220KV枢纽变电所电气部分设计

摘摘 要要 展望未来 我国能否在本世纪中叶基本实现现代化 相当大的程度上取决于能源 电力工业是国民经济的 基础 是重要的支柱产业 它与国家的兴衰和人民的安康有着密切的关系 随着经济的发展和现代工业的建设 的迅速崛起 供电系统的设计越来越全面 系统 工厂用电量迅速增长 对电能质量 技术经济状况 供电的 可靠性指标也日益提高 因此对供电设计也有了更高 更完善的要求 变电站作为电能传输与控制的枢纽必须改变传统的设计和控制模式 才能适应现代电力系统 现代化工业 生产和社会生活的发展趋势 本设计讨论的是 220kV 枢纽变电所电气部分设计 一次系统 首先根据原始资料 进行分析 负荷计算选择主变压器 然后在此基础上进行主接线设计 再进行短路计算 导体和电气设备的选 择 最后通过主变保护系统的设计 本次设计只要是一次变电所电气部分的设计 并做出阐述和说明 论文包括选择变电所的主变压器的容量 台数和形式 选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数 并且通过计算 详细的校验了各种不同 设备的热稳定和动稳定 并对其选择进行了详尽的说明 关键词关键词 变电站 短路电流 设备选择 AbstractAbstract Looking ahead our ability to achieve the middle of this century modernization to a large extent depends on energy The power industry is the basis of the national economy is an important pillar industry the rise and fall with the State and the people closely related to the well being along with economic development and the rapid development of modern industry rise more and more power supply system design comprehensive systematic rapid growth of plant consumption for power quality technical and economic conditions reliability of electricity supply are increasing and therefore also have higher power supply design better requirements Substation as a hub for power transmission and control to change the traditional design and control mode to adapt to the modern power system modernization of industrial production and the development trend of social life The design discussion is part of 220KV electrical substation design a system First of all analyze the original data and choose the main transformer based on it design the main wiring and Short Circuit Calculation at last choose equipment then mine and the protection of earth and distribution device The design is based on summarizing our country s substation design and operation It takes the selections of devices which this substation needed such as the type of electric bus the type of the power distribution KeywordsKeywords substation short circuit equipment selection 1 1 1 绪论绪论 1 11 1 设计背景设计背景 电是能量的一种表现形式 电力已成为工农业生产不可缺少的动力 并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面 电能有许多优点 首先 它可简便地转变成另一种形式的能量 其次 电能经过高压输电线路 还可输送很长的距离 供给远方用电 另外 许多生产部 门用电进行控制 容易实现自动化 提高产品质量和经济效益 电力工业在国民经济中占有十分重要的地位 建国以来 我国的电力工 业发展迅速 到目前 我国的总装机容量和发电量均居世界第四位 但是我国目前的电力还不能满足国民经济发展的需要 必须加快发 展 许多变电站已装设微机综合自动化系统 有些已实现无人值班 电力系统已实现调度自动化 电力系统由发电厂 变电站 线路和用户组成 变电站是联系发电厂和用户的中间环节 起着变换和分配电能的作用 变电站根据 它在系统中的地位 可分成下列几类 1 枢纽变电站 它位于电力系统的枢纽点 连接电力系统高压和中压的几个部分 汇集多个电源 电压为 330 500 的变电所 称为枢纽变电站 全站停 电后 将会引起系统解列 甚至出现瘫痪 2 中间变电站 高压侧以交换潮流为主 起系统交换功率的作用 或使长距离输电线路分段 一般汇集 2 3 个电源 电压为 220 330kV 同时又降压供给 当地用电 这样的变电站主要起中间环节的作用 全站停电后 将引起区域电网解列 3 地区变电站 高压侧电压一般为 110 220kV 向地区用户供电为主的变电站 这是一个地区或城市的主要变电站 全站停电后 仅使该地区中断供电 4 终端变电站 在输电线路的终端 接近负荷点 高压侧电压多为 110kV 经降压后直接向用户供电的变电站 全站停电后 只是用户受到损失 1 21 2 设计意义设计意义 电力工业是国民经济的重要部门之一 它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业 它即为现代工业 现代 农业 现代科学技术和现代国防提供不可少的动力 又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系 电力是工业的先行 电力工业的发 展必须优先于其他的工业部门 整个国民经济才能不断前进 我国具有极其丰富的能源 这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础 但是 旧中国的电力工业落后 无 法将其利用 不过 随着改革开放的深入发展 我国电力工业的发展很快 到 2000 年 我国电力工业已跃升世界第 2 位 电力工业的发 展为我国的国民经济的高速发展做出了巨大的贡献 不仅如此 目前我国的电力工业已开始进入 大电网 大机组 超高压交 直 流输电 等新技术发展的新阶段 一些世界水平的先进的高新技术 已在我国电力系统中得到了相应的应用 另外 由于我国人口众多 由此在按人口平均用电方面 迄今不仅仍远远落后于一些发达国家 即使在发展中国家中 也只处于中 等水平 尚不及全世界平均人口用电量的一半 因而 要实现在 21 世纪初全面建设小康社会的要求 我国的电力工业必须持续 稳步地 大力发展 一方面是要大力加强电源建设 搞好 西电东送 以确保电力先行 另一方面 要继续深化电力体制改革 实施厂网分开 竞价上网 并建立起符合社会主义市场经济法则的 规范的电力市场 展望未来 我们坚信 在新世纪中 中国的电力工业必须持续 高速地发展 取得更加辉煌的成就 1 31 3 原始资料原始资料 1 为满足工农业负荷增长的需要 新建一座 220KV 枢纽变电所 2 系统用 4 条 150km 长的 220KV 线路向本所供电 系统等值电抗为 0 001 3 110 KV 电压等级 100km 架空出线 8 回 每回平均输送容量 20MW 最大负荷 180MW 最小负荷 150MW 最大负荷运行时间 Tmax 5500h cos 0 85 一 二类负荷占 70 4 10KV 电压等级 15km 电缆出线 10 回 每回平均输送容量 1 8MW 最大负荷 25MW 最小负荷 15MW 最大负荷运行时间 Tmax 5000h cos 0 85 一 二类负荷占 55 2 2 电气主接线的设计电气主接线的设计 2 12 1 电气主接线概述电气主接线概述 电气主接线又称为电气一次接线 它是将电气设备以规定的图形和文字符号 按电能生产 传输 分配顺序及相关要求绘制的单相 接线图 它是变电站 发电厂电气设计的首要部分 也是构成电力系统的主要环节 1 电气主接线的指标有三个方面 即可靠性 灵活性 经济性 安全可靠是电力生产的首要任务 保证供电安全可靠是电气主接线最基本得要 求 主接线的可靠性不是绝对的 得联系具体实际来确定 如变电站在电力系统中的地位和作用 符合的性质和类别 设备的制造水平 以及长期运行的的经验 灵活性是指电气主接线能适应各种运行状态 并能灵活地进行运行方式的转换 灵活性主要有以下及方面 调度 操作 扩建的 方便性 2 经济性是在保证可靠性及灵活性为前提的情况下的经济 其主要从以下几方面 考虑 降低一次投资 占地面积以及电能损耗 2 电气主接线的设计主要包括以下方面 对原始资料的分析 其主要有以下方面 工程情况 电力系统情况 负荷情况 环境条件以及设备供货情况 主接线方案的拟定及选择 短路电流计算和主要电气设备选择 绘制电气主接线图 编制工程预算 2 22 2 主接线的基本形式主接线的基本形式 电气主接线的方式住要有以下几种 单母及单母分段接线 母及双母分段接线 带旁路的单母和双母接线 一台半及四分之三台断 路器接线 变压器母线组接线 单元接线以及桥形接线 1 单母 单母接线 其主要优点是 接线简单 操作方便 设备少 经济性好 易于扩 建 缺点则是 可靠性差 母线或母线隔离开关检修或故障是所有回路都得停止运行 调度不方便 电源只能并列运行不能分裂运行 并且线路侧发生短路是有较大的短路电流 一般适用于 6 10kV 配电装置不超过 5 回 35 63kV 配电装置出线回路不超过 3 回 110 220kV 配电装置出线回路不超过两回 单母分段接线 与单母接线相比其供电更可靠灵活 对于重要的用户可从不同 段引出两回馈线 但其要比单母接线要多一台或多台断路器及隔离开关的投资 这种接线方式一般用于 小容量发电厂的发电机电压配电装置 每段母线上所接 发电容量为 12MW 左右出线不超过 5 回 变电站有两台主变是的 6 10kV 配电装置 35 63kV 配电装置出线 4 8 回 110 220kV 配电装 置出线 3 4 回 2 双母 双母接线 其主要优点 供电方便 调度灵活 扩建方便 便于实验 缺点 增加一条母线及每条回路的母线隔离开关的投资 检修会故障时隔离开关的倒闸操作比较繁琐容易误操作 广泛用于进线回路数较多 容量较大 出线带电抗器的 6 10kV 配电装置 35 60kV 配电装置出线超过 8 回 或连接电源较大 负荷较大时 110kV 配电装置出线 数为 6 回以上是 220kV 配电装置出线数为 4 回以上时 双母分段接线 与双母接线方式相比其增加了供电的可靠性 但同时增加了两 台断路器的投资 一般使用双母分段的原则 当出线回路数为 10 14 回时在一组母线上分段 当出线回路数多于等于 15 时在两组母线 上分段 在双母分段接线中均装设两台母联兼旁路断路器 为了限制 220kV 母线短路电流或系统解列运行的要求 可使用母线分段 3 增设旁路母线 增设旁路母线可提高了供电可靠性 特别是在进出线检修时 包括其保护装置的 检修和调试 不中断对用户的供电 但同时会增加母线等投资 他有三种接线方式 有专用旁路断路器的旁路母线接线 母联断路器 兼作旁路断路器的旁路母线接线 用分段断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线 2 32 3 主接线方案选择主接线方案选择 2 3 12 3 1 初定方案初定方案 由原始资料可知本变电站有两台三相变压器 各侧电压等级分别为 220 110 10kV 220kV 侧为进线端 有 4 回线 110kV 及 10kV 侧为负荷侧各自的出线回路数为 8 回 10 回线 为了满足工农业负荷增长的需要 由此拟定以下两种方案作为选择 负荷增长的需要 由此拟定以下两种方案作为选择 方案一 方案一 220kV 侧及 110kV 侧均采用双母线接线方式 10kV 侧则采用单母分段 3 图 2 1 方案一 方案二 220kV 侧采用双母线接线方式 110kV 侧及 10kV 侧均采用有专用旁路断路器的单母带旁路接线方式 2 3 22 3 2 方案的比较方案的比较 1 220kV 侧 由于本变电站所供电地区有大量工农企业的集中地区供电的枢纽站 供电对象为 工农业负荷等重要用户 要求供电可靠高质量 又考虑到随着城市的发展供电需求会不断上升 变电站进线回路要增加所以 220kv 侧采 用双母接线方式是合理的 2 110kV 侧 由于 220kV 侧最大输入功率为 205MW 110kV 侧最大负荷为 180MW 最小负荷为 150MW 由此可见本变电站的主要负荷在 110kV 侧 所以 110kV 的可靠性要求比较高 方案一采用双母接线方式 而方案二采用单母带旁 路 有专用旁路断路器 两种方案的造价差不多 可靠性也差不多 但相比之下双母接线方式其扩建较方便一些 而且设备检修时也没 有单母带旁路接线方式那么复杂的隔离开关倒闸操作 所以双母接线方式更为适合 110kV 侧 3 10kV 侧 方案一采用单母分段 方案二则采用单母带旁路母线的接线方式 方案二的投资 略高于方案一 但其可靠性较高 但由于 10kV 侧虽然有 10 回出线 但其中有两条是备用回路 且本侧的最小负荷为 15MW 最大负荷也只 有 25MW 方案一完全能满足其要求 所以本侧接线方式选择单母分段较为适宜 方案二 4 图 2 2 方案二 4 具体经济性比较 为确定某一规划设计方案 除了分析设计方案是否在技术上先进 可靠和适用外 还要分析设计方案在经济上是否合理 只有技术和经济上两个方面都合理的设计方案 才能实施 因此 为实现电力建设项目决策的科 学化 减少和避免投资失误 提高经济效益 对各规划设计方案必须进行技术经济分析 作为设计方案选择的主要依据之一 经济性比较主要是对各种方案的综合投资和年运行量进行综合效益比较 为选择经济上的最优方案提供依据 计算时 可只计算各 方案不同部分的投资和年运行费 常用的技术经济分析方法有 最小费用法 净现值法 内部收益率法 抵偿年限法 从电气设备的数目及配电装置上进行比较 表 2 1 隔离关与断路器数目 方 案 项 目 方案一方案二 220kV 配电装置双母线双母线 110kV 配电装置双母线单母线旁路母线 10kV 配电装置单母线分段单母线旁路母线 主变台数 22 220kV77 110kV1111 断路器的 数目 10kV1313 220kV20 20 110kV3230 隔离开关 的数目 10kV2636 计算综合投资 Z Z 1 a 100 元 2 1 5 式中 为主体设备的综合投资 包括变压器 高压断路器 高压隔离开关及配电装置等设备的中和投资 a 为不明显的附加费用比例系数 一般 220 取 70 110 取 90 主体设备的综合投资如下 综合考虑两种电气主接线方案的可靠性 灵活性和经济性 结合实际情况 确定第一种方案为设计的最终采用方案 表 2 2 主变价格 主变容量 MVA每台主变的参考价格 万元 台 变压器的投资 万元 方案一 820 2 820 1640 方案二 820 2 820 1640 表 2 3 220kV 侧断路器投资 每台断路器的参数价格 万元 台 方案一断路器投资 万元 方案二断路器的投资 万元 1057 105 735 7 105 735 表 2 4 220kV 侧隔离开关投资 每台隔离开关的参数价格 万元 台 方案一隔离开关投资 万元 方案二隔离开关的投资 万元 5 5 20 5 5 11020 5 5 110 表 2 5 110kV 侧断路器投资 每台断路器的参数价格 万元 台 方案一断路器投资 万元 方案二断路器的投资 万元 65 11 65 71511 65 715 表 2 6 110kV 侧隔离开关投资 每台隔离开关的参数价格 万元 台 方案一隔离开关投资 万元 方案二隔离开关的投资 万元 2 5 32 2 5 8030 2 5 75 表 2 7 10kV 侧断路器投资 每台断路器的参数价格 万元 台 方案一断路器投资 万元 方案二断路器的投资 万元 30 13 30 39013 30 390 表 2 8 10kV 侧隔离开关投资 每台隔离开关的参数价格 万元 台 方案一隔离开关投资 万元 方案二隔离开关的投资 万元 1 7 26 1 7 44 236 1 7 61 2 表 2 9 两种方案经济性比较 方案一方案二 主体设 备总投 资 万元 2 37142 44390 807151107351640 0 Z 2 3726 2 61390 757151107351640 0 Z 6 综合投 资 万元 Z 1 0 Z100a 3714 2 1 0 7 6314 1 Z 1 0 Z100a 3726 2 1 0 7 6334 5 表 2 10 方案比较 项目可靠性灵活性经济性 方案一 220kv 侧及 110kv 侧均采用双母 线接线方式 10kv 侧 则采用单母分段 各侧都达到了可靠性要 求 1 检修 调试相对灵活 2 各种电压级接线都便 于扩建和发展 设备相对多 投资较 大 但对供电可靠性 的优先保障是必要的 方案二 220kv 侧采用 双母线接线方式 110kv 侧及 10kv 侧均 采用有专用旁路断路 器的单母带旁路接线 方式 各侧都达到了可靠性要 求 1 检修 调试比较灵活 2 各种电压级接线都便 于扩建和发展 相对于方案一经济性 更差 综上所述 本变电站电气主接线的设计采用方案一 3 3 主变压器的选择主变压器的选择 3 13 1 主变压器容量和台数的选择主变压器容量和台数的选择 3 1 13 1 1 主变压器容量的选择主变压器容量的选择 变电站主变压器容量的选择一般有以下几个原则 按变电所建成后 5 10 年得规划负荷选择 并考虑到远期 10 20 的负荷发展 对于城郊变电站 主变容量的确定应与城市规划相 结合 根据变电所的负荷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 应考虑当一台主变压器停运时 其余变压器在 计及过负荷能力后的允许时间内 应保证一级 二级负荷的供电可靠 对于一般性的变电所应保证一台主变压器停运时其余变压器容量 能满足总负荷的 70 80 同级电压的单台变压器的容量级别不应太多 应从全网出发 推行系列化 标准化 本变电所主变压器容量的确定 该变电站三个电压等级 且有大量一 二类负荷 所以应装设两台三相三绕组变压器 110kV 侧最 大负荷 180MW 10kV 侧最大负荷 25MW 因此 总计算负荷为 3 1 MWMWS18 241 85 0 25180 30 根据主变压器容量的确定原则 当一台主变压器停运时 其余变压器容量应能保 全部负荷的 70 以上 可以确定单台变压器的额定容量 0 7 0 7 241 18 168 8 MW 3 2 NT S 30 S 3 3 MWSNT4 16485 0 5525 70180 经查阅相关资料 选择主变压器容量为 240MVA 3 1 23 1 2 主变压器台数的选择主变压器台数的选择 主变压器台数的选择一般有以下原则 对于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 变电所以装设两台变压器为宜 对地区性孤立的一次变电所或大型专用供电所 在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性 对于规划只装设两台主变压器的变电所 其变压器应按大于变压器基础容量的 1 2 级设计 以便负荷发展时更换变压器的容量 3 23 2 主变压器型式和结构的选择主变压器型式和结构的选择 3 2 13 2 1 相数的选择相数的选择 7 主变压器采用三相或是单相 主要考虑变压器的制造条件 可靠性要求运输条件的因素 特别是大型变压器更是要考虑其运输的肯 能性 一般相数选择有以下几个原则 当不受运输条件限制时 330kV 及以下的变电所及发电厂都采用三相变压器 当发电厂与系统连的电压等级为 500kV 时 应在技术经济比较以后再做出决定选用三相变压器还是 两台半容量三相变压器或单 相变压器组 对于 500kV 变电所 除需考虑运输条件外 应根据供电负荷及系统情况 分析一台 或一组 变压器故障或停电检修时对系统的 影响 尤其是在建设初期 若主变压器是一组当一台单相变压故障 会使整组变压器退出运行 造成全所停电 为此 要经过经济论证 来确定是选用单相还是三相变压器 3 2 23 2 2 绕组数量和联接方式的选择绕组数量和联接方式的选择 1 绕组数量的选择 最大容量为 125MW 及以下电厂 当有两种升高电压与用户供电与联系时 应采用三绕组变压器 各绕组的通过容量应达到变压器 额定容量的 15 及以上 由于同容量等级的三绕组变压器要比双绕组变压器要贵 40 50 运行维修也较为复杂 当台数过多数回造 成中压侧短路容量过大 因此要给予限制 一般两种升高电压等级的三绕组变压器不超过两台 对于 200MW 及以上的机组 考虑到运行的可靠 灵活及经济性问题一般不采用三绕组变压器 联络变压器一般应选用三绕组变压器 其低压绕组可接高压厂用启动 备用变压器或无功补偿设备 在有三种电压等级的变电所 如通过主变压器各侧绕组的功率达均达到该变压器额定容量的 15 及以上 或低压侧虽无负荷 但 在变电所内需装无功补偿设备时 主变宜采用三绕组变压器 对于具有直接将高压降为供电低压条件的变电所 为减少重复降压容量可 采用双绕组变压器 综上所述本变电所有三种电压等级 即 220kV 110kV 和 10kV 主变宜采用三绕组变压器 2 绕组接线方式的选择 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 电力系统采用的绕组连接方式只有丫和 高 中 低三侧 绕组如何结合要根据具体工作来确定 我国 110kV 及以上电压 变压器绕组多采用丫连接 35KV 亦采用丫连接 其中性点多通过消弧线圈接地 35kV 以下电压 变压器绕 组多采用 连接 故 10kV 采用 连接 综上所述 本变电站主变压器 220kV 110kV 10kV 侧绕组对应的连接方式为丫 丫 3 33 3 主变压器的选择结果主变压器的选择结果 由 电力工程电气设备手册 电气一次部分 选定本变电站主变压器为两台额定容量为 240MVA 可带负荷调压的三绕组变压器 主变压器的技术参数如下所示 型号 SFPS7 240000 220 额定容量 kVA 240000 额定电压 kV 高压 220 2 2 5 中压 121 低压 11 容量比 100 100 50 联结组别号 YN yn0 d11 空载损耗 kW 187 负载损耗 kW 800 短路电压百分值 高 中 12 14 高 低 22 24 中 低 7 9 空载电流百分值 0 42 4 4 短路电流计算短路电流计算 4 14 1 短路电流计算的目的短路电流计算的目的 短路电流计算的主要目的是为了选择断路器等电器设备或对这些设备提出技术要求 评价并确定网络方案 研究限制短路电流措施 为继电保护设计与调试提供依据 分析计算送电线路对通讯设施的影响等 4 24 2 各元件标幺值计算各元件标幺值计算 取标准容量 100MVA 标准电压 为各侧额定电压 主变压器三绕组容量为 100 100 50 13 B S B U e 5 01U e U 21 k U 8 23 32 k U 13 k U 系统电抗计算 枢纽变电站站的功率因素一般很高 超过 0 95 这里计算系统电抗功率因素按 1 估算 8 0100661 2 220 100 001 0 6 2 S X 取标准容量 100MVA 标准电压 主变压器三绕组容量为 100 100 50 13 8 B S B U e 5 01U 21 k U 32 k U 23 13 k U 系统电抗计算 枢纽变电站站的功率因素一般很高 超过 0 95 这里计算系统电抗功率因素按 1 估算 0100661 2 220 100 001 0 6 2 S X 4 2 14 2 1 主变压器各绕组电抗标幺值计算主变压器各绕组电抗标幺值计算 13 23 8 14 1k U 2 1 21 k U 13 k U 32 k U 2 1 13 8 23 1 1 2k U 2 1 21 k U 32 k U 13 k U 2 1 23 8 13 9 3k U 2 1 13 k U 32 k U 21 k U 2 1 0 0583 N Bk T S SU X 100 1 1 240100 10014 0 0042 N Bk T S SU X 100 2 2 240100 1001 0 0375 N Bk T S SU X 100 3 3 240100 1009 4 2 24 2 2 220kV220kV 侧电抗标幺值计算侧电抗标幺值计算 220KV 进线型号为 LGJ 120 长度 150km 设线间几何均距为 1 5m km 347 0 1 X 标准电压 kV2302205 015 01 e1 UUB 1 1 号线电抗标幺值 984 00 230 100 150347 0 22 11 1 B B U S lXX 2 2 号线电抗标幺值 0948 0 230 100 150347 0 U S lXX 22 B B 11 2 3 3 号线电抗标幺值 0948 0 230 100 150347 0 22 11 3 B B U S lXX 4 4 号线电抗标幺值 0948 0 230 100 150347 0 22 11 4 B B U S lXX 4 2 34 2 3 110kV110kV 侧电抗标幺值计算侧电抗标幺值计算 电缆型号为 YJLW03 110 400 长度 100km km 300 0 2 X 标准电压 kV1151105 015 01 e2 UUB 9 1 5 号线电抗标幺值 2268 0 115 100 10030 0 22 22 5 B B U S lXX 2 6 号线电抗标幺值 2268 0 115 100 10030 0 22 22 6 B B U S lXX 3 7 号线电抗标幺值 2268 0 115 100 10030 0 22 22 7 B B U S lXX 4 8 号线电抗标幺值 2268 0 115 100 10030 0 22 22 8 B B U S lXX 5 5 号线电抗标幺值 2268 0 115 100 10030 0 U S lXX 22 B B 22 9 6 6 号线电抗标幺值 2268 0 115 100 10030 0 U S lXX 22 B B 22 10 7 7 号线电抗标幺值 2268 0 115 100 10030 0 U S lXX 22 B B 22 11 8 8 号线电抗标幺值 2268 0 115 100 10030 0 U S lXX 22 B B 22 12 4 2 44 2 4 10kV10kV 侧电抗标幺值计算侧电抗标幺值计算 电缆型号为 YJLW03 10 400 长度 15km km 43 0 3 X 标准电压 kV 5 10105 015 01 e3 UUB 1 13 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 13 B B U S lXX 2 14 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 14 B B U S lXX 3 15 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 15 B B U S lXX 4 16 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 16 B B U S lXX 5 17 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 17 B B U S lXX 6 18 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 18 B B U S lXX 10 7 19 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 19 B B U S lXX 8 20 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 20 B B U S lXX 9 21 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 21 B B U S lXX 10 22 号线电抗标幺值 8503 5 5 10 100 1543 0 22 33 22 B B U S lXX 4 34 3 等效电路图的化简等效电路图的化简 变电站简化电路图如图 4 1 所示 图 4 1 变电站简化电路图 1 线路电抗等效 11 0237 0 0237 00 0984 0 0984 0 0984 0 0984 0 0 4 3 2 1 220 XXXXXX S 02835 0 2268 0 2268 0 2268 0 2268 0 2268 0 2268 0 2268 0 2268 0 12 11 10 9 8 7 6 5 110 XXXXXXXXX 2 作等效电路如图 4 2 所示 图 4 2 等效电路 4 44 4 短路电流计算短路电流计算 4 4 14 4 1 220KV220KV 母线短路时的短路电流计算母线短路时的短路电流计算 图 4 3 220kV 母线短路系统等值电路图 基准电流 251 0 2303 100 3 1 1 kA U S I B B B k1 点的总等效电抗标幺值 2370 02370 001 X 短路电流 kA591 10125 0 0237 0 11 1 1 1 Bk I X I 12 冲击电流 kA 007 27591 1055 255 2 1 ksh Ii 短路电流的最大有效值 kA 992 15591 1051 1 51 1 fsh II 短路容量 AMVAMV X S S B K 41 4219 0237 0 100 1 1 4 4 24 4 2 110KV110KV 母线短路时的短路电流计算母线短路时的短路电流计算 图 4 4 110kV 母线短路系统等效电路图 基准电流 kA 205 0 1153 100 3 2 2 B B B U S I K2 点的总等效电抗标幺值 055 0 0021 0 0292 00237 0 2 X 短路电流 kA128 9 205 0 0 055 11 2 2 2 Bk I X I 冲击电流 kA 276 23128 9 55 2 55 2 2 ksh Ii 短路电流的最大有效值 783 13128 9 52 1 51 1 2 KAII ksh 短路容量 18 1818 055 0 100 2 2 AMVAMV X S S B K 13 4 4 34 4 3 10KV10KV 母线短路时的短路电流计算母线短路时的短路电流计算 图 4 5 10kV 母线短路系统电路图 基准电流 499 5 5 103 100 3 3 3 kA U S I B B B K3 点的总等效电抗标幺值 0717 0 0188 00292 0 0237 03 X 短路电流 kA48 292499 5 0188 0 11 3 3 3 Bk I X I 冲击电流 kA 82 74548 29255 2 55 2 3 ksh Ii 短路电流的最大有效值 64 44148 29251 151 1 3 KAII ksh 短路容量 70 1394 0717 0 100 3 3 AMVAMV X S S B K 短路电流计算结果表 4 1 所示 表 4 1 短路计算结果表 三相短路电流 kA 短路点基准电压 kV k I sh i sh I 短路容量 MVA K123010 59127 00715 9924219 41 K21159 12823 27613 7831818 18 K310 5292 480745 82441 641394 70 14 5 5 高压电器的选择高压电器的选择 高压电器一般有电抗器 电流电压互感器 熔断器 隔离开关 负荷开关 避雷器等等 他们的合理选择直接关系到其它设备 如 变压器 发电机等 及整个电网的安全 可靠 经济运行 所以在进行电器选择时 应根据工程实际情况 在保证安全 可靠的前提下 积极而稳妥的采用新技术 并注意节省投资 选择合适的电器 尽管电力系统中各种电气设备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却是一致的 电气设备要能可靠地工作 必须按正常工作条件进行选择 并按短路状态来校验热 稳定和动稳定 5 15 1 概述概述 5 1 15 1 1 高压电器选择的一般原则高压电器选择的一般原则 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发展 2 应按当地环境条件校核 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 6 扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致 7 选用新产品 均应具有可靠的实验数据 并经正式鉴定合格 并经正式鉴定合格 在特殊情况下 选用未经正式鉴定的产品时应经上级批准 5 1 25 1 2 高压电器选择的技术条件高压电器选择的技术条件 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表 5 1 所示 1 长期工作条件 电压 选取电器允许的最高工作电压不低于最高工作电压 即 max U g U 5 1 gmax UU 电流 选用的电器额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式的持续工作电流 即 k I g I 5 2 gk II 表 5 1 高压电器技术条件 短路稳定性 序号电器名称 额定电 压 kA 额定电 流 A 额定 容 量 kVA 机械荷 载 N 额定开 断电流 kA 热稳定动稳定 绝缘水 平 1 断路器 2 隔离开关 3 组合电器 4 负荷开关 5 熔断器 15 6 电流互感器 7 电压互感器 8 电抗器 9 消弧线圈 10 避雷器 11 封闭电器 12 穿墙套管 13 绝缘子 机械负荷 所选电器端子的允许机械负荷应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力 2 短路稳定条件 校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的电流进行动 热稳定校验 用熔断器保护的电器可不进行热稳定校验 当熔断器有限流作用时 可不验算动稳定 用熔断器保护的电压互感器回路可不验算动 热稳定 短路的热稳定条件 kt QtI 2 式中 短路电流在计算时间内产生的热效应 k Qsk 2 A t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值 kA t I t 设备允许通过的热稳定时间 s 短路的动稳定条件 5 3 sh ii es 式中 电气设备允许通过的动稳定电流幅值 kA es i 短路冲击电流幅值 kA h Is 3 绝缘水平 在工作电压和过电压的作用下 电器的内 外绝缘必须保证必要的可靠性 4 环境条件 选择电器考虑到其使用环境是必要的 主要考虑的有以下条件 温度 日照 风速 冰雪 湿度 污秽 海拔 地震等等 5 25 2 断路器的选择断路器的选择 高压断路器是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器 高压断路器主要功能是 正常运行倒换运行方式 把设备或线路接入电 网或推出运行 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 保证无故障部分正常运行 起着保护作用 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器中负荷电流和短路电流 5 2 15 2 1 断路器选择的一般原则断路器选择的一般原则 16 断路器的选择一般从其种类和形式 额定电压 额定电流 开断电流 动热稳定校验几方面入手 断路器按采用的灭弧介质可分为 油路 多油 少油 压缩空气 及真空断路器 关于它们列表 5 2 6 SF 表 5 2 高压断路器校验项目 项目额定电压额定电流开断电流 短路关合 电流 热稳定动稳定 高压断路器 SNN UU maxN II kbr IIN shN ii clkt QtI 2 sh ii es 其中 分别为断路器和电网的额定电压 kV N U SN U 断路器的额定电流 kA N I 电网的最大负荷电流 kA max I 额定电压下能保证正常开断的最大的短路电流 kA brN I 短路全电流值 kA k I 断路器的额定短路关合电流 kA clN i 短路电流最大冲击值 kA sh i 5 2 25 2 2 变压器变压器 220kV220kV 侧断路器的选择侧断路器的选择 1 主变断路器的选择与校验 流过断路器的最大持续工作电流 kA U S I N 613 60 2203 240 05 1 3 05 1 max max 具体选择及校验过程如下 1 额定电压选择 kVUU SNN 220 2 额定电流选择 6136 0 max kAIIN 3 额定开断电流选择 591 10 kbr kAIIN 4 热稳定校验 It2t Qk 6400440 222 skAtIt 设主保护和后备保护的动作时间为 0s 和 1 5s 电弧持续时间取 0 06S 故热稳定时间 1 5 0 05 0 06 1 61S k t 59 18061 1 591 10 22 k 2 skAtIQk 17 可知 It2t 满足热稳定校验 k Q 选择 LW1 220 2000 其技术参数如表 5 3 表 5 3 LW1 220 2000 技术参数表 型号 额定工 作电压 kV 最高工 作电压 kV 额定电 流 A 额定开 断电流 kA 极限通过 电流 峰 值 kA 4s 热稳 定电流 kA 额定开 断时间 s 固有分 闸时间 s LW1 220 2000220252200031 580400 050 03 5 动稳定校验 又 shs ii e 007 27 80kAikAi shes 所以满足动稳定校验 具体参数如表 5 4 表 5 4 具体参数表 计算数据 LW1 220 2000 SN U 220kV N U 220kV max I 661 3A N I 2000A I 10 591kA Nbr I 31 5 kA sh i 27 007kA clN i 80 kA sh i 27 007kA es i 80 kA k Q 180 5 2 skA tIt26400 2 skA 由表可知 所选断路器满足要求 2 出线断路器的选择与校验 流过断路器的最大持续工作电流 kAI2597 1 2203 240 2 max 由上表可知 LW1 220 2000 同样满足出线断路器的选择 其热稳定 动稳定校验计算与主变侧相同 其具体参数如表 5 5 表 5 5 具体参数表 计算数据 LW1 220 2000 18 SN U 220kV N U 220kV max I 1260A N I 2000A I 10 591kA Nbr I 31 5 kA sh i 27 007kA clN i 80 kA sh i 27 007kA es i 80 kA k Q 180 5 2 skA tIt26400 2 skA 由表可知 所选断路器满足选择要求 3 母联路断路器的选择 由于 220KV 母联断路器的最大工作条件与 220KV 出线处相同 故选用相同的设备 而且动 热稳定校验亦满足要求 所以选用 LW1 220 2000 型户外六氟化硫断路器 5 2 35 2 3 110kV110kV 侧断路器的选择侧断路器的选择 1 主变断路器的选择与校验 流过断路器的最大持续工作电流 AI 7 132210 1103 240 05 1 3 max 具体选择及校验过程如下 1 额定电压选择 110 kVUU SNN 2 额定电流选择 1323 max AIIN 3 额定开断电流选择 128 9kAII kNbr 4 热稳定校验 Kt QtI 2 7500350 222 skAtIt 灭弧时间取 0 06S 则 热稳定计算时间 StK61 16 0005 05 1 15 13461 1 128 9 22 2 k skAtIQ eqk 所以 满足热稳定校验 Kt QtI 2 选择 LW 110 3150 技术数据如表 5 6 所示 表 5 6 技术数据表 19 型号 额定电 压 kV 额定电 流 A 额定开 断电流 kA 极限通 过电流 峰值 kA 3s 热稳 定电流 kA 固有分闸 时间 S LW 110 3150110315040125500 05 5 动稳定校验 shes ii kAikAi shes 276 23125 所以满足动稳定校验 其具体参数如表 5 7 表 5 7 具体参数表 计算数据 LW 110 3150 SN U 110kV N U 110kV max I 1322 7A N I 3150A k I 9 128KA Nbr I 40kA sh i 23 276kA Ncl i 125 kA sh i 23 276kA es i 125 kA k Q 134 15 2 skA tIt27500 2 skA 由表可知 所选断路器满足选择要求 2 出线断路器的选择与校验 流过断路器的最大持续工作电流 AI3 251910 1103 240 2 3 max 由上表可知 LW 110 3150 满足出线断路器的选择 其热稳定 动稳定校验计算与主变侧的相同 其热稳定 动稳定校验计算与主变侧相同 其具体参数如下表 表 5 8 具体参数表 计算数据 LW 110 3150 SN U 110kV N U 110kV 20 max I 2520A N I 3150A k I 9 128KA Nbr I 40kA sh i 23 276kA Ncl i 125 kA sh i 23 276kA es i 125 kA k Q 134 15 2 skA tIt27500 2 skA 3 母联断路器的选择 由于 110KV 母联断路器的最大工作条件与主变 110KV 出线处相同 故选用相同的断路器 LW 110 31500 5 2 45 2 4 10kV10kV 侧断路器的选择侧断路器的选择 1 主变 10kV 侧断路器的选择与校验 10kV 侧最大容量为 25MVA 故流过断路器的最大持续工作电流 具体选择及校验过程如下 AI1443 410 5103 25 05 1 3 max 1 额定电压选