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220KV 降压变电所电气部分初步设计 1 220kv220kv 降压变电站电气部分初步毕业论文降压变电站电气部分初步毕业论文 目 录 引引 言言 3 3 毕业设计任务书 4 第一部分 说明书 7 第一章 变电所主变压器的选择 7 1 1 主变压器容量选择的有关规定 7 1 1 1 主变选择的一般原则 7 第二章第二章 变电所电气主接线的选择变电所电气主接线的选择 9 9 2 1 电气主接线的设计原则和要求 9 2 1 1 电气主接线的设计原则 9 2 1 2 电气主接线的基本要求 10 2 1 3 电气主接线的设计程序 11 2 1 4 主接线的拟定方案及选择 12 第三章 短路电流计算 14 3 1 短路电流计算的方法 14 3 1 1 短路电流计算的目的 规定和步骤 14 3 1 2 三相短路电流的计算 15 第四章 变电所电气设备选择 17 4 1 电气设备的选择原则 17 4 2 电气设备的选择 19 4 2 1 高压断路器的选择 19 4 2 2 隔离开关的选择 20 4 2 3 电压互感器的选择 21 4 2 4 电流互感器的选择 22 4 2 5 互感器的配置要求 24 4 3 母线的选择 24 4 4 避雷器的选择 25 第五章 配电装置设计 28 5 1 屋内外配电装置的安全净距 28 5 1 1 概述 28 5 1 2 屋内外配电装置的安全净距 29 5 2 屋外配电装置 30 5 2 1 屋外高压配电装置的若干问题 30 第六章 继电保护及其自动装置的规划 32 6 1 继电保护及其设计 32 6 1 1 220KV 及中性点直接接地电网线路保护配置 32 6 1 2 短线路纵差保护的整定计算 33 6 1 3 变压器保护的配置 33 6 1 4 母线保护及断路器失灵保护 35 6 2 自动装置规划设计 36 沈阳工程学院毕业设计 论文 2 6 2 1 自动重合闸的作用和要求 36 6 2 2 对 ZCH 的基本要求 36 第七章 防雷保护及其配置 38 第二部分 计算书 40 第八章 主变压器选择的容量计算 40 8 1 变电所 60KV 的用户总容量 40 8 2 折算到变压器的容量 40 8 3 据主变压器容量选择规则 40 第九章 短路电流计算 41 9 1 三相对称短路计算 41 9 2 元件阻抗归算到系统的标幺值计算 41 9 3 短路电流计算 44 第十章 设备的选择计算 48 10 1 断路器的选择 48 10 1 2 220KV 侧选择 48 10 1 2 60KV 侧选择 49 10 2 隔离开关选择 51 10 2 1 220KV 侧隔离开关选择 51 10 2 2 60KV 侧隔离开关选择 53 10 3 电压互感器选择 54 10 4 电流互感器的选择 55 10 4 1 220 KV 侧电流互感器选择 55 10 4 2 60KV 侧电流互感器选择 56 10 5 母线的选择 58 10 6 避雷器的选择 60 第十一章 避雷针的保护范围计算 62 11 1 避雷针的定位及针距 62 11 2 单根避雷针的保护半径计算 63 11 2 1 220KV 侧针高 30 米时 63 11 2 2 60KV 侧针高 30 米时 63 11 3 多根等高避雷针的保护范围计算 63 11 3 1 220KV 侧针高 30 米时 63 11 3 2 60KV 侧针高 30 米时 64 总 结 66 致 谢 67 参 考 文 献 68 附 录 69 A1 1 变电所电气主接线图 69 A1 2 变电所配电装置平面图 69 A1 3 变电所配电装置断面图 69 220KV 降压变电所电气部分初步设计 3 一 变电所概况介绍 1 建设本变电所主要是给工业区的工厂供电 该工业区是新建工业区 负荷 较迅速 本变电所的电压等级为 220KV 60KV 2 本变电所 220KV 电源进线三回 60KV 出线 10 回 从 220KV 母线还有转送 线路 2 回 向另外一个变电所供电 每变电所有两回线路 所需输送功率 120MW COS 0 8 3 所址地区的年平均温度为 15 最高温度为 38 最低为 5 4 变电所出线走廊宽阔 空气无特殊污染 交通方便 三 变电所 60KV 的用户负荷表 最大符合 KW 序 号 负荷名称 近期远期 功率 因素 出线 方式 出现 回路数 附注 1胜利变电所10000264000 95架空2有重要负荷 2董楼变电所12500185000 95架空2有重要负荷 3前甸变电所12500189000 95架空2有重要负荷 4油田变电所乙9000141000 95架空2有重要负荷 5油田变电所丙8000129000 95架空2有重要负荷 最大负荷利用小时数 T 5600 小时 负荷同时系数 0 92 线损率为 5 重要负 荷占 65 四 电力系统接线方式 系统中所有的发电机均为汽轮发电机 送电线路均为架空线 单位长度正序电 抗为 0 4 欧姆 公里 2 78KM 48KM 50KM 220KV 80KM3 240MVA Ud 14 3 200MW Xd 0 18S 0 85 3 300MW Xd 0 124 COS 0 85 70KM 待 设 计 变 电 所 2 50KM 2 315MVA Ud 14 沈阳工程学院毕业设计 论文 4 系统中所有的发电机均为汽轮发电机 送电线路均为架空线 单位长度正序电抗 为 0 4 欧姆 公里 五 设计的主要内容及要求 设计工作任务 1 分析设计任务书中给定的基本条件 2 选择本变电所的主变压器 确定变压器的型号 容量和台数 3 选择本变电所的电气主接线 4 短路电流计算 5 进行主要电气设备的选择 母线 高压断路器 隔离开关 电流互感器 电 压互感器 避雷器 6 配电装置设计 7 继电保护和自动装置规划设计 8 过电压保护设计 设计成品 1 设计说明书 设计计算书一份 2 变电所电气主接线图一张 220KV 降压变电所电气部分初步设计 5 2 屋外配电装置平面图一张 3 屋外配电装置断面图一张 画两个断面 第一部分第一部分 说明书说明书 第一章第一章 变电所主变压器的选择变电所主变压器的选择 1 11 1 主变压器容量选择的有关规定主变压器容量选择的有关规定 1 1 1 主变选择的一般原则 1 主变台数的确定 为保证供电的可靠性 变电所一般应装设两台主变 但一般不超主变 当 只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时 可装设一台主变 对大型枢纽变电所 根据工程的具体情况 应安装 2 4 台主变 当变电所装设两台及以上主变时 每台容量的选择应按照其中任一台停运 时其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的 60 75 通常一 次变电所采用 75 二次变电所采用 60 2 变压器形式的选择 1 主变一般采用三相变压器 若因制造和运输条件限制 在 220kv 的边 电所中 可采用单相变压器组 当装设一组单相变压时 应考率装设备用相 当主变超过一组 且各组容量满足全所负荷的 75 时 可不装设备用相 2 当系统有调压要求时 应采用有载调压变压器 对新建的变电所 从 网络经济运行的观点考虑 应注意选用有载调压变压器 其所附加的工程造价 通常在短期内是可以回收的 3 与两个中性点直接接地系统连接的变压器 除低压负荷较大或与高中 压间潮流不定情况外 一般采用自耦变压器 但仍需作经济比较 4 具有三种电压的变电所 例如 220kv 110kv 63kv 一般采用三绕组 变压器 3 主变容量的确定 1 为了正确的选择主变容量 要绘制变电所的年及日负荷曲线 并从该 曲线得出变电所的年 日最高负荷和平均负荷 2 主变容量的确定应根据电力系统 5 10 年发展规划进行 沈阳工程学院毕业设计 论文 6 3 变压器最大负荷按下式确定 PK M P 0 式中 负荷同时系数 0 K 按负荷等级统计的综合用电负荷 P 对于两台主变的变电所 其变压器的额定容量可按下式确定 Me PS7 0 总安装容量为 MM PP e S4 17 02 这样 当一台变压器停运 考虑变压器的过负荷能力为 40 则可保证 98 的负荷供电 根据计算 确定变压器型号为 SFPZ7 90000 220 主要参数如下 高 压 UN1 230 8 1 5 KV 低 压 UN2 69KV 额定容量 S 90000KVA 阻抗电压 Uk 13 36 空载损耗 P0 104KW 空载电流 I0 0 8 负载损耗 Pk 359KW 连接组标号 YN d11 本次设计的 220KV 降压变电所采用 2 台主变并列运行的方式 220KV 降压变电所电气部分初步设计 7 第二章第二章 变电所电气主接线的选择变电所电气主接线的选择 电气主接线是指变电所的变压器 输电线路怎样与电力系统相连 从而完 成输配电任务 它是变电所的重要组成部分 采用何种主接线形式 与电力系 统原始资料 发电厂 变电所本身运行的可靠性 灵活性和经济性的要求等密 切相关 并且对电气设备选择 配电装置布置 继电保护和控制方式的拟订都 有较大的影响 因此 主接线的设计必须根据电力系统 发电厂或变电所的具体情况 全 面分析 正确处理好各方面的关系 通过技术经济比较 合理的选择主接线方 案 2 12 1 电气主接线的设计原则和要求电气主接线的设计原则和要求 2 1 1 电气主接线的设计原则 设计变电所电气主接线时 所遵循的总原则 符合设计任务书的要求 符合有关的方针 政策和技术规范 规程 结合具体工程特点 设计出经 济合理的主接线 为此 应考虑下列情况 1 明确变电所在电力系统中的地位和作用 变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素 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 对主接线的可靠性 灵活性 经济性的要求 也不同 2 考虑近期和远期的发展规模 变电所主接线设计应根据 5 10 年电力系统发展规划进行 应根据负荷的 大小和分布 负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布 来确定主接线的形 式以及连接电源数和出线回数 3 考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级负荷 必须有两个独立的电源供电 且当一个电源失去后 应保证 全部一级负荷不间断供电 对二级负荷 一般要有两个电源供电 且当一个电 源失去后 能保证大部分二级负荷供电 三级负荷一般只需要一个电源供电 4 考虑主变台数对主接线的影响 沈阳工程学院毕业设计 论文 8 变电所主变的容量和台数 对主接线的选择将产生直接的影响 通常对大 型变电所 由于传输容量大 对供电可靠性要求高 因此 其对主接线的可靠 性 灵活性的要求也高 而容量小的变电所 其传输容量小 对主接线的可靠 性灵活性要求不是很高 5 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 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而有所 不同 例如 当母线或断路器检修时 是否允许变压器 线路停运 当线路故 障时允许切除线路变压器的数量等 都直接影响主接线形式的选择 2 1 2 电气主接线的基本要求 1 可靠性 供电的可靠性是电力生产和分配的首要要求 停电会对国民经济各部门带 来巨大的损失 往往比少发电的价值大几十倍 会导致产品报废 设备损坏 人身伤亡等 因此 主接线的接线形式必须保证供电可靠 因事故被迫中断供 电的机会越小 影响范围越小 停电时间越短 主接线的可靠程度就越高 研 究主接线可靠性应注意的问题如下 1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 变电所是电力系统的重要组 成部分 其可靠性应与系统要求相适应 如 对于一个小型的终端变电所的主 接线一般不要求过高的可靠性 而对于一个大型超高压变电所 由于它在电力 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运行受到扰 动 甚至失去稳定 造成巨大损失 因此其电气主接线应采用供电可靠性高的 接线方式 2 变电所接入电力系统的方式 现代化的变电所都接入电力系统运行 其接入方式的选择与容量大小 电压等级 负荷性质以及地里位置和输送电能 距离等因素有关 3 变电所的运行方式及负荷性质 电能生产的特点是发电 变电 输电 用电同一时刻完成 而负荷的性质按其重要意义又分为 类 类 类之分 当变电所设备利用率较高 年利用小时数在 5000h 以上 主要供应 类 类 负荷用电时 必须采用供电较为可靠的接线形式 4 设备的可靠程度直接影响着主接线的可靠性 电气主接线是由电气设 备相互连接而成的 电气设备本身的质量及可靠程度直接影响着主接线的可靠 性 因此 主接线设计必须同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电 的影响 随着电力工业的不断发展大容量机组及新型设备投运 自动装置和先 进技术的使用 都有利于提高主接线的可靠性 但不等于设备及其自动化元件 使用得越多 越新 接线越复杂就越可靠 相反 不必要的接线设备 使接线 复杂 运行不便 将会导致主接线可靠性降低 因此 电气主接线的可靠性是 一次设备和二次设备在运行中可靠性的综合 采用高质量的元件和设备 不仅 220KV 降压变电所电气部分初步设计 9 可以减小事故率 提高可靠性 而且还可以简化接线 此外 主接线可靠性还 与运行管理水平和运行值班人员的素质有密切的关系 2 灵活性 电气主接线应能适应各种运行状态 并能灵活的进行运行方式的转换 不 仅正常运行时能安全可靠地供电 而且在系统故障或电气设备检修及故障时 也能适应调度的要求 并能灵活 简便 迅速地倒换运行方式 使停电时间最 短 影响范围最小 同时设计主接线时应留有发展扩建的余地 对灵活性的要 求如下 1 调度时 可以灵活地投入和切除变压器和线路 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供电 3 扩建时 可以容易地从初期接线过度到最终接线 在不影响连续供电 或停电时间最短的情况下 投入变压器或线路而不互相干扰 并对一次和二次 部分的改建工作量最少 3 经济性 在设计主接线时 主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间 与使主接线 可靠 灵活 必然要选高质量的设备和现代化的自动装置 从而导致投资的增 加 因此 主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理 一 般从以下方面考虑 1 投资省 主接线应简单清晰 节省断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 避雷器等一次设备 使继电保护和二次回路不过于复杂 节省 二次设备和控制电缆 限制短路电流 以便于选择价廉的电气设备或轻型电 器 如能满足系统安全运行及继电保护要求 110kv 及以下终端或分支变电 所可采用简易电器 2 占地面积小 主接线设计要为配电装置布置创造条件 尽量使占地面 积减少 3 电能损失少 在变电所中 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 尽量避免两次变压器而增加电 能损耗 此外 在系统规划设计中 要避免建立复杂的操作枢纽 为简化主接线 变电所接入系统的电压等级一般不超过两回 2 1 3 电气主接线的设计程序 电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计 即按照工程基本建设程序 历经可行性研究阶段 初步设计阶段 技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶 段 在各阶段中随要求 任务的不同 其深度 广度也有所差异 但总的设计 沈阳工程学院毕业设计 论文 10 思路 方法和骤相同 其具体设计步骤和内容如下 1 对原始资料进行分析 具体内容如下 1 本工程情况 主要包括 变电所类型 设计规划容量 变压器容量及台 数 运行方式等 2 电力系统情况 电力系统近期及远期发展规划 5 10 年 变电所在 电力系统中的位置 地理位置和容量位置 和作用 本期工程和远景与电力系 统连接方式以及各级电压中性点地方式等 3 负荷情况 负荷的性质及地理位置 电压等级 出线回路数及输送容量 等 电力负荷在原始资料中虽已提供 但设计时尚应予以辨证地分析 因为负 荷的发展和增长速度受政治 经济 工业水平和自然条件等方面影响 如果设 计时 只依据负荷计划数字 而投产时实际负荷小了 就等于积压资金 否则 电量供应不足 就会影响其他工业的发展 4 环境条件 当地的气温 湿度 覆冰 污秽 风向 水文 地质 海拔 地震等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响 特别是我国土 地辽阔 各地气象 地理条件相差甚大 应予以重视 对重型设备的运输条件 也应充分考虑 5 设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性 必须对各主要电器的 性能 制造能力和供货情况 价格等资料汇集并分析比较 保证设计的先进性 经济性和可靠性 2 拟定主接线方案 根据设计书任务书的要求 在原始资料分析的基础 上 可拟定若干个主接线方案 因为对电源和出线回路数 电压等级 变压器 台数 容量以及母线结构等考虑的不同 会出现多种接线方案 近期和远期 应依据对主接线的基本要求 从技术上论证各方案的优点 淘汰一些明显不合 理的方案 最终保留两个或三个技术上相当 又都能满足任务书要求的方案 再进行可靠性定量分析计算比较 最后获得最优秀的技术合理 经济可行的主 接线方案 3 主接线经济比较 4 短路电流计算 对拟定的电气主接线 为了选择合理的电器 需进行 短路电流计算 5 电器设备的选择 2 1 4 主接线的拟定方案及选择 本变电所的电压等级为 220kV 60kV 220kV 侧有进线 3 回 转供线 2 回 60kV 侧有出线 10 回 根据主接线设计必须满足供电可靠性 保证电能质量 满足灵活性和方便性 保证经济性的原则 初步在两侧各拟定两个主接线方案 进行选择 220kV 侧主接线采用单母线分段和双母线接线 2 种接线方案 220KV 降压变电所电气部分初步设计 11 60kV 侧主接线采用双母线接线和单母线分段接线 2 种接线方案 下面列表比较各种方案的特点 根据设计要求从中选出最佳方案 220kV 侧如表 2 1 1 表 2 1 1 方案 项目 单母线分段接线双母线接线 可靠性 对重要用户可以从不同段引出 两个回路 当一段母线发生故障 分段断 路器自动将故障段切除 保证 正常母线不间断供电 可以轮流检修母线而不致使供电中断 检修任一母线的隔离开关时 只停该回 路 母线故障后 能迅速恢复供电 灵活性 当出线为双回时 常使架空线 路出现交叉跨越 扩建时需向两个方向均匀扩建 调度灵活 扩建方便 便于试验 经济性 接线简单清晰 设备较少 增加了母线的长度 隔离开关的数量 和配电装置架构 占地面积增大 投 资增多 隔离开关容易误操作 需在隔离开关 和短路器之间装设联锁装置 60kV 侧如表 2 1 2 方案 项目 双母线接线单母线分段接线 可靠性 1 可以轮流检修母线而不致 使供电中断 2 检修任一母线的隔离开关 时 只停该回路 3 母线故障后 能迅速恢复 供电 1 对重要用户可以从不同段引出两个 回路 2 当一段母线发生故障 分段断路器 自动将故障段切除 保证正常母线 不间断供电 灵活性 1 调度灵活 2 扩建方便 3 便于试验 1 当出线为双回时 常使架空线路出 现交叉跨越 2 扩建时需向两个方向均匀扩建 经济性1 投资较小 1 接线简单清晰 设备较少 表 2 1 2 根据以上几种方案的比较以及本次设计变电所的实际情况 一次侧为 3 回 进线 2 回转供线 而且根据负荷的不同变化需要经常改变主接线的运行方式 二次侧出线 有 10 回出线 并且用户基本都是有重要负荷的 因此决定主接线 沈阳工程学院毕业设计 论文 12 的一次侧采用双母线接线 二次侧采用双母线接线 第三章第三章 短路电流计算短路电流计算 产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏 绝缘损坏的原因多 因设备过电压 直接遭受雷击 绝缘材料陈旧 绝缘缺陷未及时发现和消除 此外 如输电线路断线 线路杆塔也能造成短路事故 所谓短路是指相与相之 间通过电弧或其他较小阻抗的一种非正常连接 在中性点直接接地系统中或三 相四线制系统中 还指单相和多相接地 3 13 1 短路电流计算的方法短路电流计算的方法 3 1 1 短路电流计算的目的 规定和步骤 一 短路电流计算的主要目的 1 电气主接线的比较与选择 2 选择断路器等电器设备 或对这些设备提出技术要求 3 为继电保护的设计以及调试提供依据 4 评价并确定网络方案 研究限制短路电流的措施 5 分析计算送电线路对通讯设施的影响 二 短路电流计算一般规定 1 接线方式 计算短路电流所用的接线方式 应是可能发生最大短路电流的正常接线方 式 即最大运行方式 而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 2 计算容量 应按工程设计的规划容量计算 并考虑电力系统的远景发展规划 一般取 工程建成后的 5 10 年 3 一般按三相短路计算 4 短路计算点 在正常接线方式时 通过设备的短路电流为最大的地点 称为短路计算点 5 短路计算方法 在工程设计中 短路电流计算均应采用实用计算法 即在一定的假设条件 220KV 降压变电所电气部分初步设计 13 下计算出短路电流的各个分量 三 计算步骤 实用计算法 1 选择计算短路点 2 绘出等值网络 次暂态网络图 3 化简等值网络 将等值网络化简为以短路点为中心的辐射形等值网络 并求出各电源与短路点之间的电抗 即转移电抗 X 4 求计算电抗 js X 5 由运算曲线查出各电源提供给的短路电流周期分量的标幺值 6 计算无限大容量的电源提供给的短路电流周期分量的标幺值 7 计算短路电流周期分量有名值和短路容量 8 计算短路电流冲击值 9 绘制短路电流计算结果表 3 1 2 三相短路电流的计算 一 等值网络的绘制 1 网络模型的确定 计算短路电流所用的网络模型为简化模型 即忽略负荷电流 发电机用次 暂态电抗表示 认为各发电机电势模值为 1 相角为 0 2 网络参数的计算 短路电流的计算通常采用标幺值进行近似计算 常取基准容量为一整数 B S 100MW 或 1000MW 而将各电压级的平均额定电压取为基准电压即 1 05 B U av U 从而是计算大为简化 N U 二 化简等值网络 采用网络简化法将等值电路逐步化简 求出各电源与短路点之间的转移电 抗 在工程计算时 为进一步简化网络 减少工作量 长将短路电流变化规律 相同或相近的同类型发电机可以合并 直接接于短路点的发电机一般予以单独 考虑 无限大容量的电源应该单独计算 三 三相短路电流周期分量任意时刻的计算 进行网络简化时 求出各个等值电源与短路点之间的转移电抗 再将 i X 其换算成以等值电源容量为基准的标幺值 即为该电源的计算电抗 jsi X jsi X B Ni i S S X 式中 第 i 个等值电源的额定容量 MVA i 1 2 n Ni S 1 无限大容量电源 当供电电源为无限大容量或计算电抗 3 45 时 则可以认为其周期分 js X 沈阳工程学院毕业设计 论文 14 量不衰减 此时 js XX II 11 或 2 有限容量电源 当供电电源为有限容量时 其周期性分量是随时间衰减的 这时工程上常 采用运算曲线法来求得任意时刻短路电流的周期分量 3 总的短路电流周期分量的有名值 最后将得到的各电源在某同一时刻供出的短路电流的标幺值换算成有名值 然后相加 便得到短路点某一时刻的三相短路电流周期分量 即 B B B Ni n i tit U S I U S II 33 1 式中 有限容量供给的短路电流周期分量标幺值 ti I 无限大容量电源供给的短路电流的标幺值 I 短路点 t 秒短路电流周期性分量的有效值 kA t I 四 三相短路电流冲击值的计算 三相短路电流的最大峰值出现在短路后半个周期 当 f 50Hz 时 发生在短 路后 0 01s 此峰值被称为冲击电流 其计算式为 sh i 2IKi ssh 式中 冲击系数 发电机出口 1 9 其他地点 1 8 s K 本次设计所选的短路点取为变电所两台主变高压侧的点和低压侧并列运 1 d 行时的 计算结果如下 2 d 点短路电流值 短路电流周期分量有效值 1 d 2 d 短路点 0 S2 S4 S 1 d 6 38KA6 64KA6 84KA 2 d 7 99KA8 02KA8 02KA 点冲击电流 1 d 1 822 55 6 3816 27 sh iIKA 点冲击电流 2 d 1 822 55 7 9920 4 sh iIKA 220KV 降压变电所电气部分初步设计 15 第四章第四章 变电所电气设备选择变电所电气设备选择 电气装置中的载流导体和电气设备 在正常运行和短路状态时 都必须安 全可靠的运行 为了保证电气装置的可靠性和经济性 必须正确地选择电气设 备和载流导体 各种电气设备选择的一般条件程序是 先按正常工作条件选择 出设备 然后按短路条件校验其动稳定和热稳定 4 14 1 电气设备的选择原则电气设备的选择原则 电气设备和载流导体的选择设计 必须执行国家的有关技术经济政策 并 应做到技术先进 经济合理 安全可靠 运行方便和为今后的发展扩建留有一 定的余地 一 电气设备选择的一般要求 1 应满足各种运行 检修 短路和过电压情况的运行要求 并考虑远景 发展 2 应按当地气候环境校验 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 以减少备品条件 方便运行管理 6 选用的新产品均应有可靠的技术数据 并经正式签定合格 二 电气设备选择的一般原则 1 按正常工作条件选择 1 类型和形式的选择 根据设备的安装地点 使用条件等因素 确定是 选用户内型还是户外行 选用普通型还是防污性 选用装配式还是成套式 选 用适合有人值班的还是满足无人值班要求等 2 额定电压 按电气设备和载流导体的额定电压不小于装设地点的 N U 电网额定电压选择 即 NS U NSN UU 但是 限流式熔断器只能用在与其额定电压相同的电网中 若降压使用的 话 熔断时产生的过电压将对电网和设备的绝缘造成损坏 3 额定电流 所选择电气设备的额定电流 或载流导体的长期允许 N I 沈阳工程学院毕业设计 论文 16 电流 经温度和其他条件修正后得到的电流值 不得小于装设回路的最大 y I 持续工作电流 即 max III yN 或 按 交流高压电器的长期工作时的发热 的规定 断路器 隔离开关 电 抗器等电器设备在环境最高温度为 40 时 允许按额定电流持续工作 当安装 地点的环境温度高于 40 而低于 60 时 每增高 1 建议额定电流减少 1 8 当低于 40 时 每降低 1 建议额定电流增加 0 5 但总的增加值不得超过 额定电流的 20 2 按短路状态进行校验 当电气设备和载流导体通过短路电流时 会同时产生电动力和发热两种效 应 一方面使电气设备和载流导体受到很大的电动力作用 同时又使它们的温 度急剧升高 这可能使电气设备和载流导体的绝缘受到损坏 为此 在进行电 气设备和载流导体的选择时 必须对短路电流电动力和发热计算 以验算动稳 定和热稳定 为使所选电气设备和载流导体具有足够的可靠性 经济性和合理性 并在 一定时期内适应电力系统发展的需要 作验算用的短路电流应按下列条件确定 1 容量和接线 按本工程设计最终容量计算 并考虑电力系统远景发展 规划 工程建成后 5 10 年 其接线应采取可能发生最大短路电流的正常接线 方式 但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式 2 短路种类 一般按三相短路验算 若其他种类短路较三相短路严重时 则应按最严重的情况验算 3 计算短路点 选择通过电器设备的短路电流为最大的那些点为短路点 先考虑分别在电气设备前后短路时的短路电流 同时要强调的是流过所要校验 设备内部的短路电流 而非流到短路点的总电流 4 短路时间 校验电器是热稳定和开断能力时 还必须合理地确定短路 计算时间 验算热稳定的计算时间为继电保护动作时间和相应断路器的全 K t pr t 开断时间之和 即 ab t abprk ttt 式中 断路器全开断时间 ab t 后备保护时间 pr t 验算电气设备的热稳定和动稳定的方法如下 当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时 其热效应不应超过允许 值 即 kyt QQtI 2 式中 短路电流的热效应 k Q 设备给定的 ts 内允许的热稳定电流有效值 t I 当被选择的电气设备和载流导体通过可能最大的短路电流值时 电动力效 应不会造成其变形或损坏 即应满足条件 220KV 降压变电所电气部分初步设计 17 essh ii 式中 短路冲击电流的幅值 sh i 设备允许通过的动稳定电流的峰值 es i 3 按环境条件校验 选择电气设备和载流导体时 应按当地环境条件校验 当气温湿度污秽海 拔地震覆冰等环境条件超出一般电器的基本使用条件时 应通过技术经济比较 后采取相应措施进行处理解决 4 2 电气设备的选择电气设备的选择 4 2 1 高压断路器的选择 220KV 侧断路器选择结果如表 4 2 1 表 4 2 1 计算数据220 1250LW Ns U 220 kVN U 220 kV max I 237 216AN I 1250A I6 38kANbr I 31 5kA sh i 16 27kA1Nc i 80kA k Q 176 13 skA 2 tIt 231 54 3969 2 skA 2 sh i 16 27kAes i 80kA 60KV 侧断路器选择结果如表 4 2 2 表 4 2 2 计算数据 63LW Ns U 60kVN U 60kV max I 866 05AN I 2500A I7 99kANbr I 31 5kA sh i 20 4kA1Nc i 80kA 沈阳工程学院毕业设计 论文 18 k Q 257 1 skA 2 tIt 231 54 3969 2 skA 2 sh i 20 4kAes i 80kA 1 型式 除满足各项技术条件和环境条件外 还应考虑安装调试和运行 维护的方便 一般 6 35kv 选用真空断路器 35 500kv 选用 SF6断路器 2 额定电压的选择为 NSN UU 3 额定电流的选择为 max IIn 4 额定开断电流的检验为 III tNbr 或 式中 断路器实际开断时间ts 的短路电流周期分量 t I 实际开断时间 tk 为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之后 5 热稳定校验应满足 Kt QtI 2 6 动稳定校验应满足 shes ii 4 2 2 隔离开关的选择 隔离开关的型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素 进行综合 的技术经济比较后确定 其他选择的具体项目方法与断路器的选择方法基本相 同 根据对隔离开关操作控制的要求 还应选择其配用的操动机构 屋内 8000 以下隔离开关一般采用手动操作机构 220kv 及以上高位布置的隔离开关 宜 采用电动机构和液压机构 220kV 侧隔离开关选择结果如表 8 2 3 60kv 侧隔 离开关选择结果如表 8 2 4 表 4 2 3 计算数据 6 220 1250GW Ns U 220kVN U 220kV max I 237 216AN I 1250A k Q 176 13 skA 2 tIt 231 5 2 4 3969 skA 2 sh i 16 27kAes i 80kA 表 4 2 4 计算数据 5 63 1250GW 220KV 降压变电所电气部分初步设计 19 Ns U 60kvN U 63kv max I 866 05AN I 1250A k Q 257 1 skA 2 tIt 231 5 2 4 3969 skA 2 sh i 20 4kAes i 80kA 4 2 3 电压互感器的选择 1 型式的选择 根据电压互感器安装的场所和使用条件 选择电压互感器的绝缘结构和安 装方式 一般 6 20kv 户内配电装置中多采用油侵或树脂浇注绝缘的电磁式电压互 感器 35kv 配电装置中宜选用电磁式电压互感器 110kv 及其以上的配电装置 中尽可能选用电容式电压互感器 在型式选择时 还应根据接线和用途的不同 确定单相式 三相式 三相 五柱式 一个或多个副绕组的不同型式的电压互感器 接在 110kv 及以上线路侧的电压互感器 当线路上装有载波通信时 应尽 量与耦合电容器结合 统一选用电容式电压互感器 2 按额定电压选择 为保证测量准确性 电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的 90 110 之间 电压互感器二次额定电压应满足测量 继电保护和自动装置的要求 通常 一次绕组接于电网线电压时 二次绕组额定电压选为 100V 一次绕组接于电网 相电压时 二次绕组额定电压选为V 当电网为中性点直接接地系统时 3 100 互感器辅助副绕组额定电压选为 100 当电网为中性点非直接接地系统时 3 互感器辅助绕组额定电压选为 100 3V 3 按容量和准确度级选择 电压互感器按容量和准确度级的原则与电流互感器的选择相似 要求互感 器二次最大一相的负荷 不超过设计要求准确度级的额定二次负荷 而且 2 S 2 S 应该尽量接近 因过小也会使误差增大 2 S 2N S 2 S 统计电压互感器二次负荷时 首先应根据仪表和继电器电压线圈的要求 确定电压互感器的接线 并尽可能将负荷分配均匀 然后计算各相负荷 取其最大一相负荷与互感器的额定容量比较 在计算 沈阳工程学院毕业设计 论文 20 各项负荷时 要注意互感器与负荷的接线方式 电压互感器不校验动稳定和热稳定 220kV 侧电压互感器选择结果表 型号额定变比额定容量准确等级最大容量 JDC 220 100 3 100 3 220000 1 级 500VA 3 级 1000VA 2000VA 60kV 侧电压互感器选择结果表 型号额定变比额定容量准确等级最大容量 JCC 60 3 100 3 100 3 60000 1 级 500VA 3 级 1000VA 2000VA 4 2 4 电流互感器的选择 1 型式的选择 根据安装的场所和使用条件 选择电流互感器的绝缘结构 浇注式 瓷绝 缘式 油侵式等 安装方式 户内 互外 装入式 穿墙式等 结构型式 多匝式 单匝式 母线式等 测量特性 测量用 保护用 具有测量暂态的 特性等 一般常用型式为 低压配电屏和配电装置中 采用 LQ 线圈式和 LM 母线式 6 20kv 户内配电装置和高压开关柜中 常采用 LD 单匝贯穿式或复杂贯穿式 35kv 及以上的电流互感器多采用油侵式结构 在条件允许时 如回路中有变压 器套管 穿墙套管 应优先选用套管电流互感器 以节省占地和减小投资 2 按额定电压选择 电流互感器的额定电压不小于装设电流互感器回路所在电网的额定电压 3 按额定电流选择 电流互感器的一次额定电流不小于装设回路的最大持续电流 电流互感器 的二次额定电流 可根据二次负荷的要求分别选择 5A 或 1A 等 为了保证测量 仪表的最佳工作状态 并且在过负荷时使仪表有适当的指示 当 TA 用于测量时 其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大 1 3 左右 4 按准确度等级选择 电流互感器的准确度等级应符合其二次测量仪表 继电保护等的要求 用 于电能计量的电流互感器 准确度级不应低于 0 5 级 用于继电保护的电流互 感器 误差应在一定的限值内 以保证过电流时的测量准确度的要求 根据电力系统要求切除短路故障和继电保护动作时间的快慢 对互感器保 证误差的条件提出了不同的要求 在大多数情况下 继电保护动作时间相对来 说比较长 对电流互感器规定稳态下的误差就能满足使用要求 这种互感器称 为一般保护用电流互感器 适合与电压等级较低的电力网 如果系统要求继电 保护实现快速动作时 应选用铁芯带有小气隙的暂态特性好的电流互感器 因 为它能保证其暂态误差在规定的范围内 220KV 降压变电所电气部分初步设计 21 5 校验二次负荷的容量 为保证电流互感器工作时的准确度符合要求 电流互感器的二次负荷不超 过 某准确度下 允许的最大负荷 电流互感器的二次总负荷包括二次测量仪表 继电器电流线圈 二次电缆 和接触电阻的部分电阻 当电流互感器的二次负荷不平衡时 应按最大一相的 二次负荷校验 6 校验热稳定 电流互感器的热稳定能力用热稳定倍数 Kr 表示 热稳定倍数 Kr 等于互感 器 1s 热稳定电流与一次额定电流 IN1之比 故热稳定条件为 kNr QIK 2 1 式中 短路热效应 k Q 7 校验动稳定 电流互感器的内部动稳定能力用动稳定倍数 Kd 表示 动稳定倍数 Kd等于互 感器内部允许通过的极限电流 峰值 与一次额定电流 IN1之比 故互感器内 部动稳定条件为 shNd iIK 1 2 式中 通过电流互感器一次侧绕组的最大冲击电流 sh i 此外 还应校验电流互感器的外部动稳定 即一次侧瓷绝缘端部受电动力 的机械动稳定 电流互感器外部动稳定条件为 max FFy 式中 电流互感器一次侧端部允许作用力 y F 电流互感器一次侧瓷绝缘端部所受最大电动力 max F 220kV 和 60KV 侧电流互感器选择结果如表 4 2 5 和 4 2 6 表 4 2 5 计算数据 LCWD 220 Ns U 220kVN U 220kV max I 237 216AN I 1200A 3004 k Q SKA 2 K I N r 2 600 6 1296KA 2 s 2 sh i 16 27KA dN KI 1 2 50 904KA606 02 表 4 2 6 计算数据 LCWD 60 沈阳工程学院毕业设计 论文 22 Ns U 60kVN U 60KV max I 866 05AN I 2 600 1200A k Q 257 1 skA 2 K I N r 2 750 6 2025 2 skA 2 sh i 20 4KA dN KI 1 2 127 26KA1506 02 4 2 5 互感器的配置要求 1 电压互感器的配置 1 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关 并应满足监视 测量 保护 同期和自动装置的要求 电压互感器的配置应能保证在主接线的运行方式改变时 保护装置不得失 压 同期点的两侧都能提取到电压 2 6 220kv 电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器 旁路 母线上是否需要装设电压互感器 应视各回路出线外侧装设电压互感器的情况 和需要确定 3 当需要监视和检测线路侧有无电压时 出线侧的一相上应装设电压互 感器 如果电流互感器绝缘套管末屏能抽取电压 则可省去 2 电流互感器的配置 1 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器 其数量应满足测量仪表 保护和自动装置的要求 2 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器 如发电机和变压器的 中性点 发电机和变压器的出口 桥形接线的跨条上等 3 对直接接地系统 一般按三相配置 对非直接接地系统 依据具体技 术要求按两相或三相配置 为了监视三相电流的平衡和差动保护的需要 该处 的电流互感器必须采用三相配置 4 34 3 母线的选择母线的选择 一般来说 母线系统包括载流导体和支撑绝缘两部分 载流导体可构成硬 母线和软母线 软母线是钢芯铝绞线 有单根 双分裂和组合导线等方式 因 其机械强度决定于支撑悬挂的绝缘子 所以不必校验其机械强度 下面以应母 线为例 说明选择和校验的过程和方法 一 硬母线的选择 1 型式 一般采用铝材 只有当持续工作电流较大且位置特别狭窄的场 220KV 降压变电所电气部分初步设计 23 所 或者腐蚀严重的场所 才选用铜材 20kv 及以下且正常工作电流不大于 4000A 时 宜选用矩形导体 在 4000 8000A 时 一般选用槽形导体 8000A 以上的工作电流选管形导体或钢芯 铝绞线构成的组合导线 2 按最大持续工作电流选择 导体截面应满足 max IIy 式中 导体的长期允许载流量 A y I 3 按经济电流密度选择 在选择导体截面时 除配电装置的汇流母线外 长度在 20m 以上的导体 其截面一般按经济电流密度选择 先求出经济截面 即 j S J I S j max 2 mm 式中 J 经济电流密度 可由相应曲线查出 2 mmA 4 热稳定校验应满足条件 2 max mm C Q S k 式中 C 母线的热稳定系数 可由相应表查出 短路电流的热效应 k QsKA 2 满足热稳定的最小截面 min S 2 mm 5 动稳定校验应满足条件 y max 式中 母线材料的允许应力 y 母线材料所受的最大应力 max 若每相采用多条矩形母线时 其母线导线所受的最大应力应为相间最大应 力与条间最大应力之和 6 电晕电压校验 电晕放电会造成电晕损耗 无线电干扰 噪声和金属 腐蚀等许多危害 一般来说 110kv 及以上的母线应进行电晕电压校验 110 220kV 裸母线在晴天不发生可见电晕的条件是 电晕临界电压应大于最高工 Ii U 作电压 即 220kV 软母线不校验电晕的最小截面为 300mm2 maxg U Ii U maxg U 经过选择和校验 本设计选用母线的结果如表 4 3 1 表 4 3 1 安装地点额定电压母线型号截面面积载流量 高压侧 220kVLGJ 300300mm2765A 低压侧 60kVLGJ 240240mm2613A 4 44 4 避雷器的选择避雷器的选择 一 避雷器保护及配置 一 避雷器的参数及配置 电气设备的绝缘配合基于避雷器的保护水平 设备所承受的雷电过电压和 操作过电压均由避雷器来限制 即选用设备的绝缘水平取决于避雷器的保护性 沈阳工程学院毕业设计 论文 24 能 1 避雷器的参数 普通阀型避雷器有 FS 型和 FZ 型两种 FS 型主要使用于配电系统 FZ 型使 用于发电厂和变电所 FZ 型避雷器均由结构和性能标准化的单件组成 其单件 的额定电压分别为 3 6 10 15 20kv 和 30kv 因此 可由不同单件组成各 种电压等级的避雷器 如 FZ 35 型避雷器是由两个 FZ 15 型避雷器串联而成 避雷器的主要技术参数如下 1 额定电压 避雷器的额定电压必须与安装避雷器的电力系统的电压等 级相同 2 灭弧电压 灭弧电压是保证避雷器能够在工频续流第一次经过零值时 根据灭弧条件所允许加至避雷器的最高工频电压 对 35kv 及以下的避雷器 其 灭弧电压规定为系统最大工作线电压的 100 110 对 110kv 及以上中性点接 地系统的避雷器 其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的 80 3 工频放电电压 对工频放电电压要规定其上 下限 工频放电电压太 高则意味着冲击放电电压也高 将使其保护特性变坏 工频放电电压太低 意 味着灭弧电压太低 将会造成不能可靠地切断工频续流 4 冲击放电电压 冲击放电电压是指预放电电压时间为 1 5 20s 的 冲击放电电压 与 5kA 对 330kV 为 10ka 下的残压基本相同 5 残压 在防雷计算中以 5kA 下的残压作为避雷器的最大残压 6 保护比 保护比等于残压与灭弧电压之比 保护比越小说明残压越低 或灭弧电压越高 其保护特性越好 FZ 和 FCD 系列避雷器的保护比约在 2 3 2 6 范围内 FCZ 系列避雷器的保护比则为 1 7 1 8 7 直流电压下的电导电流 运行