1、 220kV 变电所电气一次部分设计220kV 变电所电气一次部分设计摘要本文以任务书给定的220kV变电所原始资料为依据，按照变电所设计规程的要求和变电所的实际情况，从变电所运行的安全性，经济性和可靠性等方面综合考虑，通过技术经济比较对变电所各种电压等级的电气主接线、主变压器和配电装置进行了选择，并在短路电流计算的基础上完成了变电所主要电气设备的选择和主要电气设备的保护配置。此外完成了变电所配电装置的选型和布置设计。通过本次毕业设计，达到了巩固发电厂电气部分课程的理论知识，掌握变电所电气部分设计的基本方法，体验和巩固我们所学的专业基础和专业知识，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的
2、实际问题的能力，培养我们独立分析和解决问题的能力。本设计书包括原始资料、设计说明书、计算书和图纸四部分。关键词：220kV变电所；主接线；短路电流；配电装置220kV 变电所电气一次部分设计THE DESIGN OF THE FIRST PART ABOUT THE 220kV TRANSFORMER SUBSTATIONABSTRACTIn this design, based on the given raw data by the task book of the 220kV transformer substation , In accordance with the the requ
3、irements of the design point of order and the actual situation of the transformer substation. By considering the security operation,economy and reliability.by way of comparing technical and economic then choose the proper main electrical connection of various kinds voltage, the main transformer and
4、distribution equipment, and by calculating the Short-circuit current to choose the main electrical equipment and the protection Profile of the main electrical equipment. Besides I have to select the appropriate type of the distribution equipment of the 220kV transformer substation and the compositio
5、n. Graduation project through this time, to a solidelectric power plant partstheory courses, master substation electrical design part of the basic methods, learning experience and strengthen our foundation and expertise of professional, we apply their training knowledge to analyze and resolve practi
6、cal issues related to the profession skills, to nurture our independent analysis and problem solving skills. The design includes four parts: original data, design specifications, design calculations and drawings.Key words: 220kV substation; the main connection; short-circuit current; distribution eq
7、uipment220kV 变电所电气一次部分设计目 录1 原始资料 .11.1 题目 .11.2 设计资料 .12 设计说明书 .32.1 电气主接线 .32.1.1 主接线设计的基本要求 .32.1.2 主接线的设计原则 .32.1.3 电气主接线的确定 .42.2 所用电的设计 .62.2.1 所用电的设计原则 .62.2.2 所用电源引接方式 .62.2.3 所用变压器的选择 .72.3 主变压器的选择 .72.3.1 主变压器选择的基本原则 .82.3.2 主变压器台数的确定 .82.3.3 主变压器型式和结构的选择 .82.3.4 主变压器容量的确定 .92.3.5 主变选择结果 .
8、92.4 短路电流计算 .92.4.1 短路电流计算目的 .102.4.2 短路电流计算内容 .102.4.3 短路电流计算结果 .102.5 主要电气设备的选择 .112.5.1 主要电气设备的选择要求 .112.5.2 各电压等级电气设备的选择结果 .122.5.3 导线选择 .142.6 防雷设计 .15220kV 变电所电气一次部分设计2.6.1 防雷设计原则和措施 .152.6.2 各电压等级避雷器选择结果 .152.6.3 避雷针的配置 .162.7 配电装置及电气平面图 .172.7.1 配电装置 .172.7.2 主变压器布置 .182.7.3 电气平面设置 .183 设计计算
9、书 .193.1 负荷计算 .193.2 主变容量计算 .193.3 主变压器各绕组电抗标幺值计算 .193.4 短路电流计算 .203.4.1 220kV 母线短路时短路电流计算 .213.4.2 110kV 母线短路时短路电流计算 .233.4.3 10kV 母线短路时短路电流计算 .243.5 电气设备的选择 .263.5.1 220kV 侧电气设备的选择及校验 .263.5.2 110kV 侧电气设备的选择及校验 .293.5.3 10kV 侧电气设备的选择及校验 .323.6 导线的选择 .363.6.1 220kV 母线的选择与校验 .363.6.2 110kV 母线选择与校验 .
10、383.6.3 10kV 母线选择与校验 .403.7 避雷器的选择计算 .413.7.1 220kV 侧避雷器的选择校验 .423.7.2 110kV 侧避雷器的选择校验 .423.7.3 10kV 侧避雷器的选择校验 .42参考文献 .44致谢 .45220kV 变电所电气一次部分设计第 1 页 共 45 页1 原始资料1.1 题目220KV 变电所电气一次部分设计1.2 设计资料（1）待建变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近有地区负荷。（2）确定本变电所的电压等级为避免 220/110/10kV，220kV 是本变电所的电源电压，110kV 和 10kV 是二次电压。（3
11、）待设计变电所的电源由双回 220kV 线路送到本变电所，在中压侧 110kV 母线，送出 2 回线路，低压侧 10kV 母线，送出 12 回线路，本所 220kV 线路有三回输出线路，该变电所的所址，地势平坦，交通方便。（4）负荷资料：表 1-1 110kV 用户负荷统计资料名 称 最大负荷(KW) 功率因数 回路数炼钢厂 42000 0.95 2表 1-2 10kV 用户负荷统计资料名 称 最大负荷(KW) 功率因数 回路数炼油厂 2000 0.95 2机械厂 900 0.95 2电机厂 2400 0.95 2饲料厂 600 0.95 2化工厂 1800 0.95 2汽车配件厂 2100
12、0.95 2最大负荷利用小时数 Tmax=5500h 同时率取 0.9 线路损耗取 5%。（5）拟建变电所联网情况待设计变电所与电力系统的连接情况如图 1.1220kV 变电所电气一次部分设计第 2 页 共 45 页待设计 2 2 0 k V 变电 所2 5 0 k m2 2 0 k V2 2 0 k V4 5 0 M Wc o s = 0 . 8x d = 0 . 1 2 42 2 0 0 M Wc o s = 0 . 8 5x d = 0 . 1 4 2 32 2 0 k V2 2 4 0 M V Au k % = 0 . 1 2 4系统2 2 0 k V炼钢 厂1 1 0 k V2 4
13、0 k m1 0 k V260km250km267km2 1 0 0 M V Ax = 0 . 0 0 4（ S B = 1 0 0 M V A ）4 6 3 M V Au k % = 1 0 . 5 图 1.1 待设计变电所与电力系统的连接情况220kV 变电所电气一次部分设计第 3 页 共 45 页2 设计说明书2.1 电气主接线电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备已规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电
14、气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。因此，主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较，综合考虑各个方面的影响因素，最终得到实际工程确认的最佳方案。2.1.1 主接线设计的基本要求（1）可靠性。所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。安全生产是电力系统的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。（2）灵活性。主接线的灵活性有一些几方面要求：1，调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。2，检修要求。可以方
15、便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用的供电。3，扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。（3）经济型。经济型主要是投资省、占地面积小、能量损失小。2.1.2 主接线的设计原则（1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用。根据变电所在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。（2）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 年电力系统发展规划进行。（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。对一级负荷，必须220kV 变电所电气一次部分设计第 4 页 共 45 页有两
16、个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。（4）考虑主变台数对主接线的影响。变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用
17、容量的有无而有所不同。例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路。变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。2.1.3 电气主接线的确定（1）220kV 部分电气主接线220kV 出线数为 4 回及以上时，宜采用双母线接线。且根据变电站 220kV 运行实际情况（采用 SF6断路器，故障率较低，且采用微机保护装置，检修周期较长）和技术发展趋势，故 220kV 本期及远景均采用双母线接线并设母联断路器。 （2）110kV 部分电气主接线220k V 变电所中的 110kV 配电装置，当出线回路数在 6 回以下时(或为 4-7 回时)宜采用单母线或单母线分段接线，
18、6 回及以上时(或 8 回及以上时)，宜采用双母线接线。当只有两台变压器和两条线路时，宜采用桥形接线。（3）10kV 部分电气主接线本设计 10kV 出现 12 回，从经济性的角度考虑采用单母线分段的接线方式。 （4）方案一：220kV 双母线 110kV 桥形接线 10kV 单母线分段方案二：220kV 双母线分段 110kV 桥形接线 10kV 单母线分段220kV 变电所电气一次部分设计第 5 页 共 45 页2 2 0 k V1 1 0 k V1 0 k V 1 0 k V图 2.1 电气主接线方案一1 1 0 k V1 0 k V1 0 k V2 2 0 k V图 2.2 电气主接线
19、方案二220kV 变电所电气一次部分设计第 6 页 共 45 页表 2-1 电气主接线方案比较项目方案可靠性 灵活性 经济性方案一：220kV 双母线，110kV 桥形接线，10kV 单母线分段。可靠性较高，但是220kV 侧的可靠性没有方案二高。调试、检修都较为方便，且便于对各种电压等级接线进行扩建和发展。隔离开关 58 个，断路器 26 个，设备数量相对较少，投资相对较小。方案二：220kV 双母线分段，110kV 单母线，10kV 单母线分段。可靠性高。 具有较好的灵活性，也便于扩建和发展。隔离开关 60 个，断路器 27 个，设备数量相对较多，投资相对较大。综上所述，确定方案一为最佳方
20、案。2.2 所用电的设计2.2.1 所用电的设计原则变电所的所用电系统设计和设备选择，直接关系到变电所的安全运行和设备的可靠，对他的要求主要有：（1）保证所用电源的可靠性；（2）调度灵活可靠，检修调试安全方便，系统接线要清晰、简单；（3）要考虑全所的扩建和发展规划，所用配电装置不值合理，便于维护管理，对全所系统的容量应满足要求，适当留有裕度；（4）设备选用合理、技术先进、注意节约投资、减少电缆用量；（5）变电所的所用电因为高压电动设备很少，一般动力负荷均为低压，故低压所用电压宜采用 380/220V。2.2.2 所用电源引接方式当所内有较低母线时，一般均采用这类母线上引接 11 个所用电源，这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。如能由不同电压等级的母线上分别引接两个所用电源，则更可保证所用电的不间断供电。本变电所所用电接线设计，所用电源采用从 10kV 母线上引接两个的方式。因为 10kV 母线为单母线分段接线，所以所用电源分别接于 10kV 母线的段和段，互为备用，平时运行当一台故障时，另一台能够
