220kV變電所電氣部分設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：220kV變電所電氣部分設(shè)計(jì)目 錄一、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書3二、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書5三、參考文獻(xiàn)19四、后記24五、計(jì)算書26六、圖紙畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書一. 設(shè)計(jì)題目:220kV變電所電氣部分設(shè)計(jì)二. 待建變電所基本資料1. 設(shè)計(jì)變電所在城市近郊,向開發(fā)區(qū)的煉鋼廠供電,在變電所附近還有地區(qū)負(fù)荷。2. 確定本變電所的電壓等級為220kV/110kV/10kV，220kV是本變電所的電源電壓，110kV和10kV是二次電壓。3. 待設(shè)計(jì)變電所的電源，由對側(cè)220kV變電所雙回線路及另一系統(tǒng)雙回線路送到本變電所；在中壓側(cè)110kV母線，送出2回線路至煉鋼廠；在低壓側(cè)10kV母線，送出11回線路至

2、地區(qū)負(fù)荷。4. 該變電所的所址，地勢平坦，交通方便。5. 該地區(qū)年最高氣溫40，最熱月平均最高氣溫36。三用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如下：110kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如下：表1 110kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料用戶名稱最大負(fù)荷（kW）cos回路數(shù)重要負(fù)荷百分?jǐn)?shù)（）煉鋼廠4200009525010kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如下：表1 10kV用戶負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料序號用戶名稱最大負(fù)荷（kW）cos回路數(shù)重要負(fù)荷百分?jǐn)?shù)（）1礦機(jī)廠19000912702機(jī)械廠12002403汽車廠21002354電機(jī)廠21002555煉油廠1900260-最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax=5256h，同時率取，線路損耗取6。四待設(shè)計(jì)變電所與電力系統(tǒng)的

3、連接情況：圖中線路參數(shù)如下：L1=18km、L2=15km、L3=20km、L4=19km、L5=10km圖1 待設(shè)計(jì)變電所與電力系統(tǒng)的連接電路圖五設(shè)計(jì)任務(wù)1選擇本變電所主變的臺數(shù)、容量和型號；2設(shè)計(jì)本變電所的電氣主接線；3進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算；4選擇和校驗(yàn)所需的電氣設(shè)備；5選擇和校驗(yàn)10kV硬母線；6進(jìn)行繼電保護(hù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)；7進(jìn)行防雷保護(hù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)；8配電裝置設(shè)計(jì)。六圖紙要求1 繪制變電所電氣主接線圖2 220kV或110kV高壓配電裝置平面布置圖3 220kV或110kV高壓配電裝置斷面圖（進(jìn)線或出線）第二部分 設(shè) 計(jì) 說 明 書待建變電所位于城市南郊，所址地勢平坦，交通方便。變電所電源

4、由對側(cè)220kV變電所雙回線路及另一系統(tǒng)雙回線路送到本變電所；以110kV雙回線路向煉鋼廠送電，煉鋼廠以阻性負(fù)荷為主，功率因數(shù)0.95；以10kV共11回線路向地區(qū)負(fù)荷供電，負(fù)荷最大利用小時數(shù)5256小時，同時率為0.9。該變電所為220kV降壓變電所，沒有轉(zhuǎn)功。變電所所處地區(qū)年最高氣溫40，最熱月平均最高氣溫36。根據(jù)電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊的要求，并結(jié)合本變電所的具體情況和可靠性的要求，選用兩臺同樣型號的有載調(diào)壓三繞組自耦變壓器。1) 主變?nèi)萘康倪x擇110kV最大負(fù)荷為 Pm1=K0×42000=42000 kW110kV重要負(fù)荷 Pi1=Ki×P=0.50×42

5、000=21000 kW10kV最大負(fù)荷為 Pm2=K0P=×(P1+P2+P3+P4+P5)=×(1900+1200+2100+2100+1900)=8280 kW10kV重要負(fù)荷 Pi2=Ki×P=K1×P1+K2×P2+K3×P3+K4×P4+K5×P5=0.7×1900×12000.35×21000.55×21000.6×1900=1330+480+735+1155+1140 =4840 kW 對于具有兩臺主變的變電所，其中一臺主變的容量應(yīng)大于等于70的全部

6、負(fù)荷或全部重要負(fù)荷，兩者中，取最大值作為確定主變?nèi)萘康囊罁?jù)。××(+ )=37316 kVA 全部重要負(fù)荷容量為Si= + = + =27424 kVASeSi 應(yīng)根據(jù)Se選擇主變?nèi)萘?。?jīng)計(jì)算一臺主變應(yīng)接帶的負(fù)荷為37316 kVA，應(yīng)選用兩臺40000 kVA的三相自耦變壓器。因 40000kVA37316kVA,故所選主變?nèi)萘繚M足大于等于70的全部負(fù)荷要求。 因此確定選用主變型號為OSFSZ-40000/220，主要參數(shù)如下表：額定容量kVA電壓組合和分接范圍連接組別號空載損耗kW負(fù)載損耗kW空載電流容量分配阻抗電壓（）高壓kV中壓kV低壓kV高-中高-低中-低4000

7、022012111YN，a0，d113313510010050930201） 220kV配電裝置主接線選擇。根據(jù)SDJ2-88220500kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，“220kV配電裝置出線在4回及以上時，宜采用雙母線及其他接線”。由于待建變電所有6回出線，可采用雙母線接線。兩臺主變分別接在不同母線上，負(fù)荷分配均勻，調(diào)度靈活方便，運(yùn)行可靠性高，任一條母線或母線上的設(shè)備檢修，均不需停掉線路。同時，本工程220kV斷路器采用SF6斷路器，其檢修周期長，可靠性高，故可不設(shè)旁路母線。又由于每個電源點(diǎn)都有兩回線路，一回線路停運(yùn)時，仍滿足N-1原則。因此，本設(shè)計(jì)220kV配電裝置采用雙母線接線。2） 11

8、0kV配電裝置主接線選擇。110kV出線僅為兩回，按照規(guī)程要求，宜采用橋式接線。以雙回線路向煉鋼廠供電?？紤]到主變不會經(jīng)常投切和對線路操作及檢修的方便性，110kV配電裝置采用內(nèi)橋式接線。3） 10kV配電裝置主接線選擇。10kV出線共11回，按照規(guī)程要求，采用單母線分段接線，對重要回路，均以雙回線路供電，保證供電的可靠性?？紤]到減小配電裝置占地和占用空間，消除火災(zāi)、爆炸的隱患及環(huán)境保護(hù)的要求，主接線不采用帶旁路的接線，且斷路器選用性能比少油斷路器更好的真空斷路器，配電裝置采用封閉性好集成度高的成套配電裝置。本設(shè)計(jì)的變電所電氣主接線圖如下圖所示。根據(jù)本變電所電源側(cè)510年的發(fā)展規(guī)劃，計(jì)算出系統(tǒng)

9、最大運(yùn)行方式下的短路電流。系統(tǒng)最大運(yùn)行方式為:4×50MW機(jī)組滿負(fù)荷，2×200MW機(jī)組滿負(fù)荷，系統(tǒng)容量為100MVA，220kV各條線路均投入運(yùn)行。計(jì)算過程見短路電流計(jì)算書。短路電流最大持續(xù)時間：短路電流計(jì)算結(jié)果見附表。1) 220kV電氣設(shè)備選擇 a. 220kV斷路器形式：室外SF6額定電壓：UNUNS額定電流：INImax按一臺主變最大持續(xù)工作電流考慮××= A根據(jù)以上條件,選擇LW1-220/2000型FS6斷路器 額定開斷電流校驗(yàn) INbr=40KAI= KA 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： Qk=Qp= tk×（I2+10Itk/22+ Itk2）

10、/12×（2+10×2+ 2）/12 = 455.39 kA2s 選擇：4s熱穩(wěn)定電流=40 KA INbr2 t=402×4=6400 kA2s INbr2 tQk 所以選擇4s熱穩(wěn)定電流=40 KA 滿足要求 動穩(wěn)定校驗(yàn) 極限通過峰值電流ies=100 KA KA 故選擇LW1-220/2000型SF6斷路器能滿足要求 b. 220kV隔離開關(guān) 形式：室外 額定電壓：UNUNS額定電流：INImax按一臺主變最大持續(xù)工作電流考慮××= A根據(jù)以上條件,選擇GW7-220/1250隔離開關(guān) 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： Qk=Qp= tk×（I2+

11、10Itk/22+ Itk2）/12×（2+10×2+ 2）/12 = 455.39 kA2s 選擇：4s熱穩(wěn)定電流=31.5 KA INbr22×4=3969 kA2s INbr2 tQk 所以選擇4s熱穩(wěn)定電流=31.5 KA 滿足要求 動穩(wěn)定校驗(yàn) 極限通過峰值電流ies=80 KA KA 故選擇GW7-220/1250型隔離開關(guān)能滿足要求考慮到變電所遠(yuǎn)景發(fā)展、各個設(shè)備間性能相配合以及從經(jīng)濟(jì)技術(shù)等多方面考慮，選擇GW7-220/2000型（或GW7-220/2500型）隔離開關(guān)2) 110 kV電氣設(shè)備選擇 a. 110kV斷路器形式：室外SF6額定電壓：UN

12、UNS額定電流：INImax按一條線路帶110kV全部負(fù)荷考慮××= A根據(jù)以上條件,選擇SFM110-110/2000型FS6斷路器 額定開斷電流校驗(yàn) INKAI=KA 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： Qk=Qp= tk×（I2+10Itk/22+ Itk2）/12 = ×（2+10×2+ 2）/12 = kA2s 選擇：3s熱穩(wěn)定電流= KA INbr2 t=2×3=2976 kA2s INbr2 tQk 所以選擇3s熱穩(wěn)定電流= KA 滿足要求 動穩(wěn)定校驗(yàn) 極限通過峰值電流ies=80KAKA 故選擇SFM110-110/2000型SF6斷路器能

13、滿足要求 b. 110kV隔離開關(guān) 形式：室外額定電壓：UNUNS額定電流：INImax按一條線路帶110kV全部負(fù)荷考慮Imax=××= A根據(jù)以上條件,選擇GW5-110/630隔離開關(guān) 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： Qk=Qp= tk×（I2+10Itk/22+ Itk2）/12 = ×2+10×22）/12 = 48.03 kA2s 選擇：4s熱穩(wěn)定電流=20 KA INbr2 t=202×4=1600 kA2s INbr2 tQk 所以選擇4s熱穩(wěn)定電流=20 KA 滿足要求動穩(wěn)定校驗(yàn) 極限通過峰值電流ies=80KAKA故GW5-110/

14、630隔離開關(guān)能滿足要求考慮到變電所遠(yuǎn)景發(fā)展、各個設(shè)備間性能相配合以及從經(jīng)濟(jì)技術(shù)等多方面考慮，選擇GW5-110/1250型（GW5-110/1600或GW5-110/2000）隔離開關(guān)3) 10kV電氣設(shè)備選擇 a. 10kV斷路器(主變進(jìn)線及母聯(lián))形式：室內(nèi)真空額定電壓：UNUNS額定電流：INImax按一臺開關(guān)帶主變10kV全部負(fù)荷考慮××= A根據(jù)以上條件,選擇ZN12-10/2500型真空斷路器 額定開斷電流校驗(yàn) INbr=KAI=14.0901KA熱穩(wěn)定校驗(yàn)： Qk=Qp= tk×（I2+10Itk/22+ Itk2）/12×（14.0901

15、2+10×2+ 2）/12= kA2s 選擇：3s熱穩(wěn)定電流= KA INbr2 t=2×3= kA2s INbr2 tQk 所以選擇3s熱穩(wěn)定電流= KA 滿足要求 動穩(wěn)定校驗(yàn) 極限通過峰值電流ies=80KAKA 故選擇ZN12-10/2500型真空斷路器能滿足要求 b. 10kV斷路器(出線)形式：室內(nèi)真空額定電壓：UNUNS額定電流：INImax按一臺開關(guān)帶10kV全部負(fù)荷考慮××= A根據(jù)以上條件,選擇ZN12-10/1250型真空斷路器 額定開斷電流校驗(yàn) INbr=KAI=14.0901KA 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： Qk=Qp= tk×（I2

16、+10Itk/22+ Itk2）/12×（2+10×2+ 2）/12 = kA2s 選擇：3s熱穩(wěn)定電流= KA INbr2 t=2×3= kA2s INbr2 tQk 所以選擇3s熱穩(wěn)定電流= KA 滿足要求 動穩(wěn)定校驗(yàn) 極限通過峰值電流ies=80KA35.9298KA 故選擇ZN12-10/1250型真空斷路器能滿足要求c. 10kV母線按母線帶10kV全部負(fù)荷考慮××= A配電裝置室內(nèi)布置，按環(huán)境溫度36考慮，需溫度修正+5。選50×4鋁母線，單條豎放Iy=594,溫度修正后Iy=594×Imax=A。熱穩(wěn)定校驗(yàn) 短

17、路電流最大持續(xù)時間tk=2.1s，可以不考慮非周期分量影響 所以Qk=Qp= tk（I2+10Itk/22+ Itk2）/12×(2+10×14.09012+9012)/12 =416.91 kA2s Smin= (由設(shè)計(jì)指南表5-6查出) =0.206mm2 S=50×4=200Smin 滿足熱穩(wěn)定要求動穩(wěn)定校驗(yàn) 開關(guān)采用成套開關(guān)柜，支柱絕緣子之間距離L=m，相間距離a=，導(dǎo)體的截面系數(shù)W=b2h/6= 42×50×10-9/6=0.13×10-6 動態(tài)應(yīng)力計(jì)算 f1=（Nf/L2）（EI/m） E=70×106 Pa N

18、fm=h×b×w××2700=0.54 kg/m I=bh3×3×10-8 m4 f12)×(70×106××10-8/0.54) =150 故=1導(dǎo)體最大相間計(jì)算應(yīng)力ph=fphl2/10W×10-7×140902/0.35)×2/(10×0.13×10-6) =×10670×106 母線滿足動穩(wěn)定要求d. 10kV支柱絕緣子和穿墻套管選擇支柱絕緣子應(yīng)按電壓和類型選擇，并進(jìn)行短路時動穩(wěn)定校驗(yàn)。穿墻套管應(yīng)按額定電壓、額定電流和

19、類型選擇，按短路條件校驗(yàn)動、熱穩(wěn)定性。按額定電壓選支柱絕緣子和穿墻套管 UNUNS按額定電流選穿墻套管 ImaxkIn ，按環(huán)境溫度36考慮，需溫度修正+5，最高環(huán)境溫度為41，故k=××=A745.5 A根據(jù)安裝地點(diǎn)，絕緣子和穿墻套管選室內(nèi)型。根據(jù)以上條件，支柱絕緣子選ZNA-10型，UN=10，絕緣子高度125mm，機(jī)械破壞負(fù)荷375kg。穿墻套管選擇CWLB-10型，額定電壓10kV，額定電流1000A，套管長度600mm，機(jī)械破壞負(fù)荷750kg，5s熱穩(wěn)定電流18kA。熱穩(wěn)定校驗(yàn) 主變并列運(yùn)行短路電流為901kA18 kA CWLB-10穿墻套管滿足熱穩(wěn)定要求。&#

20、215;ish2lc/a×10-7lc=( l1+ l2)/2，a=，ish=kA Fco= Fmax H1=H+b+h/2 導(dǎo)線平放b=12mm ZNA-10型支柱絕緣子，H=125mm，母線h=4mm×ish2lc/a×10-7×359292××10-7 = N Fco= FmaxH1/H2=×(125+12+(4/2)/125 =N =85.14 kg375kg 支柱絕緣子滿足動穩(wěn)定要求。 CWLB-10穿墻套管 lca=600mm 機(jī)械破壞負(fù)荷750kglc=( l1+ lca)/2=（1.2+0.6）/2=5 m&

21、#215;ish2lc/a×10-7×359292××10-7 = N=45.62 kg750kg 穿墻套管滿足動穩(wěn)定要求所選電氣設(shè)備一覽表電壓等級設(shè)備名稱型號主要參數(shù)220kV斷路器LW1-220/2000220/2000A-40KA/4S隔離開關(guān)GW7-220/2000220/2000A110kV斷路器SFM110-110/2000110/2000A-40KA/3S隔離開關(guān)GW5-110/1600或GW5-110/2000GW5-110/1600A-40KA/4S或GW5-110/2000A-40KA/4S10kV真空開關(guān)ZN12-10/2500 Z

22、N12-10/1250母線50×4鋁母線50×4支柱絕緣子ZNA-10高度125mm穿墻套管CWLB-1010/1000套管長度600mm 所用變的選擇是根據(jù)變電所內(nèi)充電裝置、照明、生活、檢修以及主變冷卻電源和調(diào)相機(jī)等負(fù)荷容量大小確定。因具體資料不全，按指導(dǎo)老師推薦型號選取兩臺SG10-200變壓器。Se=200 kVA，連接組別Y/yn0，變比11/0.4，I=。 為保證所用電可靠性，兩臺所用變電源分別從兩段10kV母線引接。 Ie=8 A I0= IIe/100=8×/100=2 A 故可以用隔離開關(guān)拉合空載電流，配熔斷器保護(hù)。 熔斷器選擇： 額定電壓UNUN

23、S 熔體額定電流INfsKImax×=A×=A故選RN3-10型熔斷器，額定電壓10kV，額定電流10150A，斷流容量200MVA。 10kV并列運(yùn)行短路容量為 MVA，分列運(yùn)行短路容量為 MVA。 主變低壓側(cè)分列運(yùn)行熔斷器能夠滿足要求。 由于存在主變低壓側(cè)并列運(yùn)行工況，而并列運(yùn)行時熔斷器短路容量不夠，因此，所用變必須使用開關(guān)開斷。 待建變電站位于城市南郊，交通便利，地勢平坦，地域開闊，線路進(jìn)出方便。為此220 kV配電裝置布置在變電所南側(cè)，采用架空線向南出線；110 kV配電裝置布置在變電所西側(cè)，采用架空線向西出線；10 kV配電裝置布置在變電所北側(cè)，采用室內(nèi)配電裝置電

24、纜出線。大門在北側(cè)，主控樓布置在10 kV配電裝置樓上。布置圖如下： 220kV配電裝置采用室外高型布置，110kV配電裝置采用室外半高型布置，10kV配電裝置為室內(nèi)配電裝置。主變布置在變電所中心，為滿足放火要求，兩主變中心距離為45米。主變于道路間布置7米寬混凝土路面，重型設(shè)備可以進(jìn)入，方便檢修，有利安全。10kV配電裝置布置在三層建筑的一樓，二樓為蓄電池室、維護(hù)室、及電纜夾層，三樓為主控室。為滿足監(jiān)視、測量、保護(hù)、同期和自動裝置要求，并考慮運(yùn)行方式變化需要，互感器配置如下： 1）220 kV和10 kV兩段母線各裝設(shè)一組電壓互感器，110 kV兩條出線開關(guān)線路側(cè)各裝設(shè)一組電壓互感器。 2）

25、所有斷路器回路均設(shè)有電流互感器，220 kV、110 kV所有開關(guān)和10 kV電源進(jìn)線開關(guān)各裝設(shè)4組電流互感器，三相布置。10 kV線路開關(guān)裝設(shè)兩組電流互感器，兩相布置，并裝設(shè)兩只零序電流互感器供接地保護(hù)用。主變220 kV和110 kV側(cè)中性點(diǎn)裝設(shè)兩組零序電流互感器。1、220 kV線路均配置雙套不同原理、具有獨(dú)立選相功能的微機(jī)保護(hù)；一套為南自廠生產(chǎn)的GPSL602-102Y型高頻方向微機(jī)線路保護(hù)屏，包含縱聯(lián)距離、零序保護(hù)（主保護(hù)）及距離、零序方向保護(hù)（后備保護(hù)）等；一套為南瑞生產(chǎn)的PRC01-22型高頻方向線路保護(hù)屏包含縱聯(lián)變化量方向、縱聯(lián)零序方向的主保護(hù)及距離、零序方向的后備保護(hù)；并配有線路保護(hù)重合閘裝置、收發(fā)訊機(jī)和斷路器失靈保護(hù)等；2、220 kV母聯(lián)開關(guān)保護(hù) 220 kV母聯(lián)開關(guān)配置南自廠生產(chǎn)的GPSL-121型保護(hù)屏，其含有過流、充電、失靈啟動及不一致保護(hù)；3、220 kV母線保護(hù) 配置南瑞生產(chǎn)的RCS-915型母差保護(hù)；另外220 kV選用具有遠(yuǎn)傳功能的南京銀山有限公司生產(chǎn)的YA-88A型微機(jī)故障錄波、測距裝置一臺；4、110 kV線路保護(hù)采用南自廠生產(chǎn)的PSL621C型微機(jī)保護(hù)屏，其含有相間距離、零序方向及三相重合閘等并配置備用電源自投裝置。分別配有速斷、過流、零序和距離保護(hù)等。 110 kV開