毕业设计-220KV枢纽降压变电所设计.doc
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摘要
本次设计的220KV枢纽降压变电所，将从经济性、可靠性以及灵活性几方面予以选择主变压器、主接线方式、短路电流的计算及电气设备的选择，并将安全性作为继电保护规划、配电装置的规划及防雷规划设计的基本准则，同时还须兼顾经济性方面的考虑。
主接线的可靠性、经济性、灵活性较好。
由于所设计的变电站是枢纽变电站，全站停电后，将影响整个地区的供电，所以此变电站在设计时，采用两台OSFPSL-120000/2200型变压器，满足了灵活性和可靠性。
220KV侧2回架空线路，出于经济性和灵活性的考虑，采用双母线接线形式；110KV侧4回架空线路，为了满足供电的可靠性，采用了双母线带旁路母线的接线形式；10KV侧重要负荷较多，为14回电缆线路，出于可靠性和经济性的考虑，则采用了单母线分段的接线形式。
设备选择后，对设备进行校验。
关键词：
变电所；电气主接线；短路电流计算；设备选择校验；
Abstract
Shoulddesignthesomeproblemthatdiscussedindesignfirst220KVchangetogiveorgetanelectricshock,includeanelectricitylordthatchangingandgivingorgetanelectricshockthechoice,short-circuitelectriccurrentcalculationconnectsthelinedesign,electricityequipmentsandpressprotectionetc.problemwiththeresearchthatconductelectricityaftertheelectricityprotectionprogramming.
Thereliability、economicandflexibilityofthebusarrangementiswell.Thisisalocalelectricsubstation.Iftheelectricsubstationpowercut,itwillinfluencethewholearea.SointhedesignofthiselectricsubstationusetwotransformerswhichmodelnumberisOSFPSL-120000/2200.Soitcansatisfytheflexibilityandreliability.Itdoesn’ttakeloadinthesideof220KV,soitusesdoublebusbarcordforminordertosatisfyeconomyandreliability.Thereismuchloadinthesideof110KV.Inordertosatisfythereliabilityofpowersupply,itusesdoublebusbarswhichhavebypassbusbarcordform.Therearemuchimportantloadandittaketheloadofthiselectricsubstationinthesideof10KV,consideringthereliabilityandeconomy,itusesinglebusbarsectioncardform.Aftertheequipmentbeselected,itshouldbechecked.
Keywords：
substation；theelectricalbusarrangement；thecalculationofshortcircuit；equipmentselectionandcheck。
摘要 I
Abstract II
绪论 1
0.1引言 1
0.2选题意义 1
0.3国内外发展概况 1
第1章设计要求及概述 3
1.1原始资料 3
1.1.1所在变电所建设规模 3
1.1.2变电所与系统的连接情况 3
1.2原始资料分析 3
1.2.1变电所的性质、地理位置及自然条件 3
1.2.2负荷资料 3
1.2.3系统情况 4
第2章电气主接线的确定 5
2.1主变压器的选择 5
2.1.1主变压器台数选择 5
2.1.2容量选择 6
2.1.3变压器类型的选择 7
2.2电气主接线确定 7
2.2.1电气主接线的基本要求 7
2.2.2主接线方案 8
2.2.3本所主接线形式 10
2.3电网中性点接地方式 12
第3章短路电流计算 13
3.1概述 13
3.2短路电流计算的目的及一般规定 13
3.2.1短路电流的计算目的 13
3.2.2短路电流计算的一般规定 14
3.3短路电流的计算方法与步骤 14
3.3.1短路电流计算的方法 14
3.3.2短路电流计算的步骤 15
3.4本所短路点的选择和短路计算 15
3.4.1短路计算点的选择原则 15
3.4.2本所短路电流的计算数据表 16
第4章电气设备的选择 17
4.1设备选择的一般原则 17
4.2技术条件 17
4.2.1长期工作条件 17
4.2.2短路稳定条件 17
4.3高压断路器的选择 18
4.3.1断路器选择的具体技术条件 18
4.3.2220KV进线侧断路器的选择及校验 18
4.3.3220KV母线及出线侧断路器的选择及校验 19
4.3.4110KV出线侧断路器的选择及校验 20
4.3.5110KV母线及进线侧断路器的选择及校验 21
4.3.610KV出线侧断路器的选择及校验 21
4.4限流电抗器的选择 22
4.4.1限流电抗器选择的具体技术条件 22
4.4.2电抗器电抗的标么值 22
4.4.3电抗器的校验 23
4.4.410KV母线及进线侧断路器的选择及校验 23
4.5隔离开关的选择 24
4.5.1隔离开关选择的具体技术条件 24
4.5.2220KV进线侧隔离开关的选择及校验 24
4.5.3220KV母线及出线侧隔离开关的选择及校验 25
4.5.4110KV出线侧隔离开关的选择 25
4.5.5110KV母线及进线侧隔离开关的选择及校验 26
4.5.610KV出线侧隔离开关的选择及校验 26
4.5.710KV母线及进线侧隔离开关的选择及校验 26
4.6电流互感器的选择 27
4.6.1电流互感器选择的具体技术条件 27
4.6.2220KV进线侧电流互感器的选择及校验 28
4.6.3220KV母线及出线侧电流互感器的选择及校验 29
4.6.4110KV出线侧电流互感器的选择及校验 29
4.6.5110KV母线及进线侧电流互感器的选择及校验 30
4.6.610KV出线侧电流互感器的选择及校验 30
4.6.710KV母线及进线侧电流互感器的选择及校验 30
4.7电压互感器的选择 31
4.7.1电压互感器选择的具体技术条件 31
4.7.2220KV侧电压互感器的选择 32
4.7.3110KV侧电压互感器的选择 32
4.7.410KV侧电压互感器的选择 32
4.8母线的选择及校验 33
4.8.1母线选择的具体技术条件 33
4.8.2220KV母线的选择及校验 35
4.8.3110KV母线的选择及校验 35
4.8.410KV母线的选择及校验 36
4.9高压熔断器的选择 38
4.9.1高压熔断器选择的具体条件 38
4.9.2熔断器的选择及校验 38
4.10避雷器的选择 39
4.10.1220KV侧避雷器的选择及校验 39
4.10.2110KV侧避雷器的选择及校验 40
4.10.310KV侧避雷器的选择及校验 40
4.11电缆的选择 41
4.11.1选择及校验条件 41
4.11.210KV出线电缆的选择及校验 42
第5章继电保护规划设计 44
5.1继电保护的基本要求 44
5.2主变压器保护的规划设计 44
5.2.1电力变压器常见正常运行状态时保护的装置 44
5.2.2变压器保护的选择 46
5.3输电线路保护 47
5.3.1220kV侧输电线路继电保护 47
5.3.2110kV侧输电线路继电保护 48
5.3.310kV输电线路继电保护 48
5.4母线保护 48
5.5继电保护的整定计算 49
5.5.1继电保护的整定计算的目的和基本任务 49
5.5.2继电保护的整定计算 49
第6章配电装置规划保护 52
6.1配电装置的分类 52
6.2配电装置的基本要求 52
6.3配电装置的设计原则 53
第7章变电所过电压与防雷 54
7.1雷电过电压与直击雷保护 54
7.1.1雷电过电压 54
7.1.2直击雷保护 54
7.2避雷器 55
7.2.1避雷器的作用 55
7.2.2装设避雷器的原则 55
7.3防雷措施 56
7.3.1架空线路的防雷措施 56
7.3.2变电所的防雷措施 56
7.4避雷线的保护范围与雷击危险度评估 57
7.4.1避雷线的保护范围 57
7.4.2雷击危险度评估 58
经济与社会效益分析 59
结论 60
谢辞 61
参考文献 62
附录 63
附录1中文译文 63
附录2英文原文 65
附录3本站短路电流计算书 68
附录4本站设备技术数据表 76
77
绪论
0.1引言
电力工业是国民生产中的基础环节，而变电站又是电力输送中的枢纽环节，所以变电站在电力工业中的地位极其重要。
对于即将加入到电力行业中工作的我来说,进行变电站电气部分初步设计有着重要的意义，能够使我对变电站进行更全面的了解。
该变电站是一个具有220KV、110KV、及10KV三个电压等级的枢纽变电站，它主要担任220KV与110KV及10KV两电压等级功率交换，220KV侧无负荷，它以接受功率为主，把接受功率全部送往110KV及10KV侧线路。
全站停电后，将影响供电区域用户的正常用电。
所以在变电站设计时，应采用两台三绕组有载调压变压器，以满足灵活性和可靠性。
220KV侧不带负荷，出于经济性和灵活性的考虑，采用双母线接线形式会满足要求；110KV侧负荷较多，为了满足供电的可靠性，采用双母线带旁路母线的接线形式会满足要求；10KV侧重要负荷较多，且带有站用负荷，出于可靠性和经济性的考虑，则采用单母线分段母线的接线形式会比较适合。
0.2选题意义
近代一切大规模工农业生产、交通运输和人民生活都需要大量的电能，电力已是人民生活不可缺少的一部分，人民对电力系统的要求越来越高，电能质量是用户最为关心的问题，在现代，电能的利用已远远超出作为机器动力的范围，电力工业已经成为国民经济现代化的基础，是真正的支柱产业。
变电所更是直接与重要用户接触的电力设施之一，它不仅起着集中变压调解负荷的重要作用，而且它的可靠性也将直接关系到工矿企业的效益和国民经济的年生产总值。
本次设计所完成的是枢纽降压变电所，变电所又称变电站，有升压和降压之分，是变换电能电压和接受电能与分配电能的场所，是联系发电厂和用户的中间枢纽，它主要由电力变压器、母线和开关控制设备等组成，按一定的接线方式所组成，在保证安全运行经济合理的前提下，本着接线力求简单可靠，布置力求紧凑和经济提高自动化水平的原则，积极采用新技术和新设备，更好的适应于企业生产和人民生活水平增长的需要。
0.3国内外发展概况
我国的电力工业目前已跃居世界前列，但与发达国家相比仍有一定的差距，今后还有待奋力追赶。
就国民经济建设的情况来看，电力工业仍未能满足工农业生产和人民生活对用电的需求，有些地区缺电还比较严重.
随着城市和电网建设的发展，220kV变电所不断增加，其附近的供电负荷亦增多，在这情况下，为了充分利用变电所变压器低压绕组容量，减少电网变电重复容量、电能损耗及建设投资，近年来新建的220kV变电所要求低压侧出线供电的较多；对于一些原有的220kV变电所亦要求进行改造，增加低压侧出现供电。
国外的发展状况大体与我国相近，进入90年代后，其发展逐渐形成了以下三个突出的动向：
发电量的年增长率趋缓，而一些发展中国家，特别是亚洲国家仍维持较高的电力增长速度；电力技术的发展向效率、环保的更高目标迈进；电业管理体制和经营方式发生变革，由垄断经营逐步转向市场开放。
第1章设计要求及概述
1.1原始资料
1.1.1所在变电所建设规模
（1）类型：
220KV枢纽变电所
（2）最终容量：
根据工农业负荷的增长，需要安装两台220KV/110KV/10KV，容量为120MVA，容量比100/100/50的变压器，一次设计，两期建设。
1.1.2变电所与系统的连接情况
（1）变电所与220KV和110KV两个电力系统相连，并担负一个地区的供电，是一个枢纽变电所。
（2）变电所用两回线与220KV系统连接，用3回线路与110KV系统相连。
（3）将来有一座大型水电厂建成后，有两回220KV线路连至本变电所。
另有一座火电厂建成后，用2回110KV线路连至本变电所。
（4）本变电所有2回110KV线路与110KV地区电网相连。
（5）为了将来负荷发展需要，在220KV和110KV侧各留有一回线路作为备用。
（6）电力系统总装机容量465万KW。
1.2原始资料分析
此变电所为降压变电所，又为枢纽变电所，设置两台以上三绕组变压器以提高供电可靠性适用不同用户需要。
1.2.1变电所的性质、地理位置及自然条件
1.性质
主要向地区供电的枢纽变电所,与水、火两大电力系统连接。
2.地理位置
该变电所新建于所建的化工区，直接以110KV线路供地区工业用户符合为主。
3.自然条件
所区地势平坦、海拔800米、交通方便、有铁路、公路通过本所附近，属于四级典型气候区，周围环境较清洁，无污染影响。
1.2.2负荷资料
1.220KV侧共两条进线；
2.110kV侧最大综合负荷为120MW，功率因数为0.85,出线为4条；负荷情况如表1-1。
3.10kV侧最大综合负荷为25MW，功率因数为0.80,出线为14条。
负荷情况如表1-2。
表1-1110KV侧负荷情况
用户名称
最大负荷（Mw）
回数
化肥厂
8
2
重型机械厂
10
2
军工机械厂
8
2
汽车制造厂
7
2
纺织厂
7
2
机床厂
12
1
化工厂
6
1
市区变电所
10
2
表1-210KV侧负荷情况
用户名称
最大负荷（Mw）
回数
地区变电所
10
1
轴承厂
5
1
水泥厂
5
1
洗毛厂
5
1
1.2.3系统情况
图1-1变电所系统情况图
第2章电气主接线的确定
电气主接线是由高压电器通过连接线，组成接受和分配电能的电路，又称为一次接线或电气主系统。
主接线代表了发电厂或变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。
主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性、和经济性密切相关，并且对电气设备的选择，配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟订有较大的影响。
因此，必须正确处理好各个方面的关系，全面分析有关的影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的设计方案。
其中变压器和主接线的形式是变电所的关键部分，本章就是从这两个方面进行分析和设计的。
2.1主变压器的选择
变电所主变压器的台数对主接线的形式和配电装置的结构有直接关系。
显然变压器的台数愈少则主接线愈简单，配电装置所需的电气设备也愈少，占地面积愈少。
2.1.1主变压器台数选择
变电所是电力系统实现发、送、变、供电功能的重要环节,不仅承担着电网变电和配电任务,同时还承担着电力的转移。
合理地选择变电所主变压器台数,不仅可以减少停电、限电机率,提高电网运行的经济性、灵活性和可靠性,而且可以提高供电的电能质量。
所以变压器的选择必须考虑下面因素：
1.供电可靠性
保证供电的连续性无论对电力生产自身还是工业生产及人民生活都是至关重要的。
由于变压器故障停电造成的损失也是相当大的。
因此变电所设计技术规程中要求:
装有两台及以上主变压器的变电所中,当一台断开时,其余主变压器容量一般保证60%的全部负荷,但应保证用户的一级负荷和大部分二级负荷。
但世界上许多国家都要求保证率达90%以上,日本则要求100%。
在美国则要求任何一个元件事故不得引起停电。
我国《电力系统技术导则》中要求,突然失去任意元件（线路或变压器）时,不得使其他元件超过事故过负荷的规定。
在《城市电网规划设计导则》中要求:
一个变电所的主变压器台数（三相）不宜少于2台或多于4台。
仅从供电可靠性来说,变电所主变台数越多越好,但主变台数过多（如多于4台）则造成占地面积过大、投资高,给限制系统短路容量和低压侧布置及出线造成困难,而且变压器过负荷一般允许20%～30%（2h）,因此,变电所主变台数不必多于4台。
按n-1原则,保证一台变压器故障不引起其他变压器过负荷（或事故过负荷）来分析,当2台变压器时,为达到这一要求,2台同容量的变压器各自带50%～60%的负载。
而当变压器为3台时,则每台可带67%～80%的负荷。
当4台主变时,每台主变可带负荷至75%～90%。
因此从供电可靠性、变压器运行经济性看,220kV变电所规划主变台数为2台是可以的。
2.容载比和供电灵活性
变电容载比是区域供电网（特别是城网）内同一电压等级主变压器总容量（kVA）与对应的供电总负荷（kW）之比。
确定合理的容载比实际上就是确定合理的变电设备（即变压器）的备用容量。
容载比（备用容量）过大将导致电网建设投资增大,电能成本增加。
反之则使电网适应性差,调度不灵活,甚至发生“卡脖子”现象,供电可靠性降低。
从电网运行灵活性上看,变电所装2台主变,一主一备或各带50%～60%的负荷,便于管理。
实际上灵活性与可靠性是相互统一的,可靠性高必然要求具有较高的灵活性,只有具备灵活性才可能具备可靠性。
从灵活性出发,220kV主电所配置2台主变是必要的。
3.变电所投资
在保持同等供电可靠性（负荷保证率）及满足相同负荷需要条件下,一般主变台数少投资会相应少些。
市场经济条件下,要有较好的经济效益需要有一定规模,这就是所说的规模效益。
对变电所来说同样存在规模效益,变电所选择恰当的主变容量和台数,必然能降低投资和生产成本。
因此从变电所初投资、分期投资和过渡灵活性及取得规模经济效益上看,变电所规划配置2台主变是有利的。
4.占地面积
土地是人类赖以生存的基础。
随着社会的发展,土地显得越来越宝贵,特别是位于市区的城网变电的,其土地可谓“寸土寸金”。
因此,在规划变电所时节约占地具有十分重要的意义。
随着电压等级的升高,负荷密度的加大,人口的增长和耕地面积紧张,选一个变电所很不容易,而且要求变电所总变电容量越来越大,因而变电所按2台配置变压器是合理的。
2.1.2容量选择
由设计任务书给定的负荷资料：
110kV侧最大综合负荷为120MW，功率因数为0.85,可得:
由设计任务书给定的负荷资料：
10kV侧最大综合负荷为25MW，功率因数为0.80,可得:
所以,变电所的总负荷为：
所以所选择变压器
该变电所对电压要求：
高压侧，中压和低压侧为了弥补远距离输电过程中输电线路阻抗和变压器本身阻抗造成的电压损失，则变压器中、低压的额定值应为：
在选择变压器的容量时，可以选择一台主变压器和一台备用变压器。
也可以选择两台主变压器并列运行。
但是必须保证一台故障时另一台变压器能够维持一、二级负荷的正常运行。
故选用两台主变压器时，其单台的最小容量为：
2.1.3变压器类型的选择
变压器类型选择包括确定变压器的相数、绕组数与结构、绕组的接线方式，以及是否需要带负荷调压等。
在电力系统中为了简化配电装置，减少占地面积，应尽可能选用三相变压器。
只有在特大型变电所，由于变压器容量过大而发生制造困难或运输困难时，才考虑采用单相变压器组连接成三相变压器。
在此220/110/10kV变电所中，则应选择三绕组变压器，以减少变压器台数，简化配电装置。
通过查《220kV三绕组电力变压器的技术数据》可知，可供选用的电力变压器，见表2-1。
表2-1电力变压器参数
型号
额定容量MVA
额定电压kv
高压
中压
低压
高压侧
中压侧
低压侧
OSFPSL-120000
100
100
50
220
121
10.5
续表2-1电力变压器参数
型号
损耗kw
空载
高-中
中-低
高-低
OSFPSL-120000
145
13
8
23
单台变压器能提供的负荷：
S=100+50=150MVA
因此S＞Smin，所以选择的变压器符合要求。
2.2电气主接线确定
2.2.1电气主接线的基本要求
电气主接线是变电所电气部分的重要部分，它表明了变压器、线路和断路器设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。
所以，它的设计直接关系到全所电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。
由于电能生产的特点是：
发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。
因此，对电气主接线的基本要求，概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。
1.可靠性
对于一般电力系统来说，可靠性是指一个元件、一个系统在规定的时间内及一定条件下完成预定功能的能力。
电气主接线属于可修复系统，可靠性用可靠度表示，即主接线无故障工作时间所占的比例。
变电所主接线可靠性的要求程度，与其在电力系统中的地位和作用有关，而地位和作用则是由其容量、电压等级、负荷大小和类别等因素决定。
主接线可靠性的具体要求
①断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
②断路器或母线故障，以及母线或母线隔离开关检修时尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电。
③尽量避免变电所全部停电的可能。
2.灵活性
（1）调度灵活，操作方便。
应能灵活的切除变压器或线路，灵活的调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。
（2）检修安全。
应能方便的停运线路、断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求。
（3）扩建方便。
在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过渡到最终的接线，使在扩建时
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