發(fā)電廠電氣部分課程設計 220KV降壓變電所的設計

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1、 長沙理工大學繼續(xù)教育學院 課 程 設 計 班級： 姓名： 學號：  220KV降壓變電所的設計 設計任務書 一 電氣主接線 1.1 系統(tǒng)與負荷資料分析 1.2主接線方案的選擇 1.3主變壓器的選擇與計算 二 所用電設計 2.1 所用電設計原則 2.2 所用電設計的方法及步驟

2、 2.3 所用變壓器的選擇 三 短路電流的計算 3.1短路計算的一般規(guī)則 3.2短路電流的計算 四 配電裝置設計 5.1 配電裝置的特點及要求 5.2 配電裝置的凈距 5.3 本次變電所的220KV屋外配電裝置 結論 參考文獻 摘要 ：隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對電力供應的要求越來越高，特別是供電穩(wěn)定性、可靠性和持續(xù)性，然而電網的穩(wěn)定性、可靠性和持續(xù)性往往取決于變電所的合理設計和配置。一個典型的變電站要求變電設備運行可靠、操作靈活、經濟合理、擴建方便。出于這幾方面的考慮，本文針對220KV變電所的特

3、點，設計了一個220KV中間變電站，此變電站有三個電壓等級，分別為220KV、110KV、35KV。同時對變電所內的主設備進行合理的選型。本設計選擇三臺主變壓器，其他設備如斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器、無功補償裝置和繼電保護裝置等也按照具體要求進行選型、設計和配置，力求做到運行可靠、操作簡單、方便、經濟合理，具有擴建的可能性和改變運行方式時的靈活性，使其更加貼合實際，更具現(xiàn)實意義。 關鍵詞：降壓變電所；供配電；設計方法。 前言 電能是發(fā)展國民經濟的基礎，是一種無形的、不能大量存儲的二次能源。電能的發(fā)、變、送、配和用電，幾乎是在同一時間完成的，需隨時保持功率平衡。要滿足國民

4、經濟的發(fā)展要求，電力工業(yè)必須超前發(fā)展，這是世界電力工業(yè)發(fā)展規(guī)律，因此，做好電力規(guī)劃，加強電網建設，就尤為重要。 變電所作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用，對其進行設計勢在必行，合理的變電所不僅能充分地滿足當?shù)氐墓╇娨?，還能有效地減少投資和資源浪費。 一 電氣主接線 1.1 系統(tǒng)與負荷資料分析 根據(jù)原始資料，本電廠是中型發(fā)電廠，比較遠離負荷中心。本電廠要與220KV系統(tǒng)相連，還要向110KV系統(tǒng)供電。 由資料我們可知： 220KV電壓等級： 負荷容量260MW，出線4回，無近區(qū)負荷，系統(tǒng)容

5、量為無窮大，選取基準容量為100MVA歸算到發(fā)電廠220KV母線短路容量為3400MVA.。 110KV電壓等級： 出線4回（10KM），無近區(qū)負荷，系統(tǒng)容量為500MVA。 1.1.1 220KV電壓等級 架空線4回，輸送容量260MW，TMAX=6000h/a；cos=0.8。出線回路數(shù)等于4回，為使其出線斷路器檢修時不停電，應采用雙母分段或雙母帶旁路，以保證其供電的可靠性和靈活性。 1.1.2 110KV電壓等級 架空線4回， TMAX=6000h/a；cos=0.8。出線回路數(shù)等于4回，為使其出線斷路器檢修時不停電，應采用雙母或雙母分段，以保證其供電的可靠性和靈活

6、性。 根據(jù)原始資料，本電廠是中型發(fā)電廠，其容量為3125MW， 年利用小時數(shù)為6000h>5000h，遠遠大于電力系統(tǒng)發(fā)電機組的平均最大負荷利用小時數(shù),說明該廠在未來電力系統(tǒng)中的作用和地位重要.該廠為火力發(fā)電廠，在電力系統(tǒng)中主要承擔基荷，從而該廠主接線設計務必著重考慮其可靠性。由資料可知發(fā)電廠與220KV的系統(tǒng)連接且與110KV的系統(tǒng)連接。對于最大機組為125MW的發(fā)電廠，一般以采用雙繞組變壓器加聯(lián)絡變壓器更為合理。其聯(lián)絡變壓器宜選用三繞組自耦變壓器。 1.2主接線方案的選擇 1.2.1 主接線概述 電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，它反映各設備

7、的作用、連接方式和回路的相互關系。所以它的設計直接關系到全廠電氣設備的選擇、配電裝置的布置，繼電保護、自動裝置和控制方式的確定，對電力系統(tǒng)的安全、經濟運行起著決定的作用。概括地說包括以下三個方面： （1）可靠性：在研究主接線可靠性時應重視國內外長期運行的實踐經驗和其可靠性的定性分析；主接線的可靠性要包括一次部分和相應組成的二次部分在運行中可靠性的綜合，在很大程度上也取決于設備的可靠程度?？煽啃缘木唧w要求在于斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電；斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數(shù)和停運時間，并要保證對一級負荷及全部或大部分二級負荷的供電。 （2）靈活性：主接線應滿足在調度、檢

8、修及擴建時的靈活性。在調度時，應可以靈活地投入和切除發(fā)電機、變壓器和線路，調配電源和負荷，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式的系統(tǒng)調度要求；在檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不致影響電力網的運行和對用戶的供電；擴建時，可以容易地從初期接線過渡到最終接線。 （3）經濟性：要節(jié)省投資，主接線應力求簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備；要節(jié)省繼電保護和二次回路不過于復雜，以節(jié)省二次設備和控制電纜；要能限制短路電流，以便于選擇價廉的電氣設備或輕型電器；主接線設計要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少；經濟合理地選擇

9、主變壓器的種類、容量、數(shù)量、要避免因兩次變壓而增加電能損失。 電氣主接線是發(fā)電廠電氣設計的首要部分,也是構成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。 1.2.2 電氣主接線的敘述 （1）單元接線 其是無母線接線中最簡單的形式，也是所有主接線基本形式中最簡單的一種，此種接線方法設備更多。 本設計中機組容量為125MW，所以發(fā)電機出口采用封閉母線，為了減少斷開點，可不裝斷路器。這種單元接線，避免了由于額定電流或短路電流過大，使得選擇斷路器時，受到制造條件或價格甚高等原因造成的困難。 （2）單母線分段帶專用旁路斷路器的旁路母線接線 優(yōu)點：在正常工作時，旁路斷路器以及各出線回路上的旁路隔離開

10、關，都是斷開的，旁路母線不帶電，通常兩側的開關處于合閘狀態(tài)，檢修時兩兩互為熱備用；檢修QF時，可不停電；可靠性高，運行操作方便。 缺點：增加了一臺旁路斷路器的投資。 （3）單母分段線分段斷路器兼作旁路斷路器的接線 優(yōu)點：可以減少設備，節(jié)省投資；同樣可靠性高，運行操作方便； （4）雙母線接線 優(yōu)點：供電可靠，調度方式比較靈活，擴建方便，便于試驗。 缺點：由于220KV電壓等級容量大，停電影響范圍廣，雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復雜，對運行人員要求高。 （5）雙母線帶旁路母線的接線 優(yōu)點：增加供電可靠性，運行操作方便，避免檢修斷路器時造成停電，不影響雙母線的正

11、常運行。 缺點：多裝了一臺斷路器，增加投資和占地面積，容易造成誤操作。 1.2.3主接線方案： （1）根據(jù)變壓器的組合方案擬定主接線的初步方案，并依據(jù)對主接線的基本要求，從技術上進行論證各方的優(yōu)、缺點，淘汰了一些較差的方案，最終選定220KV采用雙母線帶旁路接線，110KV 采用雙母線接線。 （2）發(fā)電機采用單元接線經過雙繞組變壓器升壓后送人系統(tǒng)母線，其中220KV側用2臺發(fā)電機供電，110KV側采用1臺機組供電，220KV系統(tǒng)與110KV系統(tǒng)之間用三繞組自耦變壓器連接，其低壓繞組引出作為廠用電備用電源。 主接線方式如下圖2—1所示： 圖2—1 電

12、氣主接線圖 1.3 主變壓器的選擇與計算 1.3.1 主變壓器臺數(shù)的選擇 確定主變壓器臺數(shù)的因素很多，主要取決于該電廠在系統(tǒng)中的重要性并結合電廠本身的裝機臺數(shù)。 由于本設計采用單元接線作為發(fā)電機送人系統(tǒng)接線形式，所以應該用三臺雙繞組表變壓器作為主變和一臺三繞組自耦變壓器作為聯(lián)絡變壓器。 1.3.2 主變壓器的選擇 發(fā)電機—變壓器單元接線中的主變容量應按發(fā)電機額定容量扣除本機組廠用電后，留有10%的裕度來確定。主變容量一般按變電所建成后5～10年的規(guī)劃負荷來進行選擇。 根據(jù)本設計具體情況，使用三臺雙繞組變壓器一臺三繞組自耦變壓器，主變的容量計

13、算如下： PN為發(fā)電機容量，8%為廠用電，COSΦ為發(fā)電機功率因數(shù)。 (1) 主變的選擇 選擇SFP7-150000/220型三相雙繞組變壓器 表3—1 主變的參數(shù) 參數(shù)： 額定容量（KVA） 額定電壓（KV） 阻抗電壓（％） 150000 2202.5％/13.8 12～14 (2)主變T的選擇 選擇SFP7-150000/110型三相雙繞組變壓器 表3—2 主變的參數(shù) 參數(shù)： 額定容量（KVA） 額定電壓（KV） 阻抗電壓（％） 150000 1102.5

14、％/13.8 13 （3）聯(lián)絡變壓器的選擇 選擇SFPS7-150000/220型三繞組自耦變壓器 表3—3 聯(lián)絡變器的參數(shù) 參數(shù)： 額定容量（KVA） 額定電壓（KV） 阻抗電壓（％） 150000 2202.5％/121/13.8 高低 高中 中低 13.5 23 8 二 變電所用電設計 2.1 變電所用電設計原則 2.1.1 所用負荷分類 按其負荷的重要性一般可分以下四類： （1）保安負荷 在事故停機過程中及停機后的一段時間內，仍應保證供電，否則可能引起主要設備的損壞、重要的自動控制

15、失靈或危及人身安全的負荷，稱為事故保安負荷。根據(jù)對電源要求的不同，又可分下列三種： 1） 流保安負荷。由蓄電池組供電，如發(fā)電機組的支流潤滑油泵等。 2） 交流不停電保安負荷。一般由接于蓄電池組的逆變裝置供電，如實時控制用電子計算機。 3） 短時停電的交流保安負荷。平時由交流廠用電供電，失去廠用工作電源和備用電源時，交流保安電源應自動投入，如200MW及以上機組的盤車電動機。 （2）Ⅰ類負荷 短時（手動切換恢復供電所需的時間）的停電可能影響人身或設備的安全，是生產停頓或發(fā)電量下降的負荷。如給水泵、凝結水泵等。對Ⅰ類負荷必須保證自啟動，并應由2個獨立電源的母線供電，當一個電源失去后

16、，另一個電源應立即自動投入。 （3）Ⅱ類負荷 允許短時停電，但停電時間過長，有可能損壞設備或影響正常生產的負荷。如工業(yè)水泵、輸水泵等。對Ⅱ類負荷，應有兩個獨立的電源的母線供電，一般采用手動切換。 （4）Ⅲ類負荷 長時間停電不會直接影響生產的負荷。如中央修配廠、實驗室等的用電設備。對Ⅲ類負荷，一般由一個電源供電。 2.1.2 設計的一般原則 （1）對變電所用電設計的要求 所用電設計應按照運行、檢修和施工的需要，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，積極謹慎地采用經過試驗鑒定的新設備和新技術。使設計達到技術先進、經濟合理。 （2）所用電電壓 高壓所用電一般采用6KV，經技術經濟比較合

17、理時，也可采用3KV電壓。低壓所用電采用380/220V的三相四線制系統(tǒng)。 （3）所用母線接線方式 高壓所用電力系統(tǒng)應采用單母線。低壓所用電系統(tǒng)應采用但母線接線。當公用負荷較多、容量較大、采用集中供電方式合理時，可設立公用母線，但應保證重要公用負荷的供電可靠性。 2.1.3 設計的一般要求 所用電接線初應滿足正常運行的安全、可靠、靈活、經濟和檢修、維護方便等一般要求外，尚應滿足下列特殊要求： （1） 盡量縮小所用電系統(tǒng)的故障影響范圍，并應盡量避免引起全所停電事故。 （2） 充分考慮變電所正常、事故、檢修、啟動等運行方式下的供電要求。切換操作簡便。 （3） 分期擴

18、建或連續(xù)施工。對公用負荷的供電，要結合遠景規(guī)模統(tǒng)籌安排。 2.2 所用電設計的方法及步驟 2.2.1 設計步驟 （1）確定所用高壓和低壓電壓等級。 （2）選擇全所用電接線，并確定所用工作電源、備用電源或啟動電源、交流保安的引接方式。 （3）統(tǒng)計和計算各段所用母線的負荷。 （4）選擇所用變壓器（電抗器）。 （5）所用電系統(tǒng)短路電流計算。 （6）選擇所用電氣設備。 （7）繪制所用電接線圖。 2.3 所用變壓器的選擇 所用電占負荷的0.5% 所用變容量：207X0.5%=1.035mw 查表3—6 型號及容

19、量（KVA） 低壓側額定電壓（KV） 連接組 損耗（KW） 阻抗電壓（%） 空載電壓（%） 總重（t） 參考價格（萬元） 綜合價格（萬元） 空載 短路 SJL1—800 6.3 Y/△—11 1.7 11.5 5.5 1.9 2.73 1.18 1.34 三.短路電流的計算 3.1短路計算的一般規(guī)則 3.1．1 短路電流計算的目的 在發(fā)電廠和變電所電氣設計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算的目的的主要有以下幾個方面： （1）在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采用限制短路電流的措施，均需進行必要的短路電

20、流計算。 （2）在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行和故障狀況下都能安全、可靠的工作。同時又力求節(jié)約資金，這就需要按短路情況進行全面校驗。 （3）在設計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導線相間和相對地安全距離。 （4）在選擇繼電保護方式和進行整定計算，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。 （5）接地裝置的設計，也需用短路電流。 3.1.2 短路電流計算條件 1．基本假定： （1）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行 （2）所有電流的電動勢相位角相同 （3）電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行 （4）短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間 （5）不考慮短路點的衰減時間常數(shù)和低壓

21、網絡的短路電流外，元件的電阻都略去不計。 （6）不考慮短路點的電流阻抗和變壓器的勵磁電流。 （7）元件的技術參數(shù)均取額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調整范圍。 2．一般規(guī)定： （1）驗算導體電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應按本工程設計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠景的發(fā)展計劃。 （2）選擇導體和電器用的短路電流，在電器連接的網絡中，應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流影響。 （3）選擇導體和電器時，對不帶電抗回路的計算短路點，應選擇在正常接線方式時短路電流最大地點。 （4）導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和以及電器的開斷電流，一般按三相短路計算。

22、 3.2 短路電流的計算 等值網絡： 圖3—1 系統(tǒng)的接線圖 選擇：=100 MvA = 計算 （1）系統(tǒng)的電抗： =====0.0294 (2)系統(tǒng)的電抗： ====0.2 (3)發(fā)動機、、的電抗 由X’’=0.12 則 =X’’ =0.12*=0.0768 變壓器、的電抗： = ===0.0867 變壓器的電抗： = ===0.0867 變壓器T4的阻抗： 高低：XT41= 高中：XT42= 中低：XT43= 圖3—2 等值電路

23、 變換為： 圖3—3 化簡后的網絡 合并電源： 圖3—4 合并電源后的網絡 星網變換： 圖3—4 星網變換 則轉移阻抗： 圖3—5 變換后的網絡 計算電抗： 查表得： 表3—1 短路電流 短路時間 0s 1s 2s 標幺值 0.50 0.507 0.507 有名值 0.82 0.8315 0.8315 系統(tǒng)的短路電流標幺值： 有名值:： 系統(tǒng)的短路電流標幺值： 有名值:： 短路電流：

24、 四 配電裝置的設計 配電裝置按電氣設備地點不同，可分為屋內、屋外配電裝置。按組成方式有可分 為：由電氣設備在現(xiàn)場組裝配電裝置稱為裝配式。若在制造廠預先將開關電器，互感 器等安裝成套，然后運至安裝地點，則稱為成套配電裝置。 4.1 配電裝置的特點及要求 4.1.1 屋內配電裝置的特點： (1) 由于允許安全凈距小和可以分層布置，故占地面積較小。 (2) 維修、巡視和操作在室內進行，不受氣候影響。 (3) 外界污穢空氣對電氣設備影響較小，可減少維護工作量。 (4) 房屋建筑投資較大。 4.1

25、.2 屋外配電裝置的特點： (1) 土建工程量和費用較小，建筑周期較短。 (2) 擴建比較方便。 (3)相鄰設備之間距離較大，便于帶電作業(yè)。 (4) 占地面積大。 (5) 受外界空氣影響，設備運行條件較差，須加強絕緣 (6) 外界氣象變化對設備維修和操作有影響。 大、中、小型發(fā)電廠和變電所中，35KV及以下的配電裝置多采用屋內配電裝置。110KV及以上多為屋外配電裝置。但110——220KV裝置，當有特殊要求成處于嚴重污穢地區(qū)時，經過經濟技術比較，也可以采用屋內布置。 4.1.3 成套配電裝置的特點： (1) 電氣設備不止在封閉或半封閉的金屬外殼中，相間和對地距離可以縮小，

26、 結構緊湊，占地面積小。 (2)所有電器電器元件已在工廠組裝成一個整體，大大減少現(xiàn)場安裝工作量， 有利于縮短建設周期，也便于擴建和搬遷。 (3)運行可靠性高，維護方便。 (4)耗用鋼材較多，造價較高。 4.1.4 配電裝置應滿足以下基本要求： (1) 保證運行可靠，按照系統(tǒng)和自然條件，合理選擇設備，在布置上力求整齊， 清晰，保證具有足夠的安全距離。 (2) 便于檢修，巡視和操作。 (3) 在保證安全的前提下，布置緊湊，力求節(jié)約材料和降低造價。 (4) 安裝和擴建方便。 4.2配電裝置的安全凈距 4.2.1 屋內配電裝置的安全凈距 配電裝置的整個結構尺寸，是綜合考慮設

27、備的外形尺寸，檢修和運輸?shù)陌踩嚯x等 因素而決定的，對與敞露在空氣中的配電裝置，在各種間隔距離中最基本的是帶電部分對 接地部分之間和不同相的帶電部分之間的最小安全凈距。 4.2.2 屋外配電裝置安全凈距 根據(jù)電氣設備和母線布置的高度，屋外配電裝置可分為中型，半高型和高型。 (1)屋外配電裝置的安全凈距 設計配電裝置確定帶電導體之間和導體對接地構造的距離時還要考慮減少相間短路 的可能性及減小電動力。如軟導線在短路電動力，風擺，溫度等因素作用下使相間及對地 距離了的減小，隔離開關。開斷允許電流不致發(fā)生相間和接地故障，以及減小大電流導體 附近的鐵磁物質的發(fā)熱。110KV及以上還要

28、考慮減小電暈損失，帶電檢修等因素。 (2)屋外高壓配電裝置的若干問題 ① 母線及構造 屋外配電裝置的母線有軟母線和硬母線兩種。軟母線為鋼芯鋁絞線，軟母線和分裂導 線，三相水平布置。用懸式絕緣子懸掛在母線構造架上。軟母線可選用較大的檔距，但檔 距越大，導線弧垂也越大。因而導線相間及對地距離就要增加。母線及跨越線構架的寬度 和高度均需要加大。 ②電氣設備的布置 按照斷路器在配電裝置中所占據(jù)的位置，可分為：單列、雙列和三列布置。斷路器的 各種排列方式，必須根據(jù)主線和地地形條件，總體布置和出線方向等多種因素合理選擇。 隔離開關電流、電壓互感器等均采用高式布置，其支架高度的要求與斷路

29、器相同。 4.3本次變電站的220KV屋外配電裝置 本次變電站的220KV屋外配電裝置采用普通中型配電裝置,其安全凈距如下: 電壓等級 弧垂 線間距離 構架高度 構架寬度 220KV 母 線 出 線 X型母線架 出線 門型母線架 母線構架 雙層構架 出線構架 X型母線架 出線 門型母線架 0.9-1.1 0.9-1.1 3.0 2.2 2.2 7.3 10 13 6.0 8.0 8.0 低壓側。低壓側無電源時，保護可以較短時限斷開該側斷路器。高壓側保護包括帶方向和

30、不帶方向的兩倍分，帶方向的保護其方向指向后備保護時限較小的一側（例如高壓側），以交短時限斷開該側斷路順，不帶方向的保護以較大時限斷開另一側（例如中壓側）斷路器，以再大一級時限斷開全部斷路器。 當高壓側斷開時，變壓器本身對內部故障無后備保護，這種運行方式機會少，變壓器故障少，差動和瓦斯保護都拒動的可能性更少，三者湊在一起的概率可以不予考慮，因而上述保護配置是可以允許的。 如果上述保護不能滿足靈敏性的要求，允許三側都裝設后備保護。高、中壓兩側中后備保護時限較小的一側（如高壓側）裝設方向保護（不另加不帶方向的保護），另一側裝設不帶方向的保護。 ⑦對于高、中壓側有電源的大容量變壓器及聯(lián)絡變壓器，

31、變壓器三側都裝設后備保護，為了保證在各種運行情況下主變壓器都有后備保護，高、中壓側的保護都帶方向性，其方向指向變壓器，設二段時限，第一段時限跳開相鄰側斷路器，第二段時限跳各側斷路器。 參考文獻 [1].西北電力設計院，“發(fā)電廠、變電所電氣接線和布置”水利電力出社，1984年出版 [2].中華人民共和國水利電力部，“變電所設計技術規(guī)程（SDJ2-79）” 水利電力出社，1979年出版 [3].蘇州電力技工學校、華田生編“發(fā)電廠和變電所電氣設備的運行” 水利電力出社，1982年出版 [4].王川波　“發(fā)變電站一次系統(tǒng)”，1998，中國水利水電出版社 [5].西北電力設計院，“

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