220kv张场短路计算及设备选择.docx

1、220kv张场短路计算及设备选择设 计 计 算 书工程编号 100-BA06131C工程名称 张场220kV变电站新建工程 设计阶段 初步 D 卷 无 册项目名称 短路电流计算及主要设备选择 计算名称 短路电流计算及主要设备选择 计算软件名称（版本号）无 封面封底 1 页 计算纸 15 页 附图 无 页 共计 16页批 准 人 月 日审 核 人 月 日校 核 者 月 日计 算 者 月 日 电 力 规 划 设 计 研 究 院2012年 6月 4日 北 京220kV张场变电站短路电流计算及设备选择一. 短路电流计算:1. 原始资料:由我院规划咨询部提供(1).主变压器: 三台 三相三绕组有载调压变

2、压器 180MVA 型号: SSZ11-180000/220 电压比:23081.25 % / 121/38.5kV 容量比:100/100/50 接线组别: YN,yn0,d11 阻抗:UdI-II%=14UdII-III%=8UdI-III%=23 (2). 220kV母线最大穿越功率为: 900MVA (3). 2020年系统远景最大运行方式下，220kV张场变电站220kV母线的系统阻抗如下：正序阻抗标么值为：0.0092538零序阻抗标么值为：0.014852220kV母线短路容量及短路电流：三相短路容量：10336.394 MVA 三相短路电流：27.126 kA单相短路容量：92

3、52.304 MVA 单相短路电流：24.281 kA(4).基准容量为:S j =100 MVA 基准电压为: U j =230kV2. 主变压器三侧阻抗标幺值分别为: UdI%=1/2 (UdI-II% + UdI-III% - UdII-III%) =1/2 (14+23-8) = 14.5 UdII%= 1/2(UdI-II% + UdII-III% - UdI-III%) = 1/2 (14+8-23) = -0.5 UdIII% = 1/2 (UdI-III% + UdII-III% -UdI-II% ) = 1/2 (23+8-14) = 8.5于是标幺值为:XI* = 14.5

4、% 100/180 = 0.081 XII* = -0.5% 100/180 0 XIII* = 8.5% 100/180 = 0.0473.系统接线图4.等值阻抗图基准容量为:S j =100 MVA 基准电压为: U j =230kV采用Y/变换简化等值阻抗图，简化后的等值阻抗图为：5.短路电流计算:(1) K1点短路:X K1* =0.0092538 S K1 =100 (1/0.0092538)=10806.4 (MVA) IK1 =IJ/ X K1*= ( S J / 3 U JX1 ) /XK1* = 100/ (3 230 ) /0.0092538=27.127(kA) Ich1

5、 =2KchI K1=2.55 IK1 =2.5527.127 =69.17(kA)(2) K2 点短路:X K2* = 0.0092538+0.081/3 = 0.0363 S K2 =100 (1/ 0.0363)=2724.8 (MVA) IK2 = IJ/ X K2*= ( S J / 3 U JX2 ) /XK2* = 100/ (3 115 ) / 0.0367=13.68(kA) Ich2 =2.55 IK2 =2.5513.68= 34.88 (kA) (3) K3点短路 (三台主变分裂运行) X K3* =0.0092538+(0.081/3+0.047) = 0.0832

6、S K3 =100 (1/ 0.0832) = 1201.15(MVA) IK3 = IJ/ X K3*= ( S J / 3 U JX3 ) /XK3* = 100/ (3 37) / 0.0832=18.755(kA) Ich3 =2.55 IK3 =2.5518.755=47.83 (kA) (4) K3点短路 (两台主变并列运行) X K3* =0.0092538+(0.081/3+0.047/2) = 0.06 S K3 =100 (1/ 0.06) = 1666.6 (MVA) IK3 = IJ/ X K3*= ( S J / 3 U JX3 ) /XK3* = 100/ (3 3

7、7) /0.06=26.01(kA) Ich3 =2.55 IK3 =2.5526.01=66.32(kA)(5). K3点短路 (三台主变并列运行) X K3* =0.0092538+(0.081/3+0.047/3) = 0.0524 S K3 =100 (1/ 0.0524) = 1908.4 (MVA) IK3 = IJ/ X K3*= ( S J / 3 U JX3 ) /XK3* ) = 100/ (3 37) /0.0524=29.78(kA) Ich3 =2.55 IK3 =2.5529.78 =75.94(kA) 6.短路容量,短路电流,冲击电流一览表短路点短路容量(MVA)

8、短路电流(kA)冲击电流(kA)K110806.427.12769.17K22724.813.6834.88K3（三台主变分列）1201.1518.75547.83K3（两台主变并列）1666.626.0166.32K3（三台主变并列）1908.429.7875.94本计算书按照选用普通阻抗变压器，35kV侧两台并列运行考虑进行设备选择。二. 设备选择中短路电流假想时间t j s 的确定： 1. 选择电器时计算时间t j s的确定：（1）.热稳定持续时间tjs：(见：导体和电器选择设计技术规定第5.0.13条规定“对电器宜采用后备保护动作时间加相应断路器的开断时间”) tjs= tb+tfd

9、注：tjs 热稳定持续时间（s） tb 后备保护动作时间（s）（后备保护全部按照有延时整定计算） tfd 断路器开断时间（s） t b 220 kV：3s 110kV：3.6s 35kV：2.4s t f d 220kV GIS：0.05s（见通用设备2009年版P150） 110kV GIS：0.06s（见通用设备2009年版P164） VD4，HD4：0.06s所以：220kV：tjs=3+0.03=3.05s110kV：tjs=3.6+0.04=3.66s35kV：tjs=2.4+0.06=2.46s2、计算导体时t js的确定：根据 导体和电器选择设计技术规定第5.0.13条规定“对导

10、体（不包括电缆），宜采用主保护动作时间加相应断路器开断时间”及电力工程电气设计手册 电气一次部分P233表6-5得： 220kV： tjs=0.1s 110kV： tjs=0.1s 35kV： tjs=0.15s三 . 高压电器设备选择：1. 高压断路器 （1）.220kV侧： S K1 =10321.5 (MVA)； IK1 =25.91 (kA)； Ich1 = 66.07 (kA)；t js = 3.05 (s ) ;故：选用GIS 组合电器，220kV GIS最高电压为252kV。 断路器技术参数为： 额定电流：3150A 额定开断电流：50kA 额定短时耐受电流：50kA（3s） 额

11、定峰值耐受电流：125 kA 制造厂保证的最高工作电压为 U z d = 252 kV 回路的工作电压为：U g =220 kV 所以：U z d U g 设备的额定电流 ：e = 3150A 回路的持续工作电流： 主变:bg1.05180000(3230)474.4 (A) 母线电流考虑母线穿越功率900MVA: 母联:mg900000(3230)2259.2(A)线路采用2 LGJ-400 导线，持续极限输送电流为：Ixg = 2845A 1690A e g 设备额定断流容量 S d n32205019052.56 (MVA) 短路容量 k110321.5MVA d nk1 动稳定校验 :

12、 设备极限通过电流 (峰值) g f 125 kA 回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值c h 166.07 kA g fc h 1 热稳定校验 : 由短路的热稳定条件，及短路电流引起的热效应，得 25.9126.13(kA) It=50 kA 注 : - 回路中可能通过的最大稳态短路电流 (kA) ; t - t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA） - 热稳定电流允许的作用时间 (s) ; * 以上校验均满足要求（2）.110kV侧： S K2 =2724.8 MVA； IK2 =13.68 (kA)； Ich2 =34.88 (kA)； t j s = 3.66 s；故：选用 GI

13、S 组合电器，110kV GIS最高电压为126 kV。 断路器技术参数为： 额定电流：2000 A 额定开断电流：40kA 额定短时耐受电流：40kA（3s） 额定峰值耐受电流：100kA 制造厂保证的最高工作电压 z d 126 kV 回路工作电压 g 110 kV z dg 设备额定电流 e 2000A 回路持续工作电流 主变:b g 1.05180000(3121)901.8 (A) 所以: e b g 设备额定断流容量 d n3110407621 (MVA) 短路容量 k 2 2724.8MVA dnk2 动稳定校验 : 设备极限通过电流 (峰值) g f 100 kA 回路中可能发

14、生的三相短路电流最大冲击值 c h 2 34.88 kA g fch2 热稳定校验 : 13.6815.11(kA) 40 kA 注 : - 回路中可能通过的最大稳态短路电流 (kA) ; - 热稳定电流允许的作用时间 (s) ; * 以上校验均满足要求 . (3) 35 kV 主变进线: 中置式开关柜（两台主变并列） k3 1666.6MVA ; k326.01 kA ; ch366.32kA ;js 2.46 s 故: 选 VD4 型断路器 : 2500 A ;31.5kA ; 31.5kA (4s) ;80kA 制造厂保证的最高工作电压 zd 40.5 kV 回路工作电压 g 38.5

15、kV zd g 设备额定电流 e 2500 A 回路持续工作电流g： 主变: bg 1.051800000.5(338.5) 1417.17 (A) 所以: g e 设备额定断流容量 dn 33531.5 = 1909.6 MVA 短路容量 k31666.6MVA dn k3 动稳定校验 : 设备极限通过电流 (峰值) gf 80 kA 回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值 ch66.32 kA gf ch 热稳定校验 : 26.01 20.99(kA) 31.5kA 注 : - 回路中可能通过的最大稳态短路电流 (kA) ; - 热稳定电流允许的作用时间 (s) ; * 以上校验均满足要求

16、 .(4) 35 kV电容器、站用变及出线柜：中置式开关柜 k3 1666.6MVA ; k326.01kA ; ch368.32kA ;js 2.46 s 母联侧选 HD4 型SF6断路器 : 线路侧选VD4型真空断路器： 1250 A ; 31.5kA ; 31.5 kA (4s) ;80kA 制造厂保证的最高工作电压 zd 40.5 kV 回路工作电压 g 38.5kV zd g 设备额定电流 e 1250 A 回路持续工作电流g： 35kV出线最大负荷应不会超过1250A；站用变，Izybg=（A） 根据系统提供，变电站内规划安装无功补偿电容器910Mvar，本期安装610Mvar；于

17、是35kV电容器回路工作电流为 e g 设备额定断流容量 dn 33531.5= 1909.6 MVA 短路容量 k31666.6 MVA dn k3 动稳定校验 : 设备极限通过电流 (峰值) gf 80kA 回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值 ch368.32 kA gfch 热稳定校验 : 26.0120.4(kA) 31.5 kA 注 : - 回路中可能通过的最大稳态短路电流 (kA) ; - 热稳定电流允许的作用时间 (s) ; * 以上校验均满足要求 .2. 高压隔离开关 :（1）.220kV侧： S K1 =10321.5 (MVA)； IK1 =25.91 (kA)； Ic

18、h1 = 66.07 (kA)；t js = 3.05 (s ) ;采用GIS组合电器， 选其参数为 :3150 A ; 50 kA(3s);125kA 校验同断路器满足要求（2）.110kV侧： S K2 =2724.8 MVA； IK2 =13.68 (kA)； Ich2 =34.88 (kA)； t j s = 3.66 s；采用 GIS 组合电器，选其参数为 :2000 A ; 40kA(3s);100kA 校验同断路器满足要求 (4) 220 kV 主变中性点隔离开关选 GW 13 126W 型 其参数为 : 额定电流 630 A 额定动稳定电流 (峰值) 50 kA 4s 额定热稳

19、定电流 (有效值) 20 kA (5) 110 kV 主变中性点隔离开关选 GW 13 72.5W 型、 其参数为 : 额定电流 630 A 额定动稳定电流 (峰值) 50 kA 4s 额定热稳定电流 (有效值) 20 kA3. 电流互感器 : (1) 220 kV 侧 : S K1 =10321.5 (MVA)； IK1 =25.91 (kA)； Ich1 = 66.07 (kA)；t js = 3.05 (s ) ; 由前计算知：主变回路：bg = 474.4A；母联：mg900000(3230)2259.2(A)；线路：Ixg = 2845A 1690A 采用GIS 线路间隔CT选择：

20、160032005A 0.2s0.2s，5P305P30;主变间隔CT选择：0.2s0.2s0.2s，5P305P30 保护级和计量级均选用：8001600/5A母联间隔CT选择：160032005 A 5P305P30，0.2s0.2s 校验同断路器满足要求 (2) 110 kV 侧 : S K2 =2724.8 MVA； IK2 =13.68 (kA)； Ich2 =34.88 (kA)； t j s = 3.66 s；由前计算知 : 主变回路 bg901.8 A；线路回路：Ixg=845A主变进线间隔CT选择：0.2S / 0.2S ;5P30 / 5P30 保护级选 12002000

21、5 A 计量级选 12002000 5 A ; 出线间隔CT选择： 0.2S / 5P30；或者0.2S/0.2S/5P30保护级选 12002000 5 A 计量级选 8002000 5 A ; 母联间隔CT选择：0.2s/5P30；12002000/5A 校验同断路器满足要求。 (3) 35 kV 侧 : k3 1666.6MVA ; k326.01kA ; ch368.32kA ;js 2.46 s 1) 主变进线选 :25005 A；5P20/ 5P20/5P20/0.2s/0.2s分段选： 2500/ 5A 5P20/5P20/0.5s2) 出线及电容器 : 选/5P20/5P20/

22、0.5s/0.2s保护级8005 A，1500/5A；计量级400800/5 A，400800/5 A (4) 主变三侧 CT 选择 : 差动保护 CT 的计算 : 220 kV 侧110 kV 侧35kV 侧额定电流1.05180000(3230)1.05180000(3121)1.050.5180000(338.5)结线方式CT结线方式YYCT一次电流1.05180000/(3230) 474.4 (A)1.05180000/(3121) 901.8 (A)1.050.5180000/(338.5) 1417.17(A)CT 的变比8001600/5A120020005 A2500 / 5

23、 ACT二次电流474.4(8005) 2.97(A)901.8(12005) 3.76 (A)1417.17(25005)2.834 (A)4. 35 kV 侧屋内配电装置穿墙套管 : (1) 主变进线间隔穿墙套管 : 选 CG3-40.52000 A 设备额定电流 e 2500 A 回路持续工作电流: bg1417.17A e g 动稳定校验 : 按短路动稳定校验 , 要求 : P 0.6Pxu 注 : Pxu - 穿墙套管的抗弯破坏负荷 (N) ; P - 在短路时作用于穿墙套管的力 (N) ; 计算跨中的力 : F1.7610-1ch2 pa (N) ; 式中 : lp(l1l2)2

24、; a - 相间距 (mm) 其中 : l1 - 支柱绝缘子与穿墙套管的距离 (mm) , 取 l 1500 mm ; L2 - 穿墙套管的总长 (mm) , 取 l 1370 mm ; F1.7610-1ch2 (1 2 )2a (N) 1.7610-168.2532 (15001370)2500 2353.09(N) 于是水平布置 : P KfF 12353.092353.09 (N) 注 : Kf 1 ( 参见新版电力工程电气设计手册电气一次部分 P256 表 6 - 41 ) 而 : 0.6Pxu0.68 4.8 (kN) P 0.6Pxu ; 满足要求 热稳定校验 : 26.0120

25、.4(kA) 30 kA 注 : - 回路中可能通过的最大稳态短路电流 (kA) ; - 热稳定电流允许的作用时间 (s) ; * 以上校验均满足要求 .5. 电压互感器 : 不再计算 , 参考典型设计或其他工程可选为 : 220 kV 侧 : 选GIS ，其参数为 : 220/0.1/0.1/0.1/0.1 kV 110 kV 侧 : 选GIS , 其参数为 : 110/0.1/0.1/0.1/0.1 kV 35 kV 侧 : 选中置式开关柜 , 其参数为 : 35/0.1/0.1/0.1/0.1/3 kV6. 避雷器 : 不再计算 , 依据（新版）电力工程电气设计手册电气一次部分P251表

26、6-36及参考典型设计或其他工程可选为 ： 220 kV 侧 : 选 Y10W 204532W 型 , 其参数为 : 避雷器额定电压 (有效值) : 204kV ; 系统的额定电压 (有效值) : 220 kV ; 避雷器持续运行电压 (有效值) : 159 kV ; 主变中性点 : 选 YH1.5WN1-144/320 型 , 其参数为 : 避雷器额定电压 (有效值) : 144 kV ; 系统的额定电压 (有效值) : 220 kV ; 110 kV 侧 : 选与110kV GIS配套的避雷器 , 其参数为 : 避雷器额定电压 (有效值) : 102kV ; 系统的额定电压 (有效值) :

27、 110 kV ; 避雷器持续运行电压 (有效值) : 79.6 kV ; 主变中性点 : 选YH1.5WN1 -72/186型 , 其参数为 : 避雷器额定电压 (有效值) : 72 kV ; 系统的额定电压 (有效值) : 110 kV ; 35kV 侧 : 选51/134kV 5kA , 其参数为 : 避雷器额定电压 (有效值) : 51 kV ; 系统的额定电压 (有效值) : 35 kV ; 避雷器持续运行电压 (有效值) : 44 kV ; 四.导体选择 :1. 220 kV 侧 : (1) 主母线 : 由前计算知 : bg 474.4 A ; mg 2259.2(A) 按220k

28、V配电装置进出线布置, 母线按最大穿越功率计算. 采用GIS 额定电流选择 3150A(2) 主变进线 : 1) 按经济电流密度选择 : 由前计算知 : bg 474.4A ; 取最大年负荷利用小时 Tzd 4000 (h)；, 取 j 1.26(Amm ) ( 见 （新版）电力工程电气设计手册电气一次部分 P377 图8-30 ) 于是 : SjIgj474.41.26376.5(mm2 ) 故选 LGJ 400/50 型 2) 按短路热稳定校验 : 导体短路前的导体温度（即在额定负荷下的工作温度）：（下式同电缆的短路热稳定校验中计算导体短路前的导体温度相同，见（新版）电力工程电气设计手册电气一次部分P936937式17-5） = 0 + (Y 0)(I gmax