220KV变电站电气部分设计.docx
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220KV变电站电气部分设计
毕业设计说明书
设计课题：
220KV变电站电气部分设计
院（系）：
机电工程
专业：
新能源应用技术
姓名：
学号：
5502081201002
指导教师：
二〇一四年12月28日
摘要
随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。
设计是否合理，不仅直接影响基建建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。
本设计讨论的是220KV变电站电气部分的设计。
首先对原始资料进行分析，选择主变压器，在此基础上进行主接线设计，再进行电气总平面的布置及配电装置的设计，变压器的选择，然后进行短路计算，导体电气设备的选择，继电保护的设计和配备，最后进行防雷接地以及保护设计。
关键字：
变电站；短路计算；设备选择；继电保护；防雷接地；
ABSTRACT
Withthedevelopmentofeconomyandtherapidriseofthemodernindustrialconstruction,thedesignofthepowersupplysystemismoreandmorecomprehensive,system,plantpowerconsumptiongrowingrapidly,thepowerquality,technicalandeconomicconditions,thepowersupplyreliabilityindexalsoisincreasingdaybyday,thereforealsohasabigger,betterforpowersupplydesignrequirements.Designisreasonable,notonlydirectlyaffectthecapitalconstructioninvestment,operationcostandtheconsumptionofnon-ferrousmetal,alsoreflectedinthepowersupplyreliabilityandsafetyproduction,anditiscloselyrelatedtotheenterprise'seconomicbenefits,equipmentsafety.
Thedesignisrefertothepartof220kVelectricalsubstationdesign.Firstofall,analyzetheoriginaldata,basedonit,designthemainwiringandthenthedesignoftheelectricalgenerallayoutofthearrangementanddistributionequipmentandchoosethemaintransformer,thentheshortcircuitcalculation,thechoiceofconductorelectricalequipment,thedesignofrelayprotectionandareequippedwith,atlast,Lightningprotectiongroundingandprotectiondesign.
KeyWords:
Substation；ShortCircuitCalculation；EquipmentSelection；Relayprotection；Lightningprotectiongrounding；
前言
毕业设计是我离开大学校园后第一次综合训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我严格的要求。
使我综合能力有一个整体的提高。
它不但使我巩固了本专业所学的专业知识，还使我了解、熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则以及各种图形、符号。
它将为我以后的学习、工作打下良好的基础。
能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，在品种及构成上也发生了很大的变化。
人类对能源质量也要求越来越高。
电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。
电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。
电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。
要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。
因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。
而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。
它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任。
220KV变电站电气部分设计使其对变电站有了一个整体的了解。
该设计包括以下任务：
1、主接线的设计；2、配电装置设计；3、主变压器的选择；4、短路计算；5、导体和电气设备的选择；6、继电保护的配置；7、防雷接地设计等。
1电气主接线的设计
主接线选择
方案：
220KV侧双母带旁路接线，110KV侧双母接线、10KV侧单母分段接线。
220kV出线6回（其中备用2回），而由于本回路为重要负荷停电对其影响很大，因而选用双母带旁路接线方式。
双母线带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。
这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。
2电气总平面布置及配电装置的选择
2.1配电装置的确定
本变电所三个电压等级：
即220KV、110KV、10KV。
根据《电力工程电气设计手册》规定，110KV及以上多为屋外配电装置，35KV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220KV及110KV采用屋外配电装置，10KV采用屋内配电
装置。
2.2电气总平面布置
1）220KV高压配电装置:
220KV同样采用屋外普通中型单列布置，它共有8个间隔，近期出线2个间隔，远期没有，两台主变进线各一个间隔，电流互感器及避雷器占一个间隔，母联和旁路断路器各占一个间隔，间隔宽度为8米。
2）110KV高压配电装置:
采用屋外普通中型布置、断路器单列布置，且共有10个间隔，间隔宽度为14米，近期出线5个间隔，两个连线间隔，母联和旁路断路器各一个间隔，电压互感器和避雷器共占一个间隔。
3）10KV高压配电装置:
采用屋内配电装置,且采用两层式。
4）道路:
因设备运输和消防的需要，主控楼、主变220KV、110KV侧配电装置处铺设环形行车道路，路宽4米，“丁”型、“十”字路口弧形铺设，各配电装置主母线与旁母之间道路宽3米，为方便运行人员操作巡视检修电器设备，屋外配电装置内设0.8～1米环形小道，电缆沟盖板也可作为部分巡视小道，行车道路弧形处转弯半径不小于7米。
3主变压器的选择
主变压器一般选用三绕组变压器。
我国110KV及以上电压，变压器绕组多采用丫连接；35KV亦采用丫连接，其中性点多通过消弧线圈接地。
35KV以下电压，变压器绕组多采用△连接。
主变压器选择结果
查《电力工程电气设备手册：
电气一次部分》，选定变压器的容量为180MVA。
由于升压变压器有两个电压等级，所以这里选择三绕组变压器，查《大型变压器技术数据》选定主变型号为：
SFPS7-18000/220。
主要技术参数如下：
额定容量：
180000（KVA）
额定电压：
高压—220±2×2.5%；中压—121；低压—10.5（KV）
连接组标号：
YN/yn0/d11
空载损耗：
178（KW）
阻抗电压（%）：
高中：
14.0；中低：
7.0；高低：
23.0
空载电流（%）：
0.7
所以一次性选择两台SFPS7-180000/220型变压器为主变。
4220KV变电站电气部分短路计算
变压器型号为SFPS7—180000/220。
SN=180MVA其中高中、高低、中低阻抗电压（%）分别为14，23，7。
4.1变压器的各绕组电抗标幺值计算:
Us1%=1/2[Us（1-2）%+Us（3-1）%-Us（2-3）]=1/2（14+23-7）=15
Us2%=1/2[Us（1-2）%+Us（2-3）%-Us（3-1）]=1/2（14+7-23）=-1
Us3%=1/2[Us（3-1）%+Us（2-3）%-Us（1-2）]=1/2（7+23-14）=8
设SB=100MVA，UB=Uav
XT1*=
SB/SN=15/100*100/180=0.083
XT2*=
SB/SN=-1/100*100/180=-0.006
XT3*=
SB/SN=8/100*100/180=0.044
4.210KV侧短路计算
f（3）-1短路时,
X’1*=
（XT1*+XT2*+
）=
（0.083-0.006+
）=0.033
X’2*=
（XT2*+XT3*+
）=
（-0.006+0.044+
）=0.018
X’3*=
（XT1*+XT3*+
）=
（0.083+0.044+
）=﹣0.241
三角形变为星形：
X1*=X’1*X’3*/（X’1*+X’2*+X’3*）=0.042
X2*=X’2*X’3*/（X’1*+X’2*+X’3*）=0.023
X3*=X’1*X’2*/（X’1*+X’2*+X’3*）=-0.003
再次简化
因为X1*=0.042XAS*=0.015XBS*=0.36
所以XA*=XAS*+X1*=0.015+0.042=0.057
XB*=XBS*+X3*=0.36-0.003=0.357
XC*=X2*
再做三角形变换
XAF*=XA*+XC*+
=0.084
XBF*=XB*+XC*+
=0.524
计算电抗：
XjsB=XBF*SNi/SN=0.524*500/100=2.62
汽轮发电机计算曲线，0s时标么值为
IB0*=0.390
因为A电源为无穷大系统所以提供的短路电流为：
IP*=1/XAF*=1/0.084=11.9
所以短路电流有名值为：
IFO=0.39*500/（
*10.58）+11.9*100/（
*10.5）=76.154KA
冲击电流：
ish=2.55*76.154=194.193KA
短路容量：
Sk=
*10.5*76.154=1384.977MVA
4.3220KV侧短路计算
f（3）-2短路时，
XT*=
（XT1*+XT2*）=
（0.083-0.006）=0.039
XB*=XT*=XBS*=0.039+0.36=0.399
A电源（无穷大系统）的短路电流为：
XjsB=0.399*500/100=2
查汽轮发电机计算曲线有
IB0=0.512
所以短路电流有名值为
If0=0.512*500/（
*230）=66.667*100/（
*230）=17.376KA
冲击电流：
ish=2.55*17.376=44.309KA
短路容量：
SK=
*230*17.376=6922.106MVA
4.4110KV侧短路计算
f（3）-3短路时
XA*=XT*+XAS*=0.039+0.015=0.054
IP*=1/XA*=1/0.054=18.519
而XjsB=0.36*500/100=1.8
查汽轮发电机的计算曲线得
IB0=0.570
所以短路电流有名值为
If0=0.57*500/（
*115）=18.519*100/（
*115）=10.778KA
冲击电流：
ish=2.55*10.778=27.484KA
短路容量：
Sk=
*115*10.778=2146.825MVA
短路计算结果列表于下：
表5-1短路计算成果表
短路点
基准电压
短路电流
冲击电流
短路容量S
（K）
（KA）
（KA）
（MVA）
f-1
10.5
76.154
194.193
384.977
f-2
230
17.376
44.309
6922.106
f-3
115
10.778
27.484
2146.825
5导体和电气设备的选择
5.1断路器和隔离开关的选择
断路器选择的具体技术条件如下：
额定电压校验：
UN≥UNs（6-1）
额定电流校验：
IN＞Imax（6-2）
开断电流：
INbr＞I″（6-3）
动稳定：
ies＞ish（6-4）
热稳定：
It2t>Qk（6-5）
同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。
5.1.1220KV出线、主变侧:
（1）、主变断路器的选择与校验
流过断路器的最大持续工作电流
Imax=1.05*180000/（
*220）=496.01A
具体选择及校验过程如下：
①额定电压选择：
UN≥UNs=220KV
②额定电流选择：
IN＞Imax=496.01A
③开断电流选择：
INbr＞I″=17.376KA
选择SW6—220/1200，其SW6—220/1200技术参数如下表：
表6-2SW6—220/1200技术参数表
型号
额定电压KV
额定
电流A
断流容
量MVA
额定断流
量KA
极限通过
电流KA
热稳定
电流KA
固有分
闸时间S
峰值
4S
SW6-220/1200
220
1200
6000
21
55
21
0.04
④热稳定校验：
It2t>Qk
It2t=212×4=1764[（KA）2S]
电弧持续时间取0.06S，热稳定时间为：
tk=1.5+0.04+0.06=1.6S
查计算电抗并计算短路电流为
I0.8=0.519*500/（
*230）+66.667*100/（
*230）=17.319KA
I1.6=0.512*500/（
*230）+66.667*100/（
*230）=17.321KA
QK=（I”2+10I2tA/2+I2tA）/12*tk=（17.3762+10*17.3192+17.3212）/12*1.6
所以It2t＞Qk=120.252（KA）2S
满足热稳校验。
⑤动稳定校验：
ies=55kA＞ish=44.309KA满足校验要求
具体参数如下表：
表6-3具体参数表
计算数据
SW6-220/1200
UNs220KV
UN220KV
Imax496.01A
IN1200A
I″17.376KA
INbr21KA
ish44.309KA
INcl55KA
QK120.252[（KA）2s]
It2t212×4=1764[（KA）2s]
ish44.309KA
ies55KA
由表可知，所选断路器满足要求。
（2）、出线断路器的选择与校验
Imax=2*180000/（
*220）=944.88A
由上表可知SW6-220/1200同样满足出线断路器的选择。
其动稳定、热稳定计算与主变侧相同。
具体参数如下表所示：
表6-4具体参数表
计算数据
SW6-220/1200
UNs220KV
UN220KV
Imax944.88A
IN1200A
I″17.376KA
INbr21KA
ish44.309KA
INcl55KA
QK120.252[（KA）2s]
It2t212×4=1764[（KA）2s]
ish44.309KA
ies55KA
（3）、主变侧隔离开关的选择及校验过程如下：
①额定电压选择：
UN≥UNs=220KV
②额定电流选择：
IN＞Imax=496.01A
③极限通过电流选择：
ies＞ish=44.309KA
GW6—220D/1000—80，其技术参数如下表：
表6-5GW6—220D/1000—80技术参数表
型号
额定
电压
KV
额定
电流
A
极限通过电流KA
热稳定
电流
KA
峰值
4S
GW6—220D/1000—80
220
1000
80
23.7
④热稳定校验：
It2t>Qk
It2t=23.72×4=2246.76[（KA）2S]
所以，It2t>Qk满足热稳校验。
⑤动稳定校验：
ies=80KA＞ish=44.309kA满足校验要求。
具体参数如下表：
表6-6具体参数表
计算数据
GW4-220D/1000—80
UNs220KV
UN220KV
Imax496.01A
IN1000A
QK115.743[（KA）2S]
It2t23.72×4=2246.76[（KA）2S]
ish44.309KA
ies80KA
由表可知，所选隔离开关各项均满足要求。
（4）、出线侧隔离开关的选择及校验过程如下：
Imax=2*180000/（
*220）=944.88A
由上表可知GW6—220D/1000—80同样满足出线隔离开关的选择。
其动稳定、热稳定计算与主变侧相同。
具体参数如下表：
表6-7具体参数表
计算数据
GW4-220D/1000—80
UNs220KV
UN220KV
Imax944.88A
IN1000A
QK115.743[（KA）2S]
It2t23.72×4=2246.76[（KA）2S]
ish44.309KA
ies80KA
由表可知，所选隔离开关各项均满足要求。
5.1.2主变110KV侧:
（1）断路器的选择与校验
流过断路器的最大持续工作电流
Imax=1.05*180000/（
*110）=992.02A
具体选择及校验过程如下：
①定电压选择：
UN≥UNs=110KV
②额定电流选择：
IN＞Imax=992.02A
③开断电流选择：
INbr＞I″=10.778KA
初选SW4—110/1000技术数据如下表所示：
表6-8SW4—110/1000技术数据
型号
额定电压KV
额定电流A
断流容量MVA
额定断流量KA
极限通过电流KA
热稳定电流KA
固有分闸时间S
峰值
5S
SW4—110/1000
110
1000
3500
18.4
55
21
0.06
④热稳定校验：
It2t>Qk
It2t=212×5=2205[（KA）2S]
灭弧时间取0.06S，热稳定计算时间：
tk=1.5+0.06+0.06=1.62S
查转移电抗并计算短路电流
I1.62=0.584*500/（
*115）=18.519*100/（
*115）=10.762KA
I0.81=0.575*500/（
*115）=18.519*100/（
*115）=10.73KA
QK=（I”2+10I2tA/2+I2tA）/12*tk=（10.7782+10*10.732+10.7622）/12*1.62
=186.747KA2S
所以，It2t>Qk满足热稳校验。
⑤动稳定校验：
ies=55kA＞ish=27.484KA满足校验要求。
具体参数如下表：
表6-9具体参数表
计算数据
SW4-110/1000
UNs110KV
UN110KV
Imax992.02A
IN1000A
I″10.778KA
INbr18.4KA
ish27.484KA
INcl55KA
QK186.747[（KA）2S]
It2t212×5=2205[（KA）2S]
ish44.309KA
ies55KA
由表可知，所选断路器满足要求。
（2）隔离开关的选择及校验过程如下：
①额定电压选择：
UN≥UNs=110KV
②额定电流选择：
IN＞Imax=992.02A
③极限通过电流选择：
ies＞ish=27.484KA
选择GW4—110D/1000—80其技术数据如下表：
表6-10GW4—110D/1000—80技术数据
型号
额定电压KV
额定电流A
极限通过电流KA
热稳定电流KA
峰值
4S
GW4—110D/1000—80
110
1000
80
21.5
④热稳定校验：
It2t>Qk
It2t=21.52×5=2311.25[（KA）2s]
所以，It2t>Qk满足热稳校验
⑤动稳定校验：
ies=55kA＞ish=27.484kA满足校验要求
具体参数如下表
表6-11具体参数
计算数据
GW4-110D/1000—80
UNs110KV
UN110KV
Imax992.02A
IN1000A
QK186.747[（KA）2S]
It2t21.52×5=2311.25[（KA）2S]
ish27.484KA
ies55KA
由表可知，所选隔离开关各项均满足要求。
110KV母联断路器及隔离开关的最大工作条件与变中110KV侧应满足相同的要求，故选用相同设备。
即选用SW4-110/1000型少油断路器和GW4-110D/1000—80型隔离开关。
5.1.310KV限流电抗器、断路器隔离开关的选择:
由于短路电流过大需要装设限流电抗器。
限流电抗器的选择
IN≥35（
*10.5）=1.347KA
UN≥UNS=10KV
设将电抗器后的短路电流限制到I″=20KA
（1）初选型号
根据以上条件初选XKK—10—4000—4
电抗器标么值：
X*∑=
其中：
IB=100/（
*10.5）=5.5KA
（2）选择电抗值
电源至电抗器前的系统标么值：
X’*∑=XAF*/XBF*=0.084*0.524/（0.084+0.524）=0.0724
XL%=（IB/I”-X’*∑）INUB/IBUN*100%
=（5.5/20-0.0724）*1000*10500/（5500*10000）=11.2%
曾运用4%的电抗器，计算结果表明不满足动稳定要求，故改为XKK-10-4000-12。
表6-12XKK—10—4000—12技术数据
型号
额定电压
KV
额定电流
A
电抗率
动稳定电流峰值KA
热稳定电流KA
固有分闸时间S
4S
SW4—10—4000
10KV
4000
12%
204
80
0.17
（3）电压损失和残压校验
当所选电抗值大于计算值时，应重算电抗器
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