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变电站电力系统设计书

2024-07-16 来源:赴品旅游



变电站电力系统设计书

1 引言
1.1选题的目的和意义

变电站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。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施,它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。结合我国电力现状,为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能,优化发展变电站,根据当地电力系统发展规划,拟在某区域新建一座220KV变电站。

1.2国内外研究现状

二次变电站, 我国电力系统的变电站大致分为四大类:升压变电站,主网变电站, 配电站。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高,
设,进一步加强企业经营管理,推进“三集五大”体系建设,加大科技创
新和管理创新力度,继续加强“三个建设”
。电力布局由注重就地平衡向全国乃至更大范围优化统筹转变,电力结构由过度依赖煤电向提高非化石
能源发电比重转变,推进集约化发展和标准化建设,充分发挥国家电网在
电力市场化、能源清洁化、经济低碳化、生活方式现代化中的基础性作用;
实现供配电输送无缝隙,无错误。结合我国电力现状,为国民经济各部门
和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能。

通过网络及杂志我们可以发现,近年来一些发达国家的能源不是很丰富,进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求,减少在网路中的损耗,这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论,是真正的做到了节约型,集约型,高效型。发达国家通过改善



优化变电站结构,降低变电站的功率损耗,尽可能地提高变电站的可靠性,

尽可能地使变电站的灵活性提高,尽可能地提高经济性。

1.3本设计的主要研究内容

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)站用电设计。







2电气主接线的方案设计

2.1电气主接线概述

电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路,是构成电力系统的重要环节。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。因此必须正确处理好各方面的关系,全面分析有关影响,通过技术经济比较,合理确定主接线。

电气主接线应满足以下几点要求:
1)运行的可靠性:主接线系统应保证对用户供电的可靠性,特别是保证对重要负荷的供电。可靠响应包含: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)运行的灵活性:主接线系统应能灵活地适应各种工作情况,.主接

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,不中断向用户的供电并且再检修在检修时可以保证检
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,

满足技术条件的要求下,做到经济合理,尽量减少占地面积,节省投资使
其发挥最大的发挥经济效益。

4)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。

此外,在系统规划设计中还要考虑到系统专业对主接线提供的具体资料系统设备容量大小,要避免建立复杂的操作枢纽,为简化主接线,发电厂,

变电所接入的电压等级一般不超过两种。





2.2电气主接线的方案选择

2.2.1主接线方式介绍

1)单母线接线
适用范围:6~10kV配电装置的出线回路数不超过5回;35~63kV配电装置出线回路数不超过3回;110~220kV配电装置的出线回路数不超过2回。

2)单母线分段接线
适用范围:6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上时;35kV配电 110~220kV配电装置出线回路数为3~4回时。装置出线回路数为4~8回时;
3)单母分段带旁路母线
这种接线方式在进出线不多,容量不大的中小型电压等级为35~110kV的变电所较为实用,具有足够的可靠性和灵活性。

4)双母线接线

35kV 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110~220kV
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;

全分别接到不同的母线上,对大容量且相互联系的系统是有利的。由于这
种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸,因此在继电保护方式和操作
运行方面都不会发生问题,而较容易实现分阶段的扩建优点。但容易受到
母线故障的影响,断路器检修时需要停运线路。占地面积较大。一般当连
接的进出线回路数在11回及以下时,母线不分段。

2.2.2主接线的方案选择

根据原始资料的分析现列出两种主接线方案。

线。

方案一:220KV 侧双母接线,110KV 侧双母接线、10KV 侧单母分段接




220kV出线6回(其中备用2回),而双母接线使用范围是110220KV

出线数为5回及以上时。满足主接线的要求。且具备供电可靠、调度灵活、

扩建方便等特点。

110kV出线10回(其中备用2回),110kV侧有两回出线供给远方大

型冶炼厂,其容量为80000kVA,其他作为一些地区变电所进线,其他地区

变电所进线总负荷为100MVA。根据条件选择双母接线方式。

10kV出线12回(其中备用2回),10kV侧总负荷为35000kVA,Ⅰ、Ⅱ

类用户占60%,最大一回出线负荷为2500kVA,最大负荷与最小负荷之比

0.65。选择单母分段接线方式。

方案主接线图如下:



SW4-110/1000

GN10-10T/5000-200

110KV

GW4-110D/1000-80

GW4-110D/1000-80

SN4-10G/5000

10KV

SN4-10G/5000

GN10-10T/5000-200

SW4-110/1000

2-1主接线方案一

方案二:220KV侧双母带旁路接线,110KV侧双母接线、10KV侧单母

分段接线。

220kV 出线6 回(其中备用2回),而由于本回路为重要负荷停电对

其影响很大,因而选用双母带旁路接线方式。双母线带旁路母线,用旁路




断路器替代检修中的回路断路器工作,使该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关,增加了投资,然而这对于接于旁路母线的线路回数较多,并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。主接线如下图:

SW6-220/1200

GW6-220D/1000-80

220KV

GW6-220D/1000-80

SW6-220/1200

SFPS7-180000/220

SW4-110/1000

GN10-10T/5000-200

GW4-110D/1000-80 GN10-10T/5000-200

SN4-10G/5000

SN4-10G/5000

110KV

10KV


现对两种方案比较如下:





2-1主接线方案比较表

方案

方案一:220kV 侧双母接线,

方案二、220kV 侧双母带旁路接

110kV 侧双母接线、10kV 侧单母

线,110kV 侧双母接线、10kV

分段接线。

单母分段接线。

可靠性

1.220kV 接线简单,设备本身故

1.可靠性较高;

2.有两台主变压器工作,保证了

障率少;

在变压器检修或故障时,不致使

2.220kV故障时,停电时间较长。

该侧不停电,提高了可靠性。

灵活性

1.220kV 运行方式相对简单,灵

1.各电压级接线方式灵活性都

活性差;

好;

2.各种电压级接线都便于扩建

2.220kV 电压级接线易于扩建

和发展。

和实现自动化。

1.设备相对多,投资较大;

经济性

设备相对少,投资小。

2.母线采用双母线带旁路,占地

面增加。

压器工作,可靠性更好,在灵活性方面,方案二的220kv 电压等级较方案
通过对两种主接线可靠性,灵活性和经济性的比较,方案二有两台变





3主变压器的选择

在发电厂和变电站中,用来向电力系统或用户输送功率的变压器,称为主变压器;用于两种电压等级之间交换功率的变压器,称为联络变压器;只供本站用的变压器,称为站用变压器或自用变压器。

3.1主变压器的选择原则

1)主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择,并适当考虑远期1020年的负荷发展。

2)根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所,应考虑一台主变停运时,其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内,保证用户的Ⅰ级和Ⅱ级负荷,对于一般变电所,当一台主变停运时,其他变压器容量应能保证全部负荷的70%80%

考虑设三台主变的可能性。
3)为了保证供电可靠性,变电所一般装设两台主变,有条件的应

下,变电所以装设两台主变压器为宜。

2)对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。

3)对于规划只装设两台主变压器的变电所,以便负荷发展时,更换变压器的容量。

3.1.2主变压器容量的选择

1)主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择,适当考虑到远期1020年的负荷发展。对于城郊变电所,主变压器容量

应与城市规划相结合。



2)根据变电所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所,应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量在计其过负荷能力后的允许时间内,应保证用户的一级和二级负荷;对一般性变电所,当一台变压器停运时,其余变压器容量应能保证全部负荷的70%80%

3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发,推行系列化、标准化。

S

80 100

35

215

MVA

3.1.3主变压器型式的选择

选择主变压器,需考虑如下原则:

1)当不受运输条件限制时,在330KV及以下的发电厂和变电站,均应选用三相变压器。

确定选用三相变压器、两台50%容量三相变压器或单相变压器组。对于单(2)当发电厂与系统连接的电压为500KV时,已经技术经济比较后,

和系统情况,分析一台(或一组)变压器故障或停电检修时对系统的影响。
尤其在建所初期,若主变压器为一组时,当一台单相变压器故障,会使整
组变压器退出,造成全网停电;如用总容量相同的多台三相变压器,则不
会造成所停电。为此要经过经济论证,来确定选用单相变压器还是三相变
压器。

在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等,确定是否需要备用相。

3.1.4绕组数量和连接形式的选择

具有三种电压等级的变电所,如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上,或低压侧虽无负荷,但需要装设无功补偿设备时,主变压器



一般选用三绕组变压器。

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只要有丫和△,高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。我国110KV及以上电压,变压器绕组多采用丫连接;35KV亦采用丫连接,其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压,变压器绕组多采用△连接。由于35KV采用丫连接方式,与220110系统的线电压相位角为0,这样当变压变比为220/110/35KV,高、中压为自耦连接时,否则就不能与现有35KV系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星接线的变压器,全国投运这类变压器约4050台。

3.2主变压器选择结果

查《电力工程电气设备手册:电气一次部分》,选定变压器的容量为

由于升压变压器有两个电压等级,所以这里选择三绕组变压器,查《大180MVA


额定电压:高压—220±2×2.5%;中压—121; 低压—10.5KV

连接组标号:YN/yn0/d11

阻抗电压(%):高中:14.0;中低:7.0;高低:23.0

空载电流(%):0.7

所以一次性选择两台SFPS7-180000/220型变压器为主变。





4220KV 变电站电气部分短路计算

4.1概述
在电力系统中运行的电气设备,在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态,最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路,因为它们会破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行,使电气设备受到损坏。

短路是电力系统的严重故障。所谓短路,是指一切不属于正常运行的相与相之间或相与地之间(对于中性点接地系统)发生通路的情况。

短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节,其计算目的是:(1)电气设备的选择与校验;(2)合理配置继电保护和自动装置;(3)在设计和选择电气主接线时,确定是否需要采取限制短路电流的措施;(4)电力系统暂态稳定计算。

4.2 变压器的各绕组电抗标幺值计算


4-1 系统图的等值电路



系统阻抗:220KV侧电源近似为无穷大系统A,归算至本所220KV母线侧阻抗为0.015Sj=100MVA,110KV侧电源容量为500MVA,归算至本所110KV母线侧阻抗为0.36Sj=100MVA)。变压器型号为SFPS7—180000/220

SN=180MVA其中高中、高低、中低阻抗电压(%)分别为14237

U

s 1

%

1

[ U

S

( 1

2

) %

U

S

(

3

1 )

%

U

S

(

2


]

1

( 14

23

7

)

15

2

3 )

2


U

S

2

%

1

[ U

S

( 1

2

)

%

U

S

(

2

3

)

%

U

S

(

3

1 )

]

1

( 14

7

23 )

1

2

2

U

S


%

1

[ U



3

1 )

%

U

S

(

2

3


%

U

S

( 1

2


]

1

(

23

7

14 )

8

3

2

S

(

)

)

2


SB=100MVAUB=Uav
X T1* =
U %
100 s 1 N

X T3* = U % s3  S B = 8  100 =0.044
100 S N 100 180

4.310KV 侧短路计算
f(-1短路时,示意图如下:





4-2 f-1 短路的等值电路图
1

X X 1 0 . 0060 . 083

X

1

(

X



X



X

T

1 *

X

T

3 *

)

1

(

0 . 083

0 . 004

0 . 083

0 . 044

)

0 . 241


3 *


2



T

1 *



T

3 *


X

T

2 *




2






0 . 006




三角形变为星形:

S B

100

MVA

U

B

U

aV

15

100

0 . 083

X

T

1 *

U

S

1

%

S

B






100

S

N


100

180

1

100

0 . 006

X

T

2 *

U

S

2

%

S

B






100

S

N

100

180

8

100

0 . 044

X

T

3 *

U

S

3

%

S

B






100

S

N

100

180






4-3f-1 短路的等值电路图

再次简化X

因为:XL0. 042 XAS 0. 015 XBS 0. 36

所以:XA* XASX10. 0150. 0420. 057

示意图如下所示: X C X 2* X B * X BS


4-4f-1 短路的等值电路图

再做三角形变换

X

AF


X

A *

X

C

X

A *

X

C

*

0 . 057

0 . 23

0 . 057

0 . 023

0 . 084


*



*

X

B

*

0 . 357

0 . 23

0 . 3570 . 023

524


X

BF

*

X

B



X

C

*

X

B

*

X

C

*







*

X

A *

0




示意图如下:

4-5f-1 短路的等值电路图

计算电抗:

X


X



S

Ni

0 . 542

500

2 . 26


jsB



BF

*

s *




100



汽轮发电机计算曲线,0s 时标么值为
I B 00 . 390

所以短路电流有名值为:

I F

0

0 . 390

3

500

11 . 9

3

100

76 . 154

kA

10 . 05

10 . 05

冲击电流:

i sh

2.55 76.154

194.193(

KA )

MVA )

3 10.5 76.154

1384.977(

短路容量:

S

k

4.4 220KV 侧短路计算

f-2 短路时,示意图如下图所示。





4-6f-2 短路的等值电路图

X



1

(

X



X



)

1

(0.083

0.006)

0.039


T

*


2



T

1*



T

2*



2







XB*=XT*=XBS*=0.039+0.36=0.399

4-8f-2 短路的等值电路图

A电源(无穷大系统)的短路电流为:

I = P*

1

=

1

=66.667


X

AS*

0.015



X


= 0.399

500

=2.00


jSB

100





查汽轮发电机计算曲线有
IB0=0.512
所以短路电流有名值为

I =0.512 f0

500

+66.667

100

3

230

3

230

=17.376KA

冲击电流:

i sh

2.55 17.376

44.309KA

MVA )

3

230 17.376

6922.106(

短路容量:

S k

4.5 110KV 侧短路计算
f-3短路时

XA*=XT*+XAS*=0.039+0.015=0.054
上图简化图如下:

4-10f-3 短路的等值电路图

A为无穷大系统所以有

I =

1

1

18.519


P*

X

A*


0.054







X


=0.36

500

=1.80



jsB



100


查汽轮发电机的计算曲线得

IB0=0.570

所以短路电流有名值为

500 100

I=0.570 f0 +18.519 =10.778KA

3115 3115

冲击电流:ish2.5510.77827.484(KA)

短路容量:SK3115 10.7782146.825(MVA)

短路计算结果列表于下:

短路点 基准电压短路电流冲击电流 短路容量S

f-3

115

10.778

27.484

2146.825





5导体和电气设备的选择
正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时,应根据工程实际情况,在保证安全、可靠的前提下,积极而稳妥地采用新技术,并注意节省投资,选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样,具体选择方法 但对它们的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作,也不完全相同,
必须按正常工作条件进行选择,并按短路状态来校验动、热稳定性。

导体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。

电气设备选择的一般原则:应满足正常运行、检修、断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验;应力求技

电气设备型号一致;选用新产品,均应具有可靠的实验数据,并经正式鉴
术先进与经济合理;选择导体时应尽量减少品种;扩建工程应尽量使新老

热稳定校验。各种高压设备的一般技术条件如下表:





5-1高压电器技术条件

电器名

额定

额定

额定

机械

额定

热稳

动稳

绝缘

电压

电流

容量

负荷

开断

水平

电流

1

断路器

kA

A

kVA

N

A

2

隔离开

3

组合电

4

负荷开

5熔断器

6PT

7CT

8电抗器

9消弧线

10

11
避雷器

封闭电

√ √ √ √


5.1断路器和隔离开关的选择

断路器的选择,除满足各项技术条件和环境条件外,还应考虑到要便

于安装调试和运行维护,并经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我

国断路器的生产情况,电压等级在10KV~220KV的电网一般选用少油断路

器,而当少油断路器不能满足要求时,可以选用SF6断路器。

断路器选择的具体技术条件如下:

额定电压校验:

额定电流校验:

UN≥UNs 5-1




IN Imax

5-2)开断电流:

INbrI″ 5-3)动稳定:

iesish5-4 热稳定:
It2t> Qk5-5

同样,隔离开关的选择校验条件与断路器相同,并可以适当降低要求。

5.1.1220KV 出线、主变侧的选择
1)主变断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流
具体选择及校验过程如下:

1)额定电压选择:UN≥UNs=220KV
2)额定电流选择:INImax=496.01A
3)开断电流选择:INbrI″=17.376KA
选择SW6—220/1200,其SW6—220/1200技术参数如下表:





5-2 SW6—220/1200 技术参数表

型号

额定

额定

断流

额定

极限通

热稳定

固有分

电压

电流

容量

断流

过电流

电流

闸时间

峰值

SW6220/1200

kV

A

MVA

kA

kA

kA

S

220

1200

6000

21

55

21

0.04

4)热稳定校验:It2t>Qk
It2t=212×4=1764[KA2S]
电弧持续时间取0.06S,热稳定时间为:tk=1.5+0.04+0.06=1.6S查计算电抗并计算短路电流为

500 100
I 0.8 =0.519 +66.667 =17.319KA
3230 3230
I 1.6 =0.512
3 500230 3230 =17.321KA
17.376 10 17.31917.321
1.6 所以,It2t> Qk
12

120.252[KA2

S

]

满足热稳校验。

5)动稳定校验:ies=55kAish=44.309KA满足校验要求具体参数如下表:





5-3 220kv 主变侧断路器具体参数表

U

NS

计算数据




SW6-220/1200





220kV

kA )

2 s

]

U

N

220kV

[(

kA )

2 s

]

I

max

496.01A

I

N

1200A

I

17.376kA

I

Nbr

21kA

i

sh

44.309kA

I

Nc 1

55kA

Q

K

120.252

[(

It

2
t

212×4=1764

i

sh

44.309kA

i

es

55kA

由表可知,所选断路器满足要求。

2)出线断路器的选择与校验
2180000
Imax

由上表可知SW6-220/1200同样满足出线断路器的选择。
3

5-4 220kv 出线断路器具体参数表

U

NS

计算数据




SW6-220/1200





220kV

kA )

2 s

]

U

N

220kV

[(

kA )

2 s

]

I

max

496.01A

I

N

1200A

I

17.376kA

I

Nbr

21kA

i

sh

44.309kA

I

Nc 1

55kA

Q

K

120.252

[(

It

2
t

212×4=1764

i

sh

44.309kA

i

es

55kA

3)主变侧隔离开关的选择及校验过程如下:
1)额定电压选择:UN≥UNs=220KV



2)额定电流选择:INImax=496.01A
3)极限通过电流选择:iesish=44.309KA
GW6—220D/1000—80,其技术参数如下表:
5-5 GW6—220D/1000—80 技术参数表

型号

额定电压

额定电流

极限通过

热稳定电流

电流峰值

GW6—220D/1000—80

kV

A

kA

kA

220

1000

80

23.7

4)热稳定校验:It2t>Qk
It2t=23.72×4=2246.76[KA2S]

5)动稳定校验:ies=80KAish=44.309kA 满足校验要求。
所以, It2t> Qk 满足热稳校验。
计算数据GW4-220D/1000—80

U

NS

220kV

U

N

220kV

I

max

496.01A

kA )

2 s

]

I

N

t

1000A

[(

kA )

2 s

]

]

Q

K

115.743

[(

It

2

23.7×4=2246.76

i

sh

44.309kA

i

es

80kA

由表可知,所选隔离开关各项均满足要求。

4)出线侧隔离开关的选择及校验过程如下:

I

m

ax

2 180000

944.88

A


3

220

由上表可知GW6—220D/1000—80同样满足出线隔离开关的选择。



其动稳定、热稳定计算与主变侧相同。

具体参数如下表:

5-7 220kv 出线侧隔离开关具体参数表

U

NS

计算数据



U

N

GW4-220D/1000—80





220kV

2 s

]

220kV

kA )

2 s

]

]

I

max

496.01A

I

N

1000A

Q

K

115.743

[(

kA )

It

2

t

23.72×4=2246.76

[(

i

sh

44.309kA

80kA

i

es

由表可知,所选隔离开关各项均满足要求。

5.1.2110KV 出线、主变侧的选择
1)断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流
1)额定电压选择:UN≥UNs=110KV
2)额定电流选择:INImax=992.02A
3)开断电流选择:INbrI″=10.778KA
初选SW4—110/1000技术数据如下表所示:





5-8 SW4—110/1000 技术数据

型号

额定

断流

额定

极限

固有分

电压

电流

容量

断流

通过

闸时间

KV

A

MVA

KA

电流

KA

S

KA

SW4—110/1

110

1000

3500

18.4

55

21

0.06

000

4)热稳定校验:It2t>Qk

It2t=212×5=2205[KA2S]

灭弧时间取0.06S,热稳定计算时间:tk=1.5+0.06+0.06=1.62S
查转移电抗并计算短路电流
I 0.81 =0.575 +18.519=10.730KA
3 115 3 115

Q K

I

" 2

10

I

2

t

k / 2

I

2
t

k

t

k




12







10.778

2

10 10.730

2

10.762

2

1.62

12






186.747[

KA S 2 . ]

所以,It2t>Qk满足热稳校验。

5)动稳定校验:ies=55kAish=27.484KA满足校验要求。

具体参数如下



5-9 110kv 主变侧断路器具体参数表

计算数据

SW4-110/1000

UNs 110KV
Imax 992.02A
I″ 10.778KA

ish 27.484KA
QK 186.747[KA2S] ish 44.309KA

UN 110KV
IN 1000A
INbr 18.4KA
INcl 55KA
It2t 212×5=2205 [KA2S] ies 55KA

由表可知,所选断路器满足要求。

2)隔离开关的选择及校验过程如下:

1)额定电压选择:UN≥UNs=110KV
2)额定电流选择:INImax=992.02A

型号

额定电压

额定电

极限通过电流

热稳定电流

KV

A

KA 峰值

KA

GW4—110D/1000

110

1000

80

21.5

80

4)热稳定校验:It2t>Qk

It2t=21.52×5=2311.25[KA2s]

所以,It2t>Qk满足热稳校验

5)动稳定校验:ies=55kAish=27.484kA满足校验要求

具体参数如下表



5-11 110kv 侧隔离开关具体参数

计算数据

GW4-110D/1000—80

UNs 110KV
Imax 992.02A

UN 110KV
IN 1000A



QK 186.747[KA2S]

It2t 21.52×5=2311.25[KA2S]

ish 27.484KA

ies 55KA

由表可知,所选隔离开关各项均满足要求。

110KV 母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变中110KV 侧应满足相同的要求,故选用相同设备。即选用SW4-110/1000 型少油断路器和GW4-110D/1000—80 型隔离开关。

5.1.3 10KV 限流电抗器、断路器、隔离开关的选择 由于短路电流过大需要装设限流电抗器
3 10.5 U NU NS10 KV

设将电抗器后的短路电流限制到I″=20KA
1)初选型号
根据以上条件初选XKK—10—4000—4
电抗器标么值:

X=

I

B

其中:

I

100

5.5

KA


*∑

I


B

3 10.5





2)选择电抗值







电源至电抗器前的系统标么值:

X

X



//

X



0.084 0.524

0.0724




*



AF

*



BF

*

0.084

0.524


4000 10500

11.2%

X %=

I B-X* I U N

I I U B

B

100%

5. 5

- 0. 0724

L

N


20

5500 10000



运用4%的电抗器计算结果表明不满足动稳定要求故改为XKK-10-4000-12

5-12 XKK—10—4000—12 技术数据

型号

额定电

额定电

电抗

动稳定

热稳定电

固有分

KV

A

电流峰

KA

闸时间S

KA


XKK—10—4

10KV

4000

12%

204

80

0.17

000—12
3)电压损失和残压校验

X



X

L

%

I U d

n

0.12

5500 10000

0.157

*

L

I U n

d


4000 10500


X

*

X

*

X

*

L

0.0724

0.157

0.229

其中tk=2+0.17+0.05=2.22S,查短路电流计算曲线并换算成短路电流

有名值:I″=76.154KA I2.22=76.23KA I1.11=76.23KA

则电压损失和残压分别为

U%= U%=X %

I

max

sin

0.012

1347

5%


L

I

N














U %=X %

I

0.12

76.154

228%60%70%

re L

I N



4.0



4)动、热稳定校验

Q = K

I2

10

I

2

t

k

/ 2

I

2
t

k


k





12








2.22

76.154

2

10 76.23 2

12

76.23 2




12898.306[KA s] 2

i =K I sh sh=2. 55 76. 154=194K A204K A

5-13 10kv 侧限流电抗器具体参数


计算数据

XKK—10—4000—12



QK 12898.306[KA2s] Imax 1347AQK 802×4=25600 [KAIN 4000A
2s] UNs 10KV UN 10KV
2)限流后I″=20KA ish=2.55×20=51KA

流过断路器的最大工作电流:

I

max

1.05 35

1414.4

A

3 10.5

具体选择及校验过程如下:

1)额定电压选择:UN≥UNs=10KV

2)额定电流选择:INImax=1414.4A

3)开断电流选择:INbrI″=20KA



选择SN4—10G/5000,其技术参数如下表所示:



5-14 SN4—10G/5000 技术参数

型号

额定

额定

断流容

额定断

极限通

热稳定

固有

电压

电流A

MVA

流量KA

过电流

电流KA

分闸

KV

KA 峰值

时间

SW4-10G/5

10

5000

1800

105

300

120

0.15

000

4)热稳定校验

It2t=1202×5=72000[KA2S]

t k1.50.15设后备保护时间为1.5S,灭弧时间为0.06S
I 1.71 =0.37 11.975.6 KA
3 10.53 10.5

I

0.855

0.38

500

11.9

100

76.1 KA

3 10.5

3 10.5

Q =

I2

10

I

2
t

k

/ 2

I

2
t

k



20

2

10 76.1 2

75.6

2

.71

9123.9[KA s] 2

K


12







k




12







It2t>Qk满足要求。

5)动稳定校验:ies=300kAish=51kA满足校验要求。

具体参数如下表:





5-15 10kv 侧断路器具体参数

计算数据

SN4-10G/5000

UNs 10KV
Imax 1414.4A
I″ 20KA

ish 194.193KA
QK 9123.9 [KA2s] ish 51KA

UN 10KV
IN 5000A
INbr 105KA
INcl 300KA
It2t 1202×5=72000[KA2s]

ies 300KA

由表可知,所选断路器满足要求。

3)隔离开关的选择及校验过程如下:
1)额定电压选择:UN≥UNs=10KV
选择GN10—10T/5000—200,其技术参数如下:
5-16 GN10-10T/5000-200 技术参数

型号

额定电压

额定电流

极限通过

热稳定电流

KV

A

电流KA

KA

GN10-110T/5000-200

10

5000

200

100

4)热稳定校验:It2t> Qk
It2t=1002×5=50000[KA2s]
所以,It2t>Qk=9123.9 [KA2s],满足热稳校验。5)动稳定校验:ies=200kAish=51kA满足校验要求。



具体参数如下表:

5-17 10kv 侧隔离开关具体参数

计算数据

GN10-10T/5000-200

UNs 10KV
Imax 1414.4A

UN 10KV
IN 5000A



QK 9123.9 [KA2S]

It2t 1002×5=50000[KA2S]

ish 51KA

ies 200KA

由表可知,所选隔离开关各项均满足要求。

10KV 母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变低10KV 侧应满足相同的要求,故选用相同设备。即选用SN4-10G/5000 型少油断路器和

5.2 电流互感器的选择GN10-10T/5000—200 型隔离开关。

感器。对于35KV 及以上配电装置,一般采用油浸式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:

u

g

(一次回路工作电压)

u

n

5-6

一次回路电流:

I

g

max

(一次回路最大工作电压)

I(原边额定电流)m

5-7

准确等级:要先知道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,并按准确等级要求高的表计来选择。

二次负荷:

S

n

I

2

n

Z

2( VA )

5-8

2

n

Z

2( VA )






5-9

S

2

I

2

2

n

Z

2

n

5-10

动稳定:

式中,

K

dw

i sh2I K m dw

5-11

是电流互感器动稳定倍数。

热稳定:

K

t

I

2

t

dz

I Km t

5-12

为电流互感器的1s 热稳定倍数。

5.2.1220KV 侧电流互感器的选择

主变220KVCT的选择

一次回路电压:u n4 180000
其参数如下:
5-18 LCW-2204×300/5)参数
型号 额定电流 级次组合 准确级次 热稳定倍数 动稳定
倍数

LCW-220 240 0.5 0.5 60 60

动稳定校验:

i sh

2 I

m

K

dw

101.81 KA

i sh

44.309

KA

2 I

m

K

dw

2 1200 60



满足动稳定要求。



热稳定校验:



I

2

t

dz

I Km t

2

5184

KA 2

S

Q K

115.743

KA S 2

(I

m

K

t

)

2

(1200 60)

满足热稳定要求。

综上所述,所选

LCW

220(4 300/5)

满足要求。

5-19LCW-2204×300/5)参数

设备LCW-220

项目

产品数据 计算数据

un≥ug 220KV 220KV

IeIgmax 1200A496.01A

2 I m K dwi sh 44.309KA (I m Kt ) 2

Qk 115.743KAS 2

LCW220 ( 4300 / 5 )CT

5.2.2110KV 侧的电流互感器的选择

主变中110KVCT的选择:

一次回路电压:unug110KV

4180000

二次回路电流:ImIgmax 1159.67A

3 3110

根据以上两项,初选LCWDL110/(2600/5)户外独立式电流互感器,

其参数如下:





5-18 LCWDL-110/2×600/5)参数
型号 额定电流 级次组合 准确级次 热稳定倍数 动稳定数

LCWDL-110 1200 0.5 0.5 75 135

动稳定校验:

i sh

2 I

m

K

dw

229.10

KA

i sh

24.484

KA

2 I

m

K

dw

2 1200 135

热稳定校验:

QK I Km t

I

m

K

t2

(1200 75)

2

8100

KA S 2

Q K

179.831 KA S 2

满足热稳

定性要求。综上所述,所选的电流互感器LCWDL 110/(2 600/5)
热稳定性要求。

满足动


un≥ug

110KV

110KV

I

e

I

gmax

1200A

992.02A

(I

m

K

t

)

2

Q

k

2
8100KA S

2
186.747KA S

2 I

m

K

dw

i

sh

229.10KA

24.484KA

110KV母联CT的选择。

母联的工作条件与变中110KVCT应相同,所以同样选择型CT

5.2.310KV 侧电流互感器的选择

10KV 主变进线回路CT 的选择

KA


1)一次回路电压:

u

n

u

g

10





2)二次回路电流:

I

m

I

g

max

4

35

2694

A

3

3 10

由此得,初选

LMZD

10(11000/5)

户外独立式电流互感器,其参数如

下:

5-22 LMZD-1011000/5)参数

型号 额定电流 级次组合 准确级次 热稳定倍数 动稳定数

LMZD-10 11000 0.5 0.5 40 90


3)动稳定校验

i sh

 2 I K
sh

115.754

KA

2 I

m

K

dw


满足热稳定性要求。

综上所述,所选的电流互感器

LMZD

10(11000/5)

满足动热稳定性要

求。

5-23 LMZD-1011000/5)参数

项 目

设 备

产品数据

LMZD-10

计算数据

unug

10KV

10KV

1100A

I

e

I

gmax

10912.24A




(I

m

K

t

)

2

Q

k

2
193600KA S

2
12898.306KA S

2 I

m

K

dw

i

sh

1399.86KA

51KA

10KV母联CT的选择:
由于10KV母联只在一台主变停运时才有大电流通过,与10KV母线侧

电流互感器相同,所以同样选择户

LMZD

10(11000/5)

户外独立式电流互

感器。

5.3电压互感器的选择
电压互感器的选择和配置应按下列条件:
型式:620KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器;35KV110KV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器;220KV级以上的配电装置,当容量和准确等级满足要求,一般

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。
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
一次电压uu u0.9 u u 为电压互感器额定一次线电压。

绕组

主二次绕组

附加二次绕组

用于中性点

用于中性点


高压侧接入

接于线电压

接于相电压

不接地或经

直接接地系

方式

消弧线圈接

统中心

二次额定电

100

100/

3

100

100/

3



准确等级:电压互感器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的要求确定,规定如下: 用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表,



及所有计算的电度表,其准确等级要求为0.5级。

供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。

用于估计被测量数值的标记,如电压表等,其准确等级要求较低,要

求一般为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。

负荷S2S2Sn

5.3.1220KV 侧母线电压互感器的选择

护用。
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


额定变比:1100.1 / 0.1 KV

3 3

5.3.2110KV 侧母线电压互感器的选择

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:

U

1 n

110

KV

U

2

n

0.1/

3 V

准确等级:用户保护,测量、计量用,其准确等级为0.5级。

查《发电厂电气部分》,选定PT的型号为:JCC-110

110 0.1

/ /0.1 KV

额定变比为: 3 3



5.3.310KV 母线电压互感器的选择

型式:采用树脂浇注绝缘结构PT,用于同步、测量仪表和保护装置。

电压:额定一次电压:

U

1 n

10

KV

U

2

n

0.1 KV

准确等级:用于保护、测量、计量用,其准确等级为0.5级。

查《发电厂电气部分》选定PT型号:JDJ-10

额定变比为:10/0.1KV

5.4导体的选择与校验

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);动稳

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

导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择, 除配电装置的汇拔等。


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。

5.4.1220KV 母线的选择

这里采用钢芯铝绞线导体

I

m

ax

2 180000

944.88

A

3

220

按最大持续工作电流选择查设备手册选LGJ型钢芯铝绞线,其标称截

面为800/100

mm

2

,长期允许载流量为1402A





温度修正系数 :

k

y

— — — —

0

70

— — — —

70 25

7040

— — — —

70 25

0.82

I

al

40

k

I

m

ax

0.82 1402

1149.64944 .88

A

热稳定校验:正常运行时导体温度

-

I

2

40

(70

40)

944.88

2

60.26C

m ax


0

al


0

I


2













1149.64

2





al

查发电厂电气部分表C=89,则满足短路时发热的最小导体截面为

S

min

Q k k

f

115.743 1 10

6

120.876

mm

2800 mm

2

C

89

满足热稳定要求。

电晕校验:

U U 1.05 U1.05 220231 KV

满足要求。

5.4.2110KV 母线的选择

这里采用钢芯铝绞线导体

I

m

ax

K I

y

A

I

992.02

m

ax

按最大持续工作电流选择查设备手册选LGJ型钢芯铝绞线,其标称截

面为630/55mm2

,长期允许载流量为1211A,外径为34.32mm

y 707040

温度修正系数: k —— — — —— — — —— — — 0.82

0 70 25



I

al

40

k

I

m

ax

0.82 1211

993.02

A992.02

A

热稳定校验:正常运行时导体温度

-

I

2

40

(70

40)

992.02

2

69.94C

m ax


0

al


0

I


2













993.02

2





al

查发电厂电气部分表C=87,则满足短路时发热的最小导体截面为

S

min

Q k k

f

179.83 1 10

6

154.14

mm

2630 mm

2

C

87

满足热稳定要求。

电晕校验:

UljUg1.05Un1.05110115.5KV

U lj84 K mxU g115.5 KV


1)按最大持续工作电流选择

I

max

1.05 35

1414.4

A

矩形铝导线平放,额定载流为

3 10.5

按最大持续工作电流选择2

125 8



2670A,集肤效应系数为Ial=2670×0.82=2789.4>Imax

1.4,修正后的载流量为:

热稳定校验。正常运行时导体温度:

-

I

2

40

(70

40)


m ax


0

al


0

I


2













2189.4


al




查发电厂电气部分表C=93,则满足短路时发热的最小导体截面为:

S

min

Q k k

f

12898.306 10

6

1.4

1444.9

mm

22000 mm

2

C

93

满足热稳定要求。

2)动稳定校验

相间距a=0.25m

冲击电流ish=51KA

单位长度上的相间电动力:

f

pf

1.73 10

7

1

i sh 2

1.73 10

7

51000

2

1799.892

N M

a

0.25





W

bh

2


3


母线同相条间作用应力计算如下:

b

8

0.064

2 b

b

8

0.06

h

125

b

h


8 125

由导体形状系数曲线查得K12=0.23


b

2.5

K i 12

2

sh

1

10

8

2.5 0.23 51000

2

1

1

8

1869

Pa


b




0.008







其中L b

1.2/3

0.4

m,而条间应力为

b

f L b 2

b

1869 0.4

2

18.69 10 6 Pa

624.89 10 6 Pa70 10 6 Pa

2 b h 2

2 0.008

2

0.125

ph

b

6.2 10

6

18.69 10




由以上可知满足要求。

5.4.4变压器220KV侧引接线的选择与校验

1)按经济电流密度选择导体截面积:

I

m

ax

2 180000

944.88

A

3

220

查经济电流密度曲线,当Tmax=3600h时,经济电流密度

J

1.3Amm

2

,则

I

m

ax

944.88

726.83 mm

2

S







J



J


1.3




查阅资料选取LJ-800铝绞线。

K al

0.727
当环境温度为40℃


Ial40KI al0.72713771001AImax944.88A

满足要求。

2)热稳定校验:正常运行时导体温度

0

al

I0

I

2

40

(80

40)

944.88

2

75.6c

m ax


2






1001 2




al

S

min

K

1


Q K K

f

C

查表得:

C=85




S

min

Q K K

f

C

115.743 10

6

1

85

126.578 00

mm

2

满足热稳定要求。

选择LG-800铝绞线符合要求。

5.4.5变压器110KV侧引接线的选择与校验1)按经济电流密度选择导体截面积:

I

m

ax

992.02

A

查经济电流密度曲线,当

T max

4600

h

时,J=1.07A/mm2

则:

S


I

max

992

927

mm

2


J


J

1.07


虑日照):1430A 查阅资料选取LGJK-1250/150 扩径钢芯铝绞线。长期允许载流量(考

al0 8025

按长期发热允许电流校验:

I

al

40

K I

al

0.727 1430

1039.61

A

I

max

992

A

满足要求。

2)热稳定校验:正常运行时导体温度

(

0

)

I

2
max

40

(80

40)

992

2

76c

0


al


I

2
al







1039.61 2



S

min

Q K K

f



C




查表得:

Q K K

f

C

C=85

K

1

1

85

157.771250 mm

2

S

min

179.831 10

6

满足热稳定要求。

选择LGJK-1250/150钢芯铝绞线符合要求。

5.4.6变压器10KV侧引接线的选择与校验

10KV母线最大持续工作电流:

1.0535

Imax 1414.4A

310.5

查表:
J0. 98 A

mm2

导体经济面积:


竖放允许电流:3152A

集肤效应系数:Kf=1.45

当环境温度40℃,温度修正系数:K=0.82

I

al

40

K I

al

0.82 3152

2553.12

A

I

max

1414.4

A

热稳定校验:

正常运行时导体温度:

(

)

I

2
max

40

(70

40)

46.04c


0


al

0


I

2
al







3152 2




查表得:C=95。则满足短路时发热的最小导体截面积:

S

min

Q K k

f

14898.306 10

6

1.45

1547.132

mm

2

2500

mm

2

C

95

满足条件。

动稳定校验:

相间距a=0.25m

10KV侧短路冲击电流:ish=51KA

母线相间应力:

f

ph

1.73 10

7

i

2

1.73 10

7

51000

2

1799.892

N m

sh




a

0.25






fL 2 2
W 6 m 3

b

10

0.08

2 b

b

10

0.074

h

125


b

h

10 125

由导体形状系数曲线查得K12=0.24

其中

L b

1.2/3

0.4

m

而条间应力为

10 10

6

Pa

b

f L b 2

b

1561 0.4

2

2 b h 2

2 0.01 2

0.125




ph

b

4.98 10

6

10 10

6

14.98 10 6 Pa70 10 6 Pa

满足要求。





所以选择:2

125 mm 10

mm

矩形硬铝导体满足条件。

6站用电设计
变电站站用母线采用单母分段接线方式。当有两台站用变采用单母线接线方式,平时分列运行,以限制故障。对于容量不大的变电站,为了节省投资,所用变压器高压侧可用高压熔断器代替高压断路器。

6.1站用变压器选择
1)选择原则:所用电负荷按0.2%变电所容量计,设置2台所用变

2)所用电负荷:相互备用。

所用变压器参数:
型号:S9—315/10
U1e=6.3±5%KVU2e=0.4KV
连接组别:Yyn0
空载损耗:0.70KW
阻抗电压:4%
空载电流:1.5%
6.2站用电接线图
变电站的主要站用电负荷是变压器冷却装置,直流系统中的充放电装
置和晶闸管整流设备,照明、检修及供水和消防系统,小型变电站,大多

只装1台站用变压器,从变电站低压母线引进,站用变压器的二次侧为



380/220V中性点直接接地的三相四线制系统。对于中型变电站或装设有调相机的变电站,通常都装设2台站用变压器,分别接在变电站低压母线的不同分段上,380V站用电母线采用低压断路器进行分段,并以低压成套配电装置供电。

互为备用,因而本设计两台所用变分别接于10KV母线的Ⅰ段和Ⅱ段,
平时运行当一台故障时,另一台能够承担变电所的全部负荷。接线图如下所示。



6-1所用电接线图





总结

经过两个多月的时间,我顺利的完成了这次毕业设计。从总体上来说我对自己的成果还是比较满意的,也基本上达到了老师的要求。本设计只是理论上的设计,离实际工程还差很远,而且本设计只涉及到一次部分,没有涉及到二次部分,所以设计还不完善,还有一定的漏洞。而且由于本人经历、阅历、实际操作能力有限,难免存在一些不足的地方,请各位老师指点。

事物是过程。从拿到题目、到查阅资料、对题目进行分析设计、论证修改
通过本次设计,不仅丰富了我的专业知识,还让我深深体会到是认识

本次设计自己付出了很大的努力,但和韩老师的认真指导是分不开的。
设计中我遇到了不少难题,到都在老师的指导下一一解决,让我从对变电
站生疏到熟悉再到了解,然后又一步步进行着自己理性化的设计。很多你
问题都被老师耐心的指正、修改。但我没有因此而放弃,而是更加的努力
也收获的老师和同学们的友情。去改变,
努力中我收获了自己的劳动成果, 在学习中不仅感受到了韩老师渊博的知识,也让我体会到了韩老师宽
厚待人的品质。这让我在学习的过程中不仅仅收获了设计方面的知识,也
让我学会了宽厚待人的优良品质。这一切将在我以后的工作生涯中起到重
要的作用,借此机会由衷的向韩老师说一句谢谢!





致谢
历时三个月的毕业设计已经告一段落。经过自己不断的努力以及老师和同学的耐心指导和热情帮助,本设计已经基本完成。在这三个多月里,韩素敏老师严谨的治学态度和认真的工作态度让我受益匪浅。韩老师她自始至终关心督促毕业设计进程和进度。帮助解决毕业设计中遇到的许多问题,使我在毕业设计过程中少走很多弯路。

通过这次毕业设计,锻炼了我查询图书馆资料文献和文献的能
力,培养了严谨做事的好习惯,也使我深刻地认识到学好专业知识
的重要性,理解了理论联系实际的含义,并且检验了大学几年的学
习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练,例如短路计算,电气设备的动热稳定校验等。
我会在以后的学习、生活中磨练自己,使自己更加适应于今后的竞
争。





参考文献

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[9] 李佑光 林东.[10]杨淑英.电力系统概论.中国电力出版社.2009.电力系统继电保护原理及新技术.科学出版社.2009

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[15]何仰赞, 温增银.电力系统分析(上). 武汉:华中科技大学出
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[16] 何仰赞, 温增银.电力系统分析(下). 武汉:华中科技大学出
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[17] 姚春秋.发电厂电器部分. 中国电力出版社,2002
[18] 杨冠成.电力系统自动装置原理.中国电力出版社,2004

[19] 刘介才.供配电技术.北京:机械工业出版社.2008

[20] 刘介才. 工厂供电.机械工业出版社, 2010



附录
电气主接线图











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