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电力工程电气毕业设计

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（2011-01-0708:

29:

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三台

配电装置

电流互感器

电压互感器

母线

教育

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毕业设计

电力工程电气毕业设计

目   录

1 引言 1

2 电气主接线设计 2

2.2 主接线设计原则 3

2.3 主接线的选择 3

3 主变压器的选择 5

3.1 主变压器的选择原则 5

3.2 主变压器型式的选择 5

3.3 主变压器选择结果 6

4 所用电设计 6

4.1 所用变选择 6

4.2 所用电接线图 6

5 220kV变电站电气部分短路计算 8

5.1 变压器各绕组电抗标幺值计算 8

5.2 220kV、110kV、35kV侧短路电流计算 8

6 电气设备的选择 10

6.1 220kV、110kV、35kV断路器和隔离开关的选择 10

7 电流互感器和电压互感器的选择 14

7.1 电流互感器和电压互感器的选择配置概述 14

7.2 220kV、110kV、35kV侧电流互感器的选择 14

7.3 220kV、110kV、35kV电压互感器的选择 16

8 导体的选择与校验 18

8.1 220KV母线选择 18

8.2 110KV母线选择 19

8.3 35KV母线 19

9 防雷接地设计 20

9.1 防雷设计原则 20

9.2 避雷器的选择 20

9.3 避雷针的配置 22

10 配电装置的选择及电气总平面布置 25

10.1 概述 25

10.2 配电装置的确定 25

10.3 站区总布置与交通运输 26

11 继电保护的配备 27

12 总结 29

参考文献 30

谢   辞 31

附   录：

 32

电力工程电气毕业设计

1 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：

主接线的设计，主变压器的选择，短路计算，导体和电气设备的选择，所用电设计，防雷接地设计，配电装置设计，继电保护的配置等。

2 电气主接线设计

2.1 主接线概述

电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。

主接线的确定对电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟订有较大影响。

因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响，通过技术经济比较，合理确定主接线。

在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据：

变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。

2.1.1 可靠性是电力生产和分配的首要要求。

主接线可靠性的具体要求：

① 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

② 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或部分二级负荷的供电。

③ 尽量避免发电厂，变电所全部停运。

2.1.2 灵活性。

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

① 调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。

② 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。

③ 扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下投入新设备并且对一次和二次部分的改建工作量最少。

2.1.3 经济性。

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，应做到经济合理。

①主接线应力求简单，节省断路器、隔离开关主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，应做到经济合理。

①主接线应力求简单，节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。

②要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备控制电缆。

③要能限制短路电流、以便于选择价廉的电气设备或轻型电缆。

④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简单电器。

、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。

②要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备控制电缆。

③要能限制短路电流、以便于选择价廉的电气设备或轻型电缆。

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。

2.3 主接线的选择

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、35KV侧单母分段接线。

220kV出线4回（远景6回），而双母接线使用范围是110～220KV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。

110kV出线4回（远景8回），选择双母线理由与220KV一样。

35kV出线6回（远景10回），由于一期出线较多，且远景扩建达10回出线，扩建率大，因此本次宜采用单母线分三段接线。

方案一：

双母线接线如下图2-1所示：

图2-1 双母线接线

方案二：

220kV出线4回（远景6回），而由于本回路为重要负荷停电对其影响较大，因而选用双母带旁路接线方式。

双母线带旁路母线，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。

主接线双母线带旁路如下图2-2所示：

图2-2 双母线带旁路接线

现对两种方案比较如下图1-3所示：

表1-3 主接线方案比较表

     方案

项目 方案一：

220kV侧双母接线，110kV侧双母接线、35kV侧单母分三段接线。

 方案二、220kV侧双母带旁路接线，110kV侧双母接线、35kV侧单母分三段接线。

可靠性 220kV接线简单，设备本身故障率少；

220kV故障时，停电时间较长。

 可靠性较高；

有两台主变压器工作，保证了在变压器检修或故障时，不致使该侧不停电，提高了可靠性。

灵活性 220kV运行方式相对简单，灵活性差；

各种电压级接线都便于扩建和发展。

 各电压级接线方式灵活性都好；

220kV电压等级接线易于扩建和实现自动化。

经济性 设备相对少，投资小。

 设备相对多，投资较大；

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，辩证统一，现确定选用方案一为本次设计的最终方案。

3 主变压器的选择

在发电厂和变电站中，用来想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换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所用的变压器，称为站用变压器或自用变压器。

本节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5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20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Ⅰ级和Ⅱ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。

3.2 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 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。

3.2.1 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。

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40～50台。

3.3 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150MVA。

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：

SFSZ9-150000/220。

主要技术参数如下：

额定容量：

150000（KVA）

额定电压：

高压—220±8×1.25%；中压—121；低压—36（KV）

连接组标号：

YN/yn0/d11

空载损耗：

178（KW）

阻抗电压（%）：

高中：

14.0；中低：

24.0；高低：

8.0

空载电流（%）：

0.7

所以选择SFSZ9-150000/220型变压器为主变。

4 所用电设计

变电站站用母线采用单母线分段接线方式。

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。

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=75000×0.2%=150KVA

③ 所用变容量计算：

SB=0.7×S=105KVA

所用变压器参数:

型号：

S6—630/35

U1e=35（kV） U2e=0.4（kV）

连接组别：

Y，yn0    空载损耗：

1.25（KW）

阻抗电压：

6.5（%）  空载电流：

1.7（%）

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一台接在35KV母线的Ⅰ段，另一台接在系统，两互为备用，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4-1如下所示。

                                    图4-1 变电所接线图

5 220kV变电站电气部分短路计算

系统阻抗：

220KV侧电源近似为无穷大系统A，归算至本所220KV母线侧阻抗为0.015（Sj=100MVA）。

变压器型号为SFSZ9-150000/220。

SN=150MVA其中高中、高低、中低阻抗电压（%）分别为14，24，8。

简化图等值电路如下图5-1所示：

5.1 变压器各绕组电抗标幺值计算                            图5-1 等值电路图          

设SB=100MVA，UB=Uav

5.2 220kV、110kV、35kV侧短路电流计算

5.2.1 220KV侧短路计算

 短路时,等值短路如图4-2所示：

将220KV母线短路看做是无穷大系统供电，则其短路时计算电抗为：

则其短路电流为：

                          图5-2 f0短路的等值电路图

其短路电流有名值为：

冲击电流为：

流过断路器的最大持续工作电流为：

5.2.2 110KV侧短路计算

 短路时,等值短路如图5-3所示：

当它短路时也只有220kv母线处向供电，因此它也相当于是无穷大系统向它供电。

所以它的计算电抗就是它本身的电抗值。

即

则其短路电流为：

              图5-3 f1短路的等值电路图       

则其短路电流的有名值为：

冲击电流为：

流过断路器的最大持续工作电流为：

5..2.3 35KV侧短路计算

 短路时,等值短路如图4-4所示：

当它短路时也只有220kv母线处向供电，因此它也相当于是无穷大系统向它供电。

所以它的计算电抗就是它本身的电抗值。

即

则其短路电流为：

则其短路电流的有名值为：

                                图4-4 f2短路的等值电路图

冲击电流为：

流过断路器的最大持续工作电流计算：

由于35kv处向系统提供无功补偿，则其额

定电流的计算式为：

则

6 电气设备的选择

正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。

在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。

电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

本设计，电气设备的选择包括：

断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。

电气设备选择的一般原则：

① 应满足正常运行检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。

② 应按当地环境条件校验并力求技术先进与经济合理；

③ 选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。

6.1 220kV、110kV、35kV断路器和隔离开关的选择

断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。

根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10KV~220KV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6断路器。

断路器选择的具体技术条件如下：

额定电压校验：

UN≥UNs                                                 （6-1）

额定电流校验：

IN＞Imax                                                （6-2）

开断电流：

INbr＞I″                                                   （6-3）

动稳定：

ies＞ish                                                      （6-4）

热稳定：

It2t>Qk                                                      （6-5）

同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。

6.1.2 主变侧220KV出线断路器选择

① 主变断路器的选择与校验

具体选择及校验过程如下：

① 额定电压选择：

UN≥UNs=220KV

② 额定电流选择：

IN＞Imax=413.342A

③ 开断电流选择：

INbr＞I″=16.735KA

选择LW—220，其LW6—220技术参数如下表6-1所示：

表6-1 SW6—220/1200技术参数表

型号 额定电压KV 额定电流A 额定开断电流KA 额定闭合电流KA 4S动稳定电流KA

LW6-220 220 1600 40 100 100

热稳定校验：

  由于满足热稳定校验。

动稳定效验：

   满足要求

由此可知，所选断路器满足要求。

6.1.3 主变侧隔离开关的选择及校验过程如下：

① 额定电压选择：

UN≥UNs=220KV

② 额定电流选择：

IN＞Imax=413.342A

③ 极限通过电流选择：

ies＞ish=42.675KA

GW6—220D/1000—80，其技术参数如下表6-2所示：

表6-2 GW6—220D/1000—80技术参数表

型号 额定电压KV 额定电流A 极限通过电流KA 4S热稳定电KA

GW6—220D/1000—80 220 1000 80 23.7

热稳定校验：

It2t>Qk

It2t=23.72×4=2246.76[（KA）2S]

所以，It2t>Qk满足热稳校验。

动稳定校验：

ies=80KA＞ish=42.675kA满足校验要求。

由此可知，所选隔离开关各项均满足要求。

6.1.4 主变110KV侧

断路器的选择与校验

具体选择及校验过程如下：

① 额定电压选择：

UN≥UNs=110KV

② 额定电流选择：

IN＞Imax=992.02A

③ 开断电流选择：

INbr＞I″=10.778KA

初选LW11—110技术数据如下表6-3所示：

表6-3 LW11—110技术数据

型号 额定电压KV 额定电流A 额定开断电流KA 额定闭合电流KA 4S动稳定电流KA

LW11-110 110 1600 31.5 80 80

热稳定校验：

则满足热稳定效验。

动稳定校验：

ies=80kA＞ish=26.457KA  满足校验要求。

由此可知，所选断路器满足要求。

6.1.5 隔离开关的选择及校验过程如下：

① 额定电压选择：

UN≥UNs=110KV

② 额定电流选择：

IN＞Imax=826.685A

③ 极限通过电流选择：

ies＞ish=26.457KA

选择GW4—110D其技术数据如下表6-4所示：

表6-4 GW4—110D技术数据

型号 额定电压kV 额定电流A 极限通过电流kA 4S热稳定电kA

GW4—110D 110 1600 100 25

热稳定校验：

It2t>Qk

It2t=252×5=3969[（KA）2s]

所以，It2t>Qk满足热稳校验

动稳定校验：

ies=100kA＞ish=27.484kA满足校验要求。

由此可知，所选隔离开关各项均满足要求。

6.1.6 35kV断路器的选择

主变断路器的选择与校验

具体选择及校验过程如下：

① 额定电压选择：

UN≥UNs=35KV

② 额定电流选择：

IN＞Imax=380.159A

③ 开断电流选择：

INbr＞I″=20.872KA

选择XGN-40.5（Z），XGN-40.5（Z）技术参数如下表6-5所示:

表6-5 XGN-40.5（Z）具体参数

型号 额定电压kV 额定电流A 额定开断电流kA 额定闭合电流kA 4S动稳定电流kA

XGN-40.5（Z） 35 1250 25 25 63

热稳定校验：

It2t>Qk

It2t=252×4=2500[（KA）2S]

     满足热稳定效验。

动稳定校验：

ies=63kA＞ish=53.224KA满足校验要求。

由此可知，所选断路器满足要.

6.1.7 出线侧隔离开关的选择及校验过程如下:

由上计算可知XGN-40.5（Z）同样满足出线隔离开关的选择。

其动稳定、热稳定计算与主变侧相同。

由此可知，所选隔离开关各项均满足要求。

7 电流互感器和电压互感器的选择

7.1 电流互感器和电压互感器的选择配置概述

型式：

电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。

对于6～20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。

对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。

有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。

一次回路电压：

                            （7-1）

一次回路电流：

     （7-2）

准确等级：

要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。

二次负荷：

                                           （7-3）

式中，                                               （7-4）

                                              （7-5）

动稳定：

                                                 （7-6）

式中， 是电流互感器动稳定倍数。

热稳定：

                                              （7-7）

 为电流互感器的1s热稳定倍数。

7.2 220kV、110kV、35kV侧电流互感器的选择

7.2.1 主变220KV侧CT的选择

一次回路电压：

    二次回路电流：

根据以上两项，选户外独立式电流互感器，参数如表7-1所示。

表7-1 LCW-220（4×300/5）参数

型号 额定

电流A 级次

组合 准确

级次 二次负荷 10%倍数 1S热稳定 动稳定

    准确等级   

    0.2

V.A 0.5 1 3  二次

负荷 倍数 倍数 倍数

     Ω     

CLW-220 4×300/5 D/D/0.5 D0.5  1.22 4   1.2 30 60 60

动稳定校验：

满足动稳定要求。

热稳定校验：

满足热稳定要求。

综上所述，所选满足要求

220KV母联CT：

由于220KV母联与变高220KV侧的运行条件相应，故同样选用型CT。

7.2.2 110KV侧的电流互感器的选择

主变中110KV的CT的选择：