毕业设计220kV降压变电所电气部分初步设计(主接线图).doc
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1、南京工程学院继 续 教 育 学 院(本科)220kV 降 压 变 电 所电气部分初步设计函 授 站班 级学生姓名 朱海峰指导老师 毕老师日 期 2012.06 目 录第一篇 降压变电所设计任务书第二篇 降压变电所设计说明书第三篇 降压变电所计算书第一篇 毕业设计任务书一、设计题目:220kV降压变电所电气部分初步设计二、待建变电所基本资料1. 设计变电所在城市近郊,向开发区的炼钢厂供电,在变电所附近还有地区负荷。2. 本变电所的电压等级为220 kV/110 kV /10kV,220kV是本变电所的电源电压,110kV和10kV是二次电压。3. 待设计变电所的电源,由对侧220kV变电所双回线
2、路及另一系统双回线路送到本变电所;在中压侧110kV母线,送出2回线路至炼钢厂;在低压侧10kV母线,送出11回线路至地区负荷。4. 该变电所的所址,地势平坦,交通方便。三、用户负荷统计资料如下:表1 110kV用户负荷统计资料用户名称最大负荷(kW)cos回路数重要负荷百分数(%)炼钢厂420000952265表2 10kV用户负荷统计资料序号用户名称最大负荷(kW)cos回路数重要负荷百分数(%)1矿机厂13000.872502机械厂17002453汽车厂17002724电机厂17002365炼油厂11002766饲料厂9001- 最大负荷利用小时数= 5600 h(见P137b),同时率
3、取 0.9 ,线路损耗取 6 %。四待设计变电所与电力系统的连接情况:图1 待设计变电所与电力系统的连接电路图第二篇 降压变电所设计说明书一、该变电所在系统中的地位以及所供用户分析该变电所为220kV降压变电所,地处城市近郊,地势平坦、交通方便,向开发区炼钢厂供电负荷约42MW,在变电所附近还有地区负荷.电压等级为220kV/110kV/10kV,220kV是本变电所电源电压,有4回线路,110kV送出两回线路,10kV送出11回线路,由此可见该变电所为枢纽变电所,用户中重要负荷约占65%,均采用双回路供电方式。二、主变压器的选择1、主变台数:根据电力工程电气设计手册的要求,根据本变电所的具体
4、情况及保证供电可靠性,避免一台主变压器故障或检修时影响对重要用户的供电,故选用两台同样型号的主变。2、主变容量:根据选择原则和已确定选用两台主变压器,主变压器总容量可取最大负荷PMAX的1.6倍,且计及每台变压器有40%的过负荷能力,当一台变压器单独运行时能满足70%以上的负荷的电力需要。初期装两台变压器: 相关的设计规范规定:选择变压器容量Se需同时满足下列两个条件:S=42/0.95+(1.3+1.7+1.7+1.7+1.1+0.9)/0.87=53.87(MVA)同时率取0.9:Smax =KS=0.953.87=48.481)单台运行: Se0.7Smax=0.748.48=33.94
5、(MVA)2)重要负荷: SeK0.6542/0.95+(0.51.3+0.451.7+ 0.721.7+0.361.7+0.761.1)/0.87=30.1(MVA)考虑到变压器每天的负荷不是均衡的,计及欠负荷期间节省的使用寿命,可用于在过负荷期间中消耗,故选较小容量的主变作过负荷能力计算,以节省主变投资。但是为了有所发展的余地,选择的主变压器的容量为40MVA,因此该变电所选取两台SFS10-40000/220变压器。3、主变型式:(1)相数的选择变压器的相数有单相和三相,主变压器是采用三相还是单相,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。规程上规定,当不受运输条件限制时,在
6、330KV及以下的发电厂用变电站,均选用三相变压器。同时,因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大,而不作考虑。本变电站为一个220KV降压变电站,所以应选用三相变压器。(2)绕组数绕组的形式主要有双绕组和三绕组。规程上规定在选择绕组形式时,一般应优先考虑三绕组变压器。因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备,比两台双绕组变压器都较少。同时三绕组变压器比同容量的双变压器价格要贵40%50%,对深入引进负荷中心,具有直接从高压变为低压供电条件的变电站,为简化电压等级或减少重复降压容量,可采用双绕组变压器。根据本变电站的实际条件选择三绕组变压器。(3)中性点的接线方式电网
7、的中性点接地方式,决定了主变压器中性点的接地方式。规程上规定;凡是110KV500KV侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地;主变压器663KV采用中性点不接地。所以主变压器的220KV、110KV侧的中性点均采用直接接地方式。(4)绕组接线组别变压器三绕组的接线组别必须与系统秒年电压相位一直,否则,不能并列运行。电力系统采用的组别接线方式只有星行“Y”和三角形“d”两种。因此,变压器三绕组的连接方式应根据具体工程来决定。在发电厂和和变电站中,一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素,根据以上变压器绕组连接方式的原则,主变压器接线组别一般选用YN,d11常规接线。因此
8、选用连接组别为YN,yn0,d11的三绕组自耦变压器。综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下:采用三相三绕组无载调压自耦变压器SFS10-40000/220变压器,额定电压:22022.5/121/11kV,接线组别YN,a0, d 11,容量比:100/100/50,阻抗电压:Uk1-2%=14%, Uk1-3%=22% ,Uk2-3%=8%。三、主接线的确定按SDJ2-88220550kV变电所设计技术规程规定,220kV配电装出线在4回及以上时宜采用双母线及其他接线,本变电所220kV采用双母线接线,变压器可接在不同母线上,负荷分配均匀、调度灵活方便,运行可靠性高,任一
9、条母线或母线上设备检修不需要停掉线路。由于220kV断路器采用SF6断路器,其检修周期长,可靠性高,故可不设旁路母线,由于有两回线路,一回线路停运时,仍满足N1原则,本设计采用双母线接线。对110kV侧的接线方式,出线仅为两回线,按规程要求,宜采用桥式接线,以双回线路向炼钢厂供电,考虑到主变不会频繁操作和对线路操作、检修的方便性,采用内桥式接线。对10kV侧的接线方式,按照规程要求,采用单母线分段接线,双回线供电的用户分别接在两段母线上,保证供电的可靠性。四、配电装置选型配电装置分为屋内配电装置和屋外配电装置两种,屋内配电装置占地面积小、运行维护和操作条件较好,电气设备受气候影响较小,但土建工
10、作量大,投资大。屋外配电装置,土建工作量小,投资少,建设工期短,易于扩建,但占地面积大,运行和操作条件较差,电气设备易受污染和气候条件影响,一般110kV及以上配电装置采用屋外式,35kV及以下采用屋内配电装置。屋外配电装置分为中型、半高型和高型三种,220kV多采用高型、110kV采用半高型;屋内配电装置分为单层、二层、三层,无出线电抗器的配电装置多采用单层式,通常采用成套、开关柜。根据以上选型原则,本变电所220kV侧、110kV侧采用普通中型屋外配电装置,10kV侧采用单层式户内成套开关柜配电装置(KYN-12)。五、短路电流的计算1、短路电流计算的目的:为了选择断路器、隔离开关等电气设
11、备或对这些设备提高技术要求,评价并确定网络方案,研究限制短路电流措施,为继电保护设计和整定调试提供依据,分析送电线路对通信设施的影响。2、 短路电流的计算条件21短路点的确定:系统在最大运行方式下,该点发生短路时通过设备和载流导体的短路电流最大。22采用近似计算:系统中各元件的电阻,线路对地电容,变压器励磁损耗忽略不计,不考虑负荷电流的影响,发电机采用Xd作为等值电抗,取UB=UP(230kV、115kV、10.5kV)SB=100MVA。23根据计算电路作为等值电路图,将发电机和系统分别用一台等效发电机替代,利用短路电流运算曲线,分别求出每台等效发电机提供的短路电流,短路点的总短路电流则为各
12、等效发电机所供短路电流之和。24有限容量电源系统短路电流的计算:(1)求出短路点对等效发电机之间的转移电抗X*;(2)将X*换算以等效发电机额定参数为基准的计算电抗Xjs*;(3)根据计算电抗Xjs*查相应的运算曲线求出I*、 ITK/2*、ITK*乘以基准电流可得有名值I、ITK/2、ITK。25当Xjs*3时,可视为无穷大电源系统,计算方法为:求出转移电抗X*;计算出以等效发电机额定参数为基准的计算电抗Xjs*;I*=ITK/2*=ITK*= I*=1/ Xjs*,并求出有名值。3、短路电流计算步骤:31各元件标么值计算:设UB=230kV SB=100MVA发电机XF*=XdSB/Se
13、线路XL*=XLSB/Ue2变压器XT*=UK%SB/100Se 系统XC*= XCSB/Se32选择K1、K2、K3为短路点,分别计算短路电流K1、K2、K3点分别设于待设计变电所220kV母线、110kV桥开关、10kV母线处。(1)先计算出短路点至发电厂高压母线的X*;(2)求转移电抗 (3)将转移电抗归算为计算电抗Xjs(4)当Xjs3时,I*=ITK/2*=ITK*=1/Xjs 当Xjs3时,查相应的短路电流运算曲线,查得I*、ITK/2*、ITK*用标么值分别乘以各自的基准值得出有名值,而短路点的总短路电流等发电厂和系统提供的短路电流之和。(5)求冲击电流ish=km I因为短路点
14、距发电厂较远取km=1.8(6)求短路电流周期分量热效应Qp=tk/12(I2+10ITK/22+ITK2)(tk1S时,QkQp)33短路计算说明(1)短路电流持续时间的确定在确定各短路点电流持续时间时,应按照各断路器后备保护动作时限的配合来确定由设计任务书已知,10kV出线过电流保护时间为1.0s各保护之间时限配合级差t=0.5s,短路电流持续时间tK=tpr+tabtpr=后备保护动作时间tab=断路器全开断时间取0.1S根据以上原则确定各电压等级短路电流持续时间为:10kV 2.1s;110kV 3.1s;220kV 3.6s。(2)计算电抗Xjs0.6时,I(3)I(2),只需计算三
15、相短路电流和两相短路电流,取电流大的短路电流来选择电气设备,本设计中只计算三相短路电流,各短路点电流计算结果如下图:K1K2K3I(kA)31.822.4717.6ITK/2(kA)19.02.4717.6ITK(kA)17.942.4717.6ish(kA)80.996.2944.8QK(kA2S)148318.9650.5校验对象220kV断路器、隔离开关110kV断路器、隔离开关10kV开关、汇流母线、套管、绝缘子六、电气设备选择电气设备在正常运行和故障时都必须可靠工作、安全运行,因此电气设备的选型前题是:按正常工作条件选择,按短路状态进行校验。1、断路器的选择和校验SF6断路器具有工作
16、可靠性高、故障低、检修维护工作量小;真空断路器具有体积小,动作快,承受故障电流能力强等优点,因而本设计中220kV、110kV采用SF6户外断路器,10kV选用户内式真空断路器,为了便于检修和维护及今后的发展,对同一电压等级的断路器,尽量选型一致。11额定电压 UNUNS12额定电流 INIgmax计算断路器最大持续工作电流Igmax时应考虑各种运行方式下的持续工作电流,取最大值。高压侧应考虑两台主变并列运行,且由一台进线供电方式下最大负荷时流过的最大工作电流,二次侧、三次侧出线应考虑,当电压降低50%变压器出力保持不变,故其回路的Igmax=1.05 IN。13断流能力校验:INbrIPt当
17、断路器开断电流较短路电流大很多时,为了简化计算,也可由次暂态电流I进行校验,INbrI。14动稳定校验:iesish15热稳定校验:It2tQk2、隔离开关的选择和校验21根据安装地点选择户外22额定电压:UNUNS 23额定电流 INIgmax24动稳定校验:iesish25热稳定校验:It2tQk选择结果如下表:待选设备计算数据设备选型技术数据UN(kV)Igmax(A)I(kA)ish(kA)QK(kA2)SUN(kV)IN(A)INbr(kA)ies(kA)It2t(kA2)S220kV断路器22021031.8280.991483SFM220-220/3150220315050100
18、10000220kV隔离开关22021080.991483GW4-220/2000(D)22020001006400110kV断路器110233.12.476.2918.9SFM110-110/2000110200031.5802977110kV隔离开关110233.16.2918.9GW4-110/2000(D)110200080396910kV断路器10115517.644.8650.5ZN12-10/125010125031.5802976备注:10kV选用KYN-12型手车式开关柜、 隔离开关,Igmax与断路器相同3、10kV母线桥选择和校验31母线材料和截面形状选择目前母线材料广泛
19、采用铝材,因铝的电阻率较低,有一定的机械强度、质量轻、价格低等优点,本设计采用铝材。铝母线截面一般有矩形、槽形、管形、矩形母线散热性能好,有一定的机械强度便于固定和连接,但集肤效应大,故单条母线不能超过1250mm2。矩形母线在支柱绝缘子上有平放和竖放两种,母线平放比竖放散热条件差,但机械强度好,本设计采用平放矩形铝母线。32导体截面选择按经济电流密度选择铝排截面由硬铝的经济电流密度曲线查得Tmax对应的经济电流密度JSJ=Igmax/J Igmax=1.05IBN 其中 Igmax:导体回路持续工作电流33热稳定校验SSmin= /C 其中Qk:短路电流热效应 C:热稳定系数(查表)34动稳
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