220kv降压变电站电气一次设计.doc

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四川大学网络教育学院

本科生（业余）毕业论文（设计）

题目220KV降压变电所一次部分

初步设计

办学学院广西电力职业技术学院

教学部（校内/校外）校外

专业电气工程及自动化

年级05秋

指导教师王亚忠

学生姓名黄荣盒

学号BH1052V2076

2008年11月

220KV降压变电站一次设备初步设计

1、设计任务：

（1）选择本变电所主变的台数、容量和类型。

（2）设计本变电所的电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个较佳方案。

（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）设计和校验母线系统。

（6）进行继电保护的规划设计。

（7）进行防雷保护规划设计。

（8）220kV高压配电装置设计。

2、原始资料

2.1待设计变电所的电源，由双回220kV线路送到本变电所；在中压侧110kV母线，送出2回线路到炼钢厂；在低压侧10kV母线，送出12回线路；在本所220kV母线有两回输出线路。

该变电所的所址，地势平坦，交通方便。

（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220/110/10kV，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，由双回220kV线路送到本变电所；在中压侧110kV母线，送出2回线路到炼钢厂；在低压侧10kV母线，送出12回线路；在本所220kV母线有两回输出线路。

该变电所的所址，地势平坦，交通方便。

一、110kV和10kV用户负荷统计资料

110kV和10kV用户负荷统计资料见表1和表2。

最大负荷利用小时数Tmax=5500h，同时率取0.9，线路损耗5%。

表1110kV用户负荷统计资料

用户名称

最大负荷（kW）

回路数

重要负荷百分数（%）

炼钢厂

42000

0.95

2

65

表210kV用户负荷统计资料

序号

用户名称

最大负荷（kW）

回路数

重要负荷百分数（%）

1

矿机厂

1800

0.95

2

62

2

机械厂

900

2

3

汽车厂

2100

2

4

电机厂

2400

2

5

炼油厂

2000

2

6

饲料厂

600

2

摘要

本次毕业设计的主要任务是220KV降压变电站一次设备的计算及选择等。

变电站的初步设计，共分为任务书、参考文献、说明书和设计总结四部分，包括变电站的负荷计算、主变的选择、主接线的选择、短路电流的计算、各电压等级断路器的选择、各电压等级母线选择、各电压等级隔离开关的选择、电流互感器的选择、电压互感器的选择、继电保护配置、防雷保护、接地装置等内容。

论文内容主要介绍电器设备类型意义和选用，变压器的计算和选择、设计要点是变电站的发展过程、工作原理、控制方式和应用。

最后主要是整个方案系统的设计，包括计算，各种器具数量、类型的选择，和系统结构图、电气主接线图及电站平面设计图编写等。

最后是结束语，附录，谢词和参考文献等。

Abstract

Thegraduationproject'smaintaskisa220KVstep-downtransformersubstationequipmentselectionandcalculation.

Thepreliminarydesignofthesubstationisdividedintotasks,references,brochuresandfour-partsummaryofthedesign,includingthesubstationloadcalculation,thechoiceofmaintransformer,themainconnectionofchoice,short-circuitcurrentcalculations,thevoltageofthecircuitbreakeroptionThechoiceofbusvoltage,quarantinevoltageswitchoption,thechoiceofcurrenttransformer,voltagetransformerselection,configurationofrelayprotection,lightningprotection,groundingdevicesandsoon.

Themaincontentofthepaperintroducedthesignificanceandtypesofelectricalequipmentselection,calculationandchoiceoftransformers,thedesignfeaturesofthesubstationistheprocessofdevelopment,operationprinciple,controlandapplications.Finally,theentireprogramisthemainsystem,includingthecalculation,thenumberofkindsofapparatus,thetypesofchoices,andthestructureofthesystem,electricalwiringdiagramofthemainpowerstationandthepreparationofplans,suchasgraphicdesign.

Finally,concludingremarks,appendix,referencesandwordstothank,andsoon.

目录

前言…………………………………………………………………………………………………4

第1电气主接线选择……………………………………………………………………………..5

1.1.概述……………………………………………………………………………….………..5

1.2．主接线的接线方式选择……………………………………………………………………6

1.3变电所电气主接线的确定..................................................6

1.4主接线比较选择……………………………………………………………………………7

第2章主变压器容量、台数及形式的选择……………………………………………….….10

2.1．概述 ……………………………………………………………………………………..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主变容量的确定计算……………………………………………………………………...12

2.6．主变型号选择………………………………………………………………………………13

第3章短路电流计算……………………………………………………………………..…….14

3.1．概述………………………………………………………………………………….……..14

3.2．短路计算的目的及假设…………………………………………………….……….…….14

3.3短路计算……………………………………………………………………………..…….15

3.4等值网络简化………………………………………………………………………..…….17

3.5各短路点短路计算…………………………………………………………………..….….19

3.6．短路电流计算汇总表……………………………………………………..………….…….22

第4章电气设备的选择………………………………………………………..……………...22

4.1概述………………………………………………………………….…………………….22

4.2．限流电抗器的选择…………………………………………………….…………………...24

4.3．断路器的选择……………………………………………………….……………………...25

4.4.断路器选型计算………………………………………………………………………….…25

第5章隔离开关的选择………………………………………………………………………...31

5.1概述………………………………………………………………………………………....31

5.2隔离开关选型计算………………………………………………………………………....31

第6章母线的选择……………………………………………………………………………...33

6.1概述…………………………………………………………………………………….….33

6.2母线及电缆截面的选择…………………………………………………………………....33

6.3220kV、110kV主母线及10kV主变低压侧母线桥导体选择计算………………….…34

6.4．10kV最大一回负荷出线电缆………………………………………………………….…37

第7章支持绝缘子及穿墙套管的选择……………………………………………………..…38

7.1形式选择………………………………………………………………………………..….38

7.2动.热稳定校验…………………………………………………………………………..…39

第8章限流电抗器………………………………………………………………….………..…40

8.1选择限流电抗……………………………………………………………….…………..…40

8.2电压损耗校验………………………………………………………………….………..…..40

8.3残压校验……………………………………………………………………….…….….…..40

8.4动.热稳定校验………………………………………………………………………..……40

第9章电气总平面布置及配电装置的选择……………………………………..……….…….41

9.1概述………………………………………………………………………….……………..41

9.2高压配电装置的选择………………………………………………………………….....42

第10章继电保护规划设计…………………………………………………………………….44

10.1系统继电保护及自动装置…………………………………………………………………44

10.2继电保护配置原则………………………………………………………………….….....44

10.3．变电站主变保护的配置…………………………………………………………………..45

10.4．220、110、10kV线路保护部分………………………………………………………….46

第11章防雷及接地装置设计选择……………………………………………………………..46

11.1．概述……………………………………………………………………………………...46

11.2．防雷保护的设计…………………………………………………………………………….47

11.3避雷器参数计算与选择…………………………………………………………...………48

11.4220KV避雷器选择计算……………………………………………………….……….…48

11.5110KV避雷器选择计算……………………………………………………….…….…….48

11.610KV避雷器选择计……………………………………………………………….….…….49

11.7．接地电阻选型计算……………………………………………………………….………..50

11.8．接地装置的选型计算………………………………………………………………………50

第12章设计总结、致谢和参考文献……………………………………………………….……50

专业：

电气工程及其自动化

姓名：

蔡桂潮

前言

本次设计通过科学的发展观全面综合地理及负荷的发展趋势等因素对变电站的所址进行选择，再对拟定变电站的概述以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑。

确定了变电站的主接线然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了厂用变压器的容量及型号，从而完成了电气部分的设计。

本次设计中进行了短路电流计算，主要设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等）。

毕业设计是我们全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计或研究的综合性训练。

通过毕业设计我们把所学的知识系统的联系起来，培养我们综合运用各种知识来解决实际问题的能力，学习更多的设计思维，树立在实际工程基础上的创新观念，更好地把理论和实际结合起来，服务于工作。

第1章电气主接线选择

1.1.概述

主接线是变电站电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。

主接线的确定对电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

因此，必须正确处理好各方面的关系。

我国《变电站设计技术规程》SDJ2-79规定：

变电站的主接线应根据变电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。

1.1.1.可靠性：

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，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检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；

3）尽量避免变电站全部停运的可靠性。

1.1.2．灵活性：

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

1）为了调度的目的，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；

2）为了检修的目的：

可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；

3）为了扩建的目的：

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置等所需的改造为最小。

1.1.3．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，以节约一次设备的投资；要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备的投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；

2）占地面积小：

主接线要为配电装置布置创造条件，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，以简化布置。

3）电能损失少：

经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。

1.2．主接线的接线选择方式

电气主接线是根据电力系统和变电站具体条件确定的，它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，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。

而本所各电压等级进出线均超过四回，并且考虑到220kV侧会有功率穿越，所以采用有母线连接。

根据规划，可以发现本站将是地区性枢纽变电站，担负起保障整个地区负荷供给的重要任务，因此主接线考虑下列几种选择：

1、一个半断路器（3/2）接线

两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。

2、双母接线

它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。

如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。

对于，110K～220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。

3、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，两个元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。

为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。

当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断用这样节省了断路器及配电装置间隔。

1.3变电所电气主接线的确定

电气主接线是电力系统的重要组成部分，它的设计形式直接关系全所电气设备的选择和配电装置的布置。

它的设计应以设计任务书为依据，以国家有关经济建设方针、政策及有关技术规范为准则，结合工程具体特点来确定，要求安全可靠、稳定灵活、方便经济。

1.3.1主变压器容量和台数的选择

1.3.1.1主变压器的台数：

待设计变电站为大型的城市变电站，负荷较重（本期最大负荷42000KVA,远期最大负荷45000KVA），又因变电站负荷较为重要，且为终端变电站，要求电压质量是可以调节的，现在市场上生产的变压器的容量，选择1台变压器不能满足负荷的要求，我选择2台相同容量的变压器。

1.3.1.2主变压器容量：

根据运行经验，变压器的容量应保证在有一台检修的情况下，其他变压器能带全部负荷的70%，按任务书给定的资料（按远期最大负荷算），即1台主变的容量应满足70%的负荷需求，因此本设计的主变每台应带负荷为：

[45000×70%]/2=15750（KVA），所以我们选择的主变容量为31500KVA变压器。

1.3.1.3主变型式：

本设计220KV降压到110KV和35KV两个电压等级，因此采用三绕组变压器。

1.3.1.4调压方式：

根据地区及负荷的要求，变压器选择有载调压方式。

根据以上原则，查阅有关资料，选择的主变压器技术数据如下：

型号

SFSZ10-31500/220

容量

31500KVA

容量比

120/120/120

额定电压

高压

220±8×1.25%

中压

121

低压

38.5

联结组标号

YN，yn0,d11

损耗

空载

144KW

负载

480KW

空载电流

0.9%

阻抗电压

高-中

14%

高-低

24%

中-低

9%

1.4主接线比较选择

由设计任务书给定的负荷情况：

220kV出线4回，110kV出线4回（其中备用2回），10kV出线14回（其中备用2回），该变电站主接线可以采用以下两种方案进行比较：

1.4.1.方案一

1.4.1.1．220kV采用内桥接线方式，110、10kV采用单母段接线。

根据《电力工程电气设计手册》第一册可知，220kV出线5回以上、在系统中居重要地位时可考虑设计旁路母线，考虑到220kV近期4回，装设专用母联断路器和旁路断路器。

10kV出线14回（其中备用2回），可采用单母分段接线方式。

．方案一的接线特点

1）220kV采用内桥接线方式，并且设置专用旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，及不致影响供电可靠性。

2）110kV采用单母分段接线方式，并且设置专用分段断路器，具有分段单母线和一般双母线的特点，而且具有更高的可靠性和灵活性；使检修或故障时，不致母接线的固有运行方式，不致影响供电可靠性。

3）10kV侧采用单母分段接线时，接线简单清晰，设备少，操作方便等优点，重要用户可以用双回路接于不同母线段，保证不间断供电。

1.4.1.3．方案一接线的缺点：

220kV采用内桥线接线，运行时，操作步骤复杂、投资高、占地面积大，旁路断路器的继电保护整定比较复杂；不推荐上述方式。

方案二

1.4.2.1．220、110、10kV均采用单母分段接线方式。

1.4.2.2．方案二其接线方式的特点：

1）220、110kV单母分段接线，在其中一回母线检修或故障时，仍可保证有一回母线正常运行，不致影响供电可靠性；另外，220、110kV出线中重要线路全部采用双回路，其中一回发生故障或断路器检修时，仍可保证重要线路的供电可靠性。

2）10kV侧采用单母线分段接线，可以使重要负荷及所用电的供电从不同的母线分段取得。

当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。

8.1.3．方案二接线的缺点：

1）双母线在母线检修或故障时，隔离开关作为倒换操作电器，操作复杂，容易发生误操作；

2）当一组母线故障时仍短时停电，影响范围较大；

1.4.方案比较

1.4.3.2．投资费用对比

1.4.3.2.1．方案一综合投资ZA

主变部分：

Z1===199.2万元

220kV部分：

Z2===479.57万元

110kV部分：

Z3===259.83万元

10kV部分：

Z4===44.3万元

方案一综合投资为：

ZA=Z1+Z2+Z3+Z4=199.2+479.57+259.83+44.3=982.