毕业设计(wxl)

自学考试毕业设计

题目：

高台二次变电所电气工程部分

设计

专业名称 电力系统及其自动化 学 号 010311100090 学生姓名 张建华 指导教师 吴志宏

自学考试毕业设计

中文摘要

本次设计任务为高台二次变电所电气工程部分设计，分为说明书和计算书两大部分。

说明书部分主要包括主变压器、电容器的选择；电气主接线的基本形式的确定；电气设备选择；以及配电装置的规划设计；继电保护和安全自动装置的规划设计和防雷保护的规划设计。

计算书部分主要包括主变压器和电容器的选择计算；短路电流计算；电气设备选择计算；以及防雷保护的计算等，并绘制变电所电气主接线图；配电装置平面图；配电装置断面图；以及防雷保护图。

关键词：变电所 短路计算 电气设备

高台二次变电所电气工程部分设计

Abstract

The contents of article is the electrical part design of the heihe 60kV substation, which is a graduate design. The article is divided into two part calculation and explanation part.

The introduction part includes the choice of the main transformer, the basic form of the electrical wiring. High voltage electrical equipment choice, the designing of the high voltage distributing devices; relaying protection and full-automatic device And the designing of defending thunder.

The calculation part mainly includes the calculation of the main transformer, short circuit current calculating; electrical equipments choosing calculating and thunder preventing.And the substation lectricity lord connects line diagram drawing. A electricity equips plane chart; A high voltage electricity equips cross section diagram. And the thunder protection diagram.

Keywords：substation, short circuit current calculating, electrical equipments

II

自学考试毕业设计

引 言

本设计为高台二次变电所电气工程部分设计，要求设计的变电所能长期可靠为其负荷供电。设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约能源和用地，对生产工艺、主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。

在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划设计、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的论文。

目前，电力技术已成为世界能源领域的主流技术，发电、输电、配电技术的进步，提高了供电的能力、质量和可靠性，扩大了电力应用范围，因此，变电所的合理设计也变得尤为重要。设计工作是工程建设的关键环节。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。本设计即在遵循原则、合理规划、反复校验的基础上完成。

GE |53}

自学考试学院毕业设计

2.2 主变压器型式的选择

2.2.1主变压器相数的选择

主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电所，均应选用三相变压器。

2.2.2主变压器绕组数量和连接方式的选择

（1） 变电所主变压器绕组的数量

在具有三种电压的变电所中，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，当在变电所内须装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。

对深入引进至负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。

（2） 变电所主变压器绕组的连接方式

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致否着不能并列运行。电力系统采用的绕组的连接方式只有Y和△，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压，变压器绕组都采用△连接。

本章设计结论：本设计中的变电所根据设计原则共采用2台，型号如下：

表2.1 主变压器型号表 型号 额定容量(kVA) 电压组合(kV) 联结组别号 空载电流% 阻抗电压% 空载损耗(kW) 负载损耗(kW) 冷却方式 高压 低压 SF9-30000/63 30000 63±8×1.25% 11 YN,d11 1 9 20.2 73.5 风冷 高台二次变电所电气工程部分设计

第三章

电气主接线选择

电气主接线是变电所设计中的首要部分,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、变电所本身运行的可靠性、经济性和灵活性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。

3.1主接线的设计原则

3.1.1主接线的设计依据

在选择电气主接线时应以下列各点作为设计依据：

（1） 变电所在电力系统中的地位和作用

电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。一般系统枢纽变电所汇集多个大电源，进行系统功率交换和以中压供电，电压为330～500kV；地区重要变电所，电压为220～330kV；一般变电所多为终端和分支变电所，电压为110kV、66 kV，但也有220kV。

（2） 变电所的分期和最终建设规模

变电所根据5～10年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台主变压器；当技术经济比较合理时，330～500kV枢纽变电所也可装设3～4台主变压器；终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。

（3） 负荷大小和重要性

1) 对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，

能保证对一级负荷全部不间断供电。

2) 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

3) 对于三级负荷一般只需要一个电源供电。 （4） 系统备用容量大小

装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故断开，其余主变压器的容量应保证该所70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级的负荷。

系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。例如：检修母线和断路器时，是否允许线路、变压器停运；故障时允许切除的线路、变压器。

10

GE |53}

自学考试学院毕业设计

3.1.2主接线设计的基本要求

（1）灵活性

主接线的灵活性有以下几方面的要求：

1）调度要求，可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

2）检修要求，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。

（2）可靠性

1）应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。

2）主接线的可靠性包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。

3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。

4）要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。 （3）经济性 1）投资省

主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。要能使断电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

2） 占地面积小

主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。

3） 电能损失小

经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。

3.2电气主接线的选择

3.2.1主接线的预定方案

本变电所电压等级为60kV/10kV，60kV侧进线为2回； 10kV侧出线为15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。 3.2.260kV侧接线方式的选择与论证 60kV侧拟采用内桥接线和单母线分段接线。

高台二次变电所电气工程部分设计

（1）内桥接线

内桥接线优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。

内桥接线的缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；出线断路器检修时，线路需较长期停运。 （2）单母线分段接线

单母线分段接线优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

单母线分段接线缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越扩建时需向两个方向均衡扩建

图3.1 内桥接线

图3.2 单母线分段接线

12

GE |53}

自学考试学院毕业设计

根据《35---110kV变电所设计规范》GB50059-1992规定， 60kV配电装置出线回数在两回及以上时，宜采用桥形、单母线分段接线。 综合以上分析，本变电所60kV侧选用内桥接线方式。

3.3.310kV侧接线方式的选择与论证

10kV侧采用单母线分段和单母线分段带旁路接线。

两种接线的比较如下： （1）单母线分段接线：

单母线分段接线优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

单母线分段接线缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。 （2）单母线分段带旁路接线：

除了具有单母线分段接线的优点外，单母线分段带旁路接线方式还具有当进出线检修时，可由专用旁路断路器代替，通过旁路母线供电。但当设置了专用旁路断路器后，设备的投资和配电装置的占地面积都有所增加。

根据《35---110kV变电所设计规范》GB50059-1992规定，当变电所有两台变压器时6-10kV侧宜采用单母线分段接线，线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。

综合以上分析,本变电所10kV出线为10回. 采用两台变压器，高压开关柜采用手车式高压开关柜，10kV侧采用单母线分段接线。

高台二次变电所电气工程部分设计

电压互感器的准确度是额定二次负荷下的准确级次。用于电度测量的，准确度不应低于0.5级；用于电压测量的，准确度不应低于1级；用于继电保护测量的，准确度不应低于3级.

表5.9 电压互感器选择型号参考表 型号 JCC5-60 JYZJ-10 额定变比 60/3/0.1/3/0.1/3 10/3/0.1/3/0.1/3 额定容量（二次负荷）（VA） 最大容量 （VA） 0.5级 1级 3级 50 60 100 100 400 400 2000

5.5 母线的选择

5.5.1一般要求

（1） 配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无

线电干扰等条件，确定导线的截面和导线的结构型式。

（2） 在空气中含盐量较大的沿海地区或周围气体对铝有明显腐蚀的场所，应尽量选择防腐型铝绞线。 （3） 当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择较大的截面导线。当电压较高时，为保持导线表面的电场强度，导线最小截面必须满足电晕要求，可增加导线外径或增加每相导线的根数。

（4） 对220kV及以下的配电装置，电晕对选择导线截面一般不起决定作用，故可根据负荷电流选择导线截面。导线的结构型式可采用单根钢芯铝绞线或由钢芯铝绞线组成复导线。

5.5.2导线截面的选择和校验

按经济电流密度法选择导线截面

（1） 首先根据该线路的年最大负荷得用小时数和导线类型，通过查软导线经济电流密度曲线得出该条线路的经济电流密度j。

（2） 持续电流为

p Igmax? (5.5)

3UN式中: P －该线路的有功功率,kV UN－该线路的额定电压,kV

（3） 计算导线截面

24

GE |53}

自学考试学院毕业设计

S?Igmaxj (5.6)

式中: j-经济电流密度,mm2.

（4） 电晕电压校验

电晕临界电压UIj应大于最高工作电压Ugmax，即：

UIj?Ugmax (5.7)

（5） 热稳定校验：裸导体进行热稳定校验。 （6） 按导体长期发热校验

导体的载流量按70?C时选择，若该处的环境、温度与标准温度不同时，应对导体的载流量进行温度修正。

qal-q K= (5.8)

qal-q0式中: K －温度修正系数

qal －导体的最高允许温度,?C q －变电所所在处的环境,?C

q0 －标准环境温度,25?C

Iw.max￡KIal (5.9)

式中: Iw.max－回路持续工作电流，A； Ial －70?C时导体的载流量，A； K －温度修正系数。

注：若满足上公式(5.9)要求，进行下一步校验，否则重新选择导线截面，再校验，

直至满足为止，此处双回线仍然按单线进行校验。

本次设计60kV侧采用 LGJQ-600型钢芯铝绞线, 10kV侧采用 LMY-80×8铝母排。

5.6 避雷器的选择

5.6.1避雷器的安装地点选择

（1） 配电装置每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器的除外。 （2） 220kV及以下变压器到避雷器的电器距离越过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

（3） 下列情况下的变压器中性点应装设避雷器：

1) 中性点直接接地系统中，变压器中性点分极绝缘且有隔离开关时。

高台二次变电所电气工程部分设计

2) 不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点。 3) 110—220kV线路侧一般不装设避雷器。

5.6.2保护变压器中性点的阀型避雷器选择

（1） 灭弧电压Uml

Um1>KmUxg （5.10）

式中: Km－一般取1，当其他条件不满足时，可取

（2） 工频放电电压下限Ugfx

Ugfx>1.68Uxg （5.11）

（3） 工频放电电压上限Ugfs和残压Ubc5的选择

Ugfs<1.15Ugs （5.12）

Ubc5<1/KUcs （5.13）

式中: Ugs －变压器内绝缘一分钟工频试验电压

Ubc5 －避雷器在时的残压

Ucs －变压器内绝缘冲击试验电压

K －配合系数，对普通阀型避雷器取k=1.1 对磁吹阀型避雷器K=1.23 根据以上分析适合本次设计要求的60kV侧母线采用避雷器型号为HY10WZ2-96/232，10kV侧采用避雷器型号为HY5WZ2-17/45参数,如表5.10所示:

表5.10 避雷器参数 型号 HY10WZ2-96/232 HY5WZ2-17/45 系统额定电压（kV） 66 10 避雷器额定电压（kV） 96 17 持续运行电压（kV） 75 13.6 雷电冲击残压 (≤kV） 232 45 操作冲击残压 （≤kV） 198 38.3 Y—金属氧化锌避雷器；10（5）--标称放电电流（kA）； W--结构特征，无间隙。

26

GE |53}

自学考试学院毕业设计

第六章 配电装置

配电装置是指发电厂或变电所的电气主接线中的所有开关电器,载流导体和辅助设备按照一定要求建造而成的,用来接受和分配电能的电工建筑物.配电装置的形式与电气主接线、周围环境等因素有关，分为屋内配电装置和屋外配电装置两种。

6.1高压配电装置和设计原则及要求

（1） 在设计配电装置时应满足以下的要求：

1) 保证工作的可靠性和防火性的要求。

2) 保证工作人员的人身安全。 3) 保证操作、维护、检修的方便。

屋内、外配电装置中各项安全净距尺寸，在《高压配电装置设计技术规程》中被分为A、B、C、D、E五项，作主设计配电装置时的根据，其中A值是基础，其余各值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而得。各项净距数值可查阅有关规程。

（2） 高压配电装置设计的一般原则：

1) 节约用电。

2) 运行安全和操作巡视方便。 3) 便于检修和安装。 4) 节约材料，降低造价。 （3） 屋外配电装置根据电器和母线布置的高度可分为中型、高型和半高型等型式。

中型配电装置是所有开关电器都安装在较低的基础和支架上，母线一般采用饺线和悬垂绝缘子串组成，悬挂在门型构架上，母线水平面高于开关电器的水平面。

高型配电装置是指开关电器分别安装在几个水平面内，断路器安装在地面基础支架上，母线隔离开关在断路器之上，主母线又在母线隔离开关之上或两组母线上下重叠，母线一般采用绞线和悬垂绝缘子串悬挂在构架上。其特点是布置紧凑、集中，占地面积小，操作维护条件差两组母线隔离开关分层操作，路径较长，易引起误操作。

半高型配电装置指其布置处于中型和高型配电装置之间，既仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置。

高台二次变电所电气工程部分设计

6.2设备的配置

6.2.1隔离开关的配置

（1） 接在变压器引出线上或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。 （2） 接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。 （3） 断路器两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器是隔离电流。

（4） 中性点直接接地的普通形式变压器均宜配置隔离开关。

6.2.2电压互感器的配置

（1） 电压互感器的数量和配置与主接线有关，应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。

（2） 60～220kV电压等级的每组主接线的三相应电压互感器 （3） 当需监视和检测线路上有、无电压时，出线侧的一组上应装设电压互感器。

6.2.3电流互感器的配置

（1） 凡装有断路器的回路均应装设电敁互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动化的要求。

（2） 在未装设断路器的发电机和变压器中性点，应装设电流互感器。 （3） 对直接接地系统，一般按三相配置，对非直接接地系统依偷体要求配置两相或三相。

6.2.4接地刀闸的配置

（1） 为保证电器和母线的检修安全，35kV以上母线根据长度宜装设1—2组接地刀闸，两组接地刀闸间距适中，母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联开关上，也可装设于其它母线回路。

（2） 63kV及以上的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置一组接地隔离开关，双母线接地两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地隔离开关。

（3） 旁路母线一般装设一组接地隔离开关，装设在旁路隔离开关的旁路线侧。63kV及以上主变母线隔离开关的主变侧宜装设一组接地隔离开关。

28

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/a6tf.html