明振宇-毕业设计论文.pdf

毕毕毕毕 业业业业 设设设设 计计计计 论文论文论文论文 院 系 电力工程系 专业班级 农电 05K1 班 学生姓名 明振宇 指导教师 彭咏龙 二二二二 九九九九年六月年六月年六月年六月 题 目 220kV 降压变电所电气一次 系统设计 220 110 10kV 2 4 12 回出线 华北电力大学本科毕业设计 论文 I 220kV 降压变电所电气一次系统设计 220 110 10kV 2 4 12 回出线 摘 要 电能是现代城市发展的主要能源和动力 随着现代文明的发展与进步 社会生产和生 活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求 城市供电系统的核心部分是变电所 因此 设计和建造一个安全 经济的变电所 是极为重要的 本变电所设计除了注重变电 所设计的基本计算外 对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明 其主要内容包括 变电所主接线方案的选择 进出线的选择 变电所主变压器台数 容量和型式的确定 短 路点的确定与短路电流的计算 电气设备的选择 断路器 隔离开关 电压互感器 电流 互感器 避雷器 配电装置设计和总平面布置 防雷保护与接地系统的设计 另外 绘 制了五张图纸 包括 电气主接线图 电气总平面布置图 防雷与接地图各一张 配电装 置断面图 3 4 张 图纸规格与布图规范都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制 关键词 变电所 电气主接线 电气设备 设计 华北电力大学本科毕业设计 论文 II A DESIGN OF ELETRIC SYSTEM FOR 220kV TERMINAL TRANSFORMER SUBSTATION Abstract Electric energy is the main energy and dynamism of modern city development With development and progress of modern civilization social production and is it put forward high request more and more to quality and management that electric energy supply to live The core of city for supplying power is transformer It is very important to design and build one safe and economical transformer substation Besides paying attention to basic calculation of design for transformer substation the design make satisfying narration toward choice and argumentation of main connection The main content of this design include the choice of main connection for transformer substation the choice of pass in and out line the certainty of number capacitance and model for main transformer the certainty of short circuit points and calculation of short circuit the choice electric equipment breaker insulate switch voltage mutual inductance implement current mutual inductance implement arrester the design for distribution and disposal for chief plane the design for lightning proof protection and earth system In addition drawing five blueprints include the main wiring diagram the disposal drawing of electric plane the drawing of lightning proof protection and earth system Both the specification of drawing and the criterion of disposal is based on requirement of drawing to electric power system Keywords Transformer substation Main connection Electric equipment Design 华北电力大学本科毕业设计 论文 目 录 摘要 Abstract 1 前言 1 2 电气主接线设计 2 2 1 概述 2 2 2 主接线接线方式选择 2 2 3 主接线方案的拟定 4 2 4 主接线的各方案讨论比较 7 2 5 主接线方案的初选择 8 3 主变压器的选择与论证 9 3 1 概述 9 3 2 主变压器选择的一般原则与步骤 9 3 3 主变压器的计算与选择 11 4 短路电流的计算 13 4 1 短路点的选择与各短路点的短路电流的计算 13 4 2 网络的等值变换与简化 13 5 重要的电气设备选择 16 5 1 断路器的选择 16 5 2 隔离开关的选择 18 6 方案 C 与方案 E 的技术经济比较 20 6 1 方案的总投资比较 20 6 2 方案的综合投资比较 20 6 3 方案的年运行费比较 20 6 4 最终方案的确定 21 7 其他电气设备的选择 22 7 1 熔断器的选择 22 7 2 电流互感器的选择 22 7 3 电压互感器的选择 22 7 4 避雷器的选择 22 8 配电装置的选择 25 8 1 配电装置的选择要求与分类 25 8 2 配电装置设计选择 26 9 防雷保护设计 27 华北电力大学本科毕业设计 论文 9 1 避雷针的作用 27 9 2 避雷针的设计 27 10 接地网的设计 29 10 1 设计说明 29 10 2 接地体的设计 29 10 3 典型接地体的接地电阻计算 29 10 4 接地网设计计算 29 结论 31 参考文献 32 外文文献翻译原文 33 外文文献翻译译文 38 华北电力大学本科毕业设计 论文 1 1 前言 目前 我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造 与此相应 城乡变电所也 正不断的更新换代 我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在 小型变电所 微机监 测变电所 综合自动化变电所相继出现 并得到迅速的发展 然而 所有的变化发展都是 根据变电设计的基本原理而来 因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本 本毕业 设计的内容为 220kV 降压变电所电气一次系统设计 正是最为常见的常规变电所 并根据 变电所设计的基本原理设计 务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计设计过 程 华北电力大学本科毕业设计 论文 2 2 电气主接线设计 2 1 概述 主接线是变电所电气设计的首要部分 它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和 分配电能的电路 也是构成电力系统的重要环节 主接线的确定对电力系统整体及变电所 本身运行的可靠性 灵活性和经济性密切相关 并且对电气设备选择 配电装置 继电保 护和控制方式的拟定有较大影响 因此 必须正确处理好各方面的关系 我国 变电所设计技术规程 SDJ2 79 规定 变电所的主接线应根据变电所在电力系 统中的地位 回路数 设备特点及负荷性质等条件确定 并且满足运行可靠 简单灵活 操作方便和节约投资等要求 便于扩建 一 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务 保证供电可靠和电能质量是对主接线 最基本要求 而且也是电力生产和分配的首要要求 1 主接线可靠性的具体要求 1 断路器检修时 不宜影响对系统的供电 2 断路器或母线故障以及母线检修时 尽量减少停运的回路数和停运时间 并要 求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电 3 尽量避免变电所全部停运的可靠性 二 灵活性 主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 1 为了调度的目的 可以灵活地操作 投入或切除某些变压器及线路 调配电源 和负荷能够满足系统在事故运行方式 检修方式以及特殊运行方式下的调度要求 2 为了检修的目的 可以方便地停运断路器 母线及继电保护设备 进行安全检 修 而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电 3 为了扩建的目的 可以容易地从初期过渡到其最终接线 使在扩建过渡时 无 论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小 三 经济性 主接线在满足可靠性 灵活性要求的前提下做到经济合理 1 投资省 主接线应简单清晰 以节约断路器 隔离开关 电流和电压互感器 避雷器等一次设备的投资 要能使控制保护不过复杂 以利于运行并节约二次设备和控制 电缆投资 要能限制短路电流 以便选择价格合理的电气设备或轻型电器 在终端或分支 变电所推广采用质量可靠的简单电器 2 占地面积小 主接线要为配电装置布置创造条件 以节约用地和节省构架 导 线 绝缘子及安装费用 在不受运输条件许可 都采用三相变压器 以简化布置 3 电能损失少 经济合理地选择主变压器的型式 容量和数量 避免两次变压而 增加电能损失 2 2 主接线接线方式选择 电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的 它以电源和出线为主体 在进 出线路多时 一般超过四回 为便于电能的汇集和分配 常设置母线作为中间环节 使接 华北电力大学本科毕业设计 论文 3 线简单清晰 运行方便 有利于安装和扩建 而本所各电压等级进出线均超过四回 采用 有母线连接 1 单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配电装置等 优点 但是不够灵活可靠 任一元件 母线及母线隔离开关 等故障或检修时 均需使整 个配电装置停电 单母线可用隔离开关分段 但当一段母线故障时 全部回路仍需短时停 电 在用隔离开关将故障的母线段分开后 才能恢复非故障段的供电 并且电压等级越高 所接的回路数越少 一般只适用于一台主变压器 单母接线适用于 110 220KV 配电装置的出线回路数不超过两回 35 63KV 配电装置的出线回路数 不超过 3 回 6 10KV 配电装置的出线回路数不超过 5 回 才采用单母线接线方式 故不选 择单母接线 2 单母分段 用断路器 把母线分段后 对重要用户可以从不同段引出两个回路 有两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故障切除 保证正常段母线不间断供电和不致使 重要用户停电 但是 一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的回路都要在检 修期间内停电 而出线为双回时 常使架空线路出现交叉跨越 扩建时需向两个方向均衡 扩建 单母分段适用于 110KV 220KV 配电装置的出线回路数为 3 4 回 35 63KV 配电装置的出线回路数为 4 8 回 6 10KV 配电装置出线为 6 回及以上 则采用单母分段接线 3 单母分段带旁路母线 这种接线方式 适用于进出线不多 容量不大的中小型电压等级为 35 110KV 的变电 所较为实用 具有足够的可靠性和灵活性 4 桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时 采用桥式接线 所用断路器数目最少 它可分 为内桥和外桥接线 内桥接线 适合于输电线路较长 故障机率较多而变压器又不需经常切除时 采用内 桥式接线 当变压器故障时 需停相应的线路 外桥接线 适合于出线较短 且变压器随经济运行的要求需经常切换 或系统有穿越 功率 较为适宜 为检修断路器 LD 不致引起系统开环 有时增设并联旁路隔离开关以供 检修 LD 时使用 当线路故障时需停相应的变压器 所以 桥式接线 可靠性较差 虽然它有 使用断路器少 布置简单 造价低等优点 但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位 故不选用桥式接线 5 一个半断路器 3 2 接线 两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器 它具有较高的供电可靠 性和运行灵活性 任一母线故障或检修均不致停电 但是它使用的设备较多 占地面积较 大 增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性 且投资大 华北电力大学本科毕业设计 论文 4 6 双母接线 它具有供电可靠 调度灵活 扩建方便等优点 而且 检修另一母线时 不会停止对 用户连续供电 如果需要检修某线路的断路器时 不装设 跨条 则该回路在检修期需 要停电 对于 110K 220KV 输送功率较多 送电距离较远 其断路器或母线检修时 需 要停电 而断路器检修时间较长 停电影响较大 一般规程规定 110KV 220KV 双母线接 线的配电装置中 当出线回路数达 7 回 110KV 或 5 回 220KV 时 一般应装设专用 旁路母线 7 双母线分段接线 双母线分段 可以分段运行 系统构成方式的自由度大 两个元件可完全分别接到不 同的母线上 对大容量且在需相互联系的系统是有利的 由于这种母线接线方式是常用传 统技术的一种延伸 因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题 而较容易实现 分阶段的扩建等优点 但是易受到母线故障的影响 断路器检修时要停运线路 占地面积 较大 一般当连接的进出线回路数在 11 回及以下时 母线不分段 为了保证双母线的配电装置 在进出线断路器检修时 包括其保护装置和检修及调 试 不中断对用户的供电 可增设旁路母线 或旁路断路器 2 3 主接线方案的拟定 高压侧是 2 回出线 可选择线路变压器组 单母分段带旁路母线 桥型接线 中压侧有 4 回出线 低压侧有 8 回出线 均可以采用单母线 单母分段 单母分段带 旁路和双母线接线 在比较各种接线的优缺点和适用范围后 提出如下五种方案 方案 A 图 2 1 220KV 高压侧 单母分段带旁路母线 110KV 中压侧 10KV 低压侧 单母分段 图 2 1 方案 A 电气主接线图 华北电力大学本科毕业设计 论文 5 方案 B 图 2 2 220KV 高压侧 内桥型接线 110KV 中压侧 10KV 低压侧 单母分段 图 2 2 方案 B 电气主接线图 方案 C 图 2 3 220KV 高压侧 外桥接线 110KV 中压侧 单母分段带旁路母线 10KV 低压侧 双母线 图 2 3 方案 C 电气主接线图 华北电力大学本科毕业设计 论文 6 方案 D 图 2 4 220KV 高压侧 单元接线 110KV 中压侧 10KV 低压侧 单母线分段 图 2 4 方案 D 电气主接线图 方案 E 图 2 5 220KV 高压侧 内桥接线 110KV 中压侧 单母线分段 10KV 低压侧 单母线分段带旁路方式 图 2 5 图 2 4 方案 E 电气主接线图 华北电力大学本科毕业设计 论文 7 2 4 主接线各方案的讨论比较 方案 A 220kV 侧 变电所经两回线从系统获得电源 采用单母分段带旁路母线接线可以获得 很高的可靠性 任一母线或断路器检修均不会造成停电 任一母线 断路器故障只会引起 短时停电 任一进线故障不会造成停电 但同时我们也注意到 该方案较后两种方案多用了两套断路器和多台隔离开关 这无 疑增加了变电所的一次投资 而且在检修时倒闸也十分的复杂 容易造成误操作 从而引 起事故 110kV 和 10kV 侧 采用单母分段接线的形式使得重要用户可从不同线分段引出两个 回路 使重要用户有两个电源供电 单母线分段接法可以提供单母线运行 各段并列运行 各段分列运行等运行方式 便于分段检修母线 减小母线故障影响范围 任一母线发生故 障时 继电保护装置可使分段断路器跳闸 保证正确母线继续运行 当然这种接线也有它本身的缺点 那就是在检修母线或断路器时会造成停电 特别在 夏季雷雨较多时 断路器经常跳闸 因此要相应地增加断路器的检修次数 这使得这个问 题更加突出 方案 B 220kV 侧 采用内桥法接线 该接线形式所用断路器少 四个回路只需三个断路器 具 有可观的经济效益 连接桥断路器接在线路断路器的内侧 因此 线路的投入和切除比较 方便 当线路发生故障时 仅线路断路器断开 不影响其他回路运行 但是当变压器发生 故障时 与该台变压器相连的两台断路器都断开 从而影响了一回未发生故障的运行 由 于变压器是少故障元件 一般不经常切换 因此 系统中应用内桥接线较多 以利于线路 的运行操作 110kV 和 10kV 与方案 A 一致 方案 C 220kV 侧 采用外桥法接线 与内桥法一样 该接线形式所用断路器少 四个回路只需 三个断路器 具有可观的经济效益 当任一线路发生故障时 需同时动作与之相连的两台 断路器 从而影响一台未发生故障的变压器的运行 但当任一台变压器故障或是检修时 能快速的切除故障变压器 不会造成对无故障变 压器的影响 因此 外桥接线只能用于线路短 检修和故障少的线路中 此外 当电网有 穿越性功率经过变电站时 也采用外桥接线 110kV 侧 采用单母分段带旁路母线接线 该接线方法具有单母分段接线优点的同时 可 以在不中断该回路供电的情况下检修断路器或母线 从而得到较高的可靠性 这样就很好的 解决了在雷雨季节断路器频繁跳闸而检修次数增多引起系统可靠性降低的问题 但同时我们也看到 增加了一组母线和两个隔离开关 从而增加了一次设备的投资 而且 华北电力大学本科毕业设计 论文 8 由于采用分段断路器兼做旁路断路器 虽然节约了投资 但在检修断路器或母线时 倒闸操作 比较复杂 容易引起误操作 造成事故 10kV 侧 采用双母线接线 优点 供电可靠 通过两组母线隔离开关的倒换操作 可以轮流 检修一组母线而不致使供电中断 一组母线故障后能迅速恢复供电 检修任一回路母线的隔 离开关时 只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线 其他线路 均可通过另一组母线继续运行 调度灵活 各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组 母线上 能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化地需要 通过倒换操作可以 组成各种运行方式 扩建方便 缺点 增加一组母线和多个隔离开关 一定程度上增加一次投资 当母线故障或检修时 隔离开关作为倒换操作电器 容易误操作 方案 D 220kV 侧 采用单元接线 优点 接线简单 开关设备少 节省投资 操作简单 不 过缺点也相当突出 任一元件发生故障或经行检修时 整个单元需停止工作 110kV 与 10kV 侧均采用单母线分段的方式 方案 E 220kV 侧 采用内桥接线 110kV 侧采用单母线分段 10kV 侧采用单母线分段带旁路母线 的接线方式 此方案该接线方法具有单母分段接线优点的同时 可以在不中断该回路供电的 情况下检修断路器或母线 从而得到较高的可靠性 2 5 主接线方案的初选择 通过分析原始资料 可以知道该变电站在系统中的地位较重要 年运行小时数较高 因此 主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性 根据以上各个方案的初步经济与技术性综合 比较 兼顾可靠性 灵活性 我选择方案 C 与方案 E 待选择完电气设备后再进行更详尽的 技术经济比较来确定最终方案 华北电力大学本科毕业设计 论文 9 3 主变压器的选择与论证 3 1 概述 在各级电压等级的变电所中 变压器是变电所中的主要电气设备之一 其担任着 向用户输送功率 或者两种电压等级之间交换功率的重要任务 同时兼顾电力系统负荷增 长情况 并根据电力系统 5 10 年发展规划综合分析 合理选择 否则 将造成经济技术 上的不合理 如果主变压器容量造的过大 台数过多 不仅增加投资 扩大占地面积 而 且会增加损耗 给运行和检修带来不便 设备亦未能充分发挥效益 若容量选得过小 可 能使变压器长期在过负荷中运行 影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性 因此 确定 合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证 在生产上电力变压器制成有单相 三相 双绕组 三绕组 自耦以及分裂变压器等 在选择主变压器时 要根据原始资料和设计变电所的自身特点 在满足可靠性的前提下 要考虑到经济性来选择主变压器 选择主变压器的容量 同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数 及容量 3 2 主变压器选择的一般原则与步骤 3 2 1 主变压器台数的确定原则 由原始资料可知 我们本次所设计的变电所是 220KV 降压变电所 它是以 220KV 受功 率为主 把所受的功率通过主变传输至 110KV 及 10KV 母线上 若全所停电后 将引起下 一级变电所与地区电网瓦解 影响整个市区的供电 因此选择主变台数时 要确保供电的 可靠性 为了保证供电可靠性 避免一台主变压器故障或检修时影响供电 变电所中一般装设 两台主变压器 当装设三台及三台以上时 变电所的可靠性虽然有所提高 但接线网络较 复杂 且投资增大 同时增大了占用面积 和配电设备及用电保护的复杂性 以及带来维 护和倒闸操作等许多复杂化 而且会造成中压侧短路容量过大 不宜选择轻型设备 考虑 到两台主变同时发生故障机率较小 适用远期负荷的增长以及扩建 而当一台主变压器故 障或者检修时 另一台主变压器可承担 70 的负荷保证全变电所的正常供电 故选择两台 主变压器互为备用 提高供电的可靠性 3 2 2 主变压器形式的选择原则 一 主变压器相数的选择 当不受运输条件限制时 在 330KV 以下的变电所均应选择三相变压器 而选择主变压 器的相数时 应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择 二 绕组数的选择 在具有三种电压等级的变电所 如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容 华北电力大学本科毕业设计 论文 10 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 而且本次所设计的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 在生产及制造中三绕组变压器有 自耦变 分裂变以及普通三绕组变压器 自耦变压器 它的短路阻抗较小 系统发生短路时 短路电流增大 以及干扰继电保 护和通讯 并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制 自耦变压器 具有磁的联系外 还有电的联系 所以 当高压侧发生过电压时 它有可能通过串联绕组进入公共绕组 使 其它绝缘受到危害 如果在中压侧电网发生过电压波时 它同样进入串联绕组 产生很高 的感应过电压 由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系 有共同的接地中性点 并直接接地 因 此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同 自耦变压器 高中压侧的零序电流保 护 应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上 由于本次所设计的变电所所需装 设两台变压器并列运行 电网电压波动范围较大 如果选择自耦变压器 其两台自耦变压 器的高 中压侧都需直接接地 这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性 而自耦 变压器的变化较小 由原始资料可知 该所的电压波动为 8 故不选择自耦变压器 分裂变压器 分裂变压器约比同容量的普通变压器贵 20 分裂变压器 虽然它的短路阻抗较大 当低压侧绕组产生接地故障时 很大的电流向一侧绕组流去 在分裂变压器铁芯中失去磁 势平衡 在轴向上产生巨大的短路机械应力 分裂变压器中对两端低压母线供电时 如果 两端负荷不相等 两端母线上的电压也不相等 损耗也就增大 所以分裂变压器适用两端 供电负荷均衡 又需限制短路电流的供电系统 由于本次所设计的变电所 受功率端的负 荷大小不等 而且电压波动范围大 故不选择分裂变压器 普通三绕组变压器 价格上在自耦变压器和分裂变压器中间 安装以及调试灵活 满 足各种继电保护的需求 又能满足调度的灵活性 它还分为无激磁调压和有载调压两种 这样它能满足各个系统中的电压波动 它的供电可靠性也高 所以 本次设计的变电所 选择普通三绕组变压器 三 主变调压方式的选择 为了满足用户的用电质量和供电的可靠性 220KV 及以上网络电压应符合以下标准 枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压 降而定 可为电网额定电压的 1 1 3 倍 在日负荷最大 最小的情况下 其运行电压控 制在水平的波动范围不超过 10 事故后不应低于电网额定电压的 95 电网任一点的运行电压 在任何情况下严禁超过电网最高电压 变电所一次侧母线 的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的 95 100 调压方式分为两种 不带电切换 称为无激磁调压 调整范围通常在 5 以内 另一 种是带负荷切换称为有载调压 调整范围可达 30 华北电力大学本科毕业设计 论文 11 由于该变电所的电压波动较大 故选择有载调压方式 才能满足要求 四 连接组别的选择 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 五 容量比的选择 由原始资料可知 110KV 中压侧为主要受功率绕组 而 10KV 侧主要用于所用电以及 无功补偿装置 所以容量比选择为 100 100 100 六 主变压器冷却方式的选择 主变压器一般采用的冷却方式有 自然风冷却 强迫油循环风冷却 强迫油循环水冷 却 自然风冷却一般只适用于小容量变压器 强迫油循环水冷却 虽然散热效率高 节约 材料减少变压器本体尺寸等优点 但是它要有一套水冷却系统和相关附件 冷却器的密封 性能要求高 维护工作量较大 所以 选择强迫油循环风冷却 3 2 3 主变压器容量的确定原则 1 为了准确选择主变的容量 要绘制变电站的年及日负荷曲线 并从该曲线得出 变电站的年 日最高负荷和平均符合 2 主变容量的确定应根据电力系统 5 10 年发展规划进行 3 变压器最大负荷按下式确定 0M PKP 式中 0 K 负荷同时系数 P 按负荷等级统计的综合用电负荷 对于两台变压器的变电站 其变压器的容量可以按下式计算 Me PS6 0 如此 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84 的负荷供 电 3 3 主变压器的计算与选择 3 3 1 容量计算 在 电力工程电气设计手册 可知 装有两台及以上主变压器的变电所中 当断开一 台主变时 其余主变压器的容量应能保证用户的一级和二级负荷 其主变压器容量应满足 不应小于70 80 的全部负荷 已知110kV侧最大负荷100MW 85 0cos 10kV 侧最大负荷为20MW 85 0cos 由计算可知单台主变的最大容量为 设负荷同时率为 0 85 MVA 84 705685 0 2085 0 100 6 0cos 6P 06S 0S maxmaxn 结论 选择两台90MVA的变压器并列运行 华北电力大学本科毕业设计 论文 12 3 3 2 变压器型号的选择 因为本次设计中有三个电压等级 且当变压器最小负荷侧通过的容量大于主变容量的 15 时 宜选用三绕组变压器 因为 S10 S220 20 0 85 100 0 85 20 0 85 16 67 15 所以本设计用三 绕组 变压器 绕组排列顺序为 由内向外 10 kV 110 kV 220 kV 综上所述 主变压器选用220KV三绕组有载调压变压器 普通型 型 号 SFPSZ4 90000 220 容 量 90000kVA 电压比 220土8 1 5 121 11kV 接线方式组别号 YN Yn0 d11 空载损耗 121KW 容量比 100 100 100 空载电流 1 2 阻抗电压 高 中12 14 高 低22 42 中 低7 9 调压方式 有载调压 冷却方式 强迫油循环风冷 华北电力大学本科毕业设计 论文 13 4 短路电流的计算 4 1 短路点的选择与各短路点的短路电流的计算 已知 选取100MVA 为基准容量 基准电压为230kV 基准电流为0 251kA 基准电 抗为529 系统为无穷大系统 发生短路时 短路电流的周期分量在整个短路过程中不 衰减 由原始资料可知 方案C与方案E的短路计算的系统化简阻抗图及各阻抗值 短路点均一样 系统短路电抗 x I U 1 25 0 04 又由所选的变压器参数阻抗电压 14 高 中 22 高 低 7 中 低 算得 X1 1 2 U 1 2 U 1 3 U 2 3 14 5 X2 1 2 U 1 2 U 2 3 U 1 3 0 5 X3 1 2 U 1 3 U 2 3 U 1 2 7 5 主变容量为90MVA 标幺值 1 X X1 100 bS SN 0 161 2 X X2 100 bS SN 0 006 3 X X3 100 b S SN 0 083 因为 2 X小于零 所以在计算中取零 4 2 网络的等值变换与简化 1 系统阻抗图 图4 1 系统阻抗图 华北电力大学本科毕业设计 论文 14 2 因为两主变压器型号一样 因此两变压器的中间点等电位 用导线连起来 其转化图如 图 图4 2 系统阻抗转化图 3 1 X 1 X 0 0805 2 X 2 X 0 003 3 X 3 X 0 0415 简化后的阻抗图如图 图4 3 图4 3 系统阻抗简化图 华北电力大学本科毕业设计 论文 15 1 当d1点短路时 Id1 1 0 04 25 1 3 bbb USI100 3 115 0 251 kA Id1 I d1 Ib 25 0 251 6 275 kA I Id1 6 275 kA ich 2Kch Id1 15 974 kA 110kv及以上网络Kch取1 8 S 3Ub1 I 2499 782 MVA 其中 Id 短路电流周期分量有效值 Id 起始次暂态电流 I t 时的稳态电流 S 短路容量 2 当d2短路时 Id2 1 Xd2 1 0 04 0 0805 8 299 Ib Sb 3Ub2 100 3 115 0 502 kA Id2 Id2 Ib 8 299 0 502 4 166 kA I I d2 4 166 kA ich 2Kch Id2 10 605 kA S2 3Ub2 I 829 808 MVA 3 当d3点短路时 Id3 1 Xd3 1 0 04 0 0805 0 0415 6 173 Ib Sb 3Ub3 100 3 10 5 5 499 kA Id3 Id3 Ib 6 173 5 499 33 945kA I Id3 33 945 kA ich 2 55 Id3 2 55 33 945 86 560 kA S3 3Ub3 I 21 235 103 617 342 MVA 华北电力大学本科毕业设计 论文 16 5 重要的电气设备选择 5 1 断路器的选择 5 1 1 断路器选择原则与技术条件 在各种电压等级的变电站的设计中 断路器是最为重要的电气设备 高压断路器的工 作最为频繁 地位最为关键 结构最为复杂 在电力系统运行中 对断路器的要求是比较 高的 不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力 而且要求其在 短路条件下 对短路电流有足够的遮断能力 高压断路器的主要功能是 正常运行时 用它来倒换运行方式 把设备或线路接入电 路或退出运行 起着控制作用 当设备或电路发生故障时 能快速切除故障回路 保证无 故障部分正常运行 能起保护作用 高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备 其最 大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流 按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式 一般可分为 多油断路器 少油断路器 压 缩空气断路器 真空断路器 SF6断路器等 断路器型式的选择 除应满足各项技术条件和环境外 还应考虑便于施工调试和维护 并以技术经济比较后确认 目前国产的高压断路器在110kV主要是少油断路器 断路器选择的具体技术条件简述如下 1 电压 j U 电网工作电压 n U 2 电流 maxg I g 最大持续工作电流 n I 由于高压断路器没有持续过载的能力 其额定电流取最大工作持续电流 maxg I g 3 开断电流 或开断容量 d tkd II g 或 d tkd SS g 式中 d t I g 断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量 d t S g 断路器t秒的开断容量 kd I 断路器的开断容量 kd S 断路器额定开断容量 断路器的实际开断时间t 为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和 固 有分闸时间查阅 发电厂电气部分课程设计参考资料 表5 25 5 29 4 动稳定 ch i max i 式中 ch i 三相短路电流冲击值 max i 断路器极限通过电流峰值 5 热稳定 22 dzt I tI t 式中 2 I 稳态三相短路电流 华北电力大学本科毕业设计 论文 17 dz t 短路电流发热等值时间 又称假想时间 t I 断路器t秒热稳定电流 其中 0 05 dzz tt 由 I I 和短路电流计算时间t 从 发电厂电气部分课程设计参考资料 图5 1中查出短路电流周期分量等值时间 z t 从而算出 dz t 根据 电力设备过电压保护设计技术规程 规定 在中性点直接接地的电网中 操作 110kV空载线路时 使用少油断路器不超过2 8 5 1 2 断路器型号的选择及校验 1 电压选择 220kV侧 N U Ug 220kV 110 kV侧 N U Ug 110kV 10 kV侧 N UUg 10kV 2 电流选择 cos3 maxmax gN UPII 220kV侧 max IIN1 05IN 247 998A 110 kV侧 max IIN495 996A 10 kV侧 max IIN5455 96A 3 开断电流 220kV侧 kd IIdt 6 275kA dkd SS2499 782MVA 110kV侧 kd IIdt 4 166kA dkd SS829 808MVA 10kV侧 kd IIdt 33 945kA dkd SS617 342MVA 4 最大短路冲击电流 110kV侧 max Iich 15 974kA 35kV侧 max Iich 10 605kA 10kV侧 max Iich 86 56kA 根据以上数据 选定断路器如下 1 220kV侧 选定为 SW4 220 各项技术数据如下 额定电压 220kV 额定电流 1000A 额定开断电流 18 4kA 极限通过电流 峰值 55kA 额定开断容量 7000MVA 热稳定电流 5s有效值 21kA 2 110kV侧 选定为SW3 110G各项技术数据如下 额定电压 110kV 额定电流 1200A 额定断路开断电流 15 8kA 额定开断容量 1000MVA 极限通过电流 峰值 41kA 热稳定电流 4秒有效值 15 8kA 华北电力大学本科毕业设计 论文 18 3 10kV侧 选定为SN4 10G各项技术数据如下 额定电压 10kV 额定电流 6000A 额定开断电流 105kA 极限通过电流 峰值 300kA 热稳定电流 5s有效值 120kA 额定开断容量 1800MVA 校验 1 满足动稳定 即 ich imax 2 满足热稳定 即 Ix2 tdz It2 t 其中 tdz tz 0 05 1 220kV侧 ich 15 974kA imax 55KA ich imax 满足动稳定 tdz tz 0 05 当取5s时 tdz 4 4 0 05 4 45 45 4275 6 2 2 tdzI It2t 212 5 显然 2 dz It 2 t I t 所以满足热稳定 2 110kV侧 ich 10 605kA imax 41kA ich imax 满足动稳定 tdz tz 0 05 当取4s时 tdz 3 4 0 05 3 45 45 3166 4 2 2 tdzI It2t 412 4 显然 2 dz It 2 t I t 满足热稳定 3 10kV侧 ich 86 560kA imax 300KA ich imax 满足动稳定 tdz tz 0 05 当取5s时 tdz 4 4 0 05 4 45 45 4945 33 2 2 tdzI It2t 3002 5 显然 2 dz It 2 t I t 满足热稳定 5 2 隔离开关的选择 5 2 1 隔离开关的选择原则及技术条件 隔离开关形式的选择 应根据配电装置的布置特点和使用要求等要素 进行综合的技 术经济比较然后确定 其选择的技术条件与断路器的选择的技术条件1 2 3 4 相 同 隔离开关也是发电厂和变电所常用的电器 它需与断路器配套使用 但隔离开关没有 灭弧装置 不能用来接通和切断负荷电流和短路电流 隔离开关的类型很多 按安装地点不同 可分为屋内式和屋外式 按绝缘支柱数目又 可分为单柱式 双柱式和三柱式 它对配电装置的布置和占地面积有很大影响 选型时应 根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定 本设计220kV 110kV侧为屋外 布置 10kV为屋内布置 隔离开关的技术条件主要包括以下几项 1 电压 g 2 电流 g 华北电力大学本科毕业设计 论文 19 3 动稳定校验 imax ich 4 热稳定校验 I 2 tdz It 2 t 5 2 2 隔离开关型号的选择及校验 根据短路电流计算结果及选择要求 选定设备如下 1 220kV侧 选定为GW6 220G 各项技术数据为 额定电压 220kV 额定电流 1000A 热稳定电流 5s有效值 21kA 动稳定电流 峰值 50kA 2 110kV侧 选定设备为GN4 110G 各项技术数据如下 额定电压 110kV 额定电流 1000A 热稳定电流 4S有效值 21 5kA 动稳定电流 峰值 80kA 3 10kV侧 选定设备为GN10 10T 各项技术数据如下 额定电压 10kV 额定电流 4000A 热稳定电流 5s有效值 85kA 动稳定电流 峰值 160kA 校验 1 满足动稳定 即 ich imax 2 满足热稳定 即 Ix2 tdz It2 t 其中 tdz tz 0 05 1 220kV侧 ich 15 974kA imax 50kA ich imax 满足动稳定 tdz tz 0 05 当取5s时 tdz 4 4 0 05 4 45 45 4275 6 2 2 tdzI It2t 212 4 显然 tItI tdz 22 所以满足热稳定 2 110kV侧 ich 10 605kA imax 80kA ich imax 满足动稳定 tdz tz 0 05 当取4s时 tdz 3 4 0 05 3 45 45 3166 4 2 2 tdzI It2t 21 52 5 显然 2 dz It 2 t I t 满足热稳定 3 10kV侧 ich 86 506kA imax 160kA ich imax 满足动稳定 tdz tz 0 05 当取5s时 tdz 4 4 0 05 4 45 45 4945 33 2 2 tdzI It2t 852 5 显然 2 dz It 2 t I t 满足热稳定 华北电力大学本科毕业设计 论文 20 6 方案 C 与方案 E 的技术经济比较 6 1 方案的总投资比较 方案C SFPSZ4 90000 220主变压器 77万元 2台 SW4 220断路器 11 85万元 3台 SW3 110G断路器 4 746万元 8台 SN4 10断路器 1 55万元 15台 GW6 220G隔离开关 1 6万元 8个 GW4 110G隔离开关 0 298万元 21个 GN10 10T隔离开关 0 51万元 56个 总投资 298 386 万元 方案E SFPSZ4 90000 220主变压器 77万元 2台 SW4 220断路器 11 85万元 3台 SW3 110G断路器 4 746万元 8台 SN4 10断路器 1 55万元 16台 GW6 220G隔离开关 1 6万元 8个 GW4 110G隔离开关 0 298万元 21个 GN10 10T隔离开关 0 51万元 45个 总投资 294 326 万元 6 2 方案的综合投资比较 Z Zo 1 100 万元 式中 Zo 为主体设备的综合投资 包括变压器 开关设备等的综合投资 为不明显的附加费用比例系数 220kV取70 因此 Zc 300 086 万元 Ze 296 026 万元 6 3 方案的年运行费比较 U A 10 4 u1 u2 万元 式中 u1 小修 维修费 一般为 0 022 0 042 Z u2 折旧费 一般为 0 005 0 058 Z 电能电价 一般可取0 06 0 08元 kW h A 变压器年电能损失总值 kW h 其中 A的计算采用以下公式 A n Po K Qo To 1 2n P K Q S12 Sn2 S22 Sn2 S32 SnS3n 华北电力大学本科毕业设计 论文 21 式中 Po Qo 为一台变压器的空载有功损耗 kW 无功损耗 Qo Io Sn 100 kvar Io 一台变压器空载电流百分值 P Q 为一台变压器的短路有功损耗 kW 无功损耗 Q ud Sn 100 kvar ud 变压器的短路电压 或称阻抗电压 百分值 K 无功经济当量 即为每多发送 或补偿 1kvar无功功 率 在电力系统中所引起的有功功率损耗增加 或减少 的值 一般变电所取0 1 0 15 Sn 一台变压器额定容量 kVA S1 S2 S3 为n台变压器三侧分别担负的最大总负荷 kVA S3n 第三绕组额定容量 kVA 经计算 得 Uc 52 005 万元 Ue 51 603 万元 6 4 最终方案的确定 综上所得 Zc Ze Uc Ue 方案E在经济上比方案C优越 在可靠性上 方案E 低压侧单母线分段带旁路母线已能保证其系统的需要 达到供电可靠和检修乃至故障时仍 可供电的要求 因此选择方案E作为主接线方案 华北电力大学本科毕业设计 论文 22 7 其它电气设备的选择 7 1 熔断器选择 保护电压互感器的熔断器按额定电压和断流容量选择 查书166页表5 35 选用KN2 型10KV熔断器 额定电压10KV 额定电流0 5A 断流容量1000MVA 7 2 电流互感器的选择 1 220KV电流互感器 220KV进线选用LCW 220型电流互感器 主要技术参 数为额定电流4 300 5A 级次组合为D D D 0 5 准确级次0 5 二级负荷0 5级2 1S 热稳定倍数60 动稳定倍数60 价格4300 变压器220KV侧选用LCW 220型电流互感器 与220KV进线电流互感器同型 2 110KV侧电流互感器 110KV侧母线选用LCW 110 50 100 300 600 5型 电流互感器 主要技术参数为额定电流 50 100 300 600 5 级次组合为0 5 1 准确级次 0 5 二级负荷0 5级1 2 1S热稳定倍数75 动稳定倍数150 价格4300 110KV出线侧电流互感器与110KV母线电流互感器型号相同 3 10KV侧电流互感器 10KV母线选择LBJ 10 2000 6000 5型电流互感器 查表得额定电流2000 6000 5A 级次组合1 D 准确级次0 5 二级负荷0 5级2 4 1S 热稳定倍数50 动稳定倍数90 10KV出线选择LBJ