330kV变电站一次设计

摘要

330KV变电站一次设计

摘要

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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，在全国电网中占有特别重要的位置。对变电站进行合理的规划和科学的设计是保证供电质量的前提和基础。本设计为330kV变电站一次设计，设计内容包括主变压器选择、主接线选择、短路电流计算、电气设备选择等几部分，同时附有电气主接线图等图纸加以说明。此次330kV变电站设计最终为2台主变压器。站内主接线分为330kV、110 kV两个电压等级。考虑到站用电，故将电压等级定为三级：330kV、110 kV、 10kV，各个电压等级分别采用双母线带旁路接线、双母线带旁路接线和单母线分段的接线方式。短路电流按三个电压等级母线处作为短路点进行计算。在电气设备的选择上以各种元器件参数选择为主。此外，还对导线、绝缘配合、及接地等方面进行了简单的设计，使变电站电气一次部分设计基本完整。

关键词： 330kV变电站；主变压器；电气主接线；短路电流

I

摘要

Abstract

The transformer substation is an important component part of the electric power system. It influences the safety of the whole electric power system and the economical operation directly, is the middle link that contacts the power station and the consumer; It has the effect that transforms and assigns the function of the electric energy, is possessed of special important location in the national power net. Carrying on the reasonable layout and scientific design to the transformer substation is the precondition and the foundation that promises the power supply masses. This is the preliminary design for the 330 kV transformer substation, is divided into the primary transformer, the primary connection, the short circuit current computing, and the selection of the device...etc. At the end of design has some electricity hookups to show. That transformer substation's ultimately design is 2 primary transformers, this time goes into constructs one, the synthesis considered the project initial period and the long-term movement expense, pursues the equipment life time in most superior economic efficiency. Consider the arrival of electricity, so the voltage level set at three levels: 330kV, 110 kV, 10kV, the voltage level of each sub-band were used to doubles generating line, double generatrix and single generating line.The short-circuit current selects three voltages ranks place for short-circuit spot which carry on the computation. It is primary of device parameter choice in the selecting of electric equipment. In addition, this design also makes a simple design for line, the insulation coordination, overvoltage protection and earthing ect .which make the transformer substation electric first part basically complete.

Keywords: Transformer substation; The primary transformer; The main electrical wiring ;Short circuit current

II

目录

目录

摘要 .................................................................................................................................................................. I Abstract .......................................................................................................................................................... II 目录 ............................................................................................................................................................... III 绪论 ................................................................................................................................................................. 1

1.1 现状简介及设计概述 ..................................................................................................................... 1 1.2 设计的技术前提及未来发展 ......................................................................................................... 1 1.3 主要设计原则 ................................................................................................................................. 3 2 主变压器台数、容量及型式的选择 ......................................................................................................... 3

2.1 主变压器台数的选择 ..................................................................................................................... 3 2.2 主变压器容量的选择 ..................................................................................................................... 4 2.3 主变压器型式的选择 ..................................................................................................................... 4 3 电气主接线选择 ......................................................................................................................................... 5

3.1 电气主接线接线形式的概述 ......................................................................................................... 5 3.2 电气主接线接线方式比较选择 ..................................................................................................... 5 4 短路电流计算 ............................................................................................................................................. 7

4.1 短路电流的基本概念 ..................................................................................................................... 7 4.2 短路电流计算的步骤 ..................................................................................................................... 9 5 电气设备的选择 ....................................................................................................................................... 10

5.1 电气设备选择的一般原则 ........................................................................................................... 10 5.2 电气设备选择的技术条件 ........................................................................................................... 10 5.3 断路器的选择 ............................................................................................................................... 11 5.4 隔离开关的选择 ........................................................................................................................... 11 5.5 互感器的选择 ............................................................................................................................... 12 5.6 母线的选择 ................................................................................................................................... 14 6 防雷接地 ................................................................................................................................................... 15

6.1 概述 ............................................................................................................................................... 15 6.2 防雷设计 ....................................................................................................................................... 15 6.3 接地装置 ....................................................................................................................................... 16 7 变压器容量计算选择 ............................................................................................................................... 16 8 短路计算 ................................................................................................................................................... 17

8.1 等值电路图 ................................................................................................................................... 17 8.2 计算步骤 ....................................................................................................................................... 17 9 电气设备选择计算 ................................................................................................................................... 19

9.1 断路器的选择计算 ....................................................................................................................... 19 9.2 隔离开关的选择计算 ................................................................................................................... 21 9.3 330kV、110kV侧互感器选择计算 .............................................................................................. 23 9.4 330kV、110kV主母线选择计算 .................................................................................................. 24 10 避雷器参数计算选择 ............................................................................................................................. 26

10.1 330kV避雷器计算选择 .............................................................................................................. 26 10.2 110kV避雷器计算选择 .............................................................................................................. 26 11配电装置型式选择 .................................................................................................................................. 27 结论 ............................................................................................................................................................... 27 参考文献 ....................................................................................................................................................... 27 致谢 ............................................................................................................................................................... 28

III

绪论

1.1 现状简介及设计概述

我国是世界能源消耗大国，煤炭消费总量居世界第一位，电力消费总量居世界第二位，但一次能源分布和生产力发展水平却很不均匀。水能、煤炭主要分布在西部和北部，能源和电力需求主要集中在东部和中部经济发达地区。这种能源分布与消费的不平衡状况，决定了能源必须在全国范围内优化配置，必须以大煤电基地、大水电基地为依托。实现煤电就地转换和水电大规模开发。而变电站担负着从电力系统受电，经过变压，然后分配电能的任务，是输送和分配电能的中转站，是供电系统的枢纽，在全国电网中占有重要的位置。

本330/110kv降压变电站电气一次设计针对变电站内最重要的电气设备如主变压器、电气主接线、电气设备等部分，进行了比较和选择。对原始资料进行分析后，确定主变压器台数为2台。站内主接线分为330kV、110 kV、和10 kV三个电压等级。电气主接线设计是发电厂和变电站设计的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。在短路电流方面，讲述了短路电流的危害以及各电压等级短路电流的计算。电气设备的选择以各种元器件参数选择为主，因为只要确定了器件的参数就能十分容易的根据电力手册查出元件型号。最后，还对导线截面的确定以及导线截面积的校验方法进行说明。此外，在绝缘配合及接地等方面也进行了简单的设计，使变电站电气一次部分设计基本完成。

1.2 设计的技术前提及未来发展

自20世纪70年代330kV电网在我国西北地区出现自今，330kV电网已经成为我国西北地区的主力电网。截至2004年底，全国共投运330kV线路115条，总长度约为1070km，全网共有330kV降压变电站52座，主变压器总容量20640MVA。330kV变电站设计也相应经历了初期阶段、成长阶段和成熟阶段。

330kV电网建设初期，由于出线回路少，330kV电气主接线大多才用角形接线，后来还有变压器母线组接线、双母线带旁路和一个半断路器接线，随着330kV电网成长为西北部骨干网架，330kV变电站的建设基本上都采用一个半断路器接线。当然，具体工程也可因地制宜地采用技术经济合理的方案。

110kV电气主接线：初期一般为双母线带旁路接线，2000年以后设计的变电站基本取消旁路母线。

主变压器形式：主变压器均采用三相变压器。

1

配电装置布置：初期有角形立环式布置。到后来绝大多数采用一个半断路器中型三列式布置。对于110kV配电装置，早期大部分是屋外软母线中型配电装置，中型布置单列式和双列式都用应用。在后期，屋外半高型软母线单列布置也得到了广泛应用，也有部分地区采用支持式管母线、户内装配式、户内GIS等多种配电装置。

总平面布置：从开始的一字型立环式布置开始也经历了很多演变，20世纪80年代开始基本上一直采用330kV配电装置、主变压器及低压无功补偿区和110kV配电装置的三列式布置，所区占地面积也有很大的下降。

新技术应用：大容量变压器、高开断水平断路器等仍是新技术应用的主流。 从20世纪90年代中后期开始，330kV变电站设计较初期阶段也发生了较大的变化，尤其是电力系统规划设计总院组织进行的2000年示范送点变电工程设计革命，对330kV变电站设计产生了深远的影响。示范变电站设计的成果及其应用和发展基本上代表了330kV变电站的设计现状，示范变电站设计的成果已经广泛用于近年来的工程建设当中，变电站设计已经相当成熟。

当时示范变电站设计的总体思路是：与国际国内电力体制改革趋势相适应，与国际科技发展水平相一致，与可持续发展思路相吻合；依靠科技进步，缩小与世界先进水平差距，使设计方案更紧凑、更集约、更高效；在安全可靠前提下，突出体现经济性，合理性，先进性。

330kV变电站设计发展到今天，电气主接线、配电装置布置优化和母线选型、电气总平面布置的协调紧凑等方面已经发展的相当成熟，今后设计的发展趋势在以下几个方面：

从未来的变电站的发展趋势来讲，采用集成智能化电力设备，由于控制、保护、通信等微电子设备与高电压大电流主设备安装于一体，因此满足电磁兼容性要求将成为重要的技术关键。在布置方面，建设与环境协调友好的变电站将变得越来越重要，控制变电站噪声、电磁干扰及减少变电站对周围景观的影响也会日益受到重视。

主变压器方面继续采用三相变压器。

断路器的选型：目前和将来很长一段时间内，瓷柱式断路器、罐式断路器、HGIS、GIS、仍是主要的断路器型式。随着国家经济实力的提升，用户对供电安全性和可靠性要求日益提高，国家对环保的高度重视和土地使用政策的日趋严格，设计必须着重考虑选用安全性和可靠性高、节约占地、适于紧凑化布置和造价比较合理的断路器型式。

布置方面，一方面，按工程主接线、进出条件和规划，充分吸取以往变电站的设计经验，因地制宜的优化配电装置；另一方面，根据工程选站的结论和电气配电装置的选型，结合站址的环境、地理位置、交通等条件，充分比较并优化总布置方案，从而做到布局合理、出线顺畅、节约占地、减少土方、减少拆迁、与环境协调等等。

综上所述，330kV变电站设计发展过程、现状及发展趋势将是330kV变电站设计原则确定的重要参考依据。变电工程设计的发展和成熟工程经验的积累构成了330kV变电

2

4）电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列。这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。 4.1.2 限制短路电流的措施

限流措施[9]：

为保证系统安全可靠的运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，可采用快速动作的继电保护和断路器，以及发电机装设自动调节励磁装置等。此外，还应考虑采用限制短路电流的措施，如合理选择电气主接线的形式或运行方式，以增大系统阻抗，减少短路电流值; 加装限电流电抗器; 采用分裂低压绕阻变压器等。

1）作好短路电流的计算, 正确选择及校验电气设备, 电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。

2）正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装置，以便发生短路时，能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。

3）在变电站安装避雷针，在变压器附近和线路上安装避雷器，减少雷击损害。 4）保证架空线路施工质量，加强线路维护，始终保持线路弧垂一致并符合规定。 5）带电安装和检修电气设备，注意力要集中，防止误接线，误操作，在带电部位距离较近的地方工作，要采取防止短路的措施。

6）加强管理, 防止小动物进入配电室，爬上电气设备。 7）及时清除导电粉尘，防止导电粉尘进入电气设备。

8）在电缆埋设处设置标记，有人在附近挖掘施工，要派专人看护，并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏引发短路。

9）电力系统的运行、维护人员应认真学习规程，严格遵守规章制度，正确操作电气设备，禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸，线路施工，维护人员工作完毕，应立即拆除接地线。要经常对线路、设备进行巡视检查，及时发现缺陷，迅速进行检修。 4.1.3 短路计算的目的

1）计算目的[10]： ① 电气主接线比选。 ② 选择导体和电器。 ③ 确定中性点接地方式。 ④ 计算软导线的短路摇摆。 ⑤ 确定分裂导线间隔棒的间距。

8

⑥ 验算接地装置的接触电压和跨步电压。 ⑦ 选择继电保护装置和进行整定计算。 2）短路电流计算的一般规定[11]

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运行的接线方式。

② 在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。 3）基准值

高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标么值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：

基准容量：SB?100MVA 基准电压：UB?Uav

4.2 短路电流计算的步骤

1）根据选定的基准值，计算各元件的电抗标么值。 2）制定用标么值表示的等值电路图。 3）选择短路点。

4）对等值网络进行简化，求出电源到短路点的总电抗标么值，进而得出短路电流的标么值和有名值。

If*?标么值：

1Xf?* （4-1）

If?If**IB 有名值：（4-2）

5）计算短路容量，短路电流冲击值

It?1.51If 短路电流有效值：（4-3）

ich?2.55It 短路电流冲击值：（4-4）

短路容量：S?3UavIt （4-5） 6）列出短路电流计算结果

短路电流计算详见计算说明书。

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5 电气设备的选择

5.1 电气设备选择的一般原则

电气设备选择原则

[12]

：

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）应按当地环境条件校核。 3）应力求技术先进和经济合理。 4）与整个工程的建设标准一致。 5）同类设备应尽量减少品种。

5.2 电气设备选择的技术条件

选择的高压电气设备，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[13]。

1）长期工作条件 ① 电压：所选电气设备允许最高工作电压Uymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Ugmax

即：Uymax?Ugmax （5-1） 电气设备允许的最高工作电压：对于220kV及以下的设备，为1.15Ue，而实际电网运行的Ugmax一般不超过1.1Ue。对于330kV及以上的设备，为1.1Ue。

② 电流：导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流Iymax应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax

即：Iymax?Igmax （5-2） 由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax?1.05I（I为变压器额定运行时的工作电流）。

2）短路稳定条件

① 短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度不应超过允许值。应满足的热稳定

2tke （5-3） 条件为：Ir2t?I?Ir：电气设备在时间t秒内的热稳定电流； I?：短路稳态电流值；

tke：短路电流热效应等值计算时间。

② 电动力稳定校验

电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。应满足的动稳定条件为：ich?idw （5-4）

ich：短路冲击电流幅值；

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idw：电气设备允许通过的动稳定电流的幅值。

3）环境条件

按《交流高压电器在长期工作时的发热》（GB763-74）的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40℃时，允许按额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+40℃（但不高于60℃）时，每增高1℃，建议额定电流减少1.8%；当低于40℃时，每低1℃，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%。

普通高压电器一般可在环境最低温度为-30℃时正常运行。

5.3 断路器的选择

断路器既用来断开或关合正常工作电流，也用来断开过负荷电流或短路电流。它是开关电器中最复杂、最重要、性能最完善的一类设备。 5.3.1 断路器的参数选择

参数选择原则[14]：

1）断路器的额定电压不小于装设电路所在电网的额定电压。 2）断路器的额定电流不小于通过断路器的最大持续工作电流。

3）断路器的断流能力，一般可按断路器的额定开断电流Iekd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It来选择，即Iekd?It。

4）断路器的额定关合电流不小于短路冲击电流，即ieg?ich。

2tke。 5）热稳定应满足条件为：Ir2t?I?6）动稳定应满足条件为： ich?idw。

5.3.2 断路器的型式选择

断路器型式的选择，除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定。目前由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器可靠性高，维护工作量少，灭弧性能更高，故得到普遍推广。通常10kV采用真空断路器，35kV及以上采用SF6断路器。

5.4 隔离开关的选择

隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置、开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。

5.4.1 隔离开关的参数选择

参数选择原则[15]：

1）隔离开关的额定电压应大于装设电路所在电网的额定电压。 2）隔离开关的额定电流应大于装设电路的最大持续工作电流。

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2tke。 3）热稳定应满足条件为：Ir2t?I?4）动稳定应满足条件为： ich?idw。

5）根据对隔离开关操作控制的要求，选择配用的操动机构。

5.4.2 隔离开关的配置要求

隔离开关的配置[16]：

1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；

2）中性点直接接地的变压器均应通过隔离开关接地；

3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63kV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；

4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；

5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。

5.5 互感器的选择

互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有[17]：

1）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。

2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

电流互感器的特点：

1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；

2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。 5.5.1 电流互感器的选择

1）电流互感器的参数选择[18]

① 额定电压、电流：电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：Ue?Uew 和Ie1?Igmax ，为了确保所供仪表的准确度，互感器的

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