220KV变电站电气部分初步设计

分类号

郑州电力高等专科学校

毕业设计（论文）

题目220KV变电站电气部分初步设计

并列英文题目Preliminary Design of Electricity Part in 220KV Transformer Substation

系部电力工程系专业发电厂及电力系统

姓名X X X 班级X X X

指导教师郭琳、马雁职称教授、助教

论文报告提交日期2010-06-12

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郑州电力高等专科学校

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摘要

本设计以220KV地区变电站设计为例，论述了电力系统工程中变电站部分电气设计（一次部分）的全过程。通过对变电站的原始资料分析、主接线的选择与比较，站用电接线设计，短路电流的计算，主要电气设备的选择，配电装置设计，防雷保护的设计与继电保护配置等步骤，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。通过本次毕业设计，巩固了“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握了变电站电气部分设计的基本方法，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关实际问题的能力。

关键词：变电站短路电流电气设备配电装置防雷设计继电保护

ABSTRACT

The project about the 220kv transformer area substation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. Through analysis of original data on the substation, selection and comparison of main connection, station power design, short circuit current calculation，the choice of major electrical equipment, design of power distribution equipment,, lightning protection design and relay configuration steps, detail

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completed substations in power system design. Through the graduation design, consolidate the "power of electric parts" curriculum theory knowledge, grasps the basic design method of the electric parts, we use knowledge to analyse and solve the relevant question.

KEY WORDS: Substation, short–circuit currents , electric equipment, power distribution equipment, Lightning protection design

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目录

第一部分设计说明书 (1)

第一章前言 (1)

第二章原始资料分析 (2)

第三章主变压器的选择 (3)

第一节概述 (3)

第二节主变压器台数的选择 (4)

第三节主变压器容量的选择 (4)

第四节主变压器型式的选择 (5)

第五节所用变压器的选择 (8)

第四章电气主接线选择 (9)

第一节概述 (10)

第二节主接线的选择 (15)

第三节所用电接线的选择 (17)

第五章短路电流计算 (18)

第一节短路计算的目的及假设 (18)

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第二节短路电流的计算结果 (21)

第六章电气设备的选择 (22)

第一节概述 (22)

第二节断路器的选择 (24)

第三节隔离开关的选择 (26)

第四节电流互感器的选择 (27)

第五节电压互感器的选择 (29)

第六节母线的选择 (33)

第七节电力电缆的选择 (34)

第八节限流电抗器的选择 (35)

第七章配电装置的选择 (37)

第一节概述 (37)

第二节配电装置的选用 (41)

第八章防雷保护的设计 (43)

第一节概述 (43)

第二节避雷针和避雷器的配置原则 (45)

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第三节避雷针的选择 (46)

第四节避雷器的选择 (47)

第九章继电保护配置 (48)

第一节概述 (48)

第二节主变压器保护 (49)

第三节线路及母线保护 (50)

第二部分附录 (51)

附录一短路电流的计算 (51)

附录二电气设备的选择 (58)

2.1 断路器的选择 (58)

2.2 隔离开关的选择 (63)

2.3 电流互感器的选择 (65)

2.4 电压互感器的选择 (68)

2.5 10kV母线的选择 (69)

2.6 10KV出线电力电缆的选择 (71)

2.7 10KV出线限流电抗器的选择 (73)

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附录三防雷保护设计 (76)

3.1 避雷针保护范围的计算 (76)

3.2 避雷器的选择 (77)

结束语 (78)

参考文献 (79)

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第一部分设计说明书

第一章前言

电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。

我国具有极其丰富的能源。这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础。随着改革开放的深入发展，我国电力工业的发展很快。到2000年，我国电力工业已跃升世界第2位，为我国的国民经济的高速发展做出了巨大的贡献。不仅如此，目前我国的电力工业已开始进入“大电网”、“大机组”、“超高压交、直流输电”等新技术发展的新阶段，一些世界水平的先进的高新技术，已在我国电力系统中得到了相应的应用。

但是，随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能满足整个社会发展的需要，仅以2004年夏季的供电负荷高峰期为例，全国预计总共缺电3000万KW左右，有24个省区都先后出现拉闸限电的情况，这样的局面预期还要过2～3年才可能得到较好的解决。

另外，由于我国人口众多，由此在按人口平均用电方面，迄今不仅仍远远落后于一些发达国家，即使在发展中国家中，也只处于中等水平，尚不及全世界平均人口用电量的一半。因而，要实现在21世纪初全面建设小康社会的要

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求，我国的电力工业必须持续、稳步地大力发展，一方面是要大力加强电源建设，以确保电力先行，另一方面，要继续深化电力体制改革，实施厂网分开、竞价上网，并建立起规范的电力市场。

展望未来，我们坚信，在新世纪中，中国的电力工业必须持续、高速地发展，取得更加辉煌的成就。

第二章原始资料分析

一、设计任务

根据电力系统规划需新建一座220kv区域变电所。该所建成后与110kv和220kv 电网相连，并供给近区用户供电。

二、原始资料

1、按规划要求，该所有220kv、110kv和10kv三个电压等级。220kv出线6回（其中备用2回），110kv出线8回（其中备用2回），10kv出线12回（其中备用2回）。

2、110kv侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为40MVA，其他作为一些地区变电所进线。10kv侧总负荷为30MVA，Ⅰ、Ⅱ类用户占60%，最大一回出线负荷为3000KVA，变电站总的所用最大负荷为150KVA。

3、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：

220kv侧cos?=0.9

T=3800小时/年

max

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110kv侧cos?=0.85

T=4200小时/年

max

10kv侧cos?=0.85

T=4500小时/年

max

4、220kv和110kv侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间分别为2 s 、1.5s，10kv出线过流保护时间为1s ,断路器全分闸时间按0.1s考虑。

5、系统阻抗：220kv侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kv母线侧阻

S=100MVA)，110kv侧电源容量为1000MVA，归算至本所110kv母线抗为0.16 (

j

S=100 MVA），10kv侧没有电源。

侧阻抗为0.32（

j

6、该地区最热月平均温度为28℃，年平均气温16℃，绝对最高气温为40℃，土壤温度为18℃，海拔153m。

7、该变电所位于市郊生荒土地上，地势平坦、交通便利、环境污染小。

第三章主变压器的选择

第一节概述

变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，运行和检修不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供

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电和网络经济运行的保证。

在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

第二节 主变压器台数的选择

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊220kv 降压变电所，它是以220kv 受功率为主。把所受的功率通过主变传输至110kv 及10kv 母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资和占用面积增大，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

第三节 主变压器容量的选择

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。该变电所是按70%全部负荷来选择。即：

N S ≈（0.7～0.8）max S ∕()1n - (MVA)

S—变电所最大负荷，MVA，n—变电所主变压器台数

max

由于变电所最大负荷为130MVA，因此主变压器容量为：

S （0.7～0.8）×130∕（2-1）=（91～104）(MVA)

N

在满足可靠性的前提下，结合经济性，选择容量为120MVA的主变压器。

第四节主变压器型式的选择

一、主变压器相数的选择

当不受运输条件限制时，在330kv以下的变电所均应选择三相变压器。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，也增加了维护及倒闸操作的工作量。

本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。

二、绕组数的选择

在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的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，主变宜采用三绕组变压器。

一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，该所选择三绕组变压器。

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三、主变调压方式的选择

调压方式分为两种，不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常只有10%（±2×2.5%），另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。

由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。

四、连接组别的选择和中性点接地方式的设计

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。在变电站中，一般考虑系统的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。

根据原始资料，本站选用YNyn0d11连接组别。

在63kv及以下的系统，由于单相接地时，接地电流小，采用不接地的运行方式较为适宜。电压为110kv系统，为了减少设备和线路的投资，大多不采用中性点经消弧线圈的接地方式。目前我国220kv及以上都采用中性点直接接地的运行方式。220kv、110kv接地设备有隔离开关、避雷器和保护间隙(在QF 非全相运行时，工频电压升高)，可选用避雷器额定电压不低于变压器最大工作相电压的避雷器保护，也可用棒间隙保护。

综上所述，本设计中的主变220kv、110kv中性点均采用直接接地的运行方式。在本所中选用无隙的氧化锌避雷器，防止雷电入侵波对中性点绝缘的危害。

五、主变压器冷却方式的选择

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主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。

自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。

强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。

本设计主变为大型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，可选用强迫油循环风冷却方式。

六、主变型号选择

根据以上条件选择，确定采用型号为SFPSZ7-120000/220的220KV三绕组有载调压电力变压器，其具体参数如下

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型号中各符号表示意义：从左至右为

S：三相F：风冷却P：强迫油循环S：三绕组Z：有载调压

7：性能水平号120000：额定容量220：电压等级

第五节所用变压器的选择

一、所用变压器台数的选择

220KV变电站，有两台及以上主变压器时，宜从主变压器低压侧分别引接两台容量相同、互为备用、分裂运行的所用工作变压器，每台工作变压器按全

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所计算负荷选择。根据本次设计的情况，选用两台容量相同的站用变压器。

二、所用变压器容量的选择

所用变压器容量t S （KVA ）的计算公式为： 1123t S K P P P ≥++

式中1K —所用动力负荷换算系数，一般取0.85

1P 、2P 、3P —所用动力、电热、照明负荷之和，KW 。

由于本次设计的变电站总的所用最大负荷为150KVA ，所以t S ≥150KVA ，根据经济性、可靠性、灵活性，选择t S =160KVA 的所用变压器。

三、所用变压器型号的选择

根据以上分析计算，查表，本次设计所用变选用型号为SC10—160∕10的干式变压器。

第四章 电气主接线选择

第一节概述

变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。一个变电所的电气主接线因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。随着电力系统的不断发展、新技术的采用、电气设备的可靠性不断提高，设计主接线的观念也应与时俱进、不断创新。

一、电气主接线的基本要求

1、可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。

主接线可靠性的具体要求：

（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；

（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对重要用户的供电；

（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。

2、灵活性：主接线应满足在调度、检修、事故处理及扩建时的灵活性。

3、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。（1）投资省（2）占地面积小（3）电能损失少。

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电气主接线的可靠性、灵活性、经济性是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一种特性。但根据变电所在系统中的地位和作用的不同，对变电所主接线的性能要求也不同的侧重。

二、主接线选择的主要原则

1.变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系统中的地位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。

2.变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出故障时应处理的要求。

3.各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。

4.近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。

5.在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。

三、主接线的类型

1.单母线接线

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。

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①6～10KV配电装置的出线回路数不超过5回。

②35～63KV配电装置的出线回路数不超过3回。

③110KV～220KV配电装置的出线路数不超过2回。

2.单母分段接线

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：

①6～10KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。

②35～63KV配电装置的出线回路数为4～8回时。

③110KV～220KV配电装置的出线路数为3～4回时。

3.单母分段带旁路母线

这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110KV 的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。

4.双母线接线

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