电力系统自动化专业毕业设计说明.docx
《电力系统自动化专业毕业设计说明.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统自动化专业毕业设计说明.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电力系统自动化专业毕业设计说明
（本科）
电力系统自动化专业
毕业设计
设计题目
220kV降压变电所电气部分初步设计
函授站
班级
学生
指导老师
日期2011.12
前言
随着社会生产力的迅猛发展，电力能源已成为了人类历史发展的主要动力资源之一，近年来，我国的电力工业也有了很大的发展，这对电业生产人员的素质也提出了更高的要求。
我作为一名电力企业职工和一名电气工程及自动化专业的毕业生，要科学合理地驾驭电力，就得从电力工程的设计原则和方法上来理解和掌握其精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本、提高经济效益和巩固、提高所学知识的目的。
本次毕业设计是继完成专业基础课和专业课后的总结和运用，是一次综合运用理论和实践相结合来解决工程问题能力的训练。
通过毕业设计，可以将所学各门课程的理论知识和工作技能综合复习和运用一遍，可以培养我们独立工作和独立思考的能力，还可以通过方案的比较查阅各种手册、规程、资料、数据等来扩大知识面，了解国家的方针和政策，以便更好地适应工作的需要。
本毕业设计论文共包括设计的任务、说明、计算、图纸等几大部分，容是关于220KV变电所电气部分初步设计，作者通过参考电力系统毕业指导书及老师的帮助，进行了主接线方案的设计；选择了主变的容量和型号；然后再通过短路计算，选择和校验了电气设备及母线；最后，为全厂配置微机继电保护、进行防雷的规划等等。
通过本次毕业设计，可以熟悉国家能源开发的方针政策和有关技术规程、规定、导则等，树立工程设计必须安全、可靠、经济的观点；巩固并充实所学基本理论和专业知识，能够灵活应用，解决实际问题；初步掌握电气工程及其自动化专业工程的设计流程和方法，能独立完成工程设计、工程计算、工程绘图、编写工程技术文件等相关设计任务；培养严肃认真、实事和刻苦钻研的工作作风。
在整个毕业设计过程中，得到工程学院跃、程老师的指导和帮助，在此深表感！
鉴于本人水平及时间所限，本设计书难免有疏漏，错误之处，敬请批评指正！
作者
2011年12月
毕业设计任务书
一．设计题目：
220kV降压变电所电气部分初步设计
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℃____
10kV用户负荷统计资料如下：
表1110kV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
0.95
22
50
10kV用户负荷统计资料如下：
表210kV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
0.91
2
70
2
机械厂
900
2
40
3
汽车厂
2100
2
60
4
电机厂
2400
2
55
5
炼油厂
2000
2
60
最大负荷利用小时数
=5256h（见P137b），同时率取0.9，线路损耗取6%。
设计说明书
一、概述
1.1设计依据及原则
根据给定的《“发电厂及电力系统”课程设计任务书》以及国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则，并依据5-10年电力系统发展规划进行设计，力求做到供电可靠、调度灵活、检修方便和投资经济。
1.2系统概况
待建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。
待建变电所位于城市郊区，交通便利。
主要承担开发区电机厂矿机厂机械厂供电任务，以及汽车厂、炼油厂等重要用户。
220kv4回出线作为本所电源，2回线来自系统，2回线来自相临变电站，110kv2回出线供电解铝厂负荷，10kv11回出线供周围负荷。
该变电所为枢纽变电所。
1.3设计规模
110KV线路2回，最大负荷为45MW.负荷功率因数0.95.
10KV出线远景共11回，本侧最大出线总负荷为9.7MW，负荷功率因数平均为0.91。
年最大负荷利用小时数Tmax=5256小时，同时率0.9，线路损耗6％。
1.4环境条件
当地年最高温度40℃。
最热月（7月）平均温度30℃。
二、主变压器的选择
1.主变压器形式的选择
1.1相数的确定
330kv及以下的电力系统，在不受运输条件限制时，应选用三相变压器。
500kv及以上电力系统，应根据制造、运输条件和可靠性要求等因素，经技术比较后，确定是三相还是单项变压器。
根据待建变电所电压和地理条件情况，选择三相变压器。
1.2绕组数确定
具有三种电压等级的变电所，如通过各侧变压器绕组的功率均达到变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所需要装设无功补偿时，主变压器宜采用三绕组变压器，当中性点接地方式允许时采用自耦变压器。
根据待建变电所电压等级和负荷情况，选择三绕组变压器。
1.3调压方式的确定
用户为电解铝厂、厂矿生产企业，电压波动大，用户对供电质量要求较高，需要经常调压，故选择有载调压变压器
2.主变容量和台数的确定
相关的设计规规定：
选择的变压器容量Se需要满足下列两个条件：
①Se≥0.7Smax;②Se≥Simp。
其中，Smax为变电所的最大负荷容量；Simp为变电所的全部重要负荷容量
通过计算及变压器过负荷能力校验，最后选择变压器的容量Se=40000KVA。
容量选择计算及过负荷能力校验过程，详见计算书
考虑到重要负荷较多及今后的发展，故选择2台主变压器
综上所述：
该变电所选择2台3相3绕组有载调压变压器
型号为SFSZ-40000KVA/220+8×1.25%/121/10.5
主要技术参数如下：
额定容量比：
100/100/100
额定电压比：
220+8×1.25%/121/10.5
联系组标号：
YN，a0，d11
空载损耗P0：
38KW
空载电流I0：
0.9%
阻抗电压：
U（1-2）%=10U（1-3）%=30U（2-3）%=20
三、主接线的确定
变电所主接线的设计应根据变电所在电力系统中的地位、出线回路数、设备特点、负荷性质、周围环境及变电所的规划容量等条件和具体情况确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方面、节约投资和便于扩建等要求。
主接线的可靠性和经济性应综合考虑，在满足技术要求前提下，尽可能投资省、占地面积少，电能损耗少，年费用（投资与运行）为最小。
1.220KV接线方式
方案一：
采用单母线带旁路母线，该接线简单清晰，投资较小，运行操作简单，任一出线或主变间隔断路器检修，不需对外停电，但母线检修或故障时220KV配电装置需要全停。
考虑到电解铝厂、厂矿用户的重要性，该接线方式不宜采用。
方案二：
采用双母接线，该接线双回电源进线，两台主变运行在不同母线上，负荷分配均匀，调度灵活方便，运行可靠性高，任一母线检修不会影响线路送电，母线故障时也只影响部分负荷。
由于考虑到负荷重要性，目前SF6断路器可靠性较高，采用双母接线供电可靠性亦能得到可靠保证，故采用双母接线方式。
2.110KV接线方式
110KV2回出线
方案一可采用线路变压器组，投资少，接线简单清晰，缺点变压器检修或故障时，线路只有一条运行，降低了用户的供电可靠性。
方案二采用桥接线，也是比较经济的接线方式，线路停电方便，变压器停电相对复杂，但考虑供电可靠性110KV系统采用桥接线方式。
3.10KV接线方式
10KV11条出线，重要用户均采用双回路，由于10KV断路器性能可靠，不考虑增设旁路。
考虑到系统无功负荷较大，为改善系统电压，同时提高变压器的输送能力，增设二组10KV电容器。
10KV系统采用单母分段接线方式亦能满足供电可靠性要求。
变电所主接线见图
四、短路电流计算
为了保证电力系统安全运行，在设计选择电器设备时，都要用可能流经设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。
同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置能够自动地使有关断路器跳闸。
继电保护装置的整定和电气设备的选择均需要短路电流数据。
因此短路电流计算是变电所设计的重要容之一。
系统在不同运行方式下的短路电流（KA）
短路地点
运行方式
I"
I（1.8ˊ）
I（3.6ˊ）
220KV侧
双母线并列运行
38.89
29.27
27.88
110KV侧
I"
I（1.55ˊ）
I（3.1ˊ）
一台主变停运
1.914
1.914
1.914
两台主变并列运行
3.686
3.686
3.686
10KV侧
I"
I（1.05ˊ）
I（2.1ˊ）
一台主变停运
7.606
7.606
7.606
两台主变并列运行
14.451
14.451
14.451
注：
短路电流计算详见短路电流计算书
五、电器设备的选择
5.1220KV高压断路器的选择
（1）选断路器型号
考虑单条线路代２台变压器时最大长期工作电流：
Igmax=2×Se/（√3Ue）=2×40000/（√3×220）
=209.95（A）
根据Ue=220KV、Igmax==110A（线路考虑单线带两台变压器最大电流209.5A）及室外布置的要求，由于220KV断路器额定电流均大于209.5A，主变断路器、线路断路器选型号为LW1-220/2000断路器，其额定技术数据：
Ue=220KV，Ie＝2000A，额定开断电流Ibr=40KA,动稳定电流Imax=100KA,热稳定电流It＝40（4s）。
校验开断能力
Ibr=40KA>I"＝38.92KA，断路器开断电流满足系统短路容量的要求。
校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×38.89=98.98KA<100KA
满足要求。
校验热稳定
因tk=3.6s>1s
故可不计非周期分量的发热影响。
Qk＝（I"2＋10I2（t/2）+It2）t/12=（38.892+10×29.272+27.882）3.6/12
=3257.11KA2·S<402×4=6400KA2·S
满足要求。
以上计算表明，选LW1-220/2000断路器可满足要求。
220KV断路器的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
（KV）
Igmax
（KA）
I″
（KA）
ish
（KA）
QK
（KA2S）
UN
（KV）
IN
（KA）
Inbr
（KA）
Ies
（KA）
I2tt
（KA2S
LW1-220/2000
220
0.21
38.89
98.98
3257.11
220
2000
40
100
6400
110KV高压断路器的选择
（1）选断路器型号
单台变压器最大长期工作电流：
Igmax=1.05×Se/（√3Ue）=1.05×40000/（√3×121）
=200.4（A）
根据Ue=110KV、Igmax==200.4A及室外布置的要求，由于110KV断路器额定电流均大于200.4A，主变断路器LW1-110I/2500断路器，其额定技术数据：
Ue=110KV，Ie＝2500A，额定开断电流Ibr=31.5KA,动稳定电流Imax=125KA,热稳定电流It＝50（4s）。
验开断能力
Ibr=31.5KA>I"＝3.69KA，断路器开断电流满足系统短路容量的要求。
校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×3.69=9.39KA<125KA
满足要求。
校验热稳定
因tk=3.1s>1s
故可不计非周期分量的发热影响。
Qk＝（I"2＋10I2（t/2）+It2）t/12=（3.692+10×3.692+3.692）3.1/12
=42.21KA2·S<502×4=10000KA2·S
满足要求。
以上计算表明，选LW1-110I/2500断路器可满足要求。
110KV断路器的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
（KV）
Igmax
（KA）
I″
（KA）
ish
（KA）
QK
（KA2S）
UN
（KV）
IN
（KA）
Inbr
（KA）
Ies
（KA）
I2tt
（KA2S
LW1-110I/2500
110
0.21
3.69
9.39
42.21
110
2500
31.5
125
10000
10KV高压断路器的选择
（一）10KV主变断路器、分段断路器
（1）选断路器型号
单台变压器最大长期工作电流：
Igmax=1.05×0.5×Se/（√3Ue）=1.05×40000/（√3×10.5）
=1154.7（A）
根据Ue=10KV、Igmax==1154.7A及室外布置的要求，主变断路器、分段断路器（考虑单台主变运行时分段断路器通过较大电流）选型号为ZN9-10/1250断路器，其额定技术数据：
Ue=10KV，Ie＝1250A，额定开断电流Ibr=20KA,动稳定电流Imax=50KA,热稳定电流It＝20（4s）。
校验开断能力
Ibr=20KA>I"＝14.451KA，断路器开断电流满足系统短路容量的要求。
校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×14.451=36.78KA<50KA
满足要求。
校验热稳定
因tk=2.1s>1s
故可不计非周期分量的发热影响。
Qk＝（I"2＋10I2（t/2）+It2）t/12=（14.4512+10×14.4512+14.4512）2.1/12
=438.55KA2·S<202×4=1600KA2·S
满足要求。
以上计算表明，选ZN9-10/1250断路器可满足要求。
（二）10kv出线断路器
（1）10KV出线最大负荷
Igmax=Pmax/（Cos×√3Ue）=2100/（0.85×√3×10.5）
=135.85（A）
根据Ue=10KV、Igmax==135.85A及室外布置的要求，出线断路器选型号为ZN5-10/630断路器，其额定技术数据：
Ue=10KV，Ie＝630A，额定开断电流Ibr=20KA,动稳定电流Imax=50KA,热稳定电流It＝20（4s）。
（2）校验开断能力
Ibr=31.5KA>I"＝14.451KA，断路器开断电流满足系统短路容量的要求。
（3）校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×14.451=36.78KA<50KA
满足要求。
（4）校验热稳定
因tk=2.1s>1s
故可不计非周期分量的发热影响。
Qk＝（I"2＋10I2（t/2）+It2）t/12=（14.4512+10×14.4512+14.4512）2.1/12
=438.55KA2·S<202×4=1600KA2·S
满足要求。
以上计算表明，选ZN5-10/630断路器可满足要求。
10KV断路器的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
（KV）
Igmax
（KA）
I″
（KA）
ish
（KA）
QK
（KA2S）
UN
（KV）
IN
（KA）
Inbr
（KA）
Ies
（KA）
I2tt
（KA2S
ZN5-10/630
10
0.15
14.451
36.8
438.55
10
630
20
50
1600
ZN9-10/1250
10
1.15
14.451
36.7
438.55
10
1250
20
50
1600
220KV隔离开关选择
（1）选隔离开关型号
考虑单条线路代２台变压器最大长期工作电流：
Igmax=2×Se/（√3Ue）=2×40000/（√3×220）
=209.95（A）
根据Ue=220KV、Igmax==209.95A（线路考虑单线带两台变压器最大电流209.95A）及室外布置的要求，由于220KV隔离开关额定电流均大于220A，主变隔离开关、线路隔离开关选型号为GW7-220/1250A，其额定技术数据：
Ue=220KV，Ie＝1250A，动稳定电流Imax=80KA,热稳定电流It＝31.5KA（4s）。
（2）校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×38.89=98.98KA>80KA
不能满足要求。
选型号GW7-220/2500A隔离开关，其额定技术数据：
Ue=220KV，Ie＝2500A，动稳定电流Imax=125KA,热稳定电流It＝50KA（4s）。
校验动稳定校验：
Ish=√2KmI"=√2×1.8×38.89=98.98KA<125KA
满足要求。
校验热稳定
因tk=3.6s>1s
故可不计非周期分量的发热影响。
Qk＝（I"2＋10I2（t/2）+It2）t/12=（38.892+10×29.272+27.882）3.6/12
=3257.11KA2·S<502×4=10000KA2·S
满足要求。
以上计算表明，选GW7-220/2500A隔离开关可满足要求。
220KV隔离开关的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
（KV）
Igmax
（KA）
ish
（KA）
QK
（KA2S）
UN
（KV）
IN
（KA）
Ies
（KA）
I2tt
（KA2S
GW7-220/2500A
220
0.21
98.98
23257.11
220
2500
125
10000
110KV隔离开关选择
（1）选隔离开关型号
单台变压器最大长期工作电流：
Igmax=1.05×Se/（√3Ue）=1.05×40000/（√3×121）
=200.4（A）
根据Ue=110KV、Igmax==200.4A及室外布置的要求，主变隔离开关、线路隔离开关选型号为GW5-110/1250A，其额定技术数据：
Ue=110KV，Ie＝1250A，动稳定电流Imax=50KA,热稳定电流It＝31.5KA（4s）。
（2）校验动稳定
Ish=√2KmI"=√2×1.8×3.69=9.39KA<50KA
满足要求。
校验热稳定
因tk=3.1s>1s
故可不计非周期分量的发热影响。
Qk＝（I"2＋10I2（t/2）+It2）t/12=（3.692+10×3.692+3.692）3.1/12
=42.21KA2·S<31.52×4=3969KA2·S
满足要求。
以上计算表明，选GW5-110/1250A隔离开关可满足要求。
110KV隔离开关的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
（KV）
Igmax
（KA）
ish
（KA）
QK
（KA2S）
UN
（KV）
IN
（KA）
Ies
（KA）
I2tt
（KA2S
GW5-110/1250A
110
0.2
9.39
42.21
220
1250
50
3969
5.610KV隔离开关选择
因10KV断路器选用小车开关柜，不需要隔离开关。
5.11主变10KV侧母线桥选择
（1）按经济电流密度选择主变引线
10ｋｖ全部负荷11412MVA不足变压器容量一半，考虑今后发展乘1.05倍．
Igmax=1.05×0.5×Se/（√3Ue）=1.05×0.5×40000/（√3×10.5）
=1154.7（A）
已知年最大负荷利用小时数Tmax=5256小时，查铝矩形母线经济电流密度J=0.75。
则S j=Igmax/J=1154.7/0.75=1539.6（mm2）
选双条矩形母线截面2×（80×8）＝1280（mm2）
按导体平放，其Ial=1858A,KF=1.27,计及温度修正
Kθ=√[（70-40）/（70-25）]=0.82
Kθ×Ial=0.82×1858=1523.56（A）>Igmax=1154.7（A）
满足母线正常发热的要求。
（2）热稳定校验：
按上述情况选择的导体截面，还应按下式校验其在短路条件下的热稳定：
S≥Smin=Qd1/2/C=Iootdz1/2/C
式中：
S——导体截面（mm2）
Smin——热稳定决定的导体最小允许截面（mm2）
Qd——短路电流的热效应（A2·s）
C——热稳定系数，取C=90
Ioo——稳态短路电流（KA）
Tdz——热稳定的短路计算时间（s）
设主保护动作时间tb=0.05s，断路器全开断时间为tkd=0.06s
则短路电流持续时间为tr=tb+tkd=0.05+0.06=0.11s
周期电流热效应
QP＝Qk＝（I"2＋10I2（t/2）+It2）t/12=（14.452+10×14.452+14.452）2.1/12
=438.55KA2·S
由于tr=0.11s<1s考虑短路电流非周期分量，查表Ta=0.05
QnP＝TaI"2=0.05×14.452=10.44KA2·S
QK=QP+QNp=438.55+10.44=448.99KA2·S
短路前母线工作温度
θW＝40＋（70－40）1154.7/1523.56＝40＋22.7＝62.7
查表C＝90
则smin=√（QK×KF）/C=√（448.99×106×1.27）/90＝265.3（mm2）
选择的导线截面均大于S=1280mm2>265.3mm2，满足热稳定要求。
（3）动稳定校验：
f0=112×rIε/l2=112×2.312×1.55×104/1202=278（HZ）
rI-布置方式惯性半径，L－绝缘子跨距（取120mm），ε－材料系数
因f0>=278HZ>155HZ，故β＝1，不考虑母线共振问题。
变压器出口短路时ish=2.55×14.51=36.75（KA）
母线截面系数（两片平放）：
W＝0.333bh2=0.333×0.008×0.0082=17.05×10-6（ｍ3）
作用在母线上的最大电动力及相间应力
fФ=0.173i2sh/a=0.173×36.752/0.4=584.1（N/m）
σ=M/W=fФL2/（10W）=584.1×1.22/（10×17.05×10-6）=4.93×106（Pa）
查表σa1=70×106（Pa）>4.93×106（Pa）满足动稳定要求。
5.12母线桥支持绝缘子选择
根据母线额定电压10.5KV和屋外装设的要求，选用ZS-10,高度210mm，机械破坏负荷4900N.
作用在绝缘子上的电动力：
F=0.1
升级会员 