220kV枢纽变电站的主设计和变压器保护毕业设计.doc

1 220kV220kV 枢纽变电站的主设计和变压器保护毕业设计枢纽变电站的主设计和变压器保护毕业设计 目 录 摘摘 要要 1 ABSTRACT 2 1 序序 论论 1 2 电气主接线的设计电气主接线的设计 2 2 1 电气主接线概述电气主接线概述 2 2 2 主接线的基本形式主接线的基本形式 3 2 3 主接线方案选择主接线方案选择 4 2 3 1 初定方案初定方案 4 2 3 2 方案的比较方案的比较 6 3 主变压器的选择主变压器的选择 10 3 1 主变压器容量和台数的选择主变压器容量和台数的选择 10 3 1 1 主变压器容量的选择主变压器容量的选择 10 3 2 2 主变压器台数的选择主变压器台数的选择 10 3 2 主变压器型式和结构的选择主变压器型式和结构的选择 11 3 2 1 相数的选择相数的选择 11 3 2 2 绕组数量和联接方式的选择绕组数量和联接方式的选择 11 3 3 主变压器的选择结果主变压器的选择结果 12 4 短路电流计算短路电流计算 13 4 1 各元件标幺值计算各元件标幺值计算 13 4 1 1 主变压器各绕组电抗标幺值计算主变压器各绕组电抗标幺值计算 13 4 1 2 220KV 侧电抗标幺值计算侧电抗标幺值计算 14 2 4 1 3 110KV 侧电抗标幺值计算侧电抗标幺值计算 15 4 2 等效电路图的化简等效电路图的化简 17 4 3 各序网图各序网图 20 4 4 短路电流计算短路电流计算 22 4 4 1 220KV 母线短路时的短路电流计算母线短路时的短路电流计算 22 4 4 2 110KV 母线短路时的短路电流计算母线短路时的短路电流计算 23 4 4 3 10KV 母线短路时的短路电流计算母线短路时的短路电流计算 25 5 高压电器的选择高压电器的选择 27 5 1 概述概述 27 5 1 1 高压电器选择的一般原则 高压电器选择的一般原则 27 5 1 2 高压电器选择的技术条件 高压电器选择的技术条件 27 5 2 断路器的选择断路器的选择 30 5 2 1 断路器选择的一般原则断路器选择的一般原则 30 5 2 2 变压器变压器 220KV 侧断路器的选择侧断路器的选择 31 5 2 3 110KV 侧断路器的选择侧断路器的选择 33 5 2 4 10KV 侧断路器的选择侧断路器的选择 35 5 3 隔离开关的选择隔离开关的选择 37 5 3 1 隔离开关的选择原则隔离开关的选择原则 37 5 3 2 变压器变压器 220KV 侧隔离开关的选择侧隔离开关的选择 38 5 3 3 110KV 侧隔离开关的选择侧隔离开关的选择 39 5 3 4 10KV 侧隔离开关的选择侧隔离开关的选择 40 5 4 电流互感器的选择电流互感器的选择 42 5 4 1 电流互感器选择方法电流互感器选择方法 42 5 4 2 220KV 侧电流互感器选择侧电流互感器选择 44 5 4 3 110KV 侧电流互感器选择侧电流互感器选择 46 5 4 4 10KV 侧电流互感器选择侧电流互感器选择 48 5 5 电压互感器的选择电压互感器的选择 49 5 5 1 电压互感器选择方法电压互感器选择方法 50 5 5 2 220KV 侧电压互感器选择侧电压互感器选择 51 5 5 3 110KV 侧母线电压互感器选择侧母线电压互感器选择 51 3 5 5 4 10KV 侧电压互感器选择侧电压互感器选择 51 5 6 母线的选择与校验母线的选择与校验 52 5 6 1 概述概述 52 5 6 2 220KV 母线的选择与校验母线的选择与校验 53 5 6 3 110KV 母线的选择与校验母线的选择与校验 56 6 变压器保护变压器保护 61 6 1 概述概述 61 6 1 1 变压器的故障及异常状态变压器的故障及异常状态 61 6 1 2 变压器保护装设的原则 变压器保护装设的原则 220 500KV 62 6 2 瓦斯保护瓦斯保护 62 6 3 纵联差动保护纵联差动保护 64 6 3 1 纵联差动保护的要求纵联差动保护的要求 64 6 3 2 纵联差动保护的基本原理纵联差动保护的基本原理 64 6 3 3 纵差动保护的构成纵差动保护的构成 65 6 3 4 纵差保护整定计算纵差保护整定计算 66 6 4 相间故障后备保护相间故障后备保护 71 6 5 接地故障后备保护接地故障后备保护 73 6 6 过负荷保护过负荷保护 75 6 7 过励磁保护过励磁保护 76 6 8 变压器保护装置的选型变压器保护装置的选型 77 致谢致谢 79 参考文献参考文献 80 附录附录 外文资料 原文 译文 外文资料 原文 译文 81 附录附录 电气主接线图电气主接线图 113 附录附录 变压器保护配置图变压器保护配置图 113 1 1 序 论 变电站是电力系统输电和配电的集结点 担负着变换电压 接受和分配电能 调 整电压以及控制电力流向的重要任务 直接影响电力系统的安全与经济运行 其主要 有升压变电站 主网变电站 二次变电站以及配电站之分 本设计就是一典型市中心 配电站的设计案例 本设计主要包括两个部分 一是变电站的主设计 另外一部分是变压器的保护设 计 对于变电站接地网 调压设备 直流系统 及运行方式以及经济性等分析本设计 没有做出具体介绍 其中变电站的主设计主要包括以下几方面 主接线的设计 主变 的选择 短路电流的计算 电流电压互感器等电力设备的选择 而变压器的保护主要 包括变压器保护的分析 整定计算以及设备的选择 由于水平有限 难免有欠缺以及考虑不周的部分 请大家做出批评指正 2 2 电气主接线的设计 2 1 电气主接线概述 电气主接线又称为电气一次接线 它是将电气设备以规定的图形和文字符号 按电能生产 传输 分配顺序及相关要求绘制的单相接线图 它是变电站 发电厂电 气设计的首要部分 也是构成电力系统的主要环节 1 电气主接线的指标有三个方面 即可靠性 灵活性 经济性 安全可靠是电力生产的首要任务 保证供电安全可靠是电气主接线最基本得要 求 主接线的可靠性不是绝对的 得联系具体实际来确定 如变电站在电力系统中的 地位和作用 符合的性质和类别 设备的制造水平以及长期运行的的经验 灵活性是指电气主接线能适应各种运行状态 并能灵活地进行运行方式的转换 灵活性主要有以下及方面 调度 操作 扩建的方便性 经济性是在保证可靠性及灵活性为前提的情况下的经济 其主要从以下几方面 考虑 降低一次投资 占地面积以及电能损耗 2 电气主接线的设计主要包括以下方面 对原始资料的分析 其主要有以下方面 工程情况 电力系统情况 负荷情况 环境条件以及设备供货情况 主接线方案的拟定及选择 短路电流计算和主要电气设备选择 绘制电气主接线图 编制工程预算 3 2 2 主接线的基本形式 电气主接线的方式住要有以下几种 单母及单母分段接线 母及双母分段接线 带旁路的单母和双母接线 一台半及四分之三台断路器接线 变压器母线组接线 单 元接线以及桥形接线 1 单母 单母接线 其主要优点是 接线简单 操作方便 设备少 经济性好 易于扩 建 缺点则是 可靠性差 母线或母线隔离开关检修或故障是所有回路都得停止运行 调度不方便 电源只能并列运行不能分裂运行 并且线路侧发生短路是有较大的短路电 流 一般适用于 6 10kV 配电装置不超过 5 回 35 63kV 配电装置出线回路不超过 3 回 110 220kV 配电装置出线回路不超过两回 单母分段接线 与单母接线相比其供电更可靠灵活 对于重要的用户可从不同 段引出两回馈线 但其要比单母接线要多一台或多台断路器及隔离开关的投资 这种接线方式一般用于 小容量发电厂的发电机电压配电装置 每段母线上所接 发电容量为 12MW 左右出线不超过 5 回 变电站有两台主变是的 6 10kV 配电装置 35 63kV 配电装置出线 4 8 回 110 220kV 配电装置出线 3 4 回 2 双母 双母接线 其主要优点 供电方便 调度灵活 扩建方便 便于实验 缺点 增加一条母线及每条回路的母线隔离开关的投资 检修会故障时隔离开关的倒闸操作 比较繁琐容易误操作 广泛用于进线回路数较多 容量较大 出线带电抗器的 6 10kV配电装置 35 60kV 配电装置出线超过 8 回 或连接电源较大 负荷较大时 110kV 配电装置出 线数为 6 回以上是 220kV 配电装置出线数为 4 回以上时 双母分段接线 与双母接线方式相比其增加了供电的可靠性 但同时增加了两 台断路器的投资 一般使用双母分段的原则 当出线回路数为 10 14 回时在一组母线上分段 当 出线回路数多于等于 15 时在两组母线上分段 在双母分段接线中均装设两台母联兼旁 路断路器 为了限制 220kV 母线短路电流或系统解列运行的要求 可使用母线分段 4 3 增设旁路母线 增设旁路母线可提高了供电可靠性 特别是在进出线检修时 包括其保护装置的 检修和调试 不中断对用户的供电 但同时会增加母线等投资 他有三种接线方式 有专用旁路断路器的旁路母线接线 母联断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线 用分段断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线 4 一台半及三分之四台断路器接线 这两种接线方式可靠性和灵活性很高 在检修或回路断路器时不必用隔离开关进 行大量的倒闸操作 并且调度和扩建也很方便 在超高压电网中有广泛应用 但断路 器的投资较高 5 单元接线 优点 接线最简单 设备最少 不需高压配电装置 缺点 线路故障或检修时变 压器停运 变压器检修或故障时线路停运 适用范围 只有一台变压器和一回线路是 当发电厂内不设高压配电装置 直接 将电能输送至枢纽变电所时 6 桥式接线 有内桥和外桥接线之分 它们的优点是 所用断路器少 四回线只要用三台断路 器 缺点 桥联断路器检修或故障时两回路需解列运行 内桥接线的变压器的投入 切除操作复杂需动作两台断路器影响一回线路的暂时停运 外桥接线的线路的投入切 除操作复杂影响一台变压器的暂时停运 内桥接线出线断路器检修是线路需长时间停 运 外桥接线的变压器端断路器检修是变压器需长时间停运 内桥接线适用于较小容量的发电厂或变电所 且变压器不需频繁切换或线路较长 故障率较高 外桥接线适用于较小容量的发电厂或变电所 且变压器的切换频繁或线 路较短 故障率较少的情况 2 3 主接线方案选择 2 3 1 初定方案 由原始资料可知本变电站有两台三相变压器 各侧电压等级分别为 5 220 110 10kV 220kV 侧为进线端 有两回线 110kV 及 10kV 侧为负荷侧各自的出 线回路数为 5 回 9 回线 并且已知本变电站为地区人口约 200 万 有大量工业和商 业企业的集中地区供电的枢纽站 供电对象为包括政府 学校 医院 企业和军事部 门等重要用户 要求供电可靠高质量 由此拟定以下两种方案作为选择 1 方案一 110KV 10KV 方案一 220KV 1 号 线 2 号 线 杨 三 线 杨 南 线 杨 屯 线 杨 丽 线 杨 亲 线 图 2 1 方案一 方案一 220kV 侧及 110kV 侧均采用双母线接线方式 10kV 侧则采用单母分段 2 方案二 220KV 110KV 10KV1 号 线 2 号 线 杨 三 线 杨 南 线 杨 屯 线 杨 丽 线 杨 亲 线 图 2 2 方案二 方案二 220kV 侧采用双母线接线方式 110kV 侧及 10kV 侧均采用有专用旁路断 路器的单母带旁路接线方式 2 3 2 方案的比较 1 220kV 侧 由于本变电站所供电地区人口约 200 万 有大量工业和商业企业的集中地区供电 的枢纽站 供电对象为包括政府 学校 医院 企业和军事部门等重要用户 要求供 电可靠高质量 又考虑到随着城市的发展供电需求会不断上升 变电站进线回路要增 加所以 220kv 侧采用双母接线方式是合理的 6 2 110kV 侧 由于 220kV 侧最大输入功率为 260MVA 110kV 侧最大负荷为 260MVA 最小负荷为 130MVA 由此可见本变电站的主要负荷在 110kV 侧 所以 110kV 的可靠性要求比较高 方案一采用双母接线方式 而方案二采用单母带旁路 有专用旁路断路器 两种方案 的造价差不多 可靠性也差不多 但相比之下双母接线方式其扩建较方便一些 而且 设备检修时也没有单母带旁路接线方式那么复杂的隔离开关倒闸操作 所以双母接线 方式更为适合 110kV 侧 3 10kV 侧 方案一采用单母分段 方案二则采用单母带旁路母线的接线方式 方案二的投资 略高于方案一 但其可靠性较高 但由于 10kV 侧虽然有 9 回出线 但其中有两条是备 用回路 且本侧的最小负荷为 25MVA 最大负荷也只有 90MVA 方案一完全能满足其要 求 所以本侧接线方式选择单母分段较为适宜 4 具体经济性比较 为确定某一规划设计方案 除了分析设计方案是否在技术上先进 可靠和适用外 还要分析设计方案在经济上是否合理 只有技术和经济上两个方面都合理的设计方案 才能实施 因此 为实现电力建设项目决策的科学化 减少和避免投资失误 提高经 济效益 对各规划设计方案必须进行技术经济分析 作为设计方案选择的主要依据之 一 经济性比较主要是对各种方案的综合投资和年运行量进行综合效益比较 为选择 经济上的最优方案提供依据 计算时 可只计算各方案不同部分的投资和年运行费 常用的技术经济分析方法有 最小费用法 净现值法 内部收益率法 抵偿年限法 从电气设备的数目及配电装置上进行比较 表 2 1 隔离开关与断路器数目 方 案 项 目 方案一方案二 220kV 配电装置双母线双母线 110kV 配电装置双母线单母线旁路母线 10kV 配电装置单母线分段单母线旁路母线 主变台数22 220kV55 110kV88 断路器的 数目 10kV1212 7 220kV1414 110kV2321 隔离开关 的数目 10kV2433 计算综合投资 Z Z 1 a 100 元 0 Z 式中 为主体设备的综合投资 包括变压器 高压断路器 高压隔离开关及配 0 Z 电装置等设备的中和投资 a 为不明显的附加费用比例系数 一般 220 取 70 110 取 90 主体设备的综合投资如下 表 2 2 主变价格 主变容量 MVA每台主变的参考价格 万元 台 变压器的投资 万元 方案一 820 2 820 1640 方案二 820 2 820 1640 表 2 3 220kV 侧断路器投资 每台断路器的参数价格 万元 台 方案一断路器投资 万元 方案二断路器的投资 万元 1055 105 525 5 105 525 表 2 4 220kV 侧隔离开关投资 每台隔离开关的参数价格 万 元 台 方案一隔离开关投资 万元 方案二隔离开关的投资 万元 5 5 14 5 5 7714 5 5 77 表 2 5110kV 侧断路器投资 每台断路器的参数价格 万元 台 方案一断路器投资 万元 方案二断路器的投资 万元 8 65 8 65 5208 65 520 表 2 6 110kV 侧隔离开关投资 每台隔离开关的参数价格 万元 台 方案一隔离开关投资 万元 方案二隔离开关的投资 万元 2 5 23 2 5 57 521 2 5 52 5 表 2 7 10kV 侧断路器投资 每台断路器的参数价格 万元 台 方案一断路器投资 万元 方案二断路器的投资 万元 30 12 30 36012 30 360 表 2 8 10kV 侧隔离开关投资 每台隔离开关的参数价格 万元 台 方案一隔离开关投资 万元 方案二隔离开关的投资 万元 1 7 24 1 7 40 833 1 7 56 1 表 2 9 两种方案经济性比较 方案一方案二 主 体 设 备 总 投 资 万 元 3 3220 8 40360 5 57520775251640 0 Z 6 3230 1 56360 5 52520775251640 0 Z 综 合 投 资 万 元 Z 1 0 Z100a 3220 3 1 0 7 5474 5 Z 1 0 Z100a 3230 6 1 0 7 5492 0 综合考虑两种电气主接线方案的可靠性 灵活性和经济性 结合实际情况 确定 第一种方案为设计的最终采用方案 9 表 2 10 方案比较 项目可靠性灵活性经济性 方案一 220kv 侧及 110kv 侧均采用双母线接 线方式 10kv 侧则 采用单母分段 各侧都达到了可靠性 要求 1 检修 调试相对灵 活 2 各种电压级接线都 便于扩建和发展 设备相对多 投资 较大 但对供电可 靠性的优先保障是 必要的 方案二 220kv 侧采用双母 线接线方式 110kv 侧及 10kv 侧 均采用有专用旁路 断路器的单母带旁 路接线方式 各侧都达到了可靠性 要求 1 检修 调试比较灵 活 2 各种电压级接线都 便于扩建和发展 相对于方案一经济 性更差 综上所述 本变电站电气主接线的设计采用方案一 10 3 主变压器的选择 3 1 主变压器容量和台数的选择 3 1 1 主变压器容量的选择 变电站主变压器容量的选择一般有以下几个原则 按变电所建成后 5 10 年得规划负荷选择 并考虑到远期 10 20 的负荷发展 对于城郊变电站 主变容量的确定应与城市规划相结合 根据变电所的负荷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 应考虑当一台主变压器停运时 其余变压器在计及过负荷能力后的允许时间内 应保证一级 二级负荷的供电可靠 对于一般性的变电所应保证一台主变压器停运时 其余变压器容量能满足总负荷的 70 80 同级电压的单台变压器的容量级别不应太多 应从全网出发 推行系列化 标 准化 本变电所主变压器容量的确定 该变电站总容量 260MVA 220kV 侧最大输入 功率 260MVA 1110kV 侧最大负荷 260MVA 10kV 侧最大负荷 90MVA 根据主变压器容 量的确定原则 当一台主变压器停运时 其余变压器容量应能保证全部负荷的 70 以 上 可以确定单台变压器的额定容量 0 7 260 182 MVA N S 经查阅相关资料 选择主变压器容量为 240MVA 3 2 2 主变压器台数的选择 主变压器台数的选择一般有以下原则 对于大城市郊区的一次变电所 在中 低压侧已构成环网的情况下 变电所以 装设两台变压器为宜 11 对地区性孤立的一次变电所或大型专用供电所 在设计时应考虑装设三台主变 压器的可能性 对于规划只装设两台主变压器的变电所 其变压器应按大于变压器基础容量的 1 2 级设计 以便负荷发展时更换变压器的容量 3 2 主变压器型式和结构的选择 3 2 1 相数的选择 主变压器采用三相或是单相 主要考虑变压器的制造条件 可靠性要求运输条件 的因素 特别是大型变压器更是要考虑其运输的肯能性 一般相数选择有以下几个原 则 当不受运输条件限制时 330kV 及以下的变电所及发电厂都采用三相变压器 当发电厂与系统连的电压等级为 500kV 时 应在技术经济比较以后再做出决定 选用三相变压器还是 两台半容量三相变压器或单相变压器组 对于 500kV 变电所 除需考虑运输条件外 应根据供电负荷及系统情况 分析 一台 或一组 变压器故障或停电检修时对系统的影响 尤其是在建设初期 若主变 压器是一组当一台单相变压故障 会使整组变压器退出运行 造成全所停电 为此 要经过经济论证 来确定是选用单相还是三相变压器 3 2 2 绕组数量和联接方式的选择 1 绕组数量的选择 最大容量为 125MW 及以下电厂 当有两种升高电压与用户供电与联系时 应采 用三绕组变压器 各绕组的通过容量应达到变压器额定容量的 15 及以上 由于同容 量等级的三绕组变压器要比双绕组变压器要贵 40 50 运行维修也较为复杂 当 台数过多数回造成中压侧短路容量过大 因此要给予限制 一般两种升高电压等级的 三绕组变压器不超过两台 对于 200MW 及以上的机组 考虑到运行的可靠 灵活及经济性问题一般不采用 三绕组变压器 联络变压器一般应选用三绕组变压器 其低压绕组可接高压厂用启动 备用变 压器或无功补偿设备 在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达均达到该变压 12 器额定容量的 15 及以上 或低压侧虽无负荷 但在变电所内需装无功补偿设备时 主变宜采用三绕组变压器 对于具有直接将高压降为供电低压条件的变电所 为减少 重复降压容量可采用双绕组变压器 综上所述本变电所有三种电压等级 即 220kV 110kV 和 10kV 主变宜采用三绕 组变压器 2 绕组接线方式的选择 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致 否则不能并列运行 电力系统 采用的绕组连接方式只有丫和 高 中 低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确 定 我国 110kV 及以上电压 变压器绕组多采用丫连接 35KV 亦采用丫连接 其中性 点多通过消弧线圈接地 35kV 以下电压 变压器绕组多采用 连接 故 10kV 采用 连接 综上所述 本变电站主变压器 220kV 110kV 10kV 侧绕组对应的连接方式为丫 丫 3 3 主变压器的选择结果 由 电力工程电气设备手册 电气一次部分 选定本变电站主变压器为两台额定 容量为 240MVA 可带负荷调压的三绕组变压器 主变压器的技术参数如下所示 型号 SFPS7 240000 220 额定容量 kVA 240000 额定电压 kV 高压 220 2 2 5 中压 121 低压 11 容量比 100 100 50 联结组别号 YN yn0 d11 空载损耗 kW 187 负载损耗 kW 800 短路电压百分值 高 中 12 14 高 低 22 24 中 低 7 9 98 空载电流百分值 0 42 14 4 短路电流计算 短路电流计算是变电站设计的必要环节 进行短路电流计算的目的如下 电 气主接线比选 选择导体和电气 确定中性点接地方式 计算软导体的短路摇摆 确 定分裂导线间隔棒的间距 验证接地装置的接触电压和跨步电压 选择继电保护装置 和进行整定计算 4 1 各元件标幺值计算 取标准容量 1000MVA 标准电压 为各侧额定电压 220kV B S B U e 5 01U e U 电网容量为 3000MW 主变压器三绕组容量为 100 100 50 13 21 k U 8 23 32 k U 13 k U 系统电抗计算 枢纽变电站站的功率因素一般很高 超过 0 95 这里计算系统电 抗功率因素按 1 估算 333 30 220 1000 3000 220 2 2 S X 4 1 1 主变压器各绕组电抗标幺值计算 13 23 8 14 1k U 2 1 21 k U 13 k U 32 k U 2 1 13 8 23 1 1 2k U 2 1 21 k U 32 k U 13 k U 2 1 23 8 13 9 3k U 2 1 13 k U 32 k U 21 k U 2 1 100 0 336 T R 2 2 2000 N Nk S UP 2 2 2402000 220800 5830 0 100 2 50 TT RR 15 0 0420 N Bk T S SU X 100 2 2 240100 10001 0 3750 N Bk T S SU X 100 3 3 240100 10009 4 1 2 220kV 侧电抗标幺值计算 1 1 号线 kV2302205 015 01 e1 UUB 140 00 230 1000 74 0 22 1 1 B B U S RR 870 00 230 1000 60 4 22 1 1 B B U S XX 0567 0 230 1000 00 3 22 0 1 0 1 B B U S RR 688 20 230 1000 22 14 22 0 1 0 1 B B U S XX 2 2 号线 kV2302205 015 01 e1 UUB 191 00 230 1000 01 1 22 2 2 B B U S RR 0836 0 230 1000 42 4 22 2 2 B B U S XX 0849 0 230 1000 49 4 22 0 2 0 2 B B U S RR 16 2760 0 230 1000 60 14 22 0 2 0 2 B B U S XX 4 1 3 110kV 侧电抗标幺值计算 1 3 号线 杨三线 电缆型号为 YJLW03 64 长度 4 07km 这里采用青岛汉缆股份有限公司生产的 YJLW03 64 110 1 800 电力电缆 km 27 0 3 Rkm 43 0 3 X kV1151105 015 01 e2 UUB 0831 0 115 1000 07 4 27 0 22 33 3 B B U S lRR 1323 0 115 1000 07 4 43 0 22 33 3 B B U S lXX 对于一般高压线路 当线路情况不明时 可做近似估计 如表 4 1 所示 本设计 中 110kV 线路采用有良导体架空地线双回线路 故取即可 0 3 1 0 XX 表 4 1 架空线路零序电抗与正序电抗比值 线路类型线路类型 1 0 XX 线路类型线路类型 1 0 XX 无架空地线单回线路无架空地线单回线路 无架空地线双回线路无架空地线双回线路 有铁磁导体架空地线单回线有铁磁导体架空地线单回线 路路 3 5 5 5 3 0 有铁磁导体架空地线双回线有铁磁导体架空地线双回线 路路 有良导体架空地线单回线路有良导体架空地线单回线路 有良导体架空地线双回线路有良导体架空地线双回线路 4 7 2 0 3 0 3969 0 1323 0 030 3 3 0 3 XX 2 4 号线 杨南线 kV1151105 015 01 e2 UUB 17 0813 0 115 1000 15 8 132 0 22 44 4 B B U S lRR 471 20 115 1000 15 8 401 0 22 44 4 B B U S lXX 7413 0 2471 0 030 3 4 0 4 XX 3 5 号线 杨屯线 电缆型号为 YJLW03 110 400 长度 3 9km km 162 0 5 Rkm 300 0 5 X kV1151105 015 01 e2 UUB 478 00 115 1000 93162 0 22 55 5 B B U S lRR 885 00 115 1000 93300 0 22 55 5 B B U S lXX 2655 0 885 000 30 3 5 0 5 XX 4 6 号线 杨丽线 电缆型号为 YJLW03 110 400 长度 2 86km km 2396 0 5 Rkm 363 0 5 X kV1151105 015 01 e2 UUB 518 00 115 1000 2 862396 0 22 66 6 B B U S lRR 18 0785 0 115 1000 2 86363 0 22 66 6 B B U S lXX 2355 0 785 000 30 3 6 0 6 XX 5 7 号线 杨亲线 kV1151105 015 01 e2 UUB 0141 0 115 1000 78 1 105 0 22 77 7 B B U S lRR 0530 0 115 1000 78 1 394 0 22 77 7 B B U S lXX 159 0 0530 0 030 3 7 0 7 XX 4 2 等效电路图的化简 变电站简化电路图如图 4 1 所示 0 3333 0 0870 0 0863 0 583 0 042 0 375 220KV 110KV 10KV 0 0183 0 0550 图 4 1 1 线路电抗等效 759 300426 0 33 300836 0 0870 0 333 30 2 1 220 XXXX S 0183 0 0530 0 0785 0 0885 0 2471 0 1323 0 7 6 5 4 3 110 XXXXXX 2 星形连接转换为三角形连接 19 0 6903 6 1634 0 4440 220KV 110KV 10KV 0 0183 0 0550 0 3759 0 1362 图 4 2 6903 0 375 0 042 0 583 0 042 0 583 0 2 1 2 1 3 2 1 2 1 21 T TT TT X XX XXX 44400 583 0 375 0 042 0 375 0 042 0 2 1 2 1 1 3 2 3 2 32 T TT TT X XX XXX 6 1634 042 0 375 0 583 0 375 0 583 0 2 1 2 1 2 3 1 3 1 31 T TT TT X XX XXX 3 三角形连接转换为星形连接 0 5830 0 0420 0 3750 220KV 110KV 10KV 0 0183 0 0550 0 3759 0 1362 图 4 3 5830 0 1634 6 4440 0 6903 0 1634 6 6903 0 31 32 21 31 21 1 XXX XX X 0420 0 1634 6 4440 0 6903 0 4440 0 6903 0 31 32 21 32 21 2 XXX XX X 20 3750 0 1634 6 4440 0 6903 0 1634 6 4440 0 31 32 21 31 32 3 XXX XX X 4 3 各序网图 1362 0 2760 0 2688 0 0 2 0 1 0 220 XXX 0550 0 159 0 2355 0 2655 0 7413 0 3969 0 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 110 XXXXXX 0 3759 0 5830 0 0420 0 3750 0 0183 220KV 110KV 10KV 图 4 4 正 负序网络图 0 3750 0 1362 0 5830 0 0420 0 0550 220KV 110KV 10KV 图 4 5 零序网络图 21 4 4 短路电流计算 4 4 1 220KV 母线短路时的短路电流计算 220KV 0 3759 0 1362 图 4 6 220kV 母线短路系统等值电路图 510 2 2303 1000 3 1 1 kA U S I B B B 759 30333 300426 0 2 1 1 1 XX 1104 0 5830 0 1362 0 0 1 X 1 三相短路电流 1 有名值 kA77 6610 52603 62105 2 3759 0 11 1 Bf I X I 2 冲击电流 kA 97 91677 6628 128 1 fsh Ii 3 短路电流的最大有效值 kA 49 11077 6652 1 52 1 18 1 21 1 21 ffMfM IIKII 22 4 短路容量 MVA 266177 6623032303 fK IS 2 单相接地短路电流 160 1 11040759 30759 30 11 0 1 2 1 1 1 XXX I f 3 两相短路电流 30 31 759 30759 30 11 2 1 1 1 XX I f 4 两相接地短路电流 168 2 1104 0 3759 0 1104 0 3759 0 3759 0 1 1 0 1 2 1 1 1 XXX I f 4 4 2 110KV 母线短路时的短路电流计算 kA 204 05 1153 1000 3 2 2 B B B U S I 009 01420 00830 503759 0 12 22 XX 0420 0 0 2 X 110KV 220KV 0 3759 0 1362 0 5830 0 0420 0 0183 0 0550 图 4 7 110kV 母线短路系统等电路图 1 三相短路电流 1 有名值 kA16 05204 059991 0 204 05 00091 11 2 Bf I X I 23 2 冲击电流 kA 69 71216 0528 128 1 fsh Ii 3 短路电流的最大有效值 24 6716 0552 1 52 1 18 1 21 1 21KAIIKII ffMfM 4 短路容量 100016 0511531153MVAIS fK 2 单相接地短路电流 489 0 0420 0 0009 1 0009 1 11 0 2 2 2 1 2 XXX I f 3 两相短路电流 500 0 0009 1 0009 1 11 2 2 1 2 XX I f 4 两相接地短路电流 960 0 0420 0 0009 1 0420 0 0009 1 0009 1 1 1 0 2 2 2 1 2 XXX I f 4 4 3 10KV 母线短路时的短路电流计算 10KV 220KV 0 3759 0 1362 0 5830 0 3750 图 4 8 10kV 母线短路系统电路图 986 54 5 103 1000 3 3 3 kA U S I B B B 3339 1 3750 0 5830 0 3759 0 13 23 XX 3750 0 0 3 X 24 1 三相短路电流 25 1 有名值 kA22 241986 54497 70986 54 339 31 11 3 13 Bf I X I 2 冲击电流 kA 34 910422 24128 128 1 fsh Ii 3 短路电流的最大有效值 57 66222 24152 1 52 1 18 1 21 1 21KAIIKII ffMfM 4 短路容量 75022 241 5 103113MVAIS fK 2 单相接地短路电流 329 0 3750 0 3339 1 3339 1 11 0 3 2 3 1 3 XXX I f 3 两相短路电流 375 0 3339 1 3339 1 11 2 3 1 3 XX I f 4 两相接地短路电流 615 0 3750 0 3339 1 3750 0 3339 1 3339 1 1 1 0 3 2 3 1 3 XXX I f 5 短路电流计算结果 由计算可知三相短路电流最大 取最大短路电流值列表如下 表 4 2 短路计算结果表 有名值 短路点基准电压 kV 短路电流 kA 冲击电流 kA 短路容量 MVA K12306 67716 9972661 K21155 01612 7691000 K31141 222104 934750 26 5 高压电器的选择 高压电器一般有电抗器 电流电压互感器 熔断器 隔离开关 负荷开关 避雷 器等等 他们的合理选择直接关系到其它设备 如变压器 发电机等 及整个电网的 安全 可靠 经济运行 所以在进行电器选择时 应根据工程实际情况 在保证安全 可靠的前提下 积极而稳妥的采用新技术 并注意节省投资 选择合适的电器 尽管 电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样 具体选择方法也不完全相同 但对它们的基本要求却是一致的 电气设备要能可靠地工作 必须按正常工作条件进 行选择 并按短路状态来校验热稳定和动稳定 5 1 概述 5 1 1 高压电器选择的一般原则 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发展 2 应按当地环境条件校核 3 应力求技术先进和经济合理 4 与整个工程的建设标准应协调一致 5 同类设备应尽量减少品种 6 扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致 7 选用新产品 均应具有可靠的实验数据 并经正式鉴定合格 并经正式鉴定合格 在特殊情况下 选用未经正式鉴定的产品时应经上级批准 5 1 2 高压电器选择的技术条件 选择的高压电器 应能在长期工作条件下和发生过电压 过电流的情况下保持正 常运行 同时 所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动 热稳定校验 各种高 压设备的一般技术条件如表 5 1 所示 1 长期工作条件 27 电压 选取电器允许的最高工作电压不低于最高工作电压 即 max U g U gmax UU 表 5 1 高压电器技术条件 短路稳定性 序号电器名称 额定 电 压 kA 额定 电 流 A 额定 容 量 kVA 机械 荷 载 N 额定开 断电流 kA 热稳定动稳定 绝缘水 平 1断路器 2隔离开关 3组合电器 4负荷开关 5熔断器 6电流互感器 7电压互感器 8电抗器 9消弧线圈 10避雷器 11封闭电器 12穿墙套管 13绝缘子 电流 选用的电器额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式的持续工作电流 k I g I 28 即 gk II 机械负荷 所选电器端子的允许机械负荷应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力 2 短路稳定条件 校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的电流进行动 热稳定校验 用熔断器保护的电 器可不进行热稳定校验 当熔断器有限流作用时 可不验算动稳定 用熔断器保护的 电压互感器回路可不验算动 热稳定 短路的热稳定条件 kt QtI 2 式中 短路电流在计算时间内产生的热效应 k Qsk 2 A t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值 kA t I t 设备允许通过的热稳定时间 s 短路的动稳定条件 sh ii es 式中 电气设备允许通过的动稳定电流幅值 kA es i 短路冲击电流幅值 kA h Is 3 绝缘水平 在工作电压和过电压的作用下 电器的内 外绝缘必须保证必要的可靠性 4 环境条件 29 选择电器考虑到其使用环境是必要的 主要考虑的有以下条件 温度 日照 风速 冰雪 湿度 污秽 海拔 地震等等 5 2 断路器的选择 高压断路器是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器 高压断路器主要功能 是 正常运行倒换运行方式 把设备或线路接入电网或推出运行 起着控制作用 当 设备或线路发生故障时 能快速切除故障回路 保证无故障部分正常运行 起着保护 作用 高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备 其最大特点是能断开电器中负 荷电流和短路电流 5 2 1 断路器选择的一般原则 断路器的选择一般从其种类和形式 额定电压 额定电流 开断电流 动热稳定 校验几方面入手 断路器按采用的灭弧介质可分为油路 多油 少油 压缩空气 及真空断路器 关于它们列表如下 6 SF 表 5 2 高压断路器校验项目 项目额定电压额定电流开断电流 短路关合 电流 热稳定动稳定 高压断路器 SNN UU max IIN kbr IIN shN ii clkt QtI 2 sh ii es 其中 分别为断路器和电网的额定电压 kV N U SN U 断路器的额定电流 kA N I 电网的最大负荷电流 kA max I 额定电压下能保证正常开断的最大的短路电流 kA brN I 短路全电流值 kA k I 断路器的额定短路关合电流 kA clN i 30 短路电流最大冲击值 kA sh i 5 2 2 变压器 220kV 侧断路器的选择 1 主变断路器的选择与校验 流过断路器的最大持续工作电流 kA U S I N 613 60 2203 240 05 1 3 05 1 max max 具体选择及校验过程如下 1 额定电压选择 kVUU SNN 220 2 额定电流选择 6136 0 max kAIIN 3 额定开断电流选择 677 6 kbr kAIIN 选择 LW1 220 2000 其技术参数如下表 表 5 3 LW1 220 2000 技术参数表 型号 额定工 作电压 kV 最高工 作电压 kV 额定 电流 A 额定开 断电流 kA 极限通 过电流 峰值 kA 4s 热稳 定电流 kA 额定开 断时间 s 固有分 闸时间 s LW1 220 2000220252200031 580400 050 03 4 热稳定校验 It2t Qk 6400440 222 skAtIt 设主保护和后备保护的动作时间为 0s 和 1 5s 电弧持续时间取 0 06S 故热稳定时间 1 5 0 05 0 06 1 61S k t 8 77161 1677 6 22 k 2 skAtIQk 31 可知 It2t 满足热稳定校验 k Q 5 动稳定校验 又 shs ii e 997 16 80kAikAi shes 所以满足动稳定校验 具体参数如表 5 4 表 5 4 具体参数表 计算数据 LW1 220 2000 SN U220kV N U220kV max I661 3A N I2000A I 6 677kA Nbr I31 5 kA sh i16 997kA clN i80 kA sh i16 997kA es i80 kA k Q71 78 2 skA tIt26400 2 skA 由表可知 所选断路器满足要求 2 出线断路器的选择与校验 流过断路器的最大持续工作电流 kAI2597 1 2203 240 2 max 由上表可知 LW1 220 2000 同样满足出线断路器的选择 其热稳定 动稳定校验计算与主变侧相同 其具体参数如下表 表 5 5 具体参数表 计算数据 LW1 220 2000 SN U220kV N U220kV 32 max I1260A N I2000A I 6 677kA Nbr I31 5 kA sh i16 9969kA clN i80 kA sh i16 997kA es i80 kA k Q71 78 2 skA tIt26400 2 skA 由表可知 所选断路器满足选择要求 3 母联路断路器的选择 由于 220KV 母联断路器的最大工作条件与 220KV 出线处相同 故选用相同的设 备 而且动 热稳定校验亦满足要求 所以选用 LW1 220 2000 型户外六氟化硫断路 器 5 2 3 110kV 侧断路器的选择 1 主变断路器的选择与校验 流过断路器的最大持续工作电流 AI 7 132210 1103 240 05 1 3 max 具体选择及校验过程如下 1 额定电压选择 110 kVUU SNN 2 额定电流选择 1323 max AIIN 3 额定开断电流选择 016 5 kAII kNbr 选择LW 110 3150 技术数据如下表所示 表 5 6 技术数据表 型号 额定电 压 kV 额定电 流 A 额定开 断电流 kA 极限通 过电流 峰值 kA 3s 热稳 定电流 kA 固有分 闸时间 S 33 LW 110 3150 110315040125500 05 4 热稳定校验 Kt QtI 2 7500350 222 skAtIt 灭弧时间取 0 06S 则 热稳定计算时间 StK61 16 0005 05 1 08 54061 1 016 5 22 2 k skAtIQ eqk 所以 满足热稳定校验 Kt QtI 2 5 动稳定校验 shes ii kAikAi shes 769 12125 所以满足动稳定校验 其具体参数如下表 表 5 7 具体参数表 计算数据 LW 110 3150 SN U110kV N U110kV max I1322 7A N I3150A k I 5 016KA Nbr I40kA sh i12 769kA Ncl i125 kA sh i12 769kA es i125 kA k Q40 508 2 skA tIt27500 2 sk