终端变电所设计.docx
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终端变电所设计
原始资料
一、待建变电站的规模、性质
待建变电站为终端变电站，拟定2～3台变压器。
初次一次性建成投产2台变压器，预留一台变压器的发展空间。
本变电站的电压等级分别为220kV、110kV、10kV。
1、系统容量：
A系统：
S=2000MVAX=0.32
B系统：
S=1500MVAX=0.38
C系统：
S=1200MVAX=0.42
2、连接方式：
A系统与B系统的距离：
150km，导线型号：
LGJQ-400
A系统与C系统的距离：
160km，导线型号：
LGJQ-400
B与C系统无连接关系；
A系统与待建变电站D的距离：
130km，导线型号：
LGJQ-400
（以上均为单回连接）
B系统与待建变电站D的距离：
100km，导线型号：
LGJQ-400
C系统与待建变电站D的距离：
85km，导线型号：
LGJQ-400
（以上均为双回连接）
二、待建变电站各电压等级负荷数据（表1）
三、保护
1、变压器
主保护时间：
0.5秒，后备保护时间：
3.5秒
2、出线断路器
主保护时间：
0.2秒，后备保护时间：
4.0秒
系统图如右图所示：
四、其它原始资料
1、地形、地质
站址选于山坡上，南面靠丘陵，东、西、北面分别是果树、桑园和农田，地势平坦，地质构造为稳定区。
地震基本烈度为6度，土壤电阻率为1.5×10欧/厘米。
2、水文、气象
①、绝对最高温度为40ºC；
②、最高月平均气温为23ºC；
③、年平均温度为4.7ºC；
④、风向以东北风为主。
3、环境保护
站区周围无污染源。
第一章：
毕业设计任务书
一、设计题目
110K变电站设计
二、所址概况
1、地理位置及地理条件的简述
变电所位于山坡，南靠丘陵，东西北面分别是地势平坦，地质环境稳定，空气无污染，地震基本烈度为6度。
区平均海拔200米，最高气温40℃，年平均气温4.7℃，最热月平均最高气温23℃。
三、系统情况如下图
130km
A
四、负荷情况：
电压
负荷
名称
每回最大负荷（KW）
功率因数
回路数
供电方式
线路长度（km）
110KV
南配电站
20
0.85
1
架空
70
北配电站
22
0.85
1
架空
90
J厂
36
0.9
2
架空
55
K厂
32
0.9
2
架空
45
L厂
35
0.9
1
架空
60
钢铁厂
25
0.8
1
架空
80
10KV
其他
0.7
0.8
2
电缆
0.6
0.8
2
架空
15
无线电厂
0.56
0.8
1
电缆
3
仪表厂
0.5
0.8
1
架空
7
自来水厂
0.63
0.8
2
架空
4
塑料厂
0.42
0.8
1
架空
5
汽制厂
0.8
0.9
1
架空
4
A
0.78
0.9
1
架空
3
B
0.9
0.8
1
架空
2
第二章：
负荷分析
一、负荷分类及定义
1、一级负荷：
中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。
一级负荷要求有两个独立电源供电。
2、二级负荷：
中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。
二级负荷应由两回线供电。
但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。
3、三级负荷：
不属于一级和二级的一般电力负荷。
三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。
二、110KV及10KV各侧负荷的大小
1、110KV侧：
ΣP1＝36*2+32*2+20+22+35+25＝238MW
ΣQ1=36*tg（arcos（0.9））*2+32*tg（arcos（0.9））*2+35*tg（arcos（0.9））+25*tg（arcos（0.8））+20*tg（arcos（0.85））+22*tg（arcos（0.85））=127.39Mvar
2、10KV侧：
ΣP2＝600*2+560+500+630*2+420+800+780+900+700*2=7820KW
ΣQ2=0.6*tg（arcos（0.8））*2+0.56*tg（arcos（0.8））+0.5*tg（arcos（0.8））+0.63*tg（arcos（0.8））*2+0.42*tg（arcos（0.8））+0.8*tg（arcos（0.9））+0.78*tg（arcos（0.9））+0.9*tg（arcos（0.8））+0.7*tg（arcos（0.8））*2=5.444Mvar
ΣP＝ΣP1+ΣP2=238000KW+7820KW=245820KW
ΣQ=ΣQ1+ΣQ2=127390+5444=132834Kvar
所以：
ΣS＝（2458202+132832）1/2＝246178.615KVA
考虑线损、同时系数时：
【S=246178.615*0.85*1.05=219714.4139KVA
第三章主变压器选择
一、概述
在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。
如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。
因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。
在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。
选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。
二、主变压器台数的选择
由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是终端220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。
把所受的功率通过主变传输至110KV及10KV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，影响整个区域的供电，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。
三、主变压器容量的选择
主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电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，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。
该变电所是按70%全部负荷来选择。
因此，装设两台变压器变电所的总装容量为：
∑se=2（0.7PM）=1.4PM。
当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电，而高压侧220KV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是220KV侧引进。
其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。
因此主变压器的容量应选择为：
Se=0.7（SⅡ+SⅢ）。
四、主变压器型式的选择
一、主变压器相数的选择
当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电所均应选择三相变压器。
而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。
单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。
本次设计的变电所，位于山坡上，南面靠丘陵，东、西、北面分别是果树、桑园和农田，地势平坦，地质构造为稳定区，故本次设计的变电所选用三相变压器。
二、主变调压方式的选择
为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV及以上网络电压应符合以下标准：
①枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的1～1.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。
②电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%～100%。
调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。
由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。
三、连接组别的选择
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。
四、容量比的选择
由原始资料可知，110KV中压侧为主要受功率绕组，而10KV侧是无功补偿装置，所以容量比选择为：
100/100/50。
五、主变压器冷却方式的选择
主变压器一般采用的冷却方式有：
自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。
自然风冷却：
一般只适用于小容量变压器。
强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。
但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。
所以，选择强迫油循环风冷却。
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，220KV变电所中一般装设两台或两台以上主变压器。
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，配电设备，用电保护较复杂，且投资增大。
考虑到两台主变同时发生故障机率小，因此可采用两台，选择容量时应满足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。
选择两台容量为120MVA的主变，主变总容量为240MVA
主变主要起通过高中绕组从220,110KV侧传送功率（35MVA）至低绕组10KVA侧，并在110KV侧电源故障时，通过高压绕组从220KVA侧无穷大系统传送120MVA（最大）支援。
因此，可选择容量比为100/100/50。
本设计主变为大型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，可选用强迫油循环风冷却方式。
七．变压器的技术参数
根据以上条件选择，确定采用西安变压器厂型号为SFPSZ7-120000/220的220KV三绕组有载调压电力变压器，器具体参数如下
型号
SFPSZ7-120000/220
联接组标号
YN，yn，d11
空载电流%
0.56
额定电压（KV）
高压
中压
低压
220±8×1.25%
121
10.5
额定容量MVA
120
120
60
阻抗电压％
高－中
高－低
中－低
13.24
22.51
7.85
型号中个符号表示意义：
从左至右S：
三相F：
风冷却P：
强迫油循环S：
三绕组Z：
有载调压7：
性能水平号120000：
额定容量
220：
电压等级
第四章电气主接线的初步设计及方案选择
一、电气主接线的概况
1、发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。
它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。
它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。
所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
2、在选择电气主接线时的设计依据
1）、发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用
2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模
3）、负荷大小和重要性
4）系统备用容量大小
5）系统专业对电气主接线提供的具体资料
3、主接线设计的基本要求
1）、可靠性2）、灵活性3）、经济性
4、6-220KV高压配电装置的基本接线
有汇流母线的连线：
单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。
无汇流母线的接线：
变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。
6-220KV高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。
二主接线方案
由设计任务书给定的负荷情况：
110kV出线8回，10kV出线12回（其该变电所主接线可以采用以下两种方案进行比较：
方案一（见附录）
根据《电力工程电气设计手册》第一册可知，110KV出线为7回及以上时装设专用旁路断路器。
而由原始资料可知，110kV出线8回，装设专用母联断路器和旁路断路器。
10kV出线12回，可采用单母分段接线方式。
方案一的接线特点：
1）110KV采用双母带旁路接线方式，并且设置专用旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，及不致影响供电可靠性。
2）10KV采用单母线分段，可以使重要负荷的供电从不同的母线分段取得，可靠性较高。
方案二（见附录）
220KV侧按SDJ2《220～500KV变电所设计技术规程》规定，220KV配电装置出线在4回及以上时，宜采用双母线及其他接线。
110KV出线9回，可采用双母线接线方式，出线断路器检修时，可通过“跨条”来向用户供电。
而任一母线故障时，可通另一母线供电。
但由于双母线故障机率较小，故不考虑。
10KV采用单母线分段，可以使重要负荷的供电从不同的母线分段取得，可靠性较高。
方案二的接线的特点：
1）110KV采用双母线接线方式，出线回路较多，输送和穿越功率较大，母线事故后能尽快恢复供电，母线和母线设备检修时可以轮流检修，不致中断供电，一组母线故障后，能迅速恢复供电，而检修每回路的断路器和隔离开关时需要停电。
2）10KV采用单母线接线方式，10KV采用单母线运行时，操作不够灵活、可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电。
比较：
方案一中220KV、110KV都采用双母带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母线接线的固有运行方式，及不致影响供电可靠性。
可靠性高于方案二，但方案二中220KV、110KV都采用双母线，负荷分配均匀，调度灵活方便，可靠性也较高，但10KV采用单母线运行时，操作灵活性差、供电可靠性不高，任一元件故障或检修，均使整个配电装置停电。
其可靠性不如方案一。
因此，任务设计中均显不适。
综观以上两种主接线的优缺点，根据设计任务书的原始资料可知该变电所220KV和110KV等级应采用双母线带旁路接线方式，10KV等级采用单母线分段接线方式。
比较：
方案一所用的断路器、隔离刀闸比方案二少，其的经济性略高于方案一，但方案二中10KV侧的供电可靠性差，方案一10KV侧的可靠性明显高于方案一，故不采用方案二；方案二中220KV、110KV都采用双母线，并且110KV侧能够保证一二类负荷的可靠性，方案一设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母线接线的固有运行方式，及不致影响供电可靠性，可靠性高于方案二，但经济性低于方案一，根据原始资料，方案一满足要求，而且根据可靠性、灵活性、经济性，方案一更适合于本次设计的要求，故选择方案一。
二、主接线中的设备配置
1、隔离开关的配置
（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关：
容量为220MW及以上大机组与双绕组变压器为单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。
（2）在出线上装设电抗器的6—10KV配电装置中，当向不同用户供电的两回
线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。
（3）接在发电机、变压器因出线或中性点上的避雷器不可装设隔离开关。
（4）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自藕变压器的中性点则不必装设隔离开关。
2、接地刀闸或接地器的配置
（1）为保证电器和母线的检修安全，110KV及以上每段母线根据长度宜装设1—2组接地刀闸或接地器，每两接地刀闸间的距离应尽量保持适中。
母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关和母联隔离开关上，也可装于其他回路母线隔离开关的基座上。
必要时可设置独立式母线接地器。
（2）63KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路宜配置接地刀闸。
3、电压互感器的配置
（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。
电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。
（2）6—220KV电压等级的每组母线的三相上应装设电压互感器。
旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。
（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。
（4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。
（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。
当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。
4、电流互感器的配置
（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。
（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：
发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。
（3）对直接接地系统，一般按三相配置。
对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。
（4）一台半断路器接线中，线路—线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器。
线路—变压器串，当变压器的套管电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。
5、避雷器的装置
（1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线装设避雷器时除外。
（2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。
（3）220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。
（4）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。
（5）下列情况的变压器中性点应装设避雷器
1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。
2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。
3）接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。
（6）发电厂变电所110KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。
（7）SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。
（8）110—220KV线路侧一般不装设避雷器。
第五章电气设备选择
一、概述
导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。
在进行设备选择时，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，并注意节约投资，选择合适的电气设备。
电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。
电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。
一、一般原则
1）应满足正常运行、检修、短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核；
3）应力求技术先进和经济合理；
4）选择导体时应尽量减少品种；
5）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；
6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
二、技术条件
1、按正常工作条件选择导体和电气
1）电压：
所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax即Vymax≥Vgmax
一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Vgmax一般不超过1.1Ve。
2）电流：
导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax
即Iy≥Igmax
由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax=1.05Ie（Ie为电器额定电流）。
3）按当地环境条件校核
当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q0不等时，其长期允许电流IyQ可按下式修正
IyQ=Iy
=Kiy
基中K—修正系数
Qy—导体或电气设备正常发热允许最高温度
我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。
=40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。
2、按短路情况校验
电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。
当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。
1）短路热稳定校验
Qk≤Qn
满足热稳定条件为
Ir2tk≤Ir2t
Qk—短路电流产生的热效应
Qn—短路时导体和电器允许的热效应
In—t秒内允许通过的短时热电流
验算热稳定所用的计算时间：
tk=tpr+tbr
tpr—断电保护动作时间
tbr—相应断路器的全开断时间
2）短路的动稳定校验
满足动稳定条件为：
icj≤idw
Icj≤Idf
Icj—短路冲击直流峰值（KA）
Icj—短路冲击电流有效值（KA）
idw、Idw—电器允许的极限通过电流峰值及有效值（KA）
二、断路器的选择
变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。
高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35～220KV一般采用SF6断路器。
真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。
1、按开断电流选择
高压断路器的额定开断电流INbr应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值Ie（td）
即：
INbr≥Iz（KA）INbr—高压断路器额定开断电流（KA）Iz—短路电流的有效值（KA）
2、短路关合电流的选择
在断路器合闸之前，若
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