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220kV

中文摘要

220kV变电所电气部分初步设计,详细的说明了各种设备选择的最基本的要求和原则依据。

变压器的选择包括：

主变压器的台数、容量、型号等主要技术数据的确定；电气主接线主要介绍了电气主接线的重要性、设计依据、基本要求、各种接线形式的优缺点以及主接线的比较选择，并制定了适合要求的主接线；短路电流计算是最重要的环节，本论文详细的介绍了短路电流计算的目的、假定条件、一般规定、元件参数的计算、网络变换、以及各短路点的计算等知识；高压电气设备的选择包括母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器的选择原则和要求，并对这些设备进行校验和产品相关介绍。

继电保护和自动装置的规划，包括总则、自动装置、一般规定主变压器、母线等设备的保护，而变电所的防雷保护则主要针对避雷针和避雷器的设计。

此外，在论文适当的位置还附加了图纸（主接线、平面图、断面图）及表格以方便阅读、理解和应用。

关键词：

变电所、变压器、电力系统、设备选择等。

目录

中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

第一篇设计说明书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

第一章引言..........．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

第二章变电所设计原则.....................................................6

第三章主变压器的选择.....................................................8

3.1主变压器的选择.....................................................8

3.2变压器型式的选择...................................................9

第四章补偿电容的选择...................................................10

4.1无功功率的平衡...................................................10

4.2无功补偿的意思...................................................11

4.3电容器的选择原则.................................................11

4.4电容器的选择....................................................12

4.5选择电容器的台数.................................................12

4.6低压侧功率因数校验................................................12

第五章电气主接线选择....................................................13

5.1概述..............................................................13

5.2主接线的设计原则及基本要求........................................15

5.3电气主接线的选择..................................................18

第六章短路电流的计算....................................................21

6.1计算短路电流的目的................................................21

6.2短路类型说明......................................................22

6.3短路计算数据说明..................................................22

6.4短路计算基本假定说明..............................................22

6.5规定说明..........................................................23

6.6短路计算点的选择..................................................23

6.7短路计算方法......................................................23

第七章电气设备的选择与校验..............................................24

7.1设计原则..........................................................24

7.2母线的选择........................................................25

7.3高压断路器的选择..................................................26

7.4隔离开关的选择....................................................27

7.5电流互感器选择....................................................28

7.6电压互感器选择....................................................30

第八章配电装置..........................................................31

8.1高压配电装置和设计原则及要求......................................31

8.2设备的配置.......................................................33

8.3配电装置的选择...................................................35

第九章继电保护的规划设计................................................36

9.1220kV继电保护的配置...............................................36

9.2变压器保护配置....................................................37

9.360kV继电保护的配置................................................37

第十章防雷保护的设计说明................................................38

10.1雷击和感应保护...................................................38

10.2避雷器的设计.....................................................39

第二篇计算书.......................40

第一章主变压器的选择....................................................40

1.1本变电所60kV的用户总容量（按五年规划计算）.......................41

1.2折算到变压器的容量：

（考虑负荷同时系数和线损）.....................41

1.3主变压器容量的选择...............................................42

1.4功率因数补偿......................................................42

第二章短路电流计算.....................................................43

2.1网络化简.........................................................43

第三章电气设备的选择.................................................50

3.1断路器的选择.....................................................50

3.2母线选择.........................................................51

3.3隔离开关的选择...................................................53

3.4电流互感器的选择................................................54

3.5电压互感器的选择................................................55

第四章避雷针的选择.....................................................56

4.1避雷针高度的确定................................................56

4.2保护范围的计算..................................................57

总结59

参考文献60

致谢61

附录62

第一篇设计说明书

第一章   引言

本毕业设计题目为某地区变电所电气部分初步设计，要求所设计的变电所能长期可靠为其负荷供电。

设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约能源和用地，对生产工艺、主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。

在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的论文。

目前，电力技术已成为世界能源领域的主流技术，发电、输电、配电技术的进步，提高了供电的能力、质量和可靠性，扩大了电力应用范围，因此，变电所的合理设计也变得尤为重要。

设计工作是工程建设的关键环节。

做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。

本论文即在遵循原则、合理规划、反复校验的基础上完成。

第二章变电所设计原则

2.1总则.

1.变电所的设计必须贯彻执行党的有关方针、政策。

设计中应不断终结实践经验，在保证安全运行、经济合理的条件下，力求接线简化，布置紧凑和逐步提高自动化水平。

并积极慎重地采用新技术。

2.变电所应根据5～10年电力系统发展规划进行设计，枢纽变电所连接的电源数和回路数，还应该根据电力系统运行完全和经济等条件确定。

2.2所址选择和所区规划

（一）地址的选择应符合下列要求

（1）接近负荷中心。

（2）不占或少占农田。

（3）便于各级电压线路的引入和引出，架空线路走廊应与所址同时确定。

（4）交通运输方便。

（5）尽量不设在空气污秽地区，否则采用防污措施或设在污秽源上风道。

（6）所址不应为积水淹没，并有足够排洪设施。

（7）生活和生产用水的可靠水源。

（8）确实所址时应考虑对邻近设施的影响。

为了减少所占面积或地区面积受到限制时，配电装置中尽量采用少占地的电网或布置采用高型或半高型方式等。

（二）管线的布置

各地下管线方间和地下管线与建筑物，构筑物，道路之间最小净距，应根据敷设和检修的要求。

建设物的基础的构造，管线的埋设深度，检修的位置及当地其他条件确定其最小距可参照，《变电所设计技术规程》的“附录-”所列数值。

（三）所区内、外通道

变电所应有道路与外部公路连接，其路面宽度一般不小于3.5米，变电所内应设置环行道路或回车道、环行道，路面宽度一般为3米，由变电所大厅至主变电器的道路可适当加宽。

变电所内应设巡视小道，并可利用电缆沟盖板作为部分巡视小道。

第三章主变压器的选择

3.1主变压器的选择

变电所主变压器选择的依据：

根据《电力工程设计手册》中规定选择变压器的台数及容量。

（一）主变压器容量的确定

1.主变压器容量一般按变电所建成后5—10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10—20年的负荷发展。

2.根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%—80%。

3.变压器最大负荷按下式确定：

PM≥K0∑P；∑S=2×0.7PM

其中，PM----变电所最大负荷；K0：

同时率；∑P：

按负荷等级统计的综合用电负荷。

（二）主变压器台数的确定

1.为保证供电可靠性，避免一台主变故障或检修时影响供电，变电所应装设两台主变。

2.对地区性孤立一次变或大型工业专用变电所，设计时应考虑装设三台主变的可能。

3.对于规划只装设两台主变的变电所，基础宜大于变压器容量的1—2级设计，以便负荷发展时，更换主变容量。

4.变电所的主变压器一般不宜超过两组，当变电所只有一个电源或变电所的重要负荷另有备用电源保证供电时，变电所也可装一组变压器。

根据本设计变电所的实际情况，设计装设两台主变压器。

3.2变压器型式的选择

1.与系统连接的220—60KV变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。

2.具有直接以高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级减少重复降压容量可采用双绕组。

根据本变电所的实际情况，交通便利，只有两个电压等级220/60，因此本变电所主变采用三相双绕组形式。

通过计算：

已知负荷同时系数取0.9，线损取5%，重要负荷占60%，选择2台型为SFPZ-20000/60有载调压，如表3-1。

表3-1主变压器技术参数

型号

额定容量

（KVA）

额定电压

高（KV）

额定电压

低（KV）

阻抗电压

ud%

连接组别

SFPZ-20000/60

20000

220

63KV

14．2

YN,d11

第四章补偿电容器的选择

电力系统的无功功率平衡是系统电压质量的根本保证。

在电力系统中，整个系统的自然无功负荷总大于原有的无功电源。

因此必须进行无功补偿。

合理的无功补偿和有效的电压控制。

不仅可保证电压质量，而且将提高电力系统运行的稳定性、安全性和经济性。

电力系统中，必须设法提高电力网中各有关部门的功率因数，以充分利用电力系统中各发电设备和变电设备的容量，增加其输电能力，减小供电线路导线的截面，节约有色金属，减小电力网中的功率损耗和电能损耗，并降低线路中的电压损失和电压波动，以达到节约电能和提高供电质量的目的，为了补偿无功功率，在工业企业中经常装设电力电容器作为补偿装置。

补偿装置都是设置于发电厂、变电所、配电所或开关站中，大部分连接在这些厂站的母线上，也有的补偿装置是并联或串联在线路上。

电容器型号由系列代号、介质代号、设计序号、额定电压、额定容量、相数或频率尾注号或使用环境等部分组成，符号代号一般用汉语拼音字头表示。

4.1       无功功率的平衡

系统的无功功率平衡是电力系统运行中的一个重要问题。

所谓无功功率平衡就是指在运行的每一个时刻系统中各无功电源发出的无功功率要等于用户所消耗的无功功率（即无功负荷）与系统中各环节上无功功率损耗之和。

电力系统的无功功率电源除了发电机外还有同步调相器、静电电容器及静止补偿器。

后三种装置又称为无功补偿装置。

4.2无功补偿的意义

（1）提高功率因数；

（2）改善电能质量；

（3）降低网络功率损耗和电能损耗。

4.3电容器的选择原则

（1）补偿装置可分为两大类：

串联补偿装置和并联补偿装置；

（2）对于110KV及以下电网中的串联电容补偿装置，可以减少线路电压降，降低受端电压波动，提高供电电压；在闭合电网中，改善潮流分布，减少有功损耗；

（3）对于并联补偿装置的（同期）调相机，可以向电网提供可无级连续调节的容性和感性无功，维持电网电压；并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性；

（4）对于并联补偿装置，可以向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功；减少电网有功损耗和提高电网电压；

（5）对于静止补偿装置，可以向电网提供可快速无级连续调节的容性和感性无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量，并兼有减少有功损耗，提高系统稳定性，降低工频过电压的功能。

4.4电容器的选择

计算补偿的功率因数

式（4-1）

式中：

———补偿前的功率因数

———有功和无功的负荷系数月平均值

———变压器高压侧总有功、无功功率（，）

反映了有功、无功负荷的均匀程度，越小，说明曲线起伏越大，即有功、无功负荷变化大。

一般的工业企业负荷系数年平均值为＝0.70～0.75,=0.76～0.82

说明：

因为本设计＜0.9，不满足设计要求，所以必须进行无功补偿。

4.5选择电容器的台数

—补偿容量（）式（4-2）

式中：

—有功负荷系数月平均值

—补偿前、后的角度

若选择单台容量为＝200的电容器，则电容器台数为

式（4-3）

式中：

—电容器台数（台）

—单台电容器容量（）

注:

（1）补偿后功率因数至少为0.9

（2）因为本次设计采用2台主变，而且是3相供电为保持无功平衡电容器的台数既是2的倍数也应是3的倍数，本次所选电容器为单相电容器，所以电容器的选择应为6的倍数

（3）因为66kV以上的的并联电容器采用角型接线，所以本次设计电容器应选择角型接线

4.6低压侧功率因数校验

式（4-4）

———补偿后功率因数

———变压器高压侧总有功、无功功率（，）

———所选电容器总容量（）

若≥0.9则满足条件。

第五章电气主接线选择

5.1概述

电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电路。

将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。

变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。

主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。

由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。

因此，主接线设计是一个综合性问题。

5.2主接线的设计原则及基本要求

5.2.1主接线的设计原则

根据《220---500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定，变电所电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、电压等级、回路数、所选设备特点、负荷性质等因素确定，满足运行可靠性，简单灵活，操作方便，节约投资等要求。

（1）变电所在电力系统中的地位和作用

变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素，变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于他们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的技术要求也不同。

（2）考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据5-10年电力系统发展规划进行。

应根据负荷的大小和分布，负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。

（3）考虑负荷的重要性分布和出线回数多少对主界线的影响

对一级负荷必须布两个独立的电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电，三级负荷一般只需一个电源供电。

（4）考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。

通常对大型变电所，基于传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高，而容量小的变电所，其传输容量小，对住接线的可靠性、灵活性要求低。

（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增，设备检修，故障停运情况下的应急要求。

电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如：

当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时，允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

5.2.2主接线设计的基本要求

5.2.2.1可靠性

（1）研究主接线可靠性应注意的问题：

1）应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析；

2）主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠性的综合；

3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度，采用可靠性能高的电气设备可以简化接线。

（2）可靠性的具体要求：

1）断路器检修时，不影响对系统的供电；

2）断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电；

3）尽量避免全部停运的可能性。

5.2.2.2灵活性

满足运行、检修要求和扩建要求。

5.2.2.3经济性

主要是指投资省，占地面积小，能量损失小。

5.3电气主接线的选择

5.3.1主接线的预定方案

本变电所电压等级为220kV/60kV，220kV侧进线为2回；60kV侧出线为12回。

根据主接线设计必须满足供电可靠性、保证电能质量、满足灵活性和方便性、保