220kv变电站毕业设计

- I - 中文摘要本文主要对 220kV 一次降压变电所电气部分进行设计，根据任务书的要求，设计的主要内容包括主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划以及防雷保护的规划等主要工作。本文中对主变的选择、电气主接线的拟定、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划进行了详细的说明，特别是对主变继电保护的规划、动作原理等内容进行了深入的研究和思考。本文重点的计算部分包括短路计算、设备的选择校验计算、和避雷针的保护范围计算等部分。其中短路计算包括对称短路计算和不对称短路计算两部分，分别应用了计算曲线和正序等效原则；防雷计算中采用了等针高的计算方式。本次设计既满足了电力系统的安全、经济、可靠、环保的基本要求，又重视了电力系统的长期规划长远的发展，注重了解和应用电力系统的新技术新设备，变电所进行设计，是一次较为综合性的实践过程。是对以往所学专业知识的系统总结和提高。本设计属于变电所电气部分设计，能够基本满足任务书的总体要求。关键词 变电所，电气系统，短路计算，电气设备- II - 目录中文摘要 .I目录 .II第一部分 说明书 .11 主变压器的选择 .11.1 主变选择的有关 规定 .11.2 主变选择的原则 .11.2.1 主变台数的确定 .11.2.2 变压器形式的选择 .11.2.3 主变容量的确定 .22 电气主接线的选择 .32.1 概述 .32.2 主接线的设计原则 .32.2.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 .32.2.2 考虑近期和远期的发展规模 .32.2.3 考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响 .32.2.4 考虑主变台数对主接线的影响 .42.2.5 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 .42.3 主接线设计的基本要求 .42.3.1 可靠性 .42.3.2 灵活性 .42.3.3 经济性 .52.4 主接线的确定 .52.4.1 对原始资料的分析 .52.4.2 主接线方 案的拟定 .53 短路计算 .83.1 概述 .83.2 短路电流计算的主要目的 .83.3 短路计算中的一般规定 .83.4 电路元件参数的计算 .93.4.1 基准值 .93.4.2 各元件参数标么值计算 .93.4.3 标么值表示的等值网络 .93.5 三相短路电流周期分量计算 .103.5.1 影响短路电流变化规律的主要因素 .103.5.2 应用计算曲线的具体步骤如下： .104 电气设备的选择 .11- III - 4.1 概述 .114.1.1 一般原则 .114.1.2 选择的一般问题 .114.1.3 选择项目的说明 .114.2 高压断路器的选择 .124.3 高压隔离开关的选择 .124.4 母线选择 .134.4.1 软导线介绍 .134.4.2 一般要求 .144.4.3 导体截面积的选择与校验 .144.5 电流互感器 .144.5.1 参数选择 .144.5.2 一次额定电流选择 .154.5.3 电流互感器准确级 .154.5.4 热稳定和动稳定校验 .154.6 电压互感器 .164.6.1 电压选择 .164.6.2 准确度选择 .164.7 避雷器 .174.7.1 避雷器的参数 .174.7.2 避雷器的配置 .175 配电装置 .195.1 屋内外配电装置的安全净距 .195.1.1 概述 .195.1.2 分类及特点 .195.1.3 屋内外配电装置的安全净距 .195.2 屋外配电装置 .215.3 设计原则 .215.4 设计要求 .225.4.1 满足安全净距的要求 .225.4.2 施工、运行和检修的要求 .225.5 配电装置形式的选择 .236 继电保护及自动化装置规划设计 .246.1 继电保护在电力系统中的作用 .246.2 继电保护的基本要求 .246.3 选择保护配置及构成方案时的基本要求 .246.4 主要设备继电保护配置 .256.4.1 变压器保护 .25- IV - 6.4.2 母线保护 .266.4.3 线路保护 .266.5 自动化装置配置 .276.5.1 自动重合闸 .276.5.2 备用电源自动投入装置 .277 过电压保护 .287.1 概述 .287.2 配电装置的防雷保护 .287.3 防雷设计要求和所需资料 .28第二部分 计算书 .301 主变压器的容量计算 .301.1 变电所 60kV 的用户总容量 .301.2 变压器的容量 .301.3 主变压器容量的选择 .302 短路电流计算 .322.1 系统等值网络 .322.1.1 系统等值电路图 .322.1.2 各元件电抗标幺值的计算 .322.2 1K点短路电流计算 .332.2.1 网络化简 .332.2.2 短路电流计算 .352.3 2点短路电流计算 .362.3.1 网络化简 .362.3.2 短路电流计算 .382.3.3 短路电流计算结果 .393 设备的选择计算 .403.1 断路器的选择 .403.1.1 220 kV 侧断路器的选择 .403.1.2 60kV 侧断路器的选择 .423.2 隔离开关选择 .443.2.1 220kV 侧隔离开关的选择 .443.2.2 60kV 侧隔离开关选择 .453.3 电压互感器选择 .473.4 电流互感器的选择 .483.4.1 220 kV 侧电流互感器选择 .483.4.2 60kV 侧电流互感器选择 .493.5 母线的选择 .513.5.1 220 kV 侧母线的选择 .51- V - 3.5.2 60 kV 侧母线的选择 .523.6 避雷器的选择 .534 避雷针的保护范围计算 .554.1 避雷针的定位及针距 .554.2 变电所避雷针 布置图 .554.3 保护范围计算 .55总结 .57致谢 .58参考文献 .59附录 .60A1.变电所电气主接线图 .60A2.变电所配电装置平面图 .60A3.变电所高压配电装置断面图 .60A4.全所防雷保护图 .60- 1 - 第一部分 说明书1 主变压器的选择在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的主要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。1.1 主变选择的有关规定（1）主变容量和台数的选择，应根据电力系统设计技术规定SDJ161-85 有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的 70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。（2）与电力系统连接的 220330kV 变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。（3）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。（4）主变的冷却方式，主变的一般冷却方式有：自然冷却方式、强迫油循环风冷却方式、强迫油循环水冷却方式 、强迫油循环导向冷却方式等。大型变压器一般采用强迫油循环风冷却变压器。（5）主变调压方式的选择，应符合电力系统设计技术规程SDJ161 的有关规定。1.2 主变选择的原则1.2.1 主变台数的确定为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变，当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证共电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况，应装设 24 台主变。在本次设计中，选用两台主变压器。1.2.2 变压器形式的选择（1）主变压器一般采用三相变压器，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时，应考率装备用相，当主变超过一- 2 - 组且各组容量满足全所负荷的 75%时，可不装设备用相。（2）当系统有调压要求是，应采用有载调压变压器。对新建的变电所，从网络运行的观点考虑，应注意选用有载调压变压器，其所附加的工程造价，通常在短期内是可以回收的。（3）与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或与高中压间潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需要作技术经济比较。（4）本次设计的变电所，电压等级为 220/60kV 为一次降压变电所以应采用双绕组变压器。1.2.3 主变容量的确定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。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的 70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。主变压器容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑到远期1020 年的负荷发展。同级电压的单台降压变压器的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。在本次设计中，两台主变压器为相同容量。变压器最大负荷按下式确定：Pmax=K0P （1.1） 式中 K0负荷同时系数；P -按负荷等级统计的综合用电负荷。对于两台主变压器的变电所，其主变压器的额定容量可按下式确定：（重要负荷占70%以下）SN 0.7S max =0.7 K01.05Smax （1.2）上式中考虑 5%的线路损耗。如果重要负荷超过 70%，则按原始资料中的百分比代替70%计算，来确定主变压器的额定容量。本次设计变压器选用 SFPZ4-63000/220 型变压器，其参数如表 1.1 所示:表 1.1 变压器参数表额定电压（kV）型号 额定容量（kVA） 高 低 连接组标 号 空载电流（%）空载损耗（KW）负载损耗（KW）阻抗电压（%）SFPZ4-63000/220 6300022081.5% 63YN，d11 0.8 78 270 13.4- 3 - S三相变压器；F 风冷；P强迫油循环；Z有载调压；63000额定容量（kVA） ；220额定电压（kV）2 电气主接线的选择2.1 概述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。将电路中各种电气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。 变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量，负荷性质，线路，变压器连接元件总数，设备特点的条件确定。并应综合考虑供电可靠，运行灵活，操作检修方便，投资节约和便于过渡或扩建等要求。在主接线设计时，必须从全局出发，统筹兼顾，根据本变电所在系统中的地位，进出线回路数，负荷情况，工作特点，周围环境条件等确定合理的设计方案。2.2 主接线的设计原则2.2.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用变电所在电力系统中地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所可以分为枢纽变电所、地区变电所、终端变电所和中间变电所，它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性灵活性和经济性的要求也不同。2.2.2 考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据 510 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布，负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接的电源数和出线回数。2.2.3 考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响- 4 - 对于一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。2.2.4 考虑主变台数对主接线的影响变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型的变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性，灵活性的要求也高，而对于容量小的变电所，要求则相对较低。2.2.5 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用是为了保证可靠的供电，适用负荷突增，设备检修，故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如：当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路，变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。2.3 主接线设计的基本要求变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量，负荷性质，线路，变压器连接元件总数，设备特点等条件确定。并应该综合考虑供电可靠，运行灵活，操作检修方便，投资节约和便于过度或扩建等要求。2.3.1 可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准就是运行实践，经过长期运行实践的考验，对以往