220kv变电所设计报告电气学院

目 录

一、设计要求 1 二、原始资料及概述 1 三、对原始资料的分析 3 四、电气设备的选择 11 1、各级电压母线的选择 11 2、断路器和隔离开关的选择 12 五、继电保护装置、防雷保护装置 16 六、心得体会 20

220KV变电所设计

一、设计要求

（1）. 在实习中运用所学知识，理论联系实际，培养独立分析和思考问题的能力。

（2）. 理解并熟悉生产技术过程、原理、流程、设备及正常生产的操作方法。

（3）. 了解典型技术中主要的控制设备的使用情况，并认识生产中自动化系统的重要性。

（4）. （5）.

二、原始资料及概述

1 ⑴、类型：220KV

⑵、最终容据工农业负荷的增长,需要安装两台120MVA，容量比为100/100/50的变压器。一次设计，两期建设。 2、变电所与系统的连接情况

⑴、变电所与220KV和110KV两个电力系统相连，并担负一个地区的供电，是一个枢纽变电所。

⑵、变电所用两回线路与220KV系统连接，用3回线路与110KV系统相连。

⑶、将来有一座大型水电厂建成后，有两回220KV线路连至本

变电所。另有一座火电厂建成后，用2回110KV线路连至本变电所。

⑷、本变电所有2回110KV线路与110KV地区电网相连。 ⑸、为了将来负荷发展需要，在220KV和110KV侧各留一回线路作为备用。

⑹、本变电所地理位置如（图一）所示。

⑺、电力系统总装机容量465万千瓦，在最大运行方式下的阻抗如（图二）所示。 3、负荷情况

⑴、220KV进出线回路数最终为52回，每回最大输送容量为250090KVA，其余3路每回最大输送主180080KVA，Tmax＝5000h

⑵、110KV8回，本期只兴建5回，其中3回与110kv4100KVA，Tmax＝4000h，回每回的最大输送容量为3010KVA，Tmax＝4000h。

⑶、10KV出线回路数共有4条，本期一次建成，每回线路的最大输送容量为2020KVA,10KV无电抗，预留2个扩建间隙作为备用。

⑷、环境条件：

①、变电所周围地势平坦；

②、当地每年最高气温41.70C，年最低气温－20.60C； ③、海拔高度：396.8m； ④、雷电日数：25.1日/年；

三、对原始资料的分析

待设计的变电所是一座220KV枢纽变电所，担负着将220KV线路送来的廉价水电降低电压后送入地区电网，以满足该地区工农业用电的需要；同时，该变电所还担负着220KV和110KV两个电力系统的功率交换，该变电所在电力系统中的地位很重要，进出线回路数多，负荷大部分为一级负荷。

由于该地区水电季节性强，潮流起伏很大，待设计变电所宜选用有载调压变压器，以稳定110KV系统电压。根据潮流计算，若采用自耦变压器中性点调压方式，则10KV使接有调相机的第一线圈无法运行，故选用的三绕组变压器，在220KV中性点带负荷调压。 型号：SFPZ1－ 120000KVA/60000KVA； 接线方式：12―11；

220±8×1.25%/110±4×2.5%/11KV； 调压方式：220KV侧中性点调压； 结构形式：降压结构；

UkⅠ-Ⅱ%＝13.4 UkⅠ-Ⅲ%＝22.06 UkⅡ-Ⅲ%＝7.07

待设计变电所装设有两台120MVA的强迫油循环冷却的主变压器。为了提高并改善该地区各点电压水平及电压质量，避免水电站远距离输送无功功率，在本变电所10KV侧装设两台TT－15－８型、15MVA、X″ d 为20.16的调相机。

图二：最大运行方式下的系统等值阻抗图

在考虑主接线方案时,应首先满足运行可靠性及操作的灵活性；同时，也要节约投资。综合考虑，在满足技术、经济政策的前提条件下，力争使其为技术先进，供电可靠、安全、经济合理的主接线方案。 1、220KV侧主接线

220KV出线最终5回，本期2回，主变压器进线2回，可供选择的接线方式较多，但比较好的有3个。

方案一：单母线分段带旁路母线，分段断路器兼作旁路断路器。（如图三） 方案二：双母线带旁路母线，母联断路器兼作旁路断路器。（如图四） 方案三：一个半断路器接线。（如图五） 分析：

方案一：具有接线简单，操作方便，投资少等优点，设置旁路母线后可不停电检修出线断路器；但任一母线故障后都会告成50%的用户中断供电，这对220KV线路来说是不允许的。

方案二：具有较高的可靠性和灵活性，母线故障时对用户停电时间较短，目前在我国大容量的变电所中已广泛采用。这种接线，设计认为按双母线带旁路母线一次建成比采用方案一过渡到方案二要好。虽然过渡可以推迟投资，但增加了

方案三：有很高的可靠性，但投资也较大，结合该变电所，

图三：单母线分段带旁母接线

图五：一个半断路器接线

110KV侧有3回线路连接着110KV电力系统。每回线路的输送容量都比较大。其进线回路数最终是8回。本期为5回，回路数较多，负荷重要，要求供电可靠、经济合理。

根据《变电所设计技术规程》第22条，即在枢纽变电所中，当110KV－220KV出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。《变电所设计技术规程》第24条，采用双母线的110KV－220KV配电装置中，只有断路器允许停电检修，一般设置旁路设施。所以本变电所技术和经验比较合理的方案是：110KV

图六：双母线带旁路母线接线（母联断路器兼作旁路断路器）

10KV侧除接调相机外，还需要少量的地区负荷。10KV出线4回，一次设计并建成，所以10KV侧接线选用单母线分段，为限制10KV适短路电流，，适用NKL-10-600-4型普通水泥电抗器，装在10KV进线回路。

通过短路电流计算，当两台变压器并列运行的时候，为限制主变10KV侧短路电流，还需要在各台主变10KV侧接NKL-10-1500-6型水泥电抗器。

图七：10KV侧接线

图八:电气主接线图第一方案

图九：电气主接线图第二方案

根据分析，提出下列两个方案，如图，再进行技术综合比较，从中选出最佳方案。 第一方案：

⑴、供电可靠性：供电可靠性较高，但隔离开关用的较多，容易造成误操作；

⑵、电能质量：对电压、频率的稳定有较高的保持； ⑶、对负荷发展及过渡能较好的适应； ⑷、运行灵活，检修和维护方便。 第一方案：

⑵、电能质量：

第一方案能满足供电可靠，保证电能设计采用方案一。

四、电气设备的选择 1、各级电压母线的选择

选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容： ⑴、选择母线的材料，结构和排列方式；

⑵、选择母线截面的大小；

⑶、检验母线短路时的热稳定和动稳定；

⑷、对35kv以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；

⑸、对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。 1、220KV母线和旁母的选择：

a、按母线上可能通过的长期最大负荷电流选择导体截面，当两台主变通过旁母由一条出线供给大负荷时，此时旁路的最大持续工作电流为：

Imax＝1.05×250090/√3×220＝689A。

初选铝锰合金型母线LF81-80/72，54mm2，截面系数W＝17.3cm2

30mm，面选的母线直径为80mm，相间距离为 ３、主变低压侧引线选择：

最大持续工作电流为两台调相机同时供一台主变的运行方式计算。

经校验：①、长期发热②热稳定性③动稳定性等等均符合要求。 因此，所选截面为２×(100×10)mm2铝母线，能满足动稳定的要求。

2、断路器隔离开关的选择：

断路器形式的选择。除需满足各项技术条件和环境条件外，还应

考虑便于安装、调试和运行维护，并且，一次设备同一电压等级选同一型号断路器和隔离开关。 1、220KV断路器和隔离开关的选择

列出断路器的有关参数，并与计算数据进行比较。

断路器选择结果表

由选择结果表可见各项条件均能满足，故选断路器SW4-220/1000合格。 隔离开关选择：

根据Uns、Imax及安装要求，选择GW6-220GD/1000型隔离开关。 列出隔离开关有关参数，并与计算数据进行比较。

隔离开关选择结果

由选择结果表可见各项条件均能满足，故选择隔离开关GW6-220GD/1000合格。

2、110KV断路器和隔离开关的选择: 断路器最大持续工作电流为：

Imax＝1.05Sn/√3Un＝1.05×√3×110＝661.33A 根据断路器的Un， SW4-110/1000

已知I″＝I0.075″＝7.846KA，I0.15″＝7.327KA 本次设计不考虑非周期分量，则短路电流引起的热效应为： Qk＝Qp＝9.278KA2.S 冲击电流：ish＝21.74KA

列出断路器的有关参数，并与计算数据进行比较。

由选择结果表可见各项条件均能满足，故选断路器 SW6-110/1000合格。 隔离开关选择：

根据Uns、Imax及安装要求，选择GW4-110/1000型隔离开关。 列出隔离开关有关参数，并与计算数据进行比较。

由选择结果表可见各项条件均能满足，故选择隔离开关GW4-110/1000合格。

由选择结果表可见各项条件均能满足，故选断路器SN10-10/1000合格。 隔离开关选择：

根据Uns、Imax及安装要求，选择GN1-10/1000型隔离开关。

由选择结果表可见各项条件均能，故选择隔离开关GW4-110/1000合格。

4、10KV:

Imax＝1.05Sn/×2020/√3×10＝122.46A 根据断路器的Imax及户外安装的要求，查表，可选择 SN3-10/600型的少油断路器。

由选择结果表可见各项条件均能满足，故选断路器SN3-10/600合格。 隔离开关选择：

根据Uns、Imax及安装要求，选择GN6-10T/600型隔离开关。 列出隔离开关有关参数，并与计算数据进行比较。

由选择结果表可见各项条件均能满足，故选择隔离开关GW6-10T/600合格。

５、变压器10KV侧断路器及其隔离开关选择：

计算步骤略。

选SN10-10/1000型断路器和GN1-10/1000型隔离开关合格。

五、继电保护装置及防雷保护装置

一、变电站的继电保护装置配置情况 １、220KV线路保护

⑴、相差高频保护，选用GCH-1A型装置。 ⑵、装设距离及零序保护。

零序保护为四段式零序电流方向保护。

⑶、综合重合闸装置

2、220KV母线保护

3、220KV 4、220KV母联兼旁路断路器保护。

⑴、两段式相间电流和零序电流保护。 ⑵、PLH-11A/2K型距离保护装置。 ⑶、综合重合闸装置。 5、110KV线路保护。

⑴、110KV线路（一）保护。

采用三段式相间电流、Ⅰ段零序电流及重合闸保护装置。

⑵、110KV线路（二）、（三）双回路保护

采用方向零序电流横差保护、距离保护包括：三段式相间距离保护及两段式接地距离保护、零序保护为四段式零序电流方向保护。 6、110KV母联兼旁路断路器保护

⑴、两段式相间电流和零序电流保护。 ⑵、距离保护装置及重合闸。 7、110KV母线保护 8、110KV回路故障录波器 9、变压器保护

⑴、瓦斯保护

⑵、纵联差动保护。 ⑶、后备保护。

高、低压侧装设过电流保护。

⑷、变压器220KV侧和110KV侧中性点装设过负荷保护、动作于信号。 10、调相机保护

⑴、三相式纵联差动保护。

⑵、带9秒时限动作于跳闸的低电压保护。 ⑶、低频率闭锁的有功功率方向保护。

⑷、利用自动灭磁开关常闭接点，联动调相机保护出口继电器，

作为调相机停机的失磁保护。

⑸、定子绕组装设带9秒时限动作于信号的过负荷保护。 ⑹、动作于信号的过负荷保护。 ⑺事故紧急停机装置。 ⑻自动装置。

装有强行励磁和自动调整励磁装置，冷却水泵和油泵自动投入装置。

二、变电站的防雷保护装置配置情况

各级电压避雷器的选择

灭弧电压和频放电压。

⑴ 、220KV

220KV母线选装置磁吹避雷器，其技术参数如下： 灭弧电压 Umh＝220KV 工频放电电压 Ugf＝340－390KV 残压 U0(5)＝5.5KV 冲击放电电压 Uch＝515KV

校验灭弧电压，在中性点直接接地系统中，其灭弧电压等于系统最大线电压的0.8倍。即Umh≥11.5√3Ulg80%＝ 1.15×√3×220/√3×0.8＝202KV

校验工频放电电压

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