某220KV变电所电气方案设计书.docx
- 文档编号:23430418
- 上传时间:2023-05-17
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:30.79KB
某220KV变电所电气方案设计书.docx
《某220KV变电所电气方案设计书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《某220KV变电所电气方案设计书.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
某220KV变电所电气方案设计书
设计说明书
一、概述
1.1设计依据及原则
根据《江苏省35-220kV变电所设计技术导则》(2002)、《220-500kV变电所所用电设计技术规程》(DL/T5155-2002)、《220-500kV变电所设计技术规程》(DL/T5218-2006)、《35-110kV变电所设计规范》(GB50059-1992)、《继电保护和安全自动装置技术规范》(GB14285-2006)、《高压配电装置设计技术规程》(DL/T5352-2006)以及给定的《“电力系统自动化专业”毕业设计任务书》,并依据5-10年电力系统发展规划进行设计,力求做到供电可靠、调度灵活、检修方便和投资经济。
1.2系统概况
待建变电所的电压等级为220kV/110kV/10kV,220kV是本变电所的电源电压,110kV和10kV是二次电压。
待建变电所位于城市近郊,地势平坦,交通方便,主要承担开发区炼钢厂供电任务,另外还有变电站附近的汽车厂、电机厂、矿机厂、机械厂、炼油厂、饲料厂等重要用户。
220kv4回出线作为本所电源,2回线来自系统,2回线来自相临变电站,110kv2回出线供炼钢厂负荷,10kv11回出线供周围负荷。
该变电所为枢纽变电所。
1.3设计规模
1.110KV线路2回,最大负荷为43MW.负荷功率因数0.95.
2.10KV出线共11回,本侧最大出线总负荷为9.3MW,负荷功率因数平均为0.85。
3.年最大负荷利用小时数Tmax=5600小时,同时率0.9,线路损耗6%。
1.4环境条件
1.当地年最高温度40℃。
2.最热月(7月)平均温度28℃。
二、主变压器的选择
1.主变压器形式的选择
1.1相数的确定
根据《220~500kV变电所设计技术规程》(DL/T5222-2005)第7.7.2条规定,“与电力系统连接的220~330kV变压器若不受运输条件的限制,应选用三相变压器。
”
本变电所“地势平坦,交通方便”,应当选用三相变压器。
1.2绕组数确定
根据《220~500kV变电所设计技术规程》(DL/T5222-2005)第7.2.4条220~330kV具有三种电压的变电所中,如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上,或者第三绕组需要装设无功补偿设备时,均宜采用三绕组变压器,当中性点接地方式允许时采用自耦变压器。
根据待建变电所电压等级和负荷情况,选择三绕组变压器。
1.3调压方式的确定
用户为钢厂、厂矿生产企业,电压波动大,用户对供电质量要求较高,需要经常调压,故选择有载调压变压器
2.主变容量和台数的确定
相关的设计规范规定:
选择的变压器容量Se需要满足下列两个条件:
Se≥0.7Smax;②Se≥Simp。
其中,Smax为变电所的最大负荷容量;Simp为变电所的全部重要负荷容量
通过计算(详见计算书),最后选择变压器的容量Se=40000KVA。
考虑到重要负荷较多及今后的发展,故选择2台主变压器
综上所述:
该变电所选择2台3相3绕组有载调压变压器
型号为SFSZ-40000KVA/220+8×1.25%/121/10.5
主要技术参数如下:
额定容量比:
100/100/50
额定电压比:
220+8×1.25%/121/10.5
联系组标号:
YN,a0,d11
空载损耗P0:
38KW
空载电流I0:
0.9%
阻抗电压:
U(1-2)%=10U(1-3)%=30U(2-3)%=20
三、主接线的确定
变电所主接线的设计应根据变电所在电力系统中的地位、出线回路数、设备特点、负荷性质、周围环境及变电所的规划容量等条件和具体情况确定,并应满足运行可靠、简单灵活、操作方面、节约投资和便于扩建等要求。
主接线的可靠性和经济性应综合考虑,在满足技术要求前提下,尽可能投资省、占地面积少,电能损耗少,年费用(投资与运行)为最小。
1.220KV接线方式
方案一:
采用单母线带旁路母线,该接线简单清晰,投资较小,运行操作简单,任一出线或主变间隔短路器检修,不需对外停电,但母线检修或故障时220KV配电装置需要全停。
考虑到钢厂、厂矿用户的重要性,该接线方式不宜采用。
方案二:
采用双母接线,该接线双回电源进线,两台主变运行在不同母线上,负荷分配均匀,调度灵活方便,运行可靠性高,任一母线检修不会影响线路送电,母线故障时也只影响部分负荷。
由于考虑到负荷重要性,目前SF6短路器可靠性较高,采用双母接线供电可靠性亦能得到可靠保证,故采用双母接线方式。
2.110KV接线方式(110KV2回出线)
方案一:
可采用线路变压器组,投资少,接线简单清晰,缺点变压器检修或故障时,线路只有一条运行,降低了用户的供电可靠性。
方案二:
采用内桥接线,也是比较经济的接线方式,线路停电方便,变压器停电相对复杂,但考虑供电可靠性,故110KV系统采用内桥接线方式。
3.10KV接线方式
10KV11条出线,重要用户均采用双回路,由于10KV断路器性能可靠,不考虑增设旁路。
考虑到系统无功负荷较大,为改善系统电压,同时提高变压器的输送能力,增设二组10KV电容器。
10KV系统采用单母分段接线方式亦能满足供电可靠性要求。
变电所主接线见图
四、短路电流计算
为了保证电力系统安全运行,在设计选择电器设备时,都要用可能流经设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验,以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。
同时,为了尽快切断电源对短路点的供电,继电保护装置能够自动地使有关断路器跳闸。
继电保护装置的整定和电气设备的选择均需要短路电流数据。
因此短路电流计算是变电所设计的重要内容之一。
系统在不同运行方式下的短路电流(KA)
短路地点
运行方式
I"
It/2
It
Ish
220KV侧
双母线并列运行
39.058
23.48
23.187
99.425
110KV侧
两台主变并列运行
3.804
3.804
3.804
9.682
一台主变停运
1.951
1.951
1.951
4.966
10KV侧
两台主变并列运行
8.701
8.701
8.701
22.149
一台主变停运
4.374
4.374
4.374
11.134
注:
短路电流计算详见短路电流计算书
五、电器设备的选择、校验
一、选断路
1.220KV高压断路器的选择
(1)选断路器型号
考虑单条线路代2台变压器时最大长期工作电流:
Igmax=2×Se/(√3Ue)=2×40000/(√3×220)=209.95(A)
根据Ue=220KV、Igmax==110A(线路考虑单线带两台变压器最大电流209.5A)及室外布置的要求,由于220KV断路器额定电流均大于209.5A,主变断路器、线路断路器选型号为LW1-220/2000断路器,其额定技术数据:
Ue=220KV,Ie=2000A,额定开断电流Ibr=40KA,动稳定电流Imax=100KA,热稳定电流It=40(4s)。
(2)校验开断能力
Ibr=40KA>I"=39.058KA,断路器开断电流满足系统短路容量的要求。
(3)校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×39.058=99.425KA<100KA,满足要求。
(4)校验热稳定
因tk=2.6s>1s,故可不计非周期分量的发热影响。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=(39.0582+10×23.482+23.1872)2.6/12
=1641.54KA2·S<402×4=6400KA2·S,满足要求。
以上计算表明,根据附表37选LW1-220/2000断路器可满足要求。
220KV断路器的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
I″
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Inbr
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
LW1-220/2000
220
0.21
39.058
99.425
1641.54
220
2000
40
100
6400
2.110KV高压断路器的选择
(1)选断路器型号
单台变压器最大长期工作电流:
按一台主变退出,另一台主变允许过负荷30%(40%)考虑
Igmax=1.3×Se/(√3Ue)=1.3×40000/(√3×121)=273.9(A)
根据Ue=110KV、Igmax==200.4A及室外布置的要求,由于110KV断路器额定电流均大于200.4A,主变断路器SW4-110G断路器,其额定技术数据:
Ue=110KV,Ie=1000A,额定开断电流Ibr=15.8KA,动稳定电流Imax=32KA,热稳定电流It=21KA。
(1)验开断能力
Ibr=15.8KA>I"=3.804KA,断路器开断电流满足系统短路容量的要求。
(2)校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×3.804=9.683KA<32KA,满足要求。
(3)校验热稳定
因tk=2.1s>1s,故可不计非周期分量的发热影响。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=(3.8042+10×3.8042+3.8042)2.1/12
=30.4KA2·S<212×4=1764KA2·S,满足要求。
以上计算表明,根据附表35选SW4-110断路器可满足要求。
110KV断路器的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
I″
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Inbr
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
SW4-110G
110
0.27
3.804
9.683
30.4
110
1200
15.8
55
1764
3.10KV高压断路器的选择
(一)10KV主变断路器、分段断路器
(1)选断路器型号
单台变压器最大长期工作电流:
按一台主变退出,另一台主变允许过负荷30%(40%)考虑
Igmax=1.3×0.5×Se/(√3Ue)=1.05×20000/(√3×10.5)=1501.2(A)
根据Ue=10KV、Igmax==1501.2A及室外布置的要求,主变断路器、分段断路器(考虑单台主变运行时分段断路器通过较大电流)选型号为ZN12-10/1600断路器,其额定技术数据:
Ue=10KV,Ie=1600A,额定开断电流Ibr=31.5KA,动稳定电流Imax=80KA,热稳定电流It=31.5(3s)。
(2)校验开断能力
Ibr=31.5KA>I"=8.701KA,断路器开断电流满足系统短路容量的要求。
(3)校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×8.701=22.149KA<80KA
满足要求。
(4)校验热稳定
因tk=2.1s>1s,故可不计非周期分量的发热影响。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=(8.7012+10×8.7012+8.7012)2.1/12
=18.27KA2·S<31.52×3=2976.75KA2·S
满足要求。
以上计算表明,选ZN12-10/1600断路器可满足要求。
(二)10kv出线断路器
(1)10KV出线最大负荷
Igmax=2Pmax/(Cos¢×√3Ue)=2×2100/(0.85×√3×10.5)=271.7(A)
根据Ue=10KV、Igmax==271.7A及室外布置的要求,出线断路器选型号为ZN12-10/1000断路器,其额定技术数据:
Ue=10KV,Ie=1000A,额定开断电流Ibr=17.3KA,动稳定电流Imax=44KA,热稳定电流It=17.3(4s)。
(2)校验开断能力
Ibr=31.5KA>I"=8.701KA,断路器开断电流满足系统短路容量的要求。
(3)校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×8.701=22.149KA<44KA
满足要求。
(4)校验热稳定
因tk=2.1s>1s,故可不计非周期分量的发热影响。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=(8.7012+10×8.7012+8.7012)2.1/12
=18.27KA2·S<17.32×4=1197.16KA2·S
满足要求。
以上计算表明,选ZN12-10/1000断路器可满足要求。
10KV断路器的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
I″
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Inbr
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
ZN12-10/1000
10
0.271
8.701
22.15
18.27
10
1000
17.3
44
1000
ZN12-10/1600
10
1.501
8.701
22.15
18.27
10
1600
31.5
80
1600
二、隔离开关
1.220KV隔离开关选择
(1)选隔离开关型号
考虑单条线路代2台变压器最大长期工作电流:
按一台主变退出,另一台主变允许过负荷30%(40%)考虑
Igmax=1.3×Se/(√3Ue)=1.3×40000/(√3×220)=136.5(A)
根据Ue=220KV、Igmax==136.5A(线路考虑单线带两台变压器最大电流136.5A)及室外布置的要求,由于220KV隔离开关额定电流均大于220A,主变隔离开关、线路隔离开关选型号为GW10-220/1600A,其额定技术数据:
Ue=220KV,Ie=1600A,动稳定电流Imax=100KA,热稳定电流It=40KA(4s)。
(2)校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×39.058=99.425KA>100KA,满足要求。
(3)校验热稳定
因tk=2.6s>1s,故可不计非周期分量的发热影响。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=(39.0582+10×23.482+23.1872)2.6/12
=1641.54KA2·S<502×4=10000KA2·S,满足要求。
以上计算表明,选GW10-220/1600A隔离开关可满足要求。
220KV隔离开关的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
GW7-220/2500A
220
0.14
99.425
1641.54
220
2500
125
10000
2.110KV隔离开关选择
(1)选隔离开关型号
单台变压器最大长期工作电流:
Igmax=1.3×Se/(√3Ue)=1.3×40000/(√3×121)=273.9(A)
根据Ue=110KV、Igmax=273.9A及室外布置的要求,主变隔离开关、线路隔离开关选型号为GW4-110/1250A,其额定技术数据:
Ue=110KV,Ie=1250A,动稳定电流Imax=50KA,热稳定电流It=20KA(4s)。
(2)校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×3.804=9.683KA<50KA,满足要求。
(4)校验热稳定
因tk=3.1s>1s,故可不计非周期分量的发热影响。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=(3.8042+10×3.8042+3.8042)3.1/12
=30.4KA2·S<202×4=1600KA2·S,满足要求。
以上计算表明,选GW4-110/1250A隔离开关可满足要求。
110KV隔离开关的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
GW5-110/1250A
110
0.27
9.683
30.4
220
1250
50
1600
3.10KV隔离开关选择
因10KV断路器选用小车开关柜,不需要隔离开关。
三、母线桥及母线
1.主变10KV侧母线桥选择
(1)按经济电流密度选择主变引线
10kv全部负荷9300MVA不足变压器容量一半,考虑今后发展乘1.05倍.
Igmax=1.05×0.5×Se/(√3Ue)=1.05×0.5×40000/(√3×10.5)
=1154.7(A)
已知年最大负荷利用小时数Tmax=5600小时,查铝矩形母线经济电流密度J=0.75。
则S j=Igmax/J=1154.7/0.75=1539.6(mm2)
选双条矩形母线截面2×(80×8)=1280(mm2)
按导体平放,其Ial=1858A,KF=1.27,计及温度修正
Kθ=√[(70-40)/(70-28)]=0.714
Kθ×Ial=0.714×1858=1326.6(A)>Igmax=1154.7(A)
满足母线正常发热的要求。
(2)热稳定校验:
按上述情况选择的导体截面,还应按下式校验其在短路条件下的热稳定:
S≥Smin=Qd1/2/C=Iootdz1/2/C
式中:
S——导体截面(mm2)
Smin——热稳定决定的导体最小允许截面(mm2)
Qd——短路电流的热效应(A2·s)
C——热稳定系数,取C=90
Ioo——稳态短路电流(KA)
Tdz——热稳定的短路计算时间(s)
设主保护动作时间tb=0.05s,断路器全开断时间为tkd=0.1s
则短路电流持续时间为tr=tb+tkd=0.05+0.1=0.15s
周期电流热效应
QP=Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=(8.7012+10×8.7012+8.7012)2.1/12
=158.99KA2·S
由于tr=0.11s<1s考虑短路电流非周期分量,查表Ta=0.05
QnP=TaI"2=0.05×8.7012=3.79KA2·S
QK=QP+QNp=158.99+3.79=162.78KA2·S
短路前母线工作温度
θW=40+(70-40)1154.7/1326.6=40+22.7=66.1
查表C=90
则smin=√(QK×KF)/C=√(162.78×106×1.1)/90=148.68(mm2)
选择的导线截面均大于S=1008mm2>259.28mm2,满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
f0=112×rIε/l2=112×2.312×1.55×104/1202=278(HZ)
rI-布置方式惯性半径,L-绝缘子跨距(取120mm),ε-材料系数
因f0>=278HZ>155HZ,故β=1,不考虑母线共振问题。
变压器出口短路时ish=2.55×14.122=36.01(KA)
母线截面系数(两片平放):
W=0.333bh2=0.333×0.008×0.0082=17.05×10-6(m3)
作用在母线上的最大电动力及相间应力
fФ=0.173i2sh/a=0.173×36.012/0.4=560.83(N/m)
σ=M/W=fФL2/(10W)=560.83×1.22/(10×17.05×10-6)=4.74×106(Pa)
查表σa1=70×106(Pa)>4.74×106(Pa)满足动稳定要求。
2.母线桥支持绝缘子选择
根据母线额定电压10.5KV和屋外装设的要求,选用ZS-10,高度210mm,机械破坏负荷4900N.
作用在绝缘子上的电动力:
F=0.173i2shLcaβ/a=0.173×36.012×1.2/0.7=384.57(N)
0.6Fp=0.6×4900N=2940N,因母线为两片平放,此时F′=F,可以认为F作用在绝缘子冒处。
由于F=384.57N<2940N,满足动稳定要求。
3.穿墙套管选择
最大持续工作电流:
Igmax=1154.7(A)
根据母线额定电压10.5KV和屋外装设的要求,选用CWLC-10,额定电流1500A(最高气温低于40℃额定电流不需要修正)套管长度LCA=650mm,机械破坏负荷FP=12250N。
计算跨度LC=(1.2+0.23)/2=0.715
套管受力:
F=1.73×10-7i2shLC/a=1.73×10-7×366902×0.715/0.7
=237.8N
0.6FP=7350N>237.8N,满足动稳定要求。
4.10KV母线选择
(1)母线距离较短按最大长期工作电流选择,考虑单台变压器带10KV全部负荷:
Igmax=(1900+1000+2100+2000+1800+500)/[0.85×(√3×10.5)]
=601.61(A)
选单条矩形母线截面63×6.3=396.9(mm)
按导体平放,其Ial=872A,KF=1.02,计及温度修正
Kθ=√[(70-28)/(70-25)]=0.93
Kθ×Ial=0.93×872=810.96(A)>Igmax=601.61(A)
满足母线正常发热的要求。
(2)热稳定校验:
按上述情况选择的导体截面,还应按下式校验其在短路条件下的热稳定:
S≥Smin=Qd1/2/C=Iootdz1/2/C
式中:
S——导体截面(mm2)
Smin——热稳定决定的导体最小允许截面(mm2)
Qd——短路电流的热效应(A2·s)
C——热稳定系数,取C=90
Ioo——稳态短路电流(KA)
Tdz——热稳定的短路计算时间(s)
设主保护动作时间tb=0.05s,断路器全开断时间为tkd=0.1s
则短路电流持续时间为tr=tb+tkd=0.05+0.1=0.15s
周期电流热效应
QP=Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=(8.7012+10×8.7012+8.7012)2.1/12
=158.99KA2·S
由于tr=0.15s<1s考虑短路电流非周期分量,查表Ta=0.05
QnP=TaI"2=0.05×8.7012=3.79KA2·S
QK=QP+QNp=158.99+3.79=162.78KA2·S
短路前母线工作温度
θW=30+(70-30)625.7/776.08=30+32.25=62.25
查表C=90
则smin=√(QK×KF)/C=√(162.78×106×1.02)/90=143.17(mm2)
选择的导线截面S=396.9(mm)>143.17mm2,满足热稳定要求。
(3)动稳定校验:
f0=112×rIε/l2=112×2.312×1.55×104/1202=278(HZ)
rI
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 220 KV 变电所 电气 方案设计