学位论文变电所2kv降压变电所电气部分初步设计.docx

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学位论文变电所2kv降压变电所电气部分初步设计

摘要

本毕业设计论文题目为金州220/60kV降压变电所电气部分初步设计，要求所设计的变电所能够保证供电的可靠性、灵活性和一次性满足远期负荷的要求，本设计将按照远期的负荷规划进行设计。

在设计过程中将遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约资源和用地，对生产工艺、主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。

在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、继电保护装置的规划设计、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的论文。

随着经济的飞速发展，电力这种洁净的二次能源将对未来的发展起着举足轻重的作用。

为了促进电力工作的持续稳定发展，保证西电东送工程的成功建设，满足个地区供电负荷要求，实现安全供电，保证供电可靠性，变电所的合理设计就变得尤为重要。

设计工作是工程建设的关键环节。

做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。

本论文即在遵循原理、合理规划、反复校验的基础上完成。

关键词：

三个以上

Abstract

本毕业设计论文题目为金州220/60kV降压变电所电气部分初步设计，要求所设计的变电所能够保证供电的可靠性、灵活性和一次性满足远期负荷的要求，本设计将按照远期的负荷规划进行设计。

在设计过程中将遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约资源和用地，对生产工艺、主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。

在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、继电保护装置的规划设计、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的论文。

随着经济的飞速发展，电力这种洁净的二次能源将对未来的发展起着举足轻重的作用。

为了促进电力工作的持续稳定发展，保证西电东送工程的成功建设，满足个地区供电负荷要求，实现安全供电，保证供电可靠性，变电所的合理设计就变得尤为重要。

设计工作是工程建设的关键环节。

做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。

本论文即在遵循原理、合理规划、反复校验的基础上完成。

ThegraduationdesigntopicforpreliminarydesignofJinzhou220/60kVstep-downsubstationelectricalpart,thedesigncanguaranteethepowersupplyreliability,flexibilityandone-timemeetlong-termloadrequirements,thedesignwillbedesignedinaccordancewiththelong-termloadplanning.Inthedesignprocess.Accordingtothestatelawsandregulations,implementtheprogramguidelines,policiesandthebasicconstructionofnationaleconomicconstruction,fromtheoverallsituationbyusingsystemengineeringmethod,correctlyhandletherelationshipbetweentheproductionandthelife,safetyandeconomicaspects,thecomprehensiveutilizationofresources,savingresourcesandland,theproductionprocessthemainequipment,andmainworkstoachievereliable,advanced,applicable.Basedontheaboveprinciple,thedesigngoal,graduallycompletethemainvariableselection,theformulationofthemainelectricalwiring,short-circuitcurrentcalculation,electricalequipmentchoice,highvoltagepowerdistributionequipmentplanning,relayprotection,lightningprotectionplanning,planninganddesigndrawingsandothermajorwork,hasformedacompletepaper.Withtherapiddevelopmentofeconomy,thecleanenergypowertwotimesinthefuturewillplayadecisiveroleinthedevelopment.Inordertopromotethepowerofsustainedandstabledevelopment,ensurethesuccessfulconstructionofWesttoEastpowertransmissionproject,tomeettherequirementsofthepowersupplytotheloadarea,realizesafepowersupply,ensurethereliabilityofpowersupply,becomessubstationreasonabledesignisparticularlyimportant.Designisakeylinkintheconstruction.Dothedesignwork,theprojectconstructionperiod,quality,costandthecompletionoftheoperationsafetyandreliabilityandproductionofcomprehensiveeconomicbenefits,playadecisiverole.Thecompletionofthisthesisistofollowtheprinciple,reasonableplanning,repeatedlycheck.

引言

本毕业设计论文为220/60KV降压变电所电气部分设计，要求所设计的变电所能长期可靠为其负荷供电。

设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约能源和用地，对生产工艺、主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。

在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划设计、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的论文。

目前，电力技术已成为世界能源领域的主流技术，发电、输电、配电技术的进步，提高了供电的能力、质量和可靠性，扩大了电力应用范围，因此，变电所的合理设计也变得尤为重要。

设计工作是工程建设的关键环节。

做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。

本论文即在遵循原则、合理规划、反复校验的基础上完成。

第一章变电所主变压器的选择

1.1 主变压器台数和容量选择的相关规定 

1.1.1主变压器台数的确定 

为了保证变电所供电的可靠性，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于2台。

当仅有一个电源或变电所的一级负荷系统作备用电源保证供电时，则允许装设一台主变压器。

对于大型的超高压枢纽变电所，可以根据工程的具体情况，经过技术经济比较，并根据负荷实际增长的情况分期逐台安装2～4台主变压器。

这样可以合理选择变压器的单台容量及总容量，也利于变电所可靠性的提高。

1.1.2主变压器容量的选择

（1）选择一台变压器时，当负荷较平稳时，则变压器容量比全长计算负荷大15%（负荷率为85%），如昼夜或季节性负荷波动大，则考虑变压器的过负荷能力，在负荷高峰时，变压器可以适当过载运行。

（2）当装设两台或两台以上变压器时，其容量应满足一台故障检修时，其余变压器能保证对一级负荷和二级负荷的供电。

两台以上变压器工作方式有明备用和暗备用两种，明备用是指一台工作另一台备用。

暗备用是指工作的变压器两台同时工作，各承担50%计算负荷，均按60%～75%计算负荷选择变压器容量，通常一次变电所采用75%，二次变电所采用60%。

1.1.3变压器的选择 

（1）主变压器一般采用三相变压器，若因为制造和运输条件的限制，在220kv的变电所中，可以采用单相变压器组。

当装设一组单相变压器时，要考虑安装设备用相，当主变压器超过一组时，并且各组容量满足全所负荷的75%时，可以不安装设备用相。

（2）当系统有调压要求时，从经济运行的观点考虑，对于新建的变电所，应该注意选择有载调压变压器。

其中变电所附加的工程造价，在短期内是可以回收的。

（3）在两个中性点之间直接接地系统连接的变压器，除了低压负荷较大或者与高中压间潮流不稳定的情况外，通过经济的比较，一般都采用自耦变压器。

（4）一般采用三相绕组变压器的变电所具有三种电压，例如220kv、110kv、60kv。

1.2变压器的负荷计算

①变电所60KV侧的用户总容量

∑S=26400/0.95+18500/0.95+18900/0.95+14100/0.95+12900/0.95

=95578.947KVA

②变压器的容量：

（考虑负荷的同时系数和线损）

S′=∑S×0.92（1+5%）=92329.26KVA

③根据主变压器容量选择的规则（停一台主变压器后，余者能够带70%的负荷）

S=S′×70%=64630.48KVA

若选择两台90000KVA主变压器，则其中一台容量占总负荷比例为：

（90000/S′）×100%=97.48%＞65%（重要负荷比例），满足设计要求。

所以选择的变压器型号参数为：

型号

SFPZ7-90000/220

空载损耗（KW）

104

额定容量（KVA）

90000 

负载损耗（KW）

359

额定电压（KV）

高230±8×1.5%，低69

阻抗电压（%）

13.36

连接组别 

YN，d11 

空载电流（%）

0.8

本次设计的220/60kV降压变电所采用2台主变压器并列运行的方式。

第二章 变电所电气主接线的选择

电气主接线指的是变电所的变压器、输电线路与电力系统相连接，完成输配电任务。

它是变电所电气设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。

主接线方案的确定与电力系统及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性等密切相关，并对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟订有较大的影响。

 因此，电气主接线的设计是一个综合性的问题，必须根据变电所的具体情况，全面分析，正确处理各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济的比较，确定变电所主接线的最佳方案。

2.1 电气主接线的设计原则和要求 

2.1.1 电气主接线的设计原则  

设计变电所的，电气主接线时，要认真分析任务书给定的原始资料，并且遵循的总原则为：

①要符合设计任务书的要求；②符合相关的方针、政策和技术规范、规程；③结合具体的工程特点，设计出经济合理的主接线方式。

为此，要考虑下列情况：

1、变电所在电力系统中的地位和作用 

变电所在系统中的地位和作用是决定主接线方式的主要因素。

枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所、分支变电所由于在电力系统中的地位和作用不同，其主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不相同。

2、变电所的发展规模 

变电所建设规模应根据电力系统5～10年发展规划进行。

为了保证对用户供电的可靠性，在设计中过程应根据变压器负荷的大小、变压器负荷增长速度，地区网络情况以及潮流分布，确定主接线形式和连接电源数以及出线的回数。

3、变电所负荷大小和容量

根据用户负荷的性质确定供电电源，对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电；对于二级负荷，一般也要求两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

对三级负荷一般只需一个独立电源供电。

4、主变压器的台数对主接线方式的影响 

变电所主变压器的容量和台数，对主接线的选择有直接的影响。

对于大型变电所来说，由于传输容量较大，对供电的可靠性要求较高，因此，对主接线的可靠性、灵活性的要求也较高。

而容量小的变电所，其传输容量较小，对主接线的可靠性，灵活性要求比较低。

5、备用容量的有无和大小对主接线方式的影响 

变电所的备用容量是为了保证供电的可靠性，适应负荷的增长、设备的检修、故障的停运等情况下的应急要求。

电气主接线方式的设计是根据备用容量的有无而有所不同，例如，当母线或者断路器检修时，是否允许变压器、线路的停运；当线路故障时是否允许切除线路变压器的数量等等，都直接影响主接线方式的选择。

2.1.2 电气主接线方式的基本要求

1、可靠性 

供电可靠性是电力生产和分配首要的要求，停电会对各部门的经济带来巨大损失，甚至会导致产品的报废、设备的损坏、人身伤亡等等。

因此，主接线的接线方式必须要保证供电的可靠性。

因为事故被迫中断的供电机会越小，影响范围就越小，停电时间就越短，主接线方式的可靠程度就越高。

研究主接线方式的可靠性应注意以下问题：

（1）变电所在电力系统中的地位和作用。

变电所是决定主接线方式的主要因素，也是电力系统的重要组成部分，系统要求与其可靠性是相适应的。

例如：

对于一个小型终端变电所的主接线方式来说，一般可靠性不要求过高，而对于一个大型超高压变电所的主接线方式来说，由于在电力系统的地位很是重要，供电容量较大、范围较广，发生事故时可能使系统运行受到干扰，甚至失去其稳定性，造成巨大的损失，因此变压器电气主接线的方式应采用供电可靠性比较高的接线方式。

（2）变电所接入电力系统中的方式。

现代化的变电所都有电力系统接入并运行。

其电力系统接入方式的选择与容量的大小、电压的等级、负荷的性质以及地里的位置和输送电能的距离等因素有关。

（3）变电所运行的方式以及负荷的性质。

电能生产特点是发电、变电、输电、用电同一时刻共同完成。

而按其重要意义负荷的性质又有Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类之分。

当变电所的设备利用率较高时，年利用的小时数在5000h以上，主要供Ⅰ类、Ⅱ类负荷用电时，必须要采用可靠的供电接线形式。

（4）设备可靠程度将直接影响主接线方式的可靠性。

电气的主接线是由电气设备连接而成，电气设备自身的质量以及可靠的程度直接影响主接线的可靠性。

因此，设计主接线方式时必须同时考虑一次设备和二次设备的故障率对其供电的影响。

随着电力的不断发展，大容量机组及新型设备的投运、先进技术及自动装置的使用，都有利于提高主接线的可靠性，但不代表设备以及自动化元件使用的越多、越新、接线越复杂就越可靠。

相反的，没有必要的接线设备，反而使接线复杂、运行不便，将会降低主接线可靠性。

因此，电气主接线的可靠性取决于一次设备、二次设备在运行中可靠性的综合，采用质量高的元件和设备，不仅可以提高可靠性，减小事故率，还可以简化接线。

此外，主接线方式的可靠性还与运行的管理水平和运行值班人员的素质有很密切的关系。

2、灵活性 

电气主接线应该能够适应各种运行状态，并且能够灵活的进行运行方式转换，保证正常运行时可以安全可靠的供电。

当系统故障或者电气设备检修故障时，也能够适应调度的要求，并且能够灵活的、简便的、迅速的倒换运行方式，从而使停电时间达到最短，影响范围达到最小。

同时设计主接线时要留有扩建的余地。

以下是对灵活性的要求：

（1）调度时，可以灵活的投入或切除变压器和线路，调配电源和负荷的大小，满足系统在事故运行、检修运行以及特殊运行方式下系统的调度要求。

（2）检修时，可以方便的停运断路器、母线以及继电保护设备，达到安全检修而不影响电力系统的运行和对用户的供电要求。

（3）扩建时，可以容易的从初期接线过度到最终接线。

在不影响连续供电或者停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不产生互相干扰，并且对一次部分和二次部分的改建工作量最少。

3、经济性 

设计主接线时，主要的矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。

要想使主接线可靠、灵活，一定会选择高质量的设备和现代化自动装置，从而使投资迅速增加。

所以，主接线设计的方式也要在满足可靠性和灵活性的同时做到经济的合理性。

一般考虑的方面如下：

（1）投资省。

主接线的线路应该简单清晰，要节省断路器、电流互感器、隔离开关、电压互感器、避雷器等一次设备；②使继电保护和二次回路不过于复杂，节省二次设备和控制电缆；③限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kv及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

（2）占地面积小。

主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。

（3）电能损失少。

在变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压器而增加电能损耗。

2.1.3 主接线的拟定方案及选择

根据《变电所设计》等书籍中关于接线形式适用范围规定可知，220KV配电装置出线回路超过两回时，则选用双母线，60kv配电装置出线回路不超过12回则选用双母线。

根据主接线设计要求必须满足供电的可靠性，灵活性，方便性以及经济性的原则，初步在两侧各拟定两个主接线方案，进行选择：

220kV侧如表：

方案

项目

单母线分段接线 

双母线接线 

可靠性

①对重要的用户可以从不同段引出两个回路。

②当一段母线发生故障时，分段断路器将自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电。

①可以轮流检修母线使供电不中断。

 ②检修任一母线的隔离开关时，只停该回路。

③母线故障后，可以迅速恢复供电。

灵活性

①当出线为双回线时，常使架空线路出现交叉跨越。

②扩建时需向两个方向均匀扩建。

①调度灵活。

②扩建方便。

③便于试验。

经济性

接线简单，设备较少。

① 增加母线的长度、隔离开关的数量及配电装置架构，增大占地面积，投资增多。

② 隔离开关容易误操作，需在隔离开关和断路器之间装设联锁装置。

60kV侧如表：

方案

项目

单母线分段接线 

双母线接线 

可靠性

①对重要的用户可以从不同段引出两个回路。

②当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电。

①可以轮流检修母线而不致使供电中断。

②检修任一母线的隔离开关

时，只停该回路。

 3.母线故障后，能迅速恢复供电。

灵活性

①当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越。

②扩建时需向两个方向均匀扩建。

2调度灵活。

②扩建方便。

③便于试验。

经济性

接线简单，设备较少

投资较小。

根据本次设计变电所的实际情况：

220KV电源进线三回，60KV出线10回，从220KV母线还有转送线路2回，根据负荷的变化需要改变主接线方式的运行方式来满足供电的可靠性，灵活性，方便性以及经济性的原则，因此，主接线220kv侧采用双母线接线；60kv侧也采用双母线接线。

2.1.4变电所电气主接线图 

第三章短路电流的计算

短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘的损坏。

所谓短路是指相与相之间通过电弧或其他较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。

3.1 短路电流计算的目的、规定 

（一）短路电流计算的主要目的：

1、电气主接线的比较与选择。

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。

（二）短路电流计算一般规定：

1、接线方式 

短路电流所用的接线方式，应该是可能发生的最大短路电流的正常接线方式，不能用在切换过程中并列运行的接线方式。

2、计算容量 

应该按照工程设计的规划容量计算，并且考虑电力系统的发展规划，一般取工程建成后的5～10年。

3、一般按三相短路计算

如果发电机出口的两相短路，或者中性点直接接地系统中的单相或两相接地短路较三相短路严重时，应该按严重情况计算。

4、短路计算点 

在正常的接线方式时，通过设备的短路电流为最大点，称为短路计算点。

5、短路计算方法 

在设计中，短路电流计算均应该采用实用计算法。

即在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量。

6、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。

3.2各元件的阻抗标么值

（SB=100MVA）

图3-1系统等值电路图

发电机：

XG1=XG2=XG3=Xd″SB/SN=0.18×100/（200/0.85）=0.0765

XG4=XG5=XG6=Xd″SB/SN=0.124×100/（300/0.85）=0.0351

变压器：

XT1=XT2=XT3=（Ud%/100）×（SB/SN）=14/1OO×（100/240）=0.0583

XT4=XT5=XT6=（Ud%/100）×（SB/SN）=14/100×（100/315）=0.0444

线路：

XL1=0.4×50×100/2302=0.0378

XL2=0.4×70×100/2302=0.0529

XL3=0.4×48×100/2302=0.0363

XL4=XL5=0.4×78×100/2302=0.059

XL6=XL7=0.4×50×100/2302=0.0378

XL8=0.4×80×100/2302=0.605

图3-2系统等值简化电路图

X1=XG1+XT1=0.0765+0.0583=0.1348

X2=XL4/2=0.059/2=0.0295

X3=XL6/2=0.0378/2=0.0189

X4=XG4+XT4=0.0351+0.0444=0.0795

X5=XL8=0.0605

图3-3系统等值简化电路图

X6=X1/3=0.1348/3=0.0449

X7=XL1+XL2=0.0378+0.0529=0.0907

X8=XL3=0.0363

X9=X3×X5/（X2+X3+X5）=0.0105

X10=X2×X3/（X2+X3+X5）=0.0051

X11=