220KV降压变电所初步设计课程设计报告系 别： 机电与自动化学院 专业班级： 电气0705 学生姓名： 学生学号： 指导教师： （课程设计时间：2010年12月13日2010年12月31日）华中科技大学武昌分校目 录1 变电所的原始资料21.1 变电所的规模21.2 变电所的基本数据21.3 所址情况22 主变压器容量，台数及形式的选择22.1 概述22.2 主变压器台数的选择32.3 主变压器容量的选择32.4 主变压器型式的选择33 电气主接线的选择43.1 概述43.2 主接线的方式选择43.3 选择设计方案64 变电所短路电流计算74.1 概述74.2 短路计算的目的及假设74.3 计算参数84.4 短路情况分析95 变电所电气设备的选择105.1 概述105.2 断路器的选择135.3 补偿装置容量的选择146 主变压器保护156.1 概述156.2 变电所主变保护的配置156.3 限流电抗器的选择197. 防雷及接地体设计207.1 概述207.2 防雷保护的设计207.3 接地装置的设计217.4 主变压器中性点放电间隙保护21参考文献231、 变电所的原始资料1.1变电所的规模 本次变电所的设计为一区域性变电所，向开发区的炼钢厂、化纤厂供电，在变电所附近还有10KV地区负荷。本变电所的电压等级为22011010kV，220kV是电源侧电压，110kV和10kV是二次负荷侧电压。待设计的变电所，220kV线路5回，其中2回与系统、2回与电厂相连、备用一回；110kV送出4回线路，备用一回；10kV送出12回线路；该变电所的所址，地势平坦，交通方便。1.2 变电所的基本数据110kV和10kV用户负荷统计资料见下表。最大负荷利用小时数Tmax5500h，同时率取0.9，线路损耗取6。主要负荷见表1： 表 11.3 所址情况该变电所的所址，地势平坦，交通方便。最高气温40、最低气温-20，主导风向冬季为西北风，夏季为东南风，最大风速25mS、海拔600m，最大冻土层厚0.6m，地震级为6度。2 主变压器容量，台数及形式的选择2.1概述在发电厂和变电所中，用来向系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。主变压器的容量、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的原始资料外，还应根据电力系统510年发展规划、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。变电所主变压器容量，一般应按510年规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电所，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足类及类负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%以上。2.2主变压器台数的选择 由设计要求可知，本次设计的是220kV降压变电所，它是以220kV输出功率为主。把所受的功率通过主变传输至110kV及10kV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区的电力设备全部停电，影响整个市区的供电，因此选择主变压器台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且还会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变压器同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。2.3主变压器容量的选择主变压器容量的选择，变压器的最大负荷为PM=K0P。对于具有两台变压器的变电所。其中一台主变压器的容量应大于等于70%的全部负荷或全部重要负荷。两者中，取最大值作为确定主变的容量依据。=57150kW故选用两台OSFP7-6000/220三绕组变压器。2.4主变压器类型的选择 在330kV及以下电力系统中，一般都选用三相变压器。如采用单项变压器组，则投资大、占地多、运行损耗也较大，同时也使配电装置结果复杂。如果变电所采用的变压器两种降压电压级降压，当最大机组容量为125MW及以下时，多采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格以及所使用的控制电器和辅助设备，与相应的两台双绕组变压器相比都较少。在110kV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器，它损耗小、体积小、效率高。另外主变压器无需选用有载调压，选用无励磁调压即可。3 电气主接线的选择3.1概述变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分，它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备以最优的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。一个变电所的主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同， 进出回路数不同，接线方式也不同。变电所的电气主接线设计是整个变电所设计的核心技术。它对变电所内电气设备的选择、布置，继电保护及自动装置的设计，变电所总平面布置的设计，都起决定性作用。3.2 主接线的方式选择对变电所电气主接线的设计一般从可靠性，灵活性和经济性等方面进行评价。常用的各种接线方式有以下几种：（1）变压器线路组接线这种接线是一台变压器与一条线路构成一个接线单元。常用的接线方式有两种：一种是变压器低压侧没有电源，在变压器和线路之间只装设一组带接地刀闸的隔离开关，不装设断路器。另一种是在变压器和线路间除了装设一组带接地刀闸的隔离开关外，还装设断路器。当新路故障时，由线路对侧和本侧保护动作，线路两侧断路器切除故障当变压器故障时，变压器保护动作，由变压器两侧断路器切除故障这种接线可用于变压器低压侧有电源或无电源的情况。（2）桥接线在两个变压器线路组接线之间装设一台桥断路器便构成了桥接线。在桥接线中，4个元件只用3台断路器，是一种节省断路器的接线方式。桥接线又分为内桥接线、外桥接线和扩大桥接线。桥接线可作为最终接线，也可作为过渡接线。只要在布置上留有位置，桥接线可过渡到单母线接线、但母线分段接线、双母线接线、双母线分段接线。（3）单母线接线 这种接线的特点是设有一条汇流母线。电源线和负荷线均通过一台断路器就接到母线上。它是母线制接线中最简单的一种接线其优点是接线简单、清晰，采用设备少、造价低、操作方便、扩建容易。缺点是可靠性不高，当任一接线元件故障，断路器据动或母线故障，都将造成整个配电装置全停。母线和母线隔离开关检修，整个配电装置亦将全停。（4）单母线分段接线 用断路器将母线分段，分段后母线和母线隔离开关可分段轮流检修。这种接线除了具有单母线接线的简单、清晰等优点外，增加分段断路器后，提高了可靠性。因此这种接线的应用范围比单母线接线广。其缺点是当分段断路器故障时，整个配电装置会全停；母线和母线隔离开关检修是，该段母线上连接的元件都会在检修期间停电。（5）双母线接线 为了克服单母线分段接线在母线和母线隔离开关检修时，该段母线上连接的元件都要在检修期间停电的缺点而发展出来的双母线接线。这种接线，每一元件通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线间通过母线联络断路器连接。双母线接线与单母线接线相比，具有较高的可靠性和灵活性。（6）双母线分段接线 当双母线接线配电装置的进、出线回路数多时，可增加可靠性和运行上的灵活性，可在双母线中的一条或两条母线上加分段断路器，形成双母线单分段接线或双母线双分段接线。双母线分段或双分段接线克服了双母线接线存在全停可能性的缺点，缩小了故障停电范围，提高了接线的可靠性。特别是双母线分段，比双母线单分段接线只多一台分段断路器和一组母线电压互感器和避雷器。双母线分段接线母线保护接线比单分段母线保护接线简单，可靠性也较高。（7）带旁路母线的母线制接线 带旁路母线的接线可分为单母线带旁路、单母线分段带旁路、双母线带旁路、双母线分段带旁路等接线方式。加旁路母线及旁路断路器的目的是利用一套共用的母线、公用的断路器和公用的保护装置。在母线引出各元件的断路器、保护装置需停电检修时，通过旁路母线由旁路断路器及其保护代替，而引出元件可不停电。（8）3/2断路器接线 2/3断路器接线中有两条主母线，在两主母线之间串接三台断路器，组成一整串，每串中两台断路器之间引出一回线路或一组变压器。每个元件占有3/2台断路器，3/2断路器接线名称由此得来。（9）双母线双断路器接线 在接线中有两条母线，每一元件经两台断路器分别接在两条母线上。每一元件可以方便、灵活的接在任一条母线上。断路器检修和母线故障时，元件不需要停电。它具有3/2断路器接线的一些优点。当元件较多时母线可以分段。（10）4/3断路器接线 这是由3/2断路器接线演变来的接线方式，即在3/2断路器接线的串内再串入一台新的断路器，就可再引出一个元件，形成四台断路器接三个元件的接线方式。3.3选择设计方案按SDJ2-88220-500kV变电所设计技术规程规定，“220kV配电装置出线在四回及以上时，宜采用双母线及其他接线”，故设计中考虑下了两个方案，方案一采用双母线接线，该接线变压器接在不同的母线上，负荷分配均匀，调度灵活方便，运行可靠性高，任一条母线或母线上的设备检修，不需要停掉线路，但出线间隔内任一设备检修，此线路需停电。方案二采用单母线待旁路母线，该线路简单清晰，投资略小，出线及主变间隔断路器检修，不需停电，单母线检修或故障时，220kV配电装置全停。本工程220kV断路器采用SF6断路器，其检修周期长，可靠性高，故可不设旁路母线。又由于有两个回路，一回路停运时，仍满足N-1原则，本设计采用了双母线接线。对110kV侧的接线方式，出线仅为四回，按照规程要求，宜采单母线分段接线。对10kV侧的接线方式，按照规程要求，宜采用单母线分段接线，对重要的回路，均以双回路供电，保证供电的可靠性。考虑到减小配电装置的占地和占用空间，消除火灾、爆炸的隐患及环境保护的要求，主接线不采用带旁路的接线，且断路器选用性能比少油断路器好的真空断路器。4、变电所短路电流计算4.1 概述电力系统的电气设备在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会破坏用户的正常供电和电气设备的正常运行。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。4.2 短路计算的目的及假设4.2.1 短路电流计算目的短路电流计算目的是：（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