220kV枢纽变电站的主设计和变压器保护.doc
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1、1 220kV 枢纽变电站的主设计和变压器保护 摘 要 变电站是电力系统中极其重要的部分,是实现输变电的关节点。好的 变电站设计方案不仅可以满足广大用户的用电要求,而且还有利于电力系 统的可靠运行。再有随着我国用电需求的不断增长以及先进科学技术的在 电力系统中的运用,好的变电站设计方案的选择显得尤为重要。 本设计是对大城市市中心枢纽配电站的设计。主要部分有:对原始资 料的分析、变电站主设计以及变压器相关保护设计。 关键词:主变压器,短路计算,设备选择,主变压器保护 2 220kV SUBSTION PROJECT DESIGN AND THE MAIN TRANSFORMER PROTECTI
2、ON ABSTRACT Transformer substation is a extremely important part of the power system. Its the key point to achieve the transmission and transformer of electricity power. Good design not only can meet the electricity requirements of customers but also for reliable operation of power system. Again wit
3、h the growing electricity demand in China and the advanced science and technology used in power systems, good selection of substation design is very important. The design is the design of a distribution hub substation in downtown of one big city. The main parts are: the analysis of raw data, substat
4、ion design and substation relay protection design . KEY WORDS: main transformer,short circuit calculations,equipment selection,main transformer protect 3 目 录 摘摘 要要1 ABSTRACT2 1.序序 论论.1 2. 电气主接线的设计电气主接线的设计.2 2.1 电气主接线概述电气主接线概述2 2.2 主接线的基本形式主接线的基本形式3 2.3 主接线方案选择主接线方案选择4 2.3.1 初定方案初定方案.4 2.3.2 方案的比较方案的
5、比较.6 3.主变压器的选择主变压器的选择.10 3.1 主变压器容量和台数的选择主变压器容量和台数的选择.10 3.1.1 主变压器容量的选择主变压器容量的选择10 3.2.2 主变压器台数的选择主变压器台数的选择10 3.2 主变压器型式和结构的选择主变压器型式和结构的选择.11 3.2.1 相数的选择相数的选择11 3.2.2 绕组数量和联接方式的选择绕组数量和联接方式的选择11 3.3 主变压器的选择结果主变压器的选择结果12 4. 短路电流计算短路电流计算.13 4.1 各元件标幺值计算各元件标幺值计算13 4.1.1 主变压器各绕组电抗标幺值计算主变压器各绕组电抗标幺值计算.13
6、4.1.2 220KV 侧电抗标幺值计算侧电抗标幺值计算14 4.1.3 110KV 侧电抗标幺值计算侧电抗标幺值计算15 4.2 等效电路图的化简等效电路图的化简17 4.3 各序网图各序网图20 4 4.4 短路电流计算短路电流计算.22 4.4.1 220KV 母线短路时的短路电流计算母线短路时的短路电流计算22 4.4.2 110KV 母线短路时的短路电流计算母线短路时的短路电流计算23 4.4.3 10KV 母线短路时的短路电流计算母线短路时的短路电流计算25 5. 高压电器的选择高压电器的选择.27 5.1 概述概述.27 5.1.1 高压电器选择的一般原则:高压电器选择的一般原则
7、:27 5.1.2 高压电器选择的技术条件:高压电器选择的技术条件:27 5.2 断路器的选择断路器的选择30 5.2.1 断路器选择的一般原则断路器选择的一般原则30 5.2.2 变压器变压器 220KV 侧断路器的选择侧断路器的选择31 5.2.3 110KV 侧断路器的选择侧断路器的选择33 5.2.4 10KV 侧断路器的选择侧断路器的选择35 5.3 隔离开关的选择隔离开关的选择.37 5.3.1 隔离开关的选择原则隔离开关的选择原则.37 5.3.2 变压器变压器 220KV 侧隔离开关的选择侧隔离开关的选择.38 5.3.3 110KV 侧隔离开关的选择侧隔离开关的选择39 5.
8、3.4 10KV 侧隔离开关的选择侧隔离开关的选择40 5.4 电流互感器的选择电流互感器的选择.42 5.4.1 电流互感器选择方法电流互感器选择方法.42 5.4.2 220KV 侧电流互感器选择侧电流互感器选择44 5.4.3 110KV 侧电流互感器选择侧电流互感器选择46 5.4.4 10KV 侧电流互感器选择侧电流互感器选择48 5.5 电压互感器的选择电压互感器的选择.49 5.5.1 电压互感器选择方法电压互感器选择方法.50 5.5.2 220KV 侧电压互感器选择侧电压互感器选择51 5.5.3 110KV 侧母线电压互感器选择侧母线电压互感器选择51 5.5.4 10KV
9、 侧电压互感器选择侧电压互感器选择51 5.6 母线的选择与校验母线的选择与校验.52 5.6.1 概述概述.52 5 5.6.2 220KV 母线的选择与校验母线的选择与校验53 5.6.3 110KV 母线的选择与校验母线的选择与校验56 6. 变压器保护变压器保护.61 6.1 概述概述61 6.1.1 变压器的故障及异常状态变压器的故障及异常状态.61 6.1.2 变压器保护装设的原则(变压器保护装设的原则(220500KV)62 6.2 瓦斯保护瓦斯保护.62 6.3 纵联差动保护纵联差动保护.64 6.3.1 纵联差动保护的要求纵联差动保护的要求64 6.3.2 纵联差动保护的基本
10、原理纵联差动保护的基本原理64 6.3.3 纵差动保护的构成纵差动保护的构成65 6.3.4 纵差保护整定计算纵差保护整定计算66 6.4 相间故障后备保护相间故障后备保护.71 6.5 接地故障后备保护接地故障后备保护.73 6.6 过负荷保护过负荷保护.75 6.7 过励磁保护过励磁保护.76 6.8 变压器保护装置的选型变压器保护装置的选型.77 致谢致谢79 参考文献参考文献80 附录附录:外文资料(原文、译文):外文资料(原文、译文)81 附录附录: 电气主接线图电气主接线图 113 附录附录: 变压器保护配置图变压器保护配置图 113 1 1.序 论 变电站是电力系统输电和配电的集
11、结点,担负着变换电压、接受和分配电能、调 整电压以及控制电力流向的重要任务,直接影响电力系统的安全与经济运行。其主要 有升压变电站、主网变电站、二次变电站以及配电站之分,本设计就是一典型市中心 配电站的设计案例。 本设计主要包括两个部分,一是变电站的主设计,另外一部分是变压器的保护设 计,对于变电站接地网、调压设备、直流系统、及运行方式以及经济性等分析本设计 没有做出具体介绍。其中变电站的主设计主要包括以下几方面:主接线的设计、主变 的选择、短路电流的计算、电流电压互感器等电力设备的选择。而变压器的保护主要 包括变压器保护的分析、整定计算以及设备的选择。 由于水平有限,难免有欠缺以及考虑不周的
12、部分,请大家做出批评指正。 2 2. 电气主接线的设计 2.1 电气主接线概述 电气主接线又称为电气一次接线,它是将电气设备以规定的图形和文字符号, 按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。它是变电站、发电厂电 气设计的首要部分,也是构成电力系统的主要环节。 1.电气主接线的指标有三个方面,即可靠性、灵活性、经济性。 安全可靠是电力生产的首要任务,保证供电安全可靠是电气主接线最基本得要 求。主接线的可靠性不是绝对的,得联系具体实际来确定,如变电站在电力系统中的 地位和作用、符合的性质和类别、设备的制造水平以及长期运行的的经验。 灵活性是指电气主接线能适应各种运行状态,并能灵活地进
13、行运行方式的转换。 灵活性主要有以下及方面:调度、操作、扩建的方便性。 经济性是在保证可靠性及灵活性为前提的情况下的经济。其主要从以下几方面 考虑:降低一次投资、占地面积以及电能损耗。 2.电气主接线的设计主要包括以下方面: 对原始资料的分析,其主要有以下方面:工程情况、电力系统情况、负荷情况、 环境条件以及设备供货情况 主接线方案的拟定及选择 短路电流计算和主要电气设备选择 绘制电气主接线图 编制工程预算 3 2.2 主接线的基本形式 电气主接线的方式住要有以下几种:单母及单母分段接线、母及双母分段接线、 带旁路的单母和双母接线、一台半及四分之三台断路器接线、变压器母线组接线、单 元接线以及
14、桥形接线。 1.单母 单母接线,其主要优点是:接线简单、操作方便、设备少、经济性好、易于扩 建。缺点则是:可靠性差(母线或母线隔离开关检修或故障是所有回路都得停止运行) 、 调度不方便(电源只能并列运行不能分裂运行,并且线路侧发生短路是有较大的短路电 流)。 一般适用于 610kV 配电装置不超过 5 回;3563kV 配电装置出线回路不超过 3 回;110220kV 配电装置出线回路不超过两回。 单母分段接线,与单母接线相比其供电更可靠灵活,对于重要的用户可从不同 段引出两回馈线。但其要比单母接线要多一台或多台断路器及隔离开关的投资。 这种接线方式一般用于:小容量发电厂的发电机电压配电装置,
15、每段母线上所接 发电容量为 12MW 左右出线不超过 5 回;变电站有两台主变是的 610kV 配电装置; 3563kV 配电装置出线 48 回;110220kV 配电装置出线 34 回。 2.双母 双母接线,其主要优点:供电方便,调度灵活,扩建方便,便于实验。缺点: 增加一条母线及每条回路的母线隔离开关的投资;检修会故障时隔离开关的倒闸操作 比较繁琐容易误操作。 广泛用于进线回路数较多、容量较大、出线带电抗器的 610kV配电装置; 3560kV 配电装置出线超过 8 回,或连接电源较大、负荷较大时;110kV 配电装置出 线数为 6 回以上是;220kV 配电装置出线数为 4 回以上时。
16、双母分段接线,与双母接线方式相比其增加了供电的可靠性,但同时增加了两 台断路器的投资。 一般使用双母分段的原则:当出线回路数为 1014 回时在一组母线上分段;当 出线回路数多于等于 15 时在两组母线上分段;在双母分段接线中均装设两台母联兼旁 路断路器;为了限制 220kV 母线短路电流或系统解列运行的要求,可使用母线分段。 4 3.增设旁路母线 增设旁路母线可提高了供电可靠性,特别是在进出线检修时(包括其保护装置的 检修和调试)不中断对用户的供电,但同时会增加母线等投资。他有三种接线方式: 有专用旁路断路器的旁路母线接线母联断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线 用分段断路器兼作旁路断路器的旁
17、路母线接线。 4.一台半及三分之四台断路器接线 这两种接线方式可靠性和灵活性很高,在检修或回路断路器时不必用隔离开关进 行大量的倒闸操作,并且调度和扩建也很方便,在超高压电网中有广泛应用。但断路 器的投资较高。 5.单元接线 优点:接线最简单,设备最少,不需高压配电装置。缺点:线路故障或检修时变 压器停运,变压器检修或故障时线路停运。 适用范围:只有一台变压器和一回线路是;当发电厂内不设高压配电装置,直接 将电能输送至枢纽变电所时。 6.桥式接线 有内桥和外桥接线之分,它们的优点是:所用断路器少,四回线只要用三台断路 器。缺点:桥联断路器检修或故障时两回路需解列运行内桥接线的变压器的投入 切除
18、操作复杂需动作两台断路器影响一回线路的暂时停运;外桥接线的线路的投入切 除操作复杂影响一台变压器的暂时停运内桥接线出线断路器检修是线路需长时间停 运;外桥接线的变压器端断路器检修是变压器需长时间停运。 内桥接线适用于较小容量的发电厂或变电所,且变压器不需频繁切换或线路较长、 故障率较高。外桥接线适用于较小容量的发电厂或变电所,且变压器的切换频繁或线 路较短、故障率较少的情况。 2.3 主接线方案选择 2.3.1 初定方案 由原始资料可知本变电站有两台三相变压器,各侧电压等级分别为: 5 220、110、10kV。220kV 侧为进线端,有两回线;110kV 及 10kV 侧为负荷侧各自的出 线
19、回路数为 5 回、9 回线。并且已知本变电站为地区人口约 200 万,有大量工业和商 业企业的集中地区供电的枢纽站。供电对象为包括政府、学校、医院、企业和军事部 门等重要用户。要求供电可靠高质量。由此拟定以下两种方案作为选择: 1.方案一 110KV 10KV 方案一 220KV 1 号 线 2 号 线 杨 三 线 杨 南 线 杨 屯 线 杨 丽 线 杨 亲 线 图 2-1 方案一 方案一 220kV 侧及 110kV 侧均采用双母线接线方式,10kV 侧则采用单母分段。 2.方案二 220KV 110KV 10KV1 号 线 2 号 线 杨 三 线 杨 南 线 杨 屯 线 杨 丽 线 杨 亲
20、 线 图 2-2 方案二 方案二 220kV 侧采用双母线接线方式,110kV 侧及 10kV 侧均采用有专用旁路断 路器的单母带旁路接线方式。 2.3.2 方案的比较 1.220kV 侧 由于本变电站所供电地区人口约 200 万,有大量工业和商业企业的集中地区供电 的枢纽站。供电对象为包括政府、学校、医院、企业和军事部门等重要用户。要求供 电可靠高质量。又考虑到随着城市的发展供电需求会不断上升,变电站进线回路要增 加所以 220kv 侧采用双母接线方式是合理的。 6 2.110kV 侧 由于 220kV 侧最大输入功率为 260MVA,110kV 侧最大负荷为 260MVA,最小负荷为 13
21、0MVA。由此可见本变电站的主要负荷在 110kV 侧,所以 110kV 的可靠性要求比较高。 方案一采用双母接线方式,而方案二采用单母带旁路(有专用旁路断路器) ,两种方案 的造价差不多,可靠性也差不多。但相比之下双母接线方式其扩建较方便一些,而且 设备检修时也没有单母带旁路接线方式那么复杂的隔离开关倒闸操作。所以双母接线 方式更为适合 110kV 侧。 3.10kV 侧 方案一采用单母分段,方案二则采用单母带旁路母线的接线方式,方案二的投资 略高于方案一,但其可靠性较高。但由于 10kV 侧虽然有 9 回出线,但其中有两条是备 用回路,且本侧的最小负荷为 25MVA 最大负荷也只有 90M
22、VA,方案一完全能满足其要 求,所以本侧接线方式选择单母分段较为适宜。 4.具体经济性比较 为确定某一规划设计方案,除了分析设计方案是否在技术上先进,可靠和适用外, 还要分析设计方案在经济上是否合理。只有技术和经济上两个方面都合理的设计方案, 才能实施。因此,为实现电力建设项目决策的科学化,减少和避免投资失误,提高经 济效益,对各规划设计方案必须进行技术经济分析,作为设计方案选择的主要依据之 一。 经济性比较主要是对各种方案的综合投资和年运行量进行综合效益比较,为选择 经济上的最优方案提供依据。计算时,可只计算各方案不同部分的投资和年运行费, 常用的技术经济分析方法有:最小费用法;净现值法;内
23、部收益率法;抵偿年限法。 .从电气设备的数目及配电装置上进行比较 表 2-1 隔离开关与断路器数目 方 案 项 目 方案一方案二 220kV 配电装置双母线双母线 110kV 配电装置双母线单母线旁路母线 10kV 配电装置单母线分段单母线旁路母线 主变台数22 220kV55 110kV88 断路器的 数目 10kV1212 7 220kV1414 110kV2321 隔离开关 的数目 10kV2433 计算综合投资 Z Z(1a/100) (元) 0 Z 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; a为不明显的附加费用比例系数,一般
24、 220 取 70,110 取 90. 主体设备的综合投资如下 表 2-2 主变价格 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) 方案一 820 28201640 方案二 820 28201640 表 2-3 220kV 侧断路器投资 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) 1055105=525 5105525 表 2-4 220kV 侧隔离开关投资 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) 5.5 145.577145.577 表 2-5110kV 侧断路
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