推荐虎石台220 60KV降压变电所电气部分初步设计 精品.docx
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任务书
一、设计题目：
虎石台220/60KV降压变电所电气部分初步设计
二、变电所概况介绍：
1、本变电所为枢纽变电所，联络电网及向沈阳市区二次变电所供电。
本变电所的电压等级为220KV/60KV。
2、本变电所220KV电源进线4回，60KV出线14回，从220KV母线还有转供线路4回，向另外两个变电所供电，每变电所有两回线路，所需输送功率120MW，COSφ=0.95。
3、所址地区的年平均温度为12℃，最高温度为38℃，最低为-5℃。
4、变电所出线走廊宽阔，空气无特殊污染，交通方便。
三、变电所60KV的用户负荷表
序号
负荷名称
最大符合（KW）
功率
因素
出线
方式
出现
回路数
附注
近期
远期
1
胜利变电所
10000
30000
0.95
架空
2
有重要负荷
2
董楼变电所
12500
30000
0.95
架空
2
有重要负荷
3
滩簧变电所
9000
20000
0.95
架空
2
有重要负荷
4
前甸变电所
12500
25000
0.95
架空
2
有重要负荷
5
道义开发区
10000
25000
0.95
架空
2
有重要负荷
6
大学城
9000
35000
0.95
架空
2
有重要负荷
最大负荷利用小时数T=5600小时，负荷同时系数0.92，线损率为5﹪。
重要负荷占65﹪。
四、电力系统接线方式
*系统中所有的发电机均为汽轮发电机,送电线路均为架空线，单位长度正序电抗为0.4欧姆/公里。
第一章原始资料分析
所设计变电所为220KV枢纽降压变电所,联络电网及向沈阳市区二次变电所供电。
所址地区的年平均温度为12℃，最高温度为38℃，最低为-5℃变电所出线走廊宽阔，空气无特殊污染，交通方便
本变电所的电压等级为220KV/60KV，变电所电源由3回220KV线路与电力系统联接，从220KV母线还有转供线路4回，向另外两个变电所供电，每变电所有两回线路，所需输送功率120MW，COSφ=0.95。
60KV侧负荷共有14回路，60KV侧远期最大综合负荷为350MW，COSφ=0.95。
无扩建要求。
第二章主变压器的选择
在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，担负着变换网络电压、进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证，正确合理地选择主变压器的台数、容量和类型是电力系统规划和具体变电所主接线设计中的一个主要问题。
4.1主变容量选择的有关规定及原则：
主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》SDJ2—79有关规定和审批的电力规划设计决定进行。
第十五条：
主变台数的确定：
为保证供电的可靠性变电所一般应装设两台主变压器，但一般不超过两台。
当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。
第十六条：
变压器形式的选择：
1）主变压器一般采用三相变压器，若因制造和运输条件限制，在220KV的变电所中，可采用单相变压器组。
当装设一组单相变压器时，应考虑装设备用相，当主变超过一组，且各组容量满足全所负荷的75%时，可不装设备用相。
2）当系统有调压要求时，应采用有载调压变压器，对新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用有载调压变压器。
其所附加的工程造价，通常在短期内可回收。
3）与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除降压负荷较大或与高、中压间潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需做技术经济比较。
第十七条：
主变容量的确定：
1）为了正确的选择主变容量，要绘制变电所的年及日负荷曲线，并以曲线得出的变电所的年、日最高负荷和平均负荷。
2）主变容量的确定:
凡装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内应保证用户的一级和二级负荷。
即满足SN≥0.7PZMAX。
（PZMAX为综合最大负荷）
3）应根据电力系统5～10年的发展规划进行选择。
第十八条：
主变压器的冷却方式：
主变压器一般采用的冷却方式有：
自然风冷，强迫油循环风冷，强迫油循环水冷，强迫导向油循环冷却。
小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环风冷。
第十九条：
主变压器绕组的连接方式：
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△，高、中、低三侧绕组组合要根据工程具体情况确定。
4.2本设计主变压器选择
待设计变电所60KV侧近期最大总负荷为62500KW，COSφ=0.95,远期最大负荷为165000KW，COSφ=0.95。
按照主变压器容量的确定原则，单台主变压器容量应大于117445.26KVA，考虑设备容量的实际情况，拟选择容量为120000KVA变压器。
这样，当一台主变压器停运时，另一台主变压器满足全部负荷的70%。
本变电所所选择双绕组变压器。
220KV侧为中性点直接接地系统，变压器一次绕组应选用YN接线。
60KV侧为中性点不接地或经消弧线圈接地系统，变压器二次绕组应选用d11接线。
故主变压器选择如下：
型号
额定电压（KV）
连接组别
损耗（kw）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
冷却方式
SFP3-120000/220
高压
低压
YN，d11
短路
空载
14.3
0.9
强迫油循环风冷
220±13
×2.5%
63
526.5
131.5
第三章变电所电气主接线选择
3.1概述
电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电路。
将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。
变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。
主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。
由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。
因此，主接线设计是一个综合性问题。
3.2设计主接线的设计原则及基本要求
3.2.1总的要求
根据《220---500KV变电所设计技术规程》SDJ2—79规定，变电所电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、电压等级、回路数、所选设备特点、负荷性质等因素确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求。
3.2.2可靠性
3.2.2.1研究主接线可靠性应注意的问题：
a、应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析；
b、主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠性的综合；
c、主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度，采用可靠性能高的电气设备可以简化接线。
3.2.2.2可靠性的具体要求：
a、断路器检修时，不影响对系统的供电；
b、断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电；
c、尽量避免全部停运的可能性。
3.2.3灵活性：
满足运行、检修要求和扩建要求。
3.2.4经济性:
主要是指投资省，占地面积小，能量损失小。
3.3电气主接线的选择
主接线的预定方案
本变电所电压等级为220KV/60KV，220KV电源进线为3回；60KV侧出线为14回；从220KV母线还有转供线路4回。
根据主接线设计必须满足供电可靠性、保证电能质量、满足灵活性和方便性、保证经济性的原则，初步拟定两种主接线方案。
第一方案：
220KV侧采用双母线接线，60KV侧采用单母分段带旁路接线。
第二方案：
220KV侧采用双母线带旁路接线，60KV侧采用双母线带旁路接线。
对两种方案接线方式的同时论证：
220KV侧采用双母线接线和双母线带旁路接线，接线简图见图3-1和图3-2。
图3-1双母线接线
图3-2双母线带旁路接线
两种接线的比较如下：
双母线接线：
单断路器的双母线接线中，每个回路均通过一台断路器和两组隔离开关，连接到两组母线上，电源和出线可均匀地分布在两组母线上，普遍适用于6—220KV电压等级的配电装置中，此接线有以下几个优点：
（1）可以轮流检修母线而不影响供电，只需将要检修的那组母线上所连接的电源和线路通过两组母线隔离开关的倒闸操作，全部切换到另一组母线上。
（2）检修任一母线的隔离开关时，只停该回路。
当某一回路的一组母线隔离开关发生故障时，只要将该隔离开关所在的回路和所连接的母线停电，就可以对该隔离开关进行检修，不影响其它回路。
（3）一组母线故障后，能迅速恢复该母线所连接回路的供电，即被切除回路可迅速恢复送电。
（4）运行高度灵活。
电源和线路可以任意分配在某一组母线上，能够灵活地适应系统中各种运行方式和潮流变化的要求。
（5）扩建方便。
双母线接线方式可以沿着预备的扩建端向左右扩建，而不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，也不会引起原有回路的停电。
（6）便于实验。
在个别回路需单独进行实验时，可将该回路单独接至一组母线上。
单断路器的双母线接线也有自己的缺点：
（1）任一台断路器拒动，将造成与该断路器相连母线上其它回路的停电。
（2）一组母线检修时，全部电源及线路都集中在另一组母线上，若该母线再故障，将造成全停事故。
（3）母联断路器故障，将造成配电装置全停。
（4）当母线故障或检修时，隔离开关作为切换电器，容易发生误操作。
（5）在检修任一进出线回路的断路器时，将使该回路停电。
双母线带旁路接线：
除了具有双母线接线的优点外，双母线带旁路接线方式还具有许多其它的优点：
当进出线检修时，可由专用旁路断路器代替，通过旁路母线供电，更加能保证供电的可靠性。
但当设置了专用旁路断路器后，设备的投资和配电装置的占地面积都有所增加。
根据《电力工程设计手册》的要求，主接线应满足可靠性、灵活性，并在此基础上考虑做到经济合理。
（1）可靠性。
本变电所用户较多，负荷容量较大，要求供电可靠性较高。
当采用可靠性高的六氟化硫断路器时，选择双母线接线就可以满足可靠性的要求。
（2）灵活性。
采用双母线接线，各个电源和回路的负荷可以任意分配到某一组母线上，可以灵活地适应系统中各种接线方式和潮流变化的需要。
（3）经济性。
单断路器的双母线接线比双母线带旁路母线接线少用了一组旁路母线、一组断路器以及七组隔离开关，投资相对减少，配电装置的占地面积也大大减少。
根据《220---500KV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定，220KV配电装置出线回数在四回及以上时，宜采用双母线或其他接线。
3.3.3对60千伏侧接线方式的论证
60KV侧拟采用双母线接线和单母线分段带旁路母线接线。
双母线接线接线简图见图3-1；单母线分段带旁路母线接线简图见图3-3。
两种接线的比较如下：
单母线分段带旁路母线:
单母线分段带旁路母线的优点为：
（1）接线简单、清晰、操作方便、采用设备少、便于扩建和采用成套配电装置。
（2）用断路器把母线分段后，对重要负责用户可以从不同的母线段引出两个回路，有两个电源，具有供电可靠性。
（3）检修任一回路断路器时不中断对用户的供电。
图3-3单母线分段带旁路母线接线
单母线分段带旁路母线的缺点为：
（1）接线不够灵活。
当母线与母线刀闸故障或检修时，将造成一段母线停电。
（2）配电装置复杂，运行操作复杂。
（3）分段断路器用作旁路开关时，两段母线并列运行。
但当其一段母线故障时，整套配电装置停止工作，在拉开分段刀闸时恢复无故障母线工作。
（4）断路器与刀闸间的闭锁复杂。
根据《220---500KV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定，35~60KV配电装置当出线回数为4~7回时，宜采用单母线接线；当出线回数为8回及以上时，宜采用双母线接线。
双母线带旁路接线:
双母线带旁路接线的特点在220KV侧接线方式选择论证中已详细说明，此处不再缀述。
本变电所为枢纽变电所，其220KV配电装置出线回数为3回并且还有转供线路4回，所以本变电所的接线必须十分可靠。
综合以上分析，本变电所220KV侧选用双母线带旁路接线方式，60KV侧选用双母线带旁路接线方式。
第四章短路电流的计算
5.1计算短路电流的目的：
a、电气主接线比较；
b、计算软导线的短路摇摆；
c、确定中性点接地方式；
d、选择导线和电器；
e、确定分裂导线间隔棒的间距；
f、验算接地装置的接触电压和跨步电压；
g、选择继电保护装置和进行整定计算。
本设计中计算短路电流的目的主要是载硫导体和电器的选择和校验。
5.2短路类型说明
本设计短路类型采用三相短路。
5.3短路计算数据说明
iim：
短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值；
I”：
超瞬变或次暂态短路电流的有效值；
I∞：
稳态短路电流有效值；
5.4短路计算基本假定说明
短路电流实用计算中，采用的假设条件和原则为：
a、正常工作时，三相系统对称运行。
b、所有电源的电动势相位角相同。
c、系统中的电机均为理想电机，转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差1200电气角度。
d、电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。
e、电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷
接在高压母线上，50%负荷接在系统侧。
f.同步电机都具有自动调励装置（包括强行励磁）。
g.短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
h.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。
i.除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻忽略不计。
j.元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。
k.输电线路的电容忽略不计。
5.5规定说明
a验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流时，所有的短路电流应按本设计规划容量计算，并考虑电力系统远景规划。
b确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式选择；
5.6短路计算点的选择
在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。
本设计选择三个短路计算点，分别在220KV母线上、35KV母线上和10KV母线上。
系统计算电路图如图5-1所示，等值电路图如图5-2所示。
5.7短路计算方法
本设计利用分布系数法进行网络化简，求出转移电抗；应用《导体和电器选择设计技术规定》SDGJ14-86所提供的运算曲线求取短路电流。
计算时取SB=100MVA基准电压UB=UAV；
5.8短路电流计算结果
短路电流计算结果见表5-1。
第五章电气设备的选择与校验
6.1设计原则
6.1.1总的原则：
按照正常工作条件进行选择，按照短路条件进行校验。
6.1.2一般原则：
a、应满足正常工作条件下的电压和电流的要求；
b、应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求；
c、应满足安装地点和使用环境条件要求；
d、应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质；
e、对电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别；
f、选用的新产品应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
在特殊情况下，选用未经鉴定的新产品时，应经上级批准。
6.2母线的选择
6.2.1母线的型式及适用范围
母线除满足工作电流、机械强度和电晕要求外，导体形状还应满足下列要求：
a、电流分布均匀；
b、机械强度高；
c、散热良好；
d、有利于提高电晕起始电压；
e、安装、检修简单、连接方便。
由于以上条件很难同时满足，故本变电所采用软母线形式。
一般条件：
a、配电装置中软母线的选择，应根据环境条件（环境温度、日照、风速、污秽、海拔高度）和回路负荷电流、电晕、无线电于扰等条件，确定导线的截面和导线的结构型式；
b、在空气中含盐量较大的沿海地区或周围气体对铝有明显腐蚀的场所，应尽量选用防腐型铝铰线；
c、当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择较大截面的导线，当电压较高时，为保持导线表面的电场强度，导线最小截面必须满足电晕的要求，可增加导线外径或增加每相导线的根数；
d、对于220KV及以下的配电装置，电晕对选择导线截面一般不起决定作用，故可根据负荷电流选择导线截面。
导线的结构型式可采用单根钢芯铝绞线组成的复导线。
6.2.2截面选择说明
a、为了保证母线的长期安全运行，母线在额定环境温度θ0和导体面正常发热允许最高温度θe下的允许电流Ie应大于或等于流过导体的最大持续工作电流Igmax即：
Igmax≤KθIe（Kθ为温度修正系数）。
b、为了考虑母线长期运行的经济性，除了配电装置的汇流母线以及断续运行或长度在20米以下的母线外，一般均应按经济电流密度选择导体的面积，这样可使年运行费用最低。
经济电流密度的大小与导体的种类和最大负荷利用小时数Tmax有关。
母线经济截面为S=Igmax/J。
6.2.3校验说明
a、电晕电压校验
电晕放电会造成电晕损耗、无线电干扰、噪音和金属腐蚀等许多危害。
因此，110~220千伏裸母线晴天不发生可见电晕的条件是：
电晕临界电压Uli应大于最高工作电压Ugmax，即：
Uli＞Ugmax；
220千伏软母线不校验电晕的最小截面为300（mm）2。
b、热稳定校验
根据上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。
其公式为：
S≥Smin=
式中：
Smin——根据热稳定决定的导体最小允许截面（mm）2
I∞——稳定短路电流（A）；
tdz——短路电流等值发热时间；
kf——集肤效应系数；
C——热稳定系数，其值与材料及发热温度有关。
经过选择和校验，本设计选用母线结果见表6—1。
各电压等级母线技术数据与计算数据比较表见表6—2~表6-4。
表6—1母线选用结果表
序号
安装地点
母线类型
截面面积（mm）2
载流量
（A）
1
220KV母线
LGJQ
300/25
690
2
35KV母线
NAHLGJQ
800/55
2021
3
10KV母线
矩型硬铝板
110X10
1653
表6—2220KV母线技术数据与计算数据比较表
计算数据
LGJQ-300技术数据
最小截面面积：
S=122.8mm2
截面面积：
S=300mm2
长期最大工作电流Igmax=260A
允许载流量Ig=690A
表6—335KV母线技术数据与计算数据比较表
计算数据
NAHLGJQ-800技术数据
最小截面面积：
S=244mm2
截面面积：
S=800mm2*
长期最大工作电流Igmax=1559A
允许载流量Ig=1559A
表6—410KV母线技术数据与计算数据比较表
计算数据
矩形硬铝母线技术数据
最小截面面积：
S=470mm2
截面面积：
S=100X10mm2*
长期最大工作电流Igmax=1653A
允许载流量Ig=1803A
6.3高压断路器的选择
6.3.1选择和校验项目
高压断路器按下列项目选择和校验：
（1）型式和种类；
（2）额定电压；（3）额定电流；（4）开断能力校验；（5）额定关合电流；（6）动稳定校验；（7）热稳定校验。
6.3.2按种类和型式选择
高压断路器的种类和型式的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应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。
据规程规定35KV～220KV配电装置可选少油断路器、六氟化硫断路器、空气断路器，而用于一次变电所的断路器要求动作可靠，能快速的自动重合闸，并且能开断近距以及能够切断空载变压器、空载长线、发展性故障。
而六氟化硫断路器具有断口耐压高、开断容量大、检修间隔周期长、开断性能优异等优点，广泛应用于各种电压等级的配电装置中。
所以本变电所220KV侧和35KV侧选择六氟化硫断路器。
10KV侧选择真空断路器。
6.3.3按额定电压选择
高压断路器的额定电压Ue应大于或等于所在电网的额定电压Uew，即Ue≥Uew。
6.3.4按额定电流选择
高压断路器的额定电流Ie应大于或等于它的最大持续工作电流Igmax，即Ie≥Igmax。
当断路器使用环境温度不等于设备基准环境温度时，应对断路器的额定电流进行修正。
6.3.5按开断电流选择
在给定的电网电压下，高压断路器的额定开断电流Iekd应满足Iekd≥It。
式中It—断路器实际开断时间tk秒的短路电流全电流有效值。
6.3.6按额定关合电流选择
要求断路器的额定开合电流ieg应不小于最大短路电流冲击值，即ieg≥ic。
.
6.3.7动稳定校验
高压断路器的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流icj，即idw≥icj
6.3.8热稳定校验
高压断路器的短时允许发热量Ir2tr应不小于三相短路电流发出的热量I∞2tdz，即I2rtr≥I∞2tdz
根据以上原则，本设计选用断路器结果见表6—5。
各电压级断路器各项技术数据与各项计算数据比较表见表6—6~表6—8。
表6—5断路器选用结果表
安装
地点
型号
额定
电压
（KV）
最高
工作
电压
（KV）
额定
电流
（A）
额定
开断
电流
（KA）
额定
关合
电流
（KA）
额定
峰值
耐受
电流
（kA）
额定
短时
耐受
电流
（kA）
220KV侧
LW11-220（P）
220
252
3150
50
125
125
50（3S）
35KV侧
LW8-35
35
40.5
1600
25
63
63
25（4S）
10KV进线和分段
ZN12-10
10
11.5
1600
31.5
80
80
31.5
（4S）
10KV侧
出线
ZN12-10
10
11.5
1600
31.5
80
80
31.5
（4S）
表6—6220KV断路器各项技术数据与各项计算数据比较表
计算数据
LW11-220P断路器保证值
电网电压Uew=220KV
额定电压Ue=220KV
长期最大工作电流Igmax=248A
额定电流Ie=3150A
次暂态短路电流I″⑶〞=6.901KA
额定开断电流Iekd=50KA
短路冲击电流i⑶ch=17.6KA
额定关合电流iegd=125KA
短路冲击电流i⑶ch=17.6KA
动稳定电流idw=125KA
热效应Qd=145.42KA2.S
热稳定：
Qz=7500KA2.S
表6—735KV断路器各项技术数据与各项计算数据比较表
计算数据
LW8--35断路器保证值
电网电压Uew=35KV
额定电压Ue=35KV
长期最大工作电流Igmax=1559A
额定电流Ie=1600A
次暂态短路电流I″⑶〞=13.072KA
额定开断电流Iekd=25KA
短路冲击电流i⑶ch=33.33KA
额定关合电流iegd=63KA
短路冲击电流i⑶ch=33.33KA
动稳定电流idw=63KA
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