220kV变电站电气设计资料.docx
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220kV变电站电气设计资料
1前言
我国目前所使用的交流电能主要是由交流发电机提供的。
由于受绝缘水平的限制,发电机输出端发出的电压一般低于30kV。
用这样低的电压将电能进行远距离输送事实上是不可能的。
为此,需要利用升压变压器将电压升高后,再将电能进行远距离输送,到用电负荷所在地区以后,用电设备多是低压设备,所以用高电压将电能输送到用电地区后,还必须利用降压变压器降低电压,才能供给用户使用。
因此,变电站在电力生产过程中是一个重要的环节。
在电力系统中,变电站主要担负着电压变换这一重要任务,其作用主要有提高输电电压,减少电能损失。
电能在输送的过程中,由于电流的热效应,就要产生电能损失,且电能转化为热能的损失与电流的平方成正比。
因此,当输送功率一定时,提高输电电压就可减小电流,电网就会相应减少电能损失。
降低电压,分配电能。
电能经过升压输送到用电地区后,用户很难使用高电压的电气设备,因此,需要降压变电站把电压降低再分配到用户供用户使用。
集中电能、控制电力流向。
一个电网多数由多个电源点提供电能,这些电能的集中必须通过枢纽升压变电站来实现。
在用电地区,根据负荷情况,再由降压变电站来控制电力的流向。
调整电压,提高电压质量,满足用户的要求。
通过变电站的变压器调压装置和无功补偿设备,既可使用户得到稳定的电压,也可以提高线路的输电功率。
此次设计的220KV变电站,对该地区的电网优化配置资源的能力将显著增强。
站的建成,可以满足市区生产及生活的供电要求,在设计过程中考虑到该市工业生产和人民生活的发展,并可满足5-10年的远景供电需求。
2主接线设计
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。
将电路中各种电器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,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。
2.1主接线的设计原则
根据设计规程,变电所主接线应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。
同时还应考虑以下的因素:
1)变电所在电力系统中的地位和作用。
2)近期和远期的发展规模。
3)负荷的重要性分级和出现回数的多少对主接线的影响。
4)主变台数对主接线的影响。
5)备用容量的有无和大小对主接线的影响。
2.2主接线方式的选择
综合考虑主接线设计原则,有两种方案可供选择,如表1所示
表1主接线方案
方案
220kV
110kV
35kV
主变台数
方案一
双母线
双母线
单母线分段
2
方案二
双母带旁路母线接线
双母线
单母线分段
2
(1)单母线分段接线优点:
单母线用分段断路器进行分段,对重要用户尅有从不同段引出两回馈电线路,由两个电源供电;当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电;
缺点:
当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出线,在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作。
(2)双母线接线优点:
供电可靠,通过两组母线隔离开关的倒换操作,可
以轮流检修一组母线而不致使供电中断;一组母线故障后,能迅速恢复供电。
其次是调度灵活,各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上,能灵活
通过倒换操作可以组成
地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要;各种运行方式。
最后就是扩建方便,向双母线左右任何方向扩建,均不会影响两组母线的电源盒负荷自由自合分配,在施工中也不会造成原有回路停电。
缺点:
接线复杂,设备多,母线故障有短时停电。
(3)双母线带旁路母线接线
双母线可以带旁路母线,用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作,使该回路不致停电。
缺点是:
虽然多装了价高的断路器,增加了投资,然而这对于接于旁路母线的线路回数较多,并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。
方案一:
220kV采用双母线接线,出线6回(其中备用2回)保证了可靠性。
110kV侧也采用双母线接线,出线10回(其中备用2回),供给远方大型冶炼厂,铝厂和矿井等,其他作为地区变电所进线。
35kV侧则采用单母线分段接线,出
线12回,接线简单,操作方便,使用的设备少,从而投资少,而且保证了重要用户供电,有很好的可靠性和灵活性。
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图1方案一主接线图
方案二:
220kV侧采用双母带旁路母线接线形式,具有比双母线可靠性更高的接线方式,出线6回(其中2回备用),多装了价高的断路器和隔离开关,增加了投资,然而这对于接于旁路母线的线路回数较多,并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。
110kV采用双母线接线,出线10回。
35kV侧采用单母线分段接线,出线12回。
图2方案二主接线图
对两种方案比较如表2所示:
表2主接线方案比较
求
方案
方案一
方案二
可靠性
220kV侧双母线接线可靠性较好,接线简单,停电时间稍长。
可靠性更咼。
灵活性
220kV侧运行相对简单,灵活性差。
各电压等级都利于扩建和发展
调度灵活,各电压等级均
利于扩建和发展,
经济性
设备相对较少,投资少,造价低。
设备相对多,投资大,220kV米用双母带旁母占地面积较大。
比较可以看出,三种接线从技术的角度来看主要的区别是在可靠性上,双母线比单母线可靠性高,双母带旁路母线接线比双母线的可靠性更高。
单母线分
段接线简单,控制简单,有利于变电站的运行。
从可靠性,灵活性,经济性方面综合考虑,辩证统一,确定选择第二种接线方案。
3主变压器的选择
变压器是一种静止的电气设备,他利用电磁感应原理,把一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。
在各级电压等级的变电中,变压器是主要电器设备之一,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系统正常进行的保证。
3.1主变压器容量的选择
根据《变电所设计》中的有关规定
(1)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)—般按变电所建成后5-10年的规划负荷进行选择。
(3)主变容量的确定:
变电所一般装设两台主变压器,其中一台(组)变
压器停运后,其余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拥护的一级和二级负荷。
即满足SN>0.7PZMAX(PZMAX
为综合最大负荷)若变电所有其他能源可供保证在主变停运后用户的一级负荷则可装设一台主变压器。
根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分的有关规定为保证供电的可靠性,对有重要负荷的依次变电所应装设两台主变压器最好。
3.2主变压器形式的选择
(1)根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分,在不受运输条件限制的情况下,在330KV及以下的变电所均应选用三相变压器,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是,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%寸,可不
装设备用相。
(2)当系统有调压要求时,应采用有载调压压气,对新建的变电所,从网络经济运行的观点考虑,应注意选用无载调压变压器,来节省工程造价。
(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、中压见潮流不定情况外,一般采用自耦变压器,但仍需做技术经济比较。
3.3主变压器其他方面的选择
(1)冷却方式的选择
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。
(2)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丫和^,高、中、低三侧绕组的组合要根据工程具体情况确定。
具有直接由高压降为低压供电条件的变电所,为简化电压等级,减少重复降压容量,可采用双绕组。
(3)调压方式
为了保证发电厂或变电站的供电质量,电压必须维持在允许范围内,通过主变的分接开关切换,改变变压器高压侧绕组匝数。
从而改变其变比,实现电压调整。
切换方式有两种:
一种是不带电切换,称为无激磁调压。
另一种是带负荷切换,称为有载调压。
4短路电流计算
短路电流计算的主要目的是为了选择断路器等电器设备或对这些设备提出技术要求;评价并确定网络方案,研究限制短路电流措施;为继电保护设计与调试提供依据;分析计算送电线路对通讯设施的影响等。
4.1短路电流计算的内容
(1)短路点的选取:
各级电压母线、各级线路末端。
(2)短路时间的确定:
根据电气设备选择和继电保护整定的需要,确定计算短路电流的时间。
(3)短路电流的计算:
最大运行方式下最大短路电流;最小运行方式下最小短路电流;各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。
计算的具体项目及其计算条件,取决于计算短路电流的目的。
4.2短路电流计算方法
供配电系统某处发生短路时,要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。
电路元件电气参数的计算有两种方法:
标幺值法和有名值法。
1)标幺值法
标幺制是一种相对单位制,标幺值是一个无单位的量,为任一参数对其基准值的比值。
标幺值法,就是将电路元件各参数均用标幺值表示。
由于电力系统有多个电压等级的网络组成,采用标幺值法,可以省去不同电压等级间电气参量的折算。
在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。
2)有名值法
1kV
有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。
这种方法通常用于以下低压供电系统短路电流的计算。
4.3短路电流计算的基本假定
短路电流实用计算中,采用的假设条件和原则为:
1)正常工作时,三相系统对称运行。
2)所有电源的电动势相位角相同。
3)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。
4)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。
5)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。
6)
7)
8)
9)忽略不计。
同步电机都具有自动调励装置(包括强行励磁)。
短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。
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
10)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。
11)输电线路的电容忽略不计。
4.4短路计算的注意事项
1)验算导体和电器的动稳定,热稳定以及电器开断电流所有的短路电流,确定短路电流时,应按可能发生最大短路电流的正常接线方式,而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
2)选择导体和电器用的短路电流,在电气连接的网络中,应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响。
3)选择导体和电器时,对不带电抗器回路的计算,计算短路点应选择在正常方式时的短路电流为最大的地点。
4)导体和电容的动稳定,热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路计算。
4.5计算步骤
(1)画等值电抗图
1)首先去掉系统中的所有负荷开关,线路电容,各元件电阻。
2)选取基准容量和基准电压。
3)计算各元件的电抗标么值。
(2)选择计算短路点
1)求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。
2)各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。
3)列出短路电流计算数据表。
5主要电气设备的选择
5.1选择原则
5.1.1按正常工作条件选择电气设备
1)电器选择的一般原则
(1)
应按当地环境条件校核。
应力求技术先进和经济合理。
与整个工程的建设标准应协调一致。
同类设备应尽量减少品种。
选用的新产品均应具有可靠的实验数据,并经正式鉴定合格。
应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求,并考虑远景发展。
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
2)额定电压
电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化,有时会高于电网的额定电压,故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。
通常,规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1-1~1-15倍,而
电气设备所在电网的运行电压波动,一般不超过电网额定电压的1.15倍。
因此,在选择电气设备时,一般可按照电气设备的额定电压Un不低于装置地点电网额
定电压Uns的条件选择。
即
Un二Uns
3)额定电流
电气设备的额定电流1N是在额定环境温度下,电气设备的长期允许电流。
1N
不小于该贿赂在各种合理运行方式下的最大持续工作电流1max,即:
4)环境条件对设备选择的影响
当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时,应采取措施。
5.1.2按短路状态校验
1)校验的一般原则
(1)电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。
校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流。
(2)用熔断器保护的电器可不验算热稳定。
当熔断器有限流作用时,可不验算动稳定。
用熔断器保护的电压互感器回路,可不验算动、热稳定。
2)短路热稳定校验
短路电流通过电器时,电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。
满足热稳定条件。
lt2tg
式中:
Qk—短路电流产生的热效应
lt、t—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间
3)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,也称动稳定。
满足动稳定的条件为:
iesEsh
式中:
ish—短路冲击电流幅值
ies—电气设备允许通过的动稳定电流幅值
4)短路电流计算条件
为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性,并在一定时期内适应电力系统发展的需要,作验算用的短路电流应按下列条件确定:
(1)容量和接线
(2)短路种类
(3)计算短路点
5)短路计算时间
验算热稳定的短路计算时间tk为继电保护动作时间tp「和相应断路器的全开断时间tbr之和,即:
tk=tpr+tbr
tp「一般取保护装置的后备保护动作时间,这是考虑到主保护有死区或拒动;
而tbr是指对断路器的分闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起,至咯相触头分离后的电弧完全熄灭为止的时间段。
5.2高圧断路器的选择
1)种类
按断路器采用的灭弧介质可分为油断路器(多油,少油)、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。
额定电压和额定电流
In
1max—分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流A
2)开断电流选择
校验断路器的断流能力,宜取断路器实际开断时间的短路电流,所为校验条件。
因此,高压断路器的额定开断电流lNbr,不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分
量1pt,即:
INbr31pt
当断路器的hbr较系统短路电流大很多时,简化计算可用hbr^1,I"为短
路电流值。
3)短路关合电流的选择
为了保证断路器在关合短路电流时的安全断路器的额定关合电流incl不应小于短
路电流最大冲击值ish,即:
也Qsh
4)短路热稳定和动稳定校验
在短路电流过断路器时,产生大量热量,由于来不及向外散发,全部用来加热断路器,使其温度迅速上升,严重时会使断路器触头焊住,损坏断路器。
因此产品标准规定了断路器的热稳定电流,例如1s、4s的热稳定电流,其物理意义为:
当热稳定电流通过断路器时,在规定的时间内,断路器各部分温度不会超过国家规定的允许发热温度,保证断路器不被损坏。
lt2t>Qk,ies3ish
当tk1S时,可不考虑非周期分量的热效应,只计周期分量。
2
Qk—Ipttp
式中:
1Pt—短路电流周期分量
tP—短路电流周期分量发热的等值时间
5.3隔离开关的选择
隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器。
它需与断路器配套使用,但
隔离开关无灭弧装置,不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。
隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下,分合电路。
其主要功用为:
隔离电压,倒闸操作,分、合小电流。
隔离开关与断路器相比,额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。
但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流,故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。
还应根据配电设备特点和
隔离开关的型式较多,按安装地点不同,可分为屋内式和屋外式;按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式;此外,还有V形隔离开关。
隔离开关的型式对配电设备装置的布置和占地面积有很大影响。
使用要求以及技术经济条件来确定。
隔离开关的选择,除了不校验开断能力外,其余与断路器的选择相同,因为隔离开关与断路器串联在回路中,网络出现短路故障时,对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间,故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同.
a.额定电压b额定电流c型式和结构d动稳定校验e热稳定校验
220KV侧选择型号为GW&220的隔离开关和GW4220的隔离开关,60KV侧选择型号为GW&63的隔离开关,见表5.2:
GW1-220
220KV侧出线
60KV侧
GW&63
5.4电压互感器的选择
(1)参数选择电压互感器应按下表所列技术条件选择:
表4电压互感器参数选择
项目
参数
技术条件
正常工作条件
一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级
承受过电压能力
绝缘水平、泄露比距
环境条件
环境温度、相对湿度、海拔高度、最大风速、污秽
(2)型式选择
16〜20KV配电装置一般采用油浸绝缘结构;在高压开关柜中或布置地位狭窄的地方,可采用树脂浇注绝缘结构。
235〜110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。
3220KV及以上配电装置,当容量和准确度等级满足要求时,一般采用电容式电压互感器。
电压互感器选择结果:
表5电压互感器选择结果
型号
额定电压(KV)
二次负荷(VA
最大容
量(VA
初级绕组
次级绕组
剩余电压绕组
0.5
级
1级
3级
TYD220雨-0.0045
200朋
0.1/託
0.1
300
600
JCC2-110
110/刀
0.1/忑
0.1
500
1000
2000
JDZX6-10
10/
0.1/罷
0.1
0.5
80
200
400
220KV等级选择TYD220系列电容式电压互感器,该系列互感器有电容分压器、电磁装置及阻尼器组成,户外型产品,适用于交流50HZ中性点接地系统,
作电压、电能测量及继电保护用,并兼作电力线载波耦合电容器用。
110KV等级选择JCC系列电压互感器,它分为单相、三绕组、串级绝缘、户外安装互感器,适用于交流50HZ电力系统,作电压、电脑测量和继电保护。
它
可用于中性点直接接地系统,也可用于中性点不直接接地系统,并可在定电压下长期运行。
5.5电流互感器的选择
电流互感器的作用是将一次回路中的大电流转换为1A或5A的小电流以满足
继电保护、自动装置和测量仪表的要求。
(1)选择依据
1)种类和型式的选择
电流互感器根据使用环境可分为室内式、室外式,根据结构可分为瓷绝缘结构和树脂浇注式结构,根据一次线圈的型式又可分为线圈式和母线式、单匝贯穿式、复匝贯穿式。
选择电流互感器时,应根据安装地点和安装方式选择其型式。
2)一次回路额定电压的选择
一次回路额定电压Un应满足:
UN-UNs
3)—次额定电流的选择
为确保所供仪表的准确度,电流互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。
4)准确等级
先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求,并按
准确等级要求高的表计来选择。
电流互感器的准确级应不小于二次侧所接仪表的准确级。
5)二次负荷
Sn=l2n込n(VA)
式中,
Sn=l2nZnWA
S2=I22nZn
6)动稳定校验
动稳定校验是对产品本身带有一次回路导体的电流互感器进行校验,对于母线从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不校验动稳定。
由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验。
ies3ish
2L
亠Fa^0.^0.173ish-
外部动稳定校验式:
a
N;
Fa1—允许作用在电流互感器端部的最大机械力,由制造厂提供,
L—电流互感器出线端部至最近一个母线支持绝缘子之间的跨离,
a—相间距离,m
0.5—系数,表示电流互感器瓷套端部仅承受相邻绝缘子跨距上短路电动力的一半。
若产品样本未标明出线端部的允许应力Fal,而给出特定相间距离40cm
和出线端部至相邻支持绝缘子的距离L^SOcm为基础的动稳定倍数Kes时,贝U其动稳定的校验式为QKKs匝1N1Eish
K1—当回路相间距离a=0.4m时,K1二1,当相间距离aHO/m时"〈幅;
K2—当电流互感器一次绕组出线端部至相邻支持绝缘子的距离L=0.5m时
K2=〔,当LH0.5m时K2=0.8,L=0.2m时则K^1-15。
当电流互感器为瓷绝缘母线式时,产品样本一般给出电流互感器端部瓷帽处的允许应力值,则其动稳定可按下式校验
Fa^0.17ish2L
a
a—相间距离;
L—母线相互作用段的计算长度,L-e+L2)/2,其中Li为电流互感器瓷帽
端至相邻支持绝缘子的距离,mL2为电流互感器两端瓷帽的距离,
对于环氧树脂浇注的母线式电流互感器如LM2型,可不校验其动稳定。
7)热稳定校验
电流互感器的热稳定性一般用热稳定倍数Kts表示,一般是1s时间内的热稳
定电流lts与其额定电流1N2之比值。
因此,电流互感器可根据下式校验热稳定,
即(InKs)2心
Kts—热稳定时间为1s时的电流互感器的热稳定倍数;
In2—电流互感器一次侧的额定电流,A
(2)选择结果
1)220kV侧电流互感器的选择
变220kV侧CT的选择
一次回路电压:
5沁=220kV
一次回路电流:
h沁口=661.33A
根据以上两项,初选LCW-220户外支持式电流互感器,其参数如下:
表6LCW-220(4X300/5)技术参数
电流互感器型号
额定电流
A
级次
组合
准确级次
二次负荷准确等级
10%咅数
1S热
稳定
动稳定
0.5
1
3
次负荷
倍
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