220kV变电站设计

引言发电厂及电力系统的毕业设计是培养学生综合运用所学理论知识，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220/60KV降压变电所毕业设计论文。本次设计主要是一次变电所电器部分的设计，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，详细的校验了公众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。第一篇毕业设计说明书1变电所设计原始资料1.1设计的原始资料及依据(1)待设计变电所建成后主要向工业用户供电，电源进线为220KV两回进线，电压等级为220/60KV。(2)变电所地区年平均温度14℃，最高温度36℃，最低温度-20℃。(3)周围空气无污染。(4)出线走廊宽阔，地势平坦，交通方便。(5)变电所60KV负荷表：（重要负荷占总负荷的80%，负荷同时率为0.7，线损率5%，Tmax=5600小时）表1.1变电所60kV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路数附注近期远期1建成机械厂18000250000.95架空2有重要负荷2化肥厂8000100000.95架空2有重要负荷3重型机械厂10000130000.95架空2有重要负荷4拖拉机厂15000200000.95架空2有重要负荷5冶炼厂10000150000.95架空2有重要负荷6炼钢厂12000180000.95架空2有重要负荷(6)电力系统接线方式如图所示：图1.1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2主变压器的选择变压器是一种静止的电气设备，他利用电磁感应原理，把一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电器设备之一，担负着变换网络电压、进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和系统正常进行的保证。2.1主变容量选择的有关规定及原则2.1.1主变容量的选择及确定根据《变电所设计》中的有关规定(1)正确的选择主变容量，要绘制变电所的年及日负荷曲线，并以曲线得出的变电所的年、日最高负荷和平均负荷。(2)一般按变电所建成后5~10年的规划负荷进行选择。(3)主变容量的确定：变电所一般装设两台主变压器，其中一台（组）变压器停运后，其余变压器的容量应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内应保证拥护的一级和二级负荷。即满足SN≥0.7PZMAX。（PZMAX为综合最大负荷）若变电所有其他能源可供保证在主变停运后用户的一级负荷则可装设一台主变压器。2.1.2主变容量的选择根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分的有关规定为保证供电的可靠性，对有重要负荷的依次变电所应装设两台主变压器最好。2.1.3主变压器形式的选择(1)根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分，在不受运输条件限制的情况下，在330KV及以下的变电所均应选用三相变压器，若因制造和运输条件限制，在220KV的变电所中，可采用单相变压器组。当装设一组单相变压器是，应考虑装设备用相，当主变超过一组，且各组容量满足全所负荷的75%时，可不装设备用相(2)当系统有调压要求时，应采用有载调压压气，对新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用无载调压变压器，来节省工程造价。(3)与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除降压负荷较大或与高、中压见潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需做技术经济比较。2.1.4主变压器的冷却方式主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷，强迫油循环风冷，强迫油循环水冷，强迫导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环风冷。2.1.5主变压器绕组的连接方式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和△，高、中、低三侧绕组的组合要根据工程具体情况确定。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。3主接线形式的选择及说明电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电路。将电路中各种电器设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线设计是一个综合性问题。3.1主接线的设计原则根据设计规程，变电所主界限应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。同时还应考虑以下的因素：1)变电所在电力系统中的地位和作用。2)近期和远期的发展规模。3)负荷的重要性分级和出现回数的多少对主接线的影响。4)主变台数对主接线的影响。5)备用容量的有无和大小对主接线的影响。3.1.1设计主接线的设计原则及基本要求3.1.1.1可靠性1）应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析2）主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠行的综合3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度，采用可靠性能高的电气设备可以简化接线3.1.1.2可靠性的具体要求：1）断路器检修时，不影响对系统的统电2）断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电3）精良避免全部停运的可能性3.1.1.3灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：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条度要求。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至于影响对拥护的供电。3.1.1.4经济性1)投资省a.主接线力求简单，以节省断路器、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路。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。2)占地面积小主接线设计要为配电装置创造条件，精良使占地面积减少。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。3.2主接线的选择根据《规程》知：110—220KV配电装置中的出现回路数为4回时，一般采用单母线分段的接线形式。对于在系统中居重要地位的配电装置，220KV出线为4回及以上时，也可装设专用旁路短路器。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，具备必须的可靠性。根据上述以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）采用单母线分段的接线形式，二次侧（60KV）采用双母带旁路的接线形式；第二种方案是一次侧（220KV）采用双母线分段带旁路的接线形式，而次侧（60KV）采用双母线分段的接线形式。第一种方案主接线图：图3.1第一中方案主接线图此种方案的特点：一次侧（220KV）采用单母线分段的接线形式优点：单母分段可进行分段检修，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，但一段母线发生故障时，由于分段断路器在继点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：当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。二次侧（60KV）采用双母接线形式双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。由于母线继电保护的要求，一般某一回固定与某一组母线连接，以固定连接方式运行。优点：1）供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一出线断路器时，该回路不停电。2）调度灵活。各个电源和各个负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。3）扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。4）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：在倒母线的操作过程中，使用隔离开关切换有负荷电流的电路，操作过程比较复杂，容易造成误操作。其次是双母线接线平时只有一组母线工作，因此，当工作母线短路时仍要使整个配电装置短时间停止工作，在检修任一回路的断路器时，此回路仍需要停电。另外，增加了母线隔离开关的数目和有色金属的消耗量，并且使配电装置结构复杂，故经济性较差。第二种方案主接线图一次侧（220KV）采用双母线分段带旁路接线形式二次侧（60KV）采用双母线分段接线形式图3.2第二中方案主接线图此种方案的特点：双母线接线形式的特点：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期间长时间停电，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，并通过母线联络断路器并联运行。优点：a.可以轮流检修母线而不致使供电中断。b.检修任一回路的母线隔离开关时，只需停该回路。c.母线故障后，能迅速恢复供电。d.调度灵活。e.扩建方便。f.便于试验。缺点：增加了母线长度和使每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，投资增多，由于隔离开关较多，容易误操作。3.3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：双母分段虽然较单母线在可靠性和调度灵活上优越，但单母线分段可以解决这个问题，而且占地面积也较小。双母线接线形式占地面积较大，投资较高。所以通过以上的比较，最终确定一次侧（220KV）采用单母线分段的接线形式。其次，二次侧两种接线形式的比较：双母线分段的接线增加了隔离开关和断路器的数量，接线复杂，其平时只有一组母线运行，所以当工作母线短路时，仍要使整个配电装置短时间停止工作，扩大了停电时间。而双母带旁路的接线不仅经济性要优于前者，而且在母线故障后，恢复供电的速度也高于前者，同时，双母线接线调度灵活，扩建方便，所以通过上述的比较，二次侧（60KV）最终选定双母带旁路接线的接线形式。最后，通过前面对一次侧（220KV）和二次侧（60KV）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）采用单母线分段的接线形式，二次侧（60KV）采用双母带旁路的接线形式。4短路计算4.1短路电流计算的目的短路电流计算的主要目的是为了选择断路器等电器设备或对这些设备提出技术要求；评价并确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送电线路对通讯设施的影响等。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。一般长用的短路电流值有：：短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。：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。：稳态短路电流有效值。4.3短路电流计算的基本假定短路电流实用计算中，采用的假设条件和原则为：1)正常工作时，