60kv总降压变电所设计

1、60kv总降压变电所设计60kv总降压变电所设计 摘 要 在电力系统中，根据不 同的用途，电力变压器有许多种不同的名称。与发电机连接并将其电压提高到电网电压的变压器被称为升压变压器。在输电线另一端，将电网电压降至配电电压的变压器称为 降压变压器。最后，把电压降低到能实际应用量级的变压器称为配电变 压器。以上变压器的结构基本相同，唯一的区别在于各自的实际 用途不同。本设计详细介绍了本溪供电局区域总降压变电所的设计。本变电所的设计容量是90526.3kvA ,电压等级为 220/60kV ,供电电源源于本溪供电局。本设计的进线方式为双回路进线，采用单母线分段运行方式，两条母线互为备用。且负荷计算采

2、用需要系数法，此法适用于设备台数较多， 而容量差别不是很大的供电线路，相对于二项式法计算量较 小。目前，电力行业在变电所增容改造项目设计中，普遍采用 此法通过考虑今后生产规模逐步扩大的需要，最终确定主变压器型号为SFPZ-80000/220 ,所需台数为 2台。短路计算采用标么值法，根据计算结果，对所选电器设备进 行校验，以确保供电系统的安全、可靠。从根本上消除了短路故障对整个供电系统所造成的危害，并可限制故障范围扩大。同时对高低压侧可装设的继电保护方案及防雷措施进行 了综合论述。本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料， 设计由符合当前要求的变电所。设计中采用了一些固定方式的保护和常

3、规保护，可以使变 电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电所的运行 情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进 行处理，达到供电系统的管理科学化、规范化、并且还可以 做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行 全系统的信息综合管理。关键词：降压变电所；短路计算；供配电；变压器 I Abstract Power transformers are given a variety of different names, depending on their use in power systems. A transformer connected to the output o

4、f a generator and used tostep its voltage up to transmission levels is sometimes called a unit transformer. The transformer at the other end of the transmission line, which steps the voltage down from transmission levels to distribution levels, is called a substation transformer. Finally, the transf

5、ormer that takes the distribution voltage and steps it down to the final voltage at which the power is actually used is called a distribution transformer. All these devices are essentially the same-the only difference among them is their intended use. This paper introduced in detail the design of ge

6、neral voltage dropping transformer substation in Ben xi Power Supply Company. The design capacity of the substation is 90526.3kV A, and the class of voltage is 220/60kV . All power supply also form Benxi Power Supply Company. The designing is double-loop into the line and single bus mode which backu

7、p each other. The load calculation used the coefficient method, which suitable for a few more sets and a few difference of the capacity. Relative to the binomial calculation method, the method has smaller computation. At present, the method widely used in retrofitting project design of the substatio

8、n. The main transformer model of is SFPZ-80000/220 and the number is two can be determined by considering the needs of the expanding scale of production in future. The per unit value method used in the calculation of short-circuit calculation. In order to ensure the security and reliability of power

9、 supply system, this paper checked the selected electrical equipment according to the results of calculation. The method can eliminate the harm which the short circuit to the power supply system fundamentally and also limit the scope of failure expansion. Meanwhile, this paper discussed the scheme o

10、f protective relays by using in the side of high or low pressure, and the measures of lightning protection. The design meets the current requirements of substation which integrated with the actual closely by looking a lot of relevant information. The fixed protection and conventional prote- ctions i

11、s used in this design which can make the substation attendants or dispatching center to grasp the operation situation of substation, operation the equipment directly, understand the fault conditions timely, and handling the fault quickly. This design also achieved the results which standardized mana

12、gement and the data of automation system may interchange. In short, this design can play to the advantage of the whole system and Manage the comprehensive information. Keywords: step-down substation; short-circuit calculation; power supply and distribution; transformer III 目录摘 要 I AbstractII 第 1 章 引

13、言 1 1.1概述1 1.2变电所概况1 1.3变电所选址的条件和选址 程序2 1.3.1所址选择的条件 2 1.3.2变电所选址程序 3第2章 负荷计算及主变压器的选择4 2.1电力负荷及电力负荷计算4 2.2变压器的选择6 2.2.1主变压器容量的确定 6 2.2.2 主变压器台数的确定 7第3章 电气主接线选择8 3.1概述8 3.2电气主接线选择总的要求8 3.2.1主接线的基本形式及预定方案8 3.2.2对220千伏侧接线方式的论证8 3.2.3 60千伏侧接线方式的论证 9 3.2.4经济比较9第4章 短路电流的计 算11 4.1概述11 4.2短路电流的计算11 4.2.1标么值

14、法短 路计算11 4.2.2基本原则13 4.2.3计算规定13 4.2.4短路计 算点的选择13 4.2.5短路计算方法13第5章 电气设备的选 择与校验23 5.1设计原则23 5.2母线的选择23 5.2.1母线 的型式及适用范围23 5.2.2截面选择23 5.2.3校验项目235.3高压断路器的选择 26 5.4隔离开关的选择28 5.4.1选择 和校验项目28 5.4.2选型说明28 5.5互感器的选择 29 5.5.1 电流互感器的选择30 5.5.2按准确度级及副边负荷选择305.5.3校验31 5.5.4电压互感器的选择32 5.6高压配电装置的规划设计34第6章 继电保护和

15、自动装置的规划设计366.1瓦斯保护36 6.2差动保护36 6.3过电流保护、过负荷保 护及温度保护37 6.4 220kV侧线路保护37 6.5 60kV侧线路保 护38 6.6自动装置的配置38第7章 防雷保护的设计40 7.1 击雷保护计算40 7.2入侵波及内部过电压的保护41第8章结论44参考文献45致明f 46 V沈阳工业大学工程学院 本科生毕业设计（论文） 第1章 引言1.1概述 众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力电能既易于由其他形式的能量转换而来，也易于转换为其 他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单既经济，又便于控制、调节和测 量，有利于实现生产过程自动化，

16、而且现代社会的信息技术 和其他高新技术无一不是建立在电能应用基础之上的。因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极 为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但 是它在产品成本中所占的比重一般很小。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本 中或投资总额中所占的比重多少，而是在于工业生产实现电 气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产 率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动 条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂供电突然中断，则对工业生产 可能造成严重的后果。例如莫些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间 的停电，也会引

17、起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚 至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上或生 态环境上甚至政治上的重大损失。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现 代化，具有十分重要的意义。1.2变电所概况 本课题来源于本溪供电局区域的 220/60kV总降压变电所。该变电所位于城市边缘，地势平坦，空气指数良好，无特 殊污染，交通方便。最高气温40C,最低为温度为-35C,年平均温度为10oQo变电所电源由2回220kV线路与系统联接，进线长度大约 为L=15km,导线型号LGJ-185;上级曲线保护整定时间 tl =0s, tn=0.5s,tID=1.0s;系统基准容量 100M

18、VA最大运行方式 电抗标幺值，最小运行方式电抗。最大负荷利用小时数 T=5000小时，负荷同时系数 0.9,线 损率为5%。重要负荷占65%。其中60kV侧负荷共有8个用户，分别通过单回架空线路 供电。60kV侧最大综合负荷为 93MW ,功率因数0.92。无扩建要求。该地区土壤电阻率小于；冬季最低气温 -30C,夏季最高 气温+35C,年平均气温+10 C,最大冻土深度 1.5m,需用系 数为0.60.8,线损率为5%。电源进线方式见表1-1所示。表1-1高压架空输电线路走廊宽度表单位:m线路杆塔结构布置 610kV走廊35kV走廊110kV走廊单回路三角排列、单杆、无拉线6单回路三角排列、

19、双杆、无拉线 单回路水平排列、双杆、无拉线 9 15 18单回路上 型排列、单杆、无拉线 12 1.3变电所选址的条件和选址程 序1.3.1所址选择的条件 尽量接近负荷中心，以降低配电 系统的电能损耗，电压损耗和有色金属消耗量；进曲线方便，特别是要便于架空进曲线；接近电源侧，特别是工厂的总降 压变电所和高压配电所；设备运输方便，特别是要考虑电力 变压器和高低压成套配电装置的运输；不应设在有剧烈振动 或高温的场所，无法避开时，应有防震和隔热的措施；不宜 设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污 染源的下风侧；不应设在经常积水场所的正下方或与其相贴 临；不应设在有爆炸或火灾危险环境的正

20、上方或正下方。当与有爆炸或火灾环境的建筑物毗连时，应符合现行国家 标准GB50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规 范的规定。1.3.2变电所选址程序 变电所所址的选择应结合一定的 变电所模式及基本平面布置。一般的初选址应做在可行性研究之前。因此，工程技术人员应充分考虑规划时期的设备发展方向 和变电所建设模式，并基本选定电气布置方案，然后据此进 行选址。同时应考虑一定的发展余地，要有总体规划，考虑扩建的可能性。根据本设计工程需要综合各用户的实际情况，最终确定的变电所与各用户间的相对位置见图1-1变电 所位置10kv 40km 3km 2km 2km 25km 10km G 图 1-

21、1 变电所位置图第2章 负荷计算及主变压器的选择2.1电力负荷及电力负荷计算 各类工厂由于其设备容量、数量及生产方式的差异，计算负荷的方法各不相同，常见的负荷计算方法有两种：1)需要系数法：根据接于变电所的设备总容量及需要系数来确定变电所的实际总负荷。2)二项式系数法：考虑用电设备的数量和大容量设备对负荷产生影响的一种经验公式。目前需要系数法是世界各国普遍采用的确定计算负荷的 基本方法，它简单、方便，本设计也采用此方法进行负荷计 算。即：P30=KdE Pei (2-1) 其中： ei:级设备的额定有功功率P30:计算负荷Kd :级设备的需要系数总计算负荷：P30=KE P30i (2-2)

22、Q=KE2 Q30i(2-3) 其中：Kzp :有功功率同时系数(0.850.95) Kzq：无功功率同时系数(0.900.97)计算负荷为：(2-4)其中： :用电设备组的平均功率因数：用电设备组的设备容量根据负荷统计，本变电所承担的电力负荷见表2-1,计算过程如下：S1= P1/cos1= 10000/0.95= S2S8 计算过程同上，=S1+S2+S8= 3)总计算容量：(2-5) 表2-1电力负荷表 序号 负荷名称 最大负荷 (KW)功率因数 由线方式 曲线回数 近期 五年规划1 机械厂 5000 10000 0.95架空1 2东科科技院 5000 10000 0.95架空1 3数字

23、机床厂 6000 12000 0.95 架空2 4高压 电气厂 8000 12000 0.9 架空 1 5 111 变电所 8000 12000 0.9 架空2 6 112变电所 6000 10000 0.9架空2 7 113变电所 12000 12000 0.9 架空 2 8 县工业院 8000 15000 0.95 架空 1具中：同时系数=0.9 其他负荷计算同上，计算结果见表2-1 2.2变压器的选择 2.2.1主变压器容量的确定1）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。2）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

24、，对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余 变压器容量应能保证全部负荷的 70% 80%。3）变压器最大负荷按下式确定：（2-6）（2-7）其中：:变电所最大负荷： 同时率：按负荷等级统计的综合用电负荷4）主变压器容量的选择：根据主变压器容量选择原则及工程要求，每台变压器的容量为：（2-8）其中： :故障保证系数，规程规定取 0.75根据公式（2-8）查设计手册供配电设计，初选SFPZ-80000/220型变压器，其 主要技术数据见表 2-2所示表2-2变压器型号及主要技术 参数 型号 额定容量（kVA）额定电压 高（kV）额定电压低（kV）阻抗电压ud%连接组别SFPZ-80000/220

25、80000 2208X1.46% 69kV 13.5 YN,d11 2.2.2 主变压器台数 的确定1）为保证供电可靠性，避免一台因故障或检修时影响 供电，变电所一般应装设两台主变压器。2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能。3）对于规划只装设两台主变压器的变电所，基础宜大于 变压器容量的1 2级设计，以便负荷发展时，更换主变容 量。4）变电所的主变压器一般不宜超过两组，当变电所只有 一个电源或变电所的重要负荷另有备用电源保证供电时，变 电所也可装一组变压器。由于，所选变压器的容量 所以；说明：两台的变压器同时工作，当一台发生故障或检修，另一台单

26、 独工作也能满足保证系数要求，满足供电的可靠性和安全 性。第3章 电气主接线选择 3.1概述 电气主接线指的是由 隔离开关、互感器、避雷针、断路器、主变压器、母线、电 力电缆、移相电容等高压一次电气设备，按工作要求顺序连 接构成的接受和分配电能的牵引变电所的电气主电路。他反应了牵引变电所的基本结构合和性能，在运行中表明 电能的输送和分配关系、一次设备的运行方式，是实际运行 操作的依据。3.2电气主接线选择总的要求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：应满足用电设备对供电可靠性的要求。3）经济：在满足以上要求的前提下，主接线设计应简单、投

27、资少。3.2.1 主接线的基本形式及预定方案1）单母线接线；2）单母线分段接线；3）桥式接线 本变电所电压等级为，侧进 线为两回；侧曲线为 12回；根据主接线设计必须满足供电 可靠性、保证电能质量、满足灵活性和方便性、保证经济性 的原则，初步拟定两种主接线方案。第一方案：侧采用单母线带旁路接线，侧采用单母线分段带旁路接线。第二方案：侧采用单母线分段接线，侧采用双母线分段接线。3.2.2 对220千伏侧接线方式的论证 单母分段接线：优点：接线简单清晰，设备少，操作方便。便于扩建和采用成套的配电装置。用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引由两 个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障时，

28、分段断断路器自动将故障段切 断，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：不够灵活。当母线与母线刀闸故障或检修时，将造成整个配电装置停 电。当进曲线断路器检修时，中断该回路工作。3.2.3 60千伏侧接线方式的论证 单母线分段带旁路：优点：用断路器把母线分段后，对重要负责用户可以从不同的母线 段引生两个回路，有两个电源，具有供电可靠性。操作灵活 检修任一断路器时不中断对用户的供电。缺点：配电装置复杂，接线复杂，运行操作复杂。分段断路器用作旁路开关时，两段母线并列运行。但当其一段母线故障时，整套配电装置停止工作，在拉开 分段刀闸时恢复无故障母线工作，断路器刀闸间的闭锁复 杂。3.2.4

29、 经济比较 单母线分段与单母线分段带旁路接线所 用一次设备统计见表 3-1 o从上表对比可以看由，单母线分段接线较单母线分段带旁 路母线接线节省设备。单母线分段带旁路母线接线电气设备使用多，占地面积大，投资大，所以从经济角度来看，采用单母线分段接线较 为经济。表3-1设备统计结果表接线方式断路器隔离开关电流互感器电压互感器避雷器母线单母线分段少 少少相同相同少单母线分段带旁路多多多相同相同多（a）单母线分段（b）单母线分段带旁路 图3-1电气主接线图 根据电压等级、进线回路数、单母分段的优 点以及它的经济性，本变电所主接线方案选择第二种。第4章 短路电流的计算 4.1概述 短路的形式有三相短

30、路、两相短路、单相短路和两相接地短路等。短路的后果，在短路后系统中由现的短路电流比正常负荷 电流大得多。在大电力系统中，短路电流可以达几万安。4.2短路电流的计算 4.2.1标么值法短路计算 按标幺制 法进行短路计算时，首先确定短路点；本设计短路点分别设 在和母线处之后确定基准容量和基准电压。本设计采用标么值法。1）基准值的选取 一般选取基准功率（或 1000） MVA, 选择电力系统各元件所在电压等级的平均额定电压作为基 准电压，也就是说各元件的基准电压都等于所在电路的平均 额定电压，即 （4-1） Xd= （4-2）（4-3） 2）各元件电抗标么值的计算发电机：(4-4) 变压器：(4-5

31、)线路(包括电缆)：(4-6) 电抗器：(4-7) 3)三相短路电流周期/非周期分量的计算周期分量：(4-8)非周期分量：t=0 时：(4-9) ts时：(4-10) 4)冲击电流和全电流 冲击电流：(4-11) 全电流：(4-12) 4,2.2基本原则1)正常工作时，三相系统对称运 行，所有电源的电动势相位角相同；2)系统中的电机均为理想电机，转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差 1200电气角度；3)电力系统中各元件的磁路不饱和，即带 铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧。同步电机都具有

32、自动调励装置(包括强行励磁)。4.2.3 计算规定1)验算导体和电器的动稳定、热稳定以 及电器的开断电流时，所有的短路电流应按本设计规划容量 计算，并考虑电力系统远景规划；2)确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式选择。4.2.4 短路计算点的选择在正常接线方式时，通过电气设备的最大短路电流的地点，称为短路计算点本设计选择两个短路计算点，分别在220KV母线上、60KV 母线。系统计算电路图如图4-1所示，等值电路图如图4-2所示：4.2.5 短路计算方法本设计利用分布系数法进行网络化简，求生转移电抗；应用导体和电器选择设计技术规定SDGJ 14-86所提供的运算曲线求取短路电流。

33、查工厂供电得电感系数为0.016。计算时取基准容量为100图4-1系统计算电路图 图4-2等值电路图1）各元件的阻抗标么值计算如下：=0.4 100X100/2202= 0.0826 = 0.4 0X100/2202= 0.0579 = 0.4 >80X100/2202= 0.0661 2）本设计 220KV 线路采用架空 线路，查手册工厂供电一阻抗标么值等值电路如图4-3所示：图4-3阻抗标么值图 根据公式（4-4）得=X100/240 = 0.0583 根据公式（4-6）= = = 0.14 X00 >0.85/200 = 0.0595 化 简，等值电路如图4-4所示：=>

34、;0.0583 = 0.019 = =>0.0595=0.02 图 4-4 化简图（a）进一步化简，等值电路如图 4-5所示：=+ = 0.02 + 0.019=0.039 = = 0.00478/0.2066 = 0.0231 = =0.00546/0.2066 = 0.0264 = = 0.00383/0.2066 = 0.0185 图 4-5化简图（b）再化简，等值电路如图 4-6所示：=0.016+Xa = 0.016+ 0.0231 = 0.0391 = Xb + Xd = 0.0264 + 0.039=0.0656星角变换，如图4-7所示；图4-6化简图（c） 图4-7星角变

35、换图 由于两侧发电机容量分别为：S2=3X= 705.9 MV A S1 = 250MVA 所以各支路的计算电抗 标么值为：=0.0686 >250/100 = 0.1715 =0.1151 X= 0.8125 3）三相对称短路 电机向短路点提供的短路电流查工厂供电，汽轮发电机运算曲线 T=0秒时 暂态短路电流：T=4秒时 稳态短路电流： 系统向短路点提供的短路电流 经短路点 暂态短路电流：稳态短路电流： 短路点冲击电流 不对称短路（两相短路）4） 60KV母线上短路点时，等值电路如图4-8所示：图 4-8 星角变换图 =X= 0.169 =+XT'=0.0686+0.169 =

36、 0.1531 = X6 + XT' = 0.1151 + 0.169 = 0.1996 Xj1 = 0.1531 250/100=0.3828 Xj2 = 0.1996 600/（100 区85）=1.4089 发电机向短路点提供的短路电流查工厂供电，汽轮发电机运算曲线 T=0秒时I=0.75暂态短路电流：T=4秒时I=0.76稳态短路电流： 无穷大系统向短路点提供的短路电流： 流经短路点的 暂态短路电流：稳态短路电流：短路点冲击电流：5）点母线短路电流：6）点母线短路电流：因为对称短路电流大于不对称短路电流，所以变电所的设 备选择按对称的短路电流选择。表4-1短路电流计算表 短路点

37、 短路电流（kA）冲击电 流（kA）短路容量（MVA） K1 4.16 10.55 1657 K2 6.98 17.65 760.6第5章 电气设备的选择与校验 5.1设计原则 设计原 则有：按工作环境及正常工作条件选择电气设备、按短路条件校验 选择电气设备的动稳定和热稳定。5.2母线的选择5.2.1母线的型式及适用范围母线目前一般为空气绝缘母线，密集型母线，最新的有浇筑型母线。关键看你用在那里，空气型的一般的照明或空调，密性型 的一般在陪电房以及高层的主线上，浇筑型的一般用户室外 电缆沟甚至直接放在水中。5.2.2截面选择 为了保证供电系统安全、可靠、优质、 经济地运行，选择母线必须满足的条件：发热条件、电压损耗条件、经济电流密度、机械强度。母线经济截面为（5-1）其中：最大长期工作电流J: