220kV降压变电站设计

本科生毕业论文题目220/110/10kV降压变电所设计系别继续教育学院班级电气工程及其自动化姓名杨文中学号1143202353答辩时间2016年5月10日华北电力大学继续教育学院1220/110/10kV降压变电所设计杨文中指导老师：刘伟摘要：本设计主要介绍了220/110/10kV变电所电气部分初步设计内容和方法。设计的内容有主接线方案的确定，主变压器的选择，短路电流的计算,母线、断路器、隔离开关、熔断器、绝缘子、穿墙套管的选择和校验，互感器的配置，防雷保护的设计，以及继电保护的设计和整定计算。关键词：变电所；主接线；变压器；继电保护TheTentativeDesignofElectricalEngineeringin220/110/10kVsubstationYangWenzhongTutor:Abstract:Thisdesignintroducesthecontentandmethodsof220/110/10kVsubstationelectricalpartofthepreliminarydesign.Designthecontentofthemainwiringprogram,thechoiceofthemaintransformershort-circuitcurrentcalculation,bus,circuitbreakers,isolatingswitches,fuses,insulators,selectionandvalidationofthewallbushing,transformerconfiguration,lightningprotectiondesign,aswellasthedesignoftherelayandsettingcalculation.Keywords:substation；mainwiring；transformer；relayprotection2前言电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。由于电能在工用电。若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。将压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是220KV降压变电站。它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。本设计是根据毕业设计的要求，针对220/110/10kV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主接线图、平面图、和继电保护配置图和继电保护原理图。1设计内容及要求1.1设计的原始资料及依据(1)概述本变电所是按系统规划，为满足某城镇负荷需要而建设的枢纽变电站，电压等级为220/110/10kV。(2)所址地理及气象条件本变电所为某城镇的新建220kV降压变电所，拟建于城郊，距城区约10km，当地年最高气温36℃，年最低气温-20℃，最热月平均最高气温35℃，最冷月平均最低气温-15℃。当地海拔高度为600m，雷暴日为100日/年。(3)本设计中各级电压侧年最大负荷利用小时数为：220kV侧Tmax=3600小时/年110kV侧Tmax=4600小时/年10kV侧Tmax=4000小时/年(4)所用负荷有：主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60kW，锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等为250kW。(5)所址概括：该变电所地势较平，占地面积大，交通便利，出线走廊开阔，地震烈度为7度，该所接近负荷中心，区域稳定可满足建所要求。(6)系统情况系统至本变电所220kV母线的标幺电抗（Sd=100MVA）(7)设计内容3本设计只做电气部分的初步设计，不作施工设计和土建设计。主要设计范围为：⑴确定电气主接线；⑵主变压器的选择；⑶短路电流计算；⑷断路器和隔离开关选择；⑸母线和出线选择；⑹限流电抗器选择（必要时）；⑺电流互感器和电压互感器选择；⑻高压熔断器选择（必要时）；⑼支持绝缘子和穿墙套管选择；⑽消弧线圈选择（必要时）；⑾避雷器选择；⑿配电装置设计；⒀配电装置防雷设计；⒁自动重合闸接线设计；⒂继电保护及整定计算。1.2负荷统计1.2.1站用负荷表1-1110kV负荷用户名称最大负荷（KW）cosφ有功功率同时系数无功功率同时系数回路数站用3100.950.90.9721.2.2110kV负荷表1-2110kV负荷序号用户名称最大负荷（KW）cosφ有功功率同时系数无功功率同时系数回路数1医院78000.950.850.9522炼钢厂540000.90.90.9523砖窑厂380000.850.90.9321.2.310kV负荷表1-310kV负荷序号用户名称最大负荷（KW）cosφ有功功率同时系数无功功率同时系数回路数1矿机厂12000.850.90.9322汽车厂21000.90.850.9523电机厂24000.860.860.9624饲料厂60000.70.890.9525制药厂55000.80.850.9526机械厂58000.90.90.9721.3工程概况1.3.1工程建设规模各级电压出线回路数：1）220kV：电源进线2回（本站距离系统电源80公里）；2）110kV：出线6回（工厂3回、3回备用）；3）10kV：出线12回。根据以上所址概述，可了解到该设计中变电所的周边环境情况，可推测该所地处平原地区，占地面积大，由此根据变电所配电系统和配电装置的设计原则，对本变电所进行高压配电系统及配电装置设计；接近负荷中心，则要求供电的可靠性、调度的灵活性更高，4由10kV电压送电，该负荷侧可采用双回路送电。2电气主接线的设计发电厂和变电所的电气主接线是指由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路。电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护配置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。2.1电气主接线设计概述2.1.1对电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求：（1）电气主接线应根据系统和用户的要求，保证供电的可靠性和电能质量。对三类负荷以一个电源供电即可。对一类负荷和二类负荷占大多数的用户应由两个独立电源供电，其中任一电源必须在另一电源停止供电时，能保证向重要负荷供电。电压和频率是电能质量的基本指标，在确定电气主接线时应保证电能质量在允许的变动范围之内。（2）电气主接线应具有一定得灵活性和方便性，以适应电气装置的各种运行状态。不仅要求在正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。（3）电气主接线应在满足上述要求的前提下，尽可能经济。应尽量减少设备投资费用和运行费用，并尽量减少占地面积，同时注意搬迁费用、安装费用和外汇费用。（4）具有发展和扩建的可能性。电气主接线在设计时应尽量留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过渡方案的实施。2.1.2变电所电气主接线的设计原则变电所主接线的设计必须满足上述四个基本要求，以设计任务书为依据，一国家经济建设方针、政策及有关技术规范为准则，结合工程具体特点，准确地掌握基础资料，做到既要技术先进，又要经济实用。在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书事必不可少的。它将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计的变电所的容量、电压等级、出线回路数、主要是负荷要求、电力系统参数和对变电所的而具体要求，以及设计的内容和范围，这些原始资料是设计的依据，必须进行详细的分析和研究，从而可以初步拟定一些主接线方案。国家方针政策、技术规范和标准是根据国家实际状况，结合电力工业的技术特点而制定的准则，设计时必须严格遵循。结合对主接线的基本要求，设计的主接线应供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。设计时，在进行论证分析阶段，更应该辩证的统一供电可靠性与经济性的关系，以使设计的主接线具有先进性和可行性。我国《变电所设计技术规程》对主接线设计作了如下规定：在满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。在110~220kv变电所中，当出现为2回时，一般采用桥型接线；当出线不超过4回时，一般采用单母线分段接线；当枢纽变电所的出线在4回及以上时，一般采用双母线。在35kv5变电所中，当出线为2回时，一般采用桥型接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。出线回路数和电源数较多的污秽环境中的变电所，可采用双母线接线。在6~10kv变电所中，一般采用单母线接线或单母线分段接线。旁路设施可按主接线基本形式中所述的情况设置。2.1.3电气主接线的设计步骤电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，经历可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度，广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。1、对原始资料进行综合分析（1）变电所的情况，包括变电所的类型，在电力系统中的地位和作用，近期及远景规划容量，近期和远景与电力系统的连接方式和各级电压中性点接地方式、最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。（2）负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料室设计主接线的基础数据，应在电力负荷预测的基础上确定，其准确性直接影响主接线的设计质量。（3）环境条件，包括当地的气温、湿度、污秽、覆冰、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素。这些对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响，必须予以重视；此外，对重型设备的运输，也应充分考虑。（4）设备情况。为使所设计的主接线可行，必须对各主要电器的性能、制造能力、供货情况和价格等资料汇集并进行分析比较，保证设计具有先进性、经济性和可行性。2、确定主变压器的容量和台数变电所主变压器的容量，一般应按5~10年规划负荷来选择，根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定。对重要变电所，应考虑当1台主变压器停运时，其余变压器容量在记及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电；对一般性变电所，当1台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70﹪至80﹪。变电所主变压器的台数，对于枢纽变电所在中、低压侧已形成环网的情况下，以设置2台主变压器为宜；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器，以提高供电可靠性。3、主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源盒出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等，可拟定出若干个主接线方案。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2～3个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，在进行经济比较。对于在系统中占有