220kV变电站设计 (1).docx

220kV变电站设计 (1).docx

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摘要

220KV终端变电所工程电气一次初步设计，主要包括以下内容：

在对各种电气主接线比较后确定本站的电气主接线，主变压器和厂用变压器的选择，再进行短路电流计算，根据短路计算结果表选择导体和一次主要设备，画出主接线图，剖面图、防雷配置图和保护配置图。

关键词：

主接线短路计算设备选择防雷保护

前言

一设计目的意义

毕业设计是在完成全部专业课程的基础上的最后一个理论与实践相联系的一个重要教学环节；是全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的综合训练；是培养学生综合素质和实践能力的过程。

对培养工作态度、作风和独立能力具有深远的影响。

通过毕业设计，可以培养我们运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神。

本次所设计的课题是某220KV变电所电气初步设计，该变电所是一个地区性终端变电电所，它主要担任110KV及35KV两电压等级功率输送，把接受功率全部送往110KV侧和35KV侧线路。

系统容量Sxt=3500MVA；系统电抗Xxt=；与系统连接的线路长度65km；COS=；110KV出线4条；总负荷65WM；最大设备利用小时Tmax=6000h。

35KV侧出线有6条，总负荷为30WM，同时35KV侧作为站用电源接两台变，互为备用，110KV到负荷地的距离为50KM，35KV到负荷地的距离为20KM电缆。

接题目后，先审题，然后根据题目的要求查了大量的资料。

第一步，拟订初步的主接线图，列出可能的主接线形式，各种方案进行比较，最后确定两个最有可能的主接线形式，再做经济性比较，最终确定方案。

第二步，经过精确的计算，然后选择了主变压器和厂用变压器。

第三步，短路计算和做短路计算结果表。

第四步，导体和设备的选择及其校验，做设备结果表。

第五步，继电保护，配电装置和防雷接地的布置，通过这次设计将理论与实践结合，更好的理解电气一次部分的设计原理。

通过毕业设计应达到以下要求：

熟悉国家能源开发的方针政策和有关技术规程、规定、导则等，树立工程设计必须安全、可靠、经济的观点；巩固并充实所学基础理论和专业知识，能够灵活应用，解决实际问题；初步掌握电气工程专业工程的设计流程和方法，独立完成工程设计、工程计算、工程绘图、编写工程技术文件等相关设计

任务，并能通过答辩；培养严肃认真、实事求是和刻苦钻研的作风。

二设计原始资料分析

本次的设计任务是：

设计一座220／110/35KV终端变电站的电气主接线和配电装置，防雷保护和接地装置、继电保护的配置规划。

设计的重点是对变电站电主接线的拟定以及配电装置的布置。

设计的内容包括`：

1、电气主接线方案的设计；2、短路电流计算；3、导体、电气设备选择及校验；4、设计配电装置；5、设计防雷保护和接地装置6、继电保护的配置规划；7、按设计方案绘制电气一次主接线图、配电装置的平面布置图、断面图以及防雷图（图纸见附页）；8、写设计说明书一份。

本次设计已知的基本条件：

变电站的设计题目：

设计一座110／35/10KV通过变电站的电气一次部分。

110KV出线有4回出线（末端无电源），其总负荷为65MW，35kV出线6回，总负荷为30MW。

1、系统容量：

Sxt=3500MVA；2、系统电抗：

Xxt=；3、与系统连接的线路长度65km；4、最大设备利用小时Tmax=6000h；5、站址海拔：

<1000m；6、地震烈度：

7度以下；7、本地污秽等级：

2级；8、年最高气温38℃；年平均气温15℃；月平均最低气温-2℃；9、风速：

；10、功率因数为：

。

通过对变电所原始资料的分析，根据设计任务书的要、要求，利用相关论文和参考资料，并结合设计工具书进行了电气主接线方案的论证与技术经济比较，同时对可能引起系统故障的短路情况进行了计算；另外由电气设备的选择校验技术条件和设计要求，用短路电流的计算结果，选择并校验了导体和电气设备；并根据变电站的类型和总体布置对选定的主接线方案进行高压配电装置设计，进一步查阅电测量仪表技术

规程，对仪表规划设计，对主设备进行保护规划配置设计，进行避雷器的选择，接地网的设计。

最终对本次设计的相关部分展开专题综述。

编制了设计说明书，计算书，绘制了主接线图，平面图和断面图。

第一章电气一次主接线设计

（一）原始资料分析

已知待设计变电站：

系统容量Sxt=3500MVA；系统电抗Xxt=；与系统连接的线路长度35km；COS=；110KV出线4条；总负荷65WM；最大设备利用小时Tmax=6000h。

35KV侧出线有6条，总负荷为30WM，同时35KV侧作为厂用电源接两台厂用变，互为暗备用，变电站不受场地限制，按标准状态设计。

通过对原始资的分析，查阅相关设计手册，依据设计任务书提供的技术参数，进行主接线方案的初步比较。

据以上资料分析，该变电站属地区通过变电站，对所属电网的供电可靠与否有十分重要的作用，全站停电后，将引起区域电网解列。

依据《发电厂电气部分》P21页，对重要变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足I类和II类负荷的供电；对一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%-80%。

通过对原始资料的分析，查阅相关设计手册，结合该站供电负荷情况，220KV系统电源进线选择两条。

依据设计任务书提供的技术参数，进行主接线方案的初步比较。

（二）主接线方案的初步比较。

1、220kV侧主接线选择（表-1）

方案

名称

优点

缺点

适用范围

备注

1、单母线接线

①接线简单清

晰、设备少，

②投资小、

运行操作方

便，③有利

扩建和采用

成套设备

①可靠性、灵活性较差，②不利于设备检修，③不能满足对Ⅰ、Ⅱ类负荷供电可靠性的要求

出线回路少的中

小型变电站

母线故障时全站失压，无

法满足该站可靠性要求。

2、双母线接线

①供电可靠②调度灵活③扩建方便④便于扩建。

轮流检修母线时，不会停止对用户的供电，工作

母线发生故

障时，能利

用备用母线

使无故障电

路迅速恢复

正常工作。

①增加一组母线每回路就需增加母线隔离开关。

②当母

线故障检修，隔离开关作为倒换操作电器，易误操

作，为避免误操作，需在隔离开关和断路器间装设连锁装置。

③出线断路器检修或故障时，线路无法供电。

适用于大中

型变电站、110～220KV配电装置出线回路数为5回及以上出线。

不适用于本站。

4、单母线

分段

①用断路器把母线分段后，重要用户可以从不同段进行供电，即两个电源供电②任意母线故障，分段断路器自动切除故障回路，保证正常段母线不间断供电，不致重

要用户停电。

①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期内停。

②当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

③扩建时需向两个方向均衡

扩建。

适用于出线回路数为3～4回的中型容量变电站。

适于本站

2、110KV侧主接线选择

110KV出线4条，负荷65MW（表-2）

方案

名称

优点

缺点

适用范围

备注

1、单母线分段

①断路器把母线分段，对重要用户可从不同段进行供电，即

两个电源供电②当一母线段发生故障，分段断路器自动切除故障段，保证正常段母线继续间断，不使重要用户停电，由此提高供电的可靠性和灵

活性。

①段数多故障停电范围就小，但断路器多且供电容量较小，配电装置增多，运行复杂②当一母线段或其隔离开关故障检修时，该段母线的回路在检修期间内停。

③当出线为双回路时，架空线路常出现交叉跨越。

④扩建时需向两个方向均衡扩建。

适用于

110～220KV

配电装置中，线路为3～4回路。

可靠性

能满

足本站。

2、双母线接线

①供电可靠，轮流检修母线时，不会停止对用户的供电，工作母线发生故障时，能利用备用母线使无故障电路迅速恢复正常工作。

②调度灵活③

便于扩建。

使用设备多，配电装置复杂，投资较多，易发生误操作，设备检修期间可靠性有所降低。

适用于110KV出线为5回及以上变电站。

不适用于

本站出线。

3、母联兼作旁

路断路器

节约专用盘路断路器和配电装置间隔

整定复杂，增加母联断路器的负担和隔离开关切换工作量。

当电站为系统的主要连接点时，有可能减弱其联系，占地面积大、

投资大。

适用于110KV及以上大中型

变电站5回及以下出线。

不适用于本站出线。

但本厂可不装设旁路

4、双母线带旁

路接线

①加装旁路母线则可避免检修断路器时造成短时停电，②运行操作方便，不影响双母线正常运行

6回以上出线必装设一台专用旁路断路器，增加了投资和配电装置的占地面积。

适用于110KV及以上大中型

变电站5回及以上出线。

不适用于

本站出线。

但本厂可不装设旁路

3、35KV侧主接线选择

方案

名称

优点

缺点

适用范围

备注

单母

线接

线形

式

接线简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便，有利于扩建和采用成套设备。

可靠性，灵活

性差，不利于

设备检修，不

能满足对Ⅰ，

Ⅱ类负荷供

电可靠性的

要求。

适用于出线回路少，并且没有重要负荷的变电站。

当母线故

障时，全

站停电，

无法满足

该站可靠

性要求。

单母

线分

段接

线

对重要用户可以

从不同段进行供

电，任意母线故

障时，分段断路

器将自动切除故

障回路，供电的

可靠性和灵活性

较高。

单一段母线或隔离开关故障或检修

时，该母线上的回路都将停电。

扩建时需从两个方向均匀扩建，出线较多时会出现交叉。

广泛用于中小容量的变电站的6～10kV接线中，重要负荷的出线较多、供电容量较大时不予采用

该接线形

式能满足可靠性要求。

双母

线接

线形

式

有两条母线后，

可以在正常时轮

换检修母线，而

不致使供电中

断，检修母线隔

离开关时，不需

要检修的回路可

以正常工作，调度灵活，扩建方

便。

设备多，投资

大，配电装置

复杂，容易发

生误操作。

适用于35～60KV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时。

不适用于本站。

带旁

路母

线的

双母

线接

线形

式

供电可靠，装设

旁路后使得检修

与它相连的任意

回路的断路器

时，该回路都不

停电，运行操作

方便，不影响双

母线正常运行。

大大增加了

投资，使用设

备多。

适用于出线数6回及以上。

从可靠性

上分析适

用本站，

但本站可不装设旁路和双母线

本设计是设计终端变电站，有三个电压等级，220kV，110kV，35kV。

110kV侧有4条负荷数，总负荷为65MW，35kV侧有6条负荷数，总负荷为30MW，由负荷数可以确定该变电所主接线采用以下两种方案：

方案一

220kV采用单母分段接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断开本回路的断路器，单母分段接线使用与于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越功率经过的变电所的功能。

110kV母线上近期负荷为4回出线，采用单母接线形式，根据《发电厂电气部分》可知，35~60KV配电装置中，当线路为3回以上的，一般采用单母线或单母线分段接线。

若连接电源较多，出线较多，负荷较大时，可采用双母接线形式。

35kV采用单母分段接线方式，根据《电力工程电气设计手册》第一册可知，在10~35KV配电装置中，线路在6回及以上时，一般采用单母分段的接线方式，当短路电流较大，出线回数较多，功率较大等情况时，可采用双母分段接线形式。

通常，不设旁路断路器。

其接线特点：

1）110kV采用外桥接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断开本回路的断路器，外桥接线使用与于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越功率经过的变电所。

2）35kV采用单母接线形式，供电可靠，轮流检修母线时，会停止对用户的供

电，工作母线发生故障时，能利用备用母线使无故障电路迅速恢复正常工作。

3）10kV出线比较多，所以也采用单母分段形式。

单母线分段，可以分段运行，

系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到相同的母线上，对大容量且在需

相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此

在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。

而较容易实现分阶段的扩建等优

点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积大，一般当连接的进出线回路数在11回及以上时，一般采用分段接线形式。

方案二

110kV采用内桥接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断开本回路的断路器，内桥接线使用与于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越功率经过的变电所。

35kV母线上近期负荷为6回出线，易采用双母接线形式，根据《电力工程电气

设计手册》第一册可知，35~60kV配电装置中，当线路为3回以上的，一般采用单母线

或单母线分段接线。

若连接电源较多，出线较多，负荷较大时，可采用双母接线形式。

10kV可采用单母分段接线方式，根据《电力工程电气设计手册》第一册可知，在

6~10kV配电装置中，线路在6回以上时，一般采用单母分段的接线方式。

其接线特点：

1）110kV采用外桥接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断

开本回路的断路器，外桥接线使用与于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且

有穿越功率经过的变电所。

2）35kV采用双母接线形式，供电可靠，轮流检修母线时，不会停止对用户的供

电，工作母线发生故障时，能利用备用母线使无故障电路迅速恢复正常工作。

3）35kV侧采用单母线分段的接线形式，用断路器把母线分段后，对重要用户可

以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。

当一段母线发生故障，分段断路器自动

将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

但是，一段母线或

母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。

二方案的经济比较：

可靠性：

两种接线形式110kV和35kV侧接线方式是一样的，区别就在10kV侧上，第一种方案采用双母线分段接线形式，可靠性比较高，检修一母线时，不会停止对用户连续供电，而且还可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的。

灵活性：

两种方案扩建都比较的方便，且操作比较的简便。

经济性：

第二种方案经济性要好点，因为只有一条母线，节省了投资，还少了隔离开关，间隔的布置和继电保护的配置都简单。

总结：

因为首先要保证可靠性，综上所述变电站的主接线图在220kV侧、110kV侧、35kV侧都采用单母分段的方案。

三最优电气主接线图绘制（详见220kV变电站主接线图）

四主变压器和厂用变压器的选择

1.主变台数

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区220kV通过变电所，它是以220kV受功率为主。

把所受的功率通过主变传输至110kV及35kV母线上。

若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。

当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。

而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。

考虑到两台主变同时发生故障机率较小。

适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。

故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。

一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器，确定该站主变台数为2台。

根据前述和变电站电气主接线，确定该站主变台数为2台。

2、容量

根据设计任务书所给的出线负荷和所选的接线方式，选择容量及型号相同的2台主变，容量按如下公式确定：

主变容量SN≧来确定

SN：

所要选则的主变容量

Sjs：

P1：

110kV供出有功负荷

P2：

35kV供出有功负荷

3、根据《电力工程电气设计手册》电气一次部份第1册第272页，因所给条件没有说明运输的特别限制，按正常运输条件选则，故选择三相电力变压器。

4、绕组数的确定

在电力系统中，三个及以上不同电压等级需要互相连接时，或具有三种电压的降压变电站，需要由高压向中压和低压供电，或高压和中压向低压供电时，应选用三绕组变压器，故选用三绕组变压器。

5、连接组别的确定

变压器三相的接线组别必须和电力系统的相位一致，否则，不允许并列运行。

我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接。

根据系统和或机组的同步并列要求及限制三次谐波对电源的影响因数，所以，该站主变连接组别选定为：

YN，yn，d11

6、根据以上分析条件，查《电力工程电气设计手册》电气一次部份1上册P240

选择：

SSPS-90000/220型变压器，参数如下：

额定容量（kVA）

额定电压（kV）

阻抗电压（%）

90000/90000/90000

高压

中压

低压

高-中

高-低

中-低

220±8×

121

14

24

空载损耗（kW）

88

接线组别

YN，yn，d11

短路损耗（kW）

280（高－中）

质量（吨）

油重40

空载电流（%）

参考价格（万元）

120

运输重量129

外形尺寸

14426×3080×7205

总质量1519

轨距（横向/纵向）

2000×2/1435

贵阳变压器厂

二、站用变的选择：

2、站用变压器容量按下式确定：

式中：

——厂用变计算负荷（MVA）

——中压侧负荷（MW）

——低压侧负荷（MW）

—变电站平均功率因数

该站站用变考虑室外布置，则站用变压器容量的选择条件为：

=

式中：

——站用变容量（kVA）

——布置系数，，

——温度校正系数，，

查《电力工程电气设计手册》电气一次部份1上册P399页选用S9—800型标准变压器两台，额定容量800kVA，±5%kV，，联接组别为Yyn0，其相关电气技术参数列表如下：

额定容量（kVA）

额定电压（kV）

阻抗电压（%）

8

800

高压

低压

空载损耗（W）

±5%

短路损耗（W）

接线组别

Y，yn0

质量

油重685公斤

空载电流（%）

器身1615公斤

外形尺寸

2310×1215×2662

总质量2525公斤

第二章　短路电流计算

1.各元件参数计算

作如下图所示等值电路图，取基准容量，导线平均电阻取R＝，按已知条件作各元件的阻抗计算：

①系统阻抗：

②电源线路阻抗：

③主变三侧阻抗：

由主变参数可知：

，则

④110kV出线阻抗：

⑤35kV出线阻抗：

⑥站用变电抗：

2、各点短路电流的计算：

①点短路：

转移电抗：

计算电抗：

＜3

查《电力工程电气设计手册》电气一次部份1上册P135表则有名值：

，

冲击电流：

短路容量：

全电流最大值：

②点短路：

转移电抗：

计算电抗：

＞3

此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减

冲击电流：

短路容量：

全电流最大值：

③点短路：

转移电抗：

计算电抗：

＞3

此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减

冲击电流：

短路容量：

全电流最大值：

④点短路：

转移电抗：

计算电抗：

＞3

此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减

冲击电流：

短路容量：

全电流最大值：

⑤点短路：

转移电抗：

计算电抗：

＞3

此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减

冲击电流：

短路容量：

全电流最大值：

⑥点短路：

转移电抗：

计算电抗：

＞3

此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减

冲击电流：

短路容量：

全电流最大值：

三、短路电流热效应计算（采用辛卜生公式计算）：

1、辛卜生公式

短路电流带来的发热量：

（kA2）

——辛卜生公式

——短路校验时间

——继电保护动作时间

——断路器全开断时间

因为本设计为220kV通过变，所以取tk=4S，而规程规定tk＞1S时，可不计，此时，完全采用辛卜生公式进行计算。

2、各短路电流发热量的计算：

从前面的计算中可看知d2、d3、d4、d5、d6点的都大于3，，，则：

。

一、制作短路计算结果表：

短路点

计算值

d1

d2

d3

d4

d5

d6

UN

220

110

35

0．4

35

115

Xd

Xjs

I''（kA）

I1（kA）

I2（kA）

ish（kA）

Ich（kA）

Sd（MVA）

Qk（kA2S）

第三章　电器设备及导体的选择

§3-1电器设备及导体选择的一般要求

断路器最主要的作用是正常时用来接通或断开电路中的负荷电流，故障时用来切断短路电流，起到控制和保护的作用。

因此，断路器的开断能力是表明其性能的基本指标。

断路器按其灭弧介质和灭弧方式，分为多油断路器、少油断路器、压缩空气断路、SF6断路器、真空断路器等。

SF6断路器虽然价格相对较高，但因其运行噪音低、维护工作量小、不检修间隔期长，运行稳定、安全可靠，目前在电力系统被广泛应用。

§3-2　最大长期工作电流的计算

为了能按正常工作情况选择电气设备，首先必须进行各选择点最大长期工作电流的计算。

1、因为在主接线中220kV采用单母线分段，所以进线通过电流Imax1按下公式计算，其中k=，n为进线回路数2：

2、桥通过最大长期工作电流Imax2

3、主变220kV侧通过最大长期工作电流Imax3

4、主变110kV侧通过最大长期工作电流Imax4

5、主变35kV侧通过最大长期工作电流Imax5

6、110kV母线通过最大长期工作电流Imax6

7、35kV母线通过最大长期工作电流Imax7

8、110kV出线通过最大长期工作电流Imax8

9、35kV出线通过最大长期工作电流Imax9

10、35kV站用变引流线通过最大长期工作电流Imax10

11、站用变400V出线通过最大长期工作电流Ima