220KV变电站初步设计方案Word文档下载推荐.docx

1、故本次 220KV变电站设计主要为电气一次部分设 计。电气一次部分设计主要包括变电所总体分析、电力系统分析、主接线的选择、 主变的选择、所用变的选择、无功补偿的设计、短路电流的计算、电气设备的选 择、配电装置和防雷保护等内容。本部分设计主要参考了电气一次部分设计手 册、电气一次部分设备手册等，按照有关的技术规程和工程实例进行的。1.3本次设计的任务本次设计的主要任务是 220KV的变电站的设计，设计的内容包括电气的一次 部分的设计和计算。在一次部分中，要对电力系统和变电站进行总体分析，然后 确定变电站电气主接线的型式，并在此过程中进行系统的无功补偿、调压计算、 短路电流计算以及电气设备的选择。

2、在具体计算后，还要为建造变电站进行配电 装置及电气总平面的布置设计，使建站合理化，并进行防雷设计，保证安全。第 2 章 变电站分析2.1变电站总体分析水力、火力及核能等发电站发出的的电能，由于经济上的原因把电压升高， 用输电线送到变电站，在这里把电压降低，用输电线再送到其他变电站，或通过 输电线和配电线路送到用户。这样，在变电站除了把输电线送来的电压和电流进 行变换，集中和分配外，为了使电能的质量良好以及设备安全，进行电压调整、 电力潮流控制以及输配电线和变电站的保护 。2.2变电站设计要求1.变电站的设计应根据工程的 510 年发展规划进行做到远，近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期

3、发展的关系，适当考虑扩建的可能。2.变电站的设计，必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工 程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案。3.变电站的设计，必须坚持节约用地的原则。4.变电站设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。该变电所是一个220KV地区性城市变电所，向市区的炼钢厂及附近地区负荷 供电，它由系统1 （容量为200MVA和系统2 （容量为40MVA和系统3 （容量为 2100MVA供电，同时向变电站供电，与系统联系紧密。（1） 建设的必要性该所位于市郊的工矿企业集中区的中心，为满足该地区经济发展及人民生活 需要，决定再此建设此区域性变电所。

4、（2） 建设规模根据电力系统规划，本变电所的规模如下：电压等级：220/110/10KV远景发展2回；远景发展2回;远景发展2回。线路回数：220KV近期3回，110KV近期2回，10KV近期10回，2.3电力系统接线图2X50km4X53MVAi4% = 10.5Z2O1V2X2OMWIQYO2X24GMVA= 18iOkV图2-12.4负荷分析根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，即一级负荷、二 级负荷、三级负荷。负荷等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不 同。如果停电，一级负荷将造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染；对工厂 将造成经济上的巨大损失，如重要的大型的

5、 设备损坏，重要产品或用重要原料生 产的产品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响。二级负荷会造 成较大的经济损失，如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产；还可能引起 社会秩序混乱或较严重的政治影响。三级负荷造成的损失不大或不会造成直接经 济损失。由此可知，供电的稳定性直接影响经济的发展，负荷等级不同，对供电 的要求也不相同：对于一级负荷，必须有二个独立电源供电，且任何一个电源失 去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。对特别重要的一级负荷应该由二个独 立电源点供电。对于二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且任何一个电源失 去后，能保证全部或大部分二级负荷供电。对于三级负荷，一般只需

6、一个电源供 电。在 110kv 负荷中炼钢厂的一类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的 寿命缩短和一定的经济损失 . 因此要尽可能保证其供电可靠性。在 10kv 负荷中，汽车厂，电机厂，炼油厂一类负荷比较大；若发生停电对企 业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，严重时造成重大经济损失和人员伤 亡，必须保证其供电可靠性。第 3 章 主变的选择3.1主变选择变压器是变电所中最重要的和最贵重的是设备，变压器的选择在变电所中是 比较重要的。它是变电站中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以 利于电能的合理输送，分配和利用。变压器的分类方法比较多，按功能分有升压变压器和降压变压器，按相数分

7、 有单相和三相变压器，按绕组导体的材质分有铜绕组和铝绕组变压器，按冷却方 式和绕组绝缘分有油浸式，干式两大类，其中油浸式变压器又有油浸自冷式，油 浸风冷式，油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。而干式变压器又有浇注式，开启 式，充气压（SF6）等。按用途又可分为普通变压器和特种变压器，按调压方式分 有无载调压变压器和有载调压变压器。安装在总降压变电所的变压器通常被称为 主变压器， 610KV/0.4KV 的变压器常被叫做配电变压器。在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如 S9 系列或 S10 系列。高损 耗变压器已被淘汰，不在采用，在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场 所，应选择密闭型变

8、压器或防腐型变压器，供电系统中没有特殊要求和民用建筑 独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器 （S9, S10-M S11, S11-M等）；对于高建筑，地下建筑，发电厂化工等单位对消防要求较高的场所，宜采用干式电力 变压器（ SC, SCZ, SG3, SG10, SC6 等）；对电网电压波动较大的,为改善电能质 量应采用有载调压电力变压器（SZ7, SFSZ SGZ3等）降压变电所主变压器台数和 容量的确定。主变压器的选择原则选择主变压器台数时应考率下列原则：应满足用电负荷对供电可靠性的要求 ,对供有大量一、二级负荷的变电所 , 应 采用两台变压器 , 以便当一台变压器发生故障或检修时 ,

9、 另一台变压器对一二级负 荷继续供电 .对只有二级负荷而无一级负荷的变电所 , 也可以只采一台变压器 ,但 必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源或另有自备电源。（ 1） 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所 也可以考虑采用两台变压器。（2） 除上述两种情况外 , 一般车间变电所宜采用一台变压器 .但是负荷集中 且容量相当大的变电所 ,虽为三级负荷 ,也可以采用两台变压器。（ 3） 在确定变电所主要变压器台数时 , 应适当考虑负荷的发展留有一定的余 地。3.1.1变压器容量的选择主变容量选择应考虑： （参考电力工程电气设计手册一中的第五章 P214 ）（

10、1）主变容量选择一般应按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择，并适当 考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。（2）根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变 电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许 时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其 余主变压器应能保证全部负荷的 60。（3） 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系 列化，标准化。（主要考虑备用品，备件及维修方便。 ）由计算结果得知应选择容量为 SSP-360000/220 型。3.1.2主变台数的考虑原

11、则及台数的选择：（1）对大城市的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。（2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台 的可能性。（ 3）对规划只装两台主变的变电所，其主变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。由以上分析知应选择两台主变。3.2变压器型式的选择3.2.1相数的选择由相应规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便，也不是由于容量过大而 无法解决制造问题宜采用三相变压器，结合以上分析，此变电所应采用三相变压 器。3.2.2绕组数和绕组连接方式的选择参考电力工程电气设计手册和相应的规程中指出：在具有三种电压的变 电所中，如果通过

12、主变各绕组的功率达到该变压器容量的 15以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显 满足上述情况。故该市郊变电所主变选择三绕组变压器。参考电力工程电气设计手册和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必 须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式 有Y和型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是型的， 我国 110KV 及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要 选择Yo的连接方式。而6-10KV侧采用型的连接方式。故该市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为： YN.YN0.d11 。3.2.3主变阻

13、抗和调压方式的选择参考电力系统电气设计手册和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值的选 择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的 调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应以对工程起决定性作用的因素 来确定。变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变 压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。调压方式是指采用有载（带负荷）调压还是手动（不带负荷）调压方式。规 程规定：在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式（手动调压方式的 变压器便宜、维修方便） 。近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器 的质量的提高，作为城市变电站，一般也都用有

14、载调压方式。综合以上分析本设计中此变电站的主变宜采用有载调压方式。3.2.4主变压器的冷却方式根据型号有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循 环等。按一般情况，220KV变电站宜选用自然风冷式。3.2.5变压器各侧电压的选择作为电源侧， 为保证向线路末端供电的电压质量， 即保证在 10%电压损耗的情 况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按 10%额定电压 选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于 220KV的变电站， 考虑到要选择节能新型的，220KV侧应该选220KV,110KV侧选115kv。 10KV侧选 10.5KV。3.2.6

15、全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决在110KV及以上的中型点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流， 有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问 题。220KV 110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘 等级相当的避雷器加以保护。10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中 性点都采用全绝缘。第 4 章 电气主接线设计4.1电气主接线设计电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、 政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、 满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能

16、的节省投资，就近取 材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美 观的原则。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的 电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求用规定的设备文字和图形符号， 并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系， 代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配 电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此， 我们要重视电气主接线的设计。在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与 经济性之

17、间。欲使主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的设备和现化的自动装 置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的 前提下做到经济合理。一般应当从以下几方面考虑：（ 1）投资省 主接线应简单清晰，以节省开关电器数量，降低投资；要适当 采用限制短路电流的措施，以便选用价廉的电器或轻型电器；二次控制与保护方 式不应过于复杂，以利于和节约二次设备及电缆的投资。（ 2）占地面积少 主接线设计要为配电布置创造节约土地的条件，经可能使 占地面积减少。同时应注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量发电 厂或变电所，在可能和允许条件下，应采取一次设计，分期投资、投建，尽快发 挥经济效

18、益。（ 3）电能损耗少 在发电厂或变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变 压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量、和台数，尽量避免两次变压而增 加电能损耗。因此 , 主接线的设计必须根据电力系统 , 发电厂或变电站的具体情况 , 全面分 析正确处理好各方面的关系 ,通过技术经济比较 , 合理的选择主接线方案。决定电 压等级和出线回数。因此 , 发电厂和变电站的主接线必须满足以下基本要求 :1.根据发电厂变电站在电力系统中的地位 , 作用和用户性质 , 保证必要的供 电可靠行和电能质量的要求。2.应力求接线简单 , 运行灵活和操作方便。3.保证运行 , 维护和检修的安全和方便。4.应尽量降低

19、投资 , 节省运行费用。5.满足扩建的要求 , 实现分期过度。 我们在比较各种电气主接线的优劣时，主要考虑其可靠性、灵活性、经济性 三个方面。我们可以遵循以下原则来满足其可靠性、灵活性及经济性。首先，在 比较主接线可靠性的时候，应从以下几个方面考虑：（1）断路器检修时，能否不影响供电；（2）线路、断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，停运出线回路 数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对I、U类用户的供电；（3） 变电站全部停电的可能性；（4） 大型机组突然停电时，对电力系统稳定性的影响与后果因素。 其次，电气主接线在满足可靠性与灵活性的前提下做到经济合理，应主要从以下几个方面考虑，来满

20、足其经济性：（ 1）投资省；（ 2）占地面积小；（3） 电能损耗少；（4） 扩建和扩展的可能性。4.2主接线设计应满足的基本要求变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及 负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资 和便于扩建等要求。4.3接线设计结合本变电站的实际情况，220KV侧有3回出线，110KV侧有2回出线，10KV 侧有 12回出线. 该变电站在整个电力网络中处于重要的地位，各侧均不允许断电。 故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理：（1）220KV侧根据要求可以草拟以下两种方案：|L1 AL2 AL3 |L3方案:单母段列表

21、对以上两种方案进行比较:、方案项目方案1单母分段方案II 单母分段带旁母接线可靠性用断路器把母线分段后，对重要 用户可从不同段引出两个回路，保证 不间断供电，可靠；检修出线断路器， 可以不停电检修，供电可靠性高用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段引出两个回路，保证不间断供电，可靠灵当一回线路故障时，分段断路器当一回线路故障时，分段断路器自活自动将故障段隔离，保证正常段母线动将故障段隔离，保证正常段母线不间不间断供电，不致使重要用户停电断供电，不致使重要用户停电经济接线简单，增加了设备，投资较方接线简单，运行设备少，投资少，案n高年运行费用少由以上比较结果知，这两种方案都有较好的可靠性和灵

22、活性。由于本变电站 在整个系统中占有较重要的地位，要求保证某些重要的用户不可中断供电，故要 求系统有更好的供电可靠性，综合考虑，220KV侧宜采用方案2。（2）110KV侧单母段带母 方案 :方案 项目X方案1单母分段带旁母接线方案II 单母分段用断路器把母线分段后，对重要 用户可从不同段引出两个回路，保 证不间断供电，可靠；检修出线断路 器，可以不停电检修，供电可靠性高用断路器把母线分段后，对重要用 户可从不同段引出两个回路，可靠，适合 用于屋内布置，可采用手车式断路器，这样可保证进出线检修时不中断供电当一回线路故障时，分段断路器 自动将故障段隔离，保证正常段母线 不间断供电，不致使重要用户

23、停电动将故障段隔离，保证正常段母线不间 断供电，不致使重要用户停电， 且扩建方便占地面积大，多一旁路增加了投资占地面积小，但小车投资多表中分析可以知道，110KV电压级，综合考虑主接线的基本要求，合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况，通过比较，最后选择第 （1）方案,即采用单母分段的电气主接线形式。这种主接线形式能够满足市郊对电力负荷的 用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有扩建的可能，另外，在此用电负荷 中有少量的一级负荷和二级负荷。因此，选择了单母线分段带旁母的主接线形式。（3） 10KV 侧*L1 从2 *L3 |L3 |L1 肚2 L3 |l3方案 :单母段 方案:单母段

24、旁母基本要求/方案方案（I）单母分段方案（n）单母分段带旁母接线无论检修断路器或变压器故障时，均不 会造成重要的电力负荷停电。使用的电气设 备比较多，出现故障的几率也比较大。具有较强的供电可靠性。选 择轻型的电气设备。使用的设备比较少，出现故障的 几率比较底。电气主接线的结构简单，但调度灵活性 较差。易于扩建和扩展。运行方式相对简单，并且具 有较好的灵活性。易于扩建和实 现自动化。使用的电气设备多，投资大，年运行费用咼。占地面积比较大。使用的设备相对少，投资少， 年运行费用不高。占地面积比较 小。由表中分析可以知道，10KV电压级，综合考虑主接线的基本要求，合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市

25、区的经济状况，通过比较，最后选择第 （n）方案,即采用双母线接线的电气主接线形式。这种主接线形式能够满足市区各级电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有扩建和扩展的可能，另外，由 于进出线回路数比较多，且各回路出线的负荷等级中一，二级负荷较多。综上分 析可以得出：市区新建变电站的电气主接线形式为，220KV电压级采用单母线分段 带旁母的主接线形式，110KV电压级采用单母线分段带旁母的主接线形式 10KV电压级采用单母线分段带旁母主接线形式。变电站电气主接线图详见附录。第 5 章 短路电流的计算供电系统要求正常的不间断对用电负荷供电，以保证生产和生活的正常进 行。然而，由于各种原因也

26、难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。电 力系统中出现最多的故障形式是短路。所谓短路既是指载流导体相与相之间发生 非正常接触情况，在中性点直接接地的系统中还有各相与地之间的短路。同时论 述了短路电流的计算及电气设备的选择与校验。造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是 设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身质量低劣，绝缘强度不够而被正 常电压击穿，或设备质量合格，绝缘合乎要求而被过电压（包括雷电过电压） 击穿，或者是设备绝缘受到外力损坏而造成短路。工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压设备接入 较高的电压的电路中，也可能造成短路。短路后，系统中出

27、现的短路电流比正常负荷电流大的多。在大电力系统中， 短路电流可达几万安甚至几千万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大 的危害：1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路 中的其它元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。2）短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。3）短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路电 越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。4）严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组 失去同步，造成系统解列。5）不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平 衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运 行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果十分严重，因此必须尽力设法消除可能引起短路的 一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备 具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不至 损坏。 为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选 择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地 短路等， 其中两相接地短路实质是两相短