毕业论文 毕业设计】220kv降压变电所设计说明书电力自动化

1、 220kV降压变电所设计说明书1. 待设计变电所在系统中的地位、作用及所供负荷情况分析1.1 待设计变电所在系统中的地位作用 待建变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷。220kV有4回线路；110kV送出2条线路；在低压侧10kV有11条线路。可知，该变电所为枢纽变电所。另外该变电所的所址，地势平坦，交通方便。1.2 待设计变电所所供负荷情况分析电力负荷分为、类负荷。其中类负荷决不允许停电，类负荷一般不允许停电，故、类必须有两个以上独立电源供电或采用双回路。类负荷为一般负荷,无特殊要求时，可用单回线供电。根据资料显示，拟建的变电所的主要负荷为工业负荷，且大部分是高

2、能耗的重工业企业，对能源依赖性强，重要负荷比例大，对供电可靠性要求高，所以除饲料厂才用单电源供电，其余用户均采用双电源供电。2. 主变压器的选择2.1 主变压器的选择2.1.1 主变压器型式的选择(1) 待建变电所最高电压等级为220kV，地处市郊，交通方便，对变压器无运输条件的限制，且在330kV及以下的发电厂和变电所中，一般都选用三相式变压器，因为在同等容量下，三相式投资小，占地少，损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便，故选择三相变压器。(2) 待建变电所有220kV、110kV、10kV三个电压等级，且待建变电所高压为220kV、中压为110kV，均为中性点直接接地系统，故优先

3、选择自耦变压器较为经济。(3)目前用户对电力系统的电压要求越来越高，为了确保今后向用户提供合格的电能，保证电压的质量，应优先考虑选用有载调压变压器。2.1.2 主变压器台数的选择由于本变电所110kV用户有65%的重要负荷，10kV用户有36%76%的重要负荷，为了确保重要负荷的供电，应选择2台主变压器较为合理。在容量选择时要确保当一台主变故障或检修时，能够确保单台主变压器能够满足重要负荷的容量要求，并留有一定的裕度供将来负荷发展的需要。2.1.3 主变压器容量的选择 （k为同时率，本所k=0.9） (2.1)a.当有N台主变压器运行时，主变的容量为 (2.2)b.当有一台主变压器退出，即（N

4、-1）台运行时，主变的容量S1. (110kV及以下=0.6;220kV及以上=0.7) (2.3)2. (为重要负荷) (2.4)确定主变的容量依据为待建变电所，故2.1.4 过负荷校验(1) 计算欠负荷系数 系数： (2.5)欠负荷等值负荷系数： (2.6)(2) 根据欠负荷系数和过负荷时间T查文献3：P423，图11-6（a）得过负荷倍数。(3) 校验： (2.7)则变压器能满足正常过负荷需要。(4) 结论：待建变电所所选变压器型号能够满足正常过负荷的要求。2.1.5 变压器参数表2.1 220kV有载调压三绕组自耦变压器的参数额定容量（kVA）电压组合及分接范围连接组标号损耗（kW）空

5、载电流(%)容量分配（%）阻抗电压（%）高压（kV）中压（kV）低压（kV）空载负载高-中高-低中-低4000012111YNa0d11321210.9100100501034243.主接线的确定及配电装置选型3.1 待建变电所主接线方案的分析与选择a. 220kV侧按220500kV变电所设计技术规程规定，“220kV配电装置出线在4回及以上时，宜采用双母线及其他接线”，故设计中考虑了两个方案。方案一采用双母线接线，该接线变压器接载不同母线上，负荷分配均匀，调度灵活方便，运行可靠性高，任一条母线或母线上的设备检修，不需要停掉线路，但出线间隔内任一设备检修，此线路需停电。方案二采用分段断路器兼

6、做旁路断路器的单母线接线，出线及主变间隔断路器检修，不需停电，但母线检修或故障时，220kV配电装置全停。本工程220kV断路器采用SF6断路器。其检修周期长，可靠性高，故可不设旁路母线。由于有两回线路，一回线路停运时，任满足N1原则，本设计采用双母线接线。b. 110kV侧对110kV侧的接线方式，出线仅为两回，宜采用桥式接线，以双回线路向炼钢厂供电。考虑到主变不会经常投切，和对线路操作和检修的方便性，采用内桥式接线。内桥式接线的特点：连接桥断路器在变压器侧，其他两台断路器接在线路上。因此，线路的投入和切除比较方便，并且当线路发生短路故障时，仅故障线路的断路器跳闸，不影响其他回路运行。但是，

7、当变压器故障时，则与该变压器连接的两台断路器都要跳闸，从而影响了一回未发生故障线路的运行。此外，变压器的投入与切除的操作比较复杂，需投入和切除与该变压器连接的两台变压器，也影响了一回未故障线路的运行。鉴于变压器属于可靠性高的设备，故障率远较线路小，一般不经常切换，因此系统中采用内桥式接线较为普遍。c. 10kV侧对10kV侧的接线方式，按照规程要求，采用单母线分段接线，对重要回路，均以双回线路供电，保证供电的可靠性。考虑到减小配电装置的占地和占用空间，消除火灾和爆炸的隐患及环境保护的要求，主接线不采用带旁路的接线，断路器选用真空断路器。待建变电所E的主接线图见附录33.2 配电装置型式配电装置

8、分为屋内配电装置和屋外配电装置两种，屋内配电装置占地面积小，运行维护和操作条件较好，电气设备受气候条件影响较小，但须建造房屋，投资大；屋外配电装置土建工作量小，投资小，建设工期短，易于扩建，但占地面积大，运行维护和操作条件差，电气设备易受污染和受气候条件影响。根据高压配电装置设计技术规程规定：a. 一般情况下，110kV和220kV电压等级的配电装置宜采用屋外中型配电装置或屋外半高型配电装置。b. 3kV35kV电压等级的配电装置宜采用成套式高压开关柜配置型式。根据以上选型原则，本设计变电所E采用:220kV 侧采用高型配电装置；110kV侧采用屋外中型配电装置；10kV侧采用手车式高压开关柜

9、配置。4. 所用电系统4.1 所用变台数根据220kV500kV 变电所所用电设计技术规程规定：220kV 变电所宜从主变压器低压侧分别引接两台容量相同，可互为备用，分列运行的所用工作变压器。每台工作变压器按全所计算负荷选择。只有一台主变压器时，其中一台所用变压器宜从所外电源引接。故本设计变电所E选用2台10KV所用变压器,分别从10kV的两个分段母线上引接。为了节约投资，所用变压器采用隔离开关加高压熔断器与母线连接。为了提高供电可靠性，在所用变低压侧可装设主、备供电源自投装置，以保证在一段母线故障时，不致于失去所用电源。4.2.容量和型式所有电的容量选择，可通过对变电所自用电的负荷，结合各类

10、负荷的需求系数，求得最大需求容量来选取容量。本设计中， 由于资料不全无法计算全所负荷，故估算容量为200kVA,采用两台200kVA所用变，选用S9200/10型变压器，Y,yno接线，副边为380/220三相四线制系统。5. 短路电流的计算5.1 短路电流计算的目的为了选择导体和电器设备；电网接线和发电厂、变电所电气主接线的比较和选择；选择继电保护装置和整定计算；验算接地装置的接触电压和跨步电压；确定送电线路对附近通信线路电磁危险的影响提供计算资料。5.2 短路电流的计算条件（1）计算容量应按工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般取工程建成后的510年。本设计中选择的容量

11、已考虑到以后的发展规划。（2）接线方式计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（3）短路种类一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。（4） 短路点的选择a.在正常接线方式时，通过设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。b.对两侧都有电源的电器，通常是将电器两侧的短路点进行比较，选出其中流过电器的短路电流较大的一点。注意：流过电气设备的短路电流与流入短路点的短路电流不一定相同。5.3 短路计算

12、方法及步骤a.选择计算短路点；b.绘制等值网络（次暂态网络图），并将各元件电抗统一编号。采用近似计算：系统中各元件的电阻、线路对地电容、变压器励磁损耗忽略不计，不考虑负荷电流的影响，发电机采用Xd作为等值电抗。基准值取, 发电机： （5.1）变压器： （5.2）线路： （5.3）c.化简等值网络：将等值网络化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗；d求计算电抗 （5.4）e.对于有限容量的电源，通过运算曲线查出每短路时刻（0s,s, s）时各电源供给的短路电流周期分量的标幺值；f.对于无限大容量的电源（供电电源为无限大容量或计算电抗不小于3时），短路电流

13、周期分量的标幺值为； （5.5）g.计算短路电流周期分量有名值； （5.6）h.计算短路电流冲击值； （5.7）i.热效应： ； （5.8）g.绘制短路电流计算结果表。5.4 短路电流存在时间的确定 （5.9）其中：后备继电保护动作的时间，S断路器全开断时间，S10kV线路后备保护动作时间取1s,断路器全开断时间为0.1s。表5.1 短路电流存在时间220kV侧110kV侧10kV侧3.6s3.1s2.1s5.5 短路计算的结果表表5.2 短路计算的结果表短路地点运行方式220kV侧两条线路同时运行20.4718.6618.7552.191275.76110kV侧两台主变同时运行3.95553

14、.95553.955510.086148.5一台主变退出运行2.08122.08122.08125.307113.4310kV侧两台主变同时运行13.696613.696613.696634.9263393.95一台主变退出运行6.95836.95836.958317.7437101.68从以上短路电流的计算结果可见，各电压等级的最大短路电流基本在断路器一般选型的开断能力（20KA）之内，所以不必采用价格昂贵的重型设备或采取限制短路电流的措施。6. 电气设备的选择电气设备在正常运行和故障时都必须能可靠工作，安全运行，因此，电气设备的选择原则是：按正常运行工作条件选择，按短路状态进行校验。同时兼

15、顾今后得发展，选用性能价格比高，运行经验丰富、技术成熟得设备，尽量减少选用设备得类型，以减少备品备件，也有利于运行、检修等工作。6.1 电气设备选择的一般条件6.1.1 按正常工作条件选择a.按额定电压选择（1）类型和型式的选择。根据设备的安装地点、使用条件等因素，确定是选用户内型还是户外型；选用普通型还是防污型；选用装配式还是成套式等。（2）额定电压。按电气设备和载流导体的额定电压不小于装设地点的电网额定电压选择，即，但是限流式熔断器只能用在与其额定电压相同的电网中。（3）额定电流。所选电气设备的额定电流或载流导体的长期允许电流不得小于装设回路的最大持续工作电流，即。其中：K为温度修正系数，

16、计算公式为：对于电器设备：表6.1 正常运行条件下，各回路的最大持续工作电流回路名称说明变压器回路1.05倍变压器额定电流变压器通常允许正常或事故过负荷，必要时按1.32.0倍计算（1.32.0）倍变压器额定电流续表6.1 回路名称说明母线联络回路，主母线母线上最大一台发电机或变压器的母线分段回路发电厂为最大一台发电机额定电流的50%80%考虑电源元件事故跳闸后仍能保证该段母线负荷变电所应满足的一级负荷和大部分二级负荷出线单回路：线路最大负荷电流包括线损和事故时转移过来的负荷双回路：（1.22）倍一回线的正常最大负荷电流包括线损和事故时转移过来的负荷环形与一台半断路器接线：两个相邻回路正常负荷

17、电流考虑断路器事故或检修时，一个回路加另一最大回路负荷电流的可能桥形接线：最大元件负荷电流桥回路尚需考虑系统穿越功率b.按短路状态进行校验1.热稳定校验热稳定是要求所选的电气设备能承受短路电流所产生的热效应，在短路电流通过时，电气设备各部分温度（或发热效应）应不超过允许值。（1）导体或电缆满足热稳定的条件为： (6.1)式中：导体的最小截面积，； (6.2) C热稳定系数 ； (6.3)正常运行最高温度 ； (6.4)为常数，铜为248；为常数，铜为235；为短路时导体最高允许温度，铜取300。（2）电器满足热稳定的条件为： (6.5)2.动稳定校验动稳定就是要求电气设备能承受短路冲击电流所产

18、生的电动力校验。（1）硬导线满足动稳定的条件为： (6.6)其中：硬铜的最大允许应力（2）电器满足动稳定的条件为： (6.7)c.按环境条件校核选择电气设备和载流导体时，应按当地环境条件校验。当气温、湿度、污秽、海拔、地震、覆冰等环境条件超出一般电器的基本使用条件时，应通过技术经济比较后采取措施或向设备制造商提出补充要求。表6.2 选择电气设备和载流导体时所使用的环境温度类别安装地点环境温度()裸导体屋外最热月平均最高温度屋内该处通风设计温度;当无资料时,可取最热月平均最高温度加5电缆屋内电缆沟、屋外电缆沟、电缆隧道可取最热月平均最高温度电器屋外年最高温度屋内电抗器该处通风设计最高排风温度屋内

19、其他电器该处通风设计温度;当无资料时,可取最热月平均最高温度加5在本设计中：年最高温度为40，最热月平均最高温度为28。6.2 高压断路器的选择（1）型式。除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑安装调试和运行维护的方便。一般635kV选用真空断路器，35500kV选用断路器。（2）额定电压的选择为；（3）额定电流的选择为；（4）额定开断电流的检验条件为（5）热稳定校验应满足；（6）动稳定校验应满足。由于10kV系统的配电装置采用的是手车式高压开关柜配置，采用的高压开关柜型号为KYN28A-12。所以断路器的选择根据高压开关柜的配置选择。表6.3 断路器的选择结果安装地点设备型号技术参数计算参

20、数220kV侧220315050125750022013620.4752.191275.76110kV侧110250031.512575001103003.95510.086148.510kV主变、分段VD4真空断路器123150501251000010300213.696634.9263393.9510kV出线VD4真空断路器12630164010241015713.696634.9263393.956.3 隔离开关的选择（1）型式。隔离开关的型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较后确定。（2）额定电压的选择为；（3）额定电流的选择为；（4）热稳定校验应满足；（

21、5）动稳定校验应满足。根据对隔离开关操作控制的要求，还应选择其配用的操动机构。屋内式8000A以下隔离开关一般采用手动操作机构；220kV及以上高位布置的隔离开关，宜采用电动机构和液压机构。表6.4 隔离开关的选择结果安装地点设备型号技术参数计算参数220kV侧220125080396922013652. 191275.76110kV侧110125050125160011030010.086148.56.4 所用变、压变高压侧熔断器的选择表6.5 熔断器的选择结果安装地点设备型号所用变高压侧压变高压侧7. 10kV硬母线的选择7.1 硬母线的选择7.1.1 母线材料和截面形状选择一般情况下，采

22、用铝母线；在持续工作电流较大，且位置特别狭窄的发电机、变压器出口处以及污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所，采用铜母线。在现今所建的变电所中，一般采用铜母线。因此本设计中采用铜母线。硬母线截面形状一般有矩形、槽形、管形。矩形母线散热性能好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应大，故单母线不能超过1250mm2，在35kV及以下，持续工作电流在4000A及以上的屋内配电装置中，一般采用矩形母线。矩形母线在支柱绝缘子上有平放和竖放两种。母线竖放较平放散热条件好，允许载流量较平放大，但机械强度较平放小。本设计中采用三相水平布置、导线竖放矩形铜排。7.1.2按最大持续工作电流选择母线截面各种

23、配电装置中的主母线及长度在20m以下的母线，一般均按所在回路的最大持续工作电流选择。（1）母线最大持续工作电流按母线上最大一台变压器的原则计算；（2）根据母线最大持续工作电流选择导体的导体截面，并得到导体能通过的额定电流和。7.2 硬母线的校验1.发热条件校验 （7.1）2.热稳定校验时，满足热稳定，否则不满足热稳定。3.共振校验（1） 计算导体的一阶固有频率 （7.2） 其中： 频率系数取值：单跨两端固定、多等跨简支为3.56L为绝缘子跨距，m；本设计中取1.2m。E为导体材料的弹性模量，Pa，铜为；J为矩形导体截面二次矩 每相条数为1时，三相水平布置、导体竖放： （7.3）m为导体单位长度

24、的质量， （2）校验在实际计算中，当时，取动态应力系数，否则可查 文献3：P45，图2-21得动态应力系数。4.动稳定校验每相为单条导体，考虑导体的横截面受到的相间弯矩，即存在相间应力。（1）导体所受到的相间电动力 （7.4）（2）导体所受的最大弯矩当跨数大于2时， （7.5）（3）导体相间所受抗弯矩每相条数为1条，三相水平布置、导体竖放时 （7.6）（4）相间应力 （7.7）表7.1 汇流母线选择结果设备名称选择结果计算结果放置方式汇流母线1200竖放240214058.4220413.07备注三相水平布置，导体竖放；相间距离300mm，跨距为1200m。7.3 支柱绝缘子选择1.选择原则（

25、1）型式：屋内配电装置宜采用联合胶装多棱式支柱绝缘子；屋外配电装置支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子。（2）额定电压的选择为；（3）动稳定校验应满足；式中： （7.8）三相短路时，作用于绝缘子帽或穿墙套管端部的计算作用力，N；三相短路时绝缘子所受的电动力，N；绝缘子底部到导体水平中心线的高度，mm；绝缘子的高度，mm；导体支持器下片厚度，mm,一般竖放矩形导体 母线总高度，mm。-绝缘子或穿墙套管的抗弯破坏负荷，N；2. 支柱绝缘子选择结果表7.2 支柱绝缘子选择结果设备名称安装地点类型型号支柱绝缘子汇流母线户内ZA-10/3.7532422058. 继电保护的规划设计8.1 继电保护的规划设计1

26、.主变的继电保护规划设计主变的电气量的保护方面，规划采用瓦斯保护和纵差动保护作为主保护，110kV、220kV侧零序过流保护、过压保护作为接地后备保护，10kV、110kV、220kV复合电压启动过电流保护及过负荷保护。其中差动保护采用具有二次谐波制动原理的差动继电器构成；所有电气量保护整定上要考虑躲过激磁涌流的要求；过负荷保护只发信号，不跳闸。主变的非电量保护方面，规划采用瓦斯及油温、油位、绕组温度、压力释放、冷却器故障等非电量保护，其中除重瓦斯跳闸外，轻瓦斯及其他非电量保护仅动作于信号。2. 220kV系统的继电保护规划设计 220kV母线采用双母线接线方案，为了确保母线各种故障情况下，能

27、够快速、有选择性地切断故障，选用完全差动式母线保护，且差动保护采用具有速饱和铁心的继电器。母线保护的动作时间为0秒动作跳闸。220kV系统故障影响面广，危害大，必须装设全线速动的继电保护装置。根据目前电力系统的实际情况，本变电所220kV线路主保护规划采用双套高频保护的设计方案，确保线路故障全线速动跳闸。后备保护规划采用双套高频保护装置内含的距离、零序保护，并且采用单相重合闸方式，在重合闸动作时，采用后加速。3. 110kV系统的继电保护规划设计 110kV系统采用桥式接线方案无母线，不考虑母线保护。110kV线路保护，本工程规划设计采用微机保护方案，在配置上考虑装设三段式相间和接地距离保护、

28、三段式零序电流保护，并考虑装设三段式过电流保护，正常时不投用，当110kV电压互感器次级断线时自动投用，作为距离保护的辅助保护。在距离、零序、过流保护段的动作时间应超过下线的后备保护的时间。110kV线路装设三相一次重合闸，并且采用重合闸后加速和检查线路无电压才重合闸的方式。4. 10kV系统的继电保护规划设计 10kV系统为不接地系统，为了确保运行人员及时处理10kV系统的单相接地故障，利用电压互感器的开口三角输出，整定15V动作发信号，通知运行人员及时处理。10kV系统属于中性点不接地的单侧电源网络，线路相间保护规划采用电流速断保护、限时速断保护和过电流保护构成三段式的电流保护设计方案，并

29、且因为是电缆线路，不装设重合闸。过电流段保护的动作时间应超过下线的段保护时间。另外，因为10kV为电缆出线，电容电流较大，规划在每条出线上利用单相接地时产生的电容电流（零序性质），装设零序电流保护，以快速切断电缆和负载上的接地故障。8.2互感器配置按照监视、测量、继电保护和自动装置的要求，配置互感器。（1）电流互感器为了满足保护、测量装置的需要，在有断路器的回路均设有电流互感器，变压器中性点装设电流互感器。对中性点直接接地系统，一般按三相配置；对于小电流接地系统，一般采用两相配置。视负荷对称性、保护灵敏度要求也可以采用三相配置。电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。（2）电压互感器电压互

30、感器的配置应能保证在主接线的运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。一般工作母线都装有电压互感器，桥型接线中的桥的两端应各设一组电压互感器，用于测量仪表和保护装置，需同期并列的线路出线侧的一相上应装设单相电容式电压互感器。 表8.1 互感器选择结果设备名称安装地点型号电压互感器220kV系统YDR-220，0.5级110kV系统YDR-220，0.5级10kV系统JSJW-10，0.5级电流互感器220kV系统LCWDL-220/300，D/0.5110kV系统LCWD-110/500，0.5/D/D10kV系统LZZBJ9-12/150b/29. 防雷保护的规划设计9.1 防雷保护规划设计原则交流电气装置的过电压保护和绝缘配合规定：（1）高压架空线路的雷电过电压保护220kV、110kV线路一般沿全线架设避雷线；35kV及以下的线路，一般不沿全线架设避雷线。（2）变电所的直击雷过电压保护为了防止雷直击于变电所，可以装设避雷针，应使所有设备都处于避雷针保护范围之内，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。一般应使避雷针与被保护设备或构架之间空气间隙Sk5m。避雷针接地装置与被保护设备接