220KV降压变电所电气设计说明书

1 220压变电所电气设计说明书 第一章 主变的选择 一、 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（ 。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， 610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 列或 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 （ ）；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（ 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（ 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 ,另一台变压器对一二级负荷继续供电 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 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。 （一）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 214P ） （ 1）主变容量选择一般应按变电所建成后 5适当考虑到远 2 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 20 型。 （二）主变台数的考虑原则及台数的选择 （ 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。 二、变压器型式的选择 （一）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。 （二）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 110取得中型点，所以都需要选择 0Y 的连接方式。而 6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： 110. . N。 （三）主变阻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 3 变电站，一般也都用有载调压方式。 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。 （四）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， 220 （五）全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决 在 110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。 220110且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。 10中性点都采用全绝缘。 第三章 主接线设计 一、接线设计原则 电气主接 线的设计是变电站设计的主体，是电力系统原始数据及变电站运行的可靠性、经济性要求密切相关。主接线的确定对电力系统的安全、稳定、灵活，经济运行以及变电站电气设备选择，配电装置的布置，会有直接的影响。因此，主接线必须结合电力系统、变电站具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理他们之间的关系，经过技术、经济的比较，合理选择主接线方式。 变电站电气主接线的可靠性、灵活性和经济性是一个综合的概念，不能单独的强调其中的某一特性，也不能忽略其中的某一特性。但根据变电站在系统中的地位和作用的不同，对变电站电气主接线的性能要求 也有不同的侧重。例如系统中的超高压、大容量枢纽变电站，因停电会对系统和用户造成重大损失，故对其可靠性要求就特别高；系统中的中小容量中间变电站或终端变电站，因停电对系统和用户造成的损失较小，这类变电站的数量特别大，故对其主接线的经济性就要特别重视。 （一）主接线的设计原则 （ 1）考虑变电站在电力系统中的地位和作用。 （ 2）考虑远期发展规模。 （ 3）考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响。 （ 4）考虑主变压器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。 （二） 主 接线的基本要求 （ 1）可靠性 （ 2）灵活性 （ 3）经济性 考虑以符合设计要求，国家政策，技术规定为准。结合实际，保证供电在可靠调度 4 灵活等满足前提条件下来节省投资。 二、方案的拟定 各接线形式的优缺点及应用范围 （一）单母线接线 （ 1）优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于矿建和采用成套配电装置。 （ 2）缺点：不够灵活可靠，任一组件或故障及检修均需使整个配电装置停电。 （ 3）适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的情况。 本次设计使用两台主变压器，并且 10以不能采用単母线接线。 （二）单母线分段接线 这种接线除具有单母线接线的简单、清晰，采用设备少、操作方便、扩建容易等优点外，增加分段断路器后，提高了可靠性。因此，这种接线的应用范围也比单母线接线广。其缺点是当分段断路器故障时，整个配电装置会全停；母线和母线隔离开关检修时，该段母线上连接的组件都要在检修期间停电。 （ 1）优点： 用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。 当一段母线上发生 故障时，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 （ 2）缺点： 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段回路的母线都要在检修期内停电。 出线双回时，常使架空线交叉跨越。 扩建时需要向两个方向均衡扩建。 （ 3）适用范围： 610电装置出线回路数为 6回及以上， 110220电装置出线回路数为 34回。 本次设计 10配电装置虽有特殊重要的 I、 用户化学工业、医院等，不允许停电检修断路器。但由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断涌现。因此，断路器本身需要检修的几率不断减小，而每次检修时间又非常短，故可使用単母分段接线方式。此外， 11020 （三）双母线接线 （ 1）优点： 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验。 （ 2）缺点： 增加一组母线和使每回路要增加一组母线隔离开关 当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。 （ 3）适用范围： 610电装置。当短路电流较大，出线需要带电抗器时。 110220线回路数为 5 回及以上时，或当 110220电装置在系统中占重要地位且出线回路数为 4回及以上时。 根据本次设计的原始资料， 220出线回路数及其配电装置的重要性都不满足装设双 母接线的条件。 110可以适当考虑。 （四）桥形接线 桥形接线分内桥式或外桥式，前者，桥连断路器设置在变压器侧，而后者，桥连断路器则在线路侧。 （ 1）内桥形接线 5 优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。 缺点： 变压器的投入和切除较复杂。 桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。 出线断路器检修时，线路需较长时间停运。 适用范围：较小容量的发电厂，变电站且变压器不经常切换或线路较长，故障率 较高的情况。 本次设计中， 220满足这个要求，且较经济。可考虑选用。 （ 2）外桥形接线 外桥接线是连接桥断路器在线路断路器的外侧 优点：同内桥形接线。 缺点： 线路的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，并有一台断路器暂时停运。 桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。 变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。 适用范围：适用于较小容量的发电厂或变电站，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障 率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥接线。 （五） 双母线分段接线 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个组件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在 11回及以下时，母线不分段。 （六）可选方案的确定 综合比较后，本次设计中拟 定了三种主接线方式： 方案一： 22011010均采用单母分段接线，如图 图 主接线方案一 方案二： 220110采用双母线接线、 10图 6 图 主接线方案二 方案三： 220采用双母线接线， 110采用内桥接线， 10采用单母分段接线，如图 图 主接线方案三 三、最佳方案的确定 方案一与方案二比较，在于方案二 110方案一则采用了单母分段接线形式，方案二比方案一多用了一根母线和四个隔离开关，更可靠；方案三与方案二比较，在于方案二 110于 110是供给另一终端变电站的，采用双母线、内桥接线方式均可满足可靠性要求，但采用双母线接线方式操作复杂，成本高、易误操作，所以二者相比，方案三更佳。 综上所述，方案三为本次设计的最佳电气主接线形式。 7 第四章 短路电流计算 一、等值电抗计算 由任务书和主接 线图画出系统图如下： 图 据系统图可画出等值电抗图 8 图 组件等值电抗的计算如下： 选取基准容量： 100 基准电压：U 线路电抗： 发电机 因为发电机电 抗相等： 连的变压器电抗： 由于与 路电抗其中线路长度 21413 5、 0 7 01 0 5 由于 两变压器电抗相等： 发电机 6 0 01 4 2 7 发电机 9 线路电抗： 由短路电压百分比计算出所选变压器各绕组电抗： %)32()31()21(1 %)31()32()21(2 %)21()32()31(3 注：由于变压器中压侧绕阻电抗 负值，因此其电抗其为零。电抗值如图 1 二、 220系统并列， 图 图 变换其变换后如图 2125 127 928 8161326 0 图 ：图 别是合并后为 源和系统电源 ;因为 电抗与短路点的 转移电抗无关所以可以省去。 将转移电抗化为各电源点到短路点的计算电抗： 电源点 电源点 系统 电源 是： 由计算电抗查曲线得到 01 1 9 X S C O 6 Bc a S 5 X X 1 由计算电抗查曲线得到 I 由计算电抗查曲线得到 4 I 9 电源 03 由计算电抗查曲线得 到 0 由计算电抗查曲线得到 I 3 6 由计算电抗查曲线得到 4 I 电源 3 99 由计算电抗查曲线得到 0 6 由计算电抗查曲线 得到 I 由计算电抗查曲线得到 4 I I 12 总的三相短路电流是： 9 8 6 6 6 4 6 9 冲击电流： 三、 110短路电流计算方法 ： 图 图 27 换（同 220如图 13 图 图 图 0 35363413538 35363413639 电源 电源点 电源点 电源 由计算电抗查曲线得到 0 2 由计算电抗查曲线得到 C O C O 003 I 14 I 由计算电抗查曲线得到 4 I 电源 由计算电抗查曲线得到 0 8 由计算电抗查曲线得到 I 由计算电抗查曲线得到 4 I 电源 因为计算电抗大于 以对其取倒数直接得到短路电流标么值 19 7 总的三相短路电流是： 7 冲击电流： I 15 四、 1010最大列运行时， 短路时的短路电流计算方法： 图 图 合并变换后如图 图 图 换后如图 图 图 图 16 4 536343538 2 536343639 电源 电源点 电源点 电源 因为计算电抗大于 以对其取倒数直接得到短路电流标么值 电源 电源 总的三相短路电流是： 1 3 9 5 C O C O 0 06 0 2 Bc a S 46 003 17 冲击电流： 短路计算的结果如表 路点位置 运行方式 短路电流计算参考数据 冲击电流 0 s 0.2 s 4 s 统两条线路运行 台变压器同时运行 台变压器同时运行 18 第五章 电气设备的选择 一、 220离开关的选择 （一）断路器的选择 最大持续工作电流： 0 0 a x 根据电压等级表 2可选 600 型号。 短路计算时间： 有分闸时间 弧时间 周期分量热效应： 2222 10121由短路电流计算可知： 2222 由于s,故不计非周期热效应 。 短路电流引起的热效应： K 冲击电流： 断路器选择结果比较 计算数据 20N 220N 1600A I 0 k I t 40 40 3=4800 i i 00以上比较结果可见各项条件均能满足要求，故所选断路器 （二） 隔离开关选择 19 根据 220离开关的计算可知 S 220 及户外安装要求，查表可选 号。 隔离开关选择结果比较 计算数据 20N 220N 250A Q k I t 4=3969 i i 0以上比较结果可见各项条件均能满足要求，故所选隔离开关 格。 二、 110离开关的选择 （一）断路器的选择 最大持续工作电流： 0 0 a x 根据电压等级表 2可选 200型号少油断路器。 短路计算时间： 有分闸时间 弧时间 周期分量热效应： 2222 10121由短路电流计算可知： p 2222 由于s,故不计非周期热效应。 短路电流引起的热效应： K 6 冲击电流： 断路器选择结果比较 计算数据 200参数 10N 11020 N 1200A I k I t 4=i i 1以上比较结果可见各项条件均能满足要求，故所选断路器 200 型号。 （二）隔离开 关选择 根据 110路器的计算可知 S 110 及户外安装要求，查表6可选 的隔离开关。 隔离开关选择结果比较 计算数据 10N 110N 600A I t 20 20 4=1600 i i 0以上比较结果可见各项条件均能满足要求，故所选 三、 10离开关的选择 （一）进线断路器的选择 最大持续工作电流： 0 91033 1 5 0 a x 根据电压等级表可选 。 短路计算时间： 周期分量热效应： 2222 10121由短路电流计算可知： 2222 由于s,故不计非周期热效应。 短路电流引起的热效应： K 冲击电流： 断路器选择结果比较 21 计算数据 I k I t 4=7499.6 i i 0以上比较结果可见各项 条件均能满足要求，故所选断路器 。 （二） 进线隔离开关选择 根据 6路器的计算可知 S 10 及室内安装要求，查表6可选 000 型号的隔离开关。 隔离开关选择结果比较 计算数据 000参数 0N 10N 2000A I t 80 80 5=32000 i i 60以上比较结果可见各项条件均能满足要求，故所选 000型号的隔离开关。 （三） 10根据屋内配电装置的可选用 进型手车式开关柜 8。由于任务书中没有给出线路负荷，对于线路设备的选择采用平均分配变压器负荷来确定线路电流。 根据最大电流 、 和电压等级、安装地点可选用配套装置 断路器。 断路器选择结果比较 计算数据 N 6N 630A I 6k I t 16 16 5=768 i i 0以上比较结果，可知 （四） 10根据发电厂电气部分中的要求，母联断路器按其总容量的 50%80%来确定。所以母联断路器的最大电流按总容量的 55%确定。由以上计算可知 912、 可选用 断路器选择结果比较 计算数据 22 N 6912A 000A I k I t 4=7396 i i 30以上比较结果，可知 四、电压互感器的选择 （一） 220压互感器的选择 根据电压互感器除供测量仪表用，还作交流电网的绝缘监视，户外装设的要求。故查表可选用 电磁式单相三绕组电压互感器。电压互感器的台数为 3 台，采用的接线方式为0Y/0Y/ 。 型号 额定电压等级 额定电压 (额定容量及准确度 一次绕组 二次绕组 附加绕组 20203 P 3P 300 300 300 注： （二） 110压互感器的选择 根据电压互感器除供测量仪表用，还作交流电网的绝缘监视及户外装设的要求。故查表可选用 压互感器的台数为 3台，采用的接线方式为0Y/0Y/ 。 型 号 额定电压等级 额定电压 (额定容量及准确度 最大 容量 一次绕组 二次绕组 附加绕组 10103 3 2000 500 1000 1000 注： （三） 10压互感器的选择 根据电压互感器除供测量仪表用，还作交流电 网的绝缘监视及户外装设的要求。故查表可选用 电磁式单相三绕组电压互感器。电压互感器的台数为 3 台，采用的接线方式为0Y/0Y/ 。 23 型 号 额定电压等级 额定电压 (额定容量及准确度 最大 容量 一次绕组 二次绕组 附加绕组 10 3 300 40 60 150 注： （四） 220 110线电压互感器的选择 根据安装和提取电压及保护的要求，故查表可选用 电容式单相三绕组电压互感器。 型 号 额定电压等级 额定电压 (额定容量及准确度 一次绕组 二次绕组 附加绕组 20220 3 150 220 440 10103 50 220 400 五、电流互感器的选择 （一） 220联电流互感器的选择 电流互感器一般用于测量、继电保护和同期装置。根据最大电流 、 和电压等级、安装地点及接线查表可选用 参数如下表。 型 号 额定一 次电流 电流 变比 级次组合 热稳定电流 5s 动稳定电流 二次负荷 00 300/5 ： 1 2212 动稳定校验： 满足稳定要求。 （二） 220K 线路电流互感器的选择 电流互感器 一般 用于测量、继电保护和同期装置。根据最大 、 和电压等级、安装地点及接线查表可选用 电流互感器，其参 24 数如下表。 型 号 额定一 次电流 电流 变比 级次组合 热稳定电流 5s 动稳定电流 二次负荷 00 300/5 ： 1 2212 动稳定校验： 满足稳定要求。 （三） 110K 线路电流互感器的选择 电流互感器一般用于测量、继电保护和同期装置。根据最大电流 、 和电压等级、安装地点及接线查表可选用 参数如下表。 型 号 额定一 次电流 电流变比 级次组合 热稳定电流 动稳定 电流 二次负荷 00 200/5 ： 222 1 6 0 0140满足热稳定要求。 动稳定校验： 20满足稳定要求。 （四） 110压器和 桥断路器 电流互感器的选择 电流互感器一般用于测量、继电保护。根据最大电流 、 和电压等级、安装地点及接线查表可选用 参数如下表。 型 号 额定一 次电流 电流 变比 级次组合 热稳定电流 动稳定电流 二次负荷 2/00 200/5 2/0倍 130倍 动稳定校验： 1 2212 动稳定校验： 满足稳定要求。 25 （五） 10电流互感器用于过电流和差动保护。根据最大电流 、 和电压等级、安装地点及接线查表可选用 参数如下表。 型 号 额定一 次电流 电流变比 级次组合 热稳定电流 动稳定电流 二次负荷 D/000 4000/5 50 倍 90倍 4/： 热动稳定校验： 1 24212 104504满足热稳定要求。 动稳定校验： 990422 1满足稳定要求。 （六） 10由于任务书中没有给出线路负荷，对于线路的电流互感器的选择采用均分配变压器负荷来确定线路电流。电流互感器用于过电流和差动保护。 根据最大电流 、 和电压等级、安装地点及接线查表可选用 瓷绝缘的支持式电流互感器，其参数如下表。 型 号 额定一 次电流 电流变比 级次组合 热稳定电流 动稳定电流 二次负荷 00 400/5 75 倍 130倍 3/动稳定校验： 1 2212 热稳定要求。 动稳定校验： 满足稳定要求。 （七） 10根据 电流及安装地可选用 其参数如下表。额定一次电流 2000A，电流变比 2000/5，级次组合 。 六、母线的选择 26 （一） 220汇流母线的选择 根据 ，查表可选用 70钢芯铝绞线。允许电流为 94； 1.15度。 温度修正计算： Q 81 9 足允许长期最大工作电流的 要求。 热稳定效验： 短路持续时间 ： 有分闸时间 弧时间 周期分量热效应： 2222 10121由短路电流计算可知： p 2222 由于足允许长期最大工作电流要求。 热稳定效验： 短路持续时间 ： 有分闸时间 弧时间 周期分量热效应： 2222 10121由短路电流计算可知： I 2 p 22 由于表可知 =1 冲击电流： 母线相间应力： 6 0 ： 3522 2 522 2310 同相间作用力计算： 102