220kV變電站短路計(jì)算與主要設(shè)備選擇

1、220kV變電站短路計(jì)算與主要設(shè)備選擇作者姓名（單位名稱，省份城市郵政編碼）摘要：變電站是對電壓進(jìn)行變換以及對電能集中和分配的場所。本文對220kV變電所進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過對原始資料的分析、主接線的選擇及比較、短路電流的計(jì)算、主要電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn)等步驟、最終確定 了 220kV變電站所需的主要主接線、短路計(jì)算數(shù)據(jù)以及主要電氣設(shè)備的型號。關(guān)鍵詞：220kV ;短路計(jì)算；校驗(yàn)；選型；主接線為保證電能的質(zhì)量以及設(shè)備的安全，在變電站中還需進(jìn)行電壓調(diào)整、潮流控制以及數(shù)配電線路和主要電工設(shè)備的保護(hù)。而短路計(jì)算為進(jìn)行上述工作提供數(shù)據(jù)和計(jì)算依據(jù)，在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、

2、可靠地工作，同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。本文對220kv地區(qū)變電站進(jìn)行一次設(shè)計(jì)，進(jìn)行短路計(jì)算和主要設(shè)備的選擇。一、原始資料及電氣主接線的設(shè)計(jì)（1）原始資料該變電所的原始資料如下： 1）變電所類型：220kV變電站；2）電壓等級：220/110/35 kV ;3）負(fù)荷情況：110kV側(cè)：最大負(fù)荷：140MW , cos© =0.8; 35kV側(cè)：最大負(fù)荷，60MW ， cos© =0.8 ； 4）出線回路：220kV側(cè)6回，110kV側(cè)8回，35kV側(cè)8回；5）環(huán)境條件： 最 高溫度40 C，最低溫度-20 C，年平均溫度20 C。（2）電氣主接線的設(shè)

3、計(jì)1）主接線類型及特點(diǎn)單母線接線其優(yōu)點(diǎn)是簡單清晰，設(shè)備少，投資小，運(yùn)行操作方便且有利于擴(kuò)建，但可靠性和靈活性差。因此，不分段的單母接線一般只用在出線6220kV系統(tǒng)中只有一臺發(fā)電機(jī)或一臺主變壓器，且出線回路數(shù)又不多的中、小型發(fā)電廠和變電所。具體適用范圍如下：6 10kV配電裝置，出線回路數(shù)不超過 5 回; 3563kV配電裝置，出線回路數(shù)不超過 3回；110 220kV配電裝置，出線回路數(shù)不超過2回。單母線接線如圖 1所示。n- x丄一一I-圖i單母線接線單母分段接線的優(yōu)點(diǎn)是母線發(fā)生故障，僅故障段母線停止工作， 非故障段母線可繼續(xù)工作，縮小了母線故障的影響范圍；雙回路供電的重要用戶，可將雙回路

4、接在不同分段上，保 證對重要用戶的供電。 單母分段接線的適用范圍：610kV配電裝置，出線回路數(shù)為6回及以上時(shí)，每段所接容量不宜超過25MW ; 3563kV配電裝置，出線回路數(shù)不宜超過8回；110220kV配電裝置，出線回路數(shù)不宜超過4回。單母線分段接線如圖 2所示。WL3 ML 4丄WLh-圖2單母線分段接線 雙母線的接線特點(diǎn)是檢修母線時(shí)電源和出線可繼續(xù)工作, 任一母線隔離開關(guān)時(shí)，只需斷開這一回路；工作母線故障時(shí)，不會中斷對用戶的供電；檢修 所有回路能迅速恢復(fù)工作；在特殊需要時(shí)，可將個(gè)別回路接在備用母線上單獨(dú)完成工作或試驗(yàn);雙母線接線運(yùn)行方式比較靈活，母聯(lián)斷路器可以斷開運(yùn)行，一組母線工作,

5、一組母線備用，此時(shí)運(yùn)行情況相當(dāng)于單母出線需帶電抗器時(shí)；35接線。雙母線的適用范圍：610KV配電裝置，當(dāng)短路電流較大、63KV配電裝置，當(dāng)出線回路數(shù)超過 8回或鏈接的電源較多、負(fù)荷較大時(shí)； 110220KV配 電裝置，出線回路數(shù)為5回及以上或該配電裝置在系統(tǒng)中居重要地位、出線回路數(shù)為4回及以上。雙母線接線如圖 3所示。W12、占A 圖3雙母線接線2)主接線綜合比較選擇本變電站是一個(gè)重要的地區(qū)變電站，220kV側(cè)有6回線路。如果220kV母線故障，將導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)大范圍停電；同時(shí)電廠的功率輸出受到限制，影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。鑒于該變電所的重要性，220kV側(cè)采用可靠性較高的雙母接線。110kV側(cè)

6、有8回出線，回路數(shù)較多，且變電站的主要負(fù)荷在110kV電壓等級。如果110kV母線故障，將使區(qū)域內(nèi)眾多的110kV變電站失去電源，影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。考慮110kV側(cè)采用的雙母接線。35kV側(cè)，單分段母線比單母線，具有更高可靠性和靈活性，可以防止母線故障擴(kuò)大化，分段可以使兩臺變壓器分列運(yùn)行，降低了短路電流。故35kV主接線均采用單母分段接線。二、短路計(jì)算(1)主變壓器的選擇變壓器是變電所中的主要電氣設(shè)備之一，其擔(dān)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(wù)，同時(shí)兼顧電力系統(tǒng)負(fù)荷增長情況。所以必須選擇合理的變壓器。本系統(tǒng)中有110kV和35kV兩個(gè)負(fù)荷等級， 其最大負(fù)荷分別 1

7、40MW,cos $ =0.8 , 60MW cos© =0.8。S=140/0.8+60/0.8=250(MV A)。需要選擇的變壓器容量 S=250*0.7=175(MV A)。選 擇兩臺SFSZ9-180000/220作為主變壓器，互為備用。(2)短路計(jì)算過程圖4短路計(jì)算等值電路系統(tǒng)的簡化等值電路如圖4所示，忽略了負(fù)荷支路及線路的電容、電阻。查閱SFSZ9-180000/220 變壓器的參數(shù)： Uiti%= 13.5%; Ui-川 %= 14.7% ; Uii-川 %= 13.5% ;變 壓器容量比：150/150/75。取基準(zhǔn)容量 Sb = 100MVA，基準(zhǔn)電壓 V b=

8、Vn，計(jì)算得：X4* = X*l+X*c = 0.09 + 0.02= 0.13; X1* = 1/2 (13.5% +22.9 % -7.27%) 150/100=0.0971 ; X2* = 1/2 ( 13.5 % % -22.6% ) 150/100=0.0071 ; X2* = 1/2 ( 7.27 % +22.9 % -13.5% ) 150/100=0.11。接下來計(jì)算短路阻抗：Xjs1* = X4* = 0.12; Xjs2* = 0.12+1/2 ( 0.0971+0.0071 )= 0.172 ;Xjs2 = 0.12+1/2 (0.0971+0.11 )= 0.224。最

9、后計(jì)算短路電流，系統(tǒng)三相短路時(shí)，流過短路點(diǎn)的短路電流最大，所以應(yīng)計(jì)算三相短路時(shí)的電流。220kV 短路電流計(jì)算：Ib= Sb/V3Ub = 100/V3X 230= 0.25KA ; I* ”= I0.2”= I g ” = 1/ Xjs* = 1/0.12=8.33 ; I” I* ”; S”=V3*2.083*230=793.7。同理，可求出110kV短路電流、10kV短路電流，計(jì)算如表1所示。表1短路計(jì)算結(jié)果表短路 占 八、計(jì)算電抗Xjs*穩(wěn)態(tài)短路電流短路 電流 沖擊值ich (kA)短路容量S”(MVA)I g”I g(kA)d10.128.332.085.3793.7d20.1725

10、.8142.927.45582d30.2244.4624.562.55425三、主要電氣設(shè)備的選擇電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備， 其運(yùn)行條件不完全要樣， 選擇方法也不完全相同， 但對它 們的基本要求是相同的。 電氣設(shè)備要能可靠地工作， 必須按正常工作條件進(jìn)行選擇， 并按短 路狀態(tài)來校驗(yàn)其熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。(1)主斷路器的選擇主變斷路器的額定電流按其額定容量或者最大長期負(fù)荷電流選擇，出線斷路器按最大負(fù)荷電流選擇，分段斷路器按一臺主變檢修時(shí)可能最大電流選擇，所選主變各側(cè)的斷路器均能通過主變的額定電流。斷路器選擇應(yīng)滿足的技術(shù)條件：1)電壓Ug < UN 其中Ug = Uew ;2) 電流 Igmax

11、 < IN 其中 Igmax = 1.05IN ; 3)開斷電流(或開斷容量)Id.t < Ikd (Sd.twSkd)其中 Id.t = Ioh, Sd.t= S”；4)動穩(wěn)定 ich < imax ; 5)熱穩(wěn)定 I2*tdz < I2t*t。220kV 和110kV側(cè)斷路器采用SF6斷路器，10kV斷路器采用真空斷路器。 計(jì)算與選型如表 2所示：表2斷路器選型電錚恥110kV10kV*-斷路器型號，LW10B-252PLW21-12靜ZN40-13(2)隔離開關(guān)的選擇選擇隔離開關(guān)應(yīng)滿足技術(shù)條件：1)電壓Ug< UN 其中Ug = Uew ; 2)電流Igma

12、x <IN 其中 Igmax = 1.05IN ; 3) 動穩(wěn)定 ich < imax; 4) 熱穩(wěn)定 I2g*tdz < I2t*t。計(jì)算與選 型如表3所示：表3隔離開關(guān)選型電1等爐220kWllOkVp10kVGWlfi-220(D> QCW4-110(D)GN10-20(D)心(3) 互感器的選擇電流互感器的選擇：220kV級：LCW 220,額定電流比4 X 300/5 ;準(zhǔn)確度級0.5。110kV 級：LCWB4 110,額定電流比 2X 200/5 ;準(zhǔn)確度級 0.5。10kV級：LMZB6 10Q環(huán)氧樹 脂澆注結(jié)構(gòu)的電流互感器。電壓互感器的選擇：1) 620kV配電裝置一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu);在高壓開關(guān)柜中或布置地位狹窄的地方，可采用樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)。2) 35110kV配電裝置一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)電磁式電壓互感器。3) 220kV及以上配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確度等級滿足要求時(shí)，一般采用電容式電壓互感器。四、結(jié)束語變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)， 起著變換和分配電能的作用。在選擇電氣主接線時(shí)， 為了比較各