220KV變電站設(shè)計及一次圖

XINJIANGINSTITUTEOFENGINEERING二〇一六年五月九日變電站電氣部分設(shè)計(一次系統(tǒng)),首先根據(jù)原始資料進行分析，負荷計算選擇ABSTRACTLookingahead,ourabilitytoachievethemiddleofthiscentury,modernization,toalargeextentdependsonenergy.Thepowerindustryisthebasisofthenationaleconomyisanimportantpillarindustry,theriseandfallwiththeStateandthepeoplecloselyrelatedtothewell-being,alongwitheconomicdevelopmentandtherapiddevelopmentofmodernindustryrise,moreandmorepowersupplysystemdesigncomprehensive,systematic,rapidgrowthofplantconsumptionforpowerquality,technicalandeconomicconditions,reliabilityofelectricitysupplyareincreasing,andthereforealsohavehigherpowersupplydesign,betterrequirements.Substationasahubforpowertransmissionandcontroltochangethetraditionaldesignandcontrolmode,toadapttothemodernpowersystem,modernizationofindustrialproductionandthedevelopmenttrendofsociallife.Thedesigndiscussionispartof220KVelectricalsubstationdesign(asystem),Firstofall,analyzetheoriginaldataandchoosethemaintransformer,basedonit,designthemainwiringandShortCircuitCalculation,atlastchooseequipment,thenmineandtheprotectionofearthanddistributiondevice.Keywords:substation;short-circuitcurrent;equipmentselection;distributionequipment ABSTRACT I1緒論 41.1電力行業(yè)的現(xiàn)狀 4-1.2研究背景 2電氣主接線的設(shè)計 2-2.1電氣主接線的概述 2-2.2電氣主接線的基本要求 3-2.3電氣主接線設(shè)計的原則 3-2.4電氣主接線的方案選擇 3-3負荷計算和主變壓器的選擇 7-3.1主變壓器的選擇原則 7-3.2負荷計算 9-3.3無功補償 3.4主變壓器選擇結(jié)果 3.5站用變的選擇 4.短路電流的計算 4.1短路的危害 4.2短路電流計算的目的………16-4.3短路電流計算的內(nèi)容………17-4.4短路電流計算方法 4.5三相短路電流周期分量起始值的計算 5導體和電氣設(shè)備的選擇 22-5.1按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 22-5.2按短路狀態(tài)校驗 22-5.3高壓斷路器 24-5.4220kV側(cè)斷路器隔離開關(guān)的選擇與校驗 25-5.5110kV側(cè)斷路器隔離開關(guān)的選擇與校驗 27-5.635kV側(cè)斷路器隔離開關(guān)的選擇與校驗 29-5.7互感器的選擇 30-5.835kV高壓熔斷器的選擇 35-5.9導體的選擇與校驗 37-6防雷及過電壓保護裝置設(shè)計 42-6.1避雷針 42-6.2避雷器 43-6.3防雷接地 44-6.4變電所的防雷保護 45-6.5變電所的進線段保護 46-6.6接地裝置 46- 47-參考文獻 48- 49-個國家的國民經(jīng)濟發(fā)展水平及其社會現(xiàn)代化水平高低的一個重要標志。表1-1110KV側(cè)負荷名稱負荷名稱COSφ回路數(shù)式變電站A1架空變電站B1架空變電站C1架空變電站D1架空醫(yī)院1架空武警1架空局1架空市政府架空軍區(qū)1架空煤礦1架空表1-235KV側(cè)負荷名稱負荷名稱配電站A數(shù)回路供電方式架空配電站B1架空配電站C51架空機械廠1架空學校架空劇院5架空商場7架空小區(qū)9架空鋼鐵廠架空廠1架空院51架空院51架空2電氣主接線的設(shè)計方案主變臺數(shù)方案一雙母線雙母線單母線分段2方案二雙母帶旁路母線接線雙母線單母線分段2方案一：220kV采用雙母線接線，出線6回(其中備用2回)保證了可靠性。110kV側(cè)也采用雙母線接線，出線10回(其中備用2回),供給遠方大型冶煉的接線方式，出線6回(其中2回備用),多裝了價高的斷路器和隔離開關(guān)，增需要的場合是十分必要的。110kV采用雙母線接線，出線10回。35kV側(cè)采用單母線分段接線，出線12回。表格2-2方案對比方案一方案二靈活性調(diào)度靈活，各電壓等級均利經(jīng)濟性優(yōu)點：單母線用分段斷路器進行分段，對重要用戶可以有從不同段引出兩(2)雙母線接線優(yōu)點：供電可靠，通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組(3)雙母線帶旁路母線接線除依據(jù)傳遞容量基本原始資料外，還應根據(jù)電力系統(tǒng)5-10年發(fā)展規(guī)劃、輸送功術(shù)上是不合理的，因為每千瓦的發(fā)電設(shè)備投資遠大于每千瓦變電設(shè)備的投資。1、對大城市郊區(qū)的一次變電所，在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電2、對地區(qū)性孤立的一次變電所或大型工業(yè)專用變電所，在設(shè)計時應考慮裝3、對于規(guī)劃只裝設(shè)兩臺主變壓器的變電所，以便負荷發(fā)展時，更換變壓器遠期10～20年的負荷發(fā)展。對于城郊變電所，主變壓器容量應與城市規(guī)劃相結(jié)合。變壓器停運時，其余變壓器容量應能保證全部負荷的70%～80%。容量為300MW及以下機組單元接線的變壓器和330kV及以下電力系統(tǒng)中，電站中采用三繞組變壓器一般不多于3臺，以免由于增加了中壓側(cè)引線的構(gòu)架，般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列以要求限制3次諧波對電源等因素。根據(jù)以上原3.2負荷計算負荷計算的必要性：為一個企業(yè)或用戶供電，首先要解決的是企業(yè)要用多少度電，或選用多大容量變壓器等問題，這就需要進行負荷的統(tǒng)計和計算，為正確地選擇變壓器容量與無功補償裝置，選擇電氣設(shè)備與導線、以及繼電器保護的整定等提供技術(shù)參數(shù)2I。供電設(shè)計常采用的電力負荷計算方法有需用系數(shù)法、二項系數(shù)法、利用系數(shù)法和單位產(chǎn)品電耗法等。需用系數(shù)法計算簡便，對于任何性質(zhì)的企業(yè)負荷均適用，且計算結(jié)果基本上符合實際，尤其對各用電設(shè)備容量相差較小且用電設(shè)備數(shù)量較多的用電設(shè)備組，因此，這種計算方法采用最廣泛。二項系數(shù)法主要適用于各用電設(shè)備容量相差大的場合，如機械加工企業(yè)，煤礦井下綜合機械化采煤工作面等。利用系數(shù)法以平均負荷作為計算的依據(jù)，利用概率論分析出最大負荷與平均負荷的關(guān)系，這種計算方法目前積累的實用數(shù)據(jù)不多，且計算步驟較為繁瑣，故工程應用較少。單位產(chǎn)品電耗法常用于方案設(shè)計。鑒于以上幾種方法的介紹，本次設(shè)計采用需用系數(shù)法。對于用電戶或一組用電設(shè)備，當在大負荷運行時，所安裝的所有用電設(shè)備(不包括備用)不可能全部同時運行，也不可能全部以額定負荷運行，再加之線路在輸送電力時必有一定的損耗，而用電設(shè)備本身也有損耗，故不能將所有設(shè)備的額定容量簡單相加來作為用電戶或設(shè)備組的最大負荷，必須要對相加所得到的總額定容量EP打一定的折扣。所謂需用系數(shù)法就是利用需用系數(shù)來確定用電戶或用電設(shè)備組計算負荷的方法。其實質(zhì)是用一個小于1的需用系數(shù)K對用電設(shè)備組的總額定容量ZP、打一定的折扣，使確定的計算負荷P。比較接近該組設(shè)備從電網(wǎng)中取用的平均負荷P。其基本計算公式為P=K?ZR需用系數(shù)的含義：一個用電設(shè)備組的需用系數(shù)可表示為式中K、—設(shè)備同時系數(shù)；K?—設(shè)備加權(quán)平均負荷系數(shù)；ηw—設(shè)備組的各用電設(shè)備的加權(quán)平均效率；I=S/(√3U?)(式3-2)系統(tǒng)中有110kV和35kV兩個負荷等級，其最大負荷為200MW,cosφ=0.85,和70MW,cosφ=0.8P=200MWQ=20*0.62M4(P=70MWZP=27OAWZO=176.5(Sca=√270+176.52=32B(MVA)荷的70%-80%。電設(shè)備和輸電線路的供電能力得到充分的發(fā)揮并在交流電路中，有功功率與視在功率的比值稱為功率因數(shù)，用cosφ表示。感、電容及有功負荷的大小。當cosφ=1時，表示電源發(fā)出的視在功率全為有功功率，即S=P,Q=0;當COSφ=0時，則P=0,表示電源發(fā)出的功率全為無功功率，即S=Q。所以符合的功率因數(shù)越接近1越好。2)35kV側(cè)的補償無功量式中：I%為變壓器空載電流占額定電流Ix的百分數(shù)O=Q+Q58+2×42.46-M32)35kV一側(cè)補償所以，35KV側(cè)補償需要的總?cè)菪詿o功量為：Q=Q+929.4+2×61.2-8M5{SFPS8-240000/220型強迫油循環(huán)風冷三相三繞組調(diào)壓變壓器MVA額定容MVA容量比電壓比組別空載損耗負載損耗阻抗電壓%高中高低中低0240±8×YN,yn03.5站用變的選擇源或獨立電源上。如果能夠從變電所外引入可靠的380V備用電源，上述變電所程保留了施工時架設(shè)的臨時線路，多用于只有一臺主變壓器或一段低壓母線。所用變壓器低壓側(cè)接線所用電系統(tǒng)采用380/220V中性點直接接地的三相四3.5.4站用電接線表3-2變壓器S7—500/35型號表型號高壓低壓組別空載損負載損空載電流AS7—500/35供電系統(tǒng)發(fā)生短路后51,電路阻抗比正常運行時阻抗小很多，短路電流通常4.2短路電流計算的目的(1)標幺值法(2)有名值法有名值法就是以實際有名單位給出電路元件參數(shù)。這種方法通常用于1kV短路電流的計算通常采用近似標幺值計算。取S。=110MW,各并認為發(fā)電機電勢模值標幺制為1,相角為0%。前已選出了主變壓器(三繞組),其阻抗電壓百分比，如下表：繞組高一中高—低阻抗電壓%取S=100MVA,Ug=U。計算變壓器各繞組的標么值由于一期工程，只有兩臺主變運行。所以，只需考慮2臺變壓器。2變的參X=0.018YYYLLXn-?=0.0583Xr?-?=0.0583Xn,=0.0042YYXn-?=0.0375YYYXn=0.03當(f-1)點(220kV母線)發(fā)生短路時的計算S?=I"×Sg=14×110=154N0V-i=√2K,)=2.5&1436(3)當(f-2)點(110kV母線)發(fā)生短路時的計算圖4-3(f-2)點短路等值電路圖Xn=X??=X+Xr=0.0583X=X??//X??=0.0271X?=X+X0.018+0.02￥10S,=I"×Sg=11.13×110=1223MV/i=2.5$I”=I=1.5&I=(4)當(f-3)點(35kV)母線短路時的計算圖4-4(f-3)點短路等值電路圖Xn=X?=X=0.05830.0375X?=Xη//X??=0.0479X?=X+X=0.018+0.04≠9(i=2.5$I=2×5523.68k4計算參數(shù)短路點短路電流有名值短路電流有效值沖擊電流kA220kV21.2828.3823.6860.385導體和電氣設(shè)備的選擇1)電器選擇的一般原則2)額定電壓電壓,故所選電氣設(shè)備允許的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。定電壓Us的條件選擇。即3)額定電流應不小于該賄賂在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流Im,即：4)環(huán)境條件對設(shè)備選擇的影響1)校驗的一般原則2)短路熱穩(wěn)定校驗式中：Q一短路電流產(chǎn)生的熱效應3)電動力穩(wěn)定校驗4)短路電流計算條件(1)容量和接線(2)短路種類(3)計算短路點5)短路計算時間驗算熱穩(wěn)定的短路計算時間t?為繼電保護動作時間t,和相應斷路器的全開t?=tp+t(式5-5)而t,是指對斷路器的分閘脈沖傳送到斷路器操作機構(gòu)的跳閘線圈時起，到各相證高壓電器及裝置在檢修工作時的安全，不能用于切斷、投入負荷電流或開斷按斷路器采用的滅弧介質(zhì)可分為油斷路器(多油，少油)、壓縮空氣斷路器、Ux≥Ux,Ix≥Im(式5-6)3)開斷電流選擇當斷路器的I較系統(tǒng)短路電流大很多時，簡化計算可用I≥I”,I”為短4)短路關(guān)合電流的選擇為了保證斷路器在關(guān)合短路電流時的安全斷路器的額定關(guān)合電流i,不應小5)短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗I2t≥Q≥當t>1S時，可不考慮非周期分量的熱效應，只計周t,一短路電流周期分量發(fā)熱的等值時間(式5-9)用為：隔離電壓，倒閘操作，分、合小電流3。柱數(shù)目又可分為單柱式、雙柱式和三柱式；此外，還有V形隔離開關(guān)。隔離開型號額定電壓A斷流容量MVA峰值4s固有分閘時間S合閘時間SSW6-220/12電弧持續(xù)時間取0.04s,熱穩(wěn)定時間為：tx=1.5+0.03+0.04=1.57(s)>1(s),不計非周期熱效應。Q=142×1.57=307.72[(k4)2]s5.動穩(wěn)定校驗i=55kA)j=35.k6.4.2主變壓器側(cè)隔離開關(guān)的選擇與校驗GW4-220/1250-80型隔離開關(guān)，其技術(shù)參數(shù)如下表：表5-2GW4-220/1250-80技術(shù)參數(shù)型號額定電壓額定電流A極限通過電流熱穩(wěn)定電流kA峰值GW4220/(5)定校驗(5)動穩(wěn)定校驗220kV母聯(lián)斷路器及隔離開關(guān)的最大工作條件與變中220kV側(cè)應滿足相同的要求，故選用相同設(shè)備。即選用SW6-220/1200型斷路器和GW4-220/1250-80型極限通過電熱穩(wěn)定申型號額定電額定電流A額定短路開斷電流kA峰值流kALW36-126/I2t≥Q電弧持續(xù)時間為0.06stx=tp,+t,±.5+0.060.0-6I2t≥Q?滿足熱穩(wěn)校驗要求。i?=10kA>i=28.31滿足動穩(wěn)定校驗要求5.5.2主變壓器側(cè)隔離開關(guān)的選擇與校驗(1)額定電壓選擇：Ux≥Ux=110kV(2)額定電流選擇：Iv≥nax=1322.6(3)極限通過電流選擇：i>i=28.3k8初選GW5-126D/1600-31.5型隔離開關(guān)，技術(shù)參數(shù)如下表：表5-4GW5-126D/1600-31.5技術(shù)參數(shù)型號額定電額定A極限通過電流短路熱穩(wěn)定電流I2t=31.5×43969滿足熱穩(wěn)定要求20@A&i。=80kA>j?=25.31滿足校驗要求。110kV母聯(lián)斷路器及隔離開關(guān)的最大工作條件與變中110kV側(cè)應滿足相同的要求，故選用相同設(shè)備。即選用LW30-126/3150-31.5型六氟化硫斷路器和GW5—126D/1600-31.5型隔離開關(guān)。5.635kV側(cè)斷路器隔離開關(guān)的選擇與校驗選擇LW36-40.5型六氟化硫斷路器，技術(shù)參數(shù)如下表：表5-5LW36-40.5技術(shù)參數(shù)型號額定電額定額定短路動穩(wěn)定電流峰值kA熱穩(wěn)定電流kA全開斷時間峰值LW36-40.540.54.熱穩(wěn)定校驗I2t=252×4=250[2tk=tp+t±.5+0.060.06Qk=23.682×1.62=908.4[(kA)2s]滿足熱穩(wěn)定校驗要求。滿足動穩(wěn)定校驗要求。(式5-11)Ux≥Uv=35kV表5-6GW5-40.5D/1600-31.5技術(shù)參數(shù)型號額定電壓kV額定電流A動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流kAGW5-40.5D/1600-31.5i=80kA>i=60.3;35kV母聯(lián)斷路器及隔離開關(guān)的最大工作條件與變低35kV側(cè)應滿足相同的要求，故選用相同設(shè)備。即選用LW36-40.5型六氟化硫斷路GW5-40.5D/1600-31.5的傳感器，互感器將高電壓、大電流按比例變成低電壓(100,100/√3)和小電互感器電流互感器電壓互感器特點(1)220kV側(cè)電流互感器的選擇根據(jù)以上兩項，初選LCW-220戶外支持式電流互感器，其參數(shù)如下：電流互感器型號額定電流A級次組合準確級次二次負荷10%倍數(shù)1S熱穩(wěn)定動穩(wěn)定準確等級13二次負荷倍數(shù)電流倍數(shù)電流倍數(shù)Ω04一一一’(K,3=(128026θ)’綜上所述，所選LCW-220(4×300/5)滿足要求。220kV母聯(lián)CT:由于220kV母聯(lián)與變高220kV側(cè)的運行條件相應，故同樣選用LCW-220(4×300/5)型CT。(2)110kV側(cè)的電流互感器的選擇主變中110kV的CT的選擇：一次回路電流：I≥Im=1322.66A根據(jù)以上兩項，初選LB6—110戶外油浸式電流互感器，其參數(shù)如下：表5-9LB6-110技術(shù)參數(shù)感器型號額定A級次組合準確級次二次負荷準確等級動穩(wěn)定Ω二荷LCW-1/10P/0.25S動穩(wěn)定校驗：滿足動穩(wěn)定要求熱穩(wěn)定校驗：(IKj=45=2025(s≥).=20滿足熱穩(wěn)定性要求。綜上所述，所選的電流互感器LB6-110滿足動熱穩(wěn)定性要求。110kV母聯(lián)CT的選擇。母聯(lián)的工作條件與變中110kVCT應相同，所以同樣選擇LB6-110型CT。(3)35kV側(cè)電流互感器的選擇由此得，初選LB6—35戶外油浸式電流互感器，其參數(shù)如下：表5-10LB6-35技術(shù)參數(shù)參數(shù)設(shè)備額定電準確級組合額定二次負荷1s熱穩(wěn)定電流kA動穩(wěn)定電流峰值kALB6—2000/52滿足熱穩(wěn)定要求K,j=40=1600(s)。},9082由于10kV母聯(lián)只在一臺主變停運時才有大電流通過，與10kV母線側(cè)電流1)種類和型式選擇應根據(jù)裝設(shè)地點和使用條件進行選擇電壓互感器的種類和型式。6～22)額定電壓和電流的選擇(1)一次額定電壓Ux≥U(2)二次額定電壓：表5-11二次額定電壓繞組二次繞組二次輔助繞組高壓側(cè)接入方式接于線電壓上接于相電壓上用于中性點直接接地系統(tǒng)中心用于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地二次額定電壓規(guī)程規(guī)定，用于變壓器，所用饋線，出線等回路中的電度表，供所有計算電費的電度表，其準確等級要求為0.5級，供運行監(jiān)視估算電能的電度表，功率表和電壓繼電器等，期準確等級要求一般為1級，在電壓二次回路上，同一回路接有幾種不同型式和用途的表計時，應按要求等級高的儀表，確定為電壓互感器工作的最高準確等級。4.電壓互感器的容量不小于二次側(cè)負荷的容量Sx?≥S??S=√(ZS,cosφ)2+(2S,sinφ)2(式5-11)S,—儀表的視在功率；φ—儀表的功率因數(shù)角。(1)220kV母線設(shè)備電壓互感器的選擇型式：采用電容式電壓互感器，作電壓，電能測量及繼電保護用。電壓：額定一次電壓：準確等級：用于保護、測量、計量用，其準確等級為0.5級，查相關(guān)設(shè)計手(2)110kV母線設(shè)備電壓互感器的選擇型式：采用電容式式電壓互感器，作電壓、電能測量及繼電保護用。電壓：額定一次電壓：U?=110kV準確等級：用戶保護，測量、計量用，其準確等級為0.5級。選定PT的型號為：TYD—110(3)35kV母線設(shè)備電壓互感器的選擇型式：采用樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)PT,用于同步、測量儀表和保護裝置。準確等級：用于保護、測量、計量用，其準確等級為0.5級。選定PT型號：JDJJ—355.835kV高壓熔斷器的選擇高壓熔斷器是一種最簡單保護電器，它用來保護電氣設(shè)備免受過載和短路電流的損害，當其所在電路的電流超過規(guī)定值并經(jīng)一定時間后，它的熔體熔化而分斷電流、開斷電路，熔斷器主要用來進行短路保護，用來保護線路、變壓器及電壓互感器等設(shè)備。有的熔斷器具有過負荷保護功能。(1)型式的選擇按安裝條件及用途選擇不同類型高壓熔斷器如屋外跌開式、屋內(nèi)式。對用于保護電壓互感器的高壓熔斷器應選用專用系列。在本站中，熔斷器只用于保護電壓互感器,其只需按額定電壓及斷流容量(S=√3Uxl)兩項來選擇。當短路容量較大時，可考慮在熔斷器前串聯(lián)限流電阻。(2)額定電壓選擇對于一般高壓熔斷器，其額定電壓Ux必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓Ux對于充填石英砂有限流作用的限流式熔斷器，則不宜使用在低于熔斷器額定電壓的電網(wǎng)中。(3)額定電流選擇1)熔管額定電流的選擇為了保證熔斷器殼不致?lián)p壞，高壓熔斷器的熔管額定電流I應大于或等于熔體的額定電流I,即I≥I2)熔體額定電流的選擇為了防止熔體在通過變壓器勵磁涌流和保護范圍以外的短路及電動機自啟動等沖擊電流時誤動作，保護35kV及以下電力變壓器的高壓熔斷器，其熔體的額定電流應根據(jù)電力變壓器回路最大工作電流Imx按Iv=KImax選擇。K-為可靠系數(shù)，不計電動機自啟動時K=1.1～1.3,考慮自啟動K=1.5～2.0。額定電壓UN大于或等于電網(wǎng)的額定電壓UNs熔管的額定電流Iv大于或等于熔體的額定電流Iv初選RW10-35型限流熔斷器，技術(shù)參數(shù)如下表：表5-12RW10-35技術(shù)參數(shù)型號額定安西石兒人已A開斷容量不小MVA最小切斷電流(有效值)最大開斷申RW10-3535kV0.52000I=50kA>I"=23.68kA擇和校驗。工作電流；電暈(對110kV級以上電壓的母線);動穩(wěn)定性和機械強外，對于年負荷利用小時數(shù)大，傳輸容量大，長度在20M以上的導體，其截面5.9.1220kV母線選擇查發(fā)電廠電氣部分表C=89,則滿足短路時發(fā)熱的最小導采用鋼芯鋁絞線Ix=1322.66A,選LGJ型鋼芯鋁絞線，標稱截面鋁/鋼為630/80mm2,長期允許最大電流為1650A熱穩(wěn)定校驗按最大持續(xù)電流選擇兩條125×8矩形鋁導體平放額定載流為2670A,集膚效應系數(shù)K,為1.4,修正后的載流量為：I=0.8&2670218914×=1.沖擊電流i=60.44kA其中L,=1.2/3=0.4m,而條間應力為σm+G?=8.65×10?+26.2×10?=34.85×10?Pa<70×10?Pa查經(jīng)濟電流密度曲線，當T=3600h時，經(jīng)濟電流密度J=