某220KV区域性变电所一次系统初步设计.docx

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某220KV区域性变电所一次系统初步设计

绪论

本次所设计的课题是某220KV变电所电气初步设计，该变电所是一个地区性重要的降压变电所，它主要担任220KV及110KV两电压等级功率交换，把接受功率全部送往110KV侧线路。

本所位于市郊区，所址工程情况良好，处于地区网络枢纽点上，具有220KV、110KV、及10KV三个电压等级，220KV侧以接受功率为主，10KV主要用于所用电以及无功补偿。

本次所设计的变电所是枢纽变电所，全所停电后，将影响整个地区以级下一级变电所的供电即本次设计的变电所最后规模：

采用两台SFPSZ7-120000/220型三绕组有载调压变压器，容量化为100/100/50，互为备用。

220KV及110KV主接线最后方案采用双母带旁母接线形式，正常运行时旁母不带电。

10KV采用单母分段，且装设分段断路器，并装设两台所用变，一台所用变故障时，另一台承受全部负荷。

一台所用变接一段母线，平时两台变压器分列运行。

10KV侧并联调相机补偿装置进行主变损耗及负荷功率因数补偿，并提高电压。

本变电所配电装置采用普通中型配电装置，220KV及110KV均采用断路器单列布置，将隔离开关放置母线下，使其和另一级隔离开关电气距离增大，缩短配电装置的纵向距离。

主变中性点及出线均装设避雷器，中性点经隔离开关直接接地，并装设有两段零序保护及放电间隙保护。

本变电所大门位于东方，220KV配电装置朝北，110KV配电装置朝西，均和出线方向相对应，主变位于三者之间，其间有行车大道、环形小道、电缆沟盖板作为巡视小道，220KV配电装置有14个间隔，110KV配电装置16个间隔。

本次设计论文是以我国现行的各有关规范规程等技术标准为依据，所设计是一次初步设计，根据任务书提供原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出。

1原始资料

本设计变电所以110KV向地区负荷供电，除220KV电压和系统联络之外，110KV电压的部分出线也和系统有联系。

1.1变电所的规模

近期设主变为2×120MVA，电压比为220/121/10.5KV，容量比为100/100/50，本期工程一次建成，设计中留有扩建的余地：

调相机为2×60KVAR，本期先建成一台。

220KV出线本期5回，最终8回；110KV出线共10回，本期建成7回，最终10回，3回备用；所用电按调相机的拖动设备为主来考虑。

1.2各级系统输送功率

220KV系统

负荷功率因数为0.9，最大负荷利用小时数为5300小时，同时率为0.9，每回最大负荷为：

第一回（九江I）输送200KW

第二回（九江II）输送200KW

第三回（柘林）输送180KW

第四回（昌东）输送150KW

第五回（南昌电厂）输送100KW

第六回（西效I）

第七回（西效II）

第八回（备用）

110KV系统

近期为200KW，远期300KW，负荷功率因数为0.85,最大负荷利用小时数为5300小时,同时率为0.9,每回最大负荷为:

第一回（梅岭）输送40KW

第二回（乐化）输送40KW

第三回（新祺周）输送40KW

第四回（象山）输送45KW

第五回（水泥厂）输送20KW

第六回（双港澳）输送20KW

第七回（南电）输送20KW

第八回（化工区备用I）输送10KW

第九回（化工区备用II）输送10KW

第十回（化工区备用III）输送10KW

1.3系统计算资料

系统阻抗，当取基准容量SJ=100MVA，基准电压UJ为各级电压平均值（230，115，10.5）时,两级电系统的远景阻抗标幺值如下图所示：

所

图1.1系统阻抗标幺值

1.4变电所所址基本情况

变电所所在地为平原地区，无高产农作物，土壤电阻率为0.8×104Ω.cm,年雷暴日为65天,历年最高气温为38.5。

C。

变电所在系统中的地理位置如下，220KV用虚线所示，110KV用实线表示：

图1.2变电所各输电线路方向

1.5系统和保护要求

220KV各线在Ｂ、Ｃ相有载波通道，在Ａ、Ｂ相有保护通道。

线路对侧有电源，要求同期，电压互感器装于Ａ相。

110ＫＶ梅岭、南电两回路对侧有电源，要求同期，电压互感器装于各线路Ａ相。

所用负荷按典型所用电考虑。

1.6设计依据

规程（包括《变电所（或发电厂）设计技术规程》、《继电保护和自动装置设计技术规程》、《电气测量仪表装置设计技术规程》等）、《电力工程设计手册》1、2册，《电力工业常用设备用册》，《发电厂电气部分》教材等。

2负荷计算及主变选择

2.1概述

在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。

如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。

因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

在生产上电力变压器制成有单相、三相、双值组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

2.2主变台数的选择

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。

把所受的功率通过主变传输至110KV及10KV母线上。

若全所停电后，将引起下一级变电所和地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。

当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。

而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。

考虑到两台主变同时发生故障机率较小。

适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。

故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

2.3主变压器容量的选择

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑

远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当和城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电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，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。

该变电所是按70%全部负荷来选择。

当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电，而高压侧220KV母线的负荷不需要跟主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是220KV侧引进。

其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。

由原始资料可知，10KV母线上无负荷，主要用来无功补偿用。

2.4主变压器型式的选择

2.4.1主变压器相数的选择

当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电所均应选择三相变压器。

而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。

单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。

本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。

2.4.2绕组数的选择

在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的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，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。

一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。

在生产及制造中三绕组变压器有：

自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。

自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。

由于自耦变压器高压侧和中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。

因此自耦变压器的零序保护的装设和普通变压器不同。

自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。

由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。

电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性，故不选择自耦变压器。

分裂变压器：

分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。

分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。

由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。

普通三绕组变压器：

价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。

又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。

它的供电可靠性也高。

所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。

2.4.3主变调压方式的选择

为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV及以上网络电压应符合以下标准：

①枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的1～1.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。

②电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%～100%。

调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。

由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。

2.4.4连接组别的选择

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。

全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，而且全星形接法，零序电流没有通路，相当于和外电路断开，即零序阻抗相当于无穷大，对限制单相及两相接地短路都有利，同时便于接消弧线圈限制短路电流。

但是三次谐波无通路，将引起正弦波的电压畸变，对通讯造成干扰，也影响保护整定的准确度和灵敏度。

如果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。

我国规定110KV以上的电压等级的变压器绕组常选用中性点直接地系统，而且要考虑到三次谐波的影响，会使电流、电压畸变。

采用△接法可以消除三次谐波的影响。

所以应选择Yo/Yo/△接线方式。

故本次设计的变电所，选用主变压器的接线组别为：

YN,yn0,d11接线。

2.4.5容量比的选择

由原始资料可知，110KV中压侧为主要受功率绕组，而10KV侧主要用于所用电以及无功补偿装置，所以容量比选择为：

100/100/50。

2.4.6主变压器冷却方式的选择

主变压器一般采用的冷却方式有：

自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。

自然风冷却：

一般只适用于小容量变压器。

强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。

但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。

所以，选择强迫油循环风冷却。

2.4.7主变压器保护设计

①综述

电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，而本次所设计的变电所是市区220KV降压变电所，如果不保证变压器的正常运行，将会导致全所停电，影响下一降变电所供电可靠性。

变压器的故障可分为内部和外部两种故障。

内部故障系指变压器油厢里面的各种故障，主要故障类型有：

1）各绕组之间发生的相间短路；

2）单相绕组部分线区之间发生的匝间短路；

3）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地短路；

4）铁芯烧损。

变压器的外部故障类型有：

1）绝缘套管网络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路；

2）引出线之间发生的相间故障。

变压器的不正常运行情况主要有：

1）由于外部短路或过负荷而引起的过电流；

2）油箱漏油而造成的油面降低；

3）变压器中性点电压升高或由于外加电压过高而引起的过励磁。

为了防止变压器发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证系统安全连续运行，故变压器应装设一序列的保护装置。

②主变压器的主保护

瓦斯保护

对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。

其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。

差动保护

对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。

③主变压器的后备保护

过流保护

为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。

而本次所设计的变电所，电源侧为220KV，主要负荷在110KV倒即可装设两套过电流保护，一套装在中压侧110KV侧并装设方向元件，电源侧220KV侧装设一套，并设有两个时限ts和tⅢ，时限定原侧为tⅢ≥tⅡ+△t，用以切除三侧全部断路器。

过负荷保护

变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。

零序过流保护

对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。

2.5负荷计算及功率补偿

根据原始资料可得：

110KV侧负荷最大地区负荷，近期200KW，同时率为0.9。

其中一台事故停用

后，其余主变的容量应保该所全部负荷的60％以上。

S1=

=

×0.6=127.07KVA

调相机为2×60KVAR

110KV侧最大传输总功率为

P总=40+40+40+45+20+20+20+10+10+10=255KW

因其同时率为0.9，则其有效功率为

P有功=255×0.9=229.5KW

同步调相机在额定电压±5%的范围内，可发额定容量，在过励磁运行时，它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用，能提高系统电压，在欠励磁运行时，它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用，可降低系统电压。

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改变输出（或吸收）无功功率，进行电压调节，本课题由原始资料可知现由调相机为2×60KVAR来进行无功功率补偿。

视在功率S=

=230.28KVA

功率因数为

=

=0.99

由题目可知：

=0.99＞0.85,则无需进行无功功率补偿。

根据以上分析计算，选择两台主变压器，选择容量为：

SFPS7—120000/220

额定电压：

高压220±8×1.25%KV，中压121KV，低压10.5KV

阻抗电压%：

高中8-10%高低：

28-34%中低：

18-24%

容量比为：

100/100/50

连接组标号：

YN,yn0,d11

空载电流：

0.8％

空载损耗：

144KW

短路损耗：

480KW

2.6所用变压器容量的选择计算

对于枢纽变电站，总容量为60MVA及以上的变电所，装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的变电所，均装设两台所用变压器，分别接在最低一级母线的不同分段上，对装有两台所用变压器时，采用单母分段接线方式。

由于本次设计的变电所，采用两台315KVA的主变压器，故采用两台所用变压器，互为备用。

且容量相等，一台停运时，另一台承受全部负荷。

所用变压器负荷计算采用需要系数法，不经常短时及不经常持续运行的负荷均可不列入计算负荷。

当有备用所用变压器时，其容量应和工作变压器相同。

所用变压器容量按下式计算：

S≥K1∑P1+∑P2

S—所用变压器容量（KVA）

∑P1—所用动力负荷之和（KW）

K1—所用动力负荷换算系数，一般取K1=0.85

∑P2—电热及照明负荷之和（KW）

所用电的接线方式，在主接线设计中，选用为单母分段接线，选两台所用变压器互为备用，每台变压器容量及型号相同，并且分别接在不同的母线上。

表2.1所用变母线容量

名称

第一段母线容量（KW）

第二段母线容量（KW）

变压器修理动力P1

34.29

其他动力P2

42.6

46.9

变电所空调动车P3

15

15

电热P4

43.8

43.92

照明P5

27.13

27.57

∵S=K∑P1+∑P2

即第一段母线总容量：

S1=0.85（P1+P2+P3）+P4+P5

=0.85（34.29+42.6+15）+43.8+27.13

=149KVA

第二段母线总容量：

S2=0.85（P2+P3）+P4+P5

=0.85（46.9+15）+43.92+25.57

=124.1KVA

故变电站所用变的总容量为：

S总=S1+S2

=149+124.1

=273.1KVA

所以选择两台S9－315/10型号的所用变互为备用

额定容量：

315KVA

空载损耗：

0.70KW

额定电压：

10KV

阻抗电压（%）：

4

空载电流:

1.5%

连接组标号：

Y/Y0－0

3电气主接线的选择

3.1概述

主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。

主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

因此，必须正确处理好各方面的关系。

我国《变电所设计技术规程》SDJ2-79规定：

变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。

3.1.1可靠性

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。

主接线可靠性的具体要求：

（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；

（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；

（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。

3.1.2灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

（1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；

（2）为了检修的目的：

可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；

（3）为了扩建的目的：

可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。

3.1.3经济性

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

（1）投资省：

主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或

轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；

（2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。

在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。

（3）电能损失少：

经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。

3.2主接线的接线方式选择

电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。

而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。

3.2.1各种连接方式分析

①单母线接线

单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。

单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。

图3.1单母线接线图3.2单母线分段

单母接线适用于：

110～200KV配电装置的出线回路数不超过两回，35～63KV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10KV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。

②单母分段

用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。

当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。

图3.3单母分段带旁路母线

单母分段适用于：

110KV～220KV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63KV配电装置的出线回路数为4～8回，6～10KV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。

③单母分段带旁路母线

这种接线方式：

适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110KV

的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。

④桥形接线

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。

内桥接线：

适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。

当变压器故障时，需停相应的线路。

外桥接线：

适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。

为检修断路器LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修LD时使用。

当线路故障时需停相应的变压器。

所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有：

使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具