220kV变电所电气部分设计

1、1电力系统自动化专业毕业设计设计题目：220kV 变电所电气部分设计2一、毕业设计任务书 .3二、毕业设计说明书.5三、参考文献.19四、后记.24五、计算书.26六、图纸.3毕业设计任务书设计题目：220kV 变电所电气部分设计待建变电所基本资料1.设计变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷。2.确定本变电所的电压等级为220kV/110kV/10kV，220kV 是本变电所的电源电压，110kV 和 10kV 是二次电压。3.待设计变电所的电源，由对侧 220kV 变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电所；在中压侧 110kV 母线，送出 2 回线路至炼钢厂；

2、在低压侧10kV 母线，送出 11回线路至地区负荷。4.该变电所的所址，地势平坦，交通方便。5.该地区年最高气温 40C，最热月平均最高气温 36C。三用户负荷统计资料如下：110kV 用户负荷统计资料如下：表 1110kV用户负荷统计资料用户名称最大负何（kW）cos回路数重要负何百分数（）炼钢厂420000 9525010kV 用户负荷统计资料如下：表 1 10kV 用户负荷统计资料序号用户名称最大负何（kW）cos回路数重要负何百分数（）1矿机厂19002702机械厂12002403汽车厂21000 912354电机厂21002555炼油厂1900260-最大负荷利用小时数 Tmax=5

3、256h，同时率取 0.9，线路损耗取 6%。4四.待设计变电所与电力系统的连接情况:2X200 MA tosU1=0. H5 Xd -0. 1423图中线路参数如下： L1=18km L2=15km L3=20km L4=19km L5=10km图 1 待设计变电所与电力系统的连接电路图五设计任务1选择本变电所主变的台数、容量和型号；2设计本变电所的电气主接线；3进行必要的短路电流计算；4选择和校验所需的电气设备；5.选择和校验 10kV 硬母线；6进行继电保护的规划设计；7.进行防雷保护的规划设计；&配电装置设计。六图纸要求1 .绘制变电所电气主接线图2.220kV 或 110kV

4、 高压配电装置平面布置图3.220kV 或 110kV 高压配电装置断面图（进线或出线）230kV2X LI km1200JC胪=0. 18LGJ-400SI.220kVLGHS怖设计220k壹电所ICkVSTCDS =0.8XcT =0-124220kV2 X240 MVAlk%=145第二部分设计说明书一. 待设计变电所简要介绍待建变电所位于城市南郊，所址地势平坦，交通方便。变电所电源由对侧220kV 变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电所；以 110kV 双回线路向炼钢厂送电，炼钢厂以阻性负荷为主，功率因数0.95 ;以 10kV 共 11 回线路向地区负荷供电，负荷最大利用小时数

5、 5256 小时，同时率为 0.9。该变电所为 220kV 降压变电所，没有转功。变电所所处地区 年最高气温40C，最热月平均最高气温 36C。二. 主变压器的选择根据电力工程电气设计手册的要求，并结合本变电所的具体情况和可靠性的要求， 选用两台同样型号的有载调压三绕组自耦变压器。1)主变容量的选择110kV 最大负荷为 Pmi=Ko刀 P=1.0X42000=42000 kW110kV 重要负荷 Pii=KiXP=0.50X42000=21000 kW10kV 最大负荷为 Pm2=KQEP=0.9X(P1+P2+P3+P4+P5)=0.9X(1900+1200+2100+2100+1900)

6、=8280 kW10kV 重要负荷 Pi2=EKiXP=K1XP1+K2XP2+K3XP3+K4XP4+K5XP5=0.7X1900+0.4X1200+0.35X2100+0.55X2100+0.6X1900=1330+480+735+1155+1140 =4840 kW对于具有两台主变的变电所， 其中一台主变的容量应大于等于70 %的全部负荷或全 部重要负荷，两者中，取最大值作为确定主变容量的依据。70%负荷容量为 Se=0.7X Pm=0.7X(42000+8280)=37316 kVAcosC0.950.91全部重要负荷容量为Si=7Pi=J cos申Pi1+Pi2=21000+4840

7、cos 1cos 20.950.91=27424 kVASe Si 应根据 Se 选择主变容量。经计算一台主变应接带的负荷为37316 kVA 应选用两台 40000 kVA 的三相自耦变压器。因 40000 kVA 37316 kVA，故所选主变容量满足大于等于70%的全部负荷要求。6因此确定选用主变型号为0SFSZ-40000/220，主要参数如下表:额定容量kVA电压组合和分接范围连接组别号空载损耗kW负载 损耗kW空载 电流容量分配阻抗电压()高压kV中压kV低压kV咼-中咼-低中-低YN,1004000022012111a0,331350.810093020d1150三. 主接线选择

8、1)220kV 配电装置主接线选择。根据SDJ2-88220500kV 变电所设计技术规程规定，“220kV 配电装置出线在 4 回及以上时，宜采用双母线及其他接线”。由于待建变电所有 6 回出线，可采用双母线接线。两台主变分别接在不同母线上，负荷分配均匀，调度灵活方便，运行可靠性高，任一条母线或母线上的设备检修，均不需停 掉线路。同时，本工程 220kV 断路器采用 SF6断路器，其检修周期长，可靠性高， 故可不设旁路母线。又由于每个电源点都有两回线路，一回线路停运时，仍满足 N-1原则。因此，本设计 220kV 配电装置采用双母线接线。2)110kV 配电装置主接线选择。110kV 出线仅

9、为两回，按照规程要求，宜采用桥式接 线。以双回线路向炼钢厂供电。考虑到主变不会经常投切和对线路操作及检修的方 便性，110kV 配电装置采用内桥式接线。3)10kV 配电装置主接线选择。10kV 出线共 11 回，按照规程要求，采用单母线分段接 线，对重要回路，均以双回线路供电，保证供电的可靠性。考虑到减小配电装置占 地和占用空间，消除火灾、爆炸的隐患及环境保护的要求，主接线不采用带旁路的 接线，且断路器选用性能比少油断路器更好的真空断路器，配电装置采用封闭性好 集成度高的成套配电装置。本设计的变电所电气主接线图如下图所示。7四.短路电流计算根据本变电所电源侧 510 年的发展规划，计算出系统

10、最大运行方式下的短路电流。系统最大运行方式为:4X50MV 机组满负荷，2X200MW 机组满负荷，系统容量为 100MVA220kV 各条线路均投入运行。计算过程见短路电流计算书。参考数据：断路器的全分闸时间为0.1 秒至系统至系统一线A相临所二线*相临所一线車炼钢厂二线丄炼钢厂一线丄*矿机厂T电机厂汽车厂备1所用辛饲料厂*炼油厂81-机汽电炼所备备 械车机油厂厂厂厂用一一一一一一用变线线线线线线线线线线变用用ffl9占220kVI段220kVn段E0#1 主变 #2 主变110kVi na 0JL8短路电流最大持续时间:220kV 侧为 3.6 秒110kV 侧为 3.1 秒10kV 侧为

11、 2.1 秒短路电流计算结果见附表。五.电气设备的选择1) 220kV 电气设备选择a. 220kV 断路器形式：室外 SF6额定电压：UN UNS额定电流：INImax按一台主变最大持续工作电流考虑lmax=1.05xSe=1.05x37316=102.83 A、3*Ue3* 220根据以上条件，选择 LW1-220/2000 型 FS6 断路器 额定开断电流校验 INbr=40KA l =11.336 KA热稳定校验：2 2 2Qk=Q= tkX(I+10ltk/2+ ltk)/122 2 2=3.6x(11.336 +10X11.2445 + 11.1842)/12lmax=1.05xS

12、=1.05x37316=102.83 A、3*Ue3* 220根据以上条件，选择 GW7-220/1250 隔离开关热稳定校验：2 2 2Qk=Q= tkX(I+10Itk/2+ Itk)/122 2 2=3.6x(11.336 +10X11.2445 + 11.1842)/122=455.39 kAs选择：4s 热稳定电流=31.5 KA2 2 2IN)r t=31.5x4=3969 kA s92Ihbr t Q所以选择 4s 热稳定电流=31.5 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流 ies=80 KA 28.9068 KA故选择 GW7-220/1250 型隔离开关能满足要求考虑到变电

13、所远景发展、各个设备间性能相配合以及从经济技术等多方面考虑,选择 GW7-220/2000 型(或 GW7-220/2500 型)隔离开关2)110 kV 电气设备选择a. 110kV 断路器形式：室外 SF6额定电压：UN UNS额定电流：INImax按一条线路带 110kV 全部负荷考虑Imax=1.05xSe_=1.05x42/0.95=243.65 A73*Ue%3*110根据以上条件，选择 SFM1O-110/2000 型 FS6 断路器额定开断电流校验 INbr=31.5 KA I =3.9361 KA热稳定校验：2 2 2Qk=Q= tkX(I+10Itk/2+ Itk)/122

14、 2 2IN)r t=31.5x3=2976 kA s2 Ihbr t Q所以选择 3s 热稳定电流=31.5 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流 ies=80 KA 10.0371 KA故选择 SFMo-110/2000 型 SF6 断路器能满足要求b. 110kV隔离开关形式：室外额定电压：UN UNS额定电流：INImax按一条线路带 110kV 全部负荷考虑lmax=1.05xSe=1.05x42/0.95=243.65 A10X3* Ue7 3*110根据以上条件，选择 GW5-110/630 隔离开关热稳定校验：2 2 2Qk=Q= tkX(I+10ltk/2+ ltk)/12

15、2 2 2=3.1x(3.9361 +10X3.9361 + 3.9361)/122=48.03 kAs选择：4s 热稳定电流=20 KA2 2 2lNbr t=20 x4=1600 kA s2 lhbr t Q所以选择 4s 热稳定电流=20 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流 ies=80 KA 10.0371 KA故 GW5-110/630 隔离开关能满足要求考虑到变电所远景发展、各个设备间性能相配合以及从经济技术等多方面考虑,选择 GW5-110/1250 型(GW5-110/1600 或 GW5-110/2000)隔离开关3) 10kV 电气设备选择a. 10kV 断路器(主变进

16、线及母联)形式：室内真空额定电压：UN UNS额定电流：INlmax按一台开关带主变10kV 全部负荷考虑lmax=1.05xS=1.05x4 /2=1212.5 A%3*Ue-x3*10根据以上条件，选择 ZN2-10/2500 型真空断路器额定开断电流校验 I N)r=31.5 KA I =14.0901 KA热稳定校验：2 2 22=416.91 kAs选择：3s 热稳定电流=31.5 KA2 2 2INbr t=31.5x3=2976.8 kA s11Qk=Q= tkx(I+10ltk/2+ Itk)/122 2 2=2.1x(14.0901 +10X14.0901 + 14.0901

17、)/122=416.91 kAs选择：3s 热稳定电流=31.5 KA2 2 2I4 t=31.5x3=2976.8 kA s2Ihbr t Q所以选择 3s 热稳定电流=31.5 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流 ies=80 KA 35.9298 KA故选择 ZN2-10/2500 型真空断路器能满足要求b. 10kV 断路器(出线)形式：室内真空额定电压：UN UNS额定电流：INImax按一台开关带 10kV 全部负荷考虑Imax=1.05xSe=1.05x8280/0.91=551.61 A%3*Ue3*10根据以上条件，选择 ZN2-10/1250 型真空断路器额定开断电流校

18、验 INbr=31.5 KA I =14.0901 KA热稳定校验：2 2 2Qk=Q= tkx(I+10Itk/2+ Itk)/122 2 2=2.1x(14.0901 +10 x14.0901 + 14.0901)/122Ihbr t Q所以选择 3s 热稳定电流=31.5 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流 ies=80 KA 35.9298 KA故选择 ZNk-10/1250 型真空断路器能满足要求c. 10kV 母线按母线带 10kV 全部负荷考虑lmax=1.05xS=1.05x8280/0.91=551.61 A12W3*UeImax=551.61 A。热稳定校验短路电流最大

19、持续时间tk=2.1s，可以不考虑非周期分量影响所以 Q=Q= tk(IH 2+10Itk/22+ Itk2) /12=2.1x(14.09012+10X14.09012+14.09012)/122=416.91 kA sSmin=_Qk=416.91( 由设计指南表 5-6 查出)C 992=0.206 mmS=50 x4=200 Smi n 满足热稳定要求动稳定校验开关采用成套开关柜，支柱绝缘子之间距离L=0.8 m,相间距离a=0.35m，导体的截面系数 W=bh/6= 42x50 x10-9/6=0.13x10-6动态应力计算 f1= ( 2/L2)( EI/m)E=70 x106Pa

20、Nf=3.56m=hxbx pw=0.05x0.004x2700=0.54 kg/m3384I=bh/12=0.004x0.05 /12=4.2x10-m2 6 8f1=(3.56/ 0.8 )xV(70 x10 x4.2x10-/0.54)=12.98V150 故B=12导体最大相间计算应力(Tph=fphl /10W-722=(1.73x10 x14090 /0.35)x0.8 /(10 x0.13x10-6)6 6=48.30X10v70X10母线满足动稳定要求d. 10kV 支柱绝缘子和穿墙套管选择支柱绝缘子应按电压和类型选择，并进行短路时动稳定校验。穿墙套管应按额定电压、额定电流和类

21、型选择，按短路条件校验动、热稳定性。13按额定电压选支柱绝缘子和穿墙套管UNUNS按额定电流选穿墙套管Imax kin ,按环境温度 36C考虑，需温度修正+5C,最高环境温度为 41C,故 k=0.74Imax=1.05XS=1.05X8280/0.91=551.61 A3*Ue KlmaxKlmax=1.5X11.023 =16.535 A220 kV 配电装置lmax=1.05 le=1.05X10.498=11.023AK=1.5故选 RN-10 型熔断器，额定电压10kV, 额定电流 10150A,断流容量 200MVA10kV并列运行短路容量为 255.98 MVA分列运行短路容量

22、为131.61 MVA。主变低压侧分列运行熔断器能够满足要求。由于存在主变低压侧并列运行工况，而并列运行时熔断器短路容量不够，因此，所用变必须使用开关开断。七.配电装置选择待建变电站位于城市南郊，交通便利，地势平坦，地域开阔，线路进出方便。为此 220kV 配电装置布置在变电所南侧，采用架空线向南出线;110 kV 配电装置布置在变电所西侧,采用架空线向西出线；10 kV 配电装置布置在变电所北侧，采用室内配电装置电缆出线。大门在北侧，主控楼布置在 10 kV 配电装置楼上。布置图如下:大门10 kV 配电装置kV配电装置#1 王变16220kV 配电装置采用室外高型布置，110kV 配电装置

23、采用室外半高型布置，10kV 配电 装置为室内配电装置。 主变布置在变电所中心， 为满足放火要求， 两主变中心距离为 45 米。主变于道路间布置 7 米宽混凝土路面，重型设备可以进入，方便检修，有利安全。 10kV 配 电装置布置在三层建筑的一楼，二楼为蓄电池室、维护室、及电缆夹层，三楼为主控室。八. 互感器的配置 为满足监视、测量、保护、同期和自动装置要求，并考虑运行方式变化需要，互感器配 置如下：1 ） 220 kV 和 10 kV 两段母线各装设一组电压互感器，110 kV 两条出线开关线路侧各装设一组电压互感器。2 ）所有断路器回路均设有电流互感器， 220 kV、110 kV 所有开

24、关和 10 kV 电源进线开关各装设 4 组电流互感器，三相布置。 10 kV 线路开关装设两组电流互感器，两相布置， 并装设两只零序电流互感器供接地保护用。主变220 kV 和 110 kV 侧中性点装设两组零序电流互感器。九. 继电保护规划1、 220 kV 线路均配置双套不同原理、具有独立选相功能的微机保护；一套为南自厂生产的 GPSL602-102丫型高频方向微机线路保护屏，包含纵联距离、零序 保护（主保护）及距离、零序方向保护（后备保护）等；一套为南瑞生产的 PRC01-22 型高频方向线路保护屏包含纵联变化量方向、纵联零序方 向的主保护及距离、 零序方向的后备保护； 并配有线路保护

25、重合闸装置、 收发讯机和断路器 失灵保护等；2、 220 kV 母联开关保护220 kV 母联开关配置南自厂生产的GPSL-121 型保护屏，其含有过流、充电、失灵启动及不一致保护；3、 220 kV 母线保护配置南瑞生产的 RCS-915 型母差保护；另外 220 kV 选用具有远传功能的南京银山有限公司生产的YA-88A 型微机故障录波、测距装置一台；4、 110 kV 线路保护采用南自厂生产的PSL621C 型微机保护屏，其含有相间距离、零序 方向及三相重合闸等并配置备用电源自投装置。分别配有速断、过流、零序和距离保护等。110 kV开关配有失灵保护，非全相保护，并配自动重合闸装置。175、10 kV 线路配置微机保护线路分别配有速断、过流、接地和过负荷保护等。电源开关配有过流和接地保护，过流时限与线路配合。10 kV 母线配有接地保护，低电压保护，备用电源自投装置。6、主变压器保护：主变配置双差动、双后备微机保护，单独配置一套非电量保护。 选用南瑞生产的 RCS-978 系列变压器成套保护一套为 PRC78JS-15A 柜，配备 RCS-978JS 微机保护；一套为 PRC78JS-15B 柜，配备 RCS-978JS RCS-974 微机保护、LFP-974 电压切换操作装置。RCS-978JS 电量保护配有比率差动、差动速断、复压方向过流，零序