220kv降压变电所电气一次部分设计

1、220降压变电所电气一次部分设计 电气工程与自动化一班 陈强 指导教师 方重秋 摘要变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质 量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流控制以及输配电线路和主要电工设备的保 护。 随着我国国民经济的快速增长，我国工业农业用电量在快速的增加。地区负荷也发生了很多的变 化，要求电压等级的差异很多。以往的变电所不能较好的满足用电的需求。因此需要设计一个较适宜的 地区降压变电所以满足需求。在此本所设计为220/110/10三个电压等级。主要对变电所主变压器 容量 台数及形式的选择，三侧短路电流的计算，设备的选择校验，电气主接

2、线方案的确定和继电保护设计 等。在设计过程中提出了多种设计方案进行了供电可靠性和经济性的比较；对设备要求也进行了严格 的各种参数的校验；进行了变压器主保护整定和后备保护的计算；还进行了变压器保护的二次回路设 计；最后设计了保护的规划设计。 关键词 电压等级，降压变电所，继电保护，二次回路 1绪论 近十年来，随着我国国民经济的快速增长，用电也成为制约我国经济发展的重要因素，各地都 在 兴建一系列的用配电装置。变电所的规划、设计与运行的根本任务，是在国家发展计划的统筹规划下， 合理的开发和利用动力资源，用最少的支出（含投资和运行成本）为国民经济各部门与人民 生 活提供充足、可靠和质量合格的电能。这

3、里所指的“充足”，从国民经济的总体来说，是要求变电所 的供电能力必须能够满足国民经济发展和与其相适应的人民物质和文化生活增长的需要，并留有适当的 备用。变电所由发、送、变、配等不同环节以及相应的通信、安全自动、继电保护和调度自动 化等系统 组成，它的形成和发展，又经历了规划、设计、建设和生产运行等不同阶段。各个环节和 各个阶段都有 各自不同的特点和要求，按照专业划分和任务分工，在有关的专业系统和各个有关阶段，都要制订相应 的专业技术规程和一些技术规定。但现代变电所是一个十分庞大而又高度自动化 的系统，在各个专业 系统之间和各个环节之间，既相互制约又能在一定条件下相互支持和互为补充。为了适应我国

4、国民经 济的快速增长，需要密切结合我国的实际条件，从电力系统的全局着眼，瞻前顾后，需要设计出一系列 的符合我国各个地区的用以供电的变电所，用以协调各专业系统和各阶段 有关的各项工作，以求取得最 佳技术经济的综合效益。 2主变压器容量、台数及形式的选择 21主变压器台数容、量和形式的确定计算 220kV侧通过主变向llOkV侧输送功率piio 42000 0. 05 2. 1MW pnomax 42000 2100 44. 1MW Qno pno tan 220kV侧通过主变 44100 0. 33 14.553MVAR 10kV侧输送功率 辿 9800 0. 9 8. 2MW p10 p10

5、0. 05 0. 441MW ?10max p10 p10 8820 441 9. 261MW Q10 p lOmax tan 9261 0. 33 3. 175MVAR 主变压器输送的最大容量 Quzio 14533 3175 17. 708MVAR SCW CoP 533612 177082 根据设计任务书要求，本期采用两台主变，选择容量时应满足当一台主变压器故障或者检修时, 另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。 由此可得单台主变最小容量：Smin =562233X 0.7 =39. 356MVA。 220kV变电所常用的单台主变容量为20、31.5、40MVAo由此可

6、选择两台容量为40MVA的主变。 2.21 . II级负荷校验 llOkV狈II、II级负荷 p110 pno 0. 65 28. 665MW 10kV侧I、II级负荷 10 p10 P10 0. 62 5. 742MW I、II级总负荷 110 10 p p110 p10 34. 409MW Q P tan 34409 0. 33 11. 355MVAR s ( P )2 ( Q )23 4 4 092 113 552 3 6. 2 34MVA I、II级总负荷与主变额定容量之比：36234/40000=0.91 这样，全部I、II级负荷为额定 容量91%,满足单台主变长期运行要求，符合要求

7、。 所以，选择两台容量为40MVA的主变，主变总容量为80MVA 2.3变压器的技术参数 根据以上条件选择，确定采用中山ABB变压器厂的型号为SFSZ10-40000/220的220kV三绕组有 载调压电力变压器，具体参数如表2.1 o 表2. 1主变压器的参数 型号SFSZ10-40000/220 联接组标号 YN， ynO, dll 空载电流% 1. 1 空载损耗(kW) 65 短路损耗(kW) 210 额定电压(KV) 高压 中压 低压 220+8X1.25% 121 2X 1.25% 10. 5 额定容量MVA 40 40 20 阻抗电压 高一中 高一低 中一低 11 21 8 型号中

8、个符号表示意义: 从左至右 S：三相F ：风冷却S :三绕组Z :有载调压10 :设计序列号40000 ：额定容量220：电压等级 3电气主接线的选择 3. 1主接线比较选择 由设计任务书给定的负荷情况：220kV出线4回，110kV岀线2回，10kV出线12回，该变电 站主接线可以采用以下两种方案进行比较。 出线4 GWt- 220DW LW3 - 220 1 1 i fl ( 220 L W 220 LGJ-240 母线1 Lj 1 平2 LWa- 220 . GW 220DW 10kV LW3- 12 GW CW1O TOT LW25- LW25- 110 ZW12- 12 ZW1-12

9、 ZW12-12 二 LW3- 12 LGJQ 一 500 110kV 母线1 母线2 125*10矩形铝母线 GW10 10T LW25- 110 LW25- 110 .GAA- 110 .GW- 110 出线2 220KV变电所主接线图 图3. 1方案一主接线图 GW 220DW隔离开关 到六个工厂出线到六个工厂出线 220kv变电所方案二主接线 图 图32方案二主接线 图 3. 1. 1方案一二比较 两种方案所用主要设备数量对比 表3. 1两方案设备比较 隔离开关 断路器 220kV 双母线三分 段接线 双母线接线 双母线三分 段接线 双母线接线 侧 24 20 9 7 llOkV 双母

10、线三分 段接线 分段断路器兼旁路断路器旁路 母线接线 双母线接线 分段断路器兼旁路断路器旁 路母线接线 侧 12 14 5 5 合计 36 31 11 12 方案一二接线故障停电范围比较220RV侧 表3.2两方案220kV侧停电范围比较 接线方式 双母线三分段 双母线 接线图 图3. 1 图3.2 故障类型 停电回数 停电百分比 停电回数 停电百分比 母线故障 13 16. 7%50% 3 50% 母联断路器故障 1一5 66. 7%83. 3% 6 100% 方案一二接线故障停电范围比较llOkV侧 表3.3两方案llOkV侧停电范围比较 接线方式 双母线方式 分段短路器兼作旁路断路器旁路

11、母线 接线方式 接线图 图3. 1 图3.2 故障类型 停电回数 停电百分比 停电回数 停电百分比 母线故障 2 50% 2 50% 母联断路器故障 1 100% 1 100% 综上所述对方案一二的比较，可知方案一的220kV侧要比方案二220kV侧供电可靠性更高，运 行方式更为灵活。克服了方案二的由于母联断路器检修时造成的全所停电的结果，但是方案一设计 的投 资要比方案二投资高，根据原始资料可知本所为本地区的重要负荷供电，而且为单电源供电系统，综上 所述，方案一要比方案二更合理。 11ORV侧两方案的投资差不多，但是方案一的操作更为方便灵活，更利于扩建，所以在11ORV侧方 案一较合理。 1

12、ORV侧两方案一样，都是当母线分段接线方式。接线简单清楚，设备少，操作方便简单，易于扩 建。重要用户可以用双回线接在不同于母线段保证不间断供电。能够满足供电要求。 方案确定 根据上述对比可以看出，在运行可靠性方面方案一优于方案二，经过综合比较，确定方案 方案图接线图见图3. Io 4短路电流计算 4.1短路计算的目的及假设 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措 施等，均需进行必要的短路电流计算。 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又 力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 在设计屋外高压配电装置时

13、，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 按接地装: 的设计，也需用短路电流。 42短路电流计算的步骤 计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下。 给系统制订等值网络图。 选择短路点。 对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对 短 路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。 标幺值：I d d X di 沁 I di =I d* I j 计算短路容量，短路电流冲击值。 短路容量：s= 3 Ucj I cj 短路电流冲击值：Icj =2. 551 ? 列出短路电流计算

14、结果。 4. 3短路电流具体计算 在短路计算的基本假设前提下，选取基准容量Sb二100MVA, Ub为各级电压平均值(230RV, U5kV, 10. 5kV ),线路阻抗取 0. 4 Q /km。 短路点分别选取变电站的三级电压汇流母线：220kV dl, llOkVd2, 10kVd3。 系统化简 Xeql 0. 11 X3 0.016 0.02“ X5 0.019 Xeq2 0. 094 lOkV 图4. 1系统初步化简 图 0.028 X* 0.15 丿X8 0.124 I X9 10kV 图4.2 Y型变三角形 10kV 1 图4.3变电所系统完整图 三相短路时各侧短路电流计 算 l

15、) 220kV侧短路电流计算 图4.4 220kV侧短路电流图 -1 1 1 dlA 7 Q 1 2R 7只 VO vn 根据电力工程电气设计手册的相关规定，远离发电厂的地点(变电所)取电流冲击 系数 Kch 1. 8 ,当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值。 Ich I di 1 2 (kch l)2 1.51Idi76. 3 当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流 ichi 2kchl di 2. 551 di 128. 8 Sb 3iib 100 3 230 0. 25kA 化为有名值为: zdl 50.5 Ib 12. 5kA chi 128.8 I 32kA xchl 7

16、6. 3 I b 19.lkA sdl 3u220 9 I d 1 2) 110kV侧短路电流计算 1 Hl50. X8 X9 x4 5 图 X10 X8 X9 0.0 2 sio s8 s10 X9 0. 1 3 0. 1 6 1,故不考虑非周期分量，查周期分量等值时间曲线，查得tz二1.8s tdz t z =1. 8(S) Qd I2 tdz 12 . 52 1. 8 281. 25 (kAs) Qr I 2rt 4()2 4 6400 (kA2s) w Qr Qd满足要求； Ir I tdz/t 12. 5 1. 8/ 4 8. 38 (kA) 40 (kA)满足要求。 6 )检验动稳

17、定：icj idw icj =32 (kA) Qd满足要求 动稳定校 验： idw =80 ( kA) icj =32 ( kA) idwicj 满足要求 故选择LBo-220型电流互感器能满足要求，由计算可列出LBe-220型电流互感器数据如表5.9。 表5.9 LB 6- 220型电流互感器数据 设备 项目 LB6 220 产品数据 计算数据 UU e ew 220kV 220kV zel 1 gmax 600A 220A QrQd 2 992. 23kA 2. s 2 281kA2. s ldw 八c j 80kA 32kA 110kV侧电流互感器 选择LB7110W型电流互感器能满足要

18、求，LB 7 110W型电流互感器数据如表5.10。 表5-10 LB 7. 110W型电流互感器数据 项目 设备 LBt-IIOW 产品数据 计算数据 V e v ew UOkV llOkV ：el 1 gmax 2X600 440A 2 2 Qr Qd 1225kA s 12. 2kA 2. s ：dw i CJ 89kA 6. 7kA 10kV侧电流互感器 选择户外LMC10型电流互感器能满足要求，户内LMC 10型电流互感器数据如表5.11 o 表5. 11户外LMC10型电流互感器数据 设备 项目 LMC-10 产品数据 计算数据 TJe v ueew lOkV lOkV I el

19、1 gmax 3000A 24000A Vel 2 2 F tdz 2 50265kA s 2 290kA2. s 21 elsd tj 280kA 32. 5kA 5. 3.2电压互感器的选择 220kV侧电压互感器 1）选用JCL 220电压互感器，采用单相串级油浸式全封闭结构，其初级绕组额定电压为220/ 3 kV,次 级绕组额定电压为0. 1/ 3 kV ,二次负荷0.5级为100MVA,其接成220000/ 3 /100/ 3 /100。 2) 220RV输电线路侧，电压互感器采用单相电容式电压互感器，其初级绕组额定电压为220/ 3 kV,次绕 组额定电压为100/ 3 kV ,二

20、次负荷100MVA,准确级为0.5级，型式为TYD220 3 -0. 0075H。 110kV侧电压互感器 1) 选用JCL6 110电压互感器，采用单相串级油浸式全密封结构，其初级绕组额定电压为 110/ 3 kV ,次绕组额定电压为0. 1/ 3 kV ,二次负荷0.5级，为100A,其接成11000/ 3 /1000/ 3 /100。 2) 其llOkV出线侧采用TYD110/ 3 -0. 01H,单相单柱式，电容式电压互感器，其初级额定电压为110/ 3 KV ,次级额定电压为0. 1/ 3 kV ,二次负荷0. 5级为150MVA。 10kV侧电压互感器 10kV母线上电压互感器：采

21、用JSJW-10,单相单柱式，电容式电压互感器，其初级绕组额定电压为0.1 3 kV，次绕组额定电压为二次阻抗为0. 15Q,变比为10000/ 3 /100 3 /100/3。 5. 4母线的选择 220kV侧母线的选择 短路计算求得：I =12.5 (kA) 1)最大负荷持续工作电流 I gmax = (2 X Se X 1.05) / ( 3U e) = (2 X40X 1.05) / (3 X220)二220 (A) 2)按经济电流密度选择 取J二0.9 (A/mm 2)即：S =I g max /J= 220/0. 9=244(mm2) 按以上计算选择和设计任务要求可选择LGJ-40

22、0型钢芯铝绞线，其集肤系数K f二1,最高允许温度为 70C,长期允许载流量为610A,即Ig25c =610A,基准坏境温度为+25C, S=240mm2,考虑到坏 境温度的修正系 数： I y25 c =610X0. 88=537 卩0 40 V70 25 3) 热稳定校验 导体校验一般采用主保护时间即tb =0. 05s td = I / / tkd+ t b =0. 06+0. 05=0. 11(s) 1因为tb ls,故要考虑非周期分量，查周期分量等值时间曲线表：tZ=O. 15s /2 t fz =0. 05 =0. 05s tdz tz tfz =0. 15+0. 05=0. 2 (s) 2 2 2 Qd I2(tz tfZ) =12.5 (0. 15+0. 05)=31.25 (kA s) 4) 运行时导体最高温度 22 T 、2 -/ic丄(rc_ 二 45 C