1、220kv变电站电气设计，设计题目为：220kV区域变电所电气部分设计 一、设计任务：根据电力系统规划需新建一座 220kV区域变电所。该所建成后与110kV和220kV电网相连，并供给近区用户供电。二、原始资料1、 按规划要求，该所有220kV、110kV和10kV三个电压等级。220kV出线6回(其中备用2回)，110kV 出线10回(其中备用2回)，10kV出线12回(其中备用2回)。变电所还安装两台 30MVA调相机以满 足系统调压要求。2、 110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为 80000kVA，其他作为一些地区变电所进线，最大负荷与最小负荷之比为 0.6。10kV侧总
2、负荷为35000kVA,in类用户占 60%最大一回出线负荷为 2500kVA,最大负荷与最小负荷之比为 0.65。3、 各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：4、 220kV和110kV侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间为 0.15s , 10kV出线过流保护时间为 2s , 断路器燃弧时间按 0.05s考虑。5、 系统阻抗：220kV侧电源近似为无穷大系统，归算至本所 220kV母线侧阻抗为0.015 (S j=100MVA), 110kV侧电源容量为 500MVA归算至本所110kV母线侧阻抗为 0.36 (S= 100 MVA)。6、 该地区最热月平均温度为 28 C,年平均气温
3、16 C,绝对最高气温为 40 C, 土壤温度为18C。7、 该变电所位于市郊生荒土地上，地势平坦、交通便利、环境无污染。三、 设计内容及要求：1、 主接线设计：分析原始资料，根据任务书的要求拟出各级电压母线接线方式，选择变压器型式及连 接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。2、 短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流并列表表示出短路 电流计算结果。3、 主要电气设备选择：(a)选择220kV主变侧、110kV侧最大一回负荷出线及 110 kV主变侧的断路器及隔离刀闸。(b)选择220kV、110kV主母线及主变低压侧母线桥导体。(c)选择220kV主母线
4、的支持绝缘子及穿墙套管。(d)选择限流电抗器(如有必要装设)及 10kV最大一回负荷出线电缆。(e)选择10kV主母线电压互感器。(f)选择10kV出线电流互感器。4、电气设备配置(a)各电压等级电压互感器配置。(b)各回路电流互感器配置。5、其它设计(a )进行继电保护的规划设计。(b )进行防雷保护的规划设计。(c)220kV 高压配电装置设计。四、设计成果1、编制设计说明书。2、编制设计计算书。3、绘图若干张。(a)绘制变电所电气主接线图。(b)绘制220kV或110kV高压配电装置平面布置图。 *(c)绘制220kV或110kV高压配电装置断面图(进线或出线)(d)绘制继电保护装置规划
5、图。第一章 电气主接线选择 第一节 概述 主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的 电路， 也是构成电力系统的重要环节。 主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、 灵活 性和经济性密切相关， 并且对电气设备选择、 配电装置、 继电保护和控制方式的拟定有较大影响。 因此， 必须正确处理好各方面的关系。我国变电所设计技术规程 SDJ2-79 规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、 回路数、设备特点及负荷性质等条件确定， 并且满足运行可靠， 简单灵活、 操作方便和节约投资等要求， 便于扩建。一、 可靠性： 安全可靠是电力生产的首要
6、任务， 保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求， 而且也是电力生产和分配的首要要求。1 、主接线可靠性的具体要求：( 1 )断路器检修时，不宜影响对系统的供电；( 2)断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一 级负荷全部和大部分二级负荷的供电；( 3)尽量避免变电所全部停运的可靠性。二、 灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。( 1)为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够 满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；( 2)为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进
7、行安全检修，而不致 影响电力网的运行或停止对用户的供电；( 3)为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和 二次设备装置等所需的改造为最小。三、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。（ 1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一 次设备的投资， 要能使控制保护不过复杂， 以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资； 要能限制短路 电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；（ 2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘
8、子 及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。（ 3）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损 失。第二节 主接线的接线方式选择 电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时 （一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便， 有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。1、单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是 不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需
9、使整个配电装置停电。单母线 可用隔离开关分段， 但当一段母线故障时， 全部回路仍需短时停电， 在用隔离开关将故障的母线段分开 后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。单母接线适用于：110200KV配电装置的出线回路数不超过两回， 3563KV,配电装置的出线回路数不超过 3回，610KV配电装置的出线回路数不超过 5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。2、 单母分段 用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但
10、是， 一段母线或母线隔离开关故障或检修时， 该段母线的回路都要在检修期间内停电， 而出线为双回时， 常 使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：110KV220KV配电装置的出线回路数为 34回，3563KV配电装置的出线回路数为 48回，6 10KV配电装置出线为 6回及以上，则采用单母分段接线。3、 单母分段带旁路母线这种接线方式：适用于进出线不多、 容量不大的中小型电压等级为 35110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。4、 桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。内桥接线：适合于输电
11、线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。 当变压器故障时，需停相应的线路。外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器 LD,不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修 LD时使用。当线路 故障时需停相应的变压器。所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有：使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般 系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。5、一个半断路器（ 3/2 ）接线 两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵 活性， 任一母线故障或检修均不致停电，
12、 但是它使用的设备较多， 占地面积较大， 增加了二次控制回路 的接线和继电保护的复杂性，且投资大。6、双母接线 它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时， 不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。 对于，110K220KV 输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响 较大，一般规程规定，110KV220KV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达 7回，（110KV）或5回（220KV时，一般应装设专用旁路母线。7、双母线分段接线双母线分段， 可以分段运行， 系统构成方式
13、的自由度大， 两个元件可完全分别接到不同的母线上， 对大容量且在需相互联系的系统是有利的， 由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸， 因此在 继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。 而较容易实现分阶段的扩建等优点， 但是易受到母线故 障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在 11 回及以下时，母线不分段。为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试） ，不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样 节省了断路器及配电装置间隔
14、。第二章 主变压器容量、台数及形式的选择第一节 概述在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率， 或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统 510年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台 数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发 挥效益； 若容量选得过小， 可能使变压器长期在过负荷中运行， 影响主变压器的寿命和电力系统的稳定 性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力
15、变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时， 要根据原始资料和设计变电所的自身特点， 在满足可靠性的前提下， 要考虑到经济性来选择主 变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。第二节 主变压器台数的选择由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区 220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至 110KV及10KV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网 瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影
16、响供电，变电所中一般装设两台主变压 器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时 增大了占用面积， 和配电设备及用电保护的复杂性， 以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。 而且会造 成中压侧短路容量过大， 不宜选择轻型设备。 考虑到两台主变同时发生故障机率较小。 适用远期负荷的 增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。第三节 主变压器容量的选择主变容量一般按变电所建成近期负荷， 510年规划负荷选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展， 对于
17、城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合， 该所近期和远期负荷都给定， 所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量， 根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量， 对于有重要负荷的变电所， 应考虑当一台变压器停运时， 其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内， 应保 证用户的一级和二级负荷， 对一般性能的变电所， 当一台主变压器停运时， 其余变压器容量应保证全部 负荷的70%80%该变电所是按70%全部负荷来选择。因此， 装设两台变压器变电所的总装容量为： 刀se = 2 （0.7PM） = 1.4PM 。当一台变压器停运时，可保证对 60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为 4
18、0%，则可保 证98%负荷供电，而高压侧220KV母线的负荷不需要通过主变倒送， 因为，该变电所的电源引进线是 220KV 侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量为： Se =0.7 （ sn +sm）。第四节 主变压器型式的选择一、 主变压器相数的选择当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电所均应选择三相变压器。 而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线 的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、
19、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占 用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。二、 绕组数的选择在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本 次所设计的变电所具有三种电压等级， 考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素， 该所选择三 绕组变压器。在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大
20、，以及干扰继电保护和通讯， 并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以， 当高压侧发生过电压时， 它有可能通过串联绕组进入公共绕组， 使其它绝缘受到危害， 如果在中压侧电 网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压 器的零序保护的装设与普通变压器不同。 自耦变压器， 高中压侧的零序电流保护， 应接于各侧套管电流 互感器组成零序电流过滤器上。 由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。 电网电压波动 范围较大， 如果选择自耦变压器，其两台自耦
21、变压器的高、中压侧都需直接接地， 这样就会影响调度的 灵活性和零序保护的可靠性。而自耦变压器的变化较小， 由原始资料可知， 该所的电压波动为 8%，故 不选择自耦变压器。分裂变压器：分裂变压器约比同容量的普通变压器贵 20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时， 很大的电流向一侧绕组流去， 在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡， 在轴向上产生巨 大的短路机械应力。 分裂变压器中对两端低压母线供电时， 如果两端负荷不相等， 两端母线上的电压也 不相等，损耗也就增大， 所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡， 又需限制短路电流的供电系统。 由于 本次所设计的变电所，受功率端的负荷大
22、小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电 保护的需求。 又能满足调度的灵活性， 它还分为无激磁调压和有载调压两种， 这样它能满足各个系统中 的电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。三、主变调压方式的选择为了满足用户的用电质量和供电的可靠性， 220KV及以上网络电压应符合以下标准：1枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的11.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过 10%，事故
23、后不应低于电网额定电压的 95%。2电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的 95% 1 00%。调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在 5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达 30%。由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。四、 连接组别的选择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。五、 容量比的选择由原始资料可知，110KV中压侧为主要受功率绕组， 而10KV侧主要用于所用电以及无功补偿装置， 所以容量比选择为： 100/100/50
24、。六、 主变压器冷却方式的选择主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。 自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却， 虽然散热效率高， 节约材料减少变压器本体尺寸等优点。 但是它要有一套水冷却系 统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。第三章 短路电流计算第一节 概述在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见 同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路， 因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正 常运行。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的
25、相与相之间或相与地（对于中性点接 地系统）发生通路的情况。在三相系统中， 可能发生的短路有： 三相短路， 两相短路， 两相接地短路和单相接地短路。 其中， 三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路 的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短 路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。第二节 短路计算的目的及假设一、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。其计算目的是：1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方
26、案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的 措施等，均需进行必要的短路电流计算。2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又 力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5）按接地装置的设计，也需用短路电流。二、短路电流计算的一般规定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，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后 510年）。确定短路电流计算时
27、，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应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机的影 响和电容补偿装置放电电流的影响。3） 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按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、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。三、短路计算基本假设1）正常工作时，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，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4） 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5）
28、元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6）系统短路时是金属性短路。四、 基准值高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准 值：基准容量：Sj = 100MVA基准电压：Vg（ KV） 10.5 115 230五、 短路电流计算的步骤1 ）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；2） 给系统制订等值网络图；3） 选择短路点；4 ）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对 短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。一 1标幺值：id* = x*di有名值：Idi = ld*lj5）计
29、算短路容量，短路电流冲击值短路容量：S = ,3 Vjl ?短路电流冲击值：Icj = 2.55I ?6）列出短路电流计算结果具体短路电流计算具体见计算说明书。第四章电气设备的选择第一节概述导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达 到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积 极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可 靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工
30、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 后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。一、一般原则1 ）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2）应按当地环境条件校核；3）应力求技术先进和经济合理；4）选择导体时应尽量减少品种；5） 扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6） 选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。二、技术条件1、按正常工作条件选择导体和电气1） 电压：所选电器和电缆允许最高工作电压 Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压 Vgmax即 Vymax Vgmax一般电缆
31、和电器允许的最高工作电压， 当额定电压在220KV及以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Vgmax 般不超过1.1Ve。2） 电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度 Q下，导体和电器的长期允许电流 Iy应不小于该回路的最大持续工作电流 Igmax即 Iy Igmax由于变压器在电压降低 5%寸，出力保持不变，故其相应回路的 Igmax = 1.05Ie （Ie为电器额定电流）。3） 按当地环境条件校核当周围环境温度 Q和导体额定环境温度 Q不等时，其长期允许电流 Iy Q可按下式修正基中K 修正系数Qy导体或电气设备正常发热允许最高温度我国目前生产的电气设备的额定环境温度 Q。= 40 C,裸导体的额定环境温度为 +25C。2、按短路情况校验电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定， 用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。1）短路热稳定校验Qd 三 Qr满足热稳定条件为：Ir L 2tdz w Ir 2tQd 短路电流产生的热效应Qr 短路时导体和电器允许的热效应Ir
