武汉大学电气工程学院电气工程课程设计及实验 设计说明书.doc

课 程 设 计 任 务 书1、 题目：220kV变电所电气部分及线路电流保护设计A待建220kV变电所BC110kV1DL2DL3DL4DL40km60km1.5s2.5s220MVAUk=10.5%D2、系统接线图：3、原始资料：为满足某地区经济发展和人民生活对电力的需要，经系统规划设计论证，新建一座220kV变电所，变电所与系统连接情况如上图所示。3.1 建设规模3.1.1 本所安装2台120MVA主变压器。3.1.2 电压等级 220/110/10kV3.1.3 各电压侧出线回路数 220kV 本期4回 最终4回110kV 本期5回 最终6回10kV 本期12回 最终16回3.2 各侧负荷情况110kV侧有2回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为50MVA；其他作为地区变电所进线，其最小负荷与最大负荷之比为0.6。10kV总负荷为40MVA，、类负荷用户占70%；最大一回出线负荷为5 MVA，最小负荷与最大负荷之比为0.65。3.3 各侧功率因数与最大负荷利用小时数分别为220kV侧 =0.9 =4800小时/年110kV侧 =0.85 =4200小时/年10kV侧 =0.8 =4500小时/年3.4 系统阻抗 220kV侧电源近似为无限大电源系统，以100MVA为基准容量，归算至本所220kV母线阻抗为0.021；110kV侧电源容量为800MVA（学号为单数为火电系统，双数为水电系统，以100MVA为基准容量，归算至本所110kV母线阻抗为0.12。3.5 调压要求：经规划计算认为本所220kV侧母线电压波动较大，宜采用带负荷调压变压器，10kV留2回出线为本所无功补偿用。3.6 气象条件：该地区最热月平均气温为28，年平均气温16，绝对最高气温40，土壤最热月平均气温18，风速为25m/s，微风风速小于5m/s。3.7 该所位于生荒土地上，地势平坦，交通便利，空气无污染。3.8 本期施工电源从5km以外35kV变电所10kV母线引接。3.9 变电所外接线路采用三段式电流保护，相关参数如下： 3.9.1线路AB、BC、AD和CD的最大负荷电流分别为230A、150 A、230 A、140 A；负荷自启动系数、3.9.2各变电所引出线上后备保护的动作时间如图所示；后备保护的3.9.3 线路的等值电抗为/km4、设计内容及要求3.1 拟定主接线方案：分析原始资料，确定主变型式；技术经济比较；确定最佳方案；选择各侧接线方式；3.2 计算短路电流： 选择计算短路点，计算各点短路电流并列出短路电流计算结果表。3.3 选择主要电器设备：选择110kV、220kV主母线；选择10kV母线桥导体及绝缘子；选择主变三侧断路器和隔离开关；选择限流电抗器；选择10kV出线电流互感器；选择10kV主母线电压互感器。选择各电压等级的避雷器3.4 配置主要电器设备：配置各级电压的电压互感器和防雷装置；配置各支路的电流互感器 3.5 各级电压等级的配电装置的选型与布置。 3.6 继电保护方式的选择与整定：保护1的保护方式采用三段式过电流保护，请计算它的、和。 5、设计成果：编制设计说明书、设计计算书、绘制所设计变电所的电气主接线图。6、主要参考资料 电气工程基础（上、下册） 陈慈萱主编 中国电力出版社发电厂电气部分（第二版） 范锡普编 水电出版社电力工程电气设计手册（电气一次）西北电力设计院编 水电出版社发电厂电气部分课程设计参考资料 黄纯华编 水电出版社设计说明书1. 原始资料分析1.1 本工程情况：变电站类型为220/110/10kV变电站，设计规划容量为2120MVA，各侧功率因素和最大负荷利用小时数见表1。表1 各侧功率因素和最大负荷利用小时数电压等级（kV）功率因素cos最大利用小时数Tmax(小时/年)2200.948001100.854200100.845001.2 电力系统情况：依照电力系统规划，本变电所建设规模为两台120MVA主变，电压等级为220/110/10kV，出线方式为220、110kV侧架空出线，10kV侧电缆出线；地位与作用为地区变电所，并承担一部分终端变电所职能。中性点接地方式考虑220、110kV侧中性点直接接地，10kV侧中性点不接地。1.3 负荷情况：110kV侧有2回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为50MVA；其他作为地区变电所进线，其最小负荷与最大负荷之比为0.6。10kV总负荷为40MVA，、类负荷用户占70%；最大一回出线负荷为5 MVA，最小负荷与最大负荷之比为0.65。各电压等级出线回路数见表2。表2 各电压等级出线回路数电压等级（kV）本期出线（回）最终出线（回）22044110561012161.4 环境条件：1.4.1 气象条件：该地区最热月平均气温为28，年平均气温16，绝对最高气温40，土壤最热月平均气温18，风速为25m/s，微风风速小于5m/s。1.4.2 地理条件：变电所位于生荒土地上，地势平坦，交通便利。1.5 综合分析：本变电所在设计过程中应注重供电的可靠性与稳定性，绝缘配置要求较低，地形适合采用主变与配电装置户外布置。经对比分析，本变电所设计方案应以国家电网公司220kV电网典型设计A3-00、南方电网公司220kV电网典型设计CSG-220B-3B10ZG为参考范例，结合本变电所实际情况加以修改。1.6 设计依据GB 14285-1993继电保护和安全自动装置技术规程GB/T 16434-1996高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准GB 16836-1997量度继电器和保护装置安全设计的一般要求GB 50062-1992电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB 50227-1995并联电容器装置设计规范DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T 621-1997交流电气装置的接地DL/T 5218-2005220kV500kV变电所设计技术规程SDJ 5-1985导体和电气选择设计技术规定SDJ 161-1985电力系统设计技术规程2. 拟定主接线方案2.1 主变压器选择2.1.1 备选变压器型号及参数变压器形式型号及参数价格/自重三卷变SSPSL1-12000 220/121/10.5kV 100/100/501000万空载损耗123.1kWR0： 24.7 U20:：14.7%： 8.8106t短路损耗高-中：510kW高-低：165kW中-低：227kW自耦变OSF-PSL1-12000 220/121/10.5kV 100/100/501200万空载损耗106.4kWR0： 10.17U20:：17.63VI0： 11.4%82t短路损耗高-中：461kW高-低：431kW中-低：392kW2.1.2 经济比较方案Z总投资（万元）U年运行费用（万元）三卷变SSPSL1-120001700380.6自耦变OSF-PSL1-120002040406.22.1.3 技术比较三卷变优点在于三侧绕组之间没有电气联系，事故不容易在三侧绕组间相互传播，且调压也较为方便易行；缺点在于总投资、年运行费用较高，体型庞大笨重，运输、装配均不方便。自耦变优点在于体型较小，运输方便总投资与运行费用均较少，缺点在于短路电流较大，整定较为困难，且各侧绕组之间缺乏电气隔离，事故易在三侧绕组间传播。2.1.4 变压器选择：三卷变SSPSL1-120002.2 电气主接线方式2.2.1 基本要求：（1） 可靠性：供电可靠性是电力生产的基本原则，在电气主接线方式中应优先考虑。（2） 灵活性：电气主接线应能适用于各种工作情况和运行方式，能根据运行情况方便投切电气设备，便于调度、检修与扩建。（3） 经济性：主接线方案在满足可靠性和灵活性要求的前提下，满足经济合理的要求。2.2.2 220kV侧（1） 3/2接线优点：具有较高的可靠性和灵活性，可减少一部分断路器使用，在330550kV输配电中广泛运用。缺点：继电保护整定较为困难。（2） 双母带旁母接线优点：具有供电可靠性，操作方便，避免检修断路器时造成停电。缺点：断路器整定复杂容易造成误操作。2.2.3 110kV侧（1） 双母带旁母接线优点：具有供电可靠性，操作方便，避免检修断路器时造成停电。缺点：设备较多，造价较高，断路器整定复杂容易造成误操作。（2） 单母带旁母接线优点：设备简单清晰，投资小，易于扩建缺点：操作不灵活，检修个别断路器会中断供电2.2.4 10kV侧（1） 双母接线优点：具有供电可靠性，操作方便，避免检修断路器时造成停电。缺点：设备较多，造价较高，断路器整定复杂容易造成误操作。（2） 单母分段接线优点：设备简单清晰，投资小，易于扩建缺点：操作不灵活，检修母线、母线隔离开关时均要停电。2.3 各侧接线方式选择220kV侧3/2接线110kV侧单母带旁母接线10kV侧单母分段接线3. 短路电流计算3.1 短路电流计算目的（1） 比较各种接线方案, 确定某一接线是否需要采取限流措施。 （2） 在选择设备时, 保证设备在正常允许和故障情况下都能安全、可靠地工作, 同时又要求节约资金。3.2 短路电流计算步骤（1） 确定主接线的运行方式,，选择短路计算点。（2） 画等值电路图。（3） 化简等值网络, 求出各电源与短路点之间的转移电抗。（4） 求计算电抗。（5） 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值。（6） 计算无穷大电源供给的短路电流周期分量。（7） 计算短路电流周期分量有名值。（8） 计算短路电流冲击值。（9） 绘制短路电流计算结果表。3.3 短路电流计算结果短路点回路名称I(0s)(kA)I(0.2s)(kA)I(0.4s)(kA)I(4s)(kA)I(ch)(kA)K1S111.59311.59311.59311.59333.342S21.1451.0821.1001.173小计13.09813.03513.05313.126K2S14.0524.0524.0524.05225.905S24.2573.8963.8644.687小计8.3097.9227.9168.739K3（加电抗器）S110.78610.78610.78610.78659.483S212.84512.58112.84512.845小计23.63123.36723.63123.631K3（不加电抗器）S165.57665.57665.57665.576315.532S235.63136.11538.09439.062小计101.207101.691103.670104.6384. 主要电气设备选择4.1 断路器、隔离开关4.1.1 220kV侧计算结果断路器参数（LW6-220）隔离开关参数（GW7-220）UNS=220kVUN=220kV UN=220kVImax=0.661kAIN=3.15kAIN=3.15kAI=13.098kAINbr=50kAiim=33.342kAINch=100kAQf=702.089kAsIt2t=7500kA2sIt2t=7500kA2siim=33.342ise=100kAies=100kA4.1.2 110kV侧计算结果断路器参数（SW6-110）隔离开关参数（GW5-110D）UNS=110kVUN=110kV UN=110kVImax=1.323kAIN=2kAIN=2kAI=8.309kAINbr=31.5kAiim=25.905kAINch=80kAQf=311.208 kA2sIt2t=3969kA2sIt2t=3969kA2siim=25.905sies=80kAies=80kA4.1.3 10kV侧计算结果断路器参数（ZN12-10）隔离开关参数（GN2-10）UNS=10kVUN=10kV UN=10kVImax=1.5kAIN=2.5kAIN=2kAI=23.631kAINbr=31.5kAiim=59.483kAINch=80kAQf=480.244 kA2sIt2t=3969kA2sIt2t=3200kA2siim=59.483kAies=80kAies=100kA4.2 电抗器型号额定电流额定电压通过容量额定电抗电抗标幺值NKL-10-8-15001500A10kV38660kVA8%0.2794.3 互感器4.3.1 电压互感器（10kV侧）电压等级互感器位置型号变比10kV母线JSJB-1010000/1004.3.2 电流互感器（10kV侧）项目计算数据LDEB6-10UNUNS10kV10kVINImax34A400AQrQf446.739 kA2s1984.5 kA2sIdwIim59.48380kA4.4 避雷器型号额定电压（kV）灭弧电压（kV）工作放电电压（kV）冲击放电电压峰值（kV）120s雷电降压峰值（kV）5kA10kAFZ-220220200448536630652715FZ-110110100224268326326358FZ-101012.726454545504.5 母线电压等级母线排列方式220kVLGJ-630/45 水平排列110kVLGJ-630/45水平排列10kV槽型母线2009012水平排列4.6 绝缘子220kV侧：15片110kV侧：8片5. 继电保护方式的选择与整定5.1 基本要求：可靠性、速动性、灵敏性、选择性5.2 各计算点最大、最小电流5.3 电流段保护，校验