220Kv变电站毕业课程设计.docx
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220Kv变电站毕业课程设计
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）
一、前言2
1、设计内容：
（原始资料16）2
2、设计目的2
3、任务要求3
4、设计原则、依据3
原则：
3
5、设计基本要求3
二、原始资料分析3
三、主接线方案确定4
1主接线方案拟定4
2方案的比较与最终确定5
四、厂用电（所用电）的设计5
五、主变压器的确定6
六、短路电流的计算7
七、电气设备的选择8
八、设计总结11
附录A主接线图另附图12
附录B短路电流的计算12
附录C：
电气校验15
、前言
1、设计内容：
（原始资料16）
（1）待设计的变电站为一发电厂升压站
（2）计划安装两台200MW汽轮发电机机组
发电机型号：
QFSN-200-2Ue=15750V
=0.85Xg=14.13%
Pe=200MW
（3）220KV，出线五回，预留备用空间间隔，每条线路最大输送容量200MVA，Tmax=200MW
（4）当地最高温度41.7℃，最热月平均最高温度32.5℃，最低温度-18.6℃，最热月地面下0.8米处土壤平均温度25.3℃。
（5）厂用电率为8%，厂用电电压为6KV，发电机出口电压为15.75KV。
（6）本变电站地处8度地震区。
（7）在系统最大运行方式下，系统阻抗值为0.054。
（8）设计电厂为一中型电厂，其容量为2×200MW=400MW，最大机组容量200MW，向系统送电。
（9）变电站220KV与系统有5回馈线，呈强联系方式。
2、设计目的
发电厂电气部分课程设计是在学习电力系统基础课程后的一次综合性训练，通过课程设计的实践达到：
（1）巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”等课程的理论知识。
（2）熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。
（3）掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。
（4）学习工程设计说明书的撰写。
（5）培养学生独立分析问题、解决问题的工作能力和实际工程设计的基本技能。
3、任务要求
（1）分析原始资料
（2）设计主接线
（3）计算短路电流
（4）电气设备选择
4、设计原则、依据
原则：
电气主接线的设计是发电厂或变电站设计的主体。
电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定和标准为准绳，结合工程实际情况，以保证供电可靠、调度灵活，在满足各项技术要求的前提下，兼顾运行方便、尽可能节省投资、就地取材，力争设备原件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、适用、先进、经济、美观的原则。
依据：
（1）发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用
（2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模
（3）负荷大小和重要性
（4）系统备用容量大小
（5）设计题目的原始资料
5、设计基本要求
设计要满足可靠性、灵活性、经济性的要求
、原始资料分析
设计的变电站为一发电厂升压站，其容量为2×200=400（MW）。
因为发电机组的总装机容量为400MW，所以此发电厂为大中容量发电厂。
该厂为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而发电厂升压站务必考虑其可靠性。
200ＭＷ的发电机出口电压为15.75Kv，既无直接负荷，又无特殊要求，拟采用单元接线，可节省价格昂贵的发电机出口断路器，又利于配电装置的布置；220Kv出线五回，呈强联系方式，可见该厂220Kv级的接线对可靠性要求应当很高。
、主接线方案确定
1主接线方案拟定：
根据对原始资料的分析，现将可能采用的较佳方案列出，进而一优化组合方式，组成最佳可比方案。
各种基本接线的的特点和使用范围级各自的优缺点
a）单母线接线特点是整个配电装置只有一组母线，所有电源和出线都在同一组母线上。
有简单、清晰、设备少、投资少、运行操作且有利于扩建等优点，但可靠性及灵活性较差。
适用于出线较少的配电装置。
b）双母线带旁路接线：
双母线接线可以用母联断路器临时代替出现断路器工作，但出线数目较多时，母联断路器经常被占用，降低了工作的可靠性和灵活性，为此可以设置旁路母线。
220Kv电压级：
出线回路大于4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路接线或双母线带旁路接线，以保证其供电的可靠性和灵活性。
其进线仅是2台200MW的机组按发电机-变压器单元接线形式接至母线上。
方案
（图a）为旁路断路器兼做分段断路器的接线；
图a
方案
（图b）为旁路断路器兼做分段断路器的接线；
图b
2方案的比较与最终确定：
在技术（可靠性和灵活性）上方案
明显占优势，这主要是由于双母带旁路接线方式的高可靠性指标，但在经济上不如方案
.鉴于大中型发电厂机组应以可靠性和灵活性为主，所以，综合分析，决定选图b所示的方案
为设计最终方案。
、厂用电（所用电）的设计：
a）厂用工作电源引接：
一次侧接在发电机出口侧上，二次侧输出为6kV电压供厂用电负荷使用。
b）厂用主变压器的选择：
1）变压器、副边额定电压应分别与引接点和厂用电系统的额定电压相适应。
2）连接组别的选择，宜使用同一电压级的厂用工作、备用变压器输出电压的相位一致。
3）变压器的容量必须保证常用机械及设备能从电源获得足够的功率。
确定厂用变压器的容量。
c）确定厂用主变压器的容量
按厂用电率确定厂用电主变压器的容量
厂用电率确定为Kp=8%，SNG===18.824MVA
所用电的变压器选型号为SFF.5，
型号
容量（KVA）
高压
（kV）
低压
（kV）
连接组
损耗（KW）
空载电流
阻抗电压（高中）
总重（t）
空载
短路
SFF.5
31500
15.755%
6.3
D，d11-d11
27
175
0.45
18
45.5
五、主变压器的确定：
a）主变压器的高压侧与220kV母线相连。
b）容量单元接线中的主变压器SN应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。
SN=
PNG-----发电机容量；PNG=200MW’
SN------通过主变压器的容量。
厂用电率；=8%。
------发电机的额定功率；=0.85.
SN===238.12MVA
又发电机的参数和上述计算及变压器的选择规定，主变压器选用2台220kV双绕组的变压器。
型号含义：
S-----三相
SP----强迫油循环水冷
L-----铝芯
由文献【2】可知
双绕组主变压器：
SSPL
额定容量（MVA）
额定电压
连接组标号
损耗（kW）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
运输重量（t）
参考价格（万元）
综合投资（万元）
高压
低压
空载
短路
260
220
15.75
Y0d11
232
1464
14
0.963
119
91.7
108.4
六、短路电流的计算：
a）计算方法：
对应系统最大运行方式，按无限大容量系统进行相关短路点的电流计算，求得I″、ish、Ish值。
I″–三相短路电流；
ish三相短路冲击电流，用来校验电气的动稳定。
Ish-----三相短路全电流最大值，用来校验电器和载流导体的热稳定。
注：
SB容量（MW）SB=100ＭＶＡ
UB-----基准电压 UB＝Ｕａｖ＝1.05Ue
1等值阻抗图：
220kV母线上发生短路简化图
发电机-双绕组变压器发简化图
电机出口短路（d2）
b）短路电流计算表：
15.75~220kV系统短路电流计算
短路点
电流值
220kV母线上短路（d1）
发电机-双绕组变压器发电机出口短路（d2）
次暂态短路电流
8.96kA
99.97kA
短路冲击电流
24.09kA
268.62kA
短路全电流的最大有效值
14.5kA
161.82kA
七、电气设备的选择：
电气设备选择的要求
a）选择的一般要求
（1）、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况的要求，并考虑远景的发展；
（2）、应按当地环境条件校核；
（3）、应力求技术先进和经济合理；
（4）、与整个工程的建设标准应协调一致；
（5）、同类产品应尽量减少品种；
（6）、选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
在技术条件上，选择的高压电器能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。
b）按正常工作条件选择电器：
1、额定电压和最高工作电压：
所选电器允许最高工作电压Ua1m不得低于所接电网的最高运行电压Usm，即：
Ua1m≥Usm
一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择，即UN≥UNS
2、额定电流：
电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。
IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax,即：
IN≥Imax,
3、按当地环境条件校核：
我国目前生产的电器使用的额定环境温度θ0＝＋40℃，如果周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20％。
c）按短路情况校验：
1、短路热稳定校验：
短路电流通过电器时，电器各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。
It2t≥Qk
式中：
Qk─短路电流产生的热效应
It、t─电器允许通过的热稳定电流和时间
2、电动力稳定校验：
电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。
满足动稳定的条件为：
Ies≥Ishies≥ish
式中Iesies─电器允通过的动稳定电流的有效值及其幅值。
Ishish─短路冲击电流有效值及其幅值。
下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：
1、用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。
2、采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。
3、装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。
d）15.75kV设备选择：
发电机的最大工作电流Imax=1.05=1.05=9056A
名称
型号
主要参数
发电机
发电机型号：
QFSN-200-2
Ue=15750V
Co=0.85
Xg=14.13%
Pe=200MW
发电机侧隔离开关
GN14-20
UN=20kV
额定电流10000A
200MW发电机引出导线
QLFM.75-Z
额定电压（KV）15.75
额定电流（A）10000
外形尺寸（mm）外壳Ø850～Ø900
导体Ø400
重量（kgm）140
15.75KV发电机电压互感器
JDZJ-15型电压互感器
接线组别：
一次额定电压：
15KV
二次额定电压：
100v
二次辅助线圈电压：
1003v
0.5级（100VA）
15.75KV发电机出口电流互感器
LRZ-20型电流互感器
电压：
20KV 变比：
120005 Ze2=2.4
1s热稳定倍数：
40 动稳定倍数：
90
e）220kV设备选择
220kV侧母线上的最大工作电流为
Ig.max220=1.05=1.05=2756A
过断路器的最大工作电流为Imax=9056（22015.75）=679.2A
220kV侧设备明细表
名称
型号
主要参数
220kV侧断路器
LW
UN=220（kV）IN=3150A
额定断流量50kA
极限通过电流125kA
固有分闸时间0.03s
合闸时间0.09s
220侧高压侧隔离开关
GW4-220W
UN=220（kV）IN=1000A
极限电流峰值80kA
热稳定电流（4s）23.7kA
220kV侧母线
1258mm
双条竖放铝母线
允许载流量：
2900A
Kf=1.4
220kV的电压互感器
20
TYD-220-0.01H型电容式电压互感器
一次绕组220（kV）二次绕组0.1（kV）辅助绕组0.1（kV）
准确等级0.5（120VA）1级（220VA）
3级（400VA）
最大容量1200（VA）
220kV的电流互感器
LCWB2-220W型电流互感器
LCW-220
额定电流比4*2005
220kV串联电抗器
CKSC.5
K%=4.5
In（A）=2430
八、设计总结：
本次课程设计主要是对15.75220kV发电厂升压站电气部分的一次设备进行设计。
主要包括电气主接线的设计、所用电设计、主变压器的选择、短路电流计算和电气设备的选择。
在这次课程设计的过程中，自己能够查阅了相关资料，对课程设计的题目、要求和具体内容深刻的分析，并完成了此次设计。
通过本次设计，我能够巩固所学的基本理论、专业知识，并综合运用所学知识来解决实际的工程问题，学习工程设计的基本技能和基本方法。
采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性等特点。
选择的电气设备能够提高运行的可靠性，节约运行成本。
但由于设计时间较短，且经验不足，许多方面考虑不太全面，有待进一步改进。
总之，此次课程设计，使我能把在课堂上学习的理论知识应用到实践中，更好的发现了自己在学习中的不足之处。
在设计中，通过查阅资料，咨询老师，解决了在设计中所遇到的一些问题。
通过此次课程设计，我受益匪浅，学到了很多东西。
参考文献：
姚春球.发电厂电气部分.中国电力出版社
熊信银.发电厂电气部分.中国电力出版社
黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料.中国电力出版社
附录A主接线图另附图
附录B短路电流的计算
短路电流计算实际手算采用近似计算，即忽略综合负荷，且认为短路前电源电动势及至网络各点电压均为1，
a）电抗的计算
选取的基准容量SB=100MWUB-----基准电压 UB＝Ｕａｖ＝1.05UN
以下各式中Uk%变压器短路电压的百分数（%）
SN-----最大容量绕组的额定容量（MVA）
均采用标幺值计算
发电机：
X1=X2=Xg=0.1413=0.06
变压器X3=X4=UB（%）=0.14=0.054
厂用变压器X5=X6=UB（%）=0.18=0.571
b）短路计算：
1）220kV母线上发生短路（d1点）的计算：
220kV母线上发生短路简化图
（最终简化图）
X8=X9=（X1+X3）=（0.06+0.054）=0.114
X10=X8=0.114=0.057
X11=（X10X7）==0.028
If===35.71
有名值的表示：
If=35.71=8.96kA
短路冲击电流ish=kshIf=1.98.96=24.09kA
短路电流最大有效值IM=If==14.5kA
2）发电机-双绕组变压器发电机出口短路（d2）的计算：
发电机：
X1=X2=Xg=0.1413=0.06
变压器X3=X4=UB=0.14=0.054
X8=（X1+X3）=（0.06+0.054）=0.057
X12=（X8X5）==0.028
X12=X11+X2=0.028+0.054=0.082
X13=（X12X1）==0.035
If===28.57
有名值表示:
If=28.57=99.97kA
ish=kshIf=1.999.97=268.62kA
IM=If=99.97=161.82kA
附录C：
电气校验：
a）15.75kV侧的隔离开关的校验
（a）额定电压为15.75KVUNUNs满足电压选择条件
（b）过隔离开关的最大持续工作电流
Imax=1.05=1.05=9056A
10000A>9056A满足电流选择条件
b）220kV侧的高压断路器的校验
（1）断路器地点的工作电压为220kV，断路器的额定电压为220kV，
即UNUNs满足电压选择条件
（2）过断路器的最大持续工作电流IMAX=679.2A，
实际环境温度为＋41.7℃，Ie=3150A修正后：
3150x（1-3.6%）=3036.6A
3036.6A>67902A，符合条件。
（3）断流能力校验
INbr=50KA>I"=8.96kA符合条件。
（4）短路关合电流校验:
iNc1=125KA>ish=24.09kA符合条件。
（5）动稳定校验：
ies=125KA>ish=24.09kA符合条件
（6）热稳定校验：
取==
Qk==
=160.56[（kA）2.s]
因为tk>1s，故不计非周期分量热效应
It2t=10000[（kA）2.s]>Qk=160.56[（kA）2.s]符合条件
c）220kV侧的隔离开关的校验
（1）额定电压为220KVUNUNs满足电压选择条件
（2）过隔离开关的最大持续工作电流IMAX=679.2A，
实际环境温度为＋41.7℃，Ie=1000A
修正后：
1000x（1-3.6%）=964A>679.2A满足电流选择条件
（3）动稳定校验:
ies=80KA>ish=24.09kA符合条件
（4）热稳定校验（短路切除电流时间tk=2s）
It2t=23.72x4=2246.76[（kA）2.s]>Qk=160.56[（kA）2.s]符合条件
故220KV系统可选用GW4-220W型隔离开关。
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