220KV变电站电气部分毕业设计（完整版）（开题报告+任务书+设备清单+文献综述+毕业设计）

毕 业 设 计（论 文）说 明 书

题 目： 220KV变电站电气部分设计

系 别：专业班级：学生姓名：指导教师： 教 研 室： 提交时间：

电子与信息工程系

电气工程及其自动化

电气教研室

2010年6月13 日

本科毕业（设计）论文

摘 要

随着我国科学技术的发展，特别是计算机技术的进步，电力系统对变电站的更要求也越来越高。

本设计讨论的是220KV变电站电气部分的设计。首先对原始资料进行分析，选择主变压器，在此基础上进行主接线设计，再进行短路计算，选择设备，然后进行防雷接地以及保护、配电装置设计。

关键字：变电站；短路计算；设备选择。

- I -

220KV变电站电气部分设计

ABSTRACT

With the development of science and technology in China, particularly computing technology has advanced, the power system demands on substation more and more.

The design is refer to the part of 220kV electrical substation design. First of all, analyze the original data and choose the main transformer, based on it , design the main wiring and Short Circuit Calculation, at last choose equipment, then mine and the protection of earth and distribution device.

Key Words: Substation；Short Circuit Calculation；Equipment Selection

- II -

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目录

摘 要 ............................................................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................................................. II 第1章 引 言 ............................................................................................................................... 3 第2章 电气主接线的设计 ...................................................................................................... 4

2.1 主接线概述 .................................................................................................................... 4 2.2 主接线设计原则 .............................................................................................. 6 2.3 主接线选择 ...................................................................................................... 6 第3章 主变压器的选择 ........................................................................................................... 9

3.1 主变压器的选择原则 ...................................................................................... 9

3.1.1 主变压器台数的选择 ............................................................................ 9 3.1.2 主变压器容量的选择 ............................................................................ 9 3.1.3 主变压器型式的选择 .......................................................................... 10 3.1.4 绕组数量和连接形式的选择 .............................................................. 11 3.2 主变压器选择结果 ........................................................................................ 11 第4章 所用电设计 .................................................................................................................. 12

4.1 所用变选择 .................................................................................................... 12 4.2 所用电接线图 ................................................................................................ 12 第5章 220KV变电站电气部分短路计算 ........................................................................ 14

5.1 变压器的各绕组电抗标幺值计算 ................................................................ 14 5.2 10KV侧短路计算 .......................................................................................... 15 5.3 220KV侧短路计算 ........................................................................................ 18 5.4 110KV侧短路计算 ........................................................................................ 20 第6章 导体和电气设备的选择 ........................................................................................... 22

6.1 断路器和隔离开关的选择 ............................................................................ 23

6.1.1 220KV出线、主变侧 .......................................................................... 24 6.1.2 主变110KV侧 .................................................................................... 28 6.1.3 10KV限流电抗器、断路器隔离开关的选择 .................................... 30 6.2 电流互感器的选择 ........................................................................................ 35

6.2.1 220KV侧电流互感器的选择 ....................................................................... 36 6.2.2 110KV侧的电流互感器的选择 .......................................................... 38 6.2.3 10KV侧电流互感器的选择 ................................................................ 39 6.3 电压互感器的选择 ........................................................................................ 40

6.3.1 220KV侧母线电压互感器的选择 ...................................................... 41 6.3.2 110KV母线设备PT的选择 ............................................................... 42 6.3.3 10KV母线设备电压互感器的选择 .................................................... 42 6.4 导体的选择与校验 ........................................................................................ 42

6.4.1 220KV母线 .......................................................................................... 43 6.4.2 110KV母线 .......................................................................................... 44

220KV变电站电气部分设计

6.4.3 10KV母线的选择 ................................................................................ 45 6.4.4 变压器220KV侧引接线的选择与校验 ............................................ 47 6.4.5 变压器110KV侧引接线的选择与校验 ............................................ 48 6.4.6 变压器10KV侧引接线的选择与校验 .............................................. 49

第7章 防雷接地设计 ............................................................................................................. 52

7.1 防雷设计 ........................................................................................................ 52

7.1.1 防雷设计原则 ...................................................................................... 52 7.1.2 避雷器的选择 ...................................................................................... 52 7.1.3 避雷针的配置 ...................................................................................... 56 7.2 接地设计 ........................................................................................................ 57

7.2.1 接地设计的原则 ............................................................................................. 57 7.2.2 接地网型式选择及优劣分析 .............................................................. 58 第8章 电气总平面布置及配电装置的选择 .................................................................... 59

8.1 概述 ................................................................................................................ 59 8.1.1 配电装置特点 ...................................................................................... 59 8.1.2 配电装置类型及应用 .......................................................................... 59 8.2 配电装置的确定 ............................................................................................ 60 8.3 电气总平面布置 ............................................................................................ 63

8.3.1电气总平面布置的要求 ....................................................................... 63 8.3.2电气总平面布置 ................................................................................... 63 第9章 继电保护的配备 ......................................................................................................... 65

9.1 变压器继电保护配置 .................................................................................... 65 9.2 母线保护 ........................................................................................................ 65 第10章 结束语 ......................................................................................................................... 66 致谢 ............................................................................................................................................... 67 参考文献 ...................................................................................................................................... 68 附 录 ............................................................................................................................................. 69

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第1章 引 言

毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严格的要求。使我们综合能力有一个整体的提高。它不但使我们巩固了本专业所学的专业知识，还使我们了解、熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则以及各种图形、符号。它将为我们以后的学习、工作打下良好的基础。

能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，在品种及构成上也发生了很大的变化。人类对能源质量也要求越来越高。电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任。220KV变电站电气部分设计使其对变电站有了一个整体的了解。该设计包括以下任务：1、主接线的设计 2、主变压器的选择 3、短路计算 4、导体和电气设备的选择 5、所用电设计 6、防雷接地设计 7、配电装置设计 8、继电保护的配置等。

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第2章 电气主接线的设计

2.1 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[1]。

单母线接线及单母线分段接线[2] 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[3]。

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。

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这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站6～10KV接线中。但是，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[4]。

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[5]。

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[6]。

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

220KV变电站电气部分设计

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，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的[7]。

2.2 主接线设计原则

电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选择主接线方案。

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[8]。

2.3 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。

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空载电流（%）：0.7

所以一次性选择两台SFPS7-180000/220型变压器为主变。

第4章 所用电设计

变电站站用母线采用单母分段接线方式。当有两台站用变采用单母线接线方式，平时分列运行，以限制故障。对于容量不大的变电站，为了节省投资，所用变压器高压侧可用高压熔断器代替高压断路器[14]。

4.1 所用变选择

1.选择原则：所用电负荷按0.2%变电所容量计，设置2台所用变相互备用。 2.所用电负荷:

S=215000×0.2%=430KVA

3.所用变容量计算：

SB=0.7×S=301KVA

所用变压器参数: 型号：S9—315/10

U1e=6.3±5%（KV） U2e=0.4（KV） 连接组别：Y，yn0 空载损耗：0.70（KW） 阻抗电压：4（%） 空载电流：1.5（%）

4.2 所用电接线图

变电站的主要站用电负荷是变压器冷却装置，直流系统中的充放电装置和

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晶闸管整流设备，照明、检修及供水和消防系统，小型变电站，大多只装1台站用变压器，从变电站低压母线引进，站用变压器的二次侧为380/220V中性点直接接地的三相四线制系统。对于中型变电站或装设有调相机的变电站，通常都装设2台站用变压器，分别接在变电站低压母线的不同分段上，380V站用电母线采用低压断路器进行分段，并以低压成套配电装置供电。

因而本设计两台所用变分别接于10KV母线的Ⅰ段和Ⅱ段，互为备用，平时运行当

一台故障时，另一台能够承担变电所的全部负荷。接线图如下所示。

图4-1 所用电接线图

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第5章 220KV变电站电气部分短路计算

系统阻抗：220KV侧电源近似为无穷大系统A，归算至本所220KV母线侧阻抗为0.015（Sj=100MVA）,110KV侧电源容量为500MVA，归算至本所110KV母线侧阻抗为0.36（Sj=100MVA）。变压器型号为SFPS7—180000/220。

SN=180MVA其中高中、高低、中低阻抗电压（%）分别为14，23，7。简化图如下图所示：

图5-1 系统图的等值电路

5.1 变压器的各绕组电抗标幺值计算

U11s1%=2[Us(1-2)%+Us(3-1)%-Us(2-3)]= 2(14+23-7)=15

U11s2%= 2[Us(1-2)%+Us(2-3)%-Us(3-1)%]= 2 (14+7-23)=-1

U%= [U%-U1s3s(3-1)%+Us(2-3)s(1-2)%]= 2(23+7-14)=8

设SB=100MVA，UB=Uav

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XT1*=Us1%SB15100?=?=0.083 100SN100180XT2*=Us2%SB-1100?=?=-0.006 100SN100180Us3%SB8100?=?=0.044 100SN100180XT3*=5.2 10KV侧短路计算

f(3)-1短路时, 示意图如下：

图5-2 f(3)-1短路的等值电路图

XT1*XT2*11-0.006?0.083X＇?（X+X+）=（0.083-0.006+）=0.033 1*T1*T2*2XT3*20.044XX1X'2*=(XT2*+XT3*+T2*T3*)2XT1*

1-0.006?0.044=(-0.006+0.044+） 20.083=0.018

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X'1XT1*XT3*3*=2(XT1*+XT3*+X)T2*

?10.083?0.0442(0.083+0.044+-0.006) =-0.241 三角形变为星形：

X3*1*=X'1*X'X'1*+X'2*+X'3*

?0.033?(?0.24)0.033?0.018?0.241?0.042 X2*=X'2*X'3*X'1*+X'2*+X'3*

?0.018?(?0.241)0.033?0.018?0.241?0.023 XX'2*X'1*3*=X'1*+X'2*+X'3*?0.018?0.0330.033?0.018?0.241??0.003

图5-3 f(3)-1短路的等值电路图

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手册，选择PT的型号：JCC2—220。

额定变比：1100.1//0.1KV 336.3.2 110KV母线设备PT的选择

型式：采用串联绝缘瓷箱式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。 电压：额定一次电压：U1n?110KVU2n?0.1/3V

准确等级：用户保护，测量、计量用，其准确等级为0.5级。 查《发电厂电气部分》，选定PT的型号为：JCC-110

1100.1//0.1KV3额定变比为：3

6.3.3 10KV母线设备电压互感器的选择

型式：采用树脂浇注绝缘结构PT，用于同步、测量仪表和保护装置。 电压：额定一次电压：U1n?10KVU2n?0.1KV

准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级。 查《发电厂电气部分》选定PT型号：JDJ-10 额定变比为：10/0.1KV

6.4 导体的选择与校验

导体选择的一般要求：

裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择和校验。 工作电流；

电晕（对110KV级以上电压的母线）； 动稳定性和机械强度；

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热稳定性；

同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。

导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20M以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。

一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。110KV及以上高压配电装置一般采用软导线。

6.4.1 220KV母线

这里采用钢芯铝绞线导体

220KV变电站电气部分设计

Imax?2?180000?944.88A

3?220按最大持续工作电流选择查设备手册选LGJ型钢芯铝绞线，其标称截面为800/100mm2，长期允许载流量为1402A。

?————?y????————70???————70?40温度修正系数 k?25?0.82???070?2570?Ial40?k??Imax?0.82?1402?1149.64＞944.88A

热稳定校验。正常运行时导体温度

?I22??max944.880?（?al-?0）I2?40?(70?40)1149.642?60.26?C

al查发电厂电气部分表C=89，则满足短路时发热的最小导体截面为

Skfmin?Qk?115.743?1?106C89?120.876mm2＜800mm2

满足热稳定要求。 电晕校验：

Ulj?Ug?1.05Un?1.05?220?231KVU0.301lj?84kmx.?.r(1??.r)lgar?299.55KV＞231KV 满足要求。

6.4.2 110KV母线

这里采用钢芯铝绞线导体

Imax?K?Iy

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Imax?992.02A

按最大持续工作电流选择查设备手册选LGJ型钢芯铝绞线，其标称截面为630/55mm，长期允许载流量为1211A，外径为34.32mm。

270??70?40温度修正系数 k??————?————?————?0.82

????070?2570?25Ial40?k??Imax?0.82?1211?993.02A＞992.02A

?y??热稳定校验。正常运行时导体温度

I2max992.022???0?（?al-?0）2?40?(70?40)?69.94?C 2Ial993.02查发电厂电气部分表C=87，则满足短路时发热的最小导体截面为

Smin?QkkfC179.83?1?106??154.14mm2＜630mm2

87满足热稳定要求。 电晕校验：

Ulj?Ug?1.05Un?1.05?110?115.5KV

Ulj?84Kmx???r(1?0.301a)lg?299.55KV＞Ug?115.5KV r??r满足要求。

6.4.3 10KV母线的选择

1）按最大持续工作电流选择

Imax?1.05?35?1414.4A3?10.5

220KV变电站电气部分设计

按最大持续工作电流选择2条125?8矩形铝导线平放，额定载流为2670A，集肤效应系数为1.4，修正后的载流量为：Ial=2670×0.82=2789.4>Imax。

热稳定校验。正常运行时导体温度：

????（?I2max1414.420al-?0）I2?40?(70?40)2189.42?52.5?C

al查发电厂电气部分表C=93，则满足短路时发热的最小导体截面为：Smin?Qkkf?12898.306?106?1.4C93?1444.9mm2＜2000mm2

满足热稳定要求。 6)动稳定校验 相间距a=0.25m 冲击电流 ish=51KA 单位长度上的相间电动力:

f?1.73?10?7122?751000pfaish?1.73?10?0.25?1799.892N/M bh20.008?0.1252W?3?3?42?10?6m3

??f2phL1799.892?1.226ph10W?10?42?10?6?6.2?10Pa＜70?106 母线同相条间作用应力计算如下：

b?8?2b?bh1250.064b?h?88?125?0.06 由导体形状系数曲线查得K12=0.23

f?2.5K211b12ish?10?8?2.5?0.23?510002??10?8b0.008?1869Pa

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