变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择

3.1变电所主变压器台数的选择

变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。

3.2变电所主变压器容量选择。

每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个条件：

1） 任一台变压器单独运行时，宜满足：SNT(0.6~0.7)S30

2） 任一台变压器单独运行时，应满足：SNTS30(111)，即满足全部一、二级负

荷需求。

代入数据可得：SNT=（0.6~0.7）×1169.03=（701.42~818.32）kVA。 又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为20C），所选变压器的实际容量：

SNT实(10.08)SNT920KVA也满足使用要求，同时又考虑到未来5~10年的

负荷发展，初步取SNT=1000kVA 。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC3系列箱型干式变压器。型号：SC3-1000/10 ，其主要技术指标如下表所示： 变压器 型号 额定 容量 /额定 电压 /kV 低压 联 结 损耗/kW 组型 号 空载 负载 6 空载 电流 短路 阻抗 I0% UK% kVA 高压 SC3-1000/10 1000 10.5 0.4 Dyn11 2.45 7.45 1.3 （附：参考尺寸（mm）：长：1760宽：1025高：1655 重量（kg）：3410）

3.3电气主接线的概念

发电厂、变电所的一次接线是由直接用来生产、汇聚、变换、传输和分配电能的一次设备的一次设备构成的，通常又称为电气主接线。主接线代表了发电厂（变电所）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。它对电气设备选择、配电装置布置、继电保护与自动装置的配置起着决定性的作用，也将直接影响系统运行的可靠性、灵活性、经济性。因此，主接线必须综合考虑各方面因素，经技术经济比较后方可确定出正确、合理的设计方案。

3.4电气主接线设计需要考虑的问题

在进行变电站电气接线设计时，需要重点考虑以下一些问题：（1）需要考虑变电所在电力系统中的位置，变电所在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所、还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对其电气主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求了也不同。（2）要考虑近远期的发展规模，变电所电气主接线的设计，应根据5到10年电力发展规划进行。根据负荷的大小、分布、增长速度、根据地区网络情况和潮流分布，分析各种可能的运行方式，来确定电气主接线的形式以及连接电源灵数和出线回数。（3）考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对电气主接线的影响，对一级负荷，必需有两个电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电，且当一个电源失去后，应保证大部分二级负荷供电。（4）考虑主变台数对电气主接线的影响，变电所主变的台数对电气主接线的选择将产生直接的影响，传输容量不同，对主接线的可靠性，灵敏性的要求也不同。（5）考虑备用容量的有无和大小对电气主接线的影响，发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响着电气主接线的形式。

3.5主接线方案的选择

3.5.1 电气主接线设计的基本要求 电气主接线应满足以下基本要求：

a具有一定的灵活性

主接线在力求简单、明了、操作方便的同时，也要求有一定的灵活性，以适

应系统不同运行方式的要求。

1) 调度时，应可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。

2) 检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的用电。

3) 扩建时，可以容易的从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最小。

b操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

c可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要任务，保证供电可靠性是电气主接线最基本的要求。分析和研究主接线可靠性通常应从以下几方面综合考虑： （1)变电站在电力系统中的地位和作用

变电站都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。例如：对一个中小型变电站的主接线就毋须要求过高的可靠性，也就没有必要采取太复杂的接线形式；而对于一个大型发电厂或超高压变电站，由于它们在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统稳定运行遭破坏，甚至瓦解，造成巨大损失。因此，其主接线应采取供电可靠性高的接线形式。 （2)变电站的运行方式及负荷性质

电能的特点是：发电、变电、输电和用电同时完成。而负荷的性质按其重要性又有Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类之分。因此，根据发电厂的运行方式和负荷的要求，进行具体分析，以满足必要的供电可靠性。

（3）断路器检修时是否会影响对用户的供电。

（4）设备和线路故障或检修时，停电线路的多少和停电时间的长短，以及

能否保证对重要用户的供电。

d 经济

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

一般应当从以下几方面考虑：

1)投资小：主接线应简单清晰，以节约开关电器数量，降低投资；要适当采用断路电流的措施，以便选用价廉的电器；二次控制与保护方式不应过于复杂，以利于运行和节约二次设备的投资。

2)占地面积少：主接线要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积减少。

3)电能损耗少：在发电厂或变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。

e扩建的可能性

由于近年来，我国的经济建设高速发展，各地区的电力负荷的需求近年来增加的很快，尤其是江苏省沿江地区，电力需求增长很快。而本课题要设计的变电站正好处于该地区，因此，在选择主接线时，要充分考虑到具有扩建的可能性，并且预留出合适的扩建空间。

3.5.2电气主接线的基本形式

主接线的总体分类： a单母线接线

母线起汇集和分配电能的作用。每一条进出线回路都组成一个接线单元，每个接线单元都与母线相连，可分为： 1)接线方法及工作要求，见图1。 ⑴主母线的作用 ⑵开关电器的配置 线路有反馈电可能或为架空配电线应装设QS ⑶操作程序“先通后断”原则 合：QSBQSLQF； 分：QFQSLQSB。

2)特点

⑴优点： 简单、经济。 ①接线简单（设备少）、清晰、明了； ②布置、安装简单，配电装置建造费用低；

③断路器与隔离开关间易实现可靠的防误闭锁，操作安全、方便，母线故障的几率低；

④易扩建和采用成套式配电装置。 ⑵缺点：不够灵活可靠。 ①主母线、母隔故障或检修，全厂停电； ②任一回路断路器检修，该回路停电。

L1L2L3L4

QSLQFQSBWB

电源Ⅰ电源Ⅱ

图1单母线

b双母线接线 1、不分段的双母线

1）接线方法及运行方式 见图2。 2)特点：

⑴可轮流检修母线而不影响正常供电

⑵检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电

⑶工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅速恢复供电 ⑷可利用母联断路器代替引出线断路器工作 ⑸便于扩建

⑹由于双母线接线的设备较多，配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作；同时投资和占地面积也较大。

L1L2L3L4 WBa1QSa 1QFQFa WB 电源Ⅰ图2双母线 电源Ⅱ 图5-3 单母线带旁路母线接线3.5.3 10kV侧单母线和双母线接线的比较 6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。110kV终端变电站的10 kV部分一般采用单母线分段，互为备用。 由课题所给条件进行综合分析：

对图1和图1所示的方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1

表1主接线方案比较 方 案 项 目 方案Ⅰ单母线 ①不会造成全所停电 ②调度灵活 技 术 ③保证对重要用户的供电 方案Ⅱ双母线 ①供电可靠 ②调度灵活 ③扩建方便 ④任一断路器检修，该回路④便于试验 必须停止工作 经 济 ①占地少 ①设备少 ⑤易误操作 ①设备多、配电装置复杂 ②投资和占地面大 经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度和灵活性也可以保证供电的可靠性。所以选用方案Ⅰ。

七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定

7.1二次回路方案选择

7.1.1二次回路电源选择

二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。

蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。

考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。

7.1.2高压断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。

7.1.3电测量仪表与绝缘监视装置

这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。

a) 10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。

b) 变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。 c) 电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。 d) 380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。 e) 低压动力线路：装设电流表一只。

7.1.4电测量仪表与绝缘监视装置

在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD）。

7.2继电保护的整定

继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。

由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

7.2.1变压器继电保护

变电所内装有两台10/0.4kV1000kVA的变压器。低压母线侧三相短路电流为Ik(3)28.213kA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

a)过电流保护动作电流的整定：

Krel1.3,Kre0.8,Kw1，Ki200/540

ILmax22I1NT41000kVA/(310kV)230.95A 故其动作电流：Iop1.31230.95A9.38A

0.840动作电流整定为9A。

b)过电流保护动作时限的整定

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

c)电流速断保护速断电流倍数整定

取Krel1.5, Ikmax28.213kA0.40KV/10kV1128.5A，故其速断电流为：

1.511128.5A42.32A 4042.32因此速断电流倍数整定为： nqb4.7。

9 Iqb