变电站的设计

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新疆农业大学

机械交通学院课程设计

说明书

题目： 220KV变电站设计课程：发电厂电气部分姓名：都佩鑫专业：电气工程及其自动化班级：电气072班学号： 073736245 指导教师：艾海提职称：教授

2011年 1月4日

摘要 ................................................................................................................................. 3 概述 ..................................................................................................................................... 4 第一章电气主接线设计 ....................................................................................................... 4

1.1 220kV电气主接线 ............................................................................................................. 5 第二章变压器选择 ....................................................................................................................... 6

2.1 主变台数、容量和型式的确定 ........................................................................................ 6

2.2.1变电站主变压器台数的确定 .................................................................................. 6 2.2.2变电所主变压器容量的确定 .................................................................................. 6 2.2.3 变电站主变压器型式的选择 ................................................................................. 6

第三章最大持续工作电流节短路计算 ....................................................................................... 7

3.1 各回路最大持续工作电流 ................................................................................................ 7 3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 ................................................................ 7 第四章主要电气设备选择 ......................................................................................................... 7

4.1 高压断路器的选择 .......................................................................................................... 8 4.2 隔离开关的选择 ................................................................................................................ 9 4.3 220KV电压母线和绝缘子的选择 .................................................................................. 10 4.4 电流互感器的选择 ........................................................................................................ 11 4.5 电压互感器的选择 ........................................................................................................ 13 4.6 各主要电气设备选择结果一览表 .................................................................................. 13 附录:Ⅰ ........................................................................................................................................... 14 附录Ⅱ ............................................................................................................................................ 19 220kV平面布置 ............................................................................................................................. 20 结束语 ............................................................................................................................................ 21 参考文献 ................................................................................................................................... 21

摘要

本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了220KV的主接线，然后又通过发电机的台数和容量确定了主变压器台数，容量及型号。最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压断路器，隔离开关，母线，绝缘子，进行了选型，从而完成220kV电气一次部分的设计。

关键词：变电站变压器

接线

概述

变电站负荷情况及所址概况

本变电站的电压等级为10.5/220。变电站由4个系统供电，每系统S1为100MVA，容抗为0.1577，4条负荷线路,均为为100km。

该地区自然条件：海拔高度为100米，土壤电阻系数Р＝2.5×104Ω.cm，土壤地下0.8米处温度20℃；该地区年最高温度40℃，年最低温度－25℃，最热月7月份其最高气温月平均34.0℃，最冷月1月份，其最低气温月平均值为－17℃；年雷暴日数为250天。

本设计主要通过分析上述资料，以及通最大持续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选择，进而完成了变电站一次部分设计。

第一章电气主接线设计

现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。

1 运行的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

2 具有一定的灵活性

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。

3 操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

4 经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

5应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。

1.1 220kV电气主接线

由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。220kV采用4回出线数目，200KV的变电站的负荷情况的一类负荷，在任何时候的不允许停电的，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。

根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案，如图1.1及图1.2所示。

图1.1 单母线分段带旁母接线

图1.2 双母线带旁路母线接线

对图1.1及图1.2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-1。

表1-1 主接线方案比较表项目方案技术方案Ⅰ 方案Ⅱ ① 简单清晰、操作方便、① 运行可靠、运行方式灵易于发展活、便于事故处理、易② 可靠性、灵活性差扩建 ③ 旁路断路器还可以代② 母联断路器可代替需替出线断路器，进行不检修的出线断路器工停电检修出线断路器，作

保证重要用户供电 ③ 倒闸操作复杂，容易误操作经济 ① 设备少、投资小 ② 用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资 ① 占地大、设备多、投资大 ② 母联断路器兼作旁路断路器节省投资在技术上（可靠性、灵活性）第Ⅱ种方案明显合理，在经济上则方案Ⅰ占优势。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第Ⅱ种方案为设计的最终方案。

第二章变压器选择

2.1 主变台数、容量和型式的确定 2.2.1变电站主变压器台数的确定

主变台数确定的要求：

对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设多台主变压器的可能性。

考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。故选用四台主变压器，并列运行且容量相等。 2.2.2变电所主变压器容量的确定

主变压器容量确定的要求：

根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级负荷。根据发电机100MW容量的要求故而故选四台120MVA的主变压器就可满足。 2.2.3 变电站主变压器型式的选择

具有2种电压等级的变电站中，主变压器采用双饶组。故本站主变压器选用有载两圈变压器。我国220kV及以上电压变压器绕组都采用Y连接；变压器低绕组都采用?连接。

故主变参数如下：型号电压器组合及分接范围损耗（KW） SSPL-120高压 00/220 220±2×2.5% 低压 10．5 短路电压空载电压连接组标号（%）（%）短路空载14.2 1.26 YN,d11 （%）（%） 101198.2 .5

第三章最大持续工作电流节短路计算

3.1 各回路最大持续工作电流

根据公式 Smax=3UeIgmax （3-1）

式中 Smax ---- 所统计各电压侧负荷容量 Ue ---- 各电压等级额定电压 Igmax ---- 最大持续工作电流 Smax=3UeIgmax

Igmax=Smax/3Ue

120 220kV Igmax=1.053Un=1.052203=0.33KA=330A 3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果

短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3个如图所示。计算结果:(计算过程见附录Ⅰ)

当K1点断路时:

I?=3.916KA

ich=10.652 KA

当K2点断路时:

I?=3.012KA ich=5.908 KA 当K3点断路时:

I?=3.012KA

ich=5.908 KA

第四章主要电气设备选择

电气设备选择的一般原则为：

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.应满足安装地点和当地环境条件校核。 3.应力求技术先进和经济合理。 4.同类设备应尽量减少品种。

5.与整个工程的建设标准协调一致。

6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

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。

1.电压。选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug,即，Umax>Ug

2.电流。选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig ，即Ie>Ig

校验的一般原则：

1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。

2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 3.短路的热稳定条件

td\2222Qd?Q??10td/2?td?QdIIIIrt 12Qdt——在计算时间ts内，短路电流的热效应（KA2S） It——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S） T——设备允许通过的热稳定电流时间（s）校验短路热稳定所用的计算时间Ts按下式计算

t=td+tkd式中td ——继电保护装置动作时间内（S） tkd——断路的全分闸时间（s） 4.动稳定校验

电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是：

??ich?idw

Ich?Idwch

上式中 ichI ——短路冲击电流幅值及其有效值

iIdwdw ——允许通过动稳定电流的幅值和有效值

4.1 高压断路器的选择

高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。

型式选择：

本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。

选择断路器时应满足以下基本要求： 1.在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。

2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。

3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。 4.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。

由此初选

Sw6~220/1200，Ibr=21KA，IN=1200A，imax=55KA，It=21KA(4s)，tg=0.04 ts=0.02，tk=3.2+0.06+0.02=3.28(s)，t1=0.06+0.04=0.10(s)，I=3.915KA I0.2=2.91KA，I0.4=2.66KA，ish=10.652KA 开断能力：I<21KA

动稳定校验：ish=10.652<55KA 热稳定

122222Qk=12(3.915+29.1+2.661)3.27=29.18KAS<21?4?48 KAS

````满足要求

故选Sw6~200/1200型断路器可满足要求电路计算结果 Uns Igmax I`` ish Qk 220KV 330A 3.915KA 10.652KA 29.18 KA2S 项目 UN IN Ibr imax It2t Sw6~200/1200参数 220KV 1200KA 21KA 55KA 212?4 Gw7~200200D参数 220KV 1000A 无 83KA 332?4

4.2 隔离开关的选择

隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。

选择隔离开关时应满足以下基本要求：

1.隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。 2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。

3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。 4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。

5.隔离开关的结构简单，动作要可靠。

6.带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。

又根据最大持续工作电流及短路电流得知隔离开关选用Gw7~200200D可以满足要求。电路计算结果 Uns Igmax I`` ish Qk 220KV 330A 3.915KA 10.652KA 29.18 KA2S 项目 UN IN Ibr imax It2t Gw7~200200D参数 220KV 1000A 无 83KA 332?4

4.3 220KV电压母线和绝缘子的选择

选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容：

⑴、选择母线的材料，结构和排列方式； ⑵、选择母线截面的大小；

⑶、检验母线短路时的热稳定和动稳定；

⑷、对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕； ⑸、对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。

220kV母线一般采用矩形或槽型两种型式。从指导书中根据高电压的要求可以选用矩形铝母线。

（1）按经济电流密度选择母线截面，根据Tmax=5000h，查图3-11，得到J=0.75A/mm2.求得母线经济截面：

Se=IN/J=314.9/0.75=419.89(mm2)

查手册，选用截面为63×6.3=396.9mm2的矩形母线。

按导体平放，其Ial=872A，Kf=1.02，ri=1.68cm，计及温度修正

K??75?34?1.28?1.28?87?1116.775?40 K?IalA

流过母线的最大工作电流

Igmax=1.05In=1.05×314.9=330.6A

故而 Igmax=330.6A＜872A 可满足母线正常发热要求。（2）校验母线热稳定，短路切除时间 tk=3.28s＞1s 周期电流热效应

Qp?1[3.1952?10?2.912?2.6612]?3.2712=29.18KA2?s

短路前母线工作温度

???34?(75?34)?(314.9)?451116.7℃

查表3-2得C=97代入下式可得到热稳定要求的母线最小截面

11Smin?QkKf?29.18?106?1.02?56.24mm2C97

所选用母线截面S=396.9mm2〉〉56.24mm2，满足热稳定要求。（3）校验母线动稳定，依式可得母线系统固有频率：

1.68rf0?112?i??112??1.55?104?148HzL21402 f0=148Hz＞135Hz 故β=1 不考虑母线共振问题。

母线的截面系数及其相间应力

11Ws?b2h??6.32?63?66.15?10?6(m3)66

11f??0.173i2?0.173?10.62?27.77(N/m)sha0.7

???f?10WSL2?127.77?1.42?0.068?106(Pa)12?66.15?10?6

b6.3a?b6.3??0.1??0.09由h63 b?h6.3?63

查图3-4得导体形状系数K=0.4，可求得每相2条之间的电动力

11fc?2.5?10?2Ki2?2.5?10?2?0.4?10.62?178.3(N/m)shb0.063

根据母线额定电压（220kv）和室外装设要求，选绝缘子型号为ZS-220 其抗弯破坏负荷 Fp?2450N(250kg)。

作用在绝缘子上的电动力依式求得

1.4LF?0.173i2ca??0.173?10.62??1?38.87(N)sha0.7

0.6Fp=0.6*2450=1470N ，因母线平放，此时F??F，可以认为F作用在绝缘子帽处。由于F?38.88N??1470N，满足动稳定要求。 4.4 电流互感器的选择

一次回路电压：UN≥UG=220KV

4120000二次回路电流：Im≥Ig.max=3×2203=419.89A

根据以上两项，初选LCW-220(4*300/5)户外独立式电流互感器，其参数如下：

（4?300/5）根据以上三项，初选LCW?220户外独立式电流互感器，其技术

数据如下表所示：

表5-18 LCW-220（4×300/5）参数二次负荷级额定型次准（Ω） 10电流比号组确级次 013%倍数（A）合 .5级级级 LCW4×3-220 00/5 动稳定校验： D/0.5D/D 0.5 D .2 2 14 1S热稳定动稳定 31 .2 0 60 60 2 Im Kdw=2*1200*60=101.81KA >ish=10.65KA 满足动稳定要求。热稳定校验：

（ImKt）=（1200*60）=5184KAS >Qk=29.18 KAS 满足热稳定要求。计算LCW-220(4*300/数据 500) 220KV 220KV 2222UN≥UG Im≥Ig.max 330A 1200A （I2mKt）29,18 KA2S 518 KA2S >Qk 2 Im 10.65KA 101.8KA

Kdw>ish 综合上述，所选LCW-220(4*300/500)满足要求。 4.5 电压互感器的选择

型式: 采用串联绝缘瓷箱式电压互感器，作电压，电能测量及继电保护用。电压：额定一次电压:U1n=220KV U2n=100/3V 准确等级：用于保护，测量，计量用，其准确等级为0.5级，查相关手册，选择PT的型号为:JCC—220。避雷器 FCZ-220 5 载流导体 LG-800铝绞线 4 4.6 各主要电气设备选择结果一览表电气设备主变压器备用变压器高压断路器隔离开关母线绝缘子避雷器回路导体电流互感器电压互感器避雷器载流导体型号

SSPL-12000/220 SSPL-1200/220 SW6-220/1200 GW7-200D

数量 4 1 4 20

规格6.3*63mm2矩形铝母线3

平放 2S-220 12 FCZ-220 LG-800铝绞线 LCW-220 JCC—220 FCZ-220 LG-800铝绞线 6 4 4 4 5 4

附录:Ⅰ 短路电流计算书

（1）等效电路图

（2）等值网络的简化

当K1点断路时:

当K1点短路时，各元件的等值电抗标幺值计算为： UK（%）=14.2

取基准容量为SB=100MW，UN=Uav.n=230KV 则有

Uk(%)SB100S?14.2?100?0.118XT5*=XT6*= XT7*= XT8*=N100?120

XXB0.4?100?100L1*?XL2*?XL3*?XL4*=