电气主接线设计要求与原则.docx
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电气主接线设计要求与原则
电气主接线设计要求与原则
电气主接线设计的基本要求
(1)可靠性
电能产生和传送的特殊性,不能存储,生产和使用同时进行,所以任何一个环节出错就会导致整个系统出现问题。
因此生产运行过程中的安全问题应当放在首要位置。
变电站是电能传输分配的主要环节,主接线的可靠性也应该首先满足可靠性的要求。
主接线可靠性关系到的几个方面:
①发电厂和变电站在系统中的地位和作用;
②用户的负荷性质和类别;
③设备制造水平及运行经验等因素。
主接线可靠性的要求通常包含以下几个方面:
①断路器检修时,对供电的影响。
②当设备检修时,影响的供电区域大小,停电的长短。
能否满足一二级负荷的用电需求。
③变电站全部停运的可能性。
(2)灵活性
在电力系统发生故障或设备检修时,应使停电时间最短,影响范围最小,灵活性主要体现在:
调度灵活、操作方便、检修安全、易于扩建。
(3)经济性
通常情况下,设计应经济、合理、可靠、灵活。
主要从降低投资,少占地,降功损等方面考虑。
电气主接线的设计原则
(1)确定本设计变电站在系统中起的作用
(2)确定变压器的运行方式
(3)合理地确定电压等级
(4)变电所的分期和最终建设规模
(5)开关电器的设置
(6)电气参数的确定
110kV侧电气主接线设计
本变电站选用2台主变,其高压110kV侧是两回不同进线,高压110kV侧采用全桥的主接线方式,为了提高对低压供电侧的供电可靠性以及操作方便。
10kV侧电气主接线设计
由原始数据,变电站供电共9个负荷,总计16条出线,带2条出线的负荷共7个。
有高要求的供电可靠性,故而低压10kV侧用单母分段接线。
单母线用分段断路器来分段,当某段母线出现故障时,分段断路器会自动分离这段母线,从而保证了另一段母线的正常运行,不会导致重要用电用户停电,而两段母线同时故障的几率很小,可以不予考虑[4]。
110kV变电站主接线形式
110kV侧采用全桥的主接线方式。
共有2回不同进线WL1和WL2,其中进线WL1线路型号为LGJ185,长度为25公里,上一级变电站母线的短路容量为1200MVA;进线WL2线路的型号为LGJ185,长度为20公里,上一级变电站母线的短路容量为1000MVA。
10kV侧采用单母分段的主接线方式。
共16回出线为9个负荷供电,其中一、二类负荷为民用、市政、机械制造厂、纺织厂、医院、印染厂和化工厂,出线编号为1#、2#,3#、4#,5#、6#和7#、8#,9#、10#,13#、14#,15#、16#。
各段母线负荷出线为:
Ⅰ段:
1#、3#、5#、7#和9#、11#、13#、15#;7425kW;
Ⅱ段:
2#、4#、6#、8#和10#、12#、14#、16#;7425kW。
短路电流计算
短路电流计算目的
因为在电力系统运行过程中,如果线路发生短路故障,将会产生非常大的短路电流,会影响系统的稳定和设备自身的安全,甚至造成大面积停电,造成无法估测的危害,故短路电流的计算就是为了减小发生短路故障的可能性,维护系统稳定和正常供电。
短路计算点的确定
在短路计算中,选择短路电流经过时最大的地方为短路计算点,选择2个点,一个位于高压母线侧,一个位于低压母线侧。
最大运行方式和最小运行方式是电力系统的2种运行方式,前者发生在系统最小阻抗时,此时的短路电流为最大;后者则反之。
计算电气设备的承受能力时采用母线最大短路电流,校验保护定值时采用母线最小短路电流。
一般选取各线路始、末端作为短路计算点。
当校验动稳定性和热稳定性时,用线路始端的最大短路电流;当校验保护装置灵敏度时,用末端的最小短路电流。
短路电流计算
7.3.1短路计算原理
本变电站在正常运行情况下为分裂运行,由电力系统的电源通过本回路来提供任意点的短路电流,且各短路点的最大、最小短路电流与用户的负荷无关,仅与系统的运行方式有关。
如图7-1,采用标幺值法计算。
选取基准容量
和基准电压
。
可求得基准电流为:
(7-1)
基准电抗:
(7-2)
电源电抗的标幺值:
(7-3)
式中:
——电源电抗的有名值,;
——短路点所在线路的平均额定电压,kV;
——供电系统出口处的短路容量,MVA。
线路电抗的标幺值:
(7-4)
式中:
——线路电抗的有名值,Ω;
——线路单位长度电抗值,Ω/km;
——线路长度,km。
变压器电抗的标幺值:
(7-5)
式中:
——变压器电抗的有名值,Ω;
——阻抗电压百分数;
——变压器的额定容量,MVA。
总电抗的标幺值:
(7-6)
三相短路电流周期分量的标幺值:
(7-7)
式中:
——因为
,
,故
。
三相短路电流周期分量的有效值:
(7-8)
短路冲击电流的峰值和有效值:
(7-9)
(7-10)
三相短路容量:
(7-11)
短路计算过程
由上述公式,代入原始数据中,如下:
(1)选择计算各基准量
选取基准容量
,基准电压
。
求得各级基准电流为:
(2)计算各元件的标幺电抗
①电源进线WL1上电抗的标幺值计算:
电源电抗的标幺值为:
110kV线路电抗的标幺值为:
式中:
——架空线路据查表,取0.4Ω/km,其型号是LGJ185。
②电源进线WL2上电抗的标幺值计算:
电源电抗的标幺值为:
110kV线路电抗的标幺值为:
③变压器电抗标幺值:
(3)计算各短路点的短路参数
①110kV母线上的k21点短路
分别计算两回电源进线上的总电抗:
由计算知,k1点的最大短路电流和其他参数,选择进线WL1上的总电抗来求:
②10kV母线上的k2点短路
因为变电站采用分裂运行,2台主变一致,本站高、低压侧母线间的主变电抗也是一致的,所以k2点的最大短路电流和其他参数,用进线WL1到低压侧10kV母线上的总电抗求:
短路计算结果
将上述短路计算的结果列入表7-1中:
表7-1短路计算结果
短路点计算
短路电流/kA
短路容量Ss/(MVA)
Is
ish
Ish
k1
3.17
8.08
4.82
630.52
k2
4.5495
11.601
6.915
82.74
主要电气设备选择
电气设备选择的一般原则
按正常条件选择
(1)额定电压
在选择电气设备时,一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网的额定电压的条件选择[6],即:
(8-1)
(2)额定电流
电气设备的额定电流
指的是在额定的环境和温度
下,能够长期正常稳定运行的电流大小。
一般要高于最大长时负荷电流
(或计算电流
),即:
(8-2)
如果电气设备的最高允许工作温度大于40℃(即规定环境温度),但小于60℃时,额定电流可按如下修正:
(8-3)
式中:
——为具体情况下电气设备允许通过的额定电流;
——设备允许最高工作温度,℃;
——实际环境年最高空气温度,℃;
——额定环境空气温度,电气设备为40℃,导体为25℃;
——环境温度修正系数,
。
采用电气设备时,要让修正过的额定电流
高于这个回路的最大长时负荷电流
,即:
(8-4)
(3)环境条件
在选择电气设备时,还要根据具体情况考虑防水防潮、防尘防腐等多方面的要求。
选择户内和户外两类电气设备
按短路条件校验
(1)热稳定性校验
热稳定的条件为:
(8-5)
式中:
——电气设备可由产品手册查得额定热稳定电流,kA;
——稳态短路电流,kA;
——假想时间,s;
——可由产品手册查得电气设备额定热稳定电流,所对应的热稳定时间,s。
(2)动稳定性校验
动稳定的条件为:
(8-6)
式中:
——额定动稳定电流有效值,kA;
——短路冲击电流有效值,kA。
断路器的选择
110kV侧断路器的选择
(1)按照断路器的工作电压和电流选择断路器
①断路器QF1和QF2选择
一条进线发生系统故障被切除,另一条进线的断路器负担2台主变上的全部负荷,这时的QF1和QF2的电流是处于最大长时负荷电流。
故电源线回路的最大长时负荷电流为:
由QF1、QF2的正常工作电压是110kV,它们的最大长时负荷电流都是68.9A,用于户外,选择型号为LW25-126/3150-40的户外SF6断路器,额定电压为126kV,额定电流为3150A。
其技术参数如表8-1所示。
②断路器QF4和QF5选择
某一台变压器发生系统故障,或正在检修时,若闭合断路器QF8,可以让另一台变压器负担所有负荷,这时的QF4和QF5的电流是处于最大长时负荷电流。
它的最大长时负荷电流也要高于其额定的的百分之五。
因此110kV高压侧主变回路中,其最大长时负荷电流为:
由QF4、QF5的正常工作电压是110kV,它们的最大长时负荷电流都是55.11A,用于户外,选择的型号为LW25-126/3150-40,是户外SF6断路器,额定电压为126kV,额定电流为3150A。
其技术参数如表7-1所示。
③断路器QF3选择
某一侧进线和另一侧主变同时发生系统故障时,若闭合QF3和QF8,此时QF3上的最大长时负荷电流也为主变上的最大电流。
由上面可知,QF3的选择与QF4和QF5选择的型号是一样的,都初步定为
LW25-126/3150-40的户外SF6断路器。
其技术参数如下表8-1所示。
表8-1所选断路器的电气参数
型号
额定电压
(kV
)
额定电流
(A)
额定开断电流
(kA)
动稳定电流
(kA)
额定关合电流
(kA)
4s热稳定电流
(kA)
LW25-126/315
0-40
126
3150
40
100
100
40
(2)断路器的校验
①额定开断电流校验
断路器按k1点最大短路电流校验,即:
符合要求。
②动稳定校验
断路器按k1点最大冲击电流检校验,即:
符合要求。
③热稳定校验
k1点短路时,相当于4s的断路器的热稳定电流为:
符合要求。
k2点短路时,相当于4s的断路器的热稳定电流:
符合要求。
④额定关合电流校验
断路器按k1点最大冲击电流检校验,即:
符合要求。
10kV侧断路器的选择
(1)按照断路器的工作电压和电流选择断路器
①断路器QF6和QF7选择
当它们中某一台变压器正在检修、或出现系统故障时,若闭合断路器QF8,让剩下的一台主变担负起所有负荷,这个时候流经QF6和QF7的电流,即为所求的,通过最大长时负荷电流。
只有低压10kV侧主变通过很多的地方所在回路中的,即是最大长时负荷电流。
计算如下为:
由QF6、QF7的正常工作电压是10kV,它们的最大长时负荷电流都是606.22A,用于户内,断路器选择的型号为ZN63-12/1250-25,属于户内用真空断路器,额定电压值为12kV,额定电流值为1250A。
其技术参数如表8-2所示。
②断路器QF8选择
首先,依据电气主线图,分析出现最大长时负荷电流的情况,选择如下:
当一侧主变供电流经QF8连接的那一段母线,这时负担负荷最大,最大长时负荷电流就是断路器上流经的电流。
由前面确定的选型图6-1,和第四章的分析,来计算出Ⅰ段母线上的负荷如下式所示:
同理可以得到Ⅱ母线的我计算所需的数据。
Ⅰ段母线上的最大负荷:
无功功率为:
)
视在功率为:
Ⅱ段母线上的最大负荷:
无功功率为:
视在功率为:
通过计算所得数据比较,Ⅰ段母线上的最大负荷远大于另一段,取其数值带入下式计算,即可算出QF8上的最大长时负荷电流:
因为QF8的正常工作电压是10kV,它们的最大长时负荷电流都是420A,断路器选择型号为ZN63-12/630-20,属于户内用的真空断路器,额定电压为12kV,额定电流为630A。
其技术参数如表8-2所示。
③负荷断路器的选择
因为QF8的正常工作电压是10kV,它们的最大长时负荷电流都是420A,断路器选择型号为ZN63-12/630-20,属于户内用的真空断路器,额定电压为12kV,额定电流为630A。
其技术参数如表8-2所示即:
因为QF8的正常工作电压是10kV,它们的最大长时负荷电流都是500.22A,断路器选择型号为ZN63-12/630-20,属于户内用的真空断路器,额定电压为12kV,额定电流为630A。
其技术参数如下表8-2所示。
8-2所选断路器的电气参数
型号
额定电压/kV
额定电流/A
额定开断电流/kA
动稳定电流/kA
额定关合电流/kA
4s热稳定电流/kA
ZN63-12/1250-25
12
1250
25
63
63
25
ZN63-12/630-20
12
630
20
50
50
20
(2)断路器的校验
①额定开断电流校验
断路器按k1点最大短路电流校验,即:
符合要求。
②动稳定校验
断路器按k1点最大冲击电流检校验,即:
符合要求。
③热稳定校验
k1点短路时,相当于4s的断路器的热稳定电流为:
符合要求。
当短路点在k2点时,此时的热稳定电流为以下计算:
)
这是跟4s的断路器等价,经过计算,符合要求。
④额定关合电流校验
断路器按k1点最大冲击电流检校验,即:
符合要求。
隔离开关的选择
8.3.1110kV侧隔离开关的选择
(1)隔离开关的选择
本设计变电站高压110kV侧的桥式主接线图中的5台隔离开关,通过它们的最大长时负荷电流,和位于它们同样线路位置上的断路器是一样的,在前面小节8.2中已经计算得到,因此我直接进行隔离开关的选型,型号定为GW4-110D/1000-80,型号含义GW户外式隔离开关。
其主要技术参数如表8-3所示:
表8-3型户外式隔离开关的技术参数数据
型号
额定电压
(kV)
额定电流
(A)
动稳定电流
(kA)
5s热稳定电
流(kA)
GW4-110
D/1000-80
110
1000
80
21.5
(2)隔离开关的校验
①动稳定校验
进行动稳定校验,在这里我可用k1点的最大短路电流,计算如下:
符合要求。
②热稳定校验
正常分裂运行时,横联差动保护无作用。
当短路发生在110kV高压侧时,并且处于这一侧的所有断路器没有对短路做出动作,这个时候要切除故障,就只能通过上一级变电站对短路做出动作,即过流保护。
这时计算继保的动作时限,只需要110kV侧的时限2.5s的基础上,加上0.5秒的时限级差
pr
,故
,这时隔离开关中短路电流流过的总时间为
。
相当于5s的热稳定电流为:
符合要求。
10kV侧隔离开关的选择
低压10kV侧隔离开关的选型,分析之后确认型号为KYN28A-12型。
它是一种手车式高压开关柜,它的内部是没有隔离开关的,由于断路器在移动后能造成比较明显的断开点,故不需设置隔离开关。
本次设计变电站低压10kV侧各段母线都装有架空进线、电缆出线、电容无功补偿、电压互感器、避雷器等各种所需开关柜,包括两侧母线的母联开关柜,各种开关柜的选型如表所示。
表8-4型户外式隔离开关的技术参数数据
名称
开关柜型号
断路器型号
额定电压/kV
架空线进线柜
KYN28A-12
ZN63-12/1250-25
10
电缆出线柜
KYN28A-12
ZN63-12/1250-20
10
电容出线柜
KYN28A-12
10
电压互感器
KYN28A-12
10
母联柜
KYN28A-12
ZN63-12/1250-20
10
10kV母线侧的选择
母线选择
通过分析资料和与老师沟通,在变压器10kV侧回路母线的选择问题上,我确定了矩形铝平方母线,接下来计算它的最大长时负荷电流
,只有变压器二次侧时,才是
。
再乘以分配系数可以知道进线是位于各段母线中部,这里我取分配系数值为
,通过下面的公式,代入数据,计算出结果所示:
选择截面为80mm6.3mm的矩形铝母线,它在温度为25℃时的额定电流为1100A。
实际环境温度为35℃时,其长时容许电流为:
符合要求。
母线校验
(1)动稳定性校验
当短路发生在母线端部,此时所承担的最大电动力为:
式中:
——短路处的最大三相冲击电流的峰值,A;
——母线的实际长度,这里取1m;
——母线的中心距,m。
母线的最大弯矩为:
母线的短路电流产生最大的电动力为:
式中:
——母线的抗弯矩,m3。
这个数值低于铝的容许弯曲应力
,因此母线的动稳定性满足要求。
(2)热稳定性校验
如果短路发生在10kV母线处时,继保的过流保护动作时限为1.5秒,短路电流的持续时间大于一秒,则我们可以得到假想时间,即
。
其中2是继保时间,0.1是断路器全开段时间。
通过查阅资料,我们可以从中知道所需的数据。
查表确定铝的热稳定系数,在这里,我取的值是87,由此我们可以计算出以下数据,如下所示:
那么最小热稳定截面为:
这就是我所计算出的最小热稳定截面。
由此,通过计算我取得最小热稳定截面的值是80mm2,而所选的铝母线的截面由下面的公式算出:
,通过比较,可以清晰的看到我所计算出的数值<<选择的铝母线截面,因此,我得出结论,热稳定性经过检验,可以满足线路要求。
避雷器的选择
避雷器的作用是防止雷电产生的过电压或操作过电压对电气设备绝缘的毁坏[10]。
110kV母线避雷器选择
工作电压
据正常工作电压,避雷器可选择型号为Y10W-108/281W,属于交流无间隙ZnO(氧化锌)避雷器,与110kV母线相接。
表8-5交流无间隙氧化锌避雷器
型号
单位
Y10W-108/281W
避雷器额定电压
kV
108
系统额定电压
kV
110
雷电冲击电压
kV
281
操作冲击电压
kV
239
中性点避雷器选择
工作电压
据正常工作电压,避雷器可选择型号为Y1W2-60/144,属于中性点保护无间隙ZnO(氧化锌)避雷器,与主变压器中性点成套装置相接。
表8-6中性点保护无间隙氧化锌避雷器
型号
单位
Y1W2-60/144
避雷器额定电压
kV
63
系统额定电压
kV
110
雷电冲击电压
kV
144
操作冲击电压
kV
137
10kV侧避雷器选择
工作电压
据正常工作电压,避雷器选择型号为Y5WZ-41/131,属于交流无间隙ZnO(氧化锌)避雷器,与10kV母线相接。
表8-7交流无间隙氧化锌避雷器
型号
单位
Y5WZ-41/131
避雷器额定电压
kV
41
系统额定电压
kV
35
雷电冲击电压
kV
131
操作冲击电压
kV
111
总结与展望
本次110kv变电站设计首先依据原始材料进行计算和无功补偿,达到所需功率因数的要求。
其次根据原始资料、选型原则和检验,选定主变压器型号为:
SFZ11-16000/110。
然后,完成电气主接线设计。
再后完成短路电流的计算。
最后,依据最大长时负荷电流对母线进行选择,完成主要电气设备选择并进行稳定校验直至符合要求,从而完成了此次变电站的设计。
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- 电气 接线 设计 要求 原则