kV变电站电气设备选择.docx
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kV变电站电气设备选择
摘要2
关键字2
第一章引言2
第二章电气主接线设计3
2.1电气主接线的概念及其重要性3
2.2电气主接线的基本形式3
第三章主变压器的选择5
3.1主变压器的台数和容量选择6
3.2主变压器形式的选择6
3.3连接方式7
3.4选择原则7
3.5主变压器选择的结果8
第四章220kV电气部分短路电流计算8
4.1变压器的各绕组电抗标么值计算10
4.210kV侧短路电流计算11
4.3220kV侧短路电流计算14
4.4110kV侧短路电流计算16
第五章导体和电气设备的选择17
5.1电气设备选择的要求17
5.2220kV侧设备的选择和校验19
5.3110kV侧设备的选择和校验21
5.410kV侧设备的选择和校验23
小结26
参考文献27
附录28
220kV变电站电气设备选择
张洋洋
摘要：
随着我国科学技术的发展，电力系统对变电站的要求也越来越高，本设计讨论的220KV变电站电气设备的选择设计，首先对原始资料进行分析，然后选择合适的主变压器，在此基础上进行主接线设计，短路电流计算等一系列相关工作。
关键字：
变电站短路电流计算设备选择
第一章引言
毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练，它从思维，理论以及动手能力方面给予我们严格的要求，使我们的综合能力有了进一步的提高。
能源是社会生产力的重要组成部分，随着社会生产的不断发展，人类对使用能源质量要求也越来越高。
电力是工业的基础，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。
电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的，不能大量存储的二次能源。
如果要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展的规律。
因此，做好电力规划，加强电网建设，就很尤为重要。
同时，电气设备的选择在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。
它承担着变换电压，接受和分配电能，控制电力流向和调整电压的责任。
220kV电气设备选择设计使其对边边站有了一个整体的了解。
该设计包括以下任务：
1、主接线的设计2、主变压器的选择3、短路电流的计算4、导体和电气设备的选择。
第二章电气主接线设计
2.1电气主接线的概念及其重要性
在发电厂和变电所中，发电机，变压器，断路器，隔离开关，电抗器，电容器等高压电气设备中，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能生产、汇集和分配的电气回路，这个电气主回路被称为电气一次系统，又叫做电气主接线。
用规定的设备图形和文字符号，按照各电气设备实际的连接顺序而绘成的能够全面表示电气主接线的电路图，称为电气主接线图。
发电厂、变电所的电气主接线可有多种形式。
选择何种电气主接线，是发电厂、变电所电气部分设计中的最重要的问题，对各种电气设备的选择、配电装置的布置继电保护和控制方式的拟定等都有决定性影响，并将长期地影响电力系统运行的可靠性、灵活性和经济。
2.2电气主接线的基本形式
1、单母线接线
这种主接线最简单，只有一组母线，所有进、出线回路均连接到这组母线上。
优点：
接线简单清晰，设备少，投资低，操作方便，便于扩建，也便于采用
成套配电装置。
另外，隔离开关仅仅用于检修，不作为操作电器，不易发生操做。
缺点：
可靠性不高，不够灵活。
断路器检修时该回路需停电，母线或母线隔离开关故障或检修时则需全部停电。
适用范围：
单母线接地不能作为惟一电源承担一类负荷，在此前提下可用以下情形：
（1）6~10kV配电装置的出现不超过5回时。
（2）35~60kV配电装置的出线不超过3回时。
（3）110kV~220kV配电装置的出线不超过2回时。
2、单母线分段接线
与一般单母线接地相比，单母线分段接地增加了一台母线分段断路器以及两侧的隔离开关。
当负荷量较大且出线回路很多时，还可以用几台分段断路器将母线分成多段。
优点及适用范围
优点：
单母分段接地能提高供电的可靠性。
当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自动或手动跳开分段断路器，仅有一半线路停电，领一段母线上的各回路仍可正常运行。
重要负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了足够的供电可靠性。
范围：
（1）6~10kV配电装置总出线回路数为6回及以上，每一分段所接容纳不宜超过25MW。
（2）35~60kV配电装置总出线回路数为4~8回时。
（3）110kV~220kV配电装置总出线回路数为3~4回时。
3、双母线带旁路母线接线
双母线带旁路母线的几种接线形式
母线联络断路器，又有专用旁路断路器，2回电源进线也参加旁路接线。
（1）母线断路器兼作旁路断路器的接线形式。
（2）旁路断路器兼作母联断路器的接线形式。
（3）适用范围：
110kV~220kV配电装置的出线送电距离较长，输送功率较大，停电影响较大，且常用的少油断路器年均检修时间长达5~7天，因此较多设置旁路母线。
如果采用检修周期可以长达20年的SF6断路器，亦不必设置旁母。
220kV出线6回，而由于本回路为重要负荷对其影响很大，因而选用双母线带旁路接线方式。
第三章主变压器的选择
发电厂中用来向电力系统或用户输送电能的变压器称为主变压器，其中用于沟通两个升高电压等级并可互相交换功率的变压器称为联络变压器;而只供发电厂本身用电的变压器则称为厂用变压器。
除发电机外，主变压器是发电厂中最为宝贵的大型电气设备。
主变压器台数、容量和形式的选择是否合理，对发电厂的安全经济运行至关重要。
3.1主变压器的台数和容量选择
当采用扩大单元接线时，应采用低压分裂绕组变压器，其容量也与所连接的发电机容量相配套。
（1）、容量为200MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，该变压器的容量可按下列两种条件中的比较大者选择:
①、按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷，且变压器绕组的温升在标准环境温度或冷却温度下不超过55℃。
②、按发电机的最大联系输出容量扣除本机组的常用负荷，且变压器的绕组的温升不超过65℃。
（2）、发电机与主变压器为单位连接时，主变压器的容量可按下列条件的较大者选择：
①、按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的欲度。
②、按发电机的最大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷。
3.2主变压器形式的选择
在容量相同的情况下，一台三相变压器比由三台单相变压器组成的变压器组便宜许多，且占地和运行损耗都小，因此，凡能够采用三相变压器时都应首先选择三相变压器。
当机组为125MW及以下容量的发电厂有两级升高电压时，一般优先考虑采用三绕组变压器。
但当两种升高电压德负荷相差很大，经常流过三绕组变压器某一侧德功率小于该变压器额定容量的15%时，则宜选两台双绕组变压器。
与同容量的普通变压器相比，自耦变压器消耗材料省，体积小。
重量轻，造价低，同时功率损耗也低，输电效率较高，可以扩大变压器的制造容量，便于运输和安装。
在220kV及以上降压变电所中应用很广泛。
3.3连接方式
发电厂中大多数大容量主变压器都采用Y，d接线或者Y，y，d，接线，其低压侧绕组总是接成三角形。
3.4选择原则
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，并适当的考虑远期10~20年的负荷发展。
根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变容量。
对于有种要负荷的变电所，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的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对于一般性变电所，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%~80%。
=80+100+35=215MVA同时率取0.85
容量确定：
=0.7
0.85
215
=164.5MVA
3.5主变压器选择的结果
查阅《发电厂电气部分》，选定变压器的容量为180MVA
由于升变压器有两个电压等级，所以选择三绕组变压器，选定主变压器的型号为：
SFPS7-18000/220。
主要技术参数如下：
额定容量：
18000kVA
额定电压：
高压—220±2×2.5%；中压—121；低压—10.5（kV）
连接组标号：
YN/yn0/d11
空载损耗：
178（kW）
阻抗电压（%）：
高中：
14.0；中低：
7.0；高低：
23.0
空载电流（%）：
0.7
所以一次性选择两台SFPS7-18000/220型变压器为主。
第四章220kV电气部分短路电流计算
一、短路电流计算目的
为了保证电力系统安全运行,在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。
同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸，继电保护装置的奠定和断路器的选择，也需要准确的短路电流数据。
二、短路电流计算的条件
（1）短路类型。
通常按三相短路验算。
当单相短路电流比三相短路电流更大时可按短路单相短路检验。
（2）系统容量和接线。
为使选定设备在系统发展时仍能继续适用，可按5~10年远景规划。
（3）短路点计算。
使被选定设备通过最大短路电流的短路点称为设备的短路计算点。
三、短路电流计算的步骤
（1）画出以标么值电抗的等值电路图（取
=100MVA，
=
）,原始网络中所有的负荷均认为是断开的。
（2）进行等值的网路化简，最终要简化成各个电源与短路点之间都是只经过一个电抗直接相连。
这个直连电抗就称为该电源对短路点的“转移电抗”。
（3）将各个“转移电抗”分别换算成以各自的电源总容量为基准容量的新标么值，即为各电源到短路点的“计算电抗”
。
（4）用各“转移电抗”在“运算曲线”上查出各电源供给的短路电流周期分量任意时刻的标么值。
（5）将各电源供给的短路电流标么值乘以各自的电流基准值，就得到短路点处由各电源供给的短路电流周期分量有名值。
（6）将各电源点供出的短路电流有名值相加，就得到了短路点总的三相短路电流有名值。
系统阻抗：
在最大运行方式下，220kV侧电源近似为无穷大A，归算至本220kV母线侧阻抗为0.015（S?
=100MVA）,110kV侧电源容量为500MVA，归算至本所110kV母线侧阻抗为0.36（S?
=100MVA），变压器型号为SFPS7—180000/220。
=180MVA,高中，高低，中低阻抗电压分别为14%，23%，7%，简化如图所示：
4.1变压器的各绕组电抗标么值计算
%=
=
Us?
%=
=
=-1
Us?
%=
=
=8
设
=
4.210kV侧短路计算
f（3）-1短路时,示意图如下
X
=
X
+X
+
）=
=0.033
=0.018
=-0.241
三角形转变为星形：
f（3）-1短路的等值电路图
再次简化
因为X
=0.042
=036
所以
=0.015+0.042
=0.057
示意图如下所示：
做三角形变换：
示意图如下：
计算电抗：
汽轮发电机计算曲线，0s时标么值为
=0.390
因为A电源为无穷大系统所以提供的短路电流为
所以短路电流有名值为
11.90
冲击电流
4.3220kV侧短路计算
f（3）-2短路时，示意图如下：
短路等值电路为：
XB*=XT*=XBS*=0.039+0.36=0.399
A电源的短路电流为：
IB0=0.512
所以短路电流有名值为：
冲击电流为：
4.4110kV侧短路计算
f（3）-3短路时
XA*=XT*+XAS*=0.039+0.015=0.054
上图简化图如下：
A为无穷大系统所以有
而
查汽轮发电机的计算曲线得
IB0=0.570
所以短路电流有名值为
冲击电流：
短路容量：
短路电流计算列表如下：
短路点
基准电压
短路电流
冲击电流
（kA）
（kA）
（kA）
f-1
10.5
76.154
194.193
f-2
230
17.376
44.309
f-3
115
10.778
27.484
第五章导体和电气设备的选择
5.1电气设备选择的要求
一．选择的一般要求：
（1）、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况的要求，并考虑远景的发展。
（2）、应按当地环境条件校核。
（3）、应力求技术先进和经济合理。
（4）、与整个工程的建设标准应协调一致；
（5）、同类产品应尽量减少品种；
二、按正常工作条件选择电器：
1、额定电压和最高工作电压：
所选电器允许最高工作电压
不得低于所接电网的最高运行电压
2、额定电流：
电器德额定电流
是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。
I
应不小于该回路下最大长期工作电流：
三、按短路条件校验设备的动稳定和热稳定
1.短路动稳定校验
制造厂一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流，动稳定条件为
ish<=imax
Ish<=Imax
2.短路热稳定校验
通常制造厂直接给出的设备热稳定电流I，及允许的时间t，热稳定的条件为
I2tima<=I2tt
四、断路器的选择
断路器德选择内容包括:
选择形式；选择额定电压；选择额定电流；校验开断能力校验动稳定；校验热稳定。
1.选择形式
断路器型式的选择，应在全面了解其使用环境的基础上，结合产品的价格和已行设备的使用情况加以确定。
2.具体技术条件如下：
额定电压校验：
UN≥UNs
额定电流校验：
IN＞Imax
开段电流：
INbr＞I″″
动稳定：
ies＞ish
热稳定：
It2t>Qk
5.2220kV侧设备的选择和校验
流过断路器的最大持续工作
1.额定电压选择：
UN≥UNs=220kV
2.额定电流选择：
IN＞Imax=496.01A
3.开断电流选择：
INbr＞I″=17.376kA
选择SW6—220/1200，其SW6—220/1200技术参数如下表：
型号
额定电压kV
额定
电流A
断流容
量MVA
额定断流
量kA
极限通过
电流kA
热稳定
电流kA
固有分
闸时间S
峰值
4S
SW6-220/1200
220
1200
6000
21
55
21
0.04
4.热稳定校验：
It2t>Qk
It2t=212×4=1764[（kA）2S]
电弧持续时间取0.06S，热稳定时间为：
tk=1.5+0.04+0.06=1.6S
查计算电抗并计算短路电流为
所以，It2t>Qk
满足热稳校验，所选断路器满足要求。
5.动稳定校验：
ies=55kA＞ish=44.309kA满足校验要求
主变侧隔离开关的选择及校验过程如下：
1.额定电压选择：
UN≥UNs=220kV
2.额定电流选择：
IN＞Imax=496.01A
3.极限通过电流选择：
ies＞ish=44.309kA
GW6—220D/1000—80，其技术参数如下表：
型号
额定
电压
kV
额定
电流
A
极限通过电流kA
热稳定
电流
kA
峰值
4S
GW6—220D/1000—80
220
1000
80
23.7
4.热稳定校验：
It2t>Qk
It2t=23.72×4=2246.76[
]所以,It2t>Qk
满足热稳校验。
5.动稳定校验：
ies=80kA＞ish=44.309kA满足校验要求。
所以所选隔离开关满足要求。
5.3110kV侧
断路器的选择与校验
流过断路器的最大持续工作电流
具体选择及校验过程如下：
1.额定电压选择：
UN≥UNs=110kV
2.额定电流选择：
IN＞Imax=992.02A
3.开断电流选择：
INbr＞I″=10.778kA
初选SW4—110/1000技术数据如下表所示：
型号
额定电压kV
额定电流A
断流容量MVA
额定断流量kA
极限通过电流kA
热稳定电流kA
固有分闸时间S
峰值
5S
SW4—110/1000
110
1000
3500
18.4
55
21
0.06
4.定校验：
It2t>Qk
It2t=212×5=2205[（kA）2S]
时间取0.06S，热稳定计算时间：
tk=1.5+0.06+0.06=1.62S
查转移电抗并计算短路电流
=
=186.747
所以，It2t>Qk满足热稳校验。
5.动稳定校验：
ies=55kA＞ish=27.484kA满足校验要求。
所以所选断路器满足要求。
隔离开关的选择及校验过程如下
1.额定电压选择：
UN≥UNs=110kV
2．额定电流选择：
IN＞Imax=992.02A
3．极限通过电流选择：
ies＞ish=27.484kA
选择GW4—110D/1000—80其技术数据如下表：
型号
额定电压kV
额定电流A
极限通过电流kA
热稳定电流kA
峰值
4S
GW4—110D/1000—80
110
1000
80
21.5
4.热稳定校验：
It2t>Qk
It2t=21.52×5=2311.25[（kA）2s]
所以，It2t>Qk满足热稳校验
5.动稳定校验：
ies=55kA＞ish=27.484kA满足校验要求
110kV母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变中110KV侧应满足相同的要求，故选用相同设备。
即选用SW4-110/1000型少油断路器和GW4-110D/1000—80型隔离开关。
5.410kV侧
流过断路器的最大工作电流：
具体选择及校验过程如下：
1.额定电压选择：
UN≥UNs=10kV
2.额定电流选择：
IN＞Imax=1414.4A
3.开断电流选择：
INbr＞I″=20kA
选择SN4—10G/5000，其技术参数如下表所示：
型号
额定电压kV
额定
电流A
断流容
量MVA
额定断流
量kA
极限通过
电流kA
热稳定
电流kA
固有分
闸时间
峰值
4S
SW4-10G/5000
10
5000
1800
105
300
120
0.15
4.热稳定校验
It2t=1202×5=72000[（kA）2S]
设后备保护时间为1.5S，灭弧时间为0.06S
查短路电流计算曲线并换算成短路电流有名值：
I″=20kA
It2t>Qk满足要求。
5.校验：
ies=300kA＞ish=51kA满足校验要求,所选断路器满足要求.
隔离开关的选择及校验过程如下：
1.额定电压选择：
UN≥UNs=10kV
2.额定电流选择：
IN＞Imax=1414.4A
3.极限通过电流选择：
ies＞ish=51kA
选择GN10—10T/5000—200，其技术参数如下
型号
额定电压kV
额定电流A
极限通过电流kA
热稳定电流kA
峰值
5S
GN10-110T/5000-200
10
5000
200
100
4.热稳定校验：
It2t>Qk
It2t=1002×5=50000[（kA）2s]
所以，It2t>Qk=9123.9[（kA）2s]，满足热稳校验。
5.动稳定校验：
ies=200kA＞ish=51kA满足校验要求。
10kV母联断路器及隔离开关最大工作条件与变低10kV侧条件一致，故选用相同设备。
即选用SN4-10G/5000型少油断路器和GN-10T/5000-200型隔离开关。
小结
经过三个多月的时间，我顺利的完成了这次毕业设计。
从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，也基本上达到了老师的要求。
这段时间我翻阅了许多的书籍，从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究，第一次完成了一件实际应用的设计。
不过由于本人经历、阅历、实际操作能力有限。
难免存在一些不近如人意的地方，请各位老师指点。
通过本次设计，不仅丰富了我的专业知识，还让我深深体会到了认识事物的过程。
从拿到题目，再查阅资料，对题目进行设计、论证、修改到设计的完成。
体现了理论联系实际的重要性。
更重要的是这次设计让我学会了让自己独立完成一件事情，为将来参加工作做好基础。
当然这次设计从开始到结束都离不开郑老师的帮助，在此表示谢意。
参考文献
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重庆大学出版社2008年
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重庆大学出版社2004年
[3]王士政，冯金光，发电厂电气部分[M]北京：
中国水利水电出版社2002年
[4]关金峰，李加护，发电厂动力部分[M]北京：
中国电力出版社2007年
[5]娄志清，王永强，刘洋，电力电子技术[M]北京：
中国电力出版社2009年
[6]丁书文，变电站综合自动化现场技术[M]北京：
中国电力出版社2008年
附录:
220kV侧
序号
设备
型号
1
断路器
SW6—220/1200
2
隔离开关
GW4—220D/1000—80
110kV侧
3
断路器
SW4—110/1000
4
隔离开关
GW4—110D/10000—80
10kV侧
5
断路器
SN10—10G/5000
6
隔离开关
GN10—10T/5000
变压器
7
主变压器
SFPS7—180000/220
8
所用变压器
S9—250/10
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