毕业设计（论文）浑河220KV一次降压变电所电气部分设计.doc

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1、中文摘要电力系统专业的毕业设计是一次比较综合的训练，它是我们将在校期间所学的专业知识进行理论与实践的结合，运用理论知识和专业技能进行工程设计和科学研究，提高分析问题和解决问题的能力。在完成此设计过程中，我们学习了很多电力工程设计、技术问题研究的程序和方法，在搜集资料、查阅文献、调查研究、方案比较、设计制图等多方面都得到了很大的提高，并进一步学习了很多新的知识和技能。本毕业设计的题目是浑河220KV一次降压变电所电气部分初步设计，为了保证供电的可靠性、安全性以及满足远期负荷需要的要求，按照远期负荷规划进行初步设计，达到能够保证变电所长期可靠供电的目的。根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及

2、变电所设计等书籍的有关内容，设计过程中完成了主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划以及防雷保护的规划等主要工作。近年来，电力在世界各国能源和经济发展中的作用日益增长，它已成为现代社会实用最广、需要最快的能源。变电所的合理设计与建设是一个极其重要的组成部分。整个设计过程中，全面细致的考虑工程设计的可靠性、经济性、灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。通过完成此毕业设计论文，进一步领会我国电力工业建设的政策观念和经济观点，培养对工程技术、经济进行较全面的综合分析能力。由于时间紧张和能力有限，此论文中难免会出现遗漏和错误，希望老师给予指点和更正。

3、 关键词：变电所 短路电流 电气设备AbstractThe professional graduate in system in electric power design is once more synthesize of training, it is we will during the period of school a profession for learning knowledge proceed theories and practice very good combination, make use of the theories knowledge proceeds w

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12、uting electricity equipment目 录任务书中文摘要 Abstract 引 言1第一部分 2原始资料分析 2第 一 章 变电所主变压器的选择3 1.1主变压器容量及形式的选择 4第 二 章 电气主接线的选择 4 21设计原则5 22设计的基本要求5 23本变电所电气主接线的选择6第 三 章 短路电流的计算5 31短路电流计算的目的832短路电流的基本类型833一般规定834计算目的935计算方法9第 四 章 主要电气设备的选择10 41一般原则11 42高压断路器的选11 43隔离开关的选择12 44电压互感器的选择13 45电流互感器的选择14 46母线的选择15第 五

13、 章 防雷保护的设计16 51防雷保护设计17 52避雷器的选择17第 六 章 配电装置的设计18 61电气布置19 62配电装置设计19 63配电装置形式的选择19第 七 章 继电保护和自动装置的设计20 71继电保护的配置21 72自动装置的配置23第 八 章 防雷保护的设计24 81电工装置的防雷保护 25 82防雷设计要求和所需资料 25第二部分 25第 九 章 主变压器选择的计算过程 25 91主变压器选择的计算方法26第 十 章 短路电流计算过程 27 101系统的等值电抗图28 102参数计算28 103短路计算29第十一章 电气设备选择的计算和校验 37 111高压断路器的选择

14、计算38 112隔离开关的选择计算39113电流互感器的选择计算41114电压互感器的选择计算42115母线的选择计算44第十二章 避雷针的选择 45 121避雷器的选择46 122避雷针的选择和计算46结 论48致 谢49参考资料50引 言本毕业设计论文为浑河220/60KV降压变电所电气部分设计，要求所设计的变电所能长期可靠为其负荷供电。设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约能源和用地，对生产工艺、主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。在上述原则基

15、础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划设计、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的论文。目前，电力技术已成为世界能源领域的主流技术，发电、输电、配电技术的进步，提高了供电的能力、质量和可靠性，扩大了电力应用范围，因此，变电所的合理设计也变得尤为重要。设计工作是工程建设的关键环节。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。本论文即在遵循原则、合理规划、反复校验的基础上完成。第一部分原始资料分析一、 设计题目 浑河220K

16、V一次降压变电所电气部分初步设计二、 始资料及依据1、变电所概况介绍（1）、变电所为地区变电所，以14回60KV出线向地区用户送电。主要用户为工业用户。（2）、所址地势平坦海拔100米，最高气温40，最低气温-35，年平均气温+10，空气无污染，交通便利。2、变电所60KV的用户负荷表表1-160KV的用户负荷表序号负荷名称最大负荷（KW）功率因数出线出线回路数近期远期1机械厂5000100000.95架空12东科科技园5000100000.95架空13数字机床厂6000120000.95架空24高压电气厂8000120000.9架空25111变电所8000120000.9架空26121变电所

17、6000100000.9架空27131变电所12000120000.9架空28市工业园8000150000.95架空2 3、最大负荷利用小时数T=5000H，负荷同时系数0.9，线损率为5%，重要负荷占65%。4、电力系统接线方式如图1所示： 220KV100KM 70KM 80KM待设变电所 2500MVA 2*240MVA 2*200MWX1=0.05X0=0.06 Uk=13% COS=0.85 Sj=100MW Xd=0.14 图1第一章 变电所主变压器的选择1.1 主变压器容量及型式的确定1.1.1主变压器容量的确定1、变电所中，主变压器一般采用三相式变压器，其容量应根据电力系统5-

18、10年的发展规划进行选择,并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。对于城郊变电所，主要变压器的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的容量对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台停运时，其余主变压器的容量在机及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。对一般性质的变电所，当一台停运时，其余主变压器的容量应能保证所供的全部负荷的70%。3、具有直接由高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级，减少重复降压容量，可采用双绕组。 根据本变电所实际情况，交通便利，只有两个电压等级220/60KV，故选择采用三相双绕组变压器。1.1.2主变压器台数的确定1、对大

19、城市郊区的一次变电所，在中、低压侧以构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。2、对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变压器，在设计时应考虑装设三台变压器的可能性。3、对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换变压器的容量。根据计算，确定选择两台容量为90000KVA的变压器，其型号为SFPZ490000/220。主要参数如表11。表11 变压器主要参数额定容量（KVA）90000额定电压（KV）高压 2208*1.5%低压 69连接组标号YN，d11空载电流（%）0.8空载损耗（KW）102负载损耗（KW）369.9阻抗电压（ %

20、）13.5第二章 电气主接线的选择变电所电气主接线是电力系统接线的主要组成部分，主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。2.1 设计原则1、变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节省投资等要求。2、220KV终端变电所的配电装置，当满足运行要求时，应尽量采用断路器较少的接线，如桥形接线等。2.2 设计的基本要求主接线设计应满足可靠性、灵活性、经济性三个基本要求。2.2.1可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求

21、，应满足以下几点：1、应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。2、主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。3、要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。2.2.2灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：1、调度要求，可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。2、检修要求，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。2.2.3经济性1、投资省首先是主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。其次要能限

22、制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。2、占地面积小主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。3、电能损失小经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。2.3 本变电所电气主接线的选择2.3.1 220KV侧主接线的选择 根据变电所设计等书籍中关于接线形式适用范围规定可知，220KV配电装置出线回路不超过两回时，可选用单母线、单母线分段接线，也可使用桥式接线。下面选取单母线分段和内桥接线两种方案进行介绍和比较，从而选择最佳方案作为本变电所侧一次主接线。表21 220KV侧主接线方案比较方案一：单母线分段方案二：内桥接线特点当一段母线发生故障后，

23、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，不指使重要用户断电。线路的投入和切除比较方便，当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但是变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回为发生故障的线路的运行。可靠性方案一当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。方案二中当控制变压器的断路器出现故障时，可由旁路隔离临时供电。经济性由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只比较综合造价。方案一用的断路器和开关电器多，占地面积大，故不经济。灵活性方案一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

24、源供电。方案一有利于扩建，而方案二不能扩建。综上所述，方案一比较灵活、可靠；方案二占地小，投资少，但不利于长远发展。所以综合考虑选方案一：单母线分段接线为本变电所一次侧主接线。2.3.2 60KV侧接线的选择由于 60KV侧进出线数共14回，查找规程，可选用双母线，我国110-220KV母线分段规定是：而当配电装置的进线和出线总数为1216回时，仍采用不分段的双母线接线。且在本设计中选择的断路器是SF断路器，由于其可靠性高，检修周期长，所以本变电所二次侧采用的接线方式是双母线接线，不设旁路母线。关于二次侧方案的说明：1、可以轮流检修母线而不致使供电中断，只需将要检修的那段母线上的全部元件倒闸操

25、作到另一组母线上就可以停电检修。2、检修任一母线回路的母线隔离开关时只需停该回路即可。3、母线故障后能迅速供电。4、调度灵活，各个电源和各回路的负荷可以任意分配到某一组母线上，可以适应各种变化的需要。5、扩建方便，双母线接线向左右任意方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的均匀分配。6、便于实验，在个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。综上所述，本变电所主接线选择以下接线方式 ：一次侧采用单母线分段接线，二次侧采用双母线接线。本所的主接线图如下所示： 图2-1 本所电气主接线图 第三章 短路电流的计算3.1 短路电流计算的目的1、在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线

26、时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。2、选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备导体和电气设备，如：断路器、互感器、母线、电缆等，必须与短路电流为依据。3、为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。4、进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算内容。3.2 短路的基本类型三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。为了检验和选择电气设备和载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用下述短路电流值。

27、：短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。：超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值，也就是在计算书中0s时的短路电流。3.3 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，应按本设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，确定适中电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式。而不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动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3、短路点的选择：选择导体的电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地

28、点。本设计中选择变压器两侧的两点为短路点。4、导体和电器的动稳定，热稳定，以及电器开断电流，一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。3.5 计算步骤3.5.1 画等值电抗图1、首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻；2、选取基准容量和基准电压；3、计算各元件的电抗标么值。3.5.2 计算短路电流步骤1、计算出各短路点在系统最大运行方式下的短路电流；2、计算出各点发生短路时的最大冲击电流和短路容量；3、列出短路电流计算数据表。3.6 计算方法3.6.1 标么值法取基准容量SB=100

29、MVA， ，以下是各元件电抗标幺值的计算用公式：发电机电抗：XG=X 线路电抗：XL*=0.4L 变压器电抗：X*= 短路电流周期分量有效值： 式中-系统短路电流标幺值； -发电机组电流标幺值 。 冲击电流：ich=2.55I短路功率：3.6.2 网络变换1、/Y变换 2、Y/变换 网络图如下： 图31 网络变换图3.6.3 短路电流周期分量的计算1、无限大电源供给的短路电流当供电电源为无穷大或者计算电抗3.45时，不考虑短路电流周期分量的衰减，直接取值的倒数即为短路电流在不同时刻周期分量的标幺值。2、有限电源供给的短路电流先将电源对短路点的等值电抗X*，归算到以电源容量为基准的计算电抗，然后

30、按值查相应的发电机运算曲线，或查发电机的运算数字表，即可得到短路电流在不同时刻周期分量的标幺值。第四章 主要电气设备的选择正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。4.1 一般原则1、应满足正常工作状态下的电压和电流的要求；2、应满足安装地点和使用环境条件要求；3、应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求；4、应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。4.2 高压断路器的选择4.2.1断路器形式的选择按照短路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：

31、多油式断路器、少油式断路器、压缩空气高压断路器、断路器、真空断路器等。由于多油式断路器和真空断路器没有 本设计中所需要的电压等级的型号，所以在次只对少油式断路器、压缩空气高压断路器断路器这几种形式的断路器进行比较，列表比较如下：表4-1断路器比较表类别结构特点技术性能特点运行维护特点少油式断路器油量少，油主要作为灭弧介质，结构简单，制造方便，积木式结构。开断电流大，35KV以上为积木书式结构，全开断时间短，可开断空载长线。运行经验丰富，易于维护，噪声底，油量少，易裂化，需要一套油处理装置。压缩空气高压断路器结构复杂，以压缩空气作为灭弧介质和操动介质以及弧隙绝缘介质，体积和重量较小。额定电流和开

32、断能力都可以做的较大，适于开断大容量电路，动作快，开断时间短。噪声大，维护周期长，无火灾危险，价格高。断路器结构简单，但工艺及密封要求严格，体积小，重量轻。额定电流和开断电流都可以做的很大，开断性能好，可适于各种工矿开断，气体灭弧，绝缘性能好，所以断口电压可做的较高，断口开距小。噪声低，维护工作量小，不检修间隔期长，断路器价格目前较高，运行稳定，安全可靠，寿命长。所以由上表比较可知，断路器是在各方面都是较合适的，所以本设计中选择的断路器都是断路器断路器。4.2.2 断路器的选择方法1、断路器额定电压大于电网电压，即。2、高压断路器的额定电流应大于或等于它的最大持续工作电流，。3、动稳定校验断路

33、器的极限通过电流峰值应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流，即。4、热稳定校验高压断路器的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量，即。5、开断电流能力校验断路器的额定开断电流应大于短路电流的有效值，即。 本变电所220KV侧选用型号为LW-220的断路器, 60KV侧选择型号为LW(OFPT-63)断路器。其主要参数如表42所示：表42 断路器主要参数型号LW-220LW(OFPT)-63额定电压(KV)22063最高工作电压(KV)25272.5额定电流(A)12501250额定短路开断电流(KA,有效值)31.525额定短路关合电流(KA,峰值)80633S额定短时耐受电流(KA

34、,有效值)31.525额定峰值耐受电流(KA,峰值)8063分闸时间(MS)30304.3 隔离开关的选择隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。4.2.1隔离开关的选择方法1、隔离开关额定电压大于电网电压，即。2、隔离开关的额定电流应大于或等于它的最大持续工作电流，。3、动稳定校验隔离开关的极限通过电流峰值应不小于三相短路时通过隔离开关的冲击电流，即。4、热稳定校验隔离开关的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量，即。5

35、、开断电流能力校验隔离开关的额定开断电流应大于短路电流的有效值，即。 本变电所220KV侧选用型号为GW-220/600隔离开关, 60KV侧选择型号为断GW-60GD/1000隔离开关。表43 隔离开关主要参数型号GW7-220/600GW5-60GD/1000额定电压(KV)22060最高工作电压(KV)25272.5额定电流(A)60010005S热稳定电流(KA,有效值)2114极限通过峰值电流(KA)5550分闸时间(S)0.030.034.4 电压互感器的选择1、按额定电压选择选择原边额定电压要与接入的电网电压相适应，即要求电压互感器原边所接受的电网电压应满足下列条件：1.10.9

36、 其中：-电网电压；-电压互感器一次绕组额定电压。2、按准确级和容量选择用于电度计量的电压互感器，准确度不低于0.5级，用于电流、电压测量的准确度不应低于1级，用于继电保护不应低于3级。3、结构种类选择60KV及以上可选串级式电压互感器。110KV及以上可选用电容分压式电压互感器。本变电所220KV侧选择型号为JDX-220的电压互感器。60KV侧选择型号为JDCF-63的电压互感器。表44 220KV侧电压互感器型号JDX-220额定电压比（KV）二次绕组额定输出（KV）测量0.2级0.5级200400保护3P级3P级400300剩余电压绕组额定输出（VA） 200准确级 3P表45 60K

37、V侧电压互感器型号JDCF-63额定电压比（KV）二次绕组测量保护剩余准确级0.2 0.53P3P额定输出 (VA)50 100400100极限输出（VA）2000频率（HZ）504.5 电流互感器的选择1、电流互感器额定电压大于电网电压，即。2、电流互感器的额定流应大于等于最大持续工作电流，。3、按准确度级和副边负荷选择额定电流：为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级，为保证互感器在一定的准确级工作，电流互感器二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量。4、动稳定校验极限电流互感器通过电流峰值应不小于三相短路时通过电流互感器的冲击电流，即。5、热稳定校验

38、短时允许电流互感器发热量不小于短路期内短路电流发出的热量，即。6、开断电流能力校验电流互感器额定开断电流应大于短路电流的有效值，即。 本变电所220KV侧选择型号为LB-220的电流互感器，60KV侧选择型号为LCWB-63的电流互感器。表46 220KV侧电流互感器参数表型号LB-220额定电压（KV）220最高工作电压（KV）252额定一次电流（A）300额定二次电流（A）5级次组合0.5/10P/10P/10P/10P/10P额定输出 COS=0.8 （KVA）0.5级3010P级60额定短时热电流（KA/S）31.5/1动稳定电流（KA）80表47 60KV侧电流互感器参数型号LCWB

39、-63额定电流比（A）900/5准确级0.5B额定输出 COS=0.8 （KVA）0.5级1K1，1K2 300.5级1K1，1K3 50B 2K1，2K2，3K1，3K2 50额定1S短时热电流（KA）25额定动稳定电流（KA）62.54.6 母线的选择4.6.1 母线选择的依据1、电流分布良好；2、散热良好；3、有利于提高电晕超始电压；4、安装检修方便，连接简单。4.6.2 母线截面选择和校验由于本设计的T=5000H，处于临界点，既可以用长期发热允许电流选择，又可以用经济电流密度选择，在本设计中采用的方法是长期发热允许电流选择方法。 1、 按导体长期发热允许电流选择，按下式： （1）式中：-导体所在回路最大持续工作电流； -在额定环境温度时导体允许电流； K与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数。当导体允许最高温度为+70和不计日照时，K值也用下式计算： （2）其中： -导体长期发热允许最高温度； -导体额定环境温度和安装地点实际环境温度。2、按短路热稳定检验 在校验导体热稳定时，若计及集肤效应系数的影响，可得由热稳定决定的导体最小截面为