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计算书

东北电力学院毕业设计论文

220kV变电所电气部分一次系统设计

计算书

专业：

2002级专升本电力系统及其自动化

姓名：

学校：

东北电力学院

设计计算书

短路电流计算

1、计算电路图和等值电路图

系统阻抗标幺值：

设：

SJ=100MVA

X1=X2=X3=0.2

X4=X5=X6=（Ud／100）*（Sj/Se）=（14.1/100）*（100/240）=0.59

X7=X8=X9=X10=Xd*”*（Sj/Se）=0.167*（100/300/0.85）=0.0473

X7=X8=X9=X10=（Ud%/100）*（Sj/Se）=（14.6/100）*（100/360）

=0.0406

X15=X16=X*Sj/Up²=0.4*150*（100/230²）=0.1134

X17=X18=X*Sj/Up²=0.4*100*（100/230²）=0.0756

根据主变的选择SFPSLO-240000型变压器，可查出：

UdI-II%=14.6、UdI-III%=6.2、UdII-III%=9.84

X19=X22=1/200*（UdI-II%+UdI-III%-UdII-III%）*（Sj/Se）

=1/200*（14.6+6.2-9.84）*（100/240）=0.0228

X20=X23=1/200*（UdI-II%+UdII-III%-UdI-III%）*（Sj/Se）

=1/200*（14.6+9.84-6.2）*（100/240）=0.0379

X20=X23=1/200*（UdI-III%+UdII-III%-UdI-II%）*（Sj/Se）

=1/200*（6.2+9.84-14.6）*（100/240）=0.003

（1）、d1点短路电流的计算：

X25=（X1+X4）/3=0.0863

X26=（X7+X11）/4=0.02198

X27=X15/2=0.0567

X28=X17/2=0.0378

X29=X25+X27=0.143

X30=X26+X28=0.05978

用个别法求短路电流

1水电厂S–1:

Xjss–1=X29*（SN∑1/Sj）=0.143*（3*200/0.875/100）=0.98

2水电厂H–1:

XjsH–1=X30*（SN∑1/Sj）=0.0598*（4*300/0.85/100）=0.844

查运算曲线：

t=0”时

I*S-1”=1.061

I*H-1”=1.242

IS-1”=（I*S-1”*SNS-1）／（√3*Uj）

=1.061*（3*200/0.875）／（√3*230）=1.826KA

IchS-1=IS-1”*√[1+2*（Kch-1）²]

=1.826*√[1+2*（1.85-1）²]=2.855KA

IH-1”=（I*H-1”*SNH-1）/（√3*Uj）

=1.242*（4*300/0.85）/（√3*230）=4.402KA

IchH-1=IH-1”*√[1+2*（Kch-1）²]

=4.402*√[1+2*（1.85-1）²]=6.883KA

I”=IS-1”+IH-1”=1.826+4.402=6.288KA

Ich1=IchS-1+IchH-1=2.855+6.833=9.738KA

t=2”时

I*t=2s-1”=1.225

I*t=2H-1”=1.36

It=2s-1”=（I*t=2s-1”*SNS-1）/（√3*Uj）

=1.225*（3*200/0.875）/（√3*230）=2.109KA

It=2H-1”=（I*t=2H-1”*SNH-1）/（√3*Uj）

=1.36*（4*300/0.85）/（√3*230）=4.8198KA

It=2”=It=2s-1”+It=2H-1”=2.109+4.8198=6.928KA

T=4”时

I*t=4s-1”=1.225

I*t=4H-1”=1.375

It=4s-1”=（I*t=4s-1”*SNS-1）/（√3*Uj）

=1.225*（3*200/0.875）/（√3*230）=2.109KA

It=4H-1”=（I*t=4H-1”*SNH-1）/（√3*Uj）

=1.375*（4*300/0.85）/（√3*230）=4.873KA

It=4”=It=4s-1”+It=4H-1”=2.109+4.873=6.982KA

⑵、d2点短路电流的计算：

X31=（X19+X20）/2=0.03035

X32=X29+X31+X29*X31/X30

=0.143+0.03035+0.143*0.03035/0.0598=0.246

X33=X30+X31+X30*X31/X29

=0.0598+0.03035+0.0598*0.03035/0.143=0.103

用个别法求短路电流

①水电厂S–1:

Xjss–1=X32*（SN∑1/Sj）=0.246*（3*200/0.875/100）=1.687

②水电厂H–1:

XjsH–1=X33*（SN∑1/Sj）=0.103*（4*300/0.85/100）=1.454

查运算曲线：

t=0”时

I*S-1”=0.616

I*H-1”=0.71

IS-1”=（I*S-1”*SNS-1）／（√3*Uj）

=0.616*（3*200/0.875）／（√3*230）=1.06KA

IchS-1=IS-1”*√[1+2*（Kch-1）²]

=1.06*√[1+2*（1.85-1）²]=1.657KA

IH-1”=（I*H-1”*SNH-1）/（√3*Uj）

=0.71*（4*300/0.85）/（√3*230）=2.516KA

IchH-1=IH-1”*√[1+2*（Kch-1）²]

=2.516*√[1+2*（1.85-1）²]=3.934KA

I”=IS-1”+IH-1”=1.06+2.516=3.576KA

Ich1=IchS-1+IchH-1=1.657+3.934=5.591KA

t=2”时

I*t=2s-1”=0.649

I*t=2H-1”=0.74

It=2s-1”=（I*t=2s-1”*SNS-1）/（√3*Uj）

=0.649*（3*200/0.875）/（√3*230）=1.117KA

It=2H-1”=（I*t=2H-1”*SNH-1）/（√3*Uj）

=0.74*（4*300/0.85）/（√3*230）=2.623KA

It=2”=It=2s-1”+It=2H-1”=1.117+2.623=3.74KA

T=4”时

I*t=4s-1”=0.649

I*t=4H-1”=0.74

It=4s-1”=（I*t=4s-1”*SNS-1）/（√3*Uj）

=0.649*（3*200/0.875）/（√3*230）=1.117KA

It=4H-1”=（I*t=4H-1”*SNH-1）/（√3*Uj）

=0.74*（4*300/0.85）/（√3*230）=2.623KA

It=4”=It=4s-1”+It=4H-1”=1.117+2.623=3.74KA

⑶、d3点短路电流的计算：

X34=（X19+X21）/2=0.0129

X35=X29+X34+X29*X34/X30

=0.143+0.0129+0.143*0.0129/0.0598=0.187

X36=X30+X34+X30*X34/X29

=0.0598+0.0129+0.0598*0.0129/0.143=0.078

用个别法求短路电流

①水电厂S–1:

Xjss–1=X35*（SN∑1/Sj）=0.187*（3*200/0.875/100）=1.282

②水电厂H–1:

XjsH–1=X36*（SN∑1/Sj）=0.078*（4*300/0.85/100）=1.101

查运算曲线：

t=0”时

I*S-1”=0.810

I*H-1”=0.94

IS-1”=（I*S-1”*SNS-1）／（√3*Uj）

=0.810*（3*200/0.875）／（√3*230）=1.394KA

IchS-1=IS-1”*√[1+2*（Kch-1）²]

=1.394*√[1+2*（1.85-1）²]=12.18KA

IH-1”=（I*H-1”*SNH-1）/（√3*Uj）

=0.94*（4*300/0.85）/（√3*230）=3.331KA

IchH-1=IH-1”*√[1+2*（Kch-1）²]

=3.331*√[1+2*（1.85-1）²]=5.21KA

I”=IS-1”+IH-1”=1.394+3.331=4.725KA

Ich1=IchS-1+IchH-1=2.81+5.21=7.39KA

t=2”时

I*t=2s-1”=0.888

I*t=2H-1”=1.011

It=2s-1”=（I*t=2s-1”*SNS-1）/（√3*Uj）

=0.888*（3*200/0.875）/（√3*230）=1.529KA

It=2H-1”=（I*t=2H-1”*SNH-1）/（√3*Uj）

=1.011*（4*300/0.85）/（√3*230）=3.583KA

It=2”=It=2s-1”+It=2H-1”=1.529+3.583=5.112KA

T=4”时

I*t=4s-1”=0.888

I*t=4H-1”=1.011

It=4s-1”=（I*t=4s-1”*SNS-1）/（√3*Uj）

=0.888*（3*200/0.875）/（√3*230）=1.529KA

It=4H-1”=（I*t=4H-1”*SNH-1）/（√3*Uj）

=1.011*（4*300/0.85）/（√3*230）=3.583KA

It=4”=It=4s-1”+It=4H-1”=1.529+3.583=5.112KA

电气设备的选择与校验

一、断路器的选择与校验，隔离开关的选择与校验

1、220KV电压等级

断路器

Sn=240MVA

最大工作电流：

Imax=1.05*Sn/（√3*Un）

=1.05*240/（1.732*220）=661A

选SW2-220型断路器

型号

额定电压

额定电流

额定断开电流

极限通过电流

热稳定电流

断开

容量

固有分闸时间

SW2-220

220KV

1000A

15.8KA

59KA

21KA

5000MVA

0.05”

假定主保护动作时间为0.05”，后备保护3.9”。

则：

断路计算时间：

tk=0.05+0.39+0.05=4”

短路点选主变压器与断路器之间，流经该断路器的短路电流为最大。

1）热稳定校验;

I”=6.228KA、I2.0=6.928KA、I4.0=6.56KA

QP=（tK/12）*（I”²+10Itk/2²Itk²）

=（4/12）*（6.228²+10*6.928²+6.56²）

=187.26[（KA）².S]

由于tK＞1秒故不计QNP

所以：

QK=QP=187.26[（KA）².S]

It²*t=21²*4=1764[（KA）².S]

QK＜It²*t热稳定满足。

2）动稳定校验：

ish=Ksh√2*I”=2.55*I”=2.55*6.228=15.8814KA

ies=59KA

因为ies＞ish，所以动稳定满足。

3）I”=6.228KA＜INbr=15.8KA

ish=15.8814KA＜INcl=59KA

综上所述：

选SW2-220型断路器

隔离开关

选GW6-220G型

型号

额定电压

额定电流

动稳定电流

热稳定电流

GW6-220G

220KV

1000A

50KA

21KA（5秒）

1）热稳定校验

QK=187.26[（KA）².S]

It²*t=21²*5=2205[（KA）².S]

QK＜It²*t热稳定满足。

2）动稳定校验

ish=15.8814KA

ies=50KA

因为ies＞ish，所以动稳定满足。

综上所述：

选GW6-220G型隔离开关满足要求。

2、110KV电压等级

断路器

Sn=240MVA

最大工作电流：

IMax=1.05*Sn/（√3*Un）

=1.05*240/（1.732*110）=1323A

选SW2-110I型断路器

型号

额定电压

额定电流

额定断开电流

极限通过电流

热稳定

电流

断开

容量

固有分闸时间

SW2-110I

110KV

1500A

31.5KA

80KA

31.5KA（4秒）

6000MVA

0.045”

tk==4”

短路点选主变压器与断路器之间，流经该断路器的短路电流为最大。

1）热稳定校验;

I”=3.576KA、I2.0=3.74KA、I4.0=3.74KA

QP=（tK/12）*（I”²+10Itk/2²Itk²）

=（4/12）*（3.576²+10*3.74²+3.74²）

=55.55[（KA）².S]

由于tK＞1秒故不计QNP

所以：

QK=QP=55.55[（KA）².S]

It²*t=31.5²*4=4961.25[（KA）².S]

QK＜It²*t热稳定满足。

2）动稳定校验：

ish=Ksh√2*I”=2.55*I”=2.55*3.576=9.1188KA

ies=80KA

因为ies＞ish，所以动稳定满足。

3）I”=3.576KA＜INbr=31.5KA

ish=9.1188KA＜INcl=80KA

综上所述：

选SW2-110I型断路器

隔离开关

选GW5-110GK型

型号

额定电压

额定电流

动稳定电流

热稳定电流

GW5-110GK

110KV

1500A

83KA

25KA（4秒）

1）热稳定校验

QK=55.55[（KA）².S]

It²*t=25²*5=2500[（KA）².S]

QK＜It²*t热稳定满足。

2）动稳定校验

ish=9.1188KA

ies=83KA

因为ies＞ish，所以动稳定满足。

综上所述：

选GW5-110GK型隔离开关满足要求。

3、10KV电压等级

断路器

母线分段断路器，最大工作电流为一组变压器的持续工作电流，因此，母线分段设备同三相变压器回路。

Sn=240/2MVA=120MVA

最大工作电流：

IMax=1.05*Sn/（√3*Un）

=1.05*120/（1.732*10.5）=6928A

I4.0=5.112KA

选SN4-10G/8000型断路器

型号

额定电压

额定电流

额定断开电流

极限通过电流

热稳定

电流

断开

容量

固有分闸时间

SN4-10G/8000

10KV

8000A

87KA

300KA

120KA（5秒）

3000MVA

0.15”

tk==4”

短路点选主变压器与断路器之间，流经该断路器的短路电流为最大。

1）热稳定校验;

I”=4.725KA、I2.0=5.112KA、I4.0=5.112KA

QP=（tK/12）*（I”²+10Itk/2²Itk²）

=（4/12）*（4.725²+10*5.112²+5.112²）

=103.26[（KA）².S]

由于tK＞1秒故不计QNP

所以：

QK=QP=103.26[（KA）².S]

It²*t=120²*4=72000[（KA）².S]

QK＜It²*t热稳定满足。

2）动稳定校验：

ish=Ksh√2*I”=2.55*I”=2.55*4.725=12.049KA

ies=300KA

因为ies＞ish，所以动稳定满足。

3）I”=4.725KA＜INbr=87KA

ish=12.049KA＜INcl=300KA

综上所述：

选SN4-10G/8000型断路器

隔离开关

选GN10-10T/8000型

型号

额定电压

额定电流

动稳定电流

热稳定电流

GN10-10T/8000

10KV

8000A

250KA

80KA（5秒）

1）热稳定校验

QK=103.26[（KA）².S]

It²*t=80²*5=32000[（KA）².S]

QK＜It²*t热稳定满足。

2）动稳定校验

ish=12.049KA

ies=250KA

因为ies＞ish，所以动稳定满足。

综上所述：

选GN10-10T/8000型隔离开关满足要求

二、电压互感器的选择：

6-220KV屋内配电装置一般采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。

35-110KV配电装置，一般采用油浸绝缘结构的电压互感器。

220KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般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。

根据以上要求选择如下：

型号

电压等级

额定变比

YDR-220

220KV

（220000/√3）/（100/√3）/100

YDR-110

110KV

（110000/√3）/（100/√3）/100

JDZJ-10

10KV

（10000/√3）/（100/√3）/100

三、电流互感器的选择

220KV电压等级

UN=220KVIMax=661Akt

选LCW-220

型号

额定电流比

热稳定倍数（kt）

动稳定倍数（kes）

LCW-220

4*300/5

60

60

1）热稳定校验

QK=187.26[（KA）².S]

（kt*IN）²*t=（1.2*60）²*1=5184[（KA）².S]（t=1）

QK＜（kt*IN）²热稳定满足。

2）动稳定校验

ish=15.8814KA

ies=kes√2*IN=60*1.414*1.2=101.808KA

因为ies＞ish，所以动稳定满足。

选LCW-220满足要求。

四、接地开关的选择：

35KV及以上电力系统中必须设置接地开关、选择结果如下：

220KV:

JW1-220

110KV:

JW1-110

五、母线选择与校验

1、220KV侧

IMax=661A

选LGJQ-400型钢芯铝绞线

型号

导体允许最高温度

长期允许载流量

LGJQ-400

70℃

825

1）裸道体载流量在不同海拔高度及环境温度下的综合效正系数：

K=0.83（T=40℃）

Ia-1（40℃）=KIa-1=0.83*825=684.75A

Ia-1（40℃）＞IMax

2）正常运行导体温度

Q=Q0+（Qa-1-Q0）*IMax²/Ia-1²

=25+（70-25）*661²/685²=66.9

因为：

C=84

热稳定校验：

Smin=√（Qk*Ks）/C=164mm²＜400mm²

热稳定满足要求

3）电晕校验

Ucr=44.38mSr*（1+0.298/√rb）tg（Dm/r）

m=0.9（绞线）

S=1.0（晴天）

Dab=4mDbc=4mDca=8m

Dm=504cm

R=√（400/∏）=11.29mm=1.129cm

Ucr=44.388*0.9*1.0*（1+0.298/√1.129）*tg（504/1.129）

=153KA

Umax=242/√3=139.88KV

Ucr＞Umax

选LGJQ-400满足要求

1、110KV侧

Imax=1323A

选LGJQ-800型钢芯铝绞线

型号

导体允许最高温度

长期允许载流量

LGJQ-800

70℃

1600

1）裸道体载流量在不同海拔高度及环境温度下的综合效正系数：

K=0.83（T=40℃）

Ia-1（40℃）=KIa-1=0.83*1600=1328A

Ia-1（40℃）＞IMax

2）正常运行导体温度

Q=Q0+（Qa-1-Q0）*IMax²/Ia-1²

=25+（70-25）*1323²/1328²=69.6

因为：

C=84

热稳定校验：

Smin=√（Qk*Ks）/C=427.9mm²＜800mm²

热稳定满足要求

选LGJQ-800满足要求。

3、10.5KV侧

Imax=6928A

选双槽型导体2*175*80*8

截面尺寸

双槽型导体截面

Kf

导体截面流量

截面积系数

175*80*8

4880mm²

1.195

6600A

25m²

六、避雷器的选择

220KV发电厂、变电所的配电装置选FZ型号。

1、220KV电压等级

选FZ-220J

型号

额定电压

灭弧电压

公频放电电压

FZ-220J

220KV

220KV

488KV-536KV

校验：

（1）、0.8*1.1*220=193.6KV（导线对地电压）

193.6KV＜200KV

（2）、K0=3

K0uxg=3*1.1*220/1.732=419.1KV

419.1KV＜488KV

1.8*200=360KV

360KV＜488KV

FZ-220J合格

2、110KV电压等级

选FZ-110J

型号

额定电压

灭弧电压

公频放电电压

FZ-110J

110KV

100KV

224KV-268KV

校验：

（1）、0.8*1.1*110=96.8KV（导线对地电压）

96.8KV＜100KV

（2）、K0=3.5

K0uxg=3.5*1.1*110/1.732=244.5KV

244.5KV＜268KV

1.8*100=180KV

180KV＜268KV

FZ-110J合格

3、10.5KV电压等级

选FZ-10

型号

额定电压

灭弧电压

公频放电电压

FZ-10

10KV

12.7KV

26KV-31KV

校验：

（1）、1.1*10=11KV（导线对地电压）

11KV＜12.7KV

（2）、K0=4

K0uxg=4*1.1*10/1.732=25.4KV

25.4KV＜26KV

1.8*12.7=22.9KV

22.9KV＜26KV

FZ-10合格

4、220KV、110KV变压器中性点避雷器

（1）220KV电压等级FZ-1