220kv北郊变电站电气部分设计方案书方案书.doc

110KV降压变电所电气部分设计毕业设计220kV北郊变电站电气部分设计摘要： 文章介绍了220 kV变电站设计的要求，结合技术经济指标和供电可靠发展的规划前景选择了变电设备的型号，并按照配电装置的形式确定了设计基本方案；重点分析了220 kV变电站设计的主要技术方案和各个模块的技术特点，对各级电压的电气主接线形式、电气设备的选择及保护、短路电流水平等进行了详细的说明；本设计的变电站将提高供电可靠性、增加规划的灵活性等特点。关键词： 220kV变电站 电气设备 继电保护 电压 电流 短路阻抗 整定计算 前言：本次设计是对220KV降压变电站进行了电气部分设计，内容主要包括：电气一次主接线图设计、无功补偿所用变选择、主变压器中性点运行方式、配电装置布置、短路电流计算、主要电气设备选择、变电所防雷规划、继保及自动装置的配置、主变保护整定计算等，并画出了电气一次主接线图、主变继电保护展开图。本次设计在设计中参考了最新的技术参考书籍，积极采用新产品、新技术参数及新的图形符号，如采用220KV、110KV六氟化硫断路器、手车式开关柜和GG-1(A)-10型固定式开关以及微机保护装置等，故所选择和设计的接线方式、电气设备型式应当说是较为合理的，也能满足技术经济要求。本次设计，目的在于巩固自己的专业知识，因为我们的设计同专业知识联系非常紧密，这就使我在进行毕业设计的同时，又对电力系统、继电保护、电气设备、等专业课进行了复习，提高了自己的专业基础水平，通过设计使我们熟悉设计过程，掌握基本的设计知识，熟悉相关的设计手册和辅助资料。1 110KV降压变电所电气部分设计目 录第一章 设计任务书1第二章 主变压器的选择4第三章 电气主接线的技术经济比较及确定9第四章 站用变的容量、台数及接线方式的选择13第五章 主变中性点接地方式的选择14第六章 电气设备的布置15第七章 短路电流计算17第八章 继电保护的配置43参考文献501 220KV降压变电所电气部分设计第一章 设计任务书一、设计课题220KV北郊变电站电气部分二、原始资料1220KV电网图2负荷预测（1）110KV侧负荷名称最大负荷（KW）COS线路长度（KM）回路数供电方式变电站A200000.90201架空变电站B250000.90251架空变电站C270000.90141架空备用2线损率： 负荷增长率：t%=5有功同时率：p=0.8 无功同时率：Q=0.9 远景规划年数：n=5(2)10KV侧负荷名称最大负荷（KW）COS线路长度（KM）回路数供电方式配电站A30000.90202架空配电站B20000.90202架空配电站C20000.8051电缆机械厂20000.90152架空医院10000.80102电缆剧院15000.8051电缆线损率： 负荷增长率：t%=5有功同时率：p=0.8 无功同时率：Q=0.9 远景规划年数：n=5(3)最大负荷利用小时Tmax：5500小时3地区温度：年最高温度：40年最低温度：-5最热月平均最高温度：35最热月平均气温：25三、设计内容要求1选择主变压器的台数、容量及型号2主接线选择3确定无功补偿的方式。4选择站用变压器的容量、台数及接线方式。5确定主变压器中性点的运行方式。若需装设消弧线圈，应选择消弧线圈的容量、台数及型号。6配电装置的布置。7短路电流计算确定最大运行方式，计算各短路点的三相短路电流。8主要电气设备的选择9变电站的防雷规划，并配置主接线中的常规避雷器。10配置继电保护11主变保护的整定计算第二章 主变压器的选择一、负荷统计分析1、110KV侧负荷部分Pmax(kw)costgQmax(kvar)变电站A200000.900.489600变电站B250000.900.4812000变电站C270000.900.481296072000(kw)34560(kvar)以上有功、无功都是考虑同时率、线损率、负荷增长率和按5年发展规划。2、10KV侧负荷部分Pmax(kw)costgQmax(kvar)配电站A30000.900.481440配电站B20000.900.48960配电站C20000.800.751500机械厂20000.900.48960医院10000.800.75750剧院15000.800.75112511500(kw)6735(kvar)3、220KV侧最大负荷的视在功率则二、主变压器台数确定的原则1为保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变压器；当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。2对于规划只装设两台主变的变电所，其变压器基础宜按现有变压器容量大一级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。三、主变压器容量确定的原则1主变容量应根据5-10年的发展规划进行选择，并考虑变压器的正常运行和事故时的过负荷能力；2对装一台主变压器的变电所，变压器的额定容量应满足用电负荷的需要，按下式选择：SnKSL；其中，Sn为变压器的视在容量（KVA），SL为变电所的最大负荷的视在功率（KVA），K为负荷率。3对装有两台主变的变电所中，当一台断开时，另一台变压器的容量一般保证60%全部负荷的供电，即应保证用户的一级负荷和大部分的二级负荷。每台主变容量可按下式选择Sn0.6SL。四、主变台数、容量和型号的确定1主变台数的确定 如果选择主变为1台，则配电装置布置较简单，总投资可能会少一些，但可靠性和灵活性均较差，当主变故障或检修时会使全所停电； 主变为2台时，将可大大提高供电可靠性和运行操作灵活性，一台检修，另一台可继续运行，供应大部分负荷。缺点是配电装置较复杂，投资相对较多。 根据以上分析及原则规定，确定本变电站采用两台主变配置，且为考虑不可预见因素和5年后负荷发展需要，将主变基础比设计容量大12级考虑，以备更换主变用。2主变容量的确定 为提高功率因素，改变电压质量，对10KV侧进行无功补偿。 功率因素提高到0.9采用并联补偿电容器 补偿容量： 式中10KV母线上最大有功负荷补偿前的最大功率因数补偿后的最小功率因数根据 变电所设计规范3.7.2条规定“电容器装置的接线，应使电容器组的额定电压与接入电网的运行电压相配合。电容器装置宜采用中性点不接地的星形或双星形接线”，查常用高低压电器手册，选用BFM-11/-100-1型电容器，其型号意义如下：B G F 11 / - 100 - 1单相额定容量：100 KVar额定电压：UN=11/kV纸膜复合介质浸渍剂：G表示苯甲基础油并联电容器其额定容量为100KVar,UN=11/kV，标算电容C7.89，则每相并联个数n，故并联8只BGF-11/-100-1型电容器，分别接于10kVI、II段母线上，即每段母线每相并联4只电容器。 经补偿后的最大负荷视在功率 (2) 充分发挥变压器正常运行及事故时过负荷能力Sn0.60.610234561407（KVA）结合现有最大负荷的视在功率仅为61407KVA，选择主变容量两台63000KVA，在负荷较低时，可一台主变运行，降低变压器损耗，也可两台运行，提高供电可靠性。3主变型号确定 相数的确定考虑变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件等因素，在不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应选择三相变压器。所以，本次设计采用三相变压器。 容量比的确定根据要求，在1台主变停运时，须保证60%全部负荷的供电。故：A、对10KV侧应保证的容量为：则 B、对110KV侧应保证的容量为：则 故主变压器220KV、110KV及10KV侧的额定容量比取100/100/50。五、技术参数因自耦变要求中、高压侧接线方式一致，故不能采用自耦变，故确定本站主变型号为节能型三相三绕组、自然油循环空冷型降压变压器，采用有载调压方式。主变型号及技术参数如下：型号SN（KVA）UN（KV）损耗（KW）空载电流（）阻抗电压（）联接组别SFPSZ7-6300063000高压220815.2%空载负载1.0高-中12-14YNynod11中压12189290高-低22-24低压11中-低7-9第三章 电气主接线的技术经济比较及确定一、电气主接线设计的基本要求1根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量：设计时应根据负荷的重要性，保证在母线、断路器等设备故障或检修时停电范围尽量小，停电时间尽量短，且能保证重要负荷的供电；另外，在正常运行或故障时能满足相应的电能质量要求，把对用户的损失减小到最少。2具有运行、维护的灵活性和方便性：应能适应各种运行方式和检修维护的要求，灵活、方便地进行运行方式的切换。3经济性：应在满足供电可靠性、灵活性要求的前提下做到经济性。即投资省、电能损耗小、占地面积小。4、具有将来发展和扩建的可能性。二、各级电压配电装置可能的电气主接线方案110KV配电装置：（1）单母线（2）单母线分段2110KV配电装置：（1）单母线分段（2）双母线3220KV配电装置：（1）单母线分段（2）双母线22三、方案的技术比较1单母线接线的优缺点优点：（1）结构简单清晰、操作简便，不易误操作； （2）节省投资和占地； （3）易于扩建。缺点：母线故障或检修时会使该母线所带负荷全部停电，停电范围为100%。故此接线一般只适用于小水电厂和变电站。2单母线分段接线的优缺点：优点：（1）当一段母线故障或检修时，用分段断路器将其分段后，可保证正常段母线不间断供电，提高了供电可靠性，减小了母线故障的影响范围。（2）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。缺点：（1）当一段母线或母线侧隔离开关故障可检修时，接在该母线上的电源或出线必须全部停电。（2）任一回路断路器检修时，该回路必须停电。3双母线接线的优缺点优点：（1）供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。（2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。（3）扩建方便。向双母线的任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。（4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一路母线上。缺点：（1）增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需要隔离开关和断路器之间装设闭锁装置。四、确定2个比较方案（1）10KV侧接线方式的确定由上述分析可知，单母线接线可靠性较差，且本变电站有两台主变，考虑10KV出线有和10回，又有双回出线的需要，一旦母线故障，即造成该母线所带负荷全部停电，这是不可取的，故10KV侧应选用单母线分段接线。（2）110KV和220KV侧采用单母分段接线时，接线较简单明了，运行可靠，但当某一段母线检修或故障时，将使该母线所连的线路和主变停运。采用双母线接线时，可避免一母线故障或停运时影响该母线的馈线、主变运行。且采用SF6等性能可靠、检修周期长的断路器。（3）画出两个比较方案的简图如下：根据上述分析，故选择方案II，即220KV和110KV部分均采用双母线接线，主变2台， 10KV部分采用单母线分段接线形式。简图见图（2）。五、本变电站确定的主接线运行方式1220KV部分：系统电源C接在段母线上，段母线预留一回出线；发电厂G的接于段母线上，转供的南山变也接于段母线上。正常运行时，220KV母联合闸运行；故障时保留一段母线运行，提高供电可靠性。2主变：正常2台并列运行，在负荷较轻时，可考虑1台运行，以降低主变损耗。3110KV侧：变电站和医院分别用两回线接于、段母线上，母联开关宜合闸运行，提高供电可靠性。410KV侧：配电站A、B、机械厂和医院分别用两回路接于、段母线上，配电站C、接于母线上，剧院接于母线上。母分一般处于热备用状态.正常时，为限制短路电流，10KV母联开关宜分段运行，、段母线分别由1#、2#主变带负荷运行，主变故障时，通过母分开关切换，承担非故障点的供电任务。第四章 电气设备的布置一、配电装置设计的基本要求配电装置设计必须贯彻国家基本建设方针和技术经济政策，并满足如下要求： 1、保证运行可靠性：按照系统和自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。2、保证运行维护人员的人身安全和设备安全。3、便于检修、维护、巡视、操作和安装。110KV配电装置应考虑带电作业的要求；为保证检修人员在检修电器或母线时的安全，电压为63KV及以上的配电装置，对断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧，宜配置接地刀闸，每段母线上宜装设接地刀闸等。4、力求经济，必须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、考虑发展扩建的可能性。二、配电装置的分类1、屋内配电装置：应用于大、中型发电厂、变电站中35KV及以下的配电装置；或有特殊性要求的（如备战、防污）110220KV的配电装置。2、屋外配电装置：应用于110KV及以上的配电装置。3、成套配电装置：应用于发电厂、变电站610KV或35KV配电装置；SF6全封闭组合电器：主要用于110500KV的配电装置。三、10KV配电装置的选型和布置10KV高压开关室布置在主变的下侧，10KV配电装置选用成套高压开关柜，占地面积不大，故采用单层式布置。高压开关柜布置在10KV高压开关室左侧，为单列布置；所用变室、电抗器室、电容器室布置在10KV高压开关室右侧，出线全部采用电缆。四、110KV配电装置的布置110KV配电装置布置在主变压器左方，采用户外半高式。本方案的特点是将母线及母线隔离开关抬高，增设上层母线隔离开关操作走道，以便巡视、操作和检修抬高后的隔离开关和母线。断路器单列布置，道路设置在靠主变压器侧的一组母线下面。五、220KV配电装置的布置220KV配电装置布置在主变压器上方，采用户外半高式。本方案的特点是将母线及母线隔离开关抬高，增设上层母线隔离开关操作走道，以便巡视、操作和检修抬高后的隔离开关和母线。断路器单列布置，道路设置在靠主变压器侧的一组母线下面。六、主变的布置采用两台户外布置，并考虑防火净距大于8米。设油坑、事故油池、消防砂池等消防设施。七、10KV电容补偿装置采用户内布置，装设风扇.拥有通风散热方便，便于设备的维护.运行检修直观方便等优点。第五章 短路电流计算一、短路电流计算的目的 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，确定某接线方案是否需要采取限制短路电流的措施。 在选择电气设备时，为了保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工作，可又力求节约资金，这就需要用短路电流进行校验。 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。 在选择继电保护方法和整定计算时，需以短路时的短路电流为依据。二、计算短路电流的一般规定 验算导体和电器的动稳定，热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统510年的远景发展规划。 确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的点。三、短路电流计算短路点的选择：1、最大运行方式时，在220KV母线上发生三相短路K12、最大运行方式时，在110KV母线上发生三相短路K23、最大运行方式时，在10KV母线上发生三相短路K34、最大运行方式时，在10KV配电站A线路末端发生三相短路K4（一）接线图(二) 网络等值图：1、最大运行方式下： 2、最小运行方式下：（三）选择基准值：取Sj100MVA，UjUav 1.05Ue 则即Uj1=230KV，Uj2=115KV，Uj3=10.5KV，Uj4=6.3KV，（四）计算网络中各元件电抗值（标么值）设本变电站中主变阻抗值为：UdI-=(12-14)% UdI-=(22-24)% Ud-=(7-9)%，本设计选Sn=63000KVA=63MVA设站变Ud%=4.0。则发电机： （最大运行方式）（最小运行方式）80KM长线路：30KM长线路：100MVA变压器：95MW发电机：主变220KV侧： 110KV侧：10KV侧：(五) 简化等值电路1、最大运行方式下：如右图 X13=X1+X2=0.0357+0.06=0.0957X14=X3+X4+X5=0.106+0.105+0.045=0.2562、最小运行方式下：如右图X15=X1+X2=0.0667+0.06=0.1267（六）计算最大运行方式下三相短路电流1、k1点三相短路电流计算系统C支路：发电厂G支路：查表运算曲线得： 短路电流有名值：系统和发电机供给K1点总的短路电流：短路电流冲击值：取Kch=1.8电流最大有效值：短路容量：2、k2点三相短路电流计算 系统C支路：发电厂G支路：查表运算曲线得： 短路电流有名值：系统和发电机供给K2点总的短路电流：短路电流冲击值：取Kch=1.8电流最大有效值：短路容量：3、k3点三相短路电流计算系统C支路：发电厂G支路：查表运算曲线得： 短路电流有名值：系统和发电机供给K3点总的短路电流：短路电流冲击值：取Kch=1.8电流最大有效值：短路容量：从K3点短路电流计算结果可知，发电厂10KV电压母线上短路时，次暂态电流和冲击电流都比较大，为了能使10KV母线及出线选择轻型电器设备，有必要在母线上装设电抗器，以限制K3点短路时的短路电流。4、k4点三相短路电流X22=X19+X12=0.175+50=50.175系统C支路：发电厂G支路：查表运算曲线得： 当时，可按无限大容量电源的短路电流计算系统和发电机供给K4点总的短路电流：短路电流冲击值：取Kch=1.8电流最大有效值：短路容量：第六章 继电保护的配置一、继电保护装置是一种能反映电气设备发生故障或不正常工作状态，并作用于断路器跳闸或发出信号的自动装置，它的任务是：（1）发生故障时，自动、迅速、有选择性地将故障设备从系统切除，以保证非故障设备继续正常运行，此外，防止故障设备继续遭到破坏。（2）反映电气设备的不正常工作状态，根据不正常工作状态的种类和设备运行维持的条件，动作于发出信号，减负荷或跳闸，反映不正常工作状态的继电保护，允许带一定的延时动作。设置继电保护装置的一般规定：（1）电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行保护装置。电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护，必要时可再增设辅助保护。（2）继电保护装置应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。二、主变保护配置1、瓦斯保护（1）重瓦斯保护：动作于跳主变各侧断路器；（2）轻瓦斯保护：动作于发信号。2、纵差保护：反应变压器绕组、套管和引出线上的相间短路，220kV绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路。3、过电流保护 ：反应外部相间短路并作为瓦斯保护与纵差保护的后备保护，带时限跳主变高压侧（或低压侧）断路器。当不符合灵敏性要求时，可采用复合电压起动的过电流保护。 4、零序电流电压保护变压器专门设置接地保护作为纵差保护的后备保护。（1）零序电流保护：反应中性点直接接地系统中变压器外部接地短路，并作为变压器内部接地的后备保护（2）零序电压保护：当单相接地且失去中性点时，可能在接地点产生间隙弧光，引起工频过电压，此时避雷器不能确保变压器中性点绝缘的安全，所以需装设零序电压保护。为防止电网失去中性点，要求零序电压保护动作后首先切除中性点不接地运行的变压器。由于本变电所至多一台主变中性点接地运行，故每台主变应装设零序电流和零序电压保护，零序电压保护的整定时间小于零序电流保护的整定时间。零序电流保护接于变压器中性点引出线的CT上，零序电压保护接于母线PT的开口三角形线圈上。5、过负荷保护：动作于发信号6、反应油温过高的保护：动作于发信号并启动散热风扇三、220kV进线保护配置,每条线路配两套保护，一套超高压线路成套快速保护装置，一套超高压线路电流差动保护装置，两条线路采用相同的保护装置。保护1：反应相间保护：三段式距离保护反应接地保护：三段式零序电流方向保护ZCH：检无压同期三相自动重合闸保护2：主保护：电流方向横差保护；零序电流方向横差保护后备保护：阶段式距离保护；阶段式零序电流方向保护；阶段式接地距离ZCH：检无压同期三相自动重合闸四、110kV进线保护配置三条线路均采用相同的保护配置，每条线路配一套LFP941A数字高压线路成套快速保护装置。采用三阶段式相间和接地距离及四段零序保护+三相一次ZCH五、10kV侧保护配置1、电流速断保护；定时限过电流保护；三相一次重合闸装置。2、电容器组保护 限时电流速断保护：保护电容器组和断路器之间连线的短路 装设专用的熔断器：保护电容器内部故障及其引出线的短路 零序电压保护：保护电容器组某一故障电容器切除后所引起的过电压 单相接地故障保护动作于信号 过电压保护：带时限动作于信号或跳闸3、站用变保护：所用变容量较小，高压侧采用高压熔断器低压侧采用自动空气开关作为相间短路保护。