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1、220KV 变电站电气部分设计毕 业 设 计（论 文）说 明 书题系目：别：220KV 变电站电气部分设计电子与信息工程系专业班级：学生姓名：指导教师：教 研 室：提交时间：电气工程及其自动化电气教研室2007 年 6 月 13 日理工学院本科毕业（设计）论文摘要随着我国科学技术的发展，特别是计算机技术的进步，电力系统对变电站的更要求也越来越高。本设计讨论的是 220KV 变电站电气部分的设计。首先对原始资料进行分析，选择主变压器，在此基础上进行主接线设计，再进行短路计算，选择设备，然后进行防雷接地以及保护、配电装置设计。关键字：变电站；短路计算；设备选择。-I-220KV 变电站电气部分设计
2、ABSTRACTWith the development of science and technology in China, particularlycomputing technology has advanced, the power system demands on substation moreand more.The design is refer to the part of 220kV electrical substation design. First of all,analyze the original data and choose the main transf
3、ormer, based on it , design themain wiring and Short Circuit Calculation, at last choose equipment, then mine andthe protection of earth and distribution device.Key Words: Substation；Short Circuit Calculation；Equipment Selection- II -理工学院本科毕业（设计）论文目录要 . IABSTRACT. II第 1 章 引 .1第 2 章 电气主接线的设计 .22.1 主接
4、线概述.22.2 主接线设计原则.42.3 主接线选择.4第 3 章 主变压器的选择.73.1 主变压器的选择原则.73.1.13.1.23.1.33.1.43.2 主变压器选择结果.9第 4 章 所用电设计 .104.1 所用变选择.104.2 所用电接线图.10第 5 章 220KV 变电站电气部分短路计算 .125.1 变压器的各绕组电抗标幺值计算.125.2 10KV 侧短路计算.135.3 220KV 侧短路计算.165.4 110KV 侧短路计算 .18第 6 章 导体和电气设备的选择 .206.1 断路器和隔离开关的选择.216.1.1 220KV 出线、主变侧.226.1.2
5、110KV 侧 .266.1.3 10KV 限流电抗器、断路器隔离开关的选择.286.2 电流互感器的选择.336.2.1 220KV 侧电流互感器的选择.346.2.2 110KV 侧的电流互感器的选择 .366.2.3 10KV 侧电流互感器的选择.376.3 电压互感器的选择.386.3.1 220KV 侧母线电压互感器的选择.396.3.2 110KV 母线设备 PT 的选择 .406.3.3 10KV 母线设备电压互感器的选择.406.4 导体的选择与校验.406.4.1 220KV 母线.416.4.2 110KV 母线 .42摘220KV 变电站电气部分设计6.4.3 10KV
6、母线的选择.436.4.4 220KV 侧引接线的选择与校验.446.4.5 110KV 侧引接线的选择与校验 .456.4.6 10KV 侧引接线的选择与校验.46第 7 章 防雷接地设计 .497.1 防雷设计.497.1.17.1.27.1.37.2 接地设计.547.2.17.2.2第 8 章 电气总平面布置及配电装置的选择 .568.1 概述.568.1.18.1.28.2 配电装置的确定.578.3 电气总平面布置.598.3.1 电气总平面布置的要求.598.3.2 电气总平面布置.60第 9 章 继电保护的配备.619.1 变压器继电保护配置.619.2 母线保护.61第 10
7、 章.62致谢 .63参考文献 .64附 .65理工学院本科毕业（设计）论文第 1 章 引 言毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严格的要求。使我们综合能力有一个整体的提高。它不但使我们巩固了本专业所学的专业知识，还使我们了解、熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则以及各种图形、符号。它将为我们以后的学习、工作打下良好的基础。能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，在品种及构成上也发生了很大的变化。人类对能源质量也要求越来越高。电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的
8、地位，是实现国家现代化的战略重点。电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任。220KV 变电站电气部分设计使其对变电站有了一个整体的了解。该设计包括以下任务：1、主接线的设计导体和电气设备的选择继电保护的配置等。-1-220KV 变电站电气部分设计第 2 章 电气主接
9、线的设计2.1 主接线概述电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图。主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系1。单母线接线及单母线分段接线21、单母线接线单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各
10、出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。单母接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。缺点：可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流3。综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。2、单母分段接线单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器
11、自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。-2-理工学院本科毕业（设计）论文在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站 610KV 接线中。但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整体母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采用4。3、单母线分段带旁路母线的接线单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器，大大增加了投资。双母线接线及分段接
12、线1、双母线接线双母接线有两种母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。其特点有：供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点5。由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：出线带电抗器的 610KV 配电装置；3560KV 出线数超过 8 回，或连接电源较大、负荷较大时；110220KV 出线数为 5 回及以上时。2、双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上
13、。双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。这样，只是部分短时停电，而不必短期停电6。-3-220KV 变电站电气部分设计双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中，同时在 220550KV 大容量配电装置中，不仅常采用双母分段接线，也有采用双母线分四段接线的。3、双母线带旁路母线的接线双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这样多装了价高的
14、断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的7。2.2 主接线设计原则电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供
15、电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、实用、经济、美观的原则8。2.3 主接线选择根据原始资料的分析现列出两种主接线方案。方案一：220KV 侧双母接线，110KV 侧双母接线、10KV 侧单母分段接线。220kV 出线 6 回（其中备用 2 回），而双母接线使用范围是 110220KV 出线数为 5 回及以上时。满足主接线的要求。且具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。-4-理工学院本科毕业（设计）论文110kV 出线 10 回（其中备用 2 回），110kV 侧有两回出线供给远方大型
16、冶炼厂，其容量为 80000kVA，其他作为一些地区变电所进线，其他地区变电所进线总负荷为 100MVA。根据条件选择双母接线方式。10kV 出线 12 回（其中备用 2 回），10kV 侧总负荷为 35000kVA，、类用户占 60%，最大一回出线负荷为 2500kVA，最大负荷与最小负荷之比为 0.65。选择单母分段接线方式9。方案主接线图如下：图 2-1 主接线方案一方案二：方案进行综合比较：220KV 侧双母带旁路接线，110KV 侧双母接线、10KV 侧单母分段接线。220kV 出线 6 回（其中备用 2 回），而由于本回路为重要负荷停电对其影响很大，因而选用双母带旁路接线方式。双母
17、线带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。主接线如下图：-5-220KV 变电站电气部分设计图 2-2 主接线方案二现对两种方案比较如下10：表 2-1 主接线方案比较表方案一：220KV 侧双母接线，110KV 侧双母接线、10KV 侧单母分段接线。方案二、220KV 侧双母带旁路接线，110KV 侧双母接线、10KV 侧单母分段接线。项目1.220KV 接线简单，设备本身故 1.可靠性较高；可靠性障率少；2.有两台主变压器工作，保证
18、了在变2.220KV 故障时，停电时间较长。 压器检修或故障时，不致使该侧不停电，提高了可靠性。1.220KV 运行方式相对简单，灵1.各电压级接线方式灵活性都好；灵活性活性差；2.各种电压级接线都便于扩建和发展。2.220KV 电压级接线易于扩建和实现自动化。经济性设备相对少，投资小。1.设备相对多，投资较大；2.母线采用双母线带旁路，占地面增加。通过对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确定第二方案为设计最终方案。-6-方案理工学院本科毕业（设计）论文第 3 章 主变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交
19、换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。3.1 主变压器的选择原则1、主变容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期 1020 年的负荷发展。2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的级和级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的 70%80%。3、为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性11。3.1.1
20、 主变压器台数的选择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，变电所以装设两台主变压器为宜。2、对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。3、对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。3.1.2 主变压器容量的选择（1）主变压器容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷选择，适当考虑到远期 1020 年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规-7-220KV 变电站电气部分设计划相结合。（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器
21、停运时，其余变压器容量在计其过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的 70%80%12。（3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发，推行系列化、标准化13。S总 = 80 + 100 + 35 = 215MVA同时率取0.85容量确定：SN =0.7 0.85S总0.05（3-1）S N = 0.7 0.85 200 =152.9MVA3.1.3 主变压器型式的选择选择主变压器，需考虑如下原则：（1）当不受运输条件限制时，在 330KV 及以下的发电厂和变电站，均应选用三相变压器。（2）当发电
22、厂与系统连接的电压为 500KV 时，已经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台 50%容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为 300MW、并直接升到 500KV 的，宜选用三相变压器。（3）对于 500KV 变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建所初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成所停电。为此要经过经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。-8
23、-50.25理工学院本科毕业（设计）论文3.1.4 绕组数量和连接形式的选择具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需要装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器5。变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只要有丫和，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。我国 110KV 及以上电压，变压器绕组多采用丫连接；35KV亦采用丫连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV 以下电压，变压器绕组多采用连接。由于 35KV 采用丫连接方式，与 220、110 系统的线电压相位角为 0，这
24、样当变压变比为 220/110/35KV，高、中压为自耦连接时，否则就不能与现有 35KV 系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星接线的变压器，全国投运这类变压器约 4050 台。3.2 主变压器选择结果查电力工程电气设备手册：电气一次部分选定变压器的容量为 180MVA。由于升压变压器有两个电压等级，所以这里选择三绕组变压器，查大型变压器技术数据选定主变型号为：SFPS7-18000/220。主要技术参数如下：额定容量：180000（KVA）额定电压：高压22022.5% ；中压121； 低压10.5（KV）连接组标号：YN/yn0/d11空载损耗：178(KW)阻抗电压（%）：高中：1
25、4.0；中低：7.0；高低：23.0空载电流（%）：0.7所以一次性选择两台 SFPS7-180000/220 型变压器为主变。-9-，220KV 变电站电气部分设计第 4 章 所用电设计变电站站用母线采用单母分段接线方式。当有两台站用变采用单母线接线方式，平时分列运行，以限制故障。对于容量不大的变电站，为了节省投资，所用变压器高压侧可用高压熔断器代替高压断路器14。4.1 所用变选择1.选择原则：所用电负荷按 0.2%变电所容量计，设置 2 台所用变相互备用。2.所用电负荷:S=2150000.2%=430KVA3.所用变容量计算：SB=0.7S=301KVA所用变压器参数:型号：S9315
26、/10U1e=6.35%（KV） U2e=0.4（KV）连接组别：Y，yn0空载损耗：0.70（KW）阻抗电压：4（%）空载电流：1.5（%）4.2 所用电接线图变电站的主要站用电负荷是变压器冷却装置，直流系统中的充放电装置和晶闸管整流设备，照明、检修及供水和消防系统，小型变电站，大多只装 1 台站用变压器，从变电站低压母线引进，站用变压器的二次侧为 380/220V 中性点直接接地的三相四线制系统。对于中型变电站或装设有调相机的变电站，通常都装设 2 台站用变压器，分别接在变电站低压母线的不同分段上，380V 站用电- 10 -理工学院本科毕业（设计）论文母线采用低压断路器进行分段，并以低压成套配电装置供电。因而本设计两台所用变分别接于 10KV 母线的段和段，互为备用，平时运行当一台故障时，另一台能够承担变电所的全部负荷。接线图如下所示。图 4-1 所用电接线图