永镇220KV降压变电所毕业设计要点.doc

永镇 220/60KV降压变电所电气部分初步设计中 文 摘 要电是能量的一种表现形式,电力已成为工农业生产不可缺少的动力,并广泛应用到一 切生产部门和日常生活方面。电能有许多优点:首先,它可简便地转变成另一种形式的能 量。例如,工厂中的电动机,就是将电能转换成机械能,拖动各种机械;又如我们常用的 电灯,是将电能转变为光能,满足照明需要。其次,电能经过高压输电线路,还可输送很 长的距离,供给远方用电。另外,许多生产部门用电进行控制,容易实现自动化,提高产 品质量和经济效益。因此可见,电力工业在国民经济中占有十分重要的地位,而且电力必 须先行,才能满足工农业发展的需要。我国的电力工业发展也很快,自 70年代初,第一台 300MW 机组数投运至 1988年底, 投产 600MW 机组以来,电力工业发展又上了一个新台阶。在建的发电厂容量已达 2700MW 。 330500kV 输变电系统正在逐步扩大。到 1991年底,全国装机总容量已超过 150000MW , 年发电量已达 6774.94亿 kw h 。电力系统是国民经济的重要能源部门,而变电所的设计是电力工业建设中必不可少的 一个项目。熟悉各种设计规程和设计原理,设计过程中要针对变电所的规模和形式,具体 问题具体分析。本论文介绍了文关 220kV 降压变电所电气部分初步设计,从设计任务上来 看,共分为七大步骤。即, 1、选择本变电所主变压器的型号、容量和台数。 2、设计本变 电所电气主接线的基本形式。 3、进行短路电流计算。 4、进行主要电气设备的选择。 5、 进行本变电所高压配电装置的规划设计。 6、进行本变电所继电保护和自动装置的规划设 计。 7、进行本变电所防雷保护的规划设计等七大步骤,本论文结合电气的有关规程进行 设计。本次设计是我们在校期间进行的最后一个非常重要的综合性实践教学环节,也是我 们学生全面运用所学基础理论、专业知识对实际问题进行设计(或研究的综合性训练, 同时还是我们将来走向工作岗位而奠定的基本实践。通过本次设计可以增强我们运用所学 知识解释实际问题的能力和创新能力,以便更好地适应工作的需要。其设计内容结合相关 的参考文献进行编写,由于水平有限,难免会有错误疏漏之处,请参阅老师多给予批评指 正。关键词 变电所,变压器,电气主接线,电气设备,继电保护等I目 录中 文 摘 要 . . I 引 言 . . - 1 -第一部分 说明书 . . - 2 -第一章 主变压器的选择 . -2- 1.1 主变容量选择的有关规定及原则 . . - 2 - 1.2 本设计主变压器的选择 . . - 3 - 第二章 电气主接线选择 . -5- 2.1 概 述 . . - 5 - 2.2 主接线的设计原则及基本要求 . . - 5 - 2.3 电气主接线的选择 . . - 6 - 第三章 短路电流计算 . . -11- 3.1 短路电流计算的目的:. . - 11 - 3.2 电力系统短路电流计算条件:. . - 11 - 3.3 设计中应注意的问题 . . - 14 - 第四章 高压电气设备的选择 . -15- 4.1 电气设备选择的一般要求:. . - 15 - 4.2 电气设备的选择 . . - 16 - 4.3 母线的选择 . . - 17 - 4.4 隔离开关的选择 . . - 19 - 4.5 电流互感器的选择 . . - 20 - 4.6 电压互感器的选择 . . - 21 - 4.7 避雷器的选择 . . - 22 - 第五章 配电装置 . -24- 5.1 高压配电装置和设计原则及要求 : . . - 24 - 5.2 设备的配置 . . - 25 - 5.3 配电装置的选择:. . - 26 - 第六章 继电保护及自动装置规划设计 . -27- 6.1 继电保护配置的作用和要求:. . - 27 - 6.2 变压器保护的配置 . . - 27 - 6.3 母线保护和断路器失灵保护 . . - 28 - 6.4 线路的保护装置 . . - 29 - 6.5 自动装置的规划设计 . . - 31 - 第七章 防雷保护的规划设计 . -34- 7.1 概述 . . - 34 - 7.2 防雷保护的有关规定 . . - 34 - 7.3 防雷保护设计所需资料:. . - 34 - 7.4 直击雷过电压保护装置设计 . . - 35 -II永镇 220/60KV降压变电所电气部分初步设计第二部分 计算书 . . - 36 -第一章 短路计算 . -36- 1.1网络化简 . . - 36 - 第二章 电气设备选择计算 . -43- 2.1 断路器的选择计算 . . - 43 - 2.2隔离开关的选择计算 . . - 46 - 2.3电流互感器的选择计算 . . - 49 - 2.4 电压互感器的选择计算 . . - 51 - 2.5 母线的选择 . . - 53 - 2.6 避雷器的选择 . . - 55 - 2.7电容器的选择 . . - 55 - 第三章 避雷针的保护范围计算 . -57- 3.1 避雷针的定位及针距 . . - 57 - 3.2 单根避雷针的保护半径计算 . . - 58 - 3.3 多根等高避雷针的保护范围计算 . . - 58 - 结 论 . . - 60 -致 谢 . . - 61 -参考文献 . . - 62 -附 录 . . - 63 -III永镇 220/60KV降压变电所电气部分初步设计引 言发电厂及电力系统专业的毕业设计是培养学生综合运用大学三年所学理论知识,独立 分析和解决工程实际问题的初步能力的一个重要环节。本设计是根据毕业设计的要求,针对 220/60kV降压变电所毕业设计论文。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。论文包括选择变电所的主变压器 的容量、台数和形式,选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数,并且通过 计算,详细的校验了各种不同设备的热稳定和动稳定,并对其选择进行了详尽的说明。同 时经过变压器的选择和变电所所带负荷情况,确定本变电所电气主接线方案和高压配电装 置及其布置方式,同时根据变电所的电压等级及其在电力网中的重要地位进行继电保护和 自动装置的规划设计,最后通过对主接线形式的确定及所选设备的型号绘制变电所的断面 图、平面图、和主接线图,同时根据所绘制的变电所平面图计算变电所屋外高压配电装置 的防雷保护。本设计的所有图纸都是计算机绘制而成,最后按照要求进行毕业设计成品打 印。论文包括毕业设计说明书和毕业设计计算书两部分,并附有四张设计图纸(电气主接 线图一张、 变电所断面图两张、平面布置图一张 ,可为以后的设计做些参考,同时能够 比较直观的反映本设计变电所的整体全貌。设计书编写过程中曾遇到过各种各样的问题和困难,指导老师给予了宝贵的意见的精 心指导,在此表示深切的谢意。由于本人水平有限,设计书中难免会有错误和不足之处,恳请老师批评指正。 - 1 -第一部分 说明书第一章 主变压器的选择在各级电压等级的变电所中,变压器是主要电气设备之一,担负着变换网络电压、进 行电力传输的重要任务,确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的 保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重,近期以节约为主。因此,在确保安 全可靠供电的基础上,确定变压器的经济容量,提高网络的经济运行素质将具有明显的经 济意义。1.1 主变容量选择的有关规定及原则(1 主变容量和台数的选择, 应根据 电力系统设计技术规程 SDJ161 85有关规定和 审批的电力规划设计决定进行。(2 主变台数的确定:为保证供电的可靠性,变电所一般应装设两台主变压器 ,但一 般不超过两台。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时,可装设一 台主变。对大型枢纽变电所,根据工程的具体情况,应安装 2-4台主变。当变电所装设两台及以上主变时,每台容量的选择按照其中任一台停运时,其余容量 至少能保证所供一及负荷或为变电所全部负荷的 60%-75%。通常一次变电所采用 75%,二 次变电所采用 60%。(3 变压器形式的选择:1 变压器一般采用三相变压器,若因制造和运输条件限制,在 220KV 的变电所中, 可采用单相变压器组。当装设一组单相变压器时,应考虑装设备用相,当主变超过一组, 且各组容量满足全所负荷的 75%时,可不装设备用相。2 系统有调压要求时,应采用有载调压变压器,对新建的变电所,从网络经济运行 的观点考虑,应注意选用有载调压变压器。其所附加的工程造价,通常在短期内可回收。 3 两个中性点直接接地系统连接的变压器,除降压负荷较大或与高、中压间潮流不 定情况外,一般采用自耦变压器,但仍需做技术经济比较。4 具有三种电压的变电所,例如 220kV , 110kV , 35kV 一般采用三绕组变压器。 (4 主变容量的确定1 为了正确的选择主变容量, 要绘制变电所的年及日负荷曲线, 并以曲线得出的变电 所的年、日最高负荷和平均负荷。2 主变容量的确定:凡装有两台(组及以上主变压器的变电所,其中一台(组 事故停运后,其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的 70%,在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。即满足 SN0.7PZMAX 。 (PZMAX 为综合最大负 荷 3 应根据电力系统 510年的发展规划进行选择。- 2 -永镇 220/60KV降压变电所电气部分初步设计- 3 -(5 变压器的冷却方式:主变压器一般采用的冷却方式有:自然风冷,强迫油循环风冷,强迫油循环水冷,强 迫导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却,大容量变压器一般采用强迫油循 环风冷。(6 主变压器绕组的连接方式:变压器绕组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、低三侧绕组组合要根据工程具体情况确定。1.2 本设计主变压器的选择根据以上主变选择的一般原则,选择本变电所的主变压器:本变电所为地方一次变电所,可以选择两台主变。 因本地区交通方便,所以选择三相变压器。因为新建变电所,而且低压负荷较大,所以选择有载调压变压器。容量的确定; 1P =1500KW cos =0.95 1Q =tan 1P =15000 95. 0tan(cos1-=4930.26Kvar 2p =1500KW cos =0.95 KVar Q Q 26. 493012=3p =1500KW cos =0.95 var 84. 3286 95. 0tan(costan 1333k P P Q =- KW P P P P P P 1000387654= var 84. 3286387654k Q Q Q Q Q Q =KW P P P P P P P P P 9000087654321max =+= var 57. 2958187654321max k Q Q Q Q Q Q Q Q Q =+= 由于线路中有损耗,所以负荷提高 5%。KW K P P 83160%51(88. 090000%51(max max =+=+=var 37. 27333%51(88. 057. 29581%51(max max k K Q Q =+=+= KVA Q P S 84. 87536 83160( 57. 29581(222max 2max max =+=+=变电所装设两台主变压器,其中一台事故停运后,其余主变应保证该所全部负荷的 70%。 K V AS S B 6127584. 875367. 07. 0max = 根据以上计算可选择两台型号为 SFPZ4-63000/220的有载调压变压器。 其参数如表 1-1:表 1-1 所选 SFPZ4 63000/220变压器的主要参数 - 4 -永镇 220/60KV降压变电所电气部分初步设计第二章 电气主接线选择2.1 概 述电气主接线是多种主要电气设备(如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、 电抗器、母线、避雷器等按一定顺序要求连接而成的,是分配和传送电能的总电路。将 电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图,称为电气主接 线图。变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。主接线的确定对变电所的安全、 稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切 的关系。由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的,所以主接线设计的好坏不仅影响 电力系统和变电所本身,同时也影响到工农业生产和人民生活。因此,主接线设计是一个 综合性问题。2.2 主接线的设计原则及基本要求2.2.1主 接线的设计原则根据 220-500kV 变电所设计技术规程 SDJ2 88规定,变电所电气主接线应根据 该变电所在电力系统中的地位、 电压等级、 回路数、 所选设备特点、 负荷性质等因素确定, 满足运行可靠性,简单灵活,操作方便,节约投资等要求。(1变电所在电力系统中的地位和作用变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素,变电所是枢纽变电所、 地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所,由于他们在电力系统中的地位和 作用不同,对主接线的可靠性、灵活性、经济性的技术要求也不同。(2 考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据 5-10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布, 负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布,并分析各种可能的运行方式,来确定主接线 的形式以及所连接电源数和出线回数。(3 考虑负荷的重要性分布和出线回数多少对主界线的影响对一级负荷必须布两个独立的电源供电,且当一个电源失去后,应保证全部一级负荷 不间断供电;对二级负荷,一般有两个电源供电,且当一个电源失去后,能保证大部分二 级负荷供电,三级负荷一般只需一个电源供电。(4 考虑主变台数对主接线的影响变电所主变的容量和台数,对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变 电所,基于传输容量大,对供电可靠性要求高,因此,其对主接线的可靠性、灵活性的要 求也高,而容量小的变电所,其传输容量小,对住接线的可靠性、灵活性要求低。(5 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响- 5 -发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电,适应负荷突增,设备检修,故障停运 情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同,例如:当断路 器或母线检修时,是否允许线路、变压器停运;当线路故障时,允许切除线路、变压器的 数量等,都直接影响主接线的形式。2.2.2 主接线设计的基本要求2.2.2.1 可靠性(1 研究主接线可靠性应注意的问题:1 应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析;2 主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠性的综合;3 主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度,采用可靠性能高的电气 设备可以简化接线。(2 可靠性的具体要求:1 断路器检修时,不影响对系统的供电;2 断路器或母线故障及母线检修时,尽量减少可停运回路数和停用时间,并且保证 一级负荷及全部或大部分二级负荷供电;3 尽量避免全部停运的可能性。2.2.2.2 灵活性满足运行、检修要求和扩建要求。2.2.2.3 经济性主要是指投资省,占地面积小,能量损失小。2.3 电气主接线的选择2.3.1 主接线的预定方案本变电所电压等级为 220kV/60kV, 220kV 侧进线为 2回; 60kV 侧出线为 15回。 根据主接线设计必须满足供电可靠性、保证电能质量、满足灵活性和方便性、保证经 济性的原则,初步拟定两种主接线方案。2.3.2 对 220k V 千伏侧接线方式的论证220k V 侧拟采用双母线接线和单母线分段带旁路母线接线。双母线接线接线简图见图 2-1;单母线分段带旁路母线接线简图见图 2-2。两种接线的比较如下:- 6 -永镇 220/60KV降压变电所电气部分初步设计 - 7 -图 2.1 双母线接线图 2.2 单母线分段带旁路母线接线(1 双母线接线单断路器的双母线接线中,每个回路均通过一台断路器和两组隔离开关,连接到两组 母线上,电源和出线可均匀地分布在两组母线上,普遍适用于 6220kV 电压等级的配电 装置中,此接线有以下几个优点:1可以轮流检修母线而不影响供电,只需将要检修的那组母线上所连接的电源和线 路通过两组母线隔离开关的倒闸操作,全部切换到另一组母线上。2检修任一母线的隔离开关时,只停该回路。当某一回路的一组母线隔离开关发生 故障时,只要将该隔离开关所在的回路和所连接的母线停电,就可以对该隔离开关进行检 修,不影响其它回路。3一组母线故障后,能迅速恢复该母线所连接回路的供电,即被切除回路可迅速恢 复送电。4运行高度灵活。电源和线路可以任意分配在某一组母线上,能够灵活地适应系统 中各种运行方式和潮流变化的要求。5扩建方便。双母线接线方式可以沿着预备的扩建端向左右扩建,而不影响两组母 线的电源和负荷均匀分配,也不会引起原有回路的停电。6 、便于实验。在个别回路需单独进行实验时,可将该回路单独接至一组母线上。 单断路器的双母线接线也有自己的缺点:1任一台断路器拒动,将造成与该断路器相连母线上其它回路的停电。2一组母线检修时,全部电源及线路都集中在另一组母线上,若该母线再故障,将 造成全停事故。3母联断路器故障,将造成配电装置全停。4当母线故障或检修时,隔离开关作为切换电器,容易发生误操作。5在检修任一进出线回路的断路器时,将使该回路停电。(2 单母线分段带旁路母线接线单母线分段带旁路母线的优点为:接线简单、清晰、操作方便、采用设备少、便于扩建和采用成套配电装置。用断路器把母线分段后,对重要负责用户可以从不同的母线段引出两个回路,有两个 电源,具有供电可靠性。检修任一回路断路器时不中断对用户的供电。单母线分段带旁路母线的缺点为:接线不够灵活。当母线与母线刀闸故障或检修时,将造成一段母线停电。配电装置复杂,运行操作复杂。分段断路器用作旁路开关时,两段母线并列运行。但当其一段母线故障时,整套配电 装置停止工作,在拉开分段刀闸时恢复无故障母线工作。断路器与刀闸间的闭锁复杂。根据电力工程设计手册的要求,主接线应满足可靠性、灵活性,并在此基础上考 虑做到经济合理。(1可靠性。本变电所用户较多,负荷容量较大, 要求供电可靠性较高。当采用可- 8 -永镇 220/60KV降压变电所电气部分初步设计 - 9 -靠性高的六氟化硫断路器时,选择双母线接线就可以满足可靠性的要求。(2灵活性。采用双母线接线,各个电源和回路的负荷可以任意分配到某一组母线 上,可以灵活地适应系统中各种接线方式和潮流变化的需要。(3经济性。单母线分段带旁路接线比双母线接线少用了断路器以及隔离开关,投 资相对减少,配电装置的占地面积也大大减少,但可靠性有所降低。根据 220-500kV 变电所设计技术规程 SDJ2 88规定, 220kV 配电装置出线回数在四 回及以上时,宜采用双母线或其他接线。本变电所 220kV 配电装置进线回数为 2回和三回转供线 ,主要从可靠性和灵活性考 虑可以采用双母线接线方式。综合以上分析,本变电所 220kV 侧选用双母线接线方式2.3.3 60kV侧接线方式的选择与论证60kV 侧采用双母线接线和双母线带旁路接线。 双母线接线接线简图见图 2-3;双母线 带旁路母线接线简图见图 2-4。两种接线的比较如下:图 2.3 双母线接线 - 10 -图 2.4 双母线带旁路接线(1双母线接线:双母线接线的特点在 220kV 侧接线方式选择论证中已详细说明,此处不再缀述。(2双母线带旁路接线:除了具有双母线接线的优点外,双母线带旁路接线方式还具有许多其它的优点: 当进出线检修时,可由专用旁路断路器代替,通过旁路母线供电。但当设置了专用旁 路断路器后,设备的投资和配电装置的占地面积都有所增加。根据 220-500kV 变电所设计技术规程 SDJ2 88规定, 3560kV 配电装置当出线 回数为 47回时,宜采用单母线接线;当出线回数为 8回及以上时,宜采用双母线接线。本变电所 60出线为 15回,且均为重要负荷,应主要侧重于可靠性和灵活性。综合以上分析,本变电所 60kV 侧选用双母线带旁路接线方式。永镇 220/60KV降压变电所电气部分初步设计第三章 短路电流计算3.1 短路电流计算的目的:(1 电气主接线比较;(2 选择导体和电器;(3 确定中性点接地方式;(4 计算软导体的短路摇摆;(5 确定分裂导线间隔棒的距离;(6 验算接地装置的接触电压、跨步电压;(7 选择继电保护装置和进出整定计算。3.2 电力系统短路电流计算条件:3.2.1 基本假定短路电流实用计算中,可采用下列假设和原则:(1 正常工作时,三相系统对称运行;(2 所用电源的电动势相位角相同;(3 系统中的同步和异步电动机均为理想电机;(4 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压大小发生变 化;(5 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行,其中 5%负荷接在高压母线上, 5%负荷接 在系统侧;(6 同步电机都具有自动调整励磁装置;(7 短路发生在短路电流为最大值的瞬间;(8 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器励磁电流;(9 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外,元件的电阻都略去不 计;(10 元件的计算参数均取其额定值,不考虑参数的误差和调整范围。(12 输电线路的电容略去不计;(13 用概率统计法制定短路电流运算曲线。3.2.2 一般规定(1 验算导体和电器动、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流,应按本工程的设计 规划容量计算,并考虑电力系统远景发展规划。确定短路电流时,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