电力系统课程设计-220kV区域变电所电气部分设计.doc

目录第一部分设计说明前言1第一章电气主接线选择2第一节概述2第二节主接线的接线方式选择3第二章主变压器容量、台数及形式的选择4第一节概述4第二节主变压器台数的选择4第三节主变压器容量的选择5第四节主变压器型式的选择5第三章短路电流计算7第一节概述7第二节短路计算的目的及假设7第四章电气设备的选择8第一节概述8第二节断路器的选择10第三节隔离开关的选择10第四节高压熔断器的选择11第五节互感器的选择11第六节母线的选择14第七节支持绝缘子及穿墙套管的选择15第八节限流电抗器的选择16第五章电气总平面布置及配电装置的选择17第一节概述17第二节高压配电装置的选择18第六章继电保护配置规划20第七章防雷设计规划21第一节概述21第二节防雷保护的设计21第三节主变中性点放电间隙保护22第八章主接线比较选择22方案一23方案二23方案三23第九章主变容量的确定计算24第十章短路计算26第十一章电气设备选择计算30第一节断路器选择计算30第二部分设计计算第二节隔离开关选择计算32第三节110KV、35KV主母线及主变低压侧母线桥导体选择计算35第四节10KV最大一回负荷出线电缆37第五节支持绝缘子及穿墙套管的选择38第六节限流电抗器39第七节10KV出线电流互感器选择计算40第八节10KV电压互感器选择40第十二章继电保护规划设计41第一节变电所主变保护的配置41第二节110KV、35KV、10KV线路保护部分错误未定义书签。第十三章避雷器参数计算与选择42第十四章参考资料431前言本设计为华南理工大学2003级电气工程及自动化专业的电力系统课程设计，设计题目为220KV区域变电所电气部分设计。此设计任务旨在体现我们对专业课程知识的掌握程度，培养我们对本专业课程知识的综合运用能力。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06。10KV侧总负荷为35000KVA，ⅠⅡ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065。3、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为220KV侧MAXCOS093600T小时/年110KV侧MAXCOS0854600T小时/年10KV侧MAXCOS084000T小时/年4、220KV和110KV侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间为015S，10KV出线过流保护时间为2S,断路器燃弧时间按005S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0015SJ100MVA，110KV侧电源容量为500MVA，归算至本所110KV母线侧阻抗为036（SJ100MVA）。6、该地区最热月平均温度为28C，年平均气温16C，绝对最高气温为40C，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110KV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、电气设备配置专业电气工程及其自动化姓名蔡桂潮2A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。C220KV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SDJ279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。3三、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110～200KV配电装置的出线回路数不超过两回，35～63KV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10KV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110KV～220KV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63KV配电装置的出线回路数为4～8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35～110KV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。4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，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，110K～220KV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，110KV～220KV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。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5～10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。5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，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于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∑SE2（07PM）14PM。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40，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SE07（SⅡSⅢ）。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、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，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，