22060KV一次降压变电所电气部分初步设计(共58页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上220/60KV一次降压变电所电气部分初步设计学院：专业：电气工程及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：专心-专注-专业中文摘要电力系统专业的毕业设计是一次比较综合的训练，它是我们将在校期间所学的专业知识进行理论与实践的很好结合，运用理论知识和所学到的专业技能进行工程设计和科学研究，提高分析问题和解决问题的能力。在完成此设计过程中，我们可以学习电力工程设计、技术问题研究的程序和方法，获得搜集资料、查阅文献、调查研究、方案比较、设计制图等多方面训练，并进一步补充新知识和技能。本毕业设计论文是220/60KV一次降压变电所电气部分初步设计。为了保证供电的可靠性和一次性

2、满足远期负荷的要求，按照远期负荷规划进行设计建设，从而保证变电所能够长期可靠供电。根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及变电所设计等书籍的有关内容，设计过程中完成了主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划和防雷保护的规划等主要工作。在此期间，遇到的种种问题均通过反复比较、验算，并请教老师得以解决。毕业设计论文由设计说明书、设计计算书、一套图纸（电气主接线图、总平面布置图、配电装置断面图、防雷保护图）组成。内容较为详细，对今后扩建有一定的参考价值。近年来，电力在世界各国能源和经济发展中的作用日益增长，它已成为现代社会实用最广、需要最快的能

3、源。变电所的合理设计与建设是一个极其重要的组成部分。本次设计是通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细致的考虑工程设计的可靠性、经济性、灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。通过完成此毕业设计论文，进一步领会我国电力工业建设的政策观念和经济观点，培养对工程技术、经济进行较全面的综合分析能力。由于时间紧张和能力有限，此论文中难免会出现遗漏和错误，希望老师给予指点和更正。AbstractThe professional graduate in system in electric power design is once more synthesize of training, it

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15、 out with make correction.目 录引 言本毕业设计论文为浑河220/60KV降压变电所电气部分设计，要求所设计的变电所能长期可靠为其负荷供电。设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约能源和用地，对生产工艺、主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划设计、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成

16、较为完整的论文。目前，电力技术已成为世界能源领域的主流技术，发电、输电、配电技术的进步，提高了供电的能力、质量和可靠性，扩大了电力应用范围，因此，变电所的合理设计也变得尤为重要。设计工作是工程建设的关键环节。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。本论文即在遵循原则、合理规划、反复校验的基础上完成。原始资料分析一、 设计题目 浑河220KV一次降压变电所电气部分初步设计二、 变电所条件1、变电所为地区变电所，以14回60KV出线向地区用户送电。主要用户为工业用户。2所址地势平坦海拔100米，最高气温40，最低气温-35，

17、年平均气温-10，空气无污染，交通便利。三、 变电所60KV的用户负荷表序号负荷名称最大负荷（KW）功率因数出线出线回路数近期远期1机械厂5000100000.95架空12东科科技园5000100000.95架空13数字机床厂6000120000.95架空24高压电气厂8000120000.9架空25111变电所8000120000.9架空26121变电所6000100000.9架空27131变电所12000120000.9架空28市工业园8000150000.95架空2 最大负荷利用小时数T=5000H，负荷同时系数0.9，线损率为5%，重要负荷占65%。四、电力系统接线方式如图所示。 22

18、0KV100KM 70KM 80KM待设变电所250MVA 2*240MVA 2*200MWX=0.05 Uk=13% COS=0.85 Sj=100MW Xd=0.14第一章 变电所主变压器的选择1.1 主变压器台数的确定 1、 根据规程，为保证供电的可靠性和经济性，变电所一般装设两台主变压器。故本变电所选择两台主变。1.2 主变压器容量及型式的确定（1） 变电所中，主变压器一般采用三相式变压器，其容量应根据电力系统5-10年的发展规划进行选择。装有两台及以上主变压器的变电所中，当一台停运时，其余主变压器的容量至少能保证所供的全部负荷的70%。 （2）变电所中的主变压器在系统调压有要求时，一

19、般采用有载调压变压器，对于新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用无载调压变压器。（3）具有直接由高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级，减少重复降压容量，可采用双绕组。 根据本变电所实际情况，交通便利，只有两个电压等级220/60KV，故选择采用三相双绕组变压器。（4）根据计算，确定选择两台容量为90000KVA的变压器，其型号为SFPZ490000/220。主要参数如表11。表11 变压器主要参数额定容量（KVA）90000额定电压（KV）高压 2208*1.5%低压 69连接组标号YN，d11空载电流（%）0.8空载损耗（KW）102负载损耗（KW）369.9阻抗电压（

20、%）13.5第二章 电气主接线的选择变电所电气主接线是电力系统接线的主要组成部分，主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。2.1 设计原则（1）变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节省投资等要求。（2）220KV终端变电所的配电装置，当满足运行要求时，应尽量采用断路器较少的接线，如桥形接线等。2.2 设计的基本要求2.2.1 可靠性（1）应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。（2）主接线的可靠性在很

21、大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。（3）要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。2.2.2 灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：（1）调度要求，可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。（2）检修要求，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。2.2.3 经济性（1）投资省a、主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。b、要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。（2）占地面积小主接线设计要为配电装置

22、创造条件，尽量使占地面积减少。（3）电能损失小经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。2.3 本变电所电气主接线的选择2.3.1 220KV侧主接线的选择 根据变电所设计等书籍中关于接线形式适用范围规定可知，220KV配电装置出线回路不超过两回时，可选用单母线、单母线带旁路接线，也可使用桥式接线。下面选取单母线带旁路和内桥接线两种方案进行介绍和比较，从而选择最佳方案作为本变电所侧一次主接线。方案一 单母线带旁路接线 图21 单母线带旁路接线方案二 内桥接线 图22 内桥接线表21 220KV侧主接线方案比较方案一：单母线带旁路方案二：内桥特点变压器投切方便，进

23、线断路器检修时，可由旁路断路器可靠供电。线路的投入和切除比较方便，当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但是变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回为发生故障的线路的运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。因此，利于线路的运行操作。可靠性方案一当控制变压器的断路器出现故障时，该变压器只好停运，而方案二中当控制变压器的断路器出现故障时，可由旁路隔离临时供电。经济性由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只比较综合造价。方案一比方案二占地面积大，设备多，故方案一不经济。灵活性方案一比方案二投切变压器时，倒闸操作方便。 综上述，方案一比较灵活

24、，方案二占地小，投资少，供电可靠，考虑综合因素，选方案二：内桥接线为本变电所一次侧主接线。2.3.2 60KV侧接线的选择由于 60KV侧进出线数共16回，查找规程，可选用双母线，而当配电装置的进线和出线总数为1216回时，在一组母线上设置分段断路器，且采用双母线的220KV配电装置一般设置旁路母线，且出线超过11回可装设专用旁路断路器。故本变电所二次侧采用双母线分段带旁路，设置专用旁路断路器的接线方式。图23 双母线分段带旁路接线关于二次侧方案的说明：采用此种接线方式的特点是：两组母线同时工作，并通过母联断路器并联运行，可以轮流检修母线而不致使供电中断。检修任一回路的隔离开关，只停该回路，不

25、影响其他回路供电，且母线故障后，可迅速恢复供电，调度灵活，各电源和各负荷回路可以任意分配到某一组母线上，有利于扩建和便于试验。综上述，本变电所主接线选择：一次侧采用内桥接线，二次侧采用双母线分段带旁路接线。第三章 短路电流的计算3.1 短路电流计算的目的（1）电气主接线的选择（2）选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保证安全可靠，而且在发生短路时保证不损坏。（3）选择断电保护装置。3.2 短路的基本类型三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。为了检验和选择电气设备和载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用下述短路

26、电流值。Ich：短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。I：超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值。I：稳态短路电流有效值。3.3 短路电流计算的基本假定（1）正常运行时，三相系统对称运行。（2）所有电源的电动势相位角相同。（3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁蕊的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。（6）元件的计算参数取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。（7）输电线路和电容略去不计。3.4 一般规定（1）验算导体和电器动稳定、热稳定，以及电器开断电流所用的短路电流，应按本

27、设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，确定适中电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式。而不按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3）选择导体的电器时，对不带电抗器的回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。（4）导体和电器的动稳定，热稳定，以及电器开断电流，一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。3.5 计算步骤3.5.1 画等值电抗图（

28、1）首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。（2）选取基准容量和基准电压。（3）计算各元件的电抗标么值。3.5.2 选择计算短路点（1）求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。（2）各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。（3）列出短路电流计算数据表。3.6 计算方法3.6.1 标么值法取基准容量SB=100MVA，基准电压UB=Uav计算用公式：发电机电抗：XG=X 线路电抗：XL*=0.4L 变压器电抗：X*= 短路电流周期分量有效值：IK*= 冲击电流：ich=2.55I11 3.6.2 网络变换 如下图： 图31 网络变换图（1） /Y变换 X1=X13X12/(X1

29、3+X12+X23) X3=X13X23/(X13+X12+X23)X2=X12X23/(X13+X12+X23) （2）Y/变换 X13=X1+X3+X1X3/X2X12=X1+X2+X1X2/X3 X23=X2+X3+X2X3/X1 3.6.3 三相短路电流周期分量的计算（1） 无限大电源供给的短路电流当供电电源为无穷大或者计算电抗Xjs3.45时，不考虑短路电流周期分量的衰减。（2）有限电源供给的短路电流先将电源对短路点的等值电抗X*，归算到以电源容量为基准的计算电抗Xjs，然后按Xjs值查相应的发电机运算曲线，或查发电机的运算数字表，即可得到短路电流周期分量的标幺值。第四章 主要电气设

30、备的选择正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。4.1 一般原则（1）应满足正常工作状态下的电压和电流的要求。（2）应满足安装地点和使用环境条件要求。（3）应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。（4）应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。4.2 高压断路器的选择 （1）断路器额定电压Ue大于电网电压Ug，UeUg（2）高压断路器的额定电流Ie应大于或等于它的最大持续工作电流Igmax，IeIgmax（3）型式和结构（2） 动稳定校验断路器

31、的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich3即idwich3.（3） 热稳定校验高压断路器的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量（4） 开断电流能力校验断路器的额定开断电流Ibr应大于短路电流的有效值I11 ，即Ibr I11. （5） 关合能力校验断路器的额定关合电流Ip,应大于冲击电流ich3,即Ip ich3.本变电所220KV侧选用型号为LW(OFPT(B)-220的断路器, 60KV侧选择型号为LW(OFPT(B)-63断路器。其主要参数如表41所示。表41 断路器主要参数型号LW(OFPT(B)-220LW(OFPT(B)-63额定电压(KV)

32、22063最高工作电压(KV)25272.5额定电流(A)12501250额定短路开断电流(KA,有效值)31.525额定短路关合电流(KA,峰值)80633S额定短时耐受电流(KA,有效值)31.525额定峰值耐受电流(KA,峰值)8063分闸时间(MS)30304.3 隔离开关的选择隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。（1）隔离开关额定电压Ue大于电网电压Ug，UeUg（2）隔离开关的额定电流Ie应大于或等于它的最大持续工作

33、电流Igmax，IeIgmax（3）型式和结构（4）动稳定校验隔离开关的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich3即idwich3.（5）热稳定校验隔离开关的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量本变电所220KV侧选择型号为GW4-220的隔离开关，60KV侧选择型号为GW4-63的隔离开关。表42 隔离开关主要参数型号GW4-220GW4-63额定电压(KV)22063最高工作电压(KV)25272.5额定电流(A)125012504S热稳定电流(KA,有效值)31.520动稳定电流(KA,峰值)8050分闸时间(S)0.030.034.4 电压互感器的

34、选择（1）按额定电压选择选择原边额定电压Ue1要与接入的电网电压相适应，即要求电压互感器原边所接受的电网电压应满足下列条件：1.1Ue1U10.9Ue1其中：U1 电网电压Ue1 电压互感器一次绕组额定电压（2）按准确级和容量选用于电度计量的电压互感器，准确度不低于0.5级，用于电流、电压测量的准确度不应低于1级，用于继电保护不应低于3级。（3）结构种类选择60KV及以上可选串级式电压互感器。110KV及以上可选用电容分压式电压互感器。本变电所220KV侧选择型号为JDCF-220（GYW2）的电压互感器。60KV侧选择型号为JDCF-63的电压互感器表43 220KV侧电压互感器型号JDCF

35、-220（GYW2）额定电压比（KV）二次绕组额定输出（KV）测量0.2级0.5级100100保护3P级3P级250500剩余电压绕组 额定输出（VA） 300准确级 3P表44 60KV侧电压互感器型号JDCF-63额定电压比（KV）二次绕组测量保护剩余准确级0.2 0.5 3P3P额定输出 (VA)50 100400100极限输出（VA）2000频率（HZ）504.5 电流互感器的选择（1） 按一次额定电压选择:UeUg （2） 按原边额定电流选择：IelIgmax（3） 设备种类、结构（4）按准确度级和副边负荷选择额定电流为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的

36、准确级，为保证互感器在一定的准确级工作，电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。（5）动稳定校验电流互感器的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich3即idwich3.（6） 热稳定校验电流互感器的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量本变电所220KV侧选择型号为LB6-220的电流互感器，60侧选择型号为LCWB5-63的电流互感器。表45 220KV侧电流互感器参数表型号LB6-220额定电压（KV）220最高工作电压（KV）252额定一次电流（A）300额定二次电流（A）5级次组合0.5/10P/10P/10P/10P/1

37、0P额定输出 COS=0.8 （KVA）0.5级3010P级60额定短时热电流（KA/S）31.5/1动稳定电流（KA）80表46 60KV侧电流互感器参数型号LCWB5-63额定电流比（A）900/5准确级0.5B额定输出 COS=0.8 （KVA）0.5级1K1，1K2 300.5级1K1，1K3 50B 2K1，2K2，3K1，3K2 50额定1S短时热电流（KA）25额定动稳定电流（KA）62.54.6 母线的选择4.6.1 母线的选择包括母线材料和母线截面的选择（1）电流分布良好。（2）散热良好。（3）有利于提高电晕超始电压。（4）安装检修方便，连接简单。4.6.2 导体截面选择和校

38、验（1）按经济电流密度选择对于全年平均负荷较大，母线较长，传输容量也较大的回路，均应按经济电流密度选择。S= S：经济截面 Ig；工作电流A J：经济电流密度查1995年电力部颁发的经济电流密度表（3） 按短路热稳定检验S 其中 S: 所选导体截面mm2C: 热稳定系数Kf: 集肤效应系数本变电所220KV侧选择母线型式为钢芯铝母线，型号为LGJ-240，不需进行动稳定校验。60KV侧选择母线型式为组合导线，型号为2LGJQ-400，不需进行动稳定校验。4.7 避雷器的选择4.7.1 避雷器的设计原则（1）配电装置的每组母线上应装设避雷器。（2）110-220KV线路侧一般不装设避雷器。避雷器

39、也是目前广泛使用的，但它存在着各种电压作用下的老化问题，寿命和热稳定问题，在价格上同磁吹阀型避雷器相比没有明显的优越性，在特殊情况下才被使用。管型避雷器由于动作时形成截波对变压器的纵向绝缘不利，所以不被采用。FZ避雷器的造价远远低于FC2避雷器，两者的工作能力相差不大，考虑经济利益，本设计全部选用FZ避雷器。本变电所220KV侧选择型号为FZ-220J的避雷器，60KV侧选择型号为FZ-60的避雷器，变压器中性点选择XING型号为FZ110的避雷器。表47 220KV侧避雷器参数表型号额定电压有效值（KV）灭弧电压有效值（KV）工频放电电压有效值8/20S雷电冲击波残压峰值不大于（KV）不小于

40、不大于5KA10KAFZ-220J220200448KV536KV652715表48 60KV侧避雷器参数表型号额定电压有效值（KV）灭弧电压有效值（KV）工频放电电压有效值8/20S雷电冲击波残压峰值不大于（KV）不小于不大于5KA10KAFZ-606070.5140KV173KV227250表48 变压器中性点避雷器参数表型号额定电压有效值（KV）灭弧电压有效值（KV）工频放电电压有效值8/20S雷电冲击波残压峰值不大于（KV）不小于不大于5KA10KAFZ-110110125254KV312KV375415第五章 配电装置的设计配电装置是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、

41、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。5.1 电气布置 在220KV变电所设计中，电气布置的设计是比较关键的一步，在布置中要考虑主接线所确定的形式和间隔，考虑变压器设置地点，考虑避雷设备的设置，控制电缆的走向进行总体布局。在布置中要考虑监视、运行方便、占地面积小、节约控制电缆、出线合理等要求。电工建筑物总平面布置的基本要求：（一） 满足电气生产工艺流程要求。（二） 慎重确定最终规模，妥善处理分期建设。（三） 布置紧凑合理，尽量节约用地。（四） 结合地形地质，因地制宜布置。（五） 符合防火规定，预防火爆事故。（六） 注意风象朝向，有利环境保护。（七） 控制噪声。（八） 合理分区

42、，方便管理。（九） 有利于交通运输及检修活动。（十） 电工建筑物与外部条件相适应。5.2 配电装置设计原则查高压配电装置设计技术规程高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据电力系统条件，自然环境特点和运行，检修等要求，合理地制订布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置，新设备和新材料，使设计做到设计先进，经济合理，运行可靠，维护方便。5.3 配电装置型式的选择配电装置型式的选择，应考虑所在地的地理情况及环境要求，通过技术比较确定，一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式，110KV以上多为屋外式，故本变电所设计采用屋外式配电装置。5.3.

43、1 屋外配电装置的特点（1） 土建工作量和费用较小，建设周期短。（2） 扩建比较方便。（3） 相邻设备之间距离较大，便于带电作业。（4） 占地面积较大。（5） 受外界环境影响，设备运行的条件较差，须加强绝缘。（6） 不良气候对设备维修和操作有影响。5.3.2 屋外配电装置的种类 根据电器和母线的布置高度，屋外配电装置可分为：高型、半高型、中型。中型配电装置按照隔离开关的布置方式又分为普通中型和分相中型两种。5.3.3 屋外配电装置的最小安全净距 表51 屋外配电装置的最小安全净距 单位（MM）符号适用范围220KV60KVA1带电部分至接地部分之间1800650A2不同相的带电部分之间2000650B1带电作业时带电部分至接地部分之间25501400B2网状遮拦至带电部分之间1900750C无遮拦裸导体至地面之间43003100D平行的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间380026005.3.4 屋外配电装置的若干问题（1）母线及构架本变电