110kV20kV东石变电站电气部分设计

江苏大学 硕士学位论文 110kV/20kV东石变电站电气部分设计 姓名：周杰 申请学位级别：硕士 专业：电气工程 指导教师：孙玉坤 20091219 江苏大学工程硕士学位论文 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重要作用。随着 经济迅速发展，电力负荷密度逐渐增大，依靠1 0 k V 配电网供电的地区呈现出供 电能力不足、电压水平偏低、网损较大等诸多缺点，发展2 0k V 配电网就成为解 决这些问题的有效措施。世界各国城网供配电的实践证明，越来越明确的趋势是 提高电压等级，减少电压层次，城市配电网采用2 0 k V 电压等级是当今世界上的 一种发展趋势。为更好地解决扬州市供电问题，同时也促进供电网络的形成和供 电的可靠性，本文以1 1 0k V 2 0 k V 东石变电站为设计对象，从理论上对变电站进 行了总体分析，分析了国内外中压配电网的现状与发展趋势，重点对中压配电网 l O k V 升压至2 0 k V 进行了可行性研究，并根据其区域现状，分步规划建设东石 变2 0 k V 配电网架升压覆盖方案。 本文所做的具体工作如下： 1 、在大量阅读文献资料的基础上，对变电站进行了理论分析。 2 、完成了变电站的主接线设计，并根据计算的短路电流，对电气设备进行 选择。完成对变电站的测量、继电保护及自动装置的配置。 3 、本文重点对中压配电网l O k V 升压至2 0 k V 进行了效益分析，根据2 0 k V 配电线路各项要求与2 0 k V 配网网架规划原则，初步制定了东石变供电区域内 1 0 k V 升2 0 k V 的具体方案，对2 0 k V 架空配电线路安装施工进行了典型设计，并 探讨了2 0 k V 中压配电网未来的发展趋势，最后对2 0 k V 配电网的推广建设提出 了几点建议。 如今，东石变已经投入运行，运行状态良好。 关键词：变电站，主接线，电气设备，2 0 k V 配网，升压改造 1 1 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部分设计 A b s t r a c t S u b s t a t i o ni sa ni m p o r t a n tp a r tt h a tc a nd i r e c t l ya f f e c t st h es a f ea n de c o n o m i c r u n n i n go ft h ew h o l ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m I ti sa ni n t e r m e d i a t el i n kb e t w e e np o w e r p l a n ta n du s e r s ，p l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ei nt r a n s f o r m i n ga n da l l o c a t i n g e l e c t r i c e n e r g y W i t ht h er a p i de c o n o m i c a ld e v e l o p m e n t ，p o w e rl o a dd e n s i t yi n c r e a s e s g r a d u a l l y S o m ea r e as u p p l i e db y1Ok Vp o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kh a sp r e s e n tl o t so f s h o r t a g e s ，s u c ha sp o w e rs u p p l yd e f i c i e n c y ，l o wv o l t a g el e v e la n dn e t w o r kl o s s I n t h i ss i t u a t i o n ，d e v e l o p i n g2 0k vp o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kh a sb e c o m ea ne f f e c t i v e m e a s u r ef o rt h em e n t i o n e dp r o b l e m s F o rb e R e rs o l v i n gt h ep o w e rs u p p l yp r o b l e m si n Y a n g z h o uc i t ya n da tt h es a m et i m ep r o m o t i n gt h ef o r m a t i o no ft h ep o w e rs u p p l y n e t w o r ka n di t s r e l i a b i l i t y , t h i s a r t i c l et o o k110k V 2 0 k VD o n g s h is u b s t a t i o na s r e s e a r c ho b je c t ，c a r r i e do ng e n e r a la n a l y s i st ot h es u b s t a t i o ni t s e l fa n dc a r r i e do n f e a s i b i l i t ys t u d yo fr a i s i n gp o w e ro ft h em e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kf r o m 10 k Vt o2 0 k V ，e s i g n e das t e p - b y s t e pc o v e r a g ep l a no fd e v e l o p i n g2 0k Vp o w e r d i s t r i b u t i o nn e t w o r ka c c o r d i n gt ot h er e g i o n a lp r e s e n ts i t u a t i o n T h ed e t a i lw o r k so f t h i sa r t i c l ea r ea sf o l l o w s ： 1 C a r r i e do u tt h e o r e t i c a lt ot h es u b s t a t i o no nt h eb a s i so fr e a d i n gm a n yr e l a t e d l i t e r a t u r ed a t a 2 C o m p l e t e s u b s t a t i o nm a i nw i r i n g d e s i g na n dc h o o s e a d e q u a t e e l e c t r i c e q u i p m e n ta c c o r d i n gt ot h ec a l c u l a t e ds h o r tc i r c u i tc u r r e n t C o m p l e t es u b s t a t i o n m e a s u r i n g ，r e l a yp r o t e c t i n ga n da u t om e c h a n i s ma l l o c a t i n g 3 C a r r i e do u tb e n e f i ta n a l y s i st ot h em e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ka f t e r i t Sb e i n gr a i s e dt o2 0k Vf r o m10 k V ；P r e l i m i n a r i l yw o r k e do u tt h ec o n c r e t es c h e m et o r a i s ev o l t a g eo f D o n g s h is u b s t a t i o np o w e rs u p p l ya r e af o r m10k Vt o2 0k Va c c o r d i n g t ot h ea l lr e q u i r e m e n t so f2 0 k Vd i s t r i b u t i o nl i n ea n di t sp l a n n i n gp r i n c i p l e s A n da tt h e s a m et i m e ，t h ea u t h o rc a r r i e do u tt y p i c a ld e s i g nt ot h ei n s t a l l a t i o nc o n s t r u c t i o nw o r k o f2 0 k Vo v e r h e a dd i s t r i b u t i o nl i n e T o d a y , D o n g s h iS u b s t a t i o nh a sb e e np u t i n t o o p e r a t i o nv a r i a b l e i n g o o d c o n d i t i o n K e yw o r d s ：s u b s t a t i o n ，m a i nw i r i n g ，e l e c t r i ce q u i p m e n t ，2 0 k Vd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ， S t e p - u pt r a n s f o r m a t i o n I I 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密。 一躲_ ) 心是 新虢孙趸坤 签字醐：) 叶年I 明乡日 签字日期：y 乡年幢月7 日 独创性I 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：加1 年n 月( 日 l 弘 江苏大学工程硕士学位论文 第1 章绪论 1 1变电站的地位和类型 变电站是电力系统组成的一个重要环节，是电力网中线路的连接点，其作用 是变换电压、汇集和分配电能。变电站能否正确运行关系到电力系统的稳定和安 全问题，变电站安全可靠运行与国民经济的发展密切相关。为了达到优质、安全、 可靠、经济的运行要求，必须建立经济合理、技术先进的变电站，进而实现变电 站的综合自动化。 近年来，为了满足经济快速增长对电力的需求，我国电力工业在高速发展， 电网规模不断扩大。电气设备的制造水平也在不断提高，产品的性能和质量都有 了较大的改进。除空气绝缘的高压电气设备外，G I S 、组合化、智能化、数字化 的高压配电装置也有了新的发展；计算机监控微机保护已经在电力系统中全面推 广采用。我国电网供电的可靠性有了较大的提高，在发达国家连续发生严重的电 网事故的时期，我国电网的运行比较稳定，保证了经济的高速发展。 在未来，随着经济的增长，变电技术还将有新的发展，同时也给电力工程技 术人员提出一些需要解决的新课题，例如：高压、大容量变电站深入负荷中心进 入市区所带来的如何减少变电站占地的问题、环境兼容的问题；电网联系越来越 紧密，如何解决在事故时快速切除隔离故障点，保证系统安全稳定的问题；系统 短路电流水平不断提高，如何限制短路电流的问题；在保证供电可靠性的前提下， 如何恰当地选择设备、降低工程造价的问题等。这些新课题将在以后进行研究， 本文在此不再探讨。 变电站按其在系统中的地位和作用可分为以下几类： ( 1 ) 系统枢纽变电站。 ( 2 ) 系统中间变电站( 或地区变电站) 。 ( 3 ) 企业专用变电站。 ( 4 ) 系统末端的终端变电站。 1 2 变电站技术的发展 我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对 1 1 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部分设计 电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高；而随着科学技术的高速发 展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技 术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。 l 、变电站接线方案趋于简单 随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线 简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了 较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。近期国内新建的许多变电站2 2 0kV 及1 1 0 k V 电压等级的接线采用双母线而不带旁路母线。采用G I S 的情况下，优 先采用单母线分段接线。终端变电站中，尽量采用线路变压器组接线等。 2 、大量采用新的电气一次设备 近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现， 设备趋于无油化，采用S F 6 气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产G I S 向 高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多 城网建设工程、用户工程都考虑采用G I S 配电装置。变电站设计的电气设备档次 不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、S F 6 开关和机、电 组合一体化的小型设备发展。 3 、变电站综合自动化技术新动向 变电站综合自动化系统近几年一直是电力建设的一个热点。无论国内国外， 还是从管理方、运行方及设计单位对于变电站实现综合自动化均取得了共识。伴 随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，变电站综合自动化也采用了新的 技术，其技术动向主要集中在以下两个方面。 ( 1 ) 全分散式变电站自动化系统，新型的全分散式变电站自动化系统，设 计思想上实现了变电站二次系统由“面向功能”设计向“面向对象”设计的重要转 变。系统不再单纯考虑某一个量，而是为某一设备配置完备的保护、监控和测量 功能装置，以完成特定的功能，从而并保证了系统的分布式开放性。其特点是各 现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元 部件可以是保护、监控和测量功能的集成装置，亦可以是现场的保护、监控和测 量部件分别保持其独立性。变电站遥测遥信采集及处理、遥控命令执行和继电保 护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过网络送至后台主计算 2 江苏大学工程硕士学位论文 机。 ( 2 ) 引入先进的网络技术，通信网络是综合自动化变电站与常规站的最明 显的区别之一，只有采用通信网络，才可能节省大量电缆。因此必须保证通信网 络安全、可靠，传输速度满足变电站综合自动化系统的要求。全分散式变电站自 动化系统的实现尤其依托于如今发展很快的计算机网络技术。引入先进的网络技 术使得自动化系统的实现更加简单，性能也大大优于以往的系统，并可解决以往 系统中链路信息传输的实时性问题，以及信号传输的容量问题。 4 、变电站占地及建筑面积减少 变电站接线方案的简化，组合电器、管母线及钢支架等的采用，使变电站布 置更为简单，取消站前区和优化布置使变电站占地大幅度下降。据有关资料介绍， 采用G I S 的配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地8 0 以上。采用P A S S 的 配电装置和敞开式配电装置相比可节省占地4 0 6 0 。即使同样敞开式配电装 置，由于简化接线( 比如取消旁路母线等) 也会减少变电站占地面积。 配合我国经济建设的迅速发展，搞好电网建设尤为重要。其中，变电站设计 是电网建设的一个重要环节。研究和分析国内外变电站技术的发展，把握其趋势， 对变电站设计是很有必要的。 1 31 1 0 k V 东石变电站系统概要 l 、受电部分 本文所设计的东石变变电站属于系统中间变电站，这类变电站主要作用是从 地区电网中下载电力，为地区配电网供电或为用户直接供电。 系统接线图见图1 1 ，为新建东石变电站从2 2 0 k V 古渡变受电方案。 1 1 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部撇计 古菠变 1 木1 8 0 北 留) 图1 1 受电方案接线图 2 、建设的必要性 为积极呼应省政府“沿江开发”战略，扬州城建设了邗江经济开发区南区( 邗 江工业园I I 园) ，规划总用地2 1 5 平方公里。 随着已入园项目的投产以及招商引资力度的进一步加大，预计该地区将增加 负荷2 5 万千瓦。目前，除华油钢管自建3 5 千伏用户变外，邗江经济开发区南 区仅由3 5 千伏瓜洲变l 条1 0 千伏线路( 运西线) 供电，该线路最大负荷己达到 0 6 6 万千瓦。邗江经济开发区南区周边的3 5 千伏瓜洲变和1 1 0 千伏汊河变均距 离该区域的负荷中心6 公里以上，并且自身负荷较重，因此无法有效解决该地区 的供电问题。如图1 2 为建东石变电站前扬州南部地区的电网系统地理结构图。 综上所述，以解决南区用电紧张的局面，满足安全、可靠、经济供电的要求， 保障该地区经济持续快速发展，开工建设东石变电站十分必要。 4 江苏大学工程硕士学位论文 图1 2 建东石变电站前扬州南部地区供电图 如图1 3 所示，江苏扬州邗江经济开发区南园，规划用地范围为沿江高等级 公路以北、仪扬河以南、扬瓜公路以东、润扬大桥北接线以西，面积约1 0 6 平 方公里，已建成区面积约2 5 平方公里，远景将2 0 千伏供电区域向东拓展至古 运河，总面积约2 1 5 平方公里。该区域是江苏省重点建设的省级经济开发区， 是扬州沿江开发区域的重要组成部分，将重点发展金属板材加工设备、服装服饰、 生物医药制造、电子电器制造等四大产业。目前园区正积极招商引资，已建成的 项目( 用电需求) 有华油钢管( 6 3 M V A ) 、强凌电子( 3 1 5 M V A ) 、牧羊集团钢 结构( 2 M V A ) ，基本谈定的项目( 用电需求) 有环球履带( 8 M V A ) ，伟仁电器 ( 1 5 M V A ) ，扬州锻压机床( 1 4 3 M v A ) 、美特彩色钢瓦( 1 M V A ) 等，这些大企 业和其它一批小项目将陆续建成投产，其用电需求为3 0 M V A 。以上项目用电需 求合计约4 3 M V A 。目前项目都集中在园区北端一小块区域内，向南一大片区域 尚未开发，因此用电负荷还有很大的增长空间，按饱和负荷密度经验值1 5 M W 平方公里计算，该区域最终负荷将达到15 9 M W 。 5 1 1 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部分设计 图1 3东石变电站建成后的扬州南部地区供电图 目前，该区域内没有3 5 千伏及以上公用变电站，除华油钢管用户变由3 5 千 伏供电外，其余全部由3 5 千伏瓜洲变1 0 千伏运西线供电。3 5 千伏瓜洲变位于 园区相邻的瓜洲镇境内，配置2 x 1 0 M V A 主变，主要对瓜洲镇供电，2 0 0 7 年瓜洲 变最大负荷已达1 2 M W ，1 0 千伏运西线最大负荷已达6 6 M W ，因此瓜洲变主变 容量和运西线载流量不能满足园区的供电需求。为此，我公司在园区内规划了 1 1 0 千伏东石输变电工程。 3 、本变电站的地理位置 本变电站站址位于扬州市仪扬河以南、扬瓜路以西、沿江高等公路以北、润 扬长江公路大桥北接线以东区域的邗江经济开发区南区( 邗江工业园I I 园) 内， 横二路北侧，纵二路西侧( 均为规划路) ，地属瓜洲镇东石村徐二组。站址处为 农田，地势平坦，视野开阔。站址向西两侧出线较为开阔，四周目前无可见污染 源。进站道路考虑从横二路( 2 4 米宽) 引入，长约2 2 m 。站址天然地坪标高约为 3 9 0 米( 1 9 8 5 国家高程基准，余同) ，据资料，站址内涝水位为4 4 0 米，五十年 一遇洪水位为7 6 3 米，临近规划路标高为4 5 0 米，考虑到站址地区有长江堤防拱 卫，从站址防涝要求出发，结合临近规划路标高，站址标高拟定为4 4 l 米。 站区上水可从横二路引入，雨水及少量污水可接入站址南侧的横二路市政下 6 江苏大学工程硕士学位论文 水系统。 4 、建设规模 根据扬州电网“十一五”规划及区域经济发展情况，本变电站的规模考虑如 下： 主变压器：远景规模3 x 6 3M V A ，本期建设2 x 6 3M V A 主变。 电压等级：1 1 0 2 0 k V 。 出线回路数：11 0 k V 出线远景2 回，本期2 回( 古渡至汊河变支接1 回，古 渡至吕桥变支接1 回) 。 2 0 k V 出线远景2 4 回，本期1 6 回。 5 、主变选型及电压抽头选择 本变电站主变压器选用选用三相双绕组有载调压电力变压器，电压等级为 1 1 0 2 0 k V ，接线组别为Y N y n o + d 1 1 ( 内藏稳定绕组) ，主变压器分抽头选择 1 l O 士8 x 1 2 5 2 1 k V 。 6 、变电站无功平衡及无功补偿 根据国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定( 国家电网生 【2 0 0 4 1 2 0 3 号) 第二十条要求：“变电站应合理配置适当容量的无功补偿装置，并 根据设计计算确定无功补偿装置的容量。3 5 - - - 2 2 0 k V 变电站在主变最大负荷时， 其一次侧功率因数应不低于0 9 5 ；在低谷负荷时功率因数应不高于0 9 5 。 本变电站本期考虑每台主变2 0 k V 母线上安装两组电容器( 6 M v a r + 3 M v a r ) ， 即本期共安装2 x ( 6 M v a r + 3 M v a r ) 电容器，远景再预留两组电容器位置。要求 电容器能够频繁投切。 本期无功平衡计算如表1 1 所示。 表1 1本期变电站内无功平衡计算结果 高峰负荷( M W ，M v a r )高峰负荷( M W ，M v a r ) 2 0 k V 侧负荷有功 3 73 7 2 0 k V 侧功率冈数 0 90 9 2 0 k V 侧负荷无功 1 7 91 7 9 无功补偿投入( 电容电抗+ )0( 6 + 3 ) 主变无功损耗 2 82 4 变电站无功盈( + ) 亏( ) 2 0 71 1 3 1 1 0 k V 侧负荷有功 3 73 7 一次侧功率冈数0 8 7 20 9 5 6 7 1 1 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部分设计 1 4 本文设计的分析过程 本课题要解决的问题是要对原始资料的分析；对电气主接线的设计；对短路 电流的计算；对电气设备的选择；对测量、继电保护及自动装置的配置；重点是 在2 0 k V 出线部分解决l O k V 配电网升压至2 0 k V 的可行性研究及具体方案。 首先，对原始资料的分析，分析建设规模，变电站与系统的连接情况，负荷 情况。对电气主接线设计，要考虑l l O k V 侧主接线，2 0 k V 侧接线。 其次，对短路电流计算，短路计算时间的确定，变压器电抗值计算，调相机 电抗标么值，系统标幺阻抗图，短路计算过程，并根据短路电流计算结果，对电 气设备进行选择：各级电压母线的选择，断路器隔离开关的选择，电流互感器的 选择，电压互感器的选择，避雷器的选择。 再次，对测量、继电保护及自动装置的配置，装置配置的基本原则，综合测 控、继电保护配置。 最后，对于2 0 k V 部分，本文首先对2 0 k V 中压配电网应用状况及发展趋势 进行了解，并对中压配电网l O k V 升压至2 0 k V 进行了效益分析，分析了2 0 k V 配电线路各项要求与2 0 k V 配网网架规划原则，初步制定了东石变供电区域内 l O k V 升2 0 k V 的具体方案，并对2 0 k V 架空配电线路安装施工进行了典型设计。 1 5 本文完成的主要工作 首先对变电站的原始资料进行分析，要考虑它的建设规模，变电站与系统的 连接情况，负荷情况等等。 对变电站进行短路电流计算，短路计算是变电站电气设计的主要计算项目， 它涉及接线方式及设备选择。工程要求系统调度或系统设计部门提供接入变电站 的各级电压的综合阻抗值，再进行计算。根据短路电流计算对电气设备进行选择， 包括对各级电压母线的选择，断路器隔离开关的选择，避雷器的选择。 对于变电站的测量、继电保护及自动装置的配置进行初步设计，变电站中的 电气部分通常被分为一次设备和二次设备。 对于城市中压配电网，本文首先讨论了中性点接地方式的选择。并对l O k V 配电网络升压至2 0 k V 运行运用相关知识进行理论计算，得出经济效益分析，论 证了2 0 k V 电压等级在技术和经济方面的优越性。在l O k V 升至2 0 k V 对配电网的 要求方面，分别就架空线路和电缆线路方面进行了可行性研究。 8 江苏大学工程硕士学位论文 为适应1 l O k V 东石变区域内各发展阶段用电需求，打造坚强、可靠、有充足 电能供应保障的区域2 0 k V 配电网架，通过升压改造，逐步减少区域内现状l O k V 线路，本文根据2 0 k V 配电线路各项要求和扬州市中压配电网的实际情况，分步 设计对2 0 0 9 、2 0 1 0 、2 0 1 1 年规划建设东石变2 0 k V 配电网架升压覆盖方案。本文 还对2 0 k V 架空配电线路安装施工进行了典型设计，探讨了2 0 k V 中压配电网未来 的发展趋势，最后对2 0 k V 配电网推广建设提出了几点建议。 9 1 1 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部分设计 第2 章11 0 k V 东石变电站电气一次部分设计 2 1 电气主接线设计 对于变电站电气主接线来说，变电站的电气主接线是保证电网安全可靠、经 济运行的关键，是电气设备、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 电气主接线的设计原则是：应根据变电站在电力系统的地位和作用，首先应满足 电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模输送电压 等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、 电力设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定，应满足可靠性、灵活 性和经济性的要求。 变电站电气主接线设计是依据变电站的最高电压等级和变电站的性质，选择 出一种与变电站在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电站的电气主接线 是电力系统接线的重要组成部分，它表明变电站内的变压器、各电压等级的线路、 无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电站内各种 电气设备之间的连接方式。一个变电站的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压 侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线 方式也不同。 变电站的电气主接线又称一次接线，它是汇集和分配电能的通路。电气主接 线的选择应充分考虑供电可靠性、运行灵活性、操作简便性，经济性以及便于扩 建等基本条件。典型的电气主接线，大致可分为两大类：有汇流母线的接线形式、 无汇流母线的接线形式。 2 1 1 有汇流母线的接线形式 ( 1 ) 单母线接线 单母线接线包括单母线、单母线加设旁路母线、单母线分段、单母线分段带 旁路母线等几种形式。单母线分段接线如图2 1 。 单母线接线的基本支路是电源( 发电机或变压器) 和引出线( L ) ，引出线支路与 电源支路之间用母线( w B ) 连接。电源支路将电能送至母线，引出线从母线得到 电能，母线起着汇集和分配电能的作用，既可以保证电源并列工作，又能使任一 条出线都可以从电源1 或电源2 获得电能。每一支路装设断路器( Q F ) 和隔离开关 I O 江苏大学工程硕士学位论文 ( Q S ) 。 单母线接线的优点：接线简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便、有利 于扩建。 单母线接线的缺点：可靠性和灵活性差，母线或母线隔离开关检修或故障时 须断开全部电源。 图2 1 单母线分段接线 o u 上、 、o u 厶 I ￥F 图2 2 双母线接线 2 ( 2 ) 双母线接线 双母线接线包括双母线、双母线带旁路母线、双母线分段、双母线分段带旁 路母线等几种形式。双母线接线如图2 2 。 双母线接线的主电路，设有两组母线I 和I I ，两组母线间通过母线联络断路 器( Q F j ) 连接，每一条引出线和电源支路都经一台断路器及其两组母线隔离开关 分别接至两组母线上。 双母线接线的优点：检修任一条母线时不影响正常供电；检修母线隔离开关 时只影响本支路供电；工作母线发生故障后所有支路能迅速恢复供电；特殊需要 时可以用母线联络断路器与系统进行同期并列与解列操作，因此运行调度灵活、 可靠性高。 ( 3 ) 一台半断路器接线 一台半断路器接线又称3 2 接线，如图2 3 所示。 它具有两组母线，每一支路经一台断路器接至一组母线，而两个支路之间有 一台联络断路器，由三台断路器组成一个“串”电路。目前这种接线方式已成为 3 3 0 - - 5 0 0 k V 系统的最常用接线方式。 1 1 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部分设计 一台半断路器接线的优点：具有较高的供电可靠性和运行调度灵活性，任意 一组母线故障或检修均不影响各支路供电；隔离开关只起隔离电压作用，避免用 其进行倒闸操作；一般情况下，一台母线侧断路器故障或拒动，只影响一个支路 工作，只有当联络断路器故障时才需将与其相连的两个支路短时停电；一般将同 名回路接到不同串上，并采用交替布置，可以避免重复故障状态下使接于同一母 线的同名支路一起断开；甚至当两组母线同时故障时功率仍可输送。 一台半断路器接线的缺点：使用的设备较多，特别是断路器和电流互感器， 因而投资较大；二次控制接线和继电保护的配置都比较复杂，更使投资增) J I l ；一 台半断路器接线，至少应有三个“串”才能形成多环接线，使其优点突出，而当只 有两个“串”时，则属于多角形接线，当检修一台断路器时变成开环运行而使其可 靠性降低。 源 2 用电源 图2 3台半断路器接线 图2 4 单元接线 2 1 2 无汇流母线的接线形式 ( 1 ) 单元接线 发电机出口直接经变压器接入升高电压系统的接线，称为发电机变压器组 单元接线：在此基础上，每台主变压器高压侧直接与一条输电线路相连接，单独 送电，发电厂内不设开关站，各台主变压器问没有电气连接，称为发电机变压 器一线路组单元接线，如图2 - 4 所示。此接线在主变压器高压侧装设一台高压断 路器，作为元件保护和线路保护的断开点，也作为同期操作之用。 单元接线的优点：接线简单、开关设备少、占地少、操作简便、发电机和主 1 2 江苏大学工程硕士学位论文 变压器低压侧短路电流有所减小( 因为反馈的电源点少) ，特别是其投资可降到最 低限。 ( 2 ) 桥形接线 当只有两个电源点和两条输电线路时，可采用桥形接线。根据桥形连接断路 器3 Q F 位置的不同，可分为内桥和外桥两种接线。图2 5 为内桥接线，图2 - 6 为 外桥接线。 内桥接线适用于线路较长且故障几率高、容量较小和变压器不需要经常切换 运行方式的装置中，而外桥接线适用于线路较短和变压器需经常切换、且升压站 有穿越功率通过的装置中。 电气主接线代表了发电厂电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要 组成部分，直接影响到运行的可靠性、灵活性，同时对电气元件的选择，配电装 置的布置，继电保护及自动装置等对控制方式的确定都有决定性关系。对电气主 接线的基本要求概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。 图2 - 5 内桥接线图2 - 6 外桥接线 本工程为1 1 0 k V 变电站，规划容量为3 x 6 3 M V A 。本期新建2 台6 3 M V A 的 三相双绕组有载调压电力变压器，电压等级为1 1 0 + 8 x 1 2 5 2 1 k V ，带电压为 1 0 5 k V ，容量为l8 9 M V A 平衡绕组，变压器接线组别为Y N y n o + d l1 。 本变电站1 1 0 k V 远景出线2 回( 古渡汊河支接l 回；古渡吕桥支接l 回) ，本期实施出线2 回。考虑降低工程投资，减少高压侧断路器数量，使线路的 投入和切除方便、操作简单，系统接线清晰。在正常运行方式下，能将断路器打开， 类似于线路变压器组接线，L 1 ，L 2 线路各带1 台主变。当送电线路发生故障时，只 1 1 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部分设计 需断开故障线路的断路器，不影响其它回路正常运行。同时随着主变制造工艺和 质量的迅速提高，现在各厂家生产的主变大都为免维护式。因主变压器运行可靠 性较高，其故障率一般很小，而且主变也不需要经常切换，因此，对于l1 0 k V 终端变 电站，采用内桥主接线方式有利于提高系统供电可靠性。故本变电站l1 0 k V 的主接 线方式采用内桥接线，母联在两台变压器开关的内侧，靠近变压器侧。 比较上述几种接线方式，单母线接线的优点是接线简单清晰、设备少、投资 小、运行操作方便、有利于扩建。本变电站2 0 k V 远景出线2 4 回，本期出线1 6 回，所以本变电站2 0 k V 采用单母线三分段接线( 见附图一1 1 0 k V 东石变一次图) 。 经系统专业计算，远景按每台主变补偿6M v a r 和3 M v a r 电容器装置各1 组， 均接于2 0 k V 母线。本期安装6 M v a r 和3 M v a r 电容器装置各2 组，均接于2 0 k V 母线。电容器设备要求能够频繁投切。 本期1 1 0 k V 变电站的站用变电源容量采用2 1 0 0 k V A ，2 台站用变均接于 2 0 k V 母线。 2 2 短路电流计算 短路电流计算系根据系统规划的11 0 k V 侧系统综合正序阻抗进行计算。 远景短路电流计算阻抗见图2 。7 ，图中阻抗均已归算至基准容量为1 0 0 M V A 的标幺值。1 1 0 k V 侧及2 0 k V 侧按分列运行考虑，不考虑运行检修过程中可能出 线的并列运行接线方式。 ( 1 ) 系统参数的选择( 远景) a ) 2 2 0 k V 古渡变电站1 1 0 k V 母线短路阻抗墨，= O 0 3 2 5 ( 标幺值) ，本文按 古渡变电站1 1 0 k V 母线短路容量两倍计算，母线短路阻抗为以，= 0 0 1 6 2 5 ( 标幺 值) 。 b ) 不考虑2 0 k V 侧向本站供电，本站低压侧为无电源的负荷端。 c ) 不考虑两电源并列对本变电站供电。 ( 2 ) 电路元件的参数计算 a ) 基准值的选取及计算 取基准容量S i = 1 0 0 M V A 基准电压为U ，= 1 1 5 k V 1 4 江苏大学工程硕士学位论文 则基准电流= s ( 旭) = 1 0 0 ( ；1 1 5 ) = 0 5 0 2 k A ( 2 1 ) 基准电压为U i = 2 1 k V 则基准电流= t ( 旭) = 1 0 0 ( ；2 1 ) = 2 7 5 k A ( 2 2 ) b ) 各元件参数标幺值的计算 1 ) 2 2 0 k V 古渡变电站1 1 0 k V 母线短路阻抗X 。Z = 0 0 1 6 2 5 2 ) 根据现场实际勘测的资料，1 1 0 k V 架空线路长度为5 公里，导线型号为 L G J 4 0 0 ( 导线型号的选取见导线选取) 计算1 1 0 k V 线路阻抗Z m = 0 0 0 2 8 2 x5 = 0 0 1 4 1 Q( 2 3 ) 3 ) 变压器阻抗电压为= 1 0 5 其阻抗标幺值为 托= x S J ( I O O S e ) = 1 0 5 x 1 0 0 ( 1 0 0 x 6 3 ) = o 1 6 6 7 ( 2 4 ) ( 3 ) 短路电流计算及结果表( 选择设备用) 接线方式示意图：计算阻抗图： 1 1 0 k V 2 0 k V 5 k ；蚓 V A 0 1 6 2 5 0 1 4 1 1 6 6 7 图2 7 接线方式示意图和计算阻抗图 短路电流计算结果如表2 1 所示，供电气设备选择。 1 5 11 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部分设计 表2 1 短路电流计算结果表 短路点平 短路电流稳态短路 短路电流 短路全 短路 短路点 均工作电周期分量电流有效冲击最大 电流最短路 点编 大有容量 号 位置 压 起始值值值 效值 U ( k V )l ”( k A )I ( k A )i e h ( k A )l c h ( k A )S ( M V A ) l l O k V K 11 1 51 6 5 41 6 5 44 2 1 8 2 5 1 53 2 9 5 母线 2 0 k V K 2 2 11 3 9 61 3 9 63 5 6 02 1 2 25 0 8 母线 注：表中i c h = 2 5 5 I ，I c h = ! 5 2 I ， 2 3 设备选择 根据短路电流计算结果进行主要电气设备选择。本文仅对变电站的设备技术 性能提出要求。 ( 1 ) 电气设备选择的原则与条件 根据江苏省电子污区图( 2 0 0 5 版) 查阅结果，本变电站所在地区的爬电比 距为2 3 c m k V ( 最高电压，下同) ，设备爬电比距按设备选型导则要求均 归为2 5 c m k V 档，因此本变电站户外1 1 0 k V 电气设备的爬电比距定为2 5 c m k V ， 户外6 6 k V 电气设备的爬电比距定为2 5 k V ，户外2 0 k V 电气设备的爬电比距定 为1 2 x 2 5 = 3 0 c m k V ，户外1 2 k V 电气设备的爬电比距定为1 2 x 2 5 “ - 3 0 c m k V ， 按设备选型导则要求均归为3 1 c m k V 档，户内设备的外绝缘爬电比距按 2 0 c m k V ( 最高电压) 考虑。折算成爬电距离，户外设备11 0 k V 不小于3 1 5 0 m m 、 6 6 k V 不小于1813 m m ，2 0 k V 不小于7 4 4 m m 、1 2 k V 不小于7 4 4 m m ，户内2 0 k V 设备不小于4 8 0 m m 。 由于电气设备和载流导体的用途及工作条件各异，因此它们的选择校验项目 和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须 可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 电气设备选择的一般原则为： 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； 应满足安装地点和当地环境条件校核； 应力求技术先进和经济合理； 1 6 江苏大学工程硕士学位论文 同类设备应尽量减少品种； 与整个工程的建设标准协调一致； 选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用 未经正式鉴定的新产品应经上级批准。 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。 绝缘水平：在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接 口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。 由于变压器短路时过载能力很大，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 其额定电流时，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。 ( 2 ) 主变压器选择 主变压器应采用低损耗，低噪声，低局放和高可靠性产品。主变压器容量按 供电区域负荷密度选择，目前该供电区域内用电需求合计约4 3 M W ，但都集中在 园区北端一小块区域内，向南一大片区域尚未开发，因此用电负荷还有很大的增 长空间，预计该区域最终负荷将达到1 5 9 M W 。根据系统专业资料，结合本变电 站的情况，主变压器( 本期建设2 台) 选用6 3 M V A 三相双绕组有载调压电力变 压器，带平衡绕组，容量比1 0 0 1 0 0 3 0 ，接线组别为Y N y n o + d l1 ，电压 比1 1 0 8 x 1 2 5 2 1 k V 1 0 5 k V ，推荐阻抗电压取u k = 1 0 5 ，冷却方式采用自 冷。 ( 3 ) 导线选取 在选择导线时，为了减少投资而减小导线截面会使损耗增大，反之为了减少 损耗而增大截面又会使投资增大。本文根据经济电流密度来选择导线截面。经济 电流密度就是从中找出一个年费用最小的截面。对于不同种类的导体，不同的最 大负荷利用小时数瓦。会有不同的最为恰当的年费用最低的电流密度，称为经济 电流密度。现行的经济电流密度标准见表2 2 。 表2 2 导线经济电流密度( A m m 2 ) 年最大负荷利用时间h 导线材料 5 0 0 0 铝线 I 6 51 1 5O 9 0 铜线 3 O O2 2 51 7 5 1 7 1 1 0 k V 2 0 k V 东石变电站电气部分设计 预计该区域最终负荷将达到1 5 9 M W ，k - 4 5 0 0 h ，选铝线。 导线截面积S：一1590000952：38193m聊2， 4 3 1 1 5 1 1 0 ( 2 5 ) 取4 0 0 r a m 2 。故选取导线型号为L G J 4 0 0 。 导线L G J 4 0 0 载流量I = 8 5 5 A ， 实际最大电流k = 骂等等= 4 3 9 2 3 么， ( 2 6 ) I L 科，所以选取L G J 一4 0 0 导线符合要求。 ( 4 ) 断路器选择 高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电 器设备。本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，即尽可能采用同一型号断路 器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。 选择断路器时应满足以下基本要求： 在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也 应该具有足够的热