電，可增設旁路母線，或旁路斷路器。
 當110KV出線為7回及以上，220KV出線在4回以下時，可用母聯斷路器兼旁路斷路器用，這樣節省了斷路器及配電裝置間隔。

第2章  主變壓器容量、臺數及形式的選擇
2.1．概述
 在各級電壓等級的變電站中，變壓器是變電站中的主要電氣設備之一，其擔任著向用戶輸送功率，或者兩種電壓等級之間交換功率的重要任務，同時兼顧電力系統負荷增長情況，并根據電力系統5～10年發展規劃綜合分析，合理選擇，否則，將造成經濟技術上的不合理。如果主變壓器容量造的過大，臺數過多，不僅增加投資，擴大占地面積，而且會增加損耗，給運行和檢修帶來不便，設備亦未能充分發揮效益；若容量選得過小，可能使變壓器長期在過負荷中運行，影響主變壓器的壽命和電力系統的穩定性。因此，確定合理的變壓器的容量是變電站安全可靠供電和網絡經濟運行的保證。
 在生產上電力變壓器制成有單相、三相、雙繞組、三繞組、自耦以及分裂變壓器等，在選擇主變壓器時，要根據原始資料和設計變電站的自身特點，在滿足可靠性的前提下，要考慮到經濟性來選擇主變壓器。
 選擇主變壓器的容量，同時要考慮到該變電站以后的擴建情況來選擇主變壓器的臺數及容量。

2.2．主變壓器臺數的選擇
 由原始資料可知，本期變電站上2臺主變，本設計變壓器選擇臺數為2臺。
 
2.3．主變壓器容量的選擇
 主變容量一般按變電站建成近期負荷，5～10年規劃負荷選擇，并適當考慮遠期10～20年的負荷發展，對于城郊變電站主變壓器容量應當與城市規劃相結合，該所近期和遠期負荷都給定，所以應按近期和遠期總負荷來選擇主變的容量，根據變電站帶負荷的性質和電網結構來確定主變壓器的容量，對于有重要負荷的變電站，應考慮當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量在過負荷能力后允許時間內，應保證用戶的一級和二級負荷，對一般性能的變電站，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應保證全部負荷的70%～80%。該變電站是按70%全部負荷來選擇。因此，裝設兩臺變壓器變電站的總裝容量為：∑se = 2（0.7PM） = 1.4PM。
 當一臺變壓器停運時，可保證對60%負荷的供電，考慮變壓器的事故過負荷能力為40%，則可保證98%負荷供電，而高壓側220KV母線的負荷不需要通過主變倒送，因為，該變電站的電源引進線是220KV側引進。其中，中壓側及低壓側全部負荷需經主變壓器傳輸至各母線上。因此主變壓器的容量為：Se = 0.7（SⅡ+SⅢ）。

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