220kV降压变电所电气部分设计毕业设计论文.pdf

220kV降压变电所电气部分设计I220kV220kV降压变电所电气部分降压变电所电气部分设计设计摘要随着国民经济的迅速发展和工业化进程的不断加快人们对电力的需求量也不断增加。电网的可靠性及供电能力，对于区域社会经济的发展极为重要。变电所是联系发电厂和用户的中间环节是电网中线路的连接点它担负着变换电压，转换、汇集和分配电能以及控制电力流向的重要任务。是电力系统中不可缺少的核心部分，对电网的安全及其经济的运行起着举足轻重的作用。因此变电所的设计工作是电气工程环节的关键部分，其合理的设计与建设，可以保证电力系统供电的灵活性、稳定性以及可靠性，满足远期负荷的要求。本设计为220kV降压变电所电气部分设计，该设计依据生产实际，结合电力系统分析相关理论知识，对模拟的原始资料进行分析，并根据电力系统510年发展规划进行合理选择和综合分析。通过负荷分析及负荷计算，选择合适容量的主变压器和厂用变压器，并依据国家标准及电力工程电气设备手册相关内容确定其型号，从安全性、可靠性、经济性三方面进行对比，根据国家规定的电气主接线设计原则确定变电站电气主接线方式。根据已选择的电气接线及主变，通过短路电流计算，合理的选择各电压等级主要电气设备，包括导体、断路器、隔离开关、互感器、继保装置等，并对已选择的电气设备进行动、热稳定检验，最终确定所内电气设备型号。文章最终设计出了变电所的主要设备，根据所需参数明确了各设备及元件的型号，设计出了变电所的一次系统接线图，并预留了裕度以备日后扩建。关键词变电所电器主接线短路计算电气设备220kV降压变电所电气部分设计IIdesignofthe220kvstepdesignofthe220kvstep-downdowntransersubstationtransersubstationAAbstractbstractWiththerapiddevelopmentofnationaleconomyandacceleratingtheprocessofindustrializationpeoplesdemandforelectricityisincreasing.Reliabilityandpowergridcapacityisextremelyimportantforthesocialandeconomicdevelopmentoftheregion.Powerplantsandsubstationsistocontacttheuseroftheintermediatelinksthegridconnectionpointlinewhichbearsthevoltageconversionconversioncollectionanddistributionofelectricityaswellastheimportanttaskofcontrollingtheflowofelectricity.Powersystemisanindispensablepartofthecoreofthesafetyandeconomicoperationofthegridplaysanimportantrole.Thereforesubstationdesignworkisakeypartoftheelectricalengineeringaspectstherationaldesignandconstructiontoensurethepowersupplysystemflexibilitystabilityandreliabilitytomeetthelong-termloadrequirements.Thedesignforthe220kVelectricalsubstationstep-downpartofthedesignthedesignisbasedonactualproductioncombinedwiththeoreticalknowledgerelatedtopowersystemanalysissimulationoftheoriginaldatawereanalyzedaccordingtothepowersystemand5to10-yeardevelopmentplanandcomprehensiverationalchoiceanalysis.ByloadanalysisandloadcalculationselecttheappropriatecapacityofthemaintranserandtheauxiliarytranserandbasedonnationalstandardsandElectricalPowerEngineeringManualcontenttodeterminethemodelcomparethesafetyreliabilityandeconomyinthreeareasOKsubstationmainwiringElectricmainwiringdesignaccordingtotheprinciplesofthestate.Accordingtotheselectedelectricalwiringandmaintranserbyshortcircuitcurrentcalculationareasonablechoiceofthevoltagelevelofthemainelectricalequipmentincludingconductorscircuitbreakersdisconnectorstransersrelayprotectiondevicesandselectedelectricalequipmentthermalstabilitytestandultimatelydeterminetheelectricalequipmentinsidethemodel.Articlesfinaldesignofthemainsubstationequipmentaccordingtotherequiredparametersforeachidentifiedtypeofequipmentandcomponentsdevisedasystemofsubstationwiringdiagramandsetasideamarginforfutureexpansion.KeyKeywordswordsSubstationthemainelectricalwiringshortcircuitcalculationselectricalequipment220kV降压变电所电气部分设计III目目录录引言.1第1章概述.2第2章主变压器及所用变选择.32.1变电所主变压器台数、容量、型号的选择.32.1.1变电所主变压器各侧负荷计算.32.1.2主变压器台数、容量的选择.62.1.3主变压器型式的选择.72.2变电所所用变压器台数、容量、型号的选择.102.2.1所用变压器台数、容量的选择.102.2.2变电所所用电源的引接.11第3章电气主接线图的方案拟定及技术经济比较.133.1电气主接线方案的初步比较.133.1.1电气主接线方案设计的基本要求.133.1.2电气主接线方式说明.143.2各电压等级接线方案的拟定.163.2.1220kV电压母线接线方案拟定.163.2.2110kV电压母线接线方案拟定.183.2.310kV电压母线接线方案拟定.19第4章短路电流的计算.214.1短路电流计算的目的.214.2计算短路电流的一般规定.214.3短路计算的假定条件.214.4短路电流的计算.224.4.1确定标幺值基准.224.4.2网络中各主要元件电抗标幺值的计算.234.4.3化简等值电路.254.4.4三相短路电流计算说明.264.4.5各点三相短路电流计算.274.4.6短路电流计算结果.32第5章母线的选择.33220kV降压变电所电气部分设计IV5.1母线的选择条件及校验.335.1.1母线材料的选择.335.1.2母线截面尺寸的选择.335.1.3电晕电压校验.335.1.4热稳定校验.335.1.5动稳定校验.345.2各电压等级侧母线的选择及校验.345.2.1220kV侧母线的选择及校验.345.2.2110kV侧母线的选择及校验.365.2.310kV侧母线的选择及校验.37第6章主要电气设备的选择.396.1电气设备的原则及条件.396.1.1按正常工作条件选择设备.396.1.2各种回路最大长期工作电流的计算方法.406.2变电所各电压等级配电装置电气设备的选型.416.2.1断路器选择的原则及校验条件.416.2.2各电压等级断路器的选择.426.2.3隔离开关的选择原则及校验条件.456.2.4电流互感器的选择.476.2.5各电压等级电流互感器的选择.486.2.6电压互感器的选择.50第7章继电保护配置.527.1继电保护的基本任务.527.2主变保护的整定说明.52结论.54致谢语.55参考文献.56附录220kV降压变电所电气系统主接线图.57220kV降压变电所电气部分设计1引言电力是国家赖以生存和发展的一种能源，它在国家建设中是必不可少的。随着科学技术的发展和国民生活质量的不断提高，我国对电力的需求量越来越大，所需的电力设备也明显增加，220kV电力网现在已经逐步形成分层分区运行的电力网格局。电力网对整个国家的社会经济发展和人民生活质量有着重要的影响。变电站是电网的核心部分，主要用于变换电能和调节输出和输入电压，它在电力系统中扮演着极其重要的角色，各级电网正是通过其变压器联系起来的。为了有效的提高维修及运行效率，保证供电的可靠稳定性，变电站将向维修简便，尽量缩短故障及维修停电时间的方向发展。结合我国目前的电力状况及用电发展趋势，为了能供出充足、可靠、优质的电能，优化变电站，规划以500kV、220kV、110kV、35kV、10kV电压等级设计变电站。220kV变电站作为重要的枢纽站及终端站被广泛的应用于电网之中，为了能保证一个地区电力持续、安全、可靠，稳定地供应是一个地区得到发展的前提，因此，对变电所进行合理的设计就显得非常重要。新建变电站的设计应以安全可靠为首要目标，结合经济性与先进性，并根据电力系统510年发展规划进行合理选择和综合分析。220kV降压变电所电气部分设计2第1章概述随着现代科技的发展和现代工业建设的迅速崛起，电力系统的设计越来越全面、系统，用电量迅速增长，电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也不断提高，从而对供电设计也有了更高的要求。变电站是电力系统中的重要部分，是对电能进行传输与控制的枢纽。其主要功能为变换电压等级，汇集、配送电能，主要包括变压器、母线、线路开关设备、电力系统安全及控制所需的设施。本次设计为220KV变电所电气设计，待设计变电所有三个电压等级，分别为22011010KV，该变电所由最大容量为800MVA的大系统C以及95MW发电机两个电源分别经80km、60km长线路向220kV母线供电，经变电所主变压器降压后为110KV及10KV两电压等级功率输送，220kV侧母线为永和变供电。110KV侧出线5回(末端无电源)，10KV侧出线10回，同时10KV侧作为所用电源，接所用变压器为变电所供电。为了满足地区的用电需求，提高电能的质量。本设计根据模拟的原始资料，结合电力系统分析相关理论知识，考虑电力系统510年发展规划，按远景规划数5年，线损率=6%；负荷增长率t=5%进行合理选择和综合设计，对220kV变电所电气部分进行初步拟设计。设计内容主要包括：1变电所主变压器的选择：通过分析原始资料和对各电压等级侧负荷以及所用负荷分析计算，选择合适容量的主变压器和厂用变压器并确定其型号。2电气主接线的比较及设计：根据原始资料给出的各电压等级具体情况，并考虑电力系统510年发展规划，拟订出各电压等级侧可能的电气主接线形式，并对列出的各种方案进行可靠性、灵活性以及经济性比较，最终确定主接线方案。3计算短路电流：进行短路计算并列出短路计算结果表。4导体和主要电气设备的选择：根据短路电流计算结果，并依据国家标准及电力工程电气设备手册相关内容对导体、配电装置以及断路器、隔离开关等主要电气设备进行选择及动、热稳定校验。5配电装置设计：主要对电流互感器、电压互感器进行选型及其动、热稳定校验。6继电保护的配置：本设计主要针对主变压器保护进行简要整定说明。本次设计参考了最新的技术参考书籍，积极采用六氟化硫断路器等新型产品，故所选择和设计的接线方式及电气设备型式应当说是较为合理的，也能满足技术经济要求。文章最终设计出了变电站的一次系统接线图，并预留了裕度以备日后扩建。220kV降压变电所电气部分设计3第2章主变压器及所用变选择2.1变电所主变压器台数、容量、型号的选择主变压器的台数、容量及其型号的选择直接影响电气主接线的形式和配电装置的结构。它的选择及确定除了依据基础资料之外，主要取决于负荷的增长速度、输送功率的大小及运行方式等因素1，并且还应根据电力系统510年发展规划，电压等级、馈线回路数等因素进行综合分析和合理选择。本设计中，对待设计变电所主变压器的设计选择，按照远景规划数为5年考虑，通过变电所的计算负荷、无功功率平衡及无功补偿计算确定主变压器台数及容量，依据主变压器选择应遵循的基本原则确定主变压器的型号。2.1.1变电所主变压器各侧负荷计算110kV侧负荷统计分析：(1)10kV侧原始数据如表2-1所示。表2-110kV侧原始数据表负荷名称最大负荷(KW)COS线路长度(KM)回路数供电方式配电站60000.90202架空炼钢厂45000.85202架空化工厂40000.8551电缆机械厂30000.80152架空医院20000.85102电缆商场25000.8051电缆(2)10kV侧负荷计算如下：由原始数据cos=0.9可得：tan=0.48当原始数据中cos=0.85时，所对应tan=0.62当原始数据中cos=0.8时，所对应tan=0.75配电站:已知：P1max=6000，tan=0.48则：Q1max=P1maxtan=2880kvar炼钢厂:已知：P2max=4500，tan=0.62220kV降压变电所电气部分设计4则：Q2max=P2maxtan=2790kvar化工厂:已知：P3max=4000，tan=0.62则：Q3max=P3maxtan=2480kvar机械厂:已知：P4max=3000，tan=0.75则：Q4max=P4maxtan=2250kvar医院:已知：P5max=2000，tan=0.62则：Q5max=P5maxtan=1240kvar商场:已知：P6max=2500，tan=0.75则：Q6max=P6maxtan=1875kvar10kV侧负荷总有功功率为：）（kwPnii22000250020003000400045006000PPPPPP6max5max4max3max2max1max110kV侧负荷总无功功率为：）（var13515187512402250248027902880QQQQQQQ6max5max4max3max2max1max1knii本设计的负荷计算中，有功功率、无功功率及视在功率的计算考虑同时率、线损率以及负荷增长率，并按照远景规划数为5年进行计算。由原始数据可知：有功同时率：KP=0.8无功同时率：KQ=0.9远景规划年数：m=5线损率：%6负荷增长率：%5t则：)(23810.31%)51%)(61(002208.0)1)(1)(55110kwtPKPniipvar)(16455.49%)51%)(61(135159.0)1)(1)(55110ktQKQniiQS10=P102+Q102=23810.312+16455.492=28943.29(kVA)2110kV侧负荷统计分析：220kV降压变电所电气部分设计5(1)110kV侧原始数据如表2-2所示。表2-2110kV侧原始数据表负荷名称最大负荷(KW)COS线路长度(KM)回路数供电方式红山变250000.90201架空江北变300000.90251架空西郊变270000.90141架空备用2(2)110kV侧负荷计算如下：由原始数据cos=0.9可得：tan=0.48红山变:已知：PAmax=25000，tan=0.48则：QAmax=PAmaxtan=250000.48=12000kvar江北变:已知：PBmax=30000，tan=0.48则：QBmax=PBmaxtan=300000.48=14400kvar西郊变:已知：PCmax=27000，tan=0.48则：QCmax=PCmaxtan=270000.48=12960kvar110kV侧负荷总有功功率为：）（kwPnii82000270003000025000PPPCmaxBmaxAmax1110kV侧负荷总无功功率为：）（var39360129601440012000QQQQCmaxBmaxAmax1knii本设计的负荷计算中，有功功率、无功功率及视在功率的计算考虑同时率、线损率以及负荷增长率，并按照远景规划数为5年进行计算。由原始数据可知：有功同时率：KP=0.8无功同时率：KQ=0.9远景规划年数：m=5线损率：%6负荷增长率：%5t则：)(88747.51%)51%)(61(008208.0)1)(1)(551101kwtPKPniip220kV降压变电所电气部分设计6var)(47923.66%)51%)(61(393609.0)1)(1)(551101ktQKQniiQS110=P1102+Q1102=88747.512+47923.662=100860.29(kVA)3220kV侧负荷统计分析：220KV侧最大负荷的有功功率为：)(112557.8223810.3188747.5110110220kwPPP220KV侧最大负荷的无功功率为：var)(64379.1516455.4947923.6610110220kQQQ220KV侧最大负荷的视在功率为：S220=P2202+Q2202=112557.822+64379.152=129668.57(kVA)410kV侧无功补偿计算：为改善电压质量，提高功率因数，有效减少电气线路和变压设备的负担，提高电气线路和变压器的利用率，降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，提高电能的利用率。应在待设计变电所主变压器低压侧安装并联电容器，对10kV侧进行无功补偿，将功率因数提高至0.9，保证电力系统运行的经济性、安全性和稳定性。补偿前的最大功率因数为：96.023810.3116455.49tan1010max10max101PQPQ当功率因数提高至0.9(即cos=0.9)时，所对应tan2=0.48。var)(5000.16)48.096.0(23810.31)tan(tan211010kPQc(2-1)式(2-1)中：10P10KV母线上最大有功负荷1tan补偿前的最大功率因数2tan补偿后的最小功率因数经补偿后的最大负荷视在功率220S为：)(127260.08)()(21010110210110220KVAQQQPPSc2.1.2主变压器台数、容量的选择1主变压器台数的确定：由原始资料可知，待设计变电所的电压等级为22011010KV，其类型为地区变电所，用于满足市区生产和生活的要求，是一个地区或城市的主要变电所。若全所停电，将引起220kV降压变电所电气部分设计7整个地区中断供电。因此选择主变压器台数时，要保证供电的可靠性，避免一台主变压器检修或故障时影响供电，故变电所中一般装设两台主变压器。若装设三台及三台以上主变，变电所的供电可靠性虽然有所提高，但接线网络较为复杂，且投资增大，占用面积增多，同时也加大了配电设备和用电保护的复杂性，使得维护和倒闸操作等复杂化。考虑到两台主变同时发生故障机率较小，且当一台主变压器故障或检修时，另一台主变压器能够承担70%的负荷，保证全变电所及整个地区的正常供电，同时，可适应远期负荷增长以及扩建的需求。故选择两台主变压器互为备用，提高供电可靠性。2主变压器容量的确定：变电所主变压器的容量一般按变电所建成后510年的规划负荷考虑，并应按照其中一台主变停用时，其余变压器能满足变电所最大负荷Smax的60%70%选择，对于35110KV变电所取60%，对于220500KV变电所取70%。待设计变电所为220KV变电所，应按照当一台主变压器停运时，其余变压器容量能满足全部负荷的70%以上计算。主变压器容量的选择应满足以下条件：（1）选用两台变压器，且按5年发展规划计算，两台变压器的总容量满足：SS220max（2）每台变压器能满足变电所最大负荷的70%以上，即：S70%S220max容量按如下公式确定：S=70%S220max=0.7127260.08=89082.06(kVA)综上所述，确定容量及型号相同的主变压器2台。根据中国电力出版社出版的电力工程电气设计手册电气一次部分1上册P2722，选择每台主变容量SN为90000(kVA)。2.1.3主变压器型式的选择1主变压器的相数选择：在330kV及以下变电所中，一般都应选用三相式变压器。如采用单相式变压器组，则运行损耗较大，且投资高、占地多，同时也使配电装置结构复杂3。一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资少、占地面积小、损耗较小，同时配电装置的结构较为简单，运行维护方便。待设计变电所主变压器为220kV降压变，每台最大容量为90000kVA，故应选择三相变压器。2主变压器绕组数的选择：待设计变电所有220kV、110kV、10kV三个电压等级，综上所述，两台主变压器总容量为：SN=290000=180000kVA220kV降压变电所电气部分设计8变压器每侧的负荷容量占主变总容量的百分比分别为：(1)110kV侧：S110SN=100860.29290000100%=56.03%15%(2)10kV侧：S10SN=28943.29290000100%=16.08%15%根据设计规范，具有三种电压等级的变电所，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，主变宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，且待设计变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器，其单元接线示意图如图2-1所示。GG图2-1采用三绕组主变压器单元接线示意图3主变压器容量比的确定：当一台主变压器停运时，必须满足70%全部负荷的供电。(1)对10KV侧应保证的容量为：kVAS20260.3028943.29%70%7010则%50%22.51%1009000020260.3%70N10SS(2)对110KV侧应保证的容量为：kVAS70602.20100860.29%70%70011则%50%78.45%1006300070602.20%70max011NSS220kV降压变电所电气部分设计9故主变压器220KV、110KV及10KV侧的额定容量比取10010050。4主变压器绕组接线组别的确定：电气设计手册规定：变压器的绕组连接方式必须使得其线电压与系统线电压相位一致，否则不能并列运行。电路系统变压器采用的绕组连接方式有星形和三角形两种，在说明变压器连接组别是分别用Y、D表示。我国电力变压器的三项绕组所采用的连接方式为：110kV及以上电压侧均采用“YN”连接，即有中性点引出并直接接地。35kV以下电压侧(不含0.4kV及以下)一般为“D”。多数10KV电网中性点不接地，但需满足以下限制条件：单相接地时，电容电流不能超过30A(610KV电网)或10A(2063KV电网)。否则接地电弧不易自行熄灭，易产生相当高的弧光间歇接地过电压，危害整个电网。故，主变10KV侧在单相接地故障电流小于30A时，可采用中性点不接地方式，否则应采用经消弧线圈接地方式。待设计变电所主变压器中性点接地方式如下：(1)主变220KV、110KV侧均采用直接接地运行方式，但在正常两台主变并列运行时，要求只能有一台主变接地运行。(2)中性点非直接接地系统单相接地电容电流计算：计算时，应计及有电气连接的所有架空线路、电缆线路等的电容电流，并考虑电网510年的发展，则主变10KV侧接地电容电流应按如下公式进行估算：对于架空线路的电容电流：Ic=2.7UNL103(A)(2-2)式(2-2)中：L有电气联系的线路总长度，km；UN线路额定电压，kV。注：有架空地线的线路，系数取3.3；无架空地线的线路，系数取2.7。对于同杆架设双回线路，电容电流为单回线的1.31.6倍。31N1102.7LUIcA93.110)153.1203.1203.1(107.23对于电缆线路的电容电流，其估算公式为：Ic=0.1UNL(A)(23)5103.15(101.01.02102ALUIc则主变10KV侧接地电容电流为：)(93.242393.121AIIIcccIWmax=496A由上式可知，所选铝母线符合长期工作发热条件。3热稳定校验短路计算时间为：td=tb+toff=4+0.03+0.04=4.07s查表4-2得短路电流周期分量有效值I3=3.6kA短路电流周期热效应：Qp=I2td=3.624.07=52.75(kA2s)因td1s，故不计及非周期电流热效应，则短路全电流热效应为：Qk=Qp=52.75(kA2s)220kV降压变电所电气部分设计36查表得70时硬铝的热稳定系数C=87，热稳定的导体最小允许截面为：Smin=kfQkC小于所选导体截面面积，故所选导体符合热稳定校验条件。5.2.2110kV侧母线的选择及校验1按长期允许电流选择，考虑到两台主变及一定功率交换母线的最大持续工作电流：IWmax=21.05SN3UN=21.05900003110=992(A)2按经济电流密度选择截面：Tmax=5500h，线路电压为220kV时，查“经济电流密度表”得所对应的导线经济电流密度J=0.9，则经济截面Ssec=IWmaxj=9920.9=1102.2(mm2)由设计任务书可知：待设计变电所所在地，最热月平均最高气温为35，即：0=35温度修正系数为：K=N0Ntim=70357025=0.882查变电站设计手册选择铝锰合金管导体，其技术参数如表5-4所示。表5-4铝锰合金管导体技术参数表导体尺寸Dd(mm)导体截面(mm2)导体最高允许温度为下值时的载流量(A)截面系数W(cm3)惯性半径r1(cm)截面惯性矩I(cm4)70801009014912350205433.83.36169Ial=KIal=0.8822350=2072.7AIWmax=992A由上式可知，所选铝母线符合长期工作发热条件。3热稳定校验短路计算时间为：td=tb+toff=4+0.03+0.04=4.07s查表4-2得短路电流周期分量有效值I3=3.44kA短路电流周期热效应：220kV降压变电所电气部分设计37Qp=I2td=3.4424.07=48.16(kA2s)因td1s，故不计及非周期电流热效应，则短路全电流热效应为：Qk=Qp=48.16(kA2s)查表得70时硬铝的热稳定系数C=87，热稳定的导体最小允许截面为：Smin=kfQkC小于所选导体截面面积，故所选导体符合热稳定校验条件。5.2.310kV侧母线的选择及校验1按长期允许电流选择，考虑到两台主变及一定功率交换母线的最大持续工作电流：IWmax=21.05SN3UN=21.05900002310=5456(A)2按经济电流密度选择截面：Tmax=5500h，线路电压为10kV时，查“经济电流密度表”得所对应的导线经济电流密度J=0.9，则经济截面Ssec=IWmaxj=54560.9=6062.1(mm2)由设计任务书可知：待设计变电所所在地，最热月平均最高气温为35，即：0=35温度修正系数为：K=N0Ntim=70357025=0.882查变电站设计手册7选择圆管形铝导体，其技术参数如表5-5所示。表5-5圆管型铝导体技术参数表截面尺寸(mm)导体截面S(mm2)惯性矩(cm4)断面系数(cm3)集肤效应系数kf允许电流I(A)质量(kgm)DdtJXJYWXWY涂漆不涂漆2101801587003991.24419.23804211.119940838023.577Ial=KIal=0.8828380=7391AIWmax=5456A由上式可知，所选铝母线符合长期工作发热条件。3热稳定校验短路计算时间为：220kV降压变电所电气部分设计38td=tb+toff=4+0.03+0.04=4.07s查表4-2得短路电流周期分量有效值I3=29.26kA短路电流周期热效应：Qp=I2td=29.2624.07=3484.5(kA2s)因td1s，故不计及非周期电流热效应，则短路全电流热效应为：Qk=Qp=3484.5(kA2s)查表得70时硬铝的热稳定系数C=87，热稳定的导体最小允许截面为：Smin=kfQkC小于所选导体截面面积，故所选导体符合热稳定校验条件。220kV降压变电所电气部分设计39第6章主要电气设备的选择6.1电气设备选择的原则及条件电气设备的正确选择是变电所电气部分设计的重要内容之一，它直接影响到电气主接线和配电装置的安全及经济运行。所选的电气设备应满足电力系统安全、经济运行的需要。为了保证设备工作的可靠性及安全性，必须按正常工作条件对电气设备进行选择，按短路条件校验其动、热稳定性。对于断路器、熔断器等，特别要校验其开断短路电流的能力。6.1.1按正常工作条件选择设备导体和电器的正常工作条件是指额定电压、额定电流和自然环境条件三个方面。1按正常工作电压选择设备额定电压：对于一定额定电压的高压电器，其绝缘部分应能长期承受相应的最高工作电压。由于电网调压或负荷的变化，使电网的运行电压常高于其额定电压。因此，所选电气设备的最高允许工作电压应不低于所连接电网的最高运行电压。设备允许长期承受的最高工作电压，一般规定为相应电网额定电压的1.11.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围，故选择时应满足下式：UNUNS(6-1)式(6-1)中：UN电气设备的额定电压，kV；UNS设备所在电网的额定电压，kV。2按工作电流选择设备额定电流：所选设备的额定电流IN应大于或等于所在回路的最大长期工作电流IWmax，即：INIWmax3按使用自然环境条件选择设备：应按当地温度、湿度、污染情况以及海拔高度等环境条件，选择相应型式的设备并校核它们的基本使用条件。另外，还应考虑电气设备的安装地点，配电装置为室内布置时，设备应选户内式；配电装置为室外布置时，设备则选户外式。当周围的介质温度与导体(或电器)周围介质极限温度不同时，导体(或电器)的额定电流应乘以周围介质温度修正系数K：K=N0Ntim(6-2)式(6-2)中：N导体(或电器)的正常最高允许温度；0周围实际介质温度；tim导体(或电器)周围介质极限温度。220kV降压变电所电气部分设计40导体(或电器)的额定电流IN可按下式进行修正，即：IN=KIN=N0NtimIN(6-3)式(6-3)中：IN对应于导体(或电器)的正常最高允许温度tim和实际周围介质温度0的允许电流，A；我国生产的裸导体在空气中的周围介质极限温度tim为25；我国目前生产的电器周围介质极限温度tim为40。4按短路条件校验设备的动稳定和热稳定：(1)短路动稳定校验：动稳定是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力。制造厂一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流max，动稳定条件为：maxshmaxsh(6-4)式(6-4)中：sh，sh所在回路的冲击短路电流幅值及有效值，kA；max设备允许通过的动稳定电流幅值及有效值，kA。(2)短路热稳定较验：短路热稳定校验是要求，当短路电流通过所选择的导体和电器时，导体和电器所能达到的最高温度不应超过其短时发热最高允许温度。通常制造厂直接给出设备的热稳定电流(有效值)及允许持续时间，热稳定条件为：QrQkIt2tQkQk=I2teq(6-5)式(6-5)中：Qr导体和电器允许承受的短时热效应，kA2s；Qk所在回路的短路电流热效应，kA2s；Itt时间内导体和电器允许通过的热稳定电流，kA；t导体和电器的热稳定时间，s；It2t设备允许承受的热效应，kA2s；teq短路电流存在的等效时间，s；I稳态短路电流有效值。6.1.2各种回路最大长期工作电流的计算方法(1)发电机和变压器回路由于发电机和变压器在电压降低5%时，输出功率保持不变，故其相应回路的最大长期工作电流IWmax=1.05IN(IN为电机的额定电流)。220kV降压变电所电气部分设计41(2)母线分段断路器及母联断路器回路母线分段断路器的最大长期工作电流，一般取母线分段上最大一台发电机额定电流的50%80%，母联断路器的最大工作电流则应取母线上最大一台发电机或变压器的最大工作电流。6.2变电所各电压等级配电装置电气设备的选型6.2.1断路器选择的原则及校验条件高压断路器按下列项目选择和校验：1、形式和种类；2、额定电压；3、额定电流；4、额定关合电流；5、动稳定校验；6、热稳定校验。1断路器种类和形式的选择根据断路器的安装地点，环境和使用技术条件等要求选择高压断路器的种类及型式。根据我国当前生产制造情况，电压为6220kV的电网可选用少油断路器、真空断路器和SF6断路器。由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器可靠性更好，灭弧性能更高，维护工作量更少，所以目前在电力系统被广泛应用，SF6断路器虽然价格相对较高，但因其运行噪音低、不检修间隔期长、维护工作量小，运行稳定且安全可靠，故35kV220kV般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10kV电压等级，综上所述，本设计中220KV、110KV选用SF6断路器，10KV选用真空断路器。2高压断路器额定电压、额定电流的选择高压断路器的额定电压UN应大于或等于所在电网的额定电压UNS，即UNUNS高压断路器的额定电流IN应大于或等于流过它的最大持续工作电流IWmax，即INIWmax3高压断路器额定关合电流选择为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流Ncl应不小于短路冲击电流幅值sh，即Nclsh4动稳定校验高压断路器的动稳定电流ds应不小于三相短路时通过断路器的短路冲击电流幅值sh，即dssh5热稳定校验220kV降压变电所电气部分设计42(1)高压断路器的额定短时耐受热量Ir2tr应不小于短路期内短路电流热效应Qk，即Ir2trQk(2)短路电流热效应Qk应按照下式进行计算：Qk=Qp+Qnp(6-6)式(6-6)中：Qp短路电流周期分量热效应，kA2s；Qnp短路电流非周期分量热效应，kA2s；(3)短路电流计算时间td应按照下式进行计算：td=tb+toff(6-7)式(6-7)中：tb继电保护动作时间，在验算电器的短路热效应时，宜采用后备保护动作时间。在验算裸导体的短路热效应时，宜采用主保护动作时间；toff断路器全分闸时间，包含固有分闸时间和断路器断开时电弧持续时间两段，其中，真空断路器、SF6断路器断开时电弧持续时间为0.02004s。6.2.2各电压等级断路器的选择1220kV侧断路器选择(1)220kV侧额定电压：UNS=220kV(2)220kV侧通过的最大长期工作电流为：IWmax=1.05SN3UN=1.05900003220=248(A)(3)220kV侧短路冲击电流幅值sh为：sh=9.16kA(4)所选断路器应满足如下条件：高压断路器额定电压：UNUNS=220KV高压断路器额定电流：INIWmax=248A压断路器额定关合电流：Nclsh=9.16kA根据以上数据，查电力工程电气设计手册8选择：LW2-220型断路器，参数如表6-1所示。表6-1220kV断路器技术参数表型号额定工作电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(kA)额定关合电流峰值(kA)热稳定电流4s有效值(kA)额定动稳定电流峰值(kA)合闸时间(s)固有分闸时间(s)LW2-220220250031.58031.5800.150.03220kV降压变电所电气部分设计43(5)高压断路器动稳定校