【正文】 【畢業(yè)設(shè)計(jì)】新建 220kV 樞紐變電站工程電氣設(shè)計(jì) 目 錄 前言 原始材料 第 一 章 電氣主接線的設(shè)計(jì)及主變選擇 第一節(jié) 電氣主接線設(shè)計(jì) 3 第二節(jié) 所用電的設(shè)計(jì) 10 第 二 章 短路電流計(jì)算 第一節(jié) 概述 12 第二節(jié) 短路計(jì)算說明 15 第 三 章 導(dǎo)體和電器的選擇計(jì) 第一節(jié) 總則 24 第二節(jié) 母線的選擇設(shè)計(jì) 26 第三節(jié) 斷路器選擇設(shè)計(jì) 31 第四節(jié) 隔離開關(guān)選擇設(shè)計(jì) 33 第五節(jié) 互 感器的選擇設(shè)計(jì) 35 第六節(jié) 引下線的選擇設(shè)計(jì) 38 第七節(jié) 支持絕緣子及穿墻套管選擇設(shè)計(jì) 38 第 四 章 防雷保護(hù) 第一節(jié) 直擊雷防護(hù) 40 第二節(jié) 雷電過電壓的防護(hù) 42 第 五 章 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝備配置 第一節(jié) 概 述 46 第二節(jié) 繼電保護(hù)的一般規(guī)定 47 第三節(jié) 電力變壓器保護(hù) 48 自動(dòng)重合閘配置 50 附錄 Ⅰ 53 參考文獻(xiàn) 前 言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是四川某學(xué)院電氣工程系供用技術(shù)專業(yè)一門專業(yè)課程為了提高畢業(yè)生專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了 220KV 樞紐變電站的設(shè)計(jì)過程 第一章電氣主接線的設(shè)計(jì)及主變的選擇對(duì)主接線的設(shè)計(jì)提出了多種方案并進(jìn)行了論述分析比較了各種主接線形式的優(yōu)缺陷選擇最佳主案第二章短路電流的計(jì)算第三章導(dǎo)體及電器的選擇本章詳細(xì)介紹了變電站中的設(shè)備選取對(duì)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行了校驗(yàn)論證第四章防雷保護(hù)對(duì)變電站的直擊雷防護(hù)雷電過電壓防護(hù)進(jìn)行了比較全面的介紹第五章繼電保護(hù)及自動(dòng)裝備的配置結(jié)合相關(guān)規(guī)范對(duì)變電站的設(shè)備保護(hù)做了系統(tǒng)的分析論述本設(shè)計(jì)中的文字符號(hào)和圖形符號(hào)采用了新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中參考了大量的參考資料如《發(fā)電廠變電所電氣部分》《電力系統(tǒng)繼 電保護(hù)》 增訂版 《供配電系統(tǒng)》《 220～ 500KV 變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》《中國(guó)電力百科全書》《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》等 本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中大力得到了四川某學(xué)院電氣工程系的大力支持他們對(duì)本設(shè)計(jì)提出了寶貴的意見在此對(duì)他們一并致謝 由于設(shè)計(jì)水平有限書中謬誤之處在所難免懇請(qǐng)批評(píng)指正 20205 原始材料 1．變電站的建設(shè)規(guī)模 1 類型 220kV 樞紐變電站 2 最終容量根據(jù)工農(nóng)業(yè)負(fù)荷的增長(zhǎng)需要安裝兩臺(tái) 22020010KV120MVA 的主變壓器容量比為 10010050 一次設(shè)計(jì)兩期建成 2．電力系統(tǒng)與本所連接情況 1 新建的 220KV 變電站連接著 220KV和 110KV 兩個(gè)電力系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著一個(gè)地區(qū)的供電是一座樞紐變電站 2 變電站與 220KV 電力系統(tǒng)連線有兩回與 110KV 電力系統(tǒng)連線有三回 3電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量為 464萬千瓦本變電站在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下系統(tǒng)的正序負(fù)序零序阻抗見下圖此阻抗值為 Sj 100MVA時(shí)的數(shù)值括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為零序阻抗 4 變電站在地理學(xué)中所處的地理位置供電范圍示意圖如下圖 3．電力負(fù)荷水平 1220KV 進(jìn)出線回路數(shù)最終 5 回本期 2 回其中線路一二的最大輸送容量為250MVA其余 3回線路每回的最大輸送容量為 180MVA最大負(fù)荷利用 小時(shí)數(shù) T 5000h為一級(jí)負(fù)荷 2110KV 進(jìn)出線回路數(shù)最終 8 回本期 5 回其中一二三的最大輸送容量為40MVAT 5000h 為一級(jí)負(fù)荷其余線路每回的輸送容量均按 30MVA 設(shè)計(jì) T 3000h 以上 310KV 出線最終 4 回本期一次建成每回線的最大輸送容量為 2MVA10KV 無電源設(shè)計(jì) 10KV 配電裝置時(shí)予留兩個(gè)擴(kuò)建空間作為備用 4 本變電站的自用電負(fù)荷可按下式近視計(jì)算 計(jì)算負(fù)荷 照明負(fù)荷其余負(fù)荷 085 4．環(huán)境條件 1 當(dāng)?shù)啬曜罡邷囟?4170C 年最低溫度為 2060C 最熱月平均最高溫度 3250C 2 當(dāng)?shù)睾０胃叨?3968mP 973327Pa 3 當(dāng)?shù)乩纂娙諗?shù) 154 日年 第 一 章 電氣主接線的設(shè)計(jì)及主變選擇 第一節(jié) 電氣主接線設(shè)計(jì) 一概述 電氣主接線又稱一次接線它是電廠變電所電力系統(tǒng)傳遞電能的通路主接線是發(fā)電廠變電站電氣部分的主體其中包括發(fā)電機(jī)變壓器母線斷路器隔離開關(guān)電抗器等主要設(shè)備變電所的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位變電所的規(guī)劃容量負(fù)荷性質(zhì)線路變壓器連接元件總數(shù)設(shè)備特點(diǎn)等條件確定并應(yīng)綜合考慮供電可靠運(yùn)行靈活操作檢修方便投資節(jié)約和便于過渡或擴(kuò)建等要求 220kV變電所中的 110kV配電裝置當(dāng)出線回路數(shù)在 6回 以下時(shí)宜采用單母線或分段單母線接線 6回及以上時(shí)宜采用雙母線接線 220kV終端變電所的配電裝置當(dāng)能滿足運(yùn)行要求時(shí)宜采用斷路器較少的或不用斷路器的接線如線路變壓器組或橋形接線等當(dāng)能滿足電力系統(tǒng)繼電保護(hù)要求時(shí)也可采用線路分支接線 220kV配電裝置出線在 4 回及以上時(shí)宜采用雙母線或其他接線采用雙母線或單母線的110～ 220kV 配電裝置當(dāng)斷路器為少油 或壓縮空氣 型時(shí)除斷路器有條件停電檢修外應(yīng)設(shè)置旁路母線當(dāng) 110kV出線回路數(shù)為 6回及以上 220kV出線為 4回及以上時(shí)可裝設(shè)專用旁路斷路器 110～ 220kV 母線避雷器和電 壓互感器宜合用一組隔離開關(guān)安裝在出線上的耦合電容器電壓互感器以及接在變壓器引出線或中性點(diǎn)上的避雷器不應(yīng)裝設(shè)隔離開關(guān)在一個(gè)半斷路器接線中前兩串的線路和變壓器出口處應(yīng)裝設(shè)隔離開關(guān)各級(jí)電壓配電裝置初期回路數(shù)較少時(shí)應(yīng)采用斷路器數(shù)量較少的簡(jiǎn)化接線但在布置上應(yīng)考慮過渡到最終接線方便 二 220KV 側(cè)主接線方案 本變電站高壓側(cè) 220KV出線回路數(shù) 5回本期建成兩回其中線路 一 二 的最大輸送容量為 250MVA其余 3回線路每回的最大輸送容量為 180MVA最大符合利用小時(shí)數(shù) T 5000h為一級(jí)負(fù)荷根據(jù)以上原始資料擬定了兩個(gè)主接 線方案具體分析如下 方案一 如圖是單斷路器不分段雙母線接線其中Ⅰ母線處于工作狀態(tài)Ⅱ組母線處于備用狀態(tài)Ⅰ組與Ⅱ組母線之間由母聯(lián)斷路器 QF 進(jìn)行聯(lián)絡(luò)正常運(yùn)行時(shí)母聯(lián)斷路器QF是斷開的每一回進(jìn)出線接到 I短母線上的隔離開關(guān)是閉合的接到 II短母線上的隔離開關(guān)是斷開的雙母線接線最主要的優(yōu)點(diǎn)是靈活性高它具有以下五個(gè)功能 檢修任意一組母線可不中斷供電 檢修任意回路的斷路器只中斷該回路供電 工作母線發(fā)生故障可通過倒閘操作將所有回路轉(zhuǎn)移到備用母線上使裝置迅速恢復(fù)供電 檢修任一回路隔離開關(guān)可用母線聯(lián)絡(luò)斷路器代替它的工作不至于使該回路供電長(zhǎng)時(shí)間中斷 在個(gè)別回路發(fā)生故障斷路器因故不能跳閘時(shí)可用母線聯(lián)絡(luò)斷路器 QF 代替切斷該回路 上圖這種雙母線不分段接線的主要優(yōu)點(diǎn)是靈活性高便于擴(kuò)建但此種接線的主要缺點(diǎn)有 增加了一組母線就需要使每回路增加一組母線隔離開關(guān) 當(dāng)母線故障檢修時(shí)隔離開關(guān)作為倒換操作電器容易誤操作為了 免隔離開關(guān)誤操作需要在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)聯(lián)鎖裝置 根據(jù)以上分析及相關(guān)規(guī)范本方案滿足該變電站 220KV 側(cè)主接線的要求 方案二 方案二是在方案一的基礎(chǔ)上增設(shè)了一條旁路母線其目的是為了在出線斷路器檢修時(shí)不中斷該回路的供電提高了供電可靠性但 是比起方案一來說增加了一條旁路母線旁路短路器隔離開關(guān)等設(shè)備擴(kuò)大了占地面積投資增加 綜合考慮本次設(shè)計(jì) 220KV 高壓側(cè)接線方式采用方案一即雙母線接線 三 110KV 側(cè)主接線方案 方案一 如圖本方案為雙母線接線其優(yōu)缺在高壓側(cè)主接線方案中以作分析這種主接線運(yùn)用到中壓側(cè) 110KV 主接線當(dāng)中設(shè)計(jì)運(yùn)行方式為雙母線同時(shí)工作方式這樣可以大大提高雙母線的供電可靠性所謂雙母線同時(shí)工作是指兩段母線同時(shí)帶電母線聯(lián)絡(luò)斷路器 QF 閉合的運(yùn)行合理分配負(fù)荷這種方式減少了單組母線上的匯流量如果一段母線故障只造成部分的線路短時(shí)間停電雙母線同時(shí)工作這 種運(yùn)行方式適用于一二三級(jí)負(fù)荷目前在我國(guó) 35220KV 的配電裝置中采用較多這種工作方式的缺點(diǎn)是平時(shí)沒有備用母線 方案二 方案二為帶雙母線帶旁路母線接線與方案一雙母線接線相比較供電可靠性提高了從經(jīng)濟(jì)上分析比較由于 110KV 側(cè)出線回路多方案二投資比方案一大設(shè)計(jì)中斷路器選用六氟化硫斷路器檢修周期長(zhǎng)綜合分析本設(shè)計(jì)選擇方案一作為站內(nèi)中壓側(cè) 110KV 主接線方案 四 10KV 主接線設(shè)計(jì)方案 如圖本方案采用的是單母線分段接線其優(yōu)點(diǎn)如下 ①用斷路器把母線分段后對(duì)重要的負(fù)荷可以從不同段引出兩個(gè)回路由 兩個(gè)電源供電 ②當(dāng)一段母線發(fā) 生故障分段斷路器自動(dòng)將故障段自動(dòng)切除保證正常母 線不間斷供電和不至使重要負(fù)荷停電 缺點(diǎn) ①當(dāng)一段母線或者母線隔離開關(guān)故障或檢修時(shí)該段母線的回路都要在檢 修期間停電 ②當(dāng)出線為雙回時(shí)常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越 ③擴(kuò)建時(shí)需要向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建 ④母線用斷路器 QF 分為 III 段電源和引出線大體上平均分配在兩段母線上母線分段的目的是減少母線故障時(shí)停電范圍例如在 II 段母線上短路時(shí)接在 II短母線上有電源的斷路器包括分段斷路器 QF 在繼電保護(hù)裝置的作用下均自動(dòng)斷開因而 I 段母線可以繼續(xù)供電提高了可靠性另外在檢修母線時(shí)也可以分段檢 修提高了靈活性 本變電站的同步調(diào)相機(jī)接在 10KV 母線上 這樣接線的方式使主變 10KV 側(cè)出線上接線簡(jiǎn)單化了這樣有提高供電可靠性的優(yōu)點(diǎn)設(shè)備故障與接線的靈活性和復(fù)雜成度對(duì)供電的可靠性因素影響很大本設(shè)計(jì)中采取的接線方式能使主變 10KV 側(cè)出線上串聯(lián)的電抗器減少兩個(gè)對(duì)可靠性有所提高因?yàn)槟妇€上的負(fù)荷跟為集中所以同步調(diào)相機(jī)接在母線上無功補(bǔ)償也能取得比較明顯的效果但是這樣的接線的缺陷是使主變 10KV 側(cè)出線的線徑同 10KV 母線截面有所增大 同步調(diào)相機(jī)也可以并接在主變 10KV 側(cè)出線上這種接線方式可以減少主變10KV側(cè)出線的線徑但 是使接線復(fù)雜化了但串接在主變 10KV側(cè)出線上的設(shè)備增加兩個(gè)電抗器降低了 10KV 側(cè)供電的可靠性 經(jīng)過以上分析討論選擇將同步調(diào)相機(jī)接在 10KV 側(cè)母線上的方案為該變電站內(nèi)低壓側(cè) 10KV 主接線選擇本方案 本變電站的主接線設(shè)計(jì)方案 見圖 LC62 五主變壓器的選擇 1．臺(tái)數(shù) 2 臺(tái) 2 容量 120MVA 3 型號(hào) SFPSZ7120200 三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三繞組有載調(diào)壓變壓器 4 容量比 10010050 5 變比 22020111 空載損耗 KW 負(fù)載損耗 KW 空載電流 U12 U13 U23 118 425 08 140 230 70 六調(diào)相機(jī)的選擇 1．型號(hào) TT158 UN 11KVXd 16IN 788A 第二節(jié) 所用電的設(shè)計(jì) 一站用電接線的選擇 如圖為站用電接線方案站用電電源取自 10KV I 段母線和 10KV II 段母線保證了兩個(gè)獨(dú)立電源供電低壓側(cè)采用單母線分段的接線形式部分重要負(fù)荷可在低壓側(cè) I 段母線 II 段母線各取一回保證供電的可靠性 二站用電負(fù)荷計(jì)算及變壓器選擇 1 站用電負(fù)荷計(jì)算 P1 2152KVA P2 41KVA Sis 085P1P2 085215241 223 9KVA P1′ 2152 P2′ 44KVA Sis′ 085 P1′ P2′ 085215244 2135KVA 2．站用變壓器選擇 S＞ Sis 抬數(shù) 2 臺(tái) 容量 315KVA 型號(hào) SJL1315 三相油浸自冷鋁芯變壓器 變比 KV 組別 空載損耗 KW 短路損耗 KW 阻抗電壓 空載電流 1004 ▽ Y012 08 5 4 24 第二章 短路電流計(jì)算 第一節(jié) 概述 短路是電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重的故障他能破壞對(duì)用戶的正常供電和電氣設(shè)備正常工作因此變電所電氣部分的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都必須靠到可 能發(fā)生的各種故障情況本設(shè)計(jì)以三相對(duì)稱短路情況作為分析計(jì)算 一短路的危害 電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)電壓嚴(yán)重下降可能破壞各電廠并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性使整個(gè)系統(tǒng)被解列成為幾個(gè)異步運(yùn)行的部分這時(shí)某些發(fā)電廠可能過負(fù)荷因而使頻率下降供電頻率下降導(dǎo)致包括鍋爐給水的水泵電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的所有異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降鍋爐打不進(jìn)水發(fā)電廠出力也進(jìn)一步下降直至無法運(yùn)行為了保證發(fā)電廠的運(yùn)行不得不切除一部分負(fù)荷短路時(shí)電壓下降的越大持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)破壞整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可能性越大 為了保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行減輕短路的影響必須努力設(shè)法消除可能引起短路的隱患還必須快 速切除故障部分使系統(tǒng)電壓在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常值為此可采用快速動(dòng)作的繼電保護(hù)和斷電器在發(fā)電廠應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)電壓調(diào)整器還可以采用限制短路電流的措施如裝設(shè)電抗器 二短路計(jì)算的基本假設(shè) 計(jì)算短路電流的目的是為了在電器裝置的設(shè)計(jì)中用來選擇電氣設(shè)備選擇限