【李岩】发电厂电气课程设计

1/25220kV降压变电所一次系统初步设计李岩，王帅伊，綦雪松，邵琳林，何润东，任宏宇（东北电力大学电气工程学院，吉林吉林）摘要：随着我国国民经济的快速增长，用电已成为制约我国经济发展的重要因素。为保证正常的供配电要求，各地都在兴建一系列的供配电装置。本文针对220kV降压变电所的特点，阐述了220kV降压变电所的设计思路、设计步骤，并进行了相关的计算和校验。文中介绍的220kV降压变电所的设计方法、思路及新技术的应用可以作为相关设计的理论指导。关键词：降压变电所，设计方法，供配电Abstract:Withthefastgrowthofthenationaleconomy,theuseoftheelectricityhasbeenanimportantlimitingfactorforthedevelopmentandsupervisionofourcountry.Aseriesofelectricitydevicesarebeingbuilt.Thetexttellsthecharacteristicsofthe220kVstep-downsubstations,givesthemethodandstepsofthedesignforthe220kVstep-downsubstationsandcarriesontherelatedcalculation,whichmaybethereferenceoftheotherrelateddesigns.Keywords:step-downsubstations,designmethod,supplyanddistributionoftheelectricity前言近十年来，随着我国国民经济的快速增长，各地都在兴建一系列的用配电装置。变电所的规划、设计与运行的根本任务，是在国家发展计划的统筹规划下，合理的开发和利用动力资源，用最少的支出（含投资和运行成本）为国民经济各部门与人民生活提供充足、可靠和质量合格的电能。这里所指的“充足”，从国民经济的总体来说，是要求变电所的供电能力必须能够满足国民经济发展和与其相适应的人民物质和文化生活增长的需要，并留有适当的备用。变电所由发、送、变、配等不同环节以及相应的通信、安全自动、继电保护和调度自动化等系统组成，它的形成和发展，又经历了规划、设计、建设和生产运行等不同阶段。各个环节和各个阶段都有各自不同的特点和要求，按照专业划分和任务分工，在有关的专业系统和各个有关阶段，都要制订相应的专业技术规程和一些技术规定。但现代变电所是一个十分庞大而又高度自动化的系统，在各个专业系统之间和各个环节之间，既相互制约又能在一定条件下相互支持和互为补充。为了适应我国国民经济的快速增长，需要密切结合我国的实际条件，从电力系统的全局着眼，瞻前顾后，需要设计出一系列的符合我国各个地区的用以供电的变电所，用以协调各专业系统和各阶段有关的各项工作，以求取得最佳技术经济的综合效益。2/25第一章设计任务书1.1设计题目变电所设计任务书（6）：220kV降压变电所一次系统初步设计1.2变电所原始资料一、变电所性质：地方性降压变电所二、地理位置：有色金属矿区新建的变电所，在新兴城市附近三、自然条件：所区地势：半山区海拔：300m交通：比较方便，有铁路、公路经过本所附近最高气温：+30℃，最低气温-35℃，年平均气温：+5℃最大风速：20m/s覆冰厚度：5mm地震裂度：＜6级土壤电阻率：400Ω•m雷电日：25周围环境：较好，不受污染影响冻土深度：1.8m主导风向：夏季东南风，冬季西北风四、负荷资料220kV侧，共2回线与电力系统联接60kV侧，共12回架空出线，最大综合负荷90MW，cos0.85用户名称最大负荷（MW）线路长度（km）回路数矿山（甲）12502矿山（乙）10602铝厂20302碳素厂18252矿山机械厂12301重型机械厂16401市区变电所（甲）20251市区变电所（乙）20201远景发展：本所60kV侧不再发展10kV侧装设TT-30-6调相机两台3/25五、系统情况变电所图1-1200KM80KM120KM4×TS854/210-404×SFPSL-120/2204×SFPSL-120/2204×TQN-100-2设计学生：指导教师：完成设计日期：4/25第二章原始资料分析设计根据：《220kV降压变电所设计任务书》、《变电所设计规程》2.1对系统、待设计变电所、负荷的分析一、系统性质本变电所为地区性降压变电所，在新兴城市附近，由水电厂、火电厂两联合系统供电。水电系统：4×TS854/210-40，升压变：4×SFPSL-120/220火电系统：4×TQN-100-2，升压变：4×SFPSL-120/220二、变电所性质该变电所有两回进线，向60KV地方负荷供电。以远景发展看，10KV装设两台TT-30-6调相机。三、负荷性质220kV侧：共2回线与系统相连60kV侧：共12回架线与负荷相连，最大综合负荷为90MV，cos0.8510kV侧：2回出线与调相机相连2.2环境分析所处地势为半山区，海拔300m，交通比较方便，有铁路、公路经过本所附近，可以考虑选择廉价、较笨重的设备。空气清洁，周围环境条件较好，故可采用屋外配电装置，考虑到土地的经济性，地表裂度等因素，屋外配电装置拟采用半高型装置。所区海拔低于1000m，电气设备绝缘可不考虑修正。本所所在地区主导风向夏季为东风，冬季为西北风，所以变电所间隔及母线布置应为东西或西北走向，最大风速20m/s小于35m/s，因此对屋外配电装置可不考虑风速对布置形式的影响。地区最高温度+30℃，最低气温-25℃，可以考虑在冬季时对变压器油加热，防止变压器等设备被冻坏。地震裂度小于6级，无需特殊设计。雷电日25日，对防雷也无需特殊考虑。冻土深度1.8m，接地装置必须深入1.2m以下，才能可靠接地。2.3发电机、电厂升压变压器的参数选取基准值：SB=100MVA,UB=Uav见表2-1、表2-2、表2-3表2-1发电机参数型号额定容量(MW)额定电压(kV)额定电流(kA)cosX“TS854/210-4010010.5-----0.850.192TQN-100-210010.564750.850.155表2-2升压变压器参数型号额定电压(kV)阻抗电抗（%）额定容量(MVA)高压中压低压高-中高-低中-低高压中压低压SFPSL-120/2202426910.52414.77.4120120120表2-3调相机参数型号额定容量(MW)额定电压(kV)X“TT-30-630110.5335/25第三章主变压器的选择根据《电力工程设计手册》的要求，并结合本所的具体情况和可靠性的要求，选用2台同样型号的无励磁调压三相三绕组变压器。3.1主变压器台数的确定主变台数的考虑原则：（1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，以装两台主变为宜。（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，设计时应考虑装三台主变的可能性。（3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便符合发展时更换主变。综上，结合任务书，确定主变压器台数为2台。3.2主变压器容量的选择条件一：所选主变容量和应大于最大综合计算负荷，即：2S≥∴S≥⁄.⁄52.94MVA条件二：当所选两台主变有一台停运时，另一台主变应满足70%最大综合计算负荷S≥0.7=0.7×105.88=74.116MVA条件三：当所选两台主变有一台停运时，另一台主变应满足全部I类负荷和大部分Ⅱ类负荷，220KV以及上电压等级变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应能满足全部I类负荷和大部分Ⅱ类负荷，在本设计中，60kV侧回路数为2的属于Ⅰ、Ⅱ类负荷即：S≥SⅠSⅡ=(12+10+20+18)/0.85=70.59MVA综上，由于变压器容量没有80MVA且满足本题条件的，故取S=90MVA3.3主变压器型式的选择一、相数的确定330kV及以下的发电厂和变电所中，一般都选用三相式变压器。因为1台三相式较同容量的3台单相式投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件（如桥梁负重、隧道尺寸等）限制时，可选用2台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单项变压器。综上，选择三相变压器。二、绕组数的确定有两种升高电压向用户供电或与电力系统连接的发电厂，以及有三种电压的变电所，可以采用双绕组变压器或三绕组变压器（包括自耦变压器）。具体方法如下：1、当最大机组容量为125MW及以下，而且变压器各绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%以及上时（否则绕组利用率太低），应优先考虑采用三绕组变压器。因为两台双绕组变压器才能起到联系三种电压等级的作用，而1台三绕组变压器的价格、所用的控制电器及辅助设备比2太双绕组变压器少，运行维护也较方便。但一个电厂中的三绕组变压器一般不超过2台。当送电方向主要由低压侧送向中、高压侧，或由低、中压侧送向高压侧时，优先采用自耦变压器。2、当最大机组容量为125MW及以下，但变压器某绕组的通过容量小于变压器额定容量的15%时，可采用发电机~双绕组变压器单元和双绕组联络变亚器。6/253、在有三种电压的变电所中，如变压器各绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%以及上；或低压侧虽无负荷，但需要在该侧装设无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。当变压器需要与110kV及以上的两个中性点直接接地系统相连时，可优先选用自耦变压器。综上分析，待设计变电所共有220kV、60kV、10kV共3个电压等级，其中只有220kV侧是中性点直接接地系统，故不能采用自耦变压器，而采用三绕组变压器。四、绕组接线组别（联结方式）的确定110kV及以上的电压侧均为“YN”，即有中性点引出并直接接地；35~60kV作为高、中压侧时都可采用“Y”或者“D”；35kV以下电压侧（不含0.4kV及以下）一般为“D”，也有“Y”方式。变压器绕组接线组别（各侧绕组连接方式的组合），一般考虑系统或机组同步并列要求及限制3次谐波对电源的影响等因素。综上，本题采用YN，y0，d11接线。五、调压方式变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现，切换方式有两种。不带电切换，即无励磁调压变压器的分接头较少，调压范围只有10%（±2×2.5%），且分接头必须在停电的情况下才能调节。有载调压变压器的分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可在带负荷的情况下调节，但其结构复杂、价格贵，通常在下列情况下采用：（1）出力变化大或发电机经常在低功率因数运行的发电厂的主变压器。（2）具有可逆工作特点的联络变压器。（3）电网电压可能有较大变化的220kV及以上的降压变压器。（4）电力潮流变化大和电压偏移大的110kV变电所的主变压器。（5）变配电综合自动化系统要求分接头实现遥调的变压器综上，选择带负荷切换的有载调压方式。六、结构型式60kV侧最大综合计算负荷为90MW，变压器高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，故选降压型。降压型的绕组排列为铁芯-低压绕组-中压绕组-高压绕组，其中。高、低绕组间相距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。七、容量比220kV以及上变电所的变压器容量大，其低压绕组主要带无功补偿电容器和所用电，容量较小，为降低造价，一般选择100/100/50容量比。八、冷却方式采用潜油泵强迫油循环，并用风扇对油管进行冷却，额定容量在40MVA及以上的变压器，宜采用强迫油循环风冷。120MVA及以上则采用强迫油循环水冷。九、绝缘材料为降低造价，采用半绝缘铝导体。十、变压器各侧电压的选择220kV侧，额定电压220kV60kV侧，额定电压66kV10kV侧，额定电压10.5kV7/25第四章电气主接线的选择变电站的电气主接线根据变电站的规划容量，线路、变压器连接元件总数，设备特点等条件确定。电气主接线应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、节省投资、便于过渡或扩建等要求。对于可靠性较高的G