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1、. 设 计 说 明 书 设计说明书一、概 述1.1 设计依据及原则根据江苏省35-220 kV变电所设计技术导则（2002）、220-500kV变电所所用电设计技术规程（DL/T 5155-2002）、220-500kV变电所设计技术规程（DL/T 5218-2006）、35-110 kV变电所设计规范（GB50059-1992）、继电保护和安全自动装置技术规范（GB14285-2006）、高压配电装置设计技术规程（DL/T 5352-2006）以及给定的“电力系统自动化专业”毕业设计任务书，并依据5-10年电力系统发展规划进行设计，力求做到供电可靠、调度灵活、检修方便和投资经济。1.2系统概
2、况待建变电所的电压等级为220kV/110kV/10kV，220kV是本变电所的电源电压，110kV和10kV是二次电压。待建变电所位于城市近郊，地势平坦，交通方便，主要承担开发区炼钢厂供电任务，另外还有变电站附近的汽车厂、电机厂、矿机厂、机械厂、炼油厂、饲料厂等重要用户。220kv 4回出线作为本所电源，2回线来自系统，2回线来自相临变电站，110kv 2回出线供炼钢厂负荷，10kv 11回出线供周围负荷。该变电所为枢纽变电所。1.3设计规模 1.110KV线路2回，最大负荷为43MW. 负荷功率因数0.95. 2.10KV出线共11回，本侧最大出线总负荷为9.3MW，负荷功率因数平均为0.
3、85。 3.年最大负荷利用小时数Tmax=5600小时，同时率0.9，线路损耗6。1.4环境条件1.当地年最高温度40 。2.最热月（7月）平均温度28。二、主变压器的选择1.主变压器形式的选择1.1相数的确定根据220500kV变电所设计技术规程（DL/T 5222-2005）第7.7.2条规定，“与电力系统连接的220330kV变压器若不受运输条件的限制，应选用三相变压器。” 本变电所“地势平坦，交通方便”，应当选用三相变压器。1.2绕组数确定根据220500kV变电所设计技术规程（DL/T 5222-2005）第7.2.4条 220330kV具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组
4、的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器，当中性点接地方式允许时采用自耦变压器。根据待建变电所电压等级和负荷情况，选择三绕组变压器。1.3调压方式的确定 用户为钢厂、厂矿生产企业，电压波动大，用户对供电质量要求较高，需要经常调压，故选择有载调压变压器2.主变容量和台数的确定 相关的设计规范规定：选择的变压器容量Se需要满足下列两个条件：Se0.7Smax;SeSimp。其中，Smax为变电所的最大负荷容量；Simp为变电所的全部重要负荷容量 通过计算（详见计算书），最后选择变压器的容量Se=40000KVA。考虑到重要负荷较多及今后的发
5、展，故选择2台主变压器 综上所述：该变电所选择2台3相3绕组有载调压变压器型号为 SFSZ-40000KVA/220+81.25%/121/10.5主要技术参数如下：额定容量比：100/100/50 额定电压比：220+81.25%/121/10.5联系组标号：YN，a0，d11空载损耗P0：38KW空载电流I0：0.9%阻抗电压：U（1-2）% = 10 U（1-3）% =30 U（2-3）% = 20三、主接线的确定变电所主接线的设计应根据变电所在电力系统中的地位、出线回路数、设备特点、负荷性质、周围环境及变电所的规划容量等条件和具体情况确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方面、节约投资
6、和便于扩建等要求。主接线的可靠性和经济性应综合考虑，在满足技术要求前提下，尽可能投资省、占地面积少，电能损耗少，年费用（投资与运行）为最小。 1.220KV接线方式方案一：采用单母线带旁路母线，该接线简单清晰，投资较小，运行操作简单，任一出线或主变间隔短路器检修，不需对外停电，但母线检修或故障时220KV配电装置需要全停。考虑到钢厂、厂矿用户的重要性，该接线方式不宜采用。方案二：采用双母接线，该接线双回电源进线，两台主变运行在不同母线上，负荷分配均匀，调度灵活方便，运行可靠性高，任一母线检修不会影响线路送电，母线故障时也只影响部分负荷。 由于考虑到负荷重要性，目前SF6短路器可靠性较高，采用双
7、母接线供电可靠性亦能得到可靠保证，故采用双母接线方式。 2.110KV接线方式(110KV 2回出线) 方案一:可采用线路变压器组，投资少，接线简单清晰，缺点变压器检修或故障时，线路只有一条运行，降低了用户的供电可靠性。 方案二:采用内桥接线，也是比较经济的接线方式，线路停电方便，变压器停电相对复杂，但考虑供电可靠性, 故110KV系统采用内桥接线方式。 3.10KV接线方式 10KV 11条出线，重要用户均采用双回路，由于10KV断路器性能可靠，不考虑增设旁路。考虑到系统无功负荷较大，为改善系统电压，同时提高变压器的输送能力，增设二组10KV电容器。10KV系统采用单母分段接线方式亦能满足供
8、电可靠性要求。变电所主接线见图四、短路电流计算为了保证电力系统安全运行，在设计选择电器设备时，都要用可能流经设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置能够自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和电气设备的选择均需要短路电流数据。因此短路电流计算是变电所设计的重要内容之一。系统在不同运行方式下的短路电流（KA）短路地点运行方式IIt/2ItIsh220KV侧双母线并列运行39.05823.4823.18799.425110KV侧两台主变并列运行3.8043.8043.80
9、49.682一台主变停运1.9511.9511.9514.96610KV侧两台主变并列运行8.7018.7018.70122.149一台主变停运4.3744.3744.37411.134注：短路电流计算详见短路电流计算书五、电器设备的选择、校验 一、选断路1. 220KV高压断路器的选择（1）选断路器型号考虑单条线路代台变压器时最大长期工作电流：Igmax=2Se/(3Ue)=240000/(3220)=209.95(A)根据Ue=220KV、Igmax=110A(线路考虑单线带两台变压器最大电流209.5A)及室外布置的要求，由于220KV断路器额定电流均大于209.5A，主变断路器、线路断
10、路器选型号为LW1-220/2000断路器，其额定技术数据：Ue=220KV，Ie2000A，额定开断电流Ibr=40KA,动稳定电流Imax=100KA,热稳定电流It40（4s）。（2） 校验开断能力Ibr=40KA I39.058KA，断路器开断电流满足系统短路容量的要求。（3） 校验动稳定Ish=2Km I=21.839.058=99.425KA1s,故可不计非周期分量的发热影响。Qk（I210I2(t/2)+It2）t/12=(39.0582+1023.482+23.1872)2.6/12=1641.54KA2S I3.804KA，断路器开断电流满足系统短路容量的要求。（2） 校验动
11、稳定Ish=2Km I=21.83.804=9.683KA1s,故可不计非周期分量的发热影响。Qk（I210I2(t/2)+It2）t/12=(3.8042+103.8042+3.8042)2.1/12=30.4KA2S I8.701KA，断路器开断电流满足系统短路容量的要求。（3） 校验动稳定Ish=2Km I=21.88.701=22.149KA1s,故可不计非周期分量的发热影响。Qk（I210I2(t/2)+It2）t/12=(8.7012+108.7012+8.7012)2.1/12=18.27KA2S I8.701KA，断路器开断电流满足系统短路容量的要求。（3）校验动稳定Ish=2
12、Km I=21.88.701=22.149KA1s,故可不计非周期分量的发热影响。Qk（I210I2(t/2)+It2）t/12=(8.7012+108.7012+8.7012)2.1/12=18.27KA2S100KA,满足要求。（3）校验热稳定因tk=2.6s1s,故可不计非周期分量的发热影响。Qk（I210I2(t/2)+It2）t/12=(39.0582+1023.482+23.1872)2.6/12=1641.54KA2S5024=10000 KA2S,满足要求。以上计算表明，选GW10-220/1600A隔离开关可满足要求。220KV隔离开关的选择结果设备选型计算数据技术数据UN(
13、KV)Igmax(KA)ish(KA)QK(KA2S)UN(KV)IN(KA)Ies(KA)I2tt(KA2SGW7-220/2500A2200.1499.4251641.542202500125100002. 110KV隔离开关选择（1）选隔离开关型号单台变压器最大长期工作电流：Igmax=1.3Se/(3Ue)=1.340000/(3121)=273.9(A)根据Ue=110KV、Igmax=273.9A及室外布置的要求，主变隔离开关、线路隔离开关选型号为GW4-110/1250A，其额定技术数据：Ue=110KV，Ie1250A，动稳定电流Imax=50KA,热稳定电流It20KA（4s
14、）。（2）校验动稳定Ish=2Km I=21.83.804=9.683KA1s,故可不计非周期分量的发热影响。Qk（I210I2(t/2)+It2）t/12=(3.8042+103.8042+3.8042)3.1/12=30.4KA2S Igmax=1154.7(A)满足母线正常发热的要求。（2）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面，还应按下式校验其在短路条件下的热稳定：SSmin=Qd1/2/C=Iootdz1/2/C式中：S导体截面（mm2）Smin热稳定决定的导体最小允许截面（mm2）Qd短路电流的热效应（A2s）C热稳定系数，取C=90Ioo稳态短路电流（KA）Tdz热稳定的短路计算时
15、间（s）设主保护动作时间tb=0.05s，断路器全开断时间为tkd=0.1s则短路电流持续时间为tr=tb+tkd=0.05+0.1=0.15s周期电流热效应QPQk（I210I2(t/2)+It2）t/12=(8.7012+108.7012+8.7012)2.1/12=158.99KA2S由于tr=0.11s259.28mm2，满足热稳定要求。（3）动稳定校验：f0=112rI/l2=1122.3121.55104/1202=278(HZ)rI-布置方式惯性半径，L绝缘子跨距（取120mm），材料系数因f0=278HZ 155 HZ，故1，不考虑母线共振问题。变压器出口短路时ish=2.55
16、14.122=36.01(KA)母线截面系数（两片平放）：W0.333bh2=0.3330.0080.0082=17.0510-6(3)作用在母线上的最大电动力及相间应力f=0.173i2sh/a=0.17336.012/0.4=560.83(N/m)=M/W= fL2/(10W)= 560.831.22/(1017.0510-6)=4.74106(Pa)查表a1=70106(Pa) 4.74106(Pa) 满足动稳定要求。2.母线桥支持绝缘子选择根据母线额定电压10.5KV和屋外装设的要求，选用ZS-10,高度210mm，机械破坏负荷4900 N.作用在绝缘子上的电动力：F=0.173i2s
17、hL/a0.17336.0121.2/0.7384.57(N)0.6Fp=0.64900N=2940 N,因母线为两片平放，此时FF，可以认为F作用在绝缘子冒处。由于F384.57N 237.8 N, 满足动稳定要求。4.10KV母线选择 （1）母线距离较短按最大长期工作电流选择，考虑单台变压器带10KV全部负荷：Igmax=(1900+1000+2100+2000+1800+500)/0.85(310.5)=601.61(A)选单条矩形母线截面636.3396.9（mm）按导体平放，其Ial=872A,KF=1.02 ,计及温度修正K=(70-28)/(70-25)=0.93KIal=0.9
18、3872=810.96(A) Igmax=601.61 (A)满足母线正常发热的要求。（2）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面，还应按下式校验其在短路条件下的热稳定：SSmin=Qd1/2/C=Iootdz1/2/C式中：S导体截面（mm2）Smin热稳定决定的导体最小允许截面（mm2）Qd短路电流的热效应（A2s）C热稳定系数，取C=90Ioo稳态短路电流（KA）Tdz热稳定的短路计算时间（s）设主保护动作时间tb=0.05s，断路器全开断时间为tkd=0.1s则短路电流持续时间为tr=tb+tkd=0.05+0.1=0.15s周期电流热效应QPQk（I210I2(t/2)+It2）t/1
19、2=(8.7012+108.7012+8.7012)2.1/12=158.99KA2S由于tr=0.15s143.17mm2，满足热稳定要求。（3）动稳定校验：f0=112rI/l2=1122.3121.55104/1202=278(HZ)rI-布置方式惯性半径，L绝缘子跨距（取120mm），材料系数因f0=278HZ 155 HZ，故1，不考虑母线共振问题。变压器出口短路时ish=2.5514.39=35.31(KA)母线截面系数（单片平放）：Wbh2/6=0.00630.0632/6=2.510-5(3)作用在母线上的最大电动力及相间应力f=0.173i2sh/a=0.17335.312/
20、0.2=1078.48(N/m)=M/W= fL2/(10W)= 1078.481.22/(102.510-5)=6.21106(Pa)查表a1=70106(Pa) 6.21106(Pa) 满足动稳定要求。5.母线支持绝缘子选择根据母线额定电压10.5KV和屋内装设的要求，选用ZNA-10,高度125mm，机械破坏负荷3675 N.作用在绝缘子上的电动力：F=0.173i2shL/a0.17335.3121.2/0.21294.17(N)0.6Fp=0.63675N=2205 N,因母线为单片平放，此时FF，可以认为F作用在绝缘子冒处。由于F1294.17N 2205 N，满足动稳定要求。母线
21、桥和汇流母线的选择结果设备名称选择结果S(mm)放置方式Iy(A)(106Pa)Igmx(A)Smin(mm)(106Pa)汇流母线636.3平放810.9670625.7148.686.21母线桥2(808)平放1326.6701154.7143.174.74支柱绝缘子、穿墙套管的选择结果设备名称安装地点类型型号0.6Fph(N)Fj(N)支持绝缘子母线桥户外ZS-102940399.23户内ZNA-1022051397.3穿墙套管汇流母线户外CWLC-107350237.8备注6.10KVPT高压熔断器选择熔断器是用于保护短路和过负荷的最简单的电器，但其容量小，保护性能差熔断器内装有石英砂
22、，短路时熔丝熔化后渗入石英砂狭缝中迅速冷却，使电弧迅速熄灭6.110KVPT高压熔断器选择PT高压熔断器选择其额定电压高压或等于所在电网的额定电压，额定电流通常为0.5A选RN2-10,额定电流0.5A，最大开断容量1000MVA，最大切断电流17KA，最小切断电流0.61.8AI=8.701KA17KA满足切断故障电流要求6.210KV所用变高压熔断器选择所用变高压熔断器选择其额定电压高压或等于所在电网的额定电压，额定电流通常为3A选RN2-10,额定电流3A，最大开断容量1000MVA，最大切断电流17KA，最小切断电流0.61.8AI=8.701KA17KA满足切断故障电流要求10KV所
23、用变、压变高压侧熔断器情况列表安装地点型号选择结果INBR(KA)计算结果I(KA)所用变高压侧RN2-10/3178.701压变高压侧RN2-10/0.5178.701备注六、所用电的接线方式与所用变的选择1.所用电的接线为了保证所用电系统的可靠性，所用电分别从10KV两段母线上引接为了节约投资，所用变压器采用隔离开关加高压熔断器与母线相连其低压侧采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。2.所用变所用变负荷计算采用换算系数法，按下式计算：S=（K1P1+P2）/0.85式中：S所用变压器容量（KVA）K1 所用动力负荷换算系数，一般取0.85P1 所用动力负荷之
24、和（KW）P2 照明及电热负荷之和（KW）则所用电负荷S=（0.8520+20）/0.85=43.52（KVA）考虑到环境温度的影响及适当估计到变压器允许过载能力，即 KoKfSeS式中：Se所用变压器额定容量 Ko对应于全年周围空气温度修正系数，取Ko=0.95 Kf允许过负荷倍数，取Kf=1.04则所用变压器额定容量Se43.52/（0.951.04）=44（KVA）故所用变选择S950/10型变压器，额定电压105%/0.4KV。七、配电装置1.所址选择变电所的所址选择应根据本地区电力系统远景发展规划，综合考虑电网结构，负荷分布、城建规划、土地征用、出线走廊、交通运输、水文地质、环境影响
25、、地震烈度和职工生活条件等因素，通过技术比较和经济效益分析，选择最佳方案。2.220KV配电装置确定方案考虑到施工、运行操作、检修方便和占用土地等因素，经综合考虑，220KV配电装置采用屋外高型布置，配电装置按双母线布置，单框架结构，框架中布置两层主母线及隔离开关，框架外侧布置断路器、电流互感器及隔离开关。3.110KV配电装置确定方案110KV配电装置采用内桥接线屋外中型布置型布置。4.10KV配电装置确定方案10KV母线分段接线采用屋内成套开关柜单层双列布置，配电装置按单布置。八、电压互感器的配置1.电压互感器选择1.1 220KV电压互感器选择220KV电压互感器户外安装，一次绕阻接于电
26、网相电压，二次绕阻额定电压为100，220KV电网为中性电接地系统，电压互感器辅助绕阻额定电压为100为满足测量和保护要求选用三只单相电容式电压互感器，型号：YDR-220，额定变比2200.10.1一次绕阻接于电网相电压，二次绕阻额定电压为100，准确度级0.5、3P级，额定容量150VA,最大容量1200VA.1.2 110KV电压互感器选择110KV电压互感器户外安装，一次绕阻接于电网相电压，二次绕阻额定电压为100，110KV电网为中性电接地系统，电压互感器辅助绕阻额定电压为100为满足测量和保护要求选用三只单相电容式电压互感器，型号：YDR-110，额定变比1100.10.1，准确度
27、级0.5、3P级，额定容量150VA,最大容量1200VA.1.3 10KV电压互感器选择10KV电压互感器为户内开关柜内安装，10KV系统为小电流接地系统，一次绕阻接于电网相电压，二次绕阻额定电压为100，10KV电网为中性点不接地系统，电压互感器辅助绕阻额定电压为100电压为互感器除供测量仪表外，还用来作交流电网绝缘监视，为满足测量和保护要求选用三相五柱式电压互感器，型号：JSJW-10,额定变比100.10.1准确度级0.5额定容量120VA,最大容量960VA.2.电流互感器选择电流互感器的选择，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。并满足正常工作条件、短路稳定性、承受过电压能力等
28、技术条件及一定的环境条件。具体要求：一次电压和电流应和所接入电网的额定电压和电流相一致；二次侧所接的负载容量不应超出其准确级所允许的容量。2.1 220KV电流互感器选择最大长期工作电流：Igmax=1.05Se/(3Ue)=1.0540000/(3220)=110(A)选电流互感器型号LCWB2-220W,额定变比2005，准确度级0.2,级2.2 110KV电流互感器选择最大长期工作电流：Igmax=1.05Se/(3Ue)=1.0540000/(3121)=200.4(A)选主变电流互感器型号LCWB6-110B,额定变比2505，准确度级0.2,级考虑到线路电流互感器既要满足主变保护要
29、求，又要满足线路保护要求选LCWB6-110B额定变比2505，0.2,级。2.3 10KV电流互感器选择最大长期工作电流：Igmax=1.050.5Se/(3Ue)=1.0520000/(310.5)=1154.7(A) 选主变电流互感器型号LDZJ1-10,额定变比15005，准确度级0.5、D级二次负荷1.2。线路负荷电流较小选电流互感器型号LA-10，额定变比2005，准确度级0.5、3级。母联短路器选电流互感器型号LMC-10，额定变比800，准确度级0.5、3级。互感器选择情况的列表设备名称安装地点型号电压互感器220KV母线YDR-220-0.5桥断路器两侧连接点YDR-110-
30、0.5/3P10KV母线JSJW-10-0.5电流互感器110KV线路线路保护LCWB6-110B/250，0.2,级主变保护LCWB6-110B/250，0.2/D1/D2级110KV桥断路器LCWB6-110B/250，0.2/D1/D2级220KV线路LCWB2-220200，0.2/主变10KV侧差动LDZJ1-10/1500，0.5，D级过流LDZJ1-10/1500，0.5，D级10KV出线LA-10/200，0.5/3级10KV母联LMC-10/800，0.5/3级九、继电保护的配置1.主变保护的配置主变保护采用国电南自的PST1200系列数字式变压器保护。本变电站装有PST12
31、02A和PST1202B两套主变微机保护装置（差动保护、后备保护）PST-12系列操作箱及本体保护PST-1200系列数字式变压器保护装置（失灵保护）PST-1222分相操作双跳操作箱的成套变压器保护装置。PST1203A保护差动保护采用二次谐波原理的差动保护，主要包括二次谐波制动元件、五次谐波制动元件、比率制动元件、差动速断过流元件、差动元件和TA继线判别元件等；同时还包括变压器各侧过负荷元件、变压器过负荷启动风冷元件、变压器过负荷闭锁调压元件等。PST1203B保护差动保护采用波形对称原理的差动保护，主要包括波形对称元件、五次谐波制动元件、比率制动元件、差动速断过流元件、差动元件和TA断线
32、判别开头等；同时还包括变压器各侧过负荷元件、变压器过负荷启动风冷元件、变压器过负荷闭锁调压元件等。SOFT-HB3本保护220kV电压等级变压器的高压侧和中压侧后备保。复合电压闭锁（方向）过流保护（两段六时限），复合电压闭锁过流保护（一段两时段），零序（方向）过流保护（两段六时限），零序过流保护（一段两时限），间隙零序保护（一段两时限），中性点过流保护（一段一时限），非全相保护。PST-12系列主变微机保护（非电气量保护）本保护完全独立于电气保护，仅反应变压器本体开关量输入信号，驱动相应的出口继电器和信号继电器，为本体保护提供跳闸功能和信号指示。本保护包括：重瓦斯、轻瓦斯、调压重瓦斯、调压轻瓦斯、油温高、本体油位异常、压力释放、风冷消失、冷却器故障、压力释放II、调压油位异常等。2.母差保护配置220KV、110母差保护均配置为BP-2B型微机母线保护装置，可以实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵或死区保护、断路器失灵保护启动。CT断线闭锁及告警、PT断线闭锁及告警。3. 220KV线路保护配置220KV线路保护配置RCS-931A/PSL-602双微机保护。RCS931A保护配置以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护；工频变化量距离元件构成的