电力系统工程课程设计220KV.doc
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1、电气专业核心课程综合课程设计课程设计报告题 目: 220KV降压变电所电气一次部分初步设计 院 (系): 学院 专业班级: 电气工程及其自动化0901班 学生姓名: 学 号: 指导教师: 20 12 年 6 月 18 日至20 12 年 7 月 6 日 华中科技大学目 录1 变电所设计概况12 电气主接线的选择12.1 主接线设计基本规则12.2 选择电气主接线设计方案13 主变压器容量及台数的选择33.1 主变压器台数的选择33.2 主变压器容量的选择43.3 主变压器型式的选择43.3.1 主变压器相数的的选择43.2.2 主变压器绕组数的选择43.3.3 主变压器的选择结果54 短路电流
2、计算55 电气设备的选择与校验95.1 电气设备选择的一般条件95.1.1 按正常工作条件选择电器95.1.2 按短路情况校验95.2 断路器和隔离开关的选择105.2.1 220kV主变、出线侧106 防雷设计146.1 概述146.2 直击雷保护156.2.1 保护对象156.2.2 保护措施156.2.3 避雷针装设应注意的问题156.3 雷电侵入波156.3.1 保护措施156.3.2 避雷器的设置156.4 防雷设计结果166.5 电站的防雷设计计算167 课程设计心得17致谢18参考文献181. 变电所设计概况变电所设计为220KV降压变电所电气一次部分初步设计,在城市近郊,向开发
3、区的炼钢厂、化纤厂供电,并供给附近地区的工业,农业用电。220kV线路5回,其中2回与系统、2回与电厂相连,备用1回;110kV送出4回,备用1回;10kV送出12回线路;该变电所的所址,地势平坦,交通方便。2 电气主接线的选择2.1 主接线设计基本规则在满足运行要求时,变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。在110-220kV变电所中,当出现为2回时,一般采用桥型接线;当出线不超过4回时,一般采用单母线分段接线;当枢纽变电所的出线在4回及以上时,一般采用双母线。在6-10kV变电所中,一般采用单母线接线或单母线分段接线。旁路设施可按主接线基本形式中所述的情况设置。2.2 选择
4、电气主接线设计方案(1) 方案一220kV采用双母线带旁路母线接线方式,110kV也采用双母线带旁路母线接线,220kV主接线形式如图3-1:图3-1 220kV主接线形式图110kV母线上近期负荷为4回出线,110kV主接线形式如图3-2:图3-2 110kV主接线形式图10kV,因只用来做无功补偿装置使用,可采用单母线分段接线方式。出线回路数为12回、接线形式图3-3:图3-3 10kV主接线形式以上接线的缺点:10kV采用单母线运行时,操作不够灵活、可靠,任一元件故障或检修,均需使整个配电装置停电。(2) 方案二 220kV采用3/2接线,每一回路经一台断路器接至母线,两回路间设一联络断
5、路器形成一串,运行时,两组母线和全部断路器都投入工作,形成环状供电,具有较高的供电可靠性和运行灵活性。 110kV近期出线7回,可采用双母线接线方式,出线断路器检修时,可通过“跨条”来向用户供电。而任一母线故障时,可通过另一组母线供电。但由于双母线故障机率较小,故不考虑。 10kV采用单母线接法,线路用隔离开关分段,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母线分开后才能恢复非故障的供电。优点:方案一 220kV、110kV都采用双母线带旁路,并且设计专用的旁路断路器,使检修或故障时,不致破坏双母线接线的固有运行方式,及不致影响停电。可靠性高于方案二,但方案一10kV采用单母
6、线运行时,操作不够灵活、可靠,任一元件故障或检修,均需使整个配电装置停电。其可靠性不如方案二。(3) 方案三 220kV、110kV都采用双母线带旁路,并且设计专用的旁路断路器,使检修或故障时,不致于破坏双母线接线的固有运行方式及影响停电。 10kV虽无出线,但为了满足变电所用电的可靠性,有用装设两台所用变压器,为互备方式运行,其接线方式为单母线分段接线方式。以上三种方案相比较,方案三的可靠性略高于方案一,其经济性略低于方案二,操作灵活性居于方案一、三之中,根据变电所的基本数据,方案三满足要求,而且根据可靠性、灵活性、经济性,只有方案三更适合于本次设计切身利益,故选择方案三。3 主变压器容量及
7、台数的选择3.1 主变压器台数的选择由原始资料可知,本次所设计的是220kV降压变电所,它是以220kV输出功率为主。把所受的功率通过主变传输至110kV及10kV母线上。若全所停电后,将引起下一级变电所与地区电网瓦解,影响整个市区的供电,因此选择主变压器台数时,要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性,避免一台主变压器故障或检修时影响供电,变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时,变电所的可靠性虽然有所提高,但接线网络较复杂,且投资增大,同时增大了占用面积和配电设备及用电保护的复杂性,以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且还会造成中压侧短路容量过大,不宜选择轻型设备。考虑到两台主
8、变压器同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建,而当一台主变压器故障或者检修时,另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故近期选择两台主变压器互为备用,远期再加一台变压器以提高供电的可靠性。3.2 主变压器容量的选择根据变电所的基本数据可得:(1) 110kV侧最大负荷:近期为500MW,同时率为0.9,其中一台事故停用后,其余主变压器的容量应保持该所全部负荷的60以上。=317.6(MVA)因选择两台主变压器,选择型号为:OSFPS7 /220额定电压: 高压22022.5%kV,中压121kV,低压10.5kV阻抗电压%: 高中:2834% 高低:810% 中低:1
9、824%容量比为: 100/100 /50连接组标号:Y0 / Y0 / 1211空载电流: 0.8空载损耗: 70kW短路损耗: 320kW3.3 主变压器型式的选择3.3.1 主变压器相数的选择当不受运输条件限制时,在330kV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时,应根据变电所的基本数据以及所设计变电所的实际情况来选择。本次设计的变电所,位于市郊区,交通便利,不受运输等条件限制,所址建在平原地区,故本次设计的变电所应选用三相变压器。3.3.2 主变压器绕组数的选择在具有三种电压等级的变电所,如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷,但在
10、变电所内需装设无功补偿设备,主变压器宜采用三绕组变压器。3.3.3 主变压器选择结果根据分析,查电力工程电气设备手册:电气一次部分,选定变压器的额定容量为120MVA。这里选择三绕组变压器,所选变压器的技术参数如下所示:型号为:OSFPS7 /220额定电压: 高压22022.5%kV,中压121kV,低压10.5kV阻抗电压%: 高中:2834% 高低:810% 中低:1824%容量比为: 100/100 /50连接组标号:Y0 / Y0 / 1211空载电流: 0.8空载损耗: 70kW短路损耗: 320kW所以选择两台OSFPS7-/220 型变压器为主变压器。4 短路电流计算短路电流计
11、算目的是:(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取限制短路电流的措施等,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情况下都能安全、可靠地工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路电流计算。(3) 在设计屋外高压配电装置时,需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。(4) 在选择继电保护方式和进行整定计算时,需以各种短路时的短路电流为依据。当220kV母线发生三相短路时,即d1点短路时10kV母线侧因没有电源,无法向220kV侧提供短路电流,可略去不计。网络简化如图4-3:图4-3 220kV母线发生三相短路网络简
12、化图把计为,即: = =换算到220kV短路电流有名值为: = = 43.28= 10.86(KA)取 短路电流全电流最大有效值为:= I = 2 I = 1.51I=16.41(KA )当不计周期分量衰减时冲击电流为: =1.87 = 2.55 = 2.5510.86 = 27.69(kA)短路容量为: = 23010.86 = 4326.2(MVA)当110kV母线上发生三相短路时,即d2的等值网络简化如图4-4:图4-4 110kV母线发生三相短路网络简化图=把即:= = 换算到110kV的短路电流有名值为: =短路电流全电流最大有效值为:=27.57 短路电流的冲击值为:=2.5518
13、.26=46.56短路容量为: 当10kV母线值发生三相短路,即d3的等值网络简化如图4-5:图4-5 10kV母线发生三相短路网络简化图把 = = 0.028= = 0.0557=把星形变换成三角形,即:220KV侧转移电抗: + = = 110KV侧转移电抗: = = 换算到10kV侧有名值:=短路电流全电流最大有效值及冲击值:=短路容量: = 则系统短路点的各个值如表4-1:表4-1 短路电流短路点的编 号基准电压(kV)基准电流(kA)额定电流(kA)稳态短路电流标幺值短路电流有名值短路全电流最大有效值 (kA)短路电流冲击值 短路功率SK(MVA)d12300.250.2543.28
14、10.8616.4127.694328d21150.50.536.3718.2627.5746.563637d310.55.55.512.0166.0499.72168.412015. 变电所电气设备的选择5.1 电气设备选择的一般条件5.1.1 按正常工作条件选择电器(1) 额定电压和最高工作电压在选择电器时,一般可按照电器的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择,即 (4-1)(2) 额定电流电器的额定电流是指在额定周围环境温度下,电器的长期允许电流。应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流,即 (4-2)(3) 按当地环境条件校核在选择电器时,还应考虑电器安装地点的环境
15、(尤其是小环境)条件当气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件是,应采取措施。5.1.2 按短路情况校验(1) 短路热稳定校验短路电流通过电器时,电器各部件温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为 (4-3)式中短路电流产生的热效应;、t电器允许通过的热稳定电流和时间。(2) 电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力,亦称动稳定。满足动稳定的条件为或 (4-4)式中、短路冲击电流幅值及其有效值;、电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。下列几种情况可不校验热稳定或动稳定:熔断器保护的电器,其热稳定由熔断时间保证,故可不验算热稳定。采用有限
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