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1、摘 要展望未来，我国能否在本世纪中叶基本实现现代化，相当大的程度上取决于能源。电力工业是国民经济的基础，是重要的支柱产业，它与国家的兴衰和人民的安康有着密切的关系，随着经济的发展和现代工业的建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。变电站作为电能传输与控制的枢纽必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。本设计讨论的是220kV变电站电气部分设计（一次系统），首先根据原始资料进行分析，负荷计算选择主变压器，然后在此基础上进行主接线设
2、计，再进行短路计算，导体和电气设备的选择，最后进行防雷接地设计。关键词：变电站； 负荷计算； 短路电流； 设备选择； 目 录前言1第一章 负荷计算和主变压器的选择21.1负荷计算21.2主变压器的选择原则31.2.1主变压器台数的选择31.2.2主变压器容量的选择41.2.3主变压器型式和结构的选择41.3主变压器的确定5第二章 电气主接线的设计62.1电气主接线的概述62.2电气主接线的基本要求62.3电气主接线设计的原则62.4电气主接线的方案选择72.4.1方案拟定7主接线图附后8第三章 电气部分短路计算83.1 短路故障的危害83.2短路电流计算的目的93.3短路电流计算的内容103.
3、4短路电流计算方法103.5三相短路电流周期分量起始值的计算103.5.1短路电流计算的基准值103.5.2网络模型113.5.3三相短路电流周期分量起始值的计算步骤11第四章 电气设备的选择114.1断路器和隔离开关的选择原则164.1.1断路器的选择164.1.2隔离开关的选择174.2 110kV侧断路器隔离开关的选择与校验184.2.1 110KV主变压器侧断路器的选择与校验184.2.2主变压器侧隔离开关的选择与校验194.3 10kV侧断路器隔离开关的选择与校验204.3.1主变压器侧断路器的选择与校验204.4 220kV侧断路器隔离开关的选择与校验224.4.1主变压器侧断路器
4、的选择与校验224.4.2 220KV主变压器侧隔离开关的选择与校验244.5 互感器的选择244.5.1电流互感器的选择254.6电压互感器的选择314.7母线及变压器下引线的选择与验.33第五章 防雷及过电压保护装置设计385.1避雷针385.2避雷器405.3防雷接地415.4变电所的防雷保护415.5变电所的进线段保护425.6接地装置43总结44参考文献45前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
5、撑，需要安全可靠的电力供应，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。通过对主接线的选择及比较、负荷计算和主变压器的选择及短路电流的计算、主要电器设备的选择及校验、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，达到了巩固“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，体验和巩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的能力的目的。务求使我们更加熟悉电气主接
6、线，电力系统的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，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，增强计算机应用能力。220kV降压变电站电气部分初步设计一、设计题目：220kV降压变电站电气部分初步设计二、待建变电站原始资料1、设计变电站在城市近郊，向开发区的炼钢厂和铝厂供电，在变电站附近还有地区负荷。2、确定本变电站的电压等级为220kV/110kV/10kV，220kV 是本变电站的电源电压，110kV和10kV是二次电压。3、待设计变电站的电源，由对侧220kV变电站
7、双回线路及一系统双回线路送到变电站；在中压侧110kV母线，送出2回线路至炼钢厂，2回线路至铝厂；在低压侧10kV母线，送出11回线路至地区负荷。4、该变电站的地址，地势平坦，交通方便。5、该地区年最高气温40，最热月平均最高气温30。三、用户负荷统计资料如下（kW）： 表1、110kV用户负荷统计资料序号用户名称最大负荷（kW）cos回路数重要负荷百分数（%）1炼钢厂250000.952 652铝厂300000.952 70 表2、10kV用户负荷统计资料 序号用户名称最大负荷（kW）cos回路数重要负荷百分数（%）1矿机厂20000.852 502 机械厂20000.852 45 3汽车厂
8、20000.852724电机厂16000.852365炼油厂16000.852766饲料厂16000.85 1 0 最大负荷利用小时数T=5600h,同时率取0.9，线路损耗取6%。四、待设计变电站与电力系统那个的连接图见附图一五、设计任务：1、选择本变电站主变的台数、容量和型号；2、设计本变电站的电气主接线；3、进行必要的短路电流计算；4、选择和校验所需的电气设备；5、选择和校验10kV硬母线；六、设计图纸要求： 绘制变电站电气主接线图； 第一章 负荷计算和主变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压
9、器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。1.1负荷计算负荷计算的必要性：为一个企业或用户供电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量变压器等问题，这就需要进行负荷的统计和计算，为正确地选择变压器容量与无功补偿装置，选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数。对于用电户或一组用电设备，当在大负荷运行时，所安装的所有用电设备（不包括备用）不可能全部同时运行，也不可能全部以额定负荷运行，再加之线路在输送电力时必有一定的损耗，而用电设备本身也有损耗，故不能将所有设备的额定容量简单相加来作为用电户或设备组的最大负荷，必须要对相加所
10、得到的总额定容量打一定的折扣。所谓需用系数法就是利用需用系数来确定用电户或用电设备组计算负荷的方法。其实质是用一个小于1的需用系数对用电设备组的总额定容量打一定的折扣，使确定的计算负荷比较接近该组设备从电网中取用的最大半小时平均负荷。其基本计算公式为110KV侧负荷的统计：铝 厂： 炼钢厂： 10KV侧负荷的统计:矿机厂：机械厂：汽车厂：电机厂：炼油厂：饲料厂：110KV总负荷：10 KV总负荷: 1.2主变压器的选择原则根据220KV-500KV变电所设计规程（DL/T 5218-2005）准则规定:主变压器的容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料
11、外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者会满足不了变电站负荷的需要，这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。1.2.1主变压器台数的选择1、对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。2、对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能
12、性。3、对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。1.2.2主变压器容量的选择根据220KV-500KV变电所设计规程（DL/T 5218-2005）准则规定: (1)主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择，适当考虑到远期1020年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。(2)根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计其过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%80
13、%。(3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发，推行系列化、标准化。(4)还需考虑同时率0.9和线路损耗6%的影响：1.2.3主变压器型式和结构的选择以下参考电力工程电气设计手册第5-2主变压器型式的选择(1)相数容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。(2)绕组数与结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构在发电厂或变电站中采用三绕组变压器一
14、般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。(3)绕组接线组别变压器三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连接有星形“Y”和三角形“D”。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。(4)调压方式为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。通常，发电厂主变压器中很少采用有载调
15、压。因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，对于220kV及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。(5)冷却方式电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。1.3主变压器的确定该变电站供应有较多的一级用户,综上所述，则采用两台变压器。选用三绕组变压器，查手册，选出的设备如下表： 表3-1 SFPZT-90000/220型变压器技术参数SFPZT-90000/220型调压变压器额定容量MVA阻抗电压负载损耗空载损耗kW空载电流%电压%高-中
16、高-低中-低高-中高-低中-低高中低90000/90000/4500013.421.37.24244663191100.52208*1.5%12110.5变压器的校验：按十年规划进行校验：显见，满足要求。 第二章 电气主接线的设计2.1电气主接线的概述电气主接线是由电气设备通过连接线，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系统。主接线代表了发电厂或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，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、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
17、，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电气主接线的基本要求对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。这三者是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一种特性。但根据变电所在系统中的地位和作用的不同，对变电所主接线的性能要求也不同的侧重。2.3电气主接线设计的原则电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、
18、先进、实用、经济、美观的原则。以上参考电力工程电气设计手册第2-1主接线的设计原则2.4电气主接线的方案选择2.4.1方案拟定（1）单母线分段接线优点：单母线用分段断路器进行分段，对重要用户尅有从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出线,在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作。（2）双母线接线优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供
19、电。其次是调度灵活，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，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；通过倒换操作可以组成各种运行方式。最后就是扩建方便，向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源盒负荷自由自合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。缺点：接线复杂,设备多,母线故障有短时停电。根据电气设备设计手册中的以上选择原则，可知： 10 KV侧总容量：S总=11.9MVA满足热稳定校验要求。 5动稳定校验满足校验要求4.3 10kV侧断路器隔离开关的选择与校验4.3.1主变压器侧断路器的选择与校验矿机厂、机械厂、汽车厂： 电机厂、炼油厂、饲料厂：1.额定电压
20、选择： 2.额定电流选择： 3按照以上选择GFC-11型开关柜型号额定电压（Kv）额定电流（A）断流容量（Kv/MVA）操作方式母线系统外形尺寸GFC-1110200010/300电磁弹簧操动机构单母线800*1250*20004.4 220kV断路器隔离开关的选择与校验4.4.1 220KV主变压器侧断路器的选择与校验考虑变压器的过载能力，1.05为变压器的过载能力系数。 1.额定电压选择：2.额定电流选择：3.开断电流选择：选择LW25-252T型六氟化硫断路器，技术参数如下表：型号额定电压kV额 定电流kA额定短路开断电流动稳定电流峰值kA热稳定电流kA全开断时间峰值4sLW25-252
21、T220250050125400.064热稳定校验：电弧持续时间为0.1s不计非周期热效应满足热稳校验要求。5.动稳定校验满足动稳定的校验。 4.4.2 220KV主变压器侧隔离开关的选择与校验1.额定电压选择：2.额定电流选择： 3 极限过电流选择：选择GW10-252W型隔离开关，技术参数如下表：型号额定电压kV额定电流A动稳定电流峰值kA热稳定电流kA峰值4sGW10-252W22025005031.54.短路热稳定校验：=2608满足热稳定要求5.动稳定校验满足校验要求。4.5 互感器的选择根据导体和电器选择设计技术规程（DL/T5222-2005）15、16条规定进行选择：互感器是电
22、力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（）和小电流（5，1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。互感器包括电流互感器和电压互感器两大类。互感器电流互感器电压互感器特点一次绕组串在电路中，且匝数少，电流互感器在近于短路状态下运行容量小 ，近似于一台小容量变压器，电压互感器在近于空载状态下运行4.5.1电流互感器的选择电流互感器的作用是将一次回路中的大电流转换为1A或5A的小电流以满足继电保护自动装置和测量仪表的要求。1）种类和型式的选择电流互感器根据使用环境可分为室内式室外式,根据结构可分为瓷绝缘结构和树脂浇注
23、式结构，根据一次线圈的型式又可分为线圈式和母线式单匝贯穿式复匝贯穿式。 选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。2）一次回路额定电压的选择一次回路额定电压应满足：3）一次额定电流的选择为确保所供仪表的准确度，电流互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。 4)准确等级先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。电流互感器的准确级应不小于二次侧所接仪表的准确级。5）二次负荷 式中， 6）动稳定校验动稳定校验是对产品本身带有一次回路导体的电流互感器进行校验,对于母线从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不校验动稳定。由同一相的电流
24、相互作用产生的内部电动力校验。外部动稳定校验式： 允许作用在电流互感器端部的最大机械力，由制造厂提供，N；电流互感器出线端部至最近一个母线支持绝缘子之间的跨离，m；相间距离，m；系数，表示电流互感器瓷套端部仅承受相邻绝缘子跨距上短路电动力的一半。若产品样本未标明出线端部的允许应力，而给出特定相间距离和出线端部至相邻支持绝缘子的距离为基础的动稳定倍数时，则其动稳定的校验式为当回路相间距离时，当相间距离时；当电流互感器一次绕组出线端部至相邻支持绝缘子的距离时，当时，时则。当电流互感器为瓷绝缘母线式时，产品样本一般给出电流互感器端部瓷帽处的允许应力值，则其动稳定可按下式校验相间距离；母线相互作用段的
25、计算长度，,其中为电流互感器瓷帽端至相邻支持绝缘子的距离，m，为电流互感器两端瓷帽的距离，m。对于环氧树脂浇注的母线式电流互感器如型，可不校验其动稳定。7）热稳定校验电流互感器的热稳定性一般用热稳定倍数表示，一般是1s时间内的热稳定电流与其额定电流之比值。因此，电流互感器可根据下式校验热稳定，即热稳定时间为1s时的电流互感器的热稳定倍数；电流互感器一次侧的额定电流，A。一220kV侧电流互感器的选择220kV侧CT的选择一次回路电压：一次回路电流： 根据以上两项，选GW10-252W电流互感器，其参数如下：型号额定电压kV额定电流A动稳定电流峰值kA热稳定电流kA峰值4sGW10-252W22
26、025005031.5变压器220kV侧CT的选择一次回路电压：一次回路电流： 根据以上两项，选GW10-252W电流互感器型号额定电压kV额定电流A动稳定电流峰值kA热稳定电流kA峰值4sGW10-252W22025005031.5二110kV侧的电流互感器的选择主变中110kV的CT的选择：一次回路电压：一次回路电流： 根据以上两项，选户外LCLWB-110电流互感器，其参数如下：电流互感器型号额定电流A级次组合电流比二次负荷10%倍数1S热稳定动稳定准确等级0.11310二次负荷倍数电流倍数电流倍数LCLWB-110200-600-1500/5-0.6-110kV侧CT的选择一次回路电压
27、：一次回路电流：根据以上两项，选LCWB6-110电流互感器，其参数如下：电流互感器型号额定电流比A二次级组合准确级次二次负荷10%倍数1S热稳定动稳定准确等级0.20.51二次负荷倍数电流倍数电流倍数LCWB6-110/55P40/5P40/5P40/5P40-2-2VA1030-75-三10kV侧电流互感器的选择变压器10KV侧CT的选择：一次回路电压：一次回路电流：由此得，初选LMZB-10电流互感器，其参数如下：表6-10 LMZB-10技术参数参数设备额定电流比A额定二次负荷2s热稳定电流kA动稳定电流峰值kA0.51BLMZB-101200-3000/50.40.40.64010010KV母线侧CT的选择同变压器10KV侧CT的选择。4.6 电压互感器的选择 电压互感器是把一次回路高电压呀转换为100V的电压,以满足继电保护自动装置和测量仪表的要求。在并联电容器装置中，电压互感器除作测量外，还作为放电元件。1）种类和型式选择应根据装设地点和使用条件
