毕业设计（论文）-220kV地方枢纽变电站一次部分设计.doc

220kV地方枢纽变电站一次部分设计 指导老师： 专业班级：11机械A 姓名： 学号：20111000201021 年 月 日 指导老师签名： 目录第一部分 220kV地方枢纽变电站一次部分设计说明书 （各计算部分详见计算书） 原始资料.31、 电气主接线设计.52、 主变压器选择.73、 站用变压器选择.94、 高压电气设备选择及校验.114.1高压断路器的选择和校验表.4.2隔离开关的选择和校验表.4.3电流互感器的选择及校验.4.4电压互感器的选择及校验.4.5高压熔断器的选择及校验.5、 母线及电缆的选择及校验.245.1母线的选择及校验.5.2电缆的选择及校验.6、 防雷及过电压保护装置设计.286.1避雷针设计.6.2避雷器的选择.6.3防雷接地.第二部分 220kV地方枢纽变电站一次部分设计计算书1、 负荷计算.2、 短路电流计算.3、 电气设备的选择及其校验计算.4、 母线及电缆计算.5、 防雷保护计算.220kV电气一次部分原始资料1.建站地区电网特点 该地方枢纽变电站通四回线（架空100km）从供电系统中获取电能，每回架空线的单位长度等值电抗=0.4/km。2.建站规模 （1）变电所类型：220kV变电站 （2）电压等级：220/110/35kV （3）负荷情况：110kV侧最大负荷为150MVA；cos=0.88 35kV侧最大负荷为 60MVA；cos=0.88(4) 出线回数及传输容量:电压负荷名 每回最大 负荷（kW)功率因数回路数供电方式线路长（km) 110kV区变180000.91架空15区变266000.852架空7区变358000.851架空8备用80000.92 35kV乡区变10000.853架空5化肥厂9000.851架空4加工厂7000.91架空6矿厂8000.851架空9材料厂7000.91架空10备用10000.92 3. 环境条件 变电所位于临海某市，地势平坦，交通便利，有轻微空气污染。平均海拔高度为500m,地震烈度低于7度，最高气温40，最低气温3，年平均雷电日86日/年，土壤电阻率100m。4.各级电压侧年最大负荷利用小时数为： 220kV侧 3600小时/年 110kV侧 4600小时/年 35kV侧 4200小时/年5.短路阻抗 视系统为无穷大电源.第一部分 220kV地方枢纽变电站一次部分设计说明书 1、 电气主接线设计 1.电气主接线设计原则 变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，在变电所主接线图中将导线电缆、电力变压器、母线、各种开关、避雷器、电容器等电气设备有序地连接起来。 对变电所主接线主要有以下几个基本原则： （1）安全 主接线的设计应符合国家标准有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全； （2）可靠 应满足用电单位对供电可靠性的要求； （3）灵活 能适应各种不同的运作方式，操作检修方便;(4) 经济 在满足以上要求的前提下，主接线设计应简单，投资少，运行管理费用低，一般情况下，应考虑节约电能和有色金属的消耗量。 由此可知该电气主接线设计需满足的条件有：（1）电网出现故障时进行应急措施时仍可供电；（2）接线中的配电装置及采用的设备需符合建站地区的地域条件和运行习 惯等因数：（3）考虑地区的用电量5-10年的增长以及地区的电网规划。（5）考虑技术成本的投入，使经济合理。（4）在满足地区用电的可靠性与扩建方便情况下需考虑经济因素，需保持平衡。 2.主接线方案选定 综合上述原则以及条件该地方枢纽变电站主接线方案为： （1）220kV侧为双母线接线选择理由：220kV高压进线出现故障时导致变电站失效，容易造成大面积停电，影响范围广，同时220kV带有负荷较重，因此为了使供电线路更为可靠，选择接线方案为双母线接线。 （2）110kV侧为双母线接线选择理由:虽然110kV侧的负荷相较于220kV并没那么重，重要性低于220kV侧，但考虑到用户的增长带来的负荷增长，此时单母线分段接线方案并不那么合适，所以选择双母线接线。 （3）35kV 侧为单母线分段接线选择理由：35kV侧所带的负荷大多为三级负荷，所以其总负荷较轻，因此主要考虑接线方案的经济性，采用单母线分段方式接线即可满足其接线要求。 3.方案总结： 该方案优点： （1）系统供电、运行可靠。 （2）系统调度、检修灵活。 （3）充分考虑到扩容的发展需求。 缺点： （1）经济性一般，虽不如全单母线接线实惠，但也在一定程度上 节约了设备投入与维护费用。3. 主接线方案图： 4-1主接线方案图2、 主变压器选择 1.总降压变电所主变压器台数和容量的确定（1） 变压器台数的确定 其确定原则： 在满足用电负荷对可靠性的基础上，若变电站中有一、二级 负荷的变电所中，选择两台主变压器，当在技术、经济上比 较合理时，主变压器台数也可大于两台； 对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的 变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器； 三级负荷一般悬着一台主变压器，负荷较大时，也可选择两 台主变压器； 综上所述：该变电站应选择两台主变压器供以使用。 选择理由：（1）该变电站有一、二级负荷应选择至少两台主变压器； （2）考虑到经济因数，切该地区昼夜负荷变化较大，应选择两台 主变压器； （3）该变电站负荷较重，考虑到突发事件时供电的灵活性，应选 择两台主变压器； 结论：两台主变压器是最优选择。（2） 变压器容量的确定 装单台变压器时，其容量Sn=应能满足全部用电设备Sc，考虑负荷 发展应留有一定的容量富余，同时考虑变压器的经济运行，即 Sn(1.151.14)Sc （2-1） 装有两台主变压器时，其中任意一台主变压器容量Sn应同时满足下 列两个条件： 任一台主变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%70%的要求，即 Sn=（0.60.7）Sc （2-2）任一台主变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷的需要，即 Sn （2-3）2. 主变压器型式和结构的选择（1）主变压器相数的确定由于三相变压器结构上优于单相变压器，在经济上有投资小、占地少、损耗低的优点，又因为其装设地区在沿海某市，交通方便，地势平坦，故选用三相变压器。 （2) 绕组数和结构的确定 从原始资料中可看出，该地方枢纽变电站有三种电压等级且通过计算各侧绕组的通过容量都达到或接近变压器额定容量的15%及以上，故主变压器220kV110kV与220kV35kV均采用三绕组变压器。调压方式的确定：对于220kV及以上的降压变压器一般均采用无励磁降压变压器。冷却方式的确定：对于容量31.5MVA的大容量变压器一般采用强迫油循环风冷形式，故该变压器冷却形式也应采用强迫油循环风冷式。综合上述两台主变压器选择型号为：OSFPS7-120000/220的三相无励磁绕组变压器其参数如表2-1所示：额定容量（kVA)额定电压（kV)空载电流（%)空载损耗（kVA)负载损耗（kVA) 阻抗电压（%）120000高压中压低压0.375高中高低低中高中高低低中2.5%12138.52911972221010.618.52-1三相无励磁绕组变压器参数三、小型站用变压器选择该变电站的主要用电负荷为照明及具名日常用电，包括供水、消防系统、充放电装置和晶闸管整流设备等。3.1该小型站用变压器的确定： （1） 变压器两侧的额定电压必须与引线电压和用电系统的额定电压适应； （2） 变压器的容量在满足站用设备的供能要求的基础上还需留有510年 10%的负荷发展和10%左右的裕度，用以加接临时设备的供给同时考 虑5%的站用损耗； （4）考虑到站用电的灵活性和可靠性和对突发状况的适应，选择采用两台 站用变压器同时采用暗备用的接线方式，正常运行时两台变压器均在 不满载情况下运行，当某一台出现故障或检修时，其站用负荷将由另 一台占用变压器承担； 设负载率为计算负荷的0.5%，同时系数取0.9且每年10%的用电需求增长，按10年规划：综上选择的变压器型号为：S7-315/35参数如下： 型号额定容量（kVA)额定电压（kV)阻抗电压（u%)连接组标号 损耗（w)空载电流（%）S7-315/35315高压低压空载短路350.46.5Y,76053002.2 3-1小型站用变压器参数图 3.2站用电接线 考虑到负荷并不大，采用单母线分段方式较为经济实用，备用方式为暗备用如图3-2所示：3-2站用接线图4、 高压电气设备选择4.1 供配电系统中的电气设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境下工作的，电气设备的选择，出了应满足在正常工作时能在安全可靠之外，还应满足一定的条件，如:在短路故障时不至于损坏、具备足够的断流能力、适应环境温度、海拔高度，以及防尘、防火、防腐、防爆等。所以电气设备的选择及应遵循以下三大原则：（1） 电气设备的额定电压应不地狱其所在线路上的额定电压， 即 ； 电气设备的额定电流应不小于实际通过它的最大负荷电流 （或计算电流），即； （2）按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定。 动稳定是指电气设备在冲击短路电流所产生的电动力作用下，电气 设备不至损坏，即 式中为电气设备的极限通过的电流峰值,位最大短路电流； 热稳定是指电气设备载流导体在最大稳态短路电流作用下，其发热 温度，在电气设备采取动作时间之内不超过载流导体短时的允许发 热温度，即 式中，为电气设备的热稳定电流；t为热稳定时间。 （3）开关电器断流能力校验 由于断路器和熔断器等电气设备担当着切断短路电流的任务，在通过 最大短路电流时必须可靠，因此开关电器必须校验其断流能力，开关设备 的断流容量不小于安装地点最大短路容量。 即 式中，为开关电器的最大开断电流，为装设点最大三相短路电流。4.2高压断路器的选择和校验 高压断路器是供电系统中最重要的设备之一,高压断路器一般选用少油断路器，真空断路器和SF6断路器。具体选择原则由4.1给出。 综合上述条件与原始资料，（1）220kV进线、出线侧及母联断路器选择型号为：Sw6-220的户外高压少油断路器。（各部分计算过程请查阅计算书） 其参数如下表4-1-1：型号额定电压（kV)额定电流（A）额定开端电流（kA)短路关合电流（kA)动稳定峰值（kA)4s热稳定电流（kA)继电器各动作时间之和（s)SW6-2202201250 215353211.214-1-1220kV进线、出线侧及母联断路器校验表如下表4-1-2 序号Sw6-220选择要求海拔低于1km，地震烈度小于7度。结论项目数据项目数据1220kV220kV合格21250A329A合格321kA12.25kA合格453kA31.24kA合格5214kA12.251.21kA合格4-1-2结论：校验结果合格，该型号符合设计要求及条件限制。（2）110kV母线进线、出线侧以及母联断路器选择SW3-110G型户外高压少油型断路器 其参数路下表4-2-1型号额定电压（kV)额定电流（A）额定开断电流（kA)短路关合电流（kA)动稳定峰值（kA)4s热稳定电流（kA)继电器各动作时间之和（s)SW3-110G1101250 15.8414115.81.05 4-2-1110kV母线进线、出线侧以及母联断路器校验表如下表4-2-2序号SW3-110G选择要求海拔低于1km，地震烈度小于7度。结论项目数据项目数据1110kV110kV合格21250A661A合格315.8kA7.7kA合格441kA19.635kA合格515.84kA7.71.05kA合格 4-2-2结论：校验结果合格，该型号符合设计要求及条件限制。（3）35kV母线进线及其母联断路器选择SW2-35型高压户外少油断路器。其参数路下表4-3-1型号额定电压（kV)额定电流（A）额定开断电流（kA)短路关合电流（kA)动稳定峰值（kA)4s热稳定电流（kA)继电器各动作时间之和（s)SW2-35351000246060241.01 4-3-135kV母线进线侧以及母联断路器校验表如下表4-3-2序号SW2-35选择要求海拔低于1km，地震烈度小于7度。结论项目数据项目数据135kV35kV合格21000A371A合格324kA23.44kA合格460kA59.772kA合格5244kA23.441.05kA合格 4-3-2结论：校验结果合格，该型号符合设计要求及条件限制。（4）35kV出线断路器选择DW2-35型高压户内多油断路器。其参数路下表4-4-1型号额定电压（kV)额定电流（A）额定开断电流（kA)短路关合电流（kA)动稳定峰值（kA)4s热稳定电流（kA)继电器各动作时间之和（s)DW2-3535630 164040161.18 4-4-135kV母线出线断路器校验表如下表4-3-2序号Dw2-35选择要求海拔低于1km，地震烈度小于7度。结论项目数据项目数据135kV35kV合格263035A合格316kA13.21kA合格440kA33.673kA合格5164kA13.211.18kA合格 4-4-2结论：校验结果合格，该型号符合设计要求及条件限制。4.2隔离开关的选择及校验 隔离开关主要是用于电气隔离而不能正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。所以选择方面与断路器的原则几乎一样，只省略断流能力校验。 （1）220kV进线、出线及其母联隔离开关选择型号为GW4-220（计算部分具体见计算书）。具体参数如下表4-5-1型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳态峰值（kA）热稳定电流4s（kA)GW4-2202206005014 4-5-1220kV进线、出线及其母联隔离开关校验如下表4-5-2序号GW4-220选择要求海拔低于1km，地震烈度小于7度。结论项目数据项目数据1220V220kV合格2600A329A合格350kA31.24kA合格4144kA12.251.18kA合格 4-5-2 结论：校验结果合格，该型号符合设计要求及条件限制。（2）110kV进线、出线及其母联隔离开关选择型号为GW4-110具体参数如下表4-6-1型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳态峰值（kA）热稳定电流4s（kA)GW4-11011010005016 4-6-1110kV进线、出线及其母联隔离开关校验如下表4-6-2序号GW4-110选择要求海拔低于1km，地震烈度小于7度。结论项目数据项目数据1110kV110kV合格21000A661A合格350kA19.635kA合格4164kA7.71.05kA合格 4-6-2 结论：校验结果合格，该型号符合设计要求及条件限制。(3)35kV母线进线及其母联隔离开关选择型号为：GW4-35具体参数如下表4-7-1型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳态峰值（kA）热稳定电流4s（kA)GW4-35356306024 4-7-135进线及其母联隔离开关校验如下表4-7-2序号GW4-35选择要求海拔低于1km，地震烈度小于7度。结论项目数据项目数据135kV35kV合格2630A371A合格360kA59.772kA合格4244kA23.441.05kA合格 4-7-2结论：校验结果合格，该型号符合设计要求及条件限制。（4）35kV出线隔离开关选择型号为：GW7-35具体参数如下表4-8-1型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳态峰值（kA）热稳定电流4s（kA)GW7-35356305020 4-8-135kV出线隔离开关校验如下表4-8-2序号GW4-35选择要求海拔低于1km，地震烈度小于7度。结论项目数据项目数据135kV35kV合格2630A35A合格350kA33.673kA合格4204kA13.211.18kA合格 4-8-2结论：校验结果合格，该型号符合设计要求及条件限制。4.3电流互感器的选择及校验 （1）电流互感器型号的选择 根据安装地点和工作要求选择电流互感器的型号。 （2）电流互感器额定电压的选择 电流互感器一次侧额定电压需大于或等于装设点线路的额定电压，即 式中为电流互感器一次侧额定电压； 为装设点线路的额定电压； （3）电流互感器变比的选择 电流互感器一次额定电流有202000A等多种规格，二次侧额定电流为1A或为5A，大部分情况下均为5A。一般情况下，用以计量的电流互感器变比的选择应使其一次额定电流不小于线路中的计算电流。保护用的电流互感器为保证其准确要求，可以将变比大的方向选。 （4）动稳定校验 式中位电流互感器的动稳定倍数由生产厂家给出； 为接入点中最大短路电流； 为一次绕组额定电流； （5）热稳定校验 式中为热稳定倍数由生产厂家给出； 为热稳定时间； 为热稳定电流 综和上述条件，220kV进线、出线侧及其母联电流互感器选择型号为LB-220的电流互感器。其参数如图4-9所示 型号额定电流比级次组合准确级次1s热稳定倍数动稳定倍数LB-2202600/50.53075 B 4-9110kV进线、出线侧及其母联电流互感器选择型号为LQZ-110的电流互感器。其参数如图4-10所示型号额定电流比级次组合准确级次1s热稳定倍数动稳定倍数LQZ-1102300/50.575135D 4-1035kV进线与其母联电流互感器选择型号为：LQZQD-35的电流互感器其参数如表4-11所示型号额定电流比级次组合准确级次1s热稳定倍数动稳定倍数LQZQD-35600/50.590150D 4-1135kV出线侧电流互感器选择型号为：LQZ-35的电流互感器其参数如表4-12所示型号额定电流比级次组合准确级次1s热稳定倍数动稳定倍数LQZ-35600/50.565100D 4-124.4电压互感器的选择及校验电压互感器的功效在于将一次回路电压转化成100V的低压，用以供给继电保护装置和测量仪表等其他自动装置的使用。除此之外电压互感器还在并联电容器装置中被用作放电元件。（1）结构上的选择对于620kV屋内的配电装置，常采用油浸绝缘型结构的电压互感器；对于35110kV采用油浸式电压互感器；对于110kV220kV在满足精准等级和容量的基础上采用电容式电压互 感器较为合适；（2） 额定电压的选择 电压互感器一次侧额定电压不能低于装设点的线路额定电压，即 式中为电压互感器额定电压； 为装设点线路额定电压； 当一次侧接于线电压时二次侧额定电压=100，接于相电压时 =100/; （3） 电压互感器容量的选择 若使精确度的误差在规定的范围内，则需电压互感器二次侧负荷不得大于电压互感器二次侧额定容量即 且 式中为仪表的视在功率单位为VA； 为仪表的功率因数角；（4） 准确级的选择 用于计量的电压互感器选择0.5级以上； 用于测量的电压互感器选择1.0级或3.0级； 用于保护的电压互感器选择3P级和6P级；综合上述条件 220kV侧电压互感器选择型号为（具体计算详见计算书）：TYD220的电容式电压互感器作计量点能、测量电压、继电保护之用。具体参数见下表4-13型号额定电压（kV)二次负荷（VA）最大容量（VA）TYD220初级次级0.2级0.5级1.0级3.0级1200220/0.1/150300 4-13110kV侧电压互感器选择型号为：TYD110的电容式电压互感器作计量电能、测量电压、继电保护之用。具体参数见下表414 型号额定电压（kV)二次负荷（VA）最大容量（VA）TYD110初级次级0.2级0.5级1.0级3.0级1200110/0.1/300600 4-1435kV侧电压互感器选择型号为：JDX6-35的油浸式电压互感器。具体参数如下图4-15所示型号额定电压（kV)二次负荷（VA）最大容量（VA）JDX6-35初级次级0.2级0.5级1.0级3.0级100035/0.1/150250500 4-15 4.5高压熔断器的选择和校验 高压熔断器是一种保护设备，其工作原理是当流经熔体的电流超过额定数值的一定程度时，熔体自身熔断从而断开电路进行保护。熔断器功能主要在于当电路短路或过载时，对线路中连接的设备起到保护作用。（1） 熔断器的选择原则： 熔断器额定电压应大于或等于接入点线路电压即 熔断器额定电流应大于或等于接入点电流即 开断电流应大于或等于线路点最大短路电流即 最大开断容量应大于或等于线路最大容量即 综合上述： （1）35kV出线侧（不含0.4V部分）选择熔断器型号为：RW5-35 其参数如下表4-16所示（具体计算详见计算书） 型号额定电压(kV)额定电流(A)最大开断容量（MVA）最大开断电流（kA）RW5-353510040040 4-16 （2）35kV出线侧至0.4kV侧选择熔断器型号为：RW9-35 其参数如下表4-17所示型号额定电压(kV)额定电流(A)最大开断容量（MVA）最大开断电流（kA）RW9-3535260040 五、母线及电缆的选择和校验 1.母线的选择和校验 母线材质方面一般选择铝制母线，大电流通过的母线则采用铜质母线。 母线的固定方式采用支柱绝缘子固定，所以不用考虑电压要求。 若使母线的机械强度更高，应使母线截面系数大些，所以同等截面面积 下，应采用母线应采用平放方式，使得母线宽度更宽些，厚度更小从而 使增大截面系数，使得机械强度更高。 （1）母线截面的选择 母线允许的载流量需大于汇集到母线上的计算电流 即 考虑到各线路年平均载荷较重，传输容量较大所以应按经济电流密 选择母线截面，即满足下式条件： 式中为母线经济截面 式中为经济电流密度（2）硬母线动稳定校验 当输送线路发生短路时，输送母线将受到很大的电动力，因此需按母线 的机械强度校验其动稳定，即 式中为母线材质的最大许用应力； 式中为短路最大冲击电流产生的最大计算电动力； 的计算公式为: 式中为母线发生短路时短路中最大冲击电流对母线造 成的弯曲力矩； 式中为母线截面系数； M=；W= 上式：为三相短路时中间相受到最大电动力； 为跨距； 为母线截面宽度； 为母线截面厚度； 按弯曲破坏负荷时，取0.6； （3）母线热稳定校验 母线截面应大于热稳定最小允许截面。 即 上式 为三相短路稳态电流； S 为母线截面； 为最热稳定小允许截面； 为假想时间； 铝质导体热稳定系数为87；综上所述，（1）220kV输配母线选择型号为LMY-635的矩形硬铝母线。 参数如下表5-1所示型号厚度（mm)宽度（mm)截面（mm）质量（kg/m）LMY-6355633150.84 5-1（2）110kV输配母线选择型号为LMY-505的矩形硬铝母线参数如下表5-2所示型号厚度（mm)宽度（mm)截面（mm）质量（kg/m）LMY-10060601006002.86 5-2（3）35kV输配电母线选择型号为LMY-905的矩形硬铝母线参数如下表5-3所示型号厚度（mm)宽度（mm)截面（mm）质量（kg/m）LMY-9055904501.21 5-32. 电缆的选择和校验（计算过程详见计算书）由主线路图和原始资料知，各厂区用电均需高压电缆将35kV高压电能输送所以将对电缆的采用进行选择和校验。电缆的选择在于其截面面积的选择，能直接影响到线路的投资和年运营费用，考虑到经济因素，因此按经济电流密度来选择电缆截面，其选择原则从三方面考虑。我国规定的经济电流密度（A/mm）如下图5-4所示导线材料 年最大负荷利用小时3000h以下30005000h5000h以上铝线、钢芯铝线1.651.150.90铜线3.002.251.75铝芯电缆1.921.731.54铜芯电缆2.502.252.00 5-4（1） 经济截面的选择 式中为截面中通过的电流； 为线路的计算容量； 为线路额定电压； 式中为经济电流密度，查表5-4可知； 式中为经济截面面积； 综上： 选择两根单芯BLV铝芯聚氯乙烯绝缘型电缆进行供电（2） 校验发热条件 在环境温度的影响下，电缆的载流量有一定限制，采用两根单芯BLV 铜芯聚氯乙烯绝缘型电缆，其25摄氏度下载流校正系数为1.0，允许载 流量，满足发热条件。（3）机械强度校验 查取资料知绝缘导线单芯线最小截面为16mm，由于采用两根单芯线 所以 =162=32mm =120mm（具体计算过程详见计算书） 因此机械强度也满足要求。综合上述电缆的选择型号为：35kV二单芯BLV铝芯聚氯乙烯绝缘型电缆，=120mm，（25），正常允许最高温度为50。6、 防雷装置和过电压装置设计。由原始资料可知该设站地区年平均雷击日为86日/年；可以将该地区认为是强雷区，因此防雷措施是十分必要的，也是变电站和配电设备以及线路的基本保障。采取防雷措施的手段主要有设置避雷针、避雷器、避雷线以及防雷接地等手段，对于不同的环境应采取相应的不同手段进行布置。1. 避雷针 避雷针适用于大面积的变电站（所）进行保护，当雷雨天气中雷云放电时，避雷针可在顶端形成局部场强空间，促使雷云优先向其放电然后将雷击电流引向大地，从而保护该面积的设备不被雷击，避雷针的规格则由受保护的面积确定，设保护面积（变电站占用面积）为长98.5m，宽59.5m，门型架构高为15m。由此知，占地为一长方形状，则在其四个角布置4根避雷针，分别用、 、表示，则至的距离（）设为占用面积长度，（）设为宽度：则有=98.5m；=59.5m；（1） 则两避雷针最大间距为=115