kv降压变电所电气一次部分初步设计方案(完整版).doc

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1、kv降压变电所电气一次部分初步设计方案（完整版）(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑 欢迎下载）220kv降压变电所电气一次部分初步设计方案 第一部分 设计说明书1变电所概述及主变压器的选择1.1变电所的概述及其地位本变电所所处的自然条件适宜，无特殊气象条件的要求。交通方便，年最高温度在350C左右，最低温度在-250C。这些为电气设备的选择提供了良好的条件。待建变电所为220KV降压变电所，该变电所设计要求有三个电压等级分别220/110/35KV。该变电所高压侧220KV母线有3回出线向负荷供电；中压侧110KV母线送出6回线路向附近炼钢厂供电；在低压35KV母线送出4回线

2、路向地区负荷供电。因此，根据变电所的电压等级和出线回数结合变电所的分类标准，可知该所在系统中有较高的地位，可以确定本变电所为地区变电所。1.2主变压器的选择1.2.1 主变压器的容量和台数的选择根据<<电力工程电气设备设计手册>>要求对主变压器进行合理的选择。3（1）主变压器的容量和台数应根据变电所建成后510年的规划负荷选择。对于城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所应考虑当一台主变压器停运时，应保证用户的一级和二级负荷。1.2.2调压方式的选择变压器的电压调整是用分接开关切换的分接头

3、，从而改变变压器的变比来实现的。切换方式有两种：不带负荷切换称为无励磁调压，调整范围通常在5%以 共 48页 用。由于正常运行高中压侧的功率交换要求高，中压绕组间的阻抗小所以采用降压型自藕变压器。（2）用作降压变压器时，我们根据设计要求选择三绕组有载调压电力变压器。变压器参数 2主接线方案确定2.1电气主接线的设计原则和要求按电力工程电气设备设计手册规定变电所的主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件的总数等条件确定。并综合考虑供电的可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约、扩建方便等要求。 2.1.1可靠性3（1）断路器停电检修时，对供电的影响程

4、度。（2）进线或出线回路故障，断路器拒动时停电范围和停电时间。（3）线路、断路器、母线故障和检修时，停运的回数以及能否保证对重要用户的供电。.1.2 灵活性（1）满足接线过度的灵活性。一般变电所都是分期建设的，从初期接线到最终接线的形成，中间要经过多次扩建主接线的设计要考虑接线过度过程中停电范围最小。设备的搬迁最少或不进行设备搬迁。（2）满足处理事故的灵活性。变电所 共 48页 主接线设计时，在满足可靠性和灵活性的前提下尽量投资省、占地面积少、电能损耗少。2.2主接线方案的综合比较2.2.1 220KV 侧主接线比较按<<电力工程设备设计手册>>规定3220KV配电装置

5、当出线回数在3-4回时一般采用单母线分段接线。本次设计考虑了两种方案：方案I采用单母线分段接线；方案II采用单母线加旁路母线接线。 在本次设计中220KV断路器采用六氟化硫断路器，其检修周期长可靠性高。切出线回数少，一回线路停运时另一回路继续供电仍能满足要求。综合考虑经济性、可靠性与技术性后，本设计220KV侧采用双母线接线。2.2.2 110KV 侧主接线比较110KV出线仅两回接线，按规程要求一般采用桥型接线。本设计方案：I采用双母线接线接线；方案：II采用双母线带旁路母线接线。第 4 页 共 48页 由于在110KV 侧主接线中的断路器采用了可靠性较好的空气断路器，其运行可靠检修周期长可

6、以显著提高了主接线的可靠性。结合以上的比较综合考虑各种因素后，在本次设计中采用双母线接线方式。2.2.3 35KV侧主接线比较35KV侧出线有4回，方案：I采用单母线分段；方案：II采用单母线带旁路母线。按照规程对重要回路均采用双电源供电，考虑到35KV采用室内配电装置。为了减少配电装置的占地、消除火灾、爆炸等隐患及环境保护的要求。主接线一般不采用带旁路母线的接线方式。单母分段可以提高供电的可靠性和灵活性，对用户可以从不同段引出馈电线路。由两个电源供电，当一段母线发生故障时分段断路器动作将故障段切除。保证正常段母线不间断供电，提高了可靠性。与方案II相比较其投资节约、扩建方便。故本次设计采用单

7、母分段接线。第5 页共48页 通过对上述两方案综合的比较后，最终确定在本次设计中的电气主接线采用方案：I的接线方式（如图2-1、2-2）。 3短路电流的计算3.1短路电流计算的目的(1)为了保证电力系统的安全运行，在选择电气设备时都要用可能流经设备的最大短路电流进行热稳定和动稳定效验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路电流引起的发热和电动力的巨大冲击。(2)用于选择继电保护装置和整定计算。(3)电网接线和发电厂、变电所电气主接线的比较、选择。(4)为确定送电线路对附近通信线路电磁危害的影响。3.1.1计算的假定条件6(1)短路为金属性短路，即不计短路点过度电阻的影响。(2)不计变压器励磁电流

8、，不计磁路饱和。(3)正常工作时三相系统对称运行。(4)认为在短路过程中发电机供出的电流全部流向短路点，而所有负荷支路则认为已断开。3.2利用运算曲线计算的步骤（1） 画出以标幺值电抗表示的等值电路图，网络中的负荷看成断开的。第 6 页 共 48页 （2） 进行等值网络化简，简化成各个电源与短路点之间只经过一个电抗直接相连。（3） 将“转移电抗”换算成以各自的电源总容量为基准的另一中标幺值，既为“计算电抗”Xca。（4） 根据Xca在运算曲线上查出电源在不同时刻供给短路电流的标幺值，分别0.2s，是0s，和短路电流稳定后的大小。（5） 再把所查得的标幺值分别乘以各自的电流基准值，即得到短路电流

9、的有名值。（6） 然后把各个电源供给的短路电流的有名值相加，就会得到流过该点的短路电流之和。（7） 最后用短路电流之和乘以冲击系数2.7（发电机端短路时）或2.55（高压电网和非发电机端短路时）即得三相短路冲击电流。注：计算过程见附录计算书。3.3短路点的选取及短路计算的结果根据电气主接线的接线形式和设计变电所的电压等级，可选取三个短路点为K1、K2、K3。这三个短路点位于220/110/35KV各电压等级的母线上，短路点位置确定的原则就是力求使流过所选设备的短路电流最大。如图3-1所示： 图3-1短路计算的结果如下表 第 7 页 共 48页 4电气设备的选择4.1概述电气设备合理选择的主要任

10、务是选择满足变电所及输、配电线路正常和故障状态下工作的要求，以保证系统的安全、可靠、经济的运行。按正常运行情况选择设备，按短路情况校验设备，同时兼顾今后的发展，选用性能价格比高运行经验丰富、技术成熟的设备。尽量减少设备的类型，以减少备品、备件也有利与运行和检修。 4.1.1 电气设备选择的一般原则和基本要求 (1)基本要求:设备选择包括选型和确定技术参数。设备的选型和技术参数应能保证变电站的安全运行和供电的可靠性，并留有一定的裕度，应尽量选用轻型设备和常用产品。在同一变电站中，应尽量减少设备和材料的种类。电气设备要能可靠工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其短路的热稳定和动稳定

11、。 (2)最大长期工作电流的确定 (3)周围空气温度的确定 (4)计算时间的确定:7开断计算时间tk 为主保护动作时间tpr和断路器固有分闸时间tin之和，即tk=tpr+tin。热稳定校验时间tr为保护时间tb和断路器的开断时间tkd之和，即tr=tb+tkd。 无时限的主保护时间tp取0.05s。Tkd=tin+ta，tin 查有关手册求取，一般取0.06s；ta为燃弧时间，一般取0.02s0.04s。第 8 页 共 48页 4.2 断路器和隔离开关的选择4.2.1断路器和隔离开关的选择步骤：（1）种类和形式的选择（2）额定电压的选择（3）额定电流的选择（4）热稳定校验（5）动稳定校验22

12、0KV断路器的选择结果 220KV隔离开关选择结果 第 9 页 共 48页 110KV断路器的选择结果 110KV隔离开关选择结果 6KV进线断路器的选择结果 第 10 页 共 48页 6KV进线隔离开关选择结果 6KV侧出线配电装置的选择根据屋 共 48页 4.3汇流母线的选择4.3.1 母线选择的原则7(1) 选择母线的材料：常用的母线材料有铜,铝和铝合金三种，用铜作母线虽有诸多优点，但铜的价格高，且我国铜的储量有限，因此，一般用铝或铝合金作为母线材料。(2) 选择母线结构：母线的结构和截面形状决定于母线的工作特点：升高电压（汇流）母线，以前大都采用软导线作母线，现在35500KV均可采用

13、管形硬母线。(3)选择母线的布置形式矩形或槽形母线的散热及机械强度还与母线的布置方式有关。(4)选择母线的截面积按最大长期工作电流选择；按经济电流密度选择。（5）母线的热稳定校验满足热稳定要求的母线最小面积Smin按式：Smin=1CKfQk只要实际选用的母线截面积SSmin，母线便能满足热稳定要求。（6）硬母线的动稳定校验（软母线不需校验动稳定）当母线通过冲击短路电流时，作用在母线上的电动力可能使其弯曲，严重时可能使母线结构损坏。为保证母线在短路时的动稳定性，必须对母线进行应力计算。汇流母线的选择结果第 12 页 共 48页 4.4电压互感器的选择4.4.1 220KV电压互感器的选择根据电

14、压互感器除供测量仪表用，还作交流电网的绝缘监视，户外装设的要求。故查表可选用JCC5-220型电磁式单相三绕组电压互感器。电压互感器的台数为3台，采用的接线方式为Y0/Y0/。 注：J-电压互感器 C-串级式 C-瓷箱绝缘 4.4.2 110KV电压互感器的选择根据电压互感器除供测量仪表用，还作交流电网的绝缘监视及户外装设的要求。故查表可选用JCC-110型电磁式单相三绕组电压互感器。电压互感器的台数为3台，采用的接线方式为Y0/Y0/。 第 13 页 共 48页 注：J-电压互感器 C-串级式 C-瓷箱绝缘 4.4.3 6KV电压互感器的选择根据电压互感器除供测量仪表用，还作交流电网的绝缘监

15、视及户外装设的要求。故查表可选用JDZJ-6型电磁式单相三绕组电压互感器。电压互感器的台数为3台，采用的接线方式为Y0/Y0/。注：J-电压互感器 D-单相 Z-带单相接地保护绕组 J-浇注绝缘 4.4.4 220KV和110KV出线电压互感器的选择根据安装和提取电压及保护的要求，故查表可选用YDR-220和YDR-110型电容式单相三绕组电压互感器。 4.5电流互感器和绝缘子的选择电流互感器选择结果 第 14 页 共 48页 支柱绝缘子、穿墙套管的选择 5防雷设计第 15 页 共 48页5.1 防直击雷 当雷电直接击中电力系统中的导电部分，将引起极高的雷电过电压。任何电压等级的系统绝缘都将难

16、以承受，所以在电力系统中需要安装直接雷击保护装置,广泛采用避雷针和避雷线。(1)屋外配电装置，包括架空导线和母线应装设直击雷保护。(2)屋顶有钢筋结构的，应将其钢筋焊接成网接地。(3)如果结构为非导电金属时，应采用避雷保护。避雷带的网格为8-10m。本工程采用220K、110KV配电装置构架上设避雷针。35KV配电装置直接将其屋顶金属结构接地即可。 5.1.2 变压器过电压保护1自藕变压器必须 在其中两个自藕绕组出线上装设避雷器，并应接在变压器与断路器之间。220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。避雷器选择6继电保护的配置继电保护对电力系统安全运行起

17、着重要作用，担负如此重要任务的继电保护必须满足四点基本要求5：选择性 有选择地将故障元件从电力系统中切除。速动性 保护动作力求迅速，快速切除故障，减少故障对电气设备和系统的影响。 可靠性 该动作时不能拒动，不该动作时不能误动。灵敏性 对于该保护装置保护范围 共 48页 按照继电保护和安全自动装置技术规程的要求结合变压器运行的不正常状态，对变压器设置下列保护。（1） 瓦斯保护。瓦斯保护作为变压器的主保护，它主要反应变压器壳 110KV采用屋外配电装置35KV采用屋 共 48页 基本要求9：（1）配电装置的设计必须贯彻国家基本建设方针和技术经济。（2）保证运行的可靠，按系统和自然条件合理选择设备。

18、在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。（3）便于检修、巡视和操作。（4）在保证安全的前提下，布置紧凑力求节约材料和降低造价。（5）安装和扩建方便。7.2屋 共 48页 根据电器和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型、半高型和高型。中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面 共 48页 第二部分 计算书1 短路计算1.1 等值电抗计算由任务书和主接线图画出系统图如下： 图1-1 根据系统图1-1可画出等值电抗图1-2如下： 第 20 页 共 48页 图12各元件等值电抗的计算如下：选取基准容量：Sd=100MVA基准电压：Ud=Uav线路电抗： X=0.4W/Km发电机G.81电抗：X

19、1=X"SdCOSjP=0.1241000N50=0.198因为发电机电抗相等：X1 = X3 = X5 = X7 与G1 相连的变压器电抗：X2=Ud%SdS=0.105100e63=0.167由于与G1G2G3G4相连的变压器电抗相等：X2 = X4 = X6 = X8第 21 页 共 48页 线路电抗其中线路长度L如上图1-1所示： X9=LXSdU2d=500.41002302=0.0378X11=LXSdU2d=400.41002302=0.0302X13=LXSdU2d=670.41002302=0.0507 与G5、G6相连变压器电抗：X15=Ud%由于两变压器电抗相等

20、：X15 = X16SdSe=0.1810024=0.75发电机G5、G6电抗：X17=X"SdCOSjPN=0.14231000.8520=0.605发电机G5、G6电抗相等：X17 = X18 线路电抗： X19=LXSdU2d=600.41002302=0.0454由短路电压百分比计算出所选变压器各绕组电抗：X1%=X2%=X3%=121212(U(U(Uk(1-2)+Uk(1-3)-Uk(2-3)=9% k(1-2)+Uk(2-3)-Uk(1-3)=-1%+U-Uk(1-3)k(2-3)k(1-3)=19%所用变压器电抗：X21=Ud%SdSeSdSe=0.0910031.5

21、10031.5=0.285X23=Ud%=0.19=0.603注：由于变压器中压侧绕阻电抗X2%为负值，因此其电抗其为零。电抗值如图1-2所示。1.2 220KV侧短路1.2.1系统并列，K1点短路时的短路电流：第 22 页 共 48页 K1点短路等值电抗图如下： 图1-3X=X13.26.XX1+X225=4+X902=0.198+0.167+.037842=0.10X1127=X2=0.03022=0.0151XX19+X=0.045428=2N2+0.004=0.267对图1-3进行变换其变换后如图1-4： 图1-4注：图1-3中G1G2G3G4分别是合并后为G7电源和系统电源;因为X3

22、3的电抗与短路点的 转移电抗无关所以可以省去。 X34=X25+X27+X25X27XX=0.117X2735=X26+X27+X2626X=0.82325 第 23 页 共 48页 将转移电抗化为各电源点到短路点的计算电抗：X=X+XX2533X25X26ca1.2.3.4=X26+N=5.34S27j=045.1172001000.8=0.29dCOS电源点G1G2G3G4的到短路点的计算电抗是：XPNca5.6=X352S82340.387dCOSj=0.1000.85=0电源点G5G6的到短路点的计算电抗是：系统S9点的到短路点的计算电抗是：XS9ca9=X36S=0.026721=0

23、.56d 电源G1G2G3G4供给短路点的短路电流是：I4PNd1.2.3.4=200=0.63KA3UavCOSj2300.83 由计算电抗查曲线得到0s短路电流I"*=3.87I"=3.8720.63=2.44KA由计算电抗查曲线得到0.2s短路电流I0.2*=2.939I0.2=0.632.939=1.85KA由计算电抗查曲线得到4s短路电流I4*=2.378I4=0.632.378=1.498KA电源G5G6供给短路点的短路电流是：Id5.6=2PN=40=0.118KA3U avCOSj32300.85由计算电抗查曲线得到0s短路电流I"*=2.811第

24、 24 页 共 48页 I"=0.1182.811=0.3316KA由计算电抗查曲线得到0.2s短路电流I0.2*=2291I0.2=2.2970.118=0.271KA由计算电抗查曲线得到4s短路电流I4*=2.217I4=0.1182.217=0.26KA电源S9供给短路点的短路电流是：Id9=S93Uav=21003230=5.27KA由计算电抗查曲线得到0s短路电流I"*=1.913 由计算电抗查曲线得到0.2s短路电流 I"=5.271.913=10.08KAI0.2*=1.665I0.2=5.271.665=8.77KA由计算电抗查曲线得到4s短路电流

25、I4*=1.953I4=1.9535.27=10.29KA总的三相短路电流是：I"=2.44+0.3316+10.08=12.9KA I0.2=10.09KAI4=12.06KA冲击电流：ish=1.82I"=2.5512.9=32.9KA1.3 110KV侧短路计算1.3.1 K2点短路时的短路电流计算方法：第 25 页 共 48页 图1-5对图1-5的电抗进行合并如图1-6 图1-6对X25 X27 X26进行变换（同220KV侧变换）后如图1-7第 26 页 共 48页 图1-7对图1-7进行星网变换如图1-8。 图1-8X37=X34X111211 X+134X+3

26、6X35X21=0.8851X38=X35X2111+1+11=6.22X34X+36X35X211X39=X36X111211X+134X36X35X21=0.202 1第 27 页 共 48页 将转移电抗化各电源点到短路点的计算电抗： 电源 G1G2G3G4点的到短路点的计算电抗是：Xca1.2.3.4=X374PNSdCOSj=0.8852001000.8=2.21 电源点G5G6的到短路点的计算电抗是：Xca5.6=X382PNSdj=6.22401000.85=2.92 电源点S9的到短路点的计算电抗是：Xca9=X39S9Sd=00.20221=4.24 电源G1G2G3G4供给短

27、路点的短路电流是：Id1.2.3.4=4PN3UavCOSj=2001150.83=1.25KA 由计算电抗查曲线得到0s短路电流I"*=0.465I"=0.4651.25=0.581KA由计算电抗查曲线得到0.2s短路电流I0.2*=0.443I0.2=0.4431.25=0.553KA由计算电抗查曲线得到4s短路电流I4*=0.47I4=0.471.25=0.587KA电源G5G6供给短路点的短路电流是：Id56=2PN3UavCOSf=4031150.85=0.27KA由计算电抗查曲线得到0s短路电流I"*=0.35I"=0.270.35=0.09

28、45KA第 28 页 共 48页 由计算电抗查曲线得到0.2s短路电流I0.2*=0.338I0.2=0.3380.27=0.0912KA由计算电抗查曲线得到4s短路电流I4*=0.351I4=0.3510.27=0.0947KA电源S9供给短路点的短路电流是：Id9=S93Uav=21003115=10.55KA因为计算电抗大于3.5，所以对其取倒数直接得到短路电流标幺值1Xca9=14.24=0.2358I"=I0.2=I4=10.550.2358=2.488KA总的三相短路电流是：I"=0.581+0.0945+2.488=3.16KAI0.2=3.13KAI4=3.

29、17KA冲击电流：ish=1.82I"=2.553.16=8.06KA1.4 6KV侧短路计算1.4.1 6KV侧最大列运行时，K3点短路时的短路电流计算方法：第 29 页 共 48页图1-9对图1-9进行合并变换后如图1-10：图1-10对图1-10 变换后如图1-11：第 30 页 共 48页 图1-11 对图1-11进行星网变换后如图1-12：图1-12 X37=X34X1111211X+34X36X35X21=4.221 X38=X35X21111X+1134X+X+3635X21=29.71X111139=X36X211X+34X+36X35X21=0.961将转移电抗化各

30、电源点到短路点的计算电抗： 电源 G1G2G3G4点的到短路点的计算电抗是：Xca1.2.3.4=X4PN37S4.22200dCOSj=1000.8=10.55第 31 页共 48页 电源点G5G6的到短路点的计算电抗是：Xcd5.6=X382PNSdCOSj=29.7401000.85=13.97 电源点S9的到短路点的计算电抗是：Xca9=X39S9Sd=0.9621=20.16 电源G1G2G3G4供给短路点的短路电流是：Id1.2.3.4=4PN3UavCOSj=2006.30.83=22.9KA 因为计算电抗大于3.5，所以对其取倒数直接得到短路电流标幺值I"=I0.2=

31、I4=22.9110.55=2.17KA 电源G5G6供给短路点的短路电流是：Id5.6=2PN3UavCOSf=14036.30.85=0.308KA=4.31KAI"=I0.2=I4=4.3113.97 电源S9供给短路点的短路电流是：Id9=S93Uav=210036.3=192.5KA120.16I"=I0.2=I4=10.55=9.54KA 总的三相短路电流是：I"=2.17+0.308+9.54=12.02KA冲击电流：ish=1.82I"=2.5512.02=30.65KA短路计算的结果如下表第 32 页 共 48页 2电气设备的选择2.1

32、 220KV侧断路器、隔离开关的选择2.1.1 断路器的选择最大持续工作电流：Imax=1.05Se3UN=1.05315003220=86.8A根据电压等级UN和Imax以及户外安装要求，查表2可选LW-220I/1600型号。短路计算时间：tk=tpr+tin+ta=4+0.04+0.06=4.1stpr-后备保护动作时间tin-固有分闸时间ta-燃弧时间第33 共 48页 周期分量热效应：Qp=112(I"2+10I2tk2+I2tk)tk k由短路电流计算可知：I"=12.9KV It=11.2KA It=12.06KAk2Qp=112(12.92+1011.2+1

33、2.0622)4.1=149.4(KA2S)由于tk>1s,故不计非周期热效应。短路电流引起的热效应：QK=QP=149.4(KA2S) 冲击电流： ish=1.82I"=2.5512.9=32.9KA 2.1.2 隔离开关选择根据220KV隔离开关的计算可知Imax=86.8A Qk=149.4(KA)S ish=34.7KA2UNS=220KV及户外安装要求，查表7可选GW7-220D型号。2.2 110KV侧断路器、隔离开关的选择2.2.1断路器的选择最大持续工作电流：Imax=1.05Se3UN=1.05315003110=173.6A根据电压等级UN和Imax以及户外

34、安装要求，查表2可选KW4-110型号空气断 路器。共 48页 短路计算时间：tk=tpr+tin+ta=4+0.03+0.04=4.07s tpr-后备保护动作时间tin-固有分闸时间ta-燃弧时间周期分量热效应：Qp=112(I"2+10I2tk2+I2tk)tk k由短路电流计算可知：I"=3.16KV It=3.17KA It=3.15KAk2Qp=112(3.162+103.172+3.152)4.07=40.6KA(2S)由于tk>1s,故不计非周期热效应。短路电流引起的热效应：QK=QP=40.6(KA2S) 冲击电流： ish=1.82I"=

35、2.553.16=8.06KA2.2.2 隔离开关选择根据110KV断路器的计算可知Imax=173.6A Qk=80.6(KA)S ish=8.06KA2UNS=110KV及户外安装要求，查表6可选GW5-110D-II型号的隔离开关。2.3 6KV进线断路器、隔离开关的选择2.3.1 进线断路器的选择第 35 页 共 48页 最大持续工作电流：Imax=1.05Se3UN=1.053150036.3=3032A根据电压等级UN和Imax以及室进线隔离开关选择根据6KV断路器的计算可知Imax=3032A Qk=589.4(KA)S ish=30.65KA2UNS=6KV及室型号的隔离开关。第 36 页 共 48页 2.3.3 6KV侧出线配电装置的选择根据屋6KV母联短路器的选择根据发电厂电气部分中的要求，母联断路器按其总容量的50%80%来确定。所以ish=30.65KA、母联断路器的最大电流按总容量的55%确定。由以上计算可知Imax=1912A、QK=589.4KAS2 可选用SN2-6III型断路器。2.4绝缘子、穿墙套管的选择2.4.1 220KV支柱绝缘子选择根据母线的额定电压和户外安装的要求。查手册可选用ZS-2