220kV降壓變電站電氣一次部分設(shè)計(七)

      設(shè)備

項目 GW4－110(D)W GW16-110(D、DW)
 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 計算數(shù)據(jù)
Ie≥Igmax 1250A 992A
ish≤ ies 80kA 36.08kA
I2 t t ≥Qk 3969 kA2·S
2977 kA2·S 180 kA2·S

11.4． 220kV、110kV主母線及10kV主變低壓側(cè)母線橋?qū)�體選擇計算
11.4.1．220kV側(cè)母線的選擇
 本站220kV裝置選用戶外常規(guī)中型配電裝置，同時在母線上有大量的功率穿越，持續(xù)工作電流較大，為便于設(shè)備布置及運行維護的方便，因此相應(yīng)的戶外匯流母線選用三相水平布置的LF21-鋁錳合金管型母線。
11.4.1.1．母線截面的選擇
 按照最大負(fù)荷持續(xù)工作電流進行選擇：
Igmax =1.05 ×=1.05 ×=1.488kA
 考慮系統(tǒng)在220kV母線上的功率穿越，因此長期允許載流量選擇2350A（+70℃），相應(yīng)的參數(shù)為：導(dǎo)體尺寸 Φ100/90mm，導(dǎo)體截面 1491mm2，截面系數(shù) W=33.8cm3，慣性半徑ri= 3.36cm，慣性矩j= 169cm4，導(dǎo)體采用雙跨的簡支梁，每兩跨做一過渡軟連接，計算跨距l(xiāng)js=11.5m，相間距離a=3m。
11.4.1.2．導(dǎo)體截面的校驗
11.4.1.2.1．熱穩(wěn)定校驗
 由于本站址的最高月平均氣溫為+23℃、絕對最高溫度為+40℃，因此假設(shè)導(dǎo)體短路前的發(fā)熱溫度為：
 θ′=θ0 + (θy–θ0)( Igmax/ Iy)2 =40+(70-40) ×(1488/2350)2=52.03℃
 則熱穩(wěn)定系數(shù)C值為：
 C= ==94.62
 滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面
  Smin= ==260.11<1491 mm2
   即能滿足要求
11.4.1.2.2．動穩(wěn)定校驗
11.4.1.2.2.1．短路狀態(tài)時母線所受的最大彎矩Md和應(yīng)力σd的計算
11.4.1.2.2.1.1．短路電動力產(chǎn)生的水平彎矩Msd和短路電動力fd：
 fd===1.005kg/m
 Msd===162.82Nm
11.4.1.2.2.1.2．在內(nèi)過電壓情況下的風(fēng)速產(chǎn)生的水平彎矩M’sj和風(fēng)壓f’v：
 f’v===1.69kg/m
 M’sj===273.8Nm
11.4.1.2.2.3．短路狀態(tài)時母線所受的最大彎矩Md和應(yīng)力σd
 Md===1071Nm
 （其中和兩值取自設(shè)計手冊P346）
 σd===3168.64N/cm2
 此值小于鋁錳合金的最大允許應(yīng)力8820 N/cm2，滿足要求。
11.4.2．110kV側(cè)母線的選擇
 本站110kV裝置同220kV一樣，選用戶外常規(guī)中型配電裝置，持續(xù)工作電流較大，同樣選用三相水平布置的LF21-鋁錳合金管型母線。
11.4.2.1．母線截面的選擇
 按照最大負(fù)荷持續(xù)工作電流進行選擇：
Igmax =1.05 ×=1.05 ×=2.976kA
 長期允許載流量選擇3511A（+70℃），相應(yīng)的參數(shù)為：導(dǎo)體尺寸 Φ130/116mm，導(dǎo)體截面 2705mm2，截面系數(shù) W=79.0cm3，慣性半徑ri=4.36cm，慣性矩j=513cm4，導(dǎo)體采用雙跨的簡支梁，每兩跨做一過渡軟連接，計算跨距l(xiāng)js=7.75m，相間距離a=1.4m。
11.4.2.2．導(dǎo)體截面的校驗
11.4.2.2.1．熱穩(wěn)定校驗
 由于本站址的最高月平均氣溫為+23℃、絕對最高溫度為+40℃，因此假設(shè)導(dǎo)體短路前的溫度為+40℃，則通過持續(xù)工作電流時導(dǎo)體短路前的溫度為：
 θ′=θ0 + (θy–θ0)( Igmax/ Iy)2 =40+(70-40) ×(2976/3511)2=65℃<70℃
 則熱穩(wěn)定系數(shù)C值為：
 C= ==89.58
 滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面
  Smin= ==149.76<2705 mm2
   即能滿足要求
  
11.4.2.2.2．動穩(wěn)定校驗
11.4.2.2.2.1．短路狀態(tài)時母線所受的最大彎矩Md和應(yīng)力σd的計算
11.4.2.2.2.1.1．短路電動力產(chǎn)生的水平彎矩Msd和短路電動力fd：
 fd===0.64kg/m
 Msd===47.09Nm
11.4.2.2.2.1.2．在內(nèi)過電壓情況下的風(fēng)速產(chǎn)生的水平彎矩M’sj和風(fēng)壓f’v：
 f’v===1.69kg/m
 M’sj===124.34Nm
11.4.2.2.2.3．短路狀態(tài)時母線所受的最大彎矩Md和應(yīng)力σd
 Md===993.68Nm
 （其中和兩值取自設(shè)計手冊P346）
 σd===2939.88N/cm2
 此值小于鋁錳合金的最大允許應(yīng)力8820 N/cm2，滿足要求。
11.4.3．10kV側(cè)母線的選擇
 本站10kV裝置選用戶內(nèi)XGN-10型成套開關(guān)柜布置，同時10kV側(cè)變低持續(xù)工作電流較大，為便于設(shè)備布置及運行維護的方便，因此選用三相水平布置的TMY型銅排母線。
11.4.3.1．母線截面的選擇
 按照最大持續(xù)工作電流進行選擇：
根據(jù)變電站運行方式的要求，在一臺主變退出運行時，另一臺主變將帶全所負(fù)荷的70%，另外主變10kV變低側(cè)額定負(fù)荷限制在60MVA，則最大持續(xù)工作電流：
Igmax =1.05 ×=1.05 ×=5.092kA
 計及環(huán)境溫度修正，
 Imax=K×Igmax==4.156kA
  則選用銅導(dǎo)體，選用每相3條120×10mm（=3600mm）矩形銅導(dǎo)體，平放時長期允許載流量4780A（+70℃），趨膚系數(shù)KS=1.78，相間距離a=0.35m，支持絕緣子間距l(xiāng)=0.65m。
11.4.3.2．導(dǎo)體截面的校驗
11.4.3.2.1．熱穩(wěn)定校驗
 由于本站址的最高月平均氣溫為+23℃、絕對最高溫度為+40℃，因此假設(shè)導(dǎo)體短路前的發(fā)熱溫度為：
 θ′=θ0 + (θy–θ0)( Igmax/ Iy)2 =40+(70-40) ×(4156/4780)2=62.68℃
 則熱穩(wěn)定系數(shù)C值為：
 C= ==175
 滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面
  Smin= ==319.33<3600 mm2
   即能滿足要求
11.4.1.2.2．動穩(wěn)定校驗
11.4.1.2.2.1．相間應(yīng)力fph：
 fph===4896.5N/m
 Wph===78.13×10-6m3
 Mph===206.88N.m
 σph===2.65×106Pa
 由b/h=0.08，(2b-b)/(h+b)=10/(10+125)=0.074，(4b-b)/(h+b)=30/(10+125)=0.222，查圖得K12=0.37，K13=0.56
同條相間電動力
 fb===7370.23N/m
 Lmax==
 Lcr===0.74m
滿足動穩(wěn)定
 
 11.5．10kV最大一回負(fù)荷出線電纜
 11.5.1．最大負(fù)荷持續(xù)工作電流（雙回電纜，當(dāng)其中一回故障退出時，另一回能帶全部負(fù)荷。）
 Imax===180A
 11.5.2．根據(jù)此側(cè)負(fù)荷為自來水廠，性質(zhì)屬于城市生活用電，查設(shè)計手冊可得Tmax＝2500h/y，所以按最大持續(xù)工作電流選擇，按以上計算和設(shè)計任務(wù)要求可選擇10kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚乙烯護套鋼帶鎧裝電力電纜型號為YJV22-8.7/10-3×50，纜芯截面為50，載流量為190A。正常允許最高溫度為60℃，20℃時直流電阻r=0.370Ω/km ，x=0.079Ω/km。
 11.5.3．按長期發(fā)熱允許電流校驗
 電纜載流量的校正系數(shù)為=1.09（取土壤的溫度為20℃），當(dāng)雙回電纜間距取300mm時,查表得=1，=1.08。
 則單根直埋電纜允許載流量為
         ==1.09×1×1.08×190=223.67A>180A  滿足設(shè)計要求
 11.5.4．熱穩(wěn)定校驗 
 對于電纜線路有中間接頭，應(yīng)按接頭處短路校驗熱穩(wěn)定。
 短路前電纜最高運行溫度為
 θ=θ。+（θal-θ。）=20+（60-20）×＝45.9℃  
 由C=135
 則   =×/C=×/135=41.7mm2<50 mm2  滿足導(dǎo)線的最小截面的要求。
 11.5.5．電壓降校驗      △U=L（rCOSφ+xSINφ）
 =*180*8（0.37*0.8+0.079*0.6）
 =3.1<5
可見，選用YJV22-8.7/10-3×50電纜能夠滿足要求。 

11.6． 支持絕緣子及穿墻套管的選擇
 11.6.1．220kV支柱絕緣子
 選用防污型大-小傘棒式支柱絕緣子，型號為ZSW-220/4，技術(shù)參數(shù)為額定電壓220kV，干耐受工頻試驗電壓不低于550kV，濕耐受工頻試驗電壓不低于425kV，全波沖擊試驗電壓幅值電壓不低于950kV，抗彎4kN，抗扭2kN。
 11.6.1.1．動穩(wěn)定校驗
 取總高H＝2160mm，計算跨距m，相距a＝3m
     N<=2400N
即
滿足任務(wù)要求
 11.6.2．110kV支柱絕緣子
 選用防污型大-小傘棒式支柱絕緣子，型號為ZSW-110/4，技術(shù)參數(shù)為額定電壓220kV，干耐受工頻試驗電壓不低于295kV，濕耐受工頻試驗電壓不低于215kV，全波沖擊試驗電壓幅值電壓不低于480kV，抗彎4kN，抗扭2kN。
 11.6.2.1．動穩(wěn)定校驗
 取總高H＝1060mm，計算跨距m，相距a＝1.4m
     N<=2400N
即
滿足任務(wù)要求

 11.6.2．10kV穿墻套管
 母線的額定電壓UB＝10kv，額定電流Ie＝3464A，選用戶外母線式穿墻套管，型號為2448，其技術(shù)參數(shù)為，額定電壓為10kV，額定電流為4000，抗彎強度不小于16kN，穿墻套管長度670mm。
   N<=9600N
即
滿足要求

11.7． 限流電抗器
11.7.1．選擇限流電抗器
 選取限流電抗器型號為XKK-10-4000-6，其參數(shù)如下
額定電壓kV 額定電流A 額定電抗％ 通過容量
kVA 動穩(wěn)定電流峰值kA 4s熱穩(wěn)定電流kA
10 4000 6 3*23094 204 80
（計算過程見10.4.4.1.1.）

11.7.2．電壓損耗校驗
電抗標(biāo)幺值X L*=0.0786
電壓損失檢驗：普通電核器在運行時，電抗器的電壓損失不大于額定電壓的5%
U(%)=XL(%)＝6×3464×0.6÷4000=3.12%＜5%  符合要求。
11.7.3．殘壓校驗
母線殘壓檢驗：為減輕短路對其他用戶的影響，當(dāng)線路電抗器后短路時，母線殘壓不能于電網(wǎng)額定值的60～70%
 I″ = I d3*〞× =7.098× =39.03KA
==85%
11.7.4．動，熱穩(wěn)定校驗：
 Qk = Ik2×dz = 39.032×2.09 =3183.78kA2·S
 I2r t = 802×4 =25600kA2·S 
 即I2 t t > Qk ，滿足要求。
 ish= ich=99.53≤ ies= idw =204kA, 滿足要求
 由此可見，電壓損失、殘壓，動、熱穩(wěn)定均能滿足要求

 第12章  繼電保護規(guī)劃設(shè)計
12.1． 變電站主變保護的配置
 12.1.1．電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備之一，它的安全運行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行，特別是大型電力變壓器，由于其造價昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦因故障而遭到損壞，其修復(fù)難度大，時間也很長，必然造成很大的經(jīng)濟損失。所以，本設(shè)計中主變保護配置如下：
 12.1.1.1．主變壓器的主保護
 12.1.1.1.1．瓦斯保護
 對變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面的降低，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護，它反應(yīng)于油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動作。其中輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于跳開變壓器各側(cè)電源斷路器。
 12.1.1.1.2．差動保護
 對變壓器繞組和引出線上發(fā)生故障，以及發(fā)生匝間短路時，其保護瞬時動作，跳開各側(cè)電源斷路器。
 12.1.1.2．主變壓器的后備保護
 12.1.1.2.1．過流保護
 為了反應(yīng)變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流，以及在變壓器內(nèi)部故障時，作為差動保護和瓦斯保護的后備，所以需裝設(shè)過電流保護。
 而本次所設(shè)計的變電站，電源側(cè)為220kV，主要負(fù)荷在110kV側(cè)，即可裝設(shè)兩套過電流保護，一套裝在中壓側(cè)110kV側(cè)并裝設(shè)方向元件，電源側(cè)220kV側(cè)裝設(shè)一套，并設(shè)有兩個時限ts和tⅢ，時限  定原側(cè)為tⅢ≥tⅡ+△t，用U切除三側(cè)全部斷路器。
 12.1.1.2.2．過負(fù)荷保護
 變壓器的過負(fù)荷電流，大多數(shù)情況下都是三相對稱的，因此只需裝設(shè)單相式過負(fù)荷保護，過負(fù)荷保護一般經(jīng)追時動作于信號，而且三繞組變壓器各側(cè)過負(fù)荷保護均經(jīng)同一個時間繼電器。
 12.1.1.2.3．變壓器的零序過流保護
 對于大接地電流的電力變壓器，一般應(yīng)裝設(shè)零序電流保護，用作變壓器主保護的后備保護和相鄰元件接地短路的后備保護，一般變電站內(nèi)只有部分變壓器中性點接地運行，因此，每臺變壓器上需要裝設(shè)兩套零序電流保護，一套用于中性點接地運行方式，另一套用于中性點不接地運行方式。

12.2．220、110、10kV線路保護部分
 12.2.1．220kV線路保護
 220kV線路的安全運行，對整個電力系統(tǒng)有著相當(dāng)重要的影響，所以，本工程為220kV線路配置的保護如下：光纖縱聯(lián)差動保護、距離保護、零序過流保護、過電流保護
 12.2.2．110kV線路保護
 由于110kV側(cè)有6回出線供給遠方大型工廠，其他作為一些地區(qū)變電站進線，所以穩(wěn)定性要求較高，所以，110kV線路保護配置如下：距離保護、 零序方向保護、過電流保護
 12.2.3．220、110kV母線保護
 對于220、110kV母線接線方式均為雙母線，可以配置母線差動保護。
 12.2.4．10kV出線保護
 10kV出線一般配置電流保護、過電流保護、過負(fù)荷保護。

第13章  避雷器參數(shù)計算與選擇
13.1．220kV避雷器選擇計算
避雷器的滅弧電壓：
避雷器的工頻放電電壓：
   直接接地110~220kV，K0=3

避雷器的殘壓：
避雷器的沖擊放電電壓：
根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)選取FZ-220J型閥型避雷器能滿足要求。

13.2．110kV避雷器選擇計算
（1）避雷器的滅弧電壓：
避雷器的工頻放電電壓：
   直接接地110~220KV，K0=3

避雷器的殘壓：
避雷器的沖擊放電電壓：
根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)選取FZ-110J型閥型避雷器能滿足要求。
13.3．10kV避雷器選擇計算
（1）避雷器的滅弧電壓：
（2）避雷器的工頻放電電壓：
避雷器的殘壓：
避雷器的沖擊放電電壓：
根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)選取FZ-10型閥型避雷器能滿足要求。

13.4．各級電壓等級避雷器參數(shù)如下表：

型號 額定電壓有效值KV 滅弧電壓KV 工頻放電電壓有效值KV 沖擊放電電壓峰值(1.5/20μs及1.5/40μs)不大于kV 8/20μs雷電沖擊波殘壓峰值不大于kV
   不小于 不大于  5kA 10kA
FZ-220J 220 200 448 536 620 652 715
FZ-110J 110 100 224 268 326 326 358
FZ-10 10 12.7 26 31 45 45 50

13.4.1．由于本次所設(shè)計選擇變壓器為分級絕緣，即220KV中性點絕緣等級為110KV，110中性點絕緣等級為35KV，所以220KV中性點應(yīng)與中性點絕緣等級相同的避雷器，故220KV中性點裝設(shè)FZ-110，110中性點裝設(shè)FZ-40避雷器。

 第14章 接地電阻、接地裝置、避雷針保護范圍計算
 14.1．接地電阻選型計算
14.1.1．220kV系統(tǒng)屬于有效接地系統(tǒng)，220kV側(cè)短路電流起始值為43.83kA，因此接地跨步電壓Uu≤2000V，接地電阻Ru≤0.5歐姆。
14.1.2．工頻接地電阻的計算
 1）人工接地體工頻接地電阻的簡易計算
 根據(jù)原始資料提供的數(shù)據(jù)，實測的土壤電阻率為ρ=1.5×102歐·米；根據(jù)全站電氣設(shè)備平面布置圖可知，220kV區(qū)域占地面積為220×54=11880m2，110kV區(qū)域占地面積為180×56=10080m2，10kV區(qū)域占地面積為220×41=9020m2，閉合接地網(wǎng)總面積為11880+10080+9020= 30980m2
 R2=0.5×=0.5×=0.426
 由此可見，采用人工接地體的復(fù)合式接地網(wǎng)的接地電阻滿足要求。
14.2．接地裝置的選型計算
14.2.1．根據(jù)土質(zhì)情況，考慮本站接地裝置采用復(fù)合式接地網(wǎng)，即避雷針接地網(wǎng)、水平接地網(wǎng)、低壓電氣設(shè)備接地網(wǎng)三網(wǎng)合一的接地網(wǎng)，接地網(wǎng)選用2.5m長的鍍鋅角鋼（50×50×5mm）為垂直接地體，選用直徑16mm的鍍鋅圓鋼為水平接地體。
14.3．避雷針保護范圍的計算
 第15章 參考資料
[1] 《發(fā)電廠電氣部分》  姚春球編 中國電力出版社[2] 《電力工程設(shè)計手冊  電氣一、二次部分》 水利電力部西北電力設(shè)計院編  中國電力出版社    
[3] 《電力繼電保護原理》中國水利水電出版社[4] 《發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計參考資料》天津大學(xué)黃純化編  中國電力出版社
[5] 《電力工程電氣設(shè)備手冊  電氣一次部分》電力工業(yè)部西北電力設(shè)計院編  中國電力出版社

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