枢纽变电站电气主接线系统设计书.docx

枢纽变电站电气主接线系统设计书第一章分析原始资料此次课程设计的题目是设计枢纽变电站电气主接线，利用小时数为6500小时/年，按照规划要求该枢纽变电站包括500KV、220KV、110KV三个电压等级，其中：1、500KV：进线4回，与其他变电所的联络线2回，基准容量为100MVA，此时系统归算到500KV母线上系统电抗标幺值为0.11。2、220KV：出线8回，最大负荷为400MW，最小负荷为300MW，=0.85，=4500h/a。3、35KV：出线6回，最大负荷为200MW，最小负荷为150MW，=0.80=4000h/a。4、后备保护时间 ，主动保护时间0.1s5、站用变按2考虑。第二章电气接线方案设计2.1概述变电站电气主接线指的是变电站中汇集、分配电能的电路，通常称为变电站一次接线，是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按照一定顺序连接而成的。电气主接线是整个变电站电气部分的主干，电气主接线方案的选定对变电站电气设备的选择、现场布置、保护与控制所采取的方式，运行的可靠性、灵活性、经济性，检修、运行维护的安全性等，都有直接影响。因此，选择优化的电气接线方式，具有特别重要的意义。2.2变电站各电压等级主接线选择1、500KV电压等级主接线基本形式选择 采用一台半断路器接线方式：500KV枢纽变电站在电力系统中的地位极为重要，其安全可靠运行将直接影响整个系统的安全稳定运行，因此对500KV变电站可靠性要求较高。根据原始资料分析，查阅相关资料，目前我国500KV变电站的电气接线广泛参用一台半断路器接线方式，一台半断路器接线方式采用多环路供电，可靠性高，为了使500KV变电站可靠性更高，本设计采用一台半断路器接线方式。2、220KV电压等级主接线基本形式选择采用双母线带专用旁路断路器的旁路母线接线方式：根据原始资料分析，查阅相关资料，220KV出线8回可参用的主接线方式有：双母线接线、双母线分段带旁路接线、双母线带旁路接线，分析三种接线方式，双母线接线可靠性较低，故方案一采用双母线分段带旁路接线；方案二采用双母线带旁路接线。进行比较。3、110KV电压等级主接线基本形式选择根据原始资料分析，查阅相关资料，110KV电压等级是本枢纽变电站最低的电压等级，一般将厂用电接在这一电压等级上，此电压等级对供电可靠性相比其他电压等级较低，又因为具有6回出线。所以方案一采用双母线分段，方案二采用双母线接线。2.3站用电的接线选择枢纽变电站站用电较发电厂厂用电负荷小，用电要求较低，变电站主要用电设备包括：变压器、高压开关、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、高压开关柜、低压开关柜、直流蓄电池、充电器、各种保护和控制装置、测量仪表以及采暖、通风、照明、供水设备等。采用380/220V电压等级供电，使用两台容量为500KVA站用变压器，从变电站35KV电压等级配电电压上引接，站用低压母线采用单母线分段接线方式。2.4电气主接线方案和站用电原则接线方案主接线方案一:主接线方案二：方案分析：双母线分段接线较双母线接线可靠性和灵活性更高，投资有所增加；双母线带旁路母线的接线，检修回路断路器工作时可以使回路不致停电，增加了可靠性，倒闸操作更方便灵活，但增加了投资。由于本枢纽变电站电压等级高、输送功率大、送电距离较远，停电影响很大，因而不允许因检修断路器而长期停电，220KV出线较多，选择双母线分段带旁路母线接线，进而为了确保供电可靠性，采用双母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。故方案一优于方案二。第三章主变压器的选择3.1选择主变压器主变压器的确定除了要根据基本原始资料外，还要根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级等因素，进行综合分析和合理选择。对于本设计的枢纽变电站，应当考虑一台主变压器停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%-80%。根据原始资料得，220KV电压等级最大负荷400MW，,110KV电压等级最大负荷为200MW，。110KV:三台均摊 =95（MVA）一台发生故障：=87.5 (MVA)220KV: 110KV:三台均摊 =172.5（MVA）一台发生故障：=164 (MVA)500KV: S=172+95=267根据以上条件，查电气工程电气设备手册选择主变压器，选择型号为OSFPSZ-360000/500的变压器，变压器的主要参数为：型号OSFPSZ-360000/500额定容量(KVA）360000/360000/40000额定电压（KV）高550中246低110空载损耗（KW）190负载损耗（KW）高-中800高-低1060中-低188阻抗电压(%)高-中10高-低26中-低41连接组号YN,a0,d113.2站用变压器题中要求站用变压器为2*500kvA，所以我们选择两台变比为110kv/10kv的变压器（变压器高压侧选择从110kv出线，是考虑从220和500kv出线的变压器的绕组多，变压器质量大，造价也高）。选择两台变压器的原因时，500kv的变电站的站用电应有两台变压器，互为备用。型号容量/KVA变比高压侧额定电压/kv低压侧额定电压/kv短路阻抗标幺值空载损耗/kw负载损耗/kwSfl7-6300/1106300110110（121）10.510.511.6413.3主变压器阻抗计算三绕组变压器与双绕组变压器相同，三绕组变压器等值电路中的参数也必须折算到同一侧。三绕组变压器的电阻和漏抗比双绕组复杂，由于每相有三个绕组，在等值电路中相应的有三个阻抗，因此需要在两两绕组之间分别做短路试验，才能得出这三个阻抗。1、变压器各侧绕组电抗电压降百分数2、变压器各绕组漏电抗一次侧漏电抗为二次侧漏电抗为三次侧漏电抗为3、等效电路图4、折算后变压器漏电抗第四章短路计算4.1概述变电站设计中必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是各种型式的短路，各种故障中又以三相短路时的短路电流最大，危害最大。因此，需要采用三相短路计算来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。4.2系统等效电路图4.3短路电流计算1、 在500KV等级母线处短路时稳态短路电流标幺值：稳态短路电流基准值：稳态短路电流：起始次暂态电流：短路冲击电流：1.9短路冲击电流有效值：2、 在220KV等级母线处短路时稳态短路电流标幺值为：稳态短路电流基准值：稳态短路电流：起始次暂态电流：短路冲击电流：1.9短路冲击电流有效值：3、 在110KV等级母线处短路时稳态短路电流标幺值：34.36稳态短路电流基准值：稳态短路电流：起始次暂态电流：短路冲击电流：1.9短路冲击电流有效值：第五章电气设备的选择5.1各电压等级母线最大工作电流1、500KV母线最大工作电流2、220KV母线上（1）出线和旁路最大工作电流（2）进线和分段最大工作电流（3）母联最大工作电流3、110KV母线上（1）出线最大工作电流（2）进线和分段最大工作电流（3）母联最大工作电流5.2断路器的选择断路器的主要功能是：正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行起控制作用；当线路或设备发生故障时，能快速切除故障回路、保障无故障部分正常运行，起保护作用，其最大特点是能断开电气设备中负荷电流和短路电流。断路器种类和形式的选择：考虑500KV高压断路器电压等级高，需要的性能好，可靠性高，宜选择断路器，断路器运行可靠性高，维护工作量少，特别在220KV及以上配电装置中得到广泛运用； 对于220KV母线进出侧断路器或母联断路器其电压等级较高，需要的可靠性相对较高也考虑采用断路器；对于35KV电压等级断路器其电压等级较低，考虑选用真空断路器，真空断路器具有灭弧时间快、低噪声、高寿命、可频繁操作的优点，已在35KV及以下配电装置中获得广泛的应用。额定电压额定电流选择：,（式中：、分别为断路器和电网的额定电压KV；、分别为断路器的额定电流和电网的最大负荷电流A）开端电流的选择：（式中：为高压断路器的额定开断电流KA；为起始暂态电流/短路稳态电流KA）短路关合电流的选择：（式中：为额定短路开合电流KA；为短路冲击电流）根据前边各回路最大正常工作持续电流、短路电流、短路冲击电流的计算从额定电压、额定电流、额定开断电流、短路关合电流满足条件的基础上查阅电力工程电器设备手册上册选取合适的断路器，具体参数如下表：型号额定电压额定电流额定开断电流额定关合电流峰值动稳定电流峰值3s热稳定电流全开断时间SFM-500500KV2000A40KA100KA100KA40KA0.06s型号额定电压额定电流额定开断电流额定关合电流峰值动稳定电流峰值3s热稳定电流全开断时间LW-220220KV1600A40KA100KA100KA40KA0.06s型号额定电压额定电流额定开断电流额定关合电流峰值动稳定电流峰值3s热稳定电流全开断时间LW14-110110KV2000A31.5KA80KA80KA31.5KA0.06s5.3隔离开关的选择隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流，其工作特点是在有电压、无负荷电流情况下分、合线路。隔离开关的主要功能为：隔离电压倒闸操作分、合小电流。与断路器相比，选择隔离开关只需考虑额定电压、额定电流及短路动热稳定校验。额定电压、额定电流的选择：,（式中：、分别为隔离开关和电网的额定电压KV；、分别为隔离开关的额定电流和电网的最大负荷电流A）根据电力工程电器设备手册上册选取合适的隔离开关，具体参数如下表：型号额定电压额定电流动稳定电流峰值3s热稳定电流GW6-500(DW)500KV2500KA80KA40KA型号额定电压额定电流动稳定电流峰值3s热稳定电流GW6-220(DW)220KV2000KA100KA40KA型号额定电压额定电流动稳定电流峰值3s热稳定电流GW6-110(DW)110KV1600KA80KA40KA5.4电流互感器的选择选择500KV 220KV 110KV电压等级母线侧电流互感器需要满足以下条件：（1）电流互感器的额定电压（2）电流互感器的额定电流型号二次电流比准确级热稳定电流动稳定电流LB2-5001200/50.240(3s)KA50KA型号二次电流比准确级短时热稳定电流动稳定电流LCWB-220(W)3952（W）2/50.540(3s)KA1OOKA型号二次电流比准确级短时热稳定电流动稳定电流LB6-1102750/50.540(3s)KA100KA5.5电压互感器的选择选择500KV，220KV,110KV电压等级母线侧电压互感器需要满足以下条件：（1）电压互感器的一次侧额定电压，应大于或等于所接电网的额定电压（2）在满足二次电压和负荷要求条件下电压互感器应尽量采用简单接线（3）对测量精度要求较高的大容量变压器和系统干线宜用0.20.5级（4）电压互感器无需进行动热稳定校验型号额定电压（KV）初级绕组次级绕组剩余电压绕组型号额定电压（KV）初级绕组次级绕组剩余电压绕组型号额定电压（KV）初级绕组次级绕组剩余电压绕组5.6母线的选择母线选择的原理是，按照电压和正常工作电流选择，即 U ,选择完毕之后，再用短路电流进行动热稳定校验1、500KV电压等级母线的选择500kv母线，年平均使用时间为6500h5000h,按经济密度选择（1）母线最大工作电流：查经济电流密度曲线得 J=0.63（A/mm）则，S=查发电厂电气部分附录表1，选取2条80mm*10mm的矩形铝导体，K=1.30，竖放最大允许电流为2.373kA，温度修正系数（环境温度设为35摄氏度）K=0.88则有：其数据参数如下：导体尺寸）单条竖放竖放载流量集肤效应系数2373A1.302、220KV电压等级母线的选择220kv母线，年平均使用时间为4500h5000h,按最大允许电流选择（1）母线最大工作电流：查发电厂电气部分附录表1，选取125*10mm的矩形铝导体，K=1.12，竖放最大允许电流为2.177kA，温度修正系数（环境温度设为35摄氏度）K=0.88则有：其数据参数如下：导体尺寸）单条竖放竖放载流量集肤效应系数2177A1.123、110KV电压等级母线的选择110kv母线，年平均使用时间为4500h5000h,按最大允许电流选择（1）母线最大工作电流：查发电厂电气部分附录表1，选取125*10mm的矩形铝导体，K=1.12，竖放最大允许电流为2.177kA，温度修正系数（环境温度设为35摄氏度）K=0.88则有：其数据参数如下：导体尺寸）单条竖放竖放载流量集肤效应系数2177A1.12符合要求第六章 电气设备的校验6.1断路器的校验型号额定电压额定电流额定开断电流额定关合电流峰值动稳定电流峰值3s热稳定电流全开断时间SFM-500500KV2000A40KA100KA100KA40KA0.06s型号额定电压额定电流额定开断电流额定关合电流峰值动稳定电流峰值3s热稳定电流全开断时间LW-220220KV1600A40KA100KA100KA40KA0.06s型号额定电压额定电流额定开断电流额定关合电流峰值动稳定电流峰值3s热稳定电流全开断时间LW14-110110KV2000A31.5KA80KA80KA31.5KA0.06s将系统视为无穷大系统1、500KV母线侧断路器短路时间：，=271 热稳定校验t ，满足要求 动稳定校验 ，满足要求2、220KV母线侧断路器短路时间：，=586 热稳定校验t ，满足要求 动稳定校验 ，满足要求3、110KV母线侧断路器短路时间：，=798 热稳定校验t ，满足要求 动稳定校验 ，满足要求6.2隔离开关的校验型号额定电压额定电流动稳定电流峰值3s热稳定电流GW6-500(DW)500KV2500KA80KA40KA型号额定电压额定电流动稳定电流峰值3s热稳定电流GW6-220(DW)220KV2000KA100KA40KA型号额定电压额定电流动稳定电流峰值3s热稳定电流GW6-110(DW)110KV1600KA80KA40KA1、500KV母线处隔离开关 热稳定校验t ，满足要求 动稳定校验 ，满足要求2、220KV母线处隔离开关 热稳定校验t ，满足要求 动稳定校验 ，满足要求3、110KV母线处隔离开关 热稳定校验t ，满足要求 动稳定校验 ，满足要求6.3电流互感器的校验型号二次电流比准确级热稳定电流动稳定电流LB2-5001200/50.240(3s)KA50KA型号二次电流比准确级短时热稳定电流动稳定电流LCWB-220(W)3952（W）2/50.540(3s)KA1OOKA型号二次电流比准确级短时热稳定电流动稳定电流LB6-1102750/50.540(3s)KA100KA1、500KV母线处电流互感器 热稳定校验t=满足要求 动稳定校验 ，满足要求2、220KV母线处电流互感器 热稳定校验t= 满足要求 动稳定校验 ，满足要求3、110KV母线处电流互感器 热稳定校验t= 满足要求 动稳定校验 ，满足要求6.4母线的校验1、500KV母线校验热稳定校验2）动稳定校验（取档距为1.3m）自振频率：不用考虑共振影响相间距离按最小安全净距A2选择a=A2=4.3m,最大相间应力：截面距：母线同相之间应力：查表可得 K=0.48临界的垫片之间的距离：因此，取不同相之间的垫片的距离为0.6m综上，选择两条80*10mm的矩形铝导体竖放，绝缘子之间的距离为1.2m，不同相之间的垫片的距离为0.6m。2、220KV母线校验（2) 热稳定校验：查表知 C=93（AS）（3）动稳定校验（取档距为1.3m）自振频率：不用考虑共振影响相间距离按最小安全净距A2选择a=A2=1.1m,最大相间应力：得矩形铝导体可以满足要求动稳定校验要求综上，选择125mm*10mm的矩形铝导体，绝缘子距离选择1.2m3、110KV母线校验（1) 热稳定校验：查表知 C=94（AS）（2）动稳定校验（取档距为1.2m）自振频率：不用考虑共振影响相间距离按最小安全净距A2选择a=A2=1.1m,最大相间应力：得矩形铝导体可以满足要求动稳定校验要求综上，选择125mm*10mm的矩形铝导体，绝缘子距离选择1.2m第七章 年运行费用计算该枢纽变电站三绕组变压器年运行费用主要包括一年中变压器的损耗电能费及检修、折旧、维护费等，年运行费，其中为损耗电能的电价；为变压器年损耗电能该枢纽变电站的年运行费用为一千五百万左右，相比其他方案来说，性价比较高，比较合理。500KV的高电压等级对于主变压器的要求比较高，设备大各项参数要求一般均需采用三台单相式变压器组成一台，采用自耦主变压器消耗材料少，成本低，损耗少效益高，便于运输和安装，占地面积小，但其会使系统短路电流增加，造成调压上的一些困难，使绕组的过电压保护复杂。与其他变压器将比，比较适合，综合考虑，此方案比较好。总结体会通过了这次将近十天的发电厂课程设计，在老师和同学们的帮助下，我顺利完成500KV枢