200MVA 变电站电气部分设计DOC

毕业设计(论文)
题目名称：200MVA 220/110/10KV变电站电气部分设计学生姓名：吕昆明
院 (系) 电子信息学院
专业班级：电气工程及其自动化10902 班
指导教师：杨友平
辅导教师：杨友平
时间：2013.03.11至2013.6.10
目录
毕业设计(论文)任务书 ...................................................................................................... I V 开题报告 ............................................................................................................................. V I 指导教师评审意见 .. (X)
评阅教师评语 ..................................................................................................................... X I 答辩记录及成绩评定. (XII)
中文摘要 .......................................................................................................................... X III 英文摘要 .. (XIV)
绪论 (1)
1 变电站电气主接线设计及主变压器的选择 (1)
1.1主接线的设计原则和要求 (1)
1.2主接线的设计 (3)
1.3主变压器的选择 (6)
2 短路电流计算 (8)
2.1短路计算的目的、规定与步骤 (8)
2.2等值参数计算及短路点的确定 (11)
2.3各短路点的短路计算 (12)
2.4绘制短路电流计算结果表 (15)
3 电气设备选择与校验 (15)
3.1电气设备选择的一般规定[3] (15)
3.2各回路持续工作电流的计算 (15)
3.3高压电气设备选择 (16)
4 潮流计算 (35)
4.1计算参数 (35)
4.2画出等值电路图 (37)
4.3潮流计算 (38)
5 变电站配电装置的设计 (40)
5.1概述 (40)
5.2高压配电装置的选择 (41)
5.3电气总平面布置[1][6] (43)
5.4本变电站的配电装置 (45)
6 变电站防雷装置设计 (48)
6.1变配电站的防雷措施 (48)
6.2接地 (51)
参考文献 (54)
结论 (55)
致谢 (56)
附录 (57)
长江大学毕业设计(论文)任务书
学院（系）电子信息学院专业电气工程及其自动化班级 10902 学生姓名吕昆明指导教师/职称杨友平/高工
1.毕业设计(论文)题目：
200MVA/220/110/10KV变电站电气部分设计
2.毕业设计（论文）起止时间：2013年3 月11 日～ 2013年 6月10日3．毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）合理地进行电力的分配，保证供电系统的安全、可靠。

所需资料：电力系统分析；工厂供电；高电压技术；现代检测技术；电子线路与电子技术。

4．毕业设计(论文)应完成的主要内容
1．要求用WORD进行文档编辑。

2．画出相应配电系统电路图。

3、编写计算说明。

4、有关电路工作原理进行说明。

5．查阅相关参考资料。

5．毕业设计(论文)的目标及具体要求
1．潮流计算。

2．主变压器台数及容量的选择。

3．一次侧配电系统设计。

4．供、配电系统短路电流计算。

5．二次侧配电系统设计。

6．变电所高、低压侧设备选择。

7、变电所防雷装置设计。

8、画出系统的平面布置图。

9、论文字数不少于1.5万字。

6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求
要求学生具有较为扎实的电力系统分析设计，工厂供电，高电压技术，继电保护，测试与检测技术等方面的基础知识。

准备相关技术资料，同时具有一定的计算机方面的基础知识。

需上机学时为50学时。

任务书批准日期 2013 年 3 月11日教研室(系)主任(签字)
任务书下达日期 2013 年 3 月 11 日指导教师(签字) 完成任务日期2013 年 6 月 10 日学生（签名）
长江大学
毕业设计(论文)开题报告
题目名称200MVA 220/110/10KV 变电站电气部分设计题目类别毕业设计
院（系）电子信息学院
专业班级电气工程及其自动化10902班
学生姓名吕昆明
指导教师杨友平
辅导教师杨友平
开题报告日期 2013年3月23日
一、题目来源
来源于实际生产/实践
二、研究目的和意义
电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。

电力系统规划设计及运行的任务是：在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠、充足、质量合格的电能。

所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步设计，是为了更多的了解现代化变电站的设计规程、步骤和要求，设计出比较合理变电站。

根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过变电站电气主接线、短路电流计算、设备选择与校验、潮流计算、主变保护和配电装置部分的设计，使我对四年来所学的知识更进一步的巩固和加强，并从中获得一些较为实际的工作经验。

由于在设计中查阅了大量的相关资料，所以开始逐步掌握了查阅，运用资料的能力，又可以总结四年来所学的电力工业的部分相关知识，为我日后的工作打下了坚实的基础。

三、阅读的主要参考文献及资料名称
[1]熊信银主编《发电厂电气部分》.[M]中国电力出版社
[2]何仰赞温增银主编《电力系统分析》.[M]华中科技大学出版社
[3]《导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86》.[S] 中国电力出版社.
[4]邓成刚编《等非等容量比三绕组变压器等值电路参数的计算》[N]《江西电力职
工大学学报》，2001年，
[5]余健民,童向前,苏文成编,《供电技术》[M](第三版),机械工业出版社,2001年出版.
[6]刘介才编,《工厂供电》,[M]机械工业出版社,2003年出版
[7]江文,许慧中主编,《供配电》,[M]中国电力出版社,2005年出版.
[8]唐志平主编,《供配电技术》,[M]电子工业出版社,2005年出版.
[9]孙传有主编《感测技术基础》.[M]电子工业出版社
[10]邹玲主编《电路理论》.[M]华中科技大学出版社
[11]陈乔夫辜承林熊永前编《电机学》[M] 华中科技大学出版社
[12]水利电力部西北电力设计院编.《电力工程电气设计手册》（电气一次部分上、下）[Z].北京：
中国电力出版社,1998
[13]水利电力部西北电力设计院编.《电力工程电气设计手册》（电气二次部分） [Z].北京：中
国电力出版社,1996
[14]《工厂常用电气设备手册》（第2版）.[Z]北京：中国电力出版社，1997
[15]《国家标准.电气制图国家标准汇编》 [S]中国标准出版社
[16]《国家标准.电气工程CAD制图规则》[S]中国标准出版社
四、现状和发展趋势
随着经济的发展，工业水平的进步，人们生活水平的不断提高。

电力系统在整个行业中所占的比例逐渐增大，现在电力系统是一个巨大的，严密的整体。

各类发电厂，变电站分工完成整个电力系统的发展，变电和配电任务。

电力系统是我国重要的能源部门，而变电站的设计是电力工业项目建设中不可缺少的。

我国变电设计的趋势：随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及可靠性的增加，变电站简化趋于可能。

近年来电气一次制造有了较大的发展，大量高性能，新型设备不断出现，设备趋于无油化采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高压，大容量，三相共箱体方面发展。

变电站综合自动化系统近几年一直是电力建设的一个热点。

变电站综合自动化采用了新的技主要集中在分散式变电站自动化系统和引入先进的网络技术。

我国变电站的发展趋势：随着计算机网络技术的发展和信息技术的不断进步，变电站的发展已经越来越快，目前我国变电站的发展趋于数字化，装配化，智能化以及自动化。

五、主要研究内容及解决思路
1主要研究内容
1．潮流计算。

2．主变压器台数及容量的选择。

3．一次侧配电系统设计。

4．供、配电系统短路电流计算。

5．二次侧配电系统设计。

6．变电所高、低压侧设备选择。

7、变电所防雷装置设计。

2解决思路
2.1 在设计的过程中，根据变电站的地理环境、容量和各回路数确定变电站电气主接线为220KV、110KV和10KV三个电压等级，各个电压等级分别采用双母接线，双母接线，单母分段接线。

根据设计要求，变电站最大负荷为300MVA，考虑远期发展20%
余量，选择变压器的型号为SFSZ11-120000/220；
2.2进行参数计算、画等值网络图，依据电压等级数，选择3个短路点进行短路电流的计算，并考虑变压器分裂运行和并行下的短路电流大小，列出短路电流结果表；
2.3计算回路持续工作电流、选择断路器，隔离开关，电压、电流互感器等高压电气设备；
2.4根据相关技术条件和短路电流计算结果表校验各高压设备；
2.5画等值电路图，进行潮流计算，计算各点功率分布，母线输入功率及各母线实际电压；
2.6根据环境条件及技术要求，进行电气平面布置，防雷装置的设计等。

六、完成毕业设计（论文）所需具备的工作条件：
工作条件：电脑1台，相关书籍资料。

a)电力系统分析b)发电厂电气部分
c)电机与拖动d)电力拖动控制系统
七、工作的主要阶段、进度与时间安排
1.准备阶段3月11号--3月23号
拟划毕业设计的整体方案并完成开题报告
2. 收集信息阶段3月23号--4月10号
查找相关资料并做好记录
3. 计算阶段4月11号--5月10号
按照设计方案进行设计计算并接受中期检查
4. 完善阶段5月11号--6月9号
检查、修改错误并优化设计
5. 论文答辩阶段6月9号--6月16号
八、指导教师审查意见
长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见
长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语
毕业设计（论文）答辩记录及成绩评定
200MVA 220/110/10KV 变电站电气部分设计
学生：吕昆明，长江大学电子信息学院
指导教师：杨友平，长江大学电子信息学院
【摘要】本次毕业设计的题目是《200MVA 220/110/10KV变电站电气部分设计》。

在设计的过程中，根据变电站的地理环境、容量和各回路数确定变电站电气主接线为220KV、110KV和10KV三个电压等级，各个电压等级分别采用双母接线，双母接线，单母分段接线。

根据设计要求，变电站最大负荷为200MVA，考虑远期发展20%余量，选择变压器的型号为SFSZ11-120000/220；进行参数计算、画等值网络图，依据电压等级数，选择3个短路点进行短路电流的计算，并考虑变压器分裂运行和并行下的短路电流大小，列出短路电流结果表；计算回路持续工作电流、选择断路器，隔离开关，电压、电流互感器等高压电气设备。

并根据相关技术条件和短路电流计算结果表校验各高压设备。

画等值电路图，进行潮流计算，计算各点功率分布，母线输入功率及各母线实际电压。

根据环境条件及技术要求，进行电气平面布置，防雷装置的设计等。

【关键词】主接线短路电流电气设备潮流计算电气平面布置防雷设计
200MVA 220/110/10KV transformer substation design [Abstracts] The graduation prject is "200MV A 220/110/10KV transformer substation design".In the design, according to the geographical environment, capacity and the number of the loop to determine the main electrical circuit wiring as: the 220KV, 110KV and 10KV three voltage levels, tose different voltage levels buses were used to double busbar, double busbar, single bus section. According to design requirements, the maximum substation load 200MV A, considering the long-term development of 20% margin, select the transformer model SFSZ11-120000/220; parameter calculation, drawing the equivalent network diagram, based on the number of voltage level, select 3 short-circuit point to short-circuit current calculation, and compare the short-circuit current when transformer splitting and parallel, short-circuit current results are listed in the table; calculation loop continuous operating current, select the circuit breaker, disconnecting switch, voltage and current transformers and other high-voltage electrical equipment. And in accordance with the relevant technical conditions and short circuit current calculation table check the high-voltage equipment. Draw the equivalent circuit for power flow calculation, calculation of power distribution points, bus input power and the actual bus voltage. According to the environmental conditions and technical requirements, layout the electrical and design the lightning protection devices.
[Keywords]Mainwiring,short-circuit,electrical-equipment,flow-calculation,electrical -layout, lighting protection design
绪论
绪论
电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。

电力系统规划设计及运行的任务是：在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠、充足、质量合格的电能。

所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步设计，是为了更多的了解现代化变电站的设计规程、步骤和要求，设计出比较合理变电站。

根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过变电站电气主接线、短路电流计算、设备选择与校验、潮流计算、主变保护和配电装置部分的设计，使我对四年来所学的知识更进一步的巩固和加强，并从中获得一些较为实际的工作经验。

由于在设计中查阅了大量的相关资料，所以开始逐步掌握了查阅，运用资料的能力，又可以总结四年来所学的电力工业的部分相关知识，为我日后的工作打下了坚实的基础。

1 变电站电气主接线设计及主变压器的选择
变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。

变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。

主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、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。

1.1 主接线的设计原则和要求
[1]
1.1.1 主接线的设计原则
考虑变电站在电力系统的地位和作用
变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。

变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它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、经济性的要求也不同。

考虑近期和远期的发展规模
变电站主接线设计应根据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
200MVA 220/110/10KV变电站电气部分设计
定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。

考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响
对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。

考虑主变台数对主接线的影响
变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。

通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。

而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

考虑备用量的有无和大小对主接线的影响
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；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

1.1.2 主接线设计的基本要求
根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。

并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。

可靠性
所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。

主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。

因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。

同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。

评价主接线可靠性的标志如下：
1)断路器检修时是否影响供电；
2)线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；
3)变电站全部停电的可能性。

变电站电气主接线设计及主变压器的选择
灵活性
主接线的灵活性有以下几方面的要求：
4)调度灵活，操作方便。

可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

5)检修安全。

可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。

6)扩建方便。

随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。

所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

经济性
可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。

所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。

7)投资省。

主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。

8)年运行费小。

年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。

其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。

9)占地面积小。

电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。

在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。

在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益
1.2 主接线的设计
1.2.1 设计步骤
电气主接线设计，一般分以下几步：
（1）拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础
200MVA 220/110/10KV变电站电气部分设计
上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留3个技术上相当的较好方案。

（2）对3个技术上比较好的方案进行经济计算。

（3）对3个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。

（4）绘制最优方案电气主接线图
1.2.2 初步方案设计
根据原始资料，此变电站有三个电压等级：220，110KV，10KV ，故可初选三相三绕组变压器，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。

为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下三种接线方案供最优方案的选择。

方案一：220KV侧采用双母线接线，110KV侧采用双母接线，10KV侧采用单母分段接线。

方案二：220KV侧采用双母接线，110KV侧采用单母分段接线，10KV侧采用双母线接线。

方案三：220KV侧采用单母分段接线，110KV侧采用单母分段接线，10KV侧采用单母分段接线。

变电站电气主接线设计及主变压器的选择
图1 电气主接线图
1.2.3 最优方案确定
技术比较
在初步设计的三种方案中，方案一，二：220KV侧采用双母线接线；方案三：220KV 侧采用单母分段接线。

采用双母线接线的优点：①系统运行、供电可靠；②系统调度灵活；③系统扩建方便等。

采用单母分段接线的优点：①接线简单；②操作方便、设备少等；缺点：①可靠性差；②系统稳定性差。

所以，220KV侧采用双母线接线。

200MVA 220/110/10KV变电站电气部分设计
110KV侧方案确定同220KV侧。

在初步设计的两种方案中，方案一，二：10KV侧采用单母分段接线；方案三：10KV侧采用双母线接线。

由原材料可知，问题中未说明负荷的重要程度，所以，10KV 侧采用单母分段接线。

经济比较
对整个方案的分析可知，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上，10KV侧单母线形接线比双母线接线有很大的灵活性。

由以上分析，最优方案可选择为方案一，即220KV侧为采用双母线接线，110KV 侧双母线接线，10KV侧为单母分段接线。

其接线图见以上方案一。

1.3 主变压器的选择
在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其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站安全可靠供电和网络经济运行的保证。

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。

1.3.1 主变压器台数的选择
为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。

本设计变电站有两回电源进线，且低压侧电源只能由这两回进线取得，故选择两台主变压器]1[。

1.3.2 主变压器型式的选择
相数的确定
在330kv及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。

因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。

如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。

绕组数的确定
在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。

变电站电气主接线设计及主变压器的选择
对深入引进至负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电站/所，为简化电压等级或减少降压容量，可采用双绕组变压器。

绕组连接方式的确定
变压器绕组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星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星接，35KV也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。

35KV及以下电压，变压器绕组都采用角接。

结构型式的选择
三绕组变压器在结构上有两种基本型式。

升压型。

升压型的绕组排列为：铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

降压型。

降压型的绕组排列为：铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

应根据功率传输方向来选择其结构型式。

变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。

调压方式的确定
变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。

无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可带负荷调节，但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。

根据变电所变压器配置，应选用无载调压变压器。

1.3.3 主变压器容量的选择
变电站主变压器容量一般按建站后5-10年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷
max
S的50%-70%（35-110KV变电站为60%），或全部重要负荷（当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时）选择。

即
MVA
N
S
S
N
)1
(
)7.0
~
5.0(
max
-
=（1）
式中 N——变压器主变台数。