变电所变压器台数和容量及继电保护方案选择.pdf

第一章 变电所在系统中的地位和作用变电所分为系统枢纽变电所，地区重要变电所和一般变电所三类枢纽变电所汇集多个大电源和大容量联络线， 在系统中处于枢纽位置， 高压侧交换系统间巨大功率潮流， 并向中间侧输送大量电能 全所停电后， 将使系统稳定破坏，造成大面积停电地区重要变电所位于地区网络的枢纽点上，高压侧以交换或接受功率为主，供电给地区的中压侧和附近的低压侧负荷全所停电后，将引起地区电网瓦解，影响整个地区供电一般变电所多为终端变电所或分支变电所， 降压供电给附近用户或一个企业，全所停电后，只影响附近用户或一个企业供电由以上分析易得原始资料的变电所属于一般变电所且为终端变电所， 为其附近的用户或企业进行供电第二章 变电所主变压器的选择第一节 变电所站主变压器容量、台数的选择变电站主变压器的容量一般按变电站建成后 5~10 年的规划负荷考虑，并应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷 Smax 的 60%-70%（ 35kV-110kV变电站为 60%， 220-500kV 变电站为 70%） 或全部重要负荷 （当Ⅰ、Ⅱ类负荷超出上述比例时）选择按照上述原则计算所需要变压器容量后，取其中最大值，并选择与之接近的国家标准容量系列的变压器。

目前我国采用的变压器容量系列是国际通用的R10 容量系列，它是按 1.26 的倍数增加的当选择容量较计算结果偏小时，需进行过负荷校验，若不满足，则将变压器容量升高一级 10kV 电压等级的变压器，单台容量不宜大于 1600kVA变压器的负荷率一般取 70%-85%本次设计的变电站 10kV最大负荷 P是 21MW,重要负荷率为 75%,则最大负荷为： maxS = COSP = MVA333..239.021MVASSN 5.17333.2375.075.0 max在这次变电站设计中 , 可以采用一台或两台主变压器，下面对单台变压器和两台变压器进行比较：表 1.1 变压器比较表比 较 单台变压器 两台变压器技术指标供电安全比 满足要求 满足要求供电可靠性 基本满足要求 满足要求供电质量 电压损耗略大 电压损耗略小灵活方便性 灵活性差 灵活性好扩建适用性 稍差 好为了保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器综合上述原则和计算结果， 此变电站可选用两台容量为 20000kVA的变压器第二节 主变压器型式的选择一、相数的确定在不受运输条件（如桥梁负重、隧道尺寸等）限制时， 330kv 及以下的发电厂和变电站中， 均选用三相芯式变压器。

因为一台三相芯式变压器较同容量的三相组式变压器的三台单相变压器投资小、 占地少、 损耗少， 同时配电装置结构较简单，运行维护较方便因此该变电所主变压器为三相芯式变压器二、绕组数的确定只有一种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂， 以及只有两种电压的变电站，采用双绕组变压器该变电站只有 110kv 和 10kv 两种电压等级，因此可选用双绕组变压器三、绕组接线组别确定电力系统采用的绕组连接方式有星形和三角形两种 我国电力变压器的三相绕组所采用的连接方式为： 110kv 及以上电压侧均为“ YN” ，即星形有中性点引出并直接接地； 35kv 作为高、中压侧时都采用“ Y” ，其中性点不接地或经消弧线圈接地，作为低压侧时可能用“ y”或“ d” ； 35kv 以下电压侧（不含 0.4kv 及以下）一般为三角形方式根据上述原则此变压器接线组别为“ YNd11”四、调压方式的确定变压器电压调整的方式有两种： 一是无励磁调压， 其分接头较少， 调压范围是在± 2× 2.5%以内；二是有载调压其分接头较多，调压范围可达 30%,但结构复杂， 价格贵 对于 110kv 及以下的变压器， 宜考虑至少有一级电压采用有载调压。

综上考虑， 并查表 （ 《电气工程基础》 冯建勤 冯巧玲， 中国电力出版社， 2010年 2 月第一版，第 338 页，表Ⅲ -5）选择 SFZ10-20000/110型变压器主变压器的选择型号及参数如下表所示：表 2-1 变压器选择结果及参数型 号额定容量（ KVA）额定电压联结组号空载损耗（ Kw）短路损耗(kW) 空载电流（ %）短路阻抗（ %）高压侧（ kV）低压侧（ kV）SFZ10-20000/110 20000 110± 8× 1.25% 10.5 YNd11 21.0 88.4 1.0 10.5 第三章 电气主接线设计和设备配置第一节 电气主接线的设计一、主接线设计的基本要求发电厂、 变电站的电气主接线设计是一各综合性问题 根据有关规定： 变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位， 变电站的规划容量， 负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求一）可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作， 以保证对用户不间断的供电， 衡量可靠性的客观标准是运行实践 主接线的可靠性是由其组成元件 （包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。

因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响， 还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响 同时，可靠性并不是绝对的而是相对的， 一种主接线对某些变电站是可靠的， 而对另一些变电站则可能不是可靠的评价主接线可靠性的标志如下：①断路器检修时是否影响供电；②线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；③变电站全部停电的可能性 二 ) 灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：①调度灵活，操作方便可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求②检修安全 可方便的停运断路器、 母线及其继电器保护设备， 进行安全检修，且不影响对用户的供电③扩建方便 随着电力事业的发展， 往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线， 使在扩建时， 无论一次和二次设备改造量最小三）经济性可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求， 它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。

①投资省主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、 保护方式不过于复杂， 以利于运行并节约二次设备和电缆投资； 要适当限制短路电流， 以便选择价格合理的电器设备； 在终端或分支变电站中， 应推广采用直降式（ 110/6 ～ 10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器②年运行费小 年运行费包括电能损耗费、 折旧费以及大修费、 日常小修维护费其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失③占地面积小 电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件， 以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器四）安全性安全性保护设备安全和人身安全 要满足这一点， 必须按照国家标准和规范的规定，正确选择电气设备及正常情况下的监视系统和故障情况下的保护系统，考虑各种人身安全的技术措施第二节 电气主接线基本形式及其适用范围一、单母分段接线图 3-1 单母分段接线优点①用断路器把母线分段后， 对重要用户可以从不同段引出两条回路， 有两个电源供电；②当一段母线发生故障， 分段断路器会自动将故障段切除， 保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：①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停电检修②当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；③扩建时需向两个方向均衡扩建适用范围：① 6～ 10KV配电装置出线回路数为 6 回及以上时；② 35～ 63KV配电装置出线回路数为 4～ 8 回时；③ 10～ 220KV配电装置出线回路数为 3～ 4 回时二、线路变压器组图 3-2 线路变压器组优点：接线简单清晰、设备少、操作方便，配电装置结构简单，占地少，投资少缺点： 不够灵活可靠， 任意元件的故障或检修， 均会影响其他元件的正常工作，从而使整个配电装置停电适用范围：主变压器台数较少，出线回路较少三、桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时， 可采用桥形接线， 分为内桥与外桥形两种接线图 3-3 桥型接法（ a） 内桥 （ b） 外桥（一） 内桥形接线优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器缺点：①变压器的切除和投入较复杂， 需动作两台断路器， 影响一回线路的暂时停运②桥连断路器检修时，两个回路需解列运行③出线断路器检修时， 线路需较长时期停运 为避免此缺点， 可加装正常断开运行的跨条， 为了轮流停电检修任何一组隔离开关， 在跨条上须加装两组隔离开关。

桥连断路器检修时，也可利用此跨条适用范围： 适用于较小容量的发电厂、 变电所， 并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高情况二）外桥形接线优点：同内桥形接线缺点：①线路的切除和投入较复杂， 需动作两台断路器， 并有一台变压器暂时停运②桥连断路器检修时，两个回路需解列运行③变压器侧断路器检修时， 变压器需较长时间停运 为避免此缺点， 可加装正常断开运行的跨条，桥连断路器检修时，也可利用此跨条适用范围： 适用于较小容量的发电厂、 变电所， 并且变压器切换或线路短时，故障率较少情况此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线根据 35kV-110kV 变电站设计规范 GB 50059-2011 第 3.2 节关于电气主接线的设计规范要求变电站的主接线应根据变电站在电网中的地位、 出线回路数、 设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约资源和便于扩建等要求， 同时变电站在满足供电规则的条件下， 宜减少电压等级和简化接线 同时在满足变电站运行要求前提下， 变电站高压侧宜采用断路器较少或不设断路器的接线综合上述各主接线的特点与适用场合以及关于变电站主接线的规范， 现将各主接线进行在灵活性、经济性以及可靠性等方面进行对比，对比结果如表 3-1所示，表 3-1 各主接线性能比较表性能名称单母分段接线 线路变压器组 桥形接线灵活性 较好 较好 一般可靠性 差 差 一般经济性5 个断路器接线简单、经济2 个断路器接线简单、造价低低3 个断路器使用电器少、布置简单根据以上分析结果，该变电站只有两台变压器，对于 110kv，其有两回输电线路， 考虑到桥形接线布置简单， 造价低， 因此可采用其进行 110kV 侧的主接线设计。

对于 10kv， 考虑其经济性能与供电可靠安全性， 宜采用单母分段接线形式电气主接线中设备配置第三节 电气主接线中的设备配置一、隔离开关的配置1、接在发电机、变压器引出线和变压器中性点上的避雷器可不装设隔离开关2、接在 220KV及以下母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关3、断路器的两侧均应装设隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源4、中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关二 接地开关的配置1 为保证电气设备和母线的检修安全， 35KV及以上每段母线根据长度宜装设1~2 组接地开关或接地器 母线的接地开关宜装设在母线电压互感器和母联隔离开关上，也可装于其他回路母线隔离开关的基座上2、 66KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关靠断路器侧和线路隔离开关的线路侧宜配置接地开关 双母线接线两组隔离开关的断路器侧可共用一组接地开关3、 66KV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设 1 组接地开关4、 旁路母线一般装设一组接地开关， 设在旁路回路隔离开关的旁路母线侧三 电压互感器的配置1、电压互。