220kv110kv-10kv变电站的设计.doc

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1、220/110/10kv变电站的设计1 主接线的选择21.1原始资料分析21.2方案议定21.3节电气主接线图42主变的选择52.1 原始资料52.2 主变压器选择53 主要电气设备的选择和校验63.1 断路器的选择63.1.1主变高压侧的断路器、隔离开关的选择和校验73.1.2主变中压侧的断路器、隔离开关的选择和校验93.1.3 110kV侧最大一回负荷出线的断路器、隔离开关的选择和校验103.2母线123.2.1 220kV母线选择133.2.2 110kV母线选择143.2.3主变低压侧母线桥的选择153.3支柱绝缘子及穿墙套管153.4限流电抗器163.5电缆194电气设备配置204.

2、1继电保护配置规划204.1.1 配置原则204.1.2 变电所主变保护的配置214.1.3 220kV、110kV、10kV线路保护部分224.2 避雷器配置规划234.2.1 概述234.2.2 防雷保护的设计244.2.3 接地装置的设计254.2.4 主变中性点放电间隙保护255电气总平面布置及配电装置的选择265.1 概述265.2 高压配电装置的选择266所用电设计276.1概述276.2所用电的接线方式28结束语29致 谢30参考资料311 主接线的选择1.1原始资料分析变电所规模及其性质：1. 电压等级 220/110/10 kV2. 线路回数 220kV 出线6回（其中备用2

3、回）110kV 出线8回（其中备用2回）10kV 出线10回（其中备用2回）区域变电所建成后与110kV和220kV电网相连，并供给近区用户供电。3归算到220kV侧系统参数（=100MVA,UB=230kV）220kV侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kV母线侧阻抗为0.015( =100MVA)4归算到110kV侧系统参数（=100MVA,UB=115kV）110kV侧电源容量为500MVA，归算至本所110kV母线侧阻抗为0.36( =100MVA)5110kV侧负荷情况：110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，其他作为一些地区变电所进线，最小负荷与最大

4、负荷之比为0.65。610kV侧负荷情况：10kV侧总负荷为38000kVA，类用户占60%，最大一回出线负荷为4000kVA，最小负荷与最大负荷之比为0.65。7. 各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：220kV侧 小时/年110kV侧 小时/年10kV侧 小时/年8. 220kV和110kV侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间为0.15s，10kV出线过流保护时间为2s ,断路器燃弧时间按0.05s考虑。9 该地区最热月平均温度为28，年平均气温16，绝对最高气温为40，土壤温度为18。1.2方案议定各种接线方式的优缺点分析：1、单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便

5、，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。单母接线适用于：110200kV配电装置的出线回路数不超过两回，3563kV，配电装置的出线回路数不超过3回，610kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式 2、单母分段用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器

6、自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：110kV220kV配电装置的出线回路数为34回，3563kV配电装置的出线回路数为48回，610kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。3、双母接线它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110k220kV输送功率较多，送电距离较远，其

7、断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。4、双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。为了保证

8、双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。当110kV出线为7回及以上，220kV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。各供电侧主接线设计：1、220kV侧主接线的设计 220kV侧出线回路数为6回，考虑到所要采用变压器的台数为两台以及供电负荷属于重要负荷，为了提高供电可靠性，宜采用双母线接线2、110kV侧主接线的设计110kV侧出线回路数为8回，考虑到负荷比较重，年最大运行小时数为4500小时，对供电可靠性要求比较高，所以可以采用双母线接线。3、10kV侧主接线的设计10

9、kV侧出线回路数为10回，负荷比较轻，供电半径短，所以采用单母分段连接就能满足要求，故10kV采用单母分段连接方案拟定：方案220kV侧110kV侧10kV侧主变台数方案一双母线不带旁路双母不带带旁路单母分段2 1.3节电气主接线图 图1.1 电气主接线图 2主变的选择2.1 原始资料1.110kV侧负荷情况：110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，其他作为一些地区变电所进线，最小负荷与最大负荷之比为0.65。210kV侧负荷情况：10kV侧总负荷为38000kVA，类用户占60%，最大一回出线负荷为4000kVA，最小负荷与最大负荷之比为0.65。2.2 主变压器

10、选择主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑确定。主变压器容量一般按变电所、建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期的负荷发展。对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装设一台主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。容量选择：本变电所选用两台变压器，按110kV侧的变电所的进线跳开，由220kV侧无穷大系统来单

11、供电给110kV和10kV侧的负荷，一台主变压器的容量不应小于60%的全部负荷。110kV侧的负荷：两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，属于一类负荷。110侧的总负荷容量为75MVA10kV侧的负荷：10kV侧总负荷为38000kVA，最大一回出线负荷为4000kVA，有10回出线，其中两回备用，类用户占60%。10kV侧的总负荷为38MVA10kV侧的最大负荷，按10回来算为10*4000kVA=40MVA38MVA，所以按40MVA来算10kV的总负荷容量。单台容量：（80MVA+40MVA）*0.7=84MVA同时还要保证用户的一、二级负荷：10kV侧的一级、二级负荷为

12、40MVA*60%=24MVA110kV侧的一级、二级负荷为80MVA总的一级、二级负荷为24MVA+80MVA=104MVA84MVA综合以上讨论可知，从长远考虑选主变压器容量：=120 MVA，容量比100/100/100的变压器。主变相数的选择:主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故由以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器，同时，为了保障电压水平能够满足用户要求，本所选用有载调压变压器。变压器

13、连接方式和中性点接地方式的选择:变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有y和，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用连接。同时考虑到为了降低绕组的绝缘要求，从而降低制造成本，为了给三次谐波电流提供通道，避免正弦波电压的畸变故此变电所220kV、110kV侧宜采用Y0接线，10kV侧采用接线，我国的110kV及以上电网一般采用中性点直接接地系统，在运行中，为了满足继电保护装置灵敏度配合的要求，变压器的中性点

14、不接地运行，所以，本变电所主变220kV、110kV侧和10kV侧均采用中性点不接地方式。综上所述，本变电所采用型号为SFPSZ7-120000/220三绕组有载调压变压器。其主要参数如下： 表2-1 变压器参数列表容量MVA调压范围额定电压（kV）空载损耗（kW）空载电流（%）阻抗电压高压中压低压UI-2%U1-3%U2-3%12081.5%22012110.51240.81422.67.4联结组标号型号YN，ynd，d11SFPSZ7-120000/2203 主要电气设备的选择和校验3.1 断路器的选择断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技

15、术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压6220kV的电网一般选用少油断路器，电压110330kV电网，可选用或空气断路器，大容量机组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。断路器选择的具体技术条件如下：（1）电压： -电网工作电压, -断路器的额定电压（2）电流： -最大持续工作电流， -断路器的额定电压（3）开断电流： -断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；-断路器额定开断电流（4）动稳定： -断路器极限通过电流峰值；-三相短路电流冲击值（5）热稳定：- 短路电流的热效应或热脉冲；- 断路器t秒热稳定电流隔离开关形式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要

16、求等因素，进行综合的技术经济比较然后确定。参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件。选择的具体技术条件如下：（1）电压： -电网工作电压（2）电流： -最大持续工作电流（3）动稳定： （4）热稳定：- 短路电流的热效应或热脉冲；- 断路器t秒热稳定电流3.1.1主变高压侧的断路器、隔离开关的选择和校验主变高压侧的断路器：短路点位置基准容量（MVA）基准电压VaV（kV）稳态短路电流标么值稳态短路电流有名值（kA）短路电流冲击值 (kA)短路全电流最大有效值 (kA)短路容量 ( MVA)主变高压侧10023069.057117.333344.123526.172769.0571（1）选择=1.0

17、5（75+410）/(2220)=0.158kA选择LW2-220 SF6断路器表3-1 LW2-220 SF6 断路器参数表型号额定电压（kV）额定电流（kA）额定短路开断电流（kA）额定短路关合电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）全开断时间（s）LW2-220/25002202.531.58010031.50.05（2）热稳定校验： , - 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应, 短路电流非周期分量的热效应 ； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查出)；- 断路器t秒热稳定电流短路计算时间： - 后备保护动作时间；- 断路器全开断时间=0.15+0.

18、05=0.2s 137.253(kA)2 s 满足热稳定要求（3）动稳定校验：-断路器极限通过电流峰值；-三相短路冲击值。=44.1235 kA 满足热稳定要求（3）动稳定校验：=44.1235 kA =50kA满足动稳定要求3.1.2主变中压侧的断路器、隔离开关的选择和校验主变中压侧的断路器：短路点位置基准容量（MVA）基准电压VaV（kV）稳态短路电流标么值稳态短路电流有名值（kA）短路电流冲击值 (kA)短路全电流最大有效值 (kA)短路容量 ( MVA)主变中压侧1001159.59584.818112.26517.2753959.58（1）选择 ；=1.0575/(2110)=0.2

19、07kA选择LW2-110/2500 SF6断路器表3-3 LW2-110/2500 SF6断路器参数表型号额定电压kV额定电流（kA）额定短路开断电流（kA）额定短路关合电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）全开断时间（s）LW2-110/25001102.531.58012531.50.05（2）热稳定校验： , - 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应,短路电流非周期分量的热效应 ； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查出)；- 断路器t秒热稳定电流 短路计算时间： - 后备保护动作时间；- 断路器全开断时间=0.15+0.05=0.2s 13.23

20、1(kA)2 s 满足热稳定要求（3）动稳定校验：-断路器极限通过电流峰值；-三相短路冲击值。=12.2651kA 满足热稳定要求（3）动稳定校验：=12.2651kA =80kA满足动稳定要求3.1.3 110kV侧最大一回负荷出线的断路器、隔离开关的选择和校验110kV侧最大一回负荷出线的断路器：短路点位置基准容量（MVA）基准电压VaV（kV）稳态短路电流标么值稳态短路电流有名值（kA）短路电流冲击值 (kA)短路全电流最大有效值 (kA)短路容量 ( MVA)110kV侧最大一回负荷出线10011516.41388.239720.974912.44171641.38（1）选择 ；=1.

21、0575/(2110)=0.207kA选择LW2-110/2500 SF6断路器表3-5 LW2-110/2500 SF6断路器参数表型号额定电压kV额定电流（kA）额定短路开断电流（kA）额定短路关合电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）全开断时间（s）LW2-110/25001102.531.58012531.50.05（2）热稳定校验： , - 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应, 短路电流非周期分量的热效应 ； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查出)；- 断路器t秒热稳定电流 短路计算时间： - 后备保护动作时间；- 断路器全开断时间=0.15

22、+0.05=0.2s 38.699(kA)2 s 满足热稳定要求（3）动稳定校验：-断路器极限通过电流峰值；-三相短路冲击值；=20.9749kA 满足热稳定要求（3）动稳定校验：=20.9749 kA 316A（2）热稳定校验：=0.15+0.05=0.2s , 用全电流来校验，d1短路时=26.1727kA =26.172720.2=137.002kA2S 正常运行时得导体温度：=40+(70-40)3162/4692=53.6查表得：C=94 =/94125.8(mm2)216mm2满足热稳定(3)动稳定校验： 查表得频率系数 =3.56(发电厂电气部分表3-5) =3.56/1.52=

23、29.7Hz35Hz可见到该母线可不计共振影响=44.1235 (kA)母线相间应力：=1.7310-7 =1.7310-744.12352/0.75=449N/m=4491.52/(101.3710-6)=7.37107Pa413A（2）热稳定校验：=0.15+0.05=0.2s , 用全电流来校验，d1短路时=12.4417kA =12.441720.2=30.959kA2S 正常运行时得导体温度：=40+(70-40)4132/4692=63.3查表得：C=90 =/90(mm2)61.8mm2满足热稳定(3)动稳定校验： 查表得频率系数 =3.56(发电厂电气部分表3-5) =3.56

24、/1.52=29.7Hz35Hz可见到该母线可不计共振影响=20.9749 (kA)母线相间应力：=1.7310-7 =1.7310-720.97492/0.75=101N/m=1011.52/(101.3710-6)=1.66107Pa8107Pa满足动稳定3.2.3主变低压侧母线桥的选择设备名称S(mm2)放置方式 (A)(32) (106Pa)母线桥2（6310）矩形铝排平放1458703.3支柱绝缘子及穿墙套管支柱绝缘子按额定电压和类型选择，进行短路时动稳定校验。穿墙套管按额定电压，额定电流和类型选择，按短路条件校验动、热稳定。（1）按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙大管。支柱绝缘子和穿墙

25、套管的额定电压大于等于电网的额定电压，即： 发电厂与变电所的320kV屋外支柱和套管，当有冰雪和污秽时，宜选择高一级的产品。（2）按额定电流选择穿墙套管。穿墙套管的额定电流IN大于或等于回路最大持续电流Imax,即： kINImax 式中k温度修正系数。对母线型穿墙套管，因本身无导体，不必按此项选择和校验热稳定，在需保证套管的型 式和穿过母线的尺寸相配合。（3）支柱绝缘子和套管的种类和型式的选择。根据装置地点，环境现在屋内，屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。（4）穿墙套管的热稳定校验。套管耐受短路电流的热效应，大于或等于短路电流通过套管所产生的热效应，即：（5）支柱绝缘子和套管的动稳定校验

26、。在绝缘子和套管的机械应力计算中应注意，发生短路时，支柱绝缘子（或套管）所受的力为该绝缘子相邻跨导体上电动力的平均值。另外，由于导体电动力Fmax是作用在导体截面中心线上的，而支柱绝缘子的抗弯破坏强度是按作用在绝缘子高度H处给定的，可将绝缘子的力折算为：式中 H1绝缘子底部到导体水平中心线的高度，mm。对于屋内35kV及以上水平安放的支柱绝缘子，在进行机械计算时，应考虑导体和绝缘子的自重以及短路电动力的复合作用。屋外支柱绝缘子尚应计及风和冰雪的附加作用。220kV母线的支柱绝缘子及穿墙套管的选择表3-7 ZC-220 支柱绝缘子型号额定电压（kV）绝缘子高度(mm)机械破坏负荷(kg) ZC-

27、220220210250表3-8 CR-220 穿墙套管型号额定电压（kV）额定电流(A)套管长度（mm）热稳定电流(kA)不少于铜导体（10s）铝导体(5s)CR-220220600550012123.4限流电抗器为了选择10kV侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，往往需要加大设备型号，这不仅增强投资，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要求的电器，选择应采取限制短路电流，即在10kV侧需加装设电抗器。一般按照额定电压、额定电流、电抗百分数、动稳定和热稳定来进行选择和检验。1、额定电压和额定电流的选择应满足 、 电抗器的额定电压和额定电流、 电网额定电压和电抗器最大持续工作电流2、电

28、抗器百分数的选择(1)电抗器的电报百分数按短路电流限制到一定数值的要求来选择，设要求短路电流限制到Iz，则电源至短路点的总电抗标公值U为 基准电流电抗器在其额定参数下的百分电抗(2)电压损失检验：普通电抗器在运行时，电抗器的电压损失不大于额定电压的5%，即：sin/5%,sin 负荷功率因数一般0.6(3)母线残压检验，为减轻短路对其他用户的影响，当线路电抗器后短路时，母线残压不能于电网额定值的6070%即：6070%3、热稳定和动稳定检验应满足下式 10kV侧限流电抗器的选择和校验 10kV侧采用单母分段的接线方式，一、二级负荷可以从两段母线上取电，在没有安装限流电抗器10kV侧发生短路时，

29、流经主变低压侧断路器的短路电流和冲击电流分别为28.8665kA和72.9699kA，母线短路和负荷出线短路时短路电流和冲击电流分别为57.3308kA和145.9405（由前面的短路计算得出）,为了提高经济性在主变低压侧安装限流电抗器，这样主变低压侧和负荷就可以选用轻型设备。=10kV =1.05(410/2)/(10.5)=1.15kA根据额定和可以选择型号为CkS(Q)-1300/10的限流电抗器表3-9 CkS(Q)-1300/10 限流电抗器的参数型号额定容量（kVar）线路电压 （kV）端子电流(A)电抗（%）损耗（w）动稳定流（kA）1S热稳定电流（kA）CkS(Q)-1300/

30、10130010.511906740038.2534短路电流的校验：=100/(10.5)=5.5kA=5.5/28.8665=0.196%=（5.58/ -0.19）119010.5/（10.55500）安装电流限抗器后在10kV侧发生短路流经主变低压侧短路电流周期分量最大值和冲击电流分别为：=12kA ， 1.8=30.55kA 满足热稳定要求动稳定检验:=38.25kA=30.55kA满足动稳定校验3.5电缆电缆应按下列选择及校验1、型式：应根据敷设环境及使用条件选择电缆型式。（1）明敷（包括架空、隧道、沟道内等）的电缆，一般选用裸钢带铠装或塑料外护层电缆。 在易受腐蚀地区应选用塑料外护

31、电缆。在需要使用钢带铠装电缆时，宜选用二级外护层型式。（2）直埋敷设时，一般选用钢带铠装电缆。在潮湿或腐蚀性土壤的地区，应带有塑料外护层。（3） 三相交流系统的单芯电力电缆，要求金属护外层采用一端接地时，在潮湿地区，外护层宜选用塑料挤包的型式。电力电缆除充油电缆外，一般采用三芯铝芯电缆。2、按额定电压选择： 3、按最大持续工作电流选择电缆截面S：或, =温度修正系数;，修正系数电缆芯最高工作温度（）；对应于额定载流量的基准环境温度（）；实际环境温度；对应于所选用电缆截面S、环境温度为+25时，电缆长期允许载流量（A）。4、按经济电流密度选择导体截面以及允许电压降的校验，与裸导体计算相同。5、热

32、稳定校验：SSmin=/C , C=10-2式中 C热稳定系数。（其他相关系数可以在发电厂电气部分P207查出）10kV最大一回负荷出线电缆的选择与校验：=10kV；=1.054/(10.5)=0.23kA（1）型式：热阻系数为80cm/w, =325A,直埋敷设,截面积240mm2，缆芯最高工作温度为+60的粘性浸渍绝缘三芯（铝）电力电缆。（电力系统分册 附表10）（2）校验：电压：=10kV电流：=0.76 =1.09 , =1（发电厂电气部分附表18、19）=0.761.091=0.83=0.83325A=269A =230A（3）热稳定：= (1.5112)2(0.15+0.05)=6

33、5.7 (kA)2 s(按装设电抗器后的热效应) 正常运行时得导体温度：=40+(60-40)2302/2692=54.62C=10-2=57.6Smin=/C103/57.6=140240mm2满足要求动稳定：由厂家来保证。4电气设备配置4.1继电保护配置规划4.1.1 配置原则1、系统继电保护及自动装置继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站继电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠性、快速性、灵敏性、运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平。 2、继电保护配置原则根据GB14285继电保护和安全自动装置技术规程中有关条款继电保护二十五项反

34、事故措施要点、电力系统继电保护教材。3、220千伏系统 220千伏线路配置高频距离保护，要求能快速反应相间及接地故障。对于220千伏双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，性能良好的故障录波装置。4、110千伏系统 110千伏线路配置阶段式距离保护，要求能反应相间及接地故障。对于110千伏双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，性能良好的故障录波装置。 5、主变压器保护电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备,它的故障将对供电可靠性和系统正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的设备, ,因此必须根据变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路；油箱外