220kV变电站设计讲解

1、220kV终端变电站电气主接线及配电装置设计毕业设计说明书昆明理工大学电气工程及其自动化专业二00八年十月毕业设计（论文任务书 电力工程学院电气工程及其自动化专业2006级学生姓名：梁勇 学号:06418613119毕业设计（论文题目:220kV终端变电站电气 一次主接线及配电装置设计 毕业 设计（论文内容:220kV终端变电站电气一次 与系统分析;220kV终端变电站电气一次 电气主接线方案比较、设计，绘制电气主 接线图;短路电流计算；220kV终端变电站电气一次 导体和电气设备选择设计；220kV终端变电站电气一次 高压配电装置设计，绘制配电装置平面布置图、断面图；220kV终端变电站电气

2、一次 过电压保护及防雷规划设计220kV终端变电气一次 继电保护配置规划设计，绘制保护配置图；编制设计说明 书。专题内容:设计题目220kV终端变电站电气一次系统设计 变电站设计参数：220kV最终两回进出线电压kV)站用电率(%)电源距离(km)Tmax(h)系统容虽(MVA)Xd*2200.656535000A5负荷数总负荷(MW)即离(km)电缆蹈离km)cos4HOkV3?kV110kV35kVnokv35kV35kV40.85斗6653050201设计自然条件:海拔：1000m v,本地区污秽等级:2级，地震烈度：7级,最 大风速：2.5/m s最高 气温:38C最低气温:2C -,

3、平均温度:15C设计(论文指导教师(签字：主管人(签字:2 0 0 8年10月25日器设备及导体的选择,27第四章配电装置设计目录4IIr J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J 摘要5JJ J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J前言,6第一章变电站主接线设计,7第二章短路电流计算,19第三章电54第五章防雷保护，摘要59 第六章保护装置68结论72门，门门门门门，门门门门门门门门 * J总结与体会73谢辞74门，门门门门门，门门门门门门门

4、门 *1参考文献75220KV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刖言一设计目的意义毕业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

5、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 ; 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,

6、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。 通过毕业设计应达到以下要求：熟悉国家能源开发的方 针政策和有 关技术规程、规定、导则等，树立工程设计必须安全、可靠、经济的观 点;巩固并充实所学基础理论和专业知识，能够

7、灵活应用，解决实际问 题;初步掌握电 气工程专业工程的设计流程和方法，独立完成工程设计、 工程计算、工程绘图、编 写工程技术文件等相关设计任务,并能通过答辩；培养严肃认真、实事求是和刻苦钻研的作风。二设计原 始资料分析本次的设计任务是：设计一座220/110/35KV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、

8、配电装置的平面布置图、断面图以及防雷图（图纸见附页；8、写设计说明书一份本次设计已知的基本条件：变电站的设计题目：设计一座110/ 35/10KV通过变电 站的电气一次部分。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38C;年平均气温15C;月平均 最低气温 2C; 9、风速：2.5m

9、/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、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 技术规程，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。最终对本次设计的相关部分展开专题综述。编制了设计说明书，计算书，绘制了主接线图，平面图和断面图。第一

10、章电气一次主接线设计一.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T max =6000h。35KV侧出线有6条，总负荷为30 WM,同时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。据以上资料分析，该变电站属地区通过变电站，对所属电网的供电 可靠与否有十分重要的作用，全站停电后

11、，将引起区域电网解列。依据发电厂电气部分P21页,对重要变电站，应考虑当一台主变压器停运 时，其余变压器容量在计及过负荷能力 允许时间内，应满足I类和II类负荷的供电;对一般性变电站，当一台主变压器停运 时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%-80%。通过对原始资料的分析，查阅相 关设计手册，结合该站供电负荷情况，220KV系统电源进线选择两条。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。J I r t1、220kV侧主接线选择（表-12、110KV侧主接线选择110KV出线4条，负荷65MW （表-2方案名称缺点适用范IM冬注1I林冷忙殍nt分从小H

12、W遇訂滇 电.即AtUMRA)4l 却阳发4检a. OaKMXfl as歓At*民.ft为小诧wm rti. itiAKA 債电的Mm4饕熬0檳解停电UllftillWIttt. FX；ttMAanntn MMrttt朗阿内M5KXRRtJCrHW airte tan j110 220K 配电K*M. 氓搐力3 4M!4ftft*址心姑1:n 、I2. aWttuwmja.施淹 .不公 停MWWfl供 u1作坪线发住 ttH 用邙线H!人砂电 1. 倍.CFFtt.ftlHA.IE 1KM*uia 越 !HiKMnr4M r110KV Iht 为5MgCl h 餐电M不 i&HifTTiiAj

13、-适用F4T3坷(I I 札！ mJ（H木/可“杓右用辄踣脯踣器兀用电F靑何隔向洛蕊的*（屮為离斤）t切挽I fl整蜚ii權点.时.打町施减如I联札占地囱110KV 】17知11占5冋及卜込1H I木姑出I甘X设瞬6M以曲线必;r U刃沖蓟岱S.J9AU投富 ffind电鮭的/地血枳HOKVU愛电站5冋堆小込川i扌I :l灿.3、35KV侧主接线选择 1抓山力握H线呦个览见检修斷路1iJLijo1 i：-iL.二匚 f.ivr駆影响MflMUj联兼节約专用就路断路器和矍十罠起刚粋定复朵、增加阳联斯路雅的员川和隔离开关仙换L作冰纬电曲为系统的1.吐连接点时.fj. life减制11 ilk系.地

14、山|积大、投资人110KV 及 IJL上人屮咽空也砧5卜1及以卜出线不适用F木站出线.但木厂可不装设呀不适川FJL_ J.L .4 jrllT加装舟路付线则r sir.S 勒* J_A AJLr kk rifF Edld6M以卜;I戲必装“d jnij/tfl-uiI 1 1 2 rtf IdL* rU*M MU$T b rtf “iiKnviABHAf4- qan申 a rrt. j nB*f.員电帶t it可誉ua牛r R4.KmiRiftriTKLi濟 r .5*；Jl.聲巾hitbuK?iH4 JUL.楼4即底“ hi ynf du掘路损耗UW)280高一中感战(吨)油重40空载电流(

15、%0-8器少74.3参专价格(万元120运输匝就129外形尺寸J4426X 3080X7205总质量1519轨距(横向/纵向2000X2/1435贵阳变压器厂站用变的选择:2、站用变压器容量按下式确定站用电率？ +=?cos（21P P S js式中:js S 厂用变计算负荷（MV A1P 中压侧负荷（MW 2P 低压侧负荷（MW ?c o s 变电站平均功率因数（6530 0.65%0.7267260.85js S MVA kVA += ?=该站站用变考虑室外布置，则站用变压器容量的选择条件为：tf js N K K S S 344( 1.040.97式中:N S 站用变容量（kV A f

16、K 布置系数，室外布置时f K取1.04室内布置时取1.04 t K 温度校正系数,室外布置时取0.97,室内布置时取0.99查电力工程电气设计手册 电气一次部份1上册P 399页选用S9 800型 标准变 压器两台，额定容量800kV A ,高压侧电压38.5 5%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：额宦容& (kVA)额定电爪(kV)阻抗电压気8800高压低压空载损耗(W)38,5 + 5%0. 4短路损耗W)接线组別Y, ynO油重685公斤空载电流(炀)器身1615公斤外形尺寸231OX 215X2662总质就2525公斤第二章短路电流计算1

17、.各元件参数计算作如下图所示等值电路图，取基准容量100, SB MVA UB Uav =,导线平均电阻取R =0.4 Q /km按已知条件作各元件的阻抗计算X t系统阻抗：1000.450.01293500B d d S X X Ss *=?=?=电源线路阻抗：11221000.40.4650.0491(230B L B S X L U =?=?=主变三侧阻抗：由主变参数可知：121323%25.5%14.9%9.1U U U -=;，则112132311%(%(25.514.99.1 15.6522U U U U -=+-=+-= 212231311%(%(3.125.514.9 9.85

18、22U U U U -=+-=+-= 313231211%(%(9.114.925.5 0.7522U U U U -=+-=+-=-111%15.651000 N U S X S =?=? =222%9.851000.10910010090B N U S X S =? =?= 333%0.751000.0083010010090B N U S X S -=?=?=-= 110kV出线阻抗：22221000.40.4500.151(115B L B S X L U =?=?=35kV出线阻抗:33221000.40.4200.584(37B L B S X L U 二

19、？=?=站用变电抗：%8100101001000.8d B T N U S X S =?=AAAhA/Wa,3r O. QD碇工1 3c2、各点短路电流的计算1d点短路：转移电抗:1110.01290.02450.14150.17892d d L X X X =+=+=计算电抗:135000.03741.309100S jSd B S X X S =? =? =373x230此时町将系统鸽边为无限大系统，短路电流不衰减(M789_ 5 58925.5895.5891.403B I kA =(冲击电流 2552.551.4033.578( sh i I kA =? =?=短路容量:2301.40

20、3534.59( d N S I MVA =?=全电流最大值:1.511.511.4032.12( ch I I kA =?= 3d 点短路:转移电抗:311310.01290.14150.02450.17892d d X X X X =+=+=计算电抗:335000.17896.262100S jS d B S X X S =? =? =3ifL?此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减1243115.5890.1789d I I I I X *=31.561B I kA =(24*35.5891.5618.72( B I I I I I kA = ? =?=冲击电流:2.552.558

21、.7222.24( sh i I kA =?=? =短路容量:358.72528.6( d N S I MVA =?=全电流最大值：1.511.518.7213.17( ch II kA =? =4d点短路：转移电抗:42210.1789d d L X X X =+=计算电抗:4350010.1789356.26100S jS d B S X X S =?=? =3此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减244110.098210.1789d I I I X *= 4144.34( B I kA =JJt/胪 Jk/中=24*30.0982144.3414.19( B I I I I I

22、kA = ? =?=冲击电流:2.552.5514.1936.18( shi I kA = ?=? =短路容量:0.414.199.82( d N S I MVA = ?=全电流最大值:1.511.5114.1921.42( ch I I kA =?=r?willfciftt X” XfJ +0.17H9+l)i5)U=0.7629讣灯电扌L X . = X.- = Q.7f2y =.2(i.73 Sf1W此时可辖廉蜕幹效刃无*大羸址.寵齬屯板彳;宜址全电流最大值：1.511.512.043.08( ch I I kA =?=6d点短路:转移电抗:630.3299d d T X X X =+=

23、计算电抗:635000.329911.55100S jS d B S X X S =?=? =3此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减246113.0310.3299d I I I X *=24*3.3011.52( I I I I kA =冲击电流:2.552.551.523.88( sh i I kA =? =?=短路容量:1101.52289.59( d N S I MVA =? =全电流最大值:1.511.511.522.29( chI I kA = ?=三、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：K P nP Q Q Q =+ (kA2P Q

24、 2:周期分量带来的发热量(kA nP ( Q 2:非周期分量带来的发热量kA222202(10( 12k P tk tk t Q I I I KA S =辛卜生公式22( nP Q I T KA S = k t 短路校验时间k j d t t t =+jt继电保护动作时间dt断路器全开断时间因为本设计为220kV通过变,所以取t k =4S,而规程规定t k 1S时,可不计nP Q ,此时K P Q Q =，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：222222122(10 (6.49107.3017.345 104.83( 1212k K tk tk t Q I I I KA

25、 S =+=?+?+=从前面的计算中可看知 d 2、d 3、d 4、d 5、d 6点的js X都大于 3, 24I I I =,则：2K k Q I t =。2223.94( k k Q I t kA S = 223152.08( k k Q I t kA S = 224402.7( k k Q I t kAS = 2258.32( k k Q I t kA S = 2264.62( k k Q I t kA S =、制作短路计算结果表路点did:山ds220HO350. 435115Xd0.0374a 1780.178910.1780.76290.32 的Xpl.3(W6.2626,2623

26、56.262650211.55t (kA)6.491.4038.7214.192M1.52ll(kA)7,3()1J M3n.7214.192ML52IX kA 7.3431.4038.7214 J 92.04i.526.5493.8782Z2436 J 85.23.88IcMkA)97992J213J72L423MS M VA)2472.949534,59528.69.83123.66289.59QukA-Sl3/)4152.OS402.78.324.62第三章电器设备及导体的选择3-1电器设备及导体选择的一般要求断路器最主要的作用是正常时用来接通或断开电路中的负荷电流，故障时用来切断短路电

27、流，起到控制和保护的作用。 因此，断路器的开断能力是表明其性能的基本指标。断路器按其灭弧介质和灭弧方式，分为多油断路器、少油断路 器、压缩空气断路、SF6断路器、真空断路器等。SF6断路器虽然价格相对较高, 但因其运行噪音低、维护工作量小、不检修间隔期长，运行稳定、安全可靠，目前在 电力系统被广泛应用。3-2最大长期工作电流的计算为了能按正常工作情况选择电气设备，首先必须进行各选择点最大长期工作电 流的计算。1、因为在主接线中220kV采用单母线分段，所以进线通过电流I maxi按下公 式计算，其中k=1.5,n为进线回路数2:12max165301.5175.98( P P I K A +=

28、 2、桥通过最大长期工作电流 I max2max 2283.43( I k A =3、主变220kV侧通过最大长期工作电流I max3max3max2283.43( I I A =4、主变110kV侧通过最大长期工作电流I max4max 4566.87(1.2 I k A k =5、主变35kV侧通过最大长期工作电流I max5max51781.59(1.2 I k A k =6 110kV母线通过最大长期工作电流I max6max6max4566.87( I I A =7、35kV母线通过最大长期工作电流I max7max581781.59( I I A =8、110kV出线通过最大长期工

29、作电流I max8max7120.41( I A =ax35/3 x35=9、35kV出线通过最大长期工作电流I max9max9116.44( I A =J3x35J3x3510、35kV站用变引流线通过最大长期工作电流 I maxlOmax111.051.0513.85( I A = 11、站用变400V出线通过最大长期工作电流 Imax11max101.051.051212.47( S I A = 12 绘制最大长期工作电流分布图3-3导体的选择与校验220kV导体的选择：1、因220kV采用的是单母线接线，均为非汇流母线，按经济电流密度选择：max1max2max32481000l I

30、 I A A = 二采用软导体由发电厂电气部分 P114图4-26查得,max 6000T h =寸，LGJ、LGJQ型钢芯铝 绞线的经济电流密度J=0.92A/mm 2（下同2max1175.98/187.21( 0.94S I J mm =计算查电力工程电气设计手册上册P412附表8-4得导体型号LGJ -210/10的钢芯铝绞线,+70C时,I al为577A 。2、热稳定校验:工作温度22max10022175.98( 25(7025 20.11( 577al al I C I 9-?爭=软导体取集肤效应系数 K s =1由发电厂电气部分P115页表4-6查得,9 =20.110时，热

31、稳定系数C=9922022min 1000/1000/99103.42( 210( S C mm S mm =选热稳定校验合格4、动稳定校验：软导体不进行动稳定校验所以220kV导体均选择为LGJ -210/10的钢芯铝绞线。 二、主变35kV侧引流导体选择：1、导体选择:因是汇流母线，不按经济电流密度选择max51781.591000l A A =二选择硬铝矩形导体单条平放,由发电厂电气部 分P114 图 4-26 查得,max 6000T h =时,查电力工程电气设计手册上册P334表8-3,选择铝材矩形导体，参数如下:截面尺寸(nun1b双抽导 体截 #li集肤效应条数K.导体我流截面系

32、数 屋(A)% (cm5)惯性半能2(r.m )2、 电晕校验:电压等级低于110kV,且硬导体截面远大于70mm 2,可不进行电 晕校验。3、热稳定校验：max500221781.59( 25(7025 62.35( 1920al al I C I9-?爭=+由发电厂电气部分 P115页表4-6查得,9 =62 350C时，热稳定系数C=8922X 03min 1000/1000/89144.04( 1000S C mm S mm =选热稳定校验合格4、动稳定校验：自振频率：42281121121.551020.63( 180i m r f Hz L ?= r i 为惯性半径L 为导体支柱绝

33、缘子间的跨距,取1.8m&为材料系数,铝取41.5510?f m不在3560Hz的范围内,所选矩形导体振动系数 B =条间应力2222899365171481.89.53104.16104.16104.16100.158107523.76.8310(ch b y i L hw Pa -? =? =? =? =?单位长度上的电动力(下式中,a为导体的相间距离，取1m2267717.148101.73101.731050.09(/ 1chPh if N m a -? =? =?=相间应力225650.91.82.8410( 10105810Ph PhY f L Pa W -?卢=? 总应力 555

34、6max 2.84106.83109.6710( 7010b ph Pa Paccc =+?=?1.8 米动稳定校验也合格 所以,所选导体合格。2. 35kV站用变的400V出线导体选择导体选择:因为非汇流母线，按经济电流密度选择max51212.471000I A A = a选择硬铝矩形导体单条平放,由发电厂电气部分P114 图 4-26 查得,max 6000T h =时,查电力工程电气设计手册上册P334表8-3,选择铝材矩形导体，参数如下:Vl o X 6.93 072?5810-7/5(19截面尺寸(mm)h Fb矩形导体截面(mm1)果肤效应系数导体载流壘(A)截而系数% (cm5

35、)惯性半2、 电晕校验：电压等级低于110kV,且硬导体截面远大于70mm 2,可不进行电 晕校验。3、热稳定校验：220max50021212.47( 15(7015 66.7( 1249al al I C I9-?爭-? =+由发电厂电气部分P115页表4-6查得，9 =62 350C时，热稳定系数C=8722J 匚 QiQ 二min 1000/1000/87235.2( 640S C mm S mm =选热稳定校验合格4、动稳定校验：自振频率42281121121.55106.77( 1201 m r f Hz L?= r i 为惯性半径L 为导体支柱绝缘子间的跨距，取1.2m&为材料系

36、数,铝取41.5510?f m不在3560Hz的范围内，所选矩形导体振动系数 B =1条间应力2222899365361801.29.53104.16104.16104.16100.158107523.76.8310(ch b y i L hw Pa -? =? =? =? =?单位长度上的电动力(下式中,a为导体的相间距离，取1m2267717.148101.73101.731050.09(/ 1chPh if N m a -?=?=?=相间应力225650.91.82.8410( 10105810Ph PhY f L Pa W -?卢=? 总应力 5556max 2.84106.83109.6710( 7010b ph Pa Paccc =+?=?1.2 米屮站仃曲丿站丽严仃曲动稳定校验也合格 所以,所选导体合格3-4电器设备的选择与校验、断路器的选择：断断路器的选择必须满足以下五个条件：(1、额定电压:N NS U U ; (2额定电 流:max I I N