华北电力大学成人高等教育电力专升本毕业设计.doc

华北电力大学成人高等教育电力专升本毕业设计设计题目：变电所电气一次初步设计学生姓名：祁盛全学生学号：12820165指导老师：郑焕坤目录一 设计原始资料二 设计说明书三 计算书四 设计图纸一 设计原始资料1概述 修建220kV降压变电所，电压等级为220 kV /110 kV /10kV。2 建设规模 本变电所是通过220kV架空线路供电的变电所，2回220kV进线，6 回110kV 进线，10回10kV出线3负荷概况 有10回10kV出线，总负荷为12-17MW ，cos=0.85,Tmax=5200h。110kV侧有6回出线，其总负荷为55-85MW，cos=0.8,Tmax=5300h4 系统情况 1.220进线归算至此220母线的系统短路电抗为0.3 2. 110进线归算至此110母线的系统短路电抗为0.25 3.220母线侧满足常调压要求 4.所用电率为2%（以上系统基准电压取平均电压，基准功率为100MVA）5 环境条件 同本地环境条件二 设计说明书1、主变的选择1.1主变压器台数的选择 由原始资料可知，本次所设计的是220kV区域变电所，它是以220kV输出功率为主。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，因此选择主变压器台数时，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。而且还会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变压器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，近期先建成一台。 1.2主变压器容量的选择 主变压器容量一般按变电所建成近期负荷，510年的规划负荷选择，并适当考虑远期1020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的负荷来选择主 第 9 页 共 71 页 变压器的容量，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允许时间内，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以供变电所用。当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑到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母线的负荷不需要跟主变压器倒送，因为该变电所的电源引进线是220kV侧引进的。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。10kV母线上有负荷，主要用来无功补偿用。即：主变压器的容量为S总 = 0.7（S中压侧+S低压侧）。1.3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，应根据变电所的基本数据以及所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，同时配电装置以及继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。 本次设计的变电所选用三相变压器。 1.4.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，主变压器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，考虑到运行维护中安装调试灵活，操作上满足各种继电保护的需求，工作量少及占地面积小，价格适宜等因素，故本次设计的变电所选择三绕组变压器。 1.5 主变调压方式的选择 为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220kV及以上网络电压应符合以下标准： 枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的11.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。 电网中任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%100%。 调压方式分为两种，一种是不带负荷切换,称为无载调压，调整范围通常在5%以内；另一种是带负荷切换,称为有载调压，调整范围可达30%。 由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。主变压器容量的确定计算110侧的最大负荷S110=85000/0.8=106250 kVA10侧最大总负荷S10=17000/0.85=20000kVA通过变压器容量计算： S=106250+20000=126250 kVA 所以一台主变应承担的系统容量为： Sn=0.7S=0.7x126250=88375 kVA由此可知变压器最少选择90MVA容量的变压器查电力工程电气设计手册：电气一次部分，选定变压器的容量为120MVA。由于降压变压器有两个电压等级，所以这里选择三绕组变压器，查设计手册选定主变型号为：SSPL7-120000/220，联结组别YN D11，额定电压，高压22081.25%KV低压121KV额定容量120MVA,阻抗电压14%所用变压器容量的选择 对于枢纽变电站，总容量为60MVA及以上的变电所，装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的变电所，均装设两台所用变压器，分别接在最低一级母线的不同分段上，对装有两台所用变压器时，采用单母线分段接线方式。由于本次设计的变电所，采用两台120MVA的主变压器，故采用两台所用变压器，互为备用。且容量相等，一台停运时，另一台承受全部负荷。 所用变压器负荷计算采用换算系数法，不经常短时及不经常持续运行的负荷均可不列入计算负荷。当有备用所用变压器时，其容量应与工作变压器相同。 所用变压器容量按下式计算： SK1P1+P2S所用变压器容量（Kva）K1-所用动力负荷换算系数，一般取K1= 0.85 P1-所用动力负荷之和（kW）P2-电热及照明负荷之和（kW）所用电的接线方式，在主接线设计中，选用为单母线分段接线，选两台所用变压器互为备用，每台变压器容量及型号相同，并且分别接在不同的母线上。选择两台Sq315/10型号的所用变压器互为备用。 额定电压： 10 kV 阻抗电压（%）： 4 连接组标号： Y / Y0122,主接线的选择 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汇集和分配电能的电气主回路，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，并且对电气设备的选择、配电装置、继电保护和控制方式的选定有较大影响。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。 （1）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。 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。 （2）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，而不致于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）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下，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的损失。主接线的方式选择（1）220kV侧接线选择方案一：采用单母线接线优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好，而且在远期调整时线路变更 比较方便。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。 缺点：不够灵活可靠，接到母线上任一元件故障时，均使整个配电装置停电。方案二：采用单母线分段接线优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好，而且在远期调整时线路变更 比较方便。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。在一段母线发生故障或者检修的时候另一段仍然可以继续运行缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开接在该分段上的全部电源和出线，这样就减少了系统的发电量，并使该段单回路供电的用户停电。任一出线断路器检修时，该回路必须停止工作。方案三：采取双母线接线方式优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。缺点：投资大，由于线路较为复杂，在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。方案四：采取双母线分段接线方式优点：可缩小母线故障停电范围、提高供电可靠性。 缺点：保护及二次接线复杂。（2）110kV侧接线的选择 方案一：选择单母线分段接线 优点：母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。对于双回路线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证重要用户的供电。 缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在此段的所有回路减少了系统的供电量，并使该回路的用户停电。 方案二：选择分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段 优点：有较大的可靠性和灵活性，且检修进、出线断路器时可不中断该回路的供电 缺点：投资增大，经济性差 方案三：采用双母线接线 优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。 缺点：投资大，由于线路较为复杂，在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资（3）10kV侧接线的选择 方案一：采用单母线接线 优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。由于接线简单，操作人员发 生误操作的可能性就要小。 缺点：可靠性和灵活性差。当电源线路，母线或者母线隔离开关发生故障或者检 修的时候全部回路停止供电，造成很大的经济损失。 方案二： 采用单母线分段接线 优点：母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小 母线故障影响范围。对于双回路线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段 上，保证重要用户的供电。 缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在此段的所有回路减少了系统的供电 量，并使该回路的用户停电。 方案三：采用双母线接线 优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过 隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可将其接至 备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。 缺点：投资大，由于线路较为复杂，隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作， 还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。选择设计方案 方案一220kV侧采用双母联接线，110kV侧采用单母联接线，10kV侧采用单母联接线。接线图如图方案二 200kV侧采用双母联接线 110kV侧采用单母联分段接线，10kV侧采用单母联接线接线图如图三短路电流计算高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值： 基准容量：Sd= 100MVA 。 因基准电压取平均值，故基准电压：U（KV） 115 230已选出了主变压器（双绕组），其阻抗电压百分比为14。 变压器绕组对应的标幺值： X=(Us1%*Sd)/100Sn=（14%*100）/100*120=0.12基准电流：四 电气设备的选择及效验4.1 概述 导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程的实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下都能保持正常运行。 4.1.1电气设备的选择原则 电气设备选择的一般原则是： 1）应满足导体和电器正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要； 2）应按当地环境条件校验； 3）应力求技术先进和经济合理； 4）选择导体时应尽量减少品种； 5）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致； 6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 4.1.2电气设备选择的技术条件 （1）按正常工作条件选择导体和电器 1）电压： 所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高运行电压。一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220kV及以下时为1.15Ue，而实际电网运行的最大电压不超过1.1Ue。2）电流： 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，导体和电器的长期允许电流应不小于该回路的最大持续工作电流由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的最大电流为1.05Ie（Ie为电器额定电流）3）按当地环境条件校核：当电气设备安装的条件超过一般条件时，应采取一般措施进行设备调整。 我国目前生产的电气设备的额定环境温度0Q= 40，裸导体的额定环境温度为+25。（2）按短路情况校验 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 1）短路热稳定校验满足热稳定条件为短路电流通过电气设备时各部件温度或发热效应不得超过允许值即I*tQk Qk短路时导体和电器允许的热效应 I，t设备允许通过的热稳定电流和时间。 110kV以下导体和电缆一般采用主保护时间 110kV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间。 2）短路的动稳定校验 满足动稳定条件为：Ies Ish Ies设备允许通过动稳定电流的有效值） Ish短路冲击电流有效值（kA） 4.2 断路器的选择 变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在变电所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常以继电保护的方式配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。 高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35kV220kV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10kV电压等级，10kV采用真空断路器。 2）选择额定电压 所选断路器的额定电压应不小于安装处电网的额定电压。 设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.1-1.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围内即可。离开关的选择 隔离开关没有灭弧装置。它既不能断开正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则即发生“带负荷拉刀闸”的严重事故。此时产生的电弧不能熄灭，甚至造成飞弧，会严重损坏设备并危及人身安全。 隔离开关用途 隔离开关的用途有以下几个方面： （1）隔离电压。在检修电气设备时，将隔离开关打开，形成明显可见的特点，使带电部分与被检修的部分阁开，以确保检修安全。 （2）接通或断开很小的电流。 （3）可断路器配合或单独完成倒闸的操作隔离开关选择 隔离开关的选择方法可参照断路器，其内容包括：选择型式；选择额定电压；选择额定电流；动稳定校验；热稳定校验。互感器的选择 电流互感器的准确级和额定容量 电流互感器的准确级 电流互感器地误差与其结构、铁心材料及尺寸、二次绕组匝数、二次回路负载的大小及性质、一次电流大小等有关，电流互感器的准确级就是其最大允许电流误差的百分值。电流互感器的准确级分为0.2、0.5、1.0、3.0、10及保护级（B级）。 电流互感器选择 （1）结构类型和准确度的确定 根据配电装置的类型，相应选择户内或户外式互感器。一般情况下，35kV以下为户内式，而35kV以上为户外或装如式。 电流互感器准确级的确定，取决于二次负荷的性质。0.2级用于实验室的精密测量、重要的发电机和变压器回路及500kV重要回路；二次负荷如果属一般电能计量，则电流互感器采用0.5级；功率表和电流表可配用1.0级的电流互感器；一般测量则可用3.0级。如果几个性质不同的测量仪表需要共用一台电流互感器时，则互感器的准确级应按就高不就低的原则确定。 一般用于继电保护装置的电流互感器，可选5P或10P级。此外还应按10%误差曲线进行校验，保证在短路时误差也不会超过-10%。电压互感器的选择 电压互感器介绍 电压互感器的特点 电容分压式电压互感器由分压电容器和一个小型电磁式电压互感器组合而成。 电磁试电压互感器原理与变压器相同，其特点如下： 电磁式电压互感器就是一台小容量的降压互感器。一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数很少。 电压互感器一次绕组并接于一次系统，二次侧各仪表相互为并联关系。 电压互感器二次绕组所接负荷均为高阻抗的电压表及电压继电器电压线圈，故正常运行时电压互感器二次绕组接近于空载状态电压互感器的选择 选择结构类型、接线方式和准确等级 根据配电装置类型，相应的电压互感器可选择户内式或户外式。35kV及以下可选用油式湖浇注式结构；110kV及以上可选用串级式结构或电容分压式结构。 320kV当只需要测量线电压时，可采用两只单相电压互感器的VV接线。35kV以下，当需要测量线电压，同时又需要测量相电压和监视电网绝缘时，可采用三相五柱式电压互感器，或由三只单相三绕组电压互感器构成 g接线。110kV及以上的电网，则根据需要选择一台单相电压互感器或由三个单相三绕组电压互感器构成 接线。 选择电压互感器准确级要根据二次负荷的需要。如果二次负荷为电能计量，应采用0.5级电压互感器；发电厂中功率表和电压继电器可配用10级；一般的测量表计可配用3.0级。若几种准确级要求不同的二次负荷同接一只电压互感器，则应按负荷要求的最高等级考虑2）选择额定电压 电压互感器一次绕组的额定电压应与安装处电网额定电压相同。特别要注意开口三角绕组额定电压的选择：用于大接地电流系统的(110kV及以上)，应选择110kV，而用于小接地电流系统的（35kV及以下），应选择（100/3）V。 （3）选择容量 电压互感器的型号和准确级确定以后，与此准确级对应的额定容量即已确定（可从有关手册中查得），为了保证互感器的准确度，电压互感器二次侧所带负荷的实际容量不能超过此额定容量。计算互感器的二次负荷容量时，必须注意互感器的接线方式和二次负荷的连接方法。配电装置 配电装置的基本要求 配电装置是根据电气主接线的连接方式,由开关电器保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时,迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此,应满足以下要求: 保证运行可靠 便于操作巡视和检修 保证工作人员的安全 力求提高经济性 具有扩建的可能 配电装置的类型及特点 配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置;按其组装方式，又可分为装配式和成套式。 (1)屋内配电装置的特点： 由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；房屋建筑投资大。 (2)屋外配电装置的特点： 土建工程量和费用较小，建设周期短；扩建比较方便；相邻设备之间距离较大，便于带电作业；占地面积大；受外界空气影响，设备运行条件较差，顺