220KV变电站设计及一次图

XINJIANGINSTITUTEOFENGINEERING二〇一六年五月九日变电站电气部分设计(一次系统),首先根据原始资料进行分析，负荷计算选择ABSTRACTLookingahead,ourabilitytoachievethemiddleofthiscentury,modernization,toalargeextentdependsonenergy.Thepowerindustryisthebasisofthenationaleconomyisanimportantpillarindustry,theriseandfallwiththeStateandthepeoplecloselyrelatedtothewell-being,alongwitheconomicdevelopmentandtherapiddevelopmentofmodernindustryrise,moreandmorepowersupplysystemdesigncomprehensive,systematic,rapidgrowthofplantconsumptionforpowerquality,technicalandeconomicconditions,reliabilityofelectricitysupplyareincreasing,andthereforealsohavehigherpowersupplydesign,betterrequirements.Substationasahubforpowertransmissionandcontroltochangethetraditionaldesignandcontrolmode,toadapttothemodernpowersystem,modernizationofindustrialproductionandthedevelopmenttrendofsociallife.Thedesigndiscussionispartof220KVelectricalsubstationdesign(asystem),Firstofall,analyzetheoriginaldataandchoosethemaintransformer,basedonit,designthemainwiringandShortCircuitCalculation,atlastchooseequipment,thenmineandtheprotectionofearthanddistributiondevice.Keywords:substation;short-circuitcurrent;equipmentselection;distributionequipment ABSTRACT I1绪论 41.1电力行业的现状 4-1.2研究背景 2电气主接线的设计 2-2.1电气主接线的概述 2-2.2电气主接线的基本要求 3-2.3电气主接线设计的原则 3-2.4电气主接线的方案选择 3-3负荷计算和主变压器的选择 7-3.1主变压器的选择原则 7-3.2负荷计算 9-3.3无功补偿 3.4主变压器选择结果 3.5站用变的选择 4.短路电流的计算 4.1短路的危害 4.2短路电流计算的目的………16-4.3短路电流计算的内容………17-4.4短路电流计算方法 4.5三相短路电流周期分量起始值的计算 5导体和电气设备的选择 22-5.1按正常工作条件选择电气设备 22-5.2按短路状态校验 22-5.3高压断路器 24-5.4220kV侧断路器隔离开关的选择与校验 25-5.5110kV侧断路器隔离开关的选择与校验 27-5.635kV侧断路器隔离开关的选择与校验 29-5.7互感器的选择 30-5.835kV高压熔断器的选择 35-5.9导体的选择与校验 37-6防雷及过电压保护装置设计 42-6.1避雷针 42-6.2避雷器 43-6.3防雷接地 44-6.4变电所的防雷保护 45-6.5变电所的进线段保护 46-6.6接地装置 46- 47-参考文献 48- 49-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。表1-1110KV侧负荷名称负荷名称COSφ回路数式变电站A1架空变电站B1架空变电站C1架空变电站D1架空医院1架空武警1架空局1架空市政府架空军区1架空煤矿1架空表1-235KV侧负荷名称负荷名称配电站A数回路供电方式架空配电站B1架空配电站C51架空机械厂1架空学校架空剧院5架空商场7架空小区9架空钢铁厂架空厂1架空院51架空院51架空2电气主接线的设计方案主变台数方案一双母线双母线单母线分段2方案二双母带旁路母线接线双母线单母线分段2方案一：220kV采用双母线接线，出线6回(其中备用2回)保证了可靠性。110kV侧也采用双母线接线，出线10回(其中备用2回),供给远方大型冶炼的接线方式，出线6回(其中2回备用),多装了价高的断路器和隔离开关，增需要的场合是十分必要的。110kV采用双母线接线，出线10回。35kV侧采用单母线分段接线，出线12回。表格2-2方案对比方案一方案二灵活性调度灵活，各电压等级均利经济性优点：单母线用分段断路器进行分段，对重要用户可以有从不同段引出两(2)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(3)双母线带旁路母线接线除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。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。变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中，电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。根据以上原3.2负荷计算负荷计算的必要性：为一个企业或用户供电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量变压器等问题，这就需要进行负荷的统计和计算，为正确地选择变压器容量与无功补偿装置，选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数2I。供电设计常采用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系数法和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际，尤其对各用电设备容量相差较小且用电设备数量较多的用电设备组，因此，这种计算方法采用最广泛。二项系数法主要适用于各用电设备容量相差大的场合，如机械加工企业，煤矿井下综合机械化采煤工作面等。利用系数法以平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系，这种计算方法目前积累的实用数据不多，且计算步骤较为繁琐，故工程应用较少。单位产品电耗法常用于方案设计。鉴于以上几种方法的介绍，本次设计采用需用系数法。对于用电户或一组用电设备，当在大负荷运行时，所安装的所有用电设备(不包括备用)不可能全部同时运行，也不可能全部以额定负荷运行，再加之线路在输送电力时必有一定的损耗，而用电设备本身也有损耗，故不能将所有设备的额定容量简单相加来作为用电户或设备组的最大负荷，必须要对相加所得到的总额定容量EP打一定的折扣。所谓需用系数法就是利用需用系数来确定用电户或用电设备组计算负荷的方法。其实质是用一个小于1的需用系数K对用电设备组的总额定容量ZP、打一定的折扣，使确定的计算负荷P。比较接近该组设备从电网中取用的平均负荷P。其基本计算公式为P=K₄ZR需用系数的含义：一个用电设备组的需用系数可表示为式中K、—设备同时系数；K₀—设备加权平均负荷系数；ηw—设备组的各用电设备的加权平均效率；I=S/(√3U₂)(式3-2)系统中有110kV和35kV两个负荷等级，其最大负荷为200MW,cosφ=0.85,和70MW,cosφ=0.8P=200MWQ=20*0.62M4(P=70MWZP=27OAWZO=176.5(Sca=√270+176.5²=32B(MVA)荷的70%-80%。电设备和输电线路的供电能力得到充分的发挥并在交流电路中，有功功率与视在功率的比值称为功率因数，用cosφ表示。感、电容及有功负荷的大小。当cosφ=1时，表示电源发出的视在功率全为有功功率，即S=P,Q=0;当COSφ=0时，则P=0,表示电源发出的功率全为无功功率，即S=Q。所以符合的功率因数越接近1越好。2)35kV侧的补偿无功量式中：I%为变压器空载电流占额定电流Ix的百分数O=Q+Q58+2×42.46-M32)35kV一侧补偿所以，35KV侧补偿需要的总容性无功量为：Q=Q+929.4+2×61.2-8M5{SFPS8-240000/220型强迫油循环风冷三相三绕组调压变压器MVA额定容MVA容量比电压比组别空载损耗负载损耗阻抗电压%高中高低中低0240±8×YN,yn03.5站用变的选择源或独立电源上。如果能够从变电所外引入可靠的380V备用电源，上述变电所程保留了施工时架设的临时线路，多用于只有一台主变压器或一段低压母线。所用变压器低压侧接线所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四3.5.4站用电接线表3-2变压器S7—500/35型号表型号高压低压组别空载损负载损空载电流AS7—500/35供电系统发生短路后51,电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常4.2短路电流计算的目的(1)标幺值法(2)有名值法有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1kV短路电流的计算通常采用近似标幺值计算。取S。=110MW,各并认为发电机电势模值标幺制为1,相角为0%。前已选出了主变压器(三绕组),其阻抗电压百分比，如下表：绕组高一中高—低阻抗电压%取S=100MVA,Ug=U。计算变压器各绕组的标么值由于一期工程，只有两台主变运行。所以，只需考虑2台变压器。2变的参X=0.018YYYLLXn-₁=0.0583Xr₂-₁=0.0583Xn,=0.0042YYXn-₃=0.0375YYYXn=0.03当(f-1)点(220kV母线)发生短路时的计算S₁=I"×Sg=14×110=154N0V-i=√2K,)=2.5&1436(3)当(f-2)点(110kV母线)发生短路时的计算图4-3(f-2)点短路等值电路图Xn=X₇₂=X+Xr=0.0583X=X₇₁//X₇₂=0.0271X₁=X+X0.018+0.02¥10S,=I"×Sg=11.13×110=1223MV/i=2.5$I”=I=1.5&I=(4)当(f-3)点(35kV)母线短路时的计算图4-4(f-3)点短路等值电路图Xn=X₂=X=0.05830.0375X₇=Xη//X₇₂=0.0479X₁=X+X=0.018+0.04≠9(i=2.5$I=2×5523.68k4计算参数短路点短路电流有名值短路电流有效值冲击电流kA220kV21.2828.3823.6860.385导体和电气设备的选择1)电器选择的一般原则2)额定电压电压,故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。定电压Us的条件选择。即3)额定电流应不小于该贿赂在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Im,即：4)环境条件对设备选择的影响1)校验的一般原则2)短路热稳定校验式中：Q一短路电流产生的热效应3)电动力稳定校验4)短路电流计算条件(1)容量和接线(2)短路种类(3)计算短路点5)短路计算时间验算热稳定的短路计算时间t₄为继电保护动作时间t,和相应断路器的全开t₄=tp+t(式5-5)而t,是指对断路器的分闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各相证高压电器及装置在检修工作时的安全，不能用于切断、投入负荷电流或开断按断路器采用的灭弧介质可分为油断路器(多油，少油)、压缩空气断路器、Ux≥Ux,Ix≥Im(式5-6)3)开断电流选择当断路器的I较系统短路电流大很多时，简化计算可用I≥I”,I”为短4)短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全断路器的额定关合电流i,不应小5)短路热稳定和动稳定校验I²t≥Q≥当t>1S时，可不考虑非周期分量的热效应，只计周t,一短路电流周期分量发热的等值时间(式5-9)用为：隔离电压，倒闸操作，分、合小电流3。柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式；此外，还有V形隔离开关。隔离开型号额定电压A断流容量MVA峰值4s固有分闸时间S合闸时间SSW6-220/12电弧持续时间取0.04s,热稳定时间为：tx=1.5+0.03+0.04=1.57(s)>1(s),不计非周期热效应。Q=14²×1.57=307.72[(k4)²]s5.动稳定校验i=55kA)j=35.k6.4.2主变压器侧隔离开关的选择与校验GW4-220/1250-80型隔离开关，其技术参数如下表：表5-2GW4-220/1250-80技术参数型号额定电压额定电流A极限通过电流热稳定电流kA峰值GW4220/(5)定校验(5)动稳定校验220kV母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变中220kV侧应满足相同的要求，故选用相同设备。即选用SW6-220/1200型断路器和GW4-220/1250-80型极限通过电热稳定申型号额定电额定电流A额定短路开断电流kA峰值流kALW36-126/I²t≥Q电弧持续时间为0.06stx=tp,+t,±.5+0.060.0-6I²t≥Q₄满足热稳校验要求。i₀=10kA>i=28.31满足动稳定校验要求5.5.2主变压器侧隔离开关的选择与校验(1)额定电压选择：Ux≥Ux=110kV(2)额定电流选择：Iv≥nax=1322.6(3)极限通过电流选择：i>i=28.3k8初选GW5-126D/1600-31.5型隔离开关，技术参数如下表：表5-4GW5-126D/1600-31.5技术参数型号额定电额定A极限通过电流短路热稳定电流I²t=31.5×43969满足热稳定要求20@A&i。=80kA>j₁=25.31满足校验要求。110kV母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变中110kV侧应满足相同的要求，故选用相同设备。即选用LW30-126/3150-31.5型六氟化硫断路器和GW5—126D/1600-31.5型隔离开关。5.635kV侧断路器隔离开关的选择与校验选择LW36-40.5型六氟化硫断路器，技术参数如下表：表5-5LW36-40.5技术参数型号额定电额定额定短路动稳定电流峰值kA热稳定电流kA全开断时间峰值LW36-40.540.54.热稳定校验I²t=25²×4=250[²tk=tp+t±.5+0.060.06Qk=23.68²×1.62=908.4[(kA)²s]满足热稳定校验要求。满足动稳定校验要求。(式5-11)Ux≥Uv=35kV表5-6GW5-40.5D/1600-31.5技术参数型号额定电压kV额定电流A动稳定电流热稳定电流kAGW5-40.5D/1600-31.5i=80kA>i=60.3;35kV母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变低35kV侧应满足相同的要求，故选用相同设备。即选用LW36-40.5型六氟化硫断路GW5-40.5D/1600-31.5的传感器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压(100,100/√3)和小电互感器电流互感器电压互感器特点(1)220kV侧电流互感器的选择根据以上两项，初选LCW-220户外支持式电流互感器，其参数如下：电流互感器型号额定电流A级次组合准确级次二次负荷10%倍数1S热稳定动稳定准确等级13二次负荷倍数电流倍数电流倍数Ω04一一一’(K,3=(1280²6θ)’综上所述，所选LCW-220(4×300/5)满足要求。220kV母联CT:由于220kV母联与变高220kV侧的运行条件相应，故同样选用LCW-220(4×300/5)型CT。(2)110kV侧的电流互感器的选择主变中110kV的CT的选择：一次回路电流：I≥Im=1322.66A根据以上两项，初选LB6—110户外油浸式电流互感器，其参数如下：表5-9LB6-110技术参数感器型号额定A级次组合准确级次二次负荷准确等级动稳定Ω二荷LCW-1/10P/0.25S动稳定校验：满足动稳定要求热稳定校验：(IKj=45=2025(s≥).=20满足热稳定性要求。综上所述，所选的电流互感器LB6-110满足动热稳定性要求。110kV母联CT的选择。母联的工作条件与变中110kVCT应相同，所以同样选择LB6-110型CT。(3)35kV侧电流互感器的选择由此得，初选LB6—35户外油浸式电流互感器，其参数如下：表5-10LB6-35技术参数参数设备额定电准确级组合额定二次负荷1s热稳定电流kA动稳定电流峰值kALB6—2000/52满足热稳定要求K,j=40=1600(s)。},9082由于10kV母联只在一台主变停运时才有大电流通过，与10kV母线侧电流1)种类和型式选择应根据装设地点和使用条件进行选择电压互感器的种类和型式。6～22)额定电压和电流的选择(1)一次额定电压Ux≥U(2)二次额定电压：表5-11二次额定电压绕组二次绕组二次辅助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规程规定，用于变压器，所用馈线，出线等回路中的电度表，供所有计算电费的电度表，其准确等级要求为0.5级，供运行监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，期准确等级要求一般为1级，在电压二次回路上，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确等级。4.电压互感器的容量不小于二次侧负荷的容量Sx₂≥S₂₂S=√(ZS,cosφ)²+(2S,sinφ)²(式5-11)S,—仪表的视在功率；φ—仪表的功率因数角。(1)220kV母线设备电压互感器的选择型式：采用电容式电压互感器，作电压，电能测量及继电保护用。电压：额定一次电压：准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级，查相关设计手(2)110kV母线设备电压互感器的选择型式：采用电容式式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。电压：额定一次电压：U₁=110kV准确等级：用户保护，测量、计量用，其准确等级为0.5级。选定PT的型号为：TYD—110(3)35kV母线设备电压互感器的选择型式：采用树脂浇注绝缘结构PT,用于同步、测量仪表和保护装置。准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级。选定PT型号：JDJJ—355.835kV高压熔断器的选择高压熔断器是一种最简单保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害，当其所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，它的熔体熔化而分断电流、开断电路，熔断器主要用来进行短路保护，用来保护线路、变压器及电压互感器等设备。有的熔断器具有过负荷保护功能。(1)型式的选择按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌开式、屋内式。对用于保护电压互感器的高压熔断器应选用专用系列。在本站中，熔断器只用于保护电压互感器,其只需按额定电压及断流容量(S=√3Uxl)两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。(2)额定电压选择对于一般高压熔断器，其额定电压Ux必须大于或等于电网的额定电压Ux对于充填石英砂有限流作用的限流式熔断器，则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中。(3)额定电流选择1)熔管额定电流的选择为了保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流I应大于或等于熔体的额定电流I,即I≥I2)熔体额定电流的选择为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流应根据电力变压器回路最大工作电流Imx按Iv=KImax选择。K-为可靠系数，不计电动机自启动时K=1.1～1.3,考虑自启动K=1.5～2.0。额定电压UN大于或等于电网的额定电压UNs熔管的额定电流Iv大于或等于熔体的额定电流Iv初选RW10-35型限流熔断器，技术参数如下表：表5-12RW10-35技术参数型号额定安西石儿人已A开断容量不小MVA最小切断电流(有效值)最大开断申RW10-3535kV0.52000I=50kA>I"=23.68kA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5.9.1220kV母线选择查发电厂电气部分表C=89,则满足短路时发热的最小导采用钢芯铝绞线Ix=1322.66A,选LGJ型钢芯铝绞线，标称截面铝/钢为630/80mm²,长期允许最大电流为1650A热稳定校验按最大持续电流选择两条125×8矩形铝导体平放额定载流为2670A,集肤效应系数K,为1.4,修正后的载流量为：I=0.8&2670218914×=1.冲击电流i=60.44kA其中L,=1.2/3=0.4m,而条间应力为σm+G₀=8.65×10⁶+26.2×10⁶=34.85×10⁶Pa<70×10⁶Pa查经济电流密度曲线，当T=3600h时，经济电流密度J=