220KV降压变电所设计详细.docx
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220KV降压变电所设计详细
毕业设计（论文）任务书
一、设计题目：
1、题目名称220kV降压变电所设计
2、题目来源自拟
二、目的和意义
本设计是“发电厂及电力系统”专业重要的实践环节之一。
通过该毕业设计，使学生进一步掌握专业理论课程的内容，掌握变电所电气部分设计的一般方法和步骤，在行将毕业参加工程实际工作之前得到电气设计工程师的初步训练，为今后的工作打下坚实的基础。
三、原始资料
见附录一。
四、设计说明书应包括的内容
1、原始资料的分析
2、主变、所用变的选择
3、电气主接线的设计
4、短路电流的计算
5、电气设备的配置和选择
6、配电装置的设计
8、防雷与接地的设计
五、设计应完成的图纸
1、电气主接线图；
2、变电所平面图；
3、主变进线间隔断面图；
4、220kV出线间隔断面图；
5、母联间隔断面图；
6、110kV出线间隔断面图。
六、主要参考资料
《注册电气工程师执业资格考试专业考试相关标准》
《国家电网公司110—500kV变电站通用设备典型规范》
《电力工程电气设备手册》
《电力工程电气设计手册》
《发电厂电气部分》
《电力系统分析》
七、进度要求
1、分析原始资料阶段第1周（2月20日）至第2周（3月3日）共2周
2、设计阶段第3周（3月5日）至第14周（5月20日）共12周
3、答辩日期第14周（2012年5月26日）
八、其它要求
附录一
1.拟建变电所与电力系统连接情况如下图,图1：
图1变电所与电力系统连接图
2、地区环境条件
海拔700米，年最高气温：
35℃；年最低气温：
-5℃；年平均气温：
28℃；年雷暴日小于30天；污秽程度轻级。
3、负荷资料
（1）220kV线路5回，预留1回备用，最大负荷利用时间为5200h。
（2）110kV线路10回，另外备用2回，最大负荷利用时间为5500h。
具体情况如下表1所示。
表1110kV线路负荷情况
名称
最大负荷（MW）
功率因数
回路数
线路（架空）
石化厂
52
0.89
2
60km
炼油厂
40
0.89
2
40km
甲县变
20
0.89
1
65km
乙县变
22
0.91
1
80km
丙县变
23
0.85
1
80km
丁县变
22
0.85
1
85km
水泵厂
35
0.89
2
60km
上述各负荷间的同时系数为0.85。
（3）10kV线路共16回，其中2回备用，最大负荷利用时间为5600h，负荷具体情况如下表2所示
表210kV线路负荷情况
名称
最大负荷（MW）
功率因数
回路数
线路（架空）
氮肥厂
5.2
0.85
1
5km
机械厂
2.5
0.85
1
6km
纺织厂
2.3
0.85
1
8km
化工厂
3.5
0.85
1
6km
名称
最大负荷（MW）
功率因数
回路数
线路（架空）
造纸厂
3.0
0.85
1
4km
水厂
6.4
0.89
2
7km
建材厂
3.2
0.91
1
6km
A变
6.5
0.89
2
8km
B变
6.2
0.91
2
4km
C变
5.5
0.91
2
8km
上述各负荷同时系数为0.8。
（4）110kV负荷与10kV负荷的同时系数为0.85。
（5）所用电负荷统计如下表3所示
表3所用电负荷统计
名称
容量（kW）
功率因数
台数
备注
主变风扇
0.20
0.75
60
连续经常
主充电机
40
0.89
1
连续不经常
副充电机
15
0.86
1
连续经常
蓄电池进风
1.4
0.88
1
连续不经常
蓄电池排风
1.7
0.88
1
连续不经常
锅炉房水泵
1.7
0.89
2
连续经常
空压机
24
0.85
1
短时经常
载波室
1.7
0.75
1
连续经常
220KV配电装置电源
25
1
1
短时不经常
110KV配电装置电源
20
1
1
短时不经常
220KV断路器冬天加热
1.5
1
1
连续
110KV断路器冬天加热
1
1
1
连续
室外配电装置照明
20
1
连续
室内照明
25
1
连续
（6）保护：
各电器主保护动作时间为0s，后备保护动作时间为4s。
（7）220kV输电线路电抗取0.4Ω/km。
220kV降压变电所设计
摘要
变电站是电力系统中不可缺少的一个重要环节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。
本论文对220kV降压变电所中电气一次部分的设计原理及计算方法进行了较为全面的论述，其内容包括有变电所主变压器的选择，电气主接线设计，短路电流计算，电气设备及配电装置选择，变电所电气总平面布置和对一些特殊问题的解决方法。
本文所遇到的问题在220kV变电所中也是较为普遍的。
关键词：
220kV降压变电所；主接线；电气设备选
前言
本论文是山西大学工程学院2008届毕业生毕业设计，课题为220kV降压变电所设计。
变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。
电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着变电所电气设备的选择、配电装置的布置，是变电所电气部分投资大小的决定性因素。
这次的毕业设计，时间长、内容多，涵盖了大学中所学的很多专业知识。
在指导老师的指导下，我经过了分析资料、设计、绘图、审核的过程，设计内容有：
主变压器的选择，主接线方案的确定，短路电流的计算，电气设备的选择，电气接线图的绘制等。
14周的时间既充实又紧张，在老师的精心指导下，我获得了综合运用过去所学的课程进行设计的基本能力，对课本中的内容和电力系统各部分都有了更深刻的理解，尤其对电气设备的选择及校验和配电装置图有了新一步的认识。
本设计不仅巩固了我的专业知识，也学到了一些最新的设计方法和理念，这些都将会为我以后的工作奠定扎实的基础。
由于编者为毕业生，没有工作经验，对变电所的实际运行及注意问题不清楚，无法理论联系实际进行精准的设计，设计中难免有错误之处，敬请广大师生批评指正。
在设计的过程中，最艰难的就是设备的选择与校验。
由于柴大鹏老师和岑志刚老师的全程认真指导，本次设计才能贴近实际，顺利地完成。
在此表示诚挚的感谢！
编者
2012年5月
本书使用符号说明
PM—变电所最大负荷
k0—同时率
P—负荷等级统计的综合用电负荷
A0—当年负荷；
m—负荷增长率，在此取m=7.5%；
x—年限，
A—x年后的负荷
S—所用变压器容量（kVA）；
K1—所用动力负荷换算系数，一般取K1=0.85；
P1—所用动力负荷之和（kW）；
P2—所用电热负荷之和（kW）；
P3—所用照明负荷之和（kW）。
n—变电所照明总安装数量
Ug—电网工作电压
Igmax—最大持续工作电流
Ipt—实际开断瞬间的短路电流周期分量（有效值）INbr—高压断路器的额定开断电流
INcl—断路器的额定关合电流
ish—短路电流最大冲击值
Imax—断路器极限通过电流峰值
ich—三相短路电流冲击值
I∞—稳态三相短路电流
tdz—短路电流发热等值时间
It—断路器t秒热稳定电流
Ug—隔离开关安装处线路工作电压
Un—隔离开关额定电压
Igmax—隔离开关安装处线路最大工作电流
In—隔离开关额定电流
I∞—稳态三相短路电流
tdz—短路电流等值发热时间
It—隔离开关t秒热稳定电流
ich—短路冲击电流
Imax—隔离开关动稳定电流峰值
Ug—电流互感器安装处一次回路工作电压
Un—电流互感器额定电压
Igmax—电流互感器安装处一次回路最大工作电流
In—电流互感器的原边额定电流
Qk—短路电流产生的热效应
It—短时热稳定电流
t—热稳定电流持续时间
Kt—1s热稳定倍数
ich—短路冲击电流
Imax—电流互感器动稳定电流峰值
Kd—电流互感器的动稳定电流倍数
Vby—金属氧化物避雷器的持续运行电压有效值
Vxg—系统最高相电压有效值
Vg—工频过电压
Cd—接地系数直接接地时
=0.8
BIL—内绝缘全波额定雷电冲击耐压
Kip—雷电冲击绝缘配合系数 选1.4
1.35—内绝缘冲击系数
Vgs—内绝缘一分钟工频实验电压
Kcp—操作冲击绝缘配合系数选1.15
Vnma—直流（1-10MA）参考电压
K0—内部过电压允许计算倍数，对非直接接地63KV及以下K0=4
νjs—管形导体产生微风共振的计算风速，m/s;
ƒ—导体各阶固有频率，Hz；
D—铝管外径，m；
A—频率系数，圆管可取0.214
Ial—导体长期发热的允许电流
vjs—管形母线产生微风共振的计算风速（m/s），取5m/s。
A—频率系数，圆管母线可取0.214。
h—母线迎风面的高度（m），对圆管为外径D1=130mm。
f—母线n阶固有频率
L—绝缘子跨距L=800mm
Nf—3.56
m—导体单位长度的质量kg/m
J—截面惯性矩
E—导体材料的弹性模量（Pa）铝为7×106Pa
Mb—边条导体所受弯矩，按两端固定的匀载荷梁计算，Mb=fbLb212
W—导体对垂直于条间作用力的截面系数，与导体放置方式无关
fb—单位长度导体上所受条间作用力N/m
第1章变压器选择
1.1主变压器台数和容量的确定
在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。
主变压器台数和容量的选择，应根据现行的SDJ161《电力系统设计技术规程》有关规定和审批的电力系统规划设计决定。
1.1.1主变压器台数的确定
1.主变压器台数的选择原则
（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）对于I、II级用户，可设置两台主变压器，防止一台主变压器故障或检修时影响整个变电所的供电。
2.根据原始资料及选择原则，本变电所选用两台主变压器，互为备用。
当一台变压器故障检修时由另一台主变压器承担全部负荷的70%，保证了正常供电。
1.1.2主变压器容量的确定
1.主变压器容量的选择原则
（1）变压器容量一般按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期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压器的容量。
变电所同一电压网络内任一台变压器事故时，其他元件不应超过事故过负荷的规定。
凡装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%时不过载，并在记及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。
（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。
（4）变压器的最大负荷按下式确定：
PM≥k0P
式中PM—变电所最大负荷
k0—同时率
P—负荷等级统计的综合用电负荷]
（5）在两台及以上主变压器的变电所中，其中一台事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%时不过载。
因此对装设两台主变压器的变电所，额定容量SN按下式计算：
SN≥0.7PM
（6）5~10年的负荷规划，按以下公式进行计算：
电力发展弹性系数=负荷增长GDP
A=A0emx
式中A0—当年负荷；
m—负荷增长率，在此取m=7.5%；
x—年限，
A—x年后的负荷
2.主变压器容量的确定
本变电所设计中考虑到负荷发展情况，将负荷分为两部分：
负荷发展缓慢的厂用负荷和应考虑5~10年逐年发展的县用变负荷。
（1）负荷在5~10年内基本不变的各个厂用负荷容量计算
110kV侧：
S1=k1·SM=0.85×52+40+350.89=121.29MVA
10kV侧：
S2=k2·SM=0.8×[5.2+2.5+2.3+3.5+3.00.85+6.40.89+3.20.91]=24.095MVA
则总的厂用负荷容量：
S'=k0·（S1+S2）=0.85×（121.29+24.095）=123.58MVA
（2）考虑5~10年逐年发展的县用变负荷容量计算
110kV侧：
S3=k1·SM=0.85×[200.89+220.91+23+220.85]=84.65MVA
10kV侧：
S4=k2·SM=0.8×[6.50.89+6.2+5.50.91]=16.13MVA
则总的县用变负荷容量：
S"=k0·（S3+S4）=85.663MVA
因此各变电所5年后的负荷情况为：
S5"=S"emx=S"e7.5%×5=124.64MVA
式中m=7.5%，x=5
各变电所10年后的负荷情况为：
S10"=S"emx=S"e7.5%×10=181.35MVA
式中m=7.5%，x=10
（3）考虑5年负荷发展的变压器总容量计算
总负荷容量：
Se=0.7×（S'+S5"）=173.754MVA
则本变电所的主变压器的容量选为2×180MVA
（4）所选变压器容量的校验
原则上要求：
当年：
2SN>S当年
5年后：
2SN≥S5年
10年后：
1.2·2SN>S10年
校验：
当年：
2×180MVA=360MVA>（S'+S"）=123.58+85.663=209.243MVA
5年后：
2×180MVA=360MVA>（S'+S5"）=248.22MVA
10年后：
1.2×2×180MVA=432MVA>S'+S10"=304.93MVA
经校验，最终确定本变电所的主变压器容量为2×180MVA
1.2主变压器型式的选择
主变压器型式的选择，是根据DL/T5218—2005《220kV~500kV变电所设计技术规程》的有关规定决定的。
1.2.1相数的选择
变压器相数的选则原则：
（1）主变压器采用三相或者单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。
（2）220kV~330kV变压器若不受运输条件的限制，应选用三相变压器。
因此本变电所设计采用三相变压器。
1.2.2绕组数量和连接方式的选择
1.绕组数量的选择
在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器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时，主变压器宜采用三绕组变压器。
本变电所有三个电压等级，因此采用三绕组变压器。
2.绕组连接方式
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有Y和△，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程决定。
我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。
35kV以下电压，变压器绕组都采用△连接。
由上可得，本变电所的连接方式为：
220kV、110kV采用Y0连接，10kV采用△连接。
1.2.3变压器调压方式和冷却方式的确定
1.调压方式的选择
主变压器调压方式的选择，应符合SDJ161《电力系统设计技术规程》的有关规定。
变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。
切换方式有两种：
不带电切换，称为无激励调压，调整范围通常在±5%以内；另一种是带负载切换，称为有载调压，调整范围可达30%。
对于220kV及以上的降压变压器，仅在电网电压可能有较大变化的情况下，采用有载调压方式，一般不宜采用。
当电力系统运行确有需要时，在降压变电所亦可装设单独的调压变压器或串联变压器。
本变电所采用有载调压方式。
2.冷却方式的确定
主变压器冷却方式的选择，是根据GB/T17468《电力变压器选用导则》中的有关规定来确定的。
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，强迫、导向油循环冷却方式。
近来随着变压器制造技术的发展，在大容量变压器中，采用了强迫油循环导向冷却方式。
由于本次设计是大容量变压器，故采用强迫油循环导向冷却方式。
1.3主变压器的选择
综合以上章节分析，由«电力工程电气设备手册·电气一次部分»得，本所采用的主变压器为三绕组，三相，有载调压变压器。
所选型号的具体参数见表1-3-1。
表1-3-1SFPSZ4-180000/220型电力变压器参数一览表
型号
额定容量（MVA）
高/中/低
额定电压（kV）
阻抗电压（%）
连接组标号
高
中
低
高-中
高-低
中-低
SFPSZ4-180000/220
180
230±8×1.5%
121
13.8
14.7
25
8.7
YN,yn0,d11
1.4所用变压器的选择
1.所用变压器的选择原则
所用变压器是依据DL/T5155《220kV~500kV变电所所用电设计技术规程》来选择的。
（1）220kV变电所宜从主变压器低压侧分别引接两台容量相同，可互为备用，分列运行的所用工作变压器。
每台工作变压器按全所计算负荷选择。
（2）一般有重要负荷的大型变电所，380/220V系统采用单母线分段接线，两台所用变压器各接一段母线，正常运行情况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置。
每台所用变压器应能担负本段负荷的正常供电，在另一台所用变压器故障或检修停电时，工作着的所用变压器还能担负另一段母线上的重要负荷，以保证变电所正常运行。
2.负荷计算原则
由DL/T5155《220kV~500kV变电所所用电设计技术规程》中的有关规定知，负荷的计算原则：
（1）连续运行及经常短时运行的设备应予以计算；
（2）不经常短时及不经常断续运行的设备不予以计算。
负荷计算采用换算系数法，所用变压器容量按下式计算：
S≥K1·P1+P2+P3
式中S——所用变压器容量（kVA）；
K1——所用动力负荷换算系数，一般取K1=0.85；
P1——所用动力负荷之和（kW）；
P2——所用电热负荷之和（kW）；
P3——所用照明负荷之和（kW）。
综上，分析本变电所的原始资料，得：
计算负荷S=0.85×P1+P2+P3
=0.85×116.23+47.5+45n
=146.2955+45（kVA）
式中n——变电所照明总安装数量
由220kV变电所设计的经验数据得，10kV电压等级的变电所所用变压器采用额定容量为630kVA的变压器。
双电源供电，两台所用变互为备用，一台事故后，另一台采用自动切换装置带本所所有负荷。
所选型号的具体参数见表1-4-1。
表1-4-1S9-630/10型电力变压器参数一览表
型号
额定容量（kVA）
额定电压（kV）
阻抗电压（%）
接组标号
高
低
S9-630/10
630
10
0.4
4.5
Y,yn0
第2章电气主接线设计
2.1电气主接线的设计原则与要求
SDJ2-88《220～500kV变电所设计技术规程》规定，变电所的主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件的总数等条件确定。
并综合考虑供电的可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约、扩建方便等要求。
2.1.1电气主接线的设计原则
1.不同电压等级的输送功率和输送距离，见表2-1-1。
表2-1-1不同电压等级的输送功率和输送距离
电压等级（kV）
输送功率（MW）
输送距离（kM）
10
0.2～2
20～6
110
10～50
150～50
220
100～500
300～100
2.主接线的设计原则
在满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。
在110~220kV变电所中，当出线为两回时，一般采用桥型接线；当出线不超过四回时，一般采用单母线分段接线；当枢纽变电所的出线在四回及以上时，一般采用双母线。
在6~10kV变电所中，一般采用单母线接线或单母线分段接线。
2.1.2电气主接线的设计要求
电气主接线的设计要求
1.可靠性
（1）断路器停电检修时，对供电的影响程度。
（2）进线或出线回路故障，断路器拒动时停电范围和停电时间。
（3）线路、断路器、母线故障和检修时，停运的回数以及能否保证对重要用户的供电。
2.灵活性
（1）满足接线过度的灵活性。
一般变电所都是分期建设的，从初期接线到最终接线的形成，中间要经过多次扩建主接线的设计要考虑接线过度过程中停电范围最小。
设备的搬迁最少或不进行设备搬迁。
（2）满足处理事故的灵活性。
变电所内部或系统发生故障后，能迅速地隔离故障部分，尽快恢复供电的方便性和灵活性，保证电网的安全稳定。
（3）调度时，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。
3.经济性
主接线设计时，在满足可靠性和灵活性的前提下尽量投资省、占地面积少、电能损耗少。
（1）投资省。
①主接线要简单清楚，节省断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等一次设备；
②使断电保护和二次回路不过于复杂，节省二次设备和控制电缆；
③限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；
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易电器。
（2）占地面积小。
主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积最少。
（3）电能损失少。
在变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。
2.2主接线方案的确定
2.2.1各电压等级的主接线方案设计
1.本变电所各电压等级下的功率计算
10kV总功率为：
P1'=24.6+19.7=44.3MW
110kV总功率为：
P2'=127+87=214MW
220kV总功率为:
P3'=44.3+214=258.3MW
2.本变电所各电压等级回路数统计
220kV进线5回，其中1回备用；
110kV出线10回，另外2回备用，共12回；
10kV出线14回，另外2回备用，共16回。
3.根据电气主接线设计的基本要求和原则，对原始资料进行分析，拟订以下接线方案，见表2-2-1。
表2-2-1各电压等级主接线设计方案
电压等级
方案一
方案二
220kV
双母
双母单分段
110kV
双母
单母分段
10kV
单母
单母分段
2.2.2主接线方案的比较与确定
1.220kV侧主接线比较
方案一双母：
方案二双母单分段：
两个方案比较如下，见表2-2-2。
表2-2-2220kV主接线设计方案比较
方案一
方案二
可靠性
优点：
双母线接线供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断。
当一组母线故障时能迅速恢复供电。
缺点：
增加一组母线，每
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