论文总字数：30711字

摘 要

本次课程设计的主要目的是通过学习的电力系统知识来对某个区域电力网的220kV变电所进行规划设计。首先，由原始变电所的资料来拟定电气主接线的接线方案以及对主变压器容量型号进行选择；然后进行短路计算，根据短路电流参数计算并选择变电所的主要电气设备型号；最后，对电气设备进行配置及画出对所用电设计图。 

关键字：接线方案拟定；短路计算；主要电气设备选型；继电保护；防雷接地保护

Abstract：

The main purpose of this course is to design the 220kV substation of a certain area power grid by studying the knowledge of the power system. First of all, by the original substation information to develop the electrical wiring scheme and the main transformer capacity model selection .Then the short-circuit calculation, the calculation of short-circuit current parameters and the choice of the main electrical equipment model. Finally, the electrical equipment configuration and drawing on the use of electrical design.

Key words: wiring scheme development; short circuit calculation; main electrical equipment selection; relay protection; lightning protection and grounding protection

目录

摘要： 3

Abstract： 3

第一章、引言 5

1.1绪论： 5

第二章、所用电设计负荷计算及变压器选择 6

2.1、主变压器的选择 6

2.1.1、相数的选择： 6

2.1.2、绕组数的选择 6

2.1.3、变电所中主要变压器的容量选择： 6

2.1.4、对于主变压器冷却方式的选择: 7

2.2、主接线的确定 7

2.2.1短路电流水平 8

2.3、电气设备的选择 10

2.3.1、220KV侧高压断路器和隔离开关的选择及校验 10

2.3.2、110KV侧断路器和隔离开关的选择及校验 11

2.3.3、10KV侧断路器和隔离开关的选择及校验 12

2.3.4、10KV母线桥的选择 12

2.3.5、母线桥支柱绝缘子选择 12

2.3.6、汇流母线桥支柱绝缘子选择 12

2.3.7母线桥穿墙套管的选择 13

2.4、所用电的接线方式与所用变的选择 13

2.5、配电装置的选型 13

2.6、互感器的配置 14

2.6..1电流互感器的选择 14

2.6.2电压互感器的选择 15

2.7 、继电保护配置 16

2.8 、防雷规划 16

第三章、结束语 38

致谢： 38

附录部分： 39

背景资料 39

一、待建220kV降压变电所基本资料 39

二、110kV用户负荷统计资料： 40

三、10kV用户负荷统计资料 40

第一章、引言

1.1绪论：

本次的毕业设计是我对于大学四年学习的总结，本次论文的主题是220kv变电所电气装置配置的设计，变电站电气主接线的四个基本要求：可靠性、灵活性、经济性、扩建性，因此设计的变电所须在保证其安全可靠的前提下还要保证其经济利益最大化。它将从理论和实际两个方面对我们进行严格要求，对我们的综合能力起到了提高的作用，同时让我们熟悉了解了国家电力开发方面和各种专业基础知识，相信这篇论文会为我以后的学习工作打下良好的基础。

本次设计为220kv降压变电站电气一次部分的初步设计，根据原始资料，以设计任务书和国家有关电力工程设计的规程、规范及规定为设计依据。变电站地址位于城市郊区，同时向变电所附近和开发区的炼钢厂供电，变电所的电压等级规定为220千伏、110千伏和10千伏，220千伏是电源测电压，110千伏和10千伏为2次电压，本次设计的变电所电源由220千伏侧的双回路线路以及另外一个系统的双回线路送回本站，对于110千伏侧母线，送到炼钢厂的线路也为两回，最后关于10千伏侧的母线采用十二回线路送到附近地区负荷。本站所处地势平坦，交通便利，年最高温度40摄氏度，最热的一个月平均温度为34摄氏度。

电力能源是保证社会生产力的基础能源，它在国家经济建设和发展中占据十分重要的地位。变电站在整个电力系统中起着电压转换、分配接收电能并控制电力流向的作用。在变电站中220kv变电所又是一种典型的例子，对我们了解电力系统方面有很大的帮助。本次设计包括以下任务：、主接线的设计 、主变压器的选择 、短路计算 、导体和电气设备的选择 、所用电设计 、防雷接地设计 、配电装置设计 、继电保护的配置等等。

第二章、所用电设计负荷计算及变压器选择

2.1、主变压器的选择

2.1.1、相数的选择：

根据《电力工程电气设计手册》这本书中所提到的要求，同样的结合这个变电所的具体现实情况以及设计时的可靠性要求选用同样型号的两台无励磁调压三绕组自耦变压器。330kV及以下的电力系在进行变压器选择时，若运输条件允许，一般采用三相变压器。

2.1.2、绕组数的选择

具有三种不同电压的变电所中，如果存在下列情况：

（1）通过主变压器每一侧绕组的全功率都能够达到该变压器容量的15%以上；

变压器低压侧假如没有负荷，但是在变电所内有装设无功补偿设备对其进行无功补偿；

（2）主变压器一般会用到三相绕组变压器。同时为了符合经济效益这一基本要求，一台三绕组变压器的成本及其所用的控制和辅助设备应当少于两台双绕组变压器所配备的。

通过上面的分析，本变电站拟采用干式三相变压器。

2.1.3、变电所中主要变压器的容量选择： 。因此我们对于有着2台主变压器的220kv变电所，同时其中1台主变的功率容量应该至少要比70百分比的负载全部负荷或所有的重要负荷之和都要大，这是对于机器容量的基本要求。然后对我们计算出来的两个数值进行比较，取它们两个其中数值较大的一个作为变电站的主变压器容量的挑选条件。同时考虑到变压器每一天实际的负荷都并不是均衡的，而欠负荷时间内节约下来的设备实际使用寿命，可用于过负荷期间中的损耗，所以先选择和实际使用的容量相比较小的主变用作过负荷能力计算的判据，这样做可以节约投资成本，达到设计规定中符合经济性的要求。

2.1.4、对于主变压器冷却方式的选择:

主变压器的主要冷却方式一般有下列三种：

1. 自然风冷却方式；
2. 强迫油循环风冷却方式；
3. 强迫油循环水冷却方式；

上述三种冷却方式中，自然风冷却一般只适用于容量较小的变压器；强迫油循环水冷却方式成本较高，所需的维修工程量较大，对冷却器的密封性一般要求较高。以上，本次设计选择强迫油循环风冷却方式。

下表为主变选型数据

主变压器的数据

2.2、主接线的确定

接下来要确定的是电气主接线，书中对于主接线的确定，采用了这样的说法，电气主接线的概念是根据电气设备的实际情况通过连接线路并按它们各自的应用功能要求组成对电能起接受和分配作用的接线电路，以此组成可以输送强电流和高电压的电气接线网络，通常也可以称它们为一次接线系统、电气主系统。电气主接线不仅代表了发电厂、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，直接影响系统平时运行所需的灵活性、可靠性，同时在电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式这几个方面有着决定性的作用。因此，必须合理设计、正确接线，保证综合性的处理主接线全方面的因素，而且要经过技术、经济两个方面论证比较后才可确认。

按照《220~550kv变电所设计技术规程》书中所规定的要求：主接线需要满足以下几个条件：1、可靠性2、灵活性3、经济性这三个条件。同时还要考虑220、110、10千伏侧在各种运行条件下的接线方式。

（1）对于220千伏一侧的接线方式，“当220千伏配电装置出线在四条回路及以上时，应该采用双母线接线方式”，故本次设计中考虑方案如下，本次设计可以采用双母线接线的方法，即将该接线变压器接在两条不一样的母线上，这样做可以分配均匀负荷，在调度时方便灵活的操作，也保证了运行可靠性，当任一条母线或母线上的设备需要检修时，采用双母线界限的方法不需要停掉线路，但出现间隔内任意设备检修的情况，则此线路需要停电之后才可以检修。

（2）对于110千伏一侧的接线方式，出线的数量是2条回路，按照《电力工程电气设计手册》这本书的规程要求，应该要采用桥式接线的方式接线。两条回路保证向炼钢厂供电。同时考虑到平时主变不会经常发生投切的状况，还有为了方便线路操作和检修时的工作量，应该采用内桥式接线。

（3）对于10千伏一侧的接线方式，按照设计手册的规程要求，采用单母线分段的方式接线，对于重要回路，都应该以双回线路供电来保证日常供电的可靠性。接着我们考虑到配电装置的占地和占用空间需要尽量小，还要顾及消除火灾、爆炸的隐患及新增的符合环境保护的要求，主接线可以不使用带旁路的接线方式，并且断路器选用性能比少油断路器这种更优秀的真空断路器。

2.2.1短路电流水平

根据本次所设计变电所的电源一侧将来五到十年的发展规划并适当考虑其长远发展，求出在系统最大运行方式下的，即短路电流，为接下来母线系统的设计和各种电气设备的挑选做好充足的准备，若发生短路电流过大的状况，就应该要考虑采取必要的限流措施。对于继电保护的灵敏度校验时所需的系统最小运行方式下的短路电流，这里不作计算，计算结果见下表。

其中高压断路器的全分闸的时间拟定为0.1秒。此时短路的持续时间根据概念我们以最长的过电流保护动作时间来计算，结果显而易见，如果采用主保护的动作时间和主保护存在的动作死区时使用后备保护动作时间就一定能够保证满足计算要求。

短路电流计算的一般规则： 

（一）、在验算导体和电器在动稳定性、热稳定性这两项指数以及电器设备在通断电流时所用的短路电流，应该按本工程的设计计算出规划容量来计算，并考虑设计电力系统将来的远景发展、规划（一般取本工程建成后五到十年之内的时间）。 

确定短路电流计算结果时，应按照可能发生运行时最大短路电流的情况采用正常界线方式，而不应该按照仅在切换过程中可能出现并列运行情况的接线方式。 

（二）、在选择导体和电气时，我们对不带电抗器回路的情况计算线路短路点时，应该选取在正常接线情况下短路电流上升到最大的地点作为短路点。 

（三）、计算导体和电器的动稳定性、热稳定性还有电器的开断电流三项数值时，通常会按三相短路计算，如果发生自耦变压器回路的单相、两相接地短路情况比三相短路还要严重时的情况，此时应按严重情况计算，即自耦变压器的短路情况。 

（四）、当我们选择导体和电器的短路电流时，在之前确定好的电气连接的网络中，需要考虑两个方面的问题：1、具有反馈作用的异步电动机的影响；2、电容补偿装置放电电流的影响。

2.2.1.1、对220千伏侧电流分析

（1）两条线路同时运行时的情况

在这种运行方式下，网络在全接线条件下短路电流最大

（2）一条线路运行时的情况

当系统在全接线的条件下时，短路电流可能在各种状况中不是最大，然而此时流过断路器的短路电流可能达到最大。

2.2.1.2、对110千伏侧电流分析

因为之前规定变电所的110千伏侧电源由220千伏侧供应，所以110千伏侧短路最大电流一定会发生在220千伏一侧系统达到最大运行方式的时候。

（1）两条主变同时运行时

在这种运行方式下，当发生110kV母线短路时，短路电流最大。

（2）一台主变退出运行时

在一台退出的运行方式下，当发生110kV母线短路时，短路电流将会整个流经主变110kV出口开关或母线分段开关

2.2.1.3、对10千伏侧电流分析

（1）两条主变同时运行时

在同时运行的方式下，当发生10kV母线短路时，短路电流最大。

（2）一台主变退出运行时

在一台退出的运行方式下，当发生10kV母线短路时，短路电流将会整个流经主变10kV出口开关或母线分段开关。

从计算结果得出，各个电压等级的最大短路电流均在容许范围内，即断路器一般选型的开断能力之内，所以此时不必采用价格昂贵的重型设备或者采取限制短路电流的措施，应这样不符合经济性的要求。

2.2.1.4、短路电流计算

假设变压器正常工作时，三相系统对称运行； 所有电源的电动势相位角相同

通过短路点分别计算出短路电流。先计算出短路点至发电厂高压母线的X_Σ*求出转移电抗，采用Y/△变换：

故障点的短路电流计算

2.3、电气设备的选择

选择电气设备的基本原则：按照正常运行的实际情况选择各类设备，也就是要切合实际，同时也要考虑到今后可能的发展，为将来做准备，选用性能价格比值高，运行经验丰富熟练、技术成熟稳定的设备，尽量减少选用设备的类别，这是为了以减少所需的备品备件，这也有利于减少平时运行检修的工作量，方便日常维护。

电气设备的选择同时需要符合国家的有关技术经济政策，根据我国当前生产制造情况，电压为6～220千伏的电力网通常选择少油断路器这一类型，当发生少油断路器的不能满足技术条件要求的情况时，则选用SF6断路器或者空气断路器这两种型号，较大的容量机组通常采用封闭式母线连接方式，如果是需要装设设备断路器的情况，通常会使用发电机专属断路器。

各电气设备选择和校验结果见下表。

2.3.1、220KV侧高压断路器和隔离开关的选择及校验

一般按照额定电压的选择≥,额定电流≥，额定开断电流的校验条件≥I",热稳定校验满足≥,动稳定校验满足≥。

两台主变并列运行时,流经220KV线路的最大持续电流为：

220kv高压断路器的选择结果

2.3.2、110KV侧断路器和隔离开关的选择及校验

两台主变压器并列运行，且电池厂总负荷主要集中在一条线上，此时：

110kv高压断路器的选择结果

2.3.3、10KV侧断路器和隔离开关的选择及校验

此时一台主变压器停运，另一台满负荷工作。

因选用手车式10kv成套开关设备，故设备的元件选择只考虑断路器，选型如下

10kv高压断路器的选择结果

2.3.4、10KV母线桥的选择

一般按照经济电流密度选择导线截面积，并要从长期允许发热电流、动稳定校验、热稳定校验、共振校验方面考虑。

按照经济电流密度选择：

由原始资料得：最大负荷利用小时数=5000h，据此查询经济电流密度曲线

2.3.5、母线桥支柱绝缘子选择

支柱绝缘子按额定电压和类型选择，进行短路时动稳定校验

按额定电压选择： ≥

当有冰雪和污秽时，宜选择高一级的产品，即要考虑装置地点（户外）。考虑选用ZPD-35型。

2.3.6、汇流母线桥支柱绝缘子选择

按额定电压选择： ≥

安装地点：户内，宜选用ZPB-10型

绝缘子的受力折算公式：

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