220kV终端变电站电气一次系统设计课程设计

1、电力传动课程设计220kv终端变电站电气一次系统设计专 业：电力传动 学 号：201020305139姓 名：杨 耀指导老师：李自成目录目录- 1 -中英文摘要2摘要2abstract2前言31、设计目的意义32、 设计原始资料分析4正文6电气一次主接线设计61、 主接线的方案初步设计62、 方案的经济比较：93、 最优电气主接线图绘制104、 主变压器和厂用变压器的选择：10短路电流计算151、各元件参数计算152、各点短路电流的计算：173、短路电流热效应计算(采用辛卜生公式计算)：20配电装置设计221、各种类型配电装置的特点222、配电装置的基本要求233、设计的基本步骤：23防雷保护

2、设计24继电保护配置251、继电保护的基本任务252、继电保护配置253、自动故障记录装置28结束语29参考文献3027姓名：杨耀 学号：201020305139 专业：电力传动一班 指导老师：李自成中英文摘要 摘要220kv终端变电所工程电气一次初步设计，主要包括以下内容：在对各种电气主接线比较后确定本站的电气主接线，主变压器和厂用变压器的选择，再进行短路电流计算，根据短路计算结果表选择导体和一次主要设备，画出主接线图，剖面图、防雷配置图和保护配置图。关键词： 主接线 短路计算 设备选择 防雷保护abstract220 kv electrical terminal substation pr

3、oject, a preliminary design mainly includes the following contents: after comparing to all kinds of the main electrical wiring to determine the site of the main electrical wiring, the choice of the main transformer and the transformer factory, short-circuit current calculation, according to the resu

4、lt of short circuit calculation table to select a conductor and a major equipment, draw the main wiring diagram, profile, lightning protection configuration diagram and the protection configuration diagram.keywords: the main wiring short circuit calculation equipment selection lightning protection 前

5、言1、设计目的意义课程设计是在完成全部专业课程的基础上的最后一个理论与实践相联系的一个重要教学环节；是全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的综合训练；是培养学生综合素质和实践能力的过程。对培养工作态度、作风和独立能力具有深远的影响。通过毕业设计，可以培养我们运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神。本次所设计的课题是某220kv变电所电气初步设计，该变电所是一个地区性终端变电电所，它主要担任110kv及35kv两电压等级功率输送，把接受功率全部送往110kv侧和35kv侧线路。系统容量sxt=3500mva；系统电抗xxt=0.45 ；与系统连接的线路长度65km ；c

6、os =0.85；110kv出线4条；总负荷65wm；最大设备利用小时tmax=6000h。35kv侧出线有6条，总负荷为30 wm，同时35kv侧作为站用电源接两台变，互为备用，110kv到负荷地的距离为50km，35kv到负荷地的距离为20km电缆。接题目后，先审题，然后根据题目的要求查了大量的资料。第一步，拟订初步的主接线图，列出可能的主接线形式，各种方案进行比较，最后确定两个最有可能的主接线形式，再做经济性比较，最终确定方案。第二步，经过精确的计算，然后选择了主变压器和厂用变压器。第三步，短路计算和做短路计算结果表。第四步，导体和设备的选择及其校验，做设备结果表。第五步，继电保护，配电

7、装置和防雷接地的布置，通过这次设计将理论与实践结合，更好的理解电气一次部分的设计原理。2、 设计原始资料分析本次的设计任务是：设计一座220110/35kv终端变电站的电气主接线和配电装置，防雷保护和接地装置、继电保护的配置规划。设计的重点是对变电站电主接线的拟定以及配电装置的布置。设计的内容包括：1、电气主接线方案的设计；2、短路电流计算；3、导体、电气设备选择及校验；4、设计配电装置；5、设计防雷保护和接地装置6、继电保护的配置规划；7、按设计方案绘制电气一次主接线图、配电装置的平面布置图、断面图以及防雷图。本次设计已知的基本条件：变电站的设计题目：设计一座11035/10kv通过变电站的

8、电气一次部分。110kv出线有4回出线（末端无电源），其总负荷为65mw，35kv出线6回，总负荷为30mw。1、系统容量： sxt=3500mva；2、系统电抗：xxt=0.45；3、与系统连接的线路长度65km；4、最大设备利用小时tmax=6000h；5、站址海拔：1000m；6、地震烈度：7度以下；7、本地污秽等级：2级；8、年最高气温38；年平均气温15；月平均最低气温-2；9、风速：2.5m/s；10、功率因数为：0.85。通过对变电所原始资料的分析，根据设计任务书的要求，利用相关论文和参考资料，并结合设计工具书进行了电气主接线方案的论证与技术经济比较，同时对可能引起系统故障的短路

9、情况进行了计算；另外由电气设备的选择校验技术条件和设计要求，用短路电流的计算结果，选择并校验了导体和电气设备；并根据变电站的类型和总体布置对选定的主接线方案进行高压配电装置设计，进一步查阅电测量仪表规程，对仪表规划设计，对主设备进行保护规划配置设计，进行避雷器的选择，接地网的设计等。正文 电气一次主接线设计1、 主接线的方案初步设计（一）原始资料分析已知待设计变电站：系统容量sxt=3500mva；系统电抗xxt=0.6 ；与系统连接的线路长度35km ；cos =0.85；110kv出线4条；总负荷65wm；最大设备利用小时tmax=6000h。35kv侧出线有6条，总负荷为30 wm，同时

10、35kv侧作为厂用电源接两台厂用变，互为暗备用，变电站不受场地限制，按标准状态设计。通过对原始资的分析，查阅相关设计手册，依据设计任务书提供的技术参数，进行主接线方案的初步比较。（二）主接线方案的初步比较1、220kv侧主接线选择本设计是设计终端变电站，有三个电压等级，220kv，110kv，35kv。110kv侧有4条负荷数，总负荷为65mw，35kv侧有6条负荷数，总负荷为30mw，由负荷数可以确定该变电所主接线采用以下两种方案：方案一220kv采用单母分段接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断开本回路的断路器，单母分段接线使用与于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且有穿

11、越功率经过的变电所的功能。110kv母线上近期负荷为4回出线，采用单母接线形式，根据发电厂电气部分可知，3560kv配电装置中，当线路为3回以上的，一般采用单母线或单母线分段接线。若连接电源较多，出线较多，负荷较大时，可采用双母接线形式。35kv采用单母分段接线方式，根据电力工程电气设计手册第一册可知，在1035kv配电装置中，线路在6回及以上时，一般采用单母分段的接线方式，当短路电流较大，出线回数较多，功率较大等情况时，可采用双母分段接线形式。通常，不设旁路断路器。其接线特点：1）110kv采用外桥接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断开本回路的断路器，外桥接线使用与于线路较短

12、，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越功率经过的变电所。2）35kv采用单母接线形式，供电可靠，轮流检修母线时，会停止对用户的供电，工作母线发生故障时，能利用备用母线使无故障电路迅速恢复正常工作。3）10kv出线比较多，所以也采用单母分段形式。单母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到相同的母线上，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，占地面积大，一般当连接的进出线回路数在11回及以上时，一

13、般采用分段接线形式。方案二110kv采用内桥接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断开本回路的断路器，内桥接线使用与于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越功率经过的变电所。35kv母线上近期负荷为6回出线，易采用双母接线形式，根据电力工程电气设计手册第一册可知，3560kv配电装置中，当线路为3回以上的，一般采用单母线或单母线分段接线。若连接电源较多，出线较多，负荷较大时，可采用双母接线形式。10kv可采用单母分段接线方式，根据电力工程电气设计手册第一册可知，在610kv配电装置中，线路在6回以上时，一般采用单母分段的接线方式。其接线特点：1）110kv采用外桥接线方式，

14、当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断开本回路的断路器，外桥接线使用与于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越功率经过的变电所。2）35kv采用双母接线形式，供电可靠，轮流检修母线时，不会停止对用户的供电，工作母线发生故障时，能利用备用母线使无故障电路迅速恢复正常工作。3）35kv侧采用单母线分段的接线形式，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。当一段母线发生故障，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。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交

15、叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。2、 方案的经济比较：可靠性：两种接线形式110kv和35kv侧接线方式是一样的，区别就在10kv侧上，第一种方案采用双母线分段接线形式，可靠性比较高，检修一母线时，不会停止对用户连续供电，而且还可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元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。灵活性：两种方案扩建都比较的方便，且操作比较的简便。经济性：第二种方案经济性要好点，因为只有一条母线，节省了投资，还少了隔离开关，间隔的布置和继电保护的配置都简单。总结：因为首先要保证可靠性，综上所述变电站的主接线图在220kv侧、110kv侧、35kv侧

16、都采用单母分段的方案3、 最优电气主接线图绘制4、 主变压器和厂用变压器的选择：1. 主变台数由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区220kv 通过变电所，它是以 220kv 受功率为主。把所受的功率通过主变传输至 110kv 及 35kv 母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。 为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护

17、和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。 在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因

18、素，该所选择三绕组变压器，确定该站主变台数为2台。 根据前述和变电站电气主接线，确定该站主变台数为2台。2、容量根据设计任务书所给的出线负荷和所选的接线方式，选择容量及型号相同的2台主变，容量按如下公式确定：主变容量sn来确定sn：所要选则的主变容量sjs：按0.8倍的经验公式计算容量p1：110kv供出有功负荷p2：35kv供出有功负荷3、根据电力工程电气设计手册电气一次部份第1册第272页，因所给条件没有说明运输的特别限制，按正常运输条件选则，故选择三相电力变压器。4、绕组数的确定在电力系统中，三个及以上不同电压等级需要互相连接时，或具有三种电压的降压变电站，需要由高压向中压和低压供电，或

19、高压和中压向低压供电时，应选用三绕组变压器，故选用三绕组变压器。5、连接组别的确定变压器三相的接线组别必须和电力系统的相位一致，否则，不允许并列运行。我国110kv及以上电压，变压器三相绕组都采用“yn”连接。根据系统和或机组的同步并列要求及限制三次谐波对电源的影响因数，所以，该站主变连接组别选定为：yn，yn，d116、根据以上分析条件，查电力工程电气设计手册电气一次部份1上册p240选择：ssps-90000/220型变压器，参数如下：额定容量（kva）额定电压（kv）阻抗电压（%）90000/90000/90000高压中压低压高-中高-低中-低22081.2512138.514247.5

20、空载损耗（kw）88接线组别yn，yn，d11短路损耗（kw）280（高中）质量（吨）油重40空载电流（%）0.8器身74.3参考价格（万元）120运输重量129外形尺寸1442630807205总质量1519轨距（横向/纵向）20002/1435贵阳变压器厂二、站用变的选择：2、站用变压器容量按下式确定：式中：厂用变计算负荷（mva） 中压侧负荷（mw） 低压侧负荷（mw） 变电站平均功率因数该站站用变考虑室外布置，则站用变压器容量的选择条件：=式中：站用变容量（kva） 布置系数，室外布置时取1.04，室内布置时取1.04 温度校正系数，室外布置时取0.97，室内布置时取0.99查电力工程

21、电气设计手册电气一次部份1上册p399页选用s9800型标准变压器两台，额定容量800kva，高压侧电压38.55%kv，低压侧电压0.4kv，联接组别为yyn0，其相关电气技术参数列表如下：额定容量（kva）额定电压（kv）阻抗电压（%）8800高压低压空载损耗（w）38.55%0.4短路损耗（w）接线组别y，yn0质量油重685公斤空载电流（%）器身1615公斤外形尺寸231012152662总质量2525公斤短路电流计算1、各元件参数计算作如下图所示等值电路图，取基准容量，导线平均电阻取r0.4/km，按已知条件作各元件的阻抗计算： 系统阻抗： 电源线路阻抗： 主变三侧阻抗：由主变参数可

22、知：，则 110kv出线阻抗： 35kv出线阻抗： 站用变电抗：2、各点短路电流的计算： 点短路：转移电抗：计算电抗：3查电力工程电气设计手册电气一次部份1上册p135表 则有名值：，冲击电流：短路容量：全电流最大值： 点短路：转移电抗：计算电抗：3此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减冲击电流：短路容量：全电流最大值： 点短路：转移电抗：计算电抗：3此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减冲击电流： 短路容量：全电流最大值： 点短路：转移电抗：计算电抗：3此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减冲击电流： 短路容量：全电流最大值： 点短路：转移电抗：计算电抗：3此时可将系统等效

23、为无限大系统，短路电流不衰减冲击电流： 短路容量：全电流最大值： 点短路：转移电抗：计算电抗：3此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减冲击电流： 短路容量：全电流最大值：3、短路电流热效应计算(采用辛卜生公式计算)：1、 辛卜生公式短路电流带来的发热量： (ka2)辛卜生公式短路校验时间继电保护动作时间断路器全开断时间因为本设计为220kv通过变，所以取tk=4s，而规程规定tk1s时，可不计，此时，完全采用辛卜生公式进行计算。2、各短路电流发热量的计算：从前面的计算中可看知d2、d3、d4、d5、d6点的都大于3，则：。一、 制作短路计算结果表： 短路点计算值d1d2d3d4d5d6u

24、n220110350435115xd0.03740.1780.178910.1780.76290.3299xjs1.3096.2626.262356.2626.70211.55i(ka)6.491.4038.7214.192.041.52i1(ka)7.3011.4038.7214.192.041.52i2(ka)7.3451.4038.7214.192.041.52ish(ka)6.5493.87822.2436.185.23.88ich(ka)9.7992.1213.1721.423.082.29s d(mva)2472.949534.59528.69.83123.66289.59qk(k

25、a2s)104.833.94152.08402.78.324.62配电装置设计配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，又开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。1、各种类型配电装置的特点1、屋内式配电装置的特点：、屋内配电装置允许安全净距小，可分层布置，使占地面积小；、维护、巡视和操作在室内进行，不受气候影响；、外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量；、房屋建筑投资较大；2、屋外式配电装置的特点：、土建工作量和费用较小，建设周期短；、扩建比较方便；、相邻设备间距较大，便于带电作业；、占地面积大；、受外界环境影响，设备运行

26、条件差，须加强绝缘；、不良气候对设备维修和操作有影响；3、成套式配电装置的特点：、电器布置在封闭、半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；、所有电气元件已在工厂组装成一体，大大减少现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁；、运行可靠性高，维护方便；、耗用钢材较多，造价较高；2、配电装置的基本要求配电装置的型式选择，应考虑所在地区的地理情况和环境条件，因地制宜、节约土地、并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35kv及以下的配电装置宜采用屋内式；110kv及以上多为屋外式。配电装置应满足以下基本要求：1）、配电装

27、置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，如节约土地等。2）、保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选 择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；3）、便于检修、巡视和操作；4）、在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；5）、安装和扩建方便。6）、配电装置的最小安全距离220kv屋外配电装置的安全净距符 号a1a2b1b2cd安全净距（）1800200025501900430038003、设计的基本步骤：（1）、根据配电装置的电压等级、电器的形式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因数选择配电装置的形式；（2）、拟订配电装置的配置图；（3）、按照

28、所选设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照配电装置设计技术规程的有关规定，并参照各种配电装置的典型设计。防雷保护设计雷电放电所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁感应，机械效应和热效应。从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是：雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，有时也称为大气过电压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一；雷电放电所产生的巨大电流，有可能使被击物体炸毁，燃烧，使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。变电站是电力系统的枢纽网络，一旦发生雷害事故，往往导致变压器等重要电气设备的损坏，并可能造成全站对外送电，严重影响电网

29、和电站的安全和经济效益。所以变电站的防雷保护必须很可靠。电气设备在运行过程中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参数发生变化时电磁能产生振荡，积聚而引起的内部过电压两种。雷电过电压又可分为直击雷过电压，感应雷过电压和侵入雷电波过电压三种；内部过电压分工频过电压，谐振过电压和操作过电压。为保证电力设备和人身的安全，电气设备宜接地或接零。发电厂、变电所的直击雷过电压保护，可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊接成网等。继电保护配置继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。1、继电保护的基本任务自动、迅速、有选择性地将故障

30、元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发信号，减负荷或跳闸。此时，一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。动作于跳闸的继电保护，在技术上应满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。此外，还应考虑从国民经济的整体利益出发，按被保护元件在电力系统中的作用和地位来确定保护方式。而不能只从保护装置本身的投资来考虑，这是因为保护不完善或不可靠而给国民经济造成的损失，一般都远远超过即使是最复杂的保护装置的投资。同时还

31、要注意，对较为次要电气元件，也不应该装设过于复杂和昂贵的保护装置。2、继电保护配置根据设计任务书和继电保护设计技术规程要求，本次所设计变电站电气设备继电保护和自动装置配置情况如下一、主变压器继电保护1、主保护纵差保护：作为变压器的主保护，反应变压器外部故障，如绝缘套管及其引出线上发生的单相接地短路等，动作于跳主变三侧。瓦斯保护：作为变压器的主保护，反应变压器内部故障，如油箱内匝间短路、及油面降低等，轻瓦斯保护动作于发信，重瓦斯动作于跳主变三侧。主保护动作于无时限切除三侧断路器。后备保护：220kv侧复合电压闭锁过电流保护（双时限），以较短的时限跳桥连断路器，较长的时限跳线路断路器、主变中、低压

32、侧断路器。保护区延长作为中、低压侧母线后备保护。防止变压器外部相间短路并作为差动和瓦斯保护的后备的过电流保护动作于跳主变三侧断路器220kv中性点直接接地零序过流保护，第一时限跳高压侧，第二时限跳三侧。220kv中性点不直接接地零序过流保护，第一时限跳高压侧，第二时限跳三侧。110kv侧复合电压闭锁的方向过电流保护，带时限跳三侧断路器。防止变压器外部相间短路并作为差动和瓦斯保护的后备的过电流保护，第一时限跳分段断路器，第二时限跳本侧断路器。保护区延长作为该电压等级出线后备保护。35kv侧复合电压闭锁的方向过电流保护，带时限跳三侧断路器。防止变压器外部相间短路并作为差动和瓦斯保护的后备的过电流保

33、护，第一时限跳分段断路器，第二时限跳本侧断路器。保护区延长作为该电压等级出线后备保护。3、发信保护过负荷保护：主变压器三侧均装设动作于发信的过负荷保护，轻瓦斯保护、温度异常、压力异常动作于发了预告信号。4、其他保护：如主变油面温度高绕、组温变高作用于延时发信号，达到时定时限时跳主变三侧。二、母线继电保护： 220kv、110kv母线保护1、母差保护：母线的主保护，反映母线相间故障，作用于无时限跳母线两侧断路器及母联断路器。2、复合电压起动的过电流保护：母线的后备保护，作用于延时跳母线两线两侧断路器及母联断路器。3、电流回路断线闭锁保护：在电流互感器二次回路断线时发出信号。4、断路器失灵保护：后

34、备保护，在断路器拒动时起动，其动作时间大于断路器跳闸时间及保护装置返回时间之和，作用于跳闸。（仅220kv装设）三、线路继电保护（一）220kv线路保护： 1、闭锁式高频保护：输电线路主保护，全相运行条件下能正确反应各种不对称短路。在三短路时，只要不对称时间大于57ms，保护可以动作，作用于线路断路器跳闸。2、三段式距离保护：输电线路主保护，反映输电线路相间故障，根据故障点距变电站距离的远近选择相应的运作段及时限，作用于线路断路器跳闸。3、零序保护：输电线路主保护，反映输电线路单相故障，根据故障电流的大小来动作。4、断路器失灵保护跳闸（二）、110kv线路保护： 1、三段式距离保护：输电线路主保护，反映输电线路相间故障，根据故障点距变电站距离的远近选择相应的运作段及时限，作用于线路断路器跳闸。2、零序保护：输电线路主保护，反映输电线路单相故障，根据故障电流的大小动作。（三）、35kv线路保护：1、限时电流速断：当线路上的电流超过一定的允许值，该保护立即动作切除故障，跳开断路器。2、过流保护：当线路发生相间故障时，电流会突然增大，电压突然下降，过流保护就是按线路选择性的要求，有选择性的切除故障线路。四、其它保护1、站用变