311.变电所电气部分设计计算书课程设计

1、 变电所电气部分课程设计学院： 电力学院 专业： 电气工程及其自动化 指导教师： 设 计 人： 学号： 目录设计任务书设计计算书第一章 主接线的选择11.1 原始资料分析11.2 方案议定与比较确定1第二章主变的选择72.1 选择原则72.2 容量计算及选型8第三章变电所所用电接线及所用变选择93.1 所用电源数量及容量93.2 所用电源引接方式93.3 所用变压器低压侧接线103.4 所站用电接线10第四章 电气设备选择计算(相当于+)114.1 断路器选择计算(以220kv侧详细说明)114.2 隔离开关选择计算(以220kv侧详细说明)124.3 35kv电压互感器选择134.4 35k

2、v出线电流互感器选择计算154.5 避雷器参数计算与选择(以220kv侧为例详细说明)164.6 母线的选择164.7 支持绝缘子及穿墙套管的选择17第五章 主变电器的继电保护配置.参考资料18附录短路计算181.等值电路182.各短路点短路计算203.短路计算结果列表：22第一章 主接线的选择1.1原始资料分析本变电所与除与220kv系统连接外，还通过110kv和35kv电压向地方负荷供电。因此，本所有三个电压等级：220kv、110kv、35kv。220kv侧通过两回进线与系统相连；110kv侧共有6回线，=112mw，=56mw,功率因数为0.8，类负荷，=4000；35kv侧共8回线，

3、4mw，=2mw,功率因数为0.8，类负荷，=4000。电力系统容量=，最大运行方式下的等值电抗（以100mva为基准），=0.1。变电所所用电负荷p=0.2mw,功率因数为0.8，380/220v。线路电抗值以0.4/km计算。各电压等级线路的负荷及有关参数线路电压等级回路数最大负荷最小负荷功率系数负荷等级tmax220kv2110kv6112mw56mw0.8二类400035kv84mw2mw0.8二类40001.2方案议定与比较确定方案220kv侧110kv侧35kv侧主变台数方案一双母带旁路双母带旁路单母分段2方案二3/2接线双母带旁路双母线21.2.1方案议定及技术比较1）单母线分段

4、 优点: 母线经断路器分段后，可保证所用电及重要负荷的供电可以从不同分段出线上取得，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。 缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出线,在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作.通过该接线优缺点的分析,可见,方案一中35kv采用此接线方式，其优点是当一母线发生故障时,分段断路器能自动把故障切除,保证正常段母线不间断供电和不至于造成用户停电;缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时,接在该母线上的回路都要在检修期间停电,所以,该接线方式对于35kv侧可以考虑.另一方面是考

5、虑到地区性一般变电所对经济性的考虑.2）双母线接线优点:供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母线故障后，能迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便.缺点:接线复杂,设备多,母线故障有短时停电.通过该接线优缺点的分析,可见,在方案一和方案二中的应用此接线方式,主要是因为它对供电可靠性的保证.即是说,当一母线故障或检修的时候，由母联断路器向另一母线充电,直到完成母线转换过后，在断开母联断路器,使原工作母线退出运行.缺点是当母线故障或检修的时候,会有短时停电.但是对于方案中的用户侧是可以考虑的.3）双母线带专用旁路接线优点：增加了一条旁路，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作,使该回路不致

6、停电,极大地提高了可靠性。对于220kv这样比较重要的一侧，可以考虑使用此种接线方式。缺点：接线比较复杂,并且增加了一条旁路的投资及费用。4）3/2接线优点：运行时，两组母线和全部断路器都投入工作，形成环状供电，具有较高的供电可靠性和运行灵活性。检修母线或回路断路器时不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，调度和扩建方便。缺点：当出线较多时，断路器的数量较多，造价高，二次控制复杂。通过对该接线优缺点的分析，可见，在方案二中采用该种接线方式，主要是为了提高供电的可靠性.但此类接线造价比较高，所以，一般只在大容量变电站中使用.从上述的比较可以看出,三种接线从技术的角度来看主要的区别是在可靠性上，双母线比

7、单母线可靠性高，3/2接线比双母线的可靠性更高.但对于220kv地区性变电站来说，双母线接线的可靠性已能达到要求,.因此这两种方案都可以采用,这需要比较两个方案的经济性.1.2.2方案经济性比较（1）从电气设备的数目及配电装置上进行比较 方 案项 目方案一方案二220kv配电装置双母线带旁路3/2接线110kv配电装置双母线带旁路双母线带旁路35kv配电装置单母线分段双母线主变台数22断路器的数目220kv66110kv 101035kv 1111隔离开关的数目220kv1916110kv353535kv2030（2）假设主体设备的综合投资如下主变（选择计算过程见第二章）主变容量mva每台主变

8、的参考价格(万元/台)变压器的投资(万元)904002400800220kv侧断路器每台断路器的参数价格(万元/台)方案一断路器投资(万元)方案二断路器的投资(万元)10561056306105630220kv侧型隔离开关每台隔离开关的参数价格(万元/台)方案一隔离开关投资(万元)方案二隔离开关的投资(万元)5.5195.5104.5165.588110kv侧型断路器每台断路器的参数价格(万元/台)方案一断路器投资(万元)方案二断路器的投资(万元)6510656501065650110kv侧型隔离开关每台隔离开关的参数价格(万元/台)方案一隔离开关投资(万元)方案二隔离开关的投资(万元)2.5

9、352.587.5352.587.535kv侧型断路器每台断路器的参数价格(万元/台)方案一断路器投资(万元)方案二断路器的投资(万元)301130330113033035kv侧型隔离开关每台隔离开关的参数价格(万元/台)方案一隔离开关投资(万元)方案二隔离开关的投资(万元)1.7201.734.0301.751.0配电装置接线方式单母分段双母线3/2接线双母带旁路投资(万元)56094025001410综合投资方案一 方案二主体设备总投资(万元)2400630104.565087.533034.0560141014106016.024006308865087.533051.094025001

10、4107486.5综合投资(万元)z(1)6016.0（10.7）10227.2z(1)7486.5（10.7）12727.05(3)计算年运行费用u uaawy (万元)式中:w检修、维护费,取0.025z y折旧费,取0.05za电能电价, 0.65元/kwh（家庭用电跟工商业用电的电价不同,因此取一个大概数）a变压器电能损失(kwh)三绕组变压器an(k)t(k)()式中: n台数,t三绕组变压器的年运行小时数,k无功经济当量,系统中的变压器取0.15 分别为三绕组变压器的空载有功损耗和空载无功损耗 kw 设 为最大负荷。主变的参数如下表：空载损耗负载损耗空载电流（%）阻抗电压%高中高低

11、中低923900.814.424.27.80.89007200.5（+）=15.415.490033600=0.5（+）=11900900=0.5（+）=8.8 8.8240021120t8000, 查表得=2750an(k)t(k)()292+0.157208000+0.25390+0.15(33600-900+21120)275012221731.7方案一与方案二的年运行费用：方案一：aa0.025z+0.05z12221731.70.6510227.20.025+0.0510227.27944892.645万元方案二：aa0.025z+0.05z12221731.70.6512727.0

12、50.025+0.0512727.057945080.134万元 小结：有以上分析得，年运行费用，所以从经济上方案一优于方案二。1.2.3最终方案的确定综合技术分析及经济分析可得，虽然在220kv侧3/2接线(方案二)的可靠性和灵活性均优于220kv侧双母线带旁路(方案一)，但从技术上双母带旁路(方案一)已经可以很好地满足实际需求，而在经济上方案一又优于方案二，所以最后确定选择方案一。第二章主变的选择2.1选择原则变电站主变容量，一般应按510年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质，电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，应考虑当1台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内

13、，应满足一类及二类负荷的供电。对一般性变电站，当1台主变压器停运时，其余变压器容量，其余，变压器容量应满足全部负荷的60%70%。1） 相数 容量为300mw及以下机组单元接线的变压器和330kv及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。2）绕组数与结构 电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。 在一发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。3）绕组接线组别 变

14、压器三绕组的接线组别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”。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组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。4）调压方式为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，对于220kv及以上的降压变压器也仅在电网电

15、压有较大变化的情况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。5）冷却方式电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。2.2容量计算及选型本所有三个电压等级：220kv、110kv、35kv，所以采用三绕组变压器，其中110kv 和35kv两个负荷等级，其最大负荷分为88mw和16mw，功率因数均为0.8，则主变总容量：=(112/0.84/0.8)=145（mva）需要选择的变压器容量：s=0.6145=87（mva）所以，选择两台容量为90mva的主变，主变总容量为180mva查手册，选

16、出的设备如下表：三绕组有载调压变压器sfpsz7-90000/220额定容量kva容量比电压比组别空载损耗(kw)负载损耗(kw)阻抗电压%高-中高-低中-低90000100/100/10022081.25%/121/38.5yn，yn，d119239014.424.27.8第三章变电所所用电接线及所用变选择3.1 所用电源数量及容量1) 枢纽变电所总容量为60mva及以上的变电所装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的边点所，均装设两台所用变压器.采用整流操作电源或无人值班的变电所,装设两台所用变压器,分别接在不同等级的电源或独立电源上.如果能够从变电所外引入可靠的380v备

17、用电源，上述变电所可以只装设一台所用变压器.2) 220kv变电所装设两个工作电源.当主变压器为两台时,可以分别接在每一台主变压器的第三绕组上。两台所用变压器的容量应相等,并按全所计算负荷来选择.当建设初期只有一台主变压器时,可只接一台工作变压器.3) 当设有备用所用变压器时,一般均装设备用电源自动投入装置.3.2所用电源引接方式1) 当所内有较低电压母线时,一般均由这类母线上引接12个所用电源,这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。如能由不同电压等级的母线上可分别引接两个电源,则更可保证所用电的不间断供电.当有旁路母线时,可将一台所用变压器通过旁路隔离开关接到旁路母线上。正常运行时

18、,则倒换到旁路上供电.2) 由主变压器第三绕组引接,所用变压器高压侧要选用大断流容量的开关设备，否则要加装限流电抗器。3) 由于低压网络故障机会较多,从所外电源引接所用电源可靠性较低.有些工程保留了施工时架设的临时线路，多用于只有一台主变压器或一段低压母线时的过度阶段.3.3 所用变压器低压侧接线所用电系统采用380/220v中性点直接接地的三相四线制,动力与照明合用一个电源. 1) 所用变压器低压侧多采用单母线接线方式.当有两台所用变压器时,采用单母线分段接线方式，平时分列运行，以限制故障范围,提高供电可靠性.2) 220kv变电所设置不间供电装置，向通讯设备交流事故照明及监控计算机等负荷供

19、电,其余负荷都允许停电一定时间,故可不装设失压启动的备用电源自投装置,避免备用电源投合在故障母线上扩大为全所停电事故.3) 具备条件时,调相机专用负荷优先采用由所用变压器低压侧直接支接供电的方式.3.4站用电接线 站用电接线应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、安全、经济地运行。 变电站的站用电源，是保证正常运行的基本电源。通常不少于两个。其引接方式有两种：一种是从母线侧引入，另一种是从主变低压侧引入。本站由于没有具体说明，因此采用通过断路器和隔离开关从主变的低压侧即35kv侧引入。 本站用电负荷为p=0.2mw,co

20、s=0.8，则所需总容量: s=p/0.8=250kva本站是地区性变电所。所以，采用暗备用的方式，两台变压器相互备用，当一台退出运行时，由另一台承担负荷。因此选择两台315kva变压器接入，为此，查手册，选出站变，如下表：型号高压kv低压kv组别空载损耗负载损耗空载电流as7315/35355%0.4y，yn00.765302.0第四章 电气设备选择计算4.1断路器选择计算(以220kv侧详细说明)本设计任务中考虑到检修、维护方便，220kv及110kv均选同型产品1、220kv侧断路器1）额定电压选择： = 1.15=220kv1.15 = 253kv2）额定电流选择：考虑到变压器在电压降

21、低5%时其出力保持不变，所以相应回路的=1.05ie 即：= = 0.496ka= 0.496ka3）按开断电流选择：i = 2.129ka 即2.129ka4）按短路关合电流选择： = 5.429ka 即5.429ka额定开断时间0.07s额定闭合时间0.2s固有分闸时间=0.040s燃弧时间取0.05s额定开断电流为 =21ka额定闭合电流峰值 =53ka动稳定电流峰值=53ka4s热稳定电流21ka根据以上数据可以初步选择sw6220型sf6断路器其参数如下：额定电压：220kv最高工作电压=252kv额定电流=1.2ka5）校验热稳定，取后备保护为0.15s= + = 0.040 +

22、0.05= 0.09s = +0.15=0.09+0.15=0.24s= i2 = 2.12920.24 = 1.088ka2s= t = 2124 = 1764ka2s 即 满足要求6）检验动稳定： = 5.429ka qd 满足要求3）检验动稳定：=5.429ka =80ka 即： 满足要求由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路电流的校验。由上述计算表明，选择gw7220d型隔离开关能满足要求，列出下表： 设备项目gw7220d产品数据1600a2978ka2.s80ka2、110kv、35kv侧隔离开关选择同理，可以选出其他两侧的隔离开关：选择结果列表：产品参数设

23、备类型额定电流（ka）热稳定电流（ka）动稳定电流（ka）220kv侧：gw7-220d1.6 21(5s)80 110kv侧：gw4-110d1 23.7(4s)80 35kv侧： gw4-35gk 2 25(3s) 804.3 35kv电压互感器选择35110kv配电装置，一般采用油浸式绝缘结构的电压互感器。按一次回路电压选择0.9u1u11.1u1由31.5kv=992a3)热稳定校验 tk =tkd +tb =0.075 +0.05=0.225s 同样，因为tk1s，故要考虑非周期分量，查周期分量等值时间曲线表：tp =0.15s(周期分量的等值时间)tnp =0.05s（非周期分量的

24、等值时间） tdz=tp+tnp=0.15+0.05=0.2s（短路等值时间）4) 运行时导体最高温度： =0 + (y0)( igmax/ iy)2 =40+(70-40)(992/1566)2=52.04705)根据52.04，查表得c =94 满足短路时发热的最小导体截面 smin=76.69 mm2501.2 mm2 即能满足要求 设备项目lgj-400/20产品数据igmax kiy251566assmin250.6mm22、220kv、35kv侧母线选择同理，可得其他两侧母线导体：选择结果列表：产品参数设备类型计算经济面积（）铝部总面积（）igmax（a）220kv侧2lgj-40

25、0760 480469110kv侧2lgj-400/20824501.2156635kv侧2lgj-500/35+6lj-1852064355317204.7支持绝缘子及穿墙套管的选择1）支柱绝缘子选用防污型棒式支柱绝缘子，型号为zs-220/10k,技术参数为额定电压220kv，干耐受工频试验电压不低于495kv, 湿耐受工频试验电压不低于395kv，全波冲击试验电压幅值电压不低于950kv，抗弯10kn,抗扭4kn。动稳定校验取总高h2100mm，计算跨距=1m，相距a0.7m = =491.2n=600n即0.6fde满足任务要求2)穿墙套管母线的额定电压ve220kv，额定电流ie=4

26、96a选用油纸电容式穿墙套管，型号为crw-220/1600,其技术参数为，最高工作线电压为252kv，相电压为146kv，额定电流为1600，抗弯强度不小于3kn. =1655n=1800n即0.6fde满足要求同理选择出其他侧的绝缘子和套管：绝缘子：产品参数设备类型绝缘子调度（mm）机械破坏负荷（kg）220kv侧zs-2202100400110kv侧zs-110106085035kv侧：zs-3520643553穿墙套管：产品参数设备类型额定电流（a）套管长度（mm）机械破坏负荷（kg）220kv侧cr-220120055004000110kv侧-11012003700400035kv侧

27、： 60009424000第五章 主变电器的继电保护配置5.1配置原则1)系统继电保护及自动装置继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站继电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠性、快速性、灵敏性、运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平。 2)继电保护配置原则根据gb14285继电保护和安全自动装置技术规程中有关条款继电保护二十五项反事故措施要点、电力系统继电保护教材。3)220千伏系统 220千伏线路配置高频距离保护，要求能快速反应相间及接地故障。对于220千伏双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，性能

28、良好的故障录波装置。4)110千伏系统 110千伏线路配置阶段式距离保护，要求能反应相间及接地故障。对于110千伏双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，性能良好的故障录波装置。 5)主变压器保护电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备,它的故障将对供电可靠性和系统正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的设备,因此必须根据变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。变压

29、器的不正常工作状态主要由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低。对于上述故障和不正常工作状态变压器应装设如下保护： a) 为反应变压器油箱内部各种短路和油面降低，对于0.8mva及以上的油浸式变压器和户内0.4mva以上变压器,应装设瓦斯保护。b) 为反应变压器绕组和引线的相间短路,以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路,应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3mva及以上并列运行变压器和10mva及以上单独运行变压器, 以及6.3mva及以上的所用变压器,应装设纵差保护。c) 为反应变压器外部相间短路引起的过电流和同时作为瓦斯、纵差保护(或电流速断保护)的后备应装设过电流

30、保护.例如,复合电压起动过电流保护或负序过电流保护。 d) 为反应大接地电流系统外部接地短路,应装设零序电流保护。 e) 为反应过负荷应装设过负荷保护5.2变电所主变保护的配置电力变压器是电力系统的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统的连续稳定运行，特别是大型电力变压器，由于其造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭到损坏，其修复难度大，时间也很长，必然造成很大的经济损失。所以，本设计中主变保护配置如下：a）主变压器的主保护1、瓦斯保护对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路

31、器。该保护采用qj-80型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板,两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油

32、流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用。2、差动保护对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。b）主变压器的后备保护1、过流保护为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。而本次所设计的变电所，电源侧为220kv和110kv，即可装设两套过电流保护，一套装在中压侧110kv侧并装设方向元件，电源侧22

33、0kv侧装设一套，并设有两个时限ts和t，时限整定原则为tt+t，用u切除三侧全部断路器。c）过负荷保护变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经延时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。d）变压器的零序过流保护对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。参考资料1 发电厂电气部分（第三版） 中国电力出版社2

34、发电厂电气部分课程设计参考资料 天津大学水利电力出版社 3 电力系统课程设计及毕业设计参考资料东南大学水利电力出版社4 电气工程师（供配电）实务手册机械工业出版社附录短路计算1.等值电路变电所的等值电路如下图所示：220kv110kvxs1xs2s2x1x2x335kvs1d1d2d3（1）基准值在短路计算的基本假设前提下，选取基准容量sj = 100mva，vb 为各级电压平均值（230，115，37kv）（2）系统电抗（标幺值）由原始材料可知，在sj=100mva下110kv侧，利用星网变换计算得：xs24.32=0.033220kv侧：xs1xl+xxmin=24+0.1=0.145（3

35、）计算变压器各绕组电抗阻抗电压高中高低中低14.424.27.8各绕组等值电抗vs(1-2)14.4，vs（1-3）24.2，s（2-3）7.8vs1% = （vs(1-2)% + vs(1-3)%vs(2-3)%）= （14.4+24.2-7.8）=15.4vs2% = （vs(1-2)% + vs(2-3)%vs(1-3)%） = （14.4+7.824.2）=1vs3% = （vs(1-3)% + vs(2-3)%vs(1-2)%） = （24.2+7.8-14.4）=8.8各绕组等值电抗标么值为：x1 = =0.154x2 = -0.01x3 = 0.0882.各短路点短路计算220kv110kvxs1xs2s2x1x2d1d2图一s11）d1点短路35kv