学位论文220kv变电站典型设计方案b5.docx
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学位论文220kv变电站典型设计方案b5
220kV变电站典型设计(方案B5)
63.1总的部分
220kV变电站典型设计方案B5对应220kV、110kV采用GIS设备户内布置、主变压器采用3×180MVA的三相三绕组变压器、并配置12组无功设备组合成的220kV户内站方案。
63.1.1本典型设计的适用场合
(1)人口密度较高,土地较昂贵的地区;
(2)外界条件限制,站址选择较困难区域;
(3)特殊地形条件;
(4)高地震烈度地区;
(5)高原地区;
(6)严重大气污染地区;
63.1.2对设计方案组合的说明
本典型设计根据典型设计方案B5的建设规模及技术条件,是按照湖北省电力公司220kV变电站典型设计技术导则设定的,具体方案组合见表63-1。
表63-1220kV变电站典型设计B5方案技术条件一览表
序号
项目名称
方案编号
B5
1
主变压器
本期2台180MVA三圈变,最终3台
2
出线回路数及出线方向
220kV本期4回,最终6电缆
110kV本期6,最终12回电缆
10kV本期16最终24缆
3
电气主接线
220kV本期及最终双母线接线.
110kV本期及最终双母线接线
10kV本期及最终单母线分段接线
4
无功补偿
每台主变10kV侧配置4组无功装置;
按照2组10Mvar并联电抗器和2组10Mvar并联电容器考虑
5
短路电流
220、110、10kV分别为:
50、40、31.5kA
6
主要设备选型
三相三绕阻有载调压主变压器
220kV户内GIS
110kV户内GIS
10kV户内移开式开关柜
电容器采用户内装配式
7
配电装置
主变露天布置,220kV架空进线、110kVSF6气管进线、10kV封闭母线桥进线
220kVGIS户内一列布置
110kVGIS户内一列布置
10kV开关柜户内双列布置
8
监控系统
计算机监控系统,不设常规控制屏,监控和远动统一考虑,可满足无人值班要求
9
土建部分
全站总建筑面积5656m2,主变消防采用泡沫喷淋,户外设置消火栓,设消防泵房及水池
10
站址基本条件
按地震基本烈度6度,地震动峰值加速度0.05g ,设计风速25m/s,地基承载力特征值fak=150kPa,无地下水影响,非采暖区设计,假设场地为同一标高。
按海拔1000m以下,国标Ⅲ级污秽区设计
63.1.3主要技术经济指标
主要技术经济指标见表63-2。
表63-2主要技术经济指标
方案代号
静态总投资(万元)
围墙内占地面积(hm2)
全站总建筑面积(m2)
B5
0.76881
7225.8
63.2电力系统部分
63.2.1电力系统
本典设按照给定的主变压器及线路规模进行设计,在实际工程中,需要根据变电站所处系统情况具体设计。
各电压等级的设备短路电流选择如下:
(1)220kV电压等级为50kA;
(2)110kV电压等级为40kA;
(3)10kV电压等级为31.5kA。
63.2.2系统继电保护及安全自动装置
本典设不涉及系统继电保护专业的具体内容,在实际工程中,需要根据变电站系统情况具体设计。
63.2.3系统通信
63.2.3系统通信
本典设不涉及系统通信专业的具体内容,在实际工程中,需要根据变电站系统情况具体设计。
本次仅考虑配合系统通信所需相关电源及设备的布置。
为保证通信设备的正常、可靠的运行,通信设立独立的通信电源及蓄电池,蓄电池放置于电器蓄电池室内。
通信设备放置于主控制室内,不设单独的通信机房。
屏位本期8-9块,预留3-4块(600x600)。
63.3电气一次部分
63.3.1电气主接线
63.3.1.1变电站设计规模
(1)典设B5方案本期建设2台220kV、180MVA变压器,终期建设3台220kV、180MVA变压器。
(2)220kV出线,本期4回,终期6回。
(3)110kV出线,本期6回,终期12回。
(4)10kV出线,本期16回,终期24回。
(5)无功补偿:
本期每台主变压器10kV侧配置2组10Mvar并联电抗器和2组10Mvar并联电容器,共4组10Mvar并联电抗器和4组10Mvar并联电容器,终期共6组10Mvar并联电抗器和6组10Mvar并联电容器。
实际工程应按照系统情况计算确定。
63.3.1.2 220kV电气主接线
220kV采用双母线接线。
双母线接线主要优点是供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于试验等,缺点是当母线故障时,隔离开关作为倒换操作电器,使操作的及时性、快速性受到一定影响。
63.3.1.3110kV电气主接线
110kV采用双母线接线。
双母线接线主要优点是供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于试验等,缺点是当母线故障时,隔离开关作为倒换操作电器,使操作的及时性、快速性受到一定影响。
63.3.1.4主变压器及10kV电气主接线
根据给定的设计条件,主变压器采用三相三绕组。
10kV侧有出线时,在实际工程中最常用的是单母线分段接线。
单母线分段接线主要优点是供电可靠,缺点是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期内停电。
每台主变压器10kV侧8回电缆出线,2组电容器组,2组电抗器组及1台接地变。
10kV采用单母线三分段接线,主变压器分别接于10kVⅠ、II、III段母线.各段母线间设分段断路器,正常情况下母线应分裂运行。
电气主接线图详见图67-1~图67-4。
63.3.1.5各级电压中性点接地方式
主变压器220kV和110kV为中性点直接接地方式。
10kV中性点采用经消弧线圈接地方式。
由于主变压器10kV侧采用三角形接线,为解决10kV中性点引出问题,需在每台消弧线圈前配置1台接地变。
本方案设计2台1200kVA接地兼站用变压器,0.4kV侧连续容量400kVA(站用电),中性点各接1台自动跟踪型消弧线圈。
具体工程中变压器和消弧线圈容量需根据实际线路情况计算。
全站电气主接线详见图67-1。
63.3.2短路电流及主要电气设备、导体选择
63.3.2.1短路电流水平
B5方案中的短路电流按如下水平选择:
220kV的短路电流为50kA;110kV的短路电流为40kA;10kV的短路电流为31.5kA。
63.3.2.2主要电气设备选择
(1)主变压器
1)采用有载调压三相三绕组变压器;
2)220kV变电站作为向当地110kV及10kV电网供电的主要电源,应采用降压型变压器;
3)变压器冷却方式推荐采用油浸自冷(ONAN);
4)三次绕组额定容量按照50%全容量考虑,选用90MVA;
5)接线组别为YNyn0d11;
6)为有效限制10kV侧的短路电流水平,变压器阻抗选择为:
Uk1-2%=13,Uk1-3%=64,Uk2-3%=47。
7)主变压器额定电压在具体工程中按实际系统电压情况确定。
主变压器选择结果见表63-3。
表63-3主变压器选择结果
项目
参数
型式
三相三绕组,油浸式有载调压
容量
180/180/90MVA
额定电压
220+8-8×1.25%/115/10.5kV(暂定)
接线组别
YN,yn0,d11
阻抗电压
Uk1-2%=13,Uk1-3%=64,Uk2-3%=47
冷却方式
油浸自冷(ONAN)
套管TA
高压侧
800-1600/1A5P35/5P35/0.5S
中性点套管
100-300/1A5P35/5P35
中压套管
600-1200/1A5P30/5P30/5P30
中性点套管
200-600/1A5P30/5P30
(2)220kV设备
220kV采用户内GIS设备,较适用于最终规模一次建成、电缆出线、变电站占地资源受限的情况。
按照短路电流水平,220kV设备额定开断电流为50kA,动稳定电流峰值125kA。
规划220kV线路最大输送功率为1000MVA,经计算,选择220kV母线额定工作电流为3150A,进出线回路额定工作电流为3150A,220kV主要设备选择结果见表63-4。
表63-4220kV主要设备选择结果
设备名称
型式及主要参数
备注
GIS
断路器
252kV,3150A,50kA
隔离开关
252kV,3150A,50kA/3s
接地开关
252kV,50kA/3s
电流互感器
800~1600/1A,5P35/5P35/0.2S/5P35/5P35/0.5S,50kA/1s
电压互感器
252kV,
0.1kV
避雷器
Y10W-204/532kV
母线
252kV,3150A
(3)110kV设备
110kV采用户内GIS设备,较适用于最终规模一次建成、电缆出线、变电站占地资源受限的情况。
按照短路电流水平,110kV设备额定开断电流为40kA,动稳定电流峰值100kA。
110kV主母线穿越功率按360MVA考虑,经计算,选择110kV母线工作电流为3150A,进出线回路额定工作电流为2000A,110kV主要设备选择结果见表63-5。
表63-5110kV主要设备选择结果
设备名称
型式及主要参数
备注
GIS
断路器
126kV,2000A,40kA
隔离开关
126kV,1600A,40kA/3s
接地开关
126kV,40kA/3s
电流互感器
600~1200/1A,5P30/5P30/0.2S/5P30/5P30/0.5S,40kA/1s
电压互感器
126kV,
0.1kV
主母线
126kV,3150A
避雷器
Y10W-102/266kV
(4)10kV设备
按照短路电流水平,10kV设备额定开断电流为31.5kA,动稳定电流峰值80kA,10kV回路工作电流见表63-6,主要设备选择结果见表63-7。
表63-610kV各回路工作电流
项目
工作电流(A)
主变压器回路
5196(按主变压器容量计算)
电抗器回路
577
电容器回路
779
接地变压器回路
69
表63-710kV主要设备选择结果
序号
设备名称
型式及主要参数
备注
1
电抗器
户内干式铁芯,10.5kV,10Mvar
2
电容器
户内成套式,10.5kV,10Mvar;含干式串抗,电抗率6%(12%)
3
接地兼站用变压器
户内干式,1200/400kVA,Znyn11,Uk%=6.5,10.5±2×2.5%/0.4kV无励磁调压
4
消弧线圈
户内干式,800kVA,补偿电流:
10~100A多档调节
5
开关柜
真空断路器
12kV,4000A,40kA
主变、分段
12kV,1250A,31.5kA
出线、无功
接地开关
12kV,31.5kA/4s
电流互感器
干式,10kV,4000/1A,5P30/0.5S/0.2S/5P30/5P30
主变
干式,10kV,4000/1A,5P30/5P30/0.5S
分段
干式,10kV,800/5A,5P30/0.5/0.2S
出线、无功
电压互感器
干式,10kV,
kV
熔断器
电压互感器保护用,10kV,0.5A,31.5kA
母线设备
避雷器
17/45kV
63.3.2.3导体选择
220kVGIS、110kVGIS及10kV开关柜内母线及分支回路的计算功率可参考前述设备选择,具体型式由设备厂家确定。
导体(线)选择的原则如下:
(1)各级电压设备间连线按回路通过最大电流考虑,按发热条件校验。
(2)220kV、110kV及10kV出线回路的电缆截面不小于送电线路的截面。
(3)主变压器220kV引线按经济电流密度进行选择。
选择结果见表63-8。
表63-8导体(线)选择结果
电压(kV)
回路名称
回路工作电流(A)
选用导体
导体截面选择的
控制条件
根数×型号
载流量(A)
220
母线
2624
供货厂家明确
3150
由载流能力控制
分支回路
1312
主变压器引线
472
MOA、CVT引线
—
—
110
母线
1900
供货厂家明确
3150
由载流能力控制
分支回路
525
供货厂家明确
2000
由载流能力控制
主变压器引线
992
3×(XLPE-110-1200)
>1000
由经济电流密度控制
MOA、CVT引线
—
供货厂家明确
2000
—
10
母线、主变分段回路
5196
供货厂家明确
4000注
由设备制造能力控制
主变压器引线
3×(TMY-125×10)
4314注
电容器引线
779
2×(YJV22-8.7/10-3×185)
835
由载流能力控制
电抗器引线
577
2×(YJV22-8.7/10-3×120)
635
接地变引线
69
YJV-8.7/10-3×150
280
注:
根据当前国产及部分进口设备情况,10kV开关柜的最大工作电流基本上不大于4000A,相应的主变压器进线导体选择与之相配合。
63.3.3绝缘配合及过电压保护
电气设备的绝缘配合,参照DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护绝缘配合》确定的原则进行。
氧化锌避雷器按《交流无间隙金属氧化物避雷器》GB11032-2000及国家电网生技[2005]174号的附件3《110(66)kV~750kV避雷器技术标准》中的规定进行选择。
63.3.3.1220kV电气设备的绝缘配合
(1)避雷器选择
220kV氧化锌避雷器按国内制造厂生产的设备选型,作为220kV绝缘配合的基准,其主要技术参数见表63-9。
表63-9220kV氧化锌避雷器主要技术参数
避雷器型号
Y10W型
额定电压(kV,有效值)
204
最大持续运行电压(kV,有效值)
159
操作冲击(30~100μS)2kA残压(kV,峰值)
452
雷电冲击(8/20μS)10kA残压(kV,峰值)
532
陡波冲击(1μS)10kA残压(kV,峰值)
594
(2)220kV电气设备的绝缘水平
220kV系统以雷电过电压决定设备的绝缘水平,在此条件下一般都能耐受操作过电压的作用。
所以,在绝缘配合中不考虑操作波试验电压的配合。
雷电冲击的配合,以雷电冲击10kA残压为基准,配合系数取1.4。
220kV电气设备的绝缘水平见表43-10,经核算满足配合要求。
表63-10220kV电气设备的绝缘水平
试验电压
设备名称
设备耐受电压值
雷电冲击耐压(kV,峰值)
1min工频耐压
(kV,有效值)
全波
截波
内绝缘
外绝缘
内绝缘
外绝缘
主变压器
950
950
1050
395
395
其它电器
950
950
*1050
395
395
断路器断口间
950
950
395
395
隔离开关断口间
1050
395
395
*:
仅电流互感器承受截波耐受试验。
63.3.3.2110kV电气设备的绝缘配合
(1)避雷器选择
110kV氧化锌避雷器按国内制造厂生产的设备选型,作为110kV绝缘配合的基准,其主要技术参数见表63-11。
表63-11110kV氧化锌避雷器主要技术参数
避雷器型号
Y10W型
额定电压(kV,有效值)
102
最大持续运行电压(kV,有效值)
79.6
操作冲击(30~100μS)2kA残压(kV,峰值)
226
雷电冲击(8/20μS)10kA残压(kV,峰值)
266
陡波冲击(1μS)10kA残压(kV,峰值)
297
(2)110kV电气设备的绝缘水平
110kV系统以雷电过电压决定设备的绝缘水平,在此条件下一般都能耐受操作过电压的作用。
所以,在绝缘配合中不考虑操作波试验电压的配合。
雷电冲击的配合,以雷电冲击10kA残压为基准,配合系数取1.4。
110kV电气设备的绝缘水平见表63-12,经核算满足配合要求。
表63-12110kV电气设备的绝缘水平
试验电压
设备名称
设备耐受电压值
雷电冲击耐压(kV,峰值)
1min工频耐压
(kV,有效值)
全波
截波
内绝缘
外绝缘
内绝缘
外绝缘
主变压器
480
450
550
200
185
其它电器
550
550
*550
230
230
断路器断口间
550
550
230
230
隔离开关断口间
630
265
265
*:
仅电流互感器承受截波耐受试验。
63.3.3.310kV电气设备及主变压器中性点的绝缘配合
(1)避雷器选择
根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第4.2.6条所述,当“变压器高低压侧接地方式不同时,低压侧宜装设操作过电压保护水平较低的避雷器”。
目前国内厂家生产的氧化锌避雷器,其保护性能和工作特性优良,满足该规定要求。
为此,主变压器10kV侧配置Y5W-17/45型氧化锌避雷器,其主要技术参数见表63-13。
表63-1310kV氧化锌避雷器主要技术参数
避雷器型号
Y5W-17/45型
系统标称电压(kV,有效值)
17
避雷器额定电压(kV,有效值)
13.6
操作冲击(8/20μS)5kA残压(kV,有效值)
45
陡波冲击(1/5μS)5kA残压(kV,有效值)
51.8
操作冲击电流下残压(kV,有效值)
38.3
(2)10kV电气设备及主变压器中性点的绝缘水平
绝缘水平按国家标准GB311-83选取,有关取值见表43-14。
表63-1410kV电气设备及主变中性点绝缘水平
试验电压
设备名称
设备耐受电压值
雷电冲击耐压(kV,峰值)
1min工频耐压
(kV,有效值)
全波
截波
内绝缘
外绝缘
内绝缘
外绝缘
主变压器低压侧
75
75
75
35
35
主变压器中性点
185
185
185
85
85
断路器断口间
75
75
42
42
隔离开关断口间
85
49
其它电器
75
75
42
42
63.3.3.4主变压器的绝缘配合
本工程选用三相三绕组有载调压电力变压器,根据过电压规程要求,在主变压器220kV、110kV、10kV侧各设一组避雷器,以保护主变压器。
63.3.3.5雷电过电压保护
针对主变压器220kV架空进线的情况,本方案在两幢生产建筑之间、主变压器跨线上方设置平行于跨线的避雷线,避雷线的间距和高度都满足过电压保护的要求,与主体建筑顶部设置的避雷带对全站可以进行联合直击雷保护。
63.3.3.6接地
主接地网采用等距网格布置,接地网工频接地电阻设计值应满足规程要求,如果工程计算值超出允许值,应采取必要措施。
一般情况下,主接地网水平接地体及主设备接地引下线,可选用热镀锌扁钢(比如引下线选用-80mm×8mm、主网采用-60mm×8mm),集中垂直接地体可选用-50mm×5mm×2500mm镀锌角钢。
具体工程应根据实际短路入地电流进行选择计算;对于地下水位较高、地中腐蚀性较严重的地区,考虑到GIS的运行特点,推荐本工程主接地网水平接地体及主设备接地引下线,选用铜排,引下线选用-50mm×5mm、主网采用-50mm×5mm,集中垂直接地体选用直径10mm,长度2500mm铜棒。
63.3.4电气设备布置及配电装置
63.3.4.1电气设备布置
电气平面布置力求紧凑合理,出线方便,减少占地面积,节省投资。
根据建设规模,220kV配电装置和10kV电抗器、接地变采用上下层户内布置,110kV配电装置及10kV配电装置采用户内上下层布置,形成的两座建筑分别布置在所区的南北两侧,平行布置,主控制楼在220kV配电装置旁;主变压器露天布置在两座建筑之间,靠110kV配电装置侧,在220kV配电装置楼和主变压器场地之间设置一条运输道路。
相关的电气平断面布置详见相关图纸。
63.3.4.2220kV和110kV配电装置
220kV和110kV配电装置均采用户内GIS布置。
其中220kV采用电缆出线、主变架空进线方式,间隔宽度3m;110kV采用电缆进出线方式,间隔宽度1.5m。
220kV配电装置室的平面布置尺寸为45m,纵向尺寸为13.5m;110kV配电装置室的平面布置尺寸为35m,纵向尺寸为12m。
GIS室梁底高度=设备高度+最大元件起吊高度+吊车高度。
220kV及110kV平断面布置详见图67-6,图67-7,图67-8。
63.3.4.310kV配电装置
本方案10kV配电装置采用中置式开关柜户内双列布置,主变进线及母线跨线采用架空封闭导体方式,其余出线均采用电缆,整个配电装置室的平面布置尺寸为35m,纵向尺寸为9.5m。
63.3.5站用电及照明
63.3.5.1站用电系统
由于10kV均采用电缆出线,对地容性电流较大,采用消弧线圈接地进行补偿,站用变和接地变合并。
站用接地变选用干式接地变压器,接线组别为Znyn11。
根据站用电负荷计算,按全容量配置,站用变二次容量选择为400kVA,站用接地变容量暂按1200/400kVA考虑。
在实际工程设计中,接地变容量应根据10kV电缆长度,通过计算电容电流来确定。
交流站用电系统采用三相四线制,380/220V采用单母线分段接线,两台站用接地变各带一段母线,正常时同时工作,分列运行,互为备用,设备用电源自动投切装置。
站用配电屏布置在二次设备室内。
63.3.5.2动力照明
全站设正常工作照明及事故照明。
正常工作照明网络采用380/220V三相四线制的中性点直接接地系统,正常照明电压为220V,照明方式为一般照明和混合照明。
事故照明正常由220V交流供电,当交流失压时,事故照明切换装置将自动切换,转由220V直流系统供电。
由于本方案为全户内型式,各电压等级配电室采用投光灯配合荧光混合照明。
二次设备室采用荧光灯,其余辅助建筑采用荧光灯照明。
主控楼内各生产用房、进出口通道和配电装置室均设事故照明。
63.3.6电缆设施
本方案设置有二次设备室电缆夹层、220kV及110kV电缆夹墙以及地下电缆夹层等电缆构筑物。
地下一层设电缆夹层,110kV主变进线电缆由变压器室主变的中压侧引下,穿过变压器室电缆隧道进入地下一层电缆夹层,并经过电缆夹墙引上接相应GIS电缆终端。
220kV及110kV出线电缆分别由各自的电缆夹墙引下至地下一层电缆夹层进入站外电缆隧道。
二次设备室下设控制电缆夹层,地下一层电缆夹层至各配电装置、控制电缆
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