220KV枢纽变电所电气部分设计Word下载.doc
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变电站根据它在系统中的地位，可分成下列几类：
1．枢纽变电站
它位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330~500的变电所，称为枢纽变电站。
全站停电后，将会引起系统解列，甚至出现瘫痪。
2．中间变电站
高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2~3个电源，电压为220~330kV，同时又降压供给当地用电，这样的变电站主要起中间环节的作用。
全站停电后，将引起区域电网解列。
3．地区变电站
高压侧电压一般为110~220kV，向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。
全站停电后，仅使该地区中断供电。
4．终端变电站
在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110kV，经降压后直接向用户供电的变电站。
全站停电后，只是用户受到损失。
1.2设计意义
电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。
它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。
电力是工业的先行。
电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。
我国具有极其丰富的能源。
这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础。
但是，旧中国的电力工业落后，无法将其利用。
不过，随着改革开放的深入发展，我国电力工业的发展很快。
到2000年，我国电力工业已跃升世界第2位，电力工业的发展为我国的国民经济的高速发展做出了巨大的贡献。
不仅如此，目前我国的电力工业已开始进入“大电网”、“大机组”、“超高压交、直流输电”等新技术发展的新阶段，一些世界水平的先进的高新技术，已在我国电力系统中得到了相应的应用。
另外，由于我国人口众多，由此在按人口平均用电方面，迄今不仅仍远远落后于一些发达国家，即使在发展中国家中，也只处于中等水平，尚不及全世界平均人口用电量的一半。
因而，要实现在21世纪初全面建设小康社会的要求，我国的电力工业必须持续、稳步地大力发展，一方面是要大力加强电源建设，搞好“西电东送”，以确保电力先行，另一方面，要继续深化电力体制改革，实施厂网分开、竞价上网，并建立起符合社会主义市场经济法则的、规范的电力市场。
展望未来，我们坚信，在新世纪中，中国的电力工业必须持续、高速地发展，取得更加辉煌的成就。
1.3原始资料
（1）为满足工农业负荷增长的需要，新建一座220KV枢纽变电所。
（2）系统用4条150km长的220KV线路向本所供电，系统等值电抗为0.001。
（3）110KV电压等级：
100km架空出线8回，每回平均输送容量20MW。
最大负荷180MW，最小负荷150MW，最大负荷运行时间Tmax=5500h，cosφ=0.85，一、二类负荷占70%。
（4）10KV电压等级：
15km电缆出线10回，每回平均输送容量1.8MW；
最大负荷25MW，最小负荷15MW，最大负荷运行时间Tmax=5000h，cosφ=0.85，一、二类负荷占55%。
2电气主接线的设计
2.1电气主接线概述
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。
它是变电站、发电厂电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。
1.电气主接线的指标有三个方面，即可靠性、灵活性、经济性。
⑴安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电安全可靠是电气主接线最基本得要
求。
主接线的可靠性不是绝对的，得联系具体实际来确定，如变电站在电力系统中的地位和作用、符合的性质和类别、设备的制造水平以及长期运行的的经验。
⑵灵活性是指电气主接线能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。
灵活性主要有以下及方面：
调度、操作、扩建的方便性。
⑶经济性是在保证可靠性及灵活性为前提的情况下的经济。
其主要从以下几方面
考虑：
降低一次投资、占地面积以及电能损耗。
2.电气主接线的设计主要包括以下方面：
⑴对原始资料的分析，其主要有以下方面：
工程情况、电力系统情况、负荷情况、
环境条件以及设备供货情况
⑵主接线方案的拟定及选择
⑶短路电流计算和主要电气设备选择
⑷绘制电气主接线图
⑸编制工程预算
2.2主接线的基本形式
电气主接线的方式住要有以下几种：
单母及单母分段接线、母及双母分段接线、带旁路的单母和双母接线、一台半及四分之三台断路器接线、变压器母线组接线、单元接线以及桥形接线。
1.单母
⑴单母接线，其主要优点是：
接线简单、操作方便、设备少、经济性好、易于扩
建。
缺点则是：
可靠性差（母线或母线隔离开关检修或故障是所有回路都得停止运行）、
调度不方便（电源只能并列运行不能分裂运行，并且线路侧发生短路是有较大的短路电流）。
一般适用于6～10kV配电装置不超过5回；
35～63kV配电装置出线回路不超过3
回；
110～220kV配电装置出线回路不超过两回。
⑵单母分段接线，与单母接线相比其供电更可靠灵活，对于重要的用户可从不同
段引出两回馈线。
但其要比单母接线要多一台或多台断路器及隔离开关的投资。
这种接线方式一般用于：
小容量发电厂的发电机电压配电装置，每段母线上所接
发电容量为12MW左右出线不超过5回；
变电站有两台主变是的6～10kV配电装置；
35～63kV配电装置出线4～8回；
110～220kV配电装置出线3～4回。
2.双母
⑴双母接线，其主要优点：
供电方便，调度灵活，扩建方便，便于实验。
缺点：
增加一条母线及每条回路的母线隔离开关的投资；
检修会故障时隔离开关的倒闸操作比较繁琐容易误操作。
广泛用于进线回路数较多、容量较大、出线带电抗器的6～10kV配电装置；
35～60kV配电装置出线超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；
110kV配电装置出线数为6回以上是；
220kV配电装置出线数为4回以上时。
⑵双母分段接线，与双母接线方式相比其增加了供电的可靠性，但同时增加了两
台断路器的投资。
一般使用双母分段的原则：
当出线回路数为10～14回时在一组母线上分段；
当出线回路数多于等于15时在两组母线上分段；
在双母分段接线中均装设两台母联兼旁路断路器；
为了限制220kV母线短路电流或系统解列运行的要求，可使用母线分段。
3.增设旁路母线
增设旁路母线可提高了供电可靠性，特别是在进出线检修时（包括其保护装置的
检修和调试）不中断对用户的供电，但同时会增加母线等投资。
他有三种接线方式：
①有专用旁路断路器的旁路母线接线②母联断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线③用分段断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线。
2.3主接线方案选择
2.3.1初定方案
由原始资料可知本变电站有两台三相变压器，各侧电压等级分别为：
220、110、
10kV。
220kV侧为进线端，有4回线；
110kV及10kV侧为负荷侧各自的出线回路数为8回、10回线。
为了满足工农业负荷增长的需要，由此拟定以下两种方案作为选择：
负荷增长的需要，由此拟定以下两种方案作为选择：
方案一
方案一220kV侧及110kV侧均采用双母线接线方式，10kV侧则采用单母分段。
图2.1方案一
方案二220kV侧采用双母线接线方式，110kV侧及10kV侧均采用有专用旁路断路器的单母带旁路接线方式。
2.3.2方案的比较
1.220kV侧
由于本变电站所供电地区有大量工农企业的集中地区供电的枢纽站。
供电对象为
工农业负荷等重要用户。
要求供电可靠高质量。
又考虑到随着城市的发展供电需求会不断上升，变电站进线回路要增加所以220kv侧采用双母接线方式是合理的。
2.110kV侧
由于220kV侧最大输入功率为205MW,110kV侧最大负荷为180MW，最小负荷为
150MW。
由此可见本变电站的主要负荷在110kV侧，所以110kV的可靠性要求比较高。
方案一采用双母接线方式，而方案二采用单母带旁路（有专用旁路断路器），两种方案的造价差不多，可靠性也差不多。
但相比之下双母接线方式其扩建较方便一些，而且设备检修时也没有单母带旁路接线方式那么复杂的隔离开关倒闸操作。
所以双母接线方式更为适合110kV侧。
3.10kV侧
方案一采用单母分段，方案二则采用单母带旁路母线的接线方式，方案二的投资
略高于方案一，但其可靠性较高。
但由于10kV侧虽然有10回出线，但其中有两条是备用回路，且本侧的最小负荷为15MW最大负荷也只有25MW，方案一完全能满足其要求，所以本侧接线方式选择单母分段较为适宜。
方案二
图2.2方案二
4.具体经济性比较
为确定某一规划设计方案，除了分析设计方案是否在技术上先进，可靠和适用外，
还要分析设计方案在经济上是否合理。
只有技术和经济上两个方面都合理的设计方案，才能实施。
因此，为实现电力建设项目决策的科学化，减少和避免投资失误，提高经济效益，对各规划设计方案必须进行技术经济分析，作为设计方案选择的主要依据之一。
经济性比较主要是对各种方案的综合投资和年运行量进行综合效益比较，为选择经济上的最优方案提供依据。
计算时，可只计算各方案不同部分的投资和年运行费，常用的技术经济分析方法有：
最小费用法；
净现值法；
内部收益率法；
抵偿年限法。
⑴.从电气设备的数目及配电装置上进行比较
表2.1隔离关与断路器数目
方案
项目
方案一
方案二
220kV配电装置
双母线
110kV配电装置
单母线旁路母线
10kV配电装置
单母线分段
主变台数
2
断路器的数目
220kV
7
110kV
11
10kV
13
隔离开关的数目
20
20
32
30
26
36
⑵．计算综合投资Z
Z＝（1＋a/100）（元）（2.1）
式中:
—为主体设备的综合投资,包括变压器﹑高压断路器﹑高压隔离开关及配电装置等设备的中和投资;
a—为不明显的附加费用比例系数,一般220取70％,110取90％.
主体设备的综合投资如下
综合考虑两种电气主接线方案的可靠性，灵活性和经济性，结合实际情况，确定第一种方案为设计的最终采用方案。
表2.2主变价格
主变容量MVA
每台主变的参考价格（万元/台）
变压器的投资（万元）
820
2×
820＝1640
表2.3220kV侧断路器投资
每台断路器的参数价格
（万元/台）
方案一断路器投资
（万元）
方案二断路器的投资
105
7×
105=735
105＝735
表2.4220kV侧隔离开关投资
每台隔离开关的参数价格（万元/台）
方案一隔离开关投资
方案二隔离开关的投资
5.5
20×
5.5＝110
表2.5110kV侧断路器投资
65
11×
65＝715
表2.6110kV侧隔离开关投资
2.5
32×
2.5＝80
30×
2.5＝75
表2.710kV侧断路器投资
13×
30＝390
表2.810kV侧隔离开关投资
1.7
26×
1.7＝44.2
36×
1.7＝61.2
表2.9两种方案经济性比较
主体设备总投资（万元）
综合投资（万元）
Z＝（1＋）＝3714.2×
（1＋0.7）＝6314.1
Z＝（1＋）＝3726.2×
（1＋0.7）＝6334.5
表2.10方案比较
项目
可靠性
灵活性
经济性
方案一220kv侧及110kv侧均采用双母线接线方式，10kv侧则采用单母分段
各侧都达到了可靠性要求
1.检修、调试相对灵活；
2.各种电压级接线都便于扩建和发展。
设备相对多，投资较大，但对供电可靠性的优先保障是必要的
方案二220kv侧采用双母线接线方式，110kv侧及10kv侧均采用有专用旁路断路器的单母带旁路接线方式。
1.检修、调试比较灵活；
相对于方案一经济性更差。
综上所述，本变电站电气主接线的设计采用方案一。
3主变压器的选择
3.1主变压器容量和台数的选择
3.1.1主变压器容量的选择
变电站主变压器容量的选择一般有以下几个原则：
⑴按变电所建成后5～10年得规划负荷选择，并考虑到远期10～20的负荷发展。
对于城郊变电站，主变容量的确定应与城市规划相结合。
⑵根据变电所的负荷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，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证一级、二级负荷的供电可靠；
对于一般性的变电所应保证一台主变压器停运时其余变压器容量能满足总负荷的70％～80％。
⑶同级电压的单台变压器的容量级别不应太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。
⑷本变电所主变压器容量的确定。
该变电站三个电压等级，且有大量一、二类负荷，所以应装设两台三相三绕组变压器。
110kV侧最大负荷180MW，10kV侧最大负荷25MW。
因此，总计算负荷为
（3.1）
根据主变压器容量的确定原则，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保
全部负荷的70%以上，可以确定单台变压器的额定容量：
0.7=0.7×
241.18=168.8（MW）（3.2）
（3.3）
经查阅相关资料，选择主变压器容量为240MVA。
3.1.2主变压器台数的选择
主变压器台数的选择一般有以下原则：
⑴对于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，变电所以装设两台变压器为宜。
⑵对地区性孤立的一次变电所或大型专用供电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
⑶对于规划只装设两台主变压器的变电所，其变压器应按大于变压器基础容量的1～2级设计，以便负荷发展时更换变压器的容量。
3.2主变压器型式和结构的选择
3.2.1相数的选择
主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求运输条件的因素。
特别是大型变压器更是要考虑其运输的肯能性。
一般相数选择有以下几个原则：
⑴当不受运输条件限制时，330kV及以下的变电所及发电厂都采用三相变压器。
⑵当发电厂与系统连的电压等级为500kV时，应在技术经济比较以后再做出决定选用三相变压器还是、两台半容量三相变压器或单相变压器组。
⑶对于500kV变电所，除需考虑运输条件外，应根据供电负荷及系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。
尤其是在建设初期，若主变压器是一组当一台单相变压故障，会使整组变压器退出运行，造成全所停电。
为此，要经过经济论证，来确定是选用单相还是三相变压器。
3.2.2绕组数量和联接方式的选择
1.绕组数量的选择
⑴最大容量为125MW及以下电厂，当有两种升高电压与用户供电与联系时，应采用三绕组变压器，各绕组的通过容量应达到变压器额定容量的15％及以上。
由于同容量等级的三绕组变压器要比双绕组变压器要贵40％～50％，运行维修也较为复杂，当台数过多数回造成中压侧短路容量过大。
因此要给予限制，一般两种升高电压等级的三绕组变压器不超过两台。
⑵对于200MW及以上的机组，考虑到运行的可靠、灵活及经济性问题一般不采用三绕组变压器。
⑶联络变压器一般应选用三绕组变压器，其低压绕组可接高压厂用启动／备用变压器或无功补偿设备。
⑷在有三种电压等级的变电所，如通过主变压器各侧绕组的功率达均达到该变压器额定容量的15％及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装无功补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。
对于具有直接将高压降为供电低压条件的变电所，为减少重复降压容量可采用双绕组变压器。
综上所述本变电所有三种电压等级，即220kV、110kV和10kV，主变宜采用三绕组变压器。
2.绕组接线方式的选择
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。
35kV以下电压，变压器绕组多采用△连接，故10kV采用△连接。
综上所述，本变电站主变压器220kV/110kV/10kV侧绕组对应的连接方式为丫/丫/△。
3.3主变压器的选择结果
由《电力工程电气设备手册：
电气一次部分》，选定本变电站主变压器为两台额定容量为240MVA，可带负荷调压的三绕组变压器。
主变压器的技术参数如下所示：
型号：
SFPS7-240000/220；
额定容量（kVA）：
240000；
额定电压（kV）:
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