220KV变电站电气部分设计（修订后）

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论文题目：学生姓名：学 号：年级专业：电气工程及其自动化指导教师：

220KV变电站电气部分设计 站名: 层次： 本科

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合肥工业大学毕业设计（论文） 引言

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。我国电力系统的变电站大致分为四大类：升压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。

现阶段：全面做好“十二五”发展规划，加快电网重点工程建设，进一步加强企业经营管理，推进“三集五大”体系建设，加大科技创新和管理创新力度，继续加强“三个建设”。

电力力布局由注重就地平衡向全国乃至更大范围优化统筹转变，电力结构由过度依赖煤电向提高非化石能源发电比重转变，推进集约化发展和标准化建设，充分发挥国家电网在电力市场化、能源清洁化、经济低碳化、生活方式现代化中的基础性作用；实现供配电输送无缝隙，无错误

结合我国电力现状，为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能，优化发展变电站，根据当地电力系统发展规划，拟在某区域新建一座220KV变电站，本题课题联系实际。

本次设计是在掌握变电站生产过程的基础上完成的。通过它可以复习巩固了专业课程的有关内容，拓宽了知识面，增强了工程观念，培养了变电站设计的能力。同时对能源、发电、变电和输电的电气部分有个详细的概念，能熟练的运用有些知识，如短路计算的基本理论和方法、主接线的设计、导体电气设备的选择等

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合肥工业大学毕业设计（论文） 目 录

引言 ....................................................................................................................... 2 目 录 ............................................................................................................. 3 1 电气主接线的设计 ........................................................................................... 5

1.1 主接线概述 ................................................................................................... 5 1.2 主接线设计原则 ........................................................................................... 6 1.3 主接线选择 ................................................................................................... 7 2 主变压器的选择 ........................................................................................... 10 2.1 主变压器的选择原则 .................................................................................. 10

2.1.1 主变压器台数的选择 .................................................................... 10 2.1.2 主变压器容量的选择 .................................................................... 10 2.1.3 绕组数量和连接形式的选择 ........................................................ 11 2.2 主变压器选择结果 .................................................................................... 11 3 220KV变电站电气部分短路计算 ................................................................ 13

3.1 变压器的各绕组电抗标幺值计算 ............................................................ 13 3.2 10KV侧短路计算 ....................................................................................... 14 3.3 220KV侧短路计算 ..................................................................................... 17 3.4 110KV侧短路计算 ..................................................................................... 18 4 电气设备的选择 ............................................................................................. 20

4.1 断路器和隔离开关的选择 ......................................................................... 20

4.1.1 220KV出线、主变侧 ..................................................................... 21 4.1.2 主变110KV侧 ................................................................................ 24 4.1.3 10KV限流电抗器、断路器隔离开关的选择 ............................... 26 4.2 电流互感器的选择 ..................................................................................... 30

4.2.1 220KV侧电流互感器的选择 .......................................................... 31 4.2.2 110KV侧的电流互感器的选择 ..................................................... 31 4.2.3 10KV侧电流互感器的选择 ........................................................... 32 4.3 电压互感器的选择 .................................................................................... 33

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合肥工业大学毕业设计（论文） 4.3.1 220KV侧母线电压互感器的选择 ................................................. 34 4.3.2 110KV母线设备PT的选择 ........................................................... 34 4.3.3 10KV母线设备电压互感器的选择 ............................................... 35 4.4.4 变压器220KV侧引接线的选择与校验 ........................................ 35 4.4.5 变压器110KV侧引接线的选择与校验 ........................................ 36 4.4.6 变压器10KV侧引接线的选择与校验 .......................................... 37 4.5避雷器的选择 .............................................................................................. 38 结束语 ................................................................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................................................................. 43 附录1 .................................................................................................................. 44

主要设备清单表 ................................................................................................ 44 附录2 .................................................................................................................. 46

主接线图 ............................................................................................................ 46

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合肥工业大学毕业设计（论文） 1 电气主接线的设计

1.1 主接线概述

电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图。主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。

单母线接线及单母线分段接线 1、单母线接线

单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。

单母接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。缺点：①可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。②调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。

综上所述，这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。

2、单母分段接线

单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。

这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站6～10KV接线中。由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整体母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采用。

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合肥工业大学毕业设计（论文） 3、单母线分段带旁路母线的接线

单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性，但这增加了一台旁路断路器，大大增加了投资。

双母线接线及分段接线 1、双母线接线

双母接线有两种母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线接线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。其特点有：供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。

由于双母线有较高的可靠性，广泛用于：出线带电抗器的6～10KV配电装置；35～60KV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110～220KV出线数为5回及以上时。

2、双母线分段接线

为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母分段接线，用分段断路器将工作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。这样，只是部分短时停电，而不必短期停电。

双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中，同时在220～550KV大容量配电装置中，不仅常采用双母分段接线，也有采用双母线分四段接线的。

3、双母线带旁路母线的接线

双母线可以带旁路母线，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，且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的

1.2 主接线设计原则

电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针、政

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合肥工业大学毕业设计（论文） 策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、实用、经济、美观的原则。

1.3 主接线选择

根据原始资料的分析现列出两种主接线方案。

方案一：220KV侧双母接线，110KV侧双母接线、10KV侧单母分段接线。 220kV出线6回（其中备用2回），而双母接线使用范围是110～220KV出线数为5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10回（其中备用2回），110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为80000kVA，其他作为一些地区变电所进线，其他地区变电所进线总负荷为100MVA。根据条件选择双母接线方式。

10kV出线12回（其中备用2回），10kV侧总负荷为35000kVA，Ⅰ、Ⅱ类用户占60%，最大一回出线负荷为2500kVA，最大负荷与最小负荷之比为0.65。选择单母分段接线方式。方案主接线图如下：

图1-1 主接线方案一

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合肥工业大学毕业设计（论文） 方案二：方案进行综合比较：220KV侧双母带旁路接线，110KV侧双母接线、10KV侧单母分段接线。

220kV出线6回（其中备用2回），而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。主接线（方案2）如下图：

图1-2 主接线方案二

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合肥工业大学毕业设计（论文） 现对两种方案比较如下[10]：

主接线方案比较表

方案一：220KV侧双母接线，110KV方案 侧双母接线、10KV侧单母分段接项目 线。 1.220KV接线简单，设备本身故障可靠性 率少；2.220KV故障时，停电时间较长。 1.220KV运行方式相对简单，灵活灵活性 性差；2.各种电压级接线都便于扩建和发展。 经济性 设备相对少，投资小。 双母线带旁路，占地面增加。 线。 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.各电压级接线方式灵活性都好；2.220KV电压级接线易于扩建和实现自动化。 1.设备相对多，投资较大；2.母线采用110KV侧双母接线、10KV侧单母分段接方案二、220KV侧双母带旁路接线，从图中以及数据综合考虑，现确定第二方案为设计最终方案。

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合肥工业大学毕业设计（论文） 2 主变压器的选择

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；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。

2.1 主变压器的选择原则

1、主变容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20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的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的Ⅰ级和Ⅱ级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。

3、为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性。

2.1.1 主变压器台数的选择

1、对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。

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性。

3、对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

2.1.2 主变压器容量的选择

（1）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。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计其过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台变压器

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