220KV地区变电站电气主接线课设.docx
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220KV地区变电站电气主接线课设
第一章原始资料的分析……………………………………………………………………3
第1.1节原始资料………………………………………………………………………3
第1.2节分析原始资料…………………………………………………………………3
第二章电气接线图…………………………………………………………………………4
第2.1节电气主接线基本概述…………………………………………………………4
第2.2节主接线的基本接线形式………………………………………………………5
第2.3节主接线图………………………………………………………………………6
第三章初步设备选择………………………………………………………………………7
第四章年运行费用计算……………………………………………………………………8
第五章短路电流计算………………………………………………………………………9
第5.1节电路各元件参数标幺值的计算………………………………………………9
第5.2节不同短路点短路电流计算……………………………………………………10
第六章设备选择和校验……………………………………………………………………11
第6.1节断路器的选择和校验…………………………………………………………11
第6.2节隔离开关的选择和校验………………………………………………………15
第6.3节电流互感器的选择和校验……………………………………………………16
第6.4节电压互感器的选择……………………………………………………………18
第6.5节母线的选择和校验………………………………………………………………20
第七章站用电的设计………………………………………………………………………22
第7.1节站用电源数量及容量…………………………………………………………22
第7.2节站用电源引接方式……………………………………………………………23
第八章无功功率的补偿……………………………………………………………………23
第一章原始资料的分析
第1.1节原始资料
1.变电站的建设规模
（1）类型：
地区变电所
（2）利用小时数：
5500小时∕年
（3）距接网地点230KM
2.接入系统及电力负荷情况
（1）220KV电源进线（来自系统）4回，与其他变电所的联络线2回，当取基准容量为100MVA时，系统归算到220KV母线上的X*s=0.018。
系统的装机容量为5000MW。
（2）110KV电压等级：
出线10回，110KV最大负荷200MW，最小负荷150MW，COSφ=0.80，Tmax=5500h∕a。
（3）10KV电压等级：
出线8回，10KV最大负荷70MW，最小负荷30MW，COSφ=0.80，Tmax=5500h∕a。
（4）主保护动作时间tpr1=0.1s,后备保护时间tpr2=2.4s。
（5）站用变按2×500KVA考虑。
3.环境因素：
海拔小于1000米，环境温度25℃，母线运行温度80℃。
4.无功功率补偿目标COSφ=0.95。
第1.2节分析原始资料
1.变电站的类型：
变电站所有三个电压等级，高压为220kV，中压为110kV，低压为10kV。
变电所的性质为地区变电站。
2.各电压负荷：
110KV电压等级的出线10回，110KV最大负荷200MW，最小负荷150MW，COSφ=0.80，Tmax=5500h∕a。
10KV电压等级的出线8回，10KV最大负荷70MW，最小负荷30MW，COSφ=0.80，Tmax=5500h∕a。
3.联络变压器：
有3个电压等级，选用220KV三绕组变压器。
第二章电气主接线
发电厂和变电所的电气主接线是指由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路。
电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护配置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。
第2.1节电气主接线基本概述
电气主接线的基本要求：
1.电气主接线应根据系统和用户的要求，保证供电的可靠性和电能质量。
对三类负荷以一个电源供电即可。
对一类负荷和二类负荷占大多数的用户应由两个独立电源供电，其中任一电源必须在另一电源停止供电时，能保证向重要负荷供电。
电压和频率是电能质量的基本指标，在确定电气主接线时应保证电能质量在允许的变动范围之内。
2.电气主接线应具有一定得灵活性和方便性，以适应电气装置的各种运行状态。
不仅要求在正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。
3.电气主接线应在满足上述要求的前提下，尽可能经济。
应尽量减少设备投资费用和运行费用，并尽量减少占地面积，同时注意搬迁费用、安装费用和外汇费用。
4.具有发展和扩建的可能性。
电气主接线在设计时应尽量留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过渡方案的实施。
第2.2节主接线的基本接线形式
主接线的形式：
1.单母线接线及单母线分段接线
2.双母线接线及双母线分段接线
3.带旁路母线的单母线和双母线接线
4.一台半断路器及三分之四台断路器接线
5.变压器母线组接线
6.单元接线
7.桥型接线
8.多角形接线
根据对原始资料的分析以及对主接线的认识，选出以下接线形式：
1.220KV侧选择双母线接线
2.110KV侧选择带旁路母线的双母线接线
3.10KV侧选择单母线分段接线
第2.3节主接线图
第三章初步设备选择
1.变电所主变压器。
变电所主变压器的容量一般按变电所建成后5~10年的规划负荷选择。
对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ，Ⅱ类负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%~80%。
即
Sn≈（0.7~0.8）Smax∕（n-1）（MVA）
式中Smax—变电所最大负荷，MVA；
n--变电所主变压器台数。
为保证供电的可靠性，变电所一般装设2台主变压器；枢纽变电所装设2~4台；地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可装设3台。
110KV侧负荷的最大容量计算：
S2max=200÷0.80=250MVA
10KV侧负荷的最大容量计算：
S3max=70÷0.80=87.5MVA
通过变压器容量计算：
S=250+87.5=337.5MVA
当选择2台主变压器时，一台主变应承担的系统容量为：
Sn=0.7*337.5=236.25MVA
考虑到最大负荷的容量计算和投资的经济性，经查相关的设备手册，决定选择主变的容量为Sn=240MVA。
所选参数如下：
型号：
SFPS7-240000/220
额定容量（KVA）：
240000
额定电压（KV）：
高压242±2×2.5%；
中压121；
低压10.5；
连接组：
YNyn0d11;
损耗（KW）：
空载175
短路800
空载电流（%）：
0.7
阻抗电压（%）：
高-中25.0
高-低14.0
中-低9.0
所以选两台SFPS7-240000/220型变压器为主变压器。
2.站用变压器。
由于站用变按2×500KVA考虑，低压厂用工作电源一般从10KV厂用母线引接。
所选参数如下：
型号：
S9-500/10
额定容量（KVA）：
500
额定电压（KV）：
高压10低压0.4
连接组：
Yyn0
损耗（KW）：
空载1.0短路5.0
空载电流（%）：
1.4
阻抗电压（%）：
4
第四章年运行费用计算
根据主变压器参数：
△Po=175KW，△P1k+△P2k+△P3k=800KW
△Qo=Sn×Io%=240000×0.7%=1680KVar
K=0.1
△Q1k=U1%×Sn=0.15×240000=36000KVar
△Q2k=U2%×Sn=0,10×240000=24000KVar
△Q3k=0
对于三绕组变压器，n=2：
△A=2×（175+0.1×1680）×5500+0.5×（800×5500+5500×0.1×（36000+24000+0））=22473000
C=α△A=0.32×22473000=7191360（元）
第五章短路电流计算
高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、电抗器、线路等）的电抗，采用标幺值计算。
在为选择电气设备而进行的短路电流计算中，如果系统阻抗（即等值电源阻抗）不超过短路回路总阻抗的5%～10%，就可以不考虑系统阻抗，将系统作为“无限大”电力系统处理，按这种假设所求得的短路电流虽较实际值偏大一些，但不会引起显著误差以致影响所选电气设备的型式。
另外，由于按无限大电力系统计算得到的短路电流是电气装置所通过的最大短路电流，因此，在初步估算装置通过的最大短路电流或缺乏必需的系统参数时，都可认为短路回路所接的电源容量是无限大电力系统。
第5.1节电路各元件参数标幺值的计算
1.主变压器的各绕组电抗标幺值计算如下：
U1%=0.5（U（1-2）%+U（1-3）%-U（2-3）%）=0.5×（25+14-9）=15
U2%=0.5（U（1-2）%+U（2-3）%-U（1-3）%）=0.5×（25+9-14）=10
U3%=0.5（U（1-3）%+U（2-3）%-U（1-2）%）=0.5×（14+9-25）=-1
所以XT1=U1%×SB/（100×SN）=15×100/（100×240）=0.0625
XT2=U2%×SB/（100×SN）=10×100/（100×240）=0.0417
XT3=U3%×SB/（100×SN）=-1×100/（100×240）=-0.004≈0
2.按所给参数进行短路计算：
X*s=0.018XT1=0.0625XT2=0.0417XT3=-0.004
IB1=SB/
UB1=100/
×220=0.26
IB2=SB/
UB2=100/
×110=0.52
IB3=SB/
UB3=100/
×10=5.77
3.线路的阻抗计算：
Xl=（230×0.4/4）×100/（220×220）=0.048
第5.2节不同短路点短路电流计算
1.220KV母线短路时的短路电流计算
标幺值：
I*=1/（0.048+0.018）=15.15
有名值：
I″=15.15×0.26=3.94（KA）
冲击电流：
Ish=1.9
I=10.59（KA）
2.110KV母线短路时的短路电流计算
标幺值：
I*=1/（0.018+0.048+（0.0625+0.0417）×0.5）=8.47
有名值：
I″=8.47×0.52=4.40（KA）
冲击电流：
Ish=1.9
I=11.83（KA）
3.10KV母线短路时的短路电流计算
（1）分段运行时
标幺值：
I*=1/（0.018+0.048+0.0625）=7.78
有名值：
I″=7.78×5.77=44.9（KA）
冲击电流：
Ish=1.9
I=120.65（KA）
（2）并列运行时
标幺值：
I*=1/（0.018+0.048+0.0625×0.5）=10.28
有名值：
I″=10.28×5.77=59.31（KA）
冲击电流：
Ish=1.9
I=159.37（KA）
第六章设备选择和校验
第6.1节断路器的选择和校验
断路器型式的选择：
除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。
根据我国当前制造情况，电压6－220kV的电网一般选用少油断路器，电压110－330kV电网，可选用SF6或空气断路器，大容量机组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。
断路器选择的具体技术条件如下：
（1）电压：
Ug≤UnUg---电网工作电压
（2）电流：
Ig.max≤InIg.max--最大持续工作电流
（3）开断电流：
Ip.t≤Inbr
Ipt---断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量
Inbr---断路器额定开断电流
（4）动稳定：
ich≤imax
imax---断路器极限通过电流峰值
ich---三相短路电流冲击值
（5）热稳定：
I∞²tdz≤It²t
I∞---稳态三相短路电流
tdz-----短路电流发热等值时间
It---断路器t秒热稳定电流
（一）、断路器的选择
1.220KV侧的进线断路器和母联断路器
IN=Pmax/
UNCOSφ=（200+70）/
×220×0.8=0.89KA
UN=220KV
2.220KV侧的主变压器出口断路器
IN=PN/
UN=240/
×220=0.63KA
UN=220KV
3.110KV侧的主变压器出口断路器
IN=PN/
UN=240/
×110=1.26KA
UN=110KV
4.110KV侧的母联断路器和旁路断路器
IN=Pmax/
UNCOSφ=200/
×110×0.8=1.31KA
UN=110KV
5.110KV侧的出线断路器
IN=Pmax/
UNCOSφ×n=200/
×110×0.8×10=0.13KA
UN=110KV
6.10KV侧主变压器出口断路器和分段断路器
IN=Pmax/
UNCOSφ=70/
×10×0.8=5.1KA
UN=10KV
7.10KV侧的出线断路器
IN=Pmax/
UNCOSφ×n=70/
×10×0.8×8=0.63KA
UN=10KV
根据以上所算电压和电流的最大值，可以选出相应的断路器
可选出3类断路器：
（1）.220KV侧的进线、母联、出线选同一种断路器
（2）.110KV侧的母联、旁路、出口、出线选同一种断路器
（3）.10KV侧的出口、分段、出线选同一种断路器
断路器表格：
类型
型号
额定电压（KV）
额定电流（KA）
额定开断电流（KA）
额定关合电流（峰值KA）
动稳定电流（峰值KA）
热稳定电流（KA）
固有分闸时间s
:
断开时间s
（1）
LW2-220
220
2500
50
125
125
50（3s）
0.03
0.06
（2）
LW14-110
110
2500
40
100
100
40（3s）
0.025
0.05
（3）
SN10-10
10
8000
100
230
230
100（4s）
0.2
（二）、断路器的校验
1.220KV侧：
Xjs*=X∑j*×SN∑/S=0.066×5000/100=3.3＞3,视为无穷大系统
根据短路电流计算可知：
I″=3.94KA，Ish=10.59KA
对于LW2-220：
tbr=0.06s，tk=tpr2+tbr=2.4+0.06=2.46s
Qk=tk（I″）²=2.46×3.94²=38.19（KA²·S）
It²t=50²×3=7500＞Qk满足热稳定要求
Ies=125KA＞Ish满足动稳定要求
INbr=50KA＞I″开断电流满足
INcl=125KA＞Ish短路闭合电流满足
2.110KV侧：
Xjs*=X∑j*×SN∑/S=（0.066+0.052）×5000/100=5.9＞3，视为无穷大系统
I″=4.40KA,Ish=11.83KA
对于LW14-110：
tbr=0.05s，tk=tpr2+tbr=2.4+0.05=2.45s
Qk=tk（I″）²=2.45×4.40²=47.432（KA²·S）
It²t=40²×3=4800＞Qk满足热稳定要求
Ies=100KA＞Ish满足动稳定要求
INbr=40KA＞I″开断电流满足
INcl=100KA＞Ish短路闭合电流满足
3.10KV侧：
Xjs*=X∑j*×SN∑/S=（0.066+0.031）×5000/100=4.86＞3，视为无穷大系统
I″=59.31KA,Ish=159.37KA
对于SN10-10：
tbr=0.2s，tk=tpr2+tbr=2.4+0.2=2.6s
Qk=tk（I″）²=2.6×59.31²=9145.96（KA²·S）
It²t=100²×4=40000＞Qk满足热稳定要求
Ies=230KA＞Ish满足动稳定要求
INbr=100KA＞I″开断电流满足
INcl=230KA＞Ish短路闭合电流满足
第6.2节隔离开关的选择和校验
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因素，进行综合的技术经济比较然后确定。
参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件。
选择的具体技术条件如下：
（1）电压：
Ug≤UnUg---电网工作电压
（2）电流：
Ig.max≤InIg.max---最大持续工作电流
（3）动稳定：
ich≤imax
（4）热稳定：
I²·t≤It²·t
（一）、隔离开关的选择
根据断路器的参数，可以选出相应的隔离开关
可选出3类隔离开关：
（1）.220KV侧的进线、母联、出线选同一种隔离开关
（2）.110KV侧的母联、旁路、出口、出线选同一种隔离开关
（3）.10KV侧的出口、分段、出线选同一种隔离开关
隔离开关表格：
类型
型号
额定电压（KV）
额定电流A
动稳定电流（KA）
热稳定电流（KA）
（1）
GW17-220
220
2500
125
50（4s）
（2）
GW5-110Ⅱ
110
1600
100
31.5（4s）
（3）
GN10-10T
10
6000
200
105（5s）
（二）、隔离开关的校验
1.220KV侧：
对于隔离开关GW17-220
由断路器校验可知Qk=38.19（KA²·S）
Ish=10.59KA
It²t=50²×4=10000＞Qk满足热稳定要求
Ies=125KA＞Ish满足动稳定要求
2.110KV侧：
对于隔离开关GW5-110Ⅱ
由断路器校验可知Qk=47.432（KA²·S）
Ish=11.83KA
It²t=31.5²×4=3969＞Qk满足热稳定要求
Ies=100KA＞Ish满足动稳定要求
310KV侧：
对于隔离开关GN10-10T
由断路器校验可知Qk=9145.96（KA²·S）
Ish=159.37KA
It²t=105²×4=55125＞Qk满足热稳定要求
Ies=200KA＞Ish满足动稳定要求
第6.3节电流互感器的选择和校验
电流互感器的选择和配置应按下列条件：
（1）型式：
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，一般采用油浸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。
（2）一次回路电压：
Ug≤Un
Ug为电流互感器安装处一次回路工作电压，Un为电流互感器额定电压。
（3）一次回路电流：
Ig·max≤I1n
Ig·max为电流互感器安装处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到于+40℃时，进行修正。
修正的方法与断路器In的修正方法相同。
（4）准确等级：
电流互感器准确等级的确定与电压互感器相同，需先知电流互感器二次回路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计来选择。
（5）动稳定：
内部动稳定ich≤
式中Kdw电流互感器动稳定倍数，它等于电流互感器级限通过电流峰值idw与一次绕组额定电流I1n峰值之比，即
Kdw=idw/（
I1n）
（6）热稳定：
I2
t≤（I1nKt）2
Kt为电流互感器的1秒钟热稳定倍数。
（一）、电流互感器的选择
由断路器所计算出的参数，可选择相应的电流互感器
可选出3类电流互感器：
（1）.220KV侧的进线、母联、出线选同一种电流互感器
（2）.110KV侧的母联、旁路、出口、出线选同一种电流互感器
（3）.10KV侧的出口、分段、出线选同一种电流互感器
电流互感器表格：
类型
型号
额定电流比（A）
1s热稳定（倍数）
动稳定（倍数）
（1）
LCW-220
4×300/5
60
60
（2）
LB6-110
1500/5
45
115
（3）
LBJ-10
6000/5
50
90
（二）、电流互感器的校验
1.220KV侧：
由断路器校验可知：
Qk=38.19（KA²·S）
Ish=10.59KA
故：
热稳定校验（KtIn）²=（60×1.2）²=5184＞Qk满足热稳定要求
动稳定校验
InKes=
×1.2×60=101.82＞Ish满足动稳定要求
2.110KV侧：
由断路器校验可知：
Qk=47.432（KA²·S）
Ish=11.83KA
故：
热稳定校验（KtIn）²=（45×1.5）²=4556.25＞Qk满足热稳定要求
动稳定校验
InKes=
×1.5×115=243.95＞Ish满足动稳定要求
3.10KV侧：
由断路器校验可知：
Qk=9145.96（KA²·S）
Ish=159.37KA
故：
热稳定校验（KtIn）²=（50×6）²=90000＞Qk满足热稳定要求
动稳定校验
InKes=
×6×90=763.68＞Ish满足动稳定要求
第6.4节电压互感器的选择
电压互感器的选择：
35－110KV的配电装置，一般釆用油浸绝缘结构的电压互感器，220KV以上，一般釆用电容式电压互感器。
当需要和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器，或有第三绕组的单相电压互感器组。
电压互感器三个单相电压互感器接线，主二次绕组连接成星形，以供电给测量表计，继电器以及绝缘电压表，对于要求相电压的测量表计，只有在系统中性点直接接地时才能接入，附加的二次绕组接成开口三角形，构成零序电压滤过器供电给继电器和接地信号（绝缘检查）继电器。
（1）一次电压U1：
1.1Un>U1>0.9Un，Un为电压互感器额定一次线电压，1.1和0.9是允许的一次电压波动范围，即±10%Un。
（2）二次电压：
电压互感器二次电压，应根据使用情况，按下表选用所需的二次额定电压。
（3）准确等级
电压互感器的准确度是在二次负荷下的准确级。
用于电度表准确度不低于0.5级，用于电压测量，不应低于1级
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