220kv变电站计算书

第一章第一章 220KVKV 变电站电气主接线设计变电站电气主接线设计 第第 1.1 节节 原始资料原始资料 1.1.1 变电所规模及其性质：变电所规模及其性质： 电压等级220/110/35 kv 线路回数220kv本期 2 回交联电缆（发展 1 回） 110kv本期 4 回电缆回路（发展 2 回） 35kv30 回电缆线路，一次配置齐全 本站为大型城市变电站 2归算到 220kv 侧系统参数（SB=100MVA,UB=230KV） 近期最大运行方式：正序阻抗 X1=0.1334；零序阻抗 X0=0.1693 近期最大运行方式：正序阻抗 X1=0.1445；零序阻抗 X0=0.2319 远期最大运行方式：正序阻抗 X1=0.1139；零序阻抗 X0=0.1488 3110kv 侧负荷情况： 本期 4 回电缆线路 最大负荷是 160MW最小负荷是 130MW 远期 6 回电缆线路 最大负荷是 280MW最小负荷是 230MW 435kv 侧负荷情况：（30 回电缆线路） 远期最大负荷是 240MW最小负荷是 180MW 近期最大负荷是 170MW最小负荷是 100MW 5环境条件：当地年最低温度-24，最高温度+35，最热月平均最高温度+25，海拔高 度 200m，气象条件一般，非地震多发区，最大负荷利用小时数 6500 小时。 第第 1.2 节节 主接线设计主接线设计 本变电站为大型城市终端站。220VKV 为电源侧，110kv 侧和 35kv 侧为负荷侧。220kv 和 110kv 采用 SF6 断路器。 220kv采取双母接线，不加旁路。 110kv采取双母接线，不加旁路。 35kv出线 30 回，采用双母分段。 低压侧采用分列运行，以限制短路电流。 第第 1.3 节节 电气主接线图电气主接线图 第二章第二章 主变压器选择和负荷率计算主变压器选择和负荷率计算 第第 2.1节节 原始资料原始资料 1110kv 侧负荷情况： 本期 4 回电缆线路 最大负荷是 160MW最小负荷是 130MW 远期 6 回电缆线路 最大负荷是 280MW最小负荷是 230MW 235kv 侧负荷情况：（30 回电缆线路） 远期最大负荷是 240MW最小负荷是 180MW 近期最大负荷是 170MW最小负荷是 100MW 3由本期负荷确定主变压器容量。功率因数 COS=0.85 第第 2.2节节 主变压器选择主变压器选择 2.2.1容量选择容量选择 (1)按近期最大负荷选：按近期最大负荷选： 110 kv 侧： 160 MW 35 kv 侧： 170 MW 按最优负荷率 0.87 选主变压器容量 每台主变压器负荷 110 kv 侧： 80 MW 35 kv 侧： 85 MW 按最优负荷率 0.87 选主变压器容量。 SN=PL/(0.85)=(80+85)/(0.850.87)=209.6 MVA 或 SN=0.6PM/0.85=0.6（160+170）/0.85=232.9 MVA 选 SN=240MVA，容量比 100/50/50 的 220kv 三绕组无激磁调压电力变压器 负荷率计算负荷率计算 由负荷率计算公式: =S/SB 110kv 最大,最小负荷率: =80/(0.85120)=78.4%=65/(0.85120)=63.7% 35kv 最大,最小负荷率 =85/(0.85120)=83.3%=50/(0.85120)=49% 总负荷率： =(85+80)/(0.85240)=80.9%=(50+65)/(0.85240)=56.4% (2)按远期最大负荷选：（远期设三台主变压器）按远期最大负荷选：（远期设三台主变压器） 110 kv 侧： 280 MW 35 kv 侧： 240 MW 每台主变压器负荷 110 kv 侧： 93.3 MW 35 kv 侧： 80 MW 按最优负荷率 0.87 选主变压器容量。 SN=PL/(0.85)=(93.3+80)/(0.850.87)=234 MVA 选 SN=240MVA，容量比 100/50/50 负荷率计算负荷率计算 110kv 最大负荷率:=93.3/(0.85120)=91.4% 35kv 最大,最小负荷率=80/(0.85120)=78.4% 总负荷率：=(93.3+80)/(0.85240)=84.9% 所以，综合以上讨论可知，从长远考虑选主变压器容量：SN=240 MVA，容量比 100/50/50 的变压器。 因为：SN/SLMAX=(2400.85)/(160+170)=61.8%60% 所以每台主变压器可以带总负荷的 60%。 SLMAX/SN=1.62 经查表知事故过流允许负荷在过负荷 1.6 倍时为 15 分钟，过负荷 2.0 倍的允许时间为 4 分钟。 2.2.2变压器参数列表变压器参数列表: 表 2-1 变压器参数列表 阻抗电压 容量 MVA 调压范围电压 KV 空载损 耗 （KW ） 短路损 耗 （KW ） UI-2%U1-3%U2-3% 240 22.5% 220/110/38.5230108014249 第三章第三章 短路计算短路计算 第第 3.1 节节 相关参数计算相关参数计算 等值 220kv 系统:XS1=0.1134XS0=0.1693 变压器:U1%=0.5(U12%+U13%-U23%)=0.5(14+24-9)=14.5 U2%=0.5(U12%+U23%-U13%)=0.5(14+9-24)=-0.5 U3%=0.5(U13%+U23%-U12%)=0.5(24+9-14)=9.5 所以XT1=U1%SB/(100SN)=14.5100/(100240)=0.06042 XT2= U2%SB/(100SN)=0 XT3= U3%SB/(100SN)=9.5100/(100240)=0.0396 图 3-1 短路点分布图 第第 3.2 节节 短路点选择短路点选择 F1 点220kv 进线断路器内侧 F2 点220kv 母联断路器 F3 点220kv 母线 F4 点主变压器高压侧 F5 点主变压器中压侧 F6 点110kv 母线 F7 点110kv 出线 F8 点主变压器低压侧 F9 点35kv 出线 第第 3.3 节节 短路计算短路计算 按近期最大运行方式所给参数进行短路计算： X1=2XS1=20.1334=0.2668 XT1=0.06042 XT3=0.0396 IB1=SB/UB1=100/230=0.251033 IB2=SB/UB2=100/115=0.502033 IB3=SB/UB3=100/37=1.56033 3.3.1 短路点短路点 F1：（：（220kv 进线断路器内侧）进线断路器内侧） 标：IK1=E/X1=1/0.2668=3.748 图 3-3 图 3-2 有：IK1=IK1IB1=3.7480.2510=0.941KA 3.3.2短路点短路点 F2：（：（220kv 母联断路器）母联断路器） 标：IK2=E/XS1=1/0.1334=7.496 有：IK2=EIB1=7.4960.2510=1.88KA 3.3.3 短路点短路点 F3（220kv 母线）母线） ，F4（主变压器高压侧主变压器高压侧） ，与，与 F2 情况相同。情况相同。 3.3.4 短路点短路点 F5：（主变压器中压侧）：（主变压器中压侧） XK=0.5（X1+XT1）=0.5（0.2668+0.6042）=0.1636 标：IK5=E/（2XK）=0.5/0.1636=3.06 有：IK5=IK5IB2=3.060.5020=1.536KA 图 3-5 图 3-4 3.3.5 短路点短路点 F6：（：（110kv 母线）母线） XK=0.5（X1+XT1）=0.1636 标：IK6=E/XK=1/0.1636=6.11 有：IK6=IK6IB2=6.110.5020=3.07 KA 3.3.6 短路点短路点 F7（110kv 出线）情况与出线）情况与 F6 相同。相同。 短路点 F8：（主变压器低压侧） XK=0.5（XT1+X1）+XT3=0.5（0.06042+0.2668）+0.0396=0.2032 标：IK8=E/XK=1/0.2032=4.92 有：IK8=IK8IB3=4.9231.560=7.68 KA 短路点 F9（35kv 出线）情况与 F8 相同。 图 3-6 图 3-7 第四章第四章 主要电气设备选型主要电气设备选型 第第 4.1 节节 断路器的选择断路器的选择 断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行 维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压 6220kV 的电网一般 选用少油断路器，电压 110330kV 电网，可选用 SF6或空气断路器，大容量机组釆用封闭 母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。 断路器选择的具体技术条件如下： （1）电压：Ug Un Ug-电网工作电压 （2）电流：Ig.max In Ig.max-最大持续工作电流 （3）开断电流：Ip.t Inbr Ipt-断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量 Inbr-断路器额定开断电流 （4）动稳定： ich imax imax-断路器极限通过电流峰值 ich-三相短路电流冲击值 （5）热稳定：ItdzItt I- 稳态三相短路电流 tdz -短路电流发热等值时间 It- 断路器 t 秒热稳定电流 其中 tdz=tz+0.05由 =I /I和短路电流计算时间 t，可从发电厂电气部分课 程设计参考资料P112，图 51 查出短路电流周期分量等值时间，从而可计算出 tdz。 4.1.1 220kv 出线断路器出线断路器 （1）选择 Ug=220 KV Igmax=PLMAX/(UnCOS)= 1.02 KA 3 170 160 220 0.85 3 （） 选择 LW2-220 SF6断路器 表 4-1 LW2-220 SF6 断路器参数表 型号 额定电 压 额定电 流 额定短 路开断 额定短 路关合 额定峰 值耐受 4 秒热 稳定 全开断 时间 （kv）（ka）电流 （ka） 电流 （ka） 电流 （ka） 电流 （ka） （s） LW2-2202202.531.580100400.05 （2）热稳定校验： I2tdz 式中 I-稳态三相短路电流； tdz-短路电流发热等值时间； It-断路器 t 秒稳定电流。 其中 tdz=tz+0.05”,由 =I，/I=1 短路电流计算时间 t=tpr+tab=0.5+0.15+0.06=0.71(tpr为全保护时间，tab为固有全分闸时间， 它包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间)可从小电气书图 5-1 中查出短路电流周期分量 等值时间 tz=0.8S，忽略短路电流非周期分量。所以： tdz=tz+0.05”=0.8S Qk= I2tdz=0.9412 0.8It2t IttQk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax imax-断路器极限通过电流峰值； ich -三相短路冲击值。 ich=2.55I”=2.550.941=2.40Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 1.88=4.79Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 3.07=7.82Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 1.536=3.92Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 7.68=19.6Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 7.68=19.6Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 1.88=4.79Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 1.536=3.92Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 7.68=19.6 Ich222 热稳定： Qk =0.708 KA2S ,(I1NKT)2=(1.260)2=5184 KA2S Qk Ich222 热稳定： Qk =2.83 KA2S ,(I1NKT)2=(1.235)2=1764 KA2S Qk 222 Ich热稳定： Qk =7.54 KA2S ,(I1NKT)2=(0.475)2=900 KA2S Qk Ich2 热稳定： Qk =1.89 KA2S ,(I1NKT)2=(1.275)2=8100 KA2S Qk Ich热稳定： Qk =47.2KA2S ,(I1NKT)2=(0.2120)2=576 KA2S2 Qk U10.9Un，Un为电压互感器额定一次线电压，1.1 和 0.9 是允许的 一次电压波动范围，即10% Un。 （2）二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按下表选用所需的二次额定电压。 表 4-10 JCC-220 互感器参数表 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 用于中性 点不接地 或经消弧 线圈接地 系统中 二次额定 电压 （V） 100 100/ 3 100100/3 （3） 准确等级 电压互感器的准确度是在二次负荷下的准确级。 用于电度表准确度不低于 0.5 级，用于电压测量，不应低于 1 级，用于继电保护不应低于 3 级。 （4）二次负荷 Sn是对应于在测量仪表所要求的最高准确级下，电压互感器的额定容量。 S2是二次负荷，它与测量仪表的类型，数量和接入电压互感器的接线方式有关，电压互感器 的三相负荷经常是不平衡的，所以通常用最大一相的负荷和电压互感器一相的额定容量相比 较。 4.4.1 220kv 母线处电压互感器母线处电压互感器 220KV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JCC-220型电压互感器： 表4-11 JCC-220型电压互感器参数表 型 式额定变比 在下列准确等级下 的额定容量 最大容 量 （VA） 0.513 屋外 单相 JCC220 220000 100 100 / 333 5001000 2000 4.4.2 110kv 电压互感器电压互感器 110KV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JCC-110型电压互感器： 表4-12 JCC-110型电压互感器参数表 型 式额定变比 在下列准确等级下 的额定容量 最大容 量 （VA） 0.513 屋外 单相 JCC110 110000 100 100 / 333 50010002000 2000 4.4.3 35kv 电压互感器电压互感器 35KV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JDX6-35型电压互感器： 表4-13 JDX6-35型电压互感器参数表 型 式额定变比 在下列准确等级下的额 定容量 最大容 量 （VA） 0.513 （屋内式） 三相 JDX6 353 100 / 3 100 / 3 35000 150250600 1200 第第 4.5 节节 母线母线 母线应根据具体使用情况按下列条件选择和校验： （1）型式：载流导体一般采用铝质材料，回路正常工作电流在 4000A及以下时，一般选 用矩形导体。在 40008000A时，一般选用槽形导体。110KV 及以上高压配电装置，一般采 用软导线。当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。 （2）按最大持续工作电流选择导线载面 S，即 IgmaxK Iy 式中 Iy相应于某一母线布置方式和环境温度为+25时的导体长期允许载流量。 K 温度正系数 （3）按经济电流密度J选择： 在选择导体载面S时，除配电装置的汇流母线、厂用电动机的电缆等外，长度在 20 m 以 上的导体，其截面S一般按经济电流密度选择。即 Sj=(mm2) J Igmax 式中 J导体的经济电流密度，按此条件选择的导体截面S，应尽量接近经济计算截面 Sj。当无合适规格导体时，允许小于Sj。 （4）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。 母线的校验公式为： SSmin=(mm2)dzt C I 式中 Smin根据稳定决定的导体最小允许截面（mm2） ； C热稳定系数； 稳态短路电流（KV） ；I tdz短路电流等值时间（s） 。 （5）动态稳定校验：maxy 式中 y母线材料的允许应力（硬铝y为69106Pa,硬铜为157106） ； mix作用在母线上的最大计算应力。 对于输电线路应校验线路电压损失。对于发电厂、变电所内的导体，由于相对距离较 短，电压损失不严重，所以可不较验。 4.5.1 35KV 侧母线侧母线 由断路器最大回路电流值可知，Igmax=3.3KA 回路正常工作电流在 4000A 以下,选用 矩形导体。条件为相间距 a=0.75m，绝缘子跨距 l=1.2m，母线保护时间 tpr=0.5s ，选 hb=12510 ,三条平放，长期允许载流量 3903A。 查表知集肤效应系数为 Ks=1.8 ,环境温度为 29，查表知温度修正系数 K=1.0,则 Ial29=1.03903=3903A 3637A 热稳定校验：tk=tpr+tkd+ta=0.5+0.15+0.02=0.67s =I/ I =1 tz=0.9s tdz=tz+0.052 =0.9+0.051.02=0.95s Qk= I 2tdz =7.6820.95=56.0 KA2S 正常运行时得导体温度：=0+(al-0)I2max/I2al =25+(70-