[毕业设计]220kV降压变电站电气系统设计

1、220kv降压变电站电气系统初步设计说明书一、设计基础资料中间变电站电压等级220kv/110kv/10kv1、概述本变电所是按系统规划，为满足某城镇负荷需要而建设的枢纽变电站，电压等级为220kv/110kv/10kv。2、所址地理及气象条件本变电所为某城镇的新建220kv降压变电所，拟建于城郊，距城区约10km，当地年最高气温40，年最低气温-20，最热月平均最高气温35，最冷月平均最低气温-5。当地海拔高度为600m，雷暴日为10日/年。近期220kv进线2条220kv出线1条110kv出线2回10kv出线5回3、建设规模本变电所是由地区变电所通过220kv架空线路供电的枢纽变电所，第一

2、期工程先上一台40000kva的三绕组变压器，2回220kv进线，1回220kv出线，2回110kv出线，5回10kv出线。远景规划为两台40000kva三绕组变压器，2回220kv进线，1回110kv出线，2回110kv出线，5回10kv出线。4、负荷概况本变电所10kv侧近期有5回出线，其中二类负荷2回；远期有5回10kv出线，每回负荷约1500kva ，cos=0.95,tmax=5000h。110kv侧近期有2回出线，其中一类负荷1回，二类负荷1回；远期2回出线，每回负荷15000kva，cos=0.85,tmax=5000h。 5、供电范围220kv线路为200km；110kv线路为

3、100km；10kv低压馈线为30km.6、系统情况系统至本变电所220kv母线的标幺电抗（sd=100mva）为：最大运行方式时0.05；最小运行方式时0.15；主运行方式时0.10。7、设计内容本设计只做电气部分的初步设计，不作施工设计和土建设计。主要设计范围为：确定电气主接线；主变压器的选择；短路电流计算；断路器和隔离开关选择；母线和出线选择；限流电抗器选择（必要时）；电流互感器和电压互感器选择；高压熔断器选择（必要时）；支持绝缘子和穿墙套管选择；消弧线圈选择（必要时）；避雷器选择。二、电气部分设计说明1、主接线的选择设计原则：应根据发电厂和变电所在电力系统中的地位和作用，首先应满足电力

4、系统可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压登记、进出线回数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性要求。220kv双母线主接线的选择必须要保证向用户供给符合质量的电能，而且能够适应各种的运行方式（包括正常，事故和检修运行方式）并能够通过操作来实现运行方式的变化而且在某一基本回路检修时不影响其它回路的继续运行。其次，主接线还应该简明清晰，运行维护方便，在满足上述要求的前提下，主接线的设计应简单，投资少，运行管理费用低，一般情况下，应考虑节约电能和有色金属的消耗量。即考虑安全、可靠、

5、经济性原则，按照以上原则对主接线进行选择。（1）220kv侧接线的选择方案一：采用单母线接线优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好，而且在远期调整时线路变更比较方便。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。缺点：不够灵活可靠，接到母线上任一元件故障时，均使整个配电装置停电。方案二：采用单母分段接线针对单母线的缺点，可以选用单母线分段接线。它既保留了单母线的基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点。在一段母线发生故障或者检修的时候另一段仍然可以继续运行。缺点：经济性较单母线要差。方案三：采用双母线方式接线优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过隔离开关的

6、轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。缺点：投资大，由于线路较为复杂，在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资比较结论：110kv单母分段兼旁母作为枢纽变电站，必须保证供电可靠性，采用方案一和方案二的供电可靠性太差，一旦发生故障，有可能导致全网停电，故选择方案三，采用双母线接线方法.（2）110kv侧接线的选择方案一：选择单母线分段接线优点：母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。对于双回路线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，

7、保证重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在此段的所有回路减少了系统的供电量，并使该回路的用户停电。方案二：选择分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段优点：有较大的可靠性和灵活性，且检修进、出线断路器时可不中断该回路的供电缺点：投资增大，经济性差方案三：采用双母线接线优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。缺点：投资大，由于线路较为复杂，在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。比较结论：1

8、0kv单母分段由于此电压侧有1回路的一类负荷，1回路的二类负荷，选择方案一可靠性太差，而采用双母线接线方式投资较大，经济性差。折中考虑可靠性与经济性，故选择分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段的接线法。（3）10kv侧接线的选择方案一：采用单母线接线优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。缺点：可靠性和灵活性差。当电源线路，母线或者母线隔离开关发生故障或者检修的时候全部回路停止供电，造成很大的经济损失。方案二： 采用单母线分段接线优点：母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。对于双回路线路供电的重要

9、用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在此段的所有回路减少了系统的供电量，并使该回路的用户停电。方案三：采用双母线接线优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。缺点：投资大，由于线路较为复杂，隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。比较结论：由于此电压侧有2回路的二类负荷，选择方案一可靠性太差，而采用双母线接线投资较大，经济性差。折中考虑可靠性与经济性

10、，故而选择单母线分段的接线方法.一期工程主接线见附图i1。二期工程主接线见附图i2。2、主变压器的选择变压器是变电站主要电气设备之一，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。从电工学中知道，输电线路中流过的电流越大，损失的功率就越大。所以采用高压输电减少线路的功率损耗，故将发电厂发出的电力经变压器升压后输送，送到供电地区后经降压变压器变换成低电压供用户使用。设计的变电所中，110kv侧负荷每回容量15000kva,cos=0.85，tmax=5000h；10kv侧负荷每回容量1500kva，cos=0.95，tmax=5000h。近期总负荷37500kva近期系统负荷总量

11、和类型统计如下：110kv侧的总负荷 s110=150002kva=30000kva10kv侧的总负荷 s10=15005kva=7500kva近期的总负荷 s = s110 +s10=37500kva远期总负荷37500kva远期系统负荷总量和类型统计如下：110kv侧的总负荷 s110=150002kva=30000kva10kv侧的总负荷 s10=15005kva=7500kva远期的总负荷 s = s110 +s10=30000kva +7500kva=37500 kva拟选用两台（近、远期各一台）osfps7-40000/220型风冷铝芯三绕组变压器，其容量比为：100/100/50

12、；电压比为22022.5%/121/11kv；接线方式为yn,y0,d11，阻抗电压为：uk12%=9%,uk13%=30%,uk23%=21%。因为110kv侧负荷较大，故应将零阻抗置于该侧。变压器选择近期：osfps7-40000/220一台远期：osfps7-40000/220两台1 第一期工程的主变压器的负荷率：。2 事故情况下变压器过载能力的校验原则：1）二台主变，停一台，应承担全部负荷的70%80% 2）变压器过载能力：过负荷倍数100mva，过负荷倍数1.5 过负荷倍数100mva，过负荷倍数1.3校验： 3 三绕组变压器各侧容量选择：要求：各侧容量均应15%220kv： 选11

13、0kv： 选50kv： 选变压器容量比4 接地方式220kv：直接接地；220kv：直接接地；10kv：不接地三、短路电流以及工作电流计算（设备选择用）（1）主变压器各侧阻抗的百分值：uk1%=(9+30-21)/2=9%uk2 %=(9+21-30)/2=0uk3 %=(30+21-9)/2=21%其标幺值：基准电流：220kv侧： 110kv侧：10kv侧：（2）在最大运行方式下的三相短路电流的计算：（计算过程中将系统看成无穷大容量电源）。电路如图一，计算结果见表一。最大运行方式下三相短路电流计算k1： k2: k3: 表一：最大运行方式下短路计算结果短路点编号短路电流计算值（ka）iki

14、shsk(mva)220kv母线k15.0212.802000110kv母线k23.097.88615.3810kv母线k312.9433.00235.29热稳定计算的等效时间的计算（3）热稳定计算的等效时间热稳定计算的等效时间等于三部分等效时间之和，即继电保护动作时间继电器固有分闸时间断路器灭弧时间。系统中各处的热稳定计算的等效时间计算如下：10kv出线：0.5s0.2s0.05s0.75s10kv母联：1s0.2s0.05s1.25s主变10kv侧：1.5s0.2s0.05s1.75s110kv出线：0.5s0.15s0.05s0.70s110kv旁母：1s0.15s0.05s1.20s主

15、变110kv侧：1.5s0.15s0.05s1.70s220kv出线：2s0.1s0.05s2.15s主变220kv侧：2s0.1s0.05s2.15s220kv进线：3s0.1s0.05s3.15s结果统计见表二。表二：热稳定等效时间（s）类别继电保护动作时间断路器分断时间灭弧时间等效时间10kv出线0.50.20.050.7510kv母联10.20.051.25主变10kv侧1.50.20.051.25110kv出线0.50.150.050.70110kv旁母10.150.051.20主变110kv侧1.50.150.051.70220kv出线20.10.052.15主变220kv侧20.

16、10.052.15220kv进线30.10.053.15各回路的工作电流计算（4）各回路的工作电流计算：主变压器220kv侧： 主变压器110kv侧： 主变压器10kv侧： 220kv出线： 220kv进线： 110kv出线： 10kv出线： 220kv分段母线连接断路器： 110kv分段母线连接断路器：10kv分段母线连接断路器：（5）第一期工程短路电流计算（计算电路图如下附图二所示）第一期工程短路电流计算（1）最大运行方式xs0.05k1处短路ik=id1/x1*=0.251/0.05 ka =5.02kak2处短路ik=id2/x2*=0.502/0.275 ka =1.83kak3处短

17、路ik=id3/x3*=5.5/0.8ka =6.88ka（2）最小运行方式xs0.15k1处短路ik=id1/x1*=0.251/0.15 ka =1.67kak2处短路ik=id2/x2*=0.502/0.375 ka =1.34kak3处短路ik=id3/x3*=5.5/0.9ka =6.11ka(3)主运行方式xs0.10k1处短路ik=id1/x1*=0.251/0.10 ka =2.51kak2处短路ik=id2/x2*=0.502/0.325ka =1.54kak3处短路ik=id3/x3*=5.5/0.85ka =6.47ka表三：第一期工程短路电流计算结果短 路 点k1k2

18、k3系统阻抗电压级运行方式220kv110kv10kv最大运行方式 5.02 ka1.83 ka6.88 ka0.05最小运行方式1.67 ka1.34 ka6.11 ka0.15主运行方式2.51 ka1.54 ka6.47 ka0.10四、设备选择：一、开关电器的选择：（选择条件来源参见各短路点计算）高压断路器是变电站的重要设备之一。正常情况下，断路器用来开断和关合电路；故障时通过继电保护动作来断开故障电路，以保证电力系统安全运行；同时，断路器又能完成自动重合闸任务，以提高供电可靠性。为此，对高压断路器要求： 在正常情况下能开断和关合电路。能开断和关合负载电流，能开断和关合空载长线路或电容

19、器组等电容性负荷电流，以及能开断空载变压器或高压电动机等电感性小负载电流。 在电网发生故障时能将故障从电网上切除。尽可能缩短断路器故障切除时间，以减轻电力设备的损坏，提高电网稳定性。 能配合自动重合闸装置进行单重、综重的动作。电力系统应在有电压无负荷电流的情况下，应用隔离开关分、合闸电路，达到安全隔离的目的，因此隔离开关是高压电器中应用最多的一种电器。在选用时应考虑的主要因素有以下几点： 隔离开关一般不需要专门的灭弧装置。 隔离开关在分闸状态下应有足够大的断口，同时不论隔离开关高压线端电压是否正常，均要满足安全隔离的目的。 隔离开关在合闸状态时应能耐受负荷电流和短路电流。 在使用环境方面，户外

20、隔离开关应能耐受大气污染并应考虑温度突变、雨、雾、覆冰等因素的影响。 在机械结构上，需考虑机械应力、风力、地震力与操作力的联合作用，其中包括隔离开关高压接线端在三个方面耐受有机械力，以及支持绝缘子的机械强度要求。此外，对垂直伸缩式隔离开关，还需考虑静触头接触范围的要求。 隔离开关应具备手动、电动操动机构，信号及位置指示器与闭锁装置等附属装置。 隔离开关亦应配备接地刀闸，以保证线路或其他电气设备检修时的安全。 应考虑配电装置尺寸的要求及引线位置与形式来选用合适的隔离开关。1、 变压器220kv侧断路器和隔离开关： 设备选择如表五，表六220kv变压器侧断路器lw6-220/3150隔离开关gw4

21、-220/2000表五：断路器：lw6-220/3150项目设备参数使用条件额定电压220kv220kv额定电流3150a110.22a开断电流40ka5.02ka热稳定4023ka2*s5.0222.15ka2*s动稳定100ka12.80ka表六：隔离开关：gw4-220/2000，操动机构：cs14g项目设备参数使用条件额定电压220kv220kv额定电流2000a110.22a热稳定4024ka2*s5.0222.15ka2*s动稳定100ka12.80ka220kv进线断路器lw6-220/3150隔离开关gw4-220/20002、220kv进线断路器和隔离开关：设备选择如表七，表

22、八 表七 断路器：lw6-220/3150项目设备参数使用条件额定电压220kv220kv额定电流3150a393.65a开断电流40ka5.02ka热稳定4023ka2*s5.0223.15ka2*s动稳定100ka12.80ka表八 隔离开关：gw4-220/2000，操作机构：cs14g项目设备参数使用条件额定电压220kv220kv额定电流2000a393.65a热稳定4024ka2*s5.0223.15ka2*s动稳定100ka12.80ka220kv出线断路器lw6-220/3150隔离开关gw4-220/20003、220kv出线断路器和隔离开关：设备选择如表九，表十 表九 断路

23、器：lw6-220/3150项目设备参数使用条件额定电压220kv220kv额定电流3150a393.65a开断电流40ka5.02ka热稳定4023ka2*s5.0222.15ka2*s动稳定100ka12.80ka表十 隔离开关：gw4-220/2000，操作机构：cs14g项目设备参数使用条件额定电压220kv220kv额定电流2000a393.65a热稳定4024ka2*s5.0222.15ka2*s动稳定100ka12.80ka110kv变压器侧断路器sw3-110/1200隔离开关gw4-110/6004、主变压器110kv侧断路器和隔离开关：设备选择如表十一，表十二 表十一 断路

24、器：sw3-110/1200项目设备参数使用条件额定电压110kv110kv额定电流1200a200.4a开断电流15.8ka1.83ka热稳定15.824ka2*s1.8321.70ka2*s动稳定41ka4.67ka表十二 隔离开关：gw4-110/600，操作机构：cs-14项目设备参数使用条件额定电压110kv110kv额定电流600a200.4a热稳定1425ka2*s1.8321.70ka2*s动稳定50ka4.67ka110kv出线侧断路器sw3-110/1200隔离开关gw4-110/6005、110kv出线断路器和隔离开关：设备选择如表十三，表十四表十三 断路器：sw3-11

25、0/1200 项目设备参数使用条件额定电压110kv110kv额定电流1200a78.73a开断电流15.8ka3.09ka热稳定15.824ka2*s3.0920.70ka2*s动稳定41ka7.88ka表十四 隔离开关：gw4-110/600，操动机构：cs-14项目设备参数使用条件额定电压110kv110kv额定电流600a78.73a热稳定1425ka2*s3.0920.70ka2*s动稳定50ka110kv分段母线兼旁路母线断路器sw3-110/1200隔离开关gw4-110/6007.88ka6、110kv分段母线兼旁路母线连接：（电流按总负荷的60%计算）设备选择如表十五，表十六

26、表十五 断路器：sw3-110/1200 项目设备参数使用条件额定电压110kv110kv额定电流1200a188.95a开断电流15.8ka3.09ka热稳定15.824ka2*s3.0921.20ka2*s动稳定41ka7.88ka表十六 隔离开关：gw4-110/600，操动机构：cs-14项目设备参数使用条件额定电压110kv110kv额定电流600a188.95a热稳定1425ka2*s3.0921.20ka2*s动稳定50ka7.88ka10kv变压器侧断路器sn3-10/2000隔离开关gn2-10/20007、主变压器10kv侧断路器和隔离开关：设备选择如表十七，表十八表十七

27、断路器：sn3-10/2000 项目设备参数使用条件额定电压10kv10kv额定电流2000a1102.21a开断电流29ka6.88ka热稳定3025ka2*s6.8821.75ka2*s动稳定75ka17.54ka表十八 隔离开关： gn2-10/2000 操动机构：cs6-2项目设备参数使用条件额定电压10kv10kv额定电流2000a1102.21a热稳定3625ka2*s6.8821.75ka2*s动稳定85ka17.54ka10kv出线侧断路器sn10-10/600隔离开关 cs6-1t8、10kv出线侧断路器和隔离开关：设备选择如表十九，表二十 表十九 断路器： sn10-10/

28、600 项目设备参数使用条件额定电压10kv10kv额定电流600a86.60a开断电流28.9ka12.94ka热稳定2924ka2*s12.9420.75ka2*s动稳定52ka33.00ka表二十 隔离开关： gn8-10/1000 操动机构：cs6-1t项目设备参数使用条件额定电压10kv10kv额定电流1000a86.60a热稳定3025ka2*s12.9420.75ka2*s动稳定75ka33ka10kv分段母线兼旁路母线断路器sn10-10/1250隔离开关: gn8-10/10009、10kv分段母线兼旁路母线连接：（电流按总负荷的60%计算）设备选择如表二十一，表二十二表二十

29、一 断路器：sn10-10/1250 项目设备参数使用条件额定电压10kv10kv额定电流1250a519.62a开断电流28.9ka12.94ka热稳定2924ka2*s12.9421.25ka2*s动稳定52ka33ka表二十二 隔离开关: gn8-10/1000 操动机构：cs6-1t项目设备参数使用条件额定电压10kv10kv额定电流1000a519.62a热稳定3025ka2*s12.9421.25ka2*s动稳定75ka33ka二、导线（硬、软母线及出线）选择：选择原则：按周围环境温度校正后的允许载流量不小于最大工作电流，只有长线路才按经济电流密度选择；校验热稳定性时，按公式10k

30、v母线与主变压器10kv侧引出线的导线负荷较小，按长期发热允许电流选择，须对其进行热稳定、动稳定校验。10kv母线806mm2的矩形铝排其他导线选用软导线，按经济电流密度选择。1、10kv母线和10kv引出线选择：选择808mm2的矩形铝排（允许应力6860n/cm2）。母线平置，绝缘子间距l=2.5m，相间中心间距s=0.5m。1）热稳定校验： mm2640mm2 ，校验合格。2）动稳定校验：导体截面系数：cm3短路时的最大电动力： 最大应力：n/cm2，校验合格。2、其他导线选用软导线，按经济电流密度选择。10kv侧出线有tmax=5000h,查经济电流密度曲线得j=1.05a/mm2；3

31、5kv侧出线有tmax=5000h,查经济电流密度曲线得j=1.15a/mm2；110kv侧出线有tmax=5000h,查经济电流密度曲线得j=1.15a/mm2各导体选择结果如下：表二十三 软导线选择项目工作电流（a）j（a/mm2）s(mm2)i(ka)smin(mm2)导线选用型号ial(a)220kv母线295.221.15256.715.0284.25lgj-240660220kv进线246.031.15213.945.0275.88lgj-210580主变220kv110.221.1595.845.0291.85lgj-95335220kv出线39365115342.305.027

32、5.88lgj-300740主变110kv200.41.15174.261.8324.60lgj-185545110kv出线78.731.1568.463.0926.65lgj-70295110kv母线188.951.15164302.1724.51lgj-185545主变10kv1102.211.051049.76.8861.42lgj-800140010kv出线86.61.0582.4812.94115.53lgj-12041010kv母线519.621.05494.888.2695.21lgj-5001025三、电流互感器选择：在高压电网中，为了测量和继电保护的需要应用互感器。互感器的作

33、用是： 把高电压和大电流按比例转换成低电压和小电流，以便提供测量和继电保护所需参数。 把电网处于高电压的部分和处在低压的测量仪表和继电保护装置隔离开，以保证人员和设备的安全。220kv主变压器侧电流互感器lcw-2201、主变压器220kv侧电流互感器选用：lcw-220型，ki=300a/5a,级次0.5/5p/5p,每相四只串联使用。其热稳定倍数为60，动稳定倍数为60，热稳定和动稳定的计算校验结果如下：11kv主变压器侧电流互感器lcwd-110 2、主变压器110kv侧电流互感器选用lcwd-110型，ki=400a/5a,级次0.5/5p，热稳定倍数为75，动稳定倍数为150，用于继电保护和测量仪表回路。热稳定和动稳定的校验结果如下：10kv主变压器侧电流互感器ldzj1-10 3、主变压器10kv侧电流互感器选用ldzj1-10型，ki=1200a/5a，热稳定倍数为50，动稳定倍数为90，校验结果如下：220kv进出线侧电流互感器lclwd-220 4、220kv侧进出线电流互感器 110kv出线侧电流互感器lcw-11010选用lclwd-220型，ki=600a/1a5、110kv侧出线电流互感