220KV变电站一次系统初步设计

1、发电厂电气部分课程设计设计题目：220kv变电站一次系统初步设计指导教师： 贾红芳 设计人 ： 梁玮龙 学号 ： 2009904215 学院 ： 信息科学与技术学院 专业 ： 电气工程及其自动化 班级 ： 09级2班 目录引言3第1章 原始资料及分析4第2章 变电站电气主接线的确定5主接线选择6第3章 主变压器选择83.1.1主变容量及台数的确定83.1.2变压器形式的选择93.1.3 用普通型还是自耦型10第4章 短路计算114.1 短路点的选择124.2 计算短路电流12第5章 主要电气设备清单155.1变电站变压器的选择155.2 电抗器的选择155.3主要电气设备的选择165.3.1断

2、路器的选择165.3.2 隔离开关的选择165.3.3 母线及主变出线的选择175.3.4 电压互感器的选择175.3.5 电流互感器的选择185.3.6 避雷器的选择185.3.7 高压熔断器的选择19参 考 文 献20课程设计心得20 引言本课程设计是在2009级电气工程及其自动化专业完成本专业发电厂电气部分课程后的一次考核。通过对原始资料的分析，1完成电气一次主接线形式比较、选择；2完成主变压器容量计算、台数和型号的选择； 3进行必要的短路计算以完成部分电气设备的选择； 4、主要电气设备的设备清单；5、线路图的绘制以及避雷器针高度的选择等步骤；6、最终确定了220kv变电站所需的主要电器

3、设备；通过本次毕业设计，达到了巩固“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握变电站电气部分设计的基本方法，体验和巩固我们所学的专业基础和专业知识的水平和能力，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题，培养我们独立分析和解决问题的能力的目的。务求使我们更加熟悉电气主接线，电力系统的潮流及短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用，掌握变电站电气部分设计的基本方法，并在设计中增新、拓宽。提高专业知识，拓宽、提高专业知识，完善知识结构，开发创造型思维，提高专业技术水平和管理，增强计算机应用能力，成为一专多能的高层次复合型人才。第1章 原始资料及分析一、题目：220kv变电站一次系统初

4、步设计二、原始资料电压级别220kv110kv10kv最大mw6015038最小mw307519cos0.850.850.8tmax小时500050005000回路数4622负荷类型二、三二、三二、三1、 系统资料 系统容量系统电抗（sb100mva）电压级线路电抗（/km)系统c1 0.092200.42、 负荷资料3 、其他资料1）年最高气温为40，平均为20。2）站后备保护的动作时限为2.5秒。4 、站地理位置示意图（其中ma/b表回路最大最小负荷数，单位：mw，虚线表示不同电压等级分区）1.1 原始资料分析 1.1.1 变电站的类型变电站所有三个电压等级，高压为220kv，中压为110

5、kv，低压为10kv。变电所的性质为终端变电站1.1.2 变电站与系统连接情况变电站通过双回路与一个无穷大系统的g连接1.1.3负荷的电压等级及输出容量 变电站中的三个电压等级均有负荷，分别是220kv等级为60/30mw，110kv为150/75mw，10kv等级为38/19mw。（其中a/b表回路最大最小负荷数）注明：变电站所用电容量在系统中所占比例太小，特此忽略。1.1.4 负荷输电回路数1、220kv等级负荷的输电回路数为4回。2、110kv等级负荷的输电回路数为6回。3、10kv等级负荷的输电回路数为22回。1.2.5变电站的气候条件 变电站的年最高气温为40，平均为20第2章 变电

6、站电气主接线的确定2.1电气主接线的概述电器主接线又称电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单项接线图。主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。因此，主接线设计必须经过技术和经济的充分论证比较，综合考虑各个方面的影响因素，最终得到实际工程确认的最佳方案。电气主接线应满足以下几点要求：1）运行的可靠性：包括（1）发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用。（2）负

7、荷性质和类别。（3）设备的制造水平。（4）长期运行实践经验。主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。2）运行的灵活性：包括（1）操作的方便性。（2）调度的方便性。（3）扩建的方便性。主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。3）运行的经济性：主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，（1）节省一次投资，（2）占地面积少，（3）电能损耗少。 主接线选择根据原始资料的分析现列出三种主接线方案。方案一：220kv

8、侧双母接线，110kv侧双母接线、10kv侧单母分段接线。220kv出线4回，而双母接线使用范围是220kv出线数为4回及以上时。满足主接线的要求。且具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。110kv出线6回，110kv侧选择双母接线方式的可靠性高，检修任一回路的母线隔离开关时，只需要断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的改组母线，一组母线故障能迅速恢复供电，调节灵活，检修方便不用供电中断，扩建方便。10kv出线24回（其中备用2回），由于此处回路数较多，为了尽可能提高用电的可靠性，保证占60%的类负荷及所用电的供电，故10kv侧选择单母分段接线方式，既能清晰的反应接线情况，又有双母

9、线的特点。方案二： 220kv侧双母带旁路接线，110kv侧双母带旁路接线、10kv侧单母分段接线。220kv出线4回，由于本回路为重要负荷停电对其影响很大，因而选用双母带旁路接线方式。双母线带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。110kv侧出线6回，描述与本方案220kv侧同。10kv侧与上10kv侧同。方案三：220kv侧一台半接线，110kv侧双母接线、10kv侧单母接线。220kv出线采用一台半又叫3/2接线，这种接线运行方便

10、、操作简单，隔离开关只在检修时作为隔离带电设备使用，可靠性极高，任一台断路器检修和母线检修或故障都不会停电。投资较大，断路器隔离开关多。110kv侧与方案一110kv侧同。10kv侧采用单母线，接线方便简单一目了然，操作简单，经济性好，但可靠性不高，不能保证占60%的类负荷及所用电的供电。方案项目方案一：220kv侧双母接线，110kv侧双母接线、10kv侧单母分段接线。方案二、220kv侧双母带旁路接线，110kv侧双母带旁路接线、10kv侧单母分段接线。方案三、220kv侧一台半接线，110kv侧双母接线、10kv侧单母接线。可靠性1.220kv接线简单，设备本身故障率少；2.220kv故

11、障时，停电时间较长。1.可靠性较高；2.有两台主变压器工作，保证了在变压器检修或故障时，不致使该侧不停电，提高了可靠性。1.可靠性高低部分明显（220kv侧极高、10kv侧不高）；2.能保证地区与中间变电站的最佳可靠状态。3.10kv不能保证60%的类负荷及所用电的供电灵活性1.220kv运行方式相对简单，灵活性差；2.各种电压级接线都便于扩建和发展。1.各电压级接线方式灵活性都好；2.220kv与110kv电压级接线易于扩建和实现自动化。1.各电压级的接线灵活性很好。2.一台半的调度和扩建较方便。经济性1、设备相对少，投资小。1.设备相对多，投资较大；2.母线采用双母线带旁路，占地面增加。1

12、、设备较多，投资很大；通过对三种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确定第二方案为设计最终方案第3章 主变压器选择 在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；是电能转换的主要形式，主变压器的容量、台数将直接影响系统主接线的形式和配电装置的结构。3.1.1主变容量及台数的确定（一）主变压器的容量、台数选择原则1、主变压器容量除了依据传递容量基本原始资料外，还应根据变电所建成后5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素进行综合分析和合理选择并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。2、当发电机全部投入运行时，在满足

13、发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。3、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量，对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一台主变停运时，其余变电器容量应能保证全部负荷的70-80。4、当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变动而需限制本厂输出功率时，主变压器应能从电力系统倒送功率时，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。5、若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运

14、行时，其他主变压器还能从输送母线的剩余功率的70%以上。6、为了确保对发电机电压上的负荷供电可靠性，接于发电机电压母线上的主变压器不应少于2台。7、变电所一般应优先考虑采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备较相应的两台双绕组变压器要少得多。（二）主变容量确定根据选择原则确定所选主变的台数为二台，每台主变额定容量为sn。当一台主变运行时，另一台主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的二级负荷sn=0.6 - 0.7pm。这样，当一台主变停运时，可满足70的二级负荷的电力需要，事故时，变压器允许的过负荷能力30考虑，则可保证对91负荷的供电。 220kv

15、侧负荷的最大容量计算：s1max60/0.8570.59mva110kv侧负荷的最大容量计算： s2max150/0.85=176.5mva10kv侧负荷的最大容量计算： s3max38/0.8=47.5mva通过变压器容量计算：s=176.5+47.5=224mva所以一台主变应承担的系统容量为：sn=0.7s=0.7224=156.8mva查相关的设备手册220kv变电所常用的单台主变容量为90mva，120mva，150mva,180mva。根据选择原则和设计依据，考虑到最大负荷的容量计算和投资的经济性，本工程初次一次性建设二台主变，并预留一台变压器的发展空间。决定选择两台主变的容量为s

16、n=180mva。3.1.2变压器形式的选择1、相数的选择 此处主变采用三相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素，根据设计手册有关规定，当不受运输条件限制时，在330kv及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器，因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资，占地面积小，运行过程中损耗少的优点所以选择三相变压器。 2、绕组的选择。选择三绕组变压器适用范围：（1）在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器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时，主变压器宜采用三绕组变压器。（2）联络变压器一般应采用三绕组变压器，其低压绕组可接无

17、功补偿装置。通过以上两种绕组方式适应范围的比较，同时，待建变电站有220kv、110k和10kv三种电压等级，高压侧以交换或接受系统电能为主，中、低压侧则以向近区或用户供电为主，采用一台三绕组变压器便能实现三种电压等级的电能输送，若采用双绕组变压器，则由一台三绕组变压器便能实现的三个电压等级的电能转换装置必须用两台双绕组变压器才能实现，即必须通过二次变压器才能实现电能的输送。另一方面，从经济方面比较，采用两台双绕组变压器及其所配置的控制电器和辅助设备比相应采用一台三绕组变压器所需的投资较多。因此，本次变电站设计采用三绕组接线方式的变压器。3.1.3 用普通型还是自耦型 根据电力工程电气设计手册

18、规定：“在220kv及以上的变电所中，宜优先采用自耦变压器”。因为自耦变压器与同容量的普通型变压器相比较，具有以下优点：a、消耗材料少、等价低、有功、无功损耗小、较率高。b、高中压线圈的自耦联系，阻抗小，对改善系统稳定性有一定作用。c、还可扩大变压器极限制造容量，便利运输和安装。另外，在大型的电力系统和降压变电站中，由于普通的三绕组变压器主要应用在中压侧的中性点具有不接地方式，而待建变电站中压侧的中性点采用直接接地的方式，耦变压器的高、中压绕组构成直接的电气联系，因此，自耦变压器更适合在中压侧为110kv及以上电压中性点直接接地系统中。此外，同一电压等级的自耦变压器比相同容量和变比的普通三绕组

19、变压器在价格上要便宜。综上所述，本次设计变电所采用三绕组自耦变压器，。型号额定容量（mva）额定电压（kv）阻抗电压（）空载电流（）空载损耗（kw）连接 组别sfpsz9-180000/220100/100/5024212111122280.56156yn,yn0,dll4、所选的为现变压器厂的主变压器，其型号为sfpsz9-180000/220，其技术数据如下格： 由于变电所选用的主变为无励磁调压自耦型三绕组变压器，根据设计手册规定，在电力系统采用自耦变压器后，其中性点必需直接接地或经小阻抗接地，以避免高压网络发生单相接地时，自耦变压器中压绕组出现过电压。据此，系统高、中压侧采用中性点直接接

20、地方式，低压侧采用不接地方式。5、调压方式：由于待建变电站为降压变电站，电网电压可能有较大的变化，同时，系统二级负荷比率较大，因此，为保证重要负荷的供电，根据设计规程，宜采用有载调压方式，因上，在主变选择时，应配置mr调压开关，以实现能带负荷进行调节。第4章 短路计算短路是电力系统中较常发生的故障。短路电流直接影响电气设备的安全，危害主接线的运行，特别在大容量发电厂中，在发电机电压母线或发电机出口处，短路电流可达几万安至几十万安。为使电气设备能承受短路电流的冲击，往往需选用加大容量的电气设备。这不仅增加投资，甚至会因开断电流不能满足而选不到符合的高压电气设备，在主接线设计时，因计做好短路计算，

21、以备考虑采取限制短路电流的措施。4.1 短路点的选择在每个电压等级选一个短路点，220kv电压等级选在d1点，110kv电压等级选在d2点，10kv电压等级选在d3点。220kv110kvxsx1x2x310kvs2d1d2d34.2 计算短路电流1. 基准值在短路计算的基本假设前提下，选取sj = 100mva，vb 为各级电压平均值（230，115，10.5kv）2.系统电抗由原始材料可知，在sj=100mva下xs=0.09 xs1=0.5x0.4x40x=0.015 3计算变压器各绕组电抗阻抗电压高中高低中低12228各绕组等值电抗vs(1-2)12，vs（1-3）22，s（2-3）8

22、vs1% = （vs(1-2)% + vs(1-3)%vs(2-3)%）= （12+ 228）=13vs2% = （vs(1-2)% + vs(2-3)%vs(1-3)%） = （12+822）=1vs3% = （vs(1-3)% + vs(2-3)%vs(1-2)%） = （22+812）=9各绕组等值电抗标么值为：x1 = =0.072x2 = 0.0055x3 = 0.14.各短路点短路计算a）d1点短路10kv母线侧没有电源，无法向220kv侧提供短路电流，即可略去不计，等值电路可化间为图一220kv110kvxs2xs1s1x1x2d1d2图一s2则短路电流id1 9.524换算到2

23、20kv短路电流有名值i = id1 =9.524 = 2.391ka根据电力工程电气设计手册的相关规定取电流冲击系数kch = 1.8 当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值ich = 2 i = 2 i = 1.51i icj= 1.512.391= 3.610ka当不计周期分量衰减时冲击电流 ich =kchi =1.87i = 2.55 i = 2.552.391= 7.275ka短路容量 s = vbi = 2302.391 = 1159.262mvab）d2点短路如d1处短路类似，10kv母线侧因没有电源，无法向110kv侧提供短路电流，即可略去不，等值电路可化间为图二则

24、短路电流id2 =7.233换算到110kv短路电流有名值i = id2 = 7.233= 3.631ka 根据电力工程电气设计手册的相关规定取电流冲击系数kch = 1.8 当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值ich = 2 i = 2 i = 1.51i icj = 1.513.631= 5.483ka当不计周期分量衰减时冲击电流 ich =kchi =1.87i = 2.55 i = 2.553.631= 9.259ka短路容量 s = vbi = 1153.631= 723.244mvac）d3点短路等值电路图可化简为图三id3 = = =5.236换算到10kv侧有名值i

25、 = id3 = 5.236=28.791ka短路电流全电流最大有效值及冲击值ich = 1.51i = 1.5128.791 =43.474kaicj = 2.55i = 2.5528.791 = 73.417ka短路容量：s = vb i = 10.528.791=159.88mva短路点的编号基准电压 vav（kv）基准电流 ij（ka）额定电流ijin（ka）短路电流标么值i*短路电流有名值ika稳态短路电流标么值稳态短路电流标有名值短路电流冲击值ich(ka)短路全电流最大有效值ich(ka)短路容量s( mva)表达式平均值i* ini* in2.55i1.51ivjid1 230

26、0.250.259.5242.3919.5242.3913.6103.6101159.26d21150.50.57.2333.6317.2333.6315.4839.259723.244d310.55.55.55.23628.7915.23628.79173.41743.474159.88第5章 主要电气设备清单5.1变电站变压器的选择该变电站主变压器选择两台型号为sfpsz9-180/220，容量100/100/50的三绕组变压器。 变电站站用变选择两台型号为sc9-400/10的双绕组干式变压器。5.2 电抗器的选择 变低出线电抗器的型号为xkgkl-10-3500-105.3主要电气设备

27、的选择5.3.1断路器的选择1、各断路器选择如下表所示：计算数据/设计数据设备型号ug/un(kv)igmax/ in(a)id.t/ ikd(ka)sd.t/ skd(mva)ich/ imax(ka)i*tdz/i2t*t安装地 点组数lw-220/3150220/22030/(0.85*1.732*220)=98.8/31503.17/40793.3/1500005.3/1002.0832*2.65/402*3220kv出线2lw-220/3150220/220294.975/*1.732*220=774/31503.17/40793.3/1500005.3/1002.0832*2.65

28、/402*3220kv进线、母线3lw-220/315-220/220224/1.732*220=588/31503.17/40793.3/1500005.3/1002.0832*2.65/402*3主变220kv进线2lw-110/3150110/11046/(0.85*1.732*110)=284/31504.4/40110kv出线6lw-110/3150110/110224/1.732*110=1175/31504.44/40主变110kv出线、母线4zn12-10/160010/105/(0.8*1.732*10)=288/160022.3/4037.5/10014.692*2.65/

29、402*310kv出线24zn28-12/400010/1238/(0.85*1.732*10)=2742/400022.3/40主变10kv出线、母线35.3.2 隔离开关的选择隔离开关选择如下表所示：计算数据/设计数据设备型号ug/un(kv)igmax/ in(a)ich/ imax(ka)i*tdz/i2t*t安装地点组数gw4-220d/60050220/22098.8/6005.3/502.0832*2.65/15.82*5220kv出线6gw4-220d/60050220/220774/31505.3/502.0832*2.65/15.82*5220kv进线、母线10gw4-22

30、0d/60050220/220588/31505.3/502.0832*2.65/15.82*5主变220kv进线6gw4-110d/100050110/110284/1007.45/502.922*2.65/212*5110kv出线24gw4-110d/200050110/1101175/20007.45/502.922*2.65/462*5主变110kv出线、母线10gn6-10/6005210/10288/60037.5/5214.692*2.65/202*410kv出线24gn10-10t/400016010/122742/300037.5/16014.692*2.65/802*5主变

31、10kv出线、母线65.3.3 母线及主变出线的选择以下为母线及主变出线选择：设备型号安装地点组数lgj-120双分裂钢芯铝绞线220kv母线、出线及变高进线6lgj-50钢芯铝绞线220kv出线2lgj240钢芯铝绞线110kv母线及变中出线5lgj120钢芯铝绞线110kv出线610010矩型铝导体10kv母线及变低出线4yjv220315010kv出线245.3.4 电压互感器的选择所选的电压互感器如下表：安装地点设备型号额定变比准备等级组数220kv出线及进线tyd220kv0.23220kv母线jdc5-220（w1）0.52110kv出线ty110/0.0136110kv母线tyd110w0.2210kv母线jdzx9100