【正文】 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 I 頁 華北水利水電學院本科生畢業(yè)設計開題報告 20 年 月 日 學生姓名 學號 專業(yè) 電氣工程及其自動化 題目名稱 ZL 220kV變電站初步設計 課題來源 主 要 內(nèi) 容 本次設計為 220kV 變電站初步設計，設計內(nèi)容為變電站電氣一次部分，包括電氣主接線設計，短路電流計算，電氣設備選擇和配電裝置設計。 設計的主要原始資料如下 ： 與變電站相連的發(fā)電廠、系統(tǒng)容量： A 發(fā)電廠：發(fā)電機： NP = 500MW， COSφ =， ? ， NU =。主變：NS =600MVA， Ud%= B 系統(tǒng)（ 220kV）： S=1000MVA,X=。 C 系統(tǒng)（ 110kV） :S=600MVA,X=。 連接方式： A 發(fā)電廠主變與待建變電站的距離： 80km，雙回線。 B 系統(tǒng)與待建變電站的距離： 120km,雙回線。 C 系統(tǒng)與待建變電站的距離： 75km，單回線。 A 發(fā)電廠主變與 B系統(tǒng)的距離： 100km,單回線。 3 待建變電站 D 各電壓等級負荷數(shù)據(jù)： 電壓等級 用電單位 最大負荷（ MW） 功率因數(shù) 負荷性質(zhì) 備注 110kV Kt= Tmax=6000 化工廠 25 Ⅰ 冶煉廠 22 Ⅱ 糖廠 20 Ⅱ 鋼鐵廠 21 Ⅰ 紡織廠 8 Ⅲ 水泥廠 18 Ⅱ 煤礦廠 20 Ⅰ 10kV Kt= Tmax=3500 電纜廠 Ⅱ 無線電廠 Ⅲ 儀表廠 Ⅲ 自來水廠 Ⅰ 塑料廠 Ⅲ 汽制廠 Ⅱ 配電變壓器 Ⅱ 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 II 頁 市政府 Ⅰ 機械廠 Ⅱ 一、 電氣一次部分設計 主變壓器配置方案的確定 根據(jù)本電站對負荷的供電情況及與電力系統(tǒng)交換功率的情況，選定主變壓器的臺數(shù)、容量以及型號。主變壓器選擇應根據(jù)我國現(xiàn)行《電氣設計手冊》的有關規(guī)定進行。 具體方法如下： 主變壓器的臺數(shù)和容量，應根據(jù)地區(qū)供電條件、負荷性質(zhì)、用電容量和運行方式等綜合考慮確定。 主變壓器容量一般按變電所、建成后 5～ 10 年的規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮到遠期的負荷發(fā)展。對于城網(wǎng)變電所，主變壓器容量應與城市規(guī)劃相結合。 在有一、二級負荷的變電所中宜裝設兩臺主變壓器，當技術經(jīng)濟比較合理時，可裝設兩臺以上主變壓器。如變電所可由中、低壓側電力網(wǎng)取得 跔容量的備用電源時，可裝設一臺主變壓器。 裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，當斷開一臺時，其余主變壓器的容量不應小于 60%的全部負荷，并應保證用戶的一、二級負荷。 具有三種電壓的變電所，如通過主變壓器各側繞組的功率均達到該變壓器容量的 15%以上，主變壓器宜采用三相三繞組變壓器，或者第三繞組需要裝設無功補償設備時，均宜采用了三繞組變壓器 110kV 及以上電壓的變壓器繞組一般均為 YN 連接； 35kV 采用 YN 連接或 D連接，采用 YN連接時，其中性點都通過消弧線圈或小電阻接地。 各電壓等級接線方式的確定 主變壓器臺數(shù)、型 式、容量確定之后，電站電氣主接線的框架就已確定。這時，可進行各電壓級接線方式的設計。每個電壓級可分別擬定出 2~3 個初步方案，進行技術經(jīng)濟比較，主要是進行技術方面的可靠性、靈活性和方便性比較，經(jīng)濟上只是設備的數(shù)量差別方面、裝置占地面積大小等粗略比較。然后分別得出各電壓級接線方式的最佳方案。 根據(jù)本次設計原始資料，初步確定 220kV 電壓等級接線方式為雙母線或單母線分段 ， 110kV 電壓等級接線方式初選為雙母線或雙母線帶旁路， 10kV 電壓等級接線方式初選為單母線分段或單母線 分段 帶旁 路。 二、短路電流計算 這里的短路 電流計算是為了校驗電氣設備。一般情況下，三相短路電流產(chǎn)生的熱效應和電動力較大，所以這里只對三相短路電流進行計算。 短路電流可以手算也可以機算。手算三相短路電流的主要步驟如下： 根據(jù)本電站主接線圖畫出電力系統(tǒng)電氣接線圖； 根據(jù)規(guī)定的電氣設備選擇任務，確定所用的短路計算點； 計算各電氣元件的電抗標幺值，畫出等值電路圖。 對各短路計算點進行網(wǎng)絡化簡，求出 X*∑ 。 求出計算電抗 X*js，當 Sb不等于 Se∑ 時，bejs SSXX ??? ** ，由 X*js查運算曲線表， 求出各短路計算 點不同時刻的三相短路電流。 三、電氣設備選擇 電氣設備選擇的一般原則和基本要求 基本要求 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 III 頁 設備選擇包括選型和確定技術參數(shù)。設備的選型和技術參數(shù)應能保證電站的安全運行和供電的可靠性，并留有適當?shù)陌l(fā)展裕度，應盡量選用輕型設備和常用產(chǎn)品。在同一電站中，應盡量減少設備和材料的種類。 電氣設備要能可靠工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗其短路的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。 最大長期工作電流的確定 變壓器：eeg USI ? 主母線及母聯(lián)回路：取母線上最大一臺發(fā)電機或變壓器的 Igmax； 母線分段回路： Igmax=（ ～ ） Iemax（母線上最大一臺發(fā)電機或變壓器的Ie） 用戶線：單回 %)51(c o s3m a x ?? ?eg U PI 雙回線 %)51(c o s3 a x ?? ? ?eg U PI 周圍空氣溫度的確定 室外部分取當?shù)卦缕骄罡邷囟龋菏覂?nèi)配電裝置（ 10KV）取通風設計時采用的最高室溫，若缺 少設計數(shù)據(jù)時，按當?shù)卦缕骄罡邷囟?+5℃考慮。 計算時間的確定 （ 1）開斷計算時間 tk為主保護動作時間 tb1和斷路器固有分閘時間 tgf之和，即 tk=tb1+tgf。 （ 2）熱穩(wěn)定校驗時間 tr為保護時間 tb和斷路器的開斷時間 tkd之和，即 tr= tb+tkd。 無時限的主保護時間 tb1取 。熱穩(wěn)定校驗時，對于裸導體取 tb為主保護時間 tb1，對于電器取 tb為后備保護時間 tb2。 tkd =tgf+th， tgf查有關手冊求取，一般取 ； th為燃弧時間，一般取 ～ 。 (一 )硬母線及 軟導體的選擇 硬導體包括矩形、槽形和管形等，軟導體指鋼芯鋁絞線。硬母線和軟導線應按長期發(fā)熱允許電流選擇截面和按經(jīng)濟電流密度選擇截面。對于年最大負荷利用小時數(shù)較大，距離較長、傳輸容量也較大的回路（如發(fā)電機引出線回路和變壓器引出線回路），一般按經(jīng)濟電流密度選擇截面，其它較短導體（如匯流母線）一般按長期發(fā)熱允許電流選擇截面。 除按上述原則選擇載流導體截面外，尚應進行熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定及電暈電壓校驗等。 按長期發(fā)熱允許電流選擇截面 （ 1）首先需求出最大長期工作電流 Igmax； （ 2）溫度修正系數(shù)0707 0 2 5alalK ?? ???? ????? （ 3） maxal al gI KI I? ??則滿足長期發(fā)熱要求。這里， 0? 和 ? 分別為額定環(huán)境 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 IV 頁 溫度和實際環(huán)境溫度； alI? 和 alI 分別為導體額定環(huán)境溫度和實際環(huán)境溫度下的允許電流。 按經(jīng)濟電流密度選擇截面 SJ=Igmax/J （ 215） 式中： SJ—— 經(jīng)濟截面（ mm2）； J—— 經(jīng)濟電流密度（ A/mm2），查有關手冊。 按經(jīng)濟電流密度選擇截面還必須按長期發(fā)熱進行校驗。 按電暈電壓校驗 對 110KV 及以上電壓的母線應校驗母線電暈電壓。使導線安裝處的最高工作電壓 Ugmax小于臨界電暈電壓 Ulj。即 Ugmax≤ ULJ 熱穩(wěn)定校驗 利用最小截面法校驗 。滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面。 tdz KtCIS ??m in 只要實際截面 S≥ Smin，則熱穩(wěn)定滿足。 上式中， Kt為集膚系數(shù)，對于鋼芯鋁絞線 Kt=1，矩形截面導體的 Kf可查表，C 為熱穩(wěn)定系數(shù)，其值為 422 10ln ????? ttKC ?? ，對于鋁，常數(shù) K=222 106[W S/（Ω cm4 ） ] ，常數(shù)τ為 245 ℃， t1 為導體短路前的工作溫度， 2 02 m a x001 /)( ???? ygy IIt ??? （℃）； t2為導體的短時最高允許溫度，鋁導體 t2=200℃，計算中， C可近似取值為 90； tdz為等值時間， tdz=tz+tfz， tz=f(tr, β )， tr=tb+tkb，β =I/I∞ ，查有關曲線求得 tz， tfz= 2。 按三相短路進行動穩(wěn)定校驗（對于硬母線） 一般情況下三相短路時導體產(chǎn)生的機械應力最大，故按三相短路電流來校驗硬導體的動穩(wěn)定。 這里只介紹每相單條矩形母線情況。采用三相母線垂直布置，母線豎放，絕緣子跨距 L=，相間距離 a=，這里暫不計共振影響，即β =1。 沖擊電流 icj=(A) 單位長度上的相間電動力 )(110173 27 Niafcjx ???? 最大彎矩 )(10 2 mNLfM x ?? 按彎矩 )(6 32 mbhW ? （三相母線垂直布置，母線豎放） 相間應力 )( / PaWMxj ?? 動穩(wěn)定校驗條件 )(1069 6 Payxj ??? ?? 簡化計算：滿足動穩(wěn)定要求的絕緣子最大允許跨矩 xyfWL ?10m ax ? （ m） 華北水利水電學院畢業(yè)設計 第 V 頁 若實際絕緣子跨距 L≤ Lmax，則動穩(wěn)定滿足。 （二 ）斷路器和隔離開關的選擇 斷路器的型式選擇要根據(jù)電壓等級，安裝地點，該斷路器對系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響等因素決定。斷路器和隔離開關的選擇校驗項目如表 1所示。 表 1 斷路器、隔離開關選 擇校驗項目 設