毕业设计220kV降压变电所电气部分初步设计主接线图.docx
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毕业设计220kV降压变电所电气部分初步设计主接线图
南京工程学院
继续教育学院
（本科）
220kV降压变电所
电气部分初步设计
函授站
班级
学生姓名朱海峰
指导老师毕老师
日期2012.06
第一篇降压变电所设计任务书
第二篇降压变电所设计说明书
第三篇降压变电所计算书
第一篇毕业设计任务书
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.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。
三、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
65
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
1300
0.87
2
50
2
机械厂
1700
2
45
3
汽车厂
1700
2
72
4
电机厂
1700
2
36
5
炼油厂
1100
2
76
6
饲料厂
900
1
-
最大负荷利用小时数
=5600h（见P137b），同时率取0.9，线路损耗取6%。
四．待设计变电所与电力系统的连接情况：
图1待设计变电所与电力系统的连接电路图
第二篇降压变电所设计说明书
一、该变电所在系统中的地位以及所供用户分析
该变电所为220kV降压变电所，地处城市近郊，地势平坦、交通方便，向开发区炼钢厂供电负荷约42MW，在变电所附近还有地区负荷.电压等级为220kV/110kV/10kV，220kV是本变电所电源电压，有4回线路，110kV送出两回线路，10kV送出11回线路，由此可见该变电所为枢纽变电所，用户中重要负荷约占65%，均采用双回路供电方式。
二、主变压器的选择
1、主变台数：
根据《电力工程电气设计手册》的要求，根据本变电所的具体情况及保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响对重要用户的供电，故选用两台同样型号的主变。
2、主变容量：
根据选择原则和已确定选用两台主变压器，主变压器总容量可取最大负荷PMAX的1.6倍，且计及每台变压器有40%的过负荷能力，当一台变压器单独运行时能满足70%以上的负荷的电力需要。
初期装两台变压器：
相关的设计规范规定：
选择变压器容量Se需同时满足下列两个条件：
∑S=42/0.95+（1.3+1.7+1.7+1.7+1.1+0.9）/0.87=53.87（MVA）
同时率取0.9：
Smax=K∑S=0.9×53.87=48.48
1）单台运行：
Se≥0.7Smax=0.7×48.48=33.94（MVA）
2）重要负荷：
Se＞K｛0.65×42/0.95+（0.5×1.3+0.45×1.7+0.72×1.7+0.36×1.7+0.76×1.1）/0.87｝=30.1（MVA）
考虑到变压器每天的负荷不是均衡的，计及欠负荷期间节省的使用寿命，可用于在过负荷期间中消耗，故选较小容量的主变作过负荷能力计算，以节省主变投资。
但是为了有所发展的余地，选择的主变压器的容量为40MVA，因此该变电所选取两台SFS10-40000/220变压器。
3、主变型式：
（1）相数的选择
变压器的相数有单相和三相，主变压器是采用三相还是单相，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。
规程上规定，当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂用变电站，均选用三相变压器。
同时，因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，而不作考虑。
本变电站为一个220KV降压变电站，所以应选用三相变压器。
（2）绕组数
绕组的形式主要有双绕组和三绕组。
规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器。
因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比两台双绕组变压器都较少。
同时三绕组变压器比同容量的双变压器价格要贵40%~50%，对深入引进负荷中心，具有直接从高压变为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。
根据本变电站的实际条件选择三绕组变压器。
（3）中性点的接线方式
电网的中性点接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。
规程上规定；凡是110KV~500KV侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器6~63KV采用中性点不接地。
所以主变压器的220KV、110KV侧的中性点均采用直接接地方式。
（4）绕组接线组别
变压器三绕组的接线组别必须与系统秒年电压相位一直，否则，不能并列运行。
电力系统采用的组别接线方式只有星行“Y”和三角形“d”两种。
因此，变压器三绕组的连接方式应根据具体工程来决定。
在发电厂和和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素，根据以上变压器绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般选用YN，d11常规接线。
因此选用连接组别为YN，yn0，d11的三绕组自耦变压器。
综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下：
采用三相三绕组无载调压自耦变压器SFS10-40000/220变压器，额定电压：
220
2×2.5％/121/11kV，接线组别YN，a0,d11，容量比：
100/100/50，阻抗电压：
Uk1-2%=14%，Uk1-3%=22%，Uk2-3%=8%。
三、主接线的确定
按SDJ2-88《220～550kV变电所设计技术规程》规定，220kV配电装出线在4回及以上时宜采用双母线及其他接线，本变电所220kV采用双母线接线，变压器可接在不同母线上，负荷分配均匀、调度灵活方便，运行可靠性高，任一条母线或母线上设备检修不需要停掉线路。
由于220kV断路器采用SF6断路器，其检修周期长，可靠性高，故可不设旁路母线，由于有两回线路，一回线路停运时，仍满足N—1原则，本设计采用双母线接线。
对110kV侧的接线方式，出线仅为两回线，按规程要求，宜采用桥式接线，以双回线路向炼钢厂供电，考虑到主变不会频繁操作和对线路操作、检修的方便性，采用内桥式接线。
对10kV侧的接线方式，按照规程要求，采用单母线分段接线，双回线供电的用户分别接在两段母线上，保证供电的可靠性。
四、配电装置选型
配电装置分为屋内配电装置和屋外配电装置两种，屋内配电装置占地面积小、运行维护和操作条件较好，电气设备受气候影响较小，但土建工作量大，投资大。
屋外配电装置，土建工作量小，投资少，建设工期短，易于扩建，但占地面积大，运行和操作条件较差，电气设备易受污染和气候条件影响，一般110kV及以上配电装置采用屋外式，35kV及以下采用屋内配电装置。
屋外配电装置分为中型、半高型和高型三种，220kV多采用高型、110kV采用半高型；屋内配电装置分为单层、二层、三层，无出线电抗器的配电装置多采用单层式，通常采用成套、开关柜。
根据以上选型原则，本变电所220kV侧、110kV侧采用普通中型屋外配电装置，10kV侧采用单层式户内成套开关柜配电装置（KYN-12）。
五、短路电流的计算
1、短路电流计算的目的：
为了选择断路器、隔离开关等电气设备或对这些设备提高技术要求，评价并确定网络方案，研究限制短路电流措施，为继电保护设计和整定调试提供依据，分析送电线路对通信设施的影响。
2、短路电流的计算条件
2．1短路点的确定：
系统在最大运行方式下，该点发生短路时通过设备和载流导体的短路电流最大。
2．2采用近似计算：
系统中各元件的电阻，线路对地电容，变压器励磁损耗忽略不计，不考虑负荷电流的影响，发电机采用Xd″作为等值电抗，取UB=UP（230kV、115kV、10.5kV）SB=100MVA。
2．3根据计算电路作为等值电路图，将发电机和系统分别用一台等效发电机替代，利用短路电流运算曲线,分别求出每台等效发电机提供的短路电流，短路点的总短路电流则为各等效发电机所供短路电流之和。
2．4有限容量电源系统短路电流的计算：
（1）求出短路点对等效发电机之间的转移电抗XΣ*；
（2）将XΣ*换算以等效发电机额定参数为基准的计算电抗Xjs*；
（3）根据计算电抗Xjs*查相应的运算曲线求出I″*、ITK/2*、ITK*乘以基准电流可得有名值I″、ITK/2、ITK。
2．5当Xjs*＞3时，可视为无穷大电源系统，计算方法为：
求出转移电抗XΣ*；
计算出以等效发电机额定参数为基准的计算电抗Xjs*；
I″*=ITK/2*=ITK*=I∞*=1/Xjs*，并求出有名值。
3、短路电流计算步骤：
3．1各元件标么值计算：
设UB=230kVSB=100MVA
发电机XF*=Xd″•SB/Se线路XL*=XL•SB/Ue2
变压器XT*=UK%SB/100Se系统XC*=XC•SB/Se
3．2选择K1、K2、K3为短路点，分别计算短路电流
K1、K2、K3点分别设于待设计变电所220kV母线、110kV桥开关、10kV母线处。
（1）先计算出短路点至发电厂高压母线的XΣ*；
（2）求转移电抗
（3）将转移电抗归算为计算电抗Xjs
（4）当Xjs≥3时，I″*=ITK/2*=ITK*=1/Xjs
当Xjs＜3时，查相应的短路电流运算曲线，查得I″*、ITK/2*、ITK*
用标么值分别乘以各自的基准值得出有名值，而短路点的总短路电流等发电厂和系统提供的短路电流之和。
（5）求冲击电流ish=
kmI″因为短路点距发电厂较远取km=1.8
（6）求短路电流周期分量热效应
Qp=tk/12（I″2+10ITK/22+ITK2）（tk>1S时，Qk≈Qp）
3．3短路计算说明
（1）短路电流持续时间的确定
在确定各短路点电流持续时间时，应按照各断路器后备保护动作时限的配合来确定由设计任务书已知，10kV出线过电流保护时间为1.0s各保护之间时限配合级差△t=0.5s,短路电流持续时间tK=tpr+tab
tpr=后备保护动作时间
tab=断路器全开断时间取0.1S
根据以上原则确定各电压等级短路电流持续时间为：
10kV2.1s；110kV3.1s；220kV3.6s。
（2）计算电抗Xjs＞0.6时，I（3）＞I
（2），只需计算三相短路电流和两相短路电流，取电流大的短路电流来选择电气设备，本设计中只计算三相短路电流，各短路点电流计算结果如下图：
K1
K2
K3
I″（kA）
31.82
2.47
17.6
ITK/2（kA）
19.0
2.47
17.6
ITK（kA）
17.94
2.47
17.6
ish（kA）
80.99
6.29
44.8
QK（kA2·S）
1483
18.9
650.5
校验对象
220kV断路器、
隔离开关
110kV断路器、
隔离开关
10kV开关、汇流母线、套管、绝缘子
六、电气设备选择
电气设备在正常运行和故障时都必须可靠工作、安全运行，因此电气设备的选型前题是：
按正常工作条件选择，按短路状态进行校验。
1、断路器的选择和校验
SF6断路器具有工作可靠性高、故障低、检修维护工作量小；真空断路器具有体积小，动作快，承受故障电流能力强等优点，因而本设计中220kV、110kV采用SF6户外断路器，10kV选用户内式真空断路器，为了便于检修和维护及今后的发展，对同一电压等级的断路器，尽量选型一致。
1．1额定电压UN≥UNS
1．2额定电流IN≥Igmax
计算断路器最大持续工作电流Igmax时应考虑各种运行方式下的持续工作电流，取最大值。
高压侧应考虑两台主变并列运行，且由一台进线供电方式下最大负荷时流过的最大工作电流，二次侧、三次侧出线应考虑，当电压降低50%变压器出力保持不变，故其回路的Igmax=1.05IN。
1．3断流能力校验：
INbr≥IPt当断路器开断电流较短路电流大很多时，为了简化计算，也可由次暂态电流I″进行校验，INbr≥I″。
1．4动稳定校验：
ies≥ish
1．5热稳定校验：
It2·t≥Qk
2、隔离开关的选择和校验
2．1根据安装地点选择户外
2．2额定电压：
UN≥UNS
2．3额定电流IN≥Igmax
2．4动稳定校验：
ies≥ish
2．5热稳定校验：
It2·t≥Qk
选择结果如下表：
待选
设备
计算数据
设备
选型
技术数据
UN（kV）
Igmax
（A）
I″（kA）
ish
（kA）
QK
（kA2）S
UN（kV）
IN
（A）
INbr
（kA）
ies
（kA）
It2·t
（kA2）S
220kV
断路器
220
210
31.82
80.99
1483
SFM220-220/3150
220
3150
50
100
10000
220kV
隔离开关
220
210
80.99
1483
GW4-220/2000（D）
220
2000
100
6400
110kV
断路器
110
233.1
2.47
6.29
18.9
SFM110-110/2000
110
2000
31.5
80
2977
110kV
隔离开关
110
233.1
6.29
18.9
GW4-110/2000（D）
110
2000
80
3969
10kV
断路器
10
1155
17.6
44.8
650.5
ZN12-10/1250
10
1250
31.5
80
2976
备注：
10kV选用KYN-12型手车式开关柜、隔离开关，Igmax与断路器相同
3、10kV母线桥选择和校验
3．1母线材料和截面形状选择
目前母线材料广泛采用铝材,因铝的电阻率较低,有一定的机械强度、质量轻、价格低等优点，本设计采用铝材。
铝母线截面一般有矩形、槽形、管形、矩形母线散热性能好，有一定的机械强度便于固定和连接，但集肤效应大，故单条母线不能超过1250mm2。
矩形母线在支柱绝缘子上有平放和竖放两种，母线平放比竖放散热条件差，但机械强度好，本设计采用平放矩形铝母线。
3．2导体截面选择
按经济电流密度选择铝排截面
由硬铝的经济电流密度曲线查得Tmax对应的经济电流密度J
SJ=Igmax/JIgmax=1.05IBN
其中Igmax：
导体回路持续工作电流
3．3热稳定校验
S≥Smin=
/C其中Qk：
短路电流热效应
C：
热稳定系数（查表）
3．4动稳定校验
根据导体自振频率f1=Nf/L2·
共振频率33-135Hz之外，
f1＞135H时，β=1，单位长度导体相间电动力fPh=1.73×10-7βish2/a
导体最大相间计算应力δph=fPh·L2/10W其中W：
导体截面系数
要求：
δph＜δalδal最大允许应力（硬铝为70×106Pa）
4、10KV汇流母线的选择和校验
4．1按导体长期发热允许电流选择
KIal≥IgmaxIgmax=1.05IBN
其中Igmax：
导体回路持续工作电流
K：
环境温度修正系数K=
Ial：
环境温度为25℃，允许最高温度为70℃的允许载流量
4．2热稳定、动稳定校验与前述母线桥一致，选择如下表：
设备
名称
选择结果
计算结果
S（mm）2
放置方式
K·Ial40℃（A）
δal（Pa）
Igmax（A）
Smin（mm）2
δph（Pa）
母线桥
1250
平放
1898
70×106
1155
268.5
7.69×106
汇流母线
800
平放
1262
70×106
1142.91
285.8
18.86×106
5、支柱绝缘子选择
5．1额定电压UN≥UNS
5．2根据安装地点选择：
母线桥为户外式，汇流母线为户内式。
户外式考虑防污，应选高一级产品。
5．3动稳定校验
Fmax=1.73×10-7×ish2β/a
H1=H+b+h/2
FC=Fmax×H1/L1应满足FC＜0.6Fde
其中：
L：
支柱绝缘子跨距（m）
H1：
绝缘子底部至导体水平中心高度（mm）
H:
绝缘子高度（mm）
b：
导体支持器下片厚度，平放铝排b=12mm
h:
导体厚度
Fde:
抗弯破坏负荷（N）根据所选导体型号，查表可得
Fmax：
绝缘子受力（N）
FC：
绝缘子帽受力（N）
6、穿墙套管的选择
6．1额定电压UN≥UNS
6．2额定电流IN≥Igmax/K，对于母线型穿墙套管不必按此项选择和校验热稳定，只要保证其型式与穿过母线尺寸相配合。
6．3热稳定校验It2·t≥QK
6．4动稳定校验Fmax=1.73×10-7×ish2×LC/a＜0.6Fdt时合格，计算跨距
Lc=L1+L2/2；L1:
与绝缘子相邻跨距（m）；L2:
套管长度（m），选择如下表
设备名称
支柱绝缘子
穿墙套管
安装地点
母线桥
汇流母线
母线桥
汇流母线
型号
ZPD-35
ZPB-10
CWLC-10/1500
CMWD2-20
类型
户外
户内
户外
户内
7、高压熔断器选择
7．1所用变高压熔断器选择
（1）额定电压UN≥UNS
（2）额定电流INft≥INfS=K·ImaxK可靠系数取1.3Imax=1.05IBW
（3）开断电流校验：
INbr≥I″
7．2压变高压熔断器选择
10KV压变高压熔断器只需按额定电压及断流容量来选择
（1）UN≥UNS
（2）INbr≥I″
8、所用变的选择
8．1一般变电所均装设两台所用变压器，以满足整流操作电源，强迫油循环变压器无人值班等的需要，本设计选用两台所用变压器，分别接于10kVⅠ段、Ⅱ段母线上。
8．2确定所用变压器容量，根据所用负荷的统计和计算，并考虑到今后负荷的发展，选用变压器的容量为100kVA
本所用变容量器型号为SC10-100/10/0.4kV
安装地点
型号
选择结果（KA）
计算结果（KA）
所用变高压侧
RN1-10/20
20
15.99
压变高压侧
RN2-10/0.5
100
15.99
七、继电保护及互感器配置
1、电网继电保护的选择原则是应满足继电保护的四项基本要求，选择性、速动性、灵敏性、可靠性，在保证四项基本要求的前提下，力求采用简单的保护装置。
电力系统中的电气设备和线路都应装设反应短路故障和不正常运行状态的保护装置。
保护装置分主保护和后备保护，系统中每个被保护元件都应该设置主保护和后备保护必要时应增设辅助保护。
为了减少使用保护的套数和简化保护接线，力求使主保护和后备保护合并一套，保护装置中，如电流方向和距离保护，而当采用差动原理的保护时或远后备不能满足要求时，必须有单独的后备保护。
1．1220kV线路保护
装设高频保护作为主保护以电流保护作为后备
高频保护分高频距离保护和高频零序保护
1．2220kV母线保护
为了保证供电可靠性、根据有关规程规定220kV，母线应装设母线保护，以便快速切除故障母线，本所采用母差保护（电流差动）
1．3变压器保护
根据DL400-91《继电保护和自动装置技术规程》的规定，应设如下保护：
（1）反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低时，对0.8MVA及以上的油浸式变压器应设瓦斯保护。
（2）为反应变压器绕组和引线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路及匝间短路应装设纵差保护或电流速断保护。
（3）对于变压器油箱外部相间短路引起的过电流，采用过电流保护。
当过电流保护的灵敏性不满足要求时，可采用复合电压起动的过电流保护或负序电流保护。
过电流保护同时作为变压器油箱内部相间短路的后备保护。
（4）对于直接接地系统中的变压器，一般装设零序电流保护，用以反应变压器外部接地短路引起的过电流，同时作为变压器内部接地短路的后备保护。
（5）用于反应对称性过负荷引起的过电流应装设过负荷保护。
纵上所述本所主变保护应装设：
（1）瓦斯和纵差保护构成主保护
（2）复合电压闭锁过电流保护，零序过电流保护，构成后备保护
（3）过负荷保护，反映主变不正常运行，并作110kV线路及10kV母线及出线的后备保护。
1．5110kV线路保护
选用微机保护装置，分别配置三段式相间距离、接地距离及四段式零序电流保护，并装设三相一次重合闸。
1．610kV线路保护
10KV线路发生单相接地故障时，线电压仍对称，允许运行2小时，故应装设小电流接地选线装置，用以反映零序电压的信号装置以便接地故障发生时，依次断开出线寻找故障点，为反映相间故障应装设两段式保护装置并装设三相一次重合闸。
2、互感器配置
2．1电流互感器
为了满足保护、测量、计量的需要，在有断路器的回路应装设电流互感器。
对中性点直接接地系统，一般按三相配置，对小电流接地系统一般采用两相配置，保护灵敏度要求时，也可采用三相配置，具体配置如下：
220kV电流互感器的选择：
LVQB-220W2-2×300/5型六氟化硫气体
绝缘互感器。
110kV电流互感器的选择：
LVQB-110W2-2×400/5型六氟化硫气体
绝缘互感器。
10kV电流互感器的选择：
LBJ-10-2000/5支持式加大容量电流互感器
绝缘互感器。
10kV出线电流互感器的选择由负荷来确定互感器的变比。
2．2电压互感器
一般工作母线均装有电压互感器，用于测量（计量）和保护装置。
具体配置如下：
220KV线路及母线侧TYD220/
-0.001H型电容式电压互感器
///0.1KV
110KV线路侧装设TYD110/
-0.01H型电容式电压互感器
///0.1kV
10KV线路母线装设JDZJ-10型//kV
八、防雷保护规划设计
变电所雷击事故来自两个方面：
①直击雷②感应雷（入侵波）
1、变电所直击雷保护
1．1为防止雷击于变电所，应装设避雷针，使所有设备均处于避雷针保护范围内。
避雷针及其接地装置与通道或出入口等的距离不宜小于3m，若避雷针与主接地网相连，为防止雷电波经接地网反击10kV设备，要求避雷针与主接地网地下连接点至主变及10kV设备与主接地网地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。
1．2对于110kV及以上配电装置绝缘水平高，可将避雷针架在配电装置的构架上，10kV配电装置绝缘水平较低，需架设独立避雷针，在变电所周围装设避雷针。
1.3独立避雷针、构架避雷针应与接地网连接，并应在其附件装设集中接地装置。
2、变电所的入侵波保护
2．1对于自耦变压器，应在高、中压侧（两个自耦合绕组）装设避雷器
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