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

目录

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

6、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=1.88K