220KV变电所--电气学院课程设计

220kV 变电所电气部分及变电所电气部分及 线路过电流保护设计线路过电流保护设计 学 院 电气工程学院电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 姓 名 王聪王聪 学 号 200632540249 指导教师 田翠华田翠华 课课 程程 设设 计计 任任 务务 1 题目 题目 220kV 变电所电气部分及线路过电流保护设计变电所电气部分及线路过电流保护设计 2 系统接线图 系统接线图 3 原始资料 原始资料 为满足某地区经济发展和人民生活对电力的需要 经系 统规划设计论证 新建一座 220kV 变电所 变电所与系统连接情况如上图所示 3 1 建设规模 3 1 1 本所安装 2 台 120MVA 主变压器 3 1 2 电压等级 220 110 10kV 3 1 3 各电压侧出线回路数 220kV 本期 4 回 最终 4 回 110kV 本期 5 回 最终 6 回 10kV 本期 12 回 最终 16 回 3 2 各侧负荷情况 110kV 侧有 2 回出线供给远方大型冶炼厂 其容量为 50MVA 其他作为地 区变电所进线 其最小负荷与最大负荷之比为 0 6 10kV 总负荷为 40MVA 类负荷用户占 70 最大一回出线负荷为 5 MVA 最小负荷与最大负荷之比为 0 65 3 3 各侧功率因数与最大负荷利用小时数分别为 cos max T 220kV 侧 0 9 4800 小时 年 cos max T 110kV 侧 0 85 4200 小时 年 cos max T 10kV 侧 0 8 4500 小时 年 cos max T 3 4 系统阻抗 220kV 侧电源近似为无限大电源系统 以 100MVA 为基准容量 归算 至本所 220kV 母线阻抗为 0 021 110kV 侧电源容量为 800MVA 学号为单数 为火电系统 双数为水电系统 以 100MVA 为基准容量 归算至本所 110kV 母线阻抗为 0 12 3 5 调压要求 经规划计算认为本所 220kV 侧母线电压波动较大 宜采用 带负荷调压变压器 10kV 留 2 回出线为本所无功补偿用 3 6 气象条件 该地区最热月平均气温为 28 年平均气温 16 绝对最 高气温 40 土壤最热月平均气温 18 风速为 25m s 微风风速小于 5m s 3 7 该所位于生荒土地上 地势平坦 交通便利 空气无污染 3 8 本期施工电源从 5km 以外 35kV 变电所 10kV 母线引接 3 9 变电所外接线路采用三段式电流保护 相关参数如下 3 9 1 线路 AB BC AD 和 CD 的最大负荷电流分别为 230A 150 A 230 A 140 A 负荷自启动系数 1 5 st K 1 2 I rel K 1 2 II rel K 1 3 S K 1 2 rel K 0 85 re K 3 9 2 各变电所引出线上后备保护的动作时间如图所示 后备保护的 st5 0 3 9 3 线路的等值电抗为 km 0 4 4 设计内容及要求 设计内容及要求 4 1 拟定主接线方案 分析原始资料 确定主变型式 技术经济比较 确 定最佳方案 选择各侧接线方式 4 2 计算短路电流 选择计算短路点 计算各点短路电流并列出短路电 流计算结果表 4 3 选择主要电器设备 选择 110kV 220kV 主母线 选择 10kV 母线桥 导体及绝缘子 选择主变三侧断路器和隔离开关 选择限流电抗器 选择 10kV 出线电流互感器 选择 10kV 主母线电压互感器 选择各电压等级的避雷器 4 4 配置主要电器设备 配置各级电压的电压互感器和防雷装置 配置各 支路的电流互感器 4 5 各级电压等级的配电装置的选型与布置 4 6 继电保护方式的选择与整定 保护 1 的保护方式采用三段式过电流保 护 请计算它的 和 I op I II op I III op I m l op t 5 设计成果 设计成果 编制设计说明书 设计计算书 绘制所设计变电所的电 气主接线图 6 主要参考资料 主要参考资料 电气工程基础 上 下册 陈慈萱主编 中国电力出版社 发电厂电气部分 第二版 范锡普编 水电出版社 电力工程电气设计手册 电气一次 西北电力设计院编 水电出版社 发电厂电气部分课程设计参考资料 黄纯华编 水电出版社 摘摘 要要 随着经济的快速发展 全国乃至全世界凸现缺电局面 如何进一步优化调 度 加强电力资源的优化配置 最大限度满足电力需求成为人们探讨的问题之 一 特别是随着计算机技术 通信技术 信息技术惊人的发展 变电站综合自 动化技术进一步优化 整个电网运行的安全性和经济效益得到大幅提升 这项 技术将引起电力行业有关部门的重视 成为变电站设计核心技术之一 电力系 统对变电站的更要求也越来越高 本设计讨论的是 220KV 变电站电气部分的设计 首先根据任务书上所给系 统与线路及所有负荷的参数 进行简要分析 然后通过对拟建变电站的概括以 及出线方向来考虑 并通过对负荷资料的分析 安全 经济及可靠性方面考虑 确定了 220KV 110kV 10kV 以及站用电的主接线 然后又通过负荷计算及供 电范围确定了主变压器台数 容量及型号 同时也确定了站用变压器的容量及 型号 最后 根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果 对高压熔断器 隔离开关 母线 绝缘子和穿墙套管 电压互感器 电流互感器进行了选型 从而完成了 220kV 电气一次部分的设计 关键字关键字 变电站 短路计算 设备选择 目目 录录 目录目录 III 第第 1 章章 引引 言言 3 第第 2 章章 主变压器的选择主变压器的选择 3 2 1 主变压器的选择原则 3 2 1 1 主变压器台数的选择 3 2 1 2 主变压器容量的选择 3 2 1 3 主变压器型式的选择 3 2 1 4 主变压器中性点接地方式 3 2 2 主变压器选择结果 3 第第 3 3 章章 电气主接线的设计电气主接线的设计 3 3 1 主接线的基本要求 3 3 2 主接线的基本形式 3 3 3 主接线选择 3 3 3 1 220KV 侧 3 3 3 2 110KV 侧 3 3 3 3 10KV 侧 3 3 3 4 主接线图 3 第第 4 4 章章 短路计算短路计算 3 4 1 短路计算目的 3 4 2 短路计算基本假设 3 4 3 短路电流计算的步骤 3 4 4 短路计算数据表 3 第第 5 5 章章 电气设备的选择电气设备的选择 3 5 1 电气设备选择的一般条件 3 5 2 高压断路器和隔离开关的选择 3 5 2 1 高压断路器的选择 3 5 2 2 高压隔离开关的选择 3 5 2 3 高压熔断器的选择 3 5 3 限流电抗器的选择 3 5 4 互感器及接地开关的选择 3 5 4 1 电流互感器的选择 3 5 4 2 电压互感器的选择 3 5 4 3 接地刀闸的配置 3 5 5 母线 电缆及绝缘子的选择 3 5 5 1 母线 电缆等的选择 3 5 5 2 绝缘子的选择 3 第第 6 6 章章 防雷接地设计防雷接地设计 3 6 1 防雷设计 3 6 1 1 防雷设计原则 3 6 1 2 避雷器的选择 3 第第 7 7 章章 继电保护的配备继电保护的配备 3 7 1 变压器继电保护配置 3 第第 8 8 章章 电气总平面布置及配电装置的选择电气总平面布置及配电装置的选择 3 8 1 概述 3 8 1 1 配电装置特点 3 8 1 2 配电装置类型及应用 3 8 2 配电装置的确定 3 参考文献 3 第第 1 1 章章 引引 言言 能源是社会生产力的重要基础 随着社会生产的不断发展 人类使用能源 不仅在数量上越来越多 在品种及构成上也发生了很大的变化 人类对能源质 量也要求越来越高 电力是能源工业 基础工业 在国家建设和国民经济发展 中占据十分重要的地位 是实现国家现代化的战略重点 电能也是发展国民经 济的基础 是一种无形的 不能大量存储的二次能源 电能的发 变 送 配 和用电 几乎是在同时瞬间完成的 须随时保持功率平衡 要满足国民经济发 展的要求 电力工业必须超前发展 这是世界发展规律 因此 做好电力规划 加强电网建设 就尤为重要 而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中 起着重要的作用 它承担着变换电压 接受和分配电能 控制电力的流向和调 整电压的责任 变电站对电力的生产和分配起到了举足轻重的作用 学习和了 解变电站的结构和运行对电力资源的可持续发展垫下了基础 220KV 变电站电气部分设计使其对变电站有了一个整体的了解 该设计包 括以下任务 1 主接线的设计 2 主变压器的选择 3 短路计算 4 导体和电 气设备的选择 5 所用电设计 6 防雷接地设计 7 配电装置设计 8 继电保 护的配置等 第第 2 2 章章 主变压器的选择主变压器的选择 在发电厂和变电站中 用来向电力系统或用户输送功率的变压器 称为主 变压器 用于两种电压等级之间交换功率的变压器 称为联络变压器 只供本 所 厂 用的变压器 称为站 所 用变压器或自用变压器 本章是对变电站 主变压器的选择 在生产上电力变压器制成有单相 三相 双绕组 三绕组 自耦 分列式 变压器等 在选择变压器室 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 2 1 主变压器的选择原则主变压器的选择原则 1 主变容量一般按变电所建成后 5 10 年的规划负荷来进行选择 并适当 考虑远期 10 20 年的负荷发展 2 根据变电所所带负荷的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 应考虑一台主变停运时 其余变压器容量在计及过负荷能力后 的允许时间内 保证用户的 级和 级负荷 对于一般变电所 当一台主变停 运时 其他变压器容量应能保证全部负荷的 70 80 3 为了保证供电可靠性 变电所一般装设两台主变 有条件的应考虑设三 台主变的可能性 2 1 12 1 1 主变压器台数的选择主变压器台数的选择 1 对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 所以装设两台主变压器为宜 2 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所 在设计时应考虑装 设三台主变压器的可能性 3 对于规划只装设两台主变压器的变电所 以便负荷发展时 更换变压器 的容量 任务书已明确指示本所安装 2 台 120MVA 主变压器 根据原始资料 两台 主变是合理的 待设计变电站为大型城市变电站 负荷较重 又因是城市变电 站 负荷较为重要 且为终端变电站 为了保证供电可靠性 避免一台主变的 故障或检修时影响供电 变电站一般应选择安装两台主变 超过两台主变时 可靠性虽有所提高 但是出现交叉过多会给安装和运行带来不便 以及投资增 加 配电设备及用电保护的复杂性 维护及刀闸操作复杂化 两台主变同时故 障的几率较小 使用远期负荷的增长以及扩建 故选择两台主变互为备用 提 高供电可靠性 2 1 22 1 2 主变压器容量的选择主变压器容量的选择 1 主变压器容量一般按变电所建成后 5 10 年的规划负荷选择 适当考 虑到远期 10 20 年的负荷发展 对于城郊变电所 主变压器容量应与城市规划 相结合 2 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量 对于 有重要负荷的变电所 应考虑当一台主变压器停运时 其余变压器容量在计其 过负荷能力后的允许时间内 应保证用户的一级和二级负荷 对一般性变电所 当一台变压器停运时 其余变压器容量应能保证全部负荷的 70 80 3 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多 应从全网出发 推 行系列化 标准化 503040120SMVA 总 5 0 05 N 0 25 0 85 S 0 7 0 85S 0 7 0 85 12091 679 N SMVA 总 同时率取 容量确定 2 1 32 1 3 主变压器型式的选择主变压器型式的选择 选择主变压器 需考虑如下原则 1 当不受运输条件限制时 在 330KV 及以下的发电厂和变电站 均应 选用三相变压器 2 当发电厂与系统连接的电压为 500KV 时 已经技术经济比较后 确 定选用三相变压器 两台 50 容量三相变压器或单相变压器组 对于单机容量 为 300MW 并直接升到 500KV 的 宜选用三相变压器 3 对于 500KV 变电所 除需考虑运输条件外 尚应根据所供负荷和系 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 尤其在 建所初期 若主变压器为一组时 当一台单相变压器故障 会使整组变压器退 出 造成全网停电 如用总容量相同的多台三相变压器 则不会造成所停电 为此要经过经济论证 来确定选用单相变压器还是三相变压器 在发电厂或变电站还要根据可靠性 灵活性 经济性等 确定是否需要备 用相 相对三相变压器来说 三相变压器经济性好 占地少 损耗小 本次变 电所位于生荒土地上 地势平坦 交通便利 不受制造和运输条件限制 故采 用三相变压器 在本次设计中我们只对自耦变压器和三绕组变压器的综合性能及经济运行 等方面进行比较 选其中的一种 三绕组变压器 SFS7 120000 220KV 与自 耦变压器 OSFPS7 120000 220 的参数如下表 型号 SFS7 120000 220KVOSFPS7 120000 220KV 容量比 100 100 50100 100 50 变比 220 121 10 5220 121 11 空载电流 0 80 5 空载损耗 KW 13370 高 中 14 10 高 低 24 34 阻抗电压 中 低 8 22 短路损耗 KW 480320 价格 万元 台 1000800 综合投资 万元 17001360 年运行费用 万元 462 676345 01 规程规定 具有三种电压等级的变电所 如各侧的功率均达到主变压器额 定容量的 15 以上 或低压侧虽无负荷 但需要装设无功补偿设备时 主变压 器一般选用三绕组变压器 5 符合上述条件 同时高中压侧又均为中性点直接 接地系统时 在降压变电所应优先采用自耦变压器 同容量的自耦变压器与普通变压器相比 不但尺寸小 材料消耗小 造价 低 而且损耗小 阻抗小 效率高 并且变压器容量越大 电压越高 这个优 点就越加突出 而且还能扩大变压器极限制造容量 便于安装和运输 随着电 力系统的发展 电压等级的提高和输送容量的增大 自耦变压器由于其容量大 损耗小 造价低而得到广泛应用 三绕组变压器 价格介于自耦变压器和分裂变压器之间 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 它还分为无激励磁耦 调压和有载调压两种 能满足各个系统中的电压波动 供电可靠性高 综上比较 虽然三绕组变压器在综合投资 运行费用上比自耦变压器多 但是本次设计的变电所的原始资料看 电网电压波动范围较大 适合用三绕组 变压器 而且 类用户站绝大部分 所以在电压波动范围大并要保证供电 可靠地情况下适合用三绕组变压器作为主变 2 1 42 1 4 主变压器中性点接地方式主变压器中性点接地方式 主要有直接接地 经消弧线圈接地和不接地三种方式 主变中性点接地方 式涉及到供电可靠性 过电压与绝缘配合 继电保护和自动装置正确动作 通 讯干扰 系统稳定等一系列问题 所以电力系统中性点接地方式是一个比较复 杂的综合性技术经济问题 通常按以下原则 1 主变的 110KV 500KV 侧采用中性点直接接地方式 自耦变压器必须用在高中压侧是直接接地的系统 普通变压器采用中性点通过隔离开关接地的方式 选择接地点适应保证在任何故障形势下都不会使电网解列成为中性点不接 地系统 主变压器 6KV 35KV 侧采用中性点不接地方式 在 6KV 10KV 电网中 当单相接地电流大于 30A 或在 20 63KV 电网中 当单相接地电流大于 10KA 时 中性点应经消弧线圈接地 如果两台变压器合 用一台消弧线圈时 应经隔离开关分别与变压器中性点相连 运行时 只合其 中一组隔离开关 综上所述 本所变压器 220KV 110KV 侧采用中性点直接接地 10KV 侧采 用中性点不接地方式 2 22 2 主变压器选择结果主变压器选择结果 查 电力工程电气设备手册 电气一次部分 选定变压器的容量为 120MVA 由于升压变压器有两个电压等级 所以这里选择三绕组变压器 查 大型 变压器技术数据 选定主变型号为 三绕组变压器 SFS7 120000 220KV 主要技术参数如下 额定容量 120000 KVA 容量比 100 100 50 额定电压 高压 220 2 2 5 中压 121 低压 10 5 KV 连接组标号 YN yn0 d11 空载电流 0 8 空载损耗 133 所以一次性选择两台 SFPS7 180000 220 型变压器为主变 第第 3 3 章章 电气主接线的设计电气主接线的设计 3 13 1 主接线主接线的基本要求的基本要求 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题 它与电力系统 电 厂动能参数 基本原始资料以及电厂运行可靠性 经济性的要求等密切相关 并对电气设备选择和布置 继电保护和控制方式等都有较大的影响 因此 主 接线设计 必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况 全面分析有关影 响因素 正确处理它们之间的关系 经过技术 经济比较 合理地选择主接线 方案 电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据 以国家经济建设的方针 政策 技术规定 标准为准绳 结合工程实际情况 在保证供电可靠 调度灵 活 满足各项技术要求的前提下 兼顾运行 维护方便 尽可能地节省投资 就近取材 力争设备元件和设计的先进性与可靠性 坚持可靠 先进 实用 经济 美观的原则 8 现代电力系统是一个巨大的 严密的整体 各类发电厂 变电站分工完成 整个电力系统的发电 变电和配电的任务 其主接线的好坏不仅影响到发电厂 变电站和电力系统本身 同时也影响到工农业生产和人民日常生活 因此 发 电厂 变电站主接线必须满足以下基本要求 1 运行的可靠 断路器检修时是否影响供电 设备和线路故障检修时 停电数目的多少和 停电时间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 2 具有一定的灵活性 主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式 达到调度的 目的 而且在各种事故或设备检修时 能尽快地退出设备 切除故障停电时间 最短 影响范围最小 并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全 3 操作应尽可能简单 方便 主接线应简单清晰 操作方便 尽可能使操作步骤简单 便于运行人员掌 握 复杂的接线不仅不便于操作 还往往会造成运行人员的误操作而发生事故 但接线过于简单 可能又不能满足运行方式的需要 而且也会给运行造成不便 或造成不必要的停电 4 经济上合理 主接线在保证安全可靠 操作灵活方便的基础上 还应使投资和年运行费 用小 占地面积最少 使其尽地发挥经济效益 5 应具有扩建的可能性 由于我国工农业的高速发展 电力负荷增加很快 因此 在选择主接线时 还要考虑到具有扩建的可能性 3 23 2 主接线的基本形式主接线的基本形式 变电站电气主接线的选择 主要决定于变电站在电力系统中的地位 环境 负荷的性质 出线数目的多少 电网的结构等 电气主接线是由电气设备通过 连接线 按其功能要求组成接受和分配电能的电路 成为传输强电流 高电压 的网络 用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列 详细地表 示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图 主接线代表 了发电厂或变电站电气部分的主体结构 是电力系统网络结构的重要组成部分 直接影响运行的可靠性 灵活性并对电器选择 配电装置布置 继电保护 自 动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系 1 单母线接线及单母线分段接线 1 单母线接线 单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路 母线既可保证电 源并列工作 又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能 各出线回路输 入功率不一定相等 应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上 以减少功率在母 线上的传输 单母接线的优点 接线简单 操作方便 设备少 经济性好 并且母线便 于向两端延伸 扩建方便 缺点 可靠性差 母线或母线隔离开关检修或故 障时 所有回路都要停止工作 也就成了全厂或全站长期停电 调度不方便 电源只能并列运行 不能分列运行 并且线路侧发生短路时 有较大的短路电 流 3 综上所述 这种接线形式一般只用在出线回路少 并且没有重要负荷的发 电厂和变电站中 2 单母分段接线 单母线用分段断路器进行分段 可以提高供电可靠性和灵活性 对重要用 户可以从不同段引出两回馈电线路 由两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将用户停电 两段母线同时故障的几率甚小 可以不予考虑在 可靠性要求不高时 亦可用隔离开关分段 任一母线故障时 将造成两段母线 同时停电 在判别故障后 拉开分段隔离开关 完成即可恢复供电 这种接线广泛用于中 小容量发电厂和变电站 6 10KV 接线中 但是 由 于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电 大大增加了出线数目 使整体 母线系统可靠性受到限制 所以 在重要负荷的出线回路较多 供电容量较大 时 一般不予采用 3 单母线分段带旁路母线的接线 单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性 但 这增加了一台旁路断路器 大大增加了投资 2 双母线接线及分段接线 1 双母线接线 双母接线有两种母线 并且可以互为备用 每一个电源和出线的回路 都 装有一台断路器 有两组母线隔离开关 可分别与两组母线接线连接 两组母 线之间的联络 通过母线联络断路器来实现 其特点有 供电可靠 调度灵活 扩建方便等特点 由于双母线有较高的可靠性 广泛用于 出线带电抗器的 6 10KV 配电装 置 35 60KV 出线数超过 8 回 或连接电源较大 负荷较大时 110 220KV 出 线数为 5 回及以上时 2 双母线分段接线 为了缩小母线故障的停电范围 可采用双母分段接线 用分段断路器将工 作母线分为两段 每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连 电源和 出线回路均匀地分布在两段工作母线上 双母接线分段接线比双母接线的可靠 性更高 当一段工作母线发生故障后 在继电保护作用下 分段断路器先自动 跳开 而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开 该段母线所连的出线 回路停电 随后 将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上 即可恢复供电 这样 只是部分短时停电 而不必短期停电 双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中 同时在 220 550KV 大容量配电装置中 不仅常采用双母分段接线 也有采用双母线分 四段接线的 3 双母线带旁路母线的接线 双母线可以带旁路母线 用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作 使 该回路不致停电 这样多装了价高的断路器和隔离开关 增加了投资 然而这 对于接于旁路母线的线路回数较多 并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十 分必要的 3 一个半断路器接线 1 又称3 2断路器接线 就是在每3个断路器中间送出2回回路 一般只用 于500kV 或重要220kV 电网的母线主接线 它的主要优点是 运行调度灵活 正常时两条母线和全部断路器运行 成多路环状供电 2 检修时操作方便 当一组母线停支时 回路不需要切换 任一台断路器 检修 各回路仍按原接线方式霆 不需切换 3 运行可靠 每一回路由两台断路器供电 母线发生故障时 任何回路 都不停电 但是2 3断路器接线的缺点是使用设备较多 特别是断路器和电流互感器 造价高 经济性差 二次接线和继电保护整定复杂 为防止联络断路器故障时 同时切除该串两回路供电 应将同名元件布置在不同串上 2 3接线是双母线接 线的一种特例 当回路多于三串时 有点较为突出 2 3接线具有较高的可靠性 和灵活性 在大型发电厂和变电所330 550KV 超高压配电装置中得到广泛应用 当电压为330 550KV 出线回路数超过6回以上 且配电装置在系统中处于重要 地位时 采用2 3断路器接线方式较为适宜 3 33 3 主接线选择主接线选择 电压等级 220 110 10kV 各电压侧出线回路数 220kV 本期 4 回 最终 4 回 110kV 本期 5 回 最终 6 回 10kV 本期 12 回 最终 16 回 3 3 13 3 1 220KV220KV 侧侧 1 方案一 一个半接线 就是在每3个断路器中间送出2回回路 一般只用于500kV 或者重要220kV 电 网的母线主接线 它的主要优点是 运行调度灵活 正常时两条母线和全部断路器运行 成多路环状供电 检修时 操作方便 当一组母线停支时 回路不需要切换 任一台断路器检修 各回路 仍按原接线方式霆 不需切换 运行可靠 每一回路由两台断路器供电 母线 发生故障时 任何回路都不停电 但是2 3断路器接线的缺点是使用设备较多 特别是断路器和电流互感器 造价高 经济性差 二次接线和继电保护整定复杂 为防止联络断路器故障时 同时切除该串两回路供电 应将同名元件布置在不同串上 2 方案二 双母线带旁路母线的接线 双母线可以带旁路母线 用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作 使 该回路不致停电 这样多装了价高的断路器和隔离开关 增加了投资 然而这 对于接于旁路母线的线路回数较多 并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十 分必要的 由于本所高压侧为 220KV 不为超高压级 500KV 以上 且也不属于特别 重要的 220KV 等级 出路仅有 4 回 而且对线路的可靠性要求较高 因此你选 用双母线带旁路接线更适宜 3 3 23 3 2 110KV110KV 侧侧 1 方案一 双母线带旁路 能够保证可靠供电 且便于后期扩建 调度灵活 旁路母线能够保证检修 时的持续供电 2 方案二 单母线带旁路 接线简单 线路清晰 投资较少 在母线检修时能够持续供电 但一旦母 线损坏 供电仍会短时终止且灵活性较差 110KV 侧带有重要用户负载 且电压等级较高 出现回路数不多且需要进 行扩建 因此双母线待旁路母线较适宜 3 3 33 3 3 10KV10KV 侧侧 10KV 侧回路数较多 电压等级低 负载的 70 都是 类用户 因此 拟定方案为单母分段接线 较之单母线接线 单母分段接线供电可靠 调度灵 活 对重要用户可以从不同段引出两回馈线 有两个电源供电 而且本次设计 10KV 侧回路重要用户较多 所以采用单母分段接线 3 3 43 3 4 主接线图主接线图 综上所述 本所接线图如下 第第 4 4 章章 短路计算短路计算 4 14 1 短路计算目的短路计算目的 在发电厂和变电站的电气设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 短路电流计算的目的主要有以下几方面 1 在选择电气主接线时 为了比较各种接线方案 或确定某一接线是否需 要采取限制短路电流的措施等 均需进行必要的短路电流计算 2 在选择电气设备时 为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全 可靠地工作 同时又力求节约资金 这就需要进行全面的短路电流计算 例如 计算某一时刻的短路电流有效值 用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器 的电抗值 计算短路后较长时间短路电流有效值 用以校验设备的热稳定 计 算短路电流冲击值 用以校验设备动稳定 3 在设计屋外高压配电装置时 需按短路条件校验软导线的相间和相对地 的安全距离 4 在选择继电保护方式和进行整定计算时 需以各种短路时的短路电流为 依据 5 接地装置的设计 也需用短路电流 4 24 2 短路计算基本假设短路计算基本假设 1 计算的基本情况 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行 所有同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 所有电源的电动势相位角相同 应考虑对短路电流值有影响的所有元件 但不考虑短路点的电弧电阻 对异步电动机的作用 仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以 考虑 2 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式 应是可能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 3 计算容量 应按本工程设计规划容量计算 并考虑电力系统的远景发展规划 一般考 虑本工程建成后 5 10 年 4 短路种类 一般按三相短路计算 若发电机出口的两相短路 或中性点直接接地系统 以及自耦变压器等回路中的单相 或两相 接地短路较三相短路情况严重时 则应按严重情况的进行比较 5 短路计算点 在正常接线方式时 通过电器设备的短路电流为最大的地点 称为短路计 算点 注意 根据功率传输方向 三卷变压器降压型 高 低压侧阻抗电压应去为 最大 查表调整 短路殿军选择在木线上 却短路的类型为三相接地短路却对 于 10KV 母线上的短路应考虑加电抗器和不加电抗器情况 电抗器给定为 NKL 10 8 1500 4 34 3 短路电流计算的步骤短路电流计算的步骤 在工程设计中 短路电流的计算通常采用实用计算曲线法 其具体计算步 骤如下 1 绘制等值网络 选取基准功率 SB 和基准电压 VB V 发电机电抗用 x d 略去网络各元件的电阻 输电线路的电容和变压器 的励磁支路 无限大功率电源的内电抗等于零 略去负荷 2 进行网络变换 按网络变换的原则 将网络中的电源合并成若干组 例如 共有 g 组 每 组用一个等值发电机代表 无限大功率电源 如果有的话 另成一组 求出各 等值发电机对短路点的转移电抗 Xf i i 1 2 g 以及无限大功率电源对短 路点的转移电抗 Xfs 3 将前面求出的转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算 便得到 各等值发电机对短路点的计算电抗 2 1 B Ni fifs i S S XX gi 式中 为第 i 台等值发电机的额定容量 即由它所代表的那部分发电NiS 机的额定容量之和 4 分别根据适当的计算曲线找出指定时刻 t 各等值发电机提供的短路周 期电流标幺值 1ptI 2ptI ptgI 5 网络中无限大功率电源供给的短路电流周期是不衰减的 并由下式确定 fs ps X I 1 6 计算短路电流周期分量的有名值 第 i 台等值发电机提供的短路电流为 av Ni iptNiiptipt V S IIII 3 无限大功率电源提供的短路电流为 av B psBpsps V S IIII 3 短路点周期电流的有名值为 av B ps g i av Ni iptpt V S I V S II 33 1 式中 Vav 应取短路处电压级的平均额定电压 INi 为归算到短路处电压级 的第 i 台等值发电机的额定电流 SB 为对应于所选基准功率 IB 在短路处电 压级的基准电流 7 计算短路容量和短路电流冲击值 8 绘制短路电流计算结果表 4 44 4 短路计算数据表短路计算数据表 短路点回路名 称 I0 KA I0 2 KA I0 4 KA I KA Itm KA S111 95211 95211 95211 95231 270 S20 17700 16590 16660 17190 4497f1 合 计 12 12912 117912 118612 123931 7197 S16 0126 0126 0126 01215 7291 S20 54210 49820 49250 52291 4183f2 合 计 6 55416 51026 50456 534917 1474 S137 405337 405337 405337 405397 8634 S23 34493 15533 19933 25758 7512 f3 不加 电抗器 合 计 40 750240 560540 604640 6628106 6146 f3 加电 抗器 S114 330514 330514 330514 330537 4927 S21 24651 24651 24651 24653 2614 合 计 15 57715 57715 57715 57740 754 第第 5 5 章章 电气设备的选择电气设备的选择 5 15 1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全 经济运行的重要条 件 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 积极而稳妥地采用新技术 并注意节省投资 选择合适的电气设备 尽管电力系统中各种电器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确是一致的 电气设备要可靠地工作 必须按 正常工作条件进行选择 并按短路状态来校验动 热稳定性 本设计 电气设备的选择包括 断路器和隔离开关的选择 电流 电压互 感器的选择 避雷器的选择 导线的选择 电气设备选择的一般原则 1 应满足正常运行 检修 断路和过电压情况下的要求 并考虑远景 发展的需要 2 应按当地环境条件校验 3 应力求技术先进与经济合理 4 选择导体时应尽量减少品种 5 扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致 6 选用新产品 均应具有可靠的实验数据 并经正式鉴定合格 电气设备应按正常运行情况选择 按短路条件验算其动 热稳定 并按环 境条件校核设备的基本使用条件 正常运行条件下 各回路的持续工作电流应按规定公式计算 验算电气设备时 所用短路电流的值一定要是在规定的条件下求得 验算导体短路热稳定时 所用的时间一般采用主保护的动作时间加相应的 断路器全分闸时间 同时要考虑到主保护的死区 电气设备的短路电流计算时 间 一般采用后备保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间 环境条件 选择导体和电器时 应按当地环境条件校核 当气温 风速 湿度 污秽 海拔 地震 覆冰等环境条件超出一般电器的规定时 应通过技 术经济比较后分别采取下列措施 向制造部门提出补充要求 订制符合当地环境的产品 在设计或运行中采取相应的防护措施如采用屋内配电装置 加减震器等 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下表 序号 电器名称额定电 压 额定电 流 额定 容量 机械 荷载 额定开 断电流 热稳定动稳定绝缘水平 KVAKVANA 1 断路器 2 隔离开关 3 组合电器 4 负荷开关 5 熔断器 6 PT 7 CT 8 电抗器 9 消弧线圈 1 0 避雷器 1 1 封闭电器 1 2 穿墙套管 1 3 绝缘子 5 25 2 高压断路器和隔离开关的选择高压断路器和隔离开关的选择 5 2 15 2 1 高压断路器的选择高压断路器的选择 除满足各项技术条件和环境条件外 还应考虑到要便于安装调试和运行维 护 并经济技术方面都比较后才能确定 根据目前我国断路器的生产情况 电 压等级在 10KV 220KV 的电网一般选用少油断路器 而当少油断路器不能满足要 求时 可以选用 SF6断路器 断路器选择的具体技术条件如下 额定电压校验 UN UNs 额定电流校验 IN Imax 开断电流 INbr I 动稳定 ies ish 热稳定 It2t Qk 5 2 25 2 2 高压隔离开关的选择 隔离开关是高压开关设备的一种 它主要是用来隔离电源 进行倒闸操作的 还可以拉 合小电流电路 选择隔离开关时应满足以下基本要求 1 隔离开关分开后应具有明显的断开点 易于鉴别设备是否与电网隔开 2 隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离 以保证过电压及相间闪络的 情况下 不致引起击穿而危及工作人员的安全 3 隔离开关应具有足够的热稳定性 动稳定性 机械强度和绝缘强度 4 隔离开关在跳 合闸时的同期性要好 要有最佳的跳 合闸速度 以尽 可能降低操作时的过电压 5 隔离开关的结构简单 动作要可靠 6 带有接地刀闸的隔离开关 必须装设连锁机构 以保证隔离开关的正确 操作 5 2 35 2 3 高压熔断器的选择高压熔断器的选择 1 熔断器的选择原则 根据使用条件确定熔断器的类型 选择熔断器的规格时 应首先选定熔体的规格 然后再根据熔体去选 择熔断器的规格 熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有良好的配合 在配电系统中 各级熔断器应相互匹配 一般上一级熔体的额定电流 要比下一级熔体的额定电流大 倍 对于保护电动机的熔断器 应注意电动机起动电流的影响 熔断器一 般只作为电动机的短路保护 过载保护应采用热继电器 熔断器的额定电流应不小于熔体的额定电流 额定分断能力应大于电 路中可能出现的最大短路电流 2 熔断器类型的选择 熔断器主要根据负载的情况和电路断路电流的大小来选择类型 例如 对 于容量较小的照明线路或调动机的保护 宜采用 系列插入式熔断器或 系列无填料密闭管式熔断器 对于短路电流较大的电路或有易燃气体 的场合 宜采用具有高分断能力 系列螺旋式熔断器或 包括 系 列有填料封闭管式熔断器 对于保护硅整流器件及晶闸管的场合 应采用快速 熔断器 经计算并验证 最终选择的断路器和隔离开关的选择为 断路器隔离开关 220KVLW 220GW7 220D 110KV LW 110GW5 1110D 10KVSN10 10 GW10 10T 5 35 3 限流电抗器的选择限流电抗器的选择 限流电抗器在 35kV 及以上电压等级一般不需要 限流电抗器通常用在补偿电容器上 与电容器串联 以限制电容器合闸时的冲 击涌流 35kV 及以上电压等级一般不装设补偿电容器 无功一般就在 10kV 及以下 系统就地补偿 可以减少线损以及降低投资 限流电抗器的选择应首先根据电压 电流及电抗百分数初步选定 然后校 验电压损失 母线残压 对出线电抗器而言 热稳定和动稳定 选定的限流电抗器为 NFL 10 1500 8 型电抗器 其主要参数有 额定电流 1500A 额定电压 10KV 通过容量 3 8660KVA 无功容量 693 0Kvar 额定电抗 8 一相时 75 损耗为 14200W 动稳定电流 47800A 1S 热稳定电流 59800A 电抗标幺值 SB 100MVA 0 279 5 45 4 互感器及接地开关的选择互感器及接地开关的选择 5 4 15 4 1 电流互感器的选择电流互感器的选择 电流互感器的选择和配置应按下列条件 型式 电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择 对于 6 20KV 屋内配电装置 可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器 对于 35KV 及以上配电装置 一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互 感器 有条件时 应尽量采用套管式电流互感器 一次回路电压 gn uu 一次回路工作电压 一次回路电流 maxm g II 一次回路最大工作电压 原边额定电流 准确等级 要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等 级的要求 并按准确等级要求高的表计来选择 二次负荷 22 nnn SIZVA 2 222nn SIZ 动稳定 sh i m dw 2I K 式中 是电流互感器动稳定倍数 dw K 热稳定 2 dz It 2 m t I K 为电流互感器的 1s 热稳定倍数 t K 经计算并验证选择 LA5 10 型电流互感器 5 4 25 4 2 电压互感器的选择电压互感器的选择 电压互感器的选择和配置应按下列条件 型式 6 20KV 屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘 结构的电压互感器 35KV 110KV 配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器 220KV 级以上的配电装置 当容量和准确等级满足要求 一般采用电容式电压 互感器 在需要检查和监视一次回路单相接地时 应选用三相五柱式电压 互感器或具有第三绕组的单相电压互感器 一次电压 为电压互感器额定一次线电压 1 u 1 0 9 nn uuu n u 二次电压 按表所示选用所需二次额定电压 2n u 表 6 24 二次额定电压 绕组主二次绕组附加二次绕组 高压侧接入 方式 接于线电压 上 接于相电压 上 用于中性点 直接接地系 统中心 用于中性点 不接地或经 消弧线圈接 地 二次额定电 压 100100 3100100 3 准确等级 电压互感器在哪一准确等级下工作 需根据接入的测量仪表 继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定 规定如下 用于发电机 变压器 调相机 厂用馈线 出线等回路中的电度表 及所 有计算的电度表 其准确等级要求为 0 5 级 供监视估算电能的电度表 功率表和电压继电器等 其准确等级 要求一 般为 级 用于估计被测量数值的标记 如电压表等 其准确等级要求较低 要求一 般为 3 级即可 在电压互感器二次回路 同一回路接有几种不同型式和用途的表计时 应 按要求准确等级高的仪表 确定为电压互感器工作的最高准确度等级 经计算并验证 选择 JSJW 10 型电压互感器 其主要参数为 额定变比 10000 1000 100 3 准确度 0 5 级 额定容量 120KVA 最大容 量 960VA 5 4 35 4 3 接地刀闸的配置接地刀闸的配置 为了电气设备和母线检修的安全 每组 段 汇流母线宜安装 1 2 组接地 刀闸或接地器 也可以在母线电压互感器回路安装两侧带接地刀闸的母线隔离 开关 为了检修和操作方便 110KV 及以上的电压等级的隔离开关宜带接地刀 闸 尤其是在带旁路母线的接线中 110KV 及以上的电压等级的隔离开关宜带 接地刀闸 5 55 5 母线 电缆及绝缘子的选择母线 电缆及绝缘子的选择 5 5 15 5 1 母线 电缆等的选择母线 电缆等的选择 导体选择的一般要求 裸导体应根据具体情况 按下列技术条件分别进行选择和校验 工作电流 电晕 对 110KV 级以上电压的母线 动稳定性和机械强度 热稳定性 同时也应注意环境条件 如温度 日照 海拔等 导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择 除配电装置的汇流母 线外 对于年负荷利用小时数大 传输容量大 长度在 20M 以上的导体 其截 面一般按经济电流密度选择 一般来说 母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分 载流导体构成硬母 线和软母线 软母线是钢芯铝绞线 有单根 双分和组合导体等形式 因其机 械强度决定支撑悬挂的绝缘子 所以不必校验其机械强度 110KV 及以上高压 配电装置一般采用软导线 5 5 25 5 2 绝缘子的选择绝缘子的选择 在发电厂变电站的各级电压配电装置中 高压电器的连接 固定和绝缘 是由导电体 绝缘子和金具来实现的 所以 绝缘子必须有足够的绝缘强度和 机械强度 耐热 耐潮湿 选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离 并能在雨天阻断水流 以保证 绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作 经计算并验证 最终选择为 220KV LGJ 500 35 型钢芯铝绞线 110KV LGJ 500 35 型钢芯铝绞线 10KV 双条平放的 100mm 100mm 矩形铝导体 各器件长期允许载流量 LGJ 500 35 型钢芯铝绞线 70 670A 80 842A 90 977A 双条平放的 100mm 100mm 矩形铝导体 平放 2613A 竖放 2840A Ks 1 42 第第 6 6 章章 防雷接地设计防雷接地设计 6 16 1 防雷设计防雷设计 6 1 16 1 1 防雷设计原则 已在输电线路上形成的雷闪过电压 会沿输电线路运动至变电所的母线上 并对于母线有连接的电气设备构成威胁 在母线上装设避雷器是限制雷电入侵 波过电压的主要措施 三绕组在正常运行时可能存在只有高 中压绕组工作低压绕组开路的情况 这在防雷中带来了需要特别考虑的问题 在三绕组变压器中 若低