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电力设计完整

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摘要

电气工程及其自动化专业的毕业设计是培养学生综合运用大学四年所学理论知识，独立分析和解决工程实际问题的初步能力的一个重要环节。

本设计说明书是根据毕业设计的要求，针对22060kv降压变电所毕业设计论文。

本次设计主要是一次变电所电气部分的设计，并做出阐述和说明。

论文包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式，选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数，并且通过计算，详细的校验了各种不同设备的热稳定和动稳定，并对其选择进行了详尽的说明。

同时经过变压器的选择和变电所所带负荷情况，最后确定本变电所电气主接线方案和高压配电装置及其布置方式。

论文包括设计的说明和设备选择的计算，并附有设计图纸（电气主接线图一张、变电所断面图两张、平面布置图一张、防雷保护图一张、继电保护原理图一张），可为以后的设计做些参考。

由于时间紧张和能力有限，此论文中难免会出现遗漏和错误，希望老师给予指点和更正。

最后，感谢各位老师给予我的帮助和大力支持，正因为你们精心的指导本次论文才得以更好的完成，再次表示深深的感谢！

关键词:

电力系统，变电所，电气设备，校验

ABSTRACT

Thisdesignthemainaccordingtotherequestthatgraduatetheddesign,aimingatthe22060kvdeclinetopresstochangetogiveorgetanelectricshocdagraduatethedesignthethesis.Thedesignisbasedonsummarizingourcoumtry'ssubstationdesignandoperation.Ittakestheselectionsofdeviceswhichthissubstationneededsuchasthetypeofelectricbus,thetypeofthepowerdistribution.Itismadeupoftheinstructionandthecaculatingparts.Andforblueprints（siuationmainconnectedwirespicture,theplotandsectionofthesubstation,transformerprotectiveprincipleconnectionpicture）,Itcanbeunsuitedforthesamedesigninfuture.

Formylimitedknowledge,itisimpossibletobenomistakesinthedraft.I.

Finally,thanksforeachteachertocivemybettercomplete,meantheprofoundwithgratitudeagain!

Keywordelectricpowersystem，substation，electricityequipment，Proofreading

引言

电气工程及其自动化专业的毕业设计是培养学生综合运用大学三年所学理论知识，独立分析和解决工程实际问题的初步能力的一个重要环节。

本设计是根据毕业设计的要求，针对22060kv降压变电所毕业设计论文。

本次设计主要是一次变电所电气部分的设计，并做出阐述和说明。

论文包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式，选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数，并且通过计算，详细的校验了各种不同设备的热稳定和动稳定，并对其选择进行了详尽的说明。

同时经过变压器的选择和变电所所带负荷情况，确定本变电所电气主接线方案和高压配电装置及其布置方式，同时根据变电所的电压等级及其在电力网中的重要地位进行继电保护和自动装置的规划设计，最后通过对主接线形式的确定及所选设备的型号绘制变电所的断面图、平面图和继电保护原理图，同时根据所绘制的变电所平面图计算变电所屋外高压配电装置的防雷保护，并绘制屋外高压配电装置的防雷保护图。

本设计的所有图纸都是计算机绘制而成，最后按照要求进行毕业设计成品打印。

论文包括毕业设计说明书和毕业设计计算书两部分，并附有设计图纸（电气主接线图一张、变电所断面图两张、平面布置图一张、防雷保护图一张、继电保护原理图一张），可为以后的设计做些参考，同时能够比较直观的反映本设计变电所的整体全貌。

最后，感谢袁小华老师在设计过程中的指导。

设计中难免有不合适的地方，还请老师帮助改正。

第一篇毕业设计说明书

第一章待设计变电所原始资料分析

1.1变电所概况介绍

1、本变电所位于某工业区附近，主要向工业区供电。

此外一部分是城市公共负荷

2、电压等级为22060KV。

3、本变电所进线2回，从220KV母线转送线路两回向某变电所，输送功率140MW，COSφ=0.85。

出线14回。

4、地区年平均温度16℃，最高温度36℃，最低温度-28℃

5、所址地势平坦，交通方便，出线走廊宽阔。

1.2变电所60KV的用户负荷表

序号

负荷名称

最大负荷（KW）

功率因数

出线方式

出线回数

附注

近期

远期

1

化工厂

18000

22000

0.92

架空

2

2

建材厂

6000

9000

0.95

架空

1

3

机械厂

4500

7200

0.94

架空

1

4

拖拉机厂

10000

12000

0.92

架空

2

5

杜泽变电所

2000

2800

0.94

架空

2

6

汪家变电所

10000

12000

0.95

架空

2

7

沙岭变电所

8000

11000

0.92

架空

2

8

南关变电所

7000

8500

0.95

架空

2

表1.1变电所60KV的用户负荷表

最大负荷利用小时数Tmax=5500，负荷同时系数0.9，线损率为5﹪。

总负荷中重要负荷（Ⅰ、Ⅱ类负荷）占60％。

1.3电力系统接线方式图

系统中所有的发电机均为汽轮发电机,送电线路均为架空线，单位长度正序电抗为0.4欧姆公里。

图1.1电力系统接线方式图

第二章主变压器台数和容量的确定

2.1主变压器选择的要求：

1.和电力系统连接的主变压器一般不超过两台。

当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。

2.变压器装设两台及以上主变压器时，每台容量的选择应按照其中任一台停用时，其余变压器容量至少能保证所供电的全部一级负荷或为变电所全部负荷的60－75％。

通常一次变电所为75％，二次变电所为60％。

3.变电所的主变压器一般采用三相变压器，因制造或运输条件限制及初期只装一台主变压器的220KV枢纽变电所中，一般采用相变压器组，当装设一组单相变压器时，应设有备用相，当主变压器超过一台，且各台容量满足上述要求时，单相变压器组可不装设备用相。

4.变电所中的变压器在系统调压有要求时，一般采用带负荷调压变压器，如受设备制造限制时，可采用独立的调压变压器预留位置。

5.变压器绕组的连接方式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连接方式只有“Y”型和“△”型，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定

2.2主变压器台数的确定

1.根据规程，为保证供电的可靠性和经济性，变电所一般装设两台主变压器。

故本变电所选择两台主变。

2.3主变压器容量及型式的确定

（1）变电所中，主变压器一般采用三相式变压器，其容量应根据电力系统5-10年的发展规划进行选择。

装有两台及以上主变压器的变电所中，当一台停运时，其余主变压器的容量至少能保证所供的全部负荷的70%。

（2）变电所中的主变压器在系统调压有要求时，一般采用有载调压变压器，对于新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用无载调压变压器。

（3）具有直接由高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级，减少重复降压容量，可采用双绕组。

根据本变电所实际情况，交通便利，只有两个电压等级22060KV，故选择采用三相双绕组变压器。

（4）根据计算，确定选择两台容量为63000KVA的变压器，查《电力设备手册》选用YN，d11连接组，附套管电流互感器，其具体型号和参数见表2.1。

型号

额定容量（KVA）

63000

额定电压

高压

242±2*2.5%

空载电流（%）

1.0

低压

63

负载损耗（KW）

245

空载损耗（KV）

73

连接组别

YN,dn

阻抗电压（%）

12.5

轨距

质量（T）

上节油箱

11

外开尺寸（长*宽*高）

1670*4840*6910

油

29.38

运输

101.39（带油）

总质量

119.41

生产厂

沈阳变压器厂

正常运行时，两台变压器全部投入。

当其中一台停运检修时，考虑变压器的过负荷能力，另一台仍能达到全部负荷的70％以上。

第三章主接线形式的选择及说明

3.1主接线的设计原则：

变电所电气主接线是电力系统接线的主要主成部分，它表明了发电机、变压器、线路和断路器等设备的数量和接线方式，从而实现安全的发电、输变电、配电的任务。

根据设计规程，变电所主接线应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。

同时还应考虑以下的因素：

（1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用。

（2）考虑近期和远期的发展规模。

（3）考虑负荷的重要性分级和出线回数的多少对主接线的影响。

（4）考虑主变台数对主接线的影响。

（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。

3.2主接线的设计要求：

1.可靠性

（1）应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。

（2）主接线可靠性含一次部分和相应组成的二次部分运行中可靠性的综合。

（3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。

（4）要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。

2.灵活性

主接线的灵活性有以下几方面的要求：

（1）高度要求，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，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。

3.经济性

（1）投资省

a.主接线力求简单，节省断路器隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。

b.要能使断电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。

c.要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。

d.如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

（2）占地面积小

主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。

（3）电能损失小

经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。

3.3主接线的选择：

接线形式。

当配电装置中的进线和出线总数为12-16回时，在一组母线上设置分断断路器，而双母线运行方式在6-220KV电压的配电装置中，通常是以保证用户供电，所必需的可靠性。

根据上述及本变电所所处系统和负荷性质的要求，初步确定主接线方案：

第一种方案是一次侧（220KV侧）采用单母分段的接线形式，二次侧（60KV侧）采用双母线的接线形式；第二种方案是一次侧（220KV侧）采用双母的接线形式，二次侧（60KV侧）采用双母线的接线形式。

3.3.1第一种方案主接线图（如图3.1）：

图3.1第一种方案主接线图

此种方案的特点：

一次侧（220KV侧）采用单母分段接线形式

优点：

单母分段按可进行分段检修，对于重要负荷可以从不同段引出两个回路，使重要负荷有两个电源供电，在这种情况下，当一段母线发生故障时，由于分段断路器在继电保护装置的作用下能自动将故障切除，因而保证了正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电。

缺点：

是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上所有回路都要在检修期间长时间停电。

二次侧（60KV侧）采用双母线接线形式

为了避免单母分段在母线或母线隔离开关故障或检修时，连接在该段母线上的回路都要在检修时间长时间停电，而发展成双母线这种接线，每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线同时工作，并能过母线联络断路器并联运行。

优点：

（1）可以轮流检修母线而不致使供电中断。

（2）检修任一回路的母线隔离开关时，只需停该回路。

（3）母线故障后，能迅速恢复供电。

（4）调度灵活。

（5）扩建方便。

（6）便于试验。

缺点：

增加了母线长度和使回路增加了一组母线隔离开关，还使配电装置架构增加，占地面积增大，投资增我，由于隔离开关较多，容易误操作。

3.3.2第二种方案主接线图（如图3.2）：

3.2第二种方案主接线图

一次侧（220KV侧）采用双母线接线形式

二次侧（60KV侧）采用双母线接线形式图

此种方案的特点：

双母线接线形式的特点上面已经介绍。

双母线带旁路接线：

除了具有双母线接线的优点外，双母线带旁路接线还具有许多其它的优点：

当进出线检修时，可由专用旁路断路器代替，通过旁路母线供电。

但当设置了专用旁路断路器后，设备的投资和配电装置的占地面积都有所增加。

回数为4~7回时，宜采用单母线接线；当出线回数为8回及以上时，宜采用双母线接线。

3.4主接线的确定：

两种方案进行比较：

首先，一次侧两种接线形式的比较：

单母分段虽然较双母线减少母线长度和隔离开关的数量，而且占地面积也较小，但是单母分段接线当一段母线或母线隔离一关故障或检修时，都会使该段母线上所有回路的检修期间长时间的停电，而这对重要负荷的供电可靠性是不允许的。

双母线接线形式虽然占地面积较大，投次较高，但是其其电可靠性和扩建方便等优点却是对重要负荷和系统容量的变化是非常重要的。

所以通过以上的比较，最终确定一次侧（220KV侧）采用双母线接线形式。

其次，二次侧两种接线形式的比较：

双母带旁路的接线增加了一条母线和隔离开关和断路器的数量，经济性较差，但可靠性优于双母线接线，当进出线检修时，可由专用旁路断路器代替，通过旁路母线供电。

所以通过上述的比较，二次侧（60KV侧）最终选定双母线接线的接线形式。

最后，通过前面对一次侧（220KV侧）和二次侧（60KV侧）接线的经济性，可靠性，灵活性等各方面的综合比较，同时考虑本所的进线，出线的回数以及重要负荷的分布等因素，一次侧（220KV侧）采用双母线的接线形式，二次侧（60KV侧）采用双母线带旁路的接线形式。

第四章短路计算

4.1短路电流计算的目的

1.电气主接线的选择

2.选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保证安全可靠，而且在发生短路时保证不损坏。

3.选择断电保护装置。

4.2短路的基本类型

三相系统中短路的基本类型有：

三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。

为了检验和选择电气设备和载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用下述短路电流值：

Ich：

短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。

I"：

超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值。

I∞：

稳态短路电流有效值。

4.3短路电流计算的基本假定

1.正常运行时，三相系统对称运行。

2.所有电源的电动势相位角相同。

3.电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁蕊的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。

4.短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

5.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

6.元件的计算参数取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。

7.输电线路和电容略去不计。

4.4一般规定

1.验算导体和电器动稳定、热稳定，以及电器开断电流所用的短路电流，应接本设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，确定适中电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式。

而不按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

2.选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容裣装置放电电流的影响。

3.选择导体的电器时，对不带电抗器的回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

4.导体和电器的动稳定，热稳定，以及电器开断电流，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严重，则应按严重情况计算。

4.5计算步骤

1.画等值电抗图

1）首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。

2）选取基准容量和基准电压。

3）计算各元件的电抗标么值。

2.选择计算短路点

3.求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。

4.各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。

5.列出短路电流计算数据表。

4.6计算方法

标么值法：

取基准容量SB＝100MVA，基准电压UB＝Uav计算用公式：

线路电抗：

式（4-1）

变压器电抗：

式（4-2）

短路电流周期分量有效值：

式（4-3）

短路电流冲击值：

ich＝2.55IK式（4-4）

标么值转为有名值：

式（4-5）

具体计算过程及结果见第十章短路计算的内容。

第五章主要电气设备的选择

电器设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一。

正确的选择电器是使电器主接线和配电装置达到安全经济运行的重要条件。

在运行电器选择时，在安全、可靠的前提下，应根据工程情况在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体的选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。

电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

5.1电器设备选择的一般原则：

（1）应满足正常工作状态下的电压和电流的要求。

（2）应满足安装地点和使用环境条件要求。

（3）应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。

（4）应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。

（5）对电流互感器的选择应计其负载和准确度级别。

表5.1为待设计变电所的主要电器设备。

表5.1主要设备选择一览表

设备名称

安装地点

型号

断路器

220KV侧

LW（OFPI）-220

60KV侧

LW（OFPI）-63

隔离开关

220KV侧母线

GW6-220

220KV侧出线

GW6-220

60KV侧

GW5-63

电流互感器

220KV侧

LCWB6-220

60KV侧

LCWB5-63

电压互感器

220KV侧

JDCF-220

60KV侧

JDCF-63

避雷器

220KV侧

FZ-220J

60KV侧

FZ-60

主变中性点

FZ-110

母线

220KV侧

LGJ-18530

60KV侧

LGJ-30040

第六章配电装置

6.1高压配电装置和设计原则及要求

配电装置是指发电厂或变电所的电气主接线中的所有开关电器,载流导体和辅助设备按照一定要求建造而成的,用来接受和分配电能的电工建筑物.配电装置的形式与电气主接线、周围环境等因素有关，分为屋内配电装置和屋外配电装置两种。

配电装置是变电所的一个重要组成部分，电能的汇集和分配是通过各级电压的配电装置实现的，因此，在设计配电装置时应满足以下的要求：

1．保证工作的可靠性和防火性要求

2．保证工作人员的人身安全

3．保证操作、维护、检修的方便。

在保证安全可靠的条件下，应尽量降低配电装置的造价，减少有色金属和钢材的消耗，并应减少占地面积，除此之外配电装置还应有扩建的可能性。

配电装置的整个结构尺寸是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定的。

各种间隔距离中最基本的是空气中的最小安全净距，在这一距离下，无论正常或过电压的情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。

屋内、外配电装置中各项安全净距尺寸，在《高压配电装置设计技术规程》中被分为A、B、C、D、E五项，作主设计配电装置时的根据，其中A值是基础，其余各值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而得。

各项净距数值可查阅有关规程。

在配电装置的具体设计中，应遵循《电力工业管理办法》、《高压配电装置设计技术规程》、《建筑设计防火规范》等有关规定，高压配电装置设计的一般原则：

1．节约用电。

2．运行安全和操作巡视方便

3．便于检修和安装。

4．节约材料，降低造价。

屋外配电装置与屋内配电装置的比较，所具有的特点：

1．屋外配电装置的土建工程量少，施工时间短，节省建筑材料，降低了基建投资。

2．相邻回路电器之间的距离较大，大大减少了事故蔓延的危险性。

3．巡视检查清楚，便于扩建和设备更新。

4．维护操作不方便，因为隔离开关的操作以及对各种开关电器的巡视检查，在任何天气条件都必须在露天进行。

5．面积大占地面积大。

屋外配电装置根据电器和母线布置的高度可分为中型、高型和半高型等型式。

中型配电装置是所有开关电器都安装在较低的基础和支架上，母线一般采用饺线和悬垂绝缘子串组成，悬挂在门型构架上，母线水平面高于开关电器的水平面。

高型配电装置是指开关电器分别安装在几个水平面内，断路器安装在地面基础支架上，母线隔离开关在断路器之上，主母线又在母线隔离开关之上或两组母线上下重叠，母线一般采用绞线和悬垂绝缘子串悬挂在构架上。

其特点是布置紧凑、集中，占地面积小，操作维护条件差两组母线隔离开关分层操作，路径较长，易引起误操作。

半高型配电装置指其布置处于中型和高型配电装置之间，既仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置。

此外，还要设置搬运通道，为了便于变压器等笨重的设备。

当变压器的油量超过1000公斤时，为了防止事故时，油的燃烧和蔓延，应在其下面设置能容纳20％油量的储油池，储油池的尺寸一般比变压器外壳尺寸大1米，池内铺设厚度不小于250mm的卵石层。

屋外配电装置不需建造房屋，投资较长。

设计高压配电装置时，还应遵循以下设计原则：

1．用地。

2．安全和操作巡视方便。

3．检修和安装条件。

4．导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行。

5．三材，降低造价。

6．设备选型。

6.2设备的配置

6.2.1隔离开关的配置

1.接在变压器引出线上或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。

2.接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。

3.短路器两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器是隔离电流。

4.中性点直接接地的普通形式变压器均宜配置隔离开关。

6.2.2电压互感器的配置

1.电压互感器的数量和配置与主接线有关，应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。

2.60—220KV电压等级的每组主接线的三相应电压互感器

3.当需监视和检测线路上有、无电压时，出线侧的一组上应装设电压互感器。

6.2.3电流互感器的配置

1.凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动化的要求。

2.在未装设断路器的