220KV降压变电所电气设计Word文件下载.doc
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三、进度表
日期
内容
2011～2012秋
十五周-十六周
十七周-十八周
十九周
二十周
2011～2012春
第一周-第二周
熟悉资料
外部供电方案的设计
总降压变电站设计
输入、打印、准备答辩
答辩
完成日期
2011—2012学年秋第二十周
答辩日期
2011—2012学年春第一、二周
四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量：
1余建明、同向前、苏文成.供电技术（第3版）[M].北京：
机械工业出版社，2003
2陈跃.电气工程专业毕业设计指导[M].北京：
电力出版社，2003
3于永源《电力系统分析》[M].北京：
电力出版社，2008
4韩祯祥《电力系统分析》[M].浙江：
浙江大学出版社，2002
5刘学军《继电保护原理》[M].北京：
中国电力出版社，2004
6韩笑《电力工程专业毕业设计指导》[M].北京：
水电电出版社，2003
7张华《电类专业毕业设计指导》[M].北京：
机械工业出版社，2001
8《工厂常用电气设备手册》（上、下册、补充册）[M].北京：
电力出版社，2000
9吴天明《MATLAB电力系统设计与分析》[M].北京：
国防科技大学出版社，2004
10贺家李《电力系统继电保护原理》（增订版）[M].北京：
电力出版社，2004年9月
11姚春球《发电厂电气部分》[M].北京：
电力出版社，2004
12周泽存《高电压技术》（第二版）[M].北京：
翻译工作量：
翻译一篇与设计有关的英文资料，字数不得少于1000字。
附页
1.待建变电所基本数据
（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）.确定本变电所的电源，由双回220KV线路送到本变电所；
在中压侧110KV母线，送出2回线路；
在低压侧10KV母线，送出12回线路；
在本所220KV母线有三回输出线路。
该变电所的所址，地势平坦，交通方便。
2.110KV和10KV用户负荷统计数据
110KV和10KV用户负荷统计数据见表1、表2。
表1110KV用户负荷统计数据
用户名称
最大负荷（KV）
回路数
重要负荷百分数（%）
cos
炼钢厂
42000
2
65
0.95
表210KV用户负荷统计数据
序号
最大负荷（KW）
1
3
4
5
6
矿机厂
机械厂
汽车厂
电机厂
炼油厂
饲料厂
1800
900
2100
2400
2000
600
62
最大负荷利用小时数Tmax=5500h，同时率取0.9，线路损耗取5%。
3.待设计变电所与电力系统的连接情况
待设计变电所与电力系统的连接情况如图所示。
220kV变电站设计
摘要
本设计书主要介绍了220kV区域变电所电气一次部分的设计内容和设计方法。
设计的内容有220kV区域变电所的电气主接线的选择，主变压器、所用变压器的选择，母线、断路器和隔离刀闸的选择，互感器的配置，220kV、110kV、10kV线路的选择和短路电流的计算。
设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算，如220kV变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。
此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。
关键词：
变电站；
主接线；
变压器
220kVsubstationdesign
ABSTRACT
Thedesignofthebookintroducestheregional220kVelectricalsubstationdesignapartofthecontentanddesign.Thedesignofthecontentsoftheelectricalsubstation220kVmainregionalcablechoice,themaintransformer,thetransformerusedinthechoiceofbus,circuitbreakersandisolationswitchoption,theconfigurationoftransformer,220kV,110kV,35kVlinechoiceandshort-circuitcurrentcalculations.Thedesignofthemainhighpressurealsohadachoiceofelectricalequipmentandcomputing,suchascircuitbreakers,isolatingswitches,voltagetransformers,currenttransformersandsoon.Inaddition,alightningprotectiondesignandcomputing,increasedthesafetyoftheentiresubstation.
Keywords:
substation;
mainconnection;
transformer
目录
第一章引言……………………………………………………………………3
第二章电气主接线设计………………………………………………………5
一、电气主接线的设计原则…………………………………………………5
二、方案的拟定………………………………………………………………5
三、最佳方案的定……………………………………………………………5
第三章变压器的选择………………………………………………………6
一、主变选择……………………………………………………………6
二、变压器形式的选择…………………………………………………………6
第四章短路电流计算………………………………………………………17
一、等值电抗计算……………………………………………………………17
二、220kV侧短路……………………………………………………………17
三、110kV侧短路……………………………………………………………17
四、10kV侧短路……………………………………………………………17
第五章电气设备的选择……………………………………………………19
一、220kV断路器.隔离开关的选择………………………………………19
二、110kV断路器.隔离开关的选择………………………………………19
三、10kV进线断路器.隔离开关的选择……………………………………20
四、电压互感器的选择……………………………………………………20
五、电压互感器的选择……………………………………………………20
六、母线的选择……………………………………………………………20
第六章防雷和接地设计………………………………………………………31
一、防雷设计……………………………………………………………31
二、接地设计………………………………………………………………31
致谢…………………………………………………………………………58
参考文献………………………………………………………………………59
心得……………………………………………………………………………60
第一章引言
电力事业的日益发展紧系着国计民生。
它的发展水平和电气的程度，是衡量一个国家的国民经济发展水平及其社会现代化水平高低的一个重要标志。
党的十六大提出了全面建设小康社会的宏伟目标，从一定意义上讲，实现这个宏伟目标，需要强有力的电力支撑，需要安全可靠的电力供应，需要优质高效的电力服务。
本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。
通过对原始资料的分析、主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电器设备的选择及校验、线路图的绘制以及避雷器针高度的选择等步骤、最终确定了220kV变电站所需的主要电器设备、主接线图以及变电站防雷保护方案。
通过本次毕业设计，达到了巩固课程的理论知识，掌握变电站设计和防雷保护设计的基本方法，体验和巩固我们所学的专业基础和专业知识的水平和能力，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题，培养我们独立分析和解决问题的能力的目的。
务求使我们更加熟悉电气主接线，电力系统的潮流及短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，并在设计中增新、拓宽。
提高专业知识，拓宽、提高专业知识，完善知识结构，开发创造型思维，提高专业技术水平和管理，增强计算机应用能力，成为一专多能的高层次复合型人才。
待建变电所在城市近郊，其设计目的是向开发区的炼钢厂供电，还向附近的地区负荷供电。
该变电所的所址靠近负荷中心，有利于电能的传输。
该变电所的设计还与附近工矿企业的规划相协调，便于架空线路和电缆线路的引入。
本变电所所处的地理位置优越，地势平坦、交通条件便利有利于大型设备的运输和安装。
待建变电所为220KV降压变电所，该变电所设计要求有三个电压等级分别220/110/6KV。
该变电所高压侧220KV母线有3回出线向负荷供电；
中压侧110KV母线送出2回线路向附近炼钢厂供电；
在低压6KV母线送出12回线路向地区负荷供电。
因此，根据变电所的电压等级和出线回数结合变电所的分类标准，可知该所在系统中有较高的地位，可以确定本变电所为地区变电所。
第二章主变的选择
一、主变选择
变压器是变电所中最重要的和最贵重的是设备，变压器的选择在变电所中是比较重要的。
它是变电站中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送，分配和利用。
变压器的分类方法比较多，按功能分有升压变压器和降压变压器，按相数分有单相和三相变压器，按绕组导体的材质分有铜绕组和铝绕组变压器，按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式，干式两大类，其中油浸式变压器又有油浸自冷式，油浸风冷式，油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。
而干式变压器又有浇注式，开启式，充气压（SF6）等。
按用途又可分为普通变压器和特种变压器，按调压方式分有无载调压变压器和有载调压变压器。
安装在总降压变电所的变压器通常被称为主变压器，6~10KV/0.4KV的变压器常被叫做配电变压器。
在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。
高损耗变压器已被淘汰，不在采用，在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器，供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9，S10-M，S11，S11-M等）；
对于高建筑，地下建筑，发电厂化工等单位对消防要求较高的场所，宜采用干式电力变压器（SC，SCZ，SG3，SG10，SC6等）；
对电网电压波动较大的，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器（SZ7，SFSZ。
SGZ3等）降压变电所主变压器台数和容量的确定。
主变压器的选择原则
选择主变压器台数时应考率下列原则：
应满足用电负荷对供电可靠性的要求,对供有大量一、二级负荷的变电所,应采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器对一二级负荷继续供电.对只有二级负荷而无一级负荷的变电所,也可以只采一台变压器,但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源或另有自备电源。
（1）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所也可以考虑采用两台变压器。
（2）除上述两种情况外,一般车间变电所宜采用一台变压器.但是负荷集中且容量相当大的变电所,虽为三级负荷,也可以采用两台变压器。
（3）在确定变电所主要变压器台数时,应适当考虑负荷的发展留有一定的余地。
（一）变压器容量的选择
主变容量选择应考虑：
（参考《电力工程电气设计手册》一中的第五章）
（1）主变容量选择一般应按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。
（2）根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；
对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60％。
（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。
（主要考虑备用品，备件及维修方便。
）
由计算结果得知应选择容量为SFPSL-63000/220型。
（二）主变台数的考虑原则及台数的选择
（1）对大城市的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。
（2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。
（3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。
由以上分析知应选择两台主变。
二、变压器型式的选择
（一）相数的选择
由相应规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便，也不是由于容量过大而无法解决制造问题宜采用三相变压器，结合以上分析，此变电所应采用三相变压器。
（二）绕组数和绕组连接方式的选择
参考《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：
在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15％以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。
故该市郊变电所主变选择三绕组变压器。
参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：
变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。
电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要选择的连接方式。
而6-10KV侧采用△型的连接方式。
故该市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为：
。
（三）主变阻抗和调压方式的选择
参考《电力系统电气设计手册》和相应规程中指出：
变压器各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应以对工程起决定性作用的因素来确定。
变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。
调压方式是指采用有载（带负荷）调压还是手动（不带负荷）调压方式。
规程规定：
在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式（手动调压方式的变压器便宜、维修方便）。
近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器的质量的提高，作为城市变电站，一般也都用有载调压方式。
综合以上分析本设计中此变电站的主变宜采用有载调压方式。
（四）主变压器的冷却方式
根据型号有：
自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。
按一般情况，220KV变电站宜选用自然风冷式。
（五）全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决
在110KV及以上的中型点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。
220KV，110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。
10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。
第三章主接线设计
一、接线设计原则
电气主接线的设计是变电站设计的主体，是电力系统原始数据及变电站运行的可靠性、经济性要求密切相关。
主接线的确定对电力系统的安全、稳定、灵活，经济运行以及变电站电气设备选择，配电装置的布置，会有直接的影响。
因此，主接线必须结合电力系统、变电站具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理他们之间的关系，经过技术、经济的比较，合理选择主接线方式。
变电站电气主接线的可靠性、灵活性和经济性是一个综合的概念，不能单独的强调其中的某一特性，也不能忽略其中的某一特性。
但根据变电站在系统中的地位和作用的不同，对变电站电气主接线的性能要求也有不同的侧重。
例如系统中的超高压、大容量枢纽变电站，因停电会对系统和用户造成重大损失，故对其可靠性要求就特别高；
系统中的中小容量中间变电站或终端变电站，因停电对系统和用户造成的损失较小，这类变电站的数量特别大，故对其主接线的经济性就要特别重视。
（一）主接线的设计原则
（1）考虑变电站在电力系统中的地位和作用。
（2）考虑远期发展规模。
（3）考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响。
（4）考虑主变压器台数对主接线的影响。
（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。
（二）主接线的基本要求
（1）可靠性
（2）灵活性
（3）经济性
考虑以符合设计要求，国家政策，技术规定为准。
结合实际，保证供电在可靠调度灵活等满足前提条件下来节省投资。
二、方案的拟定
各接线形式的优缺点及应用范围
（一）单母线接线
（1）优点：
接线简单清晰，设备少，操作方便，便于矿建和采用成套配电装置。
（2）缺点：
不够灵活可靠，任一组件或故障及检修均需使整个配电装置停电。
（3）适用范围：
一般只适用于一台发电机或一台主变压器的情况。
本次设计使用两台主变压器，并且10kV侧要求供电的可靠性高，所以不能采用単母线接线。
（二）单母线分段接线
这种接线除具有单母线接线的简单、清晰，采用设备少、操作方便、扩建容易等优点外，增加分段断路器后，提高了可靠性。
因此，这种接线的应用范围也比单母线接线广。
其缺点是当分段断路器故障时，整个配电装置会全停；
母线和母线隔离开关检修时，该段母线上连接的组件都要在检修期间停电。
①用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。
②当一段母线上发生故障时，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段回路的母线都要在检修期内停电。
②出线双回时，常使架空线交叉跨越。
③扩建时需要向两个方向均衡扩建。
6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上，110~220kV配电装置出线回路数为3~4回。
本次设计10kV侧配电装置虽有特殊重要的I、II类用户化学工业、医院等，不允许停电检修断路器。
但由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断涌现。
因此，断路器本身需要检修的几率不断减小，而每次检修时间又非常短，故可使用単母分段接线方式。
此外，110kV和220kV侧也考虑采用単母分段接线方式。
（三）双母线接线
①供电可靠②调度灵活③扩建方便④便于试验。
①增加一组母线和使每回路要增加一组母线隔离开关②当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。
①6~10kV配电装置。
当短路电流较大，出线需要带电抗器时。
②110~220kV配电装置。
出线回路数为5回及以上时，或当110~220kV配电装置在系统中占重要地位且出线回路数为4回及以上时。
根据本次设计的原始资料，220kV侧出线回路数及其配电装置的重要性都不满足装设双母接线的条件。
110kV侧可以适当考虑。
（四）桥形接线
桥形接线分内桥式或外桥式，前者，桥连断路器设置在变压器侧，而后者，桥连断路器则在线路侧。
（1）内桥形接线
优点：
高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。
缺点：
①变压器的投入和切除较复杂。
②桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。
③出线断路器检修时，线路需较长时间停运。
适用范围：
较小容量的发电厂，变电站且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。
本次设计中，220kV侧满足这个要求，且较经济。
可考虑选用。
（2）外桥形接线外桥接线是连接桥断路器在线路断路器的外侧
同内桥形接线。
①线路的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，并有一台断路器暂时停运。
③变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。
适用于较小容量的发电厂或变电站，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。
此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥接线。
（五）双母线分段接线
双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个组件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。
而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。
（六）可选方案的确定
综合比较后，本次设计中拟定了三种主接线方式：
方案一：
220kV采用双母线接线、110kV、10kV侧均采用单母分段接线，如图3.1；
图3.1主接线方案一
方案二：
220kV和110kV侧采用双母线接线、10kV侧采用单母分段接线，如图3.2；
图3.2主接线方案二
方案三：
220kV侧采用双母线接线，110kV侧采用内桥接线，10kV侧采用单母分段接线，如图3.3。
图3.3主接线方案三
三、最佳方案的确定
方案一与方案二比较，在于方案二110kV侧采用了双母线接线形式，而方案一则采用了单
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