220KV降压变电所的设计11.docx
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220KV降压变电所的设计11
220KV降压变电所的设计
摘要：
随着我国国民经济的快速增长，用电已成为制约我国经济发展的重要因素。
为保证正常的供配电要求，各地都在兴建一系列的供配电装置。
本文针对220kV降压变电所的特点，阐述了220kV降压变电所的设计思路、设计步骤，并进行了相关的计算和校验。
文中介绍的220kV降压变电所的设计方法、思路及新技术的应用可以作为相关设计的理论指导。
关键词：
降压变电所；设计方法；供配电
第一章：
原始资料
变电所规模及性质：
大型城市变电站（终端站）
电压等级：
220KV/110KV/35KV
线路回数：
220KV本期2回交联电缆（发展1回）；
110KV本期4回电缆线路（发展2回）；
35KV30回电缆线路，一次性配齐
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》，《电力工业常用设备用册》，《发电厂电气部分》等教材
设计流程：
首先,确定了解变电站的功能,进出线回数,变压器台数,交换功率大小,然后确定母线型式,最后配置保护,自动装置.
第二章变电所电气主接线的确定
电气主接线是电力系统的重要组成部分，它的设计形式直接关系全所电气设备的选择和配电装置的布置。
它的设计应以设计任务书为依据，以国家有关经济建设方针、政策及有关技术规为准则，结合工程具体特点来确定，要求安全可靠、稳定灵活、方便经济。
2.1主变压器容量和台数的选择
2.1.1主变压器的台数：
待设计变电站为大型的城市变电站，负荷较重（本期最大负荷150+210=360MVA,远期最大负荷240+210=450MVA），又因是城市变电站，负荷较为重要，且为终端变电站，要求电压质量是可以调节的，现在市场上生产的变压器的容量，选择2台变压器不能满足负荷的要求，我选择4台相同容量的变压器。
2.1.2主变压器容量：
根据运行经验，变压器的容量应保证在有一台检修的情况下，其他变压器能带全部负荷的70%，按远期最大负荷算，即3台主变的容量应满足70%的负荷需求，因此本设计的主变每台应带负荷为：
[（240+210）×70%]/3=105（MVA），所以我们选择的主变容量为120MVA变压器。
2.1.3主变型式：
本设计220KV降压到110KV和35KV两个电压等级，因此采用三绕组变压器。
2.1.4调压方式：
根据地区及负荷的要求，变压器选择有载调压方式。
根据以上原则，查阅有关资料，选择的主变压器技术数据如下：
型号
SFPSZ7-120000/220
容量
120MVA
容量比
120/120/120
额定电压
高压
220±8×1.25%
中压
121
低压
38.5
联结组标号
YN，yn0,d11
损耗
空载
144KW
负载
480KW
空载电流
0.9%
阻抗电压
高-中
14%
高-低
24%
中-低
9%
2.2电气主接线方案的拟定
2.2.1方案Ⅰ：
（见图2-1）
图2-1
分析：
因本220KV变电所不仅供本地区的负荷，还降压到110KV向另一终端变电所转供大量的负荷，所以方案Ⅰ在220KV高压侧采用“双母线带旁路接线”，它具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点。
110KV侧采用“双母线接线”。
35KV侧采用“单母线分段带旁路接线”，便于分段检修母线及各出线断路器。
当一段母线发生故障时，自动装置将分段断路器跳开，保证正常母线不间断供电，两段母线同时故障的机率极小，可以不予考虑。
2.2.2方案Ⅱ：
（见图2-2）
图2-2
分析：
考虑220KV本期只有两条进线及本所只有两台主变压器，所以方案Ⅱ在220KV高压侧采用“单母线分段接线”，采用“单母线分段接线”虽然使用断路器数量少、布置简单、占地少、造价低，但在变压器故障时需停相应线路，且隔离开关又作为操作电器，所以可靠性差。
110KV侧采用“单母线分段接线”，四条出线从不同分段上引接以提高供电可靠性，此种接法的优点表现在简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便，便于分段检修母线。
当一段母线发生故障时，自动装置将分段断路器跳开，保证正常母线不间断供电，两段母线同时故障的机率极小，可以不予考虑。
当一条出线断路器故障或检修试验时，不会对另一终端变电所造成停电。
35KV侧采用“单母线分段带旁路接线”，此接线的优缺点已在前文中叙述，不再赘述。
2.2.3方案Ⅲ：
（见图2-3）
图2-3
分析：
方案Ⅲ在220KV高压侧采用“单母线分段接线”。
110KV侧采用“双母线接线”，它具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点，但当母线系统故障时，需短时切除四条出线，使另一终端变电所全停。
35KV侧采用“单母线带旁路接线”，虽然对断路器检修试验等均有好处，但当母线故障时，会造成10KV用户断电，可靠性差，故不宜采用。
2.2.4方案Ⅳ：
（见图2-4）
分析：
本方案在220KV侧采用“单母线接线”，虽简单清晰，设备少，投资小，
图2-4
但当母线出现故障时，会造成全所停电及另一终端站的停电。
供电可靠性不好。
110KV侧采用“双母线分段接线”，它同时具备双母线和单母线分段的特点，具有很高的可靠性和灵活性，但由于高压断路器及配电装置投资较大，只适合于6–10KV电压等级。
35KV侧采用“双母线接线”它具有供电可靠、检修方便、调度灵活及便于扩建等优点，但当出线断路器检修或故障时，无法将负荷及时送出，会造成重要用户的长时停电，故不宜采用。
2.2.5方案Ⅴ：
（见图2-5）
分析：
方案Ⅴ的220KV侧采用“单母线接线”，此接法的优点表现在简单清晰，设备少，投资小，但当母线出现故障时，会造成全所停电及另一终端站的停电。
110KV侧采用“双母线带旁路接线”，具有十分好的可靠性及灵活性，但使用设备多，投资大。
35KV侧采用“单母线接线”，此接法的优点表现在简单清晰，设备少，投资小，但当母线出现故障或短路器检修试验时会造成10KV重要用户的长时间的停电。
图2-5
由以上的分析，初步选定方案Ⅰ和方案Ⅴ为本设计的主接线方案，经详细的比较后再选定最终方案。
2.3最佳方案的确定
我国《变电所设计技术规程》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，并且应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节约投资等要求”。
现就方案Ⅰ和方案Ⅴ的可靠性、灵活性和经济性进行详细地比较，筛选出最佳方案。
供电可靠性的比较：
方案Ⅰ的220KV高压侧采用“双母线带旁路接线”，当一段母线出现故障时，及时将运行方式改变到另一母线上运行，只能短时造成全所停电及另一终端站的停电。
而方案Ⅴ的220KV侧采用“单母线接线”，当母线出现故障时，就会造成全所及另一终端站的长时间的停电。
110KV侧接线方式的可靠性基本相同，不需比较。
35KV侧方案Ⅰ采用“单母线分段带旁路接线”，当一段母线发生故障时，保护装置将分段断路器跳开，保证正常母线不间断供电，不会造成35KV的用户全部停电，且故障段的重要用户可经过旁路母线带出。
方案Ⅴ中35KV侧采用“单母线接线”，当母线出现故障或出线短路器故障时会造成35KV重要用户的长时间的停电。
两方案的可靠性相比较，方案Ⅰ的可靠性远比方案Ⅴ的可靠性强。
灵活性的比较：
220KV侧：
方案Ⅰ可选择任一段母线运行，随时检修任一组断路器及母线上的设备，方案Ⅴ的接线就只能一种方式运行。
110KV侧：
两方案都具有很高的灵活性，虽然方案Ⅴ的灵活性要高一些，即每条出线断路器的检修、试验都可随时进行，但是四条出线向另一终端站送电，没有必要选择此种灵活性。
35KV侧：
两方案运行调度灵活，四台主变可以单独并列运行，也可全部并列运行。
但是主变解列运行时方案Ⅰ的负荷可分别由四台中的两台主变带出，方案Ⅴ的负荷只能由其中两台主变带出，另两台主变空载。
经济性的比较：
在主接线设计时，主要矛盾往往发生可靠性与经济性之间，因此在满足供电可靠，运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。
方案Ⅰ比方案Ⅴ220KV、35KV设备多。
但110KV设备方案Ⅰ比方案Ⅴ少一些。
二者相比，方案Ⅰ比方案Ⅴ投入的资金要多一些。
虽然方案Ⅰ比方案Ⅴ投入资金多，但从可靠性和灵活性综合的看，方案Ⅰ显然优于方案Ⅴ的设计。
因此本设计最终确定的方案为设计方案Ⅰ。
2.4所用电源的引接
2.4.1所用电源引接的原则
负荷的种类
本变电所的所用电负荷主要是：
变压器强迫油循环冷却装置的油泵、风扇；蓄电池充电设备；油处理设备；采暖通风；照明及供水泵用电等。
负荷的重要性
因本所两台主变压器为强迫油循环冷却的变压器，要求所用变分别接在两个不同的电源上，以保证在变电所所停电时，仍能使所用电得到不间断的供电。
2.4.2所用变的供电电压及型号、容量
所用电属于低压用户，本站属大型的220KV变电站，其供电电压为380V三相四线制，用电容量都较110KV大，因此将供电电压选为35KV。
选择SL7-500/35，低压0.4KV,容量500KVA变压器两台。
2.4.3供电方式
供电可靠性是所用电的首要保证，在本供电系统中所用电应为0级用户。
结合其供电电压及其容量，可将一台所用变压器引接于35KVⅠ段母线上，另一台所用变压器引接于35KVⅡ段母线上。
两所用电源采用明备用方式，并且装设备用电源自动投入装置来保证其可靠性。
第三章短路电流的计算
3.1短路电流计算的目的及规定
3.1.1短路电流计算的目的：
在变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。
在选择电气设备时，为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，需要进行全面的短路电流计算。
例如：
计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定值；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。
3.1.2短路电流计算的一般规定：
1.电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；
2.短路种类：
一般以三相短路计算；
3.接线方式应是可能发生最大短路电流的正常方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
4.短路电流计算点：
在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。
5.计算容量：
应按工程设计规划容量计算，并考虑系统发展规划。
3.2短路电流的计算
取基准容量为：
Sj=100MVA，基准电压为Uj=Up又依公式：
Ij=Sj/√3Uj；Xj=Uj2/Sj，计算出基准值如下表所示：
（Sj=100MVA）
Uj（KV）
230
115
37
Ij（KA）
0.251
0.502
1.56
Xj（Ω）
529
132
13.7
3.2.1计算变压器电抗：
UK1%=1/2[UK（1-2）%+UK（3-1）%-UK（2-3）%]
=1/2[14+24-9]
=14.5
UK2%=1/2[UK（1-2）%+UK（2-3）%-UK（3-1）%]
=1/2[14+9-24]
=-1≈0
UK3%=1/2[UK（3-1）%+UK（2-3）%-UK（1-2）%]
=1/2[9+24-14]
=9.5
XT1*=（UK1%/100）×（Sj/Se）=14.5/120=0.1208
XT2*=（UK2%/100）×（Sj/Se）=0
XT3*=（UK3%/100）×（Sj/Se）=9.5/120=0.079
3.2.2系统电抗（根据原始资料）：
近期：
Xmax1*=0.1334；Xmax0*=0.1753；
Xmin1*=0.1245;Xmin0*=0.2319;
远期：
Xmax1*=0.1139；Xmax0*=0.1488；
3.2.3系统计算电路图及等值网络图如图3-1、图3-2和图3-3
图3-2
图3-3
3.2.4短路计算点的选择
选择如图3-2中的d1、d2、d3各点。
3.2.5短路电流计算
1、d1点短路时：
Up=230kv
流经进线回路的短路电流的计算：
I”*=I*∝=1/X1*=1.0/0.1139=8.78
每个回路的三相短路电流为：
I”=（I”**Ij）/4=（8.78*0.251）/4=1.1KA
两相短路电流分别为：
0.866*1.1=0.95KA
冲击电流为：
ich=2.55I”=2.55×1.1=2.805（KA）
短路容量为：
S=√3UjI”=1.732×230×1.1=438.2（MVA）
Ich=1.51*I”=1.51×1.1=1.66（KA）
2、d2点短路时Up=115kv
流经主变回路的短路电流的计算：
I”*=I*∝=1/X1*=1.0/（0.1139+0.0302+0）=6.94
每个回路的三相短路电流为：
I”=（I”**Ij）/4=（6.94*0.502）/4=0.87KA
两相短路电流分别为：
0.866*0.87=0.754KA
冲击电流为：
ich=2.55*I”=2.55×0.87=2.218（KA）
短路容量为：
S=√3Uj*I”=1.732×115×0.87=173.28（MVA）
Ich=1.51*I”=1.51×0.87=1.31（KA）
3、d3点短路时Up=37kv
流经主变回路的短路电流的计算：
I”*=I*∝=1/X1*=1.0/（0.1139+0.0302+0.01975）=6.105
每个回路的三相短路电流为：
I”=（I”**Ij）/4=（6.105*1.56）/4=0.855KA
两相短路电流分别为：
0.866*0.855=0.74KA
冲击电流为：
ich=2.55*I”=2.55×0.855=2.18（KA）
短路容量为：
S=√3Uj*I”=1.732×37×0.855=54.79（MVA）
Ich=1.51*I”=1.51×0.855=1.29（KA）
3.2.6将所计算最大方式下短路电流值列成下表：
名称
短路点
基准电压
（KV）
I”（KA）
三相
I”（KA）
两相
ich
（KA）
Ich
（KA）
S
（MVA）
d1
230
1.1
0.95
2.805
1.66
438.2
d2
115
0.87
0.754
2.218
1.31
173.28
d3
37
0.855
0.74
2.18
1.29
54.79
第四章电气设备的选择
4.1选择设计的一般规定
电气设备的选择设计，同样必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有余地，以满足电力系统安全经济运行的需求。
电气设备的选择，应依据以下规定：
4.1.1一般原则
1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；
2、应按当地环境条件校核；
3、应力求技术先进和经济合理；
4、选择导体时应尽量减少品种；
5、扩建工程应尽量使新老设备型号一致；
6、选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
4.1.2有关的几项规定
电气设备应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动、热稳定，并按环境条件校核设备的基本使用条件。
1、正常运行条件下，各回路的持续工作电流应按规定公式计算；
2、验算电气设备时，所用短路电流的值一定要是在规定的条件下求得；
3、验算导体短路热稳定时，所用的时间一般采用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间，同时要考虑到主保护的死区；电气设备的短路电流计算时间，一般采用后备保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间；
4、环境条件：
选择导体和电器时，应按当地环境条件校核。
当气温、风速、湿度、污秽、海拔、地震、覆冰等环境条件超出一般电器的规定时，应通过技术经济比较后分别采取下列措施：
1）向制造部门提出补充要求，订制符合当地环境的产品；
2）在设计或运行中采取相应的防护措施如采用屋配电装置，加减震器等。
4.2电气设备的选择与校验
4.2.1主变压器持续工作电流的计算:
220KV高压侧Igmax=1.05IN
=1.05SN/√3UN
=1.05×120000/1.732×220
=330.67（A）
110KV中压侧Igmax=1.05IN
=1.05SN/√3UN
=1.05×120000/1.732×110
=661.35（A）
35KV低压侧Igmax=1.05IN
=1.05SN/√3UN
=1.05×120000/1.732×35
=2078.52（A）
4.2.2断路器及隔离开关的选择
1、220KV断路器及隔离开关的选择
额定参数及短路电流计算数据
断路器
隔离开关
SW6-220/1200
GW4-220D/1000
UN=220（KV）
220
220
Igmax=330.67（A）
1200
1000
I”=1.1（KA）
21
23.7
ich=2.805（KA）
55
80
Ich=1.66（KA）
21
S=438.2（MVA）
6000
断路器校验
动稳定:
ich=2.805（KA）
iman=55（KA）
iman>ich
故合格
热稳定:
=1tdt=0.85t=1S
I∞2tdz=1.1*1.1*0.85
It2·t=55*55*1
所以：
I∞2tdz
It2·t
所选型号符合要求
隔离开关校验:
动稳定：
ich=2.805（KA）
iman=80（KA）
iman>ich
故合格
热稳定：
I∞2tdz
It2·t
所选型号符合要求
2、主变110KV及35KV侧断路器及隔离开关的选择
110KV侧
额定参数及短路电流计算数据
断路器
隔离开关
SW4-110/1000
GW4-110D/1000
UN=110（KV）
110
110
Igmax=661.35（A）
1000
1000
I”=0.87（KA）
18.4
23.7
ich=2.218（KA）
55
80
Ich=1.31（KA）
21（5s）
S=173.28（MVA）
3500
断路器校验:
动稳定:
ich=2.218（KA）
iman=55（KA）
iman>ich
故合格
热稳定:
=1tdt=0.85t=1S
I∞2tdz=0.87*0.87*0.85
It2·t=55*55*1
所以：
I∞2tdz
It2·t
所选型号符合要求
隔离开关校验:
动稳定：
iman>ich
热稳定：
I∞2tdz
It2·t
所选型号符合要求
35KV侧:
额定参数及短路电流计算数据
断路器
隔离开关
HB-35/3150
GW4-35D/4000
UN=35（KV）
35
35
Igmax=2078.52（A）
3150
4000
I”=0.855（KA）
40
40
ich=2.18（KA）
100
104
Ich=1.29（KA）
40（5S）
S=54.79（MVA）
2425
断路器校验
动稳定:
ich=2.18（KA）
iman=100（KA）
iman>ich
故合格
热稳定:
=1tdt=0.85t=1S
I∞2tdz=0.855*0.855*0.85
It2·t=100*100*1
所以：
I∞2tdz
It2·t
所选型号符合要求
隔离开关校验:
动稳定：
iman>ich
热稳定：
I∞2tdz
It2·t
所选型号符合要求
3、35KV出线、旁路及所变断路器及隔离开关的选择
35KV出线、旁路及所变断路器选择SW2-35型，主要参数如下：
型号
SW2-35
额定电压
35KV
最大电压
40.5KV
额定电流
1500A
额定开断电流
24.8KA
断开容量
1500MVA
热稳定电流
24.8KA（4S）
极限通过电流
63.4KA
35KV出线、旁路及所变隔离开关选择GW4-35D，主要参数如下：
型号
GW4-35D
额定电压
35KV
额定电流
1000A
热稳定电流
23.7KA（4S）
动稳定电流
80KA
断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较才能确定，根据当前我国生产制造情况，3~220KV电网一般采用少油断路器。
35KV因要求容量大，采用六氟化硫断路器。
隔离开关型式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用等因素，进行综合的技术经济比较后确定。
本方案对35KV侧采用屋式，对110KV、220KV采用屋外式。
220KV进线、主变、母联断路器及隔离开关采用相同型号。
110KV主变、母联、出线断路器及隔离开关采用相同型号。
35KV主变、分段断路器及隔离开关采用相同型号。
4.3母线的选择
4.3.1型式：
载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流在4000A及以下时，一般采用矩形导体；在110KV及以上高压配电装置，一般采用软导体；当采用硬导体时，宜选用铝锰合金的管形导体。
4.3.2母线截面的选择：
除了配电装置的汇流母线及较短导体按导线长期发热允许电流选择外，其余导体的截面一般按经济电流密度选择。
本设计要求选择的35KV母线属于配电装置的汇流母线，故应按导线长期发热允许电流选择。
即：
Igmax≤KθIy
Iy-相应于某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的导体长期允许载流量，此值由表中查出。
Kθ-温度修修正系数，此值由表中查出。
对于屋外配电装置的裸导体，最高环境温度取最热月份平均最高温度。
对于屋配电装置的裸导体，最高环境温度取该处通风设计温度，当无资料时，可取最热月份平均最高温度加5℃。
4.3.335KV母线的选择、校验
已知最热月份平均最高温度+30℃，故环境温度按+35℃计算，查表得出综合修正系数K=0.88
求Igmax=1.05IN
=1.05SN/√3UN
=1.05×210000/1.732×35
=3637.4（A）
依Igmax≤KθIy得
Iy≥Igmax/K=3637.4/0.88=4133.4（A）
查表选用四条竖放矩形铝母线，导体尺寸为125×10（mm2）（载流量4225A）。
1、热稳定校验
按短路条件下的电流校验导体热稳定的校验公式为：
S≥Smin=I∞√tdzkf/C
C2=Kln[（t+t2）/（t+t1）]×10-4
K=222×106ω.δ/Ω.cm4t=245；t1=30；t2=200
C2=222×106ln[（245+200）/（245+30）]×10-4
C=103.37
tr=tb+tgu+=0.5+0.15=0.65
β″=IZ″/I∞=1
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