发电厂电气部分课程设计 220KV降压变电所的设计

长沙理工大学继续教育学院课程设计班级： 姓名： 学号： 220KV降压变电所的设计设计任务书一 电气主接线1.1 系统与负荷资料分析1.2主接线方案的选择1.3主变压器的选择与计算二 所用电设计 2.1 所用电设计原则 2.2 所用电设计的方法及步骤2.3 所用变压器的选择三 短路电流的计算3.1短路计算的一般规则3.2短路电流的计算四 配电装置设计 5.1 配电装置的特点及要求 5.2 配电装置的净距 5.3 本次变电所的220KV屋外配电装置结论参考文献摘要 ：随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电稳定性、可靠性和持续性，然而电网的稳定性、可靠性和持续性往往取决于变电所的合理设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，本文针对220KV变电所的特点，设计了一个220KV中间变电站，此变电站有三个电压等级，分别为220KV、110KV、35KV。同时对变电所内的主设备进行合理的选型。本设计选择三台主变压器，其他设备如断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、无功补偿装置和继电保护装置等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠、操作简单、方便、经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性，使其更加贴合实际，更具现实意义。关键词：降压变电所；供配电；设计方法。前言 电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一时间完成的，需随时保持功率平衡。要满足国民经济的发展要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。 变电所作为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分地满足当地的供电要求，还能有效地减少投资和资源浪费。一 电气主接线1.1 系统与负荷资料分析根据原始资料，本电厂是中型发电厂，比较远离负荷中心。本电厂要与220KV系统相连，还要向110KV系统供电。由资料我们可知：220KV电压等级：负荷容量260MW，出线4回，无近区负荷，系统容量为无穷大，选取基准容量为100MVA归算到发电厂220KV母线短路容量为3400MVA.。110KV电压等级：出线4回（10KM），无近区负荷，系统容量为500MVA。1.1.1 220KV电压等级架空线4回，输送容量260MW，TMAX=6000h/a；cos=0.8。出线回路数等于4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。1.1.2 110KV电压等级架空线4回， TMAX=6000h/a；cos=0.8。出线回路数等于4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母或双母分段，以保证其供电的可靠性和灵活性。根据原始资料，本电厂是中型发电厂，其容量为3125MW， 年利用小时数为6000h5000h，远远大于电力系统发电机组的平均最大负荷利用小时数,说明该厂在未来电力系统中的作用和地位重要.该厂为火力发电厂，在电力系统中主要承担基荷，从而该厂主接线设计务必着重考虑其可靠性。由资料可知发电厂与220KV的系统连接且与110KV的系统连接。对于最大机组为125MW的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。其联络变压器宜选用三绕组自耦变压器。1.2主接线方案的选择1.2.1 主接线概述电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路的相互关系。所以它的设计直接关系到全厂电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。概括地说包括以下三个方面：（1）可靠性：在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析；主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合，在很大程度上也取决于设备的可靠程度。可靠性的具体要求在于断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。（2）灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式的系统调度要求；在检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。（3）经济性：要节省投资，主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备；要节省继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆；要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少；经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次变压而增加电能损失。电气主接线是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。1.2.2 电气主接线的叙述（1）单元接线其是无母线接线中最简单的形式，也是所有主接线基本形式中最简单的一种，此种接线方法设备更多。本设计中机组容量为125MW，所以发电机出口采用封闭母线，为了减少断开点，可不装断路器。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。（2）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线优点：在正常工作时，旁路断路器以及各出线回路上的旁路隔离开关，都是断开的，旁路母线不带电，通常两侧的开关处于合闸状态，检修时两两互为热备用；检修QF时，可不停电；可靠性高，运行操作方便。缺点：增加了一台旁路断路器的投资。（3）单母分段线分段断路器兼作旁路断路器的接线优点：可以减少设备，节省投资；同样可靠性高，运行操作方便；（4）双母线接线优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。缺点：由于220KV电压等级容量大，停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。（5）双母线带旁路母线的接线优点：增加供电可靠性，运行操作方便，避免检修断路器时造成停电，不影响双母线的正常运行。缺点：多装了一台断路器，增加投资和占地面积，容易造成误操作。1.2.3主接线方案：（1）根据变压器的组合方案拟定主接线的初步方案，并依据对主接线的基本要求，从技术上进行论证各方的优、缺点，淘汰了一些较差的方案，最终选定220KV采用双母线带旁路接线，110KV 采用双母线接线。（2）发电机采用单元接线经过双绕组变压器升压后送人系统母线，其中220KV侧用2台发电机供电，110KV侧采用1台机组供电，220KV系统与110KV系统之间用三绕组自耦变压器连接，其低压绕组引出作为厂用电备用电源。 主接线方式如下图21所示：图21 电气主接线图1.3 主变压器的选择与计算1.3.1 主变压器台数的选择确定主变压器台数的因素很多，主要取决于该电厂在系统中的重要性并结合电厂本身的装机台数。 由于本设计采用单元接线作为发电机送人系统接线形式，所以应该用三台双绕组表变压器作为主变和一台三绕组自耦变压器作为联络变压器。1.3.2 主变压器的选择发电机变压器单元接线中的主变容量应按发电机额定容量扣除本机组厂用电后，留有10%的裕度来确定。主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择。 根据本设计具体情况，使用三台双绕组变压器一台三绕组自耦变压器，主变的容量计算如下：PN为发电机容量，8%为厂用电，COS为发电机功率因数。(1) 主变的选择选择SFP7-150000/220型三相双绕组变压器表31 主变的参数参数：额定容量（KVA）额定电压（KV）阻抗电压（）1500002202.5/13.81214(2)主变T的选择 选择SFP7-150000/110型三相双绕组变压器表32 主变的参数参数：额定容量（KVA）额定电压（KV）阻抗电压（）1500001102.5/13.813（3）联络变压器的选择选择SFPS7-150000/220型三绕组自耦变压器表33 联络变器的参数参数：额定容量（KVA）额定电压（KV）阻抗电压（）1500002202.5/121/13.8高低高中中低13.5238二 变电所用电设计2.1 变电所用电设计原则2.1.1 所用负荷分类 按其负荷的重要性一般可分以下四类： （1）保安负荷在事故停机过程中及停机后的一段时间内，仍应保证供电，否则可能引起主要设备的损坏、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷，称为事故保安负荷。根据对电源要求的不同，又可分下列三种：1） 流保安负荷。由蓄电池组供电，如发电机组的支流润滑油泵等。2） 交流不停电保安负荷。一般由接于蓄电池组的逆变装置供电，如实时控制用电子计算机。3） 短时停电的交流保安负荷。平时由交流厂用电供电，失去厂用工作电源和备用电源时，交流保安电源应自动投入，如200MW及以上机组的盘车电动机。 （2）类负荷短时（手动切换恢复供电所需的时间）的停电可能影响人身或设备的安全，是生产停顿或发电量下降的负荷。如给水泵、凝结水泵等。对类负荷必须保证自启动，并应由2个独立电源的母线供电，当一个电源失去后，另一个电源应立即自动投入。（3）类负荷允许短时停电，但停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。如工业水泵、输水泵等。对类负荷，应有两个独立的电源的母线供电，一般采用手动切换。（4）类负荷 长时间停电不会直接影响生产的负荷。如中央修配厂、实验室等的用电设备。对类负荷，一般由一个电源供电。2.1.2 设计的一般原则 （1）对变电所用电设计的要求所用电设计应按照运行、检修和施工的需要，考虑全厂发展规划，积极谨慎地采用经过试验鉴定的新设备和新技术。使设计达到技术先进、经济合理。（2）所用电电压高压所用电一般采用6KV，经技术经济比较合理时，也可采用3KV电压。低压所用电采用380/220V的三相四线制系统。 （3）所用母线接线方式 高压所用电力系统应采用单母线。低压所用电系统应采用但母线接线。当公用负荷较多、容量较大、采用集中供电方式合理时，可设立公用母线，但应保证重要公用负荷的供电可靠性。2.1.3 设计的一般要求 所用电接线初应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足下列特殊要求：（1） 尽量缩小所用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全所停电事故。（2） 充分考虑变电所正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求。切换操作简便。（3） 分期扩建或连续施工。对公用负荷的供电，要结合远景规模统筹安排。2.2 所用电设计的方法及步骤2.2.1 设计步骤 （1）确定所用高压和低压电压等级。 （2）选择全所用电接线，并确定所用工作电源、备用电源或启动电源、交流保安的引接方式。 （3）统计和计算各段所用母线的负荷。 （4）选择所用变压器（电抗器）。 （5）所用电系统短路电流计算。 （6）选择所用电气设备。 （7）绘制所用电接线图。2.3 所用变压器的选择 所用电占负荷的0.5% 所用变容量：207X0.5%=1.035mw 查表36型号及容量（KVA）低压侧额定电压（KV）连接组损耗（KW）阻抗电压（%）空载电压（%）总重（t）参考价格（万元）综合价格（万元）空载短路SJL18006.3Y/111.711.55.51.92.731.181.34三.短路电流的计算3.1短路计算的一般规则3.11 短路电流计算的目的在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。（4）在选择继电保护方式和进行整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据。（5）接地装置的设计，也需用短路电流。3.1.2 短路电流计算条件1基本假定：（1）正常工作时，三相系统对称运行（2）所有电流的电动势相位角相同（3）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间（5）不考虑短路点的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。（6）不考虑短路点的电流阻抗和变压器的励磁电流。（7）元件的技术参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。2一般规定：（1）验算导体电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点。（4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。3.2 短路电流的计算等值网络：图31 系统的接线图选择：=100MvA =计算 （1）系统的电抗： =0.0294 (2)系统的电抗：=0.2(3)发动机、的电抗由X=0.12 则 =X =0.12*=0.0768变压器、的电抗： = =0.0867变压器的电抗：= =0.0867变压器T4的阻抗：高低：XT41=高中：XT42=中低：XT43=图32 等值电路变换为：图33 化简后的网络合并电源：图34 合并电源后的网络星网变换：图34 星网变换则转移阻抗：图35 变换后的网络计算电抗：查表得：表31 短路电流短路时间0s1s2s标幺值0.500.5070.507有名值0.820.83150.8315系统的短路电流标幺值：有名值:：系统的短路电流标幺值：有名值:：短路电流： 四 配电装置的设计配电装置按电气设备地点不同，可分为屋内、屋外配电装置。按组成方式有可分为：由电气设备在现场组装配电装置称为装配式。若在制造厂预先将开关电器，互感器等安装成套，然后运至安装地点，则称为成套配电装置。4.1 配电装置的特点及要求4.1.1 屋内配电装置的特点：(1) 由于允许安全净距小和可以分层布置，故占地面积较小。(2) 维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响。(3) 外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量。(4) 房屋建筑投资较大。4.1.2 屋外配电装置的特点：(1) 土建工程量和费用较小，建筑周期较短。(2) 扩建比较方便。(3)相邻设备之间距离较大，便于带电作业。(4) 占地面积大。(5) 受外界空气影响，设备运行条件较差，须加强绝缘(6) 外界气象变化对设备维修和操作有影响。大、中、小型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置多采用屋内配电装置。110KV及以上多为屋外配电装置。但110220KV装置，当有特殊要求成处于严重污秽地区时，经过经济技术比较，也可以采用屋内布置。4.1.3 成套配电装置的特点：(1) 电气设备不止在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小。(2)所有电器电器元件已在工厂组装成一个整体，大大减少现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁。(3)运行可靠性高，维护方便。(4)耗用钢材较多，造价较高。4.1.4 配电装置应满足以下基本要求：(1) 保证运行可靠，按照系统和自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐，清晰，保证具有足够的安全距离。(2) 便于检修，巡视和操作。(3) 在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。(4) 安装和扩建方便。4.2配电装置的安全净距4.2.1 屋内配电装置的安全净距配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备的外形尺寸，检修和运输的安全距离等因素而决定的，对与敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中最基本的是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的最小安全净距。4.2.2 屋外配电装置安全净距根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型，半高型和高型。(1)屋外配电装置的安全净距设计配电装置确定带电导体之间和导体对接地构造的距离时还要考虑减少相间短路的可能性及减小电动力。如软导线在短路电动力，风摆，温度等因素作用下使相间及对地距离了的减小，隔离开关。开断允许电流不致发生相间和接地故障，以及减小大电流导体附近的铁磁物质的发热。110KV及以上还要考虑减小电晕损失，带电检修等因素。(2)屋外高压配电装置的若干问题 母线及构造屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线为钢芯铝绞线，软母线和分裂导线，三相水平布置。用悬式绝缘子悬挂在母线构造架上。软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂也越大。因而导线相间及对地距离就要增加。母线及跨越线构架的宽度和高度均需要加大。电气设备的布置按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为：单列、双列和三列布置。断路器的各种排列方式，必须根据主线和地地形条件，总体布置和出线方向等多种因素合理选择。隔离开关电流、电压互感器等均采用高式布置，其支架高度的要求与断路器相同。4.3本次变电站的220KV屋外配电装置本次变电站的220KV屋外配电装置采用普通中型配电装置,其安全净距如下:电压等级弧垂线间距离构架高度构架宽度220KV母 线出 线X型母线架 出线门型母线架母线构架 双层构架出线构架X型母线架 出线门型母线架 0.9-1.10.9-1.13.0 2.22.27.3 10136.0 8.08.0低压侧。低压侧无电源时，保护可以较短时限断开该侧断路器。高压侧保护包括带方向和不带方向的两倍分，带方向的保护其方向指向后备保护时限较小的一侧（例如高压侧），以交短时限断开该侧断路顺，不带方向的保护以较大时限断开另一侧（例如中压侧）断路器，以再大一级时限断开全部断路器。当高压侧断开时，变压器本身对内部故障无后备保护，这种运行方式机会少，变压器故障少，差动和瓦斯保护都拒动的可能性更少，三者凑在一起的概率可以不予考虑，因而上述保护配置是可以允许的。如果上述保护不能满足灵敏性的要求，允许三侧都装设后备保护。高、中压两侧中后备保护时限较小的一侧（如高压侧）装设方向保护（不另加不带方向的保护），另一侧装设不带方向的保护。对于高、中压侧有电源的大容量变压器及联络变压器，变压器三侧都装设后备保护，为了保证在各种运行情况下主变压器都有后备保护，高、中压侧的保护都带方向性，其方向指向变压器，设二段时限，第一段时限跳开相邻侧断路器，第二段时限跳各侧断路器。参考文献1.西北电力设计院，“发电厂、变电所电气接线和布置”水利电力出社，1984年出版2.中华人民共和国水利电力部，“变电所设计技术规程（SDJ2-79）”水利电力出社，1979年出版3.苏州电力技工学校、华田生编“发电厂和变电所电气设备的运行”水利电力出社，1982年出版4.王川波“发变电站一次系统”，1998，中国水利水电出版社 5.西北电力设计院，“电力工程电气设计手册”1-2册水利电力出社，1990年出版6.弋东方“电力工程电气设计手册（1）”，1996，中国电力出版社7.牟道槐编“发电厂变电站电气部分”重庆大学出版社，1996年出版8.华智明、张瑞林编“电力系统”重庆大学出版社，1997年出版9.纪雯“电力系统设计手册”，1998，中国电力出版社10.黄纯华“发电厂电气部分课程设计参考资料”，2002，中国电力出版设11.王文渊“变电运行技能培训教材”，1998，中国电力出版社