220kV降压变电所电气部分设计.doc
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220kV降压变电所电气部分设计.doc
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摘要
本设计是对220kV降压变电所电气部分初步设计。
包括对电气主接线的确定,主要电气设备的选择,包括断路器,隔离开关,电流互感器,电压互感器,母线,站用变压器等。
全设计详细的说明了各种设备选择的最基本的要求和原则依据。
变压器的选择包括:
主变压器的台数、容量、型号等主要技术数据的确定;电气主接线主要介绍了电气主接线的重要性、设计依据、基本要求、各种接线形式的优缺点以及主接线的比较选择,并制定了适合要求的主接线;短路电流计算是最重要的环节,本设计详细的介绍了短路电流的计算;高压电气设备的选择包括母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器的选择原则和要求,并对这些设备进行校验和产品相关介绍。
关键词:
220KV变电站电气主系统设计
Abstract
ThetopicthatIdesignisthatatopicdesignedthistimeisthat"electricapartoftransformersubstationisdesigned",itsmaintaskisapreliminarydesignofaparttothetransformersubstationofHeDong.Includingtotheelectricsurenessthatmainlywire,thechoiceofthemainelectricequipment,includingcircuitbreaker,isolatetheswitch,themutualinductorofelectriccurrent,voltagemutualinductor,busbar,standwiththevoltagetransformerandwait.
Wholethesisbesidessummarygraduatetodesignthebookoutside,returnedtheexpatiationeverykindofmostbasicrequestthatequipmentschoosewithprincipleaccordingto.Thechoiceofthetransformerincludes:
Maintransformerusethemaintechniqueinnumber,capacity,modelnumber...etc.insetdataofthetransformertoreallysettle;Theelectricitylordconnectedthelinetointroduceprimarilytheelectricitylordconnectsthelinearimportance,designaccordingto,thebasicrequest,everykindofmeritandshortcomingandlordsthatconnectthelineformconnectsthelinearchoosingmore,thelordthatcombinetoestablishtheinkeepingwithmyplanttherequestconnectstheline;Theshort-circuitgalvanometerisregardedasthemostimportantlink,thisthesisintroducedthecalculatingpurposeinshort-circuitelectriccurrent,assumptionterm,generalprovision,thecalculation,networktransformationofaparameterdetailed,andeachcalculationetc.
Keywords:
Transformersubstation;Powersystem;Mainlywire;powertransmissionsystems
目录
1绪论 1
1.1原始资料 1
1.2设计原则 3
2变电所电力负荷计算 4
2.1负荷计算的目的 4
2.2负荷计算 4
2.3无功补偿方案 5
3变压器台数和容量的选择 10
3.1主变压器的选择 10
3.2主变压器的确定 10
4电气主接线方案的确定 14
4.1电气主接线的概况 14
4.2电气主接线基本要求 14
4.3变电所主接线的选择 15
5短路电流计算 21
5.1短路电流计算的目的 21
5.2短路计算点的选择 21
5.3三相短路电流冲击值的计算 22
6高压电气设备及载流导体选择 32
6.1电气设备的选择原则 32
6.2断路器的选择 33
6.3隔离开关的选择 38
6.4电流互感器的选择 42
6.5电压互感器的选择 48
6.6母线的选择 50
7避雷器的选择 55
7.1避雷器的参数 55
7.2避雷器的配置 56
7.3220kV侧避雷器选择 57
7.435kv侧避雷器选择 57
7.5变压器避雷器选择 58
总结 59
致谢 60
参考文献 61
附录I电气主接线图 62
发电厂电气主系统课程设计
1绪论
1.1原始资料
在21世纪中叶基本实现社会主义现代化是我国社会主义建设的战略目标,也是全国人民在新时期的总任务。
实现社会主义现代化,就是逐步用当代先进的科学技术来武装我国的农业、工业、国防和科学技术事业,使之达到国际先进水平。
工业要现代化,就要重点发展作为基础和先行工业的电力工业。
目前国外电力技术的先进水平主要表现为超高压、大系统、大机组、大电厂、高度自动化以及核电技术。
高电压、大系统:
系统容量在(4~8)kW以上,交流输电电压500、750kV和1150kV,直流为500kV和750kV。
大电厂、大机组:
火电厂容量(460~640)kW,最大机组容量:
单轴(60~130)kW,双轴(100~165)kW;水电厂容量:
1260kW,最大机组容量:
(70~80)kW;抽水蓄能电厂容量:
210kW,最大机组容量:
45.7kW;核电厂容量:
(400~800)kW,最大机组容量(100~145)kW。
我国电力工业今后发展的目标是:
优化发展火电,规划以30、60kW火力发电厂为主干,进一步发展80、100kW的大型火力发电机组,建设一批(400~500)kW的大规模发电厂;积极发展核电,在沿海和燃料短缺的地区,加快建设一批占地面积少,节省人力和燃料、不污染环境的大型核电厂;因地制宜发展新能源,同步发展电网,认真治理对环境的污染。
这一符合我国国情的规划目标,将使我国的电力工业走向低能耗结构、低环境污染、高效率运营的发展道路。
我国的电力系统从50年代开始迅速发展。
到1991年底,电力系统装机容量为14600万千瓦,年发电量为6750亿千瓦时,均居世界第四位。
输电线路以220千伏、330千伏和500千伏为网络骨干,形成4个装机容量超过1500万千瓦的大区电力系统和9个超过百万千瓦的省电力系统,大区之间的联网工作也已开始。
1.2设计原则
(1)保证供电安全、可靠、经济;
(2)功率因数达到0.9及以上。
(3)设本变电所主要是给工业区的工厂供电。
该工业区是新建工业区,负荷增长比较迅速,本变电所的电压等级为220KV/35kv。
(4)变电所220KV电源进线4回,35kv出线10回,从220KV母线转送线路2回,向变电所供电,所需输送功率120MW,COSφ=0.8。
(5)址地区的年平均温度为7℃,最高温度为38℃,最低为-22℃。
变电所35kv的用户负荷表
表1.1变电所35kv的用户负荷表
序号
负荷名称
最大符合(KW)
功率
因素
出线
出线
回数
附注
有重要负荷
近期
远期
1
石油化工联合企业
20000
30000
0.95
架空
2
有重要负荷
2
重型机械厂
125000
19500
0.95
架空
2
有重要负荷
3
选矿厂
12000
15000
0.95
架空
2
有重要负荷
4
纺织厂
12000
15800
0.95
架空
2
有重要负荷
5
拖拉机厂
9000
14000
0.95
架空
2
有重要负荷
最大负荷利用小时数T=5600小时,负荷同时系数0.82,线损率为5﹪。
重要负荷占60﹪。
2变电所电力负荷计算
2.1负荷计算的目的
整体来看,负荷分为三级,分别是一级、二级和三级负荷。
一级负荷:
中断供电将造成人身伤亡或重大设备损坏,且难以挽回,带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。
一级负荷要求有两个独立电源供电。
二级负荷:
中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱,且较长时间才能修复或大量产品报废,重要产品大量减产,属于二级负荷。
二级负荷应由两回线供电。
但当两回线路有困难时(如边远地区),允许有一回专用架空线路供电。
三级负荷:
不属于一级和二级的一般电力负荷。
三级负荷对供电无特殊要求,允许较长时间停电,可用单回线路供电。
为正确选择变电所的变压器容量、各种电气设备的型号、规格以及供电网络所用导线牌号等提供科学依据。
根据计算负荷选择的电气设备和导线、电缆,如以计算负荷连续运行时,其发热温度不会超过允许值。
计算负荷是供电设计计算的基本依据,计算负荷确定得是否正确合理,直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如计算负荷确定过大,将使电器和导线选得过大,造成投资和有色金属的消耗浪费,如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁,造成重大损失,由此可见正确确定计算负荷重要性。
2.2负荷计算
常用的计算方法有需用系数法、二项式法、利用系数法、ABC法、单位产品耗电量法和单位面积功率法等。
用需要系数法计算公式如下:
有功计算负荷式(2-1)
无功计算负荷式(2-2)
视在计算负荷式(2-3)
计算电流式(2-4)
式中:
——有功计算负荷(KW);——视在计算负荷(KVA);
——无功计算负荷(Kvar);——有功负荷的同时系数取0.82
——无功负荷的同时系数取0.82;——计算电流(A)。
根据表1.1中数据用需要系数法可以计算出设计变电所的总的计算负荷:
ΣP60=30000+19500+15000+15800+14000=94300kW
tan(arccosφ)=0.62
ΣQ60=0.62*(30000+19500+15000+15800+14000)=58466kvar有功计算负荷=0.8294300=77326kw
无功计算负荷=0.8258466=47942kvar
视在计算负荷==90982KVA
计算电流=A
2.3无功补偿方案
功率因数cos是工业企业电气设备使用状况和利用程度的具有代表性的重要指标,提高功率因数是节能的一项重要技术措施。
目前大多数负载都是感性负载,如异步电动机、变压器、电焊机等,以致供电系统除供给有功功率外之外,还需供应无功功率以生产必须的交变磁场,此外电抗器、架空线路等亦消耗一部分无功功率。
无功功率的增大使供电系统功率因数偏低。
若功率因数达不到需要标准就要进行功率因数补偿。
通常提高功率因数的方法有两种:
一种是提高自然功率因数;另一种是人工补偿提高功率因数。
提高自然功率因数是指设法降低用电设备本身所需的无功,从而改善其功率因数。
主要是合理的选择和使用电气设备,改善其运行方式,提高检修质量等方面入手,不需要额外增加补偿设备,这是提高功率因数积极有效的方法。
当采用提高电气设备自然功率因数的方法后仍然达不到要求时,就需要装设专门的人工补偿装置。
2.3.1无功补偿装置的种类
提高功率因数的无功补偿装置通常有以下几种:
同步补偿机
同步补偿机(又叫同步调相机)实质上是一种不带机械负载的同步电动机,它是最早采用的一种无功补偿设备,通过调节其励磁电流可以起到补偿电网无功功率的作用。
在并联电容器得到大量采用后,已很少使用。
其主要缺点是投资大,运行维护复杂。
因此已经很少使用。
二、并联电容器
并联电容器又称移相电容器,是一种专门用来功率因数的电力电容器,作为无功补偿设备,电容器有以下几种显著优点:
电容器是最经济的设备。
它是一次性投资和运行费用都比较低,且安装调试简单。
电容的损耗低、功率高。
现代电容器的损耗只有本身容量的0.02%左右。
电容器是静止设备,运行维护简单没有噪声。
电容器应用范围广,可以集中安装在变电站,也可以分散安装在配电系统和厂矿用户。
并联电容器是电网中用得最多的一种无功补偿设备。
目前,国内外电力系统中90%的无功补偿设备是并联电容器。
进行无功补偿的并联电容器,通常采用三角形(△)和星形(丫)接线方式,一般都是采用三角形接线。
供电系统并联电容器的装设位置有:
高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿三种方式。
高压集中补偿将电容器组集中装设在变电所的高压母线上,这种补偿只能只能补偿母线前所有线路的无功功率。
而母线后的出线线路得不到补偿。
此方式投资较小,便于集中运行维护,能满足用户功率因数的要求。
一些大中型用户广泛应用这种方式。
低压集中补偿将电容器组集中装设在变电所低压母线上。
这种补偿能补偿变电所低压母线前的所有线路上的无功功率。
这种补偿方式使变压器的视在功率减小,较经济、运行维护方便。
对于6-10KV供电的中小型工厂广泛应用这种接线方式。
单独就地补偿将补偿电容器装设在需要补偿的用点设备附近。
补偿范围大、效果好,但投资较大。
适用于负荷稳定、长期工作且容量大的设备。
三、静止补偿器
静止补偿器(SVC)是近年来发展起来的一种动态无功功率补偿装置。
主要是对电力系统中的动态冲击负荷进行补偿。
根据负荷的变动情况,静止补偿可以迅速改变所所输出无功功率的性质或保持母线电压的恒定。
静止补偿器速度快,补偿效果好,维护方便,其最大的特点是调节快速。
但因正常负荷的变动引起的电压变化过程缓慢,用一般价格比较便宜的电容器与电抗器等投切配合,完全可以满足要求,没有必要选用这种设备。
2.3.2无功补偿计算
在设计中采用的是并联电容器低压集中补偿无功功率方式,接线方式采用三角形接线。
补偿前系统:
有功计算负荷=0.8294300=77326kw
无功计算负荷=0.8258466=47942kvar
视在计算负荷==90982KVA
则补偿前的平均功率因数为cos=
根据规定要求将系统功率因数补偿到0.95。
若将cos提高到cos,所需补偿的无功功率为。
=-式(2-5)
确定了总的补偿容量后就可根据选定的并联电容器的单个容量来确定所需电容的个数n。
若为单相电容则应取3的倍数,以便三相均衡分配
n=式(2-6)
补偿无功功率为
=-=(tan-tan)=77326(0.62-0.33)=22425kvar
=67*334=22425kvar
为了便于投切,采取在低压母线处集中补偿,分别为两个并联补偿电容器组,选用分别由66只BWF20-334-1W型采用Y型接线电容器组成的电容器补偿187台接于低压母线侧。
补偿前后有功计算负荷不变,即
==77326KW
补偿后无功计算负荷
=-=47942-22440=25502kvar
补偿后视在计算负荷
KVA
补偿后计算电流
A
经无功补偿后无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流都明显减小,这样就可以减小变电所变压器的装机容量及运行费用,又可以使电力系统得到充分利用。
3变压器台数和容量的选择
3.1主变压器的选择
1、主变容量和台数的选择应根据《电力系统设计技术规程》SDJ161-85有关规定和审批的电力系统规划设计决定运行,凡装有两台及以上变压器的变电所,其中一台事故停运后,其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%。
在计及过负荷能力后的允许时间内,应保护用户的一级负荷和二级负荷,若变电所有其它能源可保护在主变运行后用户的一级负荷,则可装设一台主变压器。
2、与电力系统连接的220—330kV变压器,若不受运输条件限制,应选择三相变压器。
3、根据电力负荷的发展与潮流的变化,结合电力系统短路电流,系统稳定,系统继电保护,对通讯线路的危险影响,调相,调压和设备符合具体条件允许时,应采用自藕变压器。
4、主变压器调压方式的选择,应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161的有关规定。
3.2主变压器的确定
3.2.1主变压器台数的确定
为保证供电可靠性,避免一台主变压器故障或检修时影响供电,变电所中一般装设两台变压器,但一般不超过两台变压器,如果有一个电源或变电所的主要负荷可由低压侧电网取得备用电网时,可只装设一台主变压器。
对于大型超高压枢纽变电所,装设两台大型变压器由电压侧供电给整个城市及工业区,在一台变压器故障时,要切断大量负荷是很困难的,因此国外对大型枢纽变电所,根据各工程具体情况,安装2-4台主变压器。
当变电所装设两台及以上主变时,每台容量的选择,应按照其中任一台停运时,其余容量至少能保证所供一级负荷成为变电所全部负荷的60-75%,通常一次变电所采用75%。
3.2.2主变压器型式的选择
主变压器一般采用三相变压器,若因制造和运输条件限制,在220kv的变电所中,可采用单相变压器组,当装设一组单相变压器时,应考虑装设备用相,当主变超过一组,且各组容量满足全部负荷的75%时,可不装设备用相。
当系统有调压要求时,可采用有载调压变压器,对新建的变电所,从网络经济运行的观点考虑,应注意选用有载调压变压器,其所加的工程造价,通常在短期内是可以回收的。
与两个中性点直接接地系统连接的变压器,除低压负荷较大或与高中压间潮流不定情况外,一般采用自藕变压器,但仍需做技术经济比较。
3.2.3主变压器容量的确定
主变压器型式的确主变压器的容量应根据电力系统5-10年的发展规划进行选择,变压器容量的选择必须力求使其切合实际需要。
为此尽可能把5-10年负荷发展规划做得正确,这是最根本的。
1变电所35kv的用户总容量:
∑S=30000/0.95+19500/0.95+15000/0.95+15800/0.95+14000/0.95
=89585KVA
2折算到变压器的容量:
(考虑负荷同时系数和线损)
Sz=∑S×0.82(1+5%)=77132.685KVA
3据主变压器容量选择规则:
(停一台主变后,余者能带70%的负荷)、
Se=Sz×70%=53992.88KVA
若选择两台63000KVA主变压器,则其中一台容量占总负荷的比例为:
(63000/Sz)×100%=81.68%>60%(重要负荷比例)满足设计要求。
(所选变压器的型号参数见表3.1)
表3.1变压器的型号参数
型号
SFPZ3-63000/220
空载损耗(KW)
210
额定容量(KVA)
63000
负载损耗(KW)
710
额定电压(KV)
高220±7×1.43%,低66,69
阻抗电压(%)
10.5
连接组别
Y0/d11
空载电流(%)
1.0
1.变电所的最大负荷按下式确定:
式中:
---负荷同时系数;
---按负荷等级统计的综合用电负荷。
为了正确选择厂用变压器的额定容量,要绘制变电所的年及日负荷曲线,并从该曲线得出变电所的年及日最高负荷和平均负荷。
2.对于两台变压器变电所的变压器额定容量
按下式选择:
总安装容量为:
当一台变压器停用时,可保证对70%负荷的供电,考虑变压器的事故过负荷能力为40%,则可保证98%的负荷供电。
综上所述:
所选变压器为
表3.2所选变压器参数
额定容量
63000KVA
额定高电压
220±7×1.43%KV
额定低电压
69KV
连接组别
Y0/Δ—11
型号
SFPZ3-63000/220
备注
阻抗电压
10.5(%)
4电气主接线方案的确定
4.1电气主接线的概况
电气主接线是多种主要电气设备(如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等)按一定顺序要求连接而成的,是分配和传送电能的总电路。
将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图,称为电气主接线图。
变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。
主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。
由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的,所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身,同时也影响到工农业生产和人民生活。
因此,主接线设计是一个综合性问题。
4.2电气主接线基本要求
4.2.1主接线的设计原则
根据《220---500KV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定,变电所电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、电压等级、回路数、所选设备特点、负荷性质等因素确定,满足运行可靠性,简单灵活,操作方便,节约投资等要求。
1.变电所在电力系统中的地位和作用
变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素,变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所,由于他们在电力系统中的地位和作用不同,对主接线的可靠性、灵活性、经济性的技术要求也不同。
2.考虑近期和远期的发展规模
变电所主接线设计应根据5-10年电力系统发展规划进行。
应根据负荷的大小和分布,负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布,并分析各种可能的运行方式,来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。
3.考虑负荷的重要性分布和出线回数多少对主界线的影响
对一级负荷必须布两个独立的电源供电,且当一个电源失去后,应保证全部一级负荷不间断供电;对二级负荷,一般有两个电源供电,且当一个电源失去后,能保证大部分二级负荷供电,三级负荷一般只需一个电源供电。
4.考虑主变台数对主接线的影响
变电所主变的容量和台数,对变电
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