电力系统及其自动化(二学历)毕业设计说明书

东北电力大学毕业设计论文220kV变电所电气部分一次系统设计专业：2014级机电一体化技术专业姓名：学校：东北电力大学目录一、变电所设计任务书…………………………………二、设计说明书…………………………………………1、原始资料分析…………………………………………2、主接线方案及主变的确定……………………………3、短路电流的计算分析及表格…………………………4、电气设备的选择………………………………………5、防雷保护………………………………………………6、主接线上继电器保护及自动装置……………………三、设计计算书…………………………………………1、短路电流的计算………………………………………2、电气设备的校验………………………………………3、防雷保护计算…………………………………………东北电力学院毕业设计论文-3-变电所设计任务书（1）一、题目220kV区域变电所设计二、设计原始资料1．变电所性质：系统枢纽变电所，与水火两大电力系统联系。2．地理位置：本变电所建于机械化工区，直接以110kV线路供地区工业用户负荷为主。3．自然条件：所区地势较平坦，海拔800米，交通方便，有铁路、公路经过本所附近。最高气温＋38℃，最低气温－30℃。年平均温度＋10℃，最大风速20m/s。覆冰厚度5mm，地震裂度＜6级。土壤电阻率＜500Ω·m雷电日30周围环境较清洁，化工厂对本所影响不大。冻土深度1.5m，主导风向夏南，冬西北。4．负荷资料：220kV侧共4回线与电力系统联接。110kV侧共12回架空出线，最大综合负荷256MV，cosφ=0.85。用户名称最大负荷MW线路长度kM回路数重型机械厂60202机床厂20151军工机器厂60202汽车制造厂40152化工机械厂30101化工厂30201化肥厂40202市区变电所40101东北电力学院毕业设计论文-4-10kV侧装设TT-30-6型同期调相机两台。5．系统情况：东北电力学院毕业设计论文-5-原始资料分析设计依据：1）220kV区域变电所设计任务书。2）变电所设计规程。一、变电所在系统中的作用及负荷分析1、变电所分析：本所最大综合负荷为：110kV侧：256MW，COSφ=0.85本所属于系统枢纽变电所，与水火两大电力系统联系。本所直接以110kV线路供地区工业用户负荷为主。本所是地区重要变电所位于地区网络枢纽点上，高压侧以交换或接收功率为主，供电给地区中的中压侧和附近的低压侧负荷。全所停电后，将引起地区电网瓦解，影响整个地区供电。2、系统情况：系统共有两台TT-30-6型同期调相机。（此处分析不对，应分析题目所给的电力系统的情况，即本站所连的水、火电厂及连接方式。）3、负荷情况分析：本所所用的供电负荷主要是城市的机械化工区的重要工业用户，停电后会造成很大的经济损失，因此，要求本所具有较高的供电可靠性。二、环境分析1、地理位置：所区地势平坦，交通方便，有铁、公路经过本所附近，故可以考虑选择廉价、较笨重的设备。空气清洁，虽有化工厂但对本所影响不大，故可采用屋外配电装置，考虑到土地的经济性，地表裂度等因素，屋外配电装置拟采用普通中型装置。2、气象分析：东北电力学院毕业设计论文-6-本所所在地区主导风向夏季为南风，冬季为西北风，所以变电所间隔及母线布置应为东南、西北走向，最大风速20m/s，小于35m/s，因此对屋外配电装置可不考虑风速对布置形式的影响。地区最高温度+38℃，最低气温-30℃，在此温度范围内，普通变压器即可正常运行，无需做特殊考虑。本地的土壤电阻率＜500Ω.m，不属于高土壤电阻率，无需特殊考虑。主接线方案的拟定及主变的确定一、主接线方案的拟定：主接线的确定对变电所本身运行的可靠性、灵活性、经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置，继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。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，并在满足运行可靠性，简单灵活，操作方便和节约投资等要求，有扩建的还应在布置上为过渡到最终接线准备条件（无需做特殊考虑）。1、各电压等级的接线：规程要求：110kV～220kV配电装置出线回路为3～4回时，一般采用单母线分段接线；当110kV～220kV配电装置，在系统中具有重要地位，并出线回路在四回及以上时，一般采用双母线接线；对于在系统中具有重要地位的配电装置，220kV出线为四回及以上的，一般可装设专用旁路断路器。1）、220kV电压等级本所特点：（1）与水火两大电力系统联系，属于系统枢纽变电所。（2）供电给地区一类负荷。（3）220kV为本所唯一的电源进线。根据规程规定，拟选单母线分段接线或双母线接线或双母带旁路接线。东北电力学院毕业设计论文-7-①单母线分段接线（图如下）：（图1）优点：A、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。B、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。缺点：A、当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停电。B、当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越。C、扩建时须向两方面均衡扩建。②双母线接线（图如下）：（图2）分段断路器母联断路器东北电力学院毕业设计论文-8-优点：A、供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任意回路的母线隔离开关，只停该回路。B、调度灵活。各个电源和回路负荷可以任意恢复到某一组母线上，能灵活的使用系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。C、便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。缺点：A、增加一组母线和使用每回路就需要增加一组母线隔离开关。B、当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。作为避免隔离开关误操作，须在隔离开关和断路器之间装设联锁装置。③双母线带旁路接线：优点：A、110kV～220kV线路输送功率较多、送电距离较远、停电影响较大，并且110kV及220kV少油断路器平均每台每年检修时间约需5至7天，停电时间较长，因此，一般需设置旁路母线或旁路隔离开关。首先讨论双母带旁路（母联兼旁路）：（图3）旁路母线双母线母联兼旁路断路器优点：节约专用旁路断路器和配电装置空间。东北电力学院毕业设计论文-9-缺点：当进出线断路器检修时，就要用母联断路器代替旁路断路器，双母线变为单母线，破坏了双母线固定的连接运行方式，增加了进出线回路母线隔离开关的倒闸操作。其次讨论双母带旁路（专用旁路断路器）：（图4）优点：A、检修任意一条线路不需停电。B、运行调度灵活。缺点：增加专用旁路断路器和配电装置空间。④评价：对于在系统中居重要地位的配电装置，220kV出线为四回及以上的，一般可装设专用旁路断路器。本所与水火两大电力系统联系，属于系统枢纽变电所。同时供电给地区一类负荷。本所是地区重要变电所，位于地区网络枢纽点上，全所停电后，将引起地区电网瓦解，影响整个地区供电。经综合比较，选方案③，即双母线带旁路（专用旁路断路器）。2）、110kV电压等级规程规定：旁路母线双母线母联断路器专用旁路断路器东北电力学院毕业设计论文-10-110kV～220kV配电装置出线回路在5回及以上时，一般采用双母线接线。当110kV出线为7回及以上时，一般装设专用旁路断路器。①双母线接线：优点：A、供电可靠。B、调度灵活。C、扩建方便。D、便于试验。（图5）缺点：增加一组母线，使每回路就需要增加一组母线隔离开关。②双母线带旁路（母联兼旁路）（图6）旁路母线双母线母联兼旁路断路器优点：节约专用旁路断路器和配电装置空间。母联断路器东北电力学院毕业设计论文-11-缺点：当进出线断路器检修时，就要用母联断路器代替旁路断路器，双母线变为单母线，破坏了双母线固定的连接运行方式，增加了进出线回路母线隔离开关的倒闸操作。③双母带旁路（专用旁路断路器）（图7）优点：A、检修任意一条线路不需停电。B、运行调度灵活。缺点：增加专用旁路断路器和配电装置空间。④评价：当110kV出线为7回及以上回路时，一般采用装设专用旁路断路器，此电压等级共12回线出线，均为地区重要工业用户及市区变电所，其中有重型机械厂、机床厂、军工机器厂、汽车制造厂、化工机械厂、化工厂、化肥厂等重要负荷。从可靠性考虑，拟用双母线带旁路接线方式，并且110kV母线间隔大，发生故障几率小，所以不宜分段，而且设旁路断路器，这样不仅节省投资，同时也减少占地面积。由于出线回路多，设专用旁路断路器，所以选用方案③，即双母线带旁路（专用旁路断路器）。旁路母线双母线母联断路器专用旁路断路器东北电力学院毕业设计论文-12-3）、10kV电压等级规程规定：6kV和10kV配电装置中，一般采用分段单母线或单母线接线。①单母线接线优点：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。缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线、母线间隔离开关等）故障或检修，均需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。（图8）②单母线分段接线（图9）分段断路器优点：1）、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。2）、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，不致使重要用户停电。东北电力学院毕业设计论文-13-缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。综合考虑，拟选单母线分段接线。二、主变的选择与确定。1、（1）、主变容量的确定：规程规定：变电所中主变压器一般采用三相式变压器，其中容量应根据电力系统5—10年的发展进行选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。根据变电所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，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；当变压器容量应能保证全部负荷的60%。（2）、主变台数的确定：规程规定：变电所（两个电源）中一般装设两台主变压器。（3）、主变负荷计算：SN=0.6PMPM：变电所最大负荷SN=0.6（256/0.85）=180.71MVA2、主变型式的确定：本所特点：直接以110kV线路供地区工业用户负荷为主。规程规定：有两种电压与110kV及以上中性点直接接地的电力网连接的变电所，加技术经济合理，一般采用自耦变压器，所以选两OSFPS—240000/220变压器。短路电流的计算：东北电力学院毕业设计论文-14-（图10）900/-296-32115kV300-210.5kV230kV123ⅢⅠⅡⅡⅠⅢ/220/220150kM100kM（图11）115kV10.5kV230kV230kV123456789101112131415161718192021222324123短路计算的一般规定：（一）、验算导体和电器动稳定性、热稳定性以及电器开断电流所用的短路电流，应该按本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（一般为本工程建成后5—10年）。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常界线方式，而不应该按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（二）、选择导体和电气时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。东北电力学院毕业设计论文-15-（三）、导体和电器的动稳定性、热稳定性以及电器的开断电流，一般按三相短路计算，自耦变压器回路的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。（四）、选择导体和电器的短路电流，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补偿装置放电电流的影响。短路电流计算结果表：短路点平均电压支路点I”（KA）I2.0（KA）I4.0（KA）Ich（KA）d123011.8262.1092.1092.85524.4024.81984.8736.833故障点6.2286.