变电站电气一次部分设计.docx

毕业设计（论文）中文摘要目 次1 引言 22 原始资料的分析 32.1原始资料 32.2原始资料分析 43 变电站电气主接线的确定 53.1计算220kV侧的短路电流 53.2变压器的选择94 短路电流计算 124.1 作出系统的简化等值电路图124.2 系统的参数计算 124.3 短路点的选择134.4 计算短路电流135 电气设备的选择155.1 变压器变压器的选择155.2 电抗器的选择155.3 主要电气设备的选择156 继电保护与自动装置327 防雷保护与接地327.1防雷保护 347.2 避雷针防雷保护计算 357.3 接地装置 40结论 41致谢 42参考文献43主接线图441 引言电力事业的日益发展紧系着国计民生。它的发展水平和电气的程度，是衡量一个国家的国民经济发展水平及其社会现代化水平高低的一个重要标志。党的十六大提出了全面建设小康社会的宏伟目标，从一定意义上讲，实现这个宏伟目标，需要强有力的电力支撑，需要安全可靠的电力供应，需要优质高效的电力服务。本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。通过对原始资料的分析、主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电器设备的选择及校验、线路图的绘制以及避雷器针高度的选择等步骤、最终确定了220kV变电站所需的主要电器设备、主接线图以及变电站防雷保护方案。通过本次毕业设计，达到了巩固“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，体验和巩固我们所学的专业基础和专业知识的水平和能力，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题，培养我们独立分析和解决问题的能力的目的。务求使我们更加熟悉电气主接线，电力系统的潮流及短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，并在设计中增新、拓宽。提高专业知识，拓宽、提高专业知识，完善知识结构，开发创造型思维，提高专业技术水平和管理，增强计算机应用能力，成为一专多能的高层次复合型人才。2 原始资料及分析21 原始资料21.1 系统资料 系统容量系统电抗（SB100MVA）电压级线路电抗（/kM)系统C1 0.092200.421.2 负荷资料电压级别220kV110kV10kV最大MW6015038最小MW307519COS0.850.850.8Tmax小时500050005000回路数4622负荷类型二、三二、三二、三2.1.3 其他资料1、年最高气温为40，平均为20。2、站后备保护的动作时限为2.5秒。2.1.4 站地理位置示意图（其中ma/b表回路最大最小负荷数，单位：MW，虚线表示不同电压等级分区）2.2 原始资料分析2.2.1 变电站的类型变电站所有三个电压等级，高压为220kV，中压为110kV，低压为10kV。变电所的性质为终端变电站2.2.2 变电站与系统连接情况变电站通过双回路与一个无穷大系统的G连接2.2.3负荷的电压等级及输出容量 变电站中的三个电压等级均有负荷，分别是220kV等级为60/30MW，110kV为150/75MW，10kV等级为38/19MW。（其中a/b表回路最大最小负荷数）注明：变电站所用电容量在系统中所占比例太小，特此忽略。2.2.4 负荷输电回路数1、220kV等级负荷的输电回路数为4回，1回为双回路，2回为环网供电。2、110kV等级负荷的输电回路数为6回，1回为双回路，2回为环网供电3、10kV等级负荷的输电回路数为22回，9回为双回路,4回为单回路。2.2.5变电站的气候条件 变电站的年最高气温为4040，平均为203 变电站电气主接线的确定3.1计算220kV侧的短路电流3.1.1 主接线形式设计系统线路电抗为K*l400.4100/23020.03变电站系统侧母线三相短路时最大短路电流为I”1/(X*l+X*c)SB/3VB1/（0.030.09）100/32302.09kA220kV断路器的额定开断电流满足要求，220kV侧无需加装电抗器3.1.2选择主接线的分析 变电站的电气主接线线由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关）及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。它与电源回路线、电压等级和负荷的大小、级别以及所用变压器的台数、容量等因数有关，确定变电站的主接线对变电站电气设备的选择、配电装置的布置及运行的可靠性与经济性等都由密切的关系，主接线的设计是变电站设计中的重要任务之一。 变电站的电气主接线应根据该变电站在电力系统中的地址、变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求3.1.3主接线方案的比较（一）单母线接线如下：（图21） 图2-1（1）优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。（2）缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电。（3）使用范围：一般适应一台主变的以下情况。A、610KV配电装置的出线回路数不超过5回。B、3563KV配电装置的出线回路数不超过3回。C、110KV220KV配电装置的出线路数不超过2回。（二） 单母线分段接线如下所示：（图22）图2-2（1）优点：母线分段后，对主要用户可从不同段供电，保证供电的可靠性，另外，当一段母线发生故障，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。（2）缺点：当母线故障时，该段母线的回路都要停电，同时扩建时需向两个方向均衡扩建。（3）适用范围：A、610KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。B、3563KV配电装置的出线回路数为48回时。C、110KV220KV配电装置的出线路数为34回时。（三）双母线接线如下所示：（图23）图2-3（1）优点：具有供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于试验。（2）缺点：增加一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，从而增加投资，也容易造成误操作。（3）适用范围：A、6 10KV配电装置当短路电流较大，出线需要装设电抗器时。B、35 63KV配电装置的出线回路数超过8回路时。C、110KV220KV配电装置的出线回路数为5回及以上时。（四）需装设专用旁路断路器情况：（1）当110KV出线为7回一级以上，220KV出线为5回及以上时。（2）对于在系统中居重要地位的配电装置，110KV出线为6回以上，220KV出线为4回及以上时。根据以上几种主接线方式，并结合待建变电站的实际，现对各电压等级采取的主接线方式作如下分述：一、220KV主接线形式的选择1、按出现回路数选择220KV电压等级的出线回路数为4回，其中二回与G系统相连接，且变电站的处于系统的重要位置，根据以上主接线形式的适用情况，可选择双母线接线方式。 综合所述，220KV电压等级采用双母线的接线方式，220KV主接线形式如下所示：（图24）图2-4 二、110KV主接线形式选择1、按出线回路数选择110KV的出线回路数为6回，按母线的选用情况将选用双母线的接线方式。2、输送功率选择110KV的最大负荷为P=150MW，输送功率较大，所以要求母线故障后能声速恢复供电，母线或母线设备检修时不中断对得要用户的供电，因此要求其主接线具有较高的可靠性和快速的恢复送电能力，故采用双母线接线方式。同时110KV侧出线回路数较多，也需加装专用旁路开关。（根据设计手册，对于在系统处于重要位置时，当110KV出线为6回及以上时，一般装设专用旁路断路器）。这样，110KV电压等级的接线方式为双母线带旁路的接线方式（专用旁路断路器）接线图，如上图2-5所示。 图2-5三、10KV接线形式选择1、按出线回路选择10KV出线回路为22回，根据母线的适应范围选择单母线分段接线方式。2、按输送功率选择10KV的最大负荷为：P=38MW，因此可采用单母线分段或双母线的接线方式，但由于10KV所传输的功率不大，而双母线接线所需设备较多，投资较大，故从经济角度考虑，确定10KV采用单母线分段的主接线方式。具体接线图如2-6所示：图2-6综上所述，待建变电站的主接线方式为：220KV和110KV都采用双母线带旁路的接线方式，10KV采用单母线分段的接线方式。四、站用电主接线的确定 本地区变电站所用电只有0.3MW，电压：380/220V，COS0.8站用电主接线可采用双母线的结线方式，从两10kV单母线分段各设一台所用变压器为所用电电源。站用电变压器容量为：S0.3/0.80.375MVA，可用2台SC9-400/10的双绕组干式变压器3.2 变压器选择电力变压器是发电厂和变电站的重要元件之一，是电能转换的主要形式，主变压器的容量、台数将直接影响系统主接线的形式和配电装置的结构。3.2.1主变容量及台数的确定（一） 主变压器的选择原则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的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一主变停运时，其他变电器容量应能保证全部负荷的70-80。3、 同级电压的单台降压变压器容量的级别不容太多，应从全网出发，推行系统化，标准化。4、 为保证供电的可靠性，变电所一般装设两台主变压器，有条件的应考虑装设三台主变压器的可能性。5、 在330KV及以上的电力系统中，一般采用三相变压器，可以节省占地面积，减少投资，减少电能损耗。6、变电所一般应优先考虑采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备较相应的两台双绕组变压器要少得多。（二）主变容量确定根据选择原则确定所选主变的台数为二台，每台主变额定容量为Sn。当一台主变运行时，另一台主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级、二级负荷Sn=0.6 - 0.7Pm。这样，当一台主变停运时，可满足70的一、二级负荷的电力需要，事故时，变压器允许的过负荷能力30考虑，则可保证对91负荷的供电。 220KV侧负荷的最大容量计算：S1max60/0.8570.6MVA110KV侧负荷的最大容量计算： S2max150/0.85=176.5MVA10KV侧负荷的最大容量计算： S3max38/0.8=47.5MVA通过变压器容量计算：S=176.5+47.5=224MVA所以一台主变应承担的系统容量为：Sn=0.7S=0.7x224=156MVA考虑到最大负荷的容量计算和投资的经济性，经查相关的设备手册，决定选择主变的容量为Sn=150MVA。（三）主变台数的确定根据选择原则和设计依据，本工程初次一次性建设二台主变，并预留一台变压器的发展空间。3.2.2变压器形式的选择1、相数的选择 主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素，根据设计手册有关规定，当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器，因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资，占地面积小，运行过程中损耗少的优点，同时结合本变电所的具体情况（1）待建变电站是220KV终端变电站；（2）所址位于山坡上，南面靠丘坡，东、西、北分别是果树、桑园和农田，地势平坦，地质构造为稳定区，交通便利。所以选择三相变压器。2、绕组的选择。方案一：选择双绕组变压器适应范围：（1）对深入引进至负荷中心，具有直接从高压降为低压供电条件的变电所。为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。（2）当两种升高电压的负荷相差很大，如某个绕组的传送功率小于该变压器额定容量的15，而使绕组未能充分利用时，采用双绕组较合理。（3）为减少变压器台数，并限制变压器低压侧短路电流，可采用分裂低压绕组变压器。方案二：选择三绕组变压器适用范围：（1）在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。（2）联络变压器一般应采用三绕组变压器，其低压绕组可接无功补偿装置。通过以上两种绕组方式适应范围的比较，同时，待建变电站有220KV、110K和10KV三种电压等级，高压侧以交换或接受系统电能为主，中、低压侧则以向近区或用户供电为主，采用一台三绕组变压器便能实现三种电压等级的电能输送，若采用双绕组变压器，则由一台三绕组变压器便能实现的三个电压等级的电能转换装置必须用两台双绕组变压器才能实现，即必须通过二次变压器才能实现电能的输送。另一方面，从经济方面比较，采用两台双绕组变压器及其所配置的控制电器和辅助设备比相应采用一台三绕组变压器所需的投资较多。因此，本次变电站设计采用三绕组接线方式的变压器。3.2.3 用普通型还是自耦型 根据电力工程电气设计手册规定：“在220KV及以上的变电所中，宜优先采用自耦变压器”。因为自耦变压器与同容量的普通型变压器相比较，具有以下优点：A、消耗材料少、等价低、有功、无功损耗小、较率高。B、高中压线圈的自耦联系，阻抗小，对改善系统稳定性有一定作用。C、还可扩大变压器极限制造容量，便利运输和安装。另外，在大型的电力系统和降压变电站中，由于普通的三绕组变压器主要应用在中压侧的中性点具有不接地方式，而待建变电站中压侧的中性点采用直接接地的方式，耦变压器的高、中压绕组构成直接的电气联系，因此，自耦变压器更适合在中压侧为110KV及以上电压中性点直接接地系统中。此外，同一电压等级的自耦变压器比相同容量和变比的普通三绕组变压器在价格上要便宜。综上所述，本次设计变电所采用三绕组自耦变压器，查相关的设备手册先得：所选主变压器型号为SFPSZ7-150000/220，其技术数据如下格：型号额定容量（MVA）额定电压（KV）阻抗电压（）空载电流（）空载损耗（KW）连接 组别SFPSZ7-150000/220150/150/752421211113.522.97.270.47157YN,yno,dll4、中性点接地方式 由于变电所选用的主变为无励磁调压自耦型三绕组变压器，根据设计手册规定，在电力系统采用自耦变压器后，其中性点必需直接接地或经小阻抗接地，以避免高压网络发生单相接地时，自耦变压器中压绕组出现过电压。据此，系统高、中压侧采用中性点直接接地方式，低压侧采用不接地方式。5、调压方式：由于待建变电站为降压变电站，电网电压可能有较大的变化，同时，系统二级负荷比率较大，因此，为保证重要负荷的供电，根据设计规程，宜采用有载调压方式，因上，在主变选择时，应配置MR调压开关，以实现能带负荷进行调节。四、冷却方式 采用冷却方式 : ONAN/ONAF4 短路电流计算短路电流计算在变电所的电气设计中,是其中一个重要环节,计算短路电流是合理选取各种电气设备的前提条件,并将决定是否采用限制短路电流的措施,计算短路电流,应在最大运行方式下计算,并省略不重要的部分(如系统中的电阻,电容元件,变压器的励磁电流等)且系统正常工作时,三相对称故障时频率不变.4.1 作出系统的简化等值电路图（忽略负荷支路及线路的电容、电阻）4.2 系统的参数计算4.2.1查阅SFPSZ7-150000/220变压器的参数UIII13.5%UIIII14.7%UIIIII13.5%变压器容量比：150/150/754.2.2 取SB100MVA，VBVNX4*X*l+X*c0.090.020.13X1*1/2（13.5+22.9-7.27%）150/100=0.0971X2*1/2（13.5+7.27.9-22.6%）150/100=0.0071X2*1/2（7.27+22.9-13.5%）150/100=0.114.2.3 短路阻抗的计算Xjs1*X4*0.12Xjs2*0.12+1/2（0.0971+0.0071）0.172Xjs20.12+1/2（0.0971+0.11）0.2244.3 短路点的选择在每个电压等级选一个短路点，220kV电压等级选在d1点，110kV电压等级选在d2点，10kV电压等级选在d3点。4.4 计算短路电流系统三相短路时，流过短路点的短路电流最大，所以应计算三相短路时的电流。附220kV短路电流计算：IBSB/3UB100/32300.25KAI*” I0.2” I”1/ Xjs*1/0.12=8.33I”= I*”*IB=0.25*8.33=2.083Ich=2.55*2.083=5.3Ioh=1.52*2.083=3.17S”=3*2.083*230=793.7同理，可求出110kV短路电流、10kV短路电流，计算如下表短路点编号基准电压UB(kV)基准电流IB(kA)支路计算电抗Xjs*额定电流IN（KA）0S短路电流周期分量0.2S短路电流周期分量稳态短路电流短路电流冲击值ich（kA）全电流最大有效值Ioh（kA）短路容量S”(MVA)标么值I*”有名值I”(kA)标么值I0.2”有名值I0.2(kA)标么值I”有名值I(kA)公式SB/3UBIB*SN/SBI*”*IBI0.2*”*IBI”*IB2.55I”1.52I”3I”UNd12300.250.120.3758.332.0838.332.0838.332.0835.33.17793.7d21150.5020.1720.7535.8142.925.8142.925.8142.927.454.44582d310.55.50.2244.1254.4624.534.4624.534.4624.5362.5537.3425分析：10kV母线处的短路电流大，规定要把短路电流限制在20KA以内，故要在10kV变低出口安装电抗器。电抗器的选择1 按正常电压和最大工作电流选择XKGKL-10-3500型电抗器，拟将短路电流降到18KA，则XL（Id/I”- Xjs3*）IN*Ud/Id*UN=(5.5/18.5-0.224)*3.5*10.5/5.5*10=0.48%因为两台主变10kV变低出口处都需要安装电抗器，故单台电抗器的XL=0.96%.选用XKGKL-10-3500-10型计算加了电抗器的短路电流X*L=0.1*5.5*10/3.5*10.5=0.15IBSB/3UB100/3105.5KAI*” I0.2” I”1/ Xjs*1/0.224+0.15=2.67I”= I*”*IB=5.5*2.67=14.69Ich=2.55*14.69=37.5Ioh=1.52*14.69=22.3S”=3*14.69*10.5=2672校验条件UNUNSINImaxUXLImax/INSin5Ir2tItdzIesish3校验计算数据/设计参数设备型号UNS/ UNImax /INU/5Ir2*t /I*tdzish / IesXKGKL-10-3500-1010/102742/35004.12/5242*2.65/87.52*437.5/223.2所选的电抗器合格装设电抗器后短路电流如下表：短路点编号基准电压UB(kV)基准电流IB(kA)支路计算电抗Xjs*额定电流IN（KA）0S短路电流周期分量0.2S短路电流周期分量稳态短路电流短路电流冲击值ich（kA）全电流最大有效值Ioh（kA）短路容量S”(MVA)标么值I*”有名值I”(kA)标么值I0.2”有名值I0.2(kA)标么值I”有名值I(kA)公式SB/3UBIB*SN/SBI*”*IBI0.2*”*IBI”*IB2.55I”1.52I”3I”UNd12300.250.120.3758.332.0838.332.0838.332.0835.33.17793.7d21150.5020.1720.7535.8142.925.8142.925.8142.927.454.44582d310.55.50.3744.1252.6714.692.6714.692.6714.6937.522.32675.电气设备的选择5.1变电站变压器的选择该变电站主变压器选择两台型号为SFPSZ7-150/220，容量150/150/75的三绕组变压器。 变电站站用变选择两台型号为SC9-400/10的双绕组干式变压器。5.2 电抗器的选择 变低出线电抗器的型号为XKGKL-10-3500-105.3主要电气设备的选择5.3.1、主变断路器的额定电流按其额定容量或者最大长期负荷电流选择，出线断路器按最大负荷电流选择，分段断路器按一台主变检修时可能最大电流选择，所选主变各侧的断路器均能通过主变的额定电流。5.3.2断路器选择应满足的技术条件（1） 电压UgUN 其中UgUew（2） 电流IgmaxIN 其中Igmax1.05IN（3） 开断电流（或开断容量） Id.tIkd（Sd.tSkd） 其中Id.tIoh，Sd.tS”（4） 动稳定 ich imax（5） 热稳定 I2*tdzI2t*t 其中主保护tb10S，tb23S；tgf断路器固有分闸时间，查断路器资料可得：tr3.06SB”I”/I1，可查短路电流周期分量发热等值时间曲线得tz2.6S，从而tdztz+0.05* B”22.65S5.3.3、220kV和110kV侧断路器采用SF6断路器，10kV断路器采用真空断路器计算与选型如下表：计算数据/设计数据设备型号Ug/UN(kV)Igmax/ IN(A)Id.t/ Ikd(kA)Sd.t/ Skd(MVA)Ich/ imax(KA)I*tdz/I2t*t安装地点组数LW-220/3150220/22030/(0.85*1.732*220)=98.8/31503.17/40793.3/1500005.3/1002.0832*2.65/402*3220Kv出线2LW-220/3150220/220294.975/*1.732*220=774/31503.17/40793.3/1500005.3/1002.0832*2.65/402*3220kV进线、母线3LW-220/315-220/220224/1.732*220=588/31503.17/40793.3/1500005.3/1002.0832*2.65/402*3主变220kV进线2LW-110/3150110/11046/(0.85*1.732*110)=284/31504.4/40110kV出线6LW-110/3150110/110224/1.732*110=1175/31504.44/40主变110kV出线、母线4ZN12-10/160010/105/(0.8*1.732*10)=288/160022.3/4037.5/10014.692*2.65/402*310kV出线24ZN28-12/400010/1238/(0.85*1.732*10)=2742/400022.3/40主变10kV出线、母线35.3.4 隔离开关的选择选择隔离开关应满足技术条件（1） 电压UgUN 其中UgUew（2） 电流IgmaxIN 其中Igmax1.05IN（3） 动稳定 ich imax（4） 热稳定 I2*tdzI2t*t计算与选型如下表：计算数据/设计数据设备型号Ug/UN(kV)Igmax/ IN(A)Ich/ imax(KA)I*tdz/I2t*t安装地点组数GW4-220D/60050220/22098.8/6005.3/502.0832*2.65/15.82*5220Kv出线6GW4-220D/60050220/220774/31505.3/502.0832*2.65/15.82*5220kV进线、母线10GW4-220D/60050220/220588/31505.3/502.0832*2.65/15.82*5主变220kV进线6GW4-110D/100050110/110284/1007.45/502.922*2.65/212*5110kV出线24GW4-110D/200050110/1101175/20007.45/502.922*2.65/462*5主变110kV出线、母线10GN6-10/6005210/10288/60037.5/5214.692*2.65/202*410kV出线24GN10-10T/400016010/122742/300037.5/16014.692*2.65/802*5主变10kV出线、母线65.3.5 母线及主变出线的选择1、220kV母线的的选择（1）220kV母线三相布置在一平面上当长期发热时最高允许温度+70，环境温度为20，查表可得K1.05（2）按最大长期负荷电流选择截面Igmax774A根据最大工作电流选用LGJ120双分裂轻型钢芯铝绞线，其Ig70=741，当周围环境为20时，则温度修正系数为：I g20=KIg25=1.053802794Ig max=774(A)（3）热稳定校验：短路热稳定计算时间tk=tab+tb 1，故不计非周期分量的热效应影响。查等值时间曲线得：tdz =2.65s正常运行时导线最高温度为： 1，故不计非周期分量的热效应影响。查等值时间曲线得：tdz =2.65s正常运行时导线最高温度为： 1，故不计非周期分量的热效应影响。查等值时间曲线得：tdz =2.65s正常运行时导线最高温度为： 70由62，查表得C90满足短路时发热的导体最小截面为：故满足热稳定要求。根据规程上规定：大于LGJ70的母线可不校验电晕，所以LGJ240不用校验电晕，另外软导线也不用校验动稳定，故所选导线LGJ240双分裂轻型钢芯铝绞线符合要求。4、10kV母线及主变出线的选择（1）10kV母线及主变出线三相布置在一平面上当长期发热时最高允许温度+70，环境温度为20，查