330KV变电站建设工程结构设计毕业设计论文.docx

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330KV变电站建设工程结构设计毕业设计论文

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前言

我国是世界能源消耗大国，煤炭消费总量居世界第一位，电力消费总量居世界第二位，但一次能源分布和生产力发展水平却很不均匀。

水能、煤炭主要分布在西部和北部，能源和电力需求主要集中在东部和中部经济发达地区。

这种能源分布与消费的不平衡状况，决定了能源必须在全国范围内优化配置，必须以大煤电基地、大水电基地为依托。

实现煤电就地转换和水电大规模开发。

而变电站担负着从电力系统受电，经过变压，然后分配电能的任务，是输送和分配电能的中转站，是供电系统的枢纽，在全国电网中占有特殊重要的位置。

本330kV变电站设计对变电站内最重要的电气设备如主变压器、导线、电气设备等元器件，进行了比较和选择，在配电装置上采用当今较先进的GIS设备。

主变压器最终为2台，追求设备寿命期内最优的经济效益。

站内主接线分为330kV、110kV、和35kV三个电压等级。

各个电压等级分别采用断路器接线、双母线和双母线的接线方式。

电气主接线是发电厂和变电站的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

在短路电流方面，讲述了短路电流的危害以及三个电压等级处短路电流的计算。

电气设备的选择以各种元器件如何选择参数为主，因为只要确定了器件的参数就能十分容易的根据电力手册查出元件型号。

最后，还对导线截面的确定以及导线截面积的校验方法进行说明。

在绝缘配合、过电压保护及接地等方面也进行了简单的设计，使变电站电气一次部分基本完成。

第1章绪论

1.1设计的技术基础和前提

自20世纪70年代330kV电网在我国西北地区出现自今，330kV电网已经成为我国西北地区的主力电网。

截至2004年底，全国共投运330kV线路115条，总长度约为1070km，全网共有330kV降压变电站52座，主变压器总容量20640MVA。

330kV变电站设计也相应经历了初期阶段、成长阶段和成熟阶段。

330kV电网建设初期，由于出线回路少，330kV电气主接线大多才用角形接线，后来还有变压器——母线接线、双母线带旁路，发展到现在很普遍的一个半断路器接线，随着330kV电网成长为西北部骨干网架，330kV变电站的建设基本上都采用一个半断路器接线。

110kV电气主接线：

初期一般为双母线带旁路接线，2000年以后设计的变电站基本取消旁路母线。

配电装置布置及母线选型：

初期有角形立环式布置、双母线带旁路布置。

到后来绝大多数采用一个半断路器中型三列式布置。

初期330kV变电站大部分采用软母线，还有支持式扩径导线，20世纪90年代后，大部分采用悬挂软导线。

对于110kV配电装置，早期大部分是屋外软母线中型配电装置，中型布置单列式和双列式都用应用。

在后期，屋外半高型软母线单列布置也得到了广泛应用，也有部分地区采用支持式管母线、户内装配式、户内GIS等多种配电装置。

总平面布置：

从开始的一字型立环式布置开始也经历了很多演变，20世纪80年代开始基本上一直采用330kV配电装置、主变压器及抵低压无功补偿区和110kV配电装置的三列式布置，所区占地面积也有很大的下降。

主变压器形式：

主变压器均采用三相式变压器。

330kV的断路器型式：

初期建设的变电站大多采用柱式断路器、空气断路器等，20世纪开始80年代开始采用了进口、合资柱式、国产罐式断路器。

近期建设的变电站大部分采用瓷柱式断路器、罐式断路器，个别站采用GIS型式的设备。

微机监控系统：

20世纪90年代新设计的变电站微机监控系统都是双机系统，分层分布式控制，这已是定居。

而早期投运的微机监测也已先后完成升级改造。

新技术应用：

高抗抽水节能、调相机、三项式主变压器、串联电容补偿在以往的工程中已经得到应用；而大容量变压器、高开断水平断路器等将仍是新技术应用的主流。

从20世纪90年代中后期开始，330kV变电站设计较初期阶段也发生了较大的变化，尤其是电力系统规划设计总院组织进行的2000年示范送点变电工程设计革命，对330kV变电站设计产生了深远的影响。

示范变电站设计的成果及其应用和发展基本上代表了330kV变电站的设计现状，示范变电站设计的成果已经广泛用于近年来的工程建设当中，变电站设计已经相当成熟。

当时示范变电站设计的总体思路是：

与国际国内电力体制改革趋势相适应，与国际科技发展水平相一致，与可持续发展思路相吻合；依靠科技进步，缩小与世界先进水平差距，使设计方案更紧凑、更集约、更高效；在安全可靠前提下，突出体现经济性，合理性，先进性。

电气主接线：

一个半断路器接线仍是330kV的主要推荐接线，具体工程也可因地制宜的采用技术经济合理的其他方案，如出线双断路器、变压器母线组接线等。

配电装置：

示范变电站设计对配电装置和设备选型进行了深入研究，在安全可靠的前提下尽量压缩配电装置的尺寸。

计算机监控系统：

2000年示范变电站设计对监控系统配置方案、常规控制与计算机监控系统的技术经济比较、二次设备分散布置、保护继电器小室抗干扰措施等方面进行了深入的研究。

330kV变电站设计发展到今天，电气主接线、配电装置布置优化和母线选型、电气总平面布置的协调紧凑、计算机监控系统等方面已经发展的相当成熟，今后设计的发展趋势在以下几个方面：

从未来的变电站的发展趋势来讲，采用集成智能化电力设备，由于控制、保护、通信等微电子设备与高电压大电流主设备安装于一体，因此满足电磁兼容性要求将成为重要的技术关键。

在布置方面，建设与环境协调友好的变电站将变得越来越重要，控制变电站噪声、电磁干扰及减少变电站对周围景观的影响也会日益受到重视。

主变压器方面继续采用三相变压器。

断路器的选型：

目前和将来很长一段时间内，瓷柱式断路器、罐式断路器、HGIS、GIS、仍是主要的断路器型式。

随着国家经济实力的提升，用户对供电安全性和可靠性要求日益提高，国家对环保的高度重视和土地使用政策的日趋严格，设计必须着重考虑选用安全性和可靠性高、节约占地、适于紧凑化布置和造价比较合理的断路器型式。

布置方面，一方面，按工程主接线、进出条件和规划，充分吸取以往变电站的设计经验，因地制宜的优化配电装置；另一方面，根据工程选站的结论和电气配电装置的选型，结合站址的环境、地理位置、交通等条件，充分比较并优化总布置方案，从而做到布局合理、出线顺畅、节约占地、减少土方、减少拆迁、与环境协调等等。

综上所述，330kV变电站设计发展过程、现状及发展趋势将是330kV变电站设计原则确定的重要参考依据。

变电工程设计的发展和成熟工程经验的积累构成了330kV变电站设计的技术基础和前提。

1.2现行变电站设计的基本思路

（1）设计模块的划分。

模块化设计的设计思想是变电工程设计技术经验的总结和发展。

330kV变电站总平面的布置形式是以330kV配电装置区、主变压器及低压无功补偿设备区和110kV配电装置区等功能区构成的三列布置格局。

这三个功能区即能相互独立，又相互关联和制约，不仅构成了变电站总平面的基本模块，也构成模块化设计的基本元素。

其独立性是构成设计模块的基本条件，其关联性又形成了模块设计的互相制约。

变电工程的这一基本特征是开展模块化设计的基础和前提，也是确定设计模块的基本原则。

从电气的一次布置和总平面布置区域划分的角度出发，330kV配电装置区设计模块、主变压器及低压无功补偿设备区设计模块和110kV配电装置区设计模块是变电工程设计的三个基本模块。

（2）上述设计模块的基本定义。

330kV配电装置区设计模块是指进出线门形架为界、以区域环形道路为平面分界的区域，内容包括配电装置设计、构支架结构设计、电缆沟及地下设施设计、继电器小室布置及结构设计等内容。

330kV高压并联电抗器及其回路内电气设备布置区也是该模块的设计内容，是一个子模块，本设计只做具体的模块设计，在平面布置中假定安装于其中一回线路，在具体的工程设计中，应根据电力系统条件接入不同线路时其布置位置需相对变化。

主变压器及其低压无功补偿设备区设计模块是指以主变压器高中压侧引线构架为界、以区域环形道路为平面分界的区域，内容包括主变压器安装及各侧引线设计、低压无功补偿设备及配电装置设计等内容。

1.3主要设计原则

变电站设计的原则是：

安全可靠、技术领先、投资合理、标准统一、运行高效。

为此，在设计中，要注意处理和解决设计方案的统一性、适应性、灵活性、先进性、可靠性和经济性及其相互之间的辩证统一关系。

统一性：

建设标准统一，基建和生产运行的标准统一，外部形象风格要体现国家标准。

适应性：

设计要综合考虑各地区的实际情况，并能在一定的时间内，对不同规模、型式、外部、典型设计模块间接口灵活，增减方便，组合型式多样，概算调整方便。

先进性：

设计方案、设备选型先进、合理，占地少、注重环保，变电站可比技术经济指标先进。

可靠性：

适当提高设备水平，保证变电站设备的可靠性，保证设备、各个模块和模块并接后系统的可靠性，以确保设计方案的安全可靠性。

经济性：

按照企业利益最大化原则，综合考虑工程初期投资和长期运行费用，追求寿命期内最优的企业经济效益。

设计要树立全局意识、大局意识和企业意识，要坚持“基建为生产服务”、“以人为本”和“可持续发展”的理念，当前的重点是“节约占地、节约投资、提高效率、降低运营成本”。

具体设计要综合考虑“每个设备的合理性、每个布置的合理性、每项改进的合理性、每个方案的合理性”。

第2章主变压器及电气主接线的选择

2.1主变压器的选择

2.1.1主变压器型式及范围

（1）绕组数量的确定原则

在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。

（2）主变压器台数的确定原则

①对于大城市郊区的一次变电站在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。

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变压器。

③对于规划只装设两台变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的1—2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

由前设计说明可知、正常运行时，变电站负荷由330kV系统供电，为提高负荷供电可靠性，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高，最终应采用三台容量相同的变压器并联运行。

（3）变压器容量和型号确定

主变压器容量一般按变电站建成后5-10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展，对于城市郊区变电站，主变压器应与城市规划相结合。

变电站主变压器的选择原则有以下几点：

①在变电站中，一般装设两台主变压器；终端或分支变电站，如只有一个电源进线，可只装设一台主变压器；对于330、550kV变电站，经技术经济为合理时，可装设3-4台主变压器。

②对于330kV及以下的变电站，在设备运输不受条件限制时，均采用三相变压器。

500kV变电站，应经技术经济论证后，确定是采用三相变压器，还是单相变压器组，以及是否设立备用的单相变压器。

③装有两台及以上主变压器的变电站，其中一台事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%到80%，并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。

④具有三种电压等级的变电站，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需装设无功补偿设备时，主变压器一般先用三绕组变压器。

⑤110kV及以上中性点直接接地系统连接的变压器，一般优先选用自耦变压器，当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率的潮流情况，校验公共绕组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。

⑥330kV变电站可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。

主变压器的阻抗电压（即短路电压），应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。

对于深入负荷中心的变电站，