摘要：本设计主要针对220kV双边供电的牵引变电所进行一次部分设计和研究，主要的工作是对牵引变电所一次主接线设计和电气设备选型。其中主接线设计主要包括主接线方案设计和选择，必须符合电气主接线的基本要求和基本设计原则。电气设备选型包括主变压器的选择，短路电流的计算，绝缘设备的检验主要是关于电气设备的动稳定、热稳定性、开关设备的选型和校验，以及对室内外母线，各个支持绝缘子和穿墙套管，电压、电流互感的选型和校验，最后是避雷器的选择，防雷接地。
关键词：主接线， 短路电流， 设备选型， 防雷接地
Abstract: This design is mainly aimed at the traction substation of 220kV bilateral power supply a part design and research, the main job of traction substation is a main connection design and electrical equipment selection. Among them main connection design includes the Lord wiring scheme design and choice, must comply with the main electrical wiring basic requirements and basic design principles. Electrical equipment selection includes the choice of main transformer, the calculation of short-circuit current, insulation equipment inspection is mainly about electrical equipment dynamic stability, heat stability, switch equipment selection and calibration, and for indoor and outdoor bus, each support insulator and wear wall bushing, voltage, current mutual-inductance of the selection and calibration, finally is the choice and calibration arresters. arresters lightningproof grounding.
Keywords: Lord wiring, short-circuit current
equipment selection, lightningproof grounding
1 前言
1.1 课题研究背景
牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电变成适合电力机车使用的电能。而电气主接线是反映牵引变电所的主要电气设备以及这些设备的规格、型号、技术参数以及在电气上是如何连接的。通过电气主接线可以了解牵引变电所的规模大小，设备情况等。
1.2 电气化铁路国内外的现状
客运高速、提速或货运重载都离不开牵引动力的现代化，欧美大多数发达国家从20世纪五、六十年代开始着手铁路牵引动力现代化得建设。在15至20年间都先后完成了牵引动力现代化的过程。美国、加拿大基本都采用内燃牵引，欧洲、日本、印度等多以电力牵引为主。
到了20世纪80年代以后，由于新型半导体技术的发展出现了交流传动电力机车和内燃机车，由于机车的牵引功率加大，使机车数量逐渐减少。牵引变电技术得到显著发展和提高。
据不完全统计，目前世界上129个国家拥有铁路118万公里，电气化总计25万公里，分布在66个国家和地区，均电化率23%。其中最大的一些路网有：美国23万朵公里，加拿大7.3万多公里，俄罗斯8.6万多公里，中国近8万公里，印度6万多公里。
变电所是对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。在电能作为社会生产和生活中最为重要的能源和动力的今天，变电所的作用是很重要的。当前我国进行的输变电建设和城乡电网建设与改造，对未来电力工业的发展有重要的作用。因此为长远计，产品技术要先进，产品质量要过硬，应达到30~40年后也能适用的水平，而且产品要国产化。现阶段我国主要是常规变电所，常规变电所即采用传统模式进行设计、建造和管理的变电所，一般为有人值班或驻所值班，有稳定的值班队伍。我国的近期目标是既要充分利用原有设备，又要满足安全经济运行的要求。国外的变电所研究几经远远超过我国，他们在变电所的运行管理模式上，已经做到无人值守。
1.3 设计目的
培养学生综合运用所学理论和技能解决实际问题的能力；学习专业工程设计的方法，进行设计技能、设计方法的初步训练，进行科学研究方法的初步训练，发挥学生的创造性，培养学生的分析问题和解决问题的能力。熟练掌握AutoCAD、WORD等软件的使用，培养系统工程分析和设计能力。
1.4 工作要求
1)变电站一次接线的设计。包括电气主接线方式的选择，变压器容量计算及选型，短路电流的计算。
2)设备选型。通过短路计算所得到的结果进行计算选择设备和设备校验。包括电压、电流互感器；母线；断路器、隔离开关；避雷器；支柱绝缘子等
3)书面翻译与外文字资料
2 总体方案设计
2.1 牵引变电所概述
牵引变电所的电气主接线是指牵引变电所内一次主设备的联接方式，也是变电所接受电能、变压和分配电能的通路。它反映了牵引变电所的基本结构和功能。为了简单明了，在主接线图中通常用单线表示三相电路。
牵引变电所的电气主接线，是指由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。用规定的设备文字符号和图形代表上述电气设备、导线，并根据他们的作用和运行操作顺序，按一定要求连接的单线或三线结线图，称为电气主接线图。它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反映各设备的连接方式和各电气回路的相互关系，从而构成变电所电气部分主系统。电气主接线反映了牵引变电所的基本结构和功能。在运行中，它能表明与高压电网连接方式、电能输送和分配的关系以及变电所一次设备的运行方式，成为实际运行操作的依据；在设计中，主接线的确定对变电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择等都有重大影响。此外，电气主接线对牵引供电系统运行的可靠性、电能质量、运行灵活性和经济性起着决定性作用。此外，电气主接线及其组成的电气设备，是牵引变电所的主体部分。
2.2 电气主接线图设计前的思考
首先要了解变电所在系统中的地位与作用和变电所的类型：变电所在系统中的地位与作用是指该发电厂或变电所在电力系统中的重要程度。变电所的类型是枢纽变电所、地区变电所还是用户变电所，是中间变电所还终端变电所。一般的变电所为降压变电所。
其次了解主变压器的主要技术数据、明确各个电压等级的主接线基本形式以及开关设备的配置情况：变电所有二或三个电压等级。对变电所来说，主变高压侧的进线是电源，所以要先要设计高压侧的主接基本形式：是单母线还是双母线，是不分段还是分段，带不带旁路母线。如有中压再看中压侧，最后看低压侧的。对断路器的设计：与电源有联系的各侧都应配置断路器，否则发生故障时，无法迅速切除。
最后互感器的配置情况、避雷器的配置情况。并综合考虑都方面的配合是否满足可靠性、灵活性、经济性三个基本的要求。
2.3 电气主接线基本要求
电气主接线应满足的基本要求有可靠性、灵活性、经济性。
1.可靠性
可靠性是电力生产的首要任务，保证供电可靠性是电气主接线最基本的要求。停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更加严重，在经济发达地区，故障停电的经济损失是实时电价的数十乃至数百倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和社会影响更是难以估计。因此主接线的接线形式必须保证供电可靠性。
电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂和变电所来说是可靠的，而对另一些发电厂和变电所则不一定满足可靠性要求。所以在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电所在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。
2.灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面：
1)操作的方便性。电气主接线应该在服从可靠性的基本前提下，接线简单，操作方便，尽可能的操作步骤少，以便于运行人员掌握。
2)调度的方便性。电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方便地改变运行方式。并且在发生事故时，要尽快的切除故障点，使停电时间最短，影响范围最小。
3)扩建的方便性。对将来要扩建的发电厂和变电站，电气主接线一定要满足扩建的方便性。
3.经济性
在设计主接线时，主要矛盾就在可靠性和经济性之间。因为可靠性越高对设备的要求越高，则投资越大。通常设计应该满足可靠性和经济性的前提下做到经济合理
经济性主要从以前几个方面考虑：
1)节省一次投资。主接线应简单清晰，节省开关电器数量，选用廉价电器或轻型电器。
2)占地面积少。
3)电能损耗少。 在发电厂变或变电站中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择电压器的型号、容量和台数。
2.4 电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤
在电气主结线的设计中，应遵循的主要原则与步骤：
1)应以批准的设计任务书为依据，以国家经济建设的方针和有关的技术、技术规范和规程为准则，结合工程具体特点和实际调查掌握的各种基础资料，进
行综合分析和方案研究。
2)主接线设计与整个牵引供电系统供电方案、电力系统对电力牵引供电方案密切相关，包括牵引网供电方式、变电所布点、主变压器接线方式和容量、牵引网电压水平及补偿措施、无功、谐波的综合补偿措施以及直流牵引系统电压等级选择等重大综合技术问题，应通过供电系统计算进行全面的综合技术经济比较，确定牵引变电所的主要技术参数和各种技术要求。
3)根据供电系统计算结果提供的上述各种技术参数和有关资料，结合牵引变电所高压进线及其与系统联系、进线继电保护方式、自动装置与监控二次系统类型、自用电系统，以及电气化铁路当前运量和发展规划远景等因素，并全面考虑对主结线的基本要求，做出综合分析和方案比较，以期设计合理的电气主结线。
4)新技术的应用对牵引变电所主结线结构和可靠性等方面，将产生直接影响。
2.5 变电所设计步骤
了解牵引变电所的基本知识→选择牵引变电所电气主结线→进行短路计算→根据设备工作的正常条件对设备进行初步选择→根据设备工作的异常条件对设备进行校验→在完成高压设备的选择设计后，进行配电装置的设计，绘出平面布置图和断面图→完成配电装置的设计后，进行防雷系统的设计→完成一次系统的设计。
2.6 设备选择步骤
对于具体的高压设备来说，设计可归纳为：选择、校验→如果校验通过，则选择合格，否则重新选择，再校验→对于设备的选择依据通常是设备工作的正常条件→对于设备的校验依据通常是设备工作的异常条件→针对设备校验，主要从发热和受力两个方面考虑。
2.7 主接线接线方式选择
根据资料，拟定两种接线方式。本变电站只有两个电压等级，220kV和27.5kV，并且考虑到供电的可靠性，拟定以下两种方案：
方案一:双母线接线
双母线接线有两组母线，可以互为备用，每一电源和出线的回路都装有一台断路器，有两组母线隔离开关。接线特点如下：
1)供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障时，能迅速恢复供电。检修任一回路的母线隔离开关时，
只需断开此隔离所属的一条支路和与此隔离开关相连的改组母线，其他电路均可通过另一母线正常工作。
2)调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意工作到某一母线上，能灵活的适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
3)扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合工作，在施工过程中也不会造成原有回路停电。
双母线接线图2.1所示：
图2.1 双母线接线图
方案二：双母线分段接线
为了进一步提高供电可靠性，可以选用双母线分段接线。当一段工作母线发生故障后，在继电保护的作用下分段断路器先自行跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的短路器断开，该段母线所连的出线回路断电，随后将故障母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上即可恢复供电 。其接线除了具备双母线接线的供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点外，供电可靠性得到大幅提高。
双母线分段接线方式如图2.2所示：
图2.2 双母线分段接线图
方案比较：方案二比方案一增加了断路器和隔离开关，投资有所增加，但是方案二不仅具有方案一接线方式的各种优点并且在任何时候都有备用母线，具有较高的可靠性和灵活性。所以本变电所选用方案二，采用双母线分段的接线方式。
2.8 AT供电方式简介
在此牵引变电所中设置两台主变压器，正常时一台工作一台备用，当电源失压或主变压器故障时，在主用断路器跳闸后，有备用电源自动投入装置是备用的线路—变压器组投入与工作，从而可保证不间断的供电，因主变压器二次侧采用对称的55kV，故每相所使用的断路器、隔离开关均为双极联动，并采用并联电容补偿装置跨接于每相的两条线上。
牵引变电所馈线侧采用复线区段馈线断路器100％备用，且无馈线备用的接线方式，这种接线方便于工作，当工作断路器需检修时，可有各自的备用断路器来代替其工作 ，断路器的转换操作较方便，供电可靠性高。
AT供电方式馈电线有接触网（T）正馈线（F）两根线，断路器和隔离开关均为双线；另有中线馈出，不设断路器和隔离开关。当牵引变压器副边线圈无中点抽头时，在变电所内还应另设自耦变压器。一般将自耦变压器设在馈电线外侧，当相邻变电所越区供电时，可作为末端的自耦变压器使用。双线铁路一般为四回馈电线，每两回同相馈电线设一组备用断路器。
3. 变压器选择
电力变压器是发电厂和变电站的重要元件之一，是电能转换的主要形式，主变压器的容量、台数将直接影响系统主接线的形式和配电装置的结构。
3.1主变压器的选择原则
在进行变压器选型时，一般要考虑所设计的变电的远期规划、电压等级、负荷性质等方面考虑，具体有如下几个方面的原则：
1)主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。
2) 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一主变停运时，其他变电器容量应能保证全部负荷的70％-80％。
3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不容太多，应从全网出发，推行系统化，标准化。
4)为保证供电的可靠性，变电所一般装设两台主变压器，有条件的应考虑装设三台主变压器的可能性。
5) 在330kV及以上的电力系统中，一般采用三相变压器，可以节省占地面积，减少投资，减少电能损耗。
6)变电所一般应优先考虑采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备较相应的两台双绕组变压器要少得多。
3.2 变压器容量计算
因为本变电所是牵引变电所，采用V-V接线，根据中华人民共和国铁道行业标准TB/T 1651－1996 牵引变电所变压器容量的计算条件和方法有如下计算公式：
重负荷臂有： （kVA） 3-1
轻负荷臂有： （kVA） 3-2
其中是牵引变电所的额定电压，=27.5kV
是重负荷臂有效电流， =400A
是轻负荷臂有效电流， =350A
是重负荷臂变压器容量
是轻负荷臂变压器容量
故有：
3.3 电气铁道化中远期运量估计
为了满足长远发展，牵引变电所要留一定余量,预计中期牵引负荷增长为30%。
变压器容量确定，根据中华人民共和国铁道行业标准TB/T 3159-2007，电气化铁路牵引变压器技术条件：
重负荷臂选取的变压器容量为：
轻负荷臂选取的变压器容量为：
3.4 变压器形式的选择
3.4.1 相数的选择
主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素，结合本变电站实际，考虑到此变电所是一个降压变电所，由220/27.5kV,只有两个电压等级，所以选择单相变压器。
3.4.2 绕组的选择
方案一：选择双绕组变压器
适应范围：
1)对深入引进至负荷中心，具有直接从高压降为低压供电条件的变电所。为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。
2)当两种升高电压的负荷相差很大，如某个绕组的传送功率小于该变压器额定容量的15％，而使绕组未能充分利用时，采用双绕组较合理。
3)为减少变压器台数，并变压器低压侧短路电流，可采用低压绕组变压器。
方案二：选择三绕组变压器
适用范围：
1)在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15％以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。
2)联络变压器一般应采用三绕组变压器，其低压绕组可接无功补偿装置。
通过以上两种绕组方式适应范围的比较，同时，待建变电站有虽然只有220kV和27.5kV两种电压等级，但是27.5kV侧有两条出线分别连到两条母线上面，高压侧以交换或接受系统电能为主，中、低压侧则以向近区或用户供电为主，本变电所，27.5kV为变电所自用电，虽然三绕组变压器更具有经济性，但是考虑本变电站只有两个电压等级。在本设计中220kV的进线过后经变压器转换成27.5kV，然后再分别送入同一电压等级的两条母线上。故有以上两种绕组都可以选择，然而综上，本设计选择双绕组变压器。
3.4.3 用普通型还是自耦型
根据《电力工程电气设计手册》规定：“在220kV及以上的变电所中，宜优先采用自耦变压器”。
因为自耦变压器与同容量的普通型变压器相比较，具有以下优点：A、消耗材料少、等价低、有功、无功损耗小、较率高。B、高中压线圈的自耦联系，阻抗小，对改善系统稳定性有一定作用。C、还可扩大变压器极造容量，便利运输和安装。另外，在大型的电力系统和降压变电站中，由于普通的三绕组变压器主要应用在中压侧的中性点具有不接地方式，而待建变电站中压侧的中性点采用直接接地的方式，耦变压器的高、中压绕组构成直接的电气联系，因此，自耦变压器更适合在中压侧为110KV及以上电压中性点直接接地系统中。此外，同一电压等级的自耦变压器比相同容量和变比的普通三绕组变压器在价格上要便宜。综上所述，本次设计变电所采用双绕组自耦变压器，根据容量查相关的设备手册先得：
变压器型号为：D-QY-31500/220
主要技术数据：
| 型号 | 额定容量 | 额定电压（kV） | 空载电流 | 空载损耗 | 负荷损耗 | |
| 高压 | 低压 | |||||
| D-QY-31500/220 | 31500 | 27.5-35 | 1.085 | 53.85 | 138.35 65.26 | |
4 短路电流计算
短路电流计算在变电所的电气设计中,是其中一个重要环节,计算短路电流是合理选取各种电气设备的前提条件,并将决定是否采用短路电流的措施,计算短路电流,应在最大运行方式下计算,并省略不重要的部分(如系统中的电阻,电容元件,变压器的励磁电流等)且系统正常工作时,三相对称故障时频率不变.
4.1 做出系统的简化等值电路图
通过对系统电路图的分析，并根据做等值电路的方法，省略一些不重要的部分，做出体统等值电路图，如图4.1所示：
图4.1 系统等值电路图
为了更加便捷的将系统等值电路进行简化，将系统等值电路图进行变形，变形后的系统等值电路图如图4.2所示：
图4.2 系统等值电路图变形
因为两条进线都是从220KV侧的进线，所以两个220KV变压器绕组相当于并联，可以合并在一起；27.5KV侧的电缆从统一电压等级连到同一母线上，所以相当于两个绕组并联，可以合并在一起。所以将等值电路进一步简化，简化后的等值电路图如图4.3所示：
图4.3 简化后系统等值电路图
关于短路计算：考虑简化计算，电网电源容量按无限大考虑。计算中，取系统最大运行方式下综合电抗。冲击系数按表4.1选取：
表4.1 冲击系数选取
| 电压等级 | 220kV | 27.5kV |
| 1.80 | 1.70 |
在牵引变电所中，一般线路阻抗的阻抗系数为0.4 ，线路长度一般为20km到30km,在本设计中取线路长度为25km.
选取
则有： r=0.4
线路阻抗标幺值为：
r*=
最大运行方式下的综合电抗标么值为：
因为电网电源为有限大容量，故；
则在近似计算短路电流时：
4.3 220KV侧短路电流计算
短路电流标幺值
基准电流
短路电流
短路电路最大有效值
=1.5 =2.79kA
冲击电流：
4.4 27.5KV侧短路电流计算
4.4.1 在11000KVA侧
变压器电抗标幺值
短路电流标幺值：
基准电流：
次暂态短路电流
短路电流最大有效值
冲击电流
4.4.2 在10000KVA侧
变压器电抗标幺值:
短路电流标幺值:
基准电流:
短路电流
短路电流最大有效值
冲击电流
4.5短路电流计算结果
通过以上计算短路电流计算结果如表4.2所示：
表4.2 短路电流计算结果
| 电压 | 220kV | 27.5kV | |
| 11000kVA | 10000kVA | ||
| 短路电流标幺值 | 7.14 | 0.95 | 0.84 |
| 基准电流(kA) | 0.26 | 3．294 | 3.294 |
| 次暂态短路电流(kA) | 1.86 | 3.13 | 2.768 |
| 最大电流有效值(kA) | 2.79 | 4.70 | 4.15 |
| 冲击电流(kA) | 4．73 | 7.97 | 10.56 |
5.1 开关设备选型及稳定性校验方法
根据以上计算结果，进行220kV，27.5kV，侧所有断路器器以及隔离开关的选型和动稳定、热稳定校验。
开关电器的选择与校验按表5.1进行：
表5.1 开关电器的选择与校验表
| 选择项目 | 校验项目 | ||||
| 额定电压 | 额定电流 | 开断电流 | 动稳定 | 热稳定 | |
| 断路器 | ≧ | ≧ | ≧ | ≧ | ≧ |
| 隔离开关 | ≧ | ≧ | —— | ≧ | ≧ |
，，—分别为开关电器工作点的线路额定电压，最大负荷电流和三相短路电流稳态值；
， ，—分别为开关电器的动稳定电流峰值，热稳定电流及试验时间；
—假想时间， （S）；
—继电保护整定时间 （S）；
—断路器动作时间 （S）；
0.05—考虑短路电流非周期分量热影响的等效时间。
根据继电保护原则，每种保护都有一个发生故障到切除故障点的一个动作时间.
各级继电器保护时间配合按表5.2选取：
表5.2 继电保护时间配合
| 计算点 | 1 | 2 |
| (S) | 1.50 | 1.00 |
| (S) | 1.56 | 1.06 |
5.2 断路器的选型及校验
对于开断电路中的高压断路器，首先应按使用地点环境，负荷种类及使用技术条件选择断路器的类型和型号，即户内和户外式，以及灭弧介质的种类。对于交流牵引负荷侧，由于故障频繁，从减少运行维修工作量考虑，普遍采用真空断路器。
5.2.1 在220kV侧，容量为11000kVA
最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑：
5-1
已知：
S
则=
选用SW-220型号的少油断路器，其参数如表5.3所示
表5.3 SW-220型号的少油断路器参数
| 型号 | 额定电压 | 最高电压 | 额定电流 | 开断电流 | 动稳定电流 | 热稳定电流 | 无流时间 |
| SW-220 | 220 | 252 | 1250 | 31.5 | 80 | 31.5 | 0.3 |
校验
经过校验，SW-220型号的少油断路器在220kV侧可以使用。
5.2.2 220KV侧，容量为10000KVA
最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑：
已知：U
则：
选择SW-220G型号的少油断路器，满足
校验：
成立 5-3
所以SW-220型号的少油断路器在220kV侧可以使用。
5.2.3 27.5kV 侧断路器的选择与校验
在进行计算时选取较大负荷，所以
已知：
所以
则：
选用型号的真空断路器
满足：
校验
5-4
所以型号的真空断路器在27.5kV侧可以使用。
5.3 隔离开关的选择
5.3.1 220kV侧隔离开关选择及校验
选用型号用手动刀闸的高压隔离开关。
满足
校验：
成立 5-5
所以型号用手动刀闸的高压隔离开关在220kV侧可以使用。
220kV侧隔离开关的参数如图5.4所示：
表5.4 220kV侧隔离开关参数
| 型号 | 额定电压（KV） | 额定电流 | 动稳定电流峰值 | 热稳定电流峰值 | 主刀闸 | 接地刀闸 |
| 220 | 630 | 50 | 20 | CS14G | CS14G |
根据计算所得到的短路电流，选取型号，用CS-11手动机构的高压隔离开关。其参数如表5.5：
表5.5 27.5kV侧隔离开关参数
| 型号 | 额定电压 | 额定电流 | 热稳定电流 | 动稳定电流 | 所用刀闸 |
27.5 | 630 | 20 | 50 | CS-11型手动机构 | |
| 1250 | 31.5 | 80 |
成立 5-6
所用型号用CS-11手动机构的高压隔离开关在27.5kV侧可以使用。
5.4 电压互感器、电流互感器选型及校验
本设计完成220kV侧仪用电压、电流互感器选择与校验，在进行互感器的选取时，其选择与校验的方法如表5.6所示：
表5.6 电流、电压互感器选择与校验
| 选择 | 校验 | |||
| 电压 | 电流 | 热稳定 | 动稳定 | |
| 电流互感器 | ≧ | ≧ | ≦ | |
| 电压互感器 | ≦≦ | -- | -- | |
－电流互感器动稳定倍数；
－工作点线路额定电压。
分别为电流互感器一次额定电流、电压
5.4.1 电流互感器的选取
5.4.1.1 220 kV侧电流互感器的选取
（1）最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑
在选取电流互感器时，只要满足即可
初步选取型号户外式电流互感器，其额定电压为220kV，其额定电流比为，电流互感器热稳定倍数，动稳定倍数（电力工程电气设备手册484页）
（2）短路热稳定性校验
由上面的计算得知：< 5-7
所以型号户外式电流互感器的热稳定性满足要求。
（3）短路动稳定性校验
通过计算得出：> 5-8
所以型号户外式电流互感器的动稳定性满足要求。
5.4.1.2 27.5kV侧电流互感器的选取
（1）最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑
在短路计算中已知，
选取电流互感器需满足：
初步选取型号的户外式电流互感器，其额定电压为35kA，
额定电流比为：，1S热稳定倍数，动稳定倍数
（2）短路热稳定性校验
经计算< 5-9
所以型号的户外式电流互感器热稳定性满足要求。
（3）短路动稳定性校验
经计算 >
所以型号的户外式电流互感器动稳定性满足要求。
5.4.2 电压互感器的选取
5.4.2.1 220KV侧电压互感器的选取
选用型号的电容式电压互感器，其中0.0075为额定电容值。额定电压
所以满足条件
由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。
5.4.2.2 27.5KV侧电压互感器的选取
选用型号的电压互感器，额定电压
所以,满足条件
由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，所以电压互感器不需要校验短路的稳定性。
5.5 室内、室外母线选型及校验
5.5.1 室内、室外母线计算概述
220kV进线侧为软母线。软母线进行选型，热稳定校验（无需进行动稳定校验）。
计算方法：按导线长期发热允许电流选择导线。
温度修正系数k由下式求得：
5-10
式中：—运行的允许温度，对室外有日照时取80℃，室内取70℃；
t —实际环境温度℃，本设计取
故在室外有日照时k=1，在室内时k=1。
工程中常采用查表的方法求母线和导体的容许电流(载流量)。
导线的选取与校验方法如表5.7所示
表5.7 导线的选择与校验
| 导线名称 | 选择 | 校验 | ||
| 按导线长期发热允许电流选择 | 按经济电流密度选择 | 动稳定 | 热稳定 | |
| 母线及短导线 | √ | ＿ ＿ | √ | √ |
| 普通导线 | ＿ ＿ | √ | ＿ ＿ | √ |
5.5.2 计算方法：
(1)按导线长期发热允许电流选择导线
≤Kθ
式中 －通过导线的最大持续电流；
－对于额定环境温度，导线长期允许电流；
Kθ－温度修正系数。
(2) 经济电流密度选择导线
Sj＝Igmax／J
式中
J－经济电流密度。
注：选择架空导线截面积除了要遵循上述原则外，还应考虑导线机械强度及电压等级等。
表5.8 架空导线最小截面积
| 架空线路电压等级 | 钢芯铝线（mm2） | 铝及铝合金（mm2） | 铜（mm2） |
| 35kV | 25 | 35 | ―― |
S≥＝ 5-11
式中 －满足热稳定要求的导线最小截面积（mm2）；
C－热稳定系数
IZ－三相短路电流稳态有效值（A）；
－假想时间（s）；
－集肤效应系数，对于电缆及小面积导线取1。
表5.9 各种起始温度下Ｃ值
起始温度
| （0Ｃ） | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 |
| 铝材 | 99 | 97 | 95 | 93 | 91 | 87 | 85 | 83 | 79 | |
| 铜材 | 186 | 183 | 181 | 179 | 176 | 174 | 171 | 169 | 165 | 161 |
≥＝
式中 －母线允许应力；
－短路时母线承受的冲击应力
最大冲击力按下式计算：
5-12
式中 －导体形状修正系数，约为1；
－短路冲击电流；
l－平行母线长度（mm）；
a－母线间距(mm)。
最大冲击应力按下式计算
（Pa） 5-13
式中，10－跨距数大于2时的取值；
8－跨距数等于2时的取值；
h－硬母线截面宽边长度(mm)；
b－硬母线截面窄边长度(mm)。
5.6 母线的选型及校验
5.6.1 室外220kv进线侧的软母线选型及校验
室外220kv侧母线进线为软母线，母线长度为20km，母线最大工作电流按变压器过载1.3倍考虑，由前面计算知=59A
选用铜母线
检验母线热稳定性 5-14
铜母线满足要求
5.6.2 室外27.5kV进线的高压电力电缆选型及校验
由短路计算和设备选型中，27.5KV侧最大长期工作电流为：
在进行电力电缆选型时，对于存在较大短路电流的电网，应考虑到应有足够的短路容量，电缆的允许短路电流,按以下公式计算：
铝导体 铜导体
式中：为允许短路电流（KA） t为短路时间（s） S为导体的标称截面
选用一芯铜电缆。
一芯不同截面铜电缆长期连接负荷允许载流量如下表：
表5.10 选用一芯铜电缆参数
| 芯数 | 标称截面 | 绝缘厚度 | ||
| 长期连接负荷允许载流量（A） | ||||
| CU | AL | |||
一芯 | 10 | 0.7 | 75 | 60 |
| 16 | 0.7 | 100 | 80 | |
| 25 | 0.9 | 132 | 100 | |
| 35 | 0.9 | 1 | 127 | |
| 50 | 1.0 | 196 | 155 | |
| 70 | 1.1 | 25 | 196 | |
| 95 | 1.1 | 310 | 2441 | |
| 120 | 1.2 | 360 | 283 | |
| 150 | 1.4 | 416 | 328 | |
| 185 | 1．6 | 479 | 372 | |
| 240 | 1.7 | 565 | 442 | |
| 300 | 1.8 | 3 | 506 | |
| 400 | 2.0 | 771 | 611 | |
| 500 | 2.2 | 940 | 630 | |
| 630 | 2.4 | 1130 | 730 | |
| 800 | 2.6 | 1300 | 880 | |
kA
所以YJV22铜电缆满足要求
5.6.3 室内27.5kV侧硬母线的选型及校验
27.5KV侧最大长期工作电流
满足热稳定要求的导线最小截面积
5-15
可初步选取平放的硬铜母线母线
因为硬铜母线的稳定性相对较软母线要强，所以硬母线的间距取600mm
动稳定性校验：三相短路时间电动力：
<
所以平放的硬铜母线母线满足要求
室内、室外母线选取结果如表5.11所示：
表5.11 室内、室外母线选取结果
| 电压等级 | 220kV | 27.5kV |
| 室内 | 平放的硬铜母线母线 | |
| 室外 | 铜母线 | 铜电缆 |
支柱绝缘子和穿墙套管在配电装置中用以固定母线和导体，并使导体与地或处在其他电位下的设备绝缘，其选择依据表5.12
表5.12 支持绝缘子和穿墙套管选择与校验
| 选择 | 校验 | |||
| 电压 | 电流 | 热稳定 | 动稳定 | |
| 支持绝缘子 | — | — | ||
| 穿墙套管 | ≥ | ≥ | ≥ | ≥ |
－计算作用力；
0．6－安全系数。
在三相短路电流下，中间相母线承受的机械应力最大。
在进行支柱端子的机械强度校验时，为了能够更精确的计算出绝缘端子的受力，可根据实际情况取a和l的值。
若绝缘子间跨距和穿墙导管间跨距分别为L和，则绝缘子和穿墙套管受力分别为：
图5.7 绝缘子间跨距和穿墙导管间跨距示例图
5-16
5-17
5.7.1 支柱绝缘子的选择与校验
5.7.1.1 220KV侧绝缘子的选择与校验
按最大工作电压选择支柱绝缘子，220kV变压器侧额定电压为：220kV，，选取防污型棒式支柱绝缘子，其额定电压为，适用海拔高度为1000m,机械破坏荷重为4kN。
所以
5.7.1.2 支柱绝缘子的机械强度校验
取a=1m, l=1m
满足机械稳定性要求。
5.7.1.3 27.5KV侧绝缘子的选择与校验
按最大工作电压选择支柱绝缘子，27.5KV变压器侧额定电压为：27.5kV，，选取户外棒式支柱绝缘子，其额定电压为，适用海拔高度为1000m,机械破坏荷重为4kN，
5.7.1.4 支柱绝缘子的机械强度校验
取a=40cm.l=2m则：
所以机械稳定性满足要求。
5.7.2 穿墙套管选型及校验
5.7.2.1 27.5KV侧进线穿墙导管的选取
因为母线,选择型户外铜导体穿墙导管，其额
定电压，额定电流，抗弯强度
动稳定性校验：，,所以动稳定性满足要求。
因为穿墙导管是固定导体的一种绝缘设备，导体发热稳定。所以对穿墙导管的热稳定性要求较低。
6 防雷接地设计
发电厂，变电所遭受雷害一般来自两个方面：一方面是雷直击发电厂、变电所；另一方面是雷击输电线路后产生的雷电波沿该导线侵入变电所、发电厂。牵引变电所为预防感应雷电波的入侵，通常采用避雷器保护，以入侵雷的辐值和陡度，从而保护电气设备的安全。
安装点
| 参数 | |||
| 型号 | |||
| 额定电压(KV) | 220 | 35 | |
| 灭弧电压(KV) | 250 | 41 | |
| 工频放电电压有效值（KV） | 不小于 | 340 | 70 |
| 不大于 | 390 | 85 | |
| 冲击放电电压不大于（kV） | 520 | 112 | |
| 冲击电流残压不大于（KV） | 5kA时 | 520 | 108 |
| 10kA时 | 570 | 122 | |
在接地设置中，除利用自然接地极以外，根据保护接地和工作接地要求敷设一个统一接地网，然后再避雷针和避雷器安装处增加3—5根集中接地极以满足防雷接地要求。
通过对短路电流的计算和设备的校验，用电设备基本选择完成。设备型号参见附录一：电气设备附录表。
7 结论
本设计主要通过对牵引变电所电气部分的设计，对所学过的知识进行比较系统的复习，并且更深入的学习和研究了以前没有接触到的电力系统知识，确实将理论知识转化为具体实践知识，设计中出现的各种电器的结构和性能及运行都有了比较系统的了解。为以后的工作奠定了良好的基础。
在设计过程中，遇到了很多困难，当拿到这个题目的时候，根本不知道从何处下手，通过老师的辅导，首先着手于原始资料的分析，根据说明书的介绍和要求，理清了基本的设计思路，然后到图书馆借阅了大量书籍，从技术及经济等方面确定主接线方案，然后根据短路点的确定原则确定短路点，然后计算短路电流及容量等。短路电流的计算部分是全文的重点，只有完成短路电流的计算才能进行电气设备的选择，我感觉在计算过程中我选用的计算方法比较简单方便且容易理解，精确度高。其次是电气设备的选择，我本着全面，细致，经济等原则对母线，电缆，断路器，隔离开关，以及电流互感器和电压互感器进行选型，尽量做到最优。另外，我还熟练掌握并利用各种绘图软件，如AUTOCAD ,VISIO等。
回顾整个设计过程，我觉得我在完成任务的基础上将课题做的更加深入细致，达到了学校要求我们作毕业设计的真正目的。当然最值得高兴的不是完成了任务，而是自己真正通过设计学到了很多知识，将以前学过的知识系统化，为以后的工作奠定了良好的基础。
8 总结与体会
通过本次设计，牵引变电所一次部分设计基本完成，设计内容包括电气主接线的设计、主变压器的选择、设备选型等。在设计过程中根据短路电流计算结果选出各种相配的电气设备并进行了校验，最后对全厂总平面布置，并做出相关的CAD图纸。
在本次设计过程中，在方老师的精心指导和本人的刻苦努力下，基本完成本次设计任务。通过本次设计，本人对四年所学知识有了一个全面、系统的掌握，为以后的工作打下了扎实的基础，掌握了怎样快速查阅有关的参考资料，初步了解电力系统设计的步骤和怎样解决设计中遇到困难。
本次设计由于水平有限，理论知识又不够扎实，固在本次设计中难免存在着某些错误，望老师给予指正和批评。
9 谢辞
通过近两月的设计，完成了毕业论文的设计，这和各位老师的耐心指导和认真教学是分不开的。设计过程是知识形成体系得过程，是对大学四年所学所知的综合应用和考核，很高兴能获得此次自我提升的机会，这对我们将来的学习和工作都有不可忽视的影响力。在此特别对指导教师沈清波老师表示感谢，有幸获得老师的教导，对自己所不了解的专业知识有了完整的补充，提升了个人的专业水平。
近四年来，耳闻目睹老师们孜孜不倦的敬业精神、饱满的工作热情、严谨的治学态度、对新知识不懈的追求和对不同观点所持的宽容态度，体现了严谨求实的风范，学生必将受益终生。
也感谢校、院有关部门为毕业生很好地完成课题创造的良好条件，让我们能够顺利地完成设计内容，做出具有实用性与经济性的课题。再次对所有教师表示衷心的感谢
10 参考文献
[1]贺威俊等 编著.《电力牵引供变电技术 》西南交通大学出版社，1998
[2]贺威俊、简克良 主编.《电气化铁道供变电工程》 中国铁道出版社，1980
[3]娄和恭等 合编.《发电厂变电所电气部分》 水利电力出版社，1987
[4]李群湛 贺建闽 编著. 《牵引供电系统分析》 西南交通大学出版社，2007
[5]曹建猷 著. 《电气化铁道供电系统》 中国铁道出版社，1983
[6]李群湛 连级三 高仕斌 编著. 《高速铁路电气化工程》西南交通大学出版社，2006
[7]简克良 主编.《电力系统分析》.西南交大出版社，1992
[8]铁道部电气工程局电气化勘测设计院，《电气化铁道设计手册 牵引供电系统》，1988
[9]TB/T1651-1996牵引变电所变压器容量的计算条件和方法
[10]http://www.cnki.net.中国期刊全文数据库CNKI
附录1 电气设备一览表
| 名称 | 型号 | 数量 | 单位 |
| 220KV变压器选择 | 4 | 台 | |
| 侧软母线 | 2 | 根 | |
| 侧电力电缆 | 4 | 根 | |
| 侧支柱绝缘子 | 个 | ||
| 侧支柱绝缘子 | 个 | ||
| 侧穿墙导管 | 8 | 个 | |
| 侧少油断路器 | 2 | 组 | |
| 侧真空断路器 | 4 | 个 | |
| 侧隔离开关 | 2 | 组 | |
| 4 | 组 | ||
| 侧电压互感器 | 2 | 组 | |
| 侧电压互感器 | 5 | 个 | |
| 侧电流互感器 | 4 | 组 | |
| 侧电流互感器 | 12 | 组 | |
| 侧避雷器 | 2 | 组 | |
| 侧避雷器 | 8 | 个 |
附录3 外文资料翻译
译文：
4×200火力发电厂电气部分及继电保护设计
摘 要
对火力发电厂电气部分的电气主接线的确定，对拟定方案进行可靠性，灵活性，经济性比较，最终选定一个方案，选择所需设备，对设备在各种不同故障和不正常运行状态配置完善的继电保护。
关键词：电气主接线 故障 不正常运行 继电保护
（一）绪论
本次设计是发电厂电气部分及继电保护毕业设计。其主要目的是通过一个具体课题综合运用学生所学的知识，解决具体工程实际问题，学习工程设计的基本技能，基本程序和基本方法，培养学生具有初步的科学研究和设计计算方面的能力。
本次设计内容主要分为两大部分，其一为电气部分设计，其二为继电保护整定及灵敏度校验，参阅《电力工程设计手册》，电气主接线方案的确定，对所选设备配置安善的继电保护。
原始资料分析
4*200MW区域型火力发电厂,以110kV电压等级6回线由3个较大的用户供电，其综合最大负荷170MW；并以220kV电压等级有5回和电力系统连接。
（二）电气部分
1.电气主接线方案的拟定
根据对原始资料分析，依据规程，先将可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合方式，组成最佳方案。
2.电气主接线方案确定
220kV电压等级采用双母线接线形式尤其断路器采用SF6断路器时的可靠性也是满足可靠性要求，从经济上，投资和占用土地资源来说双母线比双母线带傍路接线少用一个母联断路器，少占用土地资源，在满足可靠性和调度灵活性要求条件下，从经济角度考虑，此方案最佳。
3.电气设备的选择
（1）压器的选择
根据《火力发电厂设计技术规程》要求与QFQS-200-2机组相连接的变压器容量为233MVA,查表选的主变压器型号为：SFP3-240000/220，同理，在110kV侧与 QFQS-200-2相连的主变压器SFL3-250000/110。
（2）压器的选择
依据联络变压器容量的确定原则的联络变压器容量为不小于接在两种电压母线上最大一台机组容量，另外，联络变压器由前面值应为有载调压自耦变压器。
查表得联络变压器型号为：OSSPL-240000/220
（3）厂用变压器的选择
根据《火力发电厂设计技术规程》，选得QFQS-200-2机组的厂用变压器型号为：SFFL-31500/15.75。
（三）短路电流计算及设备选择
1.短路电流计算
短路电流接线图如下图所示，求d1-d3三点三相短路电流。
2.电气设备的选择
本次电气设备的选择以220kV电压等级为例，其他电压等级的电气设备此次略去。
电器要能可靠工作，必须正常工作条件进行选择，并按短路状态进行动、热稳校验，从而选择电气设备。
（四）主设备继电保配置
1.发电机保护
发电机保护是电力系统最重要的设备之一，它的安全运行对保证电力系统的稳定运行和电能质量起着决定性作用。因此必须针对各种不同的故障和不正常运行状态配置完善的继电保护。
（1）纵差保护
纵差保护是发电机内部相间短路的主保护，能快速而灵敏地切除内部所发生的故障，本次保护配置的差动保护为比率制动保护，继电器为带制动特性的整流继电器，其型号为：LCD—7
（2）横差保护
对定子绕组为星型接线，每相有并联分支，且中性点有分支引出端子的发电机，应装设单元横差保护，以反间发生同期分支的匝间短路合同期异分支的匝间短路。
灵敏系数校验：
,
（3）接地保护
由于大中型发电机中性点不接地或高阻接地，定子单相接地故障并不产生大的故障电流，对100MW级以上的发电机应装设保护区为100%的定子接地保护。
现在大型发电机励磁电压较高，其励磁绕组接地故障可能性增加，对于100MW级以上的汽轮发电机，应装设励磁回路一点接地保护和两点接地保护装置，一点接地保护带时限动作于信号，两点接地保护应带时限动作于停机。
（五）后备保护
1.发电机失磁保护
发电机低励和失磁是常见的故障形式之一，特别是大容量机组，励磁系统的环节比较多，接线比较复杂，因而增加了发生低励和失磁的机会这将使发电机定子回路参数发生变化，所以发电机必须配置失磁保护。
（1）阻抗元件整定计算：
a.异步边界圆整定：
b.静态边界圆整定:
（2）电压元件整定计算：
～～～80V
（3）励磁低压闭锁元件整定计算：
励磁低电压继电器的动作电压：
（4）闭锁元件—负序电流（或电压）元件和延时元件
2.发电机其它后备保护
发电机除了上述的后备保护外，还有定子绕组对称过负荷，非对称过负荷保护，励磁回路过负荷保护，逆功率保护，过电压保护。
（六）变压器保护
1.瓦斯保护
一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250～300cm3,变压器容量1000kVA以上时，一般正常整定值为250cm3。
重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.6～1.5，在整定流速时均以导中的流速为准，而不依据继电器处的流速。
2.纵联差动保护
由变压器保护配置知：本次设计的主变压器的纵联差动保护是比率制动二次谐波制动式。被保护的变压器容量为240MW，电压为220kV/15.75kV。
整定计算：
最小动作电流的选择：
Idz.min>Ibp.fh=0.4Ie=0.4×3.67=1.47(A)
Ibp.fh一般由实测决定，通过取（0.2～0.4）Ie既可满足这里应选2A档
制动系数：
kzh.js==
灵敏系数校验:
按高压侧断开，差动保护范围内短路时最小电流来校验:
低压侧流入继电器电流:
与此同时，在半个制动线圈中也流过12.9A制动电流，查制动特性曲线，动作电流Idz=5A,灵敏系数klm=
3.零序保护
对于变压器高压侧和相邻元件单相接地短路，应装设变压器零序保护作为相邻元件，变压器高压绕组和引线的后备保护。
整定计算：
（1）与被保护侧母线上出线的零序电流保护的后备段在灵敏系数上相配合。
Ⅰ段：
Ⅱ段：
（2）增设的零序电压和零序电流保护
零序电流保护一次动作电流取100A，零序电压保护电压整定值为180V。
（七）发电机-变压器组的保护
为了满足电力系统稳定运行，对于大机组故障要求快速切除，应对发电机-变压器组设置双重快速保护。
1.差动保护
发电机-变压器组差动的接线方式如下图所示，该方式投资省，封闭母线较简单，总差动保护范围可扩大到厂用变压器，但二次电缆较长，接线复杂。
整定计算：
最小动作电流按躲过最大负荷情况下流入保护装置的不平衡电流整定。
制动系数：
选用LCD-5型差动继电器
灵敏系数校验：
变压器高压侧最小两相短路电流：
在低压侧流入继电器的电流为：
与此同时，在半个线圈中也流过12.9的制动电流，如在制动特性上查得对应的动作电流为Idz=5A.
灵敏系数：
2. 阻抗保护主要作为母线保护的后背，推荐装在高压侧。保护的动作阻抗按与相邻元件主保护配合的条件整定，一般不与相邻元件后备保护配合。
整定计算:
保护动作阻抗与线路距离保护Ⅰ段相配合。
在本系统中，最短一条线路220kV长为100km,xL=0.4,保护安装处，电流互感器变比为nL=,电压互感器变比为：
阻抗整定值为：
=0.8×0.8×3×0.4×100=76.8()
归算到阻抗保护安装处的欧姆值，
76.8×
当母线故障时zL=0,因此灵敏系数很高，
（八）全厂继电保护及自动装置配置
为了保证电力系统及发电厂安全，可靠地运行，对发电厂要配置完善的继电保护装置，对于发电厂来说，除对发电机，变压器，发电机-变压器组配置保护外，还需要对厂用电元，母线，线路配置继电保护装置。
1.厂用电源继电保护配置
对于厂用变压器要配置的保护有：纵联差动保护、电源速动保护、瓦斯保护、过电流保护和单相接地等保护。
对于厂用电抗器要配置的保护有：纵联差动保护、过电流保护和单相接地等保护。
2.线路保护配置
110～220kV线路必须要配置的保护有：Ⅲ段式距离保护和Ⅲ段式零序保护，并联双回线运行的还应装设横差保护，对于220kV及以上的超高压线路应装设上高频保护。
3.母线保护配置
110kV及以上母线应专用母线保护，110～220kV双母线的专用母线保护采用母联相位比差差动保护，220kV及以上电网中，各电厂相应电压等级应装设断路器失灵保护。
4.自动装置的配置
电力系统中装设安全自动装置，用以防止系统稳定被破坏或事故扩大造成大面积停电，甚至造成对重要用户的供电中断。
自动装置的配置还包括：自动重合闸（ZCH）、备用电源自动投入装置(BZF)、低频减载装置、自动调整励磁装置(ZTL)、自动准同步装
原文：
The electric part of 4×200MW heat supply
Abstract: to the settlement of electric main connection which is thermal power plant .to the comparison of economic value. Economy, finally make a selection. Choose the equipments needed, and often circulate the appearance to install the perfect after the electricity with inequity to protect to equipments at the every kind of and different breakdown.
Key words: electric main connection, breakdown, falsely often circulate, protective relaying
Introduction
This design is a power plant electric part and protective relaying. Its main purpose is that the students can synthesize and make use of what they have studied to solute design problem of concrete engineering. To study engineering designing, basic procedure with basic method, educating the student having the first step research with designing computing the aspect of a concrete lesson.
This design is divided into two big parts. One is electric part , the other is protective relaying after the electricity the only settle and intelligent degree checking .Viding “design manual of power engineering”, certain electric main connection to combine to choose the electricity equipment, and install the perfect relaying to the equipment chosen.
㈠．Primitive data analysis
4*200MW provide the heat type thermal power plant , then 110kV electric voltage grade 6 return the line to face 3 customer power supplies . And synthesis biggest load is 170MW, and combine 5 returned 220kV electric voltage grade circuit with electric power system conjunction.
㈡. Electricity part
1. The draw-up of the electric main connection.
According to analyze the primitive data, according to the method， will may adopt the best project. Finally, combine the way with the better, and constitute the best project.
2. The project of the electric main connection certain.
220kV electric voltage grade adoption double bus arrangement use circuit breaker SF6 to satisfy the dependable request. From the economy , double bus arrangement is one main connection of circuit breakers less than the double bus arrangement with the by pass , little takes up the land resources , for this reason , under satisfying the depend able with vivid request the term , consider from the economy. This project is best.
3. The choice of the electricity equipments.
⑴. The choice of the main transformer
According to request the “The thermal power plant designs the technical regulation”, certain transformer connecting with the QFQS-200-2 machine set is 233MVA, check the table to choose the main transformer the model number for: the SFP7-24000/220, and choose the QFQS-200-2 connect with transformer model number is: SFL3-24000/110.
⑵.The choice of the contact transformer
Basis contact the transformer capacity really settle the principle have to contact the transformer capacity to 240MVA, moreover, contact the transformer to be know for having by the front know that it is a autotransformer with load adjusting voltage.
Check the table to choose contact the transformer model number is: OSSPL-24000/220.
⑶.The high voltage factory transformer
According to article of the < Resign the technique method of thermal power plant>, the high voltage factory user to provide for the transformer capacity is: 32MVA.
Checking the table of the high voltage factory for the transformer model number is: SFFL-31500/15.75.
㈢. Short circuit current calculation and equipments choice
1. Short circuit current calculation.
The wiring chart of the short of the short circuit current calculation is shown as chart below. Answer the d1-d3 of three-phase short circuit current.
The detailed calculation process of the short circuit current is in the calculation book, and the result list of fault current is shown below in table’s form.
2. Electric equipment choice
The choice of electric equipment quotes 220kV voltage grade, other voltage grades choose to be left out this time.
The electric apparatus can work reliably, must choice according to normal condition. And check the heat steady according to the state of short. Thus the electric equipments are chosen below.
㈣. The disposition of primary relay protection
1. Generator protection
The generator is one of the most important equipment of power system. Its safe operation plays a decisive role to steady operation and electric energy quality which guarantee the power system. So we must dispose perfect relaying protection.
According to the normal running state and kinds of trouble that generator can take place.
⑴. Differential relaying
The differential relaying is primary protection that can detect faults inside the generator and remove the fault promptly. This differential relaying is character as applying the brake to protect for the differentially. Its type is ICD-7.
⑵. Horizontal difference relaying
When stator winding is Y-connected, and every phase has branch in parallel, and neutral has branch, the generator should install single component horizontal difference protect, in order to reflect and take place and hold up with looks circle of branch with different circle of branch.
Calculate wholly definitely:
Tripping current is according to the biggest unbalanced current when fail occurs outside.
Sensitive coefficient check-up:
Namely
⑶. Grounded field protection
Because the large-and-middle-scale generator is too a bit more neutrally to ground or high impendence ground, the single-phase ground trouble of trouble of the stator does not produce big fault current. The 100MW and the 100MW above generator must install protection zone as 100% of the stator ground protection.
The large-scale generator excitation is relatively high in voltage now, its excitation winding ground trouble possibility increases. To the turbo generator of 100MW and the above, should install a little ground protection of return circuit of excitation and two ground protections. Some grounded field protection brings time little movement on signal, ground protection should lead time little movement shutting down one o’clock.
㈤. Backup protection
1. Loss of excitation protection
Low excitation and loss of excitation is very common fault that occur in generator, especially in the big capacity machines which have many excitation component and have very complex connection. So low excitation and loss of excitation occur inerasably and make stator parameter change. Thus generator must install loss of excitation protection.
⑴.Calculate impedance wholly definitely:
⑵. Calculate voltage component wholly definitely:
～～～80V
⑶. Calculate low excitation and closing component wholly definitely:
The tripping voltage low voltage excitation relaying:
⑷. Closing component----calculate
2. The other back up relay of generator
Besides the loss of excitation of the generator, the backup of the generator must also install symmetrical overload relaying. Nonsymmetrical overload relaying, over excavating relaying, reverse power protection，Over voltage protection
㈥.Transformer protects.
1. Gas detection and analysis.
The volume of gas-detector relay is 250 to 300, the capacity of the transformer is above 1000kVA,. Generally Normal whole definite value is 250cm3. The rate of gas accumulation of the serious gas-detector relay is 0.6-1.5m/s.
While exactly make the velocity of gas flowing, the velocity of gas in the pipe is basic. But not according to the velocity of flowing of the relay place.
2. Differential relaying.
We know that by the protection and disposition of the primary transformer: the differential protection of the primary is rate that apply the brake in 2 harmony. The transformer that are protected clung capacity of the pressing device into 240MVA, the voltage is 220kV/15.75kV.
Calculate wholly definitely:
Choice of the current of little tricks the most:
=
is decided by real measure, and generally is Here, should select 2A.
Coefficient of the brake:
Sensitive coefficient check-up :
The two least short-current of the transformer in the high voltage:
he current of the relay in the low voltage:
Meanwhile, there is also 12.9 restraining current in the half restraining coil.
The tripping current value is 5A in applying the restraining characteristic curve.
So sensitive coefficient：
3. Zero preface protection.
The high voltage of the transformer and ad joint component single-phase ground. We should install zero preface protection and protect as the joint component, the high-voltage winding of transformer and lead wire.
Calculate wholly definitely:
⑴.The backup section of zero preface protection in lead bus protected cooperates in sensitive comfiest,
Ⅰ Section:
Ⅱ Section:
⑵.voltage of zero preface and current of zero preface are protected.
The first tripping current of zero preface protection fetch 100A, the whole definite value of the zero preface voltage protection is 180V.
㈦. Generator-transformer protection
For satisfy power system running steadily and trip for the fault of great aircrew. We must double prompt protection.
1. Differentially protection.
The wining picture of send-turn into group is shown below. This way invests economically, seal bus is more simple. The range of the differential protection can expand to factory transformer. But the second cable is relatively long and wiring is very complex.
Calculate wholly definitely: little trick according to sheltering form current peak load flowing into disequilibrium current of protector exactly made under the situation most.
Apply the brake coefficient:
Select the LCD-5 type differential relay use.
Sensitive coefficient check-up:
The two-phase least short-current of the transformer in the high voltage:
The current of relay in the low voltage:
Meanwhile, there is also 12.9A restraining current in the half restraining coil. The tripping current value is 5A in applying the restraining characteristic curve:
Sensitive coefficient:
2. Distance protection
Distance protection is mainly as backup protection of the bus protection, and should install in the high voltage. The tripping impedance calculate according to the value of the ad joint company of the primary protection. And seldom protect cooperating with the ad joint component.
Calculate wholly definitely: the tripping impedance and I section of distance protection cooperate.
In this system. The length of the shortest is 100km., in the protector, the ratio of the current transformer: m=1200/5, the ratio of the voltage transformer:
The whole definite value of impedance is：.
The value of ohm is regarded as protector installed:
When the bus is fault. is zero, so the sensitive coefficient is very high.
㈧.The protective relaying of the whole factory and diapason of automatics
In order to guarantee that the power system and power plant run safely and reliably. We must dispose perfect protective relaying for power plant. Besides generator. Transformer, generator transformer. We must dispose relaying for bus, circuit.
1. Disposition of protective relaying of power is: differential protection. Gas-detector relay. Over current protection. Single- phase grounded protection.
2. Circuit is protected and disposed:
we must dispose protector for line of 110 to 220kV: distance protection of three sections, zero preface protection of three sections. We also dispose horizontal differential protector for parallel pair lines, and dispose high frequency protector for super voltage circuit of 220kV above.
3. Bus is protected and disposed:
110kV and the above bus should install the special-purpose bus to protect. The bus protection of 110～220kV special-purpose bus must be disposed comparing phase differential protection. We also dispose breaker fowls protection for corresponding voltage grade in 220 and the above.
4. Disposition of the automatics.
Power system must be disposed automatics, in order to prevent power system form steady destroy or accident expand that cause a large scale accident, even cause the power failure to important users. The disposition of the automatics, include: automatics coincident flood age (ZCH), the reverse power invest the device automatically (BZT), low frequency reduce the device, adjusting the excitation device (ZTL) automatically, fitting automatics and anischrovsly.
Conclusion: this design is the routine design of the power system. Through this design, we have also grasped the method of designing power plant and the thought of disposing protective relaying.
Some questions exist during this design. Such as short of materials. Some parameters adopted is experience value. Hover, I have overcome all sorts of difficulties in the course of designing entirely and reach the reset target basically.
Copyright © 2019-2025 51dongshi.net 版权所有
违法及侵权请联系：TEL:177 7030 7066 E-MAIL:11247931@qq.com 本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务
