220kv地区性降压变电所本科学位论文.docx
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220kv地区性降压变电所本科学位论文
各专业完整优秀毕业论文设计图纸
毕业设计论文
题目：
220KV地区性降压变电所
第一章原始资料
原始资料
1、变电站情况：
该站属终端变电站，电压等级为220/110/35KV,地区性降压变电所，归算到110KV侧系统短路阻抗为0.22。
220KV进线3回，一回备用；110KV出线4回，35KV出线12回；变电站联入系统的电压等级为220KV。
2、负荷情况：
35KV负荷：
30-60MW，COS￠=0.85，Tmax=4000h。
110KV负荷：
70-90MW，COS￠=0.85，Tmax=5000h。
I、II类负荷占60%以上，所用电率0.5%。
3、环境条件：
当地年最高温度为37℃，年最底温度为—29℃，最热月平均最高温度为+29℃，最热月平均地下温度15℃，当地海拔高度1000米，当地雷暴日16日/年。
主保护动作时间：
0.02S，后背保护动作时间2S。
设计的主要任务、内容及要求
1、电气主接线设计；
2、所用电设计；
3、短路电流计算；
4、主要电器设备选择、校验：
断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器母线、电缆等；
5、主变保护设计；
6、配电装置设计
成果形式及要求
1、标准封面的档案带一个；
2、毕业设计论文一份（包括前言、目录、章节、结论、参考文献等15000字以上）；纸张A4，正文宋体，标题加黑
3、毕业设计计算书（短路电流计算过程、主要电气设备选择及校验过程、短路电流计算结果表及设备选择结果表）；
4、图纸：
有条件的可用CAD图。
（1）变电站电气主接线图1张（1#）
（2）屋外配电装置平面图、断面图、保护图任选一张（2#）
5、保存毕业设计相关内容的软盘。
主要参考文献
1、《电力工程电气设备设计手册》电气一、二次部分
2、《发电厂电气部分》范锡普主编
3、《电力系统暂态分析》李光琦主编
4、《电力系统继电保护原理》宋从矩主编
工作进度计划
1、熟悉原始资料和发电厂、变电站的设计规程，总体设计（2周）
2、电气主接线设计；（2周）
3、所用电设计；（1周）
4、短路电流计算；（3周）
5、主要电器设备选择、校验：
（3周）
6、主变保护设计；（1周）
7、配电装置设计（1周）
8、编写论文、画图、准备答辩（2周）
第二章变电所电气主接线的确定
电气主接线是电力系统的重要组成部分，它的设计形式直接关系全所电气设备的选择和配电装置的布置。
它的设计应以设计任务书为依据，以国家有关经济建设方针、政策及有关技术规范为准则，结合工程具体特点来确定，要求安全可靠、稳定灵活、方便经济。
2.1主变压器容量和台数的选择
2.1.1主变压器的台数：
待设计变电站为220/110/35KV地区性降压变电所，最大负荷90+60=150MVA,最小负荷70+30=100MVA，平均负荷125MVA；I、II类负荷占60%以上，负荷较为重要，且为终端变电站，要求电压质量要求是可以调节的，根据现在市场上生产的变压器的容量，选择2台变压器较适合本变电所负荷的要求。
2.1.2主变压器容量：
根据运行经验，变压器的容量应保证在有一台检修的情况下，其他变压器能带全部负荷的70%，按任务书给定的资料，本变电所I、II类负荷占60%，即单台主变的容量应满足I、II类负荷60%的需求，因此本设计的主变每台应带负荷为：
150×60%=90（MVA），并考虑变压器承受正常过负荷及事故过负荷的能力，所以我们选择的主变容量为90MVA变压器。
2.1.3主变型式：
本设计220KV降压到110KV和35KV两个电压等级，因此采用220/110/35KV三绕组带10KV平衡绕组变压器（考虑零序电流的平衡）。
2.1.4调压方式：
该变电所为终端变电站，电压质量要求高，根据地区及负荷的要求，变压器应选择有载调压方式。
根据以上原则，查阅有关资料，选择的主变压器技术数据如下：
型号
SFPSZ7-90000/220
容量
90000kVA
容量比
90/90/90/45MVA
电压比
220±8×1.25%/110±2×2.5%/38.5/10.5KV
额定电流
236.19/274.38/1484.66/2474.36
联结组标号
YNyn0yn0+d11
损耗
空载
144KW
负载
480KW
空载电流
0.9%
阻抗电压
高-中
14%
高-低
24%
中-低
9%
2.2电气主接线方案的拟定
2.2.1方案Ⅰ：
（见图2-1）
图2-1
分析：
因本220KV变电所不仅供本地区的负荷，还降压到110KV向另一终端变电所转供大量的负荷，所以方案Ⅰ在220KV高压侧采用“双母线带旁路接线”，它具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点。
但此种接线需隔离开关数量较多，投资较大；110KV侧采用“双母线接线”，优点是运行灵活，操作方便。
35KV侧采用“单母线带旁路接线”，便于分段检修母线及各出线断路器，虽然对断路器检修试验等均有好处，但操作不便，不利于扩建等缺点。
2.2.2方案Ⅱ：
（见图2-2）
图2-2
分析：
考虑本所只有两台主变压器，所以方案Ⅱ在220KV高压侧采用“单母线分段接线”，虽然使用断路器数量少，布置简单，占地少，造价低，但在变压器故障时需停相应线路，且隔离开关又作为操作电器，所以可靠性差。
110KV侧采用“单母线分段接线”，四条出线从不同分段上引接以提高供电可靠性，此种接法的优点表现在简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便，便于分段检修母线；但缺点也是显而易见的，变压器故障时需停相应线路，且隔离开关又作为操作电器，所以可靠性差。
当一条出线断路器故障或检修试验时，不会对另一终端变电所造成停电。
35KV侧采用“单母线分段带旁路接线”，此接线的优缺点已在前文中叙述，不再赘述。
2.2.3方案Ⅲ：
（见图2-3）
图2-3
分析：
方案Ⅲ在220KV高压侧采用“单母线分段接线”，虽然使用断路器数量少，布置简单，占地少，造价低，但在变压器故障时需停相应线路，且隔离开关又作为操作电器，所以可靠性差。
110KV侧采用“双母线接线”，优点是运行灵活，操作方便。
35KV侧采用“单母线分段带旁路接线”，此接线的优缺点已在前文中叙述，不再赘述。
2.2.4方案Ⅳ：
（见图2-4）
分析：
本方案在220KV侧采用“单母线接线”，虽简单清晰，设备少，
图2-4
投资小，但当母线出现故障时，会造成全所停电及另一终端站的停电。
供电可靠性不好。
110KV侧采用“双母线分段接线”，它同时具备双母线和单母线分段的特点，具有很高的可靠性和灵活性，但由于高压断路器及配电装置投资较大，只适合于6–10KV电压等级。
35KV侧采用“双母线接线”它具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点。
2.2.5方案Ⅴ：
（见图2-5）
图2-5
分析：
方案Ⅴ的220KV、110KV、35KV均采用“双母线接线”，优点是运行灵活，操作方便，具有十分好的可靠性及灵活性。
此接法的优点还表现在它具有供电可靠、二次回路接线简单、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点”。
由以上的分析，初步选定方案Ⅰ和方案Ⅴ为本设计的主接线方案，经详细的比较后选定最终方案。
2.3最佳方案的确定
我国《变电所设计技术规程》规定：
“变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节约投资等要求”。
现就方案Ⅰ和方案Ⅴ的可靠性、灵活性和经济性进行详细地比较，筛选出最佳方案。
1、供电可靠性的比较
方案Ⅰ的220KV高压侧采用“双母线带旁路接线”，当一段母线出现故障时，及时将运行方式改变到另一母线上运行，只能短时造成全所停电及另一终端站的停电。
但此种接线需隔离开关数量较多，投资较大；而方案Ⅴ的220KV侧采用“双母线接线”，较方案Ⅰ具有运行可靠，简单灵活，二次回路接线简单、检修方便、调度灵活、操作方便和节约投资及便于扩建等优点。
110KV侧接线方式的可靠性基本相同，不需比较。
35KV侧方案Ⅰ采用“单母线分段带旁路接线”，35KV侧采用“单母线带旁路接线”，便于分段检修母线及各出线断路器，虽然对断路器检修试验等均有好处，但操作不便，不利于扩建等缺点。
方案Ⅴ中35KV侧采用“双母线接线”，较方案Ⅰ可靠性较高，方案Ⅴ在一台主变故障或停电的情况下，不至于使部分用户停电，且方案Ⅴ具有简单灵活，二次回路接线简单、检修方便、调度灵活、操作方便和节约投资及便于扩建等优点。
2、灵活性的比较
220KV侧：
两方案都具有很高的灵活性，虽然方案Ⅰ的灵活性要高一些。
110KV侧：
两方案基本相同。
35KV侧：
方案Ⅴ较方案Ⅰ的灵活性要高一些。
两方案运行调度灵活，两台主变可以单独运行，也可并列运行。
但是在主变解列运行时方案Ⅰ中Ⅰ段母线的负荷只能由1#变带出，Ⅱ段母线的负荷只能由2#变带出，而方案Ⅴ中的负荷可任意分配、倒停，不至于一台变过负荷，而一台变轻载；且方案Ⅰ在一台主变故障或停电的情况下，造成部分用户停电，方案Ⅴ操作较灵活。
3、经济性的比较
在主接线设计时，主要矛盾往往发生可靠性与经济性之间，因此在满足供电可靠，运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。
方案Ⅰ比方案Ⅴ220KV、35KV设备多。
110KV系统两方案基本相同。
二者相比，方案Ⅰ比方案Ⅴ投入的资金要多一些。
从可靠性、灵活性及经济性等方面综合的看，方案Ⅴ显然优于方案Ⅰ的设计。
因此本设计最终确定的方案为设计方案Ⅴ。
第三章变电所所用电设计
3.1所用变压器台数的确定
3.1.1所用电源引接的原则
1、负荷的种类
本变电所的所用电负荷主要是：
变压器强迫油循环冷却装置的油泵、风扇；蓄电池充电设备；油处理设备；采暖通风；照明及供水泵用电等。
2、负荷的重要性
因本所两台主变压器为强迫油循环冷却的变压器，要求所用变分别接在两个不同的电源上，以保证在变电所所内停电时，仍能使所用电得到不间断的供电。
3.1.2所用变的供电电压
所用电属于低压用户，其供电电压及用电容量都较小，因此将供电电压选为35KV和10KV。
本站属220KV变电站，其供电电压为380V三相四线制，用电容量都较110KV大，因此将供电电压选为35KV。
3.1.3供电方式
供电可靠性是所用电的首要保证，在本供电系统中所用电应为0级用户。
结合其供电电压及其容量，根据可靠性的要求，设计所用电主接线方式为单母线分段接线，高压侧正常运行方式可将一台所用变压器引接于35KVⅠ段母线上，另一台所用变压器引接于35KVⅡ段母线上。
两所用电源采用明备用方式，并且装设备用电源自动投入装置来保证其可靠性。
主变风冷、开关机构电源、隔离开关操作电源、直流整流设备交流电源等重要负荷采用双电源接线方式，互为备用，此种方式既灵活，且可靠性较高。
3.2所用变压器容量的选择
根据原始资料要求，所用电率0.5%。
S=Se*0.5%=90000KVA*0.5%=450KVA,
选择容量500KVA变压器。
3.3所用变压器型号的选择。
查相关资料，选择SL7-500/35，低压0.4KV,容量500KVA变压器两台。
型号
SL7-500/35
容量
500KVA
变比
35±5%/0.4KV
损耗
空载
850W
负载
4800W
空载电流
2.3%
阻抗电压
4%
接线组别
Y，yno
第四章防雷及接地装置设计
4.1变电所的保护对象：
变电所中的建筑物应装设直击雷保护装置，诸如屋内外配电装置，主控室等。
4.2电工装置的防雷措施
1、电压为110及以上的屋外配电装置，可将避雷针装在屋外配电装置的构架上，安装避雷针的构架支柱应该与配电装置接地网相连接。
在避雷针的支柱附近，应设置辅助的集中接地装置，其接地电阻不应大于10Ω。
由避雷针与配电装置接地网上的连接处起，至变压器与接地网上的连接处止，沿接地线距离不得小于15m。
在变压器构架上，不得装避雷针。
2、主控室及屋内配电装置对直击雷的防雷措施如下：
（1）若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地；
（2）若屋顶有钢筋混凝土结构，应将其钢筋焊接成网接地；
（3）若结构为非导电体屋顶采用避雷保护，避雷带网格为8~10m，每格10~20m设引下线接地；
上述接地可与总接地网联接，并在连接处加装集中接地装置，其接地电阻应不大于10Ω。
4.3防雷保护装置
1、防雷保护一般经常采用避雷针，它由金属制成，比被保护设备高并具有良好的接地装置，其作用是将雷电流吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护附近比它矮的设备、建筑物免受雷击。
2、避雷针的设计一般有以下几种类型：
（1）单支避雷针的保护；
（2）两针避雷针的保护；
（3）多支避雷针的保护；
3、
h
hh
物之间应有一定的距离，以免雷击针（线）时造成反击，参看图4-1。
二是独立避雷针的接地装置与被保护物之间也应保持一定的距离Sd以免击穿，在一般情况
避雷针
Sk
变电所直击雷保护的基本原则：
一是独立避雷针（线）与被保护
图4-1
B
Sd
下，SK不应小于5m，Sd不应小于3m。
有时由于布置上的困难Sd无法保证，此时可将两个接地装置相联，但为了避免设备反击，该联接点到35KV及以下设备的接地线入地点，沿接地体的地中距离应大于15m，因为当冲击波沿地埋线流动15m后，在ρ≤500Ω·m时，幅值可衰减到原来的22%左右，一般不会引起事故了。
4、雷电侵入波保护：
因为雷击线路机会比雷击变电所多，所以沿线路侵入变电所的雷电过电压行波是很常见的。
又因为线路的绝缘水平要比变压器或其它设备的冲击试验电压高许多，所以变电所对行波的保护十分重要。
雷电侵入波保护是利用阀型避雷器以及与避雷器相配合的进线保护段。
4.4根据以上设计原则，本设计的防雷保护方案为：
1、本所采用多支避雷针的保护方式，220KV侧避雷针安装于构架上，110KV侧安装独立避雷针，35KV侧安装独立避雷针，避雷针安装位置在变电所平面布置图中标出。
2、避雷器的设置方案如下表：
装设位置
型式
额定电压有效值（KV）
灭弧电压有效值（KV）
数量
220KV母线
FZ-220J
220
200
2组
220KV母线桥
FZ-220J
220
200
2组
主变中性点220KV侧
FZ-110J
110
100
2支
主变中性点110KV侧
FZ-40
40
50
2支
110KV母线
FZ-110J
110
100
2组
110KV母线桥
FZ-110J
110
100
2组
35KV母线
FZ-35
35
41
2组
35KV母线桥
FZ-35
35
41
2组
3、考虑到主变压器220KV侧中性点的绝缘配合，中性点避雷器并联放电间隙。
第五章继电保护配置方案设计
5.1主变压器保护配置方案
1、主保护的配置
（1）差动保护：
跳三侧断路器，发动作信号；
（2）差流速断：
跳三侧断路器，发动作信号；
（3）CT断线：
持续时间t，发动作信号；
（4）差流越限：
持续时间t，发动作信号；
（5）启动通风：
持续时间t，发动作信号；
（6）调压重瓦斯：
瞬时出口，跳三侧断路器，发动作信号；
（7）本体重瓦斯：
瞬时出口，跳三侧断路器，发动作信号；
（8）冷却器电源全停：
延时出口，跳三侧断路器，发动作信号；
（9）压力释放：
瞬时出口，跳三侧断路器，发动作信号；
（10）调压轻瓦斯及本体轻瓦斯：
发动作信号；
（11）油位低及油温高：
发动作信号；
2、后备保护配置
高压侧：
（1）复合电压方向过电流保护：
一段1时限，跳本侧断路器，发动作信号；2时限，跳三侧断路器，发动作信号；
（2）复合电压过电流保护：
一段1时限，跳三侧断路器，发动作信号；
（3）零序（方向）过电流：
一段1时限，跳本侧母联及旁路断路器，发动作信号；2时限，跳本侧断路器，发动作信号；二段1时限，跳本侧断路器，发动作信号；2时限，跳三侧断路器，发动作信号；
（4）零序电流电压保护（间隙）：
一段1时限，跳三侧断路器，发动作信号；
（5）零序电压保护（直接接地）：
一段1时限，跳三侧断路器，发动作信号；
中压侧：
（1）复合电压方向过电流保护：
一段1时限，跳本侧断路器，发动作信号；2时限，跳三侧断路器，发动作信号；
（2）复合电压过电流保护：
一段1时限，跳三侧断路器，发动作信号；
（3）零序（方向）过电流：
一段1时限，跳本侧母联及旁路断路器，发动作信号；2时限，跳本侧断路器，发动作信号；二段1时限，跳本侧断路器，发动作信号；2时限，跳三侧断路器，发动作信号；
（4）零序电压保护（直接接地）：
一段1时限，跳三侧断路器，发动作信号；
低压侧：
（1）复合电压过电流保护：
一段1时限，跳本侧本段断路器，发动作信号；2时限，跳三侧断路器，发动作信号；
（2）低压侧接地（零序过电压）持续时间t，发动作信号；
3、告警保护：
（1）三侧过负荷：
发过负荷动作信号；显示过负荷侧；
（2）三侧PT断线：
发PT断线信号；显示PT断线侧；
（3）三侧CT断线：
发CT断线信号；显示PT断线侧；
（4）变压器超过整定电流时启动辅助风扇持续时间t发动作信号；
（5）后备保护启动总出口时启动失灵保护。
5.2220KV及110KV母线保护配置
1、原则：
根据系统的具体情况和有关规程规定，通常在下面几种情况下，应考虑装设专用的母线保护装置。
（1）基于系统稳定要求，当母线发生故障必须快速切断时；
（2）当残余电压小于（0.5~0.6）Ue时，为保证用户的用电质量，应考虑装设母线保护；
（3）对于具有分段断路器的双母线，由于其供电可靠性要求高，若利用供电组件的后备保护作为母线保护，其可能无选择性的切除母线故障，或是切除故障时间长，不能满足运行上的要求。
此时应考虑装设母线保护；
（4）对于固定联接的母线和组件由双断路器联接的母线，应考虑装设母线保护；
（5）在变电所中，为减少短路容量，应考虑装设母线保护；
2、对母线保护的要求是：
（1）能快速、有选择地切除故障；
（2）保护必须具有可靠性和灵敏度；
（3）大接地系统母线保护采用三相式接线，小接地系统采用两相接线；
（4）根据需要加装重合闸装置。
3、母线保护配置：
本所220KV及110KV母线保护采用比较母联断路器电流相位差动保护，电流相位比较式母线差动保护，可以克服组件固定联接的双母线差动保护装置缺乏必要的灵活性的缺点。
它不受组件联接方式的影响，具有较高的可靠性和动作选择性。
5.3220KV进线保护配置方案
220KV线路设两套不同原理厂家的微机型线路保护装置，以实现对全程电缆的双重快速保护。
一、第一套保护
1、主保护的配置
纵差动保护：
差动保护用复合地线光缆实现，对全程电缆实现快速保护，跳断路器，发动作信号；
2、后备保护的配置
距离保护：
由三段式相间距离和三段式接地距离保护构成，跳断路器，发动作信号；
零序保护：
由全相运行的四段式零序保护和两段式不灵敏零序保护构成，跳断路器，发动作信号；；
重合闸：
综合重合闸，由纵重、单重、三重、停用位置；
PT断线：
发PT断线信号；
CT断线：
发CT断线信号；
二、第二套保护
1、主保护的配置
高频保护：
采用高频闭锁方向保护，两段采用相同型号的保护装置和收发信机，对全程电缆实现快速保护，跳断路器，发动作信号；
2、后备保护的配置
距离保护：
由三段式相间距离和三段式接地距离保护构成，跳断路器，发动作信号；
零序保护：
由全相运行的四段式零序保护和两段式不灵敏零序保护构成，跳断路器，发动作信号；；
重合闸：
综合重合闸，由纵重、单重、三重、停用位置；
两套保护中允许一套重合闸装置投入运行。
PT断线：
发PT断线信号；
CT断线：
发CT断线信号；
5.4110KV出线保护配置方案
110KV出线配置常规保护，主要构成：
（1）距离保护，跳断路器，发动作信号；
（2）零序保护：
跳断路器，发动作信号；；
（3）重合闸。
（4）PT断线：
发PT断线信号；
（5）CT断线：
发CT断线信号；
5.535KV出线保护配置方案
110KV出线配置常规保护，主要构成：
（1）过流I段保护（速断保护），无时限动作，不设延时整定，跳断路器，发动作信号；
（2）过流II段保护（过流保护），延时动作，可整定延时动作时间，跳断路器，发动作信号；
（3）重合闸。
普通三相一次重合闸。
（4）PT断线：
发PT断线信号；
（5）CT断线：
发CT断线信号；
5.6本站综合自动化方案简述
本站采用分散分布式结构的综合自动化系统，面向电气间隔的方法进行设计，间隔层中各数据采集、监控单元和保护装置做在一起，设计在同一机箱中，并将这些机箱就地分散安装在一次设备附近和开关柜上。
这样各间隔单元的设备相互独立，仅通过光纤或电缆网络由站控机对他们进行管理和交流信息，能在间隔层内完成的功能一般不依赖通信网络。
5.7综合自动化系统结构框图
根据原始资料的要求，本站综合自动化系统结构框图：
第五章屋外配电装置的设计
6.1屋外配电装置的特点
屋外配电装置的特点是土建工程量小，投资少，建造工期短，易扩建，但占地面极大，运行维护条件差，易受污秽和气候条件的影响。
6.2对配电装置的基本要求
1、配电装置的设计和建造，应认真贯彻国家的技术经济政策和有关的规程要求，特别应注意节约用地。
2、保证运行安全和工作可靠，
3、便于检修、操作和巡视。
4、在保证上述条件要求下，节约材料，减少投资。
5、便于扩建和安装。
6.3母线及构架：
变电站110KV系统采用软母线，35KV系统采用软母线，三相母线水平布置，用悬式绝缘子串悬挂在母线架构上；10KV系统采用矩形铝母线，三相母线水平布置，用支柱绝缘子安装在支架上。
6.4电力变压器的布置：
电力变压器是屋外配电装置中体积最大、油量最多的设备，布置时应特别注意防火安全。
变压器的基础一般为双梁形，上面铺以钢轨，为了防止变压器事故时燃油流散，在变压器下面应设置储油池，储油池内一般铺设厚度不小于0.25M的卵石层
6.5电气设备的布置：
断路器、隔离开关、互感器和避雷器等设备，在屋外配电装置中有低位和高位两种布置方式。
断路器、电流互感器、电压互感器均采用高位布置，即安装在约2M高的混凝土基础上。
6.6各电压等级屋外配电装置的布置图
6.6.1220KV出线间隔断面图：
6.6.2110KV出线间隔断面图：
6.6.3220KV变压器间隔断面图
6.6.4110KV变压器间隔断面图
附录:
参考文献：
1、《电力工程电气设备设计手册》，电气一、二次部分，水利电力出版社。
2、《发电厂电气部分》，中国电力出版社。
3、《电力系统暂态分析》，水利电力出版社。
4、《变电所设计》，沈阳科学技术出版社。
5、《电力系统课程设计及毕
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