变电站设计第二组220

'机械交通学院课程设计说明书题目10.5/220KV发电厂设计学院机械交通学院专业电气工程及其自动化班级电气082班姓名梁泽慧学号083736206指导教师李春兰、艾海提、石砦职称教授2011年12月20日-26- 目录摘要1前言21.变电站各类情况32.变电站负荷情况41电气主接线设计41.1主接线选择理由41.2主接线方案比较42变压器选择62.1主变台数、容量和型式的确定62.2.1变电所主变压器台数的确定62.2.2变电所主变压器容量的确定62.2.3变电站主变压器型式的选择73最大持续工作电流节短路计算73.1各回路最大持续工作电流73.2短路电流计算点的确定73.3短路电流计算结果74主要电气设备选择84.110.5KV与220KV母线的选择及校验94.2断路器与隔离开关的选择及校验104.3互感器的选择及校验114.4导线的选择114.5熔断器的选择114.6绝缘子的选择及校验114.7各主要电气设备选择结果一览表125结论14谢辞16参考文献19主接线图22附录I23附录Ⅱ24-26- 10.5/220KV发电厂设计梁泽慧摘要：本文设计变电站，是对城市一类负荷供电，经过多方面的考虑确定了一套最佳的方案，完成了主接线部分的要求，在设计的过程中，需要满足灵活性，可靠性，安全线，以及维护和检修方面。利用最大运行方式下计算出短路电流，根据短路电流确定保护器件。关键词：变压器；短路电流；电气设备选择10.5/220KVPowerplantdesignLiangzehuiAbstract:thepaperpresentsthedesignoftransformersubstationistothecitykindofloadpowersupply,aftermanyconsidersureasetofbestplan,completedtheLordwiringapartoftherequest,inthedesignprocess,needtomeetflexibility,reliability,safety,andmaintenanceandrepair.Usemaximumoperationunderwaytocalculatetheshort-circuitcurrentaccordingtoshort-circuitcurrentsureprotectiondevices.Keywords:transformer；Short-circuitcurrent；Electricalequipmentselection-26- 前言变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。现在，我国电力工业已经进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化发展的新时期。随着我国经济的蓬勃发展，电网的规模越来越大，电压越来越高，电网调度、安全可靠供电要求以及经济运行和管理水平都形成了一种新的格局。利用微机实施监控取代常规的控制保护方式，实现变电所的综合自动化，进而施行无人值班，已成为各级电力部门的共识。在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电所采用了自动化技术实现无人值班,而且在110kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术,从而大大提高了电网建设的现代化水平,增强了输配电和电网调度的可能性,降低了电站建设的总造价,这已经成为不争的事实,也是目前变电所建设的主要模式。可见，变电所综合自动化技术取得了长足的进展，同时已成为我国电力工业推行技术进步的重点之一。如何合理的设计一个变电所，使之在技术上、管理上适应电力市场化体制和竞争需要，促使电网互联范围的不断扩大，是这次设计的主要目的。1.变电站各类情况变电站的作用是变换电压等级，汇集电流，分配电能，控制电能的流向，调整电压。对于升压220kV变电站而言，则对用户的远程输送而设计的。升压变电站可以提高供电水平。同时和其他地区变电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性，增加其灵活性与和维护性。本变电站的一些要求：一次侧电压：10.5KV二次侧电压：220KV主变压器：3120MVA备用变压器：互为备用电压器系统的容量：150MVA负荷功率因数：架空电力线路：LGJQ-400L=10km2.变电站负荷情况该地区自然条件：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负荷资料，以及通过负荷计算，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。1.电气主接线设计1.1主接线方案的选择理由-26- 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。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。1.2主接线方案比较：方案一：简单清晰、操作方便、易于展,可靠性、灵活性差,旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电设备少、投资小,-26- 用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资。方案二：运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建,母联断路器可代替需检修的出线断路器工作倒闸操作复杂，容易误操作,且占地大、设备多、投资大,母联断路器兼作旁路断路器节省投资方案三：功能健全，供电质量有保证，目的性强，有良好的保护措施，承载负荷大，有利于长期大功率的传输。但是经济性不是很好，需要的母线太多，隔离开关与断路器也较多，增加了维护的灵活性。在技术上（可靠性、灵活性）第二种方案明显合理，在经济上则方案一占优势，而第三种方案是功能上占优势，可是其经济性不好。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，决定选第二种方案为设计的最终方案。2.变压器选择2.1主变台数、容量和型式的确定主变台数：3台备用台数：互为备用容量:120MVA型式：SFP7-120000/2202.2.1变电所主变压器台数的确定主变台数确定的要求：1.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。2.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带主变的方式。故选用三台主变压器，一台备用变压器，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：1.主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。则留有30%的扩展容量。2.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150MW容量的要求故而故选三台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双绕组变压器。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。-26- 表1-1主变参数如下：额定容量(MVA)高压(KV)低压(KV)空载损耗（KW）负载损耗（KW）阻抗电压(%)空载电流（%）12022010.5118385130.93.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（3-1）式中----所统计各电压侧负荷容量----各电压等级额定电压----最大持续工作电流（3-2）基准电压：基准容量：低压侧(10.5kV):（3-4）高压侧(220kV):（3-5）3.2短路电流计算点的确定短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。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。-26- 图1-1为短路点K1，K2，K3图1-2为短路点的等值电路图每公里线路的电阻为：（3-6）每公里电力线路的电抗为：（3-7）-26- 线路电抗标么值：（3-8）变压器电抗标么值：发电机电抗标么值：（3-10）3.2.1当K1点出现短路时:图1-3等值电路如下时间常数：Ta=0.05s冲击系数：则：系统的转移电抗为：（3-11)d1点次暂态电流：(3-12)d1点短路冲击电流:（3-13）d1点短路冲击电流的有效值：（3-14）-26- d1点处的短路容量：（3-15）3.2.2当K2点出现短路时:图1-4等值电路如下系统的转移电抗为:（3-16）d2点次暂态电流：（3-17）d2点短路冲击电流:（3-18）d2点短路冲击电流的有效值:(3-19)d2点处的短路容量：(3-20)3.2.3当K3点出现短路时:图1-5等值电路如下系统的转移电抗为:(3-21)d3点次暂态电流：(3-22)-26- d3点短路冲击电流:(3-23)d3点短路冲击电流的有效值:(3-24)d3点处的短路容量：(3-25)3.3短路电流计算结果表1-2短路点计算结果短路点次暂态电流(KA)冲击电流(KA)冲击电流的有效值(KA)短路容量(MVA)K1K2K36.12177.95229.1015.58452.98583.219.30270.48348.2323323236.304166.53注：此表为最大运行方式下的短路点参数表1-3短路点计算结果短路点次暂态电流(KA)冲击电流(KA)冲击电流的有效值(KA)短路容量(MVA)K1K2K3392177.95229.109.98452.98583.2115.96270.48348.2314943236.304166.53-26- 注：此表为最小运行方式下的短路点参数小结：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校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住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断路器跳闸。4.主要电气设备选择4.110.5kV侧母线选择选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容：（1）选择母线的材料，结构和排列方式；（2）选择母线截面的大小；（3）检验母线短路时的热稳定和动稳定；（4）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；（5）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。4.1.1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：（4-1）查手册，选用截面为63×6.3=396.9mm2的矩形铝母线。按导体平放，其Ial=872A，Kf=1.02，ri=1.46cm，L=120cm形状系数K=0.4相间距a=0.7m（4-2）（4-3）流过母线的最大工作电流（4-4）可满足母线正常发热要求。4.1.2验母线热稳定短路切除时间tk=tp+tb=1+0.2=1.2s（保护tp=1s,全分闸时间tb=0.2s）为tk>1s不用考虑非周期分量热效应-26- 周期电流热效应：（4-5）短路前母线工作温度（4-6）查表3-2得C=87下式可得到热稳定要求的母线最小截面（4-7）所选用母线截面S=1099.7mm2〉〉921.5mm2满足要求。4.1.3校验母线动稳定，依式可得母线系统固有频率：（4-8）f0=176Hz＞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（4-9）（4-10）（4-11）由(4-12)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(4-13)4.2220侧母线选择：220KV母线由两个系统供电，其电流应为两个变压器的有功功率和无功功率算，对变压器T:有功功率：P1=P2=P3=UICOSψ=0.3152200.8=55.4MVA无功功率：Q1=Q2=Q3=UISinψ=51.876MVA母线容量S:P=P1+P2+P3=166.2MW,Q=Q1+Q2+Q3=124.7MVAS=(4-14)母线额定电压(4-15)-26- 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=0.75kA/mm2.求得母线经济截面：(4-16)查手册，选用截面为10010=1000的矩形铝母线。按导体平放，其Ial=1663A，Kf=1.08，ri=2.4cm，L=140cm(4-17)流过母线的最大工作电流Igmax=1.05In=1.05×680=714AIgmax=714A＜1579.8A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=tp+tb=1+0.2=1.2s（保护tp=1s,全分闸时间tb=0.2s）(4-18)为tk>1s不用考虑非周期分量热效应周期电流热效应：(4-19)短路前母线工作温度(4-20)查表3-2得C=91下式可得到热稳定要求的母线最小截面(4-21)所选用母线截面S=906.7mm2〉〉89.2mm2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：(4-22)f0=212.6Hz＞135Hz故β=1不考虑母线共振问题。图表4-1母线选型结果项目型号条数及放置母线类型Kf10.5kV侧母线单条平放矩形铝母线1.02872220kV侧母线10010单条平放矩形铝母线1.0816634.2断路器的选择：4.2.1断路器:Qf1、Qf2、Qf3.的选择:-26- 由Un=220KV，Ig=0.40KA;查表使用：SW-6(2201200)断路器。断路器的各项数据：In=31.5KA,Ibr=21KA,It=21KA(4s),Imax=55KA,tb=0.04s,tp=0.2s其中220KV侧Iimp=30.3KA,Ish=50.5KA.校验开断能力t1=tp+tg＞0.1s则Ikt=Iimp0.1s故Ikt=Iimp=98.8KAUNs>0.9UN1式中UN1—电压互感器一次侧额定电压。选择时，满足UN1=UNs即可。（2）互感器二次侧额定电压的选择电压互感器二次侧额定线间电压为100V，要和所接用的仪表或继电器相适应。（3）电压互感器种类和型式的选择-26- 电压互感器的种类和型式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在6~35kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式；110~220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；220kV及其以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。（4）准确级选择和电流互感器一样，供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。（5）按准确级和额定二次容量选择首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级额定容量。有关电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择。一般供功率测量、电能测量以及功率方向保护用的电压互感器应选择0.5级或1级的，只供估计被测值的仪表和一般电压继电器的选用3级电压互感器为宜。电压互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级）SN2，应不小于S2，即SN2≥S2=式中S0、P0、Q0—各仪表的视在功率、有功功率和无功功率。cos—各仪表的功率因数。（1）计算得10.5kv处，互感器一次侧额定电压用于测量的准确级选择为0.5。用于继电保护的准确级为3.0初选为JSJW-15测量用SN2≥S2<满足二次负荷的校验。保护用SN2≥S2==SN≥S2134.4<480满足二次负荷校验（2）计算得220kv处互感器一次侧额定电压用于测量的准确级选择为1.0。用于继电保护的准确级为3.0初选为JCC2-220TH型号用于测量SN2≥S2=满足二次负荷的校验SN2≥S2=2满足二次负荷的校验电压互感器的结果如下表：表4-5电压互感器参数10.5kv测量10.5kv保护220KV测量220KV保护用-26- 型号JSJW-15一次线圈15/KV二次线圈0.1/KV准确级数0.5二次额定容量120MVA最大容量960MVA型号JSJW-15一次线圈15/KV二次线圈0.1/KV准确级数3.0二次额定容量480MVA最大容量960MVA型号JCC2-220TH一次线圈220/KV二次线圈0.1/KV准确级数1.0二次额定容量1000KA最大容量2000MVA型号JCC2-220TH一次线圈220/KV二次线圈0.1/KV准确级数3.0二次额定容量1000MVA最大容量2000MVA4.4导线的选择导线的作用是传输电能。根据本次设计要求选择型号为LGJQ-400的导线其中数据为X/=0.1445导线选择需考虑电晕现象对电力输送的影响据如下公式计算电晕临界相电压得出满足要求在正常情况下晴天时电力线路不会出现电晕现象.故所选导线符合要求。小结：选择需要考虑输送电压以及当地气象情况等许多复杂的情况我们大多考虑的理想情况实际上这也许会复杂一些。4.5熔断器的选择熔断器是用于保护短路和过负荷的最简单的电器。但其容量小，保护特性较差，一般仅适用于35KV及以下电压等级，在发电厂中主要用于电压互感器短路保护。一般选用型。表1-3限流式熔断器参数表型号额定电压（KV）额定电流（A）最大开断容量（MVA）最大切断电流（有效值）KA最小切断电流或过电压倍数-26- 100.5100050,28,170.6~1.8(A)小结：熔断器内装有石英砂，短路时熔丝熔化后渗入石英砂夹缝中迅速冷却，使电弧熄灭非常迅速，在短路电流尚未达到其最大值之前就能熔断并灭弧，这种熔断器称作限流式熔断器。用这种限流式熔断器保护的电压互感器，可不校验动稳定和热稳定。4.6绝缘子的选择及校验4.6.1低压侧（10.5KV）：根据一次侧的额定电压（10.5KV）和屋内装设的要求，选用ZND-10型支柱绝缘子，其抗弯负荷Fp=20000N.作用在绝缘子上的电动力为：,因为母线为两片平放，此时,可以认为F作用在绝缘子帽处。由于,满足动稳定要求。4.6.2高压侧（220KV）：根据二次侧的额定电压（220KV）和屋内装设的要求，选用ZS-220型支柱绝缘子，其抗弯负荷Fp=4000N.作用在绝缘子上的电动力为：因为母线为两片平放，此时,可以认为F作用在绝缘子帽处。由于，满足动稳定要求。表1-2绝缘子的选择结果环境型号户内户外数量高压侧低压侧ZS-220ZND-10ZPD-10-35否是否是否是-26- 小结：4.5各主要电气设备选择结果一览表表4-4电气设备型号数量主变压器SSPL-150000/2203备用变压器SSPL-150000/2201高压断路器SW6-220/12005低压断路器SW6-10.5/12008隔离开关GW7-200D56母线规格6.3*63mm2矩形铝母线平放4绝缘子2S-22086回路导体LGJQ-4004避雷器FCZ-2205结论通过本次设计,我掌握了10.5/220kV变电所的初步设计过程。这是对所学知识的总体检查和综合应用,使我所学到的电气专业知识得到了巩固和加深；提高了发现问题、分析问题和解决问题的能力。我深知电力系统安全、可靠和稳定运行致关重要，因此,在处理每个细节的过程中,我都进行了严格的计算和检查，尽量做到精益求精；但设计中仍有存在不足与疏漏。我将在今后的工作、学习中扬长避短,发扬严谨的科学态度,积极吸收新知识，使所学到的知识不断的升华。-26- 半个多月的设计结束了，设计过程并不是想象的那么顺利，设计前的雄心壮志已所剩无几。在本次设计过程中，发现自己以前所学到的知识许多已遗忘，不得不把课本再次温习；也有很多知识自己不知道，需要别人的帮助。此次设计翻阅了大量的文献资料，结合自己所学到的知识，在老师和同学的帮助下完成。这次做设计的经历使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做一件事，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，希望这次的经历能让我在以后的学习中激励我继续进步。谢辞本次设计的选题和撰写都在李春兰、艾海提、石砦老师全面、具体指导下完成的。老师们渊博的专业知识、严于律己、宽以待人的崇尚风范，朴实无华，平易近人的人格魅力对我的影响深远。本设计从审题分析到完成，李老师给了我很大的帮助。李老师指导我的设计方向和构架，指出其中的错误和不足之处。如果没有他的帮助，很难把设计完成的，在此向他表示最衷心感谢。各位老师在学习上对我的帮助和生活上对我的关怀，让我永生难忘。如果没有他们，我很难将专业方面的知识全面掌握。从选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。我要感谢，非常感谢我的老师。她（他）们为人随和热情，治学严谨细心。在闲聊中她（他）们总是能像知心朋友一样鼓励你，在论文的写作和措辞等方面她们也总会以“专业标准”严格要求你，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，老师们始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是老师的无私帮助与热忱鼓励，我的设计才能够得以顺利完成。在此，向她（他）们表示感谢。参考文献：[1]王士正，冯金光.发电厂电气部分（第三版）.中国水利水电出版社.2004.[2]于永源，杨绮雯.电力系统分析.中国电力出版社.2007.[3]狄富清.变电设备合理选择与运行检修.机械工业出版社.2005.[4]宋继成.220~500KV变电所电气接线设计.中国电力出版社.2004.[5]卓乐友.电力工程电气设计200例.中国电力出版社.2003.[6]辽宁省电力有限公司用电检查处.变电所技术标准及规程规范应用手册.辽宁科学技术出版社.2004.[7]王子午，徐泽植.常用供配电设备选型手册[M].煤炭工业出版社，1998.[8]贺家李.电力系统及保护原理[M].北京:水利水电出版社，1992.[9]黄晞.电力技术发展史[M].北京：中国水利水电出版社，1985.-26- [10]辽宁省电力有限公司用电检查处主编.变电所技术标准及规程规范应用手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2004.[11]ENIGGEMANN.Highperformancenickel2metalhydridebatteryforelectricandhybridvehiclesEVS215.Bruxelles.1998.-26- 发电厂设计主接线图附录-26-'