【《220kV变电站电气设备选择计算案例概述》8100字】

kV变电站电气设备选择计算案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u25057220kV变电站电气设备选择计算案例概述 1282141.1电气设备选择的一般原则与技术要求 1121231.1.1电气设备选择的一般原则 1188581.1.2电气设备选择的一般条件 1289181.2导体的选择 3107771.2.1导体材料、类型 3318861.2.2导体选择 4109481.3高压电器的选择 945611.3.1断路器的选择与校验 1082711.3.2隔离开关的选择与校验 1281501.3.3电流互感器的选择与校验 14323641.3.4电压互感器的选择 17288251.3.5支柱绝缘子与穿墙套管的选择 181.1电气设备选择的一般原则与技术要求1.1.1电气设备选择的一般原则1.应能够满足各种电力系统工作状态下的性能要求，并应充分考虑到未来的远景；2.应按照本地环境长期工作条件下选择、校验；3.应力争技术先进并降低费用；4.应与整个工程的建设规范协调一致；1.选择同类设备尽量减少品种；6.所要选用的新材料产品必须是具有牢靠实验支撑，并通过正式认证确定为合格，未经正式认证确定为合格的新产品在使用时应当得到相关部门同意。1.1.2电气设备选择的一般条件1.1.2.1按正常工作条件选择电气设备的额定电压和额定电流1.额定电压选择电气设备所处回路上的最大运行电压应当不能超过该电器的允许最高电压。一般的情况下，按照电器规定的额定电压UN不低于其所在电网的额定电压UUN≥U2.额定电流选择电气设备的额定电流IN（或载流量Ial）是指在额定环境温度θ0下的长期容许电流。应按照应额定电流IN（或载流量IN（或Ial）≥当实际的环境温度θ不等于该导体的额定环境温度θ0Ialθ=K式中K——综合修正系数。3.海拔和环境因素海拔条件：平均海拔1000m以下时，无需特别考虑；当海拔在1000m~4000m时，海拔每增高100m，最高工作的电压就会下降1%。对于海拔超越1000m的地域，一般宜考虑选择高原型产品或外绝缘高一级产品。环境条件：在空气脏乱或者是有容易覆盖冰雪等环境恶劣的区域，一些电气设备应该考虑选用绝缘增强型亦或高一级电压产品。我国对于电气设备使用采用的额定环境温度分别为+40℃和+25℃。不同安装地区实际温度或许有差别，表51列示了对于电气设备环境温度确定的方法，后面的数据显示的是本站建筑物地点的实际环境温度。表5-1电气设备在不同安装地点和场所的实际工作环境温度电气设备安装场所实际环境温度θ0本所对应数值（℃）裸导体屋外最热月平均最高温度27.9屋内最热月平均最高温度+532.9电缆屋外电缆沟最热月平均最高温度27.9隧道最热月平均最高温度+532.9土中直埋最热月平均地温17.3电器屋外年最高温度36.7屋内最热月平均最高温度+532.91.1.2.2按短路情况校验1.短路热稳定校验导体热稳定校验条件：S≥Smin式中：S——所选导体截面积；SminQkKSC——热稳定系数。电器热稳定校验条件：It2⋅式中：QKIt2.短路动稳定校验硬导体动稳定校验条件：硬导体的最大计算应力σmax小于或等于导体在该点的最大允许应力σσmax电器动稳定校验条件：ies≥i式中：ies（Iisℎ（I3.短路计算时间计算短路电流热效应的短路切除时间tK等于继电保护动作时间tpr加上相应断路器全开断时间tK裸导体在短路热稳定校验时tpr一般考虑采用主保护动作时间，若发现有保护死区则同时可以考虑采用该段保护相应后备保护元件动作的时间；电器在对其进行短路热稳定校验时t电晕电压校验电晕电压校验条件：110kV及以上裸导体的电晕临界电压Ucr应该不小于其最高工作电压UUcr在海拔低于1000m的地区，当110kV采用了不小于LGJ—70型，220kV采用了LGJ—300型钢芯铝绞线或者110kV采用了外径不小于Φ20型，220kV采用了外径不小于Φ30型的管型导体时，可不进行电晕电压校验。1.2导体的选择1.2.1导体材料、类型1.2.1.1导体的材料导体材料绝大多数采用铜和铝。由于铜的电阻率低，机械运动强度大，抗腐蚀性能强，但是价格贵。铝的电阻率相比于铜高，机械强度相对于铜低，其耐腐蚀性也相对较差但其密度比铜低，且其储量丰富，价格低。因此本所主要采用铝作为导体材料。1.2.1.2导体的选型导体可细分为裸导体和电力电缆两种。裸导体通常大致可分为两种：硬导体和软导体。常用硬质导体根据其制作的截面形状不同，主要种类有矩形、槽形、管形；常见的软导体导线主要种类有钢芯铝绞线、组合式导线、分裂式导线和扩径式导线。1.2.2导体选择1.2.2.1220kV主母线选择由于远期装设的两台主变压器和一定功率的交换，不需要考虑主变压器的过负荷和事故，母线的最高持续工作电流为：Imax经查手册，选择尺寸为Φ100/90表5-2Φ100/90导体的尺寸D/mm导体横截面积/mm导体载流量/截面系数W惯性半径r惯性矩J+70+80Φ14912360223433.83.36169该导体允许载流量为2234A，按环境温度为30°C，海拔为1000Ialθ=Ialθ1.热稳定校验：短路前导体的工作温度为：θw式中：θ——实际环境温度； Ialθ——实际环境温度为θ所以：θwC=式中：K——常数，取222×10 τ——常数，取245，度；t1t2经计算，该温度下铝合金裸导体C=102Smin短路电流热效应QQp式中：Qp——周期分量热效应( tk——短路切除时间(I''、Itk2、Itk——短路电流周期分量0s值、Qnp式中：Qnp——非周期分量热效应( T——非周期分量等效时间(s)，取集肤效应系数取K所以：Smin经过对比发现满足热稳定要求。2.电晕校验：由于采用了外径为Φ1003.三相短路动稳定校验：电流峰值isℎ=32.7415kA，最大风速vmax=25m/（1）母线自重产生的垂直弯矩：MCz（2）集中负荷产生的垂直弯矩：MCj（3）最大风速产生的水平弯矩：fvMsf正常运行状态下母线径向所能承受的最大弯矩为：Mmax最大应力为：σmax（4）短路电动力为：fd短路电动力产生的水平弯矩：MsdE)内部过电压下外界风速作用所产生的水平弯矩Msf'及外部风压fvMsf短路状态下母线所承受最大弯矩为：Mmax短路应力为：σd均小于材料允许应力8820N/cm1.2.2.2110kV主母线选择母线的最大持续工作电流为：Imax经查阅手册，选用横截面积为600mm2的钢芯铝绞线，其长期所能通过的负荷载流量为1182A(该导体允许载流量为1182A，按环境温度为30°Ialθ=KIal=1122.9Ialθ1.热稳定校验：短路前导体的工作温度为：θw式中：θ——实际环境温度；Ialθ——实际环境温度为θ所以：θwC=式中：K——常数，取222×10τ——常数，取245，度；t1 t2经计算，该温度下铝合金裸导体C=88Smin短路电流热效应：QKQp式中：Qp——周期分量热效应( tk——短路切除时间(I''、Itk2、Itk——短路电流周期分量0s值、Qnp式中：Qnp——非周期分量热效应( T——非周期分量等效时间(s)，取集肤效应系数取K所以：Smin经过对比发现满足热稳定要求。2.电晕校验：由于采用了截面积为600mm1.2.2.310kV主母线选择母线的最大持续工作电流为：Imax经查手册，选择截面积为2500mm2、载流量为3152A，集肤效应系数为1.45按环境温度为30°CIalθ=KIalθ1.热稳定校验：短路前导体的工作温度为：θw式中：θ——实际环境温度，度； Ialθ——实际环境温度为θ时的允许电流，A所以：θwC=式中：K——常数，取222×10τ——常数，取245，度；t1t2经计算，该温度下铝制导体C=84S短路电流热效应：QKQp式中：Qp——周期分量热效应(tk——短路切除时间(I''、Itk2、Itk——短路电流周期分量0s值、Qnp式中：Qnp——非周期分量热效应( T——非周期分量等效时间(s)，取集肤效应系数取K所以：S经过对比发现满足热稳定要求。2.动稳定校验：三相短路电流峰值isℎ=194.4kA，跨距lfpℎW=相间应力：σpℎ根据：bℎ=0.08,经查表：k12条间电动力为：fb最大允许跨距：Lbmax临界跨距：Lcr式中：λ——系数，每相两片时，铝取57，铜取65；LLbmax由于Lb表5-3各电压级母线的选型结果母线用途母线型号导体净截面（mm2）载流量（A）备注220kV主母线LF—21Y型Ф100/9014912054铝合金管形导体110kV主母线LGJ—6006001182钢芯铝绞线10kV主母线LMY—125×1012501920双条平放矩形铝导体1.3高压电器的选择高压断路器在设计时应根据它所安装的地点、环境状况以及所采取的技术条件等进行选型，还应当综合考虑是否便于施工及正常运行和维护，并对之作出必要的技术分析。选择断路器的技术指标如下1.额定电压选择：U2.额定电流选择：I3.额定开断电流选择：I4.额定关合电流校验：i1.热稳定校验：I6.动稳定校验：i1.3.1断路器的选择与校验1.3.1.1220kV断路器选择与校验经计算，流过断路器的最大负荷电流为:Imax断路器选择及校验过程如下：1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN≥I3.额定开断电流选择：IN根据本电压等级断路器的安装位置、电网额定电压和最大电流，选用的断路器型号为LW-35-252，其主要技术参数参见下表5-4：表5-4LW-35-252型断路器参数断路器型号额定电压/kV额定电流/kA额定开断电流/kA额定关合电流/kA动稳定电流/kA热稳定电流/kA固有分闸时间/s合闸时间/sLW-35-25225240005012512550≤0.03≤0.09计算数据与所选设备参数对比如下表：表5-5计算数据与LW-35-252参数对比表计算数据LW-35-252UNUNsIINIINiiQk=I2tii由上表数据对比，所选断路器满足要求。1.3.1.2110kV断路器选择与校验经计算，流过断路器的最大负荷电流为:Imax断路器选择及校验过程如下：1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN≥3.额定开断电流选择：IN根据本电压等级断路器的安装位置、电网额定电压和最大电流，选用的断路器型号为LW-35-126，其主要技术参数参见下表5-6：表5-6LW-35-126型断路器参数断路器型号额定电压/kV额定电流/kA额定开断电流/kA额定关合电流/kA动稳定电流/kA热稳定电流/kA固有分闸时间/s合闸时间/sLW-35-12612631504010010040≤0.03≤0.09计算数据与所选设备参数对比如下表：表5-7计算数据与LW-35-126参数对比表计算数据LW-35-126UNUNsIINIINiiQk=I2tii由上表数据对比，所选断路器满足要求。1.3.1.310kV断路器选择与校验经计算，流过断路器的最大负荷电流为:Imax断路器选择及校验过程如下：1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN≥3.额定开断电流选择：IN根据本电压等级断路器的安装位置、电网额定电压和最大电流，选用的断路器型号为SN5-20G，其主要技术参数参见下表5-8：表5-8SN5-20G型断路器参数断路器型号额定电压/kV额定电流/kA额定开断电流/kA额定关合电流/kA动稳定电流/kA热稳定电流/kA固有分闸时间/s合闸时间/sSN5-20G2060001053003001200.150.65计算数据与所选设备参数对比如下表：表5-9计算数据与SN5-20G参数对比表计算数据LW-35-126UNUNsIINIINiiQI2tii由上表数据对比，所选断路器满足要求。综上，断路器选型结果见下表：表5-10断路器选型结果断路器型号UNININbriNclIt2⋅tiesLW-35-25225240005012510000125LW-35-1261263150401004800100SN5-20G206000105300720003001.3.2隔离开关的选择与校验1.3.2.1220kV隔离开关选择与校验1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN根据隔离开关的安装位置、电网的额定工作电压和最大持续工作电流，选用的隔离开关型号为GW17-220(D)，其主要技术参数详见下表5-11：表5-11GW17-220(D)型隔离开关参数隔离开关型号额定电压/kV额定电流/A动稳定电流（峰值）/kA热稳定电流/kA备注GW17-220(D)220250012550（5s）双柱水平伸缩式计算数据与所选设备参数对比如下表：表5-12计算数据与GW17-220(D)参数对比表计算数据GW17-220(D)UNUNsIINiiQk=I2t由上表数据对比，所选隔离开关满足要求。1.3.2.2110kV隔离开关选择与校验1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN≥根据隔离开关的安装位置、电网的额定工作电压和最大持续工作电流，选用的隔离开关GW5-110ⅡDW，其主要技术参数详见下表5-13：表5-13GW5-110ⅡDW型隔离开关参数隔离开关型号额定电压/kV额定电流/A动稳定电流（峰值）/kA热稳定电流/kA备注GW5-110ⅡDW110125010031.5（4s）计算数据与所选设备参数对比如下表：表5-14计算数据与GW5-110ⅡDW参数对比表计算数据GW5-110ⅡDWUNUNsIINiiQk=I2t由上表数据对比，所选隔离开关满足要求。1.3.2.310kV隔离开关选择与校验1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN≥根据隔离开关的安装位置、电网的额定工作电压和最大持续工作电流，选用的隔离开关GN10-10T，其基本参数详见下表5-15：表5-15GN10-20型隔离开关参数隔离开关型号额定电压/kV额定电流/A动稳定电流（峰值）/kA热稳定电流/kA备注GN10-2020600022474（10s）操动CS9或CJ2计算数据与所选设备参数对比图如下：表5-16计算数据与GN10−20参数对比表计算数据GN10-20UNUNsIINiiQI2t由上表数据对比，所选隔离开关满足要求。综上，隔离开关选型结果见下表：表5-17隔离开关选型结果隔离开关型号UNINIt2⋅tiesGW17-220(D)220250012500125GW5-110ⅡDW11012503969100GN10-20206000547602241.3.3电流互感器的选择与校验1.3.3.1220kV电流互感器选择与校验电流互感器选择及校验过程如下：1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN≥根据电流互感器的实际安装位置、电网的额定工作电压和最大电流，选择的电流互感器型号为LCWB2-220W，其主要技术参数如下表5-18：表5-18LCWB2−220电流互感器型号电流变比（A）级次组合热稳定倍数K动稳定倍数KLCWB2−220W2×2000.2/0.5P/P/P31.5(1S)80热稳定校验：（式中：Kt（K因此满足热稳定要求。动稳定校验：2I式中：Kes2I因此满足动稳定要求。计算数据与所选设备参数对比如下表：表5-19计算数据与LCWB2−220计算数据LCWB2−220WIIi2Q（由上表数据对比，所选电流互感器满足要求。1.3.3.2110kV电流互感器选择与校验电流互感器选择及校验过程如下：1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN≥根据电流互感器的实际安装位置、电网的额定工作电压和最大电流，选择的电流互感器型号为LB1-110，其主要技术参数如下表5-20：表5-20LB1−110型电流互感器参数电流互感器型号电流变比（A）级次组合热稳定倍数K动稳定倍数KLB1−1102×500.5/B/B/B75~52.5(1S)178~138热稳定校验：（K（K因此满足热稳定要求。动稳定校验：2I2I因此满足动稳定要求。计算数据与所选设备参数对比如下表：表5-21计算数据与LB1-110参数对比表计算数据LB1-110IINi2Qk=（由上表数据对比，所选电流互感器满足要求。1.3.3.310kV电流互感器选择与校验电流互感器选择及校验过程如下：1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN≥根据电流互感器的实际安装位置、电网的额定工作电压和最大电流，选择的电流互感器型号为LMZJ1-10，其主要技术参数如下表5-22：表5-22LMZJ1-10型电流互感器参数电流互感器型号电流变比（A）级次组合热稳定倍数K动