220KV变电站电气部分初步设计

电气工程基础
设计报告书
题目：220KV变电站初步电气设计思路姓名：
学号：
专业：
指导老师：孟鹏
设计时间：2011年 6月
目录
一设计任务 (3)
二原始资料 (3)
三主变压器的选择 (3)
四电气主接线选择 (6)
五短路电流计算 (7)
六电气设备的选择 (8)
七电力电缆的选择 (9)
八限流电抗器的选择 (9)
九继电保护配置 (9)
一、设计任务
根据电力系统规划需新建一座220kv区域变电所。

该所建成后与110kv和220kv电网相连，并供给近区用户供电。

二、原始资料
1、按规划要求，该所有220kv、110kv和10kv三个电压等级。

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12回（其中备用2回）。

2、110kv侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为40MVA，其他作为一些地区变电所进线。

10kv侧总负荷为30MVA，Ⅰ、Ⅱ类用户占60%，最大一回出线负荷为3000KVA，变电站总的所用最大负荷为150KVA。

3、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：
220kv侧cosϕ=0.9
T=3800小时/年
max
110kv侧cosϕ=0.85
T=4200小时/年
max
10kv侧cosϕ=0.85
T=4500小时/年
max
4、220kv和110kv侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间分别为2 s 、1.5s，10kv出线过流保护时间为1s ,断路器全分闸时间按0.1s考虑。

5、系统阻抗：220kv侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kv 母线侧阻抗为0.16 (
S=100MVA)，110kv侧电源容量为1000MVA，
j
归算至本所110kv母线侧阻抗为0.32（
S=100 MVA），10kv侧没
j
有电源。

6、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℃，海拔153m。

三主变压器的选择
在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特
点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊220kv 降压变电所，它是以220kv 受功率为主。

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电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，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，且投资和占用面积增大，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。

故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合。

对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。

该变电所是按70%全部负荷来选择。

即：
N S ≈（0.7～0.8）max S ∕()1n - (MVA) max
S —变电所最大负荷，MVA ，n —变电所主变压器台数 由于变电所最大负荷为130MVA ，因此主变压器容量为：
N S ≈
（0.7～0.8）×130∕（2-1）=（91～104）(MVA)
在满足可靠性的前提下，结合经济性，选择容量为120MVA 的主变压器。

在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。

一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对
的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，该所选择三绕组变压器。

调压方式分为两种，不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常只有10%（±2×2.5%），另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。

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有星形“Y”和三角形“D”。

在变电站中，一般考虑系统的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。

根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。

根据原始资料，本站选用YNyn0d11连接组别。

综上所述，本设计中的主变220kv、110kv中性点均采用直接接地的运行方式。

在本所中选用无隙的氧化锌避雷器，防止雷电入侵波对中性点绝缘的危害。

本设计主变为大型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，可选用强迫油循环风冷却
根据以上条件选择，确定采用型号为SFPSZ7-120000/220的220KV三绕组有载调压电力变压器，其具体参数如下
型号SFPSZ7-120000/220
额定容量KVA 1200000
容量比（%）100∕100∕50
空载电流（%）0.8
损耗(kw) 空载短路
144 480
额定电压(KV) 高压中压低压
220±8×1.25% 121 11
联接组标号YN，yn0，d11
阻抗电压％高－中高－低中－低
12.6 22.0 7.6
型号中各符号表示意义：从左至右为
S：三相 F：风冷却 P：强迫油循环 S：三绕组 Z：有载调压
7：性能水平号 120000：额定容量 220：电压等级
四电气主接线选择
主接线的选择
220kv侧
方案
项目
方案Ⅰ双母线接线方案Ⅱ3∕2接线
可靠性母线检修时，电源和出线可
继续工作，不会中断对用户供电。

检修任一母线QS，只需断开这一
回路。

工作母线故障时，所有回
路能迅速恢复工作
任一母线故障或检修，均不致停电，除联络QF故障时与其相连的两回线路短时停电外，其他任何QF故障或检修都不会中断供电。

灵活性母联QF可以断开运行，一组
母线工作，另一组母线备用。

也
可以闭合母联QF，双母线同时工
作
运行调度灵活，但二次接线和继电保护较复杂
经济性经济性较好，便于扩建设备多，占地面积大，投
资大
由以上比较结果，经过综合判断，定性分析，220kv侧主接线宜采用方案Ⅰ。

110kv侧
方案
项目
方案Ⅰ双母线接线方案Ⅱ双母带旁路接线
可靠性较高的可靠性可靠性很高
灵活性灵活性较高灵活性很高
经济性经济性较好，便于扩建增加了设备和投资
由以上比较结果，经过综合判断，定性分析，110kv侧主接线宜采用方案Ⅱ。

三、10kv侧
方案
项目
方案Ⅰ单母分段接线方案Ⅱ单母接线
可靠性可以是重要负荷从不同的母
线分段取得，可靠性较高
可靠性不高，任一元件故障或检修均使该回路停电
灵活性分段QF可以接通及断开运
行，灵活性较高
灵活性差
经济性设备和投资增加设备少，投资小
由以上比较结果，经过定性分析，10kv侧主接线宜采用方案Ⅰ。

综合以上分析可知，根据设计任务书的原始资料可知：该变电所220kv侧采用双母线接线方式，110kv侧采用双母带旁路接线方式，10kv侧用单母线分段接线方式。

由于本所内有较低电压（10KV）母线时,所以从10KV母线上引接2台所用变压器,分别接于10KV母线的Ⅰ段和Ⅱ段，互为备用，平时运行当一台故障时另一台能承受变电所的全部负荷。

五短路电流计算
1.计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；
2.给系统制订等值网络图；
3.短路点的选择
在每个电压等级下选一个短路点，即220kv、110kv、10kv电压等级短路点分别选在d1、d2、d3点；
4.对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。

10kV 10kV
标幺值：f I * =
1f X ε
*
有名值：f I = 3j f j
S I U *⋅
5.计算短路电流冲击值 短路电流冲击值：ch I = 2ch f K I
6.列出短路电流计算结果
六 电气设备的选择
1.按装置种类和型式选择
电压互感器的装置种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择。

对于3～20KV 屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器；110KV 及以上配电装置，当容量和准确度级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。

2.按一次回路电压选择
为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在S U 应满足：111.10.9N S N U U U >> 3.按二次回路电压选择
电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，可按下表选择
接 线 型
式 电网电压 （KV ） 型 式
基本二次绕组电
压（V ） 辅助二次绕组电
压（V ） Yy
3～35 单相式 100 无此绕组 YNynd
110J ～500J
单相式 100/ 3 100 3～60 单相式 100/ 3 100/ 3 3～15
三相五柱式
100
100/3（相）
1) 母线材料及截面形状的选择 2) 母线截面的选择
σ⎡⎤⎣⎦—母线上的最大允许应力
10KV出线选择125×102
mm的矩形铝导线。

七电力电缆的选择
一、电力电缆的选择原则
二、10KV出线电力电缆的选择结果
10KV出线回路均选用S=2402
mm截面的黏性纸绝缘电缆。

八限流电抗器的选择
对于10KV侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要求的电器，应采取措施限制短路电流，即在10KV侧需加装设电抗器。

避雷针的配置原则：
1、电压110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000n米的地区，宜装设独立的避雷针。

2、独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10n。

3、35KV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

4、在变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形构架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在装置中距离很难达到不小于15M的要求。

九继电保护配置
继电保护的作用
1）自动快速有选择地将故障元件切除，保证其他非故障元件迅速恢复正常运行。

2）反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，动作于发信号、减负荷或跳闸，此时一般不需要保护迅速动作，而且根据电力系统及其元件的危害程度有一定延时，以免不必要的动作或由于干扰引起的误动作。

二、对继电保护的基本要求
①选择性；②速动性；③灵敏性；④可靠性。

一、主变压器的主保护
1、瓦斯保护
2、差动保护
二、主变压器的后备保护
1、过流保护
2、过负荷保护
3、变压器的零序过流保护
线路及母线保护
220KV与110KV线路保护
距离保护和零序电流保护（中性点直接接地系统），分别反应相间及接地故障，在35kV及以上运行方式较为复杂的多电源系统，通常采用性能较为完善的距离保护。

110KV线路保护
配置两段式是电流保护，包括限时电流速断保护和定时限过电流保护，由于电缆线路较短，不设置瞬时电流速断保护。

母线保护
母线保护主要是反应单相接地故障而配置的，该所地位重要，采用专用的母线保护，保护配置为电流差动保护和电流相位保护。

互补缺点，完成对母线保护选择性、快速性、灵敏性的要求。