220kV降压变电所设计说明书

220kV降压变电所设计

说明书

一．原始资料：

1．变电所性质：地方性降压变电所，位于有色金属矿区，同时为附近城市供电。

2．所址条件：所区地势属半山区，海拔300m，交通比较便利，最高气温+35℃，最低温度-35℃，年平均温度+5℃，最大风速20m/s，覆冰厚度5 mm，地震烈度<6级，土壤电阻率400Ω.m，雷电日小于25日，周围环境较好，不受污染的影响，冻土深度1.0m，主导风向夏东风，冬北风。

3．负荷资料：1）220kV侧共2回线与系统相连。2）110kV侧共12回架空出线，最大综合负荷90MW，cosф=0.85。

4．系统情况：

4*SSPSL-120/220KV 4*QFN-100-2 4*SSPSL-120/220KV

变电站

二．设计任务

1．变电站总体分析，选择变压器的台数、容量、型号、参数。

2．电气主接线设计。

3．计算短路电流，选择电气设备。

三．成品要求

1．说明书（附计算书）1份。

2．电气主接线图1张。

附：

1、要求选择的电器设备包括：

（1）220kV配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、接地刀闸、电压互感器、

电流互感器；

（2）110kV配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、接地刀闸、电压互感

器、电流互感器、高压熔断器、导线；

（3）各电压等级的避雷器。

2、参考资料：1）《发电厂电气部分》教材

2）《发电厂电气部分课程设计参考资料》

3）《电力工程电气设计手册》

第二章原始资料分析

设计依据：

1）220kV降压变电所设计任务书。

2）变电所设计规程。

2.1变电所性质、系统情况与负荷分析

2.1.1变电所性质

本变电所为地区性降压变电所，地方性降压变电所，位于有色金属矿区，同时为附近城市供电。其中火电系统有4台氢内冷2极汽轮发电机QFN-100-2经4台三相三绕组强迫循环油浸水冷铝导线SSPSL-120/220变压器组成;水电系统由4台同步水轮机TS854/156-40经4台三相三绕组强迫循环油浸水冷铝导线SSPSL-120/220变压器组成。该变电所有两回进线，向110KV地方负荷供电。

2.1.2负荷性质

220KV侧：共2回线与系统相连。

110KV 侧：共12回架线与负荷相连，最大综合负荷为90MV，cos= 0.85

2.2环境分析

所处地势为半山区，海拔300m，交通比较方便，可以考虑选择廉价、较笨重的设备。周围环境条件较好，不受污染的影响，故可采用屋外配电装置，考虑到土地的经济性，地表裂度等因素，屋外配电装置拟采用半高型装置。所区海拔低于1000m，电气设备绝缘可不考虑修正。

本所所在地区主导风向夏季为东风，冬季为北风，所以变电所间隔及母线布置应为东西或西北走向，最大风速20m/s小于35m/s，因此对屋外配电装置可不考虑风速对布置形式的

影响。地区最高温度+30℃，最低气温-35℃，可以考虑在冬季时对变压器油加热，防止变压器等设备被冻坏。地震裂度小于6级，无需特殊设计。雷电日小于25日，对防雷也无需特殊考虑。冻土深度1m，接地装置必须深入0.6m以下，才能可靠接地。

第三章主接线方案的拟定及主变压器的确定

3.1主接线选择：

主接线的确定对变电所本身运行的可靠性、灵活性、经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置，继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。

根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并在满足运行可靠性，简单灵活，操作方便和节约投资等要求，有扩建的还应在布置上为过渡到最终接线准备条件。

3.1.1、主接线的设计原则

1、考虑变电所在电力系统中的地位和作用。

2、考虑近期和远期的发展规模。

3、考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。

4、考虑主变台数对主接线的影响。

5、考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。

3.1.2 主接线设计的基本要求

①可靠性。所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。评价主接线可靠性的标志是：

a、断路器检修时是否影响供电；

b、线路、断路器、母线故障和检修时，停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；

c、变电所全部停电的可能性；

d、有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电可靠性，先进的指标都在99.9% 以上。

②灵活性。

a、调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求；

b、检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电；

c、扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备的改造量最小。

③经济性：投资省、占地面积小、能量损失小。

3.1.3变电所设计技术规程中规定：

1.当能满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线，如

线路变压器或桥形接线等。当能满足电力系统继电保护的要求时，也可采用线路分支接线，如有扩建的要求，在布置上应为过渡到最终接线准备条件。

2.110～22KV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当主线不超过4回时，

一般采用分段单母接线。

枢纽变电所中，当110～220KV出线在4回及以上，一般采用双母线接线。

3. 35～60KV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线大于2回时，一

般采用单母分段或单母线接线。主线回数较多、连接电源较多、负荷大或污秽环境中的

屋外配电装置，可采用双母线接线。

6KV和10KV配电装置中一般采用单母分段或单母线接线。

4.配电装置中的旁路设施或旁路断路器应按下列条件设置：

110～220KV配电装置中，除断路器允许停电检修外一般设置旁路设施。

当有旁路母线时，应首选以分段断路器或旁路断路器构成的母联兼旁路接线。当220KV出线为5回以上或110KV出线为7回以上时，一般装设专用旁路断路器。在枢纽变电所中，当220KV出线为4回以上或110KV出线为6回以上时，也可装设专用旁路断路器。主变压器的110～220KV侧宜接入旁路母线。

接在母线上的阀型避雷器和电压互感器一般合用一组隔离开关。接在变压器引线上阀型避雷器回路中，一般不装隔离开关。如果采用接地开关，对电力系统稳定不应造成影响，线路上有分支变电所的终端变电所应和分支变电所同时装设快分离开关。接地开关和相应的快分离开关之间应用闭锁装置。

3.1.2各电压等级的接线：

1.本所特点：

属地区降压变电所。

供电负荷为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类负荷。

220KV侧为本所唯一的电源进线。

2.220KV电压等级

根据规程可知，由于出线为两回，所以采用桥形接线，又因为有较大的穿越功率，所以采用外桥式接线（如图3-1）。

优点：桥形接线简单清晰，没有母线，用三台断路器带四个回路工作，所以断路器使用数量较少，可节省投资，也易于发展过渡为单母分段或双母线型接线。

缺点：工作可靠性和灵活性不够高，根据我国多年运行经验，桥形接线一般可用于条件适合的中小型发电厂和变电所，或为最终接线为单母线分段或双母线接线的工程初期接线方式。

3.110KV电压等级

根据规程，110KV配电装置中，出线回数较多，可采用双母线接线，出线2回以上时，一般采用分段单母线。

本变电所110KV侧有12回出线连接负荷，通过比较单母分段与双母线的优缺点，采用双母线接线方式。而110KV侧有7回以上出线时需要设旁路母线。

电源

电源

W1W2

WL1WL2WL3WL4

QFc

图3-2

优点：（1）运行方式灵活，可以采用两组母线同志工作，将母联断路器合闸，而进出线均

衡地分配在母线上的运行方式。也可以采用一组母线工作，另一组备用，母联断路器断开的单母线运行方式。

（2）检修母线时不中断供电，由于每个回路都有两组隔离开关，检修任一回路母线隔离开关时，只中断该回路的供电，这时可将要检修的隔离开关所在母线上的其他回路均接至另一组母线继续运行，然后停电检修该母线隔离开关。

（3）任一组母线故障时仅短时停电，双母线接线与单母分段相比，母线故障时停电时间短，任一母线故障时，只需将母线接于该母线上的所有回路切换至另一组母线，故障母线上的回路经短时停电便可恢复供电。

缺点：（1）变更运行方式时，都是用各回路母线侧的隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为

复杂，容易出现误操作。

（2）检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电。 （3）任一母线故障仍会短时停电

（4）由于增加了大量的母线隔离开关和母线长度，双母线配电装置结构较复杂，占地

面积大，投资大。

3.1.3变电所主要接线的确定

有上述分析可知，220KV 采用外桥接线，60KV 采用双母线带旁路母线接线。主接线图见图3-4。

图3-4

220KV

3.2主变压器的选择

3.2.1变电所主要变压器台数的选择

变压所一般装2台主要变压器，以免一台变压器检修或故障时中断供电，故本所主变压器台数应为2台。 3.2.2主变压器容量的选择

1.所选主变容量和应大于最大综合计算符合，即：

2S N ≥S MAX

S

MAX

=90/0.85=105.88MVA

故 S

N

≥52.94MVA

2.当所选两台主变有一台停运时，另一台主变应满足70%最大综合计算负荷，以及满足

全部I类负荷和大部分Ⅱ类负荷,220KV以及上电压等级变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应能满足全部I类负荷和大部分Ⅱ类负荷,即：

S

N ≥0.7S

MAX

, S

N

≥S

Ⅰ

+S

Ⅱ

在本设计中，110KV侧回路数为2的属于Ⅰ、Ⅱ类负荷

S

N

≥74.116MVA

S

N ≥∑S

ⅠⅡ

=（12+10+20+18）/0.85=70.59MVA

由于变压器容量没有80MVA且满足本题条件的，故取 S N=90MVA

3.2.3主变压器型式的选择

1.相数的选择

330KV及以下的发电厂和点点所，一般选三相，故本所取三相。

2.绕组的选择

具有三种电压等级的变电所中，通过主变的各绕组功率达变压器容量的15%以上，则主变宜选三绕组变压器。本所主变容量90MVA，中低压侧最大综合负荷为90MW和30MW，故应选三绕组变压器。

3.绕组的联结方式

110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点都需要选择YN的联结方式，故110KV和220KV均采用YN接线

4.调压方式

选择带负荷切换的有载调压方式。

5.变压器阻抗的选择

110KV侧最大综合计算负荷为90MW，变压器以高压侧向中压侧的传输功率为主，故主要选降压型。

6.容量比

220KV以及上变电所的变压器容量大，其低压绕组主要带无功补偿电容器和所用电，容量较小，为降低造价，一般选择100/100/50容量比。

7.冷却方式

因容量较大，采用强迫油循环风冷。

8.绝缘材料

为降低造价，采用半绝缘铝导体。

9.变压器各侧电压的选择

220KV侧，额定电压220KV

110KV侧，额定电压121KV

根据以上分析，查阅相关资料，主变应选SFPSZ8-90/220

主要参数如下：

表3-1

第四章短路电流的计算

4.1短路电流的计算条件

4.1.1短路计算容量和接线

验算电气设备的热稳定和动稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景规划。接线应是可能发生最大短路电流的正常接线方式。

4.1.2短路类型

本设计计算应用的短路电流为三相短路电流。

4.1.3短路计算点

在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大短路点，称短路计算点，本设计取各电压等级母线上短路。

4.1.4短路电流的实用计算方法

在进行电气设备的热稳定验算时，需要用短路后不同时刻的短路电流，即计及暂态过程，通常采用运算曲线法，具体方法见设计计算书。

4.2短路电流的计算结果

以系统等效阻抗图为依据，按运算曲线法，得短路电流有名值如表4-1所示。

表4-1

第五章电气设备及配电装置选择

电气设备选择

5．1断路器选择

1.种类和型式的选择

高压断路器应根据其安装地点，环境条件和使用技术条件进行选择，还应考虑便于施工调试和运行维护，并进行必要的经济比较。6~10KV电网一般选用少油、真容和SF6断路器；35KV电网一般选用少油，真空和SF6断路器，某些35KV屋外配电装置也可用多油断路器；110~330KV电网一般选用少油和SF6断路器。

2.额定电压选择

额定电压U N不得低于电网额定电压。

即U N≥U NS

3.额定电流选择

额定电流不得小于最大持续工作电流I MAX，

即I N≥I MAX

4.额定开断电流选择

断路器的额定开断电流应不小于其触头刚刚分开时的短路电流有效值

即I NBR≥

5.额定关合电流的选择

如果在断路器关合前已存在短路故障，则断路器合闸时也会产生电弧，为了保证断路器关合时不发生触头熔焊及合闸后能在继电保护控制下自动分闸切除故障，额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值

即

6.热稳定校验

应满足条件

7.动稳定校验

应满足条件或

5.2隔离开关的选择

隔离开关的型号选择应根据其安装特点、配电装置的布置特点和使用要求等条件，进行综合技术经济比较后确定。由于隔离开关没有灭弧装置，不能用来开断和接通负荷电流及短路电流，故没有开断电流关合电流校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。

5.3设备型号

本设计中，同一电压等级的断路器，隔离开关都使用一种型号，根据计算数据，选出断路器与隔离开关见表5-1、5-2。

表5-1 220KV断路器和隔离开关

表5-2 35KV断路器和隔离开关

5.4电流互感器的选择

6-20KV屋内配电装置的的电流互感器，应采用瓷绝缘或树脂浇注绝缘结构。35KV以上配电装置的电流互感器，采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。

额定电压：

即U N≥U NS

额定电流：

即I N≥I MAX

选择结果见表5-4

5.5电压互感器的选择

6-20KV屋内配电装置一般采用油浸绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电瓷式电压互感器。35-110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构的电瓷式电压互感器。220KV以上配电装置一般采用电容时电压互感器。

电压互感器一次侧的额定电压应满足电网电压的要求，二次侧的额定电压按测量表计和保护要求以标准化为100V。电压互感器一次绕组及二次绕组额定电压的具体数值与电压互感器的相数和接线方式有关。

5.6防雷保护装置

变电所的雷害来源于两个方面:1、雷直击于变电所; 2、雷直击于输电线路，雷电波沿线路入侵变电所。

一、直击雷保护

在变电所及线路上装一定数量的避雷针（线），使变电所内的所有设备均处于保护范围，还需防止反击，加接地电阻和保证设备与避雷器之间有一定的空间间隔和地中距离。

二、入侵波保护

在变电所的各级电压母线上加FZ避雷器，母线避雷器与变压器之间保持一定的距离。

110KV母线装设Y10W5-100/260避雷器,110KV线路沿全线架设架空地线。为了出线避雷器可靠的起保护作用，需加进线保护措施：110KV线路在进线1—2KM内改为双避雷线。在110KV变压器中性点加装Y1W-73/200W避雷器。此避雷器在非雷雨季节也不得退出运行。

第六章配电装置说明书

6.1 基本要求

1.在配电装置设计中，必须认账贯彻国家的技术经济政策，遵循国家颁发的有关规程，规

范及技术规定，做到安全可靠、技术先进、经济合理和维修方便。

2.根据其在电力系统中的地位，环境条件和运行、安装检修的要求，合理地制定和布置方

案和选用设备。保证足够的安全距离，用采用行之有效的新技术、新设备、新布置和新材料。

3.保证运行安全和操作巡视方便。

4.必须坚持节约用地的原则，布置应紧凑，少占地。

5.节约材料，降低造价

6.根据工程特点、规模和发展规划，远近期结合，以近期为主，适当考虑扩建要求。

6.2 220KV侧配电装置

由于本变电所地处半山区受环境污染小，故采用屋外配电装置。而半高型配电装置占地面积比普通中型布置少30%，运行维护比较方便，故采用半高型配电装置。

6.3 110KV侧配电装置

采用半高型配电装置

第二篇设计计算书

第七章短路电流的计算7.1系统阻抗标幺值计算

7.1.1基准值

,

7.1.2各电源阻抗

由于所查阻抗即为基准值为下的标幺值，所以不用计算。采用平均值：水轮发电机 0.2

汽轮发电机 0.2

TS854/156-40

QFN-100-2

7.1.3各变压器阻抗（见表7-1）

计算式：

表7-1

7.1.4线路阻抗

计算式：

表7-2

综上，得系统等值阻抗电路图（如图7-1）

K2

图7-1

7.2短路电流计算

7.2.1转移阻抗计算

1. 220KV侧点短路（选在靠近主变压器处）（1）电源转移阻抗（如图7-2）

图7-2