220KV发电厂电气部分设计.docx

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220KV发电厂电气部分设计

220KV发电厂电气部分设计

　　第一节　　原始资料................................................................................................................1第二节　　对原始资料的分析................................................................................................3第一章　　电气主接线的设计......................................................................................4第二章　　主变压器的选择............................................................................................8第三章　　短路电流计算....................................................................................................10第四章　　导体和电气设备的选择....................................................................................16

　　第一节　　断路器和隔离开关的选择..................................................................................17第二节　　电流互感器的选择..............................................................................................24第三节　　电压感器的选择..........................................................................................................31第四节　　避雷器的选择..............................................................................................................34第五节　　导体的选择与校验......................................................................................................38第六节　　绝缘子选择及穿墙套管的选择..................................................................................42第六章配电装置.......................................................................................................................43

　　屋内配电装置的特点：

.........................................................................................................43屋外配电装置的特点：

.........................................................................................................43第七章继电保护的配备.............................................................................................................44

　　变压器继电保护配置..................................................................................................44220KV线路保护...........................................................................................................44　　10KV母线保护...........................................................................................................45　　110KV线路保护.........................................................................................................45　　10KV出线保护...........................................................................................................45

　　优点：

供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于设计。

　　缺点：

增加了一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，增加了投资，操作复杂，占地面积增加。

　　220KV侧

　　根据《发电厂电气部分课程设计参考资料》规定，在110KV~220KV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线。

所以待设计发电厂的220KV母线接线可以考虑以下几个方案，并进行经济和技术比较。

1）双母线设计双母线接线方式如图3

　　优点：

供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。

　　缺点：

于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。

　　2）双母线带旁路

　　双母线带旁路接线方式如图4

　　优点：

增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。

缺点：

多装了一台断路器，增加了投资和占地面积，断路器整定复杂，容易造成误操作。

以上两种方按所需的110KV和220KV断路器和隔离开关数如下表所示：

　　110KV单母线分段714双母线720双母线514220KV双母带旁路819接线方式断路器数隔离开关数于110KV主要向两家工厂供电，综合考虑供电可靠性与经济性，又方便扩建，我们选择单母线分段的接线方式。

　　而220KV系统比较重要，我们综合考虑其供电可靠性与经济性，又方便调度运行等，同时又考虑到现时断路器的运行性能已相当稳定可靠，为节约用地，操作方便，我们确定使用双母线接线方式。

　　第二章　　主变压器的选择

　　主变压器的选择原则

　　1、主变容量一般按变电所建成后5—10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10—20年的负

　　荷发展。

　　2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。

对于有重要负荷的变电所，应考虑

　　一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的Ⅰ级和Ⅱ级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的70%~80%。

3、为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性。

　　1）主变容量的确定容量确定公式：

　　所以:

　　查《发电厂电气部分课程设计资料》，选定变压器的容量为180MW.

　　于升压变压器有两个电压等级，所以这里选择三绕组变压器，查《大型变压器技术数据》选定主变型号为：

SSPSL-18000/220主要技术参数如下：

　　额定容量：

18000/18000/18000

　　额定电压：

高压—242±2×%；中压—121；低压—连接组标号：

YO/YO/Δ12-11空载损耗：

239（KW）

　　短路损耗：

高中：

592；中低：

810；高低：

986阻抗电压：

高中：

；中低：

；高低：

空载电流：

参考价格：

万元

　　所以一次性选择两台SSPSL-18000/220型变压器为主变。

　　2）厂用电变压器的选择

　　根据设计材料，我们可以确定厂用电负荷S’n

　　所以，我们分别从10KVⅠ母现和10KVⅡ段母线取电共3组，其中10KV厂用。

变型号选定：

SJL1—6300/10额定容量：

6300

　　额定电压：

10±5%；低压—连接组标号：

Y/Δ-11

　　损耗：

空载—总损耗—阻抗电压：

空载电流：

参考价格：

万元　　

　　第三章　　短路电流计算

　　短路电流计算的目的

　　在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

其计算的目的的主要有以下几个方面：

　　1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措

　　施，均需进行必要的短路电流计算。

　　2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。

同时又力求

　　节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。

　　3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。

4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。

5）接地装置的设计，也需用短路电流。

　　短路电流计算条件

　　1、基本假定：

　　1）正常工作时，三项系统对称运行2）所有电流的电功势相位角相同

　　3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间

　　5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流

　　7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围8）输电线路的电容略去不计2、一般规定

　　1）验算导体的电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计

　　算，并考虑电力系统远景的发展计划。

　　2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，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影响。

　　3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

　　主变电路

　　系统的电路图如图5所示，等效电路如图6所示

　　发电机和变压器的参数

　　220KV系统的短路计算电抗：

　　有手册查得：

　　50MW汽轮发电机的Xd”=%,100MW的汽轮发电机的Xd”=%所以

　　于三侧容量相等，所以主变各绕组阻抗计算如下：

　　变压器各绕组阻抗标幺值：

　　系统等效电路图,如下：

　　短路计算：

　　1、当短路发生在d点时，简化电路如图7所示，短路标幺值如下：

　　所以：

有名值：

　　冲击电流：

全电流最大有效值：

　　短路容量：

2、d2点短路

　　当短路点为d2时，最后简化的等效电路图所示：

　　短路电流的标幺值：

有名值：

　　冲击电流：

全电流最大有效值：

　　短路容量：

3、d3点短路

　　当短路点为d3时，最后简化的等效电路图所示：

　　短路电流的标幺值：

有名值：

　　冲击电流：

全电流最大有效值：

　　短路容量：

　　短路计算结果列表于下：

　　短路暂态电流Id

　　短路点基准电压V2冲击电流id全电流最大有效值短路容量Sd（KV）24211510．5（KA）　　（KA）156Ioh（KA）　　（MW）　　d1d2d3　　

　　第四章　　导体和电气设备的选择

　　正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。

在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

　　尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。

电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

　　本设计，电气设备的选择包括：

短路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。

　　电气设备选择的一般原则：

　　1、应满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要2、应按当地环境条件校验3、应力求技术先进与经济合理4、选择导体时应尽量减少品种

　　5、扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致

　　6、选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格　　技术条件

　　选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。

同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。

各种高压设备的一般技术条件如下表：

　　序电器名称额定电压断路器隔离开关组合电器负荷开关熔断器PTCT电抗器消弧线圈避雷器封闭电器穿墙套管绝缘子额定额定机械额定开热稳定动稳定绝缘水平　　号电流容量荷载断电流KV√√√√√√√√√√√√A√√√√√√√√√√√√KVA　　N√√√√√√√√√√√√A√　　12345678910111213

　　√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√　　√√√√√　　√√√√√√第一节　　断路器和隔离开关的选择

　　断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。

根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV~220KV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6断路器。

　　断路器选择的具体技术条件如下：

1）额定电压校验：

　　2）

　　3）开断电流：

　　其中：

Idt——断路器开断时间t秒时的断路电流周期分量　　Ikd——断路器的额定开断电流　　Sdt——断路器t秒开断时的容量　　Skt——断路器的额定开断容量

　　注：

断路器的实际开短时间t，为继电保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。

4）动稳定

　　其中，ich——三项短路电流冲击值.　　Imax——断路器极限通过电流峰值5）热稳定

　　其中：

I∞——稳态三项短路电流　　tdz——短路电流发热等值时间　　It——断路器t秒热稳定电流

　　同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。

　　220kv侧断路器和隔离开关的选择

　　1、主变220kv侧

　　1）流过断路器的最大持续工作电流

　　2）

　　查《发电厂电气部分》，选用SW6-220/1200型少油断路器。

其固有分闸时间为，设继电保护时间为2S，则tdz=>1S，具体参数如下：

　　极限通过电流为：

　　而隔离开关按额定电压和额定电流选择GW4-220D/1000-80型其中，Un=220KV，In=1000A极限通过电流峰值：

热稳定电流：

It=3）热稳定校验

　　下表列出断路器及隔离开关选择计算结果及相关技术参数进行比较

　　SW6-220/1200220　　UnInIkdImaxIesGW4-220D/1000-80UnInIkdImaxIesUg（KV）（A）I”（A）Ich（A）220120021555522010008080表可知，所选断路器和隔离开关各项均满足要求。

　　2、220KV母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变高220KV侧应满足相同的要求，故选用

　　相同设备。

即选用SW6-220/120型少油断路器和GW4-220D/1000-80型隔离开关。

3、220KV出线

　　出线回路设备应按最大负荷进行考虑选择，而在本设计用220KV出线的最大负荷为：

P250+50+100-24-32=144MW

　　所以流过断路器的工作电流最大时为系统全部出力通过一回220KV送入系统时：

　　查《发电厂电气部分》选用SW6-220/1200型断路器，其固有分闸时间为,设备保护时间为3S，则tdz=3+=>1s，隔离开关选择GW4-220D/600-50型。

　　SW6-220/1200Ug（KV）（A）I”（A）Ich（A）IshGW4-220D/1000-80UnInIkdImaxIes220　　UnInIkdImaxIes22012002155552206005050　　从表中可知，SW6-220/1200与GW4-220D/600-50均满足要求。

　　110KV侧断路器和隔离开关的选择主变110kv侧

　　1、流过断路器的最大持续工作电流

　　2、

　　查《发电厂电气部分》选择OFPT（B）—110/1600型SF6断路器，其固有分闸时间为tkd=

　　3S，设继保时间为tkd=3S，则=3+=，具体参数如下：

　　=40KA

　　Un=110KV，In=1600A，额定开断容量为　　极限热稳定通过电流：

Imax=100KA

　　隔离开关按额定电压和额定电流校验，选择：

GW4-110D/1600型，其参数为：

　　Un=110KV，In=1600A，动稳定电流40KA，极限通过电流imax=100KA

　　3、热稳定校验

　　下表列出断路器和隔离开关选择计算结果及相关技术参数，并与计算数据进行比较。

OFPT（B）—110/1600Ug（KV）（A）I”（A）Ich（A）IshGW4-110D/1600UnInIkdImaxIes110　　UnInIkdImaxIes1101600401001001101600401001006448选择结果比较表中，我们可以清晰地看到，断路器和隔离开关都能满足要求。

　　110kv母联

　　于当一台主变停运时，母联才会有大电流流过，所以其最大运行条件与变中110kv侧有着同样的

　　要求，故可以选用相同型号的断路器和隔离开关。

即：

OFPT（B）—110/1600　　型断路器和GW6-110D/1600型隔离开关。

110kv出线

　　1、流过出线断路器的最大电流应按其最大负荷进行考虑和选择，最大负荷为：

p=58/4=。

　　所以断路器的最大工作电流：

　　查相关《电力系统规划设计手册》选用OFPT（B）—110/1250型SF6断路器，其固有分闸时间为

　　后备保护时间为t=，则

　　隔离开关按额定电流和额定电压选用GW4-110D/1250　　

　　相关参数比较，如下表

　　OFPT（B）—110/1250110　　UnInIkdImaxIesGW4-110D/1250UnInIkdImaxIesUg（KV）（A）I”（A）Ich（A）Ish110125035808011012503580804900从表中，可对比得知OFPT（B）—110/1250和GW4-110D/1250都能满足动热稳定性要求。

　　10KV侧的断路器及隔离开关的选择

　　主变低侧

　　流过断路器的最大工作电流：

　　查相关设备手册，选择SN4—10G/11000少油断路器，其固有分闸时间为护时间为t=，则相关结果如下表：

　　后备保

　　隔离开关选择GW410—10T/11000。

　　SN4—10G/1100010　　156UnInIkdImaxIesGW410—10T/11000UnInIkdImaxIesUg（KV）（A）I”（A）Ich（A）Ish101100010530030044100101100010520020044100从表中可知，SN4—10G/11000与GW410—10T/11000均满足要求。

　　10KV母联的断路器及隔离开关的选择

　　于10KV母联只有在一台主变停运时才有大电流通过，所与选择与主变低侧相同，故选用SN4—10G/11000型断路器与GW410-10T/11000型隔离开关。

#1发电机端10KV断路器

　　#1、#2机端断路器的最大电流按发电机容量来选择

　　查相关设备手册，选择SN4-10G/5000少油断路器，其固有分闸时间为间为t=，则

　　后备保护时

　　隔离开关按额定电压和额定电流选用GN10—10T/5000，具体参数比较如下.

　　SN4-10G/500010156UnInIkdIesGN10-10T/5000UnInIkdIesUg（KV）（A）I”（A）Ish1050001053004410010500010520044100表中可知，SN4-10G/5000与GN10-10T/5000均满足要求。

#3发电机端10KV断路器

　　#3机端断路器的最大电流按发电机容量来选择

　　故选择与主变低侧相同的断路器与隔离开关。

10KV出线

　　出线回路设备的选择应按最大负荷所在回路进行考虑选择。

这里，最大负荷48MW，所以，流过断路器的最大持续工作电流

　　查相关手册，选用SN4-10G/5000少油断路器，其固有分闸时间为t=，则

　　000。

具体参数比较如下：

　　后备保护时间为

　　隔离开关按额定电压和额定电流选用GN4-10/5

　　GN4-10G/500010156UnInIkdIesGN4-10/5000UnInIkdIesUg（KV）（A）I”（A）Ish1050001053004410010500010520044100上表比较可知，断路器与隔离开关都满足要求。

　　第二节　　电流互感器的选择

　　电流互感器的选择和配置应按下列条件：

　　1、型式：

电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。

对于6~20KV屋内配电装置，可

　　采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。

对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。

有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。

2、一次回路电压：

3、一次回路电流：

　　4、准确等级：

要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等

　　级要求高的表计来选择。

5、二次负荷：

　　式中，6、动稳定：

　　式中。

　　是电流互感器动稳定倍数，塔等于电流互感器极限，过电流峰值与一次绕组

　　额定电流峰值之比，即　　

　　7、热稳定：

　　为电流互感器的1s热稳定倍数。

　　220KV侧电流互感器