220KV变电站电气主接线设计要点.docx
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220KV变电站电气主接线设计要点
220KV变电站电气主接线设计
一、原始材料………………………………………………………………………………2
二、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择………………………………………5
三、负荷计算……………………………………………………………………………………6
四、短路电流的计算……………………………………………………………………………7
五、变电所一次设备的选择与校验……………………………………………………………8
六、变电所高、低压线路的选择……………………………………………………………10
原始资料
1.1.1变电所规模及其性质:
电压等级220/110/35kv
线路回数220kv本期2回交联电缆(发展1回)
110kv本期4回电缆回路(发展2回)
35kv30回电缆线路,一次配置齐全
本站为大型城市变电站
2.归算到220kv侧系统参数(SB=100MVA,UB=230KV)
近期最大运行方式:
正序阻抗X1=0.1334;零序阻抗X0=0.1693
近期最大运行方式:
正序阻抗X1=0.1445;零序阻抗X0=0.2319
远期最大运行方式:
正序阻抗X1=0.1139;零序阻抗X0=0.1488
3.110kv侧负荷情况:
本期4回电缆线路最大负荷是160MW最小负荷是130MW
远期6回电缆线路最大负荷是280MW最小负荷是230MW
4.35kv侧负荷情况:
(30回电缆线路)
远期最大负荷是240MW最小负荷是180MW
近期最大负荷是170MW最小负荷是100MW
5.环境条件:
当地年最低温度-24℃,最高温度+35℃,最热月平均最高温度+25℃,海拔高度200m,气象条件一般,非地震多发区,最大负荷利用小时数6500小时。
主接线设计
本变电站为大型城市终端站。
220VKV为电源侧,110kv侧和35kv侧为负荷侧。
220kv和110kv采用SF6断路器。
220kv采取双母接线,不加旁路。
110kv采取双母接线,不加旁路。
35kv出线30回,采用双母分段。
低压侧采用分列运行,以限制短路电流。
电气主接线图
第二章主变压器选择和负荷率计算
原始资料
1.110kv侧负荷情况:
本期4回电缆线路最大负荷是160MW最小负荷是130MW
远期6回电缆线路最大负荷是280MW最小负荷是230MW
2.35kv侧负荷情况:
(30回电缆线路)
远期最大负荷是240MW最小负荷是180MW
近期最大负荷是170MW最小负荷是100MW
3.由本期负荷确定主变压器容量。
功率因数COSφ=0.85
主变压器选择
2.2.1容量选择
(1)按近期最大负荷选:
110kv侧:
160MW
35kv侧:
170MW
按最优负荷率0.87选主变压器容量
每台主变压器负荷
110kv侧:
80MW
35kv侧:
85MW
按最优负荷率0.87选主变压器容量。
SN=PL/(0.85×η)=(80+85)/(0.85×0.87)=209.6MVA
或SN=0.6PM/0.85=0.6(160+170)/0.85=232.9MVA
选SN=240MVA,容量比100/50/50的220kv三绕组无激磁调压电力变压器
负荷率计算
由负荷率计算公式:
η=S/SB
110kv最大,最小负荷率:
η=80/(0.85×120)=78.4%η=65/(0.85×120)=63.7%
35kv最大,最小负荷率
η=85/(0.85×120)=83.3%η=50/(0.85×120)=49%
总负荷率:
η=(85+80)/(0.85×240)=80.9%η=(50+65)/(0.85×240)=56.4%
(2)按远期最大负荷选:
(远期设三台主变压器)
110kv侧:
280MW
35kv侧:
240MW
每台主变压器负荷
110kv侧:
93.3MW
35kv侧:
80MW
按最优负荷率0.87选主变压器容量。
SN=PL/(0.85×η)=(93.3+80)/(0.85×0.87)=234MVA
选SN=240MVA,容量比100/50/50
负荷率计算
110kv最大负荷率:
η=93.3/(0.85×120)=91.4%
35kv最大,最小负荷率η=80/(0.85×120)=78.4%
总负荷率:
η=(93.3+80)/(0.85×240)=84.9%
所以,综合以上讨论可知,从长远考虑选主变压器容量:
SN=240MVA,容量比100/50/50的变压器。
因为:
SN/SLMAX=(240×0.85)/(160+170)=61.8%>60%
所以每台主变压器可以带总负荷的60%。
SLMAX/SN=1.62
经查表知事故过流允许负荷在过负荷1.6倍时为15分钟,过负荷2.0倍的允许时间为4分钟。
2.2.2变压器参数列表:
表2-1变压器参数列表
容量MVA
调压范围
电压KV
空载损耗(KW)
短路损耗(KW)
阻抗电压
UI-2%
U1-3%
U2-3%
240
±2×2.5%
220/110/38.5
230
1080
14
24
9
第三章短路计算
第3.1节相关参数计算
等值220kv系统:
XS1=0.1134XS0=0.1693
变压器:
U1%=0.5(U12%+U13%-U23%)=0.5(14+24-9)=14.5
U2%=0.5(U12%+U23%-U13%)=0.5(14+9-24)=-0.5
U3%=0.5(U13%+U23%-U12%)=0.5(24+9-14)=9.5
所以XT1=U1%×SB/(100×SN)=14.5×100/(100×240)=0.06042
XT2=U2%×SB/(100×SN)=0
XT3=U3%×SB/(100×SN)=9.5×100/(100×240)=0.0396
短路点选择
图3-1短路点分布图
F1点220kv进线断路器内侧
F2点220kv母联断路器
F3点220kv母线
F4点主变压器高压侧
F5点主变压器中压侧
F6点110kv母线
F7点110kv出线
F8点主变压器低压侧
F9点35kv出线
短路计算
图3-2
按近期最大运行方式所给参数进行短路计算:
X1=2XS1=2×0.1334=0.2668
XT1=0.06042
XT3=0.0396
IB1=SB/
UB1=100/230
=0.2510
IB2=SB/
UB2=100/115
=0.5020
IB3=SB/
UB3=100/37
=1.560
3.3.1短路点F1:
(220kv进线断路器内侧)
图3-3
标:
IK1=E/X1=1/0.2668=3.748
有:
IK1=IK1×IB1=3.748×0.2510=0.941KA
短路点F2:
(220kv母联断路器)
图3-4
标:
IK2=E/XS1=1/0.1334=7.496
有:
IK2=E×IB1=7.496×0.2510=1.88KA
短路点F3(220kv母线),F4(主变压器高压侧),与F2情况相同。
3.3.4短路点F5:
(主变压器中压侧)
图3-5
XK=0.5(X1+XT1)=0.5(0.2668+0.6042)=0.1636
标:
IK5=E/(2×XK)=0.5/0.1636=3.06
有:
IK5=IK5×IB2=3.06×0.5020=1.536KA
短路点F6:
(110kv母线)
图3-6
XK=0.5(X1+XT1)=0.1636
标:
IK6=E/XK=1/0.1636=6.11
有:
IK6=IK6×IB2=6.11×0.5020=3.07KA
短路点F7(110kv出线)情况与F6相同。
短路点F8:
(主变压器低压侧)
图3-7
XK=0.5(XT1+X1)+XT3=0.5(0.06042+0.2668)+0.0396=0.2032
标:
IK8=E/XK=1/0.2032=4.92
有:
IK8=IK8×IB3=4.923×1.560=7.68KA
短路点F9(35kv出线)情况与F8相同。
主要电气设备选型
断路器的选择
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
其中tdz=tz+0.05β"²由β"=I"/I∞和短路电流计算时间t,可从《发电厂电气部分课程设计参考资料》P112,图5-1查出短路电流周期分量等值时间,从而可计算出tdz。
220kv出线断路器
(1)选择
Ug=220KV
Igmax=PLMAX/(
×UnCOS
)=
=1.02KA
选择LW2-220SF6断路器
表4-1LW2-220SF6断路器参数表
型号
额定电压(kv)
额定电流(ka)
额定短路开断电流(ka)
额定短路关合电流(ka)
额定峰值耐受电流(ka)
4秒热稳定电流(ka)
全开断时间(s)
LW2-220
220
2.5
31.5
80
100
40
0.05
(2)热稳定校验:
I∞2tdz≤
式中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秒稳定电流。
其中tdz=tz+0.05β”,由β=I,/I∞=1
短路电流计算时间t=tpr+tab=0.5+0.15+0.06=0.71(tpr为全保护时间,tab为固有全分闸时间,它包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间)可从小电气书图5-1中查出短路电流周期分量等值时间tz=0.8S,忽略短路电流非周期分量。
所以:
tdz=tz+0.05β”=0.8S
Qk=I∞2tdz=0.9412
0.8<It2t
∴It²×t>Qk满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
ich≤imax
imax---------断路器极限通过电流峰值;
ich-----------三相短路冲击值。
ich=2.55I”=2.55
0.941=2.40满足动稳定要求。
母联断路器,变压器高压侧断路器
(1)选择
Ug=220KV
Igmax=1.05In=1.05×Sn/(
×Un)=
=0.661KA
选择LW2-220SF6断路器
表4-2LW2-220SF6断路器参数表
型号
额定电压(kv)
额定电流(ka)
额定短路开断电流(ka)
额定短路关合电流(ka)
额定峰值耐受电流(ka)
4秒热稳定电流(ka)
全开断时间(s)
LW2-220
220
2.5
31.5
80
100
40
0.05
(2)热稳定校验:
I∞2tdz≤It2t
其中tdz=tz+0.05β”,由β=I,/I∞=1
查出短路电流周期分量等值时间tz=0.8S,忽略短路电流非周期分量。
tdz=tz+0.05β”=tz=0.8S
Qk=I∞2tdz=1.882
0.8<It2t
∴It²×t>Qk满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
ich≤imax
ich=2.55I”=2.55
1.88=4.79满足动稳定要求。
110kv出线断路器,母联断路器
(1)选择
Ug=110KV
Igmax=P/(
COS
×Un)=
=0.988KA
选择LW2-132SF6断路器
表4-3LW2-132SF6断路器参数表
型号
额定电压(kv)
额定电流(ka)
额定短路开断电流(ka)
额定短路关合电流(ka)
额定峰值耐受电流(ka)
4秒热稳定电流(ka)
全开断时间(s)
LW2-132
132
2.5
31.5
80
100
31.5
0.05
(2)热稳定校验:
I∞2tdz≤It2t
其中tdz=tz+0.05β”,由β=I,/I∞=1
查出短路电流周期分量等值时间tz=0.8S,忽略短路电流非周期分量。
tdz=tz+0.05β”=tz=0.8S
Qk=I∞2tdz=3.072
0.8<It2t
∴It²×t>Qk满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
ich≤imax
ich=2.55I”=2.55
3.07=7.82满足动稳定要求。
变压器中压侧断路器
(1)选择
Ug=110KV
Igmax=1.05In=1.05×Sn/(
×Un)=1.323KA
选择LW2-132SF6断路器
表4-4LW2-132SF6断路器参数表
型号
额定电压(kv)
额定电流(ka)
额定短路开断电流(ka)
额定短路关合电流(ka)
额定峰值耐受电流(ka)
4秒热稳定电流(ka)
全开断时间(s)
LW2-132
132
2.5
31.5
80
100
31.5
0.05
(2)热稳定校验:
I∞2tdz≤It2t
其中tdz=tz+0.05β”,由β=I,/I∞=1
查出短路电流周期分量等值时间tz=0.8S,忽略短路电流非周期分量。
tdz=tz+0.05β”=tz=0.8S
Qk=I∞2tdz=1.5362
0.8<It2t
∴It²×t>Qk满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
ich≤imax
ich=2.55I”=2.55
1.536=3.92满足动稳定要求。
4.1.5变压器低压侧断路器
(1)选择
Ug=35KV
Igmax=PLMAX/(
COS
×Un)=
=1.65KA
选择LW2-132SF6断路器
表4-5LW2-132SF6断路器参数表
型号
额定电压(kv)
额定电流(ka)
额定短路开断电流(ka)
额定短路关合电流(ka)
额定峰值耐受电流(ka)
4秒热稳定电流(ka)
全开断时间(s)
ZN23-35
35
1.6
25
63
63
25
0.05
(2)热稳定校验:
I∞2tdz≤It2t
其中tdz=tz+0.05β”,由β=I,/I∞=1
查出短路电流周期分量等值时间tz=0.8,忽略短路电流非周期分量。
tdz=tz+0.05β”=tz=0.8S
Qk=I∞2tdz=7.682
0.8<It2t
∴It²×t>Qk满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
ich≤imax
ich=2.55I”=2.55
7.68=19.6满足动稳定要求。
35kv出线断路器
(1)选择
Ug=35KV
Igmax=1.05In=1.05×Sn/(
×Un)=1.323KA
选择ZN23-35断路器
表4-6ZN23-35断路器参数表
型号
额定电压(kv)
额定电流(ka)
额定短路开断电流(ka)
额定短路关合电流(ka)
额定峰值耐受电流(ka)
4秒热稳定电流(ka)
全开断时间(s)
ZN23-35
35
1.6
25
63
63
25
0.05
(2)热稳定校验:
I∞2tdz≤It2t
其中tdz=tz+0.05β”,由β=I,/I∞=1
查出短路电流周期分量等值时间tz=0.8,忽略短路电流非周期分量。
tdz=tz+0.05β”=tz=0.8S
Qk=I∞2tdz=7.682
0.8<It2t
∴It²×t>Qk满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
ich≤imax
ich=2.55I”=2.55
7.68=19.6满足动稳定要求。
隔离开关
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·tdz≤It²·t
220kv隔离开关
(1)选择
Ug=220KV
Igmax=1.05In=1.05×Sn/(
×Un)=0.661KA
选择GW4—220隔离开关
表4-7GW4—220隔离开关参数
型号
额定电压(kv)
额定电流(ka)
额定峰值耐受电流(ka)
热稳定电流(ka)
GW4-220
220
1.25
80
31.5
(2)热稳定校验:
I∞2tdz≤It2t
其中tdz=tz+0.05β”,由β=I,/I∞=1
查出短路电流周期分量等值时间tz=0.8,忽略短路电流非周期分量。
tdz=tz+0.05β”=tz=0.8S
Qk=I∞2tdz=1.882
0.8<It2t
∴It²t>Qk满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
ich≤imax
ich=2.55I”=2.55
1.88=4.79满足动稳定要求。
110kv隔离开关
(1)选择
Ug=110KV
Igmax=1.05In=1.05×Sn/(
×Un)=1.323KA
选择GW4—110隔离开关
表4-8GW4—110隔离开关参数表
型号
额定电压(kv)
额定电流(ka)
额定峰值耐受电流(ka)
热稳定电流(ka)
GW4-110
110
0.63
50
20
(2)热稳定校验:
I∞2tdz≤It2t
其中tdz=tz+0.05β”,由β=I,/I∞=1
查出短路电流周期分量等值时间tz=0.8,忽略短路电流非周期分量。
tdz=tz+0.05β”=tz=0.8S
Qk=I∞2tdz=1.5362
0.8<It2t
∴It²t>Qk满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
ich≤imax
ich=2.55I”=2.55
1.536=3.92满足动稳定要求。
35kv隔离开关
1)选择
Ug=35KV
Igmax=PLMAX/(
×Un)=0.155KA
选择GN1-35隔离开关
表4-9GN1-35隔离开关参数表
型号
额定电压(kv)
额定电流(ka)
额定峰值耐受电流(ka)
热稳定电流(ka)
GN1-35
35
0.6
52
20
(2)热稳定校验:
I∞2tdz≤It2t
其中tdz=tz+0.05β”,由β=I,/I∞=1
查出短路电流周期分量等值时间tz=0.8,忽略短路电流非周期分量。
tdz=tz+0.05β”=tz=0.8S
Qk=I∞2tdz=7.682
0.8<It2t
∴It²t>Qk满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
ich≤imax
ich=2.55I”=2.55
7.68=19.6满足动稳定要求。
电流互感器
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
tdz≤(I1nKt)2
Kt为电流互感器的1秒钟热稳定倍数。
220kv出线,母联处电流互感器
(1)形式:
采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式
(2)电压:
Ug=220KV
(3)电流:
Ig·max=1.02KA
(4)准确等级:
采用0.5级,根据以上条件选择LCLWD1-220,额定变比4×300/5,热稳定倍数60,动稳定倍数60
校验:
①电压:
Ug=Un
②电流:
Ig·max〈In
③动稳定:
Ich=2.40KA,
IchKd=
×1.2×60=101.82KA,
IchKd>Ich④热稳定:
Qk=0.708KA2·S,(I1NKT)2=(1.2×60)2=5184KA2·S
Qk<(I1NKT)2满足
变压器高压侧电流互感器
(1)形式:
采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式
(2)电压:
Ug=220KV
(3)电流:
Ig·max=0.661KA
(4)准确等级:
采用0.5级,根据以上条件选择LCWDL-220,额定变比4×300/5,热稳定倍数35,动稳定倍数65
校验:
①电压:
Ug=Un
②电流:
Ig·max〈In
③动稳定:
Ich=1.88KA,