220KV降压供电站方案设计书.docx
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220KV降压供电站方案设计书
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
摘要
本设计是220KV降压变电站设计。
主要包括系统情况及负荷说明，主变压器的选择，电气主接线方案的选择，短路电流计算，高压电气设备的选择，各种电器和导线的选择计算，同时对所选择的电气设备进行动稳定和热稳定校验，判断是否满足要求。
本设计涉及到发电厂电气部分、电力系统分析等专业知识，并参考了相关的电气设计和设备手册。
总体来说，本设计是对电力系统及其发电厂电气部分专业所学课程的综合和运用能力的一次考察。
关键词：
变电站、主变压器、电气主接线、电气设备
第一章内容提要
一、变电站原始资料：
1、所址概况：
位于喀什市郊区，城市工农业，发展较快。
变电所有两回220KV出线，分别与电力系统和一所发电厂相连。
2、自然条件：
所区地势较平坦，交通方便，有铁路公路经过本所附近。
最高气温+30°C，最低气温-25°C，最高月平均温度25°C，年平均温度+10°，最大风速20m/s,覆冰厚度5mm，地震烈度<6级，土壤电阻率<500Ω.m；雷电日30；周围环境较清洁、化工厂对本所影响不大；冻土深度1.5；主导风向、夏南、冬西北。
3、负荷资料：
（1）110KV侧，16回出线，最大综合负荷256MW，功率因数cosΦ=0.85，年最大负荷利用小时5500小时。
用户名称
最大负荷MW
线路长度KM
回路数
重型机械厂
50
20
2
机床厂
20
15
1
工机械厂
25
10
1
化工厂
25
20
1
化肥厂
30
20
2
市区变电所
20
10
1
冶炼厂
35
15
2
化肥厂
35
18
2
（2）10kv侧，20回出线，综合最大负荷为50MW，功率因数cosΦ=0.88，年最大负荷利用小时4500时。
用户名称
最大负荷MW
线路长度KM
回路数
印染厂
6
6
2
机床厂
4
2
1
通用机械厂
4
3
1
日用电器厂
6
3
2
日用化工厂
4
2
1
修配厂
3
2
1
小型电机厂
4
1
1
电车厂
3
2
1
4、系统图：
二、设计任务：
1、选择主变压器的容量、台数、型号、参数。
2、进行经济、技术比较、选择电气主接线方案。
3、计算电路电流，选择电气设备；
4、全所平面总布置；
5、继电保护规划；
6、防雷保护；
三、成品要求：
1、说明书，计算书各一本；
2、图纸；
（1）主接线图；
（2）全所总平面布置图；
（3）配电装置断面图；
（4）防雷保护图；
（5）继电保护规划图。
第二章变压器的选择
2.1主变压器台数的确定
该变电站一、二类负荷占总负荷的70%以上，为保证供电可靠性，变电站装设两台主变压器。
2.2调压方式的确定
根据原始资料，变电站220KV母线有穿越电流，电压变动较大，为了保证110KV、10KV母线供电质量，应该选择有载调压变压器。
2.3负荷计算：
根据设计任务书，该降压站分为三个电压等级，即电源侧220kv，负荷侧分别为110kv、10kv。
（1）110kv侧：
最大负荷Pmax110=256MWcosΦ=0.85
Smax110=Pmax110/cosΦ=256÷0.85=301.2（MVA）
（2）10KV侧：
最大负荷Pmax110=50MWcosΦ=0.88
Smax10=Pmax10/cosΦ=50÷0.88=56.8（MVA）
（3）220kv侧：
负荷同时率取K220=0.85
Smax220=（Smax110+Smax10）×0.85
=（301.2+56.8）×0.85
=358×0.85
=304.3（MVA）
2.4主变台数及额定容量的确定
变电所的一、二类负荷较大，为保证供电可靠性，考虑装设两台变压器，又考虑到变压器正常运行和事故时的过负荷能力，对两台变压器的变电所每一台额定容量按下式进行选择：
SN=0.7×304.3=213.01（MVA）
2.5主变型号的确定
1、相数
依据设计原则（330kv及以下电力系统中，一般都选用三相变压器）和给定的电压等级，以及实际需要考虑选择三相变压器，容量比为100/100/100。
2、绕组的确定
依据设计要求，本所具有三个电压等级，可选用三绕组变压器或自耦变压器。
（1）自藕变压器
自藕变压器与普通变压器不同的地方，主要是其一次绕组和二次绕组除了磁的联系外，还有电路上的联系，而普通变压器的一次绕组与二次绕组只有磁的联系，在电路上是彼此分开的。
（2）三绕组变压器
三绕组变压器每个绕组通过的容量应达到额定容量的15%以上，否则绕组未能充分利用，下面验证通过主变各侧的功率是否达到主变容量的15%以上。
①220kv侧：
Smax2200/SN=[304.3/（2×150）]×100%
=101.4%>15%
②110kv侧：
Smax110/SN=[301.2/（2×150）]×100%
=100.4%>15%
③10kv侧：
Smax10/SN=[56.8/（2×100）]×100%
=28.4%>15%
因此本所将选用三绕组变压器，为保证110kv及10kv系统电压质量，故两台主变均采用有载调压方式。
2.6所选变压器主要技术参数如下表
型号
额定
容量（KVA）
额定电压（KV）
连接组标号
损耗（KW）
空载电流（%）
阻抗电压（%）
高压
中压
低压
短路
空载
高低
高中
中低
SFPZ7-150000/220
150000
220
121
10．5
35
38．5
YN，yn0,
d11
570
170
0.8
22～24
12～14
7～9
主变选择：
SFPZ7-150000/220型变压器两台。
第三章所用变的配置
3.1变电所的所用变接线
变电所的所用电负荷，一般都比较小，其可靠性要求远不主变那样高，变电所的主要所用电负荷是变压器的冷却装置、蓄电池的充放电装置和硅整流设备、照明、油处理设备、检修工具等。
对装有高压空气断路器的变电所，还有压缩空气制备系统用电等。
这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需380/220V一级，动力与照明采用混合供电。
在中小型变电所中，大多只装一台所用变。
在大型枢纽变电所或装有同步调相机的变电所中，一般都装设两台所用变压器，分别接在母线的不同分段上。
380V所用电母线采用闸刀分段。
对于容量不大的变电所，为了节省投资，所用变压器高压侧可用高压熔断器代替高压断路器。
3.2所用变压器台数及容量的选择
（1）为了保证所用电安全、可靠供电，又考虑到经济问题，本所将设计两台所用变，相互备用。
（2）所用变单台容量的选择
SN=（0.1～0.5）%·SΣ
=（0.1～0.5）%×300000
SN取总容量的0.2%,所以单台所用变容量为
SN=0.2%×300000=600（MVA）
经查找《电气设备实用手册》所用变型号确定为：
S9—630/10变压器两台。
所选变压器主要技术参数如下表：
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
阻抗电压（%）
连接组标号
损耗（W）
空载电流（%）
质量（kg）
外形尺寸
（长×宽×高）
（mm）
高压
低压
空载
短路
油
器身
总质量
S9-630/10
630
10、6.3、6
0.4
4.5
Y,yn0
1230
6000
1.2
610
1720
2830
1870×1526×1920
第四章主接线选择
电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，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发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、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，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。
4.1主接线设计要求
4.1.1主接线的设计依据：
（1）变电所在电力系统中的地位和作用；
（2）变电所的分期和最终建设规模；
（3）负荷大小和重要性；
（4）系统设备容量大小；
（5）系统专业对电器主接线提供的具体资料。
4.1.2主接线设计的基本要求
（1）可靠性：
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,主接线首先应满足这个要求。
可靠性的具体要求如下：
①断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
②断路器或母线发生故障以及母线计划检修时，应尽量减少回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷供电。
③尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。
超高压变电所在系统中的位置非常重要，因其供电量大，范围广，发生事故可能使系统稳定发生破坏，甚至电网瓦解，造成巨大是损失，为此，对这种情况的电气主接线提出可靠性的特殊要求。
（2）灵活性：
主接线必须满足调度灵活、操作方便的基本要求。
①调度运行中可以灵活投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源及负荷，满足系统在事故、检修以及结束运行方式下的系统调度运行要求。
②检修时，可以方便的停运断路器、母线及保护设备，进行安全检修而不至影响电力网的运行和对用户的供电。
③扩建时，可以适应以初期接线过度到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不至互相干扰，并且使一次二次大部分的改建工作量减少。
（3）经济性：
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下尽量做到投资省、占地面积少、电能损耗少。
4.2主接线形式
4.2.1概述
有汇流母线的接线：
如单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线。
无汇流母线的接线：
包括单元接线、桥形接线和角形接线等。
4.2.2主接线基本接线形式
6～220kv高压配电装置的接线形式，决定于电压等级的高低及出线回路数的多少，有其大致的适用范围。
（1）变压器-线路单元接线
优点：
接线简单，设备少，操作简单。
缺点：
线路故障或检修时，变压器必须停运；变压器故障或检修时，线路必须停运。
适用范围：
适宜于一机、一变、一线的厂、所
（2）桥形接线
1）内桥接线：
连接桥断路器接在线路断路器的内侧。
优点：
高压断路器数量少，四回路只需三台断路器，线路的投入和切除比较方便。
缺点：
①变压器的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路暂时停运。
②出线断路器检修时，线路需长时间停运。
③连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。
适用范围：
容量较小的发电厂、变电所，输电线路较长，故障几率较多而主变不能经常切除。
2）外侨接线：
连接桥断路器接在线路断路器的外侧。
优点：
设备少，且变压器的投入和切除比较方便。
缺点：
①线路的投入和切除较复杂，需动作两台断路器。
且影响一台变压器暂时停运。
②变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。
③连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。
适用范围：
容量较小的变电所，且变压器切换较频繁或线路较短，故障几率较少的情况或系统有穿越功率流经时更宜。
3）角形接线：
由于保证接线运行的可靠性，以采用3～5度角为宜。
优点：
①投资少，断路器数等于回路数。
②在接线的任一段发生故障时，只需切除这一段及其相连接的元件，对系统影响较小。
③接线成闭合环形，运行时可靠、灵活。
④每回路都与两台断路器相连接，检修任一台断路器时都不致中断供电。
⑤占地面积小。
缺点：
在开环，闭环两种运行状态时，各支流通过的电流差别很大，使电器选择困难，并使继电保护复杂化，且不便于扩建。
适用范围：
适用于能一次建成，最终进出线为3～5回的110kv以及以上电压的配电装置，不宜用于有再扩建可能的变电所。
（3）单母线接线
优点：
接线简单清晰，设备少，投资省，运行操作方便，且便于扩建。
缺点：
可靠性及灵活性差。
适用范围：
35～63kv配电装置的出线回路数不超过3回时，10～220kv配电装置的回路数不超过2回。
（4）单母线分段接线
优点：
①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。
②当一段母线故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。
缺点：
①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。
②当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
③扩建时需要两个方面均衡扩建。
适用范围：
35～63KV配电装置出线回路数为4～8回时；110～22kv配电装置出线回路数为3～4回。
（5）双母线接线
优点：
供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于检修和试验。
缺点：
使用设备多，特别是隔离开关，配电装置复杂，投资较多，且操作复杂容易发生误操作。
适用范围：
35～63kv配电装置当出线回路数超过8回时，或连接电源较多，负荷较大时；10～220kv配电装置当出线回路超过5回以上时，或当其在系统中居主要地位，出线回路数为4回及以上。
（6）双母线分段接线
当220kv进出线回路甚多，双母线需分段，分段原则为：
①当进出线回路数为10～14回时，在一组母线上用断路器分段；
②当进出线回路数在15条以上，两组母线均用断路器分段；
③为了限制某种运行方式下22kv母线短路电流或系统解列运行的要求，可根据需要将母线分段；
（7）增设旁路母线的接线
由于6～10KV配电装置供电负荷小，供电距离短，且一般可在网络中取得备用电源，故一般不设旁路母线；35～60KV配电装置，多为重要用户，为双回路供电，有机会停电检修断路器，所以一般也不设置旁路母线；采用单母线分段式或双母线的110～220KV配电装置一般设置旁路母线，设置旁路母线后，每条出线或主变间隔均装设旁路隔离开关，这样一来，检修任何断路器都不会影响供电，将会大幅度提高供电可靠性。
优点：
可靠性和灵活性高，供电可靠。
缺点：
接线较为复杂，且操作复杂，投资较多。
适用范围：
①出线回路多，断路器停电检修机会多；②多数线路为向用户单供，不允许停电，及接线条件不允许断路器停电检修时。
4.3电气主接线方案的确定
结合原始资料所提供的数据，权衡各种接线方式的优缺点，最后确定该变电所主接线如下：
1、220kv侧共有出线两回，分别与电力系统和一所火电厂相连，将采用单母线分段接线方式，相对双母线接线方式而言，它具有接线简单，操作方便，投资省等优点，结合本所实际情况，确定220kv侧采用单母线分段接线方式。
2、110kv侧共有出线16回，最大综合负荷为256MW，供电线路中包括市区变电所，为一类负荷，如采用双母线接线方式，只需将出线合理的安排在各段母线上，即可保证任一段母线及出线断路器的检修或故障时对用户继续供电，保证了供电可靠性。
因此110kv侧采用双母线接线方式。
3、10kv侧共有出线20回，综合最大负荷为50MW，供电线路为二类负荷，但考虑到供电可靠性，10KV侧将采用双母线接线方式。
第五章短路电流计算
5.1短路电流计算的目的
在变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的重要有以下几个方面：
（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，需要进行必要的短路电流计算。
（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。
（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
（5）设计接地装置时，需用短路电流。
5.2短路电流计算的一般规定
验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规定：
1、计算的基本情况
（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。
（2）所有同步电机都具有自动调节激磁装置（包括强行励磁）。
（3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
（4）所有电源的电动势相位角相同。
（5）应考虑对短路电流有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻，对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。
2、接线方式
计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（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。
3、计算容量
按该设计规划容量计算。
4、短路种类
均按三相短路计算。
5、短路计算点
在正常运行方式下，通过电气设备的短路电流为最大的地点为短路计算点。
5.3短路电流计算
1、系统图及各元件参数
2、选择计算短路点
计算220kv、110kv、10kv母线最大、最小方式下的短路电流及短路容量，可满足选择设备和保护整定之用，在下图中，d1，d2，d3分别为对应于220kv、110kv、10kv母线三个短路点。
3、等值电路
（1）、计算：
选SN=100（MVA）UB=Uav
即平均电压：
220kv～230kv
110kv～115kv
10kv～10.5kv
系统S1的标幺值为：
XB=0.01Sj=100
X″d（B）＊=X″d1＊×=0.67×=0.6285
XT1＊=×=×=0.1167
XL1＊=XL×=0.4×50×=0.0378
XL2＊=XL×=0.4×15×=0.01134
计算主变电抗标幺值：
UK1%=[UK（1-2）%+Uk（1-3）%-Uk（2-3）%]=（13+23-8）=14
Uk2%=[UK（1-2）%+Uk（2-3）%-Uk（1-3）%]=（13+8-23）=-10
Uk3%=[UK（1-3）%+Uk（2-3）%-Uk（1-2）%]=（23+8-13）=9
XT2-1*=XT3-1*=×=×=0.0933
XT2-2*=XT3-2*=×=0
XT2-3*=XT3-3*=×=×=0.06
（2）d1点发生三相短路（220kv母线）
X3＊=XB+XL1＊=0.01+0.0378=0.0478
X4＊=X″d（B）＊+XT1＊+XL2＊=0.6285+0.1167+0.01134=0.7565
各等值电源对短路点的计算电抗为：
XJS＊S1=X3*×=0.0478×=0.0478
XJS＊S2=X4*×=0.7565×=2.667
由查运算曲线I″＊S1=10
由查运算曲线I″＊S2=0.36
d1点总的次暂态短路电流为：
I″=I″＊S1+I″＊S2=I″＊S1×+I″＊S2×
=10×+0.36×=2.781（KA）
得出：
冲击电流Ish=Ksh
I″=×1.8×2.781=7.078（KA）
由查运算曲线I″＊S12。
0=2.7I″＊S14。
0=2.5
由查运算曲线I″＊S22。
0=2.4I″＊S24。
0=2.36
I2.0=Is1+Is2=I″＊S12。
0×+I″＊S22。
0×
=2.7×+2.4×=2.4852（KA）
I4.0=Is1+Is2=I″＊S14。
0×+I″＊S24。
0×
=2.5×+2.36×=2.4046（KA）
（3）d2点发生三相短路（110kv母线）
对等值电路进行化简得：
之后进行Y→△
X5＊=（XT2-1＊+XT2-2＊）=（0.0933+0）=0.0467
X6＊==0.0478+0.0467+=0.097
X7＊==0.7565+0.0467+=1.5422
计算电抗：
XJS＊S1=X6*×=0.097×=0.097
XJS＊S2=X7*×=1.5422×=5.436
由查运算曲线得：
I″＊S1=10
由查运算曲线得：
I″＊S2=0.184
d2点的次暂态短路电流为：
I″=I″＊S1+I″＊S2=I″＊S1×+I″＊S2×
=10×+0.184×=5.297（KA）
冲击电流：
Ish=Ksh
I″=×1.8×5.297=13.48（KA）
由查运算曲线I″＊S12。
0=2.7I″＊S14。
0=2.5
由查运算曲线I″＊S22。
0=0.184I″＊S24。
0=0.184
I2.0=Is1+Is2=I″＊S12。
0×+I″＊S22。
0×
=2.7×+0.184×=1.632（KA）
I4.0=Is1+Is2=I″＊S14。
0×+I″＊S24。
0×
=2.5×+0.184×=1.532（KA）
（4）d3点发生三相短路（10kv母线）
对等值电路进行化简得：
之后进行Y→△
X8＊=（XT2-1＊+XT2-3＊）=（0.0933+0.06）=0.1533
X9＊==0.097+0.1533+=0.2599
X10＊==1.5422+0.1533+=3.1328
计算电抗为：
XJS＊S1=X9*×=0.2599×=0.2599
XJS＊S2=X10*×=3.1328×=11.04
由查运算曲线得：
I″＊S1=4.2
由查运算曲线得：
I″＊S2=0.09
d3点的次暂态短路电流为：
I″=I″＊S1+I″＊S2=I″＊S1×+I″＊S2×
=4.2×+0.09×=24.58（KA）
冲击电流：
Ish=Ksh
I″=×1.8×24.58=62.56（KA）
由查运算曲线I″＊S12。
0=2.45I″＊S14。
0=2.4
由查运算曲线I″＊S22。
0=0.09I″＊S24。
0=0.09
I2.0=Is1+Is2=I″＊S12。
0×+I″＊S22。
0×
=2.45×+0.09×=14.965（KA）
I4.0=Is1+Is2=I″＊S14。
0×+I″＊S24。
0×
=2.4×+0.09×=14.68（KA）
短路电流计算结果表
短路点
I″（kv）
Ish（kv）
I2.0（kv）
I4.0（kv）
d1
2.781
7.078
2.4852
2.4064
d2
5.297
13.48
1.632
1.532
d3
24.58
62.56
14.965
14.68
第六章设备的选择和校验
6.1设备选择的原则和规定
导体和设备的选择设计，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发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。
6.1.1一般原则
（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）应力求技术先进和经济合理。
（3）选择导体时应尽量减少品种。
（4）应按当地环境条件校核。
（5）扩建工程应尽量使新老电器型号一致。
（6）选用的新产品，均应有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。
6.1.2有关规定
1、技术条件
选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压过电流的情况下保持正常运行。
（1）长期工作条件
a、电压：
选用的电器允许的最高工作电压Um
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