220kV变电站一次系统设计

1、仅供个人参考不得用于商业用途课程设计报告书For pers onal use only in study and research; not for commercial use课题名称：220kV 变电站一次系统设计学院电气工程学院专业电气工程及其自动化班级2009级学号姓名仅供个人参考不得用于商业用途指导教师（签名）2013 年 1 月 25 日仅供个人参考不得用于商业用途1.绪论本设计讨论的是220kV变电站一次系统设计。首先根据任务书上所给内容， 进行简要分析，确定主变压器型号，然后确定一次主接线形式。最后，根据最大 持续工作电流及短路计算的计算结果，对断路器，隔离开关，母线进行选型，

2、从 而完成了变电站一次系统的设计。2.课题的内容和要求2.1内容：220kV变电站一次系统的设计。一次系统主接线为：变电站220kV有2回电 源进线和4回出线；110kV有2回进出线和6回出线、10kV有2回进出线和24回出线；变电站有1#、2#主变两台，容量2X240MVA 220/110/10 kV三相变 压器。并有一台相同容量的备用变。(1) 讨论各种一次主接线形式的优缺点和主要应用场合；(2) 设计并画出科园变电站一次主接线图；(3) 选择各回路母线、断路器和隔离开关并进行相应的校验；2.2要求：设计和选配出一次系统的户外配电装置设备配置，各选择参数列表2.3科园变电站片平面图100m

3、1#主变220kV 户外配电设备电容器组室内配电设备仅供个人参考不得用于商业用途120m110kV 户外配电设备2#主变通信及控制综合大楼10kV 户外配电设备大门备用变仅供个人参考不得用于商业用途3主变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器， 称为主变 压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器， 称为联络变压器；只供本站用 的变压器，称为站用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。3.1主变压器的选择原则1、主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑 远期1020年的负荷发展。2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重

4、要负荷 的变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许 时间内，保证用户的I级和U级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其 他变压器容量应能保证全部负荷的70%80%3、为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主 变的可能性。可靠性。3.2主变压器选择结果查电力工程电气设备手册：电气一次部分以及根据课题内容要求，选定变压 器的容量为240MVA该变电站有三个电压等级，分别为220kV、110kV、10kV，所以选择的变压器为 三绕组变压器，综合以上因素选择出的主变型号为SFS7-240000/220。SFS7-240000/220240220

5、 _8X1.25% 121 10.50.45193高-中：12-14高-低：22-24中-低：7-9型号中符号表示意义:S:三相F:风冷却P:强迫油循环S:三绕组乙有载调压7:性能水平号240000:额定容量kVA额定容量(MVA)额定电压(kV)空载电流(%)空载损耗(kW)阻抗电压(%)容量比联结组号100/100/50YNy n0d11仅供个人参考不得用于商业用途220:电压等级kV4电气主接线的设计4.1主接线的基本要求电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的首要部分。发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。1、可靠性断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和

6、停电时 间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。2、灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的， 而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影 响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。包括：操作的方便性、调度的方便性、扩建的方便性。3、经济性主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小， 占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。4.2主接线的基本接线形式变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、 负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。主接线代表了发电厂或变电站电 气部分的主体

7、结构，是电力系统网络结构的重要组成部分， 直接影响运行的可靠 性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟 定都有决定性的关系。1.单母线接线及单母线分段接线（1）单母线接线单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。 单母接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两 端延伸，扩建方便。缺点：可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作， 也就成了全厂或全站长期停

8、电。调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运 行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少， 并且没有重要负荷的发电厂和 变电站中。（2）单母分段接线单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以 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 器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑在可靠性要求 不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在 判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。该接线适用于：小容量发电厂的发电机电压配电装置， 一般每段母线上所接发电

9、 容量为12MW左右，每段母线上出线不多于5回，变电站有两台主变压器时的6-10KV配电装置；35-63KV配电装置出线4-8回；110-220KV配电装置出线3-4回。仅供个人参考不得用于商业用途（3）单母线分段带旁路母线的接线单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器，大大增加了投资。2.双母线接线及分段接线（1）双母线接线双母接线有两种母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一 台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。两组母线之间的 联络，通过母线联络断路器来实现。其特点有：供电可靠、调度灵活、扩建方便 等特点。由

10、于双母线有较高的可靠性，广泛用于：进出线回路较多，容量较大，出线带电 抗器的6-10KV配电装置；35-60KV出线超过8回，或连接电源较大、负荷较大 时；110KV出线为6回以上时；220KV出线为4回以上时。2）双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工作母线 分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将 故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后， 将故障段母线

11、所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。这样，只是部分短时停电，而不必短期停电。用分段断路器将工作母线分为I段和II段，比双母线接线增加了两台断路器， 投资有所增加，但不仅具有双母线各种优点，并且任何时候有备用母线，有较高 的可靠性和灵活性。较多用于220KV配电装置。进出线为1014回采用三分段，15回以上出线时采 用四分段；在300-500KV大容量配电装置中，出线为6回以上一般也采用类似的 双母线分段接线。（3）双母线带旁路母线的接线双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上，增设旁路母线， 其特点是具有双 母线接线的优点，当线路（主变压器）断路器检修时，仍有继续供电，但旁

12、路的倒换 操作比较复杂，增加了误操作的机会，也使保护及自动化系统复杂化，投资费用较 大。110KV及以上的高压配电装置中，均需设置旁路母线，当110KV出线在6回以上，220KV出线在4回以上时，采用带专用旁路断路器的旁路母线。3.一个半断路器接线仅供个人参考不得用于商业用途在每3个断路器中间送出2回回路，一般只用于500kV（或重要220kV）电网的 母线主接线。它的主要优点是：1.运行调度灵活，正常时两条母线和全部断路器运行，成多路环状供电；2.检修时操作方便，当一组母线停支时，回路不需要切换，任一台断路器检 修，各回路仍按原接线方式霆，不需切换；3.运行可靠，每一回路由两台断路器供电，母

13、线发生故障时，任何回路都不 停电。但是2/3断路器接线的缺点是使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，造价 高，经济性差，二次接线和继电保护整定复杂。当电压为330550KV出线回路 数超过6回以上、且配电装置在系统中处于重要地位时， 采用2/3断路器接线方式 较为适宜。4.3主接线选择结果电压等级220/110/10kV各电压侧出线回路数：接线方案：双母线接线 接线方案：双母线接线 接线方案：单母分段接线4.4一次主接线图设计主接线图如下5短路计算短路是电力系统中较常发生的故障。短路电流直接影响电气设备的安全，危 害主接线的运行，特别在大容量发电厂中，在发电机电压母线或发电机出口处， 短路电

14、流可达几万安至几十万安。为使电气设备能承受短路电流的冲击，往往需 选用加大容量的电气设备。这不仅增加投资，甚至会因开断电流不能满足而选不220kV 4回110kV 6回10kV 24回仅供个人参考不得用于商业用途到符合的高压电气设备，在主接线设计时，因计做好短路计算，以备考虑采取限 制短路电流的措施。5.1短路点的选择在每个电压等级选一个短路点，220kV电压等级选在d1点，110kV电压等级 选在d2点，10kV电压等级选在d3点。5.2短路电流计算1.基准值在短路计算的基本假设前提下，选取Sj = 100MVA VB为各级电压平均值(230,115,10.5kv)2.系统电抗在Sj=100

15、MVA下，取Xs=0.09 Xs1=卫g2302各绕组等值电抗Vs(1-2)%=12%，Vs(1-3)%=22%，Vs(2-3)1Vs1% = 2(Vs(1-2)% + Vs(1-3)%Vs(2-3)%)1=2(12+ 228)=131Vs2% = 2(Vs(1-2)% + Vs(2-3)%Vs(1-3)%)X3X110KV2 2X X Xsd1220KVd2110KV阻抗电压咼中咼一低中一低12228S23.变压器各绕组电抗取值%=8%仅供个人参考不得用于商业用途220KVS S2 2d12 2s sX X仅供个人参考不得用于商业用途1=2(12+8-22)=11VS3% = 2(Vs(1-

16、3)% + Vs(2-3)%Vs(1-2)%)1 =2(22+812)=9各绕组等值电抗标么值为:Vs1% Sj13100X1=X尸X =0.054100SN100240Vs2% Sj_1100100 SN100Vs3% Sj9X3=X = X100 SN1004.各短路点短路计算a) d1点短路10KV母线侧没有电源， 无法向 示，则短路电流= 10.09 0.015=9.524换算到220KV短路电流有名值SB100I=Id1 -=9.524X= 2.391KA寸3 VbJ3乂 230根据电力工程电气设计手册的相关规定取电流冲击系数Kch=1.8当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有

17、效值Ich= 1+2(KU-1)2|= , 1+2(1.8-1)一2|=1.51IIcj=1.51X2.391=3.610KA当不计周期分量衰减时冲击电流ish =2 KchI= .2X1.871=2.551=2.55X2.391= 7.275KA短路容量S= 3 VBI= .3X230X2.39仁1159.262MVA同理，有：b) d2点短路如d1处短路类似，10KV母线侧因没有电源，无法向110KV侧提供短路电流，即 可略去不计，则短路电流=-0.0042240100=0.075120220KV侧提供短路电流，即可略去不计，如图一Id11Xs Xs1仅供个人参考不得用于商业用途_ 1_0

18、.09 0.015 * (0.054 -0.0042) =7.752换算到110KV短路电流有名值SB100I=ld2 -=7.752X100= 3.892KAVb运如 15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 = _1+2(KU-1)2|= 1+2(1.8-1)2|=1.511Icj =1.51X3.892=5.877KA当不计周期分量衰减时冲击电流ish =2 Kehl= 2X1.871=2.55I=2.55X3.892= 9.925KA短路容量S =3 VBI= 3X115X3.892= 775.231MVAc) d3点短路换算到10K V侧

19、有名值短路电流全电流最大有效值及冲击值Icj = 1.51I=1.51X32.436 =48.978KAIsh = 2.55I= 2.55X32.436 = 82.712KA短路容量：S =3 VBI=3X10.5X32.436=589.89MVA6一次设备和导体的选择正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条 件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积 极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样， 具体选择方法也不完 全相同，但对它们的基本要求确是一致的。 电气设备要可靠地工作，必

20、须按正常 工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。本设计中，电气设备的选择包括：断路器、隔离开关和母线的选择。Id2Xs Xs1 1(X1 X2)Id3=Xs + Xs1+g(X1 +X3)=_ 1_0.09 0.015 (0.054 0.075)=5.899ff=Id3X-=5.899Xp3VaV1003X10.5=32.436KA仅供个人参考不得用于商业用途6.1断路器和隔离开关的选择仅供个人参考不得用于商业用途断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外， 还应考虑到要便于安装 调试和运行维护，并在经济技术方面都比较后才能确定。 根据目前我国断路器的 生产情况，现一般选用真空、

21、SR、少油和压缩空气等断路器作为10kV220kV的开关电器。6.1断路器的选择(1)220kV侧：经查表，220kV系列高压六氟化硫断路器技术数据中LW6-220/3150型号断路器 的参数如下：型号电压kV额定 电流A额定开断电流kA极限通过电流，kA热稳定电流，kA固有分闸时间(s)合闸时间(s)峰值有效值1S 4S5S 10SLW6-220/3150220315050125400.030.09额定电压：220KV额定电流：lN二S/(、_3UN) =240/( , 3*220) =629.84A3150A短路电流：l = 2.391kA50kA对断路器进行检验：动稳定校验：ish=7.

22、275 KA 125KA。故动稳定校验合格。热稳定校验：取继电保护装置后备保护动作时间tr=0.6s , 220kV断路器分闸时间t0=0.03s，则te=tr+t0=0.6s+0.03s=0.63slt2t = I辛=3.610X0.63=2.27kA40kA,故满足热稳定要求。(2)110kV侧：经查表，LW14-110/2000的SF6断路器的技术数据为:仅供个人参考不得用于商业用途LW14-110/20001102000 31.58031.50.050.025额定电压：110kV额定电流：lN二S/(、_3UN) = 240/( , 3*110) J259.67A：2000A短路电流：

23、l=：3.892kA：31.5 kA110kV断路器的校验：动稳定校验：Ish=9.925kA :：: 80 kA，满足要求。热稳定校验：te=0.65slt2t =1：te=5.877X0.65=3.82kA31.5kA,故满足热稳定要求(3)10kV电压级：经查表，LW14-110/2000的SF6断路器的技术数据为:型号电压kV额定 电流A额定开断电流kA极限通过电流(kA)热稳定电流，kA固有分 闸时间(s)合闸时 间(s)峰值有效值1S3S5S 10SLW14-110/2000108000105 3001200.150.65额定电压：10 kV额定电流：IN二S/(.3UN) =12

24、0MW/(、3*10 kV) = 6928.20A短路电流：l =32.436 kA : 105 kA10kV断路器的校验：动稳定校验：Ish=82.712 : 300kA,满足条件。热稳定校验:te= 0.75slt2t = I：te=48.978X0.75=36.73kA120kA,故满足热稳定要求。型号电压kV额定开断电流kA极限通过电流(kA)热稳定电流，kA峰值有效值1S3S5S 10S固有分闸时间(s )额定电流A全开断时间(s)仅供个人参考不得用于商业用途6.2隔离开关的选择1隔离开关用途隔离开关是一种最简单的高压开关，在实际中俗称闸刀。隔离开关没有专门的灭弧装置，不能用来开端负

25、荷电流和短路电流。在配电装置中，其主要用途有：(1)保证装置中检修工作的安全，在需要检修的部分和其他带电部分，用隔离开关构成明显的空气绝缘间隔。（2）在双母线和带旁路母线的主接线中，可利用隔离开关作为操作电器，进行 母线切换或代替出线操作，但此时必须遵守“等电位原则”。（3）由于隔离开关能通过拉长电弧的方法来灭弧，具有切断小电流的可能性， 所以隔离开关可用于以下操作：1）断开和接通电压互感器和避雷器2）断开和接通母线或直接连接在母线上设备的电容电流3）断开和接通励磁电流不超过2A的空载变压器或电容电流不超过5A的空载线 路4） 断开和接通变压器中性点接地线（系统中没有接地故障时才能进行）。(1

26、)220 kV侧:型号额定电 压（KV）额定电流（A）极限通过 电流峰值（KA）热稳定电流（KA）4S5SGW6-220D/1000-5022010005021额定电压：220kV额定电流：IN二S/（、3UN） =240/（ .3*220） =629.84A1000A动稳定电流ish=7.275kA50kA,满足动稳定要求.热稳定电流lcj=3.610kA21kA，满足热稳定要求.(2)110 kV侧:型号额定电 压（KV）额定电流（A）极限通过 电流峰值（KA）热稳定电流（KA）4S5SGW4-110D/2000-8011020008021.5额定电压：110kV额定电流：IN二S/（ 3

27、UN） =240/（、3*110） =1259.67A：2000A动稳定电流ish=9.925kA80kA,满足动稳定要求.热稳定电流Icj=5.877kA21.5kA，满足热稳定要求.仅供个人参考不得用于商业用途（3）10 kV侧：型号额定电额定电流极限通过 电流峰值热稳定电流（KA）压（KV）(A)(KA)4S5SGW4-10D/8000-16010800016075额定电压：10 kV额定电流：lN= S/(、_3UN) = 120MW/( 3*10 kV)二6928.20A 8000A动稳定电流ish=82.712kA160kA,满足动稳定要求.热稳定电流Icj=48.978kAIgm

28、a=661.3，满足要求。(2) 热稳定校验：SminK匚 103=3.61/87X. 0.2 103=18.55mn2lgma=1322.6，满足要求。(2) 热稳定校验：Smin二,t7103=5.877/87X.02 103=30.21mr21491mm满足要求。(3) 按电晕电压校验：晴天不可出现可见电晕要求管型母线最小截面积为20mm100 m满足要求。7.3 10KV母线选择选择3条TWB-12X10型矩形铜母线立放，允许载流量为8200A校验：(1) 按长期发热允许电流选择：(2) 热稳定校验：弘 卡庙汉103=48.978/87X103=251.7mr2,满足3条TWB-12X

29、10型矩形铜母线要求。(3) 动稳定校验相间距：a =0.75 m冲击电流：ish=82.712 kA母线相间应力: 2fph=1.73 10 也=1578.05 N maW =3.3bh2=3.3 0.0120.12 =3.96 10*(m3)母线同相间应力计算:查导体形状系数曲线得，K12=0.37, K13=0.57则有：92fb=8(K12K13) 10ish/b =5144.6Pamax=1.05120-.3 10= 7274.6A8200A满足要求。PhfbLb10W21578.05 1.210 3.96 10= 5.738 106Pa10120= 0.0832b -bh b10120 10= 0