(完整版)电气自动化毕业设计说明书(最终版)

毕业设计

题目：变电站电气一次初步设计

专业：电气工程自动化

指导老师：张魁龙

学生姓名：江志义

2009年12月

前言

变电站的设计是一门综合性科学，它是多种专业有机配合，密切协作下完成的一个整体，毕业设计作为我们的一个学习内容，它不仅是我们三年理论学习的一个综合考验，也是提高我们的自学能力、熟悉设计程序并能熟练运用设计手册及其它规程的机会，从而使我们的理论与实践有机地结合起来，以更加充实丰富我们的理论知识与实践有机结合起来，以更加充实丰富我们的理论知识，培养我们独立分析问题的能力及实际工程设计，对于了解未来电力事业的发展打下了良好的基础。

根据设计任务书，要求建一座220kV降压变电站。本次设计共分两部分，第一部分为设计说明书，主要进行了电气主接线方案比较，配电装置的选择及设备选择，防雷保护等。第二部分为设计计算书，主要进行了短路电流计算，对电气设备的校验及防雷保护计算并绘制了部分图纸。

我在设计过程中，得到了张魁龙等老师的指导和帮助，在

此向各位老师表示衷心的感谢。由于所学知识有限，在此设计过程中一定还存在许多问题，请各位老师予以指正。

目录

第一部分设计说明书

第一章毕业设计任务书…………………………………………

3

第二章原始资料分析……………………………………………

4

第三章建站必要性………………………………………………

4

第四章初步拟定变电站主接线形式……………………………

5

第五章方案比较…………………………………………………

9

第六章主变压器及站用变压器选择……………………………

10

第七章互感器配置………………………………………………

11

第八章防雷及接地装置…………………………………………

11

第九章变电站的自动化控制……………………………………

12

第二部分设计计算书

第十章站负荷情况………………………………………………

14

第十一章主变台数及容量的选择计算………………………

14

第十二章主接线图………………………………………………

15

第十三章短路计算………………………………………………

16

第十四章主要电气设备选择与校验……………………………

24

附：1）变电所电气主接线图

2）变电站平面布置图

3）防雷保护图

4) 进出线剖面图

变电站电气（一次）初步设计说明书

第一章毕业设计任务书

1-1、毕业设计（论文）课题：XZ变电站电气（一次）初步设计

1-2、毕业设计（论文）工作自2009年10月至年12月8日

1-3、毕业设计（论文）的内容要求

原始数据和参考资料：

1、设计内容和要求

1）设计说明书一份

2）设计计算书一份

3）电气主接线图一张，变电站平面布置图一张，进、出线剖面图各一张，防雷保护图一张。

4）建站依据

5）建站必要性

6）负荷情况简介

7）电气主接线设计

8）短路电流计算

9）主要电气设备选择与校核

10）防雷保护与接地极

11）站变的选择（数目，容量，形式，接线）

12）二次回路设想

2、原始资料

1）地质概况：碳酸盐褐土（砂质粘土），土壤电阻率ρ＝102?.m。2）气象、水文资料：

海拔高度：110m 超过该地区百年一遇的洪水位；

全年最高月平均温度：26.2℃，全年最低月平均温度：1.4℃，年平均温度：13.7℃；

相对湿度：60%；

风霜冰冻情况：正常最大风速20米秒；

地震级：7级；

全年平均降雨量：200～300mm；

雷暴活动情况：虽少雷区，但该站位置相对较高

3）电源：

系统侧：双回容量：无穷大供电电压：220Kv,至变电站阻抗标么值：0.3（）

电厂侧：双回容量：941MV A 供电电压：220KV 至变电站阻抗标么值：0.2（）

母线穿越容量：211.7MV A

3、出线情况：

110KV侧：4回

Ⅰ，Ⅱ回（企业用电）总容量84.7MVA,其中一类负荷容量50.82 MV A；T max=6000h

Ⅲ回（一般工业用电）容量40 MV A T max=5000h

Ⅳ回（农业用电）容量21.18 MV A T max=4000h

380V侧：（站内用电）容量0.73MV A（按输送总量的0.5%计算）

1-4、参考资料：

1、电力工程电气设计手册（电气一次部分）西北电力设计院编

2、电力工程电气设计手册（电气二次部分）西北电力设计院编

2、电力工业国家标准选编（2）《电力工业国家标准选编》编委会

第二章原始资料分析

首先考虑变电所所址的标高，历史上有无被洪水浸淹历史；进出线走廊应便于架空线路的引入和引出，尽量少占地并考虑发展余地；其次列出变电所所在地暴日、污秽等级，把这些作为设计的技术条件。

2-1、该站土质为碳酸盐褐土（砂质粘土），土壤电阻率为p=102?.m 2-2、气象、水文资料：

2-3、海拔高度：110m , 超过该地区百年一遇的洪水位；

2-4、全年最高月平均温度：26.2℃，全年最低月平均温度：1.4℃；

2-5、年平均温度：13.7℃；

2-6、相对湿度：60%；

2-7、风霜冰冻情况：正常最大风速20米秒；

2-8、地震级：7级

2-9、全年平均降雨量：200～300mm；

2-10、雷暴活动情况：虽少雷区，但该站位置相对较高；故需考虑避雷装置的可靠性。

第三章建站必要性

3-1、建站依据：该站为河北南部枢纽变电站之一，系统要求该站通过

220KV。

3-2、建站必要性：为本地区新增工农业负荷供电。

3-3、负荷情况：为本地区供电负荷主工业用电、农业及部分居民用电。

3-4、站址选择：河北省南部低山丘陵地带，海拔：110m以上。

3-5、建站规模：该变电站，汇集多个电源。

第四章初步拟定变电站主接线形式变电站主接线的设计要求，根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。

对本变电站原始材料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。故拟定的方案如下：4-1、220KV：a)双母带旁路；b)双母单断路器接线；c)双母单断路器双母同时工作；

4-2、110KV：a)单母接线；b)双母带旁路；c) 双母单断路器；d)双母单断路器,双母同时工作；

4-3、10KV：单母单断路器

通过4-1、4-2、4-3的组合，得到以下几种主接线方案：

方案一：110KV为单母接线，220KV为双母单断路路器；

优点：接线简单、清晰，系统设备较小，投资小，运行操作比较方便，便于扩建和采用成套配电装置；

缺点：不够灵活可靠，任一元件的故障或检修均需使整个配电装置停电（母线或母线隔离开关等）。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短路时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，

才能恢复非故障的供电；

方案一

方案二：110KV为单母线单断路器分段接线；220KV为双母单断路器接线；

优点：220KV线路供电可靠性高，调度灵活，便于扩建，且用断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个回路供电，这样当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证整段母线不间断供电和不致使重要用户停电；

缺点:当110KV单母分段断路器DL检修或故障段时，影响其供电可靠性，会造成生产上的重大损失等；

方案二

方案三：110KV为双母带旁路接线；220KV为双母单断路器接线；

优点：110KV及220KV线路供电可靠性较高，：调度灵活，操作方便，进行安全检修时，不影响电力网的正常运行及对用户的供电，扩建方便；10KV接线当一段母线故障时，分段断路器DL将自动切除故障，保证正常段母线不间断供电；

缺点：在满足以下技术要求时，投资相对增加，配电装置占地面积大，且继电保护复杂。

方案三

方案四：110KV、220KV均为双母接线，但Ⅰ号母线工作，Ⅱ号母线备用；

优点：供电可靠、检修方便、调度灵活、便于试验、也便于扩建；

缺点：所用设备较多，配电装置复杂，经济性差．运行中隔离开关作为操作电器，容易发生误操作，给自动化控制及远距离控制造成不便：尤其是母线系统故障时，必须短时切断较多的电源和线路；为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置；

方案四

方案五：接线方式同方案四，但Ⅰ号母线和Ⅱ号母线同时工作；

优点：供电可靠性较高，经济性较好；

缺点：所用设备较多，灵活性较差，继电保护性较差，但检修某处时，

不存在方案四中的停电影响；

方案六：110KV及220KV母线均为双母带旁路

优点：可靠性高，检修出线断路器不中断对线路的供电，调度灵活；

缺点：按线复杂，所用设备较多，经济性差；

方案六

第五章方案比较

依据对主接线基本要求，通过对方案优缺点进行技术性比较，应保留方案三、四、五。

方案三：40个隔离开关，17个断路器，共六条母线

方案四：36个隔离开关，17个断路器，共五条母线

方案五：36个隔离开关，17个断路器，共五条母线

故通过经济性（一次性投资较少和年运行费用较低）及现场实用性比较的结论是，主接线方案五符合要求。

绘制电气主接线图（见下图）。

双母线同时工作接线图方案

由于该变电站电压等级在110KV～220KV之间，作为枢纽变电站且减小投资的考虑，应该选用三相三绕组有载调压变压器。

第六章主变压器及站用变压器选择

6-1、主变选择：

①台数选择：

因该变电站为枢纽变电站，既承担系统联络功能，同时为本地区新增工农业负荷供电，为了保证供电可靠性，选2台主变压器；

②容量选择：结合负荷情况，参照《电力工程电气设计手册》，选用Ste=120MV A的变压器；

③变压器形式选择：

变压器台数和容量的选择直按影响接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应依据电力系统5-10年的发展规划．输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

选择主变压器型式时，应考虑以下问题：相数、绕组数与结构、绕组接线组别（在电厂和变电站中一般都选用YN,yn0,d11常规接线）、调压方式、冷却方式。

由于本变电站具有三种电压等级220KV、110KV、10KV，所以主变压器采用三绕组变压器。因该变电站既可以向系统输送功率，又可以从系统中吸取功率，具有可逆工作的特点，为了保证供电质量、降低线路的损耗及恒定母线电压，所以此变比器采用的是有载调压方式，在运行中可改变分接头开关的位置，而且调节范围大。由于本地区的自然地理环境的特点，故冷却方式采用自然风冷却。

为保证供电的可靠性，该变电所装设两台主变压器。当系统处于最大运行方式时两台变压器同时投入使用，最小运行方式或检修时只投入一台变压器时能满足供电要求。

查《电力工程电气设计手册》（电力工业部西北电力设计院，中国电力出版电力变压器，型号意义：S-三相，F-风冷，P-强迫油循环，S-三绕组，Z-有载调

6-2、站用变压器的选择：

l 、台数：为保证可靠、灵活供电，站用变压器选用2台；

2、容量：S>=0.73MV A；

3、侧式：选用有载调压电力变压器；

4、连接组标号：Y,yn0；

5、查《电力工程电气设计手册》（电力工业部西北电力设计院．中国电力出高压：10±4×2.5%,KV；

低压：0.4KV；

阻抗电压：4.5%

损耗：空载1660W，短路10400W

空载电流：2.5%

第七章互感器配置

7-1、YH（电压互感器）配置

根据安装场所电压与电流的要求选择如下：

7-2、LH（电流互感器）配置

第八章防雷及接地装置

8-1、防雷：

为了防止雷直击造成过电压，可采用避雷针、避雷线及避雷器

1）在主厂房上装设避雷针，采取如下措施：

加强分流，防止反击；

装设集中接地装置；

2) 110KV及以上配电装置，钢筋混凝上结构防雷措施：装设避雷针时，

可将钢筋作引线向下接地，且钢筋不少于2根。

3）独方避雷针与配电装置带电部分，变电所接地部分，架构接地部分之间的空中距离S e≧0.3 Rch+0.1h

4）独立避雷针与接地网间的地中距离Sd>0.1Rch

5）避雷器应以最短的接地线与变电所的主接地网联接，它附近应装设集中接地电阻不超过10。

8-2、接地装置

1）、需接地的部分：变压器、互感器的二次线圈，室内装置的金属支架以及金属围栏和金属门。

2)、根据需要，建设一方孔接地网，此网是由扁钢水平埋入地下0.6-0.8

米处，一般10-12m处引一根以水平接地体为主组成网格形状：

3）、高压输电线路在每一杆塔下都设有接地装置，这些装置通过集中接地电阻与总接地网联接。

4）、目的：为了安全供电，形成良好引电，以便保护设备。

第九章变电站的自动化控制

本变电站采用综合自动化设备，远动信息按四遥配置。

9-1、遥测

220KV线路有功功率、电流和电能；

110KV线路有功功率、电流和电能；

10KV电容器电流和电能；

220KV, 110KV , l0KV各段母线电压；

主变压.器高、中、低侧有功功率、电流和电能；

所用电和直流系统母线电压；

9-2、遥信

220KV, 110KV, 10KV线路断路器、隔离开关、PT隔离刀闸位置；

主变三侧断路器、隔离开关、中性点接地位置；

主变瓦斯动作信号；

差功保护动作信号；

复合电压闭锁过电流保护动作信号；

低频减载动作信号；

110KV,10KV系统接地信号、保护动作信号；

断路器控制回路断线总信号；

变压器油温过高信号；

主变压器轻瓦斯动作信号；

变压器油温过低总信号；

微机控制系统交流电源消失信号；

微机控制系统下行通道信号；

内流系统绝缘监测信号；

遥控转为当地控制信号；

9-3、遥调

变压器档位调节

9-4、遥控

220KV及以下断路器分合、预告信号复归。

电缆设施及防水：

该变电所配电设有电缆沟，电缆沟沿主建筑物至主变区配合装置。通过电缆沟把控制及动力电缆引接到控制室及动力屏，在电缆沟进建筑物时，加装穿墙孔板，待电缆施工后进行封墙，防止火的蔓延和小动物进入。为防止干扰，二次电缆采用屏蔽电缆。

变压器事故排油系统：

变电所设有两台变压器，当主变压器发生事故时，要排出变压器油。因此，考虑设一座变压器排油井，用DN 150铸铁管排入事故贮油井内，不考虑回收利用，排油井没在所区内空地。

消防系统：

变电所一般为多油、电引起火灾，危险性较大，宜选用化学和泡末剂灭火，且变压器旁可设置消防砂。

保护配置：

主变保护部分：

采用微机保护装置

A、差动保护防止变压器绕组和引出线相间短路，直接接地系统侧和引

出线的单相接地短路及绕组间的短路。

B、瓦斯保护防止变压器油箱内部或断线故障及油面降低。

C、零序电流保护、零序电压保护防止直接接地系统中变压器外部接地

短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备。

D、防止变压器过励磁。

E、过电流保护（或阻抗保护）防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保

护和差动保护的后备。

F、过负荷保护防止变压器对称过负荷。

G、反映变压器油温及油箱内压力升高和冷却系统故障的相应保护。

220KV、110KV线路保护部分：

A、距离保护

B.、零序过电流保护

C.、自动合闸

D.、过电压保护在变电所周围装设独立避雷针，为防止直击和雷电波的危

害，在110KV和10KV出线均安装金属氧化物避雷器；变压器安装金属氧化物避雷器；10KV母线也用一组金属氧化物避雷器进行过压保护。

10KV线路保护：

1、10KV线路保护：采用微机保护装置，实现电流速度断及过流保护、实现三相一次重合闸。

2、10KV电容器保护：采用微机保护装置，发送有选择性的单相接地遥信。

3、10KV母线装设小电流接地选线装置，发送有选择性的单相接地遥信。

变电站电气（一次）初步设计计算书

第十章站负荷情况

10-1、电源：

系统侧：双回路，容量：无穷大，供电电压：220KV，＝0.85，至变

电站阻抗标幺值：0.3（＝100MV A）

电厂侧：双回路，容量：941 MV A，供电电压：220KV，＝0.85，至变电站阻抗标幺值：0.2（＝100MV A）

母线穿越容量：211.7 MV A：

10-2、出线：

110KV侧，4回路

Ⅰ、Ⅱ回路（企业用电）总容量84.7MV A，其中一类负荷容量

50.82MV A；Tmax＝6000小时，＝0.85;

Ⅲ回（一般工业用电）容量40MV A，Tmax=5000小时,＝0.85;

Ⅳ回（农业用电）容量21.18MV A，Tmax=4000小时，＝0.85；

380V侧：（站内用电）总容0.73MV A（按输送总量的0.5%计算），采用动力和照明共的三相四线制系统

第十一章主变台数及容量的选择计算11-1、台数选择：

因该变电站为枢纽变电站，既承担系统联络功能，同时为本地区新增工农业负荷供电，为了保证供电可靠胜，选2台主变压器；

11-2、容量选择：结合负荷情况，Sjs=84.7+40+21.18+0.73=146.61MV A 参照《电力工程电气设计手册》，最大运行方式如下：

Sjs=146.61MV A

若考虑5年新增工农业负荷，按10%的负荷发展余地，则

Sjs`=Sjs(1-10%)=146.610.9=162.9MV A

Sjs=St e≧(0.6～0.7)Sjs1=97.74～114.03MVA,选用Ste=120MV A的变压器；

11-3、变压器形式选择：

查《电力工程电气设计手册》（电力工业部西北电力设计院，中国电

力出版电力变压器，型号意义：S-三相，F-风冷，P-强迫油循环，S-三绕组，Z-有载调

变压器参数：主容量：高压120000kV A,中压120000kV A,低压60000kV A 额定电压：高压220士8× 1.5%KV,中压121kV，低压10.5kV

空载电流：0.7%

空载损耗：140kW

负载损耗：高-中：440 KW；高-低：143KW；中-低：117KW

阻抗电压：高-中：13.5%；高-低：22.4%；中-低：7.4%

第十二章主接线图

该主接线图分为三个电压等级：220KV, 110KV, 10KV