220kV变电所电气部分设计.docx
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220kV变电所电气部分设计
电力系统自动化专业
毕业设计
设计题目：
220kV变电所电气部分设计
二、毕业设计说明书........................................
三、参考文献.............................................
5
19
四、后记.................................................
24
五、计算书...............................................
六、图纸...................................................
26
一、毕业设计任务书........................................3
毕业设计任务书
一.设计题目:
220kV变电所电气部分设计二.待建变电所基本资料
1.设计变电所在城市近郊,向开发区的炼钢厂供电,在变电所附近还有地区负荷。
2.确定本变电所的电压等级为220kV/110kV/10kV，220kV是本变电所的电源电压，
110kV和10kV是二次电压。
3.待设计变电所的电源，由对侧220kV变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电所；在中压侧110kV母线，送出2回线路至炼钢厂；在低压侧10kV母线，送出11回线路至地区负荷。
4.该变电所的所址，地势平坦，交通方便。
5.
三．用户负荷统计资料如下：
110kV用户负荷统计资料如下：
表1
110kV
用户负荷统计资料
用户名称
最大负荷（kW）
cosΦ
回路数
重要负荷百分数（％）
炼钢厂
42000
0．95
2
50
10kV用户负荷统计资料如下：
最大负荷利用小时数Tmax=5256h，同时率取0.9，线路损耗取6％。
该地区年最高气温40℃，最热月平均最高气温36℃。
表1
10kV
用户负荷统计资料
序号
用户名称
最大负荷（
kW）
cosΦ
回路数
重要负荷百分数（％）
1
矿机厂
1900
2
70
2
机械厂
1200
2
40
3
汽车厂
2100
0．91
2
35
4
电机厂
2100
2
55
5
炼油厂
1900
2
60
-
四．待设计变电所与电力系统的连接情况：
图中线路参数如下：
L1=18km、L2=15km、L3=20km、L4=19km、L5=10km
图1待设计变电所与电力系统的连接电路图
五．设计任务
1.选择本变电所主变的台数、容量和型号；
2.设计本变电所的电气主接线；
3.进行必要的短路电流计算；
4.选择和校验所需的电气设备；
5.选择和校验10kV硬母线；
6.进行继电保护的规划设计；
7.进行防雷保护的规划设计；
8.配电装置设计。
六．图纸要求
1.绘制变电所电气主接线图
2.220kV或110kV高压配电装置平面布置图
3.220kV或110kV高压配电装置断面图（进线或出线）
第二部分设计说明书
一.待设计变电所简要介绍
待建变电所位于城市南郊，所址地势平坦，交通方便。
变电所电源由对侧220kV变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电所；以110kV双回线路向炼钢厂送电，炼钢厂以阻性负荷为主，功率因数0.95；以10kV共11回线路向地区负荷供电，负荷最大利用小时
数5256小时，同时率为0.9。
该变电所为220kV降压变电所，没有转功。
变电所所处地区年最高气温40℃，最热月平均最高气温36℃。
二.主变压器的选择
根据《电力工程电气设计手册》的要求，并结合本变电所的具体情况和可靠性的要求，选用两台同样型号的有载调压三绕组自耦变压器。
1）主变容量的选择
110kV最大负荷为Pm1=K0∑P=1.0×42000=42000kW
110kV重要负荷Pi1=Ki×P=0.50×42000=21000kW
10kV最大负荷为Pm2=K0∑P=0.9×（P1+P2+P3+P4+P5）
=0.9×（1900+1200+2100+2100+1900）=8280kW10kV重要负荷Pi2=∑Ki×P=K1×P1+K2×P2+K3×P3+K4×P4+K5×P5
=0.7×1900＋0.4×1200＋0.35×2100＋0.55×2100
＋0.6×1900
=1330+480+735+1155+1140=4840kW
对于具有两台主变的变电所，其中一台主变的容量应大于等于70％的全部负荷或全部重要负荷，两者中，取最大值作为确定主变容量的依据。
70％负荷容量为Se=0.7×
Pmcos￠
=0.7×（
42000+
0.95
8280）=37316kVA
0.91
全部重要负荷容量为Si=
Picos
=Pi1+
cos1
Pi2cos2
=21000+
0.95
4840
0.91
=27424kVA
Se＞Si应根据Se选择主变容量。
经计算一台主变应接带的负荷为37316kVA，应选用两台40000kVA的三相自耦变
压器。
因40000kVA＞37316kVA,故所选主变容量满足大于等于70％的全部负荷要求。
因此确定选用主变型号为OSFSZ-40000/220，主要参数如下表：
额定
电压组合和分接范围
连接
空载
负载
空载
容量
阻抗电压（％）
容量
高压
中压
低压
组别
损耗
损耗
电
分
高-
高-
中-
kVA
kV
kV
kV
号
kW
kW
流％
配％
中
低
低
YN，
100
40000
220
121
11
a0，
33
135
0.8
100
9
30
20
d11
50
三.主接线选择
1）220kV配电装置主接线选择。
根据SDJ2-88《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”。
由于待建变电所有6回出线，可采用双母线接线。
两台主变分别接在不同母线上，负荷分配
均匀，调度灵活方便，运行可靠性高，任一条母线或母线上的设备检修，均不需停
掉线路。
同时，本工程220kV断路器采用SF6断路器，其检修周期长，可靠性高，故可不设旁路母线。
又由于每个电源点都有两回线路，一回线路停运时，仍满足N-1原则。
因此，本设计220kV配电装置采用双母线接线。
2）110kV配电装置主接线选择。
110kV出线仅为两回，按照规程要求，宜采用桥式接线。
以双回线路向炼钢厂供电。
考虑到主变不会经常投切和对线路操作及检修的方便性，110kV配电装置采用内桥式接线。
3）10kV配电装置主接线选择。
10kV出线共11回，按照规程要求，采用单母线分段接线，对重要回路，均以双回线路供电，保证供电的可靠性。
考虑到减小配电装置占
地和占用空间，消除火灾、爆炸的隐患及环境保护的要求，主接线不采用带旁路的
接线，且断路器选用性能比少油断路器更好的真空断路器，配电装置采用封闭性好集成度高的成套配电装置。
本设计的变电所电气主接线图如下图所示。
相
相
至
至
炼
炼
临
临
系
系
钢
钢
所
所
统
统
厂
厂
一
二
一
二
一
二
线
线
线
线
线
线
220kVⅠ段
110kV
220kVⅡ段
#1主变
#2主变
矿
机
汽
电
炼
饲
所
备
矿
机
汽
电
炼
机
械
车
机
油
料
机
械
车
机
油
厂
厂
厂
厂
厂
厂
用
厂
厂
厂
厂
厂
一
一
一
一
一
一
二
二
二
二
二
线
线
线
线
线
线
变
用
线
线
线
线
线
所备备用
变用用
四.短路电流计算
根据本变电所电源侧5～10年的发展规划，计算出系统最大运行方式下的短路电流。
系统最大运行方式为:
4×50MW机组满负荷，2×200MW机组满负荷，系统容量为100MVA，220kV
各条线路均投入运行。
计算过程见《短路电流计算书》。
参考数据：
断路器的全分闸时间为0.1秒短路电流最大持续时间：
220kV侧为3.6秒
110kV侧为3.1秒
10kV侧为2.1秒短路电流计算结果见附表。
五.电气设备的选择
1）220kV电气设备选择
a.220kV断路器形式：
室外SF6
额定电压：
UN≥UNS
额定电流：
IN≥Imax
按一台主变最大持续工作电流考虑
Se
3*Ue
=1.05×
37316
3*220
Imax=1.05×
=102.83A
222
根据以上条件,选择LW1-220/2000型FS6断路器额定开断电流校验INbr=40KA＞I＂=11.336KA热稳定校验：
Qk=Qp=tk×（I＂+10Itk/2+Itk）/12
=3.6×（11.336
2
=455.39kAs
+10×11.2445
+11.1842
）/12
选择：
4s热稳定电流=40KA
INbr
t=40
×4=6400kAs
I2
Nbrt≥Qk
所以选择4s热稳定电流=40KA满足要求
动稳定校验极限通过峰值电流ies=100KA＞28.9068KA
故选择LW1-220/2000型SF6断路器能满足要求
b.220kV隔离开关形式：
室外
额定电压：
UN≥UNS
额定电流：
IN≥Imax
按一台主变最大持续工作电流考虑
Imax=1.05×
Se=1.05×
37316=102.83A
3*Ue3*220
222
根据以上条件,选择GW7-220/1250隔离开关热稳定校验：
2
2
Qk=Qp=tk×（I＂+10Itk/2+Itk）/12
2
=3.6×（11.336
2
=455.39kAs
+10×11.2445
+11.1842
）/12
2
2
选择：
4s热稳定电流=31.5KA
2
INbr
t=31.5
×4=3969kAs
2
INbrt≥Qk
所以选择4s热稳定电流=31.5KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流ies=80KA＞28.9068KA故选择GW7-220/1250型隔离开关能满足要求
考虑到变电所远景发展、各个设备间性能相配合以及从经济技术等多方面考虑，选择GW7-220/2000型（或GW7-220/2500型）隔离开关
2）110kV电气设备选择
a.110kV断路器形式：
室外SF6
额定电压：
UN≥UNS
额定电流：
IN≥Imax
按一条线路带110kV全部负荷考虑
Imax=1.05×
Se
3*Ue
=1.05×
42000/0.95
3*110
=243.65A
222
根据以上条件,选择SFM110-110/2000型FS6断路器额定开断电流校验INbr=31.5KA＞I＂=3.9361KA热稳定校验：
Qk=Qp=tk×（I＂+10Itk/2+Itk）/12
=3.1×（3.9361
2
=48.03kAs
+10×3.9361
+3.9361
）/12
选择：
3s热稳定电流=31.5KA
INbr
t=31.5
×3=2976kAs
2
INbrt≥Qk
所以选择3s热稳定电流=31.5KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流ies=80KA＞10.0371KA故选择SFM110-110/2000型SF6断路器能满足要求
b.110kV隔离开关形式：
室外
额定电压：
UN≥UNS
额定电流：
IN≥Imax
Se=1.05×42000/0.95
3*Ue3*110
按一条线路带110kV全部负荷考虑Imax=1.05×
=243.65A
222
根据以上条件,选择GW5-110/630隔离开关热稳定校验：
Qk=Qp=tk×（I＂+10Itk/2+Itk）/12
=3.1×（3.9361
2
=48.03kAs
+10×3.9361
+3.9361
）/12
选择：
4s热稳定电流=20KA
INbr
t=20
×4=1600kAs
2
INbrt≥Qk
所以选择4s热稳定电流=20KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流ies=80KA＞10.0371KA故GW5-110/630隔离开关能满足要求
考虑到变电所远景发展、各个设备间性能相配合以及从经济技术等多方面考虑，选择GW5-110/1250型（GW5-110/1600或GW5-110/2000）隔离开关
3）10kV电气设备选择
a.10kV断路器（主变进线及母联）
形式：
室内真空额定电压：
UN≥UNS
额定电流：
IN≥Imax
按一台开关带主变10kV全部负荷考虑
Imax=1.05×
Se
3*Ue
=1.05×
40000/2
3*10
=1212.5A
根据以上条件,选择ZN12-10/2500型真空断路器
额定开断电流校验INbr=31.5KA＞I＂=14.0901KA
热稳定校验：
222
2
2
Qk=Qp=tk×（I＂+10Itk/2+Itk）/12
2
=2.1×（14.0901
2
=416.91kAs
+10×14.0901
+14.0901
）/12
选择：
3s热稳定电流=31.5KA
2
INbr
t=31.5
22
×3=2976.8kAs
N
k
Ibr2t≥Q
所以选择3s热稳定电流=31.5KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流ies=80KA＞35.9298KA故选择ZN12-10/2500型真空断路器能满足要求
b.10kV断路器（出线）
形式：
室内真空额定电压：
UN≥UNS
额定电流：
IN≥Imax
按一台开关带10kV全部负荷考虑
Imax=1.05×
Se
3*Ue
=1.05×8280/0.91=551.61A
3*10
根据以上条件,选择ZN12-10/1250型真空断路器
额定开断电流校验INbr=31.5KA＞I＂=14.0901KA
热稳定校验：
222
Qk=Qp=tk×（I＂+10Itk/2+Itk）/12
=2.1×（14.0901
2
=416.91kAs
+10×14.0901
+14.0901
）/12
选择：
3s热稳定电流=31.5KA
INbr
t=31.5
×3=2976.8kAs
2
INbrt≥Qk
所以选择3s热稳定电流=31.5KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流ies=80KA＞35.9298KA故选择ZN12-10/1250型真空断路器能满足要求
c.10kV母线
按母线带10kV全部负荷考虑
Imax=1.05×
Se
3*Ue
=1.05×8280/0.91=551.61A
3*10
配电装置室内布置，按环境温度36℃考虑，需温度修正+5℃。
选50×4铝母线，单条竖放Iy=594,温度修正后Iy=594×（1-1.8％）=583.3＞
Imax=551.61A。
热稳定校验短路电流最大持续时间tk=2.1s，可以不考虑非周期分量影响
222
所以Qk=Qp=tk（I＂
+10Itk/2+Itk）/12
=2.1×（14.09012+10×14.09012+14.09012）/12
2
=416.91kAs
Smin=
Qk=
C
416.91
99
（由设计指南表5-6查出）
2
=0.206mm
S=50×4=200＞Smin满足热稳定要求
动稳定校验开关采用成套开关柜，支柱绝缘子之间距离L=0.8m，相间距离
a=0.35m，导体的截面系数W=bh/6=4
×50×10
/6=0.13×10
2
动态应力计算f1=（Nf/L）√（EI/m）
E=70×106Pa
Nf=3.56
33-84
m=h×b×ρw=0.05×0.004×2700=0.54kg/mI=bh/12=0.004×0.05/12=4.2×10m
26-8
f1=（3.56/0.8
）×√（70×10×4.2×10
/0.54）
=12.98＜150故β=1
导体最大相间计算应力σph=fphl
2
/10W
=（1.73×10
×14090
/0.35）×0.8
/（10×0.13×
-6
10）
66
=48.30×10＜70×10
母线满足动稳定要求
d.10kV支柱绝缘子和穿墙套管选择
支柱绝缘子应按电压和类型选择，并进行短路时动稳定校验。
穿墙套管应按额定电压、额定电流和类型选择，按短路条件校验动、热稳定性。
按额定电压选支柱绝缘子和穿墙套管UN≥UNS
按额定电流选穿墙套管Imax≤kIn，按环境温度36℃考虑，需温度修正+5℃，最高环境温度为41℃，故k=0.74
Imax=1.05×
Se
3*Ue
=1.05×
8280/0.91=551.61A
3*10
In＝Imax/k=551.61/0.74=745.5A
根据安装地点，绝缘子和穿墙套管选室内型。
根据以上条件，支柱绝缘子选ZNA-10型，UN=10，绝缘子高度125mm，机械破坏负荷375kg。
穿墙套管选择CWLB-10型，额定电压10kV，额定电流1000A，套管长度600mm，机械破坏负荷750kg，5s热稳定电流18kA。
热稳定校验主变并列运行短路电流为14.0901kA＜18kACWLB-10穿墙套管满足热稳定要求。
2-7
动稳定校验Fmax=（F1+F2）/2=1.73×ishlc/a×10
lc=（l1+l2）/2，a=0.35m，ish=35.893kA
Fco=Fmax
H1H1=H+b+h/2导线平放b=12mm
H2
ZNA-10型支柱绝缘子，H=125mm，母线h=4mm
Fmax=1.73×ish
lc/a×10
=1.73×35929
×1.2/0.35×10
=765.68N
Fco=FmaxH1/H2=765.68×{（125+12+（4/2））}/125
=851.44N=85.14kg＜375kg
支柱绝缘子满足动稳定要求。
CWLB-10穿墙套管lca=600mm机械破坏负荷750kg
lc=（l1+lca）/2=（1.2+0.6）/2=0.75m
2-7
F=1.73×ishlc/a×10
2-7
=1.73×35929×0.715/0.35×10
=456.22N=45.62kg＜750kg
穿墙套管满足动稳定要求
电压等
级
设备名称
型号
主要参数
220kV
110kV
GW5-110/1600
隔离开关
或
GW5-110/2000
GW5-110/1600A-40KA/4S或
GW5-110/2000A-40KA/4S
ZN12-10/2500
真空开关
31.5KA/3S
ZN12-10/1250
10kV
母线
50×4铝母线
50×4
支柱绝缘
ZNA-10
高度125mm
子
穿墙套管
CWLB-10
10/1000套管长度600mm
六.所用变选择
所用变的选择是根据变电所内充电装置、照明、生活、检修以及主变冷却电源和调相
机等负荷容量大小确定。
因具体资料不全，按指导老师推荐型号选取两台
SG10-200变压器。
Se=200kVA，连接组别Y/yn0，变比11/0.4，I％=1.4。
为保证所用电可靠性，两台所用变电源分别从两段10kV母线引接。
Ie=
Se=
3*Ue
200
3*11
=10.498A
所选电气设备一览表
断路器
LW1-220/2000
220/2000A-40KA/4S
隔离开关
GW7-220/2000
220/2000A-31.5KA/4S
断路器
SFM110-110/2000
110/2000A-40KA/3S
I0=I％Ie/100=10.498×1.4/100=0.147＜2A故可以用隔离开关拉合空载电流，配熔断器保护。
熔断器选择：
额定电压UN≥UNS
熔体额定电流IN
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