220KV变电站电气一次部分初步设计.docx
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220KV变电站电气一次部分初步设计
华北电力大学毕业设计（论文）
220KV变电站电气一次部分初步设计
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。
变电站对电力的生产和分配起到了举足轻重的作用，是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，作为电能输送与控制的枢纽，设计是否合理，不仅直接影响了基建投资、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。
本设计主要介绍了220KV变电站电气部分的设计。
首先对原始资料进行分析，设计主接线形式，选择主变压器的台数及容量，综合比较各种接线方式的特点、优缺点，根据技术要求选择两种较其它方案可靠的主接线方案；再对两种方案进行全面的技术、经济比较，确定最优的主接线方案；然后进行短路电流计算，为设计中需要的高压电气设备的选择、整定、校验等方面做准备；继而进行主要电气设备的选择与校验，最后进行配电装臵设计，防雷保护设计。
关键词：
变电站、主变压器、短路计算、设备选择、配电装臵。
摘要......................................................I
前言......................................................1
第一章电气主接线设计.....................................2
1.1主接线设计要求........................................2
1.2主接线接线方式概述....................................3
1.3主接线设计............................................6
第二章主变压器选择......................................10
2.1主变压器的选择原则...................................10
2.2主变压器台数的选择...................................10
2.3主变压器容量的选择...................................10
2.4主变压器型式的选择...................................11
2.5绕组数量和连接形式的选择.............................11
2.6主变压器选择结果.....................................12
第三章方案最终确定......................................13
3.1主接线初步确定.......................................13
3.2主接线方案的最终确定.................................13
第四章短路电流计算…………………........................15
4.1概述.................................................15
4.2短路电流计算目的.....................................15
4.3短路电流计算基本假设.................................15
4.4各元件电抗标么值计算.................................16
4.5短路电流计算过程.....................................16
4.5.1220KV侧短路计算...................................17
4.5.2110KV侧短路计算...................................18
4.5.310KV侧短路计算....................................18
第五章主要电气设备选择与校验............................22
5.1概述………………………...............................22
5.2各回路持续工作电流计算……….........................23
5.3断路器和隔离开关的选择与校验.........................24
5.3.1电抗器的选择与校验................................25
5.3.2断路器的选择与校验................................26
5.3.3隔离开关的选择与校验..............................28
5.4电流互感器选择与校验.................................29
5.4.1电流互感器的选择..................................30
5.4.2电流互感器的校验..................................31
5.5电压互感器选择………………….........................32
5.6导体的选择与校验………….............................33
5.6.1导体的选择........................................35
5.6.2导体的校验........................................36
5.7避雷器的选择与校验…………...........................38
5.7.1避雷器的选择......................................39
5.7.2避雷器的校验......................................39
第六章电气总平面布臵及配电装臵的选择....................41
6.1概述.................................................41
6.1.1配电装臵特点......................................41
6.1.2配电装臵类型及应用................................41
6.2配电装臵的确定.......................................42
6.3电气总平面布臵.......................................42
6.3.1电气总平面布臵的要求..............................42
6.3.2电气总平面布臵....................................43
第七章防雷装臵保护......................................44
7.1防雷保护的必要性.....................................44
7.2变电站防雷保护内容...................................44
7.3避雷针的配臵.........................................44
7.3.1避雷针的配臵原则..................................44
7.3.2避雷针位臵的确定..................................44
7.4避雷针保护范围计算...................................45
7.4.1避雷针定位及定距..................................45
7.4.2单根避雷针的保护范围计算..........................46
7.4.3多根避雷针的保护范围计算..........................46
第八章结束语............................................48
致谢.....................................................49
参考文献.................................................50
附录.....................................................51
前言
本次毕业设计的主要内容是变电站电气部分设计，是电气工程及自动化专业的学生在校期间的最后一次综合性训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严格的要求，使我们的综合能力有一个整体的提高。
其不但使我们巩固了课程中学到的专业知识，还使我们了解、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，充分培养了我们的独立分析和解决问题的能力，以及综合运用所学知识进行实际工程设计的基本技能，将为我们以后的学习、工作打下良好的基础。
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我们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）主变压器的选择3）最优方案的选择4）短路计算5）导体和电气设备的选择6）配电装臵设计7）防雷保护设计。
本设计书在设计过程中汇集了大量的资料，由于水平有限，设计中不免有疏漏不足之处，恳求老师批评指正！
谢谢！
第一章电气主接线设计
1.1主接线设计要求
电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。
主接线代表了变电站高电压、大电流的电器部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。
它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、配电装臵布臵、继电保护、自动装臵和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。
因此，主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较，综合考虑各个方面的影响因素，最终得到实际工程确认的最终方案。
电气主接线设计的基本要求，概况地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。
1.可靠性
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。
主接线可靠性的基本要求通常包括以下几个方面。
（1）断路器检修时，不宜影响对系统供电。
（2）线路、断路器或母线故障时，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回路数和停电时间，并能保证对全部I类及全部或大部分II类用户的供电。
（3）尽量避免变电站全部停电的可能性。
（4）大型机组突然停运时，不应危及电力系统稳定运行。
2.灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。
灵活性包括以下几个方面。
（1）操作的方便性。
电气主接线应该在服从可靠性的基本要求条件下，接线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不至在操作过程中出差错。
（2）调度的方便性。
可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。
（3）扩建的方便性。
可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装臵等所需的改造为最小。
3.经济性
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
（1）投资省。
主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电器数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。
（2）占地面积小。
主接线要为配电装臵布臵创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。
在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布臵。
（3）电能损失少。
在变电站中，电能损耗主要来自于变压器，应经济合理的选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。
1.2主接线接线方式概述
主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设臵母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。
而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用开关电器较少，配电装臵占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的变电站。
有汇流母线的接线形式概括的可分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。
1.单母线接线
单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。
母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。
各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。
单母接线的优点：
接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。
缺点：
（1）可靠性差。
母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。
（2）调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。
单母接线适用于：
110～220KV配电装臵的出线回路数不超过两回，35～63KV配电装臵的出线回路数不超过3回，6～10KV配电装臵的出线回路数不超过5回。
故220KV可采用单母接线。
2.单母分段接线
单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。
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，扩建时须向两个方向均衡扩建。
单母分段适用于：
110～220KV配电装臵的出线回路数为3～4回，35～63KV配电装臵的出线回路数为4～8回，6～10KV配电装臵的出线为6回及以上。
故110KV和10KV可采用单母分段接线。
3.单母线分段带旁路母线的接线
单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器，大大增加了投资。
适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。
故110KV可采用单母线分段带旁路接线，因出线为4回，可采用旁路断路器兼做分段断路器的接线。
220KV也可采用此接线。
4.双母线接线
双母接线有两种母线，并且可以互为备用。
每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。
两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。
其特点有：
供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。
由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：
出线带电抗器的6～10KV配电装臵；35～60KV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110～220KV出线数为5回及以上时。
故10KV出线带电抗器可采用双母线接线,110KV、220KV也可以采用双母线接线。
5.双母线分段接线
为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。
双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。
这样，只是部分短时停电，而不必短期停电。
双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配臵中，同时在220～550KV大容量配电装臵中，不仅常采用双母分段接线，也有采用双母线分四段接线的。
6.双母线带旁路母线的接线
双母线可以带旁路母线，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。
7.桥型接线
当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥行接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。
内桥接线：
适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除，采用内桥式接线。
当变压器故障时，需停相应的线路。
外桥接线：
适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。
当线路故障时需停相应的变压器。
所以，桥式接线虽然有使用断路器少、布臵简单、造价低等优点，但是可靠性较差。
故220KV的系统可以采用外桥接线，因一般都有穿越功率。
8.角形接线
多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。
为减少因断路器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行可靠性，以采用3～5角形为宜。
优点是：
投资省，占地面积少，接线成闭合环形，可靠性灵活性较高。
缺点是：
任一台断路器检修，都成开环运行，从而降低了接线的可靠性，不易于扩建等。
适用于：
回路数较少且能一次建成、不需要再扩建的110KV及以上的配电装臵中。
故110KV和220KV可采用角形接线。
9.单元接线
变压器—线路单元接线最简单、设备最少，不需高压配电装臵，但线路故障或检修时，变压器停运，变压器故障或检修时，线路停运。
适用于只有一台变压器和一回线路时，故不采用。
1.3主接线设计
结合原始资料所提供的数据，权衡各种接线方式的优缺点，将各电压等级使用的主接线方式列出：
1.220KV只有2回进线，且为降压变电所，有穿越功率，从可靠性和经济性来定，适用的接线方式为单母线接线、单母线分段带旁路接线（因进线数不足5回，装设旁路断路器兼作分段断路器）、双母线接线、桥形接线和角形接线。
2.110KV有4回出线，适用的接线形式为单母分段接线、单母分段带旁路接线（因进线数不足5回，装设旁路断路器兼作分段断路器）、双母线接线、角形接线。
3.10KV有10回出线，带电抗器限制短路电流，适用的接线形式为双母接线和双母线分段接线。
据此，拟定五种主接线方案：
方案I:
220KV采用双母线接线，110KV采用单母线分段带旁路接线，10KV采用双母线分段接线。
方案II：
220KV采用单母线分段带旁路接线，110KV采用单母线分段带旁路接线，10KV采用双母线接线。
方案III：
220KV采用桥形接线，110KV采用单母线分段带旁路接线，10KV采用双母线分段接线。
方案IV：
220KV采用桥形接线，110KV采用单母线分段接线，10KV采用
方案V：
220KV采用角形接线，110KV采用单母线分段带旁路接线，10KV采用双母线分段接线。
方案I—V的接线图设计如下：
方案I:
图1—1
方案II：
图1—2
方案III:
图1—3
方案IV：
图1-4
方案V
图1—5
第二章主变压器选择
在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。
本章是对变电站主变压器的选择。
2.1主变压器的选择原则
1.主变容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期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的容量。
对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的Ⅰ级和Ⅱ级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。
3.为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性。
2.2主变压器台数的选择
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.对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
3.对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
2.3主变压器容量的选择
1.主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，适当考虑到远期10～20年的负荷发展。
对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。
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。
对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计其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；对一般性变电所，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。
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。
110KV电压等级最大负荷200MW,cosφ=0.90；10KV电压等级最大负荷32MW,cosφ=0.85；I、II类负荷按占70%计算，一台故障时，另一台过负荷30%。
200320.700.850.90
139.930MVA故容量确定为：
SN0.31
2.4主变压器型式的选择
选择主变压器，需考虑如下原则：
1.当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电站，均应选用三相变压器。
2.当发电厂与系统连接的电压为500KV时，已经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台50%容量三相变压器或单相变压器组。
对于单机容量为300MW、并直接升到500KV的，宜选用三相变压器。
3.对于500KV变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。
尤其在建所初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成所停电。
为此要经过经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。
在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。
2.5绕组数量和连接形式的选择
具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需要装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器。
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要有丫和△，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。
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
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