变电站电气初步设计设计

　XXXX 届本科毕业设计（） 题目： 220kv变电站 电气初步设计 班 级：　 XX 学 号：　 XX 姓 名：　　 XX 指导教师： XX XXXX年X月 目 录 摘要…………………………………………………………………1 1主变压器选择 ……………………………………………………2 1.1变电所变压器的选择原则 ……………………………………………2 1.2变电所变压器的选择 …………………………………………………3 2 电气主接线设计…………………………………………………5 2.1概述 ……………………………………………………………………5 2.2主接线的基本要求和选择 ……………………………………………5 3 短路电流计算说明书………………………………………………10 3.1 概述 …………………………………………………………………10 3.2 短路电流计算的目的 ………………………………………………10 3.3 短里电流计算的一般规定 …………………………………………11 3.4 短路电流的计算步骤 ………………………………………………12 4 电气设备的选择… ………………………………………………13 4.1 概述 …………………………………………………………………13 4.2电气设备选择的原则…………………………………………………13 5 配电装置的设计……………………………………………………22 5.1 概述……………………………………………………………………22 5.2.配电装置的基本要求…………………………………………………22 6 继电保护的规则……………………………………………………24 6.1 变压器保护……………………………………………………………24 6.2 母线的保护……………………………………………………………24 7主变压器的选择计算 ………………………………………………26 8 短路电流计算………………………………………………………27 8.1 三相对称短路电流计算………………………………………………27 8.2 不对称短路电流计算…………………………………………………30 9 电气设备选择计算…………………………………………………35 9.1 母线的选择计算 ……………………………………………………35 9.2 断路器和隔离开关的选择计算 ……………………………………36 9.3 电流互感器的选择计算 ……………………………………………37 9.4 电压互感器的选择计算 ……………………………………………39 10 结束语………………………………………………………………42 参考文献………………………………………………………………………… 43 220kv变电站电气初步设计 摘 要 本论文是220kv变电所电气一次部分初步的方案设计，论证分析了某220kv变电所的电气主接线方式的各种优点，对设备的选型作了详细的说明和计算，短路电流的计算有严格的计算书。按照电网发展规律，提出了电气主接线方式应符合先进性、可靠性、灵活性、经济性的要求，设备的选择必须满足电网长远发展和各种事故条件下安全可靠运行的要求。针对该220kv变电所的要求，结合实际工作，本文提出了220kv母线采用双母线分段母线，主变采用三相三绕组变压器， 220kv断路器选用SF6，主变保护的配置按规程规定进行配置，以满足电网发展及安全稳定经济运行的需要。 关键词： 变电所 主接线 母线 断路器 附件 原始资料 1 待设计的变电站为一发电厂升压站 2 安装两台200MW汽轮发电机机组 发电机型号：QFSN-200-2 Ue=15750V Cos￠=0、85 Xg=14、13% Pe=200MW 3 220KV，出线五回，预留备用空间间隔，每条线路最大输送容量200MVA，Tmax=7000h 4 当地最高温度41、7℃，最热月平均最高温度32、5℃，最低温度-18、6℃，最热月地面下0、8米处土壤平均温度25、3℃。 5 厂用电率为8%，厂用电电压为6KV，发电机出口电压为15、75KV。 6 本变电站地处8度地震区。 7 在系统最大运行方式下，系统阻抗值为0、054。 8 设计电厂为一中型电厂，其容量为2×200MW=400MW，最大机组容量200 MW，向系统送电。 9 变电站220KV与系统有5回馈线，呈强联系方式。 1主变压器选择 1.1变电所变压器的选择原则 对于200MW及以上的的发电机组，一般与双绕组变压器组成单元接线，主变压器的容量和台数与发电机容量配套选用。发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量可按下列条件中的较大者选择： 1.1.1主变容量选择原则 按发电机的额定容量和扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。 相数的选择： 主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。 当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器。 1.1.2电压调整方式选择 电压质量：200KV等级以上电网的电压质量应符合以下标准 枢纽变电站二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电站的位置及电网的电压降而定，可为电网额定电压的1~1、1倍，有最大最小负荷情况下，其 运行电压控制水平的波动范围应不超过10%,事故后不应低于电网电压的95%、 电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧目显得运行电压正常情况下不低于电网额定电压的95%~100%。 调整方式 变压器的电压调整试用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的，切换方式有两种：不带电切换，称无机里调压，调整范围是-5%~+5%以内；另一种师负载切换，称为有载调压，调压范围可达30%。 对于220KV及以上的变压器，仅在电网电压可能有较大变化的情况下，采用有载调压。 对于110KV及以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。 1.1.3绕组数量和连接方式的选择 对于200MW及以上的机组，其升压变压器一般不采用三绕组变压器。因为在发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线，供电可靠性很高，而大电流的隔离开关发热问题比较突出，特别是设置在封闭母线中的隔离开关问题更多；同时发电机回路断路器的价格极为昂贵，故在封闭母线回路里一般不设置断路器和隔离开关，以提高供电的可靠性和经济性。此外，三绕组变压器的中压侧，由于制造上的原因一般不希望出现分接头，往往只制造死接头，从而对高、中压侧调压及负荷分配不利。这样采用三绕组变压器就不如用双绕组变压器加联络变压器灵活方便。 1.1.4主变压器冷却方式的选择 自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却，强迫导向油循环冷却。 在发电厂水源充足的情况下，为了压缩占地面积，大容量变压器也可采用强迫油循环水冷却。 强迫油循环水冷却方式散热效率高，节约材料，减少变压器本身尺寸。 1.2 变电所变压器的选择 所用变压器型号及参数为（表1-1） 变压器型号 低压侧电压（KV） 连接组 损耗 阻抗电压（%） 空载电流（%） 空载 短路 SFP9-240000/220 15、75KV YN,d-11 160 567 12-14 0、49 高厂备用变的选择（表1-2） 型号 高压侧电压(kv) 低压侧电压 (kv) 空载损耗(kw) 负载损耗(kw) 短路阻抗 空载电流（%） SFP7-31500/220 220 6、3 44 150 12~14 1、1 备用变（表1-3） 型号 额定容量（kvA） 高压侧额定电压（kv） 低压侧额定电压（kv） 空载损耗（w） 负载损耗（75℃） 阻抗电压（%） 空载电流（%） SC8-20000/20 20000 15、75 6 25000 63000 9 0、5 2电气主接线设计 2．1 概述 发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。 2.2主接线的基本要求和选择 2.2.1主接线的基本要求 2.2.1.1安全可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。 可靠性的客观衡量标准是运行实践，估计一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规章中的各项规定，就是对运行实践经验的总结，设计时应遵循。 主接线的可靠性，是有其各组成远见的可靠性的总和。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。 可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某厂是可靠的，而对另一些厂可能还不够可靠。因此，可靠性是，不能脱离发电厂在系统中的地位和作用。 2.2.1.2灵活性 调度灵活，操作简便：应能灵活地投入或切除某些机组、变压器或母线，调配电源和负荷，能满足系统在故障、检修及特殊运行下的调度要求。 检修安全：应能方便地停运断路器、母线及继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。 扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，一次和二次设备等所需的改造最少。 2.2.1.3经济性 投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、各离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电所中，应推广采用直降式变电所何以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。 占地面积少：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节约架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。 电能损耗少：经济合理地选择主变压器的型号，容量和台数，避免两次变压而增加电能损耗。 2.2.2主接线的选择 2.2.2.1单母线接线 优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置 缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电。 适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器 2.2.2.2单母线分段接线 优点：用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 缺点：当一段母线或母线隔离开关故障时或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越。 扩建时需向两个方向均衡扩建 适用范围： 6~10KV 配电装置出线回路数为6回及以上 35~63KV 配电装置出线回路数为4~8回 110~220KV 配电装置出线回路为3~4回 2.2.2.3带旁母的单母分段 多适应35KV以上的接线中，因为电压愈高，断路器检修时间越长，停电损失越大。35～60KV，可设置不带专用旁路断路器的旁母；110KV出现6回以上，220KV出现4会以上，采用专用旁路断路器的旁母。 优点：其接线简单清晰，操作方便和易于发展，可以保证对重要用户供电。 缺点：当电源容量较大，但回路供电在系统中又无其他备用电源的用户较多时，单母线分段接线不能保证供电的可靠性；当检修进线积分段母线上的隔离开关时，需要断开一个电源，将加重另一电源的压力，可靠性低；任意分段母线故障时，其上出线均短时停电，其上的负荷将转移到另一母线上，加大负担；任一出线故障时，要对旁母充电，操作复杂。 2.2.2.4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，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；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，只停该回路。调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建方便。像双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和符合均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母分段那样导致出线交叉跨越。便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。 缺点：增加一组母线，每回路就需要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。 适用范围： 6~10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时 35~63KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时 110~220KV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110~220KV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上。 2.2.2.5双母线分段接线 当进出线回路数为10~14回时，在一组母线上用断路器分段，当进出线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段，在双母线分段接线中，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，可根据需要将母线分段。 单断路器双母线接线的主要缺点：在倒换母线操作过程中，须使用隔离开关按等电位原则进行切换操作，因此，在事故情况下，当操作人员情绪紧张时，很容易造成误操作。工作母线发生故障时，必须倒换母线，此时，整个配电装置要短时停电这种接线使用的母线隔离开关数目较多，使整个配电装置结构复杂，占地面积和投资费用也相应增大 为克服上述缺点，采取如下补救措施：为了避免在倒闸操作过程中隔离开关误操作，要求隔离开关和对应的断路器间装设闭锁装置，（机械闭锁或电气闭锁），同时要求运行人员必须严格执行操作规程，以防止带负荷开、合隔离开关，避免事故的发生。为了避免工作母线故障时造成整个装置全部停电，可采用两组母线同时投入工作的运行方式。为了避免在检修线路断路器时造成该回路短时停电，可采用双母线带旁路母线的接线。 采用上述措施后，单断路器双母线接线具有较高的的供电可靠性和运行灵活性。 2.2.2.6双断路器双母线接线 优点：任何一组运行母线或断路器发生故障或进行检修时，都不会造成装置停电，各回路均用断路器进行操作，隔离开关仅作检修时隔离电压之用。因此，这种接线工作是非常可靠与灵活，检修也很方便。 缺点：这种接线要用较多的断路器和隔离开关，设备投资和配电装置的占地面积也都相应增加，维修工作量也较大。 2.2.2.7一台半断路器双母线接线 优点：这种接线具有环形接线和双母线接线的优点，供电可靠性高，运行灵活，操作、检修方便，当一组母线停电检修时，不需要切换回路，任意一台断路器检修时，各回路仍按原接线方式进行，也不需要切换；隔离开关不做操作电器使用，只在检修电气设备时作为隔离电源用。 缺点：所配用的断路器数目较单断路器双母线要多，维修工作量增大，设备投资及变电所的占地面积相应增大。其次。这种接线继电保护也较其他接线复杂，且接线本身的特点要求电源数和出线数最好相等。当出线数目较多时，不可避免会出现引出线路方向不同，将造成设备布置上的困难。 选择一台半断路器双母线接线与单断路器双母线接线进行详细比较（表2-1） 一台半断路器双母线 单断路器双母线 可靠性 在检修和故障相重合的情况下，停运的回路不超过两回 可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电；检修任意一回路的母线隔离开关，只停该回路。 灵活性 1 多为环形供电，调度灵活。但是停运一个回路需要两台断路器，母线故障时，接线内潮流变化大。 2 隔离开关只作为检修电器，不作为操作电器，处理事故时，用断路器操作，消除事故迅速。检修断路器时，不需要带旁路操作 1 工作母线发生故障时，可将全部回路切换到备用母线上，从而迅速恢复正常工作，但需短暂停电 2 检修任意工作回路的断路器时，可以利用母联断路器来替代，而不致使该回路供电长期中断 3 需要对任意回路单独进行电气试验时，可将该回路切换到备用母线上 可扩建性 不如单断路器双母线接线扩建容易 便于扩建。可以任意向两侧延伸扩建，不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，扩建施工时不会引起原有回路停电 经济性 设备投资：8个回路时，两种接线相等。 7回及以下，单断路器双母线接线较贵 9回及以上，一台半断路器双母线接线较贵 占地面积：1 当一台半断路器接线为常规三列式顺序布置时，因一个间隔可以双侧出线，占地面积比较少。 2 当一台半断路器接线的常规布置应用于发电厂时，为避免纵向布置的大机组出线偏角过大，常需改变配电装置布置形式，扩大占地面积30%~50% 选择：单断路器双母线接线 3 短路电流计算说明书 3.1 概述 “短路”是电力系统中常发生的一种故障，电气设备载流部分绝缘的损坏是形式短路的主要原因。发生短路后，电力系统在运行中阻抗突然减小，使短路点及供电回路流过的短路电流，可达正常运行的电流的几倍，十几倍，甚至几十倍，达到几万安甚至十几万安。同时，短路点的电压有可能降低为零，邻近地区网络电压也要大幅度下降。因而，短路故障给电力系统带来的后果是很严重的。 为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受任意突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击，同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关短路器跳闸。继电保护装置的整定和短路器的选择，也需要准确的短路电流数据。 最大短路电流应用在设备热稳定校验，开关电器开断电流及继电保护整定等，而冲击电流应用在设备的动稳定校验；最小运行方式的最小短路电流作为继电保护灵敏度校验；短路容量应用在开关电器的开断能力校验。 短路过程是一种暂态过程，影响电力系统暂态过程的因素很多，若在实际计算中把所有的因素多考虑，是十分复杂。因此，在满足工程要求的前提下，为了简化计算，通常采取一些合理的假设，采用近似的方法对短路电流进行计算。计算出的短路电流比实际稍大，但最大误差一般不超过1%~15%，这对工程准确度来说是允许的。 根据现有的理论和经验，三相短路的短路电流最大，故只计算本变电所中的三相短路这一类故障。短路点选为三点，分别在110V，35KV和10KV的母线上。 3.2短路电流计算的目的 在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几个方面： 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 确定中性点接地方式。 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 接地装置的设计，也需用短路电流。 3.3短路电流计算的一般规定 验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规定。 3.3.1计算的基本情况 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行； 所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）； 短路发生在短路电流为最大值的瞬间； 所有电源的电动势相位角相同； 应考虑对短路电流值有影响的所有的元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大安全电流有效值时才予以考虑。 3.3.2接线方式 计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 3.3.3计算容量 应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5~10年）。 3.3.4短路种类 一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应该按严重情况的进行校验。 3.3.5短路计算点 在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的点，称为短路计算点。 3.4短路电流计算步骤 在工程设计中，短路电流的计算通常采用使用曲线法。选择计算短路点步骤如下： 画等值网络（次暂态网络）图 首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗Xd〞。 选取基准容量Sb和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）。 将各元件电抗换算为同一基准值的标幺电抗。 绘出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。 化简等值网络：为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。 求计算电抗Xjs。 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只做到Xjs=3、5） 计算无限大容量（或Xjs≥3）电源供给的短路电流周期分量。 计算短路电流周期分量有名值和短路容量 计算短路电流冲击值 计算异步电动机供给的短路电流 绘制短路电流计算结果表 4 电气设备的选择 4．1 概述 一次主接线的设计将直接影响一次侧电气设备等总体布局。影响各进出线的安装间隔，同时，对供电的可靠性和运行、检修的方便都将带来很大的影响。主接线图一经固定下来，总平面图中的各进出间隔和电气设备之间的相对位置便固定下来。因此，主接线图实际上是总平面图中电气接线的原理图。主接线图的设计是110KV变电所设计中很关键的一步。同时，主接线的设计方案的合理化，对变电所的初期投资，将来的扩建及运行费的多少都有很大的关系。 4.2一般原则 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要，应按当地环境条件校核，应力求技术先进和经济合理；选择导体时应尽量减少品种，扩建工程应尽量使新老电器型号一致，选用新的产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格、 4.2.1电气设备和载流导体选择的一般条件 4.2.1.1 按正常工作条件选择 额定电压 所选电气设备和电缆的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。一般电气设备和电缆的最高允许工作电压：当额定电压在220KV及以下时，为1、15Ue 额定电流 所选电气设备的额定电流Ie，或载流导体的长期允许电流Iy不得小于装设回路的最大持续工作电流Imax，即应满足条件Ie（或Iy）≥Imax按短路状态校验 热稳定校验 当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，即应满足下列条件：Qd≤Qy 或 Qd≤Ir2t 式中 Qd：短路电流的热效应 Qy：电气设备和载流导体允许的热效应 Ir：设备给定的在ts内允许的热稳定电流（有效值） 短路电流持续时间t，应为继电保护动作时间tb与断路器全分闸时间tdf之和。即：t=tb+tdf 动稳定校验 被选择的电气设备和载流导体，通过可能最大的短路电流值时，不应因短路电流的电动力效应而造成变形或损坏，即应该满足条件： ich≤idw 或 Ich≤Idw 式中： ich、Ich ：三相短路冲击电流的幅值和有效值 idw、Idw ：设备允许通过的动稳定电流（极限电流）峰值和有效值 用断路器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定，除用有限流作用的熔断器保护者外，仍应校验动稳定；电缆不校验动稳定；用熔断器保护的电压互感器回路，可不校验动热稳定。 4.2.1.2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，还应考虑便于安装调试和运行维护，经技术经济比较后才能确定。 断路器选择的具体技术条件简述如下： 电压：Ug（电网工作电压）≤Un。 电流：Ig、max（最大持续工作电流）≤In。 由于高压开断电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能的运行方式下回路持续工作电流的要求，即最大持续工作电流Ig、max。 开断电流（或开断容量）： Idt≤Ibr（或Sdt≤Skd） 式中 Idt：断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量； Sdt：断路器t秒的开断容量； Ibr：断路器的额定开断电流； Skd：断路器额定开断容量。 断路器的实际开断时间t，为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。 动稳定：ich≤imax 式中： imax：断路器极限通过电流峰值； ich ：三相短路电流峰值。 热稳定：I∞2tdz≤It2t 式中： I∞：稳态三相短路电流； tdz：短路电流发热等值时间（又称假象时间）； It：断路器t秒热稳定电流。 过电压：当断路器用于切、合架空输电线时，若220kv线路超过200km，330kv线路长度超过250km时，应校验其过电压倍数。 根据以上条件，（表4-1） 型号 电压（kA） 额定电流（A） 额定开断能力 极限通过电流（峰值kA） 关合电流峰值（kA） 热稳定电流（3s）(kA） 合闸时间（s） 固有分闸时间（s） 全开断时间（s） 自动重合闸无电流间隔时间（s） 额定 最大 电流kA 容量MVA LW6B-252 220 252 3150 40 15000 100 100 40 ≤0、1 ≤0、025 0、04 0、04 所选断路器的型号为：LW6B-252 4.2.1.3隔离开关的选择 隔离开关型式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较然后确定。 选择的技术条件： 电压：Ug（电网工作电压）≤Un。 电流：Ig、max（最大持续工作电流）≤In。 由于高压开断电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能的运行方式下回路持续工作电流的要求，即最大持续工作电流Ig、max。 动稳定：ich≤imax 式中： imax：断路器极限通过电流峰值； ich ：三相短路电流峰值。 热稳定：I∞2tdz≤It2t 式中： I∞：稳态三相短路电流； t dz：短路电流发热等值时间（又称假象时间）； It：断路器t秒热稳定电流。 根据以上条件，所选隔离开关型号为：GW4-220D（表4-2） 型号 额定电压（kV） 额定电流（A） 动稳定电流（kA） 热稳定电流（s）（kA） GW4-220D 220 2000 104 46(4) 4.2.1.4母线选择 型式：载流导体一般采用铝质材料。对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部，或采用硬铝导体穿墙套管有困难时，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。 回路正常工作电流在4000A及以下时，一般选用矩形导体。在4000~8000A时，一般选用槽形导体。对于容量为200MW及以上的发电机引出线和厂用电源、电压互感器等 分支线，应采用全连式分相封闭母线。容量200~225MW发电机的封闭母线，一般采用定型产品，如选用非定型产品时，应进行导体和外壳发热、应力、以及绝缘子抗弯的计算，并校验固有振动频率。 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。 按最大持续工作电流选择导线截面S，即 式中： ：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。 ：温度修正系数。 按经济电流密度J选择： 在选择导体截面S时，除配电装置的汇流母线、厂用电动机的电缆外，长度都在20m以上的导体，其截面S一般按经济电流密度选择。即： 式中： J：导体的经济电流密度。按此条件选择导体截面S，应接近计算截面Sj。无合适规格导体，应允许小于Sj。 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。 裸导体热稳定公式： 式中：Smin：根据热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（kA） tdz：短路电流等值时间（s） 动稳定校验： 式中： ：母线材料的允许应力； ：作用在母线上的最大计算应力。 根据以上条件，所选母线型号为：LGJ-300。 钢芯铝绞线长期允许载流量 导线型号\导体允许最高温度 +80 LGJ-300 755 4.2.1.5电流互感器的选择 型式：电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6~20kv屋内配电装置。可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35kv及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。 一次回路电压：Ug≤Un 式中：Ug：为电流互感器安装处一次回路工作电压， Un：为电流互感器额定电压。 一次回路电流：Ig、max≤I1n 式中：Ig、max：电流互感器安装处的一次回路最大工作电流； I1n：电流互感器原边电流。 准确等级：需先知电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。 动稳定： 式中： ：电流互感器动稳定倍数，它等于电流互感器极限通过电流峰值 与一次绕组额定电流 峰值之比， 即： 热稳定： 式中： Kt：电流互感器的1秒钟热稳定倍数。 根据以上条件，所选电流互感器的型号为：LCW-220（表4-3） 型号 额定电流比（A） 级次组合 准确级次 二次负荷（ ） 10%倍数 1s热稳定倍数 动稳定倍数 0、5级 1级 二次负荷（ ） 倍数 LCW-220 4×300/5 D 1、2 — 1、2 30 60 60 0、5 2 4 2 20 4.2.1.6电压互感器的选择 电压互感器的选择和配置应该按下列条件： 型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择。 6~20kV屋内配电装置，一般采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。 35~110kV配电装置，一般采用油浸绝缘结构的电压互感器。 220kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。 在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。 一次电压U1：1、1Un＞U1＞0、9Un Un为电压互感器额定一次线电压，1、1和0、9是允许的一次电压的波动范围，即为±10%Un 二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况选用所需的二次电压U2n 准确等级：电压互感器应在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级要求确定。 常用的测量仪表的类型、用途和对准确等级的要求，规定如下： 用于发电机、变压器、调相机、厂用（或所用）馈线、出线等回路中的电度表，供所有计算电费等的电度表，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，其准确等级要求一般为1级。 用于估计被测数值的表计，如电压表等，其准确等级要求较低，一般为3级即可。 在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 二次负荷S2：S2≤Sn Sn是对应于在测量仪表所要求的最高准确等级下，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。因此，在计算S2时，首先应确定所有测量仪表和继电器接入电压互感器的接线图。 由于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。 根据以上条件，所选电压互感器的型号为：YDR-220（表4-4） 型式 额定变比 在下列准确等级下额定容量（VA） 最大容量（VA） 0、5级 1级 3级 电容式 YDR-220 / / 150 220 440 1200 4.2.1.7避雷器的配置与选择 配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。 220kv及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。 三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。 下列三种情况的变压器中性点应装设避雷器 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； 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单台变压器运行时； 不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。 单元连接的发电机出线宜装一组避雷器 容量为25MW及以上的直配线发电机 发电厂变电所35KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。 110~220KV线路侧一般不装设避雷器 SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 阀型避雷器的选择： 型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点。 额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。 灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地电压是否等于或小于避雷器的最大允许电压。（灭弧电压）。 在中性点非直接接地的电网中应不低于设备最高运行线电压。在中性点直接接地的电网中应不低于设备最高运行线电压的80%。 工频放电电压：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般应大于最大运行电压的3、5倍。在中性点直接接地的电网，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压应大于灭弧电压的1、8倍。 冲击放电电压和残压：一般国产阀型避雷器的保护特性与各种电器的绝缘均可配合，故此项校验从略。 5 配电装置的设计 5.1 概述 配电装置是发电厂和变电站用以接受和分配电能的电气装置。它是根据主接线的接线方式，有开关设备、母线、保护测量电器及其必要的辅助设备组合而成的。分为户内式和户外式；装配式和成套式配电装置。 5.2 配电装置的基本要求 高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级颁发的有关规程，及技术规定，并根据电力系统条件，自然环境特点和运行，检修，施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置，新设备，新款材料，新结构，使配电装置设计不断创新，做到技术先进，结构合理，运行可靠，维护方便。 5.2.1 火力发电厂及变电所的配电装置形式选择 应考虑所在地的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行，检修和安装要求，通过技术比较予以确定，必须满足下列几点要求：配电装置的设计、建造必须贯彻执行国家基本建设方针，在满足技术条件下，因地制宜，经济合理。保证运行的可靠性。首先应正当选择电气设备，使选用的设备具有合理的参数。应加强维护、检修、预防性试验以及其他运行操作的安全措施，并且符合防火要求。保证工作人员的安全，配电装置的布置应整齐、清晰，具有足够的安全距离。便于检修和巡视维护。便于施工、安装和扩建。 5.2.2 户外配电装置 户外配电装置的结构形式和电气接线方式、电压等级、容量、所处地位的重要性、母线的排列方式和采用的构架、断路器和隔离开关的型号有关。根据电气设备和母线在空间布置的情况，具体分为低型配电装置、中型配电装置、高型配电装置。中型配电装置三组母线高度相同，母线下方不安装断路器、电流互感器等设备，且将所有电器布置在同一水平内较低的基础上，主母线一般采用多股软母线，有悬垂绝缘子串固定。水平布置的母线高于开关电器所在的水平面。 本次设计变电站采用中型配电装置，其特点：布置清晰、不易发生误操作；运行可靠；电气设备都安装在地面支架上，施工和维修都比较方便；构架高度较低，具有较好的抗震性能；使用钢材少，造价低。但这种配电装置面积较大。 6继电保护的规划 6.1 变压器保护 6.1.1配置原则 6.1.1.1 变压器一般装设下列继电保护装置 反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护 容量为800kv及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。对于高压侧未装设断路器的线路—变压器组，未采取使瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时，瓦斯保护可仅动作于信号。 相间短路保护 反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护或电流速断保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能引起保护作用。 后备保护 复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护，可用于63000kvA及以上的升压变压器。 中性点直接接地电网中变压器外部接地短路时的零序电流保护 110kv及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。 6.1.1.2发电厂主变压器的保护配置 升压变压器瓦斯保护。 发电机变压器组差动保护。 阻抗保护。 升压变压器高压侧零序电流保护。 对称过负荷保护。 6.2 母线的保护 产生母线故障的原因一般是:母线绝缘子和断路器套管的闪络，装在母线上的电压互感器和装在断路器和母线之间的电流互感器故障，操作切换时引起断路器及隔离开关的支撑绝缘子损坏。 其保护方式有：利用供电元件的保护切除母线故障；采用专用的保护。利用供电元件保护方式，简单、经济，但切除故障的时间长，对电力系统和电气设备的安全不利，而且对于分段母线或双母线，利用供电元件保护不能选择故障母线段，因而扩大事故的范围。对于110KV及以上的双母线和分段但母线，为了保证有选择的切除任一故障，需装设专用的母线保护。 对于中性点直接接地电网，母线保护采用三相式接线，以反映相间短路和单相接地短路；对于中性点非直接接地电网，母线保护采用两相式接线，来反映相间短路。 专用保护有：母线完全电流差动保护；电流相位比较式母线差动保护。后者是比较各连接元件电流相位的变化来区别母线的内部短路和外部短路。 在母线的连接元件上发生故障，故障元件保护正确动作，而断路器拒绝动作时，或者故障发生在断路器和电流互感器之间，故障元件保护动作，断路器跳开，但故障并未切除时，利用远见的保护，以较短的时限，动作于同一母线上的其他有关断路器跳闸的后备保护称为断路器失灵 7 主变压器的选择计算 容量： 除去8%的厂用电率： 留10%的裕度： 所选变压器型号为：SFP9-240000 型号及容量（KVA） 低压侧电压（KV） 连接组 损耗 阻抗电压（%） 空载电流（%） 空载 短路 SFP9-240000/220 15、75 YN/d-11 160 567 12-14 0、49 8 短路电流计算 8.1三相对称短路电流计算 进行网络的化简和各元件参数计算，绘制等值网络 图：8-1 设SB=1000MVA，选取基准电压 UB=UP，线路长100km，线路电抗为 系统容量为：1500MVA 系统阻抗为：X1=0、054 所以五回线路总电抗为; 图：8-2 8.1.1短路点在母线上时 系统侧：系统的计算电抗 所以，系统按有限容量计算 计算电抗： 查表得： 系统侧冲击电流： 发电机侧： 计算电抗： 查表得： EMBED Equation.3 发电机侧冲击电流： 短路点d1的稳态短路电流： 短路点d1的冲击电流： 的短路电流： 的短路电流： 8.1.2短路点d2在变压器和断路器之间 图：8-3 系统侧： 发电机侧a： d2 发生短路时，流过断路器最大的短路电流： a b 8.1.3短路点d3在架空线侧的断路器边时 图：8-3 流过断路器最大的短路电流： 8.2 不对称短路电流计算 8.2.1短路点发生在母线上时 零序电抗：变压器零序电抗与正序电抗相等，为0、583 每条线路的零序电抗： 线路总的零序电抗： 两相短路 d(2) 附加电抗： 附加电抗串连于正序网络末端： 变换： 图：8-4 d(2) 图：8-5 系统侧： 计算电抗： 查表得： 发电厂侧： 计算电抗： 查表得： 短路点短路电流： 8.2.2单相短路 图8-6 附加电抗： d(1) 将附加电抗串连于零序网络末端： 变化： 图8-7 d(1) 系统侧： 计算电抗： 查表得： 发电厂侧： 计算电抗： 查表得： 总的短路电流： 8.2.3两相接地短路 图8-8 附加电抗： d(1,1) 变化： 图8-9 d(1,1) 系统侧： 计算电抗： 查表得： 发电厂侧： 计算电抗： 查表得： 总的短路电流： 校验按此短路电流校验 9 电气设备选择计算 9.1母线的选择计算 按长期允许电流选择母线截面。母线最大持续工作电流不超过一台主变 压器的最大持续工作电流，故母线最大持续工作电流为： 最热月平均最高温度32、5℃，基准条件下的长期允许电流 ，有环境温度所选校正系数K=0、89，故长期允许电流为： 所以母线LGJ-300适用 热稳定校验。 计算热稳定最小允许截面： 短路持续时间： 短路电流周期分量热效应QZ， 计算母线短路前通过最大持续工作电流时的工作温度： （℃） 按80℃取热稳定系数C=83， 非周期分量热效应： 短路电流热效应： 小于300mm2,故能满足热稳定要求。 9.2 断路器和隔离开关选择计算 断路器参数：（表9-1） 型号 电压（kA） 额定电流（A） 额定开断能力 极限通过电流（峰值kA） 关合电流峰值（kA） 热稳定电流（3s）(kA） 合闸时间（s） 固有分闸时间（s） 全开断时间（s） 自动重合闸无电流间隔时间（s） 额定 最大 电流kA 容量MVA LW6B-252 220 252 3150 40 15000 100 100 40 ≤0、1 ≤0、025 0、04 0、04 隔离开关参数：（表9-2） 型号 额定电压（kV） 额定电流（A） 动稳定电流（kA） 热稳定电流（s）（kA） GW4-220D 220 2000 104 46(4) 主保护动作时间： 后备保护时间： 发电机回路的最大持续工作电流： 断路器触头刚分开时，实际开断时间（主保护动作时间+固有分闸时间）： 热稳定校验时的短路持续时间（后备保护时间+全分闸时间）： 由短路电流计算结果可见，三相短路电流大于两相短路电流，故按三相短路进行热稳定校验。 周期分量热效应计算， 非周期分量热效应不计。短路电流热效应为： 9.3 电流互感器的选择计算 LCW-220型电流互感器参数：（表9-3） 型号 额定电流比（A） 级次组合 准确级次 二次负荷（ ） 10%倍数 1s热稳定倍数 动稳定倍数 0、5级 1级 二次负荷（ ） 倍数 LCW-220 4×300/5 D 1、2 — 1、2 30 60 60 0、5 2 4 2 20 此互感器具有4个铁芯，供测量用铁芯准确度为0、5级。 线路上装设3只电流表，并设有有功功率表，无功功率表，有功电度表和无功电度表各一只。 选择二次连接导线的截面： 电流互感器各相二次负荷（VA）（表9-4） 仪表名称 U相 V相 W相 电流线圈数 消耗功率 电流线圈数 消耗功率 电流线圈数 消耗功率 电流表（1T1-A） 1 3 1 3 1 3 有功功率表(1D1-W) 1 1、45 1 1、45 无功功率表(1D1-VAR) 1 1、45 1 1、45 有功电度表(DS1) 1 0、5 1 0、5 无功电度表(DX1) 1 0、5 1 0、5 1 0、5 总计 5 6、9 2 3、5 5 6、9 可见U相、W相负荷最大，所接各相仪表电流线圈的总电阻为： 二次导线采用铜导线，电流互感器为星型接线，连接导线的计算长度为 ，故导线截面： 根据机械强度要求，选择二次连接导线截面为1、5mm2 热稳定校验： 短路持续时间： 不计非周期分量热效应，故短路电流热效应为： ＞ 所以能满足热稳定要求。 动稳定校验 短路冲击电流： ＞ 能满足动稳定要求。 故选用LCW-220型电流互感器。 9.4 电压互感器选择计算 YDR-220型电压互感器参数：（表9-5） 型式 额定变比 在下列准确等级下额定容量（VA） 最大容量（VA） 0、5级 1级 3级 电容式 YDR-220 / / 150 220 440 1200 因需要接电能表，选有准确度级为0、5级的电压互感器。 三只单相电压互感器接成 接线。 额定变比为 EMBED Equation.3 母线电压互感器所供测量仪表： 有功功率表8只（主变侧2只、220kV出线5只、高厂备用变1只） 无功功率表8只（主变侧2只、220kV出线5只、高厂备用变1只） 有功电能表8只（主变侧2只、220kV出线5只、高厂备用变1只） 无功电能表8只（主变侧2只、220kV出线5只、高厂备用变1只） 电压表2只 频率表2只 各相负荷统计 （不完全星型负荷部分）（表9-5） 仪表名称及 型号 每个线圈消耗功率（VA） 仪表电压线圈 仪表数目 UV相 VW相 Cos sin PUV QUV PVW QVW 有功功率表（46D1-W） 0、6 1 8 4、8 4、8 无功功率表（46D1-VAR） 0、5 1 8 4 4 有功电度表（DS1） 1、5 0、38 0、925 8 4、56 11、1 4、56 11、1 无功电度表（DX1） 1、5 0、38 0、925 8 4、56 11、1 4、56 11、1 频率表（16L1-HZ） 1、2 1 2 2、4 电压表（46L1-V） 0、3 1 2 0、6 总计 5、6 4、76 36 20、32 22、2 18、52 22、2 由上表求出不完全星型负荷： U相负荷为： V相负荷为： 由此得V相负荷最大，只用V相负荷校验即可。 ＜150（VA） 所以YDR-220型电压互感器满足要求。 10 结束语 本次毕业设计的课题是《XX220kv变电站电气初步设计》，本设计共分十章，在前九章中分别对电气一次设备的选择及短路电流主要电气设备的选择进行计算。 通过本次设计，对电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，具有同时性，220kv区域变电站作为供用网络中重要的变电一环，它设计质量的好坏直接关系到该地区的用电的可靠性和地区经济的发展，也影响到该地区的用电可靠性和地区的经济发展，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。 参考文献： [1] 西北电力设计院.《电力工程电气设计手册》北京：中国水利电力出版社，2000 [2] 电力工业部电力规划设计总院.《电力系统手册》北京：中国水利电力出版社，2005 [3] 中华人民共和国能源部.《35-110KV变电所设计规范》北京：中国计划出版社，1993 [4] 清华大学等.《电力系统计算》北京：中国水利电力出版社，1978 [5] 国家发展和改革委员会.《高压配电装置设计技术规程》北京：中国电力出版社，2007 [6] 刘健.《配电自动化系统》北京:中国水利电力出版社，1998 [7] 国家发展和改革委员会.《导体和电器选择设计技术规定》北京：中国电力出版社，2005 [8]《发电厂电气部分》设计计算参考资料 郑州工学院电力系统及自动化 �居中，小二号黑体，前面空一行，下面两倍行距。 �小一号黑体，居中。 _1147416265.unknown _1147470732.unknown _1147554170.unknown _1147555770.unknown _1147556297.unknown _1147557424.unknown _1147557864.unknown _1147606248.unknown _1147606332.unknown _1147606542.unknown _1147606420.unknown _1147606323.unknown _1147558290.unknown _1147558291.unknown _1147557962.unknown _1147558033.unknown _1147557645.unknown _1147557723.unknown _1147557610.unknown _1147556924.unknown _1147557147.unknown _1147557204.unknown _1147557011.unknown _1147556703.unknown _1147556894.unknown _1147556317.unknown _1147556150.unknown _1147556227.unknown _1147556241.unknown _1147556165.unknown _1147555945.unknown _1147556136.unknown _1147555790.unknown _1147554655.unknown _1147555414.unknown _1147555542.unknown _1147555700.unknown _1147555718.unknown _1147555606.unknown _1147555449.unknown _1147554917.unknown _1147555132.unknown _1147555198.unknown _1147555042.unknown _1147554820.unknown _1147554507.unknown _1147554529.unknown _1147554551.unknown _1147554518.unknown _1147554280.unknown _1147554404.unknown _1147554221.unknown _1147553336.unknown _1147553788.unknown _1147553999.unknown _1147554148.unknown 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