220KV 变电站电气主接线设计

1、第一章第一章220KVKV 变电站电气主接线设计变电站电气主接线设计 第第 1.1 节节 原始资料原始资料 1.1.1 变电所规模及其性质：变电所规模及其性质： 电压等级 220/110/35 kv 线路回数 220kv 本期 2 回交联电缆（发展 1 回） 110kv 本期 4 回电缆回路（发展 2 回） 35kv30 回电缆线路，一次配置齐全 本站为大型城市变电站 2归算到 220kv 侧系统参数（SB=100MVA,UB=230KV） 近期最大运行方式：正序阻抗 X1=0.1334；零序阻抗 X0=0.1693 近期最大运行方式：正序阻抗 X1=0.1445；零序阻抗 X0=0.2319

2、 远期最大运行方式：正序阻抗 X1=0.1139；零序阻抗 X0=0.1488 3110kv 侧负荷情况： 本期 4 回电缆线路最大负荷是160MW最小负荷是 130MW 远期 6 回电缆线路最大负荷是 280MW最小负荷是230MW 435kv 侧负荷情况：（30 回电缆线路） 远期最大负荷是 240MW最小负荷是180MW 近期最大负荷是 170MW最小负荷是100MW 5环境条件：当地年最低温度-24，最高温度+35，最热月平均最高温度 +25，海拔高度 200m，气象条件一般，非地震多发区，最大负荷利用小时数 6500 小时。 第第 1.2 节节 主接线设计主接线设计 本变电站为大型城

3、市终端站。220VKV 为电源侧，110kv 侧和 35kv 侧为负荷 侧。220kv 和 110kv 采用 SF6 断路器。 220kv 采取双母接线，不加旁路。 110kv 采取双母接线，不加旁路。 35kv出线 30 回，采用双母分段。 低压侧采用分列运行，以限制短路电流。 第第 1.3 节节 电气主接线图电气主接线图 第二章第二章 主变压器选择和负荷率计算主变压器选择和负荷率计算 第第 2.1 节节 原始资料原始资料 1110kv 侧负荷情况： 本期 4 回电缆线路最大负荷是160MW最小负荷是 130MW 远期 6 回电缆线路最大负荷是 280MW最小负荷是230MW 235kv 侧

4、负荷情况：（30 回电缆线路） 远期最大负荷是 240MW最小负荷是180MW 近期最大负荷是 170MW最小负荷是100MW 3由本期负荷确定主变压器容量。功率因数 COS=0.85 第第 2.2 节节 主变压器选择主变压器选择 2.2.1 容量选择容量选择 (1)按近期最大负荷选：按近期最大负荷选： 110kv 侧：160MW 35 kv 侧：170MW 按最优负荷率 0.87 选主变压器容量 每台主变压器负荷 110kv 侧：80 MW 35 kv 侧：85 MW 按最优负荷率 0.87 选主变压器容量。 SN=PL/(0.85)=(80+85)/(0.850.87)=209.6 MVA

5、 或 SN=0.6PM/0.85=0.6（160+170）/0.85=232.9 MVA 选 SN=240MVA，容量比 100/50/50 的 220kv 三绕组无激磁调压电力变压器 负荷率计算负荷率计算 由负荷率计算公式: =S/SB 110kv 最大,最小负荷率: =80/(0.85120)=78.4%=65/(0.85120)=63.7% 35kv 最大,最小负荷率 =85/(0.85120)=83.3%=50/(0.85120)=49% 总负荷率： =(85+80)/(0.85240)=80.9%=(50+65)/(0.85240)=56.4% (2)按远期最大负荷选：（远期设三台主

6、变压器）按远期最大负荷选：（远期设三台主变压器） 110kv 侧：280MW 35 kv 侧：240MW 每台主变压器负荷 110kv 侧：93.3 MW 35 kv 侧：80 MW 按最优负荷率 0.87 选主变压器容量。 SN=PL/(0.85)=(93.3+80)/(0.850.87)=234 MVA 选 SN=240MVA，容量比 100/50/50 负荷率计算负荷率计算 110kv 最大负荷率:=93.3/(0.85120)=91.4% 35kv 最大,最小负荷率=80/(0.85120)=78.4% 总负荷率：=(93.3+80)/(0.85240)=84.9% 所以，综合以上讨论

7、可知，从长远考虑选主变压器容量：SN=240 MVA，容量 比 100/50/50 的变压器。 因为：SN/SLMAX=(2400.85)/(160+170)=61.8%60% 所以每台主变压器可以带总负荷的 60%。 SLMAX/SN=1.62 经查表知事故过流允许负荷在过负荷 1.6 倍时为 15 分钟，过负荷 2.0 倍的允许 时间为 4 分钟。 2.2.2 变压器参数列表变压器参数列表: 表 2-1 变压器参数列表 容量 MVA 调压范围电压 KV空载损 耗 （KW 短路损 耗 （KW 阻抗电压 ）UI-2%U1-3%U2-3% 240 22.5% 220/110/38 .5 2301

8、08014249 第三章第三章 短路计算短路计算 第第 3.1 节节 相关参数计算相关参数计算 等值 220kv 系统: XS1=0.1134XS0=0.1693 变压器:U1%=0.5(U12%+U13%-U23%)=0.5(14+24-9)=14.5 U2%=0.5(U12%+U23%-U13%)=0.5(14+9-24)=-0.5 U3%=0.5(U13%+U23%-U12%)=0.5(24+9-14)=9.5 所以XT1=U1%SB/(100SN)=14.5100/(100240)=0.06042 XT2= U2%SB/(100SN)=0 XT3= U3%SB/(100SN)=9.51

9、00/(100240)=0.0396 图 3-1 短路点分布图 第第 3.2 节节 短路点选择短路点选择 F1 点220kv 进线断路器内侧 F2 点220kv 母联断路器 F3 点220kv 母线 F4 点主变压器高压侧 F5 点主变压器中压侧 F6 点110kv 母线 F7 点110kv 出线 F8 点主变压器低压侧 F9 点35kv 出线 第第 3.3 节节 短路计算短路计算 按近期最大运行方式所给参数进行短路计算： X1=2XS1=20.1334=0.2668 XT1=0.06042 XT3=0.0396 IB1=SB/UB1=100/230=0.251033 IB2=SB/UB2=1

10、00/115=0.502033 IB3=SB/UB3=100/37=1.56033 图 3-2 3.3.1 短路点短路点 F1：（：（220kv 进线断路器内侧）进线断路器内侧） 标：IK1=E/X1=1/0.2668=3.748 有：IK1=IK1IB1=3.7480.2510=0.941 KA 3.3.2 短路点短路点 F2：（：（220kv 母联断路器）母联断路器） 标：IK2=E/XS1=1/0.1334=7.496 有：IK2=EIB1=7.4960.2510=1.88KA 图 3-3 图 3-4 3.3.3 短路点短路点 F3（220kv 母线）母线） ，F4（主变压器高压侧主变压

11、器高压侧） ，与，与 F2 情况相同。情况相同。 3.3.4 短路点短路点 F5：（主变压器中压侧）：（主变压器中压侧） XK=0.5（X1+XT1）=0.5（0.2668+0.6042）=0.1636 标：IK5=E/（2XK）=0.5/0.1636=3.06 有：IK5=IK5IB2=3.060.5020=1.536KA 3.3.5 短路点短路点 F6：（：（110kv 母线）母线） XK=0.5（X1+XT1）=0.1636 图 3-5 图 3-6 标：IK6=E/XK=1/0.1636=6.11 有：IK6=IK6IB2=6.110.5020=3.07 KA 3.3.6 短路点短路点

12、F7（110kv 出线）情况与出线）情况与 F6 相同。相同。 短路点 F8：（主变压器低压侧） XK=0.5（XT1+X1）+XT3=0.5（0.06042+0.2668）+0.0396=0.2032 标：IK8=E/XK=1/0.2032=4.92 有：IK8=IK8IB3=4.9231.560=7.68 KA 短路点 F9（35kv 出线）情况与 F8 相同。 第四章第四章主要电气设备选型主要电气设备选型 第第 4.1 节节 断路器的选择断路器的选择 断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安 装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况， 电

13、压 6220kV 的电网一般选用少油断路器，电压 110330kV 电网，可选用 SF6或空气断路器，大容量机组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选 用发电机专用断路器。 断路器选择的具体技术条件如下： 图 3-7 （1）电压：Ug Un Ug-电网工作电压 （2）电流：Ig.max In Ig.max-最大持续工作电流 （3）开断电流：Ip.t Inbr Ipt-断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量 Inbr-断路器额定开断电流 （4）动稳定： ich imax imax-断路器极限通过电流峰值 ich-三相短路电流冲击值 （5）热稳定：ItdzItt I- 稳态三相短路电流 t

14、dz -短路电流发热等值时间 It- 断路器 t 秒热稳定电流 其中 tdz=tz+0.05由 =I /I和短路电流计算时间 t，可从发电 厂电气部分课程设计参考资料P112，图 51 查出短路电流周期分量等值时 间，从而可计算出 tdz。 4.1.1 220kv 出线断路器出线断路器 （1）选择 Ug=220KV Igmax=PLMAX/(UnCOS )= 1.02 KA 3 170 160 220 0.85 3 （） 选择 LW2-220 SF6断路器 表 4-1 LW2-220 SF6 断路器参数表 型号 额定电 压 （kv） 额定电 流 （ka） 额定短 路开断 电流 （ka） 额定短

15、 路关合 电流 （ka） 额定峰 值耐受 电流 （ka） 4 秒热 稳定 电流 （ka） 全开 断时 间 （s） LW2- 220 2202.531.580100 40 0.05 （2）热稳定校验： I2tdz 式中 I-稳态三相短路电流； tdz-短路电流发热等值时间； It-断路器 t 秒稳定电流。 其中 tdz=tz+0.05”,由 =I，/I=1 短路电流计算时间 t=tpr+tab=0.5+0.15+0.06=0.71(tpr为全保护时间，tab为固有 全分闸时间，它包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间)可从小电气书图 5-1 中查出短路电流周期分量等值时间 tz=0.8S，忽略短路

16、电流非周期分量。所以： tdz=tz+0.05”=0.8 S Qk= I2tdz=0.9412 0.8It2t IttQk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax imax-断路器极限通过电流峰值； ich -三相短路冲击值。 ich=2.55I”=2.550.941=2.40Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 1.88=4.79Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 3.07=7.82Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.5

17、5 1.536=3.92Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 7.68=19.6Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 7.68=19.6Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 1.88=4.79Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 1.536=3.92Qk 满足热稳定要求 。 （3）动稳定校验：ichimax ich=2.55I”=2.55 7.68=19.6 Ich热稳定： Qk

18、=0.708 KA2S ,(I1NKT)2=(1.260)2=5184 KA2S Qk 222 Ich热稳定： Qk =2.83 KA2S ,(I1NKT)2=(1.235)2=1764 KA2S Qk Ich热稳定： Qk =7.54 KA2S ,(I1NKT)2=(0.475)2=900 KA2S Qk Ich2 热稳定： Qk =1.89 KA2S ,(I1NKT)2=(1.275)2=8100 KA2S Qk Ich热稳定： Qk =47.2KA2S ,(I1NKT)2=(0.2120)2=576 KA2S2 Qk U10.9Un，Un为电压互感器额定一次线电压，1.1 和 0.9 是

19、允许的一次电压波动范围，即10% Un。 （2）二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按下表选用所需的 二次额定电压。 表 4-10 JCC-220 互感器参数表 绕组主二次绕组附加二次绕组 高压侧 接入方 式 接于线 电压上 接于相 电压上 用于中 性点直 接接地 系统中 用于中 性点不 接地或 经消弧 线圈接 地系统 中 二次额 100100/100100/3 定电压 （V） 3 （3） 准确等级 电压互感器的准确度是在二次负荷下的准确级。 用于电度表准确度不低于 0.5 级，用于电压测量，不应低于 1 级，用于继电保 护不应低于 3 级。 （4）二次负荷 Sn是对应于在测量仪表所

20、要求的最高准确级下，电压互感器的额定容量。 S2是二次负荷，它与测量仪表的类型，数量和接入电压互感器的接线方式有关， 电压互感器的三相负荷经常是不平衡的，所以通常用最大一相的负荷和电压互 感器一相的额定容量相比较。 4.4.1 220kv 母线处电压互感器母线处电压互感器 220KV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JCC-220型电压互感器： 表4-11 JCC-220型电压互感器参数表 型式额定变比 在下列准确等级 下的额定容量 最大容 量 （VA） 0.513 屋外 单相 JCC220 220000 100 100 / 333 5001000 2000 4.4.2 110kv 电压互感器

21、电压互感器 110KV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JCC-110型电压互感器： 表4-12 JCC-110型电压互感器参数表 型式额定变比 在下列准确等级 下的额定容量 最大容 量 （VA） 0.513 屋外 单相 JCC110 110000 100 100 / 333 500 100 0 2000 2000 4.4.3 35kv 电压互感器电压互感器 35KV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JDX6-35型电压互感器： 表4-13 JDX6-35型电压互感器参数表 型式额定变比 在下列准确等级下 的额定容量 最大容 量 （VA） 0. 5 13 （屋内 式）三 相 JDX 6 35

22、3 100 / 3 100 / 3 35000 15 0 250600 1200 第第 4.5 节节 母线母线 母线应根据具体使用情况按下列条件选择和校验： （1）型式：载流导体一般采用铝质材料，回路正常工作电流在 4000A 及以 下时，一般选用矩形导体。在 40008000A 时，一般选用槽形导体。110KV 及 以上高压配电装置，一般采用软导线。当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导 体。 （2）按最大持续工作电流选择导线载面 S，即 IgmaxK Iy 式中 Iy相应于某一母线布置方式和环境温度为+25时的导体长期允许载 流量。 K 温度正系数 （3）按经济电流密度 J 选择： 在选择导体

23、载面 S 时，除配电装置的汇流母线、厂用电动机的电缆等外， 长度在 20 m 以上的导体，其截面 S 一般按经济电流密度选择。即 Sj=(mm2) J Igmax 式中 J导体的经济电流密度，按此条件选择的导体截面 S，应尽量接近 经济计算截面 Sj。当无合适规格导体时，允许小于 Sj。 （4）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面 S，还应校验其在短路条件下的 热稳定。 母线的校验公式为： SSmin=(mm2)dzt C I 式中 Smin根据稳定决定的导体最小允许截面（mm2） ； C热稳定系数； 稳态短路电流（KV） ；I tdz短路电流等值时间（s） 。 （5）动态稳定校验：maxy

24、式中 y母线材料的允许应力（硬铝 y为 69106Pa,硬铜为 157106） ； mix作用在母线上的最大计算应力。 对于输电线路应校验线路电压损失。对于发电厂、变电所内的导体，由于 相对距离较短，电压损失不严重，所以可不较验。 4.5.1 35KV 侧母线侧母线 由断路器最大回路电流值可知，Igmax=3.3KA 回路正常工作电流在 4000A 以下,选用矩形导体。条件为相间距 a=0.75m，绝缘子跨距 l=1.2m，母线 保护时间 tpr=0.5s ，选 hb=12510 ,三条平放，长期允许载流量 3903A。 查表知集肤效应系数为 Ks=1.8 ,环境温度为 29，查表知温度修正系

25、数 K=1.0,则 Ial29=1.03903=3903A 3637A 热稳定校验：tk=tpr+tkd+ta=0.5+0.15+0.02=0.67s =I/ I =1 tz=0.9s tdz=tz+0.052 =0.9+0.051.02=0.95s Qk= I 2tdz =7.6820.95=56.0 KA2S 正常运行时得导体温度：=0+(al-0)I2max/I2al =25+(70-25)33002/39032=57.2 查表得：C=92.12 Smin=109 mm2 3750 mm2 C KQsk 6 56 1.8 10 92.12 动稳定校验： 导体自振频：m=hb=0.1250

26、.12700=3.375kg/m I=bh3/12=0.010.1253/12=1.6310-6 m4 按汇流母线为两端简支多跨梁查表可知，Nf=3.56 则 f1=454.5HZ 155HZ m EI l N f 2 375 . 3 1063 . 1 107 2 . 1 56 . 3 610 2 故 =1 冲击系数 K=1.9, 则 ish=1.9 I=2.697.68=20.66KA2 母线相间应力： fph=1.7310-7 i2sh/a =1.7310-7/0.75=98.5N/m 导体截面系数：=0.5bh2=0.50.010.1252=78.12510-6m3 则 ph=0.182106pa al=70106pa 10 2 lfph 2 6 98.5 1.2 10 78.125 10 同相条间作用应力计算： b/h=10/125=0.08 (2b-b)/(b+h)=10/(1