220kV变电所电气部分设计_毕业设计论文.doc

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1、1 目 录 一、毕业设计 任务书 .3 二、毕业设计说明书 .5 三、参考文献 19 四、后记 24 五、计算书 26 六、图纸 2 毕业设计任务书 一. 设计题目:220kV 变电所电气部分设计 二. 待建变电所基本资料 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 220kV/110kV/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，由对侧 220kV 变电所双回线路及另一 系统双回线路送到本变电所；在中压侧 110kV 母线，送出 2 回线路至炼钢厂；在低压

2、侧 10kV 母线，送出 11 回线路至地 区负荷。 4. 该变电所的所址，地势平坦，交通方便。 5. 该地区年最高气温 40，最热月平均最高气温 36。 三用户负荷统计资料如下： 110kV 用户负荷统计资料如下： 表 1 110kV 用户负荷统计资料 用户名称 最大负荷 （kW） cos 回路数 重要负荷百分数 （） 炼钢厂 42000 095 2 50 10kV 用户负荷统计资料如下： 3 表 1 10kV 用户负荷统计资料 序 号 用户名 称 最大负荷 （kW） cos 回路数 重要负荷百分数 （） 1 矿机厂 1900 2 70 2 机械厂 1200 2 40 3 汽车厂 2100

3、2 35 4 电机厂 2100 2 55 5 炼油厂 1900 2 60 091 - 最大负荷利用小时数 Tmax=5256h，同时率取 0.9，线路损耗取 6。 四待设计变电所与电力系统的连接情况： 图中线路参数如下： 4 L1=18km、L2=15km、L3=20km、L4=19km、L5=10km 图 1 待设计变电所与电力系统的连接电路图 五设计任务 1选择本变电所主变的台数、容量和型号； 2设计本变电所的电气主接线； 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选择和校验 10kV 硬母线； 6进行继电保护的规划设计； 7进行防雷保护的规划设计； 8配电装置设计。 六

4、图纸要求 1 绘制变电所电气主接线图 2 220kV 或 110kV 高压配电 装置平面布置图 3 220kV 或 110kV 高压配电 装置断面图（进线或出线） 第二部分 设 计 说 明 书 5 一.待设计变电所简要介绍 待建变电所位于城市南郊，所址地势平坦，交通方便。变电所 电源由对侧 220kV 变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电 所；以 110kV 双回线路向炼钢厂送电，炼钢厂以阻性负荷为主，功 率因数 0.95；以 10kV 共 11 回线路向地区负荷供电，负荷最大利用 小时数 5256 小时，同时率为 0.9。该变电所为 220kV 降压变电所， 没有转功。变电所所处地区年

5、最高气温 40，最热月平均最高气温 36。 二.主变压器的选择 根据电力工程电气设计手册的要求，并结合本变电所的具 体情况和可靠性的要求，选用两台同样型号的有载调压三绕组自耦 变压器。 1) 主变容量的选择 110kV 最大负荷为 Pm 1=K0P=1.042000=42000 kW 110kV 重要负荷 Pi 1=KiP=0.5042000=21000 kW 10kV 最大负荷为 Pm 2=K0P=0.9(P 1+P2+P3+P4+P5) =0.9(1900+1200+2100+2100+19 00)=8280 kW 10kV 重要负荷 Pi2=KiP=K 1P1+K2P2+ K3P3+K4

6、P4+K5P5 =0.719000.412000.352100 6 0.5521000.61900 =1330+480+735+1155+1140 =4840 kW 对于具有两台主变的变电所，其中一台主变的容量应大于等 于 70的全部负荷或全部重要负荷，两者中，取最大值作为 确定主变容量的依据。 70负荷容量为 Se=0.7 =0.7( + )=37316 cosmP95.0421.8 kVA 全部重要负荷容量为 Si= = + = + csi1i2cosiP.9.04 =27424 kVA SeSi 应根据 Se 选择主变容量。 经计算一台主变应接带的负荷为 37316 kVA，应选用两台

7、40000 kVA 的三相自耦变压器。因 40000 kVA37316 kVA,故 所选主变容量满足大于等于 70的全部负荷要求。 因此确定选用主变型号为 OSFSZ-40000/220，主要参数如 下表： 电压组合和分接 范围 阻抗电压 （） 额定 容量 kVA 高压 kV 中 压 kV 低 压 kV 连 接 组 别 号 空 载 损 耗 kW 负 载 损 耗 kW 空 载 电 流 容 量 分 配 高- 中 高- 低 中- 低 4000 0 220 121 11 YN ，a 33 135 0.8 100 100 9 30 20 7 0， d11 50 三.主接线选择 1） 220kV 配电装置

8、主接线选择。根据 SDJ2-88220500kV 变 电所设计技术规程规定， “220kV 配电装置出线在 4 回及以 上时，宜采用双母线及其他接线” 。由于待建变电所有 6 回 出线，可采用双母线接线。两台主变分别接在不同母线上， 负荷分配均匀，调度灵活方便，运行可靠性高，任一条母线 或母线上的设备检修，均不需停掉线路。同时，本工程 220kV 断路器采用 SF6断路器，其检修周期长，可靠性高， 故可不设旁路母线。又由于每个电源点都有两回线路，一回 线路停运时，仍满足 N-1 原则。因此，本设计 220kV 配电装 置采用双母线接线。 2） 110kV 配电装置主接线选择。110kV 出线仅

9、为两回，按照规 程要求，宜采用桥式接线。以双回线路向炼钢厂供电。考虑 到主变不会经常投切和对线路操作及检修的方便性，110kV 配电装置采用内桥式接线。 3） 10kV 配电装置主接线选择。10kV 出线共 11 回，按照规程要 求，采用单母线分段接线，对重要回路，均以双回线路供电， 保证供电的可靠性。考虑到减小配电装置占地和占用空间， 消除火灾、爆炸的隐患及环境保护的要求，主接线不采用带 8 旁路的接线，且断路器选用性能比少油断路器更好的真空断 路器，配电装置采用封闭性好集成度高的成套配电装置。 本设计的变电所电气主接线图如下图所示。 # 1 主变 # 2 主变 2 2 0 k V 段 2

10、2 0 k V 段 相 临 所 一 线 相 临 所 二 线 至 系 统 一 线 至 系 统 二 线 炼 钢 厂 一 线 炼 钢 厂 二 线 1 1 0 k V 矿 机 厂 一 线 机 械 厂 一 线 机 械 厂 二 线 矿 机 厂 二 线 备 用 所 用 变 饲 料 厂 一 线 炼 油 厂 一 线 电 机 厂 一 线 汽 车 厂 一 线 备 用 所 用 变 炼 油 厂 二 线 电 机 厂 二 线 汽 车 厂 二 线 备 用 四.短路电流计算 根据本变电所电源侧 510 年的发展规划，计算出系统最大运 9 行方式下的短路电流。系统最大运行方式为:450MW 机组满负荷， 2200MW 机组满负荷

11、，系统容量为 100MVA，220kV 各条线路均投入 运行。 计算过程见短路电流计算书 。 参考数据：断路器的全分闸时间为 0.1 秒 短路电流最大持续时间： 220kV 侧为 3.6 秒 110kV 侧为 3.1 秒 10kV 侧为 2.1 秒 短路电流计算结果见附表。 五.电气设备的选择 1) 220kV 电气设备选择 a. 220kV 断路器 形式：室外 SF6 额定电压：U NU NS 额定电流：I NImax 按一台主变最大持续工作电流考虑 Imax=1.05 =1.05 =102.83 Ae*3US20*3716 根据以上条件,选择 LW1-220/2000 型 FS6 断路器

12、额定开断电流校验 I Nbr=40KAI=11.336 KA 热稳定校验： Qk=Qp= tk（I 2+10Itk/22+ Itk2）/12 10 = 3.6（11.336 2+1011.24452+ 11.18422）/12 = 455.39 kA2s 选择：4s 热稳定电流=40 KA INbr2 t=4024=6400 kA2s INbr2 tQ k 所以选择 4s 热稳定电流=40 KA 满足要求 动稳定校验 极限通过峰值电流 ies=100 KA28.9068 KA 故选择 LW1-220/2000 型 SF6 断路器能满足要求 b. 220kV 隔离开关 形式：室外 额定电压：U

13、NU NS 额定电流：I NImax 按一台主变最大持续工作电流考虑 Imax=1.05 =1.05 =102.83 Ae*3US20*3716 根据以上条件,选择 GW7-220/1250 隔离开关 热稳定校验： Qk=Qp= tk（I 2+10Itk/22+ Itk2）/12 = 3.6（11.336 2+1011.24452+ 11.18422）/12 = 455.39 kA2s 选择：4s 热稳定电流=31.5 KA INbr2 t=31.524=3969 kA2s 11 INbr2 tQ k 所以选择 4s 热稳定电流=31.5 KA 满足要求 动稳定校验 极限通过峰值电流 ies=

14、80 KA28.9068 KA 故选择 GW7-220/1250 型隔离开关能满足要求 考虑到变电所远景发展、各个设备间性能相配合以及从 经济技术等多方面考虑，选择 GW7-220/2000 型（或 GW7-220/2500 型）隔离开关 2) 110 kV 电气设备选择 a. 110kV 断路器 形式：室外 SF6 额定电压：U NU NS 额定电流：I NImax 按一条线路带 110kV 全部负荷考虑 Imax=1.05 =1.05 =243.65 Ae*3US10*395./42 根据以上条件,选择 SFM110-110/2000 型 FS6 断路器 额定开断电流校验 I Nbr=31

15、.5 KAI=3.9361 KA 热稳定校验： Qk=Qp= tk（I 2+10Itk/22+ Itk2）/12 = 3.1（3.9361 2+103.93612+ 3.93612）/12 = 48.03 kA2s 选择：3s 热稳定电流=31.5 KA INbr2 t=31.523=2976 kA2s 12 INbr2 tQ k 所以选择 3s 热稳定电流=31.5 KA 满足要求 动稳定校验 极限通过峰值电流 ies=80 KA10.0371 KA 故选择 SFM110-110/2000 型 SF6 断路器能满足要求 b. 110kV 隔离开关 形式：室外 额定电压：U NU NS 额定电

16、流：I NImax 按一条线路带 110kV 全部负荷考虑 Imax=1.05 =1.05 =243.65 Ae*3US10*395./42 根据以上条件,选择 GW5-110/630 隔离开关 热稳定校验： Qk=Qp= tk（I 2+10Itk/22+ Itk2）/12 = 3.1（3.9361 2+103.93612+ 3.93612）/12 = 48.03 kA2s 选择：4s 热稳定电流=20 KA INbr2 t=2024=1600 kA2s INbr2 tQ k 所以选择 4s 热稳定电流=20 KA 满足要求 动稳定校验 极限通过峰值电流 ies=80 KA10.0371 KA

17、 故 GW5-110/630 隔离开关能满足要求 考虑到变电所远景发展、各个设备间性能相配合以及从 13 经济技术等多方面考虑，选择 GW5-110/1250 型（GW5-110/1600 或 GW5-110/2000）隔离开关 3) 10kV 电气设备选择 a. 10kV 断路器(主变进线及母联) 形式：室内真空 额定电压：U NU NS 额定电流：I NImax 按一台开关带主变 10kV 全部负荷考虑 Imax=1.05 =1.05 =1212.5 Ae*3US10*32/4 根据以上条件,选择 ZN12-10/2500 型真空断路器 额定开断电流校验 I Nbr=31.5 KAI=14

18、.0901 KA 热稳定校验： Qk=Qp= tk（I 2+10Itk/22+ Itk2）/12 = 2.1（14.0901 2+1014.09012+ 14.09012）/12 = 416.91 kA2s 选择：3s 热稳定电流=31.5 KA INbr2 t=31.523=2976.8 kA2s INbr2 tQ k 所以选择 3s 热稳定电流=31.5 KA 满足要求 动稳定校验 极限通过峰值电流 ies=80 KA35.9298 KA 故选择 ZN12-10/2500 型真空断路器能满足要求 b. 10kV 断路器(出线) 14 形式：室内真空 额定电压：U NU NS 额定电流：I

19、NImax 按一台开关带 10kV 全部负荷考虑 Imax=1.05 =1.05 =551.61 Ae*3US10*39./82 根据以上条件,选择 ZN12-10/1250 型真空断路器 额定开断电流校验 I Nbr=31.5 KAI=14.0901 KA 热稳定校验： Qk=Qp= tk（I 2+10Itk/22+ Itk2）/12 = 2.1（14.0901 2+1014.09012+ 14.09012）/12 = 416.91 kA2s 选择：3s 热稳定电流=31.5 KA INbr2 t=31.523=2976.8 kA2s INbr2 tQ k 所以选择 3s 热稳定电流=31.

20、5 KA 满足要求 动稳定校验 极限通过峰值电流 ies=80 KA35.9298 KA 故选择 ZN12-10/1250 型真空断路器能满足要求 c. 10kV 母线 按母线带 10kV 全部负荷考虑 Imax=1.05 =1.05 =551.61 Ae*3US10*39./82 配电装置室内布置，按环境温度 36考虑，需温度修正 15 +5。 选 504 铝母线，单条竖放 Iy=594,温度修正后 Iy=594（1-1.8）=583.3Imax=551.61 A。 热稳定校验 短路电流最大持续时间 tk=2.1s，可以不考 虑非周期分量影响 所以 Qk=Qp= tk（I 2+10Itk/2

21、2+ Itk2）/12 =2.1(14.09012+1014.09012+14.09012)/12 =416.91 kA2s Smin= = (由设计指南表CQk91.46 5-6 查出) =0.206 mm2 S=504=200Smin 满足热稳定要求 动稳定校验 开关采用成套开关柜，支柱绝缘子之间距离 L=0.8m，相间距离 a=0.35m，导体的截面系 数 W=b2h/6= 425010-9/6=0.1310-6 动态应力计算 f 1=（N f/L2）（EI/m） E=70106 Pa Nf=3.56 m=hb w=0.050.0042700=0.54 kg/m 16 I=bh3/12=

22、0.0040.053/12=4.210-8 m4 f1=(3.56/0.82)(7010 64.210-8/0.54) =12.98150 故 =1 导体最大相间计算应力 ph=fphl2/10W =(1.7310- 7140902/0.35)0.82/(100.1310-6) =48.301067010 6 母线满足动稳定要求 d. 10kV 支柱绝缘子和穿墙套管选择 支柱绝缘子应按电压和类型选择，并进行短路时动稳定校 验。穿墙套管应按额定电压、额定电流和类型选择，按短路条 件校验动、热稳定性。 按额定电压选支柱绝缘子和穿墙套管 U NU NS 按额定电流选穿墙套管 ImaxkIn ，按环境

23、温度 36考 虑，需温度修正+5，最高环境温度为 41，故 k=0.74 Imax=1.05 =1.05 =551.61 Ae*3US10*39./82 InImax/k=551.61/0.74=745.5 A 根据安装地点，绝缘子和穿墙套管选室内型。 根据以上条件，支柱绝缘子选 ZNA-10 型，U N=10，绝缘子高 度 125mm，机械破坏负荷 375kg。穿墙套管选择 CWLB-10 型， 额定电压 10kV，额定电流 1000A，套管长度 600mm，机械破坏 17 负荷 750kg，5s 热稳定电流 18kA。 热稳定校验 主变并列运行短路电流为 14.0901 kA18 kA C

24、WLB-10 穿墙套管满足热稳定要求。 动稳定校验 Fmax=（F1+F2）/2=1.73i sh2lc/a10-7 lc=( l1+ l2)/2，a=0.35m，i sh=35.893kA Fco= Fmax H1=H+b+h/2 导线平放 b=12mm ZNA-10 型支柱绝缘子，H=125mm，母线 h=4mm Fmax=1.73ish2lc/a10- 7=1.733592921.2/0.3510-7 =765.68 N Fco= FmaxH1/H2=765.68(125+12+(4/2)/125 =851.44N =85.14 kg375kg 支柱绝缘子满足动稳定要求。 CWLB-10

25、 穿墙套管 l ca=600mm 机械破坏负荷 750kg lc=( l1+ lca)/2=（1.2+0.6）/2=0.75 m F=1.73ish2lc/a10- 7=1.733592920.715/0.3510-7 =456.22 N =45.62 kg750kg 18 穿墙套管满足动稳定要求 所选电气设备一览表 电压等 级 设备名 称 型号 主要参数 断路器 LW1-220/2000 220/2000A-40KA/4S 220kV 隔离开 关 GW7-220/2000 220/2000A-31.5KA/4S 断路器 SFM110- 110/2000 110/2000A-40KA/3S 1

26、10kV 隔离开 关 GW5-110/1600 或 GW5- 110/2000 GW5-110/1600A-40KA/4S 或 GW5- 110/2000A-40KA/4S 真空开 关 ZN12-10/2500 ZN12-10/1250 31.5KA/3S 母线 504 铝母线 504 支柱绝 缘子 ZNA-10 高度 125mm 10kV 穿墙套 管 CWLB-10 10/1000 套管长度 600mm 六.所用变选择 所用变的选择是根据变电所内充电装置、照明、生活、检修以 19 及主变冷却电源和调相机等负荷容量大小确定。因具体资料不全， 按指导老师推荐型号选取两台 SG10-200 变压器

27、。Se=200 kVA，连接 组别 Y/yn0，变比 11/0.4，I=1.4。 为保证所用电可靠性，两台所用变电源分别从两段 10kV 母线 引接。 Ie= = =10.498 Ae*3US120 I0= IIe/100=10.4981.4/100=0.147 2 A 故可以用隔离 开关拉合空载电流，配熔断器保护。 熔断器选择： 额定电压 UNU NS 熔体额定电流 INfsKImax Imax=1.05 Ie=1.0510.498=11.023A K=1.5 KImax=1.511.023=16.535A 故选 RN3-10 型熔断器，额定电压 10kV，额定电流 10150A，断流容量

28、200MVA。 10kV 并列运行短路容量为 255.98 MVA，分列运行短路容 量为 131.61 MVA。 主变低压侧分列运行熔断器能够满足要求。 由于存在主变低压侧并列运行工况，而并列运行时熔断器短 路容量不够，因此，所用变必须使用开关开断。 七.配电装置选择 待建变电站位于城市南郊，交通便利，地势平坦，地域开阔， 20 线路进出方便。为此 220 kV 配电装置布置在变电所南侧，采用架空 线向南出线；110 kV 配电装置布置在变电所西侧，采用架空线向西 出线；10 kV 配电装置布置在变电所北侧，采用室内配电装置电缆 出线。大门在北侧，主控楼布置在 10 kV 配电装置楼上。布置图

29、如 下： 1 0 k V 配电装置 及主控室 2 2 0 k V 配电装置 1 1 0 k V 配电装置 大门 # 1 主变 # 2 主变 道 路 220kV 配电装置采用室外高型布置，110kV 配电装置采用室外 半高型布置，10kV 配电装置为室内配电装置。主变布置在变电所中 心，为满足放火要求，两主变中心距离为 45 米。主变于道路间布置 7 米宽混凝土路面，重型设备可以进入，方便检修，有利安全。 10kV 配电装置布置在三层建筑的一楼，二楼为蓄电池室、维护室、 及电缆夹层，三楼为主控室。 八.互感器的配置 21 为满足监视、测量、保护、同期和自动装置要求，并考虑运行方 式变化需要，互感

30、器配置如下： 1）220 kV 和 10 kV 两段母线各装设一组电压互感器，110 kV 两条出线开关线路侧各装设一组电压互感器。 2）所有断路器回路均设有电流互感器，220 kV、110 kV 所有 开关和 10 kV 电源进线开关各装设 4 组电流互感器，三相布置。10 kV 线路开关装设两组电流互感器，两相布置，并装设两只零序电流 互感器供接地保护用。主变 220 kV 和 110 kV 侧中性点装设两组零 序电流互感器。 九.继电保护规划 1、220 kV 线路 均配置双套不同原理、具有独立选相功能的微机保护； 一套为南自厂生产的 GPSL602-102Y 型高频方向微机线路保护屏，

31、 包含纵联距离、零序保护（主保护）及距离、零序方向保护（后备 保护）等； 一套为南瑞生产的 PRC01-22 型高频方向线路保护屏包含纵联变 化量方向、纵联零序方向的主保护及距离、零序方向的后备保护； 并配有线路保护重合闸装置、收发讯机和断路器失灵保护等； 2、220 kV 母联开关保护 220 kV 母联开关配置南自厂生产的 GPSL-121 型保护屏，其含 有过流、充电、失灵启动及不一致保护； 3、220 kV 母线保护 22 配置南瑞生产的 RCS-915 型母差保护； 另外 220 kV 选用具有远传功能的南京银山有限公司生产的 YA- 88A 型微机故障录波、测距装置一台； 4、11

32、0 kV 线路保护采用南自厂生产的 PSL621C 型微机保护屏， 其含有相间距离、零序方向及三相重合闸等并配置备用电源自投装 置。 分别配有速断、过流、零序和距离保护等。 110 kV 开关配有失灵保护，非全相保护，并配自动重合闸装 置。 5、10 kV 线路配置微机保护 线路分别配有速断、过流、接地和过负荷保护等。 电源开关配有过流和接地保护，过流时限与线路配合。 10 kV 母线配有接地保护，低电压保护，备用电源自投装 置。 6、主变压器保护： 主变配置双差动、双后备微机保护，单独配置一套非电量保护。 选用南瑞生产的 RCS-978 系列变压器成套保护一套为 PRC78JS-15A 柜，

33、配备 RCS-978JS 微机保护；一套为 PRC78JS-15B 柜，配备 RCS- 978JS、RCS-974 微机保护、LFP-974 电压切换操作装置。 RCS-978JS 电量保护配有比率差动、差动速断、复压方向过 流，零序过压、间隙零序过流保护等。 RCS-974 非电量保护配置重瓦斯，轻瓦斯，压力释放，绕组 23 温度高，油温高保护等。 十.防雷及过电压规划 防直击雷保护采用避雷针和避雷线，220 kV 线路和 110 kV 线 路全线架设避雷线。所内配电装置和建筑采用避雷针保护。220 和 110 kV 配电装置构架上设避雷针，10 kV 配电装置设独立避雷针， 为了防止反击，

34、主变构架上不设避雷针。 采用避雷器来防止雷电入侵波对电气设备造成危害。避雷器的 选择，考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优于氧化硅避雷器， 且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以， 本工程采用氧化锌避雷器。 由于金属氧化物避雷器没有串联间隙，正常工频相电压长期施 加在金属氧化物电阻片上，为保证使用寿命，长期施加在避雷器上 的运行电压不可超过避雷器允许的持续运行电压。 根据以上要求，本工程 220 kV、 110 kV 和 10 kV 母线各装设 一组避雷器，三绕组变压器为保护低压侧在 B 相装设一台避雷器， 主变 220 kV、 110 kV 侧中性点直接接地，不设避雷器。 10 kV 线路采用电缆出线，不装设避雷设施。 避雷器的选择情况列表如下： 设备名称 安装地点 型号 220kV 线路及母线 Y10W5-220 110kV 线路 Y10W5-110氧化锌避雷器 10 kV 母线 FZ-10 24 主变低压侧 FZ-10