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1、陕西能源职业技术学院毕业（ 论 文 ）设计 设计题目： 220KV区域变电所电气部分设计 姓 名： 学 号： 080433408 摘要本课程设计的目的是通过所学的电力系统知识来对某个区域的220kV变电所电力网进行规划设计进行规划设计。首先，由变电所的原始资料来选定变电所母线的接线方案以及对主变进行选择；其次，进行短路计算，根据短路电流参数计算并确定变电所的主要电气设备；最后，对电气设备进行配置及对所用电设计。关键字：接线方案议定 短路计算 电气设备配置 电气总平面布置 所用电目录第一章 主接线的选择21.1原始资料分析21.2方案议定21.3节电气主接线图4第2章主变的选择42.1 原始资料
2、42.2 主变压器选择5第三章 短路电流计算63.1短路计算概述63.2相关参数计算73.3短路点选择和计算(不计负荷影响)8第四章 主要电气设备的选择和校验114.1 断路器的选择114.2母线174.3支柱绝缘子及穿墙套管204.4限流电抗器214.5电缆234.6互感器25第五章 电气设备配置285.1继电保护配置规划285.2 避雷器配置规划305.3 互感器的配置32第六章 所用电设计336.1概述336.2所用电的接线方式336.3所用电接线34结束语35参考文献36致谢37前言毕业设计和毕业论文是大学生培养方案的重要环节，学生通过毕业设计，旨在培养学生综合运用所学的基本理论和方法
3、解决实际问题的能力，提高学员实际操作的技能以及分析思维能力，使学员能够掌握文献检索、研究分析问题的基本方法，提高学员阅读外文本书刊和进行科学研究的能力，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它即是一次检阅，又是一次锻炼。我毕业设计的课题是220kv降压变电站电气部分设计。电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，具有同时性。220kv降压变电站作为供用网络中重要的变电一环，它设计质量的好坏直接关系到该地区的用电的可靠性和地区经济的发展，同时也影响到该地区的用电可靠性和地区的经济发展，以及工农业生产和人民生活。本次设计根据有关规定，依据安全、可靠、优质、经济、合理等的要求
4、，为保证对用户不间断地供给充足、优质又经济的电能设计方案。由于水平有限及时间仓促等原因，设计中存在着许多不足和失误，敬请各位老师批评指正，谢谢第一章 主接线的选择1.1原始资料分析变电所规模及其性质：1. 电压等级220/110/10 kV2. 线路回数 220kV 出线6回（其中备用2回）110kV 出线8回（其中备用2回）10kV 出线10回（其中备用2回）区域变电所建成后与110kV和220kV电网相连，并供给近区用户供电。3归算到220kV侧系统参数（=100MVA,UB=230kV）220kV侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kV母线侧阻抗为0.015( =100MVA)4归算
5、到110kV侧系统参数（=100MVA,UB=115kV）110kV侧电源容量为500MVA，归算至本所110kV母线侧阻抗为0.36( =100MVA)5110kV侧负荷情况：110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，其他作为一些地区变电所进线，最小负荷与最大负荷之比为0.65。610kV侧负荷情况：10kV侧总负荷为38000kVA，类用户占60%，最大一回出线负荷为4000kVA，最小负荷与最大负荷之比为0.65。7. 各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为： 220kV侧 小时/年110kV侧 小时/年10kV侧 小时/年8. 220kV和110kV侧出线主
6、保护为瞬时动作，后备保护时间为0.15s，10kV出线过流保护时间为2s ,断路器燃弧时间按0.05s考虑。9 该地区最热月平均温度为28，年平均气温16，绝对最高气温为40，土壤温度为18。1.2方案议定各种接线方式的优缺点分析：1、单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。
7、单母接线适用于：110200kV配电装置的出线回路数不超过两回，3563kV，配电装置的出线回路数不超过3回，610kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式 2、单母分段用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：110kV220kV配电装置的出线回路数为34回，3563kV配电装置的出线回路数为
8、48回，610kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。3、双母接线它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110k220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。4、双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，
9、对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。当110kV出线为7回及以上，220kV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。各供电侧主接线设计：1、220kV侧主接线的设计 220kV侧出线回路
10、数为6回，考虑到所要采用变压器的台数为两台以及供电负荷属于重要负荷，为了提高供电可靠性，宜采用双母线接线2、110kV侧主接线的设计110kV侧出线回路数为8回，考虑到负荷比较重，年最大运行小时数为4500小时，对供电可靠性要求比较高，所以可以采用双母线接线。3、10kV侧主接线的设计10kV侧出线回路数为10回，负荷比较轻，供电半径短，所以采用单母分段连接就能满足要求，故10kV采用单母分段连接方案拟定：方案220kV侧110kV侧10kV侧主变台数方案一双母线不带旁路双母不带带旁路单母分段21.3节电气主接线图 图1-1 电气主接线图 第2章主变的选择2.1 原始资料1.110kV侧负荷情
11、况： 110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，其他作为一些地区变电所进线，最小负荷与最大负荷之比为0.65。210kV侧负荷情况：10kV侧总负荷为38000kVA，类用户占60%，最大一回出线负荷为4000kVA，最小负荷与最大负荷之比为0.65。2.2 主变压器选择主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑确定。主变压器容量一般按变电所、建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期的负荷发展。对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主
12、变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装设一台主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。容量选择：本变电所选用两台变压器，按110kV侧的变电所的进线跳开，由220kV侧无穷大系统来单供电给110kV和10kV侧的负荷，一台主变压器的容量不应小于60%的全部负荷。110kV侧的负荷：两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，属于一类负荷。110侧的总负荷容量为75MVA10kV侧的负荷： 10kV侧总负荷为38000kVA，最大一回出线负荷为4000kVA，有10回出线，其
13、中两回备用，类用户占60%。10kV侧的总负荷为38MVA10kV侧的最大负荷，按10回来算为10*4000kVA=40MVA38MVA，所以按40MVA来算10kV的总负荷容量。单台容量：（80MVA+40MVA）*0.7=84MVA同时还要保证用户的一、二级负荷10kV侧的一级、二级负荷为40MVA*60%=24MVA110kV侧的一级、二级负荷为80MVA总的一级、二级负荷为24MVA+80MVA=104MVA84MVA综合以上讨论可知，从长远考虑选主变压器容量：=120 MVA，容量比100/100/100的变压器。主变相数的选择:主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可
14、靠性要求及运输条件等因素。当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故由以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器，同时，为了保障电压水平能够满足用户要求，本所选用有载调压变压器。变压器连接方式和中性点接地方式的选择:变压器的连接方式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方式只有y和，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采
15、用连接。同时考虑到为了降低绕组的绝缘要求，从而降低制造成本，为了给三次谐波电流提供通道，避免正弦波电压的畸变故此变电所220kV、110kV侧宜采用Y0接线，10kV侧采用接线，我国的110kV及以上电网一般采用中性点直接接地系统，在运行中，为了满足继电保护装置灵敏度配合的要求，变压器的中性点不接地运行，所以，本变电所主变220kV、110kV侧和10kV侧均采用中性点不接地方式。变压器选择总结:综上所述，本变电所采用型号为SFPSZ7-120000/220三绕组有载调压变压器。其主要参数如下： 表2-1 变压器参数列表容量MVA调压范围额定电压（kV）空载损耗（kW）空载电流（%）阻抗电压高
16、压中压低压UI-2%U1-3%U2-3%12081.5%22012110.51240.81422.67.4联结组标号型号YN，ynd，d11SFPSZ7-120000/220第三章 短路电流计算3.1短路计算概述一、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。其计算目的是：1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2、在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距
17、离。4、在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5、按接地装置的设计，也需用短路电流。二、短路电流计算的一般规定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，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后510年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应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机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3、选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流
18、为最大的地点。4、导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。三、短路计算基本假设1、正常工作时，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，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5、元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6、系统短路时是金属性短路。3.2相关参数计算变压器:%=0.5(%+%-%)=0.5(14+22.6-7.4)=14.6%=0.5(%+%-%)=0.5(14+7.4-22.6)=-0.6%=0.5(%+%-%)=0.5(22.4+7.4-1
19、3.5)=8所以=%/(100)=14.6100/(100120)=0.12167= %/(100)=-0.6100/(100120)=-0.005= %/(100)=8100/(100120)=0.06673.3短路点选择和计算(不计负荷影响)图 3-1 短路点分布图（不计及负荷影响）短路点的选择和主要应用：d1:220kV母线(短路电流可以用来校验220kV的母联断路器、隔离开关和母线等)d2:110kV母线(短路电流可以用来校验110kV的母联断路器、隔离开关和母线等)d3:10kV母线(短路电流可以用来校验10kV 的母联断路器、隔离开关和母线等)短路计算：基准容量： = 100MVA
20、 冲击系数：= 1.8如图3-1所示：220kV侧：电源的标幺值： = 1，归算至本所220kV母线侧阻抗为=0.015( =100MVA)110kV侧:电源的标幺值： = 1，归算至本所110kV母线侧阻抗为=0.36( =100MVA) = XT1=0.12167 = XT2=-0.005 = XT3=0.0667 = ， =， = 可知 = / 2=0.12167/2=0.060835 = / 2=-0.005=-0.0025 = / 2=0.0667=0.03335 图3-2 等效变换后的等值电路图D1点短路时的情况：等效电阻： = + + =0.36-0.0025+0.060835=
21、0.418335 短路电流的周期分量的标幺值为： = / + / =1/0.418335+1/0.015=69.0571图 3-3 化简后的等值电路D1点是电流基准值为：=100/()kA=0.251kA短路电流的周期分量的有名值为：0.251kA=17.3333kA冲击电流的有名值为： = 0.251=44.1235kA短路电流的全电流有效值为：= 0.251kA=26.1727kA短路容量：=6905.71MVAD2点短路时的情况：等效电阻： = + + =0.015+0.060835-0.0025图 3-4 化简后的等值电路=0.073335短路电流的周期分量的标幺值为： = / + /
22、 =1/0.073335+1/0.36=16.4138D2点是电流基准值为：=100/()kA=0.502kA短路电流的周期分量的有名值为：0.502kA=8.2397kA冲击电流的有名值为： = 0.502=20.9749kA短路电流的全电流有效值为：= 0.502kA=12.4417kA短路容量：=1641.38MVAD3点短路时的情况：等效电阻： = + ( +) ( + ) / ( + + + )=0.03335+（0.36-0.0025）（0.015+0.060835）/（0.36-0.0025+0.015+0.060835）=0.09591图 3-5 化简后的等值电路 = ( *
23、( + ) + * ( + ) / ( + + +)=(1 ( + ) + 1 ( + ) / ( + + + )=1短路电流的周期分量的标幺值为： = / X23=1/0.09591=10. 4264D3点是电流基准值为：=100/()kA=5.4986kA短路电流的周期分量的有名值为：5.4986kA=57.3308kA冲击电流的有名值为： = 5.4986=145.9405kA短路电流的全电流有效值为： = 5.4986kA=86.5677kA短路容量： =1042.64MVA短路计算总结：表3-1短路点的编号基准容量（MVA）基准电压VaV（kV）稳态短路电流标么值稳态短路电流有名值（
24、kA）短路电流冲击值 (kA)短路全电流最大有效值 (kA)短路容量 ( MVA)d1 10023069.057117.333344.123526.172769.0571d211516.41388.239720.974912.44171641.38d310.510.426457.3308145.940586.56771042.64第四章 主要电气设备的选择和校验4.1 断路器的选择断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压6220kV的电网一般选用少油断路器，电压110330kV电网，可选用或空气断路
25、器，大容量机组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。断路器选择的具体技术条件如下：（1）电压： -电网工作电压, -断路器的额定电压（2）电流： -最大持续工作电流， -断路器的额定电压（3）开断电流： -断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；-断路器额定开断电流（4）动稳定： -断路器极限通过电流峰值；-三相短路电流冲击值（5）热稳定：- 短路电流的热效应或热脉冲；- 断路器t秒热稳定电流隔离开关形式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较然后确定。参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件。选择的具体技术条件如下：（1）电压： -电网工
26、作电压（2）电流： -最大持续工作电流（3）动稳定： （4）热稳定：- 短路电流的热效应或热脉冲；- 断路器t秒热稳定电流4.1.1主变高压侧的断路器、隔离开关的选择和校验主变高压侧的断路器：短路点位置基准容量（MVA）基准电压VaV（kV）稳态短路电流标么值稳态短路电流有名值（kA）短路电流冲击值 (kA)短路全电流最大有效值 (kA)短路容量 ( MVA)主变高压侧10023069.057117.333344.123526.172769.0571（1）选择=1.05（75+410）/(2220)=0.158kA选择LW2-220 SF6断路器表4-1 LW2-220 SF6 断路器参数表型
27、号额定电压（kV）额定电流（kA）额定短路开断电流（kA）额定短路关合电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）全开断时间（s）LW2-220/25002202.531.58010031.50.05（2）热稳定校验： , - 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应, 短路电流非周期分量的热效应 ； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查出)；- 断路器t秒热稳定电流短路计算时间： - 后备保护动作时间；- 断路器全开断时间=0.15+0.05=0.2s 137.253(kA)2 s 满足热稳定要求（3）动稳定校验：-断路器极限通过电流峰值；-三相短路冲击值。=44
28、.1235 kA 满足热稳定要求（3）动稳定校验：=44.1235 kA =50kA满足动稳定要求4.1.2主变中压侧的断路器、隔离开关的选择和校验主变中压侧的断路器：短路点位置基准容量（MVA）基准电压VaV（kV）稳态短路电流标么值稳态短路电流有名值（kA）短路电流冲击值 (kA)短路全电流最大有效值 (kA)短路容量 ( MVA)主变中压侧1001159.59584.818112.26517.2753959.58（1）选择 ；=1.0575/(2110)=0.207kA选择LW2-110/2500 SF6断路器表4-3 LW2-110/2500 SF6断路器参数表型号额定电压kV额定电流
29、（kA）额定短路开断电流（kA）额定短路关合电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）全开断时间（s）LW2-110/25001102.531.58012531.50.05（2）热稳定校验： , - 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应,短路电流非周期分量的热效应 ； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查出)；- 断路器t秒热稳定电流 短路计算时间： - 后备保护动作时间；- 断路器全开断时间=0.15+0.05=0.2s 13.231(kA)2 s 满足热稳定要求（3）动稳定校验：-断路器极限通过电流峰值；-三相短路冲击值。=12.2651kA 满足热稳定要
30、求（3）动稳定校验：=12.2651kA =80kA满足动稳定要求4.1.3 110kV侧最大一回负荷出线的断路器、隔离开关的选择和校验110kV侧最大一回负荷出线的断路器：短路点位置基准容量（MVA）基准电压VaV（kV）稳态短路电流标么值稳态短路电流有名值（kA）短路电流冲击值 (kA)短路全电流最大有效值 (kA)短路容量 ( MVA)110kV侧最大一回负荷出线10011516.41388.239720.974912.44171641.38（1）选择 ；=1.0575/(2110)=0.207kA选择LW2-110/2500 SF6断路器表4-5 LW2-110/2500 SF6断路器
31、参数表型号额定电压kV额定电流（kA）额定短路开断电流（kA）额定短路关合电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）全开断时间（s）LW2-110/25001102.531.58012531.50.05（2）热稳定校验： , - 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应, 短路电流非周期分量的热效应 ； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查出)；- 断路器t秒热稳定电流 短路计算时间： - 后备保护动作时间；- 断路器全开断时间=0.15+0.05=0.2s 38.699(kA)2 s 满足热稳定要求（3）动稳定校验：-断路器极限通过电流峰值；-三相短路冲击值；=
32、20.9749kA 满足热稳定要求（3）动稳定校验：=20.9749 kA 316A（2）热稳定校验：=0.15+0.05=0.2s , 用全电流来校验，d1短路时=26.1727kA =26.172720.2=137.002kA2S 正常运行时得导体温度：=40+(70-40)3162/4692=53.6查表得：C=94 =/94125.8(mm2)216mm2满足热稳定(3)动稳定校验： 查表得频率系数 =3.56(发电厂电气部分表3-5) =3.56/1.52=29.7Hz35Hz可见到该母线可不计共振影响=44.1235 (kA)母线相间应力：=1.7310-7 =1.7310-744
33、.12352/0.75=449N/m=4491.52/(101.3710-6)=7.37107Pa413A（2）热稳定校验：=0.15+0.05=0.2s , 用全电流来校验，d1短路时=12.4417kA =12.441720.2=30.959kA2S 正常运行时得导体温度：=40+(70-40)4132/4692=63.3查表得：C=90 =/90(mm2)61.8mm2满足热稳定(3)动稳定校验： 查表得频率系数 =3.56(发电厂电气部分表3-5) =3.56/1.52=29.7Hz35Hz可见到该母线可不计共振影响=20.9749 (kA)母线相间应力：=1.7310-7 =1.73
34、10-720.97492/0.75=101N/m=1011.52/(101.3710-6)=1.66107Pa8107Pa满足动稳定4.2.3主变低压侧母线桥的选择设备名称S(mm2)放置方式 (A)(32) (106Pa)母线桥2（6310）矩形铝排平放1458704.3支柱绝缘子及穿墙套管支柱绝缘子按额定电压和类型选择，进行短路时动稳定校验。穿墙套管按额定电压，额定电流和类型选择，按短路条件校验动、热稳定。（1）按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙大管。支柱绝缘子和穿墙套管的额定电压大于等于电网的额定电压，即： 发电厂与变电所的320kV屋外支柱和套管，当有冰雪和污秽时，宜选择高一级的产品。（2）按额定电流选择穿墙套管。穿墙套管的额定电流IN大于或等于回路最大持续电流Imax,即： kINImax 式中k温度修正系数。对母线型穿墙套管，因本身无导体，不必按此项选择和校验热稳定，在需保证套管的型 式和穿过母线的尺寸相配合。（3）支柱绝缘子和套管的种类和型式的选择。根据装置地点，环境现在屋内，屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。（4）穿墙套管的热稳定校验。套管耐受短路电流的热效应，大于或等于短路电流通过套管所产生的热效应，即：（5）支柱绝缘子和套管的动稳
