220kV降压变电站电气一次部分设计(六)

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则短路电流
则d3点短路电流标幺值为：
I d3*〞＝==9.84
换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值
I″ = I d3*〞× =9.84× =54.12kA
根据《电力工程电气设计手册》的相关规定，
远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数
Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时，
短路电流全电流最大有效值
Ich = ×I″ =×54.12=81.72kA
当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流
ich =Kch× I″ =×1.87×I″ = 2.55× I″ = 2.55×54.12= 138.006 kA
短路容量 S = UB × I″ = ×10.5×54.12 =984.26MVA
10.4.4．因为d3点短路时，短路电流有名值I″=54.12kA、短路电流冲击电流ich =138.006kA均以超出常规10kV断路器规格，需要选用重型断路器，所以必须对d3点进行短路电流限制，采取在两台主变的10kV变低侧加装串联电抗器，限制后的短路电流应实现满足有名值I″=40kA、短路电流冲击电流ich =100kA的目的。
10.4.4.1．选择限流电抗器
10.4.4.1.1．10kV变低侧额定电流
   Igmax =1.05 ×=1.05 ×=5.196kA
根据目前10kV断路器制造厂家最大只能提供额定电流IN=4000A的设备，以及本站10kV侧总负荷为10.6MVA的情况，可以通过保护整定值的方式将主变10kV侧通过最大容量限制为60MVA，这样，10kV变低额定电流为：
In =1.05 ×=1.05 ×=3.464kA
10.4.4.1.2．根据10kV侧变低的额定电压和额定电流，选定10kV进线侧断路器型号为ZN28-12Ⅰ,其技术参数为：
额定电压UN=10kV，额定电流IN=4000A，额定开断电流INbr=40kA，额定关合电流峰值INc1 =100kA， 4S热稳定电流Ir=40kA，合闸时间0.2s，固有分闸时间0.06s，燃弧时间0.03s（则断路器全分闸时间为0.09S）。
10.4.4.1.3．电抗器限制短路电流到I″ =INbr=40kA，
取Id＝==5.5kA（其中Ud＝10.5kV，Sd＝100MVA），
电抗器电抗的标幺值为：X L*=
10.4.4.1.4．电源至电抗器前对短路点的总电抗标幺值为：
X∑*ˊ=0.0146+0.042+0.045=0.1016
10.4.4.1.5．估算所需电抗器的电抗标幺值X L*及其在额定参数下的百分电抗：
           X L*= X∑*-X∑*ˊ=-X∑*ˊ=-0.1016=0.0359
         需要在两台主变变低加设限流电抗器，因此
         =×100=0.0359×0.76×100=5.46%
10.4.4.1.6．根据上述计算结果，选取限流电抗器型号为XKK-10-4000-6，其参数如下
额定电压kV 额定电流A 额定电抗％通过容量
kVA 动稳定电流峰值kA 4s热稳定电流kA
10 4000 6 3*23094 204 80
10.4.5．重新核算d3点短路电流
因增加限流电抗，所以需要重新核算相关值。
等值图见右侧图五
则限流电抗标幺值X L*=
=
=0.0786
则d3点短路电流标幺值为：
I d3*〞＝
==7.098
换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值
I″ = I d3*〞× =7.098× =39.03KA
此结果符合预定短路电流有名值小于40kA的要求。
根据《电力工程电气设计手册》的相关规定，
远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数
Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时，
短路电流全电流最大有效值
Ich = ×I″ =×39.03=58.93kA
当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流
ich =Kch× I″ =×1.87×I″ = 2.55× I″ = 2.55×39.03=99.53kA
短路容量 S = UB × I″ = ×10.5×39.03 =709.82MVA

10.5．短路电流计算汇总表

短路点的编号基准电压VaV（KV）基准电流Ij（kA）额定电流Ij
In（kA）短路电流标么
值I″* 短路电流有名
值I″KA 稳态短路电流标么值稳态短路电流
标有名值短路电流冲击
值
ich(KA) 短路全电流最大有效值ich(KA) 短路容量
S″( MVA)
表达式平均值 I″* In I″* In 2.55I″ 1.51I″ VjI″
d1 230 0.25 0.25 68.49 17.19 68.49 17.19 43.83 25.96 6848
d2 115 0.5 0.5 18.66 9.37 18.66 9.37 36.08 14.15 2849
d3（限流前） 10.5 5.5 5.5 9.84 54.12 9.84 54.12 138.00 81.72 984
d3（限流后） 10.5 5.5 5.5 7.098 39.03 7.098 39.03 99.53 58.93 709.82

第11章电气设备选型计算
11.1. 主要电气设备选型计算依据
根据原始资料反映，本站初期上两台主变，并预留第三台变压器的空间，为避免在后期扩建中出现主要进线断路器及220、110kV母线需要更换的重大变动，因此，在本次设计任务中，全站总负荷均按本站最终规模的三台主变容量进行考虑，即SN=3×180= 540MVA。
11.2. 断路器选型计算
11.2.1．鉴于目前SF6断路器设备制造工艺的飞速发展，SF6断路器已在技术性能和运行维护方面具有明显的优势，因此本站220、110kV断路器推荐采用西门子（杭州）高压开关设备厂的LW6系列SF6断路器。
11.2.2．主要断路器的选择
11.2.2.1．220kV侧断路器的选择
根据原始资料反映，本站主要从A、B、C三个系统取得电源，任何一回220kV进线都可能会出现带全站负荷运行的方式，因此220kV进线断路器以通过全站负荷进行选择；主变、母联断路器以设计手册要求的回路最大持续工作电流进行选择。
11.2.2.1.1．220kV进线断路器
11.2.2.1.1.1．额定电压选择：Un≥Vns = 220kV
11.2.2.1.1.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =220 ×1.15 =253kV
11.2.2.1.1.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie 即：Igmax =1.05 ×=1.05 ×=1.488kA
11.2.2.1.1.4．额定开断电流选择：Ik =I″
即：Ik =17.19kA
11.2.2.1.1.5．额定短路关合电流选择：iNcl≥ish
即：iNcl ≥43.83kA
11.2.2.1.1.6．根据以上数据可以初步选择LW6－220型SF6断路器其参数如下：
额定电压：UN=220kV
最高工作电压Ualm =256kV
额定电流Ie =2500A

11.2.2.1.1.7．校验热稳定（取后备保护为2S）：I2 t t ≥Qk
计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 2=2.05S
Qk = Ik2×dz = 17.192×2.05 = 605.77kA2·S
I2r t = 402×4 = 6400 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.1.1.8．检验动稳定：ish≤ ies
即：ish= ich=43.83≤ ies= idw =100kA, 满足要求
11.2.2.1.1.9．故220kV线路侧断路器选择户外LW6－220型SF6断路器能满足要求，由上述计可列出下表：

设备

项目 LW6－220
产品数据计算数据
Ualm≥Vsm 256kV 253kV
Ie≥Igmax 2500A 1488A
iNcl≥ish 125kA 43.83kA
Ik≥I″ 40kA 17.19kA
ish≤ ies 100kA 43.83kA
I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 605.77 kA2·S
11.2.2.1.2．220kV主变、母联断路器
11.2.2.1.2.1．额定电压选择：Un≥Vns = 220kV
11.2.2.1.2.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =220 ×1.15 =253kV
11.2.2.1.2.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie 即：Igmax =1.05 ×=1.05 ×=0.496kA
11.2.2.1.2.4．校验热稳定（取后备保护为1S）：I2 t t ≥Qk
计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 1=1.05S
Qk = Ik2×dz = 17.192×1.05 = 310.27kA2·S
I2r t = 402×4 = 6400 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.1.2.5．因设备各项选型及校验均与线路侧断路器相同，故主变、母联侧断路器设备选型与线路侧相同，对照情况见下表：

设备

项目 LW6－220
产品数据计算数据
Ualm≥Vsm 256kV 253kV
Ie≥Igmax 1250A 496A
iNcl≥ish 125kA 43.83kA
Ik≥I″ 40KA 17.19kA
ish≤ ies 100kA 43.83kA
I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 310.27 kA2·S

11.2.2.2．110kV侧断路器的选择
11.2.2.2.1．110kV主变、母联断路器
11.2.2.2.1.1．额定电压选择：Un≥Vns = 110kV
11.2.2.2.1.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =110 ×1.15 =126.5kV
11.2.2.2.1.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie 即：Igmax =1.05 ×=1.05 ×=0.992kA
11.2.2.1.1.4．额定开断电流选择：Ik =I″
即：Ik =9.37kA
11.2.2.1.1.5．额定短路关合电流选择：iNcl≥ish
即：iNcl ≥36.08kA
11.2.2.1.1.6．根据以上数据可以初步选择LW6－110型SF6断路器其参数如下：
额定电压：UN=110kV
最高工作电压Ualm =145kV
额定电流Ie =1500A

11.2.2.1.1.7．校验热稳定（取后备保护为1S）：I2 t t ≥Qk
计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 1=1.05S
Qk = Ik2×dz = 9.372×1.05 = 92.187kA2·S
I2r t = 402×4 = 6400 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.1.1.8．检验动稳定：ish≤ ies
即：ish= ich=36.08≤ ies= idw =100kA, 满足要求
11.2.2.1.1.9．故110kV线路侧断路器选择户外LW6－110型SF6断路器能满足要求，由上述计可列出下表：

设备

项目 LW6－110
产品数据计算数据
Ualm≥Vsm 145kV 126.5kV
Ie≥Igmax 1500A 992A
iNcl≥ish 125kA 36.08kA
Ik≥I″ 40KA 17.19kA
ish≤ ies 100kA 43.83kA
I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 605.77 kA2·S

11.2.2.2.2．110kV侧最大一回负荷出线侧断路器
11.2.2.2.2.1．额定电压选择：Un≥Vns = 110kV
11.2.2.2.2.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =110 ×1.15 =126.5kV
11.2.2.2.2.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑其中1回线路故障退出时，所有负荷将转移到另1回线路，所以相应回路的Igmax=Ie
即：Igmax ===0.241kA
11.2.2.1.1.4．额定开断电流选择：Ik =I″
即：Ik =9.37kA
11.2.2.1.1.5．额定短路关合电流选择：iNcl≥ish
即：iNcl ≥36.08kA
11.2.2.1.1.6．根据以上数据可以初步选择LW6－110型SF6断路器其参数如下：
额定电压：UN=110kV
最高工作电压Ualm =145kV
额定电流Ie =1500A

11.2.2.1.1.7．校验热稳定（取后备保护为1S）：I2 t t ≥Qk
计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 1=1.05S
Qk = Ik2×dz = 9.372×1.05 = 92.187kA2·S
I2r t = 402×4 = 6400 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.1.1.8．检验动稳定：ish≤ ies
即：ish= ich=36.08≤ ies= idw =100kA, 满足要求
11.2.2.1.1.9．故110kV线路侧选择户外LW6－110型SF6断路器能满足要求，由上述计可列出下表：

设备

项目 LW6－110
产品数据计算数据
Ualm≥Vsm 145kV 126.5kV
Ie≥Igmax 1500A 241A
iNcl≥ish 125kA 43.83kA
Ik≥I″ 40KA 9.37kA
ish≤ ies 100kA 43.83kA
I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 605.77 kA2·S
11.2.2.3．10kV侧断路器的选择
11.2.2.3.1．10kV变低、母联侧断路器
11.2.2.3.1.1．根据第10.4.4.1.2．可得，选定10kV进线侧断路器型号为ZN28-12Ⅰ,其技术参数为：
额定电压UN=12kV，额定电流IN=4000A，额定开断电流INbr=50kA，额定关合电流峰值INc1 =125kA，额定动稳定电流（峰值）IDW =125kA，4S热稳定电流Ir=50kA，合闸时间0.2s，固有分闸时间0.06s，燃弧时间0.03s（则断路器全分闸时间为0.09S）
11.2.2.3.1.2．校验热稳定（取后备保护为1S）：I2 t t ≥Qk
计算时间tjs= td + tb = 0.06+0.03 + 1=1.09S
Qk = Ik2×dz = 39.032×1.09 =1660.44kA2·S
I2r t =502×4 = 10000 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.3.1.3．检验动稳定：ish≤ ies
即：ish= ich=99.53≤ ies= 125kA, 满足要求
11.2.2.3.1.4．故10kV主变及母联侧选择户内ZN28－12型真空断路器能满足要求，由上述计可列出下表：

设备

项目 ZN28－12
产品数据计算数据
Ualm≥Vsm 12kV 11.5kV
Ie≥Igmax 4000A 3464A
iNcl≥ish 125kA 99.53kA
Ik≥I″ 50KA 39.03kA
ish≤ ies 125kA 99.53kA
I2 t t ≥Qk 10000 kA2·S 4.45 kA2·S
11.2.2.3.2． 10kV侧最大一回负荷出线侧断路器
11.2.2.3.2.1．额定电压选择：Un≥Vns = 10kV
11.2.2.3.2.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =10 ×1.15 =11.5kV
11.2.2.3.2.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑其中1回线路故障退出时，所有负荷将转移到另1回线路，所以相应回路的Igmax=Ie
即：Igmax ===0.18kA
11.2.2.3.2.4．额定开断电流选择：Ik =I″
即：Ik =39.03kA
11.2.2.3.2.5．额定短路关合电流选择：iNcl≥ish
即：iNcl ≥99.53kA
11.2.2.3.2.6．根据以上数据可以初步选择ZN28－10型真空断路器其参数如下：
额定电压：UN=10kV
最高工作电压Ualm =12kV
额定电流Ie =1250A

11.2.2.3.2.7．校验热稳定（取后备保护为2S）：I2 t t ≥Qk
计算时间tjs= td + tb = 0.03+0.06 + 2=2.09S
Qk = Ik2×dz = 39.032×2.09 =3183.78kA2·S
I2r t = 402×4 = 6400kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.3.2.8．检验动稳定：ish≤ ies
即：ish= ich=99.53≤ ies= idw =100kA, 满足要求
11.2.2.3.2.9．故10kV馈线最大负荷侧选择户内ZN28－12型真空断路器能满足要求，由上述计可列出下表：

设备

项目 ZN28－12
产品数据计算数据
Ualm≥Vsm 12kV 11.5kV
Ie≥Igmax 1250A 180A
iNcl≥ish 100kA 99.53kA
Ik≥I″ 40kA 39.03kA
ish≤ ies 100kA 99.53kA
I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 3183.7 kA2·S

11.3 隔离开关选型计算

11.3.1. 220kV侧隔离开关
11.3.1.1.额定电压选择：Un≥Vns = 220kV
11.3.1.2. 额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到隔离开关是与相应的断路器配套使用，所以相应回路的Ie应与断路器相同，即：Ie =2500A
11.3.1.3. 根据以上数据可以初步选择GW4－220(D)W和GW16-220(D、DW)型隔离开关，其参数分别如下：
GW4－220(D)W：
额定电压：UN=220kV          额定电流Ie =2500A   最高运行电压：Ula=252kV
动稳定电流峰值idw =125kA     4S热稳定电流50kA
GW16-220(D、DW)：
额定电压：UN=220kV          额定电流Ie =2500A   最高运行电压：Ula=252kV
动稳定电流峰值idw =125kA     3S热稳定电流30kA
11.3.1.4. 校验热稳定（下列时间均取自对应断路器，后备保护取2S）：
即I2 t t ≥Qk
计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 2=2.05S
Qk = Ik2×dz = 17.192×2.05 = 605.77kA2·S
I2r t = 502×4 = 10000 kA2·S（GW4型）
I2r t = 302×3 = 27000 kA2·S（GW16型）
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.3.1.5．检验动稳定：ish≤ ies
即：ish= ich=43.83≤ ies= idw =125kA, 满足要求
11.3.1.6．故220kV线路侧选择GW4－220(D)W和GW16-220(D、DW)型隔离开关能满足要求，由上述计可列出下表：

设备

项目 GW4－220(D)W GW16-220(D、DW)
产品数据计算数据
Ie≥Igmax 2500A 1488A
ish≤ ies 125kA 43.83kA
I2 t t ≥Qk 10000 kA2·S
2700 kA2·S 605.77 kA2·S
11.3.2. 110kV侧隔离开关
11.3.2.1.额定电压选择：Un≥Vns = 110kV
11.3.2.2. 额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到隔离开关是与相应的断路器配套使用，所以相应回路的Ie应与断路器相同，即：Ie =1250A
11.3.2.3. 根据以上数据可以初步选择GW4－110(D)W和GW16-110(D、DW)型隔离开关，其参数如下：
GW4－110(D)W
额定电压：UN=110kV          额定电流Ie =1250A 最高运行电压：Ula=126kV
动稳定电流峰值idw =80kA     4S热稳定电流31.5kA
GW16-110(D、DW)
额定电压：UN=110kV          额定电流Ie =1250A 最高运行电压：Ula=126kV
动稳定电流峰值idw =80kA     3S热稳定电流31.5kA

11.3.2.4. 校验热稳定（下列时间均取自对应断路器，后备保护取2S）：
即I2 t t ≥Qk
计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 2=2.05S

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