【220KV变电所设计8800字（论文）】

KV变电所设计目录TOC\o"1-3"\h\u180051绪论 -1-182881.1概述 -1-85421.2主要设计内容 -1-16042变电所分析与主变压器选择 -2-82412.1变电所总体分析 -2-221412.2负荷分析 -2-198552.3主变压器选择 -3-266023电气主接线设计 -3-291403.1电气主接线设计的基本要求和原则 -3-5383.2各电压级电气主接线设计 -3-236603.3220kV电气主接线设计 -4-113824短路电流计算与电气设备选择 -5-240734.1短路电流计算的目的 -5-266724.2短路电流的计算 -5-85244.3电气设备选择的一般原则与技术要求 -6-47844.4导体的选择 -6-158804.5高压电器的选择 -6-318474.6断路器的选择与校验 -7-8376电气总平面设计及配电装置 -7-243646.1变电所电气总平面初步布置 -8-58006.2配电装置的分类与设计要求 -8-308636.3安全净距 -8-153537过电压保护及绝缘配合 -9-286207.1电力系统防雷保护设计必要性 -9-281127.2直击雷保护 -9-113277.3雷电侵入波保护 -9-308987.4变电所继电保护配置 -10-103747.5220kV侧母线的保护配置 -11-51667.6断路器失灵保护 -11-286038结论 -11-1绪论1.1概述生产出的电能会被及时消耗，不能被大量地储存，电能生产的基本特点之一就是：发、输、变、配和用都是在同一个瞬间内同时完成的，即发电厂需要生产的电能和用户需要消耗的电能同时完成，而大型的发电厂大多选址于与用户之间距离较远的偏远地区，发电机组所发出的电能不可以被直接输送，而是需要通过变压器提高电压，经过高压输电线进行远距离传送，再经过降压变电站若干次的降压后，才可以提供给客户使用。220kV变电站是地方电力网的骨干部分，变电站将电压从高压侧220kV向转换到低压110kV并最终输送给用户使用，由于其电压等级高，变换容量大的特点，其面积通常也很大，而且易对附近地区带来无线电干扰、噪音和电磁辐射。所以，作为电力系统中重要的组成环节，220kV变电站的建造和管理也是非常必要的。由于当今我国现存的一些大型变电站之所以产生问题的原因很多，这是由于建设前期的规划措施不足，没有考虑未来的扩建等问题，因此在修建大型变电站时需要符合以下方面的要求：1.设计紧凑，减少占地面积2.科学规划，节约前期投资，降低运行维护成本3.满足要求为基础，简化设计方案4选择新型设备，满足智能化需求5.尽量减少环境污染1.2主要设计内容为满足某地区的供电需要，提高居民用电质量。根据原始设计数据，本文主要研究设计一座220kV变电所的一次部分，设计主要包括：主接线设计：根据变电所主接线工程设计可靠性、灵活性和经济性的基本原则、基本接线方法和形式，选择合适的主接线设计方案。主变压器的选择：无论何种类型的变压器，主变压器都被认为是变电所中最重要的设备，承担着通过电网电压传输电力的重要任务。它是变电所电气主接线设计的重点和依据，是保证供电可靠性和电网经济运行的关键。短路电流计算：主要用于各种电气设备的设计选型和短路选线。它是理论数据的数据源。2变电所分析与主变压器选择2.1变电所总体分析根据当地电网建设计划，将新建一座220kV降压变电所。变电所设计为三级电压，电压为220/110/10kV。变电所的停电不仅对厂区、农场的生产和居民的日常用电产生重大影响，而且影响电网的安全运行。整个区域的可靠性要求很高。车站位于郊区西北部，位于平原上。一般地势平坦，交通便利。防洪站高度每100年超过一次防洪标准，地震烈度小于5度。该地区最热月份日均气温约21℃，年平均气温5℃，最高绝对温度40℃，土壤温度约8℃；海拔127.95米。2.2负荷分析110kV侧出线10回(其中备用2回)。1.110kV侧有两回出线供给东部工业区，工业区内包含机械厂、化工厂和水泥厂等大型重要生产企业，要求供电可靠性很高。2.变电所东北部为矿场，是重要的电力用户，同样要求很高的供电可靠性。3.三条市区线分别向南部城区的西部、中部和东部供电，该城市西部有军队驻地以及政府部门，东部有医院、大学城和机场，必须要求供电可靠，城市中部主要为生活用电和商业用电。4这条县城供电线路是向西南方向的旧县城城区区域进行供电，该县城线的主要用途是用于作为大型农业、生活用电设施和商业办公设施的用电，一、二类负荷占总容量的比重相对较低，故对供电可靠性一般要求不高。5.农电线主要向郊区农村用户供电，主要负荷为灌溉、排涝、照明等，季节性较明显。表2-1变电所110kV侧负荷资料负荷最大负载（MW）负荷组成(%)功率因数Тmax(h)线路长(km)备注近期远景ⅠⅡⅢ工业区60704030300.950005向东出线矿场20252035450.9500015向东北出线市区130352040400.9500010向南出线市区230352020600.9500010同上市区330352025550.9450010同上县85350030向西南出线农85400035同上备用线302530450.85备用线202530450.852.3主变压器选择在变电所中，用于改变电力系统和用户之间电压等级的变压器称为主变压器，在变电所的设计中起着非常重要的作用。选择主变压器。一般来说，在110KV以上的大中型变电所中，当主变压器发生故障或大修时，必须至少安装两台或两台以上的大型主变压器，这样可以有效地降低单台变压器的容量，节省投资。选择两台主变压器。选择主变压器的类型。主变压器的选择包括相数、绕组数、绕组连接方式、调压方式等的选择。330kV及以下变电所的变压器分为三相变压器和单相变压器，通常选用三相变压器。由于销售价格高，占地面积大，与三相变压器相比，运行成本高。考虑到运输、成本等因素，变电所主变压器采用三相变压器。根据绕组数量，变压器可分为三种类型：双绕组、自耦绕组和低压绕组。由于变电所需要高压并联补偿器，设计中采用了三绕组变压器。3电气主接线设计通常的情况下，把以完成输配电任务为主要目的，在变电所中主变压器及输电线路相连接到整个电力系统的方式被称为变电所的电气主接线。用规定的符号按照各个元件的实际工作顺序进行排列，详尽地描述和表示了各种电气设备或成套配电装置的基础组成及其相互连接关系的单线接线图，称为主接线电气图。变电所的主接线是整个电力系统接线组成中一个很重要的组成部分。电气主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布局、继电保护的整定将会产生直接的影响。因此，主接线的设计，必须要经过综合考虑、充分考量各方面因素，经过实际经济、技术论证比较后方可确定。3.1电气主接线设计的基本要求和原则对电气主接线的基本要求，精简来讲是应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。根据国家能源部关于《220～500kV变电所设计技术规范》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、设备特点等条件决定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作方便检修、投资节约和便于过渡或扩建等要求。”电力生产的首要任务是保证电力系统安全可靠运行，作为其中一个重要环节的电气主接线，最先应当满足的是可靠性的要求。但可靠性是相对的的，在分析过程中应当考虑如下因素：1.断路器检修是否影响供电；2.断路器或母线故障以及母线或母线隔离开关检修，影响回路数和停电时长，能否保证对全部Ⅰ类负荷和大部分Ⅱ类负荷的供电；3.变电所全站停电的可能性；4.欧美发达国家一般以每年每户不停电时间百分比来表示供电可靠性。灵活性。1.可以按调度要求，方便投切变压器和线路，调配电源和负荷，以满足在不同运行方式下的不同操作要求；2.可以方便、安全地停运断路器、母线及其二次设备进行检修，但是不影响电网的正常运行和对终端的供电，尽可能精简操作步骤，易于工作人员掌握，降低误操作可能；3.应尽可能多的根据供电规划技术要求，方便地从原来的供电接线上进行修改扩建，在不至于中断连续供电或尽可能短的停电时间情况下投入新机组、变压器和新的线路而不至于发生互相间的干扰，施工为最少。经济性。主接线应该是能够满足可靠性和灵活性的前提下，做到成本合理。其经济性包含以下几个方面：电气主接线应力求简单清晰，节省断路器、隔离开关等一次电气设备的花销；继电保护不过于复杂，节省二次设备和控制电缆等设备投资；选择经济的电气设备和轻型电器；由于电气主接线的形式设计直接关系到决定各种类型配电设备的接线布置和电气总平面的安排布局，所以进行主接线方案设计时应尽可能节约各种类型配电装置占地和空间；生产运行周期费用成本小：行周期费用成本主要包括日常电能损耗费、材料费、折旧维护费及大修费、日常小修的维护费等。电能的损耗主要产生于变压器二次变压，因此需要合理选择主变压器的型式、容量和台数，应尽可能避免两次变压而导致的电能损耗。变电站在我国现代电力系统中的位置与其作用是决定电气主接线的重要因素。本所属于环网接入式、具有三个电压等级的地区变电站，在该供电区十分重要。变电站主接线工程设计要按根据5～10年电力系统开发建设规划要求来进行。考虑到重要的Ⅰ级和Ⅱ级负荷必须同时设置有两个相互独立的电源进行供电，主接线在回数数相对较多的条件下选择采用旁母接线。本站有两台容量为180MVA的大型变压器，故要求电气主接线可靠性要很高。3.2各电压级电气主接线设计主接线形式的选择，主要取决于进出线的连接数量以及所带负荷的性质。根据2012年12月国家能源局正式发布的《220kV～750kV变电所设计技术规程》DL/T5218-2012中规定：在我国电力系统的220kV变电所中，220kV配电装置设计应当在其出线回路数为4回及以上时，宜优先考虑选择采用双母线接线。110kV高压配电装置，当出线回路数大于等于6回时，应优先考虑采用双母线或双母线分段接线，10kV配电装置宜采用单母线接线，并根据主变压器台数来合理确定分段的数量。3.3220kV电气主接线设计本站220kV电压等级远期出线6回，根据有关规程和经验，先列出两个可行方案：双母线接线和双母带旁母接线，然后进行技术、经济比较。方案比较过程如表3-1所示。表3-1220kV电气主接线方案比较要求方案Ⅰ:双母线接线方案Ⅱ:双母线带旁母接线简图可靠性1.检修任一母线不致中断供电；2.在检修某个母线回路的隔离开关时，只需该回路停电，母线发生故障后，仅仅只需短时停电；3.接线简单，故障率低，故障时停电持续时间较长；4.在检修出线断路器时，只需该回路停电。1.系统的工作可靠性更高；2.检修任一母线而不致中断供电；3.在检修任一回路隔离开关时，只停该回路，母线故障后，仅需短时停电；4.检修出线断路器时，该回路不停电灵活性1.系统调度灵活，各个回路上的出线都可以随时任意分配到另外一组母线上；2.通过倒闸操作可组成多种工况；3.有利于扩建和便于实验。同双母线接线1、2、3。经济性使用设备较少，投资较小1.设备增多，投资较高；2.占地面积较大；经过技术和经济综合比较后，220kV的电气主接线采用了方案Ⅱ：双母线带旁母接线。4短路电流计算与电气设备选择4.1短路电流计算的目的1.进行电气设备的选择与校验；2.进行继电保护的整定计算；4.2短路电流的计算高压短路时的短路电流计算一般会选择使用标幺制来计算。标幺制中每一个值的物理量均用标幺值来加以体现。标幺值是一种相对的单位制，其有名值与基准值两个值之比用来作为一个电路参数规定对应的的标幺值，即：标幺值（相对值）=4.3电气设备选择的一般原则与技术要求它能满足各种电力系统在工作条件下的性能要求，并充分考虑了未来的发展前景。应因地制宜，根据长期工作条件进行选择和校准，力求技术先进，降低成本，满足整个工程的施工规范。选择类似设备，尽量减少品种。新材料和产品的选择必须经过可靠测试和正式认证。未经正式认证的新产品在使用时必须经相关部门批准。海拔条件：当平均海拔低于1000m时，无需特别考虑。最高工作电压为海平面以上每100米1%。对于1000米以上的区域，通常应考虑高接地产品或高外部绝缘产品。环境条件：在恶劣的环境中，如空气或积雪，一些电气设备应考虑选择绝缘增强或高电压产品。中国电气设备的环境温度等级分别为+40℃和+25℃。4.4导体的选择导体材料绝大多数采用铜和铝。由于铜的电阻率低，机械运动强度大，抗腐蚀性能强，但是价格贵。铝的电阻率相比于铜高，机械强度相对于铜低，其耐腐蚀性也相对较差但其密度比铜低，且其储量丰富，价格低。因此本所主要采用铝作为导体材料。4.5高压电器的选择高压断路器在设计时应根据它所安装的地点、环境状况以及所采取的技术条件等进行选型，还应当综合考虑是否便于施工及正常运行和维护，并对之作出必要的技术分析。选择断路器的技术指标如下1.额定电压选择：U2.额定电流选择：I3.额定开断电流选择：I4.额定关合电流校验：i5.热稳定校验：I6.动稳定校验：i4.6断路器的选择与校验220kV断路器选择与校验经计算，流过断路器的最大负荷电流为:Imax断路器选择及校验过程如下：1.额定电压选择：UN2.额定电流选择：IN3.额定开断电流选择：INbr根据本电压等级断路器的安装位置、电网额定电压和最大电流，选用的断路器型号为LW-35-252，其主要技术参数参见下表4.1：表4.1LW-35-252型断路器参数断路器型号额定电压/kV额定电流/kA额定开断电流/kA额定关合电流/kA动稳定电流/kA热稳定电流/kA固有分闸时间/s合闸时间/sLW-35-25225240005012512550≤0.03≤0.09计算数据与所选设备参数对比如下表：表4.2计算数据与LW-35-252参数对比表计算数据LW-35-252UNUNs=252IIN=4000IINbr=iiQk=6I2t=ii由上表数据对比，所选断路器满足要求。6电气总平面设计及配电装置6.1变电所电气总平面初步布置根据室外电气设备的高度和类型，室外配电设施分为三类：中、半高、高，GIS室外配电设备可分为传统的中小型和中型。变电站的电压等级为220/110/10kV。通过对220kV配电设备的分析比较，确定安装在中段管状客车室外配电设备中，选用半高柔总线作为110kV配电设备。南北线。国内高压配电设备根据需要可分为一层、二层和三层。本变电所10kV配电装置出口端未安装电抗器，因此户用配电装置选用单层全开关柜。220kV配电装置与110kV配电装置之间设置10kV配电装置，每台主变配一组独立的配电装置。电容器和变压器端子安装在每个配电设备附近。6.2配电装置的分类与设计要求室内配电设备按安装方式可分为三层、两层和一层。单层：为适应6~10kv高压出线，无需安装电抗器。一般情况下，有必要选择全套高压开关设备。双层式：主要用于6~10kV电抗生产线的安装。断路器和电抗器主要设置在同一基础底板上，母线隔离开关设置在同一基础底板上。但缺点是成本相对较高，操作维护不方便，但其优点是占地面积小。三层式：6~10kV，带出口电抗器、底部电抗器、两层短路、顶部母线隔离开关。6.3安全净距由于不同配电设备的电压等级和布置方式不同，不同配电设备的结构尺寸可能略有不同，在选择配电设备的安装方式和尺寸时必须加以考虑，充分考虑设备的安装位置和运行维护后的各种安全条件。在这种空气中，无论最大工作电压或内部和外部电压如何，气隙都不会破裂。根据水利电力部颁布的《高压配电装置设计技术规范》sdj5-85的相关规定，配电装置的最小安全距离如表6.1所示。表6-1配电装置的最小安全净距（mm）符号适应范围屋内配电装置屋外配电装置10(kV)110J(kV) 110J(kV)220J(kV) 220J(kV)A11.带电部分至接地部分之间；2.网状（和板状）遮栏向上延伸线距地2.3m（2.5m）处与遮栏上方带电部分之间1259001800A21.不同相的带电部分之间；2.断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间12510002000B11.设备运输时，其外廓至无遮栏带电部分之间；2.交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间；3..栅状遮栏和带电部分之间；4.带电作业时的带电部分至接地部分之间。87516502550B21.网状遮栏至带电部分之间22510001900C1.无遮栏裸导体至地（楼）面之间；2.无遮栏裸导体至建筑物构筑物顶部之间。242534004300D1.平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间；2.带电部分与建筑物构筑物的边沿部分之间。192529003800E通向屋外的出线套管至屋外通道的路面。4000注：适应范围中的括号内部分为屋外配电装置特有的或不同于屋内配电装置的适应范围。7过电压保护及绝缘配合7.1电力系统防雷保护设计必要性变电站防雷主要用于防止以下雷害：直击雷、防雷、感应雷和沿输电线路传播的雷电波。雷云放电产生的雷击电压可达数十万甚至数兆伏，威胁着各种电气设备的内外绝缘。此外，当雷击时，三绕组变压器的低压绕组会产生高压，从而损坏绝缘。因此，变电站防雷装置的设计具有重要的意义和必要性。7.2直击雷保护本实用新型涉及一种可选择避雷器、避雷器导线、接地网等的直击雷过电压保护装置。中国大多数变电站采用多个避雷器进行联合保护，只有少数变电站直接采用线路防雷。因此，终端选择直接使用多个避雷器进行组合保护。必须在地面上安装单独的避雷器和单独的避雷器。工频接地电阻一般应小于10m，接地装置、闪变装置与日常巡检的距离应大于5m，并采取措施平衡电压。经批准的110kV及以上配电设备应采用避雷器结构，避雷器应单独安装在土壤电阻率大于1000Ω·M的地方。7.3雷电侵入波保护能限制雷电侵入波的手段是因为正确安装避雷器，正确选择避雷器的类型、参数、数量和安装位置是保证防护效果的重要前提。当一个变压器的三个出线套管的端部均安装了一个有效的避雷器，且这个避雷器的冲击放电电压和残压均低于这个变压器的冲击绝缘的水平时，它就能得到可靠的防护。按间隙结构分类，可分为无间隙型避雷器和有间隙型避雷器；按所使用的非线性电阻片材料分类，可分为碳化硅阀式避雷器和金属氧化物避雷器；按外壳材质分类，可分为瓷壳避雷器、复合外套避雷器和罐式避雷器；按标称放电电流分类，主要有20、15、10、5、2、1kA等。220kV设备绝缘配合220kV设备耐压及保护水平如下表。表7.1220kV设备耐压及保护水平（单位：kV）试验电压设备名称设备耐受电压值雷电冲击保护水平雷电冲击耐受电压短时工频耐受电压全波截波变压器9501050360全波：950/532=1.78截波：1050/594=1.76高压电器类10501050（TA）395全波：950/532=1.78高压电力电缆1050395全波：950/532=1.787.4变电所继电保护配置为了保护各种电气设备不受损坏，必须使用继电保护快速、选择性地隔离某些设备。另一方面，快速排除或修复故障可以有效提高整个电力系统的稳定性，保证整个电力系统的安全稳定。随着我国现代电力系统规模的不断扩大，电力设施对继电保护装置的要求越来越高。主要设备的保护设计必须符合现行标准，以满足可靠性、灵敏度、速度和选择性的要求。主变压器是大型变电站供电的重要组成部分之一。当主变压器发生故障时，将严重影响供电的可靠性和连续性。为了保证变电站的安全运行和电力系统的有效支持，有必要根据主变压器的容量和电压水平设计合适的继电保护装置。变压器常见故障可分为罐内故障和罐外故障。油箱故障主要包括绕组或匝间短路和铁芯烧损。油箱外故障主要是套管与导线之间的各种短路。主变压器的异常工况包括过流、过压、过载、油位低等。分励差动保护：纵联差动保护用于将变压器绕组的差动保护从两侧分开，分别引出独立的单元。后备保护：距离保护、复合电压过流保护、零序过流保护、过励磁保护、零序电流间隙保护和过压保护作为主要保护之一，变压器保护能准确反映油箱故障时的各种情况。保护气体可分为轻型气动和重型气动。轻气动信号通过断路器两侧的跳闸发送。其他非电量保护：如温控保护、压力控制保护、油位保护、制冷系统故障保护、制冷系统自动切换、制冷系统自动延时启停装置组、光纤测温装置、，智能单端非电量保护装置硬件。7.5220kV侧母线的保护配置对于110kV或更高电压的双母线或侧母线，必须选择性地安装特殊母线保护，以消除任何母线组中的问题，而其他母线组则可以不费力地继续运行。在API高压侧母线中应用全电流差动保护连接到母线的所有元件必须配备具有相同转换比和特性的电流互感器。当避免外部故障时，差动继电器的启动电流根据任何二次线路电流互感器断开引起的最大不平衡电流和最大负载电流进行设置。7.6断路器失灵保护在110kV及以上电压等级的变电站，当变压器、母线和输电线路发生故障时，应采用故障消除保护装置。在高压电网中，如果断路器不动作，故障持续时间越长，事故后果越严重，甚至导致供电系统不稳定或崩溃。因此，220kV及以上变电站需要双重保护装置，以防止装置拒动。为了操作断路器，必须专门安装断路器故障保护器。断路器故障保护应由母线断路器和分段断路器启动。如果相邻保护元件或保护线路连续动作，故障保护仅起到使母线断路器跳闸的作用。8结论220kV变电站从电力系统侧