220kV降压变电站电气部分初步设计 毕业设计论文.doc

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1、I 摘 要 展望未来，我国能否在本世纪中叶基本实现现代化，相当大的程度上取决 于能源。电力工业是国民经济的基础，是重要的支柱产业，它与国家的兴衰和 人民的安康有着密切的关系，随着经济的发展和现代工业的建设的迅速崛起， 供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术 经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完 善的要求。 变电站作为电能传输与控制的枢纽必须改变传统的设计和控制模式，才能 适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。本设计讨论的是 220kV 变电站电气部分设计（一次系统） ，首先根据原始资料进行分析，负荷计 算选择主变压器

2、，然后在此基础上进行主接线设计，再进行短路计算，导体和 电气设备的选择，最后进行防雷接地设计。 关键词：变电站； 负荷计算； 短路电流； 设备选择； 1 目 录 前言 .1 第一章 负荷计算和主变压器的选择 2 1.1 负荷计算 .2 1.2 主变压器的选择原则 .3 1.2.1 主变压器台数的选择 .3 1.2.2 主变压器容量的选择 .4 1.2.3 主变压器型式和结构的选择 .4 1.3 主变压器的确定 .5 第二章 电气主接线的设计 .6 2.1 电气主接线的概述 .6 2.2 电气主接线的基本要求 .6 2.3 电气主接线设计的原则 .6 2.4 电气主接线的方案选择 .7 2.4.

3、1 方案拟定 .7 主接线图附后 8 第三章 电气部分短路计算 .8 3.1 短路故障的危害 .8 3.2 短路电流计算的目的 .9 3.3 短路电流计算的内容 10 3.4 短路电流计算方法 10 3.5 三相短路电流周期分量起始值的计算 10 3.5.1 短路电流计算的基准值 10 3.5.2 网络模型 11 3.5.3 三相短路电流周期分量起始值的计算步骤 11 第四章 电气设备的选择 .11 2 4.1 断路器和隔离开关的选择原则 16 4.1.1 断路器的选择 16 4.1.2 隔离开关的选择 17 4.2 110KV 侧断路器隔离开关的选择与校验 18 4.2.1 110KV 主变

4、压器侧断路器的选择与校验 18 4.2.2 主变压器侧隔离开关的选择与校验 19 4.3 10KV 侧断路器隔离开关的选择与校验 .20 4.3.1 主变压器侧断路器的选择与校验 20 4.4 220KV 侧断路器隔离开关的选择与校验 22 4.4.1 主变压器侧断路器的选择与校验 22 4.4.2 220KV 主变压器侧隔离开关的选择与校验 .24 4.5 互感器的选择 24 4.5.1 电流互感器的选择 25 4.6 电压互感器的选择 31 4.7 母线及变压器下引线的选择与验33 第五章 防雷及过电压保护装置设计 38 5.1 避雷针 38 5.2 避雷器 40 5.3 防雷接地 41

5、5.4 变电所的防雷保护 41 5.5 变电所的进线段保护 42 5.6 接地装置 43 总结 44 参考文献 45 1 前言 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。通过对主接线 的选择及比较、负荷计算和主变压器的选择及短路电流的计算、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

6、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“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握变电站电气部分和防雷保护 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

7、理，增强计算机应用能力。 2 220kV 降压变电站电气部分初步设计 一、设计题目：220kV 降压变电站电气部分初步设计 二、待建变电站原始资料 1、设计变电站在城市近郊，向开发区的炼钢厂和铝厂供电，在变 电站附近还有地区负荷。 2、确定本变电站的电压等级为 220kV/110kV/10kV，220kV 是 本变电站的电 源电压，110kV 和 10kV 是二次电压。 3、待设计变电站的电源，由对侧 220kV 变电站双回线路及 一系统双回线路送到变电站；在中压侧 110kV 母线，送出 2 回线路 至炼钢厂，2 回线路至铝厂；在低压侧 10kV 母线，送出 11 回线路至地 区负荷。 4、

8、该变电站的地址，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 30。 三、用户负荷统计资料如下（kW）： 表 1、110kV 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 炼钢厂 25000 0.95 2 65 2 铝厂 30000 0.95 2 70 表 2、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 2000 0.85 2 50 2 机械厂 2000 0.85 2 45 3 3 汽车厂 2000 0.85 2 72 4 电机厂 1600 0.85

9、 2 36 5 炼油厂 1600 0.85 2 76 6 饲料厂 1600 0.85 1 0 最大负荷利用小时数 T=5600h,同时率取 0.9，线路损耗取 6%。 四、待设计变电站与电力系统那个的连接图 见附图一 五、设计任务： 1、选择本变电站主变的台数、容量和型号； 2、设计本变电站的电气主接线； 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； 六、设计图纸要求： 绘制变电站电气主接线图； 第一章 负荷计算和主变压器的选择 在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压 4 器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器

10、，称为联络变压器；只供本所（厂） 用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选 择。 1.1 负荷计算 负荷计算的必要性： 为一个企业或用户供电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量 变压器等问题，这就需要进行负荷的统计和计算，为正确地选择变压器容量与无功 补偿装置，选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数。 对于用电户或一组用电设备，当在大负荷运行时，所安装的所有用电设备（不 包括备用）不可能全部同时运行，也不可能全部以额定负荷运行，再加之线路在输 送电力时必有一定的损耗，而用电设备本身也有损耗，故不能将所有设备的额定容 量简单相加来作为用

11、电户或设备组的最大负荷，必须要对相加所得到的总额定容量 打一定的折扣。NP 所谓需用系数法就是利用需用系数来确定用电户或用电设备组计算负荷的 方法。其实质是用一个小于 1 的需用系数 对用电设备组的总额定容量 打一定dKNP 的折扣，使确定的计算负荷 比较接近该组设备从电网中取用的最大半小时平均负caP 荷 。其基本计算公式为maxPdN 110KV 侧负荷的统计： 铝 厂： MVAWSD58.319.0/3 炼钢厂： C2625 10KV 侧负荷的统计: 矿机厂： SE35.8.0/ 机械厂： VAF22 汽车厂： MWG/ 电机厂： SH81506.1 炼油厂： I / 饲料厂： VAJ.

12、 5 110KV 总负荷： MVAS9.57)8.312.6(10 10 KV 总负荷: 125 1.2 主变压器的选择原则 根据 220KV-500KV 变电所设计规程（DL/T 5218-2005）准则规定: 主变压器的容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除 依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统 5-10 年发展规划、输送功率大小、 馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。 如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加 了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电 机剩余功

13、率的输出或者会满足不了变电站负荷的需要，这在技术上是不合理的，因 为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。 1.2.1 主变压器台数的选择 1、对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 装设两台主变压器为宜。 2、对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三 台主变压器的可能性。 3、对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容 量。 1.2.2 主变压器容量的选择 根据 220KV-500KV 变电所设计规程（DL/T 5218-2005）准则规定: (1)主变压器容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷选择

14、，适当考虑到 远期 1020 年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 (2)根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要 6 负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计其过负荷能力 后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台变压器 停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的 70%80%。 (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。 (4)还需考虑同时率 0.9 和线路损耗 6%的影响： MVAeeS 15.72806.9.0).57.12(806.9.0).( 8

15、585110 总 1.2.3 主变压器型式和结构的选择 以下参考电力工程电气设计手册第 5-2 主变压器型式的选择 (1)相数 容量为 300MW 及以下机组单元接线的变压器和 330kV 及以下电力系统中，一般 都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。 同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。 (2)绕组数与结构 分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。电力变压器按每 相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构 在发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于 3 台，以免由于增加了中压 侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。 (3)绕组

16、接线组别 变压器三绕组的接线组别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有星形“Y”和三角形“D” 。 在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制 3 次谐波对 电源等因素。根据以上原则，主变一般是 Y，D11 常规接线。 (4)调压方式 为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变 的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。 7 切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称 为有载调压。 通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。因为可以通过调节发电机励磁来 实现调节电

17、压，对于 220kV 及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况 时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。 (5)冷却方式 电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强 迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。 1.3 主变压器的确定 该变电站供应有较多的一级用户,综上所述，则采用两台变压器。选用三绕组变 压器，查手册，选出的设备如下表： 表 3-1 SFPZT-90000/220 型变压器技术参数 SFPZT-90000/220 型调压变压器 阻抗电压 负载损耗 电压%额定 容量 MVA 高- 中 高- 低 中- 低

18、高- 中 高- 低 中-低 空载损耗 kW 空载电流 % 高 中 低 90000/ 90000/ 45000 13.4 21.3 7.2 424 466 319 110 0.5 220 8*1.5 % 121 10.5 变压器的校验： 按十年规划进行校验： MVAeeS 03.76.19.0).5.12(06.9.0).( 881110 总 显见，满足要求。 8 第二章 电气主接线的设计 2.1 电气主接线的概述 电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电 路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。 主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，

19、是电力系统网络结构的重要组 成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、 自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计， 必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。 2.2 电气主接线的基本要求 对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。 这三者是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一 种特性。但根据变电所在系统中的地位和作用的不同，对变电所主接线的性能要求 也不同的侧重。 2.3 电气主接线设计的原则 电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针

20、、政 策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满 足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材， 力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、实用、经济、美观的原 则。 以上参考电力工程电气设计手册第 2-1 主接线的设计原则 9 2.4 电气主接线的方案选择 2.4.1 方案拟定 （1）单母线分段接线优点：单母线用分段断路器进行分段，对重要用户尅有从 不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自 动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电； 缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时

21、,接在该段母线上的电源和出线 , 在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作。 （2）双母线接线优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮 流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电。其次是调 度灵活，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电 力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方 式。最后就是扩建方便，向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源 盒负荷自由自合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。 缺点：接线复杂,设备多,母线故障有短时停电。 根据电气设备设计手册中的以上

22、选择原则，可知： 10 KV 侧总容量：S 总=11.9MVASKAtI ）（ 2223964.51S)(6082KAQk 满足热稳定校验要求。 5 动稳定校验 KAiesish3.1 22 满足校验要求 4.3 10kV 侧断路器隔离开关的选择与校验 4.3.1 主变压器侧断路器的选择与校验 矿机厂、机械厂、汽车厂： AI 8.135.03/20max 电机厂、炼油厂、饲料厂： z 616 1.额定电压选择： KAUNS 2.额定电流选择： IMAX8.135 3 按照以上选择 GFC-11 型开关柜 型号 额定电压 （Kv） 额定电流 （A） 断流容量 （Kv/MVA） 操作方 式 母线系

23、 统 外形尺寸 GFC-11 10 2000 10/300 电磁弹簧 操动机构 单母线 800*1250*2000 4.4 220kV 断路器隔离开关的选择与校验 4.4.1 220KV 主变压器侧断路器的选择与校验05.1maxI AUSN94103/605.13/ 考虑变压器的过载能力，1.05 为变压器的过载能力系数。 1.额定电压选择： KNS20 23 2.额定电流选择： AIMXN94 3.开断电流选择： Kbr.10“ 选择 LW25-252T 型六氟化硫断路器，技术参数如下表： 动稳定电流 峰值 kA 热稳定 电流 kA 型号 额定电 压 kV 额 定电 流 kA 额定短路 开

24、断电流 峰值 4s 全开断 时间 LW25-252T 220 2500 50 125 40 0.06 4 热稳定校验： 2tkIQSKAtI22)(640 电弧持续时间为 0.1s stk 163.0.15. 不计非周期热效应 SKAQK22)(6083.1402tIk 满足热稳校验要求。 5.动稳定校验 KAiishes .910125 满足动稳定的校验。 24 4.4.2 220KV 主变压器侧隔离开关的选择与校验 1.额定电压选择： KVUNS20 2.额定电流选择： AIMX94 3 极限过电流选择： she.10 选择 GW10-252W 型隔离开关，技术参数如下表： 动稳定电流 峰

25、值 kA 热稳定电流 kA型号 额定 电压 kV 额定 电流 A 峰值 4s GW10-252W 220 2500 50 31.5 4.短路热稳定校验： =2608SKAtI ）（ 22239641.5kQSKA2）（ 满足热稳定要求 5.动稳定校验 KAiishes .9105 满足校验要求。 4.5 互感器的选择 根据导体和电器选择设计技术规程（DL/T5222-2005）15、16 条规 定进行选择： 互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的 传感器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（ ）和小电流10,/3 （5，1A） ，其一次侧接在一次系统，二次侧接

26、测量仪表与继电保护等。 互感器包括电流互感器和电压互感器两大类。 互感器 电流互感器 电压互感器 25 特点 一次绕组串在电路中， 且匝数少，电流互感器 在近于短路状态下运行 容量小 ，近似于一台小容量 变压器，电压互感器在近于 空载状态下运行 4.5.1 电流互感器的选择 电流互感器的作用是将一次回路中的大电流转换为 1A 或 5A 的小电流以满足继 电保护自动装置和测量仪表的要求。 1）种类和型式的选择 电流互感器根据使用环境可分为室内式室外式,根据结构可分为瓷绝缘结构和 树脂浇注式结构，根据一次线圈的型式又可分为线圈式和母线式单匝贯穿式复 匝贯穿式。 选择电流互感器时，应根据安装地点和安

27、装方式选择其型式。 2）一次回路额定电压的选择 一次回路额定电压 应满足：NUNsU 3）一次额定电流的选择 为确保所供仪表的准确度，电流互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电 流接近。 1.NlomI 4)准确等级 先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准 确等级要求高的表计来选择。电流互感器的准确级应不小于二次侧所接仪表的准确 级。 5）二次负荷 2()nnSIZVA 式中， 2()nnSIZVA22nI 6）动稳定校验 26 动稳定校验是对产品本身带有一次回路导体的电流互感器进行校验,对于母线从 窗口穿过且无固定板的电流互感器可不校验动稳定。由同一相的电流

28、相互作用产生 的内部电动力校验。 eshi 外部动稳定校验式： 20.5173al shLFia 允许作用在电流互感器端部的最大机械力，由制造厂提供，N；alF 电流互感器出线端部至最近一个母线支持绝缘子之间的跨离，m；L 相间距离，m； 系数，表示电流互感器瓷套端部仅承受相邻绝缘子跨距上短路电动力的一0.5 半。 若产品样本未标明出线端部的允许应力 ，而给出特定相间距离 和出alF40acm 线端部至相邻支持绝缘子的距离 为基础的动稳定倍数 时，则其动稳定50LcmesK 的校验式为 121esNshKIi 当回路相间距离 时， ，当相间距离 时 ；1 0.4a1K0.4am10.4a 当电

29、流互感器一次绕组出线端部至相邻支持绝缘子的距离 时2K .5L ，当 时 ， 时则 。10.5Lm20.8K.2Lm21.5 当电流互感器为瓷绝缘母线式时，产品样本一般给出电流互感器端部瓷帽处的 允许应力值，则其动稳定可按下式校验 27 20.17alshLFi 相间距离； 母线相互作用段的计算长度， ,其中 为电流互感器瓷帽端L12()/L1L 至相邻支持绝缘子的距离，m， 为电流互感器两端瓷帽的距离， m。2 对于环氧树脂浇注的母线式电流互感器如 型，可不校验其动稳定。M 7）热稳定校验 电流互感器的热稳定性一般用热稳定倍数 表示，一般是 1s 时间内的热稳定tsK 电流 与其额定电流 之比值。因此，电流互感器可根据下式校验热稳定，即tsI2NI21()NtsiKt 热稳定时间为 1s 时的电流互感器的热稳定倍数；ts 电流互感器一次侧的额定电流，A。2NI 一220kV 侧电流互感器的选择 220kV 侧 CT 的选择 一次回路电压： 20ngukV 一次回路电流： AIgN941 根据以上两项，选 GW10-252W 电流互感器，其参数如下： 动稳定电流 峰值 kA 热稳定电流 kA型号 额定 电压 kV 额定 电流 A 峰值 4s