电气专业毕业设计220KV降压变电所电气一次部分初步设计

本科生毕业设计（论文）220KV降压变电所电气一次部分初步设计学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化指导老师：目录摘要Abstract绪论………………………….PAGE1第一部分设计说明书…..……………11.总体分析…………..…………………...11.1变电所总体分析…………………….11.2负荷分析…………….11.3主变压器的选择…………………….12.电气主接线设计…………………….…..32.1电气主接线设计的基本要求和基本原则………….32.2各电压等级电气主接线设计……….53.短路电流计算…………….83.1短路电流计算的目的与系统运行方式的确定……..83.2短路形式的确定与短路计算点的确定…………….93.3短路电流的计算…………………...94.电气设备选择…………..124.1选择导体和电气设备的一般条件………………..124.2电气设备的型式选择……………..134.3电气设备和导体选择结果览表……………………145.配电装置及总平面布置设计………...155.1配电装置设计原则………………..155.2型式选择与配电装置选择…………165.3总平面设计…………16防雷设计……………….176.1防雷设计原则………………………177.继电保护的规划设计……………….…187.1变压器主保护……………………..187.2变压器后备保护……………….………………….187.3母线保护…………..…..19结论……………20第二部分计算书…………….21短路电流的计算………….21电气设备的选择………….29参考文献……..……………………40附录1文献翻译附录2电气主接线图附录3继电保护规划图附录4配电装置平面图220KV降压变电所电气一次部分初步设计摘要：本次设计的内容是变电站设计，作为电气工程及其自动化专业本科生的毕业设计，它是本专业学生毕业前的最后一次综合性课程设计，同时，由于其深度和广度，又成为课程设计中最重要的一次设计。变电站设计以实际工程技术水平为基础，以虚拟的变电站资料为背景，从原始资料的分析做起，内容涵盖《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《继电保护原理》等电气工程及其自动化本科教育期间的主要专业课。通过设计，使学生将书本上的知识融入到工程设计的实际运用之中。拉近了理论与实际的距离，同时也为今后走向工作岗位奠定了夯实的基础。在设计过程中，初步体现了工程设计的精髓内容，如根据规程选择方案、用对比的方法对方案评价等。教会了我们在工程中运用所学的专业知识，锻炼了我们用实际工程的思维方法去分析和解决问题的能力。关键字：负荷分析、短路电流计算。Abstract:Thecontentofthisdesignisaboutan110KVSubstationinZYarea.AstheGraduationDesignforBachelor’sDegreeofElectricEngineering(E.E),withitsdepthandwidth,itisconsideredtobethemostsyntheticdesignandwhichisofgreatimportance.Thedesignofthissubstationbasedontheactualengineeringtechnicalstandard,andsettledinafabricatedsubstation.ItcoveredmanymainspecializedsubjectinthecoursesofE.E,suchas:‘TheElectricPartofGeneratingPlant’、‘AnalysisofElectricPowerSystem’、‘ThePrincipleoftheRelayProtection’,etc.Studentsareabletotietheknowledgethey’velearnedtothepracticeengineeringwork.Theprocessofdesigning,showstheessenceoftheengineeringtechnologyonthewhole.Likechoosingtheschemeobeythetechnicalrules，andevaluatingtheschemebycomparingwithoneormoreotherscheme.Thedesignshortensthedistancebetweentheoryandpractice,andsettlesasoundbaseforourfutureworkaswell.KeyWords:LoadAnalysis,Short-circuitCalculation.绪论电能具有输送方便、控制灵活、转换容易、清洁经济、便于自动化等诸多优点，是厂矿企业最主要的动力和社会生活中不可缺少的能源。随着我国国民经济的发展，电力已成为我国至关重要的能源，大到国家，小到家庭，都离不开电。供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。因此，电力系统运行首先要满足可靠，持续供电的要求。我国目前电力工业的发展方针是：1.在发展能源工业的基本方针指导下发展电力工业。2.电力工业发展速度必须与国民经济发展速度相适应。3.发挥水电优势，加快水电建设。4.建设大型矿口电厂，搞好煤，电，运平衡。5.在煤，水能源缺乏地区，有重点有步骤地建设核电厂。6.政企分开，省为实体，联合电网，统一调度，集资办电。7.因地制宜，多能互补，综合利用，讲求利益。8.节约能源，降低消耗9.重视环境保护，积极防止对环境的污染。变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类：1.枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330~500KV的变电所，称为枢纽变电所。全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。2.中间变电所高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2~3个电源，电压为220~330KV，同时又降压供当地用电，这样的变电所起中间环节的作用，所以叫中间变电所。全所停电后，将引起区域电网解列。3.地区变电所高压侧一般为110~220KV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅使该地区中断供电。4.终端变电所在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压为110KV，经降压后直接向用户供电的变电所，即为终端变电所。全所停电后，只是用户受到损失。我国电力工业自动化水平正在逐年提高。20万MW及以上大型机组以采用计算机监控系统，许多变电所以装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。迄今，我国电力工业已进入了大机组，大电厂，大电力系统，高电压和高自动化的新阶段。本次设计为220KV降压变电所电气一次部分的设计，主要设计内容有：短流的计算、电气主接线的设计、导体和主要电气设备的选择等。本次设计中主要参考了《发电厂电气部分》等和设计有关的一些资料，设计主要分为说明书和计算书两大部分，并附带变电所电气主接线图等一些和设计相关的内容。设计中有错误之处，望批评指正。第一次部分设计说明书1.总体分析1.1变电所总体分析今欲组建的220KV降压变电所位于Xx中型城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，且附近还有地区负荷。因而，该地区工农业负荷集中，需电量大。而原有的220KV变电所XX、XH和火电厂对某些大型电力用户供电距离过大，使电压质量不能很好地满足要求，供电可靠性达不到预期要求。所以这些条件为组建220KV变电所提供了必要性，也正是建所的主要目的。220KV降压变电所位于该地区网络的枢纽点上，高压侧以接受系统电能为主，降压后供电给本地区的110KV变电所用户。因此它属于地区变电所，对本地区的正常供电起到了重要作用。若全所停电，造成重要经济损失，甚至危及生命。本所电压等级为220/110/10KV。其中220KV电压等级母线有3回输出线路；110KV电压等级送出2回线路；在低压侧10KV送出10回线路。1.2负荷分析变电所综合最大负荷是选择主变压器容量及台数配置的依据。将变电所供电范围内所有用户的负荷相加乘以同时系统，并考虑网损后即可得变电所的最大综合负荷。其中，各电力用户的最大综合负荷不一定出现在同一时间。因此，变电所的综合最大负荷不是各用户最大负荷的直接相加，而是比它们的总和要小些。这些差别，在计算中是用同时系统来表示的。且考虑电力网络有功功率损耗，通常，用网损率（2%）来表示。本次设计中已经出变压器的容量和台数，因此，不用再计算最大综合负荷。1.3主变压器的选择在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。根据有关《220-500KV变电所设计技术规程》SDJ2-88中的规定，便可选择主变压器的台数、容量和形式。该规程有关内容如下：第条：主变压器容量和台数的选择。凡装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故，停运后，其余主变压器应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的Ⅰ级和Ⅱ级负荷。第条：与电力系统连接的220~330KV变压器，若不受运输条件的限制，应选用三相变压器。第条：220~330KV具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均采用三绕组变压器。注：本次设计已经给出主变压器的容量与台数，故这里不必选择其容量与台数。主变压器形式的选择选择主变压器时应从相数、绕组数、冷却方式、接线组别等方面选择。(1)相数的确定：主变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的容量制造水平、可靠性要求以及运输条件等因素。当不受运输条件限制时，在330KV及以下的变电所中一般都应选用三相变压器。(2)绕组数的确定：主变压器按其绕组数分类有双绕组普通式、三绕组式、自耦式及低压绕组分裂式等形式。由于本次设计已给出变压器为三绕组电力变压器，所以无须再选择。(3)冷却形式的确定：变压器的冷却形式主要有自然风冷、强迫循环水（风）冷、强迫空气冷却、强迫油循环导向冷却等。大容量变压器一般采用强迫型的冷却方式。本所变压器容量为12000KVA，属于大容量变压器，故本所采用强迫油循环风冷。(4)调压方式：为了保证发电厂或变电所的供电质量，电压必须维持在允许范围内。调压方式主要有无载调压和有载调压。根据本设计的原始资料知本所变压器采用的是有载调压方式。(5)绕组接线组别确定：变压器三相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接线方式只有星型“Y”和三角形“”两种。我国110KV及以上电压变压器都采用连接；35KV采用连接，其中性点多通过消弧线圈接地；35KV以下高电压变压器三相绕组都采用连接。因连接具有消除或限制三次谐波，对电流和电压质量波形等的不良影响。因此，本所主变压器采用常规接线组别，即：Ynynod11(6)线圈种类的确定：变压器线圈通常有铝制和铜制两种。铝线圈价格便宜，但铜线圈导电能力高，线损小。在此选用铜制线圈。(7)主变压器中性点绝缘子水平的选择：主变压器中性点绝缘水平有两种情况：全绝缘和分级绝缘。①全绝缘：即中性点的绝缘水平与绕组首端的绝缘水平相同。②分级绝缘：即中性点的绝缘水平低于绕组首端的绝缘水平。在220KV及更高的变压器中采用分级绝缘的经济效益是比较显著的。而且运输、安装方便。但必须采用主变中性点（高中压侧）装设专用避雷器加以绝缘保护，并且所选的中性点避雷器必须与中性点绝缘等级相当。所以，本所主变压选用中性点半绝缘（分级绝缘中的一种）。现将所选的主变压器容量、台数及形式等参数列于下表中，如下：表1-1主变型号台数绕组连接组别电压体积(长宽高)备注高压中压低压SFPS7-1200002Ynynod1122011010120006000700沈变注：型号含义S—三相F—风冷P-强迫S—三绕组2.电气主接线设计电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求，组成接受和分配电能的电路成为传输强电流，高电压的网络，故又称为一次接线或电气主接线。用规定的设备、文字和图形等符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。电气主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气选择、配电装置、布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。2.1电气主接线设计的基本要求和基本原则接线设计的基本要求根据我国能源部关于《220~330KV变电所设计技术规程》SDJ2-88规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量，负荷性质，线路，变压器连接元件总数，设备特点等条件确定。并综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。”对电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性、经济性及可扩建性四方面。(1)可靠性所谓可靠性是指电气主接线能可靠地工作，以保证对用户不间断地供电。评价主接线的指标是：断路器检修时是否影响供电。线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。变电所全部停电的可靠性。(2)灵活性主接线的灵活性有以下几点要求：①调度时，应可以灵活地投入和切除变压器与线路，电度配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。②检修时，可方便地停运断路器、母线及其几许电保护设备，进行安全检修，而不至于影响电力网的运行和对用户的供电。③扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。(3)经济性接线在满足可靠性、磷火性要求的前提下，做到经济合理。①投资省②占地面积少③电能损失少。电气主接线设计的基本原则(1)考虑变电所在电力系统中的地位和作用：变电所在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。本所是环网接入系统中220/110/10KV三个电压等级的地区变电所，对于地区负荷具有重要意义和作用。考虑近期和远期的发展规模：变电所主接线设计应根据5~10年电力系统的发展规划进行，本所(3)考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响：对重要的Ⅰ级和Ⅱ级负荷必须有两个独立电源供电，主接线在回数较多的条件采用旁母接线。(4)考虑主变台数及容量对主接线的影响：本所有两台120MVA的主变压器，属大型变压器，故其要求有很高的接线形式，如：双母线形式等。2.2各电压等级电气主接线设计根据我国能源部有关《220~330KV变电所设计技术规程》SDJ2-88规定：第条：220KV变电所中的110KV配电装置，当出线回数在6回以上时，宜采用双木锨接线。220KV变电所中的220KV配电装置出线在4回及以上时采用双母线或其它接线，220KV变电所中的110KV出线回数为6回及以上，220KV出线回数4回以上时，可装设专用旁母。第条：凡设有旁路母线的63~500KV配电装置，主变压器回数中的断路器均宜接入旁路母线。根据有关《35-110KV变电所设计规范》规定：第条：当变电所装有两台主变压器时，6-10KV侧采用分段单母线。各电压等级电气主接线设计根据原始资料，现分别分析各电压等级可能采用的最佳方案列出，以筛选组合的方法组成最佳可比方案，进行经济技术比较。（1）220KV侧电气主接线设计本所220KV电压级母线有3回输出线路，根据有关规程和经验，列出2个可比性方案进行比较，如下表所示表2-1方案要求Ⅰ：双母线接线Ⅱ：单母线带旁路接线可靠性①通过隔离开关的倒换操作可以轮流检修一组母线而不使供电中断。②一组母线故障后，能迅速恢复供电。③检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开所连的母线，闭合另一对应的隔离开关不使回路断电。①该接线简单清晰投资略小。检修任一出险断路器时，由旁路断路器代替被检修的出险断路器工作，不需停电。②母线检修或故障时，其220KV配电装置则全部停电。灵活性①各个电源和回路负荷可以任意分配到某一母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式、调度和潮流变化的需要。②通过倒换操作可组成各种运行方式：单母线分段（带旁母）运行/单母线（带旁母）运行/固定连接方式运行等。③扩建方便，向双母线左右任一方向扩建，在施工中不会造成原有回路停电。①该接线方式只有一条母线，检修母线时会造成整个回路停电。②检修任一出线断路器时，该回路必须停电才能检修。设置旁路母线的目的就是可以不停电地检修任一出线断路器。此接线方式没有双母线接线方式灵活、方便。经济性此方式与方案Ⅱ相比停电的机会减少了，必须停电的时间缩短了，减小了经济损失，也利用其灵活性，方便施工，减少投资。旁路母线系统增加了许多设备，造价昂贵，运行复杂，增加了投资。经过两个方案的技术经济比较，方案Ⅰ比方案Ⅱ更可靠，更灵活，具有较好的经济性。（2）110KV侧电气主接线设计由于此电压级的出线仅为2回，按照规程要求，采用桥形接线形式。同样列出两个方案。方案Ⅰ：内桥接线；方案Ⅱ：角形接线。两个方案的比较列于下表中：表2-2方案要求Ⅰ：内桥接线Ⅱ：角形接线可靠性当检修桥断路器时，为不使系统开环运行，可增设“外跨条”，靠跨条维持两台主变并列运行。跨条上串联两组隔离开关，是为了在检修跨条隔离开关时，不必为了安全而全部停电，增加了可靠性。开环运行时某一线路或断路器故障，将造成供电絮乱，使相邻完好的元件不能发挥作用，被迫停运，降低了可靠性。灵活性①当输电线路较长，故障机会较多，而变压器有不需经常切换时，采用此接线形式比较方便、灵活。②经适当布置可较容易经适当布置可较容易过度成单母线分段或双母线分段开换运行与闭环运行时工作电流相差很大，且每一回路连接两台断路器，每一断路器又连接两个回路，使继电保护整定和控制都比较复杂经济性高压电阻少，布置简单，造价低。此接线方式建成后扩建比较困难，增加投资。经过两个方案的技术经济比较，方案Ⅰ比方案Ⅱ更可靠、灵活，经济性较好。（3）10KV侧电气主接线设计鉴于出线回路多，且为直馈线，电压又较低，宜采用屋内配电，其负荷也较低。用样，此电压级的电气主接线也采用两个方案。方案Ⅰ：单母线分段接线；方案Ⅱ：单母线接线。两个方案优缺点的比较列于下表中：表2-3方案优缺点Ⅰ：单母线分段接线Ⅱ：单母线接线优缺点①当任一母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自动或手动跳开分段断路器，仅为一半线路停电，另一母线上的各回路仍可正常运行。②对重要回路，均以双回路供电，保证供电的可靠性。接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装置，隔离开关仅用于检修，不作为操作电器，不易发生误操作。可靠性不高，不够灵活。断路器检修时该回路需停电，母线或母线隔离开关故障或检修时则需全部停电。经过两个方案的技术经济比较，方案Ⅰ比方案Ⅱ更可靠、更灵活。两个方案的电气主接线如图一和图二所示：图一方案Ⅰ图二方案Ⅱ综上所述，根据每个电压级电气主接线的两个方案的比较，在技术上、优缺点上，每个电压级电气主接线的方案Ⅰ比方案Ⅱ明显合理，且更可靠，更灵活；在经济上也比较占优势。鉴于该变电所为地区变电所，应以可靠性和灵活性为主。所以经综合分析，选用方案Ⅰ为最终设计方案。即：220KV侧电气主接线为双母线分段形式；110KV侧电气主接线为内桥接线形式；10KV侧电气主接线为单母线分段接线形式。3.短路电流计算3.1短路电流计算的目的与系统运行方式的确定短路电流计算的目的：本设计中计算短路电流另成一章，可知其具有一定的意义。其目的主要是为了进行电气设备的选择与校验。系统运行方式的确定；由电力系统相关教材可知，系统运行方式主要有三种，即：最大运行方式、正常运行方式和最小运行方式。本次设计中不采用正常运行方式，故仅介绍其它两种运行方式。系统最大运行方式：根据系统最大负荷的需要，电力系统中的所有可以投入的发电设备都投入运行（全部或绝大部分运行），以及所有线路和规定接地的中性点全部投入运行的方式。该运行方式是考虑了系统5~10年的发展，对于本次设计要考虑两台主变投入运行，该运行方式主要用在电气设备的选择、校验和继电保护的规划设计中。系统最小运行方式：根据系统负荷为最小，投入与之相适应的发电设备，且系统中性点有少部分接地的运行方式。此方式主要针对近期系统规模而言（一台主变投入运行）主要用在保护的灵敏度校验中.3.2短路形式的确定与短路计算点的确定短路形式的确定：三相系统中短路的基本类型有四种，分别为：①三相短路，②两相短路，③两相接地短路，④单相接地短路。电气设备的动稳定校验与热稳定校验，一般按三相短路计算，这主要使用于变电所中。因为变电所距电源电气距离较远，三相短路时发热严重。发电厂附近，当计算电抗较小（XJS≤0.6）时，电气设备的热稳定校验按两相短路来验算。因为两相短路时发热最严重。对于本次设计，稳定校验均采用三相短路的条件来分析。短路计算点的确定：选取短路点的个数，主要依据变电所的电压等级数，本所有三个电压等级，故应至少选择三个短路电流计算点,分别代表220KV、110KV和10KV工作母线上的短路点。即（K1、K2和K3）然后根据这三个短路点来依次计算对应点的短路电流值，并利用这三个短路电流值来分别校验对应电压等级母线上的电气设备，及与母线相连的进出线上的电气设备的动稳定和热稳定校验。若满足要求，则不需要再计算。否则，若某个（些）电气设备经校验不满足，则要针对这个（些）电气设备重新确定一个（些）短路点再进行短路电流计算，然后再校验，或者改用性能更好的电气开关设备。3.3短路电流的计算高压短路电流的计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、线路）等的电抗，采用标么制中各物理量均用标么制来表示，使运算步骤简单，数值简明，便于分析。标么制一般数学表达式为；标么制（相对值）=基准值的选取基准值有四个：分别为基准容量（S），基准电压（），基准电流（）和基准电抗（）。其选取有一定的随意，不过，为了计算方便，对于本设计中通常选取基准容量S=100MVA，基准电压=各电压级的平均额定电压，即对本变电所有：S=230KV，115KV和10.5KV。当基准容量（MVA）与基准电压（KV）选定后，基准电流（KV）与基准阻抗（）便已决定。基准电流=，基准阻抗=（近似计算法）各元件电抗标么值的计算1）系统S或发电厂T的等效电抗标么值：式中：、为系统或发电厂以其本身容量为基准值等效电抗标么值。2）线路电抗标么值：式中：为线路单位长度电抗值，其中单导线/KM两分裂导线/KM。3）电抗器标么值：式中：%为电抗器铭牌上的电抗百分数、为其额定电压与额定电流4）变压器电抗标么值：本设计中主变为三绕组且已给出了各绕组两两之间的短路电压百分数，即：%、%、%，则可求出各绕组的短路电压百分数分别为：=[%+%-%]=[%+%-%]=[%+%-%]然后按各双绕组变压器相似的计算公式求出变压器各绕组电抗的标么值：各短路点短路电流的计算：①网络化简，得到各电源对短路点的转移电抗（）。②求各电源的计算电抗。（将各转移电抗按各电源归算）=③查运算曲线，得到以电源容量为基准容量的各电源送至短路点电流的标么值，即：、、。④求③中各电流的有名值之和，即为短路点的短路电流。（求出各电流有名值、、、冲击值）本设计中有电源、和系统3个电源，现将各短路电流计算值列于下表中，计算过程详见《计算书》短路电流计算值（KA）短路点220KV侧（K1点）110KV侧（K2点）10KV侧（K3点）表3-1短路电流计算值4.电气设备选择本次设计中电气选择的主要任务：选择各电压级的断路器，相应的隔离开关，用于保护和测量用的电流互感器，将高压变成低压的电压互感器，以及各电压级的母线，支柱绝缘子与穿墙套管等。高压断路器的主要功能是:正常运行时,用它来倒换运行方式,把设备或线路接入电路或退出运行,起着控制作用;当设备或线路发生故障时,能快速切除故障回路,保证无故障部分能正常运行,其保护作用。隔离开关,在检修电气设备时,用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离.在倒闸操作时,,投入备用母线或旁路母线以改变运行方式,配合断路器完成操作,同时隔离开关还可以用来分合小电流。电流互感器与电压互感器,是将一次回路的大电流或大电压转化为标准的二次测的低电流和低电压,以保证设备和人身安全。穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种，前者用于6—35KV系统，后者用于60—500KV中性点直接接地系统。4.1选择导体和电气设备的一般条件(1)按照正常工作电压选择设备额定电压所选设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高运行电压。设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.1~4.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围内，可用下式表示：≥式中 —设备所在电网的额定电压，KV。—设备的额定电压，KV。(2)按工作电流选择设备额定电流所选设备的额定电流应大于或等于所在回路的最高长期工作电流：≥应当注意，有关手册中给出的各种电器的额定电流，均是按标准环境条件确定的。当设备实际使用环境不同时，应对其额定电流进行修正。(3)按照经济电流密度选择导体按照经济电流密度选择导体截面可使得年计算费用最低。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数，将有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度J，导体的经济截面S=/J。上式中—正常工作时的最大持续电流。根据《导体和电器选择技术规程》第条规定，除配电装置的汇流母线以外较长导体的截面应按照经济电流密度来选择，选择后应按照长期发热来校验。根据《导体和电器选择技术规程》第条规定20KV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形导体，在4000—8000A时，宜选用槽形导体。110KV及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜用铝合金管形导体，也可选用软导体，如钢芯铝铰线，组合导线等。4.2电气设备的型式选择主母线的选择根据《导体和电器选择技术规程》第条规定载流导体宜采用铝质材料。断路器的选择按照《电力工程设计手册》中高压断路器选择规定：断路器型式的选择除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。隔离开关的选择根据《发电厂电气部分》附录三选择隔离开关。电压互感器的选择根据《导体和电器选择技术规程》第条的规定，电压互感器的型式应按下列使用条件选择：①3~20KV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。②35KV配电装置宜采用电磁式电压互感器。③110KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。绝缘子的选择根据《导体和电器选择技术规程》第条的规定，屋外绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子，屋外支柱绝缘子需倒装时，采用悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联合胶装的多棱式支柱绝缘子。穿墙套管的选择根据《导体和电器选择技术规程》第条的规定，屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管，对于母线型穿墙套管应校核窗口允许穿过的母线尺寸。4.3电气设备和导体选择结果览表表4-1高压断哭器选择结果电压等级型号计算数据技术数据KVAKAKAKASKVAKAKAKAS220KVSW6-220/1200220220120021551764110KVSW4-110/100011011010002155102410KVSN4-10G/80001072751514210800010530029929表4-2隔离开关选择结果电压等级型号计算数据技术数据KVAKAKAKASKVAKAKAKAS220KVGW7-220、220D/600220220600—552205110KVGW5-110GK1101101000—83250010KVGN10-10T/900010727515142109000—30050000表4-3电压互感器选择结果电压等级安装地点型号220220KV进线YDR-220220KV母线JCC2-220110110KV母线JCC2-1101010KV母线JSJW-10表4-4电流互感器选择结果电压等级安装地点型号220220KV进线LCW-220220KV母线LCW-220110110KV母线LCWD-1101010KV母线LMZ-15表4-5母线选择结果电压等级型号选择结果计算结果Smm放置方式Amm220KVLWY-220-10-505（矩形）250平放7010LWY-10-6870（槽型）6870Y-Y弯曲7072751500表4-6支柱绝缘子、穿墙套管选择结果电压等级设备名称类型型号220KV支柱绝缘子户外ZS-220穿墙套管户外CR-220-60010KV支柱绝缘子户外ZPD-10-35穿墙套管户外ZPD-10-35注：电气设备选择具体计算见计算书。5.配电装置及总平面布置设计5.1配电装置设计原则(1)高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修等要求，合理地制订布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置、新设备和新材料，使设计做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。(2)配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确定其安全净距。(3)屋外配电装置带电部分的上面或下面不应有照明、通信和信号线路架空跨越或穿过；屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷或动力线路跨越。(4）考虑地理情况的环境条件，因地制宜，节约用地。35KV及以下宜采用屋内布置。5.2型式选择与配电装置选择形式的选择配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，它是根据主接线的连接方式，由开关电器、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。按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外；按组装方式，又可分为装配式和成套式。配电装置的型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，逼供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。当在污秽地区或市区建110KV屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内型。配电装置设计的基本步骤：(1)根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线多少和方式，有无电抗器，地形、环境条件等因素选择配电装置的型式。(2)拟定配电装置的配置图。按照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，遵照规程参考典型设计绘制图。220KV电压级配电装置选择选择配电装置的型式，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。分相中型配置与普通中型配置不同的是将一组母线隔离开关分解为A、B、C三相，每相隔离开关布置在该母线之下，可取消复杂的双层结构，布置清晰，可节约用地20%~30%。屋外配电装置的型式除与主接线有关，还与场地位置、面积、地质、地形条件及总体布置有关，并受材料供应、施工、运行和检修要求等因素的影响和限制。普通中型配电装置国内采用较多，施工、检修和运行都比较方便，抗震能力较好，造价比较低。缺点是占地面积较大。一般110~220KV很少采用。高型配电装置的最大优点是占地面积少，一般比普通中型节约用地50%左右。根据以上原则220KV配电装置宜采用屋外式、高型配置。5.3总平面设计在变电所中电气设施是总平面布置的主体，布置时应考虑电气设施之间的有机联系和与外界出线方向、出线走廊和市政设施的配合。降压变电所主要由屋内、外配电装置、主变压器、主控制室及辅助设施等组成。总体布置应根据外界条件，依据配电装置的电压等级和型式、出线方向和方式、出线走廊的条件、地形情况等因素，并满足防火及环境保护要求，因地制宜进行设计。6.防雷设计电力系统中雷害来源有两种：1、直击雷2、雷电侵入波，其中直击雷造成的损失最大，可采用避雷针，避雷器等防雷措施来防止直击雷。避雷针保护根据《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7—79中的规定：110KV线路，一般沿全线架设避雷线，在雷击特别强烈的地方，宜架设双避雷线。10KV线路一般不设全线避雷线。6.1防雷设计原则根据《高压配电装置技术规程》SDJ7—79的规定第70条：独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜超过3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面第72条：110KV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架构上，35—60KV配电装置，在土壤电阻率不大于500Ω•m的地区，允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。第78条：变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器,应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近架设集中接地装置。第83条：连接的三绕组变压器的10KV绕组，如有开路运行的可能，应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施。在其一相出线上装设一只阀型避雷器。下列情况的变压器中性点应装设避雷器：1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时（因多路进线可以分流雷电流）。3）不接地和经消弧线圈接地系统的中性点一般不必装设，但多雷区且单进线变压器中性点需装设。根据以上原则本次设计中避雷器的选择结果如下：设备名称安装地点型号避雷器220KV母线Y10W5-220110KV进线侧Y10W5-11010KV母线FZ-1010KV出线FZ-10主变中性点FZ-407.继电保护的规划设计根据《继电保护和安全自动装置技术规程》SDJ6—83对继电保护有如下要求：(1)电力系统的电力设备和线路应装设短路故障和异步运行的保护装置，电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护，必要时增设辅助保护。主保护应满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和安全线路故障的保护。后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为近后备和远后备两种方式。①进后备是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护实现后备，当断路器拒动时由断路器失灵保护实现后备。②远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。③辅助保护是为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护，电力设备和线路的异常运行保护，是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。(2)继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。7.1变压器主保护保护配置(1)差动保护(2)瓦斯保护(3)后备保护：由接地故障后备（零序）和相间故障后备。(4)过负荷保护：动作于信号。7.2变压器后备保护为了防止变压器外部故障引起的过电流及作为变压器之后备保护，在变压器上装设带低电压或不带低电压闭锁的过电流保护装置。若其灵敏度不够或为了简化保护接线，也可装设带复合电压闭锁的过电流保护。零序过电流保护①降压所一般只装设两台主变（分级绝缘），一台中性点直接接地，一台不接地，为了防止在单相接地故障时中性点不接地的变压器遭受到过电压的危害，保护装置以第一时限跳开中性点不接地的变压器各侧，以第二段时限跳开本变压器。②零序闭锁。变压器过负荷保护，单侧电源的三卷变，过负荷保护装于电源侧及线圈容量较小的一侧。7.3母线保护中阻抗母线差动保护准则：(1)在电流互感器不发生饱和现象时，测量回路测量到的各单元电流之和在正常运行及母线外部发生故障时为零，在母线内部发生故障时为各短路电流之和。(2)电流互感器因暂态分量中的直流分量或很大的短路电流造成饱和时，其二次回路阻抗将下降，全饱和时二次输出电流为零，此时，电流互感器二次回路的总阻抗可以用一总的直流电阻来代替。(3)对母线内部故障而言，空载线路的电流互感器二次回路阻抗可以用相当大的励磁电抗来代替。(4)无论一次流过多大的电流，线路电流互感器在故障的最初瞬间不会发生饱和，在1/4—1/2周波内能正确传变一次电流。结论毕业设计（论文）是在大学期间最后一个最重要是综合性实践环节，是在对大学四年找能够所学的基础理论、专业知识、和对解决实际问题进行设计（或研究）的综合性训练。历时两个多月的毕业设计结束了，在老师们的辛勤指导下，通过查阅资料，分析和研究，终于完成了一份满意的毕业设计。通过此次设计，锻炼了我解决实际问题的能力，渐渐培了我严谨的科学态度和务实的学习作风，也为以后的工作和学习打下了基础。在设计过程中，得到了老师们的大力帮助，同时也得到了我的朋友和室友们的帮助和支持，在此一并致以最诚挚的谢意！由于此次时间仓促，自己又对所学的知识不够全面，设计中难免有错误之处，望老师批评指正。第二部分计算书1.短路电流的计算1.1根据任务书提供的原始资料，此变电所与电力系统的连接电路图，如图1-1所示。图1-11.2根据此电路图画出待建变电所的等值电路图，如图1-2所示。图1-2图1-21.3参数计算（均用标么值，为方便省去*号）取=100MVA，=（本次计算中为230KV、115KV、10.5KV）=[%+%-%]/120=（24=[%+%-%]/120==[%+%-%]/120=（14.7+8.8-24.7）/120=01.4各短路点短路电流的计算1.4.1220KV侧短路电流的计算（即K1点短路电流）（1）根据等值电路图，电抗合并，画出K1点的等值电路图，如图1-3所示。图1-3图1-4（2）Y→△变换，如图1-4所示。因21号电抗是连接两个电源的支路，与短路点电流无关，故可略去不画。其中19、20、16号电抗即为各电源对短路点的转移电抗。（3）将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗：=0.567（4）计算各电源共给的短路电流：根据计算电抗查运算曲线（本设计中查汽轮发电机曲线），可求出各个时刻的短路电流标么值，进而求出有名值。①电源供给在短路点产生的短路电流，先以电源容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：=0.628KA查运算曲线的0S曲线，对应（）=3.368查运算曲线的0.2S曲线，对应（）=2.93查运算曲线的4S曲线，对应（）=2.32②电源供给在短路点产生的短路电流，先以电源容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：=0.118KA查运算曲线的0S曲线，对应（）=2.811查运算曲线的0.2S曲线，对应（）=2.14查运算曲线的4S曲线，对应（）=2.31③系统供给在短路点产生的短路电流，先以系统容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：=5.27KA查运算曲线的0S曲线，对应（）=1.85查运算曲线的0.2S曲线，对应（）=1.98查运算曲线的4S曲线，对应（）=1.88经过以上计算得出220KV侧（K1点）三相短路的短路总电流为：短路冲击电流为： 1.4.2110KV侧短路电流的计算（即K2点短路电流）（1）根据等值电路图，电抗合并，画出K2点的等值电路图，如图1-5所示。（2）Y→△变换，如图1-6所示。图1-6图1-7因21号电抗是连接两个电源的支路，与短路点电流无关，故可略去不画。（3）并联电抗合并，如图1-7所示。（4）星→网变换求出各电源对短路点的转移电抗，如图1-8所示。=4.68.（5）将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗==2.2图1-8（6）计算各电源共给的短路电流：①电源供给在短路点产生的短路电流，先以电源容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：=1.255KA查运算曲线的0S曲线，对应（）=0.58查运算曲线的0.2S曲线，对应（）=0.55查运算曲线的4S曲线，对应（）=0.57②电源供给在短路点产生的短路电流，先以电源容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：=0.236KA查运算曲线的0S曲线，对应（）=0.48查运算曲线的0.2S曲线，对应（）=0.45查运算曲线的4S曲线，对应（）=0.46③系统供给在短路点产生的短路电流，先以系统容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：=10.54KA查运算曲线的0S曲线，对应（）=0.301查运算曲线的0.2S曲线，对应（）=0.294查运算曲线的4S曲线，对应（）=0.301经过以上计算得出110KV侧（K2点）三相短路的短路总电流为：短路冲击电流为：=2551.4.310KV侧短路电流的计算（即K3点短路电流）（1）根据等值电路图，电抗合并，画出K3点的等值电路图，如图1-9所示。图1-9图1-9(2)Y→△变换，如图1-10所示。图1-10图1-11因21号电抗是连接两个电源的支路，与短路点电流无关，故可略去不画。(3)并联电抗合并，如图1-11所示。=0.064(因)(4)星→网变换求出各电源对短路点的转移电抗，如图1-12所示。(5)将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗=1.25=1.52图1-12(6)计算各电源共给的短路电流：①电源供给在短路点产生的短路电流，先以电源容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：=13.75KA查运算曲线的0S曲线，对应（）=0.85查运算曲线的0.2S曲线，对应（）=0.78查运算曲线的4S曲线，对应（）=0.88②电源供给在短路点产生的短路电流，先以电源容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：=2.59KA查运算曲线的0S曲线，对应（）=0.68查运算曲线的0.2S曲线，对应（）=0.66查运算曲线的4S曲线，对应（）=0.69③系统供给在短路点产生的短路电流，先以系统容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：=115.47KA查运算曲线的0S曲线，对应（）=0.44查运算曲线的0.2S曲线，对应（）=0.43查运算曲线的4S曲线，对应（）=0.45经过以上计算得出10KV侧（K3点）三相短路的短路总电流为：短路冲击电流为:2.电气设备的选择2.1220KV侧电气设备选择高压断路器的选择1）初选型号母线上最大持续工作电流：根据=330.67A，=220KV及布置要求，查表初选型号为：SW6-220/1200型断路器。其额定技术数据为：=220KV，=1200A，额定开断电流=21KA，动稳定电流=55KA，热稳定电流（及时间）=21KA（4S），固有分闸时间=0.04s，燃弧时间=0.02S。2）确定短路计算点短路热稳定计算时间：S]短路切断计算时间：=0.05+0.04=0.09S3）校验开断能力：因<0.1S所以=<21KA故满足要求。4）动稳定校验：<55KA故满足要求。5）热稳定校验：因>1S故可不计非周期分量发热影响。==（148.6+1217+139.71）<214=1764KA故满足要求。以上计算表明：选SW6-220/1200型断路器可满足要求。隔离开关的选择根据220KV侧断路器的选择数据，=220KV，=396.4KAS，=31.08KA查有关手册选用GW7-220、220D/600型隔离开关可满足要求。其额定技术数据与电路计算数据列于下表中：电路计算结果项目GW7-220、220D/600参数220KV220KV600A—55KAS215=2205KAS由上表可以看出选GW7-220、220D/600型隔离开关可满足要求。电压互感器（PT）的选择由于电压参数较高，电磁式电压互感器体积较大，成本也过大。因此，电压互感器采用电容式PT。根据安装位置及电压等级以及母线上最大长期工作电流=330.67A等条件，可选用YDR-220型电压互感器,母线上可选用JCC2-220型电压互感器。电流互感器（CT）的选择1）初选型号根据220KV侧的最大长期工作电流=330.67A查表初选型号为：LCW-220型电流互感器。其额定技术数据为：电流比4300/5，动稳定倍数=60热稳定倍数=602）热稳定校验：==5184A故满足要求。3）内部动稳定校验：>满足要求。母线的选择1）初选型号：根据=330.67A，初选型号为LGJ-400型钢芯铝绞线。其计算数据为：集肤效应系数=1，因载流量系数按最高允许温度+70计算查表C=87，=31.08KA。2）热稳定校验：=因可选用的母线截面积S=400mm>故满足要求。以上计算表明选LWY-220-505型硬铝母线可满足要求。母线支柱绝缘子的选择1）初选型号：根据=220KV和户外配置要求，查表初选型号为：ZS-220型支柱绝缘子。其额抗弯破坏负荷=2509.8=2450N，计算跨距=1.2m，220KV侧短路冲击电流=31.08KA。2）动稳定校验：作用在绝缘子上的电动力<2450=1470N故满足要求。以上计算表明选ZS-220型支柱绝缘子可满足要求穿墙套管的选择：1）初选型号：根据=220KV和户外配置要求，查表初选型号为：CR-220-600型铝导体穿墙套管。其额抗弯破坏负荷=32509.8=31850N，计算跨距=1.2m，热稳定电流（及时间）=12KA（5S），220KV侧短路冲击电流=31.08KA。2）动稳定校验：作用在穿墙套管上的电动力<31850=19110N故满足要求。3）热稳定校验：KA=396.4KA因>故满足要求。以上计算表明：选CR-220-600型铝导体穿墙套管满足要求。2.2110KV侧电气设备选择高压断路器的选择1）初选型号母线上最大持续工作电流：根据=661.35A，=110KV及布置要求查表初选SW4-110/1000型号断路器,其额定技术数据为：=110KV,=1000A,额定开断电流=21KA，动稳定电流=55KA，热稳定电流（及时间）=32KA（1S）。固有分闸时间=0.06S，燃弧时间2）确定短路计算点短路热稳定计算时间：S]短路切断计算时间：=0.05+0.06=0.11S3）校验开断能力：因>0.1S故=<故满足要求。4）动稳定校验：<55KA故满足要求。5）热稳定校验：因>1S故可不计非周期分量发热影响。==（16.08+158.4+15.84）<321=1024KA故满足要求。以上计算表明：选SW4-110/1000型断路器可满足要求。隔离开关的选择根据110KV侧断路器的选择数据，=110KV，=50.44KAS，=10.23KA，查有关手册选用GW5-110GK型隔离开关可满足要求。其额定技术数据与电路计算数据列于下表中：电路计算结果项目GW5-110GK参数110KV110KA1000A—83KAS251=2500KAS由上表可以看出选GW5-110GK型隔离开关可满足要求。电压互感器（PT）的选择由于电压参数较高，电磁式电压互感器体积较大，成本也过大。因此，电压互感器采用电容式PT。根据安装位置及电压等级以及母线上最大长期工作电流=661.35A等条件，可选用JCC2-110型电压互感器。电流互感器（CT）的选择1）初选型号根据110KV侧的最大长期工作电流=661.35A查表初选型号为：LCWD-110型电流互感器。其额定技术数据为：电流比2600/5，动稳定倍数=130热