220KV变电所电气部分设计毕业设计

1 毕业设计 论文 任务书 姓名 班号 秋电气班 院系 同组姓名 指导教导 XXXX 一 一 课题名称课题名称 论文标题 论文标题 某 220KV 变电所一次部分电气初步设计 二二 课课题题内内容容 本次设计的课题是一座 220KV 变电站一次初步设计 该变电所是一座地区性的重 要枢纽变电所 它担负着 220KV 和 110KV 两个电压等级之间的功率交换 今欲组建的 220KV 降压变电所位于某中型城市近郊 向开发区的炼钢厂供电 且附 近还有地区负荷 因而 该地区工农业负荷集中 需电量大 而原有的 220KV 变电所和 火电厂对某些大型电力用户供电距离过大 使电压质量不能很好地满足要求 供电可靠 性达不到预期要求 所以这些条件为组建 220KV 变电所提供了必要性 也正是建所的主 要目的 220KV 降压变电所位于该地区网络的枢纽点上 地势平坦 交通方便 高压侧以接 受系统电能为主 降压后供电给本地区的 110KV 变电所用户 因此它属于地区变电所 对本地区的正常供电起到了重要作用 若全所停电 造成重要经济损失 甚至危及生命 本所电压等级为 220 110 10KV 其中 220KV 电压等级母线有 2 回输出线路 110KV 电压等级送出 2 回线路 在低压侧 10KV 送出 12 回线路并全部采用电缆出线 这篇论文是经我国现行的各有关规范 规程和技术标准为依据 此设计是一个初 步设计 在参考有关资料和书籍的基础上 完成设计任务书上的所有要求 并且在指 2 导老师的指导下 力争使设计方案达到最 优状况 三 课题任务要求课题任务要求 1 电气主接线设计 2 短路电流计算及设备选择 3 配电装置设计 4 防雷保护与接地设计 四 同组设计者四 同组设计者 无 五 主要参考文献五 主要参考文献 1 王梅义 220 500KV 变电所设计技术规程 北京 水利电力出版社 1995 年 2 李强 220 330KV 变电所设计技术规程 北京 中国电力出版社 1989 年 3 朱力 电力工程设计手册 天津 天津大学出版社 1989 年 4 陈衡 35 110KV 变电所设计规范 北京 中国电力出版社 1998 年 5 陈光琦 导体和电器选择技术规程 北京 中国电力出版社 2002 年 6 贺家李 宋从矩 电力设备过电压保护技术规程 北京 中国电力出版社 2003 年 7 周文俊 高压配电装置技术规程 北京 电力工业出版社 1999 年 8 庄日平 短路电流计算 北京 水利电力出版社 1994 年 9 张国华 继电保护和安全自动装置技术规程 北京 中国电力出版社 1996 年 10 张道民 发电厂电气部分 北京 第三版 水利电力出版社 1999 年 指导教师签字 教研室主任签字 3 年 月 日 摘摘 要要 该地区工农业负荷集中 需电量大 而原有的 220KV 变电所和火电厂对某些大型 电力用户供电距离过大 使电压质量不能很好地满足要求 供电可靠性达不到预期要求 所以这些条件为组建 220KV 变电所提供了必要性 也正是建所的主要目的 分别以 110KV 和 10KV 的电压向附近工业部门供电 设计要求采用 220KV 出线 2 回 110KV 出 线 2 回 10KV 出线 12 回 电缆 基于上述条件 变电站的设计在满足国家设计标准 的基础上 尽量考虑当地的实际情况 形式上采用独立变电站 主变压器采用满足需求 的三绕组变压器 一次设备的选取都充分考虑了生产的需要 在防雷上采用通用的防雷 设计方法 在保证供电可靠性的前提下 减少事故的发生 降低运行费用 关键词 关键词 220KV 变电站 继电保护 防雷 可靠性 4 目目 录录 设计任务书 1 摘要 3 第 1 章 引言 6 第 2 章 设计说明书 7 2 1 总体分析 7 2 1 1 变电所总体分析 7 2 1 2 负荷分析 7 2 1 3 主变压器的选择 7 2 2 电气主接线设计 9 2 2 1 电气主接线设计的基本要求和基本原则 10 2 2 2 各电压等级电气主接线设计 11 2 3 短路电流计算 14 2 3 1 短路电流计算的目的与系统运行方式的确定 14 2 3 2 短路形式的确定与短路计算点的确定 15 2 3 3 短路电流的计算 15 2 4 电气设备选择 18 2 4 1 选择导体和电气设备的一般条件 18 2 4 2 电气设备的形式选择 19 2 4 3 电气设备和导体选择结果览表 20 2 5 配电装置及总平面布置设计 21 2 5 1 配电装置设计原则 22 2 5 2 形式选择与配电装置选择 22 2 5 3 总平面设计 23 2 6 防雷设计 23 2 6 1 防雷设计原则 23 2 7 继电保护的规划设计 24 2 7 1 变压器主保护 25 2 7 2 变压器后备保护 25 2 7 3 母线保护 25 第 3 章 设计计算书 26 3 1 短路电流计算的目的 26 5 3 2 短路电流的计算 26 3 2 3 参数计算 27 3 2 4 各短路点短路电流的计 算 28 第 4 章 电气设备的选择 38 4 1 220kV 侧电气设备选择 38 4 1 1 高压断路器的选择 38 4 1 2 隔离开关的选择 39 4 1 3 电压互感器的选择 39 4 1 4 电流互感器的选择 39 4 1 5 母线的选择 40 4 1 6 母线支柱绝缘子的选择 40 4 1 7 穿墙套管的选择 40 4 2 110kV 侧电气设备选择 41 4 2 1 高压断路器的选择 41 4 2 2 隔离开关的选择 42 4 2 3 电压互感器的选择 43 4 2 4 电流互感器的选择 43 4 3 10kV 侧电气设备选 择 43 4 3 1 高压断路器的选择 43 4 3 2 隔离开关的选择 44 4 3 3 电压互感器的选择 45 4 3 4 电流互感器的选择 45 4 3 5 10kV 母线的选择 45 4 3 6 母线支柱绝缘子的选择 46 4 3 7 穿墙套管的选择 47 结束语 48 参考文献 49 致谢 50 6 第 1 章 引言 电力事业的日益发展紧系着国计民生 它的发展水平和电气的程度 是衡量一个国 家的国民经济发展水平及其社会现代化水平高低的一个重要标志 党的十六大提出了全面建设小康社会的宏伟目标 从一定意义上讲 实现这个宏伟 目标 需要强有力的电力支撑 需要安全可靠的电力供应 需要优质高效的电力服务 本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核 通过对原始资料的分 析 主接线的选择及比较 短路电流的计算 主要电器设备的选择及效验 线路图的绘 制以及避雷器针高度的选择等步骤 最终确定了 220kV 变电站所需的主要电器设备 主 接线图以及变电站防雷保护方案 通过本次毕业设计 达到了巩固 发电厂电气部分 课程的理论知识 掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法 体验和巩固我们所 学的专业基础和专业知识的水平和能力 培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业 相关的实际问题 培养我们独立分析和解决问题能力的目的 务求使我们更加熟悉电气 主接线 电力系统的潮流及短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用 掌 握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法 并在设计中增新 拓宽 提高专业知识 完善知识结构 开发创造型思维 提高专业技术水平和管理 增强计算机应用能力 成 为一专多能的高层次复合型人才 7 第 2 章 设计说明书 2 12 1 总体分析总体分析 2 1 1 变电所总体分析 今欲组建的 220KV 降压变电所位于某中型城市近郊 向开发区的炼钢厂供电 且附 近还有地区负荷 因而 该地区工农业负荷集中 需电量大 而原有的 220KV 变电所和 火电厂对某些大型电力用户供电距离过大 使电压质量不能很好地满足要求 供电可靠 性达不到预期要求 所以这些条件为组建 220KV 变电所提供了必要性 也正是建所的主 要目的 220KV 降压变电所位于该地区网络的枢纽点上 地势平坦 交通方便 高压侧以接 受系统电能为主 降压后供电给本地区的 110KV 变电所用户 因此它属于地区变电所 对本地区的正常供电起到了重要作用 若全所停电 造成重要经济损失 甚至危及生命 本所电压等级为 220 110 10KV 其中 220KV 电压等级母线有 2 回输出线路 110KV 电压等级送出 2 回线路 在低压侧 10KV 送出 12 回线路并全部采用电缆出线 2 1 2 负荷分析 变电所综合最大负荷是选择主变压器容量及台数配置的依据 将变电所供电范围内 所有用户的负荷相加乘以同时系统 并考虑网损后即可得变电所的最大综合负荷 其中 各电力用户的最大综合负荷不一定出现在同一时间 因此 变电所的综合最大负荷不是 各用户最大负荷的直接相加 而是比它们的总和要小些 2 1 3 主变压器的选择 在发电厂和变电所中 用来向电力系统或用户输送功率的变压器 称为主变压器 根据有关 220 500KV 变电所设计技术规程 SDJ2 88 中的规定 便可选择主变压器的 台数 容量和形式 该规程有关内容如下 第 4 1 1 条 主变压器容量和台数的选择 凡装有两台 组 及以上主变压器的变 电所 其中一台 组 事故 停运后 其余主变压器应保证该所全部负荷的 70 在计 及过负荷能力的允许时间内 应保证用户的 级和 级负荷 8 第 4 1 2 条 与电力系统连接的 220 330KV 变压器 若不受运输条件的限制 应 选用三相变压器 第 4 1 4 条 220 330KV 具有三种电压的变电所中 如通过主变压器各侧绕组的功 率均达到该变压器额定容量的 15 以上 或者第三绕组需要装设无功补偿设备时 均采 用三绕组变压器 本设计中 本变电所有两条 110KV 出线给用户供电 假设最大负荷合计为 45000KW 功率因数经补偿后为 cos 0 86 有 12 条 10KV 出线给用户供电 最大负荷 合计为 50000KW 功率因数经补偿后为 cos 0 86 故主变压器额定容量的选择应满 足主变压器在计算负荷通过时不至于过热损坏 具体选择如下 主变压器的额定容量 Sbn 应满足 2 条 110KV 用户和 12 条 10KV 用户以及本变电所照 明 二次回路 检修及生活等用电设备总计算负荷 Sjs 的需要 即 Sbn Sjs Sjs 45000 50000 0 86 95000 0 86 12 KVA 由计算结果可知 主变压器容量的选择应能满足 5 10 年负荷的发展 并考虑 10 20 年的负荷远期规划 按照远期负荷规划 应选择 2 台 KVA 的变压器 主变压器形式的选择 选择主变压器时应从相数 绕组数 冷却方式 接线组别等 方面选择 1 相数的确定 主变压器采用三相或单相 主要考虑变压器的容量制造水平 可靠性要求以及运输 条件等因素 当不受运输条件限制时 在 330KV 及以下的变电所中一般都应选用三相变 压器 2 绕组数的确定 主变压器按其绕组数分类有双绕组普通式 三绕组式 自耦式及低压绕组分裂式等 形式 本变压器选三绕组式 3 冷却形式的确定 变压器的冷却形式主要有自然风冷 强迫循环水 风 冷 强迫空气冷却 强迫油 循环导向冷却等 大容量变压器一般采用强迫型的冷却方式 本所变压器容量为 KVA 属于大容量变压器 故本所采用强迫油循环风冷 9 4 调压方式 为了保证发电厂或变电所的供电质量 电压必须维持在允许范围内 调压方式主要 有无载调压和有载调压 根据本设计的原始资料知本所变压器采用的是有载调压方式 5 绕组接线组别确定 变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致 否则不能并列运行 电力系 统采用的绕组接线方式只有星型 Y 和三角形 两种 我国 110KV 及以上电压变 压器都采用连接 35KV 采用连接 其中性点多通过消弧线圈接地 35KV 以下高电压变 压器三相绕组都采用连接 因连接具有消除或限制三次谐波 对电流和电压质量波形等 的不良影响 因此 本所主变压器采用常规接线组别 即 Yn yno d11 6 线圈种类的确定 变压器线圈通常有铝制和铜制两种 铝线圈价格便宜 但铜线圈导电能力高 线损 小 在此选用铜制线圈 7 主变压器中性点绝缘子水平的选择 主变压器中性点绝缘水平有两种情况 全绝缘和分级绝缘 全绝缘 即中性点的绝缘水平与绕组首端的绝缘水平相同 分级绝缘 即中性点的绝缘水平低于绕组首端的绝缘水平 在 220KV 及更高的变压器中采用分级绝缘的经济效益是比较显著的 而且运输 安 装方便 但必须采用主变中性点 高中压侧 装设专用避雷器加以绝缘保护 并且所选 的中性点避雷器必须与中性点绝缘等级相当 所以 本所主变压选用中性点半绝缘 分 级绝缘中的一种 现将所选的主变压器容量 台数及形式等参数列于下表中 如下 表表 2 12 1 主变压器参数主变压器参数 电 压 主变型号台数绕组连接组别高 压 中 压 低 压 体积 长 宽 高 备注 SFPS7 2Yn yno d11220110100 沈变 注 型号含义 S 三相 F 风冷 P 强迫 S 三绕组 2 22 2 电气主接线设计电气主接线设计 电气主接线是由高压电器通过连接线 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 故又称 10 为一次接线或电气主接线 用规定的设备 文字和图形等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 称为主接线电路 图 电气主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构 是电力系统网络结构的重要 组成部分 它直接影响运行的可靠性 灵活性 并对电气选择 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 因此 主接线的正确 合理设计 必须综合处理各个方面的因素 经过技术 经济论证比较后方可确定 2 2 1 电气主接线设计的基本要求和基本原则 2 2 2 1 接线设计的基本要求 根据我国能源部关于 220 330KV 变电所设计技术规程 SDJ2 88 规定 变 2 电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位 变电所的规划容量 负荷性质 线路 变压器连接元件总数 设备特点等条件确定 并综合考虑供电可靠 运行灵活 操作检修 方便 投资节约和便于过度或扩建等要求 对电气主接线设计的基本要求 概括地说 应包括可靠性 灵活性 经济性及可扩建性四方面 1 可靠性 所谓可靠性是指电气主接线能可靠地工作 以保证对用户不间断地供电 评价主接线的指标是 断路器检修时是否影响供电 线路 断路器 母线故障和检 修时 停运线路的回数和停运时间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 变电所全 部停电的可靠性 2 灵活性 主接线的灵活性有以下几点要求 调度时 应可以灵活地投入和切除变压器与线路 电度配电源和负荷 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 检修时 可方便地停运断路器 母线及其几许电保护设备 进行安全检修 而不 至于影响电力网的运行和对用户的供电 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 投入新装机组 变压器或线路而不互相干扰 并且对一次和二次部分的 改建工作量最少 3 经济性 接线在满足可靠性 磷火性要求的前提下 做到经济合理 投资省 占地面积少 11 电能损失少 2 2 2 2 电气主接线设计的基本原则 1 考虑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电气主接线的主要因素 本所是环网接入 系统中 220 110 10KV 三个电压等级的地区变电所 对于地区负荷具有重要意义和作用 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 年电力系统的发展规划进行设计 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 对重要的 级和 级负荷必须有两个独立电源供电 主接线在回数较多的条件下采 用旁母接线 4 考虑主变台数及容量对主接线的影响 本所有两台 120MVA 的主变压器 属大型变压器 故其要求有很高的接线形式 如 双母线形式等 2 2 2 各电压等级电气主接线设计 根据我国能源部有关 220 330KV 变电所设计技术规程 SDJ2 88 规定 第 4 2 4 条 220KV 变电所中的 110KV 配电装置 当出线回数在 6 回以上时 宜采 用双木锨接线 220KV 变电所中的 220KV 配电装置出线在 4 回及以上时采用双母线或其 它接线 220KV 变电所中的 110KV 出线回数为 6 回及以上 220KV 出线回数 4 回以上时 可装设专用旁母 第 4 2 6 条 凡设有旁路母线的 63 500KV 配电装置 主变压器回路数中的断路器 均宜接入旁路母线 根据有关 35 110KV 变电所设计规范 规定 4 第 3 2 5 条 当变电所装有两台主变压器时 6 10KV 侧采用分段单母线 各电压等级电气主接线设计 根据原始资料 现分别分析各电压等级可能采用的最佳方案列出 以筛选组合的方 法组成最佳可比方案 进行经济技术比较 1 220KV 侧电气主接线设计 本所 220KV 电压级母线有 3 回输出线路 根据有关规程和经验 列出 2 个可比性方 案进行比较 如下表所示 12 表表 2 22 2 220KV220KV 侧电气主接线设计方案比较侧电气主接线设计方案比较 方案 要求 双母线接线 单母线带旁路接线 可 靠 性 通过隔离开关的倒换 操作可以轮流检修一组母线而 不使供电中断 一组母线故障后 能迅速恢复供电 检修任一回路的母线 隔离开关时 只需断开所连 的母线 闭合另一对应的隔 离开关不使回路断电 该接线简单清晰投资 略小 检修任一出险断路器 时 由旁路断路器代替被检 修的出险断路器工作 不需 停电 母线检修或故障时 其 220KV 配电装置则全部停 电 灵 活 性 各个电源和回路负荷 可以任意分配到某一母线上 能灵活地适应电力系统中各 种运行方式 调度和潮流变 化的需要 通过倒换操作可组成 各种运行方式 单母线分段 带旁母 运行 单母线 带旁母 运行 固定连接 方式运行等 扩建方便 向双母线 左右任一方向扩建 在施工 中不会造成原有回路停电 该接线方式只有一条 母线 检修母线时会造成整 个回路停电 检修任一出线断路器 时 该回路必须停电才能检 修 设置旁路母线的目的就 是可以不停电地检修任一出 线断路器 此接线方式没有 双母线接线方式灵活 方便 经 济 性 此方式与方案 相比停 电的机会减少了 必须停电 的时间缩短了 减小了经济 损失 也利用其灵活性 方 便施工 减少投资 旁路母线系统增加了许 多设备 造价昂贵 运行复 杂 增加了投资 经过两个方案的技术经济比较 方案 比方案 更可靠 更灵活 具有较好的经济 性 2 110KV 侧电气主接线设计 由于此电压级的出线仅为 2 回 按照规程要求 采用桥形接线形式 同样列出两个 13 方案 方案 内桥接线 方案 角形接线 两个方案的比较列于下表中 表表 2 32 3 110KV110KV 侧电气主接线设计方案比较侧电气主接线设计方案比较 方案 要求 内桥接线 角形接线 可 靠 性 当检修桥断路器时 为不使系统开环运行 可 增设 外跨条 靠跨条 维持两台主变并列运行 跨条上串联两组隔离开关 是为了在检修跨条隔离开 关时 不必为了安全而全 部停电 增加了可靠性 开环运行时某一线路或断 路器故障 将造成供电絮乱 使相邻完好的元件不能发挥作 用 被迫停运 降低了可靠性 灵 活 性 当输电线路较长 故障机会较多 而变压器 有不需经常切换时 采用 此接线形式比较方便 灵 活 经适当布置可较容 易过度成单母线分段或双 母线分段 开换运行与闭环运行时工 作电流相差很大 且每一回路 连接两台断路器 每一断路器 又连接两个回路 使继电保护 整定和控制都比较复杂 经 济 性 高压电阻少 布置简 单 造价低 此接线方式建成后扩建比 较困难 增加投资 经过两个方案的技术经济比较 方案 比方案 更可靠 灵活 经济性较好 3 10KV 侧电气主接线设计 鉴于出线回路多 且为直馈线 电压又较低 宜采用屋内配电 其负荷也较低 用 样 此电压级的电气主接线也采用两个方案 方案 单母线分段接线 方案 单母 线接线 两个方案优缺点的比较列于下表中 表表 2 42 4 10KV10KV 侧电气主接线设计方案比较侧电气主接线设计方案比较 方案 优缺点 单母线分段接线 单母线接线 14 优 缺 点 当任一母线或某一 台母线隔离开关故障及检 修时 自动或手动跳开分 段断路器 仅为一半线路 停电 另一母线上的各回 路仍可正常运行 对重要回路 均以 双回路供电 保证供电的 可靠性 接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建 也便于 采用成套配电装置 隔离开关 仅用于检修 不作为操作电器 不易发生误操作 可靠性不高 不够灵活 断路器检修时该回路需停电 母线或母线隔离开关故障或检 修时则需全部停电 经过两个方案的技术经济比较 方案 比方案 更可靠 更灵活 两个方案的电气主接线如图 2 1 和图 2 2 所示 图图 2 12 1 方案方案 图图 2 22 2 方案方案 综上所述 根据每个电压等级电气主接线的两个方案的比较 在技术上 优缺点上 每个电压等级电气主接线的方案 比方案 明显合理 且更可靠 更灵活 在经济上也 比较占优势 鉴于该变电所为地区变电所 应以可靠性和灵活性为主 所以经综合分析 选用方案 为最终设计方案 即 220KV 侧电气主接线为双母线分段形式 110KV 侧电 气主接线为内桥接线形式 10KV 侧电气主接线为单母线分段接线形式 2 3 短路电流计算 2 3 1 短路电流计算的目的与系统运行方式的确定 2 3 1 1 短路电流计算的目的 15 本设计中计算短路电流另成一章 可知其具有一定的意义 其目的主要是为了进行 电气设备的选择与校验 2 3 1 2 系统运行方式的确定 由电力系统相关教材可知 系统运行方式主要有三种 即 最大运行方式 正常运 行方式和最小运行方式 本次设计中不采用正常运行方式 故仅介绍其它两种运行方式 1 系统最大运行方式 根据系统最大负荷的需要 电力系统中的所有可以投入的发电设备都投入运行 全 部或绝大部分运行 以及所有线路和规定接地的中性点全部投入运行的方式 该运行 方式是考虑了系统 5 10 年的发展 对于本次设计要考虑两台主变投入运行 该运行方 式主要用在电气设备的选择 校验和继电保护的规划设计中 2 系统最小运行方式 根据系统负荷为最小 投入与之相适应的发电设备 且系统中性点有少部分接地的 运行方式 此方式主要针对近期系统规模而言 一台主变投入运行 主要用在保护的灵 敏度校验中 2 3 2 短路形式的确定与短路计算点的确定 2 3 2 1 短路形式的确定 三相系统中短路的基本类型有四种 分别为 三相短路 两相短路 两相接 地短路 单相接地短路 电气设备的动稳定校验与热稳定校验 一般按三相短路计算 这主要使用于变电所 中 因为变电所距电源电气距离较远 三相短路时发热严重 发电厂附近 当计算电抗 较小 XJS 0 6 时 电气设备的热稳定校验按两相短路来验算 因为两相短路时发热 最严重 对于本次设计 稳定校验均采用三相短路的条件来分析 2 3 2 2 短路计算点的确定 选取短路点的个数 主要依据变电所的电压等级数 本所有三个电压等级 故应至 少选择三个短路电流计算点 分别代表 220KV 110KV 和 10KV 工作母线上的短路点 即 K1 K2 和 K3 然后根据这三个短路点来依次计算对应点的短路电流值 并利用这三 个短路电流值来分别校验对应电压等级母线上的电气设备 及与母线相连的进出线上的 电气设备的动稳定和热稳定校验 若满足要求 则不需要再计算 否则 若某个 些 电气设备经校验不满足 则要针对这个 些 电气设备重新确定一个 些 短路点再进 16 行短路电流计算 然后再校验 或者改用性能更好的电气开关设备 2 3 3 短路电流的计算 高压短路电流的计算一般只计及各元件 即发电机 变压器 线路 等的电抗 采 用标么制中各物理量均用标么制来表示 使运算步骤简单 数值简明 便于分析 标么 制一般数学表达式为 标么制 相对值 位的物理量 基准值 与有名值同单 量 有名值 有单位的物理 2 3 3 1 基准值的选取 基准值有四个 分别为基准容量 S 基准电压 基准电流 和基准 BB U B I 电 抗 其选取有一定的随意 不过 为了计算方便 对于本设计中通常选取基准容 B Z 量 S 100MVA 基准电压 各电压级的平均额定电压 即对本变电所有 BB U S 230KV 115KV 和 10 5KV 当基准容量 MVA 与基准电压 KV 选定后 基准电流 B KV 与基准阻抗 便已决定 B I B Z 基准电流 基准阻抗 近似计算法 B I B B U S 3 B Z B B S U 2 2 3 3 2 各元件电抗标么值的计算 1 系统 S 或发电厂 T 的等效电抗标么值 G S B SS S S XX G B GG S S XX 式中 为系统或发电厂以其本身容量为基准值等效电抗标么值 S X G X 2 线路电抗标么值 2 0 B B L U S LXX 式中 为线路单位长度电抗值 其中单导线 0 4 KM 两分裂导线 0 31 0 X 0 X 0 X KM 3 电抗器标么值 17 2 3100 B B N NR R U S I UX X 式中 为电抗器铭牌上的电抗百分数 为其额定电压与额定电流 R X N U N I 4 变压器电抗标么值 本设计中主变为三绕组且已给出了各绕组两两之间的短路电压百分数 即 则可求出各绕组的短路电压百分数分别为 21 K U 32 K U 31 K U 1K U 2 1 21 K U 31 K U 32 K U 2K U 2 1 21 K U 32 K U 31 K U 3K U 2 1 31 K U 32 K U 21 K U 然后按各双绕组变压器相似的计算公式求出变压器各绕组电抗的标么值 T BK T S SU X 100 1 1 T BK T S SU X 100 2 2 T BK T S SU X 100 3 3 2 3 3 3 各短路点短路电流的计算 1 网络化简 得到各电源对短路点的转移电抗 X 2 求各电源的计算电抗 将各转移电抗按各电源归算 js X js X X B e S S 3 查运算曲线 得到以电源容量为基准容量的各电源送至短路点电流的标么值 即 I 2 0 I I 4 求 3 中各电流的有名值之和 即为短路点的短路电流 求出各电流有名值 I 冲击值 2 0 I I sh i 本设计中有电源 和系统3 个电源 现将各短路电流计算值列于下表中 1 G 2 G s G 计 算过程详见 计算书 18 表表 2 52 5 短路电流计算值短路电流计算值 2 4 电气设备选择 本次设计中电气选择的主要任务 选择本变电所主变的台数 容量和类型 选择各电压等级的断路器 相应的隔离开 关 用于保护和测量用的电流互感器 将高压变成低压的电压互感器 以及各电压等级 的母线 支柱绝缘子与穿墙套管等 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 当设备或线路发生故障时 能快速切除故障回路 保证无故 障部分能正常运行 其保护作用 隔离开关 在检修电气设备时 用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离 在倒闸 操作时 投入备用母线或旁路母线以改变运行方式 配合断路器完成操作 同时隔离开关 还可以用来分合小电流 电流互感器与电压互感器 是将一次回路的大电流或大电压转化为标准的二次测的 低电流和低电压 以保证设备和人身安全 穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种 前者用于 6 35KV 系统 后者用于 60 500KV 中性点直接接地系统 2 4 1 选择导体和电气设备的一般条件 1 按照正常工作电压选择设备额定电压 所选设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高运行电压 设备允许长期 承受的最高工作电压 厂家一般规定为相应电网额定电压的 1 1 4 15 倍 而电网实际 运行的最高工作电压也在此范围内 可用下式表示 短路电流计算值 KA 短路点 I2 0 I I sh i 220KV 侧 K1 点 12 1912 5211 6331 08 110KV 侧 K2 点 4 013 94 010 23 10KV 侧 K3 点 64 2662 0965 85163 86 19 N U NS U 式中 设备所在电网的额定电压 KV N U 设备的额定电压 KV NS U 2 按工作电流选择设备额定电流 所选设备的额定电流应大于或等于所在回路的最高长期工作电流 N I max I 应当注意 有关手册中给出的各种电器的额定电流 均是按标准环境条件确定的 当设备实际使用环境不同时 应对其额定电流进行修正 3 按照经济电流密度选择导体 按照经济电流密度选择导体截面可使得年计算费用最低 对应不同种类的导体和不 同的最大负荷利用小时数 将有一个年计算费用最低的电流密度 称为经济电流密 max T 度 J 导体的经济截面 S J maxg I 上式中 正常工作时的最大持续电流 maxg I 根据 导体和电器选择技术规程 第 2 1 6 条规定 除配电装置的汇流母线以 5 外较长导体的截面应按照经济电流密度来选择 选择后应按照长期发热来校验 根据 导体和电器选择技术规程 第 2 3 1 条规定 20KV 及以下回路的正常工作 5 电流在 4000A 及以下时 宜选用矩形导体 在 4000 8000A 时 宜选用槽形导体 110KV 及以上高压配电装置 当采用硬导体时 宜用铝合金管形导体 也可选用软导体 如钢芯铝铰线 组合导线等 2 4 2 电气设备的型式选择 2 4 2 1 主母线的选择 根据 导体和电器选择技术规程 第 2 1 3 条规定载流导体宜采用铝质材料 5 2 4 2 2 断路器的选择 按照 电力工程设计手册 中高压断路器选择规定 断路器型式的选择除应满 3 足各项技术条件和环境条件外 还应考虑便于施工调试和运行维护 并经技术经济比较 后确定选择断路器 2 4 2 3 隔离开关的选择 根据 发电厂电气部分 附录三选择隔离开关 10 2 4 2 4 电压互感器的选择 根据 导体和电器选择技术规程 第 10 0 3 条的规定 电压互感器的型式应按 5 20 下列使用条件选择 1 3 20KV 屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构 也可采用树脂浇注绝缘结构的电 磁式电压互感器 2 35KV 配电装置宜采用电磁式电压互感器 3 110KV 及以上配电装置 当容量和准确度等级满足要求时 宜采用电容式电压 互感器 2 4 2 5 绝缘子的选择 根据 导体和电器选择技术规程 第 11 0 7 条的规定 屋外绝缘子宜采用棒式 5 支柱绝缘子 屋外支柱绝缘子需倒装时 采用悬挂式支柱绝缘子 屋内支柱绝缘子宜采 用联合胶装的多棱式支柱绝缘子 2 4 2 6 穿墙套管的选择 根据 导体和电器选择技术规程 第 11 0 8 条的规定 屋内配电装置宜采用铝 5 导体穿墙套管 对于母线型穿墙套管应校核窗口允许穿过的母线尺寸 2 4 3 电气设备和导体选择结果览表 表表 2 62 6 高压断路器选择结果高压断路器选择结果 计 算 数 据技 术 数 据 电 压 等 级 型 号 N U KV maxg I A I KA sh i KA k Q KAS 2 N U KV N I A nbr I KA max i KA tI 2 1 KAS 2 220V SW6 220 1200 220330 6712 1931 08396 4220120021551764 110V SW4 110 1000 110661 54 0110 2350 44110100021551024 10V SN4 10G 8000 10727564 26163 861514210800010530029929 表表 2 72 7 隔离开关选择结果隔离开关选择结果 计 算 数 据技 术 数 据 电压 等级 型 号K N U V maxg I A I KA sh i KA k Q KAS 2 N U KV N I A nbr I KA max i KA tI 2 1 KAS 2 21 220KV GW7 220 220 D 600 220 330 6 7 12 19 31 0 8 396 4220600 552205 110KV GW5 110GK 110661 54 01 10 2 3 50 441101000 832500 10KV GN10 10T 9000 10727564 26 163 8630050000 表表 2 82 8 电压互感器选择结果电压互感器选择结果 电 压 等 级安装地点型 号 220KV 进线 YDR 220 220 220KV 母线 JCC2 220 110 110KV 母线 JCC2 110 10 10KV 母线 JSJW 10 表表 2 92 9 电流互感器选择结果电流互感器选择结果 电 压 等 级安装地点型 号 220KV 进线 LCW 220 220 220KV 母线 LCW 220 110 110KV 母线 LCWD 110 10 10KV 母线 LMZ 15 表表 2 102 10 母线选择结果母线选择结果 选 择 结 果计 算 结 果电 压 等 级 型 号 S mm 2 放置 方式 10 6 Pa maxg I A min S mm 2 10 6 Pa 220KV LWY 220 10 50 5 矩形 250 平放 70330 67228 8532 5 10KV LWY 10 6870 槽型 6870 Y Y 弯曲 707275150032 5 表表 2 112 11 支柱绝缘子 穿墙套管选择结果支柱绝缘子 穿墙套管选择结果 22 电 压 等 级设备名称类 型型 号 支柱绝缘子户外 ZS 220 220KV 穿墙套管户外 CR 220 600 支柱绝缘子户外 ZPD 10 35 10KV 穿墙套管户外 ZPD 10 35 注 电气设备选择具体计算见计算书 2 5 配电装置及总平面布置设计 2 5 1 配电装置设计原则 1 高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策 并应根据电力系统条 件 自然环境特点和运行 检修等要求 合理地制订布置方案和选用设备 并积极慎重 地采用新布置 新设备和新材料 使设计做到技术先进 经济合理 运行可靠 维护方 便 2 配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时 应按较高的额定电压确定其安全 净距 3 屋外配电装置带电部分的上面或下面不应有照明 通信和信号线路架空跨越或 穿过 屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷或动力线路跨越 4 考虑地理情况的环境条件 因地制宜 节约用地 35KV 及以下宜采用屋内布置 2 5 2 型式选择与配电装置选择 2 5 2 1 形式的选择 配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分 它是根据主接线的连接方式 由开关 电器 保护和测量电器 母线和必要的辅助设备组建而成 用来接受和分配电能的装置 按电器装设地点不同 可分为屋内和屋外 按组装方式 又可分为装配式和成套式 配电装置的型式选择 应考虑所在地区的地理情况及环境条件 因地制宜 节约用 地 逼供结合运行及检修要求 通过技术经济比较确定 一般情况下 在大 中型发电 厂和变电所中 35KV 及以下的配电装置宜采用屋内式 110KV 及以上多为屋外式 当在 污秽地区或市区建 110KV 屋内和屋外配电装置的造价相近时 宜采用屋内型 配电装置设计的基本步骤 1 根据配电装置的电压等级 电器的型式 出线多少和方式 有无电抗器 地形 23 环境条件等因素选择配电装置的型式 2 拟定配电装置的配置图 3 按照所选设备的外形尺寸 运输方法 检修及巡视的安全和方便等要求 遵照 规程参考典型设计绘制图 2 5 2 2 220KV 电压级配电装置选择 选择配电装置的型式 应考虑所在地区的地理情况及环境条件 因地制宜 节约用 地 并结合运行及检修要求 通过技术经济比较确定 分相中型配置与普通中型配置不同的是将一组母线隔离开关分解为 A B C 三相 每相隔离开关布置在该母线之下 可取消复杂的双层结构 布置清晰 可节约用地 20 30 屋外配电装置的型式除与主接线有关 还与场地位置 面积 地质 地形条件及总 体布置有关 并受材料供应 施工 运行和检修要求等因素的影响和限制 普通中型配电装置国内采用较多 施工 检修和运行都比较方便 抗震能力较好 造价比较低 缺点是占地面积较大 一般 110 220KV 很少采用 高型配电装置的最大优点是占地面积少 一般比普通中型节约用地 50 左右 根据以上原则 220KV 配电装置宜采用屋外式 高型配置 2 5 3 总平面设计 在变电所中电气设施是总平面布置的主体 布置时应考虑电气设施之间的有机联系 和与外界出线方向 出线走廊和市政设施的配合 降压变电所主要由屋内 外配电装置 主变压器 主控制室及辅助设施等组成 总 体布置应根据外界条件 依据配电装置的电压等级和型式 出线方向和方式 出线走廊 的条件 地形情况等因素 并满足防火及环境保护要求 因地制宜进行设计 2 6 防雷设计 电力系统中雷害来源有两种 1 直击雷 2 雷电侵入波 其中直击雷造成的损失 最大 可采用避雷针 避雷器等防雷措施来防止直击雷 避雷针保护 根据 电力设备过电压保护技术规程 SDJ7 79 中的规定 110KV 6 线路 一般沿全线架设避雷线 在雷击特别强烈的地方 宜架设双避雷线 10KV 线路一 般不设全线避雷线 2 6 1 防雷设计原则 24 根据 高压配电装置技术规程 SDJ7 79 的规定 7 第 70 条 独立避雷针 线 宜设独立的接地装置 独立避雷针不应设在人经常通 行的地方 避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜超过 3m 否则应采取均压 措施 或铺设砾石或沥青地面 第 72 条 110KV 及以上配电装置 可将线路的避雷线引接到出线门型架构上 35 60KV 配电装置 在土壤电阻率不大于 500 m 的地区 允许将线路的避雷线引接到出线 门型架构上 但应装设集中接地装置 第 78 条 变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器 应以最短的接地线与配电装置 的主接地网连接 同时应在其附近架设集中接地装置 第 83 条 连接的三绕组变压器的 10KV 绕组 如有开路运行的可能 应采用防止静 电感应电压危害该绕组绝缘的措施 在其一相出线上装设一只阀型避雷器 下列情况的变压器中性点应装设避雷器 1 直接接地系统中 变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时 2 直接接地系统中 变压器中性点为全绝缘 但变电所为单进线且为单台变压 器运行时 因多路进线可以分流雷电流 3 不接地和经消弧线圈接地系统的中性点一般不必装设 但多雷区且单进线变 压器中性点需装设 根据以上原则本次设计中避雷器的选择结果如下表 2 12 表表 2 122 12 避雷器的选择结果避雷器的选择结果 设备名称安装地点型 号 220KV 母线 Y10W5 220 110KV 进线侧 Y10W5 110 10KV 母线 FZ 10 10KV 出线 FZ 10 避 雷 器 主变中性点 FZ 40 2 7 继电保护的规划设计 根据 继电保护和安全自动装置技术规程 SDJ6 83 对继电保护有如下要求 9 1 电力系统的电力设备和线路应装设短路故障和异步运行的保护装置 电力设备 和线路的保护应有主保护和后备保护 必要时增设辅助保护 主保护应满足系统稳定及设备安全要求 有选择地切除被保护设备和安全线路故障 的保护 25 后备保护是主保护或断路器拒动时 用以切除故障的保护 后备保护可分为近后备 和远后备两种方式 近后备是当主保护拒动时 由本电力设备或线路的另一套保护实现后备 当断路 器拒动时由断路器失灵保护实现后备 远后备是当主保护或断路器拒动时 由相邻电力设备或线路的保护实现后备 辅助保护是为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护 电力设备和线路 的异常运行保护 是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护 2 继电保护装置应满足可靠性 选择性 灵敏性和速动性的要求 2 7 1 变压器主保护 保护配置 1 差动保护 2 瓦斯保护 3 后备保护 由接地故障后备 零序 和相间故障后备 4 过负荷保护 动作于信号 2 7 2 变压器后备保护 为了防止变压器外部故障引起的过电流及作为变压器之后备保护 在变压器上装设 带低电压或不带低电压闭锁的过电流保护装置 若其灵敏度不够或为了简化保护接线 也可装设带复合电压闭锁的过电流保护 零序过电流保护 降压所一般只装设两台主变 分级绝缘 一台中性点直接接地 一台不接地 为了防止在单相接地故障时中性点不接地的变压器遭受到过电压的危害 保护装置以第 一时限跳开中性点不接地的变压器各侧 以第二段时限跳开本变压器 零序闭锁 变压器过负荷保护 单侧电源的三卷变 过负荷保护装于电源侧及线圈容量较小的 一侧 2 7 3 母线保护 中阻抗母线差动保护准则 1 在电流互感器不发生饱和现象时 测量回路测量到的各单元电流之和在正常运 行及母线外部发生故障时为零 在母线内部发生故障时为各短路电流之和 26 2 电流互感器因暂态分量中的直流分量或很大的短路电流造成饱和时 其二次回 路阻抗将下降 全饱和时二次输出电流为零 此时 电流互感器二次回路的总阻抗可以 用一总的直流电阻来代替 3 对母线内部故障而言 空载线路的电流互感器二次回路阻抗可以用相当大的励 磁电抗来代替 4 无论一次流过多大的电流 线路电流互感器在故障的最初瞬间不会发生饱和 在 1 4 1 2 周波内能正确传变一次电流 第 3 章 设计计算书 3 1 短路电流计算的目的 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备 以及进行继电保护装置的整 定计算 进行短路电流计算 首先要绘制计算电路图 在计算电路图上 将短路计算所考虑 的各元件的额定参数都表示出来 并将各元件依次编号 然后确定短路计算点 短路计 算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过 接着 按所选择的短路计算点绘出等效电路图 并计算电路中各主要元件的阻抗 在等效电路图上 只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来 并标明其 序号和阻抗值 然后将等效电路化简 对于工厂供电系统来说 由于将电力系统当作无 限大容量电源 而且短路电路也比较简单 因此一般只需要采用阻抗串 并联的方法即 可将电路化简 求出其等效总阻抗 最后计算短路电流和短路容量 3 2 短路电流的计算 3 2 1 根据任务书提供的原始资料 此变电所与电力系统的连接电路图 如图 3 1 所示 27 图图 3 13 1 变电所与电力系统的连接电路图变电所与电力系统的连接电路图 3 2 2 根据此电路图画出待建变电所的等值电路图 如图 3 2 所示 28 图图 3 23 2 代建变电所的等值电路图代建变电所的等值电路图 3 2 3 参数计算 均用标么值 为方便省去 号 取 100MVA 本次计算中为 230KV 115KV 10 5KV d S d U av U 0