220kV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計

1、課程設(shè)計報告書 課題名稱： 220kV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計 學 院 電氣工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 2009級 學 號 姓 名 指導(dǎo)教師（簽名） 2013年1月25日1.緒論本設(shè)計討論的是220kV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計。首先根據(jù)任務(wù)書上所給內(nèi)容，進行簡要分析，確定主變壓器型號，然后確定一次主接線形式。最后，根據(jù)最大持續(xù)工作電流及短路計算的計算結(jié)果，對斷路器，隔離開關(guān)，母線進行選型，從而完成了變電站一次系統(tǒng)的設(shè)計。2.課題的內(nèi)容和要求2.1內(nèi)容：220kV變電站一次系統(tǒng)的設(shè)計。一次系統(tǒng)主接線為：變電站220kV有2回電源進線和4回出線； 110kV有2回進出線和6回出線、10kV有

2、2回進出線和24回出線；變電站有1、2主變兩臺，容量2240MVA，220/110/10 kV三相變壓器。并有一臺相同容量的備用變。（1）討論各種一次主接線形式的優(yōu)缺點和主要應(yīng)用場合；（2）設(shè)計并畫出科園變電站一次主接線圖；（3）選擇各回路母線、斷路器和隔離開關(guān)并進行相應(yīng)的校驗；2.2要求：設(shè)計和選配出一次系統(tǒng)的戶外配電裝置設(shè)備配置，各選擇參數(shù)列表。2.3科園變電站片平面圖3主變壓器的選擇在發(fā)電廠和變電站中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器；用于兩種電壓等級之間交換功率的變壓器，稱為聯(lián)絡(luò)變壓器；只供本站用的變壓器，稱為站用變壓器。本章是對變電站主變壓器的選擇。3.1主變壓器的

3、選擇原則1、主變?nèi)萘恳话惆醋冸娝ǔ珊?10年的規(guī)劃負荷來進行選擇，并適當考慮遠期1020年的負荷發(fā)展。2、根據(jù)變電所所帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變的容量。對于有重要負荷的變電所，應(yīng)考慮一臺主變停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時間內(nèi)，保證用戶的級和級負荷，對于一般變電所，當一臺主變停運時，其他變壓器容量應(yīng)能保證全部負荷的70%80%。3、為了保證供電可靠性，變電所一般裝設(shè)兩臺主變，有條件的應(yīng)考慮設(shè)三臺主變的可能性?？煽啃?。 3.2主變壓器選擇結(jié)果查電力工程電氣設(shè)備手冊：電氣一次部分以及根據(jù)課題內(nèi)容要求，選定變壓器的容量為240MVA。該變電站有三個電壓等級，分別為220kV、

4、110kV、10kV，所以選擇的變壓器為三繞組變壓器，綜合以上因素選擇出的主變型號為SFS7-/220。 型 號SFS7-/220額 定 容 量(MVA)240額 定 電 壓(kV)22081.25% 121 10.5空 載 電 流(%)0.45空 載 損 耗(kW)193阻 抗 電 壓(%)高-中：12-14 高-低：22-24 中-低：7-9容量比100/100/50聯(lián) 結(jié) 組 號YNyn0d11型號中符號表示意義：S：三相F：風冷卻P：強迫油循環(huán)S：三繞組Z：有載調(diào)壓7：性能水平號：額定容量kVA220：電壓等級 kV 4電氣主接線的設(shè)計4.1主接線的基本要求電氣主接線的設(shè)計是發(fā)電廠或變

5、電站電氣設(shè)計的首要部分。發(fā)電廠、變電站主接線必須滿足以下基本要求。1、可靠性斷路器檢修時是否影響供電；設(shè)備和線路故障檢修時，停電數(shù)目的多少和停電時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。2、靈活性主接線正常運行時可以根據(jù)調(diào)度的要求靈活的改變運行方式，達到調(diào)度的目的，而且在各種事故或設(shè)備檢修時，能盡快地退出設(shè)備。切除故障停電時間最短、影響范圍最小，并且再檢修在檢修時可以保證檢修人員的安全。包括：操作的方便性、調(diào)度的方便性、擴建的方便性。3、經(jīng)濟性主接線在保證安全可靠、操作靈活方便的基礎(chǔ)上，還應(yīng)使投資和年運行費用小，占地面積最少，使其盡地發(fā)揮經(jīng)濟效益。4.2主接線的基本接線形式變電站電氣主接線的選

6、擇，主要決定于變電站在電力系統(tǒng)中的地位、環(huán)境、負荷的性質(zhì)、出線數(shù)目的多少、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等。主接線代表了發(fā)電廠或變電站電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，直接影響運行的可靠性、靈活性并對電器選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動裝置和控制方式的擬定都有決定性的關(guān)系。1.單母線接線及單母線分段接線（1）單母線接線單母線接線供電電源在變電站是變壓器或高壓進線回路。母線既可保證電源并列工作，又能使任一條出線都可以從任一個電源獲得電能。各出線回路輸入功率不一定相等，應(yīng)盡可能使負荷均衡地分配在各出線上，以減少功率在母線上的傳輸。單母接線的優(yōu)點：接線簡單，操作方便、設(shè)備少、經(jīng)濟性好，并且母線便于

7、向兩端延伸，擴建方便。缺點：可靠性差。母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時，所有回路都要停止工作，也就成了全廠或全站長期停電。調(diào)度不方便，電源只能并列運行，不能分列運行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時，有較大的短路電流。綜上所述，這種接線形式一般只用在出線回路少，并且沒有重要負荷的發(fā)電廠和變電站中。（2）單母分段接線單母線用分段斷路器進行分段，可以提高供電可靠性和靈活性；對重要用戶可以從不同段引出兩回饋電線路，由兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將用戶停電；兩段母線同時故障的幾率甚小，可以不予考慮在可靠性要求不高時，亦可用隔離開關(guān)分段，任一母線故障時，將造成兩段母線同時停電，在判別故障后，拉開分

8、段隔離開關(guān)，完成即可恢復(fù)供電。該接線適用于：小容量發(fā)電廠的發(fā)電機電壓配電裝置，一般每段母線上所接發(fā)電容量為12MW左右，每段母線上出線不多于5回，變電站有兩臺主變壓器時的6-10KV配電裝置；35-63KV配電裝置出線4-8回；110-220KV配電裝置出線3-4回。（3）單母線分段帶旁路母線的接線單母線分段斷路器帶有專用旁路斷路器母線接線極大地提高了可靠性，但這增加了一臺旁路斷路器，大大增加了投資。2.雙母線接線及分段接線（1）雙母線接線雙母接線有兩種母線，并且可以互為備用。每一個電源和出線的回路，都裝有一臺斷路器，有兩組母線隔離開關(guān)，可分別與兩組母線接線連接。兩組母線之間的聯(lián)絡(luò)，通過母線聯(lián)

9、絡(luò)斷路器來實現(xiàn)。其特點有：供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便等特點。由于雙母線有較高的可靠性，廣泛用于：進出線回路較多，容量較大，出線帶電抗器的6-10KV配電裝置；35-60KV出線超過8回，或連接電源較大、負荷較大時；110KV出線為6回以上時；220KV出線為4回以上時。（2）雙母線分段接線為了縮小母線故障的停電范圍，可采用雙母分段接線，用分段斷路器將工作母線分為兩段，每段工作母線用各自的母聯(lián)斷路器與備用母線相連，電源和出線回路均勻地分布在兩段工作母線上。雙母接線分段接線比雙母接線的可靠性更高，當一段工作母線發(fā)生故障后，在繼電保護作用下，分段斷路器先自動跳開，而后將故障段母線所連的電源回路的斷

10、路器跳開，該段母線所連的出線回路停電；隨后，將故障段母線所連的電源回路和出線回路切換到備用母線上，即可恢復(fù)供電。這樣，只是部分短時停電，而不必短期停電。用分段斷路器將工作母線分為I 段和II段，比雙母線接線增加了兩臺斷路器，投資有所增加，但不僅具有雙母線各種優(yōu)點，并且任何時候有備用母線，有較高的可靠性和靈活性。較多用于220KV配電裝置。進出線為1014回采用三分段，15回以上出線時采用四分段；在300-500KV大容量配電裝置中，出線為6回以上一般也采用類似的雙母線分段接線。（3）雙母線帶旁路母線的接線雙母線帶旁路接線就是在雙母線接線的基礎(chǔ)上,增設(shè)旁路母線，其特點是具有雙母線接線的優(yōu)點,當線

11、路(主變壓器)斷路器檢修時,仍有繼續(xù)供電,但旁路的倒換操作比較復(fù)雜,增加了誤操作的機會,也使保護及自動化系統(tǒng)復(fù)雜化,投資費用較大。110KV及以上的高壓配電裝置中，均需設(shè)置旁路母線，當110KV出線在6回以上，220KV出線在4回以上時，采用帶專用旁路斷路器的旁路母線。3.一個半斷路器接線在每3個斷路器中間送出2回回路，一般只用于500kV（或重要220kV）電網(wǎng)的母線主接線。它的主要優(yōu)點是：1.運行調(diào)度靈活，正常時兩條母線和全部斷路器運行，成多路環(huán)狀供電；2.檢修時操作方便，當一組母線停支時，回路不需要切換，任一臺斷路器檢修，各回路仍按原接線方式霆，不需切換；3.運行可靠，每一回路由兩臺斷路

12、器供電，母線發(fā)生故障時，任何回路都不停電。 但是2/3斷路器接線的缺點是使用設(shè)備較多，特別是斷路器和電流互感器，造價高，經(jīng)濟性差，二次接線和繼電保護整定復(fù)雜。當電壓為330550KV、出線回路數(shù)超過6回以上、且配電裝置在系統(tǒng)中處于重要地位時，采用2/3斷路器接線方式較為適宜。4.3 主接線選擇結(jié)果電壓等級 220/110/10kV各電壓側(cè)出線回路數(shù): 220kV 4回 接線方案：雙母線接線110kV 6回 接線方案：雙母線接線10kV 24回 接線方案：單母分段接線4.4 一次主接線圖設(shè)計主接線圖如下:5 短路計算短路是電力系統(tǒng)中較常發(fā)生的故障。短路電流直接影響電氣設(shè)備的安全，危害主接線的運行

13、，特別在大容量發(fā)電廠中，在發(fā)電機電壓母線或發(fā)電機出口處，短路電流可達幾萬安至幾十萬安。為使電氣設(shè)備能承受短路電流的沖擊，往往需選用加大容量的電氣設(shè)備。這不僅增加投資，甚至會因開斷電流不能滿足而選不到符合的高壓電氣設(shè)備，在主接線設(shè)計時，因計做好短路計算，以備考慮采取限制短路電流的措施。5.1 短路點的選擇在每個電壓等級選一個短路點，220kV電壓等級選在d1點，110kV電壓等級選在d2點，10kV電壓等級選在d3點。220KV110KVXsX1X2X310KVS2d1d2d35.2短路電流計算1. 基準值在短路計算的基本假設(shè)前提下，選取Sj = 100MVA，VB 為各級電壓平均值（ 230，

14、115，10.5kv）2.系統(tǒng)電抗在Sj=100MVA下，取 Xs=0.09 Xs1=0.5x0.4x40x=0.0153.變壓器各繞組電抗取值阻抗電壓高中高低中低12228各繞組等值電抗Vs(1-2)12，Vs（1-3）22，s（2-3）8Vs1% = （Vs(1-2)% + Vs(1-3)%Vs(2-3)%）= （12+ 228）=13220KV110KVXs2Xs1S1X1X2d1d2圖一S2Vs2% = （Vs(1-2)% + Vs(2-3)%Vs(1-3)%） = （12+822）=1Vs3% = （Vs(1-3)% + Vs(2-3)%Vs(1-2)%） = （22+812）=9各

15、繞組等值電抗標么值為：X1=0.054X2=-0.0042X3=0.0754.各短路點短路計算a）d1點短路10KV母線側(cè)沒有電源，無法向220KV側(cè)提供短路電流，即可略去不計，如圖一示，則短路電流Id1 9.524換算到220KV短路電流有名值I=Id1 =9.524= 2.391KA根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊的相關(guān)規(guī)定取電流沖擊系數(shù)Kch=1.8 當不計周期分量的衰減時，短路電流全電流最大有效值Ich=2 I=2 I=1.51I Icj=1.512.391=3.610KA當不計周期分量衰減時沖擊電流ish =KchI=1.87I=2.55I=2.552.391= 7.275KA短路容量S=V

16、BI=2302.391=1159.262MVA同理，有：b）d2點短路如d1處短路類似，10KV母線側(cè)因沒有電源，無法向110KV側(cè)提供短路電流，即可略去不計，則短路電流Id2 =7.752換算到110KV短路電流有名值I=Id2 =7.752= 3.892KA取電流沖擊系數(shù)Kch=1.8 當不計周期分量的衰減時，短路電流全電流最大有效值Ich =2 I=2 I=1.51I Icj =1.513.892=5.877KA當不計周期分量衰減時沖擊電流 ish =KchI=1.87I=2.55I=2.553.892= 9.925KA短路容量 S =VBI=1153.892= 775.231MVAc）

17、d3點短路Id3 =5.899換算到10KV側(cè)有名值I= Id3=5.899=32.436KA短路電流全電流最大有效值及沖擊值Icj = 1.51I =1.5132.436 =48.978KAIsh = 2.55I = 2.5532.436 = 82.712KA短路容量：S = VB I = 10.532.436=589.89MVA6一次設(shè)備和導(dǎo)體的選擇正確選擇電氣設(shè)備是電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電氣設(shè)備。盡管電力系統(tǒng)中各種電器的作用和工作條件并不一樣，具體

18、選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求確是一致的。電氣設(shè)備要可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗動、熱穩(wěn)定性。本設(shè)計中，電氣設(shè)備的選擇包括：斷路器、隔離開關(guān)和母線的選擇。6.1斷路器和隔離開關(guān)的選擇斷路器的選擇，除滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮到要便于安裝調(diào)試和運行維護，并在經(jīng)濟技術(shù)方面都比較后才能確定。根據(jù)目前我國斷路器的生產(chǎn)情況，現(xiàn)一般選用真空、SF6、少油和壓縮空氣等斷路器作為10kV220kV的開關(guān)電器。6.1 斷路器的選擇（1）220kV側(cè)：經(jīng)查表，220kV系列高壓六氟化硫斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)中LW6-220/3150型號斷路器的參數(shù)如下：型號電壓kV額定

19、 電流A額定開斷電流kA極限通過電流，kA熱穩(wěn)定電流，kA固有分閘時間（s）合閘時間（s）峰值有效值1S4S5S10SLW6-220/3150220315050125400.030.09額定電壓：額定電流：短路電流：對斷路器進行檢驗：動穩(wěn)定校驗：。故動穩(wěn)定校驗合格。熱穩(wěn)定校驗：取繼電保護裝置后備保護動作時間=0.6s，220kV斷路器分閘時間=0.03s，則=+=0.6s+0.03s=0.63s=3.6100.63=2.27kA40kA,故滿足熱穩(wěn)定要求。（2）110kV側(cè)：經(jīng)查表，LW14-110/2000的SF6斷路器的技術(shù)數(shù)據(jù)為：型號電壓kV額定 電流A額定開斷電流kA極限通過電流（kA

20、）熱穩(wěn)定電流，kA全開斷時間 （s）固有分閘時間（s）峰值有效值1S3S5S10SLW14-110/2000110200031.58031.50.050.025額定電壓：額定電流：短路電流：110kV斷路器的校驗：動穩(wěn)定校驗:，滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：=5.8770.65=3.82kA31.5kA,故滿足熱穩(wěn)定要求。（3）10kV電壓級：經(jīng)查表，LW14-110/2000的SF6斷路器的技術(shù)數(shù)據(jù)為：型號電壓kV額定 電流A額定開斷電流kA極限通過電流（kA）熱穩(wěn)定電流，kA固有分閘時間（s）合閘時間（s）峰值有效值1S3S5S10SLW14-110/20001080001053001200.15

21、0.65額定電壓：額定電流：短路電流：10kV斷路器的校驗：動穩(wěn)定校驗：,滿足條件。熱穩(wěn)定校驗:=48.9780.75=36.73kA120kA,故滿足熱穩(wěn)定要求。6.2隔離開關(guān)的選擇1.隔離開關(guān)用途隔離開關(guān)是一種最簡單的高壓開關(guān)，在實際中俗稱閘刀。隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，不能用來開端負荷電流和短路電流。 在配電裝置中，其主要用途有：（1）保證裝置中檢修工作的安全，在需要檢修的部分和其他帶電部分，用隔離開關(guān)構(gòu)成明顯的空氣絕緣間隔。（2）在雙母線和帶旁路母線的主接線中，可利用隔離開關(guān)作為操作電器，進行母線切換或代替出線操作，但此時必須遵守“等電位原則”。（3）由于隔離開關(guān)能通過拉長電弧的方法

22、來滅弧，具有切斷小電流的可能性，所以隔離開關(guān)可用于以下操作：1）斷開和接通電壓互感器和避雷器2）斷開和接通母線或直接連接在母線上設(shè)備的電容電流3）斷開和接通勵磁電流不超過2A的空載變壓器或電容電流不超過5A的空載線路4）斷開和接通變壓器中性點接地線（系統(tǒng)中沒有接地故障時才能進行）。（1）220 kV側(cè)：型號額定電壓（KV）額定電流（A）極限通過電流峰值(KA)熱穩(wěn)定電流（KA）4S5SGW6-220D/1000-5022010005021額定電壓：額定電流：1000A動穩(wěn)定電流ish=7.275kA50kA,滿足動穩(wěn)定要求.熱穩(wěn)定電流Icj=3.610kA21kA，滿足熱穩(wěn)定要求.（2）110

23、 kV側(cè)：型號額定電壓（KV）額定電流（A）極限通過電流峰值(KA)熱穩(wěn)定電流（KA）4S5SGW4-110D/2000-8011020008021.5額定電壓：額定電流：動穩(wěn)定電流ish=9.925kA80kA,滿足動穩(wěn)定要求.熱穩(wěn)定電流Icj=5.877kA21.5kA，滿足熱穩(wěn)定要求.（3）10 kV側(cè)：型號額定電壓（KV）額定電流（A）極限通過電流峰值(KA)熱穩(wěn)定電流（KA）4S5SGW4-10D/8000-16010800016075額定電壓：額定電流：8000A動穩(wěn)定電流ish=82.712kA160kA,滿足動穩(wěn)定要求.熱穩(wěn)定電流Icj=48.978kAIgmax=661.3，滿足要求。（2