220kv变电站电气主接线系统设计_secret.doc
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1、220KV 变电站电气主接线系统设计 I 摘 要 本说明书以220KV地区变电站设计为例,论述了电力系统工程中变电站部分电气 设计(一次部分)的全过程。通过对变电站的主接线设计,站用电接线设计,短路电 流计算,电气设备动、热稳定校验,主要电气设备型号及参数的确定,运行方式分析, 防雷及过电压保护装置的设计,电气总平面及配电装置断面设计和无功补偿方案设计, 较为详细地完成了电力系统中变电站设计。 限于毕业设计的具体要求和设计时间的限制,本毕业设计只对变电站电气一次部 分做了较为详细的理论设计,而对其电气二次部分并没有涉及,这有待于在今后的学 习和工作中进行研究。 关键词:变电站 短路电流 动稳定
2、 热稳定 过电压保护装置 无功补偿 220KV 变电站电气主接线系统设计 II ABSTRACT The statement about the 220kv transformer area substation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. Through the main transformer stations wiring design, stations wiring
3、 design stations, short circuit current calculations, check electrical equipment moving and thermal stability, set the main electrical equipment models and the parameters, the operating mode, design over- voltage protection and mine devices , design general electric graphic and distribution devices
4、flood, and without power compensation. Lastly,completed substation design in power system. Limited to the specific design requirements and design time of constraints, The design only is a part of the electrical transformer stations, and its second part did not involve, which research it in future st
5、udy and work. KEY WORDS: Substation, Short circuit currents , Moving stability,Thermal stability,Over-voltage protection devices,Without power compensation 220KV 变电站电气主接线系统设计 III 目 录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 第第 1 1 章章 引言引言 1 1 第第 2 2 章章 . .主接线设计主接线设计 2 2 2.1 电气主接线的一般要求.2 2.2 主接线选择的主要原则.3 2.3
6、主接线方案设计.3 2.3.1 方案拟定及技术比较 3 2.3.2 方案的经济性比较 5 2.3.4 主变的选择.9 2. 3. 4. 1 选择原则9 2.3.4.2 容量计算10 本章小结本章小结 1111 第第 3 3 章章 站用电接线及设备用电源接线方案站用电接线及设备用电源接线方案 1212 3.1 所用电源数量及容量 .12 3.2 所用电源引接方式12 3.3 所用变压器低压侧接线 .12 3.4 所站用电接线13 3.5 备用电源13 本章小结本章小结 1414 第第 4 4 章章 短路计算短路计算 1515 4.1 短路故障产生的原因15 4.2 短路故障的危害 .16 4.3
7、 短路电流计算的目的 .16 4.4 短路电流计算的内容17 4.5 短路电流计算方法 .17 4.6 三相短路电流周期分量起始值的计算18 4.6.1 短路电流计算的基准值18 4.6.2 网络模型18 4.6.3 三相短路电流周期分量起始值的计算步骤18 本章小结本章小结 2222 第第 5 5 章章 设备的选择及动、热稳定校验设备的选择及动、热稳定校验 2323 5.1.按正常工作条件选择电气设备 .23 5.2.按短路状态校验 .24 5.3 断路器、隔离开关的选择原则 .25 5.4.互感器的选择 .28 220KV 变电站电气主接线系统设计 IV 5.4.1 电流互感器的选择28
8、5.4.2 电压互感器的选择 .30 5.4.3 熔断器的选择 .30 5.4.4 所设备如下表31 5.5.5.5.裸导体的选择裸导体的选择 3333 5.5.1 一般要求: .33 5.5.2 导体的选择34 5.5.3 截面的选择 .34 5.6.运行方式分析 .37 本章小结本章小结 3838 第第 6 6 章章 配电装置配电装置 3939 6.1 配电装置的基本要求:.39 6.2 配电装置的类型及特点39 6.3 配电装置的设计原则40 6.4 配电装置设计的基本步骤 .41 6.5 配电装置的选用41 6.6 电气总平面布置43 本章小结本章小结 4343 第第 7 7 章章 防
9、雷及过电压保护装置设计防雷及过电压保护装置设计 4444 7.1 避雷针44 7.2 避雷器45 7.3 防雷接地46 7.4 变电所的防雷保护47 7.5 变电所的进线段保护48 7.6 接地装置 .48 本章小结本章小结 4848 第第 8 8 章章 无功补偿无功补偿 4949 8.1 提高功率因数的意义 .49 8.2 补偿装置的确定: .49 8.3 功补偿容量计算50 8.3.1 补偿的最大容性无功量计算50 8.3.2 变压器补偿的最大的容性无功量51 本章小结本章小结 5353 第第 5 5 章章 结束语结束语 5454 致致 谢谢 5555 参考文献参考文献 5656 附录附录
10、 5757 220KV 变电站电气主接线系统设计 V 第 1 章 引言 电力工业是国民经济的重要部门之一,它是负责把自然界提供的能源转换为供人 们直接使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提 供不可少的动力,又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。 电力工业的发展必须优先于其他的工业部门,整个国民经济才能不断前进。 我国具有极其丰富的能源。这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良 好的物质基础。但是,旧中国的电力工业落后,无法将其利用。不过,随着改革开放 的深入发展,我国电力工业的发展很快。到 2000 年,我国电力工业已跃升世界第 2 位
11、, 电力工业的发展为我国的国民经济的高速发展做出了巨大的贡献。不仅如此,目前我 国的电力工业已开始进入“大电网” 、 “大机组” 、 “超高压交、直流输电”等新技术发 展的新阶段,一些世界水平的先进的高新技术,已在我国电力系统中得到了相应的应 用。 但是,随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长,电力工 业的发展仍不能满足整个社会发展的需要,未能很好起到先行的作用,仅以 2004 年夏 季的供电负荷高峰期为例,全国预计总共缺电 3000 万 KW 左右,有 24 个省区都先后出 现拉闸限电的的情况,这样的局面预期还要过 23 年才可能得到较好的解决 。 另外,由于我国人口众多,
12、由此在按人口平均用电方面,迄今不仅仍远远落后于 一些发达国家,即使在发展中国家中,也只处于中等水平,尚不及全世界平均人口用 电量的一半。因而,要实现在 21 世纪初全面建设小康社会的要求,我国的电力工业必 须持续、稳步地大力发展,一方面是要大力加强电源建设,搞好“西电东送” ,以确保 电力先行,另一方面,要继续深化电力体制改革,实施厂网分开、竞价上网,并建立 起符合社会主义市场经济法则的、规范的电力市场。 展望未来,我们坚信,在新世纪中,中国的电力工业必须持续、高速地发展,取 得更加辉煌的成就。 第 2 章 .主接线设计 220KV 变电站电气主接线系统设计 VI 电所电气主接线设计是依据变电
13、所的最高电压等级和变电所的性质,选择出一种 与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统 接线的重要部分,它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路 、无功补偿设备以最 优化的接线方式与电力系统连接,同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方 式。 电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。随着电力系统的不 断发展、新技术的采用、电气设备的可靠性不断提高 ,设计主接线的观念也应与时俱 进、不断创新。 变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质,选择出一 种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系 统接线
14、的重要组成部分。它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设 备最优化的接线方式与电力系统连接,同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连 接方式。一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。 因各侧所接的系统情况不同,进出线回路数不同,其接线方式也不同。 2.1 电气主接线的一般要求 1)应按电源情况、负荷性质、容量大小及邻近变配电所联系等因素确定主接线型 式。力求简单可靠,维护方便,使用灵活,便于发展。 2)架空进线避雷器设在靠近变压器的架空进线处;电缆进线的避雷器设在进线开 关后的母线上。 3)一段母线设一组电压互感器。当分段的单母线在正常运行时不为分段,亦可
15、仅 设一组电压互感器。 4)设在母线上的电压互感器及避雷器可合用一组隔离开关。 5)按电业局要求必须设置高压计费时,则必须在计费处装设电流互感器及电压互 感器专柜。 6)在所以进出线回路上按指示计量、继电保护的要求装设电流互感器。 220KV 变电站电气主接线系统设计 VII 7)单电源的主接线,可以仅在断路器靠电源侧、装设隔离开关或隔离触头。 8) 在电源进线上应装设带电指示装置。若采用真空断路器时,为防止操作过电 压,应在供电变压器的 1035KV 线路上装设阻容吸收器或氧化锌避雷器。 另外,对电气主接线还要求可靠性、灵活性、经济性,这三者是一个综合概念, 不能单独强调其中的某一种特性,也
16、不能忽略其中的某一种特性。但根据变电所在系 统中的地位和作用的不同,对变电所主接线的性能要求也不同的侧重。例如,系统中 的超高压、大容量枢纽变电所,因停电会对系统和用户造成的损失较小,故对其主接 线的经济性就特别重视。 2.2 主接线选择的主要原则 1)变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系统 中的地位,作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。 2)变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求,还应满足电网出故障 时应处理的要求。 3)各种配置接线的选择,要考虑该配置所在的变电所性质,电压等级、进出线 回路数、采用的设备情况,供电负荷的重要性和本地区的运行习
17、惯等因素。 4)近期接线与远景接线相结合,方便接线的过程。 5)在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。 2.3 主接线方案设计 2.3.1 方案拟定及技术比较 方案220KV110KV35KV主变台数 方案一双母线双母线单母线分段 2 方案二3/2 接线双母线分段双母线 2 1)单母线分段 优点: 母线经断路器分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两 个供电电源;一段母线故障时(或检修),仅停故障(或检修)段工作,非故障段仍可继续 220KV 变电站电气主接线系统设计 VIII 工作. 缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出 线,在检修期间必须全部停电;
18、任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作. 通过该接线优缺点的分析,可见,方案一中 35KV 采用此接线方式,其优点是当 一母线发生故障时,分段断路器能自动把故障切除,保证正常段母线不间断供电和不 至于造成用户停电;缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时,接在该母线 上的回路都要在检修期间停电,所以,该接线方式对于 35KV 侧可以考虑.另一方面是 考虑到地区性一般变电所对经济性的考虑. 2)双母线接线 优点:供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母线故障后,能 迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便. 缺点:接线复杂,设备多,母线故障有短时停电. 通过该接线优缺点的分析,可见
19、,在方案一和方案二中的应用此接线方式,主要是 因为它对供电可靠性的保证.即是说,当一母线故障或检修的时候,由母联断路器向 另一母线充电,直到完成母线转换过后,在断开母联断路器,使原工作母线退出运行. 缺点是当母线故障或检修的时候,会有短时停电.但是对于方案中的用户侧是可以考 虑的. 3)3/2 接线 优点:高度可靠性,调度运行灵活,操作检修方便.任一母线故障或检修,均不导致停 电. 缺点:造价高,而二次控制复杂 通过对该接线优缺点的分析,可见,在方案二中采用该种接线方式,主要是为了 提高供电的可靠性.但此类接线造价比较高,所以,一般只在大容量变电站中使用. 从上述的比较可以看出,三种接线从技术
20、的角度来看主要的区别是在可靠性上,双 母线比单母线可靠性高,3/2 接线比双母线的可靠性更高.但对于 220KV 地区性变电站 来说,双母线接线的可靠性已能达到要求,且地区性变电站主要是要求经济性.所以,确定 220KV 变电站电气主接线系统设计 IX 选择第一种接线方案. 在方案中,由于远期投入是 3 台主变,近期只要 2 台.所以,对第 3 台的设计,主要的 区别在 35KV 侧,此时,第 3 台主变接在 35KV 的母线断路器上,这种接线的目的是为了减 小投资.现在从技术的角度来讨论,当 35KV 母线故障或检修时,3 号主变可以从另一母 线向负荷供电.可见,它并不影响单母线接线的工作方
21、式,所以,这种接线方式对 35KV 侧是可以考虑的. 2.3.2 方案的经济性比较 1)从电气设备的数目及配电装置上进行比较 方 案 项 目 方案一方案二 220KV 配电装置双母线3/2 接线 110KV 配电装置双母线双母线 35KV 配电装置单母线分段双母线 主变台数22 220KV913 110KV 1416 断路器的 数目 35KV 1512 220KV2326 110KV3434 隔 离开关 的数目 35KV1627 2)计算综合投资 Z (1) Z(1) (元) 0 Z100a 式中: 为主体设备的综合投资,包括变压器高压断路器高压隔离开关及配 0 Z 电装置等设备的中和投资;
22、a 为不明显的附加费用比例系数,一般 220 取 70,110 取 90. 220KV 变电站电气主接线系统设计 X (2)主体设备的综合投资如下 主变 主变容量 MVA每台主变的参考价格(万元/台)变压器的投资(万元) 240820 28201640 220KV 侧型断路器220 6 SW 每台断路器的参数价格 (万元/台) 方案一断路器投资 (万元) 方案二断路器的投资 (万元) 105 9105945131051365 220KV 侧型隔离开关80 1000 220 4 D GW 每台隔离开关的参数价格(万元 /台) 方案一隔离开关投资 (万元) 方案二隔离开关的投资 (万元) 5.5
23、235.5126.5265.5143 110KV 侧型断路器 110 6 SW 每台断路器的参数价格 (万元/台) 方案一断路器投资 (万元) 方案二断路器的投资 (万元) 65 146591016651040 110KV 侧型隔离开关110 4 GW 每台隔离开关的参数价格(万元 /台) 方案一隔离开关投资 (万元) 方案二隔离开关的投资 (万元) 2.5 342.585342.585 35 侧型断路器35 2 SW 每台断路器的参数价格 (万元/台) 方案一断路器投资 (万元) 方案二断路器的投资 (万元) 30 15304501230360 220KV 变电站电气主接线系统设计 XI 3
24、5 侧型隔离开关GGW35 5 每台隔离开关的参数价格(万元 /台) 方案一隔离开关投资 (万元) 方案二隔离开关的投资 (万元) 1.7 161.727.2271.745.9 配电装置 接线方式单母分段双母线3/2 接线双母分段 投资(万元)56094025001200 综合投资 方案一 方案二 主体设备总 投资 (万元) 2820945126.59 0 Z 108545027.256094 05683.7 28201365143104085 0 Z 36045.9120025009409318.9 综合投资 (万元) Z(1) 0 Z100a 5683.7(10.7) 9662.3 Z(1
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