220kV变电所设计毕业设计.docx

220kV变电站设计43第一章 绪 论1.1 选题背景与意义1.1.1 选题背景随着智能电网和特高压电网的大力推进，电网规模正日益快速增长。变电站作为电能传输的关键节点，起到了升压或者降压的作用，使电能在一个合适的电压等级水平传输以达到降低损耗的目的。设计合理的变电站能够带来巨大的经济效益和社会效益，设计不合理的变电站或者是变电站设计的失误往往会给国民经济造成无法挽回的损失。目前，随着我国城乡电网建设与改革工作的推进，除了常规变电站之外，还出现了微机变电站、综合自动化变电站和无人值班变电站等，为保持国民经济持续健康发展，在新形式下，必须更加关注变电站设计。变电技术与电网发展以及设备制造水平密切相关。近年来，随着智能电网和特高压电网的大力推进，电网规模正日益快速增长。目前我国已建成的500kV变电站有近200座，220kV变电站也有几千座；500kV网架已成为主要的输电网络，各区域之间实现了联网，最终将实现全国电网互联。随着电气设备制造水平的不断提高，设备性能和质量也都有了较大的提升。除了传统的高压设备外，智能、自动、数字化的高压配电装置也都有了新的发展；计算机监控的微机保护已经在电力系统中得到了全面推广采用。变电站规划设计需满足可靠性、经济性、灵活性的要求。其中，可靠性是指规划方案要能满足正常运行和事故扰动下的要求；经济性是指规划方案考虑投资和年运行费后的年费用最小；灵活性是指规划方案不仅要适应调度运行可能发生的各种运行方式，而且要便于过渡，且能应对规划中电源和负荷的适度变化。由于可靠性、灵活性、经济性三者之间相互制约，并常常会发生矛盾，故需权衡利弊，尽量达到综合最优。近年来，我国电网供电可靠性有了大幅提高，电网的稳定运行，为我国经济发展打下了坚实基础。在未来，随着经济与科学技术水平的发展，变电技术还将有新的突破，同时也将给电力工程技术人员提出一些需要解决的问题，例如：提升电压等级、站点选择如何深入负荷中心、进入市区如何减少占地问题；在电网联系变得越来越密切的情况下，如何解决发生事故时故障的快速切除、故障点的隔离以保证电力系统安全稳定问题；电网短路电流水平不断提升，如何限制短路电流大小问题；在保证供电可靠性前提下，如何恰当选择电气主接线和设备、降低工程造价问题等。1.1.2 选题意义大学四年完成了包含电路、电机学、发电厂电气部分、电力系统分析（稳态、暂态）、继电保护等电力系统主干课程的学习，为以后从事电力系统方向的工作打下了良好的基础。变电站设计涉及到多个方面的内容，如变压器选型，电气主接线设计，短路电流计算，继电保护配置以及高压防雷知识等，几乎涵盖了本科期间所学的所有电力系统方面的内容。通过本次毕业论文设计，可以加深对电力系统理论知识的理解，熟悉变电站设计的工作内容，提高自己理论联系实践的技能，培养解决实际问题的能力，为以后走上工作岗位打下更加坚实的基础，都具有重要的实际意义。1.2 本文的主要工作本文以变电站设计为最终目的，在广泛查阅文献与技术手册的基础上，研究了变压器选型，电气主接线设计，短路电流计算，继电保护配置以及高压防雷保护配置等，主要开展了以下工作：第一章绪论。在论述了论文研究背景与意义的基础上，明确了本文研究的主要内容。第二章原始资料及数据分析。对本文待设计的变电站进行数据分析，为开展后续工作打好基础。第三章主变压器的选择。根据待规划变电站的地理位置、负荷情况、重要性等因素选择主变压器并确定其台数、容量、型号、参数。第四章电气主接线设计。在论述主接线方式及设计原则的基础上，为本文待规划变电站设计最优的主接线形式，并做出住接线图。第五章短路电流计算。研究变电站各个电压等级下的短路并计算最严重情况下的短路电流。第六章导体和电气设备选择。研究按照正常工作条件选择，按照短路条件校验的原则选择待规划变电站的导体和电气设备。第七章继电保护配置。当电力系统发生故障时，为了及时将故障切除使故障部分免于继续遭到损坏、非故障部分继续运行，需要给变电站配置继电保护装置。第八章防雷保护。为待规划变电站设计防雷保护，使变电站导体和电气设备免遭雷电的损坏。第九章总结。总结本文研究内容及成果，并结合论文存在的不足，展望后期可进一步开展的研究工作。第二章 原始资料及数据分析2.1 原始资料（一）变电站性质：本站为枢纽变电站，以110kV电压等级向地区用户供电。（二）站址条件：建于大城市近郊，向市区用电和大工业用户供电。地势平坦，交通便利，有公路、铁路经过。最低温度-30，最高气温+38，年平均气度+10，最大风速30m/s，覆冰厚度10 mm，土壤电阻率500. m，地震烈度 Imax=273.74 A(b) 开断能力： Idu = 31.5 KA Ik = 13.68 KA(c) 关合能力： Igu = 80 kA ish=34.82 kA(d) 热稳定： Ig = 31.5 kA 由选择结果表可见各项条件均能满足，故选LW1220/2000型六氟化硫断路器合格。() 隔离开关的选择 由 UNS = 220kV Imax = 273.74A 查表可选GW4220/630型隔离开关。根据以知数据效核如下：(a) 工作电流： Imax = 273.74 A 630A(b) 动 稳 定： ich = 34.82kA Imax=220.44A (b) 开断能力： 18.4 kA (c) 动稳定： ich = 14.627kA 55kA (d) 热稳定： 由选择结果可见各项条件均能满足要求，故选择SW4110/1000型少油断路器合格。6.5.2.2 隔离开关的选择 选用GW4110D/60050型号隔离开关。额定电压UN = 110KV，额定电流 IN=600KA，动稳定电流ich = 50KA.。 校 验：（a） 工作电流： Imax = 220.44A 600A（b） 动稳定： ich = 14.627kA 50kA（c） 热稳定： 由此可见所选GW4110D/60050型号隔离开关合格。6.5.2.2 电压和电流互感器的选择依电压互感器的选择条件我们分别选出220kV、110KV、10kV压互型号分别为：JCC1-220型油浸式、JCC2-110型油浸式、JSJW-10型三相五柱电压互感器它们二次侧电压均为5A。 电流互感器的选择： 线路保护： 选用 LCWB110B/300，0.2/P/P级 主变保护： 选用 LCWB110/300，0.5/D1/D2级6.5.3绝缘子和穿墙套管选择220KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-220/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选CRLQ1-220/1200型。110KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-110/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选CRLQ1-110/600型。10KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-10/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选CWWL-10/2000-2型。第七章 继电保护配置7.1 概论电力系统中故障或扰动时有发生，如何保障电力系统的安全稳定运行时一个必须要关注的问题。继电保护装置的作用是反映电力系统中电气设备的故障或不正常的运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号；快速、有选择的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损害，使非故障元件继续运行。继电保护的配置的应符合选择性、速动性、灵敏性、可靠性四个基本要求。设计应满足继电保护和安全自动装置方面的技术规程。供电系统的继电保护是保证安全供电的重要工具。电力系统中的电力设备和线路应有主保护和后备保护以及必要时增设的辅助保护。主保护能快速并且有选择地将故障元件从本段线路保护范围内切除。后备保护主保护或断路器拒动时切除故障，作为主保护的后备保护。后备保护又可分为远后备保护和近后备保护两种形式。其中：远后备指当主保护或断路器拒动时，由相邻设备或线路的保护动作来切除故障实现后备；近后备指当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套保护动作来切除故障实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护动作切除故障实现后备。辅助保护当需要加速切除故障线路或消除方向保护元件的死区时，可采用电流速断构成的辅助保护动作来切除故障。7.1.1继电保护装置的设计原则（1）当被保护元件发生故障影响设备的正常运转时，保护装置应动作于跳闸；在发生不正常运行时，保护装置应动作于信号。（2）为保证系统非故障部分的正常供电，保护装置应以足够小的动作时限去切除故障。（3）系统故障时，保护装置有选择地动作将故障切除；若必须加快动作以消除故障，可无选择性跳闸，由自动重合闸来补救保护的无选择性动作。（4）选择保护方式时，不考虑可能性很小的故障类型和运行方式。（5）保护装置的电压回路断线时，如可能造成保护装置的误动作，则应装设电压回路断线闭锁装置并发出信号。（6）在表示保护装置动作的出口上应装设信号继电器。（7）主保护装置除完成主保护任务外，如有可能还应作为相邻元件的后备保护。（8）当保护装置因动作原理而不能起相邻原件后备保护作用时，应在所有或部分断路器上装设单独的后备保护。（9）为了相邻元件后备保护作用而使保护装置复杂化，或在技术上不能达到完全的后备作用时，允许缩短后备作用范围。（10）在实际可能出现的最不利运行方式和故障类型下，保护装置应有足够的灵敏系数。（11）保护装置的灵敏性应该与相邻设备或线路配合。（12）保护装置所用的电流互感器在最不利的条件下其误差应小于10%。7.1.2 继电保护装置的电源继电保护装置的电源，包括了保护装置本身各元件的工作电源和相关断路器跳闸的操作电源。工作电源与操作电源有直流操作和交流操作两种情况。直流操作包括蓄电池复式整流和电容器储能等，发电厂和110kV及以上变电站通常采用蓄电池作为直流电源。110kV以下的终端变电站可用电容储能直流电源或复式整流电源。继电保护装置的电源应具有好的可靠性和稳定性，电源容量和电压质量均应在最严重的事故情况下保证给继电保护装置供电的可靠性。交流操作一般是利用被保护元件的电流互感器作为短路保护装置的操作电源。用在不重要的终端变电站。7.2 电力变压器保护的设计7.2.1 概述变压器是变电站中最贵重和最重要的设备，是关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，使电能在一个合适的电压等级水平传输以达到降低损耗的目的。大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度接近于铁心的饱和磁通密度，因此在过电压或低频率等异常运行方式下，偶尔会发生变压器的过励磁故障。根据上述故障类型和不正常运行状态，对变压器应装设下列保护。（1）瓦斯保护油浸式变压器一般应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时作用于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器。（2）纵联差动保护或电流速断保护对于2000kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。上述保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。（） 外部相间短路时，应采用的保护（4）外部接地短路时，应采用的保护对于中性点直接接地的系统，当外部网络发生接地故障时，将产生很大的短路电流，若变压器中性点接地运行，此时应装设零序电流保护。当网络中部分变压器中性点直接接地，为防止发生接地故障时，中性点接地的变压器保护动作跳开后，中性点不接地的变压器仍带接地故障继续运行，应根据情况，装设专用的保护装置：如零序过电压保护、中性点装放电间隙加零序电流保护等。（5）过负荷保护对400KVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电站，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。（6）过励磁保护高压侧电压为500KV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。（7）其它保护反应变压器温度及油箱内压力升高或冷却系统的故障，应根据现行变压器标准，装设可动作于信号或动作于跳闸的装置。7.2.2 变压器的瓦斯保护当故障位于变压器油箱内部时，故障点电流和电弧将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，气体将从油箱扩散至油枕的上部。当故障严重时，温度较高，油将迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流向油枕的上部。利用油箱内部故障时的故障特征，构成反应上述气体而动作的保护装置称为瓦斯保护。7.2.3 变压器电流速断保护当变压器容量较小时，可以将电流速断保护作为变压器的主保护。保护装设在变压器的充当电源的一侧，若被保护网络为中性点不直接接地系统，按两相式接线，否则的话按三相式接线。为了提高保护对变压器高压侧引出线接地故障的灵敏度，可采用两相三继电器接线方式。7.2.4 变压器纵联差动保护纵联差动保护对于变压器正常运行和区外故障时不动作，当保护范围以内故障时可靠动作，且可以躲避电力系统震荡的影响，因此可以将纵差动保护配置到变压器。7.2.4 变压器保护配置由以上分析可知主变压器可采用下列保护：（1）主保护： 纵联差动保护。作为变压器引出线、套管及内部故障的主保护，瞬时动作于跳两侧断路器。 瓦斯保护。作为变压器内部故障的主保护，其中轻瓦斯动作发信号，重瓦斯动作于跳两侧断路器。 有载分接开关调压装置轻瓦斯动作发信号，重瓦斯动作于跳两侧断路器。 温度信号装置。作为变压器上层油温的信号装置。 主变压器油位的信号装置。（2）主变压器后备保护： 35KV侧设置过电流保护，动作跳两侧断路器。 35KV侧设置过负荷保护，动作发信号。7.3 电力线路保护的设计7.3.1 220KV电力线路继电保护的装置原则（1）对简单电网，采用三段式的电流保护。速断、限时速断保护作为主保护，过电流保护作为后备保护。如保护不能满足速动性或灵敏性要求，应以自动重合闸来补救。（2）对复杂电力系统可采用距离保护。（3）对并列运行的平行双回线电力系统，宜装设横联差动保护作为主保护。以接于两回线电流之和的阶段式电流保护作为两回线同时运行的后备保护，及一回线断开后的主保护及后备保护。（4）对复杂网络中的短线路，一般用带辅助导引线的纵联差动保护作为主保护，以电流电压保护作为后备保护。7.3.2 10kV电力线路继电保护的装置原则（1）相间短路保护 对于不带电抗器的单侧电源线路，可采用定时限特性或反时限特性的电流保护。 对于双侧电源电力线路，一般可装设三段式或多段式方向电流保护。 对于并列运行的线路，应装设横联差动保护或电流平衡保护作为主保护，以反应两回线电流之和的电流保护作为后备保护，及一回线断开后的主保护及后备保护。（2）单相方向接地保护在发电厂和变电站母线上，应装设单相接地监视装置，监视装置反应零序电压，动作于信号。必要时装设动作于跳闸的单相接地保护。（3）电力线路的过负荷保护对于可能经常出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护，保护装置应带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。由以上分析可知：1220kV桥断路器保护装设限时速断保护、过流保护及充电保护。210kV出线保护采用三段式电流保护及三相一次重合闸。310kV分段保护装设限时速断保护、过流保护及充电保护。410kV电容器保护装设差电压保护、限时电流速断保护、过电流保护、过电压保护、电流闭锁失压保护。第八章 防雷保护8.1 概述雷电放电产生的雷电流高达数十、数百，甚至上千安，将会产生巨大的电磁感应和热效应。从电力的角度考虑，有两个方面是最值得我们注意的：雷电放电在电力系统中引起雷电过电压（也称为大气过电压），它是导致电力设备绝缘故障和停电事故的主要原因之一；雷电放电产生的过电流，有可能使被击物体炸毁、燃烧，使导体熔断或由于巨大的电动力导致设备机械损坏。变电站是多条输电线路交汇的枢纽，变电站的雷害事故比较严重，经常引起大面积停电。其次，变电设备的绝缘水平往往低于线路，且不具有自恢复功能，一旦因雷过电压而发生击穿，后果十分严重。总之，变电站的防雷保护与输电线路相比，要求更严格、措施需更严密可靠。8.2 直击雷保护8.2.1 保护对象屋外配电装置，包括组合导线、母线廊道。8.2.2 保护措施a.220及110KV配电装置：装设避