论文总字数：31588字

摘 要

变电站可以连接发电厂与电力负荷，是实现电能传输和分配的一个重要组成部分。变电站在电能的分布和转换中起决定作用，因而变电站的设计将直接影响供电的稳定性与安全性。目前国内经济快速发展，为了满足区域经济的发展符合时代发展的趋势，大容量变压器成为变电站的发展趋势。它们具有对土地的利用率高，对周围环境影响较小的优点。

本次对毕业设计设计遵循经济、节能、可靠的原则，对所得220kV变电站所对应的种种条件进行设计。我们首先需要确定主变电站的设备模型，根据变压器的电压水平和负载能力，选择能够保证电力系统稳定性和可靠性的变压器件。其次对变电所的供电系统进行短路计算，目的是确定电厂电力设备例如断路器、隔离开关、变压器等其他模型是否符合实系统安全稳定运行的条件。此外发电厂的避雷措施以及相关计算情况也要进行介绍。最后根据设计得出的结果，得出变电站的具体设计与接线图。

关键字：220kV变电站；电气主接线；变压器；避雷器

Abstract

Can connect to the power plant and substation power load, is the realization of power transmission and distribution of an important part of. Transformer substation in electric power distribution and transformation plays a decisive role, so the design of the substation will directly affect the stability and security of the power supply. at present domestic rapid economic development, in order to meet the regional economic development is in line with the trend of the development of The Times, the large capacity transformer become the development trend of substation. They are on the land utilization ratio is high, the adVAntages of less impact on the environment.

The design of graduation design follow the principle of economy, energy saving, reliable, of the 220kV substation design for a VAriety of conditions. We first need to determine the main substation equipment model, according to the voltage level and the load capacity of transformer, the choice to ensure power system stability and reliability of transformer. Second power supply system short circuit calculation for the substation, the purpose is to determine the power plant electric power equipment such as circuit breaker, disconnecting switch, transformer and other model is in line with the real system safe and stable operation condition. In addition power lightning protection measures and the related calculation is also introduced. The results according to the design of substation design and wiring diagram.

Key words: 220kV substation; The main electrical wiring; Transformer; Surge arrester

目录

第一章 引言 1

第二章 220kV变电站主接线设计说明书 2

2.1 待设计变电所概述 2

2.2 主变压器的选择 2

2.2.1主变台数的确定 2

2.2.2 主变压器容量的确定 2

2.2.3 主变压器相数及绕组的确定 2

2.2.4 主变压器冷却方式的选择 3

2.2.5 连接组别的选择 3

2.3 主接线的选择与确定 3

2.3.1 各主接线设计的需求 3

2.3.2 220kV主接线的选择 3

2.3.3 110kV主接线的选择 4

2.3.4 10kV主接线的选择 4

2.4 配电装置选型 4

2.4.1 配电装置概述 4

2.4.2 配电装置的分类及其特点 4

2.4.3 配电装置的选择 4

2.5 短路电流的计算 5

2.5.1 短路电流计算概述 5

2.5.2 短路电流的计算一般规定 5

2.5.3 有限大容量电源系统短路部分的电流计算 5

2.5.4 短路电流计算的一般步骤 5

2.5.5 短路电流计算 6

2.6 电气设备的选择 8

2.6.1 电气设备选择的一般原则 8

2.6.2 开断器与隔离开关的选择 8

2.6.3 10kV母线桥选择和校验 10

2.6.4 10kV汇流母线桥选择 11

2.6.5 支柱绝缘子的选择 12

2.6.6 穿墙套管的选择 12

2.6.7 高压熔断器的选择 12

2.6.8 电流互感器的选择 13

2.6.9 变压器的选择 14

2.7 所用电的设计 14

2.7.1 所用电的设计原则 14

2.7.2 所用电的设计要求 15

2.7.3 所用变压器的选择 15

2.8 防雷保护及其配置 15

2.8.1 避雷针配置的注意事项 15

2.8.2 避雷线配置的注意事项 15

2.8.3 避雷器配置的注意事项 16

2.8.4 避雷器型号的选择 16

2.9 继电保护装置 16

2.9.1 概述 16

2.9.2 继电保护配置原则 16

2.9.3 变压器保护配置 17

3.1 主变压器容量的选择 18

3.2 网络元件参数计算 19

3.2.1 基准值 19

3.2.2 发电机参数 19

3.2.3 系统B 19

3.2.4 线路参数 20

3.2.5 主变压器参数 21

3.3 K1，K2，K3故障点的短路电流计算 21

3.4 电气设备的选择 26

3.4.1 220kV侧高压断路器和隔离开关的选择 26

3.4.2 110kV侧断路器和隔离开关的选择 26

3.4.3 10kV侧断路器和隔离开关的选择 27

3.4.4 10kV母线桥的选择 27

3.4.5 10kV汇流母线桥选择 29

3.4.6 母线桥支柱绝缘子选择 30

3.4.7 汇流母线桥支柱绝缘子选择 30

3.4.8 母线桥穿墙套管的选择 31

3.4.9 记录母线穿墙套管选择 31

3.4.10 高压熔断器选择 32

第一章 引言

随着现代化改革的加速进行，电气工程的蓬勃发展，电能已逐渐渗透到我们的工农业生产，以及日常生活中来。人们对于电能质量的需求越来越高，要求电力系统能够提供满足一定供电可靠性和电压合格率的电力。电能的优点非常之多：第一，它可快速且便捷地转变成其它形式的能量；第二，电能可以经过高压输电线路输送到很远的地方，以给远方供电；第三，生产部门用电能对机器进行控制，更容易实现生产生活的自动化，并且可以提高产品的质量以及生产的效益。以电能为核心的各种生产、制造行业在国民经济中占有极高比例。

我国变电站技术研究主要是有关220kV及以下的中低压变电站，以及其中采用的综合自动化技术，如何提高变电站的运行管理水平和技术水平，并且不断完善，使技术趋于成熟。随着制造厂生产出来的电气设备质量大幅提高以及供电电网可靠性的增加，变电所电气主接线的简化也逐渐趋于普及。例如开断器的制造技术逐年发展，可靠性大为提高，开断器的检修时间较之过去也大幅度减少。特别是国外一些知名生产厂家生产的超高压开断器均可达到20年不大修，并且部件更换所需时间异常之短。为了节约生产成本，提高经济效益，研究者们不断对此进行改良与优化。如今，我国的不少变电站已采用新型的、更为简单的接线方案。

本次毕业设计，需要结合我们自己得到的毕业设计原始资料，运用所学知识去分析和解决相关的实际问题。为了完成设计任务，我们需要参考变电站电气设计工程规范，了解变电站设计的基本过程。必须通过查阅书籍，课本和网络资源，经过大量翻阅工作，才能了解电气工程及其相关政策、技术规程等方面知识，从而理清自己的设计思路。定制合适的设计方案需要我们查询大量相关电气设备的最新动态价格等参数。

第二章 220kV变电站主接线设计说明书

2.1 待设计变电所概述

待设计发电所建立在地势平坦，交通方便的城市近郊，变电所电压等级为220kV/110kV/10kV，主要向开发区的炼钢厂供电，同时兼顾其附近的地区负荷，故该变电所从性质上来说属于地区变电所。

由原始资料分析可得，该变电所由对侧220kV变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电所；在中压侧110kV母线，送出2回线路至炼钢厂；在低压侧10kV母线，送出12回线路至地区负荷。

2.2 主变压器的选择

2.2.1主变台数的确定

（1）与系统联系较强的大、中型发电厂以及枢纽变电所，一般在中等电压等级下，主变压器不小于两台。

（2）与系统联系较弱的中、小型发电厂，低压侧电压为6~10kV的变电所，或者与系统的联系只起到备用性质时，一般只装一台主变压器。

（3）距人口密集地区较远的一次变电所或大型工业专用变电所，一般可设3台主变压器。

变电所中变压器愈多，其利用率愈高，供电所可靠性也越高。综上所述，变电所主变的台数不少于2台，最多不多于4台，本变电所设计拟选择2台主变压器。

2.2.2 主变压器容量的确定

（1）需要考虑变电所建成后5到10年规划负荷并以此进行选型： 考虑到远期10到20年的用电负荷发展情况，由于此变电所位于城市近郊，所以变压器的容量应考虑到近远期的城市规划。

（2）装设2台变压器的变电所，应考虑一台主变压器停运后，另一台主变压器单独运行时能够满足70%以上负荷的电力需要。

结合上述要求，根据计算书计算结果，选用容量为40MVA的主变压器。两台变压器型号为SFS11-40000/220型(详见计算书)。

2.2.3 主变压器相数及绕组的确定

相数的选择

330kV及以下的电力系在进行变压器选择时，若运输条件允许，一般采用用三相变压器。

绕组数的选择

具有三种不同电压的变电所中，若存在下列情况：

1. 通过主变压器各侧绕组的功率均能达到该变压器容量的15%以上；
2. 变压器低压侧无负荷，但在变电所内有装设无功补偿设备对其进行无功补偿；

主变压器一般采用三绕组变压器。同时为了符合经济效益，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，本变电站拟采用三相变压器。

容量比的选择

容量比的选择为：100/100/50；

中性点的接线方式

工程上规定，110kV~500kV侧其中性点须选择直接接地或经小阻抗接地，主变压器的6~63kV须采用中性点不接地的方式。

综上所述，主 变压器的220kV和110kV侧的中性点接地方式选择采用直接接地。

2.2.4 主变压器冷却方式的选择

主变压器的冷却方式一般有以下三种：

1. 自然风冷却；
2. 强迫油循环风冷却；
3. 强迫油循环水冷却；

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，本设计选择强迫油循环风冷却方式。

2.2.5 连接组别的选择

（1）绕组的接线方式需要和系统的电压相位一致，才能使变压器和系统并列运行。

（2）变压器绕组的接线方式只有星形“Y”和三角形“Δ”两种。我国规定110kV以上的变压器绕组中性点直接接地系统，而且要考虑到三次谐波会使电压、电流畸变的影响。根据以上原则，主变压器绕组的接线方式应选用YN,d11常规接线。

综上所述，并参照《电气工程毕业设计指南》，所选的主变压器型别和其技术数据如下：

采用SFS11-40000/220变压器，额定电压为/121/11kV，接线组别YNyn0d11，容量比为100/100/50，阻抗电压：=14，%=22，%=8。

2.3 主接线的选择与确定

2.3.1 各主接线设计的需求

电气主接线的设计是变电站设计的核心部分。此设计一般用来表现主要电气设备之间相互的连接关系，以及此变电所与其它电力系统之间的的电气连接关系，一般用单线图绘制而成。电气主接线中存在很多设备，主要有生降压变压器、开断器、隔离开关、变压器、电流互感器、避雷器、母线、接地装置、无功补偿装置等。电气主接线的形式有很多种，如单母线接线、双母线接线、桥形接线、单母线分段接线、双母线分段接线等。电气主接线在设计时要考虑到可靠性、灵活性、经济性。

2.3.2 220kV主接线的选择

根据电气工程相关规定，220kV侧出线在4回线路或以上时，接线一般采用双母线，因此本变电所220kV侧出线采用了双母线接线。因为220kV侧的开断器选择采用了六氟化硫（SF6）开断器，检修周期长，可靠性高，所以本设计不设旁路母线。双母线不带旁路接线，这种接线方式调度灵活。当双母线的两组母线同时工作时，通过母线联络开断器，使其与系统并联运行，电压与负荷平均分配在两组母线上。当母联开断器断开后，变电所负荷可同时接在主、副母线上运行。所以，变电所220kV侧采用双母线不带旁路接线。特点是运行可靠性高，任何母线检修或者母线上设备检进行修时均无需停掉线路。

2.3.3 110kV主接线的选择

根据原始资料可知，变电所110kV侧出线仅为两回。按照工程要求，应采用桥形接线。桥形接线分为内桥接线和外桥接线。内桥接线的特点是连接开断器接在线路开断器的内侧。因此，线路的投入和切除比较方便。当线路故障时，仅使线路开断器断开，不影响其他回路运行。考虑到主变压器不会频繁操作，以及为了实现线路操作以及检修的方便性，本设计选择内桥接线。

2.3.4 10kV主接线的选择

变电所10kV侧的接线方式，由原始资料可知，在低压侧10kV母线，送出12回线路至地区负荷，采用单母线分段接线，双回线路供电的用户接在两段母线上。供电可靠性高指当一段母线发生故障时，开断器将故障快速切除，保证未故障段母线能够正常供电，防止重要用户失去供电。同时具有操作和维护方便、经济性等优点。

2.4 配电装置选型

2.4.1 配电装置概述

配电装置的作用主要有分配电能，计算电能输出输入，控制电量输送等。它有自己的电气主接线，并且根据不同的接线方式，设备的选择也不尽相同。一般来说，配电装置均由母线、开断器、刀闸、继电保护装置等设备组成，是变电站的重要组成部分。

2.4.2 配电装置的分类及其特点

配电装置主要有三种，分别为屋内配电装置和屋外配电装置，还有特别定制的成套配电装置（配电柜）。

屋外配电装置分为中型、高型和半高型三种。屋内配电装置分为单层、双层和三层三种。屋内配电装置的特点是占地面积小，并且可分层布置，因此它的安全净距离也较其屋外更小；由于处于屋内，对设备的维护、巡视以及分合闸等操作均在室内进行，不受外部环境影响，比较方便；由于外界有害气体难以进入室内，难以对其造成影响，所以可以大幅减少维护工作量。但是正因为需要造一所容纳配电装置的设施，导致建筑投资增加，从其他地方增加了预算。屋外配电装置的特点正好与屋内配电装置相反，即安全净距大，占地面积大，因而便于带电作业；由于维护、巡视以及分合闸等操作均在室外进行，所以受外界环境影响较大；由于没有屋内配电装置一样的建筑保护，外界有害气体很容易影响到设备，运行条件也比较差，需加强绝缘，设备价格较高；也正因为如此土建工程量和费用较少，建设周期短，缺少了建筑的限制所以扩建也比较方便。成套配电装置结构紧奏，所需占地很少；可靠性高，维护方便，由于商家配置了完整的设备，所以建设方便，设置周期短，扩建和搬迁也十分方便；但是缺点在于消耗钢材较多，造价较高。

2.4.3 配电装置的选择

根据工程规定，成套配电装置广泛适用于35kV及以，且采用屋内配电装置；110kV及 以 上 采用屋外之配电的装置。

根据上面的分析，本设计中变电所220kV及110kV侧选择屋外配电装置，10kV侧选择单层式户内成套配电柜，选用的配电柜型号为KYN-12。

2.5 短路电流的计算

2.5.1 短路电流计算概述

短路是指所有不正常的相相之间或是相与地（对于中性点接地系统而言）产生通路的情况。在三相系统中，一般分为单相接地短路、两相接地短路、两相短路、三相短路这几种情况。其中三相短路故障情况较为严重，应该极其重视。所以在短路电流计算过程中应该以三相短路来计算，并以此来检验电气设备的稳定性；系统短路时是金属性短路；电力系统中各个元件的磁路处于非饱和状态；所以电源的电动势相位角相同。

2.5.2 短路电流的计算一般规定

在系统最大运行方式下，某点发生短路时通过设备和载流导体的短路电流最大；可以采用近似计算，即忽略元件的电阻，忽略输电线路电容，忽略负荷影响，且不考虑变压器的励磁电流和短路点的电弧阻抗。发电机采用"作为等值电抗，变压器220kV、110kV、10kV侧的基准电压分别取230kV、115kV、10.5kV。

2.5.3 有限大容量电源系统短路部分的电流计算

首先求出短路点与各电源之间的转移电抗，然后求出短路点与电源之间的计算电抗，接着根据计算电抗查相应的运算曲线求出I"、"、"、。

另外需要注意的是当gt;3时，可以视为无穷大电源系统，计算方法如下：

"="="=，并求出有名值。

2.5.4 短路电流计算的一般步骤

（1）画出短路点K1，K2，K3时的等值网络图。

（2）计算各电源与短路点之间的转移电抗。

（3）根据转移电抗计算出计算电抗。

（4）当≥3时，"="="=；当lt;3时，根据相应的短路电流曲线得"，"，"，用标幺值乘各自的基准值得出有名值，而短路点的总电流为个等效发电机所供的短路电流之和。

（5）计算短路冲击电流 ="

（6）计算短路电流周期热效应：

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