220KV 降 压 变 电 所 配 电 设 计.docx

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220KV降压变电所配电设计

毕业设计（论文）

（说明书封面）

课题（论文）名称：

220KV降压变电所配电设计

姓名：

专业：

班级：

起止日期：

2010/2011第一学期第一周至第八周

指导教师：

广西工业职业技术学院

设计说明书

（学生填写）

题目：

220KV降压变电所配电设计

目录

标题·····························································2

目录·····························································3

设计摘要························································5

前言·····························································6

第一章:

负荷计算及功率补偿········································7

1.1负荷计算的内容和目的····································7

1.2负荷计算················································8

1.3全厂负荷计算··········································9

1.4无功补偿·············································10

第二章:

主变压器的选择··········································12

2.1主变台数的确定··········································12

2.2主变容量的确定··········································12

2.2主变类型的选择··········································12

第三章:

电气主接线设计及方案选择································14

3.1电气主接线的概况·········································14

3.2各侧主接线的设计·········································15

第四章：

短路电流的计算··········································16

4.1短路电流产生的原因·······································16

4.2短路电流的计算···········································17

第五章：

电气设备的选择··········································19

5.1电气设备选择的原则·······································19

5.2断路器的选择·············································19

5.3隔离开关的选择···········································21

5.4互感器的选择·············································22

5.5母线的选择···············································23

5.6一次设备的校验···········································24

第六章:

防雷保护与接地装置的设计·································28

6.1避雷针·················································28

6.2避雷器·················································29

6.3防雷接地···············································29

第七章：

继电保护规划·············································30

7.1主变压器保护规划·········································30

7.2线路保护的规划···········································30

7.3母线保护规划·············································31

第八章：

变电所的所用电···········································31

设计结论·························································33

谢辞·····························································34

主要参考文献·····················································35

附表·····························································36

附图·····························································37

摘要

本次设计主要任务是220KV降压变电所配电设计，根据所给的资料进行相关的初步设计，其中含有：

负荷计算、短路计算及电气设备选择等部分。

按照相关的规定将220KV的母线电压降成110KV发送至炼钢厂和10KV的厂用等部分用电用户的电源。

在设计中含有一部分的电气设备的选择，和在线路中应用的必要保护。

关键词：

变电所

电气设备

短路电流计算

防雷措施

继电保护

前言

经过三年的系理论知识的学习，及各种实习操作，还有老师精心培育下，对电力系统各部分有了初步的认识与了解。

变电所是电力系统的重要的组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

电力主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系这全厂电气设备的选择、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型因素。

这次毕业设计，是我了解设计的要求及内容，更加深刻了解课本的内容，使知识与理论相结合，使基础知识与实际操作紧密联系。

第一章：

计算负荷及功率补偿

1.1计算负荷的内容和目的

1.1.1负荷计算的概述

　　“计算负荷”是指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线的负荷值，同时，它也是选择仪表、整定继电保护的重要依据。

　　计算负荷确定过大，将使变压器容量、电气设备和导线选择过大，造成投资浪费，如果计算负荷确定过小，定会引起所选变压器容量不足或电气设备、电力线路运行时电能损耗增加，并产生过热、绝缘加速老化等现象，甚至发生事故。

“计算负荷”通常用、、、分别表示负荷的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流。

1.1.2负荷计算的内容

　　负荷计算的主要内容有设备容量、计算容量、计算电流、尖峰电流。

（1）设备容量

　　设备容量也称为安装容量,它是用户安装的所有用电设备的额定容量或额定功率（设备名牌上的数据）之和,是配电系统设计和计算的基础资料和依据。

（2）计算容量

　　计算容量也称为计算负荷、需要负荷或最大负荷。

它标志用户的最大用电功率。

是配电设计时选择变压器、确定备用电源容量、无功补偿容量和季节性负荷的依据。

也是计算配电系统各回路中电流的依据。

（3）计算电流

　　计算电流是计算负荷在额定电压下的电流。

它是配电系统设计的重要参数，是选择配电变压器、导体、电器、计算电压偏差、功率损耗的依据。

也可以作为电能损耗及无功补偿的估算依据。

（4）尖峰电流

　　尖峰电流是负荷的短时（如电动机起动等）最大电流。

它是计算电压降、电压波动和选择导体、电器及保护元件的依据。

1.2负荷计算的方法

1.2.1设备容量的计算

　　在计算用户的设备容量时，应先对单台用电设备或用电设备组进行如下处理再相加：

（1）单台设备的设备容量一般取其铭牌上的额定容量或额定功率；

（2）连续工作的电动机的设备容量即铭牌上的额定功率，是轴输出有功功率，未计入电动机本身的损耗；

　（3）短时工作电动机，需考虑使用系数；

　（4）照明设备的设备容量采用光源的额定功率加上附属设备的功率。

如荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、高压汞灯，均为灯泡的额定功率加上镇流器的损耗。

低压卤钨灯、低压钠灯为灯泡额定功率加上变压器的功耗；

　（5）成组用电设备的设备容量不包括备用设备；

　（6）消防设备与火灾时必然切除的设备取其大者计入总设备容量；

　（7）季节性负荷，如空调制冷设备与采暖设备取其大者计入总设备容量；

　（8）住宅的设备容量采用每户的用电指标之和。

1.2.2单相用电设备计算负荷的确定

　　单相设备接于三相线路中，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能的平衡。

如果均衡分配后，三相线路中剩余的单相设备总容量不超过三相设备总容量的15%，则应先将这部分单相设备容量换算为等效三相设备容量，再进行负荷计算。

（1）单相设备接于相电压时

　　等效三相设备容量按最大负荷相所接的单相设备容量的3倍计算，即

Pe=3Pe.m&

　　而等效三相负荷可按上述的需要系数法计算。

（2）单相设备接于线电压时

　　容量为的单相设备接于线电压时，其等效三相设备容量为：

等效三相负荷可按上述需要系数法计算。

　　负荷计算的目的主要时确定“计算负荷”，目前负荷计算的方法常用需要系数法和二项式系数法。

　　需要系数法比较简便，使用广泛，因该系数时按照车间以上的负荷情况来确定的，故适用于变配电所的负荷计算。

1.2.3单个用电设备的负荷计算

　　对单台电动机，供电线路在30min内出现的最大平均负荷，即

　　式中，——电动机的额定功率；

　　——电动机在额定负荷下的效率。

　　对单台反复短时工作制的设备，其设备容量直接作为计算负荷，对于起重机和电焊类设备，还要根据负荷持续率进行换算。

1.2.4用电设备组计算负荷的确定

　　由于一个用电设备组中的设备不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，另外考虑线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一个小于1的系数，叫做需要系数法，用表示。

　　在所需要计算的范围内（如一条干线、一段母线、一台变压器），将用电设备按其设备性质不同分成若干组，对每一组选用适合的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。

需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷。

1.3全厂负荷计算

110KV侧：

ΣP1＝42000*2＝84000KW

ΣQ1=42000*2*0372=15624Kvar

10KV侧：

ΣP2＝1800*2+900*2+2100*2+2400*2+2000*2+600*2＝19600KW

Q2=1800*2*0.372+900*2*0.372+2100*2*0.372+2400*2*0.372+2000*2*0.372+600*2*0.372=7291.2Kvar

ΣP＝ΣP1+ΣP2=84000KW+19600KW=103600KW

ΣQ=ΣQ1+ΣQ2=15624+7291.2=22915.2Kvar

所以：

ΣS＝（1036002+22915.22）1/2＝106104KVA

考虑线损、同时系数时的容量：

（同时系数取0.9,考损线损所取裕度为1.05）

ΣS2=106104*0.9*1.05=100268.3KVA

1.4无功补偿

1.4.1补偿装置的意义

无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。

1.4.2无功补偿装置类型的选择

　　1、无功补偿装置的类型

无功补偿装置可分为两大类：

串联补偿装置和并联补偿装置。

目前常用的补偿装置有：

静止补偿器、同步调相机、并联电容器。

2、常用的三种补偿装置的比较及选择

这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。

同步调相机：

同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。

　　装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进行电压调节。

特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。

但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。

它的有功功率损耗较大。

小容量的调相机每千伏安容量的投入费用也较大。

故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。

在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。

静止补偿器：

静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。

电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。

静止补偿器是一种技术先进、调节性能、使用方便、经纪性能良好的动态无功功率补偿装置。

静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。

这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且调节不能连续的缺点。

与同步调相机比较，静止补偿器运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统得到越来越广泛的应用。

（但此设备造价太高，不在本设计中不宜采用）。

电力电容器：

电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。

它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。

电力电容器的装设容量可大可小。

而且既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功率，运行时功率损耗亦较小。

此外，由于它没有旋转部件，维护也较方便。

为了在运行中调节电容器的功率，也可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入和切除。

综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。

3、无功补偿装置容量的确定

（根据现场经验）现场经验一般按主变容量的10％--30％来确定无功补偿装置的容量;此设计中主变容量为100000KVA;故并联电容器的容量为：

10000KVA—30000KVA为宜，在此设计中取30000KVA。

五、并联电容器装置的接线

并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。

经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。

从《电气工程电气设计手册》（一次部分）可知，应采用双星形接线。

因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。

中性点接地方式：

对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。

第二章：

主变压器的选择

2.1、主变台数的确定

　　对于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。

此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。

2.2、主变容量的确定

　　1、主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。

对城郊变电所，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。

对于有重要负荷的变电所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及

　　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，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70％-80％。

此变电所是一般性变电所。

　　有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：

　　S=ΣS2

0.8=100268.3

0.8=80214.64KVA

　　所以应选容量为100000KVA的主变压器。

2.3、主变类型的选择

2.3.1主变相数选择

1、主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。

2、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。

　　社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。

2.3.2主变绕组数量

1、在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15％以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。

根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：

高压侧：

K1=（84000+19600）

0.9/100000=0.9324>0.15

中压侧：

K2=84000

0.9/100000=0.7560>0.15

低压侧：

K3=19600

0.9/100000=0.1764>0.15

由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。

2.3.3主变绕组连接方式

变压器的连接方式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方式只有y和△，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。

我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。

35KV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。

有以上知，此变电站110KV侧采用Y0接线；10KV侧采用△接线。

主变中性点的接地方式：

选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。

它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。

主要接地方式有：

中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。

电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。

电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。

所以在本设计中110KV采用中性点直接接地方式；10KV采用中性点不接地方式

　　本设计中主变的型号是：

SFPZ9—100000/110

2.3.4主变的调压方式

《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第三节规定：

调压方式变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。

切换方式有两种：

不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在+5％以内，另一种是带负荷切换，称为有栽调压，调压范围可达到+30％。

对于110KV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。

由以上知，此变电所的主变压器采用有载调压方式。

2.3.5变压器冷却方式选择

参考《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第四节

主变一般的冷却方式有：

自然风冷却；强迫有循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。

小容量变压器一般采用自然风冷却。

大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。

故此变电所中的主变采用强迫油循环风冷却方式。

附：

主变型号的表示方法

第一段：

汉语拼音组合表示变压器型号及材料

第一部分：

相数S----三相；D------单相

第二部分：

冷却方式J----油浸自冷；F----油浸风冷；

S----油浸水冷；G----干式；N----氮气冷却；

FP----强迫油循环风冷却；SP----强迫油循环水冷却

第三章：

电气主接线设计及方案的选择

3.1电气主接线的概况

1、发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。

它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。

它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。

所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

　　2、在选择电气主接线时的设计依据

（1）发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用

（2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模

（3）负荷大小和重要性

（4）系统备用容量大小

（5）系统专业对电气主接线提供的具体资料

　　3、主接线设计的基本要求：

（1）、可靠性;

（2）、灵活性;（3）、经济性

　　4、6-220KV高压配电装置的基本接线:

（1）有汇流母线的连线：

单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。

（2）无汇流母线的接线：

变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。

6-220KV高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。

3.2各侧主接线的设计

110KV侧：

110KV侧初期设计回路数为2回。

由《电力工程电气设计手册》第二章第二节中的规定可知：

110KV侧配电装置宜采用单母线分段的接线方式。

110KV侧采用单母线分段的接线方式，有下列优点：

（1）供电可靠性：

当一组母线停电或故障时，不影响另一组母线供电；

（2）调度灵活，任一电源消失时，可用另一电源带两段母线：

（3）扩建方便；

（4）在保证可靠性和灵活性的基础上，较经济。

故110KV侧采用单母分段的连接方式。

10KV侧：

10KV侧出线回路数为12回。

由《电力工程电气设计手册》可知：

当6—10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接

故10KV采用单母分段连接

由以上可知，在本设计中采用的主接线是110KV侧采用单母分段的连接方式，10KV侧采用单母分段连接方式。

第四章：

短路电流的计算

4.1短路电流产生的原因

系统中最常见的故障就是短路。

短路指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。

造成短路的主要原因，是电气设备绝流部分的绝缘损坏。

这种损坏可能是设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身质量低劣，绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备质量合格，绝缘合乎要求而被过电压（包括雷电过电压）击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。

工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者将低压设备直接接入较高电压的电路中，也可能造成短路。

鸟兽（包括蛇，鼠等）跨越在裸露的相线之间或者相线与接地物体之间，或者要坏设备和导线电缆，也是导致短路的一个原因。

短路后，系统出现的短路电流比正常负荷电流大得多。

在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。

如此大的短路电流可对供电系统产生极大地危害。

1.短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件受到损坏和破坏，甚至引发火灾事故。

2.短路时电路的电压骤降，严重影响电