220kV变电所电气部分设计

1、电力系统自动化专业毕业设计设计题目：220kV 变电所电气部分设计1目录一、毕业设计任务书3二、毕业设计说明书5三、参考文献19四、后记24五、计算书26六、图纸.2毕业设计任务书一 . 设计题目 :220kV 变电所电气部分设计二. 待建变电所基本资料1. 设计变电所在城市近郊 , 向开发区的炼钢厂供电 , 在变电所附近还有地区负荷。2. 确定本变电所的电压等级为220kV/110kV/10kV ， 220kV 是本变电所的电源电压，110kV 和 10kV 是二次电压。3. 待设计变电所的电源， 由对侧 220kV 变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电所；在中压侧110kV 母线，送

2、出2 回线路至炼钢厂；在低压侧10kV 母线，送出11 回线路至地区负荷。4. 该变电所的所址，地势平坦，交通方便。5. 该地区年最高气温 40 ，最热月平均最高气温 36。三用户负荷统计资料如下：110kV 用户负荷统计资料如下：表 1110kV用户负荷统计资料用户名称最大负荷（ kW）cos 回路数重要负荷百分数（）炼钢厂420000 9525010kV 用户负荷统计资料如下：表 110kV 用户负荷统计资料序号用户名称最大负荷（ kW）cos 回路数重要负荷百分数（）1矿机厂19002702机械厂12002403汽车厂21000 912354电机厂21002555炼油厂1900260-最

3、大负荷利用小时数Tmax=5256h，同时率取0.9 ，线路损耗取6。3四待设计变电所与电力系统的连接情况：图中线路参数如下：L1=18km、 L2=15km、 L3=20km、L4=19km、 L5=10km图 1待设计变电所与电力系统的连接电路图五设计任务1选择本变电所主变的台数、容量和型号；2设计本变电所的电气主接线；3进行必要的短路电流计算；4选择和校验所需的电气设备；5选择和校验10kV 硬母线；6进行继电保护的规划设计；7进行防雷保护的规划设计；8配电装置设计。六图纸要求1 绘制变电所电气主接线图2 220kV 或 110kV 高压配电装置平面布置图3 220kV 或 110kV

4、高压配电装置断面图（进线或出线）4第二部分设计说明书一. 待设计变电所简要介绍待建变电所位于城市南郊，所址地势平坦，交通方便。变电所电源由对侧220kV 变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电所；以 110kV 双回线路向炼钢厂送电，炼钢厂以阻性负荷为主，功率因数0.95 ；以 10kV 共 11 回线路向地区负荷供电，负荷最大利用小时数 5256 小时，同时率为 0.9 。该变电所为 220kV 降压变电所，没有转功。变电所所处地区年最高气温 40 ，最热月平均最高气温 36 。二. 主变压器的选择根据电力工程电气设计手册的要求，并结合本变电所的具体情况和可靠性的要求，选用两台同样型号的

5、有载调压三绕组自耦变压器。1) 主变容量的选择110kV 最大负荷为Pm1=K0 P=1.0 × 42000=42000 kW110kV 重要负荷Pi1=Ki ×P=0.50 ×42000=21000kW10kV 最大负荷为Pm 2=K0 P=0.9 × (P 1+P2+P3+P4+P5)=0.9 ×( 1900+1200+2100+2100+1900)=8280 kW10kV 重要负荷Pi2= Ki × P=K1× P1+K2× P2+K3× P3+K4 ×P4+K5 ×P5=0.7

6、 × 1900 0.4 × 1200 0.35 × 2100 0.55 × 2100 0.6 × 1900 =1330+480+735+1155+1140 =4840 kW对于具有两台主变的变电所，其中一台主变的容量应大于等于70的全部负荷或全部重要负荷，两者中，取最大值作为确定主变容量的依据。70负荷容量为 Se=0.7×Pm=0.7 × ( 42000+ 8280 )=37316 kVAcos0.950.91全部重要负荷容量为 Si=Pi= Pi1+P i2= 21000+ 4840coscos1cos2 0.950.9

7、1=27424 kVASe Si 应根据 Se 选择主变容量。5经计算一台主变应接带的负荷为37316 kVA，应选用两台40000 kVA的三相自耦变压器。因 40000 kVA 37316 kVA,故所选主变容量满足大于等于70的全部负荷要求。因此确定选用主变型号为OSFSZ-40000/220，主要参数如下表：额定电压组合和分接范围连接空载负载空载容量阻抗电压（）容量高压中压低压组别损耗损耗电分高 -高 -中 -kVAkVkVkV号kWkW流配中低低YN，1004000022012111a0，331350.810093020d1150三. 主接线选择1） 220kV 配电装置主接线选择。

8、根据 SDJ2-88 220 500kV 变电所设计技术规程规定，“ 220kV 配电装置出线在 4 回及以上时，宜采用双母线及其他接线” 。由于待建变电所有 6 回出线，可采用双母线接线。两台主变分别接在不同母线上，负荷分配均匀，调度灵活方便，运行可靠性高，任一条母线或母线上的设备检修，均不需停掉线路。同时，本工程220kV 断路器采用SF6 断路器，其检修周期长，可靠性高，故可不设旁路母线。又由于每个电源点都有两回线路，一回线路停运时， 仍满足 N-1原则。因此，本设计220kV 配电装置采用双母线接线。2） 110kV 配电装置主接线选择。110kV 出线仅为两回，按照规程要求，宜采用桥

9、式接线。以双回线路向炼钢厂供电。考虑到主变不会经常投切和对线路操作及检修的方便性， 110kV 配电装置采用内桥式接线。3） 10kV 配电装置主接线选择。10kV 出线共 11 回，按照规程要求，采用单母线分段接线，对重要回路，均以双回线路供电，保证供电的可靠性。考虑到减小配电装置占地和占用空间，消除火灾、爆炸的隐患及环境保护的要求，主接线不采用带旁路的接线，且断路器选用性能比少油断路器更好的真空断路器，配电装置采用封闭性好集成度高的成套配电装置。本设计的变电所电气主接线图如下图所示。6相相至至炼炼临临系系钢钢所所统统厂厂一二一二一二线线线线线线220kV 段110kV220kV 段#1主变

10、#2主变矿机汽电炼饲所备矿机汽电炼所备备机械车机油料机械车机油厂厂厂厂厂厂用厂厂厂厂厂用一一一一一 一二二二二二线线线线线线变用线线线线线变用用四. 短路电流计算根据本变电所电源侧5 10 年的发展规划，计算出系统最大运行方式下的短路电流。系统最大运行方式为:4 × 50MW机组满负荷， 2× 200MW机组满负荷，系统容量为100MVA，220kV各条线路均投入运行。计算过程见短路电流计算书。参考数据：断路器的全分闸时间为0.1 秒短路电流最大持续时间：7220kV 侧为 3.6 秒110kV 侧为 3.1 秒10kV 侧为 2.1 秒短路电流计算结果见附表。五. 电气设

11、备的选择1) 220kV 电气设备选择a. 220kV断路器形式：室外SF6额定电压： UN UNS额定电流： I N Imax按一台主变最大持续工作电流考虑Imax=1.05 ×Se=1.05 ×37316=102.83 A3* U e3 * 220根据以上条件, 选择 LW1-220/2000 型 FS6 断路器额定开断电流校验INbr=40KA I =11.336KA热稳定校验：Qkpk×（ I2+10Itk/2 2+ Itk2） /12=Q= t= 3.6×（ 11.336 2+10× 11.2445 2+ 11.1842 2） /12

12、= 455.39 kA2 s选择： 4s 热稳定电流 =40 KAINbr2t=40 2× 4=6400 kA2sINbr2t Qk所以选择4s 热稳定电流 =40 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流i es=100 KA 28.9068 KA故选择 LW1-220/2000 型 SF6断路器能满足要求b. 220kV隔离开关形式：室外额定电压： UN UNS额定电流： I N Imax按一台主变最大持续工作电流考虑8Imax=1.05 ×Se=1.05 ×37316=102.83 A3* U e3 * 220根据以上条件, 选择 GW7-220/1250 隔

13、离开关热稳定校验：Qk=Qp= tk×（ I 2+10Itk/2 2+ Itk2） /12= 3.6×（ 11.336 2+10× 11.2445 2+ 11.1842 2） /12= 455.39 kA2 s选择： 4s 热稳定电流 =31.5 KAINbr 2 t=31.52× 4=3969 kA 2sINbr 2 tQk所以选择4s 热稳定电流 =31.5 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流i es=80 KA 28.9068 KA故选择 GW7-220/1250 型隔离开关能满足要求考虑到变电所远景发展、各个设备间性能相配合以及从经济技术等多

14、方面考虑，选择 GW7-220/2000 型（或 GW7-220/2500 型）隔离开关2) 110 kV 电气设备选择a. 110kV断路器形式：室外 SF6额定电压： UN UNS额定电流： I ImaxN按一条线路带110kV 全部负荷考虑Imax=1.05 ×Se=1.05 × 42000 / 0.95 =243.65 A3* U e3* 110根据以上条件, 选择 SFM110-110/2000型 FS6断路器额定开断电流校验INbr=31.5 KA I =3.9361 KA热稳定校验：Qk=Qp= t k×（ I 2+10It k/22+ It k2）

15、 /12= 3.1×（ 3.93612+10× 3.9361 2+ 3.9361 2） /12= 48.03 kA2s选择： 3s 热稳定电流 =31.5 KA9INbr 2t=31.5 2× 3=2976 kA 2sI2t QbrNk所以选择3s 热稳定电流 =31.5 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流 i es=80 KA 10.0371 KA故选择 SFM110-110/2000型 SF6 断路器能满足要求b. 110kV隔离开关形式：室外额定电压： UN UNS额定电流： I N Imax按一条线路带110kV 全部负荷考虑Imax=1.05 

16、15;Se=1.05 × 42000 / 0.95 =243.65 A3* U e3* 110根据以上条件 , 选择 GW5-110/630 隔离开关热稳定校验：Qkpk×（ I2+10Itk/2 2+ Itk2） /12=Q= t= 3.1×（ 3.9361 2+10× 3.9361 2+ 3.9361 2） /12= 48.03 kA2s选择： 4s 热稳定电流 =20 KAINbr 2 t=20 2× 4=1600 kA 2sIbr2t QNk所以选择4s 热稳定电流 =20 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流i es=80 KA 1

17、0.0371 KA故 GW5-110/630 隔离开关能满足要求考虑到变电所远景发展、各个设备间性能相配合以及从经济技术等多方面考虑，选择 GW5-110/1250 型（ GW5-110/1600 或 GW5-110/2000）隔离开关3) 10kV 电气设备选择a. 10kV断路器 ( 主变进线及母联 )形式：室内真空额定电压： UN UNS额定电流： I N Imax10按一台开关带主变10kV 全部负荷考虑Imax=1.05 ×Se=1.05 × 40000 / 2 =1212.5A3* U e3 *10根据以上条件 , 选择 ZN12-10/2500型真空断路器额定

18、开断电流校验INbr=31.5 KA I =14.0901KA热稳定校验：Qk=Qp= t k×（ I 2+10It k/22+ It k2） /12= 2.1×（ 14.0901 2+10×14.0901 2+ 14.0901 2） /12= 416.91 kA2 s选择： 3s热稳定电流 =31.5 KAI222br t=31.5× 3=2976.8 kAsNINbr 2 t Qk所以选择3s 热稳定电流 =31.5 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流i es=80 KA 35.9298 KA故选择 ZN12 -10/2500型真空断路器能满足要

19、求b. 10kV断路器 ( 出线 )形式：室内真空额定电压： UN UNS额定电流： I N Imax按一台开关带10kV 全部负荷考虑Imax=1.05 ×Se=1.05 × 8280/ 0.91 =551.61 A3* U e3* 10根据以上条件 , 选择 ZN12-10/1250型真空断路器额定开断电流校验INbr=31.5 KA I =14.0901 KA热稳定校验：Qkpk2+10Itk/22+ Itk2） /12=Q= t×（ I= 2.1×（ 14.0901 2+10×14.0901 2+ 14.0901 2） /12= 416

20、.91 kA2 s选择： 3s 热稳定电流 =31.5 KAINbr2 t=31.52× 3=2976.8kA 2s11INbr 2 tQk所以选择3s 热稳定电流 =31.5 KA满足要求动稳定校验极限通过峰值电流i es=80 KA 35.9298 KA故选择 ZN12 -10/1250型真空断路器能满足要求c. 10kV母线按母线带10kV 全部负荷考虑Imax=1.05 ×Se=1.05 × 8280 / 0.91 =551.61 A3* U e3* 10配电装置室内布置，按环境温度36考虑，需温度修正+5。选 50× 4 铝母线，单条竖放Iy=

21、594, 温度修正后Iy=594 ×（ 1-1.8 ） =583.3 Imax=551.61 A。热稳定校验短路电流最大持续时间t k =2.1s ，可以不考虑非周期分量影响所以 Qk=Qp= tk（ I 2+10Itk/22+ Itk2） /12=2.1× ( 14.0901 2+10× 14.0901 2+14.0901 2 )/12=416.91 kA 2sSmin=Qk=416.91(由设计指南表5-6 查出 )C99=20.206 mmS=50×4=200 Smin 满足热稳定要求动稳定校验开关采用成套开关柜，支柱绝缘子之间距离L=0.8 m，

22、相间距离a=0.35m，导体的截面系数22× 50×10-9/6=0.13×10-6W=bh/6= 4动态应力计算f1=（ Nf /L 2）（ EI/m ）E=70× 106 PaNf =3.56m=h×b× w=0.05 × 0.004 × 2700=0.54 kg/mI=bh3/12=0.004 ×0.05 3/12=4.2 × 10-8m4f1=(3.56/0.8 2) × (70 × 106× 4.2 × 10-8 /0.54)=12.98 150

23、故 =1导体最大相间计算应力 =f l2/10Wphph=(1.73× 10-7 × 140902/0.35) × 0.8 2/(10× 0.13 ×1210-6 )=6648.30 × 1070× 10母线满足动稳定要求d. 10kV支柱绝缘子和穿墙套管选择支柱绝缘子应按电压和类型选择，并进行短路时动稳定校验。穿墙套管应按额定电压、额定电流和类型选择，按短路条件校验动、热稳定性。按额定电压选支柱绝缘子和穿墙套管U N UNS按额定电流选穿墙套管Imax kIn，按环境温度 36考虑，需温度修正 +5，最高环境温度为 41，

24、 故 k=0.74Imax=1.05 ×Se=1.05 × 8280 / 0.91 =551.61 A3 * U e3* 10In Imax/k=551.61/0.74=745.5 A根据安装地点，绝缘子和穿墙套管选室内型。根据以上条件，支柱绝缘子选 ZNA-10 型， UN=10，绝缘子高度 125mm，机械破坏负荷 375kg。穿墙套管选择 CWLB-10型，额定电压 10kV，额定电流 1000A，套管长度600mm，机械破坏负荷750kg， 5s 热稳定电流18kA。热稳定校验主变并列运行短路电流为14.0901kA 18 kACWLB-10 穿墙套管满足热稳定要求

25、。动稳定校验Fmax= （ F1+F2） /2=1.732-7× i sh lc/a× 10lc=( l1+ l 2)/2 ， a=0.35m，i sh =35.893kAFco= FmaxH1H1=H+b+h/2导线平放 b=12mmH2ZNA-10型支柱绝缘子， H=125mm，母线 h=4mmFmax=1.73×i sh2lc/a× 10-7 =1.73 ×359292× 1.2/0.35 ×10-7=765.68 NFco= FmaxH12/H =765.68 × (125+12+(4/2)/125=851

26、.44 N =85.14kg 375kg支柱绝缘子满足动稳定要求。CWLB-10穿墙套管lca=600mm机械破坏负荷750kg13lc=( l1+ l ca)/2=（ 1.2+0.6） /2=0.75 mF=1.732-72-7× i sh lc/a× 10=1.73 × 35929 × 0.715/0.35× 10= 456.22 N = 45.62 kg 750kg穿墙套管满足动稳定要求所选电气设备一览表电压等设备名称型号主要参数级220kV断路器LW1-220/2000220/2000A-40KA/4S隔离开关GW7-220/20002

27、20/2000A-31.5KA/4S断路器 SFM110-110/2000110/2000A-40KA/3S110kVGW5-110/1600GW5-110/1600A-40KA/4S或隔离开关或GW5-110/2000A-40KA/4SGW5-110/2000ZN -10/2500真空开关1231.5KA/3SZN12-10/125010kV母线50×4 铝母线50×4支柱绝缘ZNA-10高度 125mm子穿墙套管CWLB-1010/1000 套管长度 600mm六 . 所用变选择所用变的选择是根据变电所内充电装置、照明、生活、检修以及主变冷却电源和调相机等负荷容量大小确

28、定。因具体资料不全，按指导老师推荐型号选取两台SG10-200 变压器。Se=200 kVA，连接组别Y/yn0 ，变比 11/0.4 ， I =1.4 。为保证所用电可靠性，两台所用变电源分别从两段10kV 母线引接。Ie=Se=200 =10.498 A3 * U e3* 11I 0= I Ie/100= 10.498× 1.4/100= 0.147 2 A 故可以用隔离开关拉合空载电流，配熔断器保护。14熔断器选择：额定电压UNUNS熔体额定电流I Nfs KImaxImax=1.05 Ie=1.05× 10.498=11.023AK=1.5KImax=1.5 

29、15; 11.023 =16.535 A故选 RN3-10 型熔断器，额定电压10kV，额定电流10 150A，断流容量200MVA。10kV并列运行短路容量为255.98 MVA，分列运行短路容量为131.61 MVA。主变低压侧分列运行熔断器能够满足要求。由于存在主变低压侧并列运行工况，而并列运行时熔断器短路容量不够，因此，所用变必须使用开关开断。七. 配电装置选择待建变电站位于城市南郊，交通便利， 地势平坦， 地域开阔， 线路进出方便。 为此 220kV 配电装置布置在变电所南侧，采用架空线向南出线；110 kV 配电装置布置在变电所西侧，采用架空线向西出线；10 kV 配电装置布置在变

30、电所北侧，采用室内配电装置电缆出线。大门在北侧，主控楼布置在10 kV 配电装置楼上。布置图如下：大门10 kV 配电装置及主控室110 kV配#1主变#2主变电装置道路220 kV 配电装置220kV 配电装置采用室外高型布置，110kV 配电装置采用室外半高型布置，10kV 配电15装置为室内配电装置。主变布置在变电所中心，为满足放火要求，两主变中心距离为45 米。主变于道路间布置7 米宽混凝土路面，重型设备可以进入，方便检修，有利安全。10kV 配电装置布置在三层建筑的一楼，二楼为蓄电池室、维护室、及电缆夹层，三楼为主控室。八 . 互感器的配置为满足监视、测量、保护、同期和自动装置要求，

31、并考虑运行方式变化需要，互感器配置如下：1 ） 220 kV 和 10 kV 两段母线各装设一组电压互感器，110 kV 两条出线开关线路侧各装设一组电压互感器。2 ）所有断路器回路均设有电流互感器，220 kV 、 110 kV 所有开关和10 kV 电源进线开关各装设4 组电流互感器，三相布置。10 kV 线路开关装设两组电流互感器，两相布置，并装设两只零序电流互感器供接地保护用。主变220 kV 和 110 kV 侧中性点装设两组零序电流互感器。九. 继电保护规划1、 220 kV 线路均配置双套不同原理、具有独立选相功能的微机保护；一套为南自厂生产的GPSL602-102Y型高频方向微机线路保护屏，包含纵联距离、零序保护（主保护）及距离、零序方向保护（后备保护）等；一套为南瑞生产的PRC01-22 型高频方向线路保护屏包含纵联变化量方向、纵联零序方向的主保护及距离、零序方向的后备保护；并配有线路保护重合闸装置、收发讯机和断路器失灵保护等；2、 220 kV 母联开关保护220 kV 母联开关配置南自厂生产的 GPSL-121 型保护屏，其含有过流、充电、失灵启动及不一致保护；3、 220 kV 母线保护配置南瑞生产的