220KV变电所电气部分设计毕业设计(DOC 51页)

毕业设计论文任务书 班号 秋电气班 院系 同组 指导教导 XXXX 一、 课题名称论文标题某220KV变电所一次部分电气初步设计二、 课题内容本次设计的课题是一座220KV变电站一次初步设计，该变电所是一座地区性的重要枢纽变电所，它担负着220KV和110KV两个电压等级之间的功率交换。今欲组建的220KV降压变电所位于某中型城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，且附近还有地区负荷。因而，该地区工农业负荷集中，需电量大。而原有的220KV变电所和火电厂对某些大型电力用户供电距离过大，使电压质量不能很好地满足要求，供电可靠性达不到预期要求。所以这些条件为组建220KV变电所提供了必要性，也正是建所的主要目的。220KV降压变电所位于该地区网络的枢纽点上，地势平坦，交通方便。高压侧以接受系统电能为主，降压后供电给本地区的110KV变电所用户。因此它属于地区变电所，对本地区的正常供电起到了重要作用。假设全所停电，造成重要经济损失，甚至危及生命。本所电压等级为220/110/10KV。其中220KV电压等级母线有2回输出线路；110KV电压等级送出2回线路；在低压侧10KV送出12回线路并全部采用电缆出线。这篇论文是经我国现行的各有关标准，规程和技术标准为依据。此设计是一个初步设计，在参考有关资料和书籍的基础上，完成设计任务书上的所有要求，并且在指导老师的指导下，力争使设计方案到达最优状况。三、课题任务要求1、电气主接线设计。 2、短路电流计算及设备选择。 3、配电装置设计。 4、防雷保护与接地设计。四、同组设计者无五、主要参考文献1 王梅义. 220-500KV变电所设计技术规程. 北京：水利电力出版社， 1995年 2 李强. 220330KV变电所设计技术规程. 北京：中国电力出版社， 1989年 3 朱力. 电力工程设计手册. 天津：天津大学出版社， 1989年 4 陈衡. 35-110KV变电所设计标准. 北京：中国电力出版社， 1998年 5 陈光琦. 导体和电器选择技术规程. 北京：中国电力出版社， 2002年 6 贺家李、宋从矩. 电力设备过电压保护技术规程. 北京：中国电力出版社， 2003年 7 周文俊. 高压配电装置技术规程. 北京：电力工业出版社， 1999年 8 庄日平. 短路电流计算. 北京：水利电力出版社， 1994年 9 张国华. 继电保护和安全自动装置技术规程. 北京：中国电力出版社，1996年 10 张道民. 发电厂电气部分. 北京：第三版. 水利电力出版社， 1999年 指导教师签字 教研室主任签字 年 月 日摘 要该地区工农业负荷集中，需电量大。而原有的220KV变电所和火电厂对某些大型电力用户供电距离过大，使电压质量不能很好地满足要求，供电可靠性达不到预期要求。所以这些条件为组建220KV变电所提供了必要性，也正是建所的主要目的。分别以110KV和10KV的电压向附近工业部门供电，设计要求采用220KV出线2回,110KV出线2回，10KV出线12回电缆。基于上述条件，变电站的设计在满足国家设计标准的基础上，尽量考虑当地的实际情况。形式上采用独立变电站。主变压器采用满足需求的三绕组变压器，一次设备的选取都充分考虑了生产的需要。在防雷上采用通用的防雷设计方法。在保证供电可靠性的前提下，减少事故的发生，降低运行费用。关键词：220KV变电站；继电保护；防雷；可靠性目 录设计任务书.1摘要 3第1章 引言.6第2章 设计说明书.72.1 总体分析72.1.1 变电所总体分析.72.1.2 负荷分析.72.1.3 主变压器的选择.72.2 电气主接线设计.92.2.1 电气主接线设计的基本要求和基本原则102.2.2 各电压等级电气主接线设计.112.3 短路电流计算.142.3.1 短路电流计算的目的与系统运行方式确实定142.3.2 短路形式确实定与短路计算点确实定152.3.3 短路电流的计算152.4电气设备选择.182.4.1 选择导体和电气设备的一般条件.182.4.2 电气设备的形式选择.192.4.3 电气设备和导体选择结果览表.202.5配电装置及总平面布置设计.212.5.1 配电装置设计原则.222.5.2 形式选择与配电装置选择.222.5.3 总平面设计.232.6防雷设计.232.6. 1防雷设计原则.232.7继电保护的规划设计.242.7.1 变压器主保护.252.7.2 变压器后备保护.252.7.3 母线保护.25第3章 设计计算书263.1短路电流计算的目的.263.2短路电流的计算.263.2.3 参数计算.273.2.4各短路点短路电流的计算28第4章 电气设备的选择.384.1 220kV侧电气设备选择.384.1.1 高压断路器的选择.384.1.2 隔离开关的选择.394.1.3 电压互感器的选择.394.1.4 电流互感器的选择.394.1.5 母线的选择.404.1.6 母线支柱绝缘子的选择.404.1.7 穿墙套管的选择.404.2 110kV侧电气设备选择.414.2.1 高压断路器的选择.414.2.2 隔离开关的选择.424.2.3 电压互感器的选择.434.2.4 电流互感器的选择.434.3 10kV侧电气设备选择.434.3.1 高压断路器的选择.434.3.2 隔离开关的选择.444.3.3 电压互感器的选择.454.3.4 电流互感器的选择.454.3.5 10kV母线的选择.454.3.6 母线支柱绝缘子的选择.464.3.7 穿墙套管的选择.47结束语48参考文献 .49致谢 .50第1章 引言电力事业的日益发展紧系着国计民生。它的发展水平和电气的程度，是衡量一个国家的国民经济发展水平及其社会现代化水平高低的一个重要标志。党的十六大提出了全面建设小康社会的宏伟目标，从一定意义上讲，实现这个宏伟目标，需要强有力的电力支撑，需要安全可靠的电力供给，需要优质高效的电力服务。本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。通过对原始资料的分析、主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电器设备的选择及效验、线路图的绘制以及避雷器针高度的选择等步骤、最终确定了220kV变电站所需的主要电器设备、主接线图以及变电站防雷保护方案。通过本次毕业设计，到达了稳固“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，体验和稳固我们所学的专业基础和专业知识的水平和能力，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题，培养我们独立分析和解决问题能力的目的。务求使我们更加熟悉电气主接线，电力系统的潮流及短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，并在设计中增新、拓宽。提高专业知识，完善知识结构，开发创造型思维，提高专业技术水平和管理，增强电脑应用能力，成为一专多能的高层次复合型人才。第2章 设计说明书2.1总体分析2.1.1变电所总体分析今欲组建的220KV降压变电所位于某中型城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，且附近还有地区负荷。因而，该地区工农业负荷集中，需电量大。而原有的220KV变电所和火电厂对某些大型电力用户供电距离过大，使电压质量不能很好地满足要求，供电可靠性达不到预期要求。所以这些条件为组建220KV变电所提供了必要性，也正是建所的主要目的。220KV降压变电所位于该地区网络的枢纽点上，地势平坦，交通方便。高压侧以接受系统电能为主，降压后供电给本地区的110KV变电所用户。因此它属于地区变电所，对本地区的正常供电起到了重要作用。假设全所停电，造成重要经济损失，甚至危及生命。本所电压等级为220/110/10KV。其中220KV电压等级母线有2回输出线路；110KV电压等级送出2回线路；在低压侧10KV送出12回线路并全部采用电缆出线。2.1.2负荷分析变电所综合最大负荷是选择主变压器容量及台数配置的依据。将变电所供电范围内所有用户的负荷相加乘以同时系统，并考虑网损后即可得变电所的最大综合负荷。其中，各电力用户的最大综合负荷不一定出现在同一时间。因此，变电所的综合最大负荷不是各用户最大负荷的直接相加，而是比它们的总和要小些。2.1.3主变压器的选择在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。根据有关220-500KV变电所设计技术规程SDJ2-88中的规定，便可选择主变压器的台数、容量和形式。该规程有关内容如下：第4.1.1条：主变压器容量和台数的选择。凡装有两台组及以上主变压器的变电所，其中一台组事故，停运后，其余主变压器应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的级和级负荷。第4.1.2条：与电力系统连接的220330KV变压器，假设不受运输条件的限制，应选用三相变压器。第4.1.4条：220330KV具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均到达该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均采用三绕组变压器。本设计中，本变电所有两条110KV出线给用户供电，假设最大负荷合计为45000KW，功率因数经补偿后为cos=0.86。有12条10KV出线给用户供电，最大负荷合计为：50000KW，功率因数经补偿后为cos=0.86。故主变压器额定容量的选择应满足主变压器在计算负荷通过时不至于过热损坏，具体选择如下：主变压器的额定容量Sbn应满足2条110KV用户和12条10KV用户以及本变电所照明、二次回路、检修及生活等用电设备总计算负荷Sjs的需要。即：SbnSjsSjs=(45000+50000)/0.86 =95000/0.86 =110465.12(KVA)由计算结果可知，主变压器容量的选择应能满足5-10年负荷的发展，并考虑10-20年的负荷远期规划。按照远期负荷规划，应选择2台120000KVA的变压器。主变压器形式的选择:选择主变压器时应从相数、绕组数、冷却方式、接线组别等方面选择。(1) 相数确实定：主变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的容量制造水平、可靠性要求以及运输条件等因素。当不受运输条件限制时，在330KV及以下的变电所中一般都应选用三相变压器。(2) 绕组数确实定：主变压器按其绕组数分类有双绕组普通式、三绕组式、自耦式及低压绕组分裂式等形式。本变压器选三绕组式。(3) 冷却形式确实定：变压器的冷却形式主要有自然风冷、强迫循环水风冷、强迫空气冷却、强迫油循环导向冷却等。大容量变压器一般采用强迫型的冷却方式。本所变压器容量为120000KVA，属于大容量变压器，故本所采用强迫油循环风冷。(4) 调压方式：为了保证发电厂或变电所的供电质量，电压必须维持在允许范围内。调压方式主要有无载调压和有载调压。根据本设计的原始资料知本所变压器采用的是有载调压方式。(5) 绕组接线组别确定：变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组接线方式只有星型“Y”和三角形“”两种。我国110KV及以上电压变压器都采用连接；35KV采用连接，其中性点多通过消弧线圈接地；35KV以下高电压变压器三相绕组都采用连接。因连接具有消除或限制三次谐波，对电流和电压质量波形等的不良影响。因此，本所主变压器采用常规接线组别，即：Yn yno d11(6) 线圈种类确实定：变压器线圈通常有铝制和铜制两种。铝线圈价格廉价，但铜线圈导电能力高，线损小。在此选用铜制线圈。(7) 主变压器中性点绝缘子水平的选择：主变压器中性点绝缘水平有两种情况：全绝缘和分级绝缘。全绝缘：即中性点的绝缘水平与绕组首端的绝缘水平相同。分级绝缘：即中性点的绝缘水平低于绕组首端的绝缘水平。在220KV及更高的变压器中采用分级绝缘的经济效益是比较显著的。而且运输、安装方便。但必须采用主变中性点高中压侧装设专用避雷器加以绝缘保护，并且所选的中性点避雷器必须与中性点绝缘等级相当。所以，本所主变压选用中性点半绝缘分级绝缘中的一种。现将所选的主变压器容量、台数及形式等参数列于下表中，如下：表2-1主变压器参数主变型号台数绕组连接组别电 压体积(长宽高)备注高压中压低压SFPS7-1200002Yn yno d1122011010120006000700沈变注：型号含义 S三相 F风冷 P-强迫 S三绕组2.2电气主接线设计电气主接线是由高压电器通过连接线，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，故又称为一次接线或电气主接线。用规定的设备、文字和图形等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，称为主接线电路图。电气主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气选择、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。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。2.2.1 电气主接线设计的基本要求和基本原则2.2.2.1 接线设计的基本要求根据我国能源部关于220330KV变电所设计技术规程 SDJ2-88规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。”对电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性、经济性及可扩建性四方面。(1) 可靠性所谓可靠性是指电气主接线能可靠地工作，以保证对用户不间断地供电。评价主接线的指标是：断路器检修时是否影响供电。线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。变电所全部停电的可靠性。(2) 灵活性主接线的灵活性有以下几点要求：调度时，应可以灵活地投入和切除变压器与线路，电度配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。检修时，可方便地停运断路器、母线及其几许电保护设备，进行安全检修，而不至于影响电力网的运行和对用户的供电。扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。(3) 经济性接线在满足可靠性、磷火性要求的前提下，做到经济合理。投资省占地面积少电能损失少。2.2.2.2电气主接线设计的基本原则(1) 考虑变电所在电力系统中的地位和作用： 变电所在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。本所是环网接入系统中220/110/10KV三个电压等级的地区变电所，对于地区负荷具有重要意义和作用。(2) 考虑近期和远期的发展规模： 变电所主接线设计应根据510年电力系统的发展规划进行设计。(3) 考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响：对重要的级和级负荷必须有两个独立电源供电，主接线在回数较多的条件下采用旁母接线。(4) 考虑主变台数及容量对主接线的影响：本所有两台120MVA的主变压器，属大型变压器，故其要求有很高的接线形式，如：双母线形式等。2.2.2各电压等级电气主接线设计根据我国能源部有关220330KV变电所设计技术规程SDJ2-88规定：第4.2.4条：220KV变电所中的110KV配电装置，当出线回数在6回以上时，宜采用双木锨接线。220KV变电所中的220KV配电装置出线在4回及以上时采用双母线或其它接线，220KV变电所中的110KV出线回数为6回及以上，220KV出线回数4回以上时，可装设专用旁母。第4.2.6条：凡设有旁路母线的63500KV配电装置，主变压器回路数中的断路器均宜接入旁路母线。根据有关35-110KV变电所设计标准 规定：第3.2.5条：当变电所装有两台主变压器时，6-10KV侧采用分段单母线。各电压等级电气主接线设计：根据原始资料，现分别分析各电压等级可能采用的最正确方案列出，以筛选组合的方法组成最正确可比方案，进行经济技术比较。(1) 220KV侧电气主接线设计本所220KV电压级母线有3回输出线路，根据有关规程和经验，列出2个可比性方案进行比较，如下表所示表 2-2 220KV侧电气主接线设计方案比较方案要求：双母线接线：单母线带旁路接线可靠性通过隔离开关的倒换操作可以轮流检修一组母线而不使供电中断。 一组母线故障后，能迅速恢复供电。检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开所连的母线，闭合另一对应的隔离开关不使回路断电。该接线简单清晰投资略小。检修任一出险断路器时，由旁路断路器代替被检修的出险断路器工作，不需停电。母线检修或故障时，其220KV配电装置则全部停电。灵活性各个电源和回路负荷可以任意分配到某一母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式、调度和潮流变化的需要。通过倒换操作可组成各种运行方式：单母线分段带旁母运行/单母线带旁母运行/固定连接方式运行等。扩建方便，向双母线左右任一方向扩建，在施工中不会造成原有回路停电。该接线方式只有一条母线，检修母线时会造成整个回路停电。检修任一出线断路器时，该回路必须停电才能检修。设置旁路母线的目的就是可以不停电地检修任一出线断路器。此接线方式没有双母线接线方式灵活、方便。经济性此方式与方案相比停电的时机减少了，必须停电的时间缩短了，减小了经济损失，也利用其灵活性，方便施工，减少投资。旁路母线系统增加了许多设备，造价昂贵，运行复杂，增加了投资。 经过两个方案的技术经济比较，方案比方案更可靠，更灵活，具有较好的经济性。(2) 110KV侧电气主接线设计由于此电压级的出线仅为2回，按照规程要求，采用桥形接线形式。同样列出两个方案。方案：内桥接线；方案：角形接线。两个方案的比较列于下表中：表 2-3 110KV侧电气主接线设计方案比较方案要求：内桥接线：角形接线可靠性当检修桥断路器时，为不使系统开环运行，可增设“外跨条”，靠跨条维持两台主变并列运行。跨条上串联两组隔离开关，是为了在检修跨条隔离开关时，不必为了安全而全部停电，增加了可靠性。开环运行时某一线路或断路器故障，将造成供电絮乱，使相邻完好的元件不能发挥作用，被迫停运，降低了可靠性。灵活性当输电线路较长，故障时机较多，而变压器有不需经常切换时，采用此接线形式比较方便、灵活。 经适当布置可较容易过度成单母线分段或双母线分段。开换运行与闭环运行时工作电流相差很大，且每一回路连接两台断路器，每一断路器又连接两个回路，使继电保护整定和控制都比较复杂。经济性高压电阻少，布置简单，造价低。此接线方式建成后扩建比较困难，增加投资。经过两个方案的技术经济比较，方案比方案更可靠、灵活，经济性较好。(3) 10KV侧电气主接线设计鉴于出线回路多，且为直馈线，电压又较低，宜采用屋内配电，其负荷也较低。用样，此电压级的电气主接线也采用两个方案。方案：单母线分段接线；方案：单母线接线。两个方案优缺点的比较列于下表中：表2-4 10KV侧电气主接线设计方案比较方案优缺点：单母线分段接线：单母线接线优缺点当任一母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自动或手动跳开分段断路器，仅为一半线路停电，另一母线上的各回路仍可正常运行。对重要回路，均以双回路供电，保证供电的可靠性。接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装置，隔离开关仅用于检修，不作为操作电器，不易发生误操作。可靠性不高，不够灵活。断路器检修时该回路需停电，母线或母线隔离开关故障或检修时则需全部停电。经过两个方案的技术经济比较，方案比方案更可靠、更灵活。 两个方案的电气主接线如图2-1和图2-2所示： 图2-1 方案 图2-2 方案 综上所述，根据每个电压等级电气主接线的两个方案的比较，在技术上、优缺点上，每个电压等级电气主接线的方案比方案明显合理，且更可靠，更灵活；在经济上也比较占优势。鉴于该变电所为地区变电所，应以可靠性和灵活性为主。所以经综合分析，选用方案为最终设计方案。即：220KV侧电气主接线为双母线分段形式；110KV侧电气主接线为内桥接线形式；10KV侧电气主接线为单母线分段接线形式。2.3短路电流计算2.3.1 短路电流计算的目的与系统运行方式确实定2.3.1.1 短路电流计算的目的：本设计中计算短路电流另成一章，可知其具有一定的意义。其目的主要是为了进行电气设备的选择与校验。2.3.1.2 系统运行方式确实定:由电力系统相关教材可知，系统运行方式主要有三种，即：最大运行方式、正常运行方式和最小运行方式。本次设计中不采用正常运行方式，故仅介绍其它两种运行方式。(1) 系统最大运行方式：根据系统最大负荷的需要，电力系统中的所有可以投入的发电设备都投入运行全部或绝大部分运行，以及所有线路和规定接地的中性点全部投入运行的方式。该运行方式是考虑了系统510年的发展，对于本次设计要考虑两台主变投入运行，该运行方式主要用在电气设备的选择、校验和继电保护的规划设计中。(2) 系统最小运行方式：根据系统负荷为最小，投入与之相适应的发电设备，且系统中性点有少部分接地的运行方式。此方式主要针对近期系统规模而言一台主变投入运行主要用在保护的灵敏度校验中。2.3.2 短路形式确实定与短路计算点确实定2.3.2.1 短路形式确实定：三相系统中短路的基本类型有四种，分别为：三相短路，两相短路，两相接地短路，单相接地短路。电气设备的动稳定校验与热稳定校验，一般按三相短路计算，这主要使用于变电所中。因为变电所距电源电气距离较远，三相短路时发热严重。发电厂附近，当计算电抗较小XJS0.6时，电气设备的热稳定校验按两相短路来验算。因为两相短路时发热最严重。对于本次设计，稳定校验均采用三相短路的条件来分析。2.3.2.2 短路计算点确实定：选取短路点的个数，主要依据变电所的电压等级数，本所有三个电压等级，故应至少选择三个短路电流计算点,分别代表220KV、110KV和10KV工作母线上的短路点。即K1、K2和K3然后根据这三个短路点来依次计算对应点的短路电流值，并利用这三个短路电流值来分别校验对应电压等级母线上的电气设备，及与母线相连的进出线上的电气设备的动稳定和热稳定校验。假设满足要求，则不需要再计算。否则，假设某个些电气设备经校验不满足，则要针对这个些电气设备重新确定一个些短路点再进行短路电流计算，然后再校验，或者改用性能更好的电气开关设备。2.3.3 短路电流的计算高压短路电流的计算一般只计及各元件即发电机、变压器、线路等的电抗，采用标么制中各物理量均用标么制来表示，使运算步骤简单，数值简明，便于分析。标么制一般数学表达式为：标么制相对值=2.3.3.1 基准值的选取基准值有四个：分别为基准容量S，基准电压，基准电流和基准电抗。其选取有一定的随意，不过，为了计算方便，对于本设计中通常选取基准容量S=100MVA，基准电压=各电压级的平均额定电压，即对本变电所有：S=230KV，115KV和10.5KV。当基准容量MVA与基准电压KV选定后，基准电流KV与基准阻抗便已决定。基准电流=，基准阻抗=近似计算法2.3.3.2 各元件电抗标么值的计算(1) 系统S或发电厂T的等效电抗标么值： 式中：、为系统或发电厂以其本身容量为基准值等效电抗标么值。(2) 线路电抗标么值：式中：为线路单位长度电抗值，其中单导线=0.4/KM，两分裂导线=0.31/KM。(3) 电抗器标么值： 式中：% 为电抗器铭牌上的电抗百分数，、为其额定电压与额定电流。(4) 变压器电抗标么值：本设计中主变为三绕组且已给出了各绕组两两之间的短路电压百分数，即：%、%、%，则可求出各绕组的短路电压百分数分别为：=%+%-%=%+%-%=%+%-%然后按各双绕组变压器相似的计算公式求出变压器各绕组电抗的标么值：，2.3.3.3 各短路点短路电流的计算：(1) 网络化简，得到各电源对短路点的转移电抗。(2) 求各电源的计算电抗。将各转移电抗按各电源归算=(3) 查运算曲线，得到以电源容量为基准容量的各电源送至短路点电流的标么值，即：、。(4) 求(3)中各电流的有名值之和，即为短路点的短路电流。求出各电流有名值、冲击值。本设计中有电源、和系统3个电源，现将各短路电流计算值列于下表中，计算过程详见计算书短路电流计算值KA短路点220KV侧K1点12.1912.5211.6331.08110KV侧K2点4.013.94.010.2310KV侧K3点64.2662.0965.85163.86表2-5 短路电流计算值2.4电气设备选择本次设计中电气选择的主要任务：选择本变电所主变的台数、容量和类型，选择各电压等级的断路器，相应的隔离开关，用于保护和测量用的电流互感器，将高压变成低压的电压互感器，以及各电压等级的母线，支柱绝缘子与穿墙套管等。高压断路器的主要功能是:正常运行时,用它来倒换运行方式,把设备或线路接入电路或退出运行,起着控制作用;当设备或线路发生故障时,能快速切除故障回路,保证无故障部分能正常运行,其保护作用。隔离开关,在检修电气设备时,用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离.在倒闸操作时,投入备用母线或旁路母线以改变运行方式,配合断路器完成操作,同时隔离开关还可以用来分合小电流。电流互感器与电压互感器,是将一次回路的大电流或大电压转化为标准的二次测的低电流和低电压,以保证设备和人身安全。穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种，前者用于635KV系统，后者用于60500KV中性点直接接地系统。2.4.1 选择导体和电气设备的一般条件(1) 按照正常工作电压选择设备额定电压所选设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高运行电压。设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.14.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围内，可用下式表示： 式中 设备所在电网的额定电压，KV。 设备的额定电压，KV。(2) 按工作电流选择设备额定电流所选设备的额定电流应大于或等于所在回路的最高长期工作电流：应当注意，有关手册中给出的各种电器的额定电流，均是按标准环境条件确定的。当设备实际使用环境不同时，应对其额定电流进行修正。(3) 按照经济电流密度选择导体按照经济电流密度选择导体截面可使得年计算费用最低。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数，将有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度J，导体的经济截面S = /J。上式中正常工作时的最大持续电流。根据导体和电器选择技术规程 第2.1.6条规定，除配电装置的汇流母线以外较长导体的截面应按照经济电流密度来选择，选择后应按照长期发热来校验。根据导体和电器选择技术规程 第2.3.1条规定20KV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形导体，在40008000A时，宜选用槽形导体。110KV及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜用铝合金管形导体，也可选用软导体，如钢芯铝铰线，组合导线等。2.4.2 电气设备的型式选择2.4.2.1 主母线的选择根据导体和电器选择技术规程 第2.1.3条规定载流导体宜采用铝质材料。2.4.2.2 断路器的选择按照电力工程设计手册 中高压断路器选择规定：断路器型式的选择除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。2.4.2.3 隔离开关的选择根据发电厂电气部分 附录三选择隔离开关。2.4.2.4 电压互感器的选择根据导体和电器选择技术规程 第10.0.3条的规定，电压互感器的型式应按以下使用条件选择：(1) 320KV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。(2) 35KV配电装置宜采用电磁式电压互感器。(3) 110KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。2.4.2.5 绝缘子的选择根据导体和电器选择技术规程 第11.0.7条的规定，屋外绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子，屋外支柱绝缘子需倒装时，采用悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联合胶装的多棱式支柱绝缘子。2.4.2.6 穿墙套管的选择根据导体和电器选择技术规程 第11.0.8条的规定，屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管，对于母线型穿墙套管应校核窗口允许穿过的母线尺寸。2.4.3电气设备和导体选择结果览表表2-6 高压断路器选择结果电 压等 级型号计 算 数 据技 术 数 据KVAKAKAKASKVAKAKAKAS220VSW6-220/1200220330.6712.1931.08396.4220120021551764110VSW4-110/1000110661.54.0110.2350.4411010002155102410VSN4-10G/800010727564.26163.861514210800010530029929表2-7 隔离开关选择结果电压等级型 号计 算 数 据技 术 数 据KV AKAKAKASKVAKAKAKAS220KVGW7-220、220D/600220330.6712.1931.08396.4220600552205110KVGW5-110GK110661.54.0110.2350.44110100083250010KVGN10-10T/900010727564.26163.861514210900030050000表2-8 电压互感器选择结果电 压 等 级安装地点型 号220220KV进线YDR-220220KV母线JCC2-220110110KV母线JCC2-1101010KV母线JSJW-10表2-9 电流互感器选择结果电 压 等 级安装地点型 号220220KV进线LCW-220220KV母线LCW-220110110KV母线LCWD-1101010KV母线LMZ-15表2-10母线选择结果电 压等 级型 号选 择 结 果计 算 结 果Smm放置方式Amm220KVLWY-220-10-505矩形250平放70330.67228.8532.510KVLWY-10-6870槽型6870Y-Y弯曲707275150032.5表2-11 支柱绝缘子、穿墙套管选择结果电 压 等 级设备名称类 型型 号220KV支柱绝缘子户外ZS-220穿墙套管户外CR-220-60010KV支柱绝缘子户外ZPD-10-35穿墙套管户外ZPD-10-35注：电气设备选择具体计算见计算书。2.5配电装置及总平面布置设计2.5.1配电装置设计原则(1) 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，使设计做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。(2) 配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确定其安全净距。(3) 屋外配电装置带电部分的上面或下面不应有照明、通信和信号线路架空跨越或穿过；屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷或动力线路跨越。(4) 考虑地理情况的环境条件，因地制宜，节约用地。35KV及以下宜采用屋内布置。2.5.2型式选择与配电装置选择2.5.2.1形式的选择配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，它是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、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。按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外；按组装方式，又可分为装配式和成套式。配电装置的型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，逼供结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。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及以上多为屋外式。当在污秽地区或市区建110KV屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内型。配电装置设计的基本步骤：(1) 根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线多少和方式，有无电抗器，地形、环境条件等因素选择配电装置的型式。(2) 拟定配电装置的配置图。(3) 按照所选设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照规程参考典型设计绘制图。2.5.2.2 220KV电压级配电装置选择选择配电装置的型式，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。分相中型配置与普通中型配置不同的是将一组母线隔离开关分解为A、B、C三相，每相隔离开关布置在该母线之下，可取消复杂的双层结构，布置清晰，可节约用地20%30%。屋外配电装置的型式除与主接线有关，还与场地位置、面积、地质、地形条件及总体布置有关，并受材料供给、施工、运行和检修要求等因素的影响和限制。普通中型配电装置国内采用较多，施工、检修和运行都比较方便，抗震能力较好，造价比较低。缺点是占地面积较大。一般110220KV很少采用。高型配电装置的最大优点是占地面积少，一般比普通中型节约用地50%左右。根据以上原则220KV配电装置宜采用屋外式、高型配置。2.5.3 总平面设计在变电所中电气设施是总平面布置的主体，布置时应考虑电气设施之间的有机联系和与外界出线方向、出线走廊和市政设施的配合。降压变电所主要由屋内、外配电装置、主变压器、主控制室及辅助设施等组成。总体布置应根据外界条件，依据配电装置的电压等级和型式、出线方向和方式、出线走廊的条件、地形情况等因素，并满足防火及环境保护要求，因地制宜进行设计。2.6防雷设计电力系统中雷害来源有两种：1、直击雷 2、雷电侵入波，其中直击雷造成的损失最大，可采用避雷针，避雷器等防雷措施来防止直击雷。 避雷针保护 根据电力设备过电压保护技术规程 SDJ779中的规定：110KV线路，一般沿全线架设避雷线，在雷击特别强烈的地方，宜架设双避雷线。10KV线路一般不设全线避雷线。2.6.1防雷设计原则根据高压配电装置技术规程 SDJ779的规定第70条：独立避雷针线宜设独立的接地装置，独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜超过3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面。第72条：110KV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架构上，3560KV配电装置，在土壤电阻率不大于500m的地区，允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。第78条：变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器,应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近架设集中接地装置。第83条：连接的三绕组变压器的10KV绕组，如有开路运行的可能，应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施。在其一相出线上装设一只阀型避雷器。以下情况的变压器中性点应装设避雷器：(1) 直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。(2) 直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时因多路进线可以分流雷电流。(3) 不接地和经消弧线圈接地系统的中性点一般不必装设，但多雷区且单进线变压器中性点需装设。根据以上原则本次设计中避雷器的选择结果如下表2-12：表2-12 避雷器的选择结果设备名称安装地点型 号避 雷 器220KV母线Y10W5-220110KV进线侧Y10W5-11010KV母线FZ-1010KV出线FZ-10主变中性点FZ-402.7继电保护的规划设计根据继电保护和安全自动装置技术规程 SDJ683对继电保护有如下要求：(1) 电力系统的电力设备和线路应装设短路故障和异步运行的保护装置，电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护，必要时增设辅助保护。主保护应满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和安全线路故障的保护。后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为近后备和远后备两种方式。近后备是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护实现后备，当断路器拒动时由断路器失灵保护实现后备。远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。辅助保护是为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护，电力设备和线路的异常运行保护，是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。(2) 继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。2.7.1变压器主保护保护配置(1) 差动保护。(2) 瓦斯保护。(3) 后备保护：由接地故障后备零序和相间故障后备。(4) 过负荷保护：动作于信号。2.7.2变压器后备保护为了防止变压器外部故障引起的过电流及作为变压器之后备保护，在变压器上装设带低电压或不带低电压闭锁的过电流保护装置。假设其灵敏度不够或为了简化保护接线，也可装设带复合电压闭锁的过电流保护。零序过电流保护降压所一般只装设两台主变分级绝缘，一台中性点直接接地，一台不接地，为了防止在单相接地故障时中性点不接地的变压器遭受到过电压的危害，保护装置以第一时限跳开中性点不接地的变压器各侧，以第二段时限跳开本变压器。零序闭锁。变压器过负荷保护，单侧电源的三卷变，过负荷保护装于电源侧及线圈容量较小的一侧。2.7.3母线保护中阻抗母线差动保护准则： (1) 在电流互感器不发生饱和现象时，测量回路测量到的各单元电流之和在正常运行及母线外部发生故障时为零，在母线内部发生故障时为各短路电流之和。(2) 电流互感器因暂态分量中的直流分量或很大的短路电流造成饱和时，其二次回路阻抗将下降，全饱和时二次输出电流为零，此时，电流互感器二次回路的总阻抗可以用一总的直流电阻来代替。(3) 对母线内部故障而言，空载线路的电流互感器二次回路阻抗可以用相当大的励磁电抗来代替。(4) 无论一次流过多大的电流，线路电流互感器在故障的最初瞬间不会发生饱和，在1/41/2周波内能正确传变一次电流。第3章 设计计算书3.1短路电流计算的目的短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需要采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。3.2短路电流的计算3.2.1 根据任务书提供的原始资料，此变电所与电力系统的连接电路图如图3-1所示。图3-1变电所与电力系统的连接电路图3.2.2 根据此电路图画出待建变电所的等值电路图，如图3-2所示。图 3-2代建变电所的等值电路图3.2.3 参数计算均用标么值，为方便省去*号取=100MVA，=本次计算中为230KV、115KV、10.5KV0.04960.4=0.0150.4=0.0250.3020.4=0.0150.4=0.027=%+%-%/120=24.7+14.7-8.8/120=0.1275=%+%-%/120=24.7+8.8-14.