以220kV地区变电站设计毕业论文.doc

'以220kV地区变电站设计毕业论文目录摘要IABSTRACTII1引言12电气主接线的设计22.1主接线概述22.2主接线选择的主要原则32.3主接线设计拟定33主变压器的选择73.1主变压器的选择原则与步骤73.1.1主变压器台数的确定原则73.1.2主变压器形式的选择原则73.1.3主变压器容量的确定原则83.2主变压器的计算与选择83.2.1容量计算83.2.2变压器型号的选择94短路电流的计算104.1网络的等值变换与简化104.2短路点的选择与各短路点的短路电流的计算115重要的电气设备选择135.1断路器的选择145.1.1断路器选择原则与技术条件145.1.2断路器型号的选择及校验15 5.2隔离开关的选择175.2.1隔离开关的选择原则及技术条件175.2.2隔离开关型号的选择及校验186方案1与方案5的技术经济比较206.1方案的总投资比较206.2方案的综合投资比较206.3方案的年运行费216.3.1计算年运行费用U216.4最终方案的确定227其它电气设备的选择237.1电流互感器的选择237.1.1220KV进线电流互感器的选择及校验247.1.2变压器110KV电流互感器的选择及校验247.1.3110KV出线电流互感器的选择及校验257.1.4变压器10KV电流互感器的选择及校验267.1.510KV出线电流互感器的选择及校验267.2电压互感器的选择277.2.1220KV母线电压互感器的选择277.2.2110KV母线电压互感器的选择277.2.310KV电压互感器的选择287.3避雷器的选择287.3.1220KV母线接避雷器的选择及校验297.3.2110KV母线接避雷器的选择及校验297.3.310KV母线接避雷器的选择及校验308母线及电缆的选择及校验318.1220KV导线的选择及校验318.2.1110KV母线的选择及校验31 8.2.2110KV侧进线328.2.3110KV侧出线328.310KV母线及导线选择及校验328.3.110KV母线的选择及校验328.3.210KV侧进线338.3.310KV侧出线338.4电抗器的选择338.5支持绝缘子及穿墙套管的选择348.5.1支持绝缘子和穿墙套管的选择结果349电气总平面布置配电装置的选择369.1概述369.1.1配电装置特点369.1.2配电装置类型及应用369.2配电装置的确定379.3电气总平面布置389.3.1电气总平面布置的要求389.3.2电气总平面布置3810防雷保护设计3910.1避雷针的作用3910.2避雷针的设计3910.2.1四支避雷针的保护范围及计算公式3910.2.2本所避雷针的设计过程4011接地网的设计4211.1设计说明4211.2接地体的设计4211.3典型接地体的接地电阻计算4211.4接地网设计计算43 结论45参考文献46致谢47 1引言毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严格的要求。使我们综合能力有一个整体的提高。它不但使我们巩固了本专业所学的专业知识，还使我们了解、熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则以及各种图形、符号。它将为我们以后的学习、工作打下良好的基础。电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任。220kV变电站电气部分设计使其对变电站有了一个整体的了解。该设计包括以下任务：1、主接线的设计2、主变压器的选择3、短路计算4、导体和电气设备的选择5、所用电设计6、防雷接地设计7、配电装置设计。47 2电气主接线的设计2.1主接线概述变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。因此，必须处理好各方面的关系。我国《变电所设计技术规程》SDJ2-79规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。一、可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。主接线可靠性的具体要求：（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。二、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。（1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；（2）为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；（3）为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。三、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。（1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；47 （2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。（3）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。2.2主接线选择的主要原则1）变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系统中的地位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。2）变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出故障时应处理的要求。3）各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。4）近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。5）在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。2.3主接线设计拟定本设计为一个220kV降压变电站一次系统,此变电站有三个电压等级：高压侧电压为220kV,有2回出线；中压侧电压为110kV,有4回出线；低压侧电压为10kV,有10回出线。高压侧是2回出线，可选择线路变压器组，双母线接线，桥型接线。中压侧有4回出线，可选择双母线接线，单母分段接线。低压侧有10回出线，可选择单母分段、双母线接线。在比较各种接线的优缺点和适用范围后，提出如下五种方案方案一：220kV侧内桥接线，110kV侧单母分段接线，10kV侧单母分段接线。方案主接线图如下图2-1：47 图2-1方案一主接线方案二：220kV侧双母线接线，110kV侧双母线接线，10kV侧单母分段。方案主接线图如下图2-2：图2-2方案二主接线方案三：220kV侧双母线接线，110kV侧双母线接线，10kV侧双母线接线。方案主接线图如下图2-3：图2-3方案三主接线47 方案四：220kV侧双母线接线，110kV侧单母分段接线，10kV侧双母线接线。方案主接线图如下图2-4：图2-4方案四主接线方案五：220kV侧内桥接线，110kV侧双母线接线，10kV侧双母线接线。方案主接线图如下图2-5：图2-5方案五主接线内桥接线：该接线形式所用断路器少，四个回路只需三个断路器，具有可观的经济效益。连接桥断路器接在线路断路器的内侧。因此，线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但是当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障的运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换，因此，系统中应用内桥接线较多，以利于线路的运行操作。双母线接线：优点，供电可靠.47 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，检修任一回路母线的隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其他线路均可通过另一组母线继续运行。调度灵活，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化地需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式，扩建方便。缺点，增加一组母线和多个隔离开关，一定程度上增加一次投资.当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。单母分段接线：使得重要用户可从不同线分段引出两个回路，使重要用户有两个电源供电。单母线分段接法可以提供单母线运行，各段并列运行，各段分列运行等运行方式，便于分段检修母线，减小母线故障影响范围。任一母线发生故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正确母线继续运行。通过分析原始资料，可以知道该变电站在系统中的地位较重要,年运行小时数较高,因此主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性。根据以上各个方案的初步经济与技术性综合比较，兼顾可靠性，灵活性，我选择方案一与方案五，待选择完电气设备后再进行更详尽的技术经济比较来确定最终方案。47 3主变压器的选择在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。3.1主变压器的选择原则与步骤3.1.1主变压器台数的确定原则为保证供电的可靠性，变电站一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。当只有一个电源或变电站的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电站，根据工程的情况，应装设2～4台主变。当变电站装设两台变压器的时候当一台停运时，一台检修时，另一台应该能够70%以上的负担。3.1.2主变压器形式的选择原则47 （1）220kV主变一般采用三相变压器。（2）当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。（3）具有三个电压等级的变电站，一般采用三绕组变压器。3.1.3主变压器容量的确定原则（1）为了准确选择主变的容量，要绘制变电站的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电站的年、日最高负荷和平均符合。（2）主变容量的确定应根据电力系统5～10年发展规划进行。（3）变压器最大负荷按下式确定：（3-1）式中——负荷同时系数；——按负荷等级统计的综合用电负荷。对于两台变压器的变电站，其变压器的容量可以按下式计算：（3-2）3.2主变压器的计算与选择3.2.1容量计算在《电力工程电气设计手册》可知：装有两台及以上主变压器的变电所中，在断开台主变时，其余主变压器的容量应能保证用户的一级和二级负荷，其主变压器容量应满足“不应小于70%--80%的全部负荷”。已知110kV侧最大负荷110MW,cos=0.8,10kV侧最大负荷为10MW,cos=0.8，由计算可知单台主变的最大容量为：S总=(110+10)/0.8=150MVASN=0.6*150=90MVA47 结论：选择两台120MVA的变压器并列运行。3.2.2变压器型号的选择因为本次设计中有三个电压等级，且当变压器最小负荷侧通过的容量小于主变容量的15%时，宜选用双绕组变压器。因为：S110/S220=(110/0.8/2)/90=76.4%>15%，所以本设计用三绕组有载调压降压变压器，绕组排列顺序为（由内向外）：10kV、110kV、220kV。综上所述：三、所选主变型号：SFPSZ7-120000/220额定容量：120000（kVA）额定电压：高压—220±8×1.25%；中压—115kV；低压—10.5（kV）连接组标号：YN，yn0，d11空载损耗：90(kW)负载损耗：425（kW）阻抗电压（%）：13.3/23.5/7.7空载电流（%）：0.8%调压方式：有载调压47 4短路电流的计算4.1网络的等值变换与简化方案C与方案D的短路计算的系统化简阻抗图及各阻抗值，短路点均一样。1）系统阻抗图（图4-1）图4-1系统阻抗图因为两主变压器型号一样，因此两变压器的中间点等电位，用导线连起来，其转化图如图4-2图4-2系统阻抗转化图47 4.2短路点的选择与各短路点的短路电流的计算选d1,d2,d3为短路点进行计算。已知，由SB=100MVA,UAV=230kV，基准电流：Ib=0.251kA，短路电流Id*=35系统短路电抗又由所选的变压器参数阻抗电压：13.3%(高-中23.5%(高-低)，7.7%（中-低）算得UK1%=1/2[U(1-2)%+U(1-3)%-U(2-3)%]=14.55UK2%=1/2[U(1-2)%+U(2-3)%-U(1-3)]=-1.25UK3%=1/2[U(1-3)%+U(2-3)%-U(1-2)%]=8.95主变容量为120MVA，标幺值：=UK1%/100×(/SN)=0.1212=UK2%/100×(/SN)=-0.0104=UK3%/100×(/SN)=0.0746因为小于零，所以在计算中取零。简化后的阻抗图如图4-3：图4-3系统阻抗简化图（1）当d1点短路时：计算电抗Xjs*1=0.029短路电流周期分量标幺值Id*=35100/（×230）=0.251(kA)47 短路电流周期分量有效值d1=I″d1*×Ib=35×0.251=8.785(kA)t=∞时的稳态电流I∞=d1=8.785(kA)短路电流冲击值Ich=Kch×d1=22.360(kA)（110kv及以上网络Kch取1.8）短路容量S∞=Ub1×I∞=MVA（2）当d2短路时：计算电抗Xjs*2=0.1502短路电流周期分量标幺值Id*=1/0.1502=6.6578=S/Ub2=100/（×115）=0.502(kA)短路电流周期分量有效值d2=I″d2*×Ib=6.6578*0.502=3.3422(kA)t=∞时的稳态电流I∞=d2=3.3422(kA)短路电流冲击值Ich=Kch×d2=8.5066(kA)短路容量S∞=Ub2×I∞=665.699MVA（3）当d3点短路时：计算电抗Xjs*3=0.2248短路电流周期分量标幺值Id*=1/0.2248=4.4484=S/Ub3=100/（×10.5）=5.5(kA)短路电流周期分量有效值d3=I″d3*×Ib=4.4484*5.5=24.4662(kA)t=∞时的稳态电流I∞=d3=24.4662(kA)短路电流冲击值Ich=Kch×d3=62.2713(kA)短路容量S∞=Ub3×I∞=444.9423MVA表4-1短路计算成果表短路点基准电压（kV）短路电流(kA)冲击电流(kA)短路容量(MVA)f-12308.78522.3603499.69f-21153.34228.5066665.699f-33724.466266.2713444.942347 5重要的电气设备选择本设计中，电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择[4]。尽管电力系统中各种设备的工作和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验人稳定和动稳定。一．按正常工作条件选择电气设备1）电器选择的一般原则（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）应按当地环境条件校核。（3）应力求技术先进和经济合理。（4）与整个工程的建设标准应协调一致。（5）同类设备应尽量减少品种。（6）选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。2）额定电压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，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。因此，在电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择。即≥(5-1)3）额定电流电气设备的额定电流是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。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，即：≥(5-2)4）环境条件对设备选择的影响当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。5）机械荷载所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。二．按短路状态校验1）校验的一般原则47 （1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。（2）用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。2）短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件。≥(5-3)式中：—短路电流产生的热效应、t—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间3）电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为：≥(5-4)式中：—短路冲击电流幅值—电气设备允许通过的动稳定电流幅值4）短路计算时间验算热稳定的短路计算时间为继电保护动作时间和相应断路器的全开断时间之和，即：＝＋(5-5)一般取保护装置的后备保护动作时间5）绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。5.1断路器的选择5.1.1断路器选择原则与技术条件在各种电压等级的变电站的设计中，断路器是最为重要的电气设备。高压断路器的工作最为频繁，地位最为关键，结构最为复杂。在电力系统运行中，对断路器的要求是比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。47 高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或电路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油断路器、少油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器等。断路器型式的选择，除应满足各项技术条件和环境外，还应考虑便于施工调试和维护，并以技术经济比较后确认。目前国产的高压断路器在110kV主要是少油断路器。断路器选择的具体技术条件简述如下：1）电压：（电网工作电压）。(5-6)2）电流：（最大持续工作电流）。(5-7)由于高压断路器没有持续过载的能力，其额定电流取最大工作持续电流。3）开断电流（或开断容量）（或）(5-8)式中——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；——断路器t秒的开断容量；——断路器的开断容量；——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。固有分闸时间查阅《发电厂电气部分课程设计参考资料》表5-25～5-29。4）动稳定：(5-9)式中——三相短路电流冲击值；——断路器极限通过电流峰值。5）热稳定：(5-10)式中——稳态三相短路电流；——短路电流发热等值时间（又称假想时间）；——断路器t秒热稳定电流。其中，由和短路电流计算时间t，从《发电厂电气部分课程设计参考资料》图5-1中查出短路电流周期分量等值时间，从而算出。5.1.2断路器型号的选择及校验47 （1）电压选择220kV侧：=220kV110kV侧：=110kV10kV侧：=10kV（2）电流选择：220kV侧：Ig.max=1.05*Sn/(*Un)=1.05*120000/(*220)=330.664A330.664A110kV侧：Ig.max==Pmax/(*Un*cos)=110000/(*110*0.8)=721.688A721.688A10kV侧：Ig.max==Pmax/(*Un*cos)=10000/(*10*0.8)=721.688A721.688A（3）开断电流：220kV侧：=8.785kAMVA110kV侧：=3.3422kA665.699MVA10kV侧：=24.4662kA444.9423MVA（4）最大短路冲击电流：220kV侧：=22.360kA110kV侧：=8.5066kA10kV侧：=62.2713kA根据以上数据，选定断路器如下：1）220kV侧选定为SW4-220/1000.各项技术数据如下：额定开断电流：18.4kA极限通过电流（峰值）：55kA额定开断容量：7000MVA热稳定电流（5s有效值）：21kA2）110kV侧选定为SW3-110/G/100各项技术数据如下：额定电压：110kV额定电流：1200A额定断路开断电流：15.8kA额定开断容量：3000MVA极限通过电流（峰值）：41kA热稳定电流（5有效值）：15.8kA47 3）10kV侧选定为SN10-10.各项技术数据如下：额定电压：10kV额定电流：1000A额定开断电流：28.91kA极限通过电流（峰值）：74kA额定开断容量：500MVA热稳定电流（4s有效值）：28.9kA校验：1）满足动稳定，即2）满足热稳定，即Ix2.tdzIt2·t其中=tz+0.05β″（1）220kV侧=22.360kA=55kA<，满足动稳定；=tz+0.05当取5s时,=4.4+0.05=4.45It2t=212×5显然：<，所以满足热稳定。（2）110kV侧=8.5066kA=41kA<，满足动稳定；=tz+0.05当取5s时,=4.4+0.05=4.45It2t=15.82×5显然：<，满足热稳定。（3）10kV侧=62.2713kA=74kA<，满足动稳定;=tz+0.05当取4s时,=3.4+0.05=3.45It2t=28.92×4显然：<，满足热稳定。5.2隔离开关的选择5.2.1隔离开关的选择原则及技术条件隔离开关形式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等要素，进行综合的技术经济比较然后确定。其选择的技术条件与断路器的选择的技术条件1）、2）、3）、4）相同。隔离开关也是发电厂和变电所常用的电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。47 隔离开关的类型很多，按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式。它对配电装置的布置和占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。本设计220kV、110kV侧为屋外布置，10kV为屋内布置。隔离开关的技术条件主要包括以下几项：1）电压：(5-11)2）电流：(5-12)3）动稳定校验：(5-13)4）热稳定校验：Itt(5-14)5.2.2隔离开关型号的选择及校验根据短路电流计算结果及选择要求，选定设备如下：（1）220kV侧选定为GW6-220G，各项技术数据如下：额定电压：220kV额定电流：1000A热稳定电流（5s有效值）：21kA动稳定电流（峰值）：50kA（2）110kV侧选定设备为GW4-110G,各项技术数据如下：额定电压:110kV额定电流：1000A热稳定电流（5s）：21.5kA动稳定电流（峰值）：80kA（3）10kV侧选定设备为GN1-10,各项技术数据如下：额定电压：10kV额定电流：1000A热稳定电流（5s）：26kA动稳定电流（峰值）：80kA校验1）满足动稳定，即ichimax2）满足热稳定，即Ix2.tdzIt2·t其中=tz+0.05（1）220kV侧=22.360kAimax=50kAτ10所以τ＝5250h由以上数据可算出△A：运行费用：6.4最终方案的确定综上所得，Z5＞Z1，U5＞U1，方案一在经济上比方案五优越；在可靠性上，方案一中、低压侧采用单母线分段接线，能保证系统的需要，达到供电和检修乃至故障时仍可达到供电的要求。因此选择方案一作为主接线方案。47 7其它电气设备的选择7.1电流互感器的选择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，一般用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量釆用套管式电流互感器。电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种。一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距离控制室较远时，亦可考虑用1A。（1）一次额定电流的选择：当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表有最佳工作，并在过负荷时，使仪表有适当的指示。电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择。电缆式零序电流互感器窗中应能通过一次回路的所有电缆。当保护和测量仪表共用一组电流互感器时，只能选用相同的一次电流。（2）一次回路电压：Ug≤Un(7-1)Ug为电流互感器安装处一次回路的工作电压，Un为电流互感器额定电压。（3）一次回路电流；Ig·max≤I1n(7-2)Ig·max为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流，I1n为电流互感器原边额定电流。当电流互感器使用地点环境温度不等于+40℃时，应对I1n进行修正。修正的方法与断路器In的修正方法相同。（4）准确级的选择：电流互感器应在那一准确等级下工作，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的要求确定。用于电能测量的互感器准确级：0.5功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级；2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器；一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。在电流互感器二次回路，需先知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记来选择。47 （5）热稳定校验:电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流I1n来校验：(I1n×Kt)²≥I∞²tdz，(7-3)Kt---CT的1s热稳定倍数。（6）动稳定校验：内部动稳定可用下式校验：I1nKdw≥ich(7-4)I1n---电流互感器的一次绕组额定电流（A）ich---短路冲击电流的瞬时值（KA）Kdw---CT的1s动稳定倍数。7.1.1220kV进线电流互感器的选择及校验1．一次回路电压：因为Ug=220kVUn=2200kV所以Ug=Un2．一次回路电流：Ig.max=393.648A查表，LCW－220(4300/5)户外独立式电压互感器：主要技术参数为：额定电流4×300/5A，级次组合为0.5/D或D/D，准确极次为0..5或D,1S热稳定倍数为60，动稳定倍数为60。3．动稳定：ich≤ImKdwImKdw=×1200×60=101.81kAich=22.360kA显然ichkUxg(2)工频放电电压下限：Ugfx≥3.5UxgUgfx=26kV3.5Uxg=3.5×10/=20.207kV所以Ugfx>3.5Ux47 8母线及电缆的选择及校验导体选择的一般要求：裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择和校验。工作电流；电晕（对110kV级以上电压的母线）；稳定性和机械强度；热稳定性；同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，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，其截面一般按经济电流密度选择。一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。110kV及以上高压配电装置一般采用软导线。8.1220kV导线的选择及校验导线上的最大持续工作电为：任务书给出的钢芯铝绞线LGJ-240,载流量为655A>629.84A，满足条件。8.2.1110kV母线的选择及校验母线上的最大持续工作电为：按Tmax=6500h/a，查145页表5-18，可得经济电流密度J=0.9A/mm2则母线经济截面为：S=Ig.max/J=721.69/0.9=801.87mm2查矩形铝导体长期允许载流量表，应选（63*6.3）型双条平放矩形铝导体。它在综合修正系数K=1.00故可满足长期发热要求，热稳定检验：为短路电流等值时间，=4.4+0.05=4.45s47 查发电厂电气部分表C=87，满足热稳定要求的最小截面为能满足短路热稳定要求。8.2.2110kV侧进线导线经济截面积选用LGJ-400/20型导线热稳定检验：根据热稳定决定的导体最小允许截面积能满足短路热稳定要求8.2.3110kV侧出线选用LGJ-210/10型导线热稳定校验：能满足短路热稳定要求8.310kV母线及导线选择及校验母线上的最大持续工作电为：按Tmax=4500h/a，查145页表5-18，可得经济电流密度J=1.08A/mm2则母线经济截面为：S=Ig.max/J=721.69/1.08=668.23mm28.3.110kV母线的选择及校验查矩形铝导体胀气允许载流量表，应选（63*6.3）型双条平放矩形铝导体。它在综合修正系数K=1.00故可满足长期发热要求，热稳定检验：为短路电流等值时间，=4.4+0.05=4.45s47 查发电厂电气部分表C=87，满足热稳定要求的最小截面为能满足短路热稳定要求。8.3.210kV侧进线选用LGJ-400/20型导线能满足热稳定要求8.3.310kV侧出线选用粘性纸绝缘导体截面为70mm的常用铅芯电力电缆直埋地下热稳定校验：能满足短路热稳定要求8.4电抗器的选择10kV=Ug30m时，p=5.5/；若h>120m，暂按h=120m计算。2.两支等高避雷针的保护范围：1）两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定；2）两针间的保护最低点高度h，按下式计算：h0=h-D/7p式中：h0-----------两针间保护最低点的高度（m）；D-----------两针间的距离（m）。3）两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度bx按下式计算：47 当hx≥h0/2时，bx=h0-hx；当hx30m，所以p=p=5.5/=0.79，故：rx=（1.5h-2hx）×p=（1.5×49-2×20）×0.79=26.465(m)D12=93m,D23=67.5m,D34=93m,D41=67.5m,D13=115m1）对于避雷针1，2，3针的保护范围：两针距离D12=93，1,2两针间的保护最低点高度：47 h（1-2）=h-D/7p=49-93/7×0.79=32.18m两针间10m水平面上保护范围的一侧最小宽度：bx（1-2）=h（1-2）-hx（1-2）=32.18-10=12.18m同理：h（2-3）=h-D/7p=49-67.5/7×0.79=36.79mbx（2-3）=36.79-20=16.79mh（1-3）=h-D/7p=49-115/7×0.79=28.2mbx（1-3）=28.2-20=8.2m12.2812.216.798.2m16.79115m10-3避雷针保护范围图47 11接地网的设计11.1设计说明变电站需要有良好的接地装置，以满足工作安全和防雷保护接地要求。一般做法是根据安全和工作接地的要求，敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接地体，以满足防雷接地的要求。总的接地电阻为水平接地体接地电阻和垂直接地体接地电阻的并联等效阻值。一般要求总的接地电阻,才能保证运行的安全。11.2接地体的设计工程实用的接地体主要由扁钢、圆钢、角钢或钢管组成，埋入地表下0.5—1m。水平接地体多用扁钢，宽度一般为20—40mm，厚度不小于4mm，或者用直径不小于6mm的圆钢。垂直接地体一般用（--）或钢管，长度一般为2.5m。11.3典型接地体的接地电阻计算1）、垂直接地体：（11-1）式中：l是垂直接地体长度（m）;d是接地体直径（m）；（当采用扁钢时d=b/2,b为扁钢的宽度;当采用等边角钢时d=0.84b,b是角钢每边宽度）是土壤电阻率（Ωm）。当有n根垂直接地体时，总接地电阻可按并联电阻计算：（11-2）式中：称为利用系数，它表示由于电流互相屏蔽而使接地体不能充分利用的程度，一般为0.65—0.8。47 2）水平接地体：（11-3）式中：L是接地体的总长度（m）;h是接地体埋设深度（m）；d是接地体的直径或等效直径；A是接地体的形状系数，其数值如下表11-1。表11-1屏蔽影响系数表序号12345678接地体形式屏蔽系数00.3780.8670.482.141.695.278.8111.4接地网设计计算本次设计采用先在地下深为h的水平面上敷设方格形状的水平接地体，如图11-1所示：（俯视图）图11-1接地网俯视图47 调整水平接地体的间距可以改变水平接地电阻的阻值，然后再在两水平接地体的相交处敷设垂直接地体，如图11-2所示（侧视图）设水平接地体的间距为4m，则应敷设水平接地体[93/4]×[67.5/4]=23×16格（[]为取整符号），需要24*17根接地体，由于23×4=92<93,16×4=64<67.5，所以接地网比变电站小一点。水平接地体埋设深度取h=0.8m,采用宽度为30mm,厚度为4mm的扁钢；垂直接地体采用40×40×4mm的钢管，长度为2.5m，图11-2接地体侧视图垂直接地体的电阻阻值：水平接地体的电阻值：L=（23*17+24*16）×4=3100m取A=1.69得：总的接地电阻阻值为以上两个电阻的并联：满足要求。当间距取5m时算得不符合要求，若间距取得比4m小，则不符合经济性的要求，所以取4m最好。47 结论掌握了变电所电气一次系统的运行原理，并根据常规变电所的设计要求与步骤，完成了220kV降压变电所电气一次系统设计，内容包括电气主接线的选择与论证，主变压器的选择，短路电流的计算，电气设备的选择，配电装置设计和总平面布置，防雷及接地系统设计。另外，根据设计数据，绘制了电气主接线图一张，电气总平面布置图一张，配电装置断面图两张（220kV，110kV），防雷接地图一张。本毕业设计的最终方案的可靠性较高，选用的设备也较多，因此在经济性方面可能不尽人意，适合灵活性和可靠性要求比较高的区域。另外，因为所获取的资料有限，本设计方案间的经济比较只能是粗略的比较，因此导致对于方案的可靠性与经济性的平衡方面考虑得欠缺。在以后的学习设计中，根据实际的情况和设备的选择搭配，采取更为充分有效的方法来进行比较，尽可能的满足变电所的技术经济平衡。47 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