推荐变电站电气部分初步设计精品.docx
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推荐变电站电气部分初步设计精品
编号_
分类号
华北水利水电学院
NonhChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower
题目227变电站电气部分初步设计
学
院
电力学院
专
业
电气工程及其自动化
姓
名
吕娜娜
学
号
20XX15009
指导教师
张鸿博
20XX年5月20Fl
华北水利水电学院
任务书
设计题目：
227变电站电气部分初步设计
专业：
电气工程及其自动化
班级学号：
20XX15009
姓名:
吕娜娜
指导教师：
张鸿博
设计期限：
20XX年3月01日开始
20XX年5月20日结束
院、系：
电力学院
20XX年03月01H
一、的目的
和毕业是本科生培养方案中的重要环节。
学生通过，旨在培养学生综合运用所学的基本理论和方法解决实际问题的能力，提高学员实际操作的技能以及分析思维能力，使学员能够掌握文献检索、研究分析问题的基本方法，提高学员阅读外文书刊和进行科学研究的能力。
在作毕业的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，乂是一次锻炼。
二、主要设计内容
（1）选择变电站主变压器台数及容量；
（2）设计变电站各电压侧主接线；
（3）电压互感器、电流互感器的配置；
（4）电气设备选择（主变压器、断路器、隔离开关、母线、电缆、电流电压互感器）;
（5）变压器保护方案设计。
三、重点研究问题
（1）电气主接线方案的设计，要求方案应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案。
（2）短路电流计算及电气设备选择与校验。
（3）变压器继电保护整定。
四、主要技术指标或主要设计参数
（1）建所目的
为满足乡镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发展规划，拟建设一座220/110/1OkV的区域性降压变电所。
（2）拟建变电站概况
220kV以双回路与60km外的系统相连。
系统最大方式的容量为1200MVA,相应的系统电抗为0.54：
系统最小的方式为800MVA,相应的系统电抗为0.625,（一系统容量及电压为基准的标么值）。
系统最大负荷利用小时数为TM=5700ho
220kV另有负荷出线2回，每回出现功率100MVA：
（3）llOkV架空线4回，2回输送距离30km,每回输送功率20MVA；2回输送距离20km,每回输送功率20MVAo
（4）10kV电压级，电缆出线4回，输送距离5km,每回输送功率4MW；架空输电
线4回，输送距离7km,每回输送功率5MW。
（5）变电站所在高度65M,最高年平均气温20摄氏度，月平均气温26摄氏度。
五、设计成果要求
1、编写设计说明书
（1）变电站主变压器台数、容量选择计算及结果；
（2）变电站各电压侧主接线分析论证及结果；
（3）变电站短路电流计算；
（4）电气设备选择、校验；
（5）变压器保护整定方案与结果；
2、编写设计计算书
（1）对称与不对称短路电流计算；
（2）电气设备选择、校验计算；
（3）变圧器保护整定汁算：
3、绘图
图纸数量不少于3张；图纸名称：
（1）电气主接线图（计算机绘制,A1或A2纸打印）；
（2）开关站平面布置图（手工绘制，1号图纸幅面）；
（3）变压器保护原理接线图、展开图（手工绘制，1号图纸幅面）。
4、要求
（1）电气主接线方案设计应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案。
（2）短路电流及电气设备选择校验方法应正确。
（3）主接线图形符号、线条及图签符合规范，接线正确，图面布局合理，参数标注正确，图形清晰美观。
（4）格式应符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，文理通顺，无错别字，要求打印，统一用A4纸。
（5）独立完成，严禁抄袭或请人代作。
（6）按分配时间阶段完成相应任务。
5、专业相关文献翻译（原件及译文，汉字要求3000字以上）
六、其它
1、参考文献
2、时间安排
本次设计的时间共12周，各部分设计内容的时间安排大致如下:
（1）搜集资料，熟悉设计题訂
（2）变电站电气主接线设计
1周
1周
（3）短路电流计算
1周
（4）电气设备选择
2周
（5）绘图
2周
（6）整理说明书、计算书
1周
（7）外文文献翻译
1周
（8）答辩
1周
华北水利水电学院本科生（）开题报告
20XX年3月26日
学生姓名
吕娜娜
学号
20XX15009
专业
电气工程及其自动化
题目名称
227变电站电气部分初步设计
课题来源
模拟
主要内容
设计原始资料
为满足乡镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发规划，拟建设一座220/110/10kV的区域性降压变电所。
220kV以双回路与60km外的系统相连。
系统最大方式的容量为1200MVA,相应的系统电抗为0.54；系统最小的方式为800MVA,相应的系统电抗为0.625,（以系统容量及电压为基准的标幺值）。
系统最大负荷利用小时数为TM二5700h.220kV另有负荷出线2回，每回出线功率100m：
110KV架空线4回,2回输送距离30km,每回输送功率20MVA；2回输送距离20km,每回输送功率20MVA：
10kV电压级，电缆出线4回，输送距离5km,每回输送功率4MW；架空输电线4回，输送距离7km,每回输送功率5MW。
变电站所在高度65m,最高年平均气温20摄氏度，月平均气温26摄氏度。
二.设计内容
1.变电站主变压器台数及容量的选择
由任务书中给出的新建变电站的性质和规模，针对变电站的作用和地位，对待建变电站的必要性和可行性进行进一步分析，论述。
220RV回路数，负荷数据，参考有关文献资料，主要负荷的行业性质，特点，负荷等级，及其对供电可鼎性的要求进行分析，综合和汁算，为主变压器选择及接线方式的设计准备必要的资料。
根据《电气设计手册》及《变电设备合理选择运行》对主变的要求，可以确定主变压器的台数，容量，变压器型号也就确定了。
2.各电压级接线方案的确定
主变压器台数、型式、容量确定之后，变电站电气主接线的框架就已确定，这时，可进行各电压等级接线方式的设计。
每个电压等级可分别拟定出2个初步方案，进行比较，主要是进行上述的技术方面的可靠性、灵活性和方便性比
狡，然后分别得出各电压等级的最佳接线方式。
在比较小的用电等级接线方式设讣中，可粗略估计其短路电流，确定是否限制短路电流措施。
在主接线设计中，认真学习和回顾有关专业课程内容，深入研究有关设计技术规范、规程、必要时，有些规程的有关条款要摘抄到说明书中来。
设计结果要符合规程规定。
3.主要电气设备的选择
1.断路器和隔离开关的选择
断路器和隔离开关的型式选择要根据电压等级、安装地点、对系统稳定运行的影响等因素决定。
断路器选择校验内容：
（1）选择类型；
（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）校验切断能力；（5）校验热稳定性；（6）校验动稳定性。
隔离开关的选择校验内容：
（1）选择类型；
（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）校验热稳定性；（5）校验动稳定性。
2.电压互感器的选择
电压互感器的选择内容：
（1）根据安装地点和用途，选择电压互感器的型号、台数：
（2）确定额定电压；（3）根据额定电压，确定接线方式和准确级。
3.电流互感器的选择
电流互感器的选择内容：
（1）选择类型；
（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）校验动稳定性；（5）校验热稳定性；（6）在施工阶段，需要校验准确级。
4.避雷器的选择
避雷器的选择内容：
（1）选择避雷器型号；
（2）选择额定电压；（3）校验最大允许电压；（4）校验工频放电电压。
5.高压熔断器的选择
高压熔断器只适用于35kV及以下电压等级，较广泛地用于高压输电线路、变压器和电流互感器等设备过载及短路保护。
它的选择内容：
（1）选择型式种类；
（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）选择开断电流。
4.硬母线及其软导体的选择
硬导体包括矩形、槽形和管形等，软导体指钢芯铝绞线。
对于年最大负荷利用小时数较大，距离长、传输容量大的回路（如发电机引出线回路变压
器引出线回路），一般按经济电流密度选择截面，其它短导体按长期发热允许电流选择截面。
一般原则如下
（1）.按长期发热允许电流选择截面；
（2）.按经济电流密度选择截面；
（3）.按电晕电压校验（对llOkV及以上电压的母线进行校验）；
（4）.在三相短路状态下，进行热稳定和动稳定校验。
5.变压器的保护整定计算
变压器主保护有瓦斯保护和纵联差动保护，其中瓦斯保护是反映内部短张和油面降低的非电量保护：
纵联差动保护是反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路。
变压器的后备保护对变压器的安全运行也很重要，对各类保护应设置合理的整定值。
三.重点研究问题
1•电气主接线方案的设计，要求方案应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案；
2.短路电流及电气设备选择计算方法。
3.变压器继电保护整定。
釆取的主
要技术路
线或方法
在发电厂和变电所中，发电机，变压器，断路器，隔离开关，电流电压互感器，避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能的生产、汇集和分配的电气主回路。
这个电气主回路被称为电气一次系统，乂叫电气主接线。
电气主接线必须满足可靠性，灵活性和经济性三项基本要求。
其设计方案由以下五方面：
1.负荷分析
2.变压器配置方案的确定
3.各电压级接线方式的确定
4.短路电流计算
5.主要电气设备的选择
预期的成
果及形式
设计说明书：
主要内容包括电站主变压器台数、容量选择及计算结果，变电站各电压侧主接线分析论证及结果，变电站短路电流的计算，电气设备的选择、校验，变压器保护整定。
要求字数在10000-15000字，格式参照《华北水利水电学院关于本科格式》要求；
2.设计计算书：
对称与不对称短路电流计算，电气设备选择、校验计算，变压器继电保护整定。
3.绘图：
图纸数量不少于3张；图纸名称：
（1）电气主接线图（计算机绘制，A1或A2纸打印）；
（2）开关站平面布置图（手工绘制，1号图纸幅面）；
（3）变压器保护原理接线图、展开图（手工绘制，1号图纸幅面）。
时间安排
本次设计的时间共12周，各部分设计内容的时间安排大致如下：
（1）图书馆查找资料，熟悉设计题目1周
（2）变电站电气主接线设计1周
（3）短路电流计算1周
（4）电气设备选择2周
（5）绘图2周
（6）整理说明书、计算书1周
（7）外文文献翻译1周
（8）答辩1周
指导教师
意见
签名：
年月日
备注
设计参考资料
[1]范锡普主编发电厂电气部分（第二版）水利电力出版社1995
[2]西北电力设计院电力工程电气一次设计•手册水利电力出版社1989
[3]西北电力设计院电力工程电气二次设计手册水利电力出版社1989
[4]陈瑜主编电力系统稳态分析中国电力出版社1998
[5]李光琦主编电力系统暂态分析中国电力出版社20XX
[6]贺家李宋从矩合编电力系统继电保护中国电力出版社20XX
变电站是输电和配电的集结点。
其设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。
本文设计建设一座220kV降压变电所，主要是对该变电所的电气一次部分进行设计、计算。
本说明书以220kV地区变电站设计为例，论述了电力系统工程中变电站部分电气设计
（一次部分）的全过程。
本文通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析、安全、及可鼎性方面考虑，确定了220kV,llOkV,10kV以及站用电的主接线，然后乂通过负荷讣算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变圧器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路讣算的讣算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型。
对变圧器保护整定电流进行了分析讣算，设讣中也配置了避雳器及继电保护装置方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。
本对变电站电气部分初步做了较为详细的理论设讣，并且对其电气二次部分有所涉及，这有待于在今后的学习和工作中进行研究。
关键词=变电站短路电流电气设备继电保护整定
ABSTRACT
Substationisthefocalpointinasystemfortransmissionanddistributionofelectricalenergy.Designingqualityofsubstationisdirectlyreferredtothesecurity,stabilization,flexibilityandeconomicaloperationofelectricsystem.Thisthesisdesignsa220kVstepdownsubstationanditselectricprimarypart.
Thestatementaboutthe220kvtransformerareasubstationdesign,discussedsomeelectricaltransformerstationsdesign（onepart）inpowersystemsengineeringoftheentireprocess.Throughthemaintransformerstationswiringdesign,stationswiringdesignstations,shortcircuitcurrentcalculations,checkelectricalequipmentmovingandthermalstability,setthemainelectricalequipmentmodelsandtheparameters,theoperatingmode,designover-voltageprotectionandminedevices,designgeneralelectricgraphicanddistributiondevicesflood,andwithoutpowerpensation.Lastly,pletesubstationdesigninpowersystem.
Thedesignisapartoftheelectricaltransformerstations,anditssecondpartdidinvolve,whichresearchitinfuturestudyandwork・
KEYWORDS:
Substation,Shortcircuitcurrents,electricalequipment,relayprotectiondevices.
设计说明书
1电气主接线设计
1.1概述
变电站电气主接线设讣是依据变电所的最高电压等级和变电站的性质，选择出一种与变电站在系统中的地位和作用相适应的接线方式。
变电站的电气主接线是电力系统接线的重要部分，它表明变电站内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电站内各种电气设备之间的连接方式。
变电站电气主接线设计是依据变电站的最高电压等级和变电站的性质，选择出一种与变电站在系统中的地位和作用相适应的接线方式。
一个变电站的电气主接线包括高压侧、中圧侧、低压侧以及变压器的接线。
因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。
我国《变电所设计技术规程》SDJ-79规定：
变电站的主接线应根据变电站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。
1.2电气主接线的基本要求
（1）可靠性：
安全可黑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鼎性。
（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U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LI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为了扩建的口的，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）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朵，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。
1.3主接线的接线方式选择
表1-3-1主接线方案
方案
220kV
llOkV
10kV
主变台数
方案一
双母线
单母线分段
单母线分段
2
方案二
双母线
单母线分段
兼旁路
单母线分段
兼旁路
2
（1）单母线分段
优点：
母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个供电电源;一段母线故障时（或检修），仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作.
缺点：
当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，接在该段母线上的电源和出线，在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时，该回路必须停止工作.
适用范围：
可装设旁路母线。
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〜llOkV的变电所较为实用，具有足够的可鼎性和灵活性
（4）双母线接线
优点:
供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便.
缺点:
接线复朵,设备多，母线故障有短时停电，造价高。
适用范圉：
16-10RV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时
235〜63kV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时
3110〜220kV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110〜220kV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上。
方案一
方案一的接线特点：
（1）220RV采用双母线接线方式，供电可黑，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便.
（2）UOkV及10kV侧采用单母分段接线，母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个供电电源;一段母线故障时（或检修），仅停故障（或检修）段工
作，非故障段仍可继续工作.
方案二
图1-3-2
方案二的接线特点：
（1）220RV采用双母线接线方式，供电可靠，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便.
（2）110RV及10kV侧釆用单母分段兼旁路接线，并设专用的旁路断路器，其经济性相对来是提高了，但是保证了各段出线断路器检修和事故不致影响供电的情况下，而且也不会破单母运行的特性，继电保护也比较容易配合，相对来可靠性即提高了。
综观以上两种方案的比较，方案二的可靠性较高，但方案二相对投资较大且设备多接线复朵。
而方案一接线简单，设备少，投资也小，由设计任务书的原始资料及经济性，供电可靠性等要求将方案一定为最终的选择方案。
2主变压器容量、台数及形式的选择
2.1概述
主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
它的选择除依据基础材料外，主要取决与输送功率的大小、与系统联系的紧密程度、运行方式等因素，并至少要考虑5〜10年规划负荷的发展需要。
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。
因此要合理选择变压器的容量和台数。
2.2主变压器台数的选择
为了保证供电可幕性，避免一台主变圧器故障或检修时影响供电，变电站中一般装设两台主变圧器。
当装设三台及三台以上时，变电站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朵化。
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，另一台主变圧器可承担70%的负荷保证全变电站的正常供电。
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站建成近期负荷，5〜10年规划负荷选择，并适当考虑远期10〜20年的负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应当与城市规划相结合，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圧器的容量，对于有重要负荷的变电站，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，对一般性能的变电站，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%。
该变电站是按70%全部负荷来选择。
因此，装设两台变压器变电站的总装容量为：
Ese=2（0.7PM）=1.4PMo
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母线的负荷不需要通过主变倒送，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。
因此主变压器的容量为：
Se=0.7（SII+SI11）。
2.4主变压器型式的选择
（1）相数的确定
容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330RV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。
因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。
同时配电装置结构复朵，也增加了维修工作量。
（2）绕组数与结构的确定
在具
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