（完整版）220KV降压变电所电气一次部分初步设计毕业设计

《电气专业核心课综合》

课程设计报告

题 目：220KV降压变电所电气一次部分初步设计

院 （系）： 机电与自动化学院 专业班级： 电气工程 1004

20 13年 6月 16 日至20 13年 7 月 5 日

华中科技大学武昌分校制

目 录

课程设计任务书 ....................................................... 3

1 电气主接线设计..................................................... 6

1.1 主接线设计要求 ................................................... 6

1.2 主接线基本接线方式 ............................................... 7

1.3 主接线的接线方案确定 ............................................ 12

2 主变压器选择 ..................................................... 16

2.1 主变压器的选择原则 .............................................. 16

2.2 主变压器台数的选择 .............................................. 16

2.3 主变压器容量的选择 .............................................. 17

3 短路电流计算 ..................................................... 20

3.1 概述 ........................................................... 20

3.2 短路电流计算目的 ................................................ 20

3.3 短路电流计算基本假设 ............................................ 20

3.4 各元件电抗标么值计算 ............................................ 21

3.4.1 各电气元件标幺值的计算 ......................................... 21

3.4.2 线路标幺电抗总图及化简图 ....................................... 21

3.5 系统最大运行方式下短路电流计算 .................................. 23

3.5.1最大最小运行方式的含义 ......................................... 23

3.5.2 220KV侧短路计算 .............................................. 23

3.5.3 110KV侧短路计算 .............................................. 25

3.5.4 10KV侧短路计算 ................................................ 27

4 主要电气设备选择 .................................................. 30

4.1 概述 ........................................................... 30

4.1.1 按正常工作条件选电气设备 ...................................... 30

4.1.2 按短路状态进行校验 ............................................. 31

4.2 高压断路器的选择 ................................................ 32

4.2.1 220KV侧断路器的选择 .......................................... 33

4.2.1 110KV侧断路器的选择 .......................................... 34

4.2.2 10KV侧断路器的选择 ........................................... 35

4.3 隔离开关的选择 ................................................... 36

4.3.1 220KV侧隔离开关的选择 ........................................ 37

4.3.1 110KV侧隔离开关的选择 ........................................ 38

4.3.2 10KV侧隔离开关的选择 ......................................... 39

4．4 母线的选择 ..................................................... 40

4.4.1 220KV侧母线的选择 ............................................ 41

4.4.1 110KV侧母线的选择 ............................................ 42

4.4.2 10KV侧母线的选择 ............................................. 43

4.5 互感器的选择.................................................... 49

4.5.1 电流互感器选择依据 ............................................ 50

4.5.2 电流互感器的选择 ............................................... 51

4.5.3电压互感器的选择依据 ........................................... 54

4.5.4电压互感器选择 ................................................. 55

5 防雷及接地体设计 ................................................... 57

5.1 概述 ............................................................ 57

5.2防雷保护的设计 ................................................... 57

5.3 接地装置的设计 ................................................... 58

5.4 主变压器中性点间隙保护 ........................................... 58

5.5 变电所防雷设计 ................................................... 59

6. 设计总结 ......................................................... 60

参考文献 ............................................................ 61

附 录1 主要设备选择汇总表 .......................................... 62

成绩评定表 .......................................................... 63

课程设计任务书

一、设计（调查报告论文）题目 220KV降压变电所电气一次部分初步设计 二、设计（调查报告论文）主要内容 本设计只作电气部分的初步设计，不作施工设计。 主要设计内容：①确定电气主结线；②确定电气布置原则；③短路电流计算，④主导体和电气设备的选择，⑤继电保护配置方案；⑥确定防雷和接地保护方案，⑦所用电。

三、原始资料 1、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、化纤厂供电，在变电所附近还有10KV地区负荷。 (2)本变电所的电压等级为22011010kV，220kV是电源侧电压，110kV和10kV是二次负荷侧电压。 (3)待设计的变电所， 220kV线路5回，其中2回与系统、2回与电厂相连、备用一回； 110kV送出4回线路，备用一回； 10kV送出12回线路； 该变电所的所址，地势平坦，交通方便。 2、110kV和10kV用户负荷统计资料 110kV和10kV用户负荷统计资料见下表。最大负荷利用小时数Tmax＝5500h，同时率取0.9，线路损耗取6％。 表一 110KV用户负荷统计资料 用户名称 炼钢厂 化纤厂 表二 10KV用户负荷统计资料 序号 用户名称 最大负荷 (kW) cosφ 回路数 1 2 3 矿机厂 1800 机械厂 1900 汽车厂 1700 0．95 2 0．95 2 0．95 2 重要负荷百分数 62 最大负荷(kW) cosφ 回路数 线路全长（KM) 重要负荷百分 42000 32000 0.95 2 0.9 2 50 80 65 70

4 5 6 电机厂 2000 炼油厂 2200 饲料厂 800 0．95 2 0．95 2 0．95 2 3、待设计变电所与电力系统的连接情况 待设计变电所与电力系统的连接情况如图所示。 可用参数： ⑵ 系统至本变电所220kV母线的标么电抗(Sd=1OOMVA)为； ⑵ 最高气温40℃、最低气温-20℃，主导风向冬季为西北风，夏季为东南风，最大风速25mS、海拔600m，最大冻土层厚0.6m，地震级为6度。

四、要求的设计（调查论文）成果 (1)选择本变电所主变的台数、容量和类型。 (2)设计本变电所的电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个较佳方案。 (3)进行必要的短路电流计算。 (4)选择和校验典型的电气设备。 (5)设计和校验母线系统。 (6)进行继电保护的设计。 (7)进行防雷保护规划设计。 （8）绘制变电所电气主接线图。 五、进程安排 内容 下达课程设计任务书。讲解课程设计的任务与要求、进度安排、指导时间、注意事项、提供参考资料。学生到实验室熟悉实验室平台。 搜集资料、方案论证、初步设计。 系统设计、绘制系统接线图及进行计算。 方案优化、总结完善、整理资料、撰写课程设计报告 答辩、课程设计总结。 共计 时间 1天 3天 7天 3天 1天 15天（3周）

1 电气主接线设计

1.1 主接线设计要求

电气主接线又称为电气一次接线，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相接线图。主接线代表了变电站高电压、大电流的电器部分主体结构，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与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终方案。

电气主接线设计的基本要求，概况地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。 (1) 可靠性

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。主接线可靠性的基本要求通常包括以下几个方面:

①断路器检修时，不宜影响对系统供电。

②线路、断路器或母线故障时，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回路数和停电时间，并能保证对全部I类及全部或大部分II类用户的供电。

③尽量避免变电站全部停电的可能性。

④大型机组突然停运时，不应危及电力系统稳定运行。 (2) 灵活性

电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面:

①操作的方便性：电气主接线应该在服从可靠性的基本要求条件下，接线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不至在操作过程中出差错。

②调度的方便性：可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。

③扩建的方便性：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。 (3) 经济性

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

①投资省：主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电器数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。 ②占地面积小：主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。

③电能损失少：在变电站中，电能损耗主要来自于变压器，应经济合理的选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。

1.2 主接线的基本接线方式

主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用开关电器较少，

配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的变电站。

有汇流母线的接线形式概括的可分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。 (1) 单母线接线

图1.1单母线接线

如图1.1 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。

单母接线适用于：110～220KV配电装置的出线回路数不超过两回，35～63KV配电装置的出线回路数不超过3回，6～10KV配电装置的出线回路数不超过5回。故220KV可采用单母接线。

(2) 单母分段接线

图1.2 单母线分段接线

如图1.2所示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。但是，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，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时须向两个方向均衡扩建。

单母分段适用于：110～220KV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63KV配电装置的出线回路数为4～8回，6～10KV配电装置的出线为6回及以上。故110KV和10KV可采用单母分段接线。

(3) 单母线分段带旁路母线的接线

图1.3 单母线分段带旁路母线

如图1.3 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。

适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。故110KV可采用单母线分段带旁路接线，因出线为4回，可采用旁路断路器兼做分段断路器的接线。220KV也可采用此接线。

(4) 双母线接线

图1.4双母线接线

如图1.4 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。故10KV出线带电抗器可采用双母线接线,110KV、220KV也可以采用双母线接线。

(5) 双母线分段接线

图1.5双母线分段接线

如图1.5 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。

(6) 双母线带旁路母线的接线

图1.6双母线带旁路母线

如图1.6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，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。

(7) 桥型接线

图1.7 桥型接线

如图1.7 当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥型接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线:

内桥接线：图1.7左图 适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。

外桥接线：图1.7右图 适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。当线路故障时需停相应的变压器。

所以，桥式接线虽然有使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是可靠性较差。故220KV的系统可以采用外桥接线，因一般都有穿越功率。

(8) 角形接线

图1.8角形接线

如图1.8 多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。为减少因断路器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行可靠性，以采用3～5角形为宜。优点是：投资省，占地面积少，接线成闭合环形，可靠性灵活性较高。缺点是：任一台断路器检修，都成开环运行，从而降低了接线的可靠性，不易于扩建等。

适用于：回路数较少且能一次建成、不需要再扩建的110KV及以上的配电装置中。故110KV和220KV可采用角形接线。

(9) 单元接线

图1.9扩大单元接线

如图1.9 变压器-线路单元接线最简单、设备最少，不需高压配电装置，但线路故障或检修时，变压器停运，变压器故障或检修时，线路停运。

适用于只有一台变压器和一回线路时，故不采用。

1.3 主接线的方案确定

结合原始资料所提供的数据，和权衡上面各种接线方式的优缺点，将各电压等级使用的主接线方式列出：

(1) 220KV线路5回进线（2回和系统，2回和电厂，一回备用），且为降压变电所，有穿越功率，考虑到220

KV线路的重要性，为保证其

运行的稳定性，适用的接线方式只有双母线接线。单母线和角形接线可靠性不合理！

(2) 110KV有4回出线（备用1回），适用的接线形式为单母分段接线、单母分段带旁路接线（因进线数不足5回，装设旁路断路器兼作分段断路器）、双母线接线、角形接线。

(3) 10KV有12回出线，带电抗器限制短路电流，适用的接线形式为

双母接线和双母线分段接线,单母线分段。

据此，拟定下面3种主接线方案：

方案I如图1.10，220KV采用双母线接线，110KV采用双母线接线，10KV采用单母线分段接线。

图1.10 220KV110KV双母,10KV单母分段

方案II如图1.11 220KV采用双母线接线，110KV单母线带旁路母线线接线，10KV采用单母线分段接线。

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