220KV一次降压变电所电气部分初步设计方案.docx

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220KV一次降压变电所电气部分初步设计方案

220KV—次降压变电所电气部分初步设计方案

第一章任务书

1题目220KV一次降压变电所电气部分初步设计

2变电所条件

⑴待设计变电所为地区变电所，以60KV电压向地区用户供电。

（2）所址位于某城市近郊，除供城市用电外，还向大工业用户供电。

⑶所址地势平坦，平均海拔高度为400米，交通方便，平均温度14C,最高温度40C,最低温度-28C,所址周围空气无污染；

⑷该变电所的16回60KV架空出线，两回进线，最大综合负荷96MWVco®=0.95。

（5）交通方便，出线走廊宽阔。

3变电所60KV侧负荷表及电力系统接线图

序号

负荷名称

最大符合（Kvy

功率出线出现

附注

因素

方式

回路

近期

远期

电机厂变电所

5000

20000

0.95

架空

有重要负荷

变压器厂变电所

5000

20000

0.95

架空

有重要负荷

低压开关厂变电所

5000

10000

0.95

架空

有重要负荷

电容器厂变电所

5000

10000

0.95

架空

有重要负荷

电线厂变电所

5000

10000

0.95

架空

有重要负荷

家用电器厂变电所

5000

10000

0.95

架空

有重要负荷

市区一号

10000

0.95

架空

有重要负荷

市区二号

10000

0.95

架空

有重要负荷

第二章主变压器的选择

2.1主变压器台数的确定

在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，担负着变换网络电压、进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

为保证供电的可靠性和经济性，变电所一般装设两台主变压器。

故本变电所选择两台主变。

2.2主变压器容量及型式的确定

（1）主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》SJD2-88有关规定和审批的电力规划设计决定进行。

凡有两台及以上主变的变电所其中一台事故停运后，

其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%若计及过负荷能力后的允许时间，应保证用户的一级负荷和二级负荷。

（2）变电所中的主变压器在系统调压有要求时，一般采用有载调压变压器，对于新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用无载调压变压器。

（3）具有直接由高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级，减少重复降压容量，可采用双绕组。

根据本变电所实际情况，交通便利，只有两个电压等级220/60KV，故选择采用三相双

绕组变压器

（4）主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ---161的有关规定

根据计算，确定选择两台容量为

90000KVA勺变压器，其型号为SFPZ—90000/220。

表1.1主要参数

额定容量（KVA

90000

额定电压（KV

高压220±8*1.5%

低压69

连接组标号空载电流（%空载损耗（KW负载损耗（KW阻抗电压（%冷却方式

YNd11

0.8

102

369.9

13.5

ODAF

第三章电气主接线的选择

电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电路。

将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。

变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。

主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。

由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。

因此，主接线设计是一个综合性问题。

3.1设计原则

根据《35---110KV变电所设计技术规程》SJD2-88规定，变电所电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、电压等级、回路数、所选设备特点、负荷性质等因素确定,满足运行可靠性，简单灵活，操作方便，节约投资等要求。

3.2设计的基本要求

3.2.1可靠性

（1）应重视国外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。

（2）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。

（3）要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。

322灵活性

主接线的灵活性有以下几方面的要求：

（1）调度要求，可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

（2）检修要求，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。

3.2.3经济性

（1）投资省

a主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。

b、要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。

（2）占地面积小

主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。

（3）电能损失小

经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。

3.3变电所电气主接线的选择

3.3.1220KV侧主接线的选择

根据《变电所设计》等书籍中关于接线形式适用围规定可知，220KV配电装置出线回

路不超过两回时，可选用单母线、单母线带旁路接线，也可使用桥式接线。

下面选取单母线分段和桥接线两种方案进行介绍和比较，从而选择最佳方案作为本变

电所侧一次主接线。

方案一单母线带旁路接线，方案二双母线接线。

图3--1单母线分段接线

图3--2双母线接线

表3—1220KV侧主接线方案比较

方案一当一段母线发生故障时，由于分段断路器在继电保护装

置的作用下能自动将故障切除，因而保证了正常段母线不间断供电和

不致使重要负荷停电

经济性单母线分段接线比双母线接线少用了一组母线、一组断路器以及

综上述，方案一比方案二灵活，供电可靠，占地小，投资少，利于长远发展。

考虑综合因素，选方案一：

单母线分段接线为本变电所一次侧主接线。

33260KV侧接线的选择

由于60KV侧进出线数共16回，查找规程，可选用双母线，而当配电装置的进线和出线总数为12—16回时，在一组母线上设置分段断路器，且采用双母线的60KV配电装置一

般设置旁路母线，且出线超过11回可装设专用旁路断路器。

故本变电所二次侧采用双母线分段带旁路，设置专用旁路断路器的接线方式。

两种方案特点：

方案一接线方式的特点是：

两组母线同时工作，并通过母联断路器并联运行，可以轮流检修母线而不致使供电中断。

检修任一回路的隔离开关，只停该回路，但增加母线长度隔离开关数目，使配电装置构架增加，占地面积增加，投资较多。

方案二接线方式的特点是：

在检修母线时，可以轮流检修而不致供电中断，检修任一回路母线隔离开关时，只停该回路，双母线一组母线发生故障，将被切除的回路倒换到另一组母线上，继续供电，不影响其他回路供电，且母线故障后，可迅速恢复供电，调度灵活，各电源和各负荷回路可以任意分配到某一组母线上，有利于扩建和便于试验

图3—4双母线接线

二次侧采用双母线接线

综上述，本变电所主接线选择：

一次侧采用单母线分段接线,

第四章短路电流的计算

4.1短路电流计算的目的

（1）电气主接线的选择

（2）选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保证安全可靠,而且在发生短路时保证不损坏。

（3）选择断电保护装置。

4.2短路的基本类型

三相系统中短路的基本类型有：

三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。

为了检验和选择电气设备和载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用下述短路电流值。

Ich:

短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。

I〃：

超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值。

Ia：

稳态短路电流有效值。

4.3短路电流计算的基本假定

（1）正常运行时，三相系统对称运行。

（2）所有电源的电动势相位角相同。

（3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁蕊的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。

（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

（5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

（6）元件的计算参数取其额定值，不考虑参数的误差和调整围。

（7）输电线路和电容略去不计。

4.4一般规定

（1）验算导体和电器动稳定、热稳定，以及电器开断电流所用的短路电流，应按本设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，确定适中电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式。

而不按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

（3）选择导体的电器时，对不带电抗器的回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

（4）导体和电器的动稳定，热稳定，以及电器开断电流，一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。

4.5计算步骤

4.5.1画等值电抗图

（1）首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻

（2）选取基准容量和基准电压。

（3）计算各元件的电抗标么值。

4.5.2选择计算短路点

（1）求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。

（2）各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。

（3）列出短路电流计算数据表。

4.6计算方法

本设计利用分布系数法进行网络化简，求出转移电抗；应用《导体和电器选择设计技术规定》SDGJ14-86所提供的运算曲线求取短路电流。

计算时取基准容量Sb=100MV基准电压UB=UAv；

4.6.1标么值法

462网络变换

如下图:

4.6.3三相短路电流周期分量的计算

（1）无限大电源供给的短路电流

当供电电源为无穷大或者计算电抗Xs>3.45时，不考虑短路电流周期分量的衰减。

（2）有限电源供给的短路电流

先将电源对短路点的等值电抗X归算到以电源容量为基准的计算电抗Xs，然后按Xs值查相应的发电机运算曲线，或查发电机的运算数字表，即可得到短路电流周期分量的标幺值。

第五章主要电气设备的选择

正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。

在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。

5.1一般原则

（1）应满足正常工作状态下的电压和电流的要求。

（2）应满足安装地点和使用环境条件要求。

（3）应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。

（4）应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。

5.2高压断路器的选择

（1）断路器额定电压Ue大于电网电压Ug,Ue>Ug

（2）高压断路器的额定电流le应大于或等于它的最大持续工作电流Igmax，Ie>Igmax

（3）型式和结构

（4）动稳定校验

断路器的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich3即idw

孑ich.

（4）热稳定校验

高压断路器的短时允许发热量应不小于短路期短路电流发出的热量

（5）

开断电流能力校验

本变电所220KV侧选用型号为LW（OFPT（B））-220的断路器,60KV侧选择型号为LW（OFPT（B））-63断路器。

5.3隔离开关的选择

隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。

（1）隔离开关额定电压Ue大于电网电压Ug,Ue>Ug

（2）隔离开关的额定电流le应大于或等于它的最大持续工作电流Igmax,le>Igmax

（3）型式和结构

（4）动稳定校验

隔离开关的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich3即

idw>ichi

（5）热稳定校验

隔离开关的短时允许发热量应不小于短路期短路电流发出的热量

本变电所220KV出线侧选择型号为GW4-220勺隔离开关，220KV母线侧选择型号为GW6-220的隔离开关，60KV侧选择型号为GW4-63的隔离开关。

其主要参数如表5—1所示。

表5—1断路器主要参数

型号

LW（OFPT（B））-220

LW（OFPT（B））-63

额定电压（KV）

220

最高工作电压（KV）

252

72.5

额定电流（A）

1250

额定短路开断电流（KA,有效值）

31.5

额定短路关合电流（KA,峰值）

3S额定短时耐受电流（KA,有效

31.5

值）

额定峰值耐受电流（KA,峰值）

分闸时间（MS）

<30

表5—2

隔离开关主要参数

型号

GW4-220GW6-220GW4-63

额定电压（KV）

220

最高工作电压（KV）

252

72.5

额定电流（A）

1250

3S热稳定电流（KA,有效值）

31.5

动稳定电流（KA,峰值）

分闸时间（S）

0.03

5.4电压互感器的选择

（1）按额定电压选择

选择原边额定电压uei要与接入的电网电压相适应，即要求电压互感器原边所接受的电网电压应满足下列条件：

1.1Ue1>U>0.9Ue1

其中：

U电网电压

Hi电压互感器一次绕组额定电压

（2）按准确级和容量选

用于电度计量的电压互感器，准确度不低于0.5级，用于电流、电压测量的准确度不应低于1级，用于继电保护不应低于3级。

（3）结构种类选择

60KV及以上可选串级式电压互感器。

110KV及以上可选用电容分压式电压互感器。

本变电所220KV侧选择型号为JDCF-220（GYW）的电压互感器。

60KV侧选择型号为JDCF-63的电压互感器

表5—3220KV侧电压互感器

型号

JDCF-220（GYW2

2000.1

0.1

额定电压比（

/—/

——/0.1

二次绕组

测量

0.2级

0.5

级

100100

额定输出（KV

保护

3P级

级

250500

剩余电压绕组

额定输出（

300

准确级

表5—460KV侧电压互感器

型号

JDCF-63

0.1

额定电压比（KV

..3/

二次绕组

测量

保护

剩余

准确级

0.2

0.5

额定输出（VA）

100

400

100

极限输出（VA

2000

频率（HZ

5.5电流互感器的选择

（1）按一次额定电压选择:

Ue>Ug

（2）按原边额定电流选择：

lei>Igmax

（3）设备种类、结构

（4）按准确度级和副边负荷选择额定电流

为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级，为保证互感器在一定的准确级工作，电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所

规定的额定容量Se2。

（5）动稳定校验

电流互感器的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich3

即idw>ichi

（6）热稳定校验

电流互感器的短时允许发热量应不小于短路期短路电流发出的热量

本变电所220KV侧选择型号为LB6-220的电流互感器，60侧选择型号为LCWB5-63的电流互感器。

表5—5220KV侧电流互感器参数表

型号

LB6-220

额定电压（KV

220

最高工作电压（KV

252

额定一次电流（A）

300

额定二次电流（A）

级次组合

0.5/10P/10P/10P/10P/10P

额定输出COS巾=0.8

（KVA

0.5级30

10P级60

额疋短时热电流（KA/S）

31.5/1

动稳定电流（KA）

表5—660KV

侧电流互感器参数

型号

LCWB5-63

额定电流比（A）

900/5

准确级

0.5

额定输出COS巾=0.8

（KVA

0.5级1K1，1K230

0.5级1K1，1K350

B2K1，2K2,3K1，3K250

额定1S短时热电流（KA）

额疋动稳疋电流（KA

62.5

5.6母线的选择

561母线的选择包括母线材料和母线截面的选择

（1）电流分布良好。

（2）散热良好。

（3）有利于提高电晕超始电压。

（4）安装检修方便，连接简单。

5.6.2导体截面选择和校验

（1）按经济电流密度选择

对于全年平均负荷较大，母线较长，传输容量也较大的回路，均应按经济电流密度选择。

S=SS:

经济截面Ig；工作电流AJ:

经济电流密度

查1995年电力部颁发的经济电流密度表

（2）按短路热稳定检验

S1/Cftdzkf

其中S:

所选导体截面mmC:

热稳定系数Kf:

集肤效应系数

本变电所220KV侧选择母线型式为LGJ-240/30型钢芯铝绞线，60KV侧选LGJ-88/55型钢芯铝绞线。

5.7避雷器的选择

5.7.1避雷器的设计原则

（1）配电装置的每组母线上应装设避雷器。

（2）110-220KV线路侧一般不装设避雷器。

避雷器也是目前广泛使用的，但它存在着各种电压作用下的老化问题，寿命和热稳定问题，在价格上同磁吹阀型避雷器相比没有明显的优越性，在特殊情况下才被使用。

管型避雷器由于动作时形成截波对变压器的纵向绝缘不利，所以不被采用。

FZ避雷器的造价远远低于FC2避雷器，两者的工作能力相差不大，考虑经济利益，本设计全部选用FZ避雷器。

本变电所220KV侧选择型号为FZ-220J的避雷器，60KV侧选择型号为FZ-60的避雷器，变压器中性点选择XING型号为FZ—110的避雷器。

表5—7220KV侧避雷器参数表

型号

额定电压有效

值（KV

灭弧电压有效值（KV

工频放电电压有效值

8/20卩S雷电

冲击波残压峰

值不大于（KV

不小于不大于

5KA10KA

FZ-220J

220

200

448KV536KV

652715

表5—860KV侧避雷器参数表

型号

额定电压有效

灭弧电压有

工频放电电压有效

8/20卩S雷电

值（KV

效值（KV

值

冲击波残压峰

值不大于（KV）

FZ-60

70.5

不小于不大于

140KV173KV

5KA

227

10KA

250

表5—8变压

器中性点避雷器参数表

型号

额定电压有效

值（KV

灭弧电压有效值（KV

工频放电电压有效值

8/20卩S雷电

冲击波残压峰

值不大于（KV）

不小于

不大于

5KA

10KA

FZ-110

110

125

254KV

312KV

375

415

第六章配电装置的设计

配电装置是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。

6.1电气布置

在220KV变电所设计中，电气布置的设计是比较关键的一步，在布置中要考虑主接线所确定的形式和间隔，考虑变压器设置地点，考虑避雷设备的设置，控制电缆的走向进行总体布局。

在布置中要考虑监视、运行方便、占地面积小、节约控制电缆、出线合理等要求。

1.电工建筑物总平面布置的基本要求：

2.满足电气生产工艺流程要求。

3•慎重确定最终规模，妥善处理分期建设。

4.布置紧凑合理，尽量节约用地。

5.结合地形地质，因地制宜布置。

6.符合防火规定，预防火爆事故。

7.注意风象朝向，有利环境保护。

8.控制噪声。

9.合理分区，方便管理。

10.有利于交通运输及检修活动。

11.工建筑物与外部条件相适应。

6.2配电装置设计原则

查高压配电装置设计技术规程

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据电力系统条件，自然环境特点和运行，检修等要求，合理地制订布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置，新设备和新材料，使设计做到设计先进，经济合理，运行可靠，维护方便。

6.3配电装置型式的选择

配电装置型式的选择，应考虑所在地的地理情况及环境要求，通过技术比较确定，一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋式，110KV以上多为屋外式，故本变电所设计采用屋外式配电装置。

631屋外配电装置的特点

（1）土建工作量和费用较小，建设周期短。

（2）扩建比较方便。

（3）相邻设备之间距离较大，便于带电作业。

（4）占地面积较大。

（5）受外界环境影响，设备运行的条件较差，须加强绝缘

（6）不良气候对设备维修和操作有影响。

6.3.2屋外配电装置的种类

根据电器和母线的布置高度，屋外配电装置可分为：

高型、半高型、中型。

中型配电装置按照隔离开关的布置方式又分为普通中型和分相中型两种。

6.3.3屋外配电装置的最小安全净距

表6—1屋外配电装置的最小安全净距

单位（MM

符号

适用围

220KV

60KV

带电部分至接地部分之间

1800

650

不同相的带电部分之间

2000

650

带电作业时带电部分至接地部分之间

2550

1400

网状遮拦至带电部分之间

1900

750

无遮拦裸导体至地面之间

4300

3100

平仃的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间

3800

2600

6.3.4屋外配电装置的若干问题

（1）母线及构架

本变电所母线选用软母线钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。

软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂越大。

（2）电缆沟和通道

屋外配电装置中电缆沟

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