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1、220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计一、毕业设计（论文）任务课题内容地区变电所是整个电力系统的中间环节，其地位相当重要。目前我国电力系统中的 220kV 变电所一般属于地区型变电所。根据所给定的设计资料对一个 220kV 大型地区变电所的电气部分进行初步设计，包括：通过比较确定电气主接线；确定主变压器的台数、容量和型式；确定所用电接线、所用变压器的台数、容量和型式；确定各电压级的配电装置型式；确定电压互感器和电流互感器的配置；选择各电压级各主要电气设备；进行继电保护配置和防雷规划设计。设计要求：按学校规定的格式要求撰写论文或说明书，并绘制指定图纸。课题任务要求1熟悉变电所电气
2、一次部分初步设计的范围和步骤，掌握工程设计方法，树立工程设计理念；2熟练掌握 AutoCAD 绘图软件；3根据原始资料，通过相应的分析和计算，拟定电气主接线方案，选择主变压器的台数、容量和型式，选择各电压级各主要电气设备，进行电压互感器和电流互感器的配置，确定各电压级的配电装置型式，完成设备布置和初步的继电保护配置和防雷规划设计；4完成毕业设计论文的写作和图纸绘制；5总结课题，并通过毕业论文答辩。课题完成后应提交的资料（或图表、设计图纸）1毕业设计论文及相关图纸；2英文翻译内容：原文和译文；3学校要求提交的其他设计文件和材料。主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）1 范锡普. 发电厂电气
3、部分M，中国电力出版社，1992，102-129，168-206.2 西北电力设计院.电力工程设计手册M，上海科学技术出版社，1972,53-88,255-279.3 西北电力设计院. 电力工程电气设计手册（电气一次部分）M，中国电力出版社，1987,45-62,119-123,214-260.4 西北电力设计院. 电力工程电气设备手册M，中国电力出版社，1990.5 黄纯华. 发电厂电气部分课程设计参考资料M，中国电力出版社，1987.6 丁毓山. 变电所设计M，辽宁科学技术出版社，1993.7 郭启全. AutoCAD2000 基础教程M，北京理工大学，2000.8 郑忠. 新编工厂电气设
4、备手册M,兵器工业出版社,1994.9 涂光瑜. 汽轮发电机及电气设备M,中国电力出版社,1998,179-288.10 陈尚发. 大型发电厂电气主接线探讨J，中国电力，2003 年 36 卷 7 期，起止页码：64-66.11 苏志杨. 大型电厂 500KV 电气主接线研究J，电力技术经济，2003 年 4 期，起止页码：34-35.12 杨民，寇正华. 电站电气一次设计J，海河水利，1997 年 3 期，起止页码：3536.13 Srdjan Skok ph.D. Transient Analysis of Auxiliary DC Installations in Power Plant
5、sand SubstationsJ,IEEE CHF,8-11 Nov. 2004 Page(s):277 280.14 IEEE Recommended Practice for the Design of DC Auxiliary Power Systems forGenerating StationsJ,IEEE STD 946-1992,Decemeber,2nd 1992.注：1. 此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。2. 此任务书最迟必须在毕业设计（论文）开始前一周下达给学生。3. 此任务书可从教务处网页表格下载区下载二、毕业设计（论文）工作进度计划表注：1. 此表由指导
6、教师填写；2. 此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3. 进度安排请用“一”在相应位置画出。序号毕 业 设 计（论 文）工 作 任 务工 作 进 度 日 程 安 排周次12345678910111213141516171819201布置任务，收集资料2课题开题，外文翻译3资料分析，方案设计4相关计算，设备选型5装置布置，图纸绘制6撰写论文，整理成果7提交材料，毕业答辩8910三、学生完成毕业设计（论文）阶段任务情况检查表注：1. 此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各学院自行决定。2. “组织纪律”一档应按长沙理工大学学生学籍管理实施办法精神，根据学生具体执行情况，如
7、实填写。3. “完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点，存在的问题与建议4. 对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。时间第 一 阶 段第 二 阶 段第 三 阶 段内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查记录教师签字签字 日期签字 日期签字 日期四、学生毕业设计（论文）装袋要求：1. 毕业设计（论文）按以下排列顺序印刷与装订成一本（撰写规范见教务处网页）。(1) 封面(3) 毕业设计（论文）任务书(5) 英文摘要(7) 正文(9) 致谢(11) 附件 1：开题报告（文献综述）(2) 扉 页(4)
8、 中文摘要(6) 目录(8) 参考文献(10) 附录（公式的推演、图表、程序等）(12) 附件 2：译文及原文影印件2. 需单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。3. 修改稿（经、管、文法类专业）按顺序装订成一本。4.毕业设计(论文)成绩评定册一份。5论文电子文档由各学院收集保存。学生送交全部文件日期学生（签名）指导教师验收（签名）220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计摘要本次设计主要是一次变电所电气部分的设计，并做出阐述和说明。地区变电所是整个电力系统的中间环节，其地位相当重要。目前我国电力系统中的 220kV变电所一
9、般属于地区型变电所。根据所给定的设计资料对一个 220kV 大型地区变电所的电气部分进行初步设计，包括：通过比较确定电气主接线；确定主变压器的台数、容量和型式；确定所用电接线、所用变压器的台数、容量和型式；确定各电压级的配电装置型式；确定电压互感器和电流互感器的配置；选择各电压级各主要电气设备；进行继电保护配置和防雷规划设计。关键词：变电站；短路电流；电气设备；配电装置220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计THE PRELIMINARY DESIGN OF THE MAINELECTRICAL WIRING SCHEME AND EQUIPMENTLAYOUT OF 220KV
10、 LARGE SUBSTATIONABSTRACTThe design is based on summarizing our coumtrys substation design andoperation.Areas of the whole power system are substation intermediate links, theirstatus is quite important. At present our country electric power system of 220kVsubstation belongs to commonly area type sub
11、station. According to the data for agiven design the electrical substation of 220kV large areas of preliminary design,including: with comparison; the main electrical wiring Sure the main transformerssets, capacity and type; To ensure that the electric wiring, use transformer sets,capacity and type;
12、Confirm the voltage level distribution device type; Sure voltagetransformer and current transformer configuration; Select each voltage level; the mainelectrical equipment To relay protection configuration and lightning protectionplanning and design.Key words: Substation ； shortcircuit currents ； ele
13、ctric equipment ； powerdistribution equipment220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计目录引言. 112设计说明书. 211 电气主接线设计 .21.1.1 220 kV 电气主接线.21.1.2 110 kV 电气主接线.31.1.3 10 kV 电气主接线.41.1.4 所用电接线. 412 负荷计算及变压器选择 .51.2.1 负荷计算. 51.2.2 主变台数、容量和型式的确定.51.2.3 所用变台数、容量和型式的确定. 71.3 最大持续工作电流及短路计算 .81.3.1 各回路最大持续工作电流.81.3.2 短路电流计算点
14、的确定和短路电流计算结果. 81.4 主要电气设备选择 .101.4.1 高压断路器的选择.121.4.2 隔离开关的选择.121.4.3 母线的选择. 121.4.4 绝缘子和穿墙套管的选择.131.4.5 电流互感器的配置和选择.131.4.6 电压互感器的配置和选择.141.4.7 各主要电气设备选择结果一览表. 15设计计算书. 1821 短路电流计算书 .182.1.1 短路计算等值电路图.18220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计2.1.2 短路电流的计算.1822 主要电气设备选择计算书 .232.2.1 高压断路器的选择计算.232.2.2 隔离开关的选择计算.
15、252.2.3 母线的选择计算.272.2.4 绝缘子和穿墙套管的选择计算. 282.2.5 电流互感器的选择计算.292.2.6 电压互感器的选择计算.302.2.7 避雷针保护范围的计算.302.2.8 避雷器的选择.31345配电装置. 3231 配电装置设计的基本要求 .3232 配电装置的选型和布置 .32防雷保护的设计. 3441 概述 . 344.1.1 直击雷过电压保护.344.1.2 雷电侵入波保护.3442 避雷针和避雷器的配置原则 .344.2.1 避雷针的配置原则.344.2.2 避雷器的配置原则.3543 避雷针的选择 . 354.3.1 多支避雷针保护范围的确定方法
16、. 354.3.2 本变电站避雷针的选择结果.3544 避雷针的选择 . 354.4.1 避雷器类型的选择.354.4.2 ZnO 避雷器的选择原则.354.4.3 避雷器的选择结果 .36继电保护配置. 37220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计51 概述 . 375.1.1 继电保护的作用 .375.1.2 对继电保护的基本要求 .3752 主变压器保护 . 375.2.1 主变压器的主保护.375.2.2 主变压器的后备保护.3753 线路及母线保护 .385.3.1 220KV 线路保护.385.3.2 110KV 线路保护.385.3.3 10KV 线路保护.385.
17、3.4 母线保护 . 386 结束语. 39参考文献. 40致谢. 41附录. 42220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计引 言能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，在品种及构成上也发生了很大的变化。人类对能源质量也要求越来越高。电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。因
18、此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任。本毕业设计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
19、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，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，成为一专多能的高层次复合型人才。第 1 页 共 40 页220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计1设计说明书11 电气主接线设计电气主接线又称一次接线，它是电厂变电所，电力系统传递电能的通路，主接线是发电厂变电站电气部分的主体，其中包括发电机，变压器，母线，断路器，隔离开关，电抗
20、器等主要设备，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。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。1220kV 变电所中的 110kV 配电装置，当出线回路数在 6 回以下时宜采用单母线或分段单母线接线，6 回及以上时，宜采用双母线接线。220kV 终端变电所的配电装置，当能满足运行要求时，宜采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。当能满足电力系统继电保护要求时，也可采用线路分支接线。220kV 配电装置出线在 4 回及以上时，宜采用双母线或其他接线。
21、采用双母线或单母线的 110220kV 配电装置，当断路器为少油(或压缩空气)型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路母线，当 110kV 出线回路数为 6 回及以上，220kV 出线为 4 回及以上时，可装设专用旁路断路器。110220kV 母线避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关,安装在出线上的耦合电容器、电压互感器以及接在变压器引出线或中性点上的避雷器，不应装设隔离开关,在一个半断路器接线中，前两串的线路和变压器出口处应装设隔离开关。各级电压配电装置，初期回路数较少时，应采用断路器数量较少的简化接线，但在布置上应考虑过渡到最终接线方便。21.1.1 220 kV 电气主接线备选接线方
22、案：单母线带旁路接线、双母线接线、双母线带旁路接线第 2 页 共 40 页220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计表 1-1 220kV 方案比较220kV 线路 3 回，另预留 1 回备用，且变电站的处于系统的重要位置，根据以上主接线形式的适用情况，可选择双母线接线方式。综合所述，220kV 电压等级采用双母线的接线方式，220kV 主接线形式如下所示：图 1.1 220kV 电压侧接线方案1.1.2 110 kV 电气主接线备选接线方案：单母线带旁路接线、双母线接线、双母线带旁路接线表 1-2 110kV 方案比较本变电所 110kV 线路有 8 回，采用双母线接线方案，如图
23、所示。第 3 页 共 40 页方案项目方案双母线接线方案双母线带旁路接线接线可靠性母线检修时，电源和出线可继续工作，不会中断对用户供电。检修任一母线QS，只需断开这一回路。工作母线故障时，所有回路能迅速恢复工作任一母线故障或检修，均不致停电，除联络 QF 故障时与其相连的两回线路短时停电外，其他任何 QF 故障或检修都不会中断供电。灵活性母联 QF 可以断开运行，一组母线工作，另一组母线备用。也可以闭合母联 QF，双母线同时工作运行调度灵活，但二次接线和继电保护较复杂经济性经济性较好，便于扩建设备多，占地面积大，投资大方案项目方案双母线接线方案双母带旁路接线可靠性较高的可靠性可靠性很高灵活性灵
24、活性较高灵活性很高经济性经济性较好，便于扩建增加了设备和投资220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计图 1.2 110kV 电压侧接线方案1.1.3 10 kV 电气主接线备选接线方案：单母线分段接线、双母线接线表 1-3 10kV 方案比较由于 10kV 所传输的功率不大，而双母线接线所需设备较多，投资较大，故从经济角度考虑，确定 10kV 采用单母线分段的主接线方式。图 1.3 10kV 电压侧接线方案1.1.4 所用电接线1. 所用电源引接方式(1)当所内有较低电压母线时,一般均较低电压母线上引接 12 个所用变压器,这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。第 4
25、页 共 40 页方案项目方案单母分段接线方案双母接线可靠性可以是重要负荷从不同的母线分段取得，可靠性较高可靠性不高，任一元件故障或检修均使该回路停电灵活性分段 QF 可以接通及断开运行，灵活性较高灵活性差经济性设备和投资增加设备少，投资小220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计(2)当有可靠的 635kV 电源联络线时，可将一台所用变压器接到联络变压器外侧，更能保证所用电的不间断供电。(3)由主变压器第三绕组引接,所用变压器高压侧要选用大断流容量的开关设备，否则要加装限流电抗器。2. 所用电接线的确定由于本所内有较低电压（10kV）母线时,所以从 10kV 母线上引接 2 台所用
26、变压器,分别接于 10kV 母线的段和段，互为备用，平时运行当一台故障时另一台能承受变电所的全部负荷。10kV10kV图 1.4 所用电接线方案12 负荷计算及变压器选择1.2.1 负荷计算计算各侧负荷，用来选择主变压器和所用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。包括所用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kV 负荷、110kV 侧负荷和 220kV 侧负荷的。1.2.2 主变台数、容量和型式的确定1. 主变台数的确定主变压器台数的确定要求：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
27、时应考虑装设三台主变电所的可能性。相关的设计规范规定：选择的变压器容量 Se 需要满足下列两个条件：Se0.7Smax;SeSimp。其中，Smax 为变电所的最大负荷容量；Simp 为变电所的全部重要负荷容量考虑到该变电所为一重要中间变电所，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路代主变的方式，故选用二台主变压器。第 5 页 共 40 页220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计2主变容量的确定主变压器容量的确定要求：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，并适当考虑到远期 1020 年的负荷发展。2根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器容量。对
28、于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，有余变压器容量在设计及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，当一台主变压器停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的7080%。S N (0.7 0.8)Smax /(n -1) (MVA)S max 变电所最大负荷，MVA，n变电所主变压器台数由于变电所最大负荷为 130MVA，因此主变压器容量为：S N （0.70.8）130（2-1）=（91104）(MVA)在满足可靠性的前提下，结合经济性，选择容量为 120MVA 的主变压器。3主变型号确定主变压器形式的选择要求：同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多
29、，应从全网出发，推行系列化、标准化。考虑该所有 220kV、110kV、10kV 共三个电压等级，可选用三绕组变压器或自耦变压器。根据以上条件选择，确定采用型号为 SFPSZ7-120000/220 的 220kV 三绕组有载调压电力变压器，其具体参数如下表 1-4 主变压器参数型号中各符号表示意义：从左至右为S：三相F：风冷却 P：强迫油循环S：三绕组 Z：有载调压第 6 页 共 40 页型号SFPSZ7-120000/220额定容量 kVA1200000容量比（%）10010050空载电流（%）0.8损耗(kw)空载短路144480额定电压(KV)高压中压低压22081.25%12111联接组标号YN，yn0，d11阻抗电压高中高低中低12.622.07.6220kV 大型变电所电气主接线方案与设备布置初步设计7：性能水平号 120000：额定容量220：电压等级1.2.3 所用变台数、容量和型式的确定对大中型变电所，通常装设两台所用变压器。因所用负荷较重要，考虑到该变
